JP6017306B2

JP6017306B2 - ボーリングヘッド

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Publication number: JP6017306B2
Application number: JP2012285344A
Authority: JP
Inventors: 高繁樹大; 井貴雄新
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014124756A

Description

本発明は、内径が段階的に変化する穴での中ぐり加工に使用するボーリングヘッドに関する。

鋳抜き穴や、ドリル加工等による加工穴が加工された工作物に対して、さらに穴の径を大きく拡げて仕上げを行う中ぐり加工には、片持ち式のボーリング加工機や、横中ぐり盤などの工作機械が用いられている。

このような中ぐり加工には、内径が一定の穴を拡げる加工のほか、内径が途中で段階的に変化する穴の加工がある。内径が変化する穴の中ぐり加工では、工具を中ぐり主軸の半径方向に繰り出すことのできるボーリングヘッドを中ぐり主軸に取り付けて、中ぐり加工が行われる。この種のボーリングヘッドに関する従来技術としては、例えば、特許文献１に開示されているようなボーリングヘッドが知られている。

この引用文献１のボーリングヘッドの内部には、先端に工具を保持する一対のラムと、このラムをボールねじ機構によって半径方向に繰り出す駆動機構が設けられている。

特開昭５８−２８４０９号公報

例えば、工作物が大型のタービンやポンプなどのケーシングである場合、中ぐり加工を行う穴には、小径部、中径部、大径部というように段階的に内径が変化することがある。このような工作物に対して、従来のボーリングヘッドで中ぐり加工をする場合、ボーリングヘッドは小径部と中径部には対応できても、大径部の加工になると、ラムを繰り出してもストロークが足りないため、加工途中でより長い工具をラムに取り付け直さなければならなかった。このため、中ぐり加工を中断し、ボーリングヘッドを穴から抜き出してからより長い工具に交換してから、再度、穴に進入させて大径部の中ぐり加工を行なわなければならなかった。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、半径方向のストロークを２段階に大きく取ることができ、工具を取り付け直すことなく、小径部から大径部までを加工することのできるようにしたボーリングヘッドを提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、中ぐり加工装置の主軸に装着されるヘッド本体と、前記ヘッド本体内に前記主軸の半径方向に進退可能に収容され、先端にバイトが固定された内筒と外筒とが入子型に嵌合する第１ラムと第２ラムからなる一対のラムと、前記ヘッド本体に内蔵され、一対の前記外筒のみを互いに反対方向に同期してそれぞれ直線移動させる、二等辺三角形の各頂点に配置されたプーリに巻き掛けられた一対の三角伝動ベルトと、前記内筒のみをそれぞれ直線移動させるボールねじ機構とからなるラム駆動機構と、前記ヘッド本体内で伝動軸の回転を前記一対の三角伝動ベルト機構に同期して伝動する第１の伝動系統と、前記ヘッド本体内で前記伝動軸の回転を前記一対のボールねじ機構に同期して伝動する第２の伝動系統と、前記第１の伝動系統と前記第２の伝統系統のうち、いずれか一方を選択的に前記伝動軸に接続可能なクラッチ機構と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によるボーリングヘッドが適用される型持ち型ボーリング加工機を示す斜視図である。本発明の一実施形態によるボーリングヘッドの横断面図である。本発明の一実施形態によるボーリングヘッドの内部構造を示す透視図である。本発明の一実施形態によるボーリングヘッド内の伝動機構を示す斜視図である。同ボーリングヘッドの備えるラムを示す透視図である。本発明の一実施形態によるボーリングヘッドにおいて、ラムが後退しているときの伝動機構を示す模式図である。本発明の一実施形態によるボーリングヘッドにおいて、ラムが前進するときの伝動機構を示す模式図である。本発明のボーリングヘッドによる中ぐり加工の説明図である。

以下、本発明によるホーリングヘッドの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明のボーリングヘッドが適用される片持ち式のボーリング加工装置を示す図である。図１において、参照番号２は、ベッドを示し、参照番号３は、サドルを示す。このサドル３の上には、Ｚ軸ガイド４が設けられており、サドル３は、Ｚ軸ガイド４に案内されてＺ軸方向に移動することができる。サドル３の上には、コラム５が設置されており、このコラム５には、昇降台６がＸ軸ガイド７に沿って昇降自在に設置されている。昇降台６には主軸頭８が搭載されており、この主軸頭８はＹ軸方向に移動可能である。主軸頭８には、Ｚ軸方向に水平に伸びるように主軸ユニットの筒１０が片持ち支持されており、この主軸ユニットの筒１０の先端にはスナウト１２を介してボーリングヘッド２０が取り付けられている。この実施形態では、ボーリングヘッド２０の後部には、ボーリングヘッド２０自身を旋回させる機構と、後述するラムを駆動する軸を備えている。ボーリングヘッド２０を旋回させる機構としては、主軸ユニットの筒１０の内部にボーリングヘッド２０を旋回駆動する軸と、ラムを駆動する軸を内蔵する方式も適用可能である。

次に、図２は、ボーリングヘッド２０を示す図である。図２において、参照番号４０は、ボーリングヘッド２０のヘッド本体を示す。このボーリングヘッド２０では、ヘッド本体４０の中心に関して対称な位置に２つの入子型の第１ラム４２、第２ラム４３が互いに平行に組み込まれている。第１ラム４２、第２ラム４３は、それぞれ四角筒状の内筒４４と外筒４５とからなり、内筒４４は外筒４５に軸方向に進退可能に嵌合している。内筒４４の先端には刃物としてワークを切削するバイト４６が固定されている。外筒４５は、ヘッド本体４０の内部をその軸方向と直角な方向に進退可能である。

この実施形態では、第１ラム４２、第２ラム４３において、外筒４５の移動ストロークはＳ１であり、内筒４４の移動ストロークはＳ２である。内筒４４の先端のバイト４６の刃先までの長さは、最大Ｓ１＋Ｓ２の範囲で延長することができるようになっている。

図３並びに図４において、参照番号４８は、第１ラム４２および第２ラム４３に動力を伝動する二重伝動軸を示している。この二重伝動軸４８は、内側伝動軸４９と外側伝動軸５０とからなる二重同軸伝動軸として構成されている。二重伝動軸４８の先端部には、第１クラッチ５１、第２クラッチ５２が設けられており、この二つの第１クラッチ５１、第２クラッチ５２の接続／切断の組み合わせによって、動力の伝達系統が切り替わるようになっている。二重伝動軸４８から動力が伝動される伝動系統としては、第１ラム４２、第２ラム４３のそれぞれ外筒４５に伝動する第１伝動系統と、第１ラム４２、第２ラム４３のそれぞれ内筒４４に伝動する第２伝動系統の２つの系統がある。

そこで、まず、第１伝動系統について、図４を参照しながら説明する。
この第１伝動系統は、ベルト伝動によって、二重伝動軸４８の回転運動を直線運動に転換して、第１ラム４２、第２ラム４３の外筒４５に伝動する系統である。

二重伝動軸４８の先端部では、内側伝動軸４９と外側伝動軸５０は第１クラッチ５１によって接続することが可能である。二重伝動軸４８の外側伝動軸５０にはプーリ５４、５６が取り付けられており、外側伝動軸５０と平行に、対をなす２本の第１ベルト伝動軸５７、第２ベルト伝動軸５８が配置されている。このうち第１ベルト伝動軸５７の一端には、プーリ５９が取り付けられ、外側伝動軸５０のプーリ５４と第１ベルト伝動軸５７のプーリ５９との間にはベルト６０が巻き掛けられている。同様に、第２ベルト伝動軸５８の一端に取り付けられたプーリ６１と外側伝動軸５０のプーリ５６の間にはベルト６２が巻き掛けられている。

図３並びに図４に示されるように、第１ベルト伝動軸５７の先端に取り付けられたプーリ６３を二等辺三角形の頂点とするように、ヘッド本体４０の先端部には、二等辺三角形の底辺両端の位置にプーリ６４、６５が配置されている。これら二等辺三角形の各頂点に位置するプーリ６３、６４、６５にはベルト６６が巻き掛けられ、二等辺三角形の環状にベルト６６が走行する三角伝動ベルトが構成されている。プーリ６４とプーリ６５の間のベルト走行路は、第１ラム４２の外筒４５の側面と平行に延びるようになっており、ブラケット６８によってベルト６６と第１ラム４２の外筒４５とは連結されている。このような三角伝動ベルトでは、ブラケット６８はベルト６６とともに、プーリ６４とプーリ６５との間のベルト走行路を移動し、第１ラム４２の外筒４５をストロークＳ1の範囲内で直線移動させることができる。

同様に、第２ラム４３の外筒４５に動力を伝動する第２ベルト伝動軸５８の先端には、プーリ７０が取り付けられており、このプーリ７０を二等辺三角形の頂点とするように、二等辺三角形底辺両端の位置にプーリ７１、７２が配置されている。これらプーリ７０、７１、７２にはベルト７４が巻き掛けられており、二等辺三角形の環状にベルト７４が走行する三角伝動ベルトが構成されている。プーリ７１とプーリ７２の間のベルト走行路は、第２ラム４３の外筒４５の側面と平行に延び、ベルト７４はブラケット７５を介して外筒４５と連結されている。したがって、ブラケット７５がベルト７４とともに移動すると、第２ラム４３の外筒４５全体は第１ラム４２と同期して反対方向に直線移動することが可能になる。

次に、第１ラム４２と第２ラム４３のそれぞれの内筒４４に動力を伝動する第２伝動系統について説明する。
この第２伝動系統は、歯車伝動機構によって、二重伝動軸４８の回転運動を直線運動に変換して、第１ラム４２および第２ラム４３のそれぞれ内筒４４に伝動する系統である。

図４において、二重伝動軸４８の先端部では、内側伝動軸４９が第２クラッチ５２を介してはすば歯車８０と接続されている。二重伝動軸４８の軸方向と直交する方向には、歯車中間伝動軸８１が配置されている。この歯車中間伝動軸８１の中央には、はすば歯車８０とかみ合うはすば歯車８２が固定されており、内側伝動軸４９の回転は、はすば歯車８０、８２によって方向を直角に変えて歯車中間伝動軸８１に伝動される。

歯車中間伝動軸８１と平行に、第１の歯車伝動軸８４と、第２の歯車伝動軸８５が配置されている。このうち、第１歯車伝動軸８４は、第１ラム４２の内筒４４と連結される伝動軸であり、第２歯車伝動軸８５は、第２ラム４３の内筒４４と連結される伝動軸である。

図４に示されるように、歯車伝動中間軸８１の一端に固着された歯車８６は歯車８７に噛み合い、この歯車８７は第１歯車伝動軸８４の一端に設けた歯車８８と噛み合っており、これら歯車８６、８７、８８を介して歯車中間伝動軸８１の回転は第１歯車伝動軸８４に伝達される。

同様に、歯車中間伝動軸８１の他端には歯車９０が固着され、この歯車９０と第２歯車伝動軸８５の一端にある歯車９１とに噛み合う歯車９２を介して、歯車伝動中間軸８１の回転が第２歯車伝動軸８５に伝達されるようになっている。このような歯車伝動機構では、第１歯車伝動軸８４と第２歯車伝動軸８５は同期して同じ方向に回転する。

図５に示されるように、第１ラム４２の外筒４５の内部には、ボールねじ９４が第１ラム４２の長手方向と平行に設置されている。このボールねじ９４の基端部には、歯車９５が固定されており、この歯車９５には歯車９６と、第１歯車伝動軸８４の他端に固定された歯車９７が一組の歯車列をなして順次噛み合うようになっている。これら歯車９５、９６は常に噛み合っており、外筒４５とともに移動可能である。ボールねじ９４には、ボールナット９８が螺合しており、この第１ボールナット９８は、内筒４４側に固定されている。

第２ラム４３の内部にも同様のボールねじ機構が設けられており、同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明は省略する。但し、第１ラム４２側のボールねじ９４と、第２ラム４３側のボールねじ９４とは、互いに反対方向に内筒４４、４４を同期して送るために、逆ねじのボールねじとなっている。

ここで、図６は、ヘッド本体４０の内部において第１ラム４２と第２ラム４３が後退限位置であるもっとも引っ込んだ位置にあるときの第１伝動系統と第２伝動系統を模式的に示す図である。図７は、ヘッド本体４０の内部において第１ラム４２の外筒４５と第２ラム４３の外筒４５が前進限位置まで前進した位置にあるときの第１伝動系統と第２伝動系統を模式的に示した図である。

図６に示されるように、もっとも引っ込んだ位置に第１ラム４２、第２ラム４３があると、ボールねじ９４と一体の歯車９５、９６は、第１歯車伝動軸８４の後端側にある歯車９７と接続される。同様に、第２ラム４３でも、ボールねじ９４と一体の歯車９５、９６、第２歯車伝動軸８５の前端にある歯車９７と接続される。

本実施形態のボーリングヘッドでは、第１ラム４２および第２ラム４３がヘッド本体４０の内部に引っ込んだ状態にあると、上述したボールねじ機構を作動させ、それぞれ内筒４４ａ、４４ｂだけを繰り出しあるは引き込み、ラム全体の腕の長さを変えることにより、バイト４６の刃先位置を制御できるようになっている。

内筒４４ａ、４４ｂを繰り出す場合、図４において、二重伝動軸４８の先端部では、内側伝動軸４９と外側伝動軸５０を接続する第１クラッチ５１は切られた状態にあり、第２クラッチ５２の方が入っている。この状態では、スナウト１２に内蔵されている図示しないサーボモータにより駆動される内側伝動軸４９の回転は、外側伝動軸５０に伝わらずに、はすば歯車８０、８２を介して歯車伝動中間軸８１に伝達される。この歯車伝動中間軸８１の回転は、歯車８６、８７、８８を介して第１歯車伝動軸８４に伝わると同時に、歯車９０、９１、９２を介して第２歯車伝動軸８５に伝わり、第１歯車伝動軸８４と第２歯車伝動軸８５を同じ方向に回転させる。

このとき、第１歯車伝動軸８４の後端にある歯車９７は、歯車９６、９５を介して向かって左側の内筒４４ａ内部のボールねじ９４と接続された状態にあり、第２歯車伝動軸８５の前端にある歯車９７は、向かって右側の内筒４４ｂ内部のボールねじ９４と歯車９６、９５を介して接続された状態にある。そして、内筒４４ａ内部のボールねじ９４と内筒４４ｂ内部のボールねじ９４とはねじの方向が逆ねじになっているので、ボールねじ９４、９４の回転によって左側の内筒４４ａと右側の内筒４４ｂとは、反対方向、この場合、ヘッド本体４０から突き出る方向に同期して移動する。こうして、ボールねじ９４の回転によるボールナット９８の移動ストロークＳ2の範囲内で、第１ラム４２、第２ラム４３の長さを変えながら、内筒４４ａ、４４ｂの先端のバイト４６の刃先位置を、内側伝動軸４９を駆動するサーボモータの数値制御によるＵ軸として制御することができる。

なお、第１ラム４２、第２ラム４３の内筒４４、４４をヘッド本体４０の内部に引き込むときは、内側伝動軸４９を逆回転させればよい。

次に、第１ラム４２と第２ラム４３の長さをさらに伸ばすには、外筒４５を前進端まで前進させてから、上記と同様にして、さらに内筒４４ａ、４４ｂを繰り出せばよい。

図７に示されるように、第１ラム４２と第２ラム４３のそれぞれ外筒４５ａ、４５ｂを前進させる場合には、主伝動軸４８の先端部では、第１クラッチ５１の方が入った状態になって内側伝動軸４９は外側伝動軸５０と接続され、第２クラッチ５２は切られた状態になっている。

このクラッチの切り換えによって、内側伝動軸４９の回転は、外側伝動軸５０に伝達される。図４において、外側伝動軸５０の回転は、ベルト６０、６２を介して、第１ベルト伝動軸５７と第２ベルト伝動軸５８に同時に伝達される。これにより、三角伝動ベルト６６、７４は、図７において矢印方向に循環移動する。このように、三角伝動ベルト６６のベルト走行路は左行し、三角伝動ベルト７４のベルト走行路は右行するので、これらのベルト走行路と連結されている外筒４５ａ、４５ｂは同期して繰り出される。

外筒４５ａ、４５ｂが前進限まで繰り出されると、図７に示されるように、第１歯車伝動軸８４の前端にある歯車９６は、歯車９６、９５を介して内筒４４ａ内部のボールねじ９４と接続された状態にあり、第２歯車伝動軸８５の後端にある歯車９１は、内筒４４ｂ内部のボールねじ９４と歯車９６、９５を介して接続された状態にある。したがって、内側伝動軸４９の回転をベールねじ９４に伝動させれば、内筒４４ａ、４４ｂをストロークＳ２の範囲で繰り出すことができる。

こうして、三角伝動ベルト６６のベルト走行路のストロークＳ1に加えて内筒４４ａ、４４ｂのストロークＳ２の範囲内で、第１ラム４２、第２ラム４３の長さを変えながら、内筒４４ａ、４４ｂの先端のバイト４６の刃先位置を、内側伝動軸４９を駆動するサーボモータの数値制御によりＵ軸として制御することができる。

ここで、図８は、図１に示したボーリング加工機によるボーリングヘッド２０を用いたワークの中ぐり加工を示す図である。この中ぐり加工では、ワーク１００の内径部に段階的に内径の異なる小径部１０２、中径部１０４、大径部１０６を次のようにして加工する。

まず、小径部１０２を加工する場合について説明する。この小径部１０２を加工するときには、ボーリングヘッド２０においては、第１ラム４２、第２ラム４３のそれぞれ外筒４５はヘッド本体４０の内部に引っ込んだ状態で、内筒４４のみが小径部１０２の内径に対応する距離だけ送り出される。この状態でボーリングヘッド２０全体が回転し、内筒４４の先端のバイト４６で切削が行われる。

中径部１０４を加工する場合にも、小径部１０２の加工と同様に、中径部１０４の内径に対応する距離だけ内筒４４がさらに伸びて、この状態でボーリングヘッド２０全体が回転して、バイト４６による切削が行われる。

さらに、中ぐり加工が進んで、大径部１０６を加工するときには、第１ラム４２、第２ラム４３のそれぞれの外筒４５が最大前進位置まで伸びてから、さらに、内筒４４も所定距離だけ伸び、大径部１０６をバイト４６で切削するのに必要なストロークが確保される。

以上のようにして、本実施形態のボーリングヘッドによれば、第１ラム４２、第２ラム４３において、外筒４５がヘッド本体４０内部に引っ込んだ状態で内筒４４を伸ばす行程と、外筒４５がヘッド本体４０から最大前進位置まで伸びた状態で内筒４４をさらに伸ばす行程の、二段構えの伸長が可能になっているので、途中で、工具を交換する必要なしに、効率的に大、中、小の様々な内径部の切削を実現することができる。

以上、本発明について、片持ち支持型のボーリング加工機に適用した実施形態を挙げて説明したが、本発明によるボーリングヘッドは、中ぐり盤、特に横中ぐり盤に適用可能である。横中ぐり盤にボーリングヘッドを取り付ける場合は、中ぐり軸によってボーリングヘッドを旋回駆動し、ボーリングヘッドの後部の固定部にラムの駆動軸を設けるようにすればよい。

２…ベッド、３…サドル、５…コラム、８…主軸頭、１０…主軸ユニット、１２…スナウト、２０…ボーリングヘッド、４０…ヘッド本体、４２…第１ラム、４３…第２ラム、４４…内筒、４５…外筒、４６…バイト、４８…二重伝動軸、４９…内側伝動軸、５０…外側伝動軸、５１…第１クラッチ、５２…第２クラッチ、５７…第１ベルト伝動軸、５８…第２ベルト伝動軸、６０…ベルト、７４…ベルト、８１…歯車中間伝動軸、８４…第１歯車伝動軸、８５…第２歯車伝動軸、９４…ボールねじ、９８…ボールナット、１００…ワーク、１０２…小径部、１０４…中径部、１０６…大径部

Claims

中ぐり加工装置の主軸に装着されるヘッド本体と、
前記ヘッド本体内に前記主軸の半径方向に進退可能に収容され、先端にバイトが固定された内筒と外筒とが入子型に嵌合する第１ラムと第２ラムからなる一対のラムと、
前記ヘッド本体に内蔵され、一対の前記外筒のみを互いに反対方向に同期してそれぞれ直線移動させる、二等辺三角形の各頂点に配置されたプーリに巻き掛けられた一対の三角伝動ベルトと、前記内筒のみをそれぞれ直線移動させるボールねじ機構とからなるラム駆動機構と、
前記ヘッド本体内で伝動軸の回転を前記一対の三角伝動ベルト機構に同期して伝動する第１の伝動系統と、
前記ヘッド本体内で前記伝動軸の回転を前記一対のボールねじ機構に同期して伝動する第２の伝動系統と、
前記第１の伝動系統と前記第２の伝統系統のうち、いずれか一方を選択的に前記伝動軸に接続可能なクラッチ機構と、
を備えたことを特徴とするボーリングヘッド。
前記一対の三角伝動ベルトは、二等辺三角形の底辺をなすベルト走行路が近接して平行に走行するように配置され、前記ベルト走行路はそれぞれブラケットを介して前記第１ラム、第２ラムの外筒と連結されたことを特徴とする請求項１に記載のボーリングヘッド。
前記伝動軸は、内側伝動軸と外側伝動軸との二重伝動軸からなり、前記第１伝動系統は、前記二重伝動軸と平行に配置され、先端に前記三角伝動ベルトの二等辺三角形の頂点位置に配置されるプーリを有する一対のベルト伝動軸と、前記外側伝動軸の回転を前記ベルト伝動軸に伝達する一対のベルト伝動機構と、からなることを特徴とする請求項２に記載のボーリングヘッド。
前記伝動軸は、内側伝動軸と外側伝動軸との二重伝動軸からなり、前記第２伝動系統は、前記第１ラムの移動方向と平行に配置され、両端部にそれぞれ歯車が固定された第１の歯車伝動軸と、前記第２ラムの移動方向と平行に配置され、両端にそれぞれ歯車が固定された第２の歯車伝動軸と、前記内側伝動軸とはすば歯車を介して接続され、前記第１歯車伝動軸と前記第２歯車伝動軸に同時に内側伝動軸の回転を伝動する中間伝動軸と、からなることを特徴とする請求項１に記載のボーリングヘッド。
前記第１ラム内のボールねじ機構のボールねじの後端部は、前記第１ラムの外筒が後退限位置にあるときに歯車列を介して前記第１歯車伝動軸の一端と接続され、前記第１ラムの外筒が前進限位置にあるときには前記歯車列を介して前記第１歯車伝動軸の他端と接続され、前記第２ラム内のボールねじ機構のボールねじの後端部は、前記第２ラムの外筒が後退限位置にあるときに歯車列を介して前記第２歯車伝動軸の一端と接続され、前記第２ラムの外筒が前進限位置にあるときには前記歯車列を介して前記第２歯車伝動軸の他端と接続されるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のボーリングヘッド。
前記第１ラムと第２ラムは、前記ヘッド本体の中心に関して１８０°対称な位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のボーリングヘッド。
前記第１ラムと第２ラムは、それぞれ入れ子状に嵌合する角筒状の内筒と外筒からなることを特徴とする請求項６に記載のボーリングヘッド。
前記中ぐり加工装置は、片持ち式のボーリング加工機であることを特徴とする請求項１に記載のボーリングヘッド。
前記中ぐり加工装置は、横中ぐり盤であることを特徴とする請求項１に記載のボーリングヘッド。