JP5693298B2

JP5693298B2 - 自動旋回割出機能付きアングルヘッド

Info

Publication number: JP5693298B2
Application number: JP2011044505A
Authority: JP
Inventors: 照戸田
Original assignee: 株式会社戸田精機
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-03-01
Also published as: JP2012179681A

Description

この発明は、機械主軸に対して交差する向きに回転可能に取り付けた副主軸に設けてある刃物ヘッドを、主軸に内蔵されたシリンダと割出機能のみで機械座標移動の必要がなく、任意座標で副主軸の周方向への角度割出しが自動的に、かつ能率よく行うことができるアングルヘッドに関する。

マシニングセンターなどの工作機械において、主軸方向以外の方向にあるワークの側面加工を行う従来の自動旋回割出機能付きアングルヘッドは、アンギュラーヘッドのヘッド本体を降下させて、ヘッド本体をインデックステーブル本体のテーブルヘッドに当接させる。
すると、テーブルヘッドの係脱手段の係合ピンがヘッド本体の係合凹部に係合する。

この状況下でヘッド本体をさらに加工させることで、テーブルヘッドと支持台は、旋回機構により０度から４５度、さらに９０度に順次旋回し、これと同時にテーブルヘッドの旋回に伴って係脱手段で係合する副主軸を備えたアンギュラーヘッドのヘッド本体も同時に旋回する。

そして、ヘッド本体を上昇させて上昇位置に戻すと、支持台を９０度旋回させる。
すなわち、副主軸を備えたヘッド本体をマシニングセンターのＺ軸移動を利用し、インデックステーブル本体のテーブルヘッドに押し付けるだけで旋回させることができるようになっている（特許文献１参照）。

特開２００８−３６７４９号公報

ところで、特許文献１の方式によると、回転割出機能を持った台座をテーブル上に取り付けておき、アングルヘッドを割出した場合、台座の位置迄主軸に取り付いたアングルヘッドを移動し、台座の割出機能でアングルヘッドの刃先位相を旋回させて固定しているので、例えば立方体の四面に孔あけ加工を行う場合、１面の加工が終わるその都度に台座へアングルヘッドを移動しなければ次の面を加工することができない。

このため、加工能率が著しく低下する問題があった。
そこで、この発明は、上述の問題を解消したアングルヘッドを提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明は、工作機械に対し位置決め手段を介し不回転状態に接続するケーシングと、このケーシングの末端から挿入してフリーに回転するように軸承すると共に、上記工作機械側から回転伝達を受けるように設けた主軸と、この主軸の末端部内に設けた中空室と、この中空室の先端面に末端面を連通させて上記主軸の軸芯に設けた中空路と、この中空路にスライド自在に挿入したピストン軸の末端から連なって上記中空室にスライド自在に組み込んだピストンと、上記ピストン軸に主軸の末端方向に復帰力を付与する押圧部材と、上記ケーシングの先端に対しフリーに回転するように末端側を接続したヘッドケーシングと、このヘッドケーシング内に軸線が上記主軸の軸線に対し直角に交差するように軸承した副主軸と、この副主軸の先端に設けた刃物保持手段と、上記主軸の回転を副主軸に伝達するように設けた伝達手段と、上記主軸の先端部外側に前記主軸と共に回動するように設けた従動側クラッチと、この従動側クラッチの手前で上記主軸に対しフリーで、かつ前後方向にスライドするように設けた駆動側クラッチと、この駆動側クラッチの外周複数の等分位置に設けてある支持部に支持すると共に、押圧部材により上記ピストン方向に復帰力を付与して設けた位相固定ピンと、上記ケーシングの内周に設けてある環状体の全周所定の等間隔角度毎に上記位相固定ピンの先端が嵌入するように設けた角度割出し孔と、上記ピストン軸の前進にともない上記角度割出し孔と位相固定ピンとの係合関係を解除するように前記位相固定ピンを押し戻し、かつ上記従動側クラッチと駆動側クラッチとが係合関係になるように前記駆動側クラッチを押し出すような作用手段を設け、また上記ケーシングから中空室に上記ピストンの押し出し用エアの供給路を設けた構成を採用する。

また、副主軸の先端と末端とに刃物保持手段を設けた構成を採用する。

さらに、主軸が、工作機械側から回転伝達を受ける元部と、元部の前方主軸とを二分割にして、この二分割の端と締付具を介し接続すると共に、上記元部の先端面から後方に切削加工して中空室を設けた構成を採用する。

また、ケーシングとヘッドケーシングとの締付具を介し接続する突き合わせ面間にスラストニードルベアリングを介在した構成を採用する。

さらに、駆動側クラッチと従動側クラッチとの回転伝達が、両方の伝達面に設けてある波状の連続する鋸歯面部を噛み合わせるようにした構成を採用する。

以上のように、この発明の自動旋回機能付きアングルヘッドによれは、エアの圧入によりピストンを介しピストン軸を前進させると、作用手段により駆動側クラッチと共に角度割出し孔から先端が脱出するように位相位置決めピンを押し戻し、従動側クラッチに駆動側クラッチを噛み合わせ、この状況下で工作機械側の数値制御により主軸を所定の角度回動させることにより主軸の回動が伝達手段を介し副主軸に伝わると共に、ヘッドケーシングを旋回させることができる。

勿論、刃物による切削に際しては、エアの圧入を解除することにより、押圧部材の復元力により主軸と共に作用手段が後退して、角度割出孔に位相固定ピンの先が嵌入し、かつ従動側クラッチに対する駆動側クラッチの噛み合いもなくなる。

この状況下で主軸をドライブすることで伝達手段を介し副主軸に回転を伝達して刃物による加工が可能になる。

このため、機械座標移動の必要がなく、任意座標で副主軸の周方向への角度割出しが自動的にでき、また切削用外部動力や電力を使用することなく、極めて能率よく行うことができる。

また、副主軸の先端と末端とに刃物保持手段を設けてあるので、１台のアングルヘッドで例えば穴あけとタップ加工を行うことができる。

さらに、主軸を前後に二分割して、元部の先端面から切削加工してピストンの内蔵中空室を設けるので、中空室の直径を大きくし、また軸長を長くして多段のピストンを組み込んで受圧面積の増加をはかることができる。
このため、大きな推力を得ることが可能になる。

また、ケーシングとヘッドケーシングの接続突き合わせ面間にスラストニードルベアリングを介在してあるので、旋回面にがたつきがない充分な剛性を得ることができる。

さらに、駆動側クラッチから従動側クラッチへの動力伝達を波状の連続する鋸歯面部で行うようにしてあるので、高精度な旋回割出しができる。

図１はこの発明のアングルヘッドを示す縦断側面図である。図２は同上の要部を示す縦断拡大側面図である。図３は同上のクラッチの部分を示す縦断拡大側面図である。図４はクラッチを示す斜視図である。図５はクラッチの横断拡大平面図である。図６はクラッチの噛み合いを示す横断拡大平面図である。図７は位相固定ピンの部分を示す縦断拡大側面図である。図８は同上の縦断正面図である。図９はヘッドケーシングの他の例を示す縦断側面図である。図１０はヘッドケーシングの旋回を示す正面図である。図１１はケーシングとヘッドケーシングの接続部分の縦断拡大側面図である。

この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の第１の実施形態を示す図１から図８の１は、工作機械Ａに対し位置決め手段Ｂを介し不回転状態に接続するケーシングで、このケーシング１の末端から挿入してベアリング２を介しフリーに回転するように軸承すると共に、工作機械Ａのスピンドルａから回転伝達を受ける主軸３を設ける。

上記スピンドルａから回転伝達を受ける方式としては、図示の場合、スピンドルａのテーパー孔４に主軸３の元部のテーパーシャンク５を嵌入したが、その他の例えばクランプ方式などであってもよい。

上記の位置決め手段Ｂは、ケーシング１の外側に嵌装したリング６の外周から突出する筒部７にバネ８により突出力を付与して挿入してある管軸９の先端を工作機械Ａのブロック１０のテーパー穴１１に押し込んで行うようにしてある。

その際、管軸９の押し込みにともない管軸９の外周から突出するキー１６が（このキー１６は、キー１６に設けてある孔１７にリング６から突出するピン１８を貫通させて筒部７に対する管軸９をスライドを許容して回転しないようになっている）ケーシング１の切欠き１９から脱出してリング６の回転を止め、スピンドルａから主軸３を抜き取ると、バネ８により管軸９を押し出して、切欠き１９にキー１６が嵌り込んで係止する。
すると、ケーシング１に対するリング６の回転が止まるようになっている。

また、主軸３の末端部内に中空室１２を設け、この中空室１２の先端面に末端面を連通させて主軸３の軸芯に中空路１３を形成し、この中空路１３には、ピストン軸１４が挿入してあり、中空室１２には、ピストン軸１４の末端に連なるピストン１５が組み込んである。

上記ピストン１５は、図示の場合、複数並列させて受圧面積の増加をはかった。
さらに、ピストン軸１４には、バネなどによる押圧部材２０によりピストン１５側に向く復帰力が付与されている。

また、ケーシング１の先端には、ベアリング２１を介しフリーに回転するヘッドケーシング２２が締付具２３を介し接続してあり、このヘッドケーシング２２内には、軸線が主軸３の軸線に対し直角に交差する副主軸２４がベアリング２５を介し軸承してある。

さらに、副主軸２４の先端には、ドリルなどの刃物２６のコレットチャックなどの保持手段２７が設けてある。

上記主軸３の先端から副主軸２４に互いに取り付けて噛み合う傘歯車の伝達手段２８により回転が伝達されるようにしてある。

また、主軸３の先端部外側に主軸３と共にキー止めなどにより回動する従動側クラッチ２９を設け、この従動側クラッチ２９の手前で主軸３に対してフリーで、かつ前後方向にスライドする駆動側クラッチ３０を設け、この駆動側クラッチ３０の外周複数の等分位置に設けてある二叉状の支持部３１に位相固定ピン３２の外周環状溝４４を嵌め込んで、支持部３１と係合関係になる位相固定ピン３２を配置すると共に、この各位相固定ピン３２をバネなどの押圧部材３３によりピストン１５方向に押し戻す復帰力を付与しておく。

上記の従動側クラッチ２９及び駆動側クラッチ３０は、図４に示すように、中心の透孔３６に主軸３を貫通させて、従動側クラッチ２９の透孔３６のキー溝３７にキー３８（図３参照）を介し主軸３と共に回動するようにし、駆動側クラッチ３０は、主軸３に対しスライドする。

そして、駆動側クラッチ３０から従動側クラッチ２９への回転伝達は、図４に示すように、両方の伝達面に波状の連続する鋸歯面部３９を噛み合わせて行う。

すると、通常の凹凸で形成されたクラッチでは噛み合わなくなると、波状の連続した鋸歯面部３９のため、微調整してどの位相でも噛み合う。

さらに、ケーシング１の内周面に環状体３４を設けて、この環状体３４の全周等間隔角度毎に上記位相固定ピン３２のピストン１５の方向に向く先端が嵌入する角度割出孔３５を設ける。

上記の角度割出孔３５の数は、回転伝達の剛性を保障するため位相固定ピン３２を６本配置した関係上１５°／３６０°の配置としたが、限定されない。

上記の角度割出孔３５は、テーパー状にしてあり、位相固定ピン３２の先端もテーパー状にして、スムーズな嵌入ができるようになっている。

また、ピストン軸１４の前進にともない角度割出孔３５と位相固定ピン３２との係合関係を解除するように位相固定ピン３２を押し戻し、かつ従動側クラッチ２９と駆動側クラッチ３０とが係合関係になるように駆動側クラッチ３０を押し戻す作用手段Ｃを設けておく。

上記の作用手段Ｃは、図示の場合、主軸３の外周１８０度の対向面に長孔４０を設けて、ピストン軸１４の中心を横切る線上に打ち込んで両端を長孔４０に貫通させたニードルピン４１と、主軸３の外側にスライド自在に嵌装すると共に、ニードルピン４１の両端が貫通するピン押しスリーブ４２と、このピン押しスリーブ４２の外側と嵌装駆動側クラッチ３０の透孔３６との間に介在したニードルベアリング４３とで構成し、ピストン軸１４の前進にともない共に前進するニードルピン４１を介しピン押しスリーブ４２と共に駆動側クラッチ３０を前方に強制的にスライドさせるようになっている。

さらに、中空室１３にピストン１５の押し出し（ピストン軸１４を前進させる）用のエアの圧入供給路４５が設けてある。

上記供給路４５にエアを供給する方式としては、図示の場合、ブロック１０から管軸９をへてリング６、主軸３に設けてある。

上述のように構成すると、供給路４５から中空室１２にエアを圧入してピストン１５を介しピストン軸１４の前進をはかると、作用手段Ｃにより駆動側クラッチ３０と共に角度割出し孔３５から先端が脱出するように位相位置決めピン３２を押し戻して、共に押し出しスライドさせる駆動側クラッチ３０を従動側クラッチ２９に噛み合わせる。

この状況下で工作機械側の数値制御によりスピンドルａと共に主軸３を所定の角度回動させることによって主軸３の回転が伝達手段２８を介し副主軸２４に伝えてヘッドケーシング２２を図１０に示すように旋回させる。

エアの圧入を解除すると、押圧部材２０の復元力により主軸３と共に作用手段Ｃが後退して、角度割出孔３５に位相固定ピン３２の先端が嵌入し、かつ従動側クラッチ２９に対する駆動側クラッチ３０の噛み合いもなくなる。

この状況下でスピンドルａから主軸３に回転を与えることで、伝達手段２８を介し副主軸２４に回転を伝えるので、刃物２６が回転してワークを加工する。

この発明の第２の実施形態は、図９に示すように、副主軸２４の両端（先端と末端とに）に刃物２６の保持手段２７、２７を設けておく。

すると、例えば片方の保持手段２７に刃物２６のドリルを、もう片方の保持手段２７に刃物２６のタップを保持させておくと、穴の切削加工と、穴にタップ加工を行うことができる。

この発明の第３の実施形態では、図１、２に示すように、ケーシング１を前後に二分割して、この分割端を締付具５１を介し接続できるようにしておく。

すると、工作機械Ａ側ケーシング１の先端面から切削加工して中空室１２を形成することができるので、中空室１２の内径をケーシング１の外周近く迄切削して直径を大きくすることができる。

このため、ピストン１５の直径も大きくなって受圧面積も大きく、大きな推力を得ることができる。

勿論、中空室１２の長さも大きくすることができて、ピストン１５を多段にでき、受圧面積の増加にともない推力も大きくすることが可能になる。

この発明の第４の実施形態では、図１１に示すように、ケーシング１とヘッドケーシング２２との締付具２３を介し接続する突き合わせ面間にスラストニードルベアリング５２を介在しておく。

すると、旋回面にがたつきがなく、充分な剛性を得ることができるので、加工（切削）の仕上がりも良い。
図中５３はベアリング、５４は駆動側クラッチ３０の押し戻しバネである。

Ａ工作機械
ａスピンドル
Ｂ位置決め手段
Ｃ作用手段
１ケーシング
２ベアリング
３主軸
４テーパー孔
５テーパーシャンク
６リング
７筒部
８バネ
９管軸
１０ブロック
１１テーパー穴
１２中空室
１３中空路
１４ピストン軸
１５ピストン
１６キー
１７孔
１８ピン
１９切欠き
２０押圧部材
２１ベアリング
２２ヘッドケーシング
２３締付具
２４副主軸
２５ベアリング
２６刃物
２７刃物保持手段
２８伝達手段
２９従動側クラッチ
３０駆動側クラッチ
３１支持部
３２位相固定ピン
３３押圧部材
３４環状体
３５角度割出孔
３６透孔
３７キー溝
３８キー
３９鋸歯面部
４０長孔
４１ニードルピン
４２ピン押しスリーブ
４３ニードルベアリング
４４環状溝
４５供給路
５１締付具
５２スラストニードルベアリング

Claims

工作機械に対し位置決め手段を介し不回転状態に接続するケーシングと、このケーシングの末端から挿入してフリーに回転するように軸承すると共に、上記工作機械側から回転伝達を受けるように設けた主軸と、この主軸の末端部内に設けた中空室と、この中空室の先端面に末端面を連通させて上記主軸の軸芯に設けた中空路と、この中空路にスライド自在に挿入したピストン軸の末端から連なって上記中空室にスライド自在に組み込んだピストンと、上記ピストン軸に主軸の末端方向に復帰力を付与する押圧部材と、上記ケーシングの先端に対しフリーに回転するように末端側を接続したヘッドケーシングと、このヘッドケーシング内に軸線が上記主軸の軸線に対し直角に交差するように軸承した副主軸と、この副主軸の先端に設けた刃物保持手段と、上記主軸の回転を副主軸に伝達するように設けた伝達手段と、上記主軸の先端部外側に前記主軸と共に回動するように設けた従動側クラッチと、この従動側クラッチの手前で上記主軸に対しフリーで、かつ前後方向にスライドするように設けた駆動側クラッチと、この駆動側クラッチの外周複数の等分位置に設けてある支持部に支持すると共に、押圧部材により上記ピストン方向に復帰力を付与して設けた位相固定ピンと、上記ケーシングの内周に設けてある環状体の全周所定の等間隔角度毎に上記位相固定ピンの先端が嵌入するように設けた角度割出し孔と、上記ピストン軸の前進にともない上記角度割出し孔と位相固定ピンとの係合関係を解除するように前記位相固定ピンを押し戻し、かつ上記従動側クラッチと駆動側クラッチとが係合関係になるように前記駆動側クラッチを押し出すような作用手段を設け、また上記ケーシングから中空室に上記ピストンの押し出し用エアの供給路を設けたことを特徴とする自動旋回割出機能付きアングルヘッド。
前記副主軸の先端と末端とに刃物保持手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の自動旋回割出機能付きアングルヘッド。
前記主軸が、工作機械側から回転伝達を受ける元部と、元部の前方主軸とを二分割にして、この二分割の端と締付具を介し接続すると共に、上記元部の先端面から後方に切削加工して中空室を設けたことを特徴とする請求項１に記載の自動旋回割出機能付きアングルヘッド。
前記ケーシングとヘッドケーシングとの締付具を介し接続する突き合わせ面間にスラストニードルベアリングを介在したことを特徴とする請求項１に記載の自動旋回割出機能付きアングルヘッド。
前記駆動側クラッチと従動側クラッチとの回転伝達が、両方の伝達面に設けてある波状の連続する鋸歯面部を噛み合わせるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自動旋回割出機能付きアングルヘッド。