JP7140651B2

JP7140651B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP7140651B2
Application number: JP2018222477A
Authority: JP
Inventors: 和宏堀田
Original assignee: Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2022-09-21
Anticipated expiration: 2038-11-28
Also published as: JP2020082300A

Description

本発明は、工作機械に関する。

タレット刃物台を備えた工作機械として、特許文献１に記載されるように、回転工具を、主軸の軸線の方向と回転工具の軸線の方向とに垂直な方向を向くとともに回転工具の軸線と直交する旋回軸を中心として旋回可能な構成としたものが知られている。

特開２００４－３４１６０号公報

上記特許文献１に記載の工作機械では、両隣のタレット面に設置された工具との干渉を生じさせることなく回転工具を旋回させることができるが、回転工具の旋回半径を大きく設定することが困難であるという問題がある。

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、回転工具を、他の工具との干渉を防止して大きな旋回半径で旋回させることが可能な工作機械を提供することにある。

本発明の工作機械は、ワークを把持する主軸と、刃物台の工具装着面に装着され、前記主軸に把持された前記ワークを加工する回転工具と、前記回転工具を前記主軸の軸線の方向と前記回転工具の軸線の方向とに垂直な方向を向き、且つ、前記回転工具の軸線と交差しない旋回軸を中心として前記刃物台に対して旋回させる工具旋回機構と、を有する工作機械であって、前記旋回軸が、前記回転工具の旋回によって前記回転工具の軸線が前記工具装着面に交差するように揺動する方向を有し、且つ、前記回転工具の軸線と離反した位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の工作機械は、上記構成において、前記刃物台が、複数の工具が周方向に設置可能であるとともに前記主軸の軸線に平行な軸線を中心として回転可能なタレットを有し、前記旋回軸が、前記タレットの内部を通るのが好ましい。

本発明の工作機械は、上記構成において、前記旋回軸が、前記タレットの軸線と直交しているのが好ましい。

本発明の工作機械は、上記構成において、前記工具旋回機構が、前記回転工具の所定位置への保持と解除とを行う保持機構を有するのが好ましい。

本発明によれば、回転工具を、他の工具との干渉を防止して大きな旋回半径で旋回させることが可能な工作機械を提供することができる。

本発明の一実施形態である工作機械の概略構成を示す斜視図である。図１におけるＡ－Ａ線に沿う断面図である。図１におけるＢ－Ｂ線に沿う断面図である。図２におけるＣ－Ｃ線に沿う断面図である。回転工具を旋回させた状態を示す斜視図である。回転工具を旋回させた状態を示す断面図である。保持機構により回転工具を所定位置へ保持した状態を示す断面図である。

図１に示す本発明の一実施形態である工作機械１は、例えばＣＮＣ旋盤等の旋盤として構成されたものであり、基台２上に主軸３を有している。

主軸３は、基台２に固定された主軸台４に支持されて当該軸線を中心として回転自在となっている。主軸３は先端にチャックを備えており、チャックによりワークを把持することができる。主軸台４には、例えばビルトイン式電動モータ等の駆動源が設けられており、主軸３は駆動源によって回転駆動されてワークを回転させる。

工作機械１は、基台２上に刃物台としてのタレット刃物台１０を有している。タレット刃物台１０は、支持台１１に回転可能（旋回可能）に支持されたタレット１３と、図２に示すカップリング機構１６と、ピストン１２とを有している。タレット１３は、複数のタレット面（工具装着面）１３ａを有する多角形状となっている。タレット１３の内部は中空となっており、他端側の先端開口はカバー１４で閉塞されている。タレット１３は主軸３の軸線方向であるＺ軸方向に平行な軸線１３ｂを中心にして回転（旋回）する。

タレット１３の各タレット面１３ａは、それぞれ工具１５を装着可能な構成となっている。それぞれのタレット面１３ａに工具１５を装着することで、タレット１３に複数の工具１５を周方向に配置することができる。本実施の形態では、タレット１３の周囲には、タレット面１３ａが１２面備えられており、１２個の工具１５を装着することができる。それぞれの工具１５は、例えば回転工具やバイトなどの、用途ないし形状等が互いに相違する複数種類のものとすることができる。

便宜上、図１においては、１つのタレット面１３ａ及び工具１５にのみ符号を付してある。

タレット１３と支持台１１との間にはカップリング機構１６が設けられており、カップリング機構１６によりタレット１３を支持台１１に対して回り止めすることができるとともに当該回り止めを解除することができる。

本実施形態において、カップリング機構１６は３ピースカップリングからなる。カップリング機構１６は、支持台１１側に固定された固定カップリング１６ａと、移動カップリング１６ｂと、タレット１３側に固定された回転カップリング１６ｃを有する。回転カップリング１６ｃは平歯車として外周に歯を有する。移動カップリング１６ｂはピストン１２と一体的に移動するように構成され、油圧によりＺ軸方向に移動可能である。移動カップリング１６ｂがＺ軸方向でタレット１３側に移動することで、回転カップリング１６ｃと固定カップリング１６ａに対する移動カップリング１６ｂの係合が解除される。移動カップリング１６ｂがＺ軸方向で支持台１１側に移動することで、回転カップリング１６ｃと固定カップリング１６ａに対して移動カップリング１６ｂが係合して３つのカップリング間が係合し、タレット１３が回り止めされる。

支持台１１には駆動源として従来公知の割出しモータが設置されている。割出しモータには不図示の歯車を介して回転カップリング１６ｃに連結されている。タレット１３の回り止めが解除された状態で、割出モータを回転駆動し、回転カップリング１６ｃを回転させることによって、タレット１３を旋回させることができる。

カップリング機構１６によるタレット１３の支持台１１に対する回り止めを解除し、次いでタレット１３を割出しモータで駆動して所定角度だけ回転させた後、カップリング機構１６により再度タレット１３を支持台１１に対して回り止めすることで、複数の工具１５から選択した１つの工具１５を、主軸３により把持されたワークを加工可能な位置である割出し位置に選択的に位置決めすることができる。

図１、図３に示すように、Ｚ軸方向に沿って延びる姿勢でＺ軸ガイドレール１７ａが基台２上に固定され、Ｚ軸ガイドレール１７ａに当該Ｚ軸ガイドレール１７ａに沿って移動自在にＺ軸スライダ１７ｂが装着されている。

Ｚ軸方向と直交する水平方向のＸ軸方向に沿って延びる姿勢でＸ軸ガイドレール１８ａがＺ軸スライダ１７ｂ上に固定され、Ｘ軸ガイドレール１８ａに当該Ｘ軸ガイドレール１８ａに沿って移動自在にＸ軸スライダ１８ｂが装着されている。Ｘ軸スライダ１８ｂ上に支持台１１が搭載されている。タレット刃物台１０は、Ｚ軸スライダ１７ｂがＺ軸ガイドレール１７ａに沿って移動することでＺ軸方向に移動することができ、Ｘ軸スライダ１８ｂがＸ軸ガイドレール１８ａに沿って移動することでＸ軸方向に移動することができる。

Ｚ軸スライダ１７ｂ及びＸ軸スライダ１８ｂは、それぞれ従来公知のボールネジ等からなる駆動部によって移動される。工作機械１は、タレット刃物台１０のＺ軸方向及びＸ軸方向への移動により、割出し位置に位置決めされた工具１５を主軸３に把持されたワークに隣接させ、工具１５によるワークの加工を実行する。

所定のタレット面１３ａには、主軸３に把持されたワークを加工可能な回転工具ユニット２０が設置されている。このタレット面１３ａには開口部１３ｃが設けられ、回転工具ユニット２０は開口部１３ｃから径方向外側に突出して設けられている。

図２、図４に示すように、回転工具ユニット２０は、開口部１３ｃから突出するように配置された箱状のホルダ２１と、ホルダ２１に回転自在に支持された例えばドリルやエンドミル等の回転工具２２とを有している。回転工具２２の軸線はＺ軸方向に向けられており、その先端は主軸３側に向けてホルダ２１の側面から突出している。ホルダ２１の内部には、タレット１３の径方向に沿って駆動軸２３が回転自在に収容されている。駆動軸２３の先端部には回転工具２２を保持して回転するスピンドル２２ａが設けられている。スピンドル２２ａと駆動軸２３は傘歯車等を介して連結され、駆動軸２３が回転することで回転工具２２が回転する。

タレット１３の内部には工具駆動用モータ２４が設けられている。工具駆動用モータ２４は、支持体３９を介して支持台１１側に支持され、タレット１３の旋回と無関係に出力軸２４ａをＸ軸方向に向けた姿勢に保持されている。出力軸２４ａには出力軸２４ａとともに回転する略円柱状の出力体２５が装着されており、出力体２５の先端には溝部２５ａが設けられている。

回転工具ユニット２０の駆動軸２３のタレット１３の内部側を向く先端には、溝部２５ａと係合可能なホゾ部２３ａが設けられている。タレット１３が旋回して回転工具２２が割出し位置に配置されると、駆動軸２３のホゾ部２３ａが出力体２５の溝部２５ａに係合して、駆動軸２３は工具駆動用モータ２４の出力軸２４ａに動力伝達可能に接続される。したがって、回転工具ユニット２０が割出し位置に配置された状態で工具駆動用モータ２４が作動すると、出力軸２４ａの回転が出力体２５と駆動軸２３とを介して回転工具２２に伝達される。これにより回転工具２２が回転し、ワークの加工が可能となる。

タレット１３の開口部１３ｃの側面に円弧状の湾曲レール３２が固定され、ホルダ２１に固定されたブラケット３３にスライダ３４が固定されている。スライダ３４は湾曲レール３２の側面を挟むように設けられており、内部に湾曲レール３２の側面に回転自在に接するボールが内蔵されている。スライダ３４は湾曲レール３２の側面に沿って移動することができる。回転工具２２はスライダ３４が湾曲レール３２に沿って移動することで湾曲レール３２の中心軸線を旋回軸３１として旋回する。湾曲レール３２は、旋回軸３１が、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに垂直なＹ軸方向を向き、且つ、回転工具２２の軸線と交差しない位置に配置されるように設けられる。本実施の形態では、旋回軸３１は、Ｙ軸方向を向くとともにタレット１３の内部を通ってタレット１３の旋回の軸線１３ｂと直交する。

支持台１１には旋回用モータ３５が装着されている。旋回用モータ３５の出力軸には出力プーリー３６が固定されている。工具駆動用モータ２４は軸受４０を介して支持体３９に、旋回軸３１を中心として旋回可能に支持されている。工具駆動用モータ２４の上面には旋回軸３１と同軸に入力プーリー３７が固定されており、出力プーリー３６と入力プーリー３７との間にはベルト３８が掛け渡されている。

上記構成の工具旋回機構３０により、旋回用モータ３５が作動して出力プーリー３６が回転すると、その回転がベルト３８を介して入力プーリー３７に伝達され、工具駆動用モータ２４が旋回軸３１を中心として回転する。工具駆動用モータ２４が旋回軸３１を中心として回転すると、ホゾ部２３ａにおいて出力体２５の溝部２５ａに係合する回転工具ユニット２０にその回転力が伝達され、回転工具ユニット２０と一体に回転工具２２が旋回軸３１を中心として旋回（Ｂ軸旋回）する。旋回用モータ３５の作動を制御することで、回転工具２２の旋回位置を制御することができる。このときホゾ部２３ａにおいて出力体２５の溝部２５ａに係合する回転工具ユニット２０にその回転力が伝達されているので、回転工具ユニット２０は、回転工具２２を回転させながら旋回軸３１を中心として旋回し、回転工具２２は回転工具２２の軸心がタレット面１３ａに向かって交差するように揺動してワークの加工が可能となる。

本実施の形態の工作機械１では、上記の通り、工具旋回機構３０により回転工具２２をタレット１３に対して旋回軸３１を中心として旋回させることができる。このとき、旋回軸３１を、主軸３の軸線の方向と回転工具２２の軸線の方向とに垂直な方向を向き、且つ、回転工具２２の軸線と交差しない位置に配置するようにしたので、図５、図６に示すように、回転工具２２（回転工具ユニット２０）を、タレット１３の当該回転工具２２の両隣に配置された工具１５との干渉を防止して、湾曲レール３２に沿って移動させて旋回軸３１を中心として旋回させることができる。したがって、回転工具２２をタレット１３に対して旋回可能な構成とした場合において、タレット１３を、より多くの工具１５を設置可能な多数のタレット面１３ａを備えた構成のものとすることができる。これにより、工作機械１を、ワークに対してより多くの種類の加工を行うことが可能な構成とすることができきる。

また、上記構成を有する本実施の形態の工作機械１では、回転工具２２の旋回軸３１が回転工具２２の軸線と交差することなく、回転工具２２の軸線から離反してタレット１３の内部を通るように設けられているため、回転工具２２の旋回軸３１を回転工具２２の軸線に交差させて設けた場合に比べて、当該回転工具２２の旋回半径を大きくすることができる。これにより、例えば、タレット刃物台１０をＸ軸方向に移動させつつ旋回軸３１を中心として回転工具２２を回転させながら旋回させることで、中空のワークの内周面にコンタリング加工を施すことが可能となる。このように、上記構成を有する本実施の形態の工作機械１では、工作機械１を、主軸３に把持されたワークに対して、上記したような加工も行うことが可能なものとすることができる。

さらに、上記構成を有する本実施の形態の工作機械１では、刃物台としてタレット刃物台１０を用いるとともに、旋回軸３１をタレット１３の内部を通る配置としたので、タレット刃物台１０の構成を複雑化ないし大型化することなく、回転工具２２を大きな旋回半径で旋回させることができる。これにより、旋回する回転工具２２を有する工作機械１のコストを低減することができる。

さらに、上記構成を有する本実施の形態の工作機械１では、刃物台としてタレット刃物台１０を用い、旋回軸３１をタレット１３の内部を通る配置にするとともに、旋回軸３１を、軸線１３ｂと直交する配置としたので、回転工具２２の旋回半径をより大きなものとして、上記効果をより高めることができる。

さらに、上記構成を有する本実施の形態の工作機械１では、湾曲レール３２の長さ、曲率を変更し、あるいは旋回軸３１の位置を変更することで、回転工具２２の旋回半径ないし旋回する距離を種々変更することができるので、工作機械１を、より多くの種類の加工が可能なものとすることができる。

図４、図７に示すように、工具旋回機構３０は、回転工具２２とは異なる工具が割出し位置に配置されているときに旋回軸３１を中心として旋回してしまうことを防止するために、保持機構５０を有している。保持機構５０は、略円柱状の固定ピン５１と、略円筒状に形成されてタレット１３の開口部１３ｃの湾曲レール３２とは反対側の内面に設けられた嵌合部５２とを有している。

駆動軸２３のホルダ２１からタレット１３の径方向内側へ突出する部分には環状凸部２３ｃが設けられている。固定ピン５１は、環状凸部２３ｃに駆動軸２３の径方向を軸線方向とする方向に進退移動自在に支持されている。固定ピン５１の先端は、環状凸部２３ｃの外周面から径方向外側に向けて突出している。固定ピン５１の後端は駆動軸２３の内部に突出している。

駆動軸２３の内部には、駆動軸２３の軸方向に沿って移動自在に移動体５３が収容されている。移動体５３は、駆動軸２３のシリンダ状の内面に摺接する大径部５３ａと、大径部５３ａよりも小径の小径部５３ｂとを有し、大径部５３ａと小径部５３ｂとの間に大径部５３ａから小径部５３ｂに向けて徐々に外径を縮小させるテーパ面５３ｃを備えている。小径部５３ｂの先端はホゾ部２３ａを通過し、ホゾ部２３ａの先端面からタレット１３の径方向内側に向けて突出している。駆動軸２３の内部にはバネ部材５４が設けられている。移動体５３はバネ部材５４によって、小径部５３ｂの先端をホゾ部２３ａからタレット１３の径方向内側に向けて突出させる方向に付勢されている。

固定ピン５１の長手方向中間部にはフランジ５１ａが一体に設けられている。フランジ５１ａと環状凸部２３ｃの外周面との間にはバネ部材５５が設けられている。固定ピン５１はバネ部材５５により駆動軸２３の内部に向けて付勢されている。

図７に示すように、回転工具２２が割出し位置ではない位置に配置されているときは、移動体５３はバネ部材５４により付勢されて小径部５３ｂをホゾ部２３ａから大きく突出させた前進位置にある。固定ピン５１の駆動軸２３の内部に突出する後端は、前進位置にある移動体５３のテーパ面５３ｃに当接している。これにより、固定ピン５１はテーパ面５３ｃにより押されてバネ部材５５を圧縮させて環状凸部２３ｃから突出する突出姿勢となり、嵌合部５２に嵌合する。したがって、回転工具２２とは異なる工具が割出し位置に配置され、回転工具２２が、割出し位置とは異なる位置に配置されているときには、保持機構５０によって回転工具２２の軸線がＺ軸方向に平行の状態で所定位置に保持（固定）される。

一方、図４に示すように、回転工具２２が割出し位置に配置されると、ホゾ部２３ａが出力体２５の溝部２５ａに係合する。ホゾ部２３ａが出力体２５の溝部２５ａに係合すると、移動体５３の小径部５３ｂの先端が溝部２５ａの底面に押される。移動体５３はバネ部材５４を圧縮させて小径部５３ｂが駆動軸２３の内部に収容される後退位置に向けて移動する。移動体５３が後退位置となると、固定ピン５１の後端がテーパ面５３ｃから離れる。固定ピン５１はバネ部材５５によって付勢されてその後端が小径部５３ｂの外周面に当接する位置にまで駆動軸２３の内部に向けて移動して嵌合部５２に対する固定ピン５１の嵌合が解除される。したがって、回転工具２２が、割出し位置に配置されると、回転工具ユニット２０は旋回軸３１を中心とした旋回が可能な状態とされる。

回転工具２２によるワークの加工を行った後、回転工具２２を、その軸線がＺ軸方向に平行となる所定位置に戻し、次いで、回転工具２２を割出し位置から他の位置に向けて移動させるようにタレット１３を旋回させると、移動体５３の小径部５３ｂが出力体２５の溝部２５ａから離れ、移動体５３がバネ部材５４により付勢されて小径部５３ｂをホゾ部２３ａから突出させる前進位置にまで移動する。移動体５３が前進位置となると、固定ピン５１がテーパ面５３ｃにより押されて突出姿勢となって嵌合部５２に嵌合し、回転工具２２は再度保持機構５０によって所定位置に保持（固定）される。

このとき、工具駆動用モータ２４を、溝部２５ａ及びホゾ部２３ａが係合するように出力体２５の回転位置を調整してから停止する構成とすることによって、回転工具２２によるワークの加工を行った後には、ホゾ部２３ａと平行な固定ピン５１は常にタレット１３の旋回方向に沿う方向に向けられて嵌合部５２に対向し、回転工具２２を割出し位置から他の位置に向けて旋回させるだけで固定ピン５１を嵌合部５２に嵌合させることができる。

このように、本実施の形態の工作機械１では、工具旋回機構３０に上記構成の保持機構５０を設けるようにしたので、回転工具２２が割出し位置とは異なる位置にあるときに、旋回軸３１を中心として回転工具２２が旋回してしまうことを防止することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

前記実施の形態では、旋回軸３１を軸線１３ｂと直交する配置としたが、これに限らず、主軸３の軸線の方向と回転工具２２の軸線の方向とに垂直な方向を向き、且つ、回転工具２２の軸線と交差しない位置に配置されていれば、その位置は種々変更可能である。

前記実施の形態では、刃物台としてタレット１３を有するタレット刃物台１０を用いた場合を示したが、刃物台は、例えば櫛歯刃物台などの他の形式のものとしてもよく、また、工具として１つの回転工具２２のみを備えたものとしてもよい。

前記実施の形態では、回転工具２２を、湾曲レール３２を用いて旋回させる構成としたが、例えば、回転工具ユニット２０を旋回軸３１のみで旋回自在に支持する構成とするなど、回転工具２２を旋回させることができれば、その旋回のための構成は種々変更可能である。

１工作機械
２基台
３主軸
４主軸台
１０タレット刃物台
１１支持台
１２ピストン
１３タレット
１３ａタレット面
１３ｂ軸線
１３ｃ開口部
１４カバー
１５工具
１６カップリング機構
１６ａ固定カップリング
１６ｂ移動カップリング
１６ｃ回転カップリング
１７ａＺ軸ガイドレール
１７ｂＺ軸スライダ
１８ａＸ軸ガイドレール
１８ｂＸ軸スライダ
２０回転工具ユニット
２１ホルダ
２２回転工具
２２ａスピンドル
２３駆動軸
２３ａホゾ部
２３ｃ環状凸部
２４工具駆動用モータ
２４ａ出力軸
２５出力体
２５ａ溝部
３０工具旋回機構
３１旋回軸
３２湾曲レール
３３ブラケット
３４スライダ
３５旋回用モータ
３６出力プーリー
３７入力プーリー
３８ベルト
３９支持体
４０軸受
５０保持機構
５１固定ピン
５１ａフランジ
５２嵌合部
５３移動体
５３ａ大径部
５３ｂ小径部
５３ｃテーパ面
５４バネ部材
５５バネ部材

Claims

ワークを把持する主軸と、
刃物台の工具装着面に装着され、前記主軸に把持された前記ワークを加工する回転工具と、
前記回転工具を前記主軸の軸線の方向と前記回転工具の軸線の方向とに垂直な方向を向き、且つ、前記回転工具の軸線と交差しない旋回軸を中心として前記刃物台に対して旋回させる工具旋回機構と、を有する工作機械であって、
前記旋回軸が、前記回転工具の旋回によって前記回転工具の軸線が前記工具装着面に交差するように揺動する方向を有し、且つ、前記回転工具の軸線と離反した位置に配置されていることを特徴とする工作機械。
前記刃物台が、複数の工具が周方向に設置可能であるとともに前記主軸の軸線に平行な軸線を中心として回転可能なタレットを有し、
前記旋回軸が、前記タレットの内部を通る、請求項１に記載の工作機械。
前記旋回軸が、前記タレットの軸線と直交している、請求項２に記載の工作機械。
前記工具旋回機構が、前記回転工具の所定位置への保持と解除とを行う保持機構を有する、請求項１～３の何れか１項に記載の工作機械。