JP6062274B2 - 工作機械 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば歯車を創成加工する場合に用いられる工作機械に関するものである。
従来、この種の工作機械としては、例えば特許文献1に開示されるような構成が提案されている。
この従来構成においては、ベッドの上面に回転テーブルが垂直軸線を中心に回転可能に配置されている。回転テーブルの上部には、ワークを着脱可能に支持する治具が設けられている。ベッド上には、水平なX軸方向に移動可能なコラム、鉛直なZ軸方向に移動可能なサドル、水平軸線を中心に旋回可能な旋回ヘッド、及び水平なY軸方向に移動可能なスライドヘッドを介して工具ヘッドが支持されている。工具ヘッドの下部には、歯車形状の工具が回転可能に支持されている。そして、ワークと工具とが同期回転されることにより、ワークに内歯車が創成加工されるようになっている。
特開2010−142928号公報
ところで、この従来の工作機械においては、ワークと工具との上下位置関係が固定されていて、それらの位置関係を入れ替えることはできない。従って、例えば、ワークの支持位置を要求に応じて上下いずれかに選択するというようなことは困難である。
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ワークと工具との上下位置関係を必要に応じて選択できる工作機械を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項1の発明においては、一対のスピンドルユニットを上下に対向して配置し、それらのスピンドルユニットの対向端部に、ワークが保持されるワークホルダと工具が保持される工具ホルダとを交換可能にし、下側に位置するスピンドルユニット上のワークホルダまたは工具ホルダの下部外周には、外周側に向かって下降傾斜する案内面を有する案内部材を設けたことを特徴としている。
従って、この工作機械においては、一対のスピンドルユニットに対するワークホルダと工具ホルダとの装着位置を、必要に応じて任意に選択することができる。よって、例えば両スピンドルユニットが上下に対向して配置されている工作機械において、ワークの着脱作業を自動化する場合には、上側のスピンドルユニットにワークホルダを装着するとともに、下側のスピンドルユニットに工具ホルダを装着すれば、ローダ等の機構を用いることにより、ワークの取り付け及び取り外し動作を容易に行うことができる。また、大重量のワークを手作業によって着脱する場合には、下側のスピンドルユニットにワークホルダを装着するとともに、上側のスピンドルユニットに工具ホルダを装着すれば、大重量のワークの着脱作業を下方位置において容易に行うことができる。また、案内部材により、加工屑を滞留することなく、円滑に排出できる。
請求項2の発明においては、両スピンドルユニットのスピンドルを同一形状にするとともに、それらのスピンドルの軸心に貫通孔を形成している。
請求項3の発明においては、両スピンドルユニットの外筒体を同一形状にした請求項2に記載の工作機械。スピンドルユニット全体の上下入れ替えが容易である。
請求項4の発明においては、両スピンドルユニットは、スピンドルを回転させるためのビルトインモータを有し、そのビルトインモータを同一またはほぼ同一仕様のものにしている。従って、ワークと工具との入れ替えを自在に行うことができる。
請求項5の発明においては、両スピンドルユニットのホルダ装着側の端部と反対側の端部にアクチュエータを設け、一方のスピンドルユニットにおけるスピンドルの貫通孔には、ワークホルダ上のワークチャックに連結されている。そして、前記アクチュエータの駆動によってワークチャックを開閉動作させる作動ロッドを挿入し、他方のスピンドルユニットにおけるスピンドルの貫通孔には、工具ホルダの工具チャックに連結され、前記アクチュエータの駆動によって工具チャックを開閉動作させる作動ロッドを挿入している。従って、工具及びワークの位置関係が上下いずれかであってもワークを適切に加工できる。
請求項6の発明において、一方のスピンドルユニットを自身の軸線方向及び軸線と直交する方向に移動可能に配置するとともに、他方のスピンドルユニットを一方のスピンドルユニットの移動2方向と直交する方向に移動可能に、かつ一方のスピンドルユニットに対して軸線方向の角度調節可能に配置している。従って、ワーク加工及びワークや工具の交換等を適切に行うことができる。
請求項の発明においては、スピンドルユニットの外側に、スピンドルユニットを装置フレームに着脱可能に固定するための固定部を設けている。従って、固定部の固定を外せば、スピンドルユニットを容易に上下入れ替えできる。
請求項の発明においては、前記固定部は、装置フレームの雌ネジ部に螺入されるボルトを通すための構成である。従って、ボルトの脱着により、スピンドルユニットを容易に上下入れ替えできる。
請求項の発明においては、工具として、内歯車を創成するスカイビングカッターを用いている。
前記の工作機械によれば、ワークと工具との上下位置関係を必要に応じて選択できるという効果を発揮する。
一実施形態の工作機械を示す斜視図。 図1の工作機械における上下スピンドルユニットを示す部分破断正面図。 図2の上側のスピンドルユニットを拡大して示す部分破断正面図。 同じく下側のスピンドルユニットを拡大して示す部分破断正面図。 図2の上下スピンドルユニットにワークホルダと工具ホルダとを逆に装着した状態を示す部分破断正面図。
以下、工作機械の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、ベッド11上には、コラム12が立設配置されている。このベッド11やコラム12は装置フレームを構成している。コラム12の前面には、第1サドル13が水平なY軸方向に移動可能に支持されている。第1サドル13の前面には、スライドヘッド14が鉛直なZ軸方向に移動可能に支持されている。スライドヘッド14の前面には、上側のスピンドルユニット15がその軸線L1を上下方向に延長させた状態で固定配置されている。前記ベッド上には、第2サドル16が水平なX軸方向に移動可能に支持されている。第2サドル16の前面には、旋回ヘッド17が水平な軸線L2を中心に旋回可能に支持されている。旋回ヘッド17の前面には、下側のスピンドルユニット18が固定されている。そして、図4に示すように、ワーク20の加工時には、スピンドルユニット18はその軸線L3が傾斜された状態に配置される。
図1に示すように、前記両スピンドルユニット15,18の対向端部には、それぞれワークホルダ19と工具ホルダ21とが交換可能に装着されている。図示の構成においては、上側のスピンドルユニット15の下端部にワークホルダ19が装着されるとともに、下側のスピンドルユニット18の上端部に工具ホルダ21が装着されている。ワークホルダ19の下部には、円環状のワーク20が着脱可能に保持される。工具ホルダ21の上部には、歯車形状の工具(実施形態ではスカイビングカッター)22が着脱可能に保持される。そして、工具22がワーク20の内周面に位置された状態で、工具22及びワーク20が同期回転されながら、ワーク20の軸線L1方向へ相対的に送り動作されることにより、ワーク20に内歯車が創成加工される。
次に、前記両スピンドルユニット15,18の構成について詳細に説明する。なお、両スピンドルユニット15,18は、上下反転して配置されているが、ほぼ同一の構成となっているため、まず上側のスピンドルユニット15について説明し、続く下側のスピンドルユニット18については、同一の構成部分に同一の符号を付して、それらの詳細な説明を省略する。
図2及び図3に示すように、前記上側のスピンドルユニット15には、円筒状のユニット外筒体25が備えられている。ユニット外筒体25の下端開口部には、環状の蓋体26が取り付けられている。ユニット外筒体25内には、スピンドル27が複数のベアリング28を介して回転可能に支持されている。スピンドル27の軸心には、貫通孔271が形成されている。ユニット外筒体25内には、ビルトインモータ(以下、単にモータという)29が配設されている。モータ29は、ユニット外筒体25の内周に嵌着されたステータ291と、スピンドル27の外周に嵌着されたロータ292とを備え、上下のモータ29は同一またはほぼ同一仕様である。つまり、上下のモータ29は出力特性が同一またはほぼ同一のものが用いられる。そして、このモータ29によって、スピンドル27が回転されるようになっている。ここで、出力特性がほぼ同一とは、スピンドルユニット15,18が上下反転されても、ワーク加工が支障なく実行される程度の出力特性の相違を指すものである。
図2及び図3に示すように、前記上側のスピンドルユニット15において蓋体26の下面には、円環状の端板30が取り付けられている。端板30の下側においてスピンドル27の下端部には、円板状のワーク支持テーブル31が着脱可能に取り付けられている。端板30の下面には、ワーク支持テーブル31の外周縁に固定された係合リング32に係合して、ワーク支持テーブル31を回転可能に保持するための円環状の第1保持部材33が着脱可能に取り付けられている。そして、このワーク支持テーブル31の下面に、前記ワークホルダ19が複数のボルト34により着脱可能に装着されている。
図2及び図3に示すように、前記上側のスピンドルユニット15においてユニット外筒体25の上端部には、シリンダ等よりなるアクチュエータ35が配設されている。スピンドル27の貫通孔271内には、第1作動ロッド36が移動可能に挿通れている。第1作動ロッド36の上端部には、アクチュエータ35の駆動軸351に形成されたネジ孔352に着脱可能に螺合されるネジ部361が突設されている。ワークホルダ19内の下端部には、ワーク20を着脱可能に保持するためのワークチャック37が設けられている。そして、このワークチャック37が第1作動ロッド36の下端部に作動連結されて、アクチュエータ35による第1作動ロッド36の上下動に伴って開閉動作されるようになっている。
図2及び図4に示すように、前記下側のスピンドルユニット18においては、工具ホルダ21の装着側の上端部の構成を除いて、スピンドル27、モータ29、アクチュエータ35等を含む大部分が上側のスピンドルユニット15とほぼ同一に構成され、上下逆向きの状態に配置されている。この場合、ユニット外筒体25上の蓋体26の外周上縁には、加工屑を落下させるための外周側に向かって下降傾斜する傾斜面261が形成されている。また、この下側のスピンドルユニット18の端板30は、前記上側のスピンドルユニット15の端板30よりも小径となるように形成されている。
図2及び図4に示すように、前記下側のスピンドルユニット18において、スピンドル27の上端部には、工具支持テーブル38がその軸部381をスピンドル27の貫通孔271内に挿通した状態で着脱可能に取り付けられている。工具支持テーブル38の軸心には、テーパ状の装着孔382が形成されている。工具支持テーブル38の外周には、端板30の上面及び外周面を覆う第1案内部材39が着脱可能に取り付けられている。第1案内部材39の外周上縁には、加工屑を落下させるための外周側に向かって下降傾斜する案内面391が形成されている。
図2及び図4に示すように、前記工具ホルダ21には、工具支持テーブル38の装着孔382に着脱可能に挿入されるアーバ211が形成されている。そして、このアーバ211が工具支持テーブル38の装着孔382に挿入された状態で、工具ホルダ21が複数のボルト40により工具支持テーブル38の上面に着脱可能に装着されている。
図2及び図4に示すように、前記下側のスピンドルユニット18におけるスピンドル27の貫通孔271内には、第2作動ロッド41が移動可能に挿通されている。この第2作動ロッド41は、前記第1作動ロッド36よりも短くなるように形成されている。第2作動ロッド41の下端部には、アクチュエータ35の駆動軸351上のネジ孔352に着脱可能に螺合されるネジ部411が突設されている。工具支持テーブル38の軸部381内において、第2作動ロッド41の上端部と工具ホルダ21のアーバ211との間には、工具ホルダ21を工具支持テーブル38に対して着脱可能に保持するための工具チャック42が設けられている。そして、アクチュエータ35による第2作動ロッド41の上下動に伴って、この工具チャック42が開閉動作されるようになっている。
なお、アクチュエータ35は、その引き込み力により前記ワークホルダ19及び工具ホルダ21をそれぞれワーク支持テーブル31,工具支持テーブル38の頂面位置においてそれらのテーブル31,38に対して固定する機能を有する。従って、前記ワークホルダ19及び工具ホルダ21は、それぞれボルト34,40によって固定されているが、これらのワークホルダ19及び工具ホルダ21は、それぞれアクチュエータ35の力によって固定されるため、ボルト34,40による固定は必ずしも必要ではない。
次に、前記のように構成された工作機械の作用を説明する。
図1〜図4に示す状態では、上側のスピンドルユニット15の下端部にワークホルダ19が装着されるとともに、傾斜状態の下側のスピンドルユニット18の上端部に工具ホルダ21が装着されている。このため、ワークホルダ19に対するワーク20の着脱を自動化した条件下で工作機械が稼働される場合、ローダ等を用いるとともに、必要に応じて第1サドル13のY軸方向の移動により、上側のスピンドルユニット15を下側のスピンドルユニット18と対応する位置の両側方に配置する。この状態で、ワークホルダ19に対するワーク20の取り付け及び取り外し動作を能率よく行うことができる。
また、ワークホルダ19に対して大重量のワーク20を手作業によって着脱する条件下において工作機械が稼働する場合には、図5に示すように、両スピンドルユニット15,18に対するワークホルダ19と工具ホルダ21との装着位置が、図1〜図4の場合と逆になるように変換される。すなわち、上側のスピンドルユニット15の下端部に工具ホルダ21が装着されるとともに、下側のスピンドルユニット18の上端部にワークホルダ19が装着される。
この場合、上側のスピンドルユニット15においては、スピンドル27の下端部に工具支持テーブル38が取り付けられる。工具支持テーブル38の外周には、係合リング32が固定される。端板30の下面には、係合リング32に係合して工具支持テーブル38を回転可能に保持する第2保持部材43が取り付けられる。スピンドル27の貫通孔271内には、第2作動ロッド41が挿入されてアクチュエータ35の駆動軸351に連結される。この状態で、工具支持テーブル38の下面に工具ホルダ21がアクチュエータ35によって装着状態に固定される。
一方、下側のスピンドルユニット18においては、スピンドル27の上端にワーク支持テーブル31が取り付けられる。ワーク支持テーブル31の外周には、端板30の上面及び外周面を覆う第2案内部材44が取り付けられる。第2案内部材44の外周上縁には、加工屑を落下させるための外周側に向かって下降傾斜する案内面441が形成されている。スピンドル27の貫通孔271内には、第1作動ロッド36が挿入されてアクチュエータ35の駆動軸351に連結される。この状態で、ワーク支持テーブル31の上面にワークホルダ19がアクチュエータ35によって装着状態に固定される。
このように、両スピンドルユニット15,18に対してワークホルダ19及び工具ホルダ21を装着した場合には、大重量のワーク20であっても、そのワーク20を下側のスピンドルユニット18上のワークホルダ19に対して手作業により容易に着脱することができる。
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1) この工作機械においては、一対のスピンドルユニット15,18が対向して配置され、それらのスピンドルユニット15,18の対向端部に、ワーク20が保持されるワークホルダ19と工具22が保持される工具ホルダ21とが交換可能に装着されている。すなわち、スピンドルユニット15,18のユニット外筒体25,モータ29,スピンドル27等が共通部品であるため、ワークホルダ19及び工具22を両スピンドルユニット15,18のいずれにも装着できる。
このため、この工作機械においては、一対のスピンドルユニット15,18に対するワークホルダ19と工具ホルダ21との装着位置を、必要に応じて任意に変換することができる。よって、例えば両スピンドルユニット15,18が上下に対向して配置されている工作機械において、ワーク20の着脱作業を自動化する条件の場合には、上側のスピンドルユニット15にワークホルダ19を装着するとともに、下側のスピンドルユニット18に工具ホルダ21を装着する。このようにすれば、ワーク20の取り付け及び取り外し動作を異なった位置において容易に行うことができる。また、大重量のワーク20を手作業によって着脱する条件の場合には、下側のスピンドルユニット18にワークホルダ19を装着するとともに、上側のスピンドルユニット15に工具ホルダ21を装着すれば、大重量のワーク20の着脱作業を下方位置において容易に行うことができる。
(2) この工作機械においては、両スピンドルユニット15,18のスピンドル27が同一形状に構成されるとともに、それらのスピンドル27の軸心に貫通孔271が形成されている。両スピンドルユニット15,18のホルダ装着側の端部と反対側の端部にアクチュエータ35が設けられている。このアクチュエータ35は、上下同一構成である。そして、一方のスピンドルユニット15,18におけるスピンドル27の貫通孔271には、ワークホルダ19上のワークチャック37に連結されるとともに、前記アクチュエータ35の駆動によってワークチャック37を開閉動作させる作動ロッド36が挿入されている。また、他方のスピンドルユニット18,15におけるスピンドル27の貫通孔271には、工具ホルダ21の工具チャック42に連結されるとともに、前記アクチュエータ35の駆動によって工具チャック42を開閉動作させる作動ロッド41が挿入されている。
このため、ワークホルダ19及び工具ホルダ21がいずれのスピンドルユニット15,18に装着された状態においても、各スピンドルユニット15,18上に設けられたアクチュエータ35の駆動により、ワークチャック37及び工具チャック42の開閉を行うことができる。
(3) この工作機械においては、両スピンドルユニット15,18が、スピンドル27を回転させるためのビルトインタイプのモータ29を備えている。このため、両スピンドルユニット15,18の外部にモータを付設してスピンドル27に連結する必要がなく、両スピンドルユニット15,18の構造を簡単にして工作機械全体を小型化することができる。
(4) この工作機械においては、一方のスピンドルユニット15が自身の軸線L1方向及び軸線L1と直交する方向に移動可能に配置されるとともに、他方のスピンドルユニット18が一方のスピンドルユニット15の移動2方向と直交する方向に移動可能に配置されている。このため、ワーク20の着脱作業を自動化する場合には、一方のスピンドルユニット15にワークホルダ19を装着すれば、ワーク20の取り付け及び取り外し動作を異なった位置において容易に行うことができる。そして、加工に際しては、一方のスピンドルユニット18を傾斜させて、スカイビングカッターである工具22を用いてワーク20に対して内歯車を創成できる。
(5) この工作機械においては、両スピンドルユニット15,18が上下に対向して配置され、下側に位置するスピンドルユニット18上のワークホルダ19または工具ホルダ21の下部外周には、外周側に向かって下降傾斜する案内面391,441を有する案内部材39,44が設けられている。このため、ワークホルダ19及び工具ホルダ21がいずれのスピンドルユニット15,18に装着された状態においても、ワーク20の加工時に発生する加工屑が案内部材39,44の案内面391,441に沿って落下する。よって、下側のスピンドルユニット18に装着されたワークホルダ19または工具ホルダ21周辺に加工屑が堆積するおそれを防止することができる。
(変更例)
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 図2に2点鎖線で示すように、両スピンドルユニット15,18に外側にボルト(図示しない)を通すための孔52を有する複数の固定部51を設け、スライドヘッド14及び旋回ヘッド17に形成された雌ネジ部(図示しない)に前記ボルトを螺入させること。このようにすれば、工具22及びワークホルダ19をスピンドルユニット15,18ごと上側及び下側に簡単かつ自在に入れ替えることができる。
・ ワークホルダ19及び工具ホルダ21をワーク支持テーブル31,工具支持テーブル38に固定するためのアクチュエータ35を有する構成において、ワークホルダ19及び工具ホルダ21を固定するためのボルト34,40を省略すること。
・ ワークホルダ19及び工具ホルダ21の外周の傾斜する案内面391,441を形成しないこと。ワークホルダ19及び工具ホルダ21の高速回転に伴う遠心力によって切り屑等が飛ばされるため、案内面391,441は必ずしも必要ではない。
・ 前記実施形態においては、スカイビングカッターを用いる工作機械に本発明を具体化したが、他の工作機械,例えばシェービングカッターを用いる工作に具体化すること。
15…上側のスピンドルユニット、18…下側のスピンドルユニット、19…ワークホルダ、20…ワーク、21…工具ホルダ、22…工具、25…ユニット外筒体、27…スピンドル、271…貫通孔、29…モータ、31…ワーク支持テーブル、34…ボルト、35…アクチュエータ、36…第1作動ロッド、37…ワークチャック、38…工具支持テーブル、39…第1案内部材、391…案内面、40…ボルト、41…第2作動ロッド、42…工具チャック、44…第2案内部材、441…案内面、51…固定部、L1,L2,L3…軸線。

Claims (9)

  1. 一対のスピンドルユニットを上下に対向して配置し、それらのスピンドルユニットの対向端部に、ワークが保持されるワークホルダと工具が保持される工具ホルダとを交換可能にし、下側に位置するスピンドルユニット上のワークホルダまたは工具ホルダの下部外周には、外周側に向かって下降傾斜する案内面を有する案内部材を設けた工作機械。
  2. 両スピンドルユニットのスピンドルを同一形状にするとともに、それらのスピンドルの軸心に貫通孔を形成した請求項1に記載の工作機械。
  3. 両スピンドルユニットの外筒体を同一形状にした請求項2に記載の工作機械。
  4. 両スピンドルユニットは、スピンドルを回転させるためのビルトインモータを有し、そのビルトインモータを同一またはほぼ同一仕様のものにした請求項2または3に記載の工作機械。
  5. 両スピンドルユニットのホルダ装着側の端部と反対側の端部にアクチュエータを設け、
    一方のスピンドルユニットにおけるスピンドルの貫通孔には、ワークホルダ上のワークチャックに連結され、前記アクチュエータの駆動によってワークチャックを開閉動作させる作動ロッドを挿入し、
    他方のスピンドルユニットにおけるスピンドルの貫通孔には、工具ホルダの工具チャックに連結され、前記アクチュエータの駆動によって工具チャックを開閉動作させる作動ロッドを挿入した請求項2〜4のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
  6. 一方のスピンドルユニットを自身の軸線方向及び軸線と直交する方向に移動可能に配置するとともに、他方のスピンドルユニットを一方のスピンドルユニットの移動2方向と直交する方向に移動可能に、かつ一方のスピンドルユニットに対して軸線方向の角度調節可能に配置した請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
  7. スピンドルユニットの外側に、スピンドルユニットを装置フレームに着脱可能に固定するための固定部を設けた請求項1〜のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
  8. 前記固定部は、装置フレームの雌ネジ部に螺入されるボルトを通すための構成である請求項に記載の工作機械。
  9. 工具として、内歯車を創成するスカイビングカッターを用いた請求項1〜のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
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