JPH066243B2 - 切削加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野 この発明は、孔あけ加工等の切削加工を対象としたクイ
ルフィード式の切削加工装置に関する。

従来の技術とその問題点 クイルフィード式のスピンドルユニットの一つとして例
えば第７図に示すようなドリリングユニットがある。

これは同図に示すように、ケース１内には軸方向に移動
可能なクイル２が配設されており、さらにクイル２には
先端にドリル３を有するスピンドル４が内挿されてい
る。スピンドル４の後端部には補助スピンドル５があ
り、これらスピンドル４と補助スピンドル５とはスプラ
イン部４ａにおいてスプライン結合されている。したが
って、スピンドル４と補助スピンドル５は一体となって
回転するものの、軸方向には相対移動可能である。

すなわち、補助スピンドル５にはプーリ６，７およびＶ
ベルト８を介してモータ９の出力が伝達され、これによ
り補助スピンドル５とスピンドル４とが一体となって回
転する。

また、ケース１にはスピンドル４と平行にボールスクリ
ューシャフト等の送りねじ１０が配設されており、送り
ねじ１０はカップリング１１を介してモータ１２により
回転駆動される一方、送りねじ１０に螺合する送りナッ
ト１３はクイル２側のブラケット１４に固定されてい
る。

したがって、前記送りねじ１０の回転によりクイル２に
送り与えられ、クイル２はスピンドル４とともに前進ま
たは後退することになる。

しかしながら、このような従来のクイルフィード式のド
リリングユニットの構造では、クイル２に軸方向の送り
を与えるためのモータ１２の軸心とスピンドル４の軸心
とが平行になるように設定するのが通常であるため、ス
ピンドル回転駆動用のモータ９とクイル送り用のモータ
１２とを平行に並べて取り付けざるを得ない。

その結果、ドリリングユニット自体を、スピンドル４の
軸心と直交する軸を旋回中心として旋回可能な構成とし
て、斜め孔加工等を対象としたいわゆる切削加工ロボッ
トを製作しようとする場合に特に問題となる。

例えば第７図において、スピンドル４と直交する方向の
軸心Ｏ_１またはＯ_２を旋回中心としてドリリングユニッ
ト全体を旋回させる場合に、当然に軸心Ｏ_１またはＯ_２
とモータ９，１２の軸心とが一致しないことから、軸心
Ｏ_１またはＯ_２を中心としたドリリングユニットの前後
方向の重量バランスが悪く、軸心Ｏ_１またはＯ_２の位置
の選定にあたって十分な配慮が必要となる。

しかも、上記の軸心Ｏ_１またはＯ_２を旋回中心としてド
リリングユニット全体を旋回モータにより旋回させる場
合に、二つのモータ９，１２の重量がそのまま旋回モー
タの重量負荷となることから、ドリリングユニット全体
を旋回させるための旋回モータとして能力の大きなもの
が必要になる。

また、上記のようにモータ９，１２を二つ平行に並べて
取り付けることにより、ドリリングユニットの後端部で
の上下方向の占有スペースが大きくなることから、特に
軸心Ｏ_２を旋回中心としてドリリングユニットを旋回さ
せたり、あるいはドリリングユニットを上下方向に移動
させる場合に、ドリリングユニットの可動範囲が著しく
制約されることになって好ましくない。

本発明は以上のような問題点に着目してなされたもの
で、モータのレイアウトによるクイルフィード式スピン
ドルユニットの可動範囲の制約を緩和しつつスピンドル
ユニット全体の重量バランスをよくし、それによってス
ピンドルユニットを旋回させるモータの負荷を軽減でき
るようにした切削加工装置を提供しようとするものであ
る。

問題点を解決するための手段 本発明の切削加工装置は、回転駆動されるスピンドルが
同芯状に内挿されたクイルとこのクイルをスライド可能
に案内支持する略筒状のケースとを有してなるクイルフ
ィード式スピンドルユニットと、前記スピンドルの軸心
と直交する方向の軸を旋回通心として、前記スピンドル
ユニットのケースのうちクイルをはさんでその両側の二
箇所を旋回可能に両持ち支持する支持体とを備えてい
る。

そして、前記スピンドルユニットのケースの後端部に
は、前記スピンドルを回転駆動させるスピンドル回転駆
動用モータと前記クイルに送りを与えるクイル送り用モ
ータのうちいずれか一方のモータをそのスピンドルの軸
心と平行に配置する。

さらに、前記支持体の両側部のうち一方の側部には前記
スピンドル回転駆動用モータとクイル送り用モータのう
ち他方のモータを、他方の側部には前記スピンドルユニ
ットを旋回運動させるモータを、それぞれ前記スピンド
ルユニットの旋回中心上で互いに対向するように配置し
たことを特徴としている。

作用 この構造によると、クイルフィード式のスピンドルユニ
ットに直接付帯するモータはそのスピンドルユニット後
端のスピンドル回転駆動用モータもしくはクイル送り用
モータだけとなり、それ以外の二つのモータは支持体側
においてスピンドルユニットの旋回中心上に対向配置さ
れていることから、スピンドルユニットの形状が単純化
されるとともに、全体の重量バランスもよくなる。

しかも、上記のようにスピンドルユニットの旋回中心上
で二つのモータを対向配置することによって、少なくと
もスピンドル回転駆動用モータもしくはクイル送り用モ
ータの重量がスピンドルユニットを旋回させるためのモ
ータの重量負荷となることがない。

実施例 第２図〜第４図は本発明の一実施例を示す図で、ドリリ
ング加工を目的とした切削加工装置の例を示している。

第２図〜第４図に示すように、一対のガイドレール２０
を備えたベース２１にはスライドベース２２が搭載され
ており、さらにスライドベース２２にはコラム２３が一
体に立設されている。スライドベース２２はモータ２４
により水平方向の送りが与えられて、コラム２３ととも
にＹ方向にスライドする。

コラム２３には一対のガイドレール２５があり、ガイド
レール２５には支持体としてのキャリア２６が配設され
ている。キャリア２６にはモータ２７および送りねじ２
８により鉛直方向の送りが与えられて、キャリア２６は
Ｚ方向にスライドする。

キャリア２６にはクイルフィード式のスピンドルユニッ
トすなわちドリリングユニット２９が搭載されており、
このドリリングユニット２９は後述するようにモータ５
１のはたらきにより該モータ５１の軸心を旋回中心とし
てθ方向に旋回することができる。

したがって、第５図に示すようにドリリングユニット２
９をθ方向に所定量だけ旋回させ、かつクイル３２をＸ
方向に伸長させることにより、治具３０にクランプされ
たワークＷに対して斜めの孔加工を行える。

第１図はドリリングユニット２９の詳細について示して
おり、第４図のＩ−Ｉ線断面に対応している。

略円筒状のケース３１には軸方向に移動可能なクイル３
２が支持されており、クイル３２の後端にはブラケット
３３を介して送りナットとしてのボールスクリューナッ
ト３４が固定されている。また、クイル３２内にはベア
リング３５を介してクイル３２と同芯状のスピンドル３
６が回転可能に支持されている。

スピンドル３６は、その先端にホルダー３７に保持され
たドリル３８を備えるほか、後端部にはボールスプライ
ン軸部３９が一体に形成されている。

ケース３１にはスピンドル３６と平行な送りねじとして
のボールスクリューシャフト４０が配設されている。ボ
ールスクリューシャフト４０はベアリング４１により回
転可能支持される一方、ボールスクリューナット３４に
螺合している。そして、ボールスクリューシャフト４０
の一端にはベベルギヤ４２が固定されている一方、他端
にはロータリーエンコーダ４３の入力軸が連結されてい
る。このロータリーエンコーダ４３はクイル３２の送り
量を検出する。４４はクイル３２のストロークエンドを
決めるストッパーである。

スピンドル３６の後端部にはこれと同芯状に補助スピン
ドル４５が配設されている。補助スピンドル４５はベア
リング４６により回転可能に支持されるとともに、先端
にはボールスプラインブッシュ４７が一体に取り付けら
れている。そして、ボールスプラインブッシュ４７がボ
ールスプライン軸部３９とスプライン結合されている。

ケース３１の後端には、スピンドル３６を回転駆動させ
るためのモータ４８が取り付けられている。このモータ
４８はスピンドル３６と同一軸線上に位置しており、そ
の出力軸４９がシュパンリングを介して補助スピンドル
４５の後端に一体に連結されている。

つまり、モータ４８のはたらきにより、補助スピンドル
４５、ボールスプラインブッシュ４７およびボールスプ
ライン軸部３９を介してスピンドル３６が回転駆動され
る。

ケース３１の前端部の両側には、クイル３２に軸方向
（第４図のＸ方向）の送りを与えるためのモータ５０
と、ドリリングユニット２９全体をθ方向（第４図）に
旋回させるためのモータ５１とが互いに向き合うように
配設されている。これらの二つのモータ５０，５１はい
ずれもスピンドル３６と直交する方向の水平な軸線上に
位置している。

一方のモータ５０はハウジング５２に固定され、ハウジ
ング５２はキャリア２６に固定されている。また、モー
タ５０の出力軸５３はカップリング５４を介して中間シ
ャフト５５に連結されている。中間シャフト５５にはベ
ベルギヤ５６が取り付けられており、このベベルギヤ５
６がボールスクリューシャフト４０側のベベルギヤ４２
と噛み合っている。したがって、モータ５０のはたらき
によりボールスクリューシャフト４０およびボールスク
リューナット３４を介してクイル３２に軸方向の送りが
与えられる。

なお、出力軸５３とカップリング５４の連結、およびカ
ップリング５４と中間シャフト５５の連結はいずれもシ
ュパンリングによる。

ハウジング５２内には、ブレーキユニット５７および旋
回軸５８が出力軸５３と同芯状に配設されている。旋回
軸５８はケース３１に固定され、かつベアリング５９を
介してキャリア２６に回転可能に支持されている。また
ブレーキユニット５７そのものはキャリア２６に固定さ
れているものの、ブレーキディスク３０はカラー６１に
固定され、さらにカラー６１はシュパンリングにより旋
回軸５８に連結されている。

他方のモータ５１はハウジング６２に固定され、ハウジ
ング６２はキャリア２６に固定されている。そして、ハ
ウジング６２内には減速機構（市販商品名：ハーモニッ
クドライブ）６３と旋回軸６４が同芯状に配設されてい
る。

旋回軸６４は先に説明した旋回軸５８と同様にケース３
１に固定されており、ベアリング６５を介してキャリア
２６に回転可能に支持されている。したがって、ドリリ
ングユニット２９は、スピンドル３６の軸心と直交する
方向の水平な旋回軸５８，６４を旋回中心として、ケー
ス３１のうちクイル３２をはさんでその両側の二箇所を
キャリア２６に旋回可能に両持ち支持されているもので
ある。

減速機構６３は、楕円状のカムの外周にボールベアリン
グを配したジェネレータ６６と、外周にスプラインが形
成された弾性変形可能なカップ状のリングギヤ６７と、
内周にリングギヤ６７と噛み合うスプラインが形成され
たリングギヤ６８とから構成される。

そして、ジェネレータ６６がモータ５１の出力軸６９に
連結される一方、リングギヤ６７が旋回軸６４に固定さ
れ、リングギヤ６８がハウジング６２に固定されてい
る。また、リングギヤ６８の歯数はリングギヤ６７のそ
れよりも例えば２枚多く設定されている。したがって、
モータ５１のはたらきによりジェネレータ６６が１回転
したときに、リングギヤ６７ひいてはドリリングユニッ
ト２９が先の歯数差分だけθ方向に回転することにな
る。このときの旋回中心は旋回軸５８，６４である。

ここで、二つのモータ５０，５１は、いずれもブレーキ
ユニット５７とは別のブレーキを内蔵したいわゆるブレ
ーキ付モータを採用しているほか、モータ５１について
は変位検出器としてのロータリーエンコーダ７０を備え
ている。

このように構成された切削加工装置は次のように作用す
る。

例えばドリリングユニット２９が第４図のような水平姿
勢にあるものとすると、モータ４８の起動により補助ス
ピンドル４５およびボールスプラインブッシュ４７を介
して、ドリル３８を備えたスピンドル３６が回転する。

同様にモータ５０の起動によりベベルギヤ５６，４２を
介してボールスクリューシャフト４０が回転する。ボー
ルスクリューシャフト４０の回転変位がボールスクリュ
ーナット３４との螺合によりクイル３２のスライド変位
に変換され、クイル３２はスピンドル３６とともに軸方
向に前進（または後退）する。この時、ボールスプライ
ン軸部３９とボールスプラインブッシュ４７とのスプラ
イン結合によりスピンドル３６の軸方向の移動を許容す
る。

そして、第２図〜第４図に示したように、スライドテー
ブル２２のＹ方向の移動とキャリア２６のＺ方向の移動
とを併用してドリリングユニット２９を位置決めした上
でクイル３２に切削送りを与えることにより、任意位置
における水平な孔の加工が可能となる。

また、モータ５１の起動により、減速機構６３の出力を
受けてドリリングユニット２９が旋回軸５８，６４を中
心として第４図のθ方向に旋回する。そして、ドリリン
グユニット２９が予め設定された量だけ旋回すると、ブ
レーキユニット５７が作動してドリリングユニット２９
をその旋回位置にロックする。

したがって、この状態でクイル３２に軸方向の切削送り
を与えることで第５図に示すように斜め孔の加工が可能
となる。

ここで、クイル３２の送り量はボールスクリューシャフ
ト４０の後端に設けたロータリーエンコーダ４３により
検出されるが、ロータリーエンコーダ４３の取付位置と
してはスピンドル３６と平行な軸線上であることが条件
とされる。

例えば、ロータリーエンコーダ４３をモータ５０の軸線
上に設けてもクイル３２の送り量の検出は可能である
が、その場合、第５図に示すようにドリリングユニット
２９を傾動させて例えば斜め孔加工を行おうとすると、
ドリリングユニット２９が水平である場合と比べて検出
誤差が生じ、何らかの補正を行う必要があるからであ
る。

以上のように本実施例によれば、スピンドル３６の軸心
と直交する水平な軸線上において、ケース３１をはさん
で左右対称にモータ５０，５１を対向配置し、かつそれ
らのモータ５０，５１の軸心とドリリングユニット２９
の旋回中心とを一致させているものである。したがって
ユニット全体としての重量バランスがよく、しかもクイ
ル３２に送りを与えるためのモータ５０の重量がドリリ
ングユニット２９を旋回させるためのモータ５１の重量
負荷とならないので、ドリリングユニット旋回用のモー
タ５１の負荷を小さくできる。

また、スピンドル回転駆動用のモータ４８がスピンドル
３６と同一軸線上に位置していることにより、ドリリン
グユニット後端部の構造がシンプルなもとのなり、ドリ
リングユニット２９の旋回スペースの制約が緩和され
る。

第６図は本発明の第２の実施例を示す図で、第１図と比
べて、スピンドル１３６を回転駆動させるためのモータ
１４８と、クイル１３２に軸方向の送りを与えるモータ
１５０の位置を相互に入れ替えた点が異なる。

本実施例の場合、モータ１４８の出力がカップリング１
５４、中間シャフト１５５およびベベルギヤ１５６，１
４２を介して補助スピンドルとしてのボールスプライン
シャフト１４５に伝達される。そして、ボールスプライ
ンシャフト１４５とスピンドル１３６側のボールスプラ
インブッシュ１４７とがスプライン結合されていること
から、それによってスピンドル１３６が回転する。

同様に、モータ１５０の出力はカップリング１７１を介
してボールスクリューシャフト１４０に伝達され、ボー
ルスクリューシャフト１４０とボールスクリューナット
１３４とが螺合していることから、ボールスクリューナ
ット１３４と一体のクイル１３２に軸方向の送りが与え
らる。なお、送り量の検出はロータリーエンコーダ１４
３による。

また、モータ５１によるドリリングユニット２９の旋回
は第１図の場合と同様である。

本実施例の場合にも第１の実施例と同様の作用効果が得
られる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、スピンドルの軸心と直交
する方向の水平な軸を旋回中心として、クイルフィード
式スピンドルユニットのケースのうちクイルをはさんで
その両側の二箇所を支持体に旋回可能に両持ち支持させ
た上、スピンドルユニットの後端部には、スピンドル回
転駆動用モータとクイル送り用モータのうちいずれか一
方のモータをそのスピンドルの軸心と平行に配置すると
ともに、支持体の両側部のうち一方の側部には前記スピ
ンドル回転駆動用モータとクイル送り用モータのうち他
方のモータを、他方の側部には前記スピンドルユニット
を旋回運動させるモータを、それそれ前記スピンドルユ
ニットの旋回中心上で互いに対向するように配置したも
のである。

したがって、クイルフィード式のスピンドルユニットで
ありながらスピンドルユニット側に付帯するモータが一
つだけとなることによってスピンドルユニットの小型軽
量化が図れてスピンドルユニット全体の重量バランスが
よくなる一方、支持体側に付帯することになるスピンド
ル回転駆動用モータもしくはクイル送り用モータの重量
がスピンドルユニットを旋回させるためのモータの重量
負荷とならないので、スピンドルユニットを旋回させる
ためのモータの負荷を大幅に小さくしてそのモータを小
型化できる。

その上、上記のようにスピンドル回転駆動用モータもし
くはクイル送り用モータがスピンドルユニットの後端部
においてスピンドルの軸心と平行となるように配置され
ているため、スピンドルユニット後端部の構造が簡素化
されてその占有スペースが小さくなり、スピンドルユニ
ットを旋回させた場合に他の構造物と干渉しにくくなっ
て、スピンドルユニットの可動範囲の制約を緩和してそ
の可動範囲を大きく確保できる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例を示す図で、第４図のＩ
−Ｉ線に沿う断面図、第２図は同実施例の切削加工装置
全体の正面図、第３図は第２図の平面図、第４図は第２
図の右側面図、第５図は第４図の作動説明図、第６図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第７図は従来のク
イルフィード式ドリリングユニットの一例を示す断面図
である。 ２２…スライドベース、２６…支持体としてのキャリ
ア、２９…クイルフィード式スピンドルユニットとして
のドリリングユニット、３１…ケース、３２…クイル、
３４…ボールスクリューナット、３６…スピンドル、３
８…ドリル、４０…ボールスクリューシャフト、４８…
スピンドル回転駆動用モータ、５０…クイル送り用モー
タ、５１…旋回駆動用モータ、５８，６４…旋回軸、１
３２…クイル、１３６…スピンドル、１４８…スピンド
ル回転駆動用モータ、１５０…クイル送り用モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転駆動されるスピンドルが同芯状に内挿
   されたクイルとこのクイルをスライド可能に案内支持す
   る略筒状のケースとを有してなるクイルフィード式スピ
   ンドルユニットと、 前記スピンドルの軸心と直交する方向の軸を旋回中心と
   して、前記スピンドルユニットのケースのうちクイルを
   はさんでその両側の二箇所を旋回可能に両持ち支持する
   支持体とを備えてなり、 前記スピンドルユニットのケースの後端部には、前記ス
   ピンドルを回転駆動させるスピンドル回転駆動用モータ
   と前記クイルに送りを与えるクイル送り用モータのうち
   いずれか一方のモータをそのスピンドルの軸心と平行に
   配置するとともに、 前記支持体の両側部のうち一方の側部には前記スピンド
   ル回転駆動用モータとクイル送り用モータのうち他方の
   モータを、他方の側部には前記スピンドルユニットを旋
   回運動させるモータを、それぞれ前記スピンドルユニッ
   トの旋回中心上で互いに対向するように配置したことを
   特徴とする切削加工装置。