JPH01500254A - 工作機械用のスピンドル駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １０、前記スピンドルキャリヤが、前記タイル回転軸からオフセットされた偏心 回転軸を中心に回転するために、前記タイル上に載置された偏心部材を含む、請 求項９記載の発明。

１１、前記タイルがその中に偏心穴を有し、前記偏心部材が前記偏心穴に回転可 能に載置される筒状体である、請求項１０記載の発明。

１２、前記スピンドル回転軸と前記タイル回転軸が、前記偏心部材が予め定めら れた基準位置に回転されるときに一致する、請求項１１記載の発明。

１３、前記偏心部材が、軸方向に延びる空洞をその中に有しており、少なくとも 前記スピンドルモータの一部が前記空洞内に置かれている、請求項１１記載の発 明。

１４、　前記タイルが中空のねじ切りされた軸を含み、前記スピンドルキャリヤ が前記中空のねじ切りされた軸内での前記タイル回転軸からオフセットされた偏 心回転軸中心の回転のために載置される偏心部材を含み、スピンドルモータが前 記偏心部材上に載置され、サーボモータが前記偏心部材に結合され、前記偏心部 材を角度を伴って位置決めするために前記中空軸内に載置されている、請求項５ 記載の発明。

１５゜　工作機械で使用されるスピンドル駆動装置であって、 支持部材と、 前記支持部材上に載置される中空軸を含む、り・イル回転軸中心の回転と、前記 タイル回転軸に沿った運動のためのタイルと、 前記タイル内に回転可能に載置されている偏心部材を含む、前記タイル回転軸に 対してオフセットされている偏心回転軸中心の回転のためのスピンドルキャリヤ と、前記偏心部材と、前記スピンドルモータと結合されているスピンドル上に載 置される、スピンドル回転軸中心の回転と、それと回転するために道具を支持す るようにされているスピンドルモータとを含み、前記スピンドル回転軸が前記偏 心回転軸に対してオフセットされ、前記偏心回転軸中心に前記偏心部材を回転し 、前記スピンドル回転軸と前記タイル回転軸間に相関的な並進運動を生じるため の手段と、 前記タイル回転軸中心に前記タイルを、予め定められた角度および軸変位の割合 で角度をもって変位し、前記タイル回転軸に沿って軸方向に同時に変位するため の、可変ピッチ駆動手段とをさらに含むスピンドル駆動装置。

１６、前記タイルがその中に偏心穴を有し、前記偏心部材が前記偏心穴に回転可 能に載置される筒状体である、請求項１５記載の発明。

１７、前記スピンドル回転軸と前記タイル回転軸が、前記偏心部材が予め定めら れた基準位置に回転される際に、一致する、請求項１５記載の発明。

１８、前記偏心部材がその中に軸方向に延びる空洞を有しており、前記スピンド ルモータの少なくとも一部が前記空洞内に置かれている、請求項１５記載の発明 。

１９、前記偏心部材に結合され、前記中空軸内に載置されている、前記偏心部材 を角度をもって位置決めするためのサーボモータを含む、請求項１５記載の発明 。

２０、前記支持部材が前記タイル周囲に置かれ、前記可変ピッチ駆動手段が前記 支持部材と前記タイルの間に置かれている、請求項１５記載の発明。

２１、前記可変ピッチ駆動手段が前記タイルに駆動して結合されている差動親ね じである、請求項２０記載の発明。

２２、前記差動親ねじが対のナツトとねじ切りされた軸を含み、前記ナツトは前 記支持部材に対して回転可能に載置され軸方向に固定され、前記ねじ切りされた 軸が前記ナツトとねじ係合し、前記タイルに結合し、前記ナツトが互いに独立し て回転するための別々の逆回転モータをさらに含み、それによって前記スピンド ルが所望の割合で回転してまた軸方向に選択的に変位するようにされる、請求項 ２１記載の発明。

２３、前記モータの各々が、前記支持部材に固定される固定子と各ナツト上に載 置される回転子を有する電気モータを含む、請求項２２記載の発明。

明　細　書 工作機械用のスピンドル駆動装置 発明の分野 この発明は工作機械に関する。さらに特定的に、回転するスピンドルの軸をプロ グラムされた路に沿って駆動するためのメカニズムに関する。

発明の背旦 金属や他の材料の機械加工の多くの応用があるが、そこにおいては、道具の軸を 中心とする回転およびその軸に沿ったあるいはそれに垂直な直線変位以外の、ま たはそれに加えて、プログラムされた路に沿って道具を移動することが好ましい 。特に、簡単なドリル動作におけるように、ドリルあるいは底フライスの態様で 、その軸に縦に送られながら、その軸を中心に刃物を回転させることが望まれた り、また、ドリルで削られた穴にねじをフライス削りする場合のように、道具を 回転し軸方向に送りながら、道具の軸を軌道で移動することによって道具の動き を合成することが望ましい、応用がある。このような道具スピンドル駆動装置は 、高速の機械加工に特に有用である。たとえば、道具を内向きに送って穴を形成 し、道具を引き続き内向きに送りながらあるいは外向きに送りながら、そこにね じをフライス削りする際である。単一のスピンドルを伴う組合わされた穴あけと ねじ切りに適した特別の道具が、マニュエル・Ｃ・ターチャンによって１９８６ 年３月１７日に出願された、同時係属出願合衆国特許出願連続番号第８４０４４ ３号「穴あけとねじ切りが組合わされた道具」に開示されクレームされている。

一般に、道具の道具軸を中心とした回転を伴って、あるいは伴わずに、道具に螺 旋状の動きを伝えることができる、スピンドル駆動装置用の工具の使用には多く の応用がある。この種の一般的な応用に対して、可変ピッチおよび可変直径の螺 旋状の動きを提供することが望ましい。

先行技術は、加工品の穴に、内側ねじをフライス削りするための装置が含まれて いる。この種の装置は、ミラー等に１９５０年１０月２４日に付与された特許第 ２５２６７６２号に説明されている。ミラー等の特許は、管状の加工品が、固定 された縦位置で回転するように載置され、機械要素はその内周と切断係合して加 工品と偏心して位置決めされるねじ切りされたホブを保持し、かつ、管状加工品 は、加工品の回転が進行にするにつれ、加工品に相対して縦方向に移動するよう に載置されている、機械を説明する。ミラー等の特許は、またねじ切りされたホ ブが縦方向に固定され、加工品がねじ切りをされるためのその回転運動の間に縦 に移動されるような機械を説明している。

１９７０年９月１日に、エスコビードに付与された合衆国特許第３５２６１６７ 号は、渦巻状路のような予め定められた路を回転刃物を駆動させるためのフライ ス削りヘッドを説明する。固定上方ハウジングが、フライス削り機械のタイル上 に載置され、手動で回転可能な下方ハウジングは、対の伸縮自在管によってそれ に接続されている。内側の伸縮自在管内に、内側にねじ切りされたガイドシリン ダが固定上方ハウジング上に載置され、外側にねじ切りされたガイドシリンダが 第１のガイドシリンダと噛み合い、回転可能下方ハウジングに装着されている。

フライス削り機械のスピンドルは、ガイド部材と同軸に延び、下方ハウジングの 駆動歯車を保持する、回転駆動軸に結合されている。

被動歯車は、刃物の柄を受けるようにされた道具ソケットを有する波動スピンド ル上に載置されている。中間歯車は駆動および被動歯車双方に係合し、その間に 回転運動を伝エル。下方ハウジングの横のガイド路は、中間歯車を保持するスタ ブ軸上を回動される滑りブロックを含む。滑りブロックは、被動歯車が駆動歯車 と一直線に並べられるか、あるいは選択的に一直線に並べられないように回動さ れ得る。この滑りブロックの位置決めは、被動スピンドルが駆動スピンドルと同 軸に位置決めされるか、あるいは駆動スピンドルと偏心して調整可能に位置決め されるかを許容する。

１９６３年１０月１日にランツアンバーガーに付与された合衆国特許第３１０５ ４１３号は、円筒あるいは円錐形穴をフライス削りするかあるいは研削するため の工具を開示する。この工具において、主要スピンドルは主要スピンドルによっ て主要スピンドル軸を中心として回転して駆動される道具ホルダを保持している 。道具ホルダによって保持される研削道具は、空気タービンのようなそれ自身の 駆動手段を有している。研削道具の回転軸は、主要スピンドル内に配置されたカ ムによって、主要スピンドル軸に相関してシフトされる。主要スピンドルは、下 端に道具ホルダを保持するスピンドルサポート内に回転のため置かれる。

道具ホルダは、主要スピンドルによって回転可能に駆動され、外部駆動部材によ フて駆動されるスピンドルサポートスリーブによって軸方向に移動される。クラ ンクレバーは、スピンドルサポートスリーブに関して移動され、研削道具のスピ ンドル軸の、主要スピンドル軸に対するオフセットを調整するためのカムに噛み 合う、内側スピンドルに軸運動を伝える。

１９７５年１月７日にホトノット等に付与された合衆国特許第３８５９００１号 は、工具のヘッドのタイルを駆動するためのメカニズムを開示する。この装置に おいて、タイルは加工道具を駆動する回転可能スピンドルを保持する。

タイルは回転に抗して保持され、ボールねじによって加工品に対して前進させら れたり後退させられたりする。

１９４８年１０月１９日にクラッチマンに付与された合衆国特許第２４５１４９ ７号は、内側ねじをフライス削りするのに適したねじフライス盤を開示する。内 側ハウジングは、動力軸と結合された円筒上方部分を有し、中に偏心円筒内側軸 路を伴う下方部分を有している。偏心ブッシングはその中でジャーナル軸受に支 えられた被動軸を有し７、ブッシングは内側ハウジングの偏心軸路内で回転可能 である。結合シャトルは、駆動軸を被動輪に結合し、フライスは被動軸上に載置 されている。それを回転させるための手段は偏心ブッシングに接続され、そして フライスの偏心性を変える。内側ハウジングには、フライスがドリルであけられ た穴内にねじをフライス削りするように、親ねじが内側ハウジングを渦巻状に移 動するような態様で、回転可能で軸方向に固定されたナツトのねじ山とともに作 用する外側ねじ山が設けられている。

１９５６年４月２４日にシーリッチに付与された合衆国特許第２７４２７９６号 は、偏心した穴をドリル穴あけするのに用いられる、調整可能ドリルホルダを開 示する。駆動軸は、工具のタレットの穴内に固定されているホルダ内に偏心して ジャーナル軸受に支えられている。駆動軸は、歯車を介して、ドリルのコレット を保持するスピンドルに接続されている。スピンドルは回転可能ヘッドにジャー ナル軸受けされており、ホルダの軸から偏心している。ホルダをその軸中心に調 節し、ヘッドをその軸中心に調節することによって、ドリルのオフセットまたは 偏心性が零からホルダの軸から予め定められた距離まで変化させられ得る。

上記のクラッチマン特許第２４５１４９７号で説明されたように、工具のスピン ドルを前進させたり後退させたりするために親ねしを用いることは公知である。

また、ロボットのアームのようなものを位置決めするために、差動親ねじを用い ることは、先行技術において公知である。この目的のための差動親ねじは、イス ラエルのロボマティック・リミティッドより入手可能であり、「水平型ロボット アーム用の、軽量ロールおよびＺ軸ユニット」という名称の最近のカタログに図 示されている。

この発明の主な目的は、先行技術のいくかつの不利な点を克服するメカニズムで 、制御可能なピッチで螺旋状運動を回転する道具に伝えるための改善されたスピ ンドル駆動装置を提供することである。

発明の要約 この発明に従い、回転スピンドルとそれによって駆動される道具を一定または可 変の所望のピッチで、零から選択されたより大きい値まで可変の選択された軌道 半径で、螺旋状路を移動するのに適したスピンドル駆動装置が提供される。さら に、このスピンドル駆動装置は、比較的低い慣性のコンパクトで軽量な設計に適 した簡単なメカニズムが含まれている。これは特に、非常に高速の機械加工動作 に適しており、スピンドルに沿って螺旋状路を移動される、一体の高速スピンド ルモータが設けられている。路の可変半径の設定は、偏心された回転軸中心の回 転のために、タイル上に回転可能に載置された偏心スピンドルキャリヤの角度調 整によってなされる。スピンドルはキャリヤ上に載置され、スピンドル回転軸は 、偏心回転軸かタイル回転軸からオフセットされているのと同じ距離だけオフセ ットされ、それによってタイル回転軸よりのスピンドル回転軸のオフセットが零 からそれ以上に大きい値に変化され得る。

螺旋状路のピッチの変化は、軸の変位と角度の変位の所望の割合を生じるタイル のための可変ピッチ駆動手段によってなされる。

さらに、この発明に従い、タイルはその中に凹部を有し、スピンドルキャリヤは 偏心回転軸を中心とした回転のために、凹部に置かれている。タイルは円筒状で 、中に円筒状の穴を有する支持部材によって保持され、タイルは穴を回転可能往 復可能になっている。さらに、駆動手段は差動親ねじのような可変ピッチ駆動手 段を含んでいる。

さらに、この発明に従い、支持部材上に載置されるタイル、スピンドル回転軸を 中心とした回転のために、また、加工品とともに作用するために道具を支持する ようにされている、タイル上に、その上に載置されるスピンドルとともに載置さ れるスピンドルキャリヤを含む、スピンドル駆動装置が提供される。スピンドル 回転軸とタイル回転軸間に並進運動を生じるために、スピンドルキャリヤを動か すための手段が設けられている。可変ピッチ駆動手段は、角度および軸の変位の 予め定められた割合で、タイル回転軸を中心として角度をなして、同時にタイル 回転軸に沿って軸方向にタイルを移すために設けられている。

さらに、この発明に従い、可変ピッチ駆動手段は、対のナツトとねじ切りされた 軸を有する差動親ねじを含んでいる。ナツトは、支持部材に対して回転可能に載 置され、軸方向に固定されており、ねじ切りされた軸は、ナツトとねじで係合し 、その動きのためにタイルと結合されている。

別々の可逆回転駆動モータが、前記ナツトを互いに独立して回転するようにされ ており、それによってタイルは同時に、または異なった時間で、所望の割合で回 転して、あるいは軸方向に選択的に移されてよい。さらに、スピンドルモータが スピンドルを回転するためにスピンドルキャリヤ上に載置されている。さらに、 スピンドルキャリヤはタイル回転軸からオフセットされた偏心回転軸を中心とし て回転するために、タイル上に載置されている。

さらに、この発明に従い、支持部材によって保持され、タイル回転軸を中心とし た回転およびタイル回転軸に沿った運動のために支持部材上に載置された中空軸 を含むタイルを含む、スピンドル駆動装置が提供される。偏心部材を含むスピン ドルキャリヤは、タイル回転軸からオフセットされた偏心回転軸を中心として回 転するために、タイル内に回転可能に載置されている。スピンドルモータは偏心 部材上に載置され、スピンドルは、偏心回転軸からオフセットされたスピンドル 回転軸を中心として回転するために、スピンドルモータに結合されている。前記 偏心回転軸を中心として偏心部材を回転する、スピンドル回転軸とタイル回転軸 間の相関的な並進運動を生じるための手段が設けられている。角度および軸の変 位の予め定められた割合で、タイルをタイル回転軸を中心として角度をなして、 同時にタイル回転軸に沿って軸方向に移すための可変ピッチ駆動手段が設けられ ている。

さらに、この発明に従い、タイルはその中に偏心穴を有し、偏心部材は大向に回 転して載置される筒体である。さらに、スピンドル回転軸とタイル回転軸は、偏 心部材が予め定められた基準位置で回転される際に一致する。偏心部材には軸方 向に延びる空洞が設けられ、少なくともスピンドルモータの一部はその空洞内に 置かれている。偏心部材を回転するための手段はそこに結合されたサーボで、中 空軸内に載置されている。さらに、支持部材がタイル周辺に置かれ、可変ピッチ 駆動手段は支持部材とタイルの間に置かれている。

この発明の完全な理解が、添付の図面とともに以下に続けられる詳細な説明より 得られるであろう。

図面の説明 第１図はこの発明のスピンドル駆動装置の守旧の断面図である。

第２図はスピンドル駆動装置をその前方端部で見た端面図である。

第３図は第１図の３−３線に沿う図である。

第４図はスピンドル駆動装置の展開図である。

第５図は説明のために回転軸とその路の関係を概略的に表現した、スピンドル駆 動装置の前方端部の図である。

第６図はスピンドル駆動装置から取り外された部品の立面図である。

第７図は穴あけ動作中の道具を示す、第６図の７−７線に沿う図である。

第８図はねじフライス切り動作中の道具の図である。

第９図は第８図の９−９線に沿った図である。

第１０図はねじ切り中の道具の路を示す概略図である。

第１１図はねじ穴の図である。

第１２図はスピンドル駆動装置のための制御システムのブロック図である。

発明を実施する最良の態様 図面を参照して、加工品に対してスピンドル駆動装置を位置決めする工具ととも に用いられるスピンドル駆動装置のこの発明の図示された実施例を示す。スピン ドル駆動装置は、図示された応用、すなわち、駆動装置の単一の刃物を連続的な 動作で用いる、ドリル穴あけおよびねじフライス切りを参照して、このスピンド ル駆動装置は説明される。

説明が進むにつれ、この発明は他の実施例でも実現され、他の多くの応用で用い られ得ることが理解されよう。

第１図ないし第４図を参照すると、スピンドル駆動装置１０は、一般に、支持部 材またはフレーム１２を含み、それはクイル１４を保持し、順にこれがスピンド ルキャリヤ１６を保持する。スピンドルキャリヤは、道具２４を支えるようにさ れているスピンドル２２を駆動するスピンドルモータ１８を支持する。クイル］ ４は、各々サーボモータ３２および３４で動かされる、前方親ねじ２６および後 方親ねじ２８を含む、差動親ねじの形の可変ピンチ駆動メカニズムによって、軸 方向および回転可能に駆動される。サーボモータ３２は軸エンコーダ３６を保持 し、後部す・−ボモータ３４は軸エンコーダ３８を保持する。スピンドルキャリ ヤ１６は、クイル］−４に回転可能に載置され、軸、エンコーダ４４に結合され るサーボモータ４２によって角度をなして位置決めされる。上記に言及したスピ ンドル駆動装置１０の構成要素は、以下に、各々の関係が詳細に説明されよう。

スピンドル駆動装置は、第６図に示されるように、道具（図示せず）上に載置さ れるためのフレーム１２上の支持部材あるいはブラケット４６が設けられている 。スピンドル駆動装置１０は、道具２４によって噛み合わされるように、加工品 ４８に相対して工具によって位置決めされる。

スピンドル駆動装置１０の構造は、第１図ないし第４図を参照して詳細に説明さ れよう。フレーム１２は、前方および後方親ねじ２６および２８のナツト６４お よび６６をそれぞれ支える筒状ケーシング６２を含む。親ねじは、再循環ボール 型で、ナツトの各々は以下に説明されるボール帰還路を含む。前方ナツト６４を 回転可能に載置する［コ的で、前方ベアリング６８および対の後方ベアリング７ ２および７４が設けられている。後方ベアリング７２および７４は筒状ケーシン グ６２によって保持される保持器アセンブリ７６に載置されている。対のシール ７８は、保持器アセンブリ７６の両端に置かれている。ナツト６４の前方ベアリ ング６８は保持器リング８２によって保持されている。

サーボモータ３２の固定子ハウジング８４は、ケーシング６２内に置かれ、保持 器アセンブリ６６と保持器リング８２間に延びている。支持スリーブ８６は保持 器リング８２と固定子ハウジング８４の端部を囲む。端部キャップ８８はシール ９２とともに、ナツト６４と保持器リング８２間の空間の前端を閉じる。

ナツト６４はサーボモータ３２によって回転して駆動される。サーボモータは、 固定子ハウジング８４上に支持される固定子巻線９４を含む。サーボモータの回 転子９６は、ナツト６４の本体上に直接保持されている。すなわち、サーボモー タ３２がエネルギを与えられると、ナツト６４はフレーム１２に対して回転され る。

後方親ねじ２８の後方ナツト６６は、前方ナツト６４に対して説明されたのと同 様の態様で、フレーム１２上に載置される。後方ナツト６６は、前方ナツト６４ と同じ形状で、後方ベアリング１０２ならびに対の前方ベアリング１０４および １０６によって支持されている。前方ベアリング１０４および１０６は、ケーシ ング６２によって支持される保持器アセンブリ１０８に載置されている。保持器 アセンブリ１０８は対のシール１１２および１１４を支持する。後方ベアリング １０２は保持器リング１１６上に支持され、端部プレート１１８は保持器リング １１６とナツト６８の端部間に置かれている。シール１２２は端部プレート１１ ８によって保持されている。サーボモータ３４の固定子ハウジング１２４は、ケ ーシング６２内に置かれ、保持器アセンブリ１０８および保持器リング１１６間 に延びている。端部キャップ１１８はシール１２２とともに、ナツト６６と保持 器リング１１６間の空間の後方端部を閉じている。

ナツト６６はサーボモータ３４によって回転して駆動される。サーボモータは固 定子ハウジング１２４によって支持される固定子巻線１２６を含む。固定子巻線 は、ナツト６６上に直接載置される回転子１２８とともに動く。サーボモータ３ ４が付勢された際に、ナツト６６はフレーム１２に関して回転して駆動される。

クイル１４を駆動するための、可変ピッチ駆動メカニズムあるいは差動親ねじは 、前方親ねじ２６および後方親ねじ２８を含む。以下に説明されるように、親ね じ２６および２８は、クイルをその軸を中心として回転させ、タイルをその軸に 沿って移動させるようにされている。クイル１４は筒状中空軸であり、ナツト６ ４および６６と同軸である、クイル回転軸１４２を中心に回転するように載置さ れている。この目的のために、クイル１４には右ねじ山１４４の形状で、タイル 前方端部に螺旋状溝が設けられ、左ねじ山１４６の形状でタイル後方端部に螺旋 状溝が設けられている。前方親ねじ２６には、ナツト６４とクイルの右ねじ山１ ４４およびナツト６４を右ねじ山１４４にねじ係合する再循環ボール１４８が含 まれている。ナツト６４には４つの異なったボール帰還路１５２か設けられてい ることが好ましいが、その２つが第１図に示されている。後方親ねじ２８にはナ ツト６６、右ねじ山１４６およびクイル１４および再循環ボール１５４が含まれ ている。ナツト６６には４つのボール帰還路１５６が設けられていることが好ま しいが、その２つが示されている。以下に説明されるように、タイル１４０回転 運動とクイル回転軸１４２に沿う運動は倍、ナツト６４および６６を回転する各 サーボモータ３２および３４の相対的回転によって制御される。

軸エンコーダ３６は、ナツト６４の瞬間的な角度位置に対応する電気信号を提供 するようにされている。それは、中間取付スリーブ１６４を介してナツト６４の 前方端部上に回転のために載置されているコードディスク１６２を含む。エンコ ーダ３６は、光学型が適しているが、これもまた保持器リング８２上に固定して 載置されるコード読取器１６６を含む。同様に、軸エンコーダ３８は、ナツト６ ６の瞬間的な角度位置に対応する電気信号を発生するようにされている。それは 、中間取付スリーブ１７２を介してナツト６６上に回転のために載置されている 、光コードディスク１６８を含む。↓レコーダ３８も、保持器リング１１６上に 固定して載置されているコード読取器１７４を含む。

クイル１４は、クイル回転軸１４２から軸横方向にオフセットされた、偏心した 回転軸１８２を中心として回転するように、スピンドルキャリヤ１６を支持する ようにされている。クイル１４は、前方端部が開放されスピンドルキャリヤ１６ を受入れるようにされている軸方向に延びる凹部１８４を規定する。１組の３つ の環状ベアリング１８６゜１８８および１９２が、スピンドルキャリヤ１６を支 持するために、クイル１４の凹部１８４に設けられている。凹部１８４は放射状 壁１９４で終わる。

スピンドルキャリヤ１６は、偏心回転軸１８２と一致する縦軸を有する筒状体で ある。スピンドルキャリヤ１６は、サーボモータ４２と結合され、それによって カップリング１９６を介して角度的な位置決めがされている。カップリング１９ ６は、１組の内側軸方向に延びるリブ１９８を有するカップ状部分を有している 。カップリングは、リブを介してスピンドルキャリアの後方端部に延びる１組の ねじ２０２によって、スピンドルキャリア１６の後方端部上に載置されている。

カップリング１９６には、クイル１４の壁１９４を介して延びるスリーブ２４０ が設けられている。

サーボモータ４２は回転子２０６と固定子２０７を含んでいる。固定子は、クイ ル１４内部に載置され、それによって保持されている。サーボモータ４２の回転 子２０６は、１組のねじ２０８によってスリーブ２０４上に載置されている。カ ップリング１９６上の環状摩耗板２１２は、壁９４の前側上のスラストベアリン グ２１４によりがかっている。同様に、モータ４２の回転子２０６上の環状摩耗 板２１６は、壁１９４の後側のスラストベアリング２１８によりかかっている。

サーボモータ４２の回転子２０６は、スピンドルキャリヤ１６の偏心回転軸１８ ２と同軸である。

回転子２０６には、同軸中空軸２２２が設けられている。

軸エンコーダ４４は、取付スリーブ２２６によって軸２２２上に保持される光学 コードディスク２２４を含む。エンコーダはまた、サーボモータ４２の固定子上 に固定されているコード読取器２２８を含む。エンコーダ４４は、クイル１４に 対するサーボモータ４２の、すなわちスピンドルキャリヤ１６の角度位置に対応 する電気信号を作り出すようにされている。

スピンドルモータ１８は、スピンドルキャリヤ１６に固定されている。スピンド ルモータ１８は、スピンドル回転軸２３４を中心に回転する中空モータ軸または スピンドル２３２を有する。第１図ないし第５図に示すように、スピンドルキャ リヤ１６が基準位置にあれば、スピンドル回転軸２３４はクイル回転軸］４２に 一致する。スピンドル２３２には、その前方端に、道具２４の軸を受けるように されている道具ソケットまたはコレット２３６が設けられている。モータ１８は 、高速度機械加工に適する電気モ・−タであることが好ましい。モータ１８に必 要な電気配線を提供するために、また所望であれば、迅速変換道具ソケットのた めの引き手を使用することを許容するために、サーボモータ４２の中空軸２２２ 、カップリング１９６およびスピンドルキャリヤ１６を通って中央通路が設けら れていることが注意される。さらに、液状冷却剤か、中空スピンドル２３２を介 して道具に供給されていてもよい。

上記で述べたように、スピンドル回転軸１４２はクイル回転軸１８２と同軸に設 けられていてもよいし、また様々の程度の偏心性をもって偏心して位置決めされ ていてもよい。スピンドル回転軸の偏心性の調整は、サーボモータ４２によるス ピンドルキャリヤ１６の回転によって果たされる。第５図はクイル回転軸１４２ 、偏心回転軸１８２およびスピンドル回転！ｌｈ２３２の関係を表わす。第５図 において、スピンドルキャリヤ］６は、クイル１４に対して基本または基準位置 にあるのが示されている。スピンドル４”ヤリャ１６の偏心回転軸１８２は、タ イル回転軸１４２から距ＭＤだけオフセットされている。キャリヤ１６をその基 準位置において、偏心回転軸１８２はタイル回転軸１４２と一致する。軸１８２ 上に中心のある破線で示した円２４２は、スピンドルキャリヤ１６がその軸１８ ２を中心に完全に１回転したときのスピンドル回転軸２４の路である。

このように、スピンドル回転軸２３４は、円２４２のどんな位置においても、タ イル軸１４２に相対して位置決めされてもよい。スピンドル回転輪２３４が点Ｐ に位置決めされる際に、それはクイル回転軸１４２に対して「の偏心性の程度を 有している。スピンドル回転軸が位置Ｐにあるときは、それはクイル１４がその 軸を中心に回った際の、円形の路２４４を示す。スピンドル回転軸の路２４４は 、クイル回転軸１４２に対して半径ｒの軌道である。

スピンドル回転軸２３４を所望の偏心性の程度に設定して、可変ピッチ駆動メカ ニズム、または前方親ねじ２６と後方親ねじ２８を含む差動親ねじは、回転運動 と軸運動の双方をクイル１４に伝えるのに用いられるかもしれない。

第６図に示されるように、前方親ねじ２６は前方ナツト６４とクイル１４上の相 応する右ねじ１４４を含む。同様に、後方親ねじ２８は、ナツト６６とクイル１ ４上の左ねじ１４６を含む。差動親ねじは、ナツト６４と６６の２つの回転運動 を、２つの構成要素、すなわちタイル回転軸に沿った軸構成要素とタイル回転軸 を中心とした回転構成要素を有する、タイル運動に変えるようにされている。一 般に、差動親ねじは、クイルを所望の割合の軸速度と角速度で移動することがで きる。ナツト６４と６６が同じ速度で反対方向に回転されれば、タイルは回転運 動せず軸方向に移動される。ナツト６４と６６が同じ速度で同じ方向に回転され れば、回転運動はタイルに伝えられるが、その軸運動はない。軸運動と回転運動 の速度と方向は、以下の等式で与えられる。

Ｗはタイルの角速度、回転７秒、 ＷＡはナツト６４の角速度、回転７秒、Ｗａはナット６６０角速度、回転７秒。

ここにおいて、 Ｚはタイルの線速度、ピッチ７秒、 Ｐはねじ山１４４と１４６のピッチ。

スピンドル駆動装置の制御システムが第１２図のブロック図で示されている。制 御システムは、スピンドル駆動装置が特定の部分を機械加工するのを制御するパ ーツプログラムがロードされているコンピュータ２５２を含む。コンピュータ２ ５２はまた、工具を加工品に相対して位置決めするためのスピンドル駆動装置を 保持する工具を制御するために用いられるかもしれない。制御システムは、また スピンドルキャリヤ１６とエンコーダ４４に結合されるサーボモータ４２を含む 。サーボモータ４２のモータ制御回路２５４は、コンピュータ２５２から命令信 号を受け、命令信号に従ってサーボモータの付勢を制御する。サーボモータ４２ は、クイル軸１４２からスピンドル２３４の偏心性またはオフセットを決定する 、スピンドルキャリヤ１６の角度位置を制御する。軸エンコーダ４４は、サーボ モータ４２の制御回路のループを閉じるために、コンピュータにフィードバック 信号を供給する。制御システムは、また親ねじ２６の前方ナツト６４と結合する サーボモータ３２を含む。モータ制御回路２５６は、コンピュータ２５２から命 令信号を受け、命令信号に従いサーボモータ３２の付勢を制御する。エンコーダ ３６はコンピュータにフィードバック信号を供給する。同様に、サーボモータ３ ４は親ねじ２８の後方ナツト３３に結合されている。モータ制御回路２５８は、 コンピュータ２５２から命令信号を受け、そしてサーボモータ３４の付勢を制御 する。エンコーダ３８はコンピュータにフィードバック信号を供給する。制御シ ステムは、またスピンドルモータ１８のモータ制御回路２６２を含む。制御回路 ２６２は、コンピュータから命令信号を受け、それはモータ１８の付勢のために 命令信号を供給する。すなわち、スピンドルモータは、パーツプログラムに従っ て速度と方向がプログラムされる。コンピュータ２５２は、スピンドル軸２４４ が所望の路を描き、特定の部分を機械加工するために所望の速度と方向でスピン ドルモータを動かすようにするようにプログラムされてもよい。

スピンドルキャリヤ１６のサーボモータ４２は、０ないし予め定められた最大値 までスピンドル軸２４４の偏心性またはオフセットを変えるように付勢されても よい。オフセットは、機械加工動作中、所望により一定でも可変でもよい。差動 親ねじの各々の前方および後方ナツト６４および６６のサーボモータ３２および ３４は、クイルを所望のピッチで駆動するようにプログラムされてもよい。タイ ルは軸方向の変位なしに回転駆動されてもよく、また回転せずに軸方向に変位さ れてもよい。すなわち、スピンドル軸２４４は所望の螺旋路で所望の軌道半径で 所望のピッチで駆動されてよく、それらのいずれも、機械加工動作中に一定でも 可変でもよい。

スピンドル駆動装置の動作は、図示される機械加工動作、すなわち加工品に単一 の道具でドリル穴あけと穴のねじ切りをする動作を参照して説明されるであろう 。このため、特別な刃物が用いられる。これは、マニュエル・Ｃ・ターチャンに よって１９８６年３月１７日に出願された同時係属中の合衆国出願連続番号第０ ６／８４０４４３号「組合われた穴あけおよびねじ切り道具」で開示され請求さ れている型のものが適切である。道具２４は、穴をドリルであけるためのドリル 先２７２とねじフライス切りのためのねじフライス盤２７４を含む。ドリル先は 道具軸を中心に右あるいは時計回りの回転がするようにされており、軸はスピン ドル回転軸２３４を中心として回転するようにコレット２３６に支持されている 。ねじフライス盤２７４には従来の態様で複数個の溝彫りを伴った多数のねじ山 形の刃物が設けられている。刃物の各々は環状の形状をし、刃物の数は切られる ねじ山の数と等しいかそれより大きいことが好ましい。各刃物のセグメントは、 右手あるいは時計回りの回転のために、その主要端部に置がれた切断縁を有して いる。ねじフライス盤の刃物セグメントは、ドリル先の最大直径に等しい最大ね じ山頂直径を有している。

動作において、道具２４を伴う組合わされたドリル穴あけとねじ切りのために、 コンピュータ２５２は道具を内側に送って加工品に穴がドリルであけられ、道具 の後退によってねじ山がドリルされるようにスピンドル駆動装置を動かすように プログラムされている。

穴をドリルであけるためのドリル穴あけ動作は、第７図に示されており、スピン ドルキャリヤ１６はサーボモータ４２によってその基準位置に設定されている。

この基準位置において、スピンドル軸２３２はクイル軸１４２に一致する。スピ ンドルモータ１８は、コンピュータ２５２のプログラムによって、右回転で所望 の切断速度で付勢されるように制御されている。ドリル穴あけのための道具２４ の送りは、クイル１４の回転なしに軸方向の移動によって提供される。これは、 反対方向に同じ速度で回転させるためにコンピュータプログラムの制御の下で、 サーボモータ３２および３４を付勢することによって提供される。軸速度、また は送り速度はモータの速度によって決定される。ドリル動作のための道具の内側 への送りは、前方ナツト６４の反時計回りの回転（スピンドル駆動装置１ｏの後 方から見て）、後方ナツト６６の時計回りの回転によって生じる。

ドリル穴あけ動作は第７図に示される。

所望の穴の深さが得られれば、送りは両方のサーボモータ３２と３４の回転を止 めることによって止められる。それから、道具はねじフライス切りが始まるまで にクリアランスを提供するために後ろへ下がる。これは、サーボモータ３２と３ ４を反対方向に回転するように付勢して、タイルの後退する動きを生じるために 、前方ナツト６４を時計方向に回転することによって達成される。スピンドルモ ータ１８による道具の回転は、同じ方向で続けられ、サイクルのねじフライス切 り部分が、螺旋状の動きを道具２４に後退する方向に伝えることによって始めら れる。クイル１４は、フライス切りされるねじ山の所望のピッチを確立するため に、角速度に対する軸速度の所望の割合で、可変ピッチ駆動メカニズムによって 駆動される。スピンドルモータ１８は、ドリル穴あけ動作と同じ方向で引き続き 回転するように付勢されるが、速度はフライス切り動作において所望の切断速度 を得るために調節されてもよい。スピンドル軸２３４に、そして刃物２４に軌道 の動きを伝えるために、スピンドルキャリヤ１６は、スピンドル回転軸２３４が クイル回転軸１４２からオフセットされるように、基準位置から離れたその偏心 回転軸１８２を中心に回転させられる。たとえば、スピンドルキャリヤ１６は、 スピンドル回転軸２３４が第５図で示される点Ｐに位置されるまでプログラム制 御の下でサーボモータ４２によって回転されてもよい。スピンドルキャリヤ１６ のこの回転は、所望の割合で切断に対して道具２４を傾斜させるために、所望の 速度でタイル１４０回転と同時であってもよい。スピンドル回転軸２３４を点Ｐ において、軌道回転は、軌道半径ｒで道具２４に伝えられる。道具の切断に対す るこの傾斜は、第８図および第９図に図示され、それらは、スピンドル回転軸が 点Ｐにある位置の道具を示している。道具２４がスピンドルモータ１８によって その縦軸を中心に回転させられる一方、その軸は第５図および第８図の円２４４ によって説明される軌道路を移動され、それは、所望のねじ山を切断するために 螺旋状の運動を発生するために軸方向に後退させられる。道具２４は軸方向の後 退中、１つのねじ山ピッチに対応する１つの軌道回転を実行する。きれいな切断 ねじ山を確実にするためには、１つ以上の軌道回転、たとえば１回転半の回転が 道具に伝えられることが好ましい。

軌道運動が終わった後、サーボモータ３２は、スピンドル回転輪２３４がタイル 回転軸１４２に一致するようにスピンドルキャリヤ１６をその基準位置に回転さ せるために、プログラム制御の下で付勢される。この位置においで、道具の軸は 穴の軸と一直線にされ、道具は反対方向、同速度のプログラム制御の下で、サー ボモータ３２と３４を付勢することにより、高速で道具が加工品がら引込められ てもよく、前方ナツト６４は時計方向に回転させられる。

この発明の説明は特定の実施例を参照し、てなされたが、限定的な意味に解釈さ れるべきでない。多くの変形と修正が当業者にとって生じるであろう。この発明 の定義については後の請求の範囲に言及がなされる。

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．工作機械に用いられるスピンドル駆動装置であって、支持部材と、 前記支持部材上に載置される、クイル回転軸中心の回転と前記クイル回転軸に沿 った運動のためのクイルと、前記クイル上に回転可能に載置される、前記クイル 回転軸からオフセットされた偏心回転軸中心の回転のためのスピンドルキャリヤ と、 前記スピンドルキャリヤ上に載置されたスピンドルモータと、 前記スピンドルキャリヤ上に載置され前記スピンドルモータと結合される、スピ ンドル回転軸中心の回転のためと、それとともに回転する道具を支持するように されているスピンドルとを含み、前記スピンドル回転軸が、偏心回転軸が前記ク イル回転軸からオフセットされているのと同じ距離だけ前記偏心回転軸からオフ セットされており、前記偏心回転軸中心に前記スピンドルキャリヤを回転し、前 記スピンドル回転軸と前記クイル回転軸との間に相関する並進運動を生じるため の手段と、 前記クイル回転軸中心に前記クイルを回転し、前記クイル回転軸に沿って前記ク イルを動かすための駆動手段をさらに含むスピンドル駆動装置。
2. ２．前記クイルがその中に凹部を有し、前記スピンドルキャリヤが前記偏心回転 軸中心の回転のために、前記凹部に置かれている請求項１記載の発明。
3. ３．前記クイルが円筒状で、前記支持手段がその中に円筒状穴を有する部材を含 み、前記クイルが前記穴内で回転可能往復可能である、請求項１記載の発明。
4. ４．前記駆動手段が前記クイルに駆動して結合されている差動親ねじを含む請求 項１記載の発明。
5. ５．工作機械に用いられるスピンドル駆動装置であって、支持部材と、 前記支持部材上に載置される、前記クイル回転軸中心の回転と、前記クイル回転 軸に沿う運動のためのクイルと、前記クイル上に載置されたスピンドルキャリヤ と、前記スピンドルキャリヤ上に載置される、スピンドル回転軸中心の回転と、 それとともに回転する道具を支持するようにされているスピンドルと、 前記スピンドルキャリヤを動かし、前記スピンドル回転軸と前記クイル回転軸と の間に相関する並進運動を生じるための手段と、 前記クイル回転軸を中心に角度をなした、および、前記クイル回転軸に沿った軸 方向の前記クイルの変位を角度および軸速度の予め定められた割合で同時に行な うための可変ピッチ駆動装置とを含むスピンドル駆動装置。
6. ６．前記可変ピッチ駆動手段が前記クイルに駆動して結合される差動親ねじであ る、請求項５記載の発明。
7. ７．前記差動親ねじが対のナットとねじ切りされた軸を含み、前記ナットが前記 支持部材に対して回転可能に載置され軸方向に固定され、前記ねじ切りされた軸 が前記ナットにねじ係合され、前記クイルに結合され、前記ナットを各々独立し て回転するための別々の逆回転モータをさらに含み、それによって前記スピンド ルが所望の割合で回転方向および軸方向に選択的に変位されるようにされる、請 求項６記載の発明。
8. ８．前記モータの各々が、前記支持部材に固定されている固定子と各ナット上に 載置されている回転子を有する電気モータを含む、請求項７記載の発明。
9. ９．前記スピンドルキャリヤ上に載置される、前記スピンドルを回転するための スピンドルモータを含む、請求項５記載の発明。
10. １０．前記スピンドルキャリヤが、前記クイル回転軸からオフセットされた偏心 回転軸を中心に回転するために、前記クイル上に載置された偏心部材を含む、請 求項９記載の発明。
11. １１．前記クイルがその中に偏心穴を有し、前記偏心部材が前記偏心穴に回転可 能に載置される筒状体である、請求項１０記載の発明。
12. １２．前記スピンドル回転軸と前記クイル回転軸が、前記偏心部材が予め定めら れた基準位置に回転されるときに一致する、請求項１１記載の発明。
13. １３．前記偏心部材が、軸方向に延びる空洞をその中に有しており、少なくとも 前記スピンドルモータの一部が前記空洞内に置かれている、請求項１１記載の発 明。
14. １４．前記クイルが中空のねじ切りされた軸を含み、前記スピンドルキャリヤが 前記中空のねじ切りされた軸内での前記クイル回転軸からオフセットされた偏心 回転軸中心の回転のために載置される偏心部材を含み、スピンドルモータが前記 偏心部材上に載置され、サーボモータが前記偏心部材に結合され、前記偏心部材 を角度を伴って位置決めするために前記中空軸内に載置されている、請求項５記 載の発明。
15. １５．工作機械で使用されるスピンドル駆動装置であって、 支持部材と、 前記支持部材上に載置される中空軸を含む、クイル回転軸中心の回転と、前記ク イル回転軸に沿った運動のためのクイルと、 前記クイル内に回転可能に載置されている偏心部材を含む、前記クイル回転軸に 対してオフセットされている偏心回転軸中心の回転のためのスピンドルキャリヤ と、前記偏心部材と、前記スピンドルモータと結合されているスピンドル上に載 置される、スピンドル回転軸中心の回転と、それと回転するために道具を支持す るようにされているスピンドルモータとを含み、前記スピンドル回転軸が前記偏 心回転軸に対してオフセットされ、前記偏心回転軸中心に前記偏心部材を回転し 、前記スピンドル回転軸と前記クイル回転軸間に相関的な並進運動を生じるため の手段と、 前記クイル回転軸中心に前記クイルを、予め定められた角度および軸変位の割合 で角度をもって変位し、前記タイル回転軸に沿って軸方向に同時に変位するため の、可変ピッチ駆動手段とをさらに含むスピンドル駆動装置。
16. １６．前記クイルがその中に偏心穴を有し、前記偏心部材が前記偏心穴に回転可 能に載置される筒状体である、請求項１５記載の発明。
17. １７．前記スピンドル回転軸と前記クイル回転軸が、前記偏心部材が予め定めら れた基準位置に回転される際に、一致する、請求項１５記載の発明。
18. １８．前記偏心部材がその中に軸方向に延びる空洞を有しており、前記スピンド ルモータの少なくとも一部が前記突洞内に置かれている、請求項１５記載の発明 。
19. １９．前記偏心部材に結合され、前記中空軸内に載置されている、前記偏心部材 を角度をもって位置決めするためのサーボモータを含む、請求項１５記載の発明 。
20. ２０．前記支持部材が前記クイル周囲に置かれ、前記可変ピッチ駆動手段が前記 支持部材と前記クイルの間に置かれている、請求項１５記載の発明。
21. ２１．前記可変ピッチ駆動手段が前記クイルに駆動して結合されている差動親ね じである、請求項２０記載の発明。
22. ２２．前記差動親ねじが対のナットとねじ切りされた軸を含み、前記ナットは前 記支持部材に対して回転可能に載置され軸方向に固定され、前記ねじ切りされた 軸が前記ナットとねじ係合し、前記クイルに結合し、前記ナットが互いに独立し て回転するための別々の逆回転モータをさらに含み、それによって前記スピンド ルが所望の割合で回転してまた軸方向に選択的に変位するようにされる、請求項 ２１記載の発明。
23. ２３．前記モータの各々が、前記支持部材に固定される固定子と各ナット上に載 置される回転子を有する電気モータを含む、請求項２２記載の発明。