JPH03228507A - 工作機械 - 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】 癒胆Ω貝豹 ［産業上の利用分野］ 本発明は工作機械に関し、詳しくは工具を超音波振動さ
せるための超音波振動子を備えた加工ヘッドを主軸に装
着して、超音波加工を行なう工作ｇ＆械に関する。

［従来の技術］ 従来より、超音波振動子を備えた加工ヘッドを主軸に装
着して、セラミックス、ガラスなどの硬脆材料を超音波
加工できるようにした工作機械がある。主軸に装着する
加工ヘッドとしては、従来、例えば実開昭６４−５６９
４１号公報に記載された加工ヘッドのように、超音波振
動子を備えた加工ヘッド本体と、その外周にベアリング
を介して取付られたハウジングとから構成したものが知
られている。この加工ヘッドでは、回転する加工ヘッド
本体の超音波振動子に外部の電源を接続するため、加工
ヘッド本体の外周にスリップリングを設けていた。一方
、ハウジングの内周にはスリップリングに摺接するブラ
シを設け、ブラシを外部の電源にケーブルで接続してい
た　さらに、ハウジングに回り留め機構を設けて、ハウ
ジングに接続ケーブルがからまらないようにしていた［
発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の工作機械においては、加
工ヘッドが加工ヘッド本体の外周にハウジングを設けた
大きな形状を有し、さらに内部にスリップリング、ブラ
シ等が装備されて重いため、力０エヘッドのハンドリン
グが悪いという問題があった。

また、複数の加工ヘッドの各々に異なる工具を取り付け
、主軸に交互に装着し、数種類の超音波加工を実施する
場合、従来の加工ヘッドはハウジングやスリップリング
、ブラシ等を備えた大仕掛けであり、加工ヘッドを数多
く揃えるとその負担が大きくなるため、生産効率二超音
波加工の利用を制限しなければならない場合があったさ
らに、工作機械が自動工具交換装置（Ａｕｔ。

ｍａｔｉｃ　Ｔｏｏｌ　Ｃｈａｎｇｅｒ）を備え、複数
の加工ヘッドを収容した工具マガジンから必要な工具を
有する加工ヘッドを自動的に取り出し、主軸に自動装着
するマシニングセンタの場合、超音波加工を行なう加工
ヘッドについては電源の接続ケーブルが邪魔になって自
動工具交換装置を使用できず、手作業により加工ヘッド
を交換しなければならないため、超音波加工の都度、加
工作業が中断し、生産効率が低下するという問題があつ
Ｌ 本発明の工作ｉ械は上述した課題、即ち超音波加工を行
なう加工ヘッドのハンドリングが悪いこと、加工ヘッド
を複数揃えることが難しいこと、加工ヘッドの自動交換
が不可能であることなどの課題を解決し、この種の加工
ヘッドの取り扱いを簡便にすることを目的とする。

癒眠の構成 ［課題を解決するための手段］ 本発明の工作機械は、工具を超音波振動させるための超
音波振動子を備えた加工ヘッドを主軸に装着して、超音
波加工を行なう工作機械において、前記加工ヘッドの超
音波振動子の入力端子を該加工ヘッドの外面に取り付け
るとともに、前記加工ヘッドを前記主軸に装着した状態
で前記超音波振動子の入力端子に当接して電気的に接続
する電源の出力端子を前記主軸側に設けたことを特徴と
する。

［作用］ 上記構成を有する本発明の工作機械においては、工具を
超音波振動させる超音波振動子を備えた加工ヘッドを主
軸に装着すると、加工ヘッドの外面に取り付けた超音波
振動子の入力端子が、主軸側に設けた電源の出力端子に
当接して電気的に接続し、超音波加工が可能な状態にな
る。加工ヘッドは、その外面に超音波振動子の入力端子
が取り付けられていれば足りる。即ち、従来の加工ヘッ
ドのように外部の電源に接続するためのハウジングや、
スリップリング、ブラシ等の構成がないので、小型・軽
量である。従って、そのハンドリングは容易である。ま
た、加工ヘッドには電源の接続ケプルが付属しないので
、通常の加工を行なう加工ヘッドと同様に自動交換が可
能である。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、以下本発明の工作機械の好適な実施例について説
明する。本実施例はマシニングセンタに適用したもので
ある。第１図はその主軸まわりを示す断面図である。

実施例のマシニングセンタは、主軸］と、これを回転す
るモータ３と、主軸１に交換可能に装着された加工ヘッ
ド５とを備える。主軸１は、基台１１に取り付けたハウ
ジング］３にベアリング１５を介して回動自在に軸支さ
れている。主軸］の上部に固定したプーリ１７と、モー
タ３の出力軸３］に固定したプーリ３３との間には、駆
動ベルト３５が張設されている。この駆動ベルト３５を
介してモータ３の出力トルクが主軸］に伝達さ札主軸１
の下端の加工ヘッド５の工具Ｔが所定のトルクで回転さ
れる。尚、第１図では超音波加工の加工ヘッド５を主軸
１に装着した状態が示される。

このマシニングセンタでは、超音波加工の加工ヘッド５
を自動工具交換装置ＡＴＣにより自動交換できるように
するため、主軸］およびハウジング］３の側と、加工ヘ
ッド５の側とに次の構成を設けている。尚、その構成は
、通常の加工を行なう加工ヘッドを自動交換する構成と
同じであり、公知のものである。

主軸１には、その下部に内径寸法が漸減するテーパ穴］
９を設けている。このテーパ孔１９には加工ヘッド５を
挿入する。また、このテーバ穴］９の上方には、主軸１
と同芯上に配置したスリーブ２１と、スリーブ２１内を
上下動するドローバ２３と、フレーム２４により主軸１
の上方に固定さねう　ドローバ２３を押し下げる油圧シ
リンダ２５と、ドローバ２３を引き上げる皿ばね２７と
を備える。ドローバ２３は、その下端周縁に設けた穴２
３Ａ内に鋼球Ｂを緩く支持する。この鋼球Ｂは、後述す
るように加工ヘッド５の装着時、加工ヘッド５の締め付
けに用いる。また、ドローバ２３は、その下端に挿入室
２３Ｂを有する。この挿入室２３Ｂには、加工ヘッド５
のプルスタッド部５５を挿入する。スリーブ２１は、そ
の下部にドローバ２３の支持する鋼球Ｂの逃がし溝２１
Ａを有する。この主軸１の内部には以上説明した加工ヘ
ッドの自動交換のための構成の他に、超音波加工のため
、弧状出力端子７３等の電源系の構成が備えられている
。その詳細は後述する。

一方、加工ヘッド５には、その下部の外周に係合溝５１
を設けている。この係合溝５］には自動工具交換装置△
ＴＣ（公知であるので詳細は省略する）の工具把持爪Ａ
１が係合する。また、加工ヘッド５の上部には主軸］の
テーパ孔１９に挿入した際、テーパ孔１９の内周面と密
着するように軸径寸法が漸減するテーパ軸５３を設けて
いる。

このテーパ軸５３の上端面には、上端に大径部５５を形
成したプルスタッド部５７を立設している。

加工ヘッド５には以上の自動交換のための構成のイ包　
超音波加工のため、超音波振動子５９や、弧状入力端子
６３等の電源系の構成が備えられている。その詳細は後
述する。

加工ヘッド５の自動交換は次のように行なわれる。

まず、ドローバ２３を油圧シリンダ２５で押し下げ、ド
ローバ２３の下端の鋼球Ｂをスリーブ２１の逃がし溝２
１Ａの高さに配置する。この状態で、図示しない工具マ
ガジンから超音波加工の加工ヘッド５を自動工具交換装
置Ａにより取り出し、加工ヘッド５のテーパ軸５３を主
軸］のテーパ孔１９に挿入する。この際、加工ヘッド５
の上部のプルスタッド部５７の大径部５５が、ドローバ
２３の下端の鋼球Ｂをスリーブ２１の逃がし溝２１Ａに
退けてその奥の挿入室２３Ｂに入り込む。次に油圧シリ
ンダ２５の作動を解除すると、皿ばね２７の復元力でド
ローバ２３が上方に引つ張られ。

ドローバ２３の下端の鋼球Ｂがスリーブ２１の逃がし溝
２１Ａから出る。すると、加工ヘッド５のプルスタッド
部５７の大径部５５の下端面に鋼球Ｂ７’）＜係合し、
皿ばね２７の復元力で上方に引っ張られるドローバ２３
によって加工ヘッド５が上方に付勢される。この結果、
加工ヘッド５は主軸］の所定位置に所定の締付力で確実
に装着される。

取り付けた加工ヘッド５の交換は次のように行なわれる
。自動工具交換装置ＡＴＣにより加工ヘッド５をつかん
だ後、油圧シリンダ２５でドローバ２３を押し下げると
、鋼球Ｂがスリーブ２１の逃がし溝２１Ａまで下がり、
加工ヘッド５が主軸１から緩み、主軸１から取り外し可
能な状態になる。自動工具交換装置ＡＴＣは、編んだ加
工ヘッド５を掴んで図示しない工具マガジンの所定の位
置に戻し、次に必要な工具を有する加工ヘッドを既述し
たように取り出して主軸１に装着する。尚、通常の加工
を行なう加工ヘッドについても、以上説明した超音波加
工の加工ヘッド５と同様にして自動交換される。

以下に、このマシニングセンタに設けた超音波加工のた
めの構成を説明する。

超音波加工を行なう加工ヘッド５は、第２図の拡大断面
図に示したように、その内部に、工具Ｔを超音波振動さ
せる超音波振動子５つと、超音波振動を拡大した上で工
具Ｔに伝達するホーン６１とを備える。実施例では、超
音波振動子５９の入力端子として、テーパ軸の上端近傍
に一対の弧状入力端子６３を若干テーパ面から突出して
設け、超音波振動子５９にリード線６５で接続している
。

一方、主軸］には、第１図に示すように、上部の外周に
２本のスリップリング７０を設けている。

スリップリング７０に接続したリード線７１は、主軸１
とスリーブ２１との間に設けた間隙を通ってスリーブ２
１の下部に導いている。スリーブ２］の下部には、第２
図の拡大図に示すように、Ｈの内周面に一対の弧状出力
端子７３を設けて、っ状出力端子７３にリード線７１を
接続している。

弧状出力端子７３の位置は、加工ヘッド５の装置完了時
に、加工ヘッド５のテーパ軸５３の上端０孤状入力端子
６３が当接する高さである。

さら（二主軸］のハウジング］３の上端には、第１図に
示すように、主軸１のスリップリンゲラ０に摺接するブ
ラシ７５を設け、ケルプル７７を介して、加工ヘッド５
の超音波振動子５９を駆亜する電気信号を出力する制御
装置７９を接続している。ブラシ７５は、エアシリンダ
８］の作動東８３の先端に保持さ拍、エアシリンダ８１
にょ；てスリップリング７０に当接・離間される。

以上説明した実施例のマシニングセンタでは、以下のよ
うにして超音波加工が実行される。

即ち、既述したように自動工具交換製蓋ＡＴＣ二より加
工ヘッド５を主軸１の所定位置に自動装着すると、装着
と同時に、加工ヘッド５のテーパ軸５３の上端の各弧状
入力端子６３がスリーブ２］の内周の各弧状出力端子７
３に当接して、加工ヘッド５の超音波振動子５９がスリ
ップリング７０まで導通状態になる。加工ヘッド５は、
皿ばね２７の復元力により上方に付勢されるので、加工
ヘッド５の各弧状入力端子６３と、主軸１の各弧状出力
端子７３とは密に接触し、電気的に良好に接続される。

次（二　ブラシ７５をエアシリンダ８３により移動して
スリップリング７０に摺接し、加工ヘッド５の超音波振
動子５９に外部の制御装置７９を接続する。この後、主
軸］をモータ３で回転し、図示しない主軸移動機構によ
り主軸１を被加工物に近付け、制御装置７９が超音波振
動子５９に所定の電気信号を出力すると、超音波振動子
５９が超音波振動を始め、加工ヘッド５に取り付けた工
具Ｔが超音波振動しながら回転し、超音波加工を実現す
る。

超音波加工乞実行しない場合は、第３図に示すように、
エアシリンダ８３によりブラシ７５をスリップリング７
０から離間し、通常の加工を行なつ７）Ｄ工”ラド６を
自動工具交換装置ＡＴＣにより装着すると、加工ヘッド
６の工具Ｔを高速回転する通常の加工が可能になる。第
３図に示すように通常加工の加工ヘッド６を主軸１に装
着しても、スリーブ２’ｌの内周の弧状出力端子７３は
、通常の加工ヘッド６に接触せず、通常の加工ヘッド６
の自動装着を邪魔しない。これは、既述したように超音
波加工の加工ヘッド５の弧状入力端子６３が加工ヘッド
５のテーパ軸５３のテーパ面より若干突出して設けられ
ており、加工ヘッド５を主軸１に装着した状態でこの弧
状入力端子６３に当接するように、スリーブ２１の内周
の弧状出力端子７３の配置が決められているからである
。従って、通常加工の加工ヘッド６と、超音波加工の加
工ヘッド５とを混在して自動交換できる。

以上説明したように実施例のマシニングセンタによれば
、超音波加工の加工ヘッド５が、超音波振動子５９の弧
状入力端子６３を外面に取り付けた簡単な構成で足り、
従来の加工ヘッドのように接続ケーブルが付属しないこ
となどから、超音波加工の加工ヘッド５を、通常の加工
の加工ヘッド６と同様に自動工具交換装置ＡＴＣを用い
て自動交換して、超音波加工と通常の加工とを混在した
自動加工が可能にな吠　生産効率の格段の向上を図るこ
とができるという優れた効果を奏する。

また、実施例のマシニングセンタの加工ヘッド５は上述
したように構成が簡単であり、加工ヘッド５を複数揃え
てもその負担が小さいから、複数の加工ヘッド５の各々
に異なる工具を取り付けて、数種類の超音波加工を組み
合わせた加工が容易に実現できる。

さらに、スリップリング７０、ブラシ７５等の構成は加
工位置より離れた主軸］の上方にあるので、これら構成
が切削屑等により損傷するおそれはない。

加えて、超音波加工の加工ヘッド５（表　自動交換のた
めに、従来からあった通常加工を行なう加工ヘッドと同
じ構成（例え１瓜　係合溝５１．テーパ軸５３．プルス
タッド部５７）を利用できるから、実施が容易であると
いう利点がある。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に同等限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得
ることは勿論である。例えば、マシニングセンタに限ら
ず、手作業により加工ヘッドを交換する工作機械にも本
発明は適用される。また、実施例のマシニングセンタで
は、主軸１の上部にスリップリングを設け、スリップリ
ングに摺接するブラシをハウジング］３の上端に取り付
けているが、この（４１加工ヘッドの下端部であって、
主軸に装着時、主軸から突き出す部分の外周にスリップ
リングを設け、スリップリングに摺接するブラシをハウ
ジングの下端に取り付けた構成でもよい。尚、以上のス
リップリングを加工ヘッド下端部に設けた構成について
も、手作業により加工ヘッドを交換する工作機械に適用
できる。

発明の効果 以上詳述したように、本発明の工作機械によれば、加工
ヘッドは超音波振動子の入力端子を外面に取り付けた簡
単な構成で足り、小型・軽量であって、ケーブルが付属
しないから、当該加工ヘッドの取り扱いが極めて容易に
なるという優れた効果を奏する。従って、ハンドリング
がよくなる。

また、加工ヘッドを複数揃えて、数種類の超音波加工を
組み合わせた加工が容易に実現できる。さらに、通常加
工の加工ヘッドと同様に自動交換が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例としてのマシニングセンタの主
軸まわりを示した断面図、第２図は超音波加工のための
加工ヘッド５まわりの拡大断面図、第３図はマシニング
センタの主軸に通常の加工のための加工ヘッドを装着し
た状態を示す断面図である。 １・・・主軸　　　　　３・・・モータ５・・・超音波
加工のための加工ヘッド６・・・通常の加工のための加
工ヘッド５９・・・加工ヘッド５の超音波振動子３・・
・超音波振動子５９の入力端子 ０・・・スリップリング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　工具を超音波振動させるための超音波振動子を備え
   た加工ヘッドを主軸に装着して、超音波加工を行なう工
   作機械において、 前記加工ヘッドの超音波振動子の入力端子を該加工ヘッ
   ドの外面に取り付けるとともに、前記加工ヘッドを前記
   主軸に装着した状態で前記超音波振動子の入力端子に当
   接して電気的に接続する電源の出力端子を前記主軸側に
   設けたことを特徴とする工作機機械。