JPH07214403A - フェーシングヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小径の工具の高速回転とフェーシング工具のた
めの低速回転とを選択できる。 【構成】第３主軸４０を使用してドリル加工等の穴加工
を行うときは第２主軸５１の中心軸線と第３主軸４０の
軸線とを一致させる。このあと、シリンダ４８を駆動さ
せてシフター４５を作動させてシフトギヤー４３の歯を
内歯歯車５０に噛み合わせる。モータを起動させて、プ
ーリ９０を回転させて第３主軸４０を高速で回転させ
て、内歯歯車５０及び第２主軸５１を回転駆動する。こ
の駆動により、小径の工具Ｔａはハウジング１０内で回
転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マシニングセンタの主
軸ヘッドに取り付けられるフェーシングヘッドの構造に
関する。更に詳しくは、特に広い面の加工、すなわちフ
ェーシング加工と、ドリル加工、タップ加工、エンドミ
ル加工等の穴加工とを、１台の工作機械で行うようにし
たフェーシングマシン形のマシニングセンタのフェーシ
ングヘッドの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作物の端面をバイトで削ること、すな
わち面削りと、ドリル加工、タップ加工、エンドミル加
工等の穴加工とを、１台の工作機械で行うようにしたフ
ェーシングマシン形のマシニングセンタが知られてい
る。

【０００３】この種のフェーシングマシンでは、主軸に
取り付けられた大径の面板を回転させ、面板上に半径方
向に移動可能に設けられたハウジングを有している。ハ
ウジングの工具主軸に工具（フェーシング工具または穴
明け工具）を挿入固定し、面板の回転でフェーシング加
工又は穴明け加工の両方を行うものである。

【０００４】すなわち、工具主軸が面板の中心軸線にあ
る時は穴明け工具による穴明け加工を行い、工具主軸の
中心軸線が面板の中心軸線から外れた半径位置ではハウ
ジングの半径方向の移動による送りと、大径面板の回転
により広い面の加工（フェーシング加工）とを行う。

【０００５】しかし、この方式では、穴明け加工時にも
大径の面板を回転させるため、面板を高速で回転させる
ことが不可能で、中径程度の穴明け加工には使えるが、
高速回転が必要な小径工具では使用できないか又は加工
能率が悪いため、やむを得ず小径の穴明け加工は別の工
作機械にワークを移し換えて行っている。近年、１台の
工作機械で全ての加工を完了させる要求（工程集約）が
高まってきているため、その解決方法が望まれていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するために提案されたものであり、次の目的を達
成する。

【０００７】本発明の目的は、高速回転から低速回転ま
で幅広い回転数を選択できるフェーシングヘッドを提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記目的を
達成するため、次の手段を採る。

【０００９】この発明は、主軸頭に回転可能に設けられ
た第１主軸と、該第１主軸端に取り付けられた面板と、
前記第１主軸を回転駆動するための主軸駆動手段と、前
記面板に半径方向に移動可能に設けられたハウジング
と、前記第１主軸と同軸に回転可能に設けられ前記ハウ
ジングと係合して前記ハウジングを前記半径方向に駆動
するための送り軸と、前記送り軸を前記第１主軸と相対
回転させて駆動するための半径方向送り駆動手段と、前
記ハウジングに回転可能に設けられ前端に工具挿入穴を
有する第２主軸と、前記ハウジングに設けられ前記第２
主軸の工具挿入穴に挿入されるフェーシング工具と係合
してフェーシング工具の回り止めを行なう係止手段と、
前記第１主軸と同軸に回転可能に設けられ前記主軸駆動
手段によって回転駆動される第３主軸と、前記第２主軸
と前記第３主軸とが同一軸線上に位置されたとき、前記
第２主軸と前記第３主軸と連結を選択的に係合及び離脱
するためのクラッチ手段とからなるフェーシングヘッド
である。

【００１０】前記半径方向送り駆動手段は、前記ハウジ
ングに設けたラックと、該ラックに噛み合い、前記送り
軸に設けられたピニオンと、前記送り軸と前記第１主軸
との間に配置され相対回転運動を生じさせるための作動
歯車送り機構と、前記作動歯車送り機構に接続された送
りモータとからなることを特徴としている。

【００１１】前記主軸駆動手段は、前記第１主軸を駆動
するための第１主軸モータと、前記第３主軸を駆動する
ための第３主軸モータとからなることを特徴としてい
る。

【００１２】

【作用】面板内のハウジング内の第２主軸を使用してド
リル加工等の穴加工を行うときは、工具を保持した第２
主軸の中心軸線と第３主軸の中心軸線とを一致させる。
この後クラッチ手段により第２主軸と第３主軸とを連結
する。。この連結後、第３主軸のみを回転駆動させて小
径の工具Ｔａを回して必要な穴加工を行う。

【００１３】フェーシングヘッドで面削りを行うとき
は、第１主軸を主軸駆動手段で回転駆動し、かつ半径方
向送り駆動手段で送り軸と第１主軸との間で相対回転運
動を生じさせる。この相対回転運動により送り軸はハウ
ジングを面板の半径方向に駆動する。面削りを行なう
時、第２主軸の工具挿入穴に挿入されたフェーシング工
具Ｔｂは、ハウジングの係止手段に係合し、ハウジング
に対し回り止めされるため、フェーシング加工が可能と
なる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）次に、本発明の実施例を説明する。図１
は、本発明のフェーシングヘッドの実施例１を示す断面
図、図３（ａ）は図１の左側面図である。第１主軸１は
内部が中空であり主軸頭２に軸受３ａ，３ｂ（図４参
照）により回転自在に支持されている。第１主軸１の前
端面である主軸端４には面板５がボルト６で固定されて
いる。第１主軸１にキー止めされた歯車１１３は歯車１
１４と噛み合い、歯車１１４に回転を伝達するモータ
（図示せず）により、第１主軸１は回転駆動される。面
板５上には案内板９が固定されている。面板５には直径
方向に溝穴７が形成されている。案内板９と溝穴７とに
囲まれた案内面８が形成されている。

【００１５】案内面８にはハウジング１０の基端１１が
面板５の半径方向に移動自在に案内されている。第一主
軸１の中心孔には送り軸１２が軸受１３ａ，１３ｂ，１
３ｃ（図４参照）により回転自在に配置されている。送
り軸１２の先端にはピニオン１４が固定されている。ピ
ニオン１４は断面がＬ字状のラック歯１５に噛み合って
おり、ラック歯１５のラック本体１６の他端はハウジン
グ１０に固定されている。このためハウジング１０は案
内面８に沿って半径方向に移動できる。

【００１６】ラック本体１６の外周面には、ラック歯１
８が形成されている。ラック歯１８はピニオン１９に噛
み合っている。ピニオン１９の軸２０は面板５に固定さ
れている。ピニオン１９はニードルベアリングを介し
て、軸２０に回転可能に支持される。ピニオン１９には
ラック２１が噛み合っている。ラック２１の端面はバラ
ンスウェイト２２の基端２３にボルトで固定されてい
る。基端２３とバランスウェイト２２とはボルト２４で
一体に固定されている。更に基端２３は面板５に形成さ
れた案内面２５に半径方向に移動自在に配置されている
ので、ピニオン１４の回転はバランスウェイト２２を駆
動することになる。

【００１７】ラック２１と平行してバランスウェイト２
２には、面板５の中心に対してラック２１と対称な位置
に、基端３０を介してラック３１が固定されている。ラ
ック歯３１はピニオン３２に噛み合っている。ピニオン
３２の軸３３は面板５に固定支持されている。ピニオン
３２はニードルベアリングを介して、軸３３に回転可能
に支持される。ピニオン３２にはラック３４が噛み合っ
ている。ラック３４の端面はハウジング１０にボルトで
固定されている。バランスウェイト２２は、ハウジング
１０が面板５の案内面８に沿って移動するときにこれと
反対方向に等量移動し、回転のバランスをとるためのも
のである。

【００１８】送り軸１２の中心には第３主軸４０が軸受
４１ａ，４１ｂ（図４参照）により回転自在に支持され
て配置されている。次に本発明のクラッチ手段について
述べる。第３主軸４０の前端にはスプライン４２が形成
されている。スプライン４２にはシフトギヤー４３が軸
線方向に移動自在に接合されている。シフトギヤー４３
にはフランジ４４が形成されている。フランジ４４には
シフター４５の溝４６が係合されている。シフター４５
の他端はシリンダ４８のピストンロッド４７の先端に固
定されている。シリンダ４８を駆動すると、ピストンロ
ッド４７及びシフター４５が移動する。

【００１９】シフター４５の移動によりシフトギヤー４
３はスプライン４２上を移動する。シフトギヤー４３の
歯は内歯歯車５０に噛み合っている。内歯歯車５０は第
２主軸５１の後端に固定されている。第２主軸５１は３
個の軸受５２によりハウジング１０に回転自在に支持さ
れている。第２主軸５１の前方には工具挿入穴であるテ
ーパ穴５３が形成されている。テーパ穴５３の小径の工
具Ｔａまたはフェーシング工具Ｔｂのツールシャンク把
持部５４ａまたは５４ｂのツールシャンク５５を挿入す
るためのものである。

【００２０】第２主軸５１の前端面には、キー５６ａが
ボルトで固定され、小径の工具Ｔａのツールシャンク把
持部５４ａのキー溝と係合する。従って、第２主軸５１
を回転させる穴加工の時は、小径の工具Ｔａは第２主軸
５１と一体化して回転し、切削力に抗することができ
る。テーパ穴５３とツールシャンク５５との摩擦力によ
って耐えられる程度の切削力しか作用しない場合は、キ
ー５６ａは省略できる。

【００２１】また、ハウジング１０の前端面には係止手
段であるキー５６ｂがブロック１１５を介して配置固定
されている。図２に示すようにキー５６ｂはフェーシン
グ工具Ｔｂが挿入された時、そのツールシャンク把持部
５４ｂから半径方向外側に突き出たツールボディ１１６
のキー溝１１６ｂに係合し、フェーシング工具Ｔｂはハ
ウジング１０に対し回転を防止するため、面板５の回転
によるフェーシング加工時、フェーシング工具Ｔｂは切
削力に抗して回り止めされる。

【００２２】第２主軸５１のキー５６ａに係合するフェ
ーシング工具Ｔｂの幅より若干広くなっている。ツール
シャンク５５の後端にはプルスタッド５７がねじ込み固
定されている。プルスタッド５７はコレット状の係合部
材５８の一端に係合されている。係合部材５８の後端は
クランプ部材５９により後方に引っ張られている。クラ
ンプ部材５９は、第２主軸５１の後端に固定された案内
部材６０に摺動自在に設けられている。

【００２３】クランプ部材５９の後端は円筒で端面が閉
鎖されているスプリング受６１にナット６２により固定
されている。スプリング受６１の前端面にはコイルバネ
６３の後端が接している。コイルバネ６３は第２主軸５
１のバネ溝６４に挿入されている。コイルバネ６３の前
端面はバネ溝６４の底面６５に接している。結局、スプ
リング受６１及びクランプ部材５９を後方に引っ張り、
係合部材５８の前端を押し縮めながら、プルスタッド５
７を引っ張ってツールシャンク５５をテーパ穴５３にク
ランプする。

【００２４】差動歯車送り機構７０ 図４は、差動歯車送り機構７０を示す。差動歯車送り機
構７０は、第１主軸１と送り軸１２を同期回転させると
共に、ハウジング１０の所要の半径方向の送り量だけ、
送り軸１２を第１主軸１に対して相対回転させるための
機構である。主軸頭２には送りモータ７１が固定されて
いる。送りモータ７１の出力軸７２にはピニオン７３が
キーで固定されている。ピニオン７３は歯車７４に噛み
合っている。歯車７４は、かさ歯車７５の軸７６にキー
で連結されている。

【００２５】かさ歯車７５はギヤケース７７に軸受７８
により回転自在に支持されている。かさ歯車７５にはギ
ヤケース７７に回転自在に支持されている２個のかさ歯
車７９，８０にそれぞれ噛み合っている。かさ歯車７
９，８０にはかさ歯車８１がそれぞれ噛み合っている。
かさ歯車８１はギヤケース７７に軸受８２により回転自
在に支持されている。

【００２６】かさ歯車８１の軸８３は軸受８４により回
転自在に主軸頭２に支持されている。軸８３には歯車８
５が回転不能にキー結合されている。歯車８５は第１主
軸１に回転不能にキー接合された歯車８６と噛み合って
いる。また歯車８５には、ポジションコーダ（図示せ
ず）の入力軸に連結された歯車と噛み合っている。ポジ
ションコーダは、第１主軸１の回転数を検出し、フェー
シング加工時、第１主軸１の回転数当りのハウジング１
０の半径方向移動量を制御するためのものである。他
方、ギヤケース７７には歯車８７がボルトで固定されて
いる。歯車８７は送り軸１２に回転不能にキー接合され
た歯車８８に噛み合っている。

【００２７】結局、差動歯車送り機構７０は、第１主軸
１の歯車８６からの回転駆動を送り軸１２の歯車８８に
同一回転速度で伝達することになる。第１主軸１と送り
軸１２との間に回転速度の違いがあると、送り軸１２は
ピニオン１４でラック本体１６を駆動しハウジング１０
を移動させることになる。

【００２８】工具回転及びアンクランプ機構 第３主軸４０の後端にはプーリ９０がキーで固定されて
いる。プーリ９０はタイミングベルト９１を介してモー
タ（図示せず）により回転駆動される。図５は図４に示
す図の後端部分の断面図である。第３主軸４０の中心孔
にはアンロック棒９２が軸線方向に移動自在に配置され
ている。アンロック棒９２の中心にはクーラント孔９３
が穿孔されている。クーラント孔９３は小径の工具Ｔａ
に工具内を通してクーラントを供給するためのものであ
る。

【００２９】アンロック棒９２の後端にはロータリジョ
イント９４が接続されている。ロータリジョイント９４
はアンロック棒９２が回転してもクーラントを供給でき
るようにしたジョイントである。アンロック棒９２の外
周にはシリンダ９５が配置され、主軸頭２に固定されて
いる。シリンダ９５の内部にはピストン９６が軸線方向
に移動可能に挿入され、軸受９７によりアンロック棒９
２を回転自在に支持している。

【００３０】ピストン９６の軸線方向の駆動力は鍔９８
により伝達され、アンロック棒９２を軸線方向に移動さ
せその先端でクランプ部材５９の後端面を押圧する。こ
のピストン９６の力によりコイルバネ６３を縮小させて
工具をアンロックする。シリンダ９５内にはピストン９
６と同軸に、かつ後端にピストン９９が配置されてい
る。

【００３１】ピストン９９の右端面の受圧面積はピスト
ン９６より大きいので、ピストン９９はピストン９６よ
りも大きな駆動力を発生させることができる。従って、
ピストン９９を左端に移動し、ピストン９６を右側に移
動させると、ピストン９６は中間位置に停止し、クラン
プ部材５９の後端面を軽く押圧し、この押圧状態でクー
ラントは小径の工具Ｔａに供給される。

【００３２】（実施例１の動作）次に、前記実施例１の
動作の概要を説明する。面板５によるフェーシング加工
のときは第１主軸１をモータで駆動して回転させる。第
１主軸１の回転により、面板５が回転を開始しフェーシ
ング工具Ｔｂは加工を開始する。このときフェーシング
工具Ｔｂを半径方向に送るにはモータ７１を起動させ
る。モータ７１の回転出力は歯車７３、歯車７４、かさ
歯車７５を回転させる。かさ歯車７５の回転はかさ歯車
７９，８０を回転させて、ギヤケース７７、歯車８７、
歯車８８を回転させて送り軸１２を回転させる。

【００３３】送り軸１２の回転により、その前端のピニ
オン１４を回転させてラック歯１５を駆動させてハウジ
ング１０を案内面８に沿って半径方向に移動させる。こ
の面板５の回転とハウジング１０の送りによりフェーシ
ング工具Ｔｂは加工のための送りとなり面削りを行う。
第３主軸４０を使用してドリル加工等の穴加工を行うと
きは第２主軸５１の中心軸線と第３主軸４０の軸線とを
一致させる。この主軸軸線の一致はモータ７１に内蔵さ
れたエンコーダと数値制御装置の演算機能により行う。
このあと、シリンダ４８を駆動させてシフター４５を作
動させてシフトギヤー４３の歯を内歯歯車５０に噛み合
わせる。次に、ＡＴＣ（図示せず）によりフェーシング
工具Ｔｂを第２主軸５１から取り外し、小径の工具Ｔａ
を第２主軸５１に挿入する。

【００３４】モータを起動させて、プーリ９０を回転さ
せて第３主軸４０を高速で回転させて、内歯歯車５０及
び第２主軸５１を回転駆動する。この駆動により、小径
の工具Ｔａはハウジング１０内で回転する。この回転に
より小径の工具Ｔａは穴明けまたはミーリングなどの穴
加工を最適な速度で行う。

【００３５】（実施例２）前記実施例１は第１主軸１と
第３主軸４０とは別々の駆動用モータを用いていたが、
この必要は必ずしもない。図６は第１主軸１と第３主軸
４０とを同一のモータで駆動した実施例を示すものであ
る。モータ１００の出力は、出力軸１０１、クラッチ１
０２、軸１０３、歯車１０４、歯車１０５、軸１０６、
歯車１０７、歯車１０８及び歯車１０９と伝動し、減速
したあと第１主軸１を駆動する。

【００３６】第４主軸４０を駆動するときは、クラッチ
１０２をシフター１１２で軸１０３から外してプーリ１
１０に連結し、プーリ１１０に巻き付けられたベルト１
１１を駆動し、プーリ９０を駆動して第４主軸４０を回
す。

【００３７】（その他の実施例）前記実施例では、面板
５上でのハウジング１０の送りはラック及びピニオンを
用いた機構であったがこの機構でなく、送り軸１２から
かさ歯車、かさ歯車、送りねじ、ハウジングに固定され
た送りナットにより行うものでも良い。

【００３８】

【発明の効果】この発明によると、次の効果が奏され
る。小径の工具による穴加工もフェーシング工具による
面加工も共に最適な加工速度で加工が実現できるので、
結果として加工能率が向上する。

【００３９】特にワークの端面に小穴が多数有る場合に
その効果が大きく、１台のマシニングセンタで全加工を
短時間で完了させることが出来、小径加工のために他の
小穴加工専用機にワークを移し換える必要が無くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のフェーシングヘッドの実施例
１を示す正面図であり、小径の工具Ｔａを挿着した状態
を示す図である。

【図２】図２は、フェーシング工具Ｔｂを挿着した状態
を示すハウジング前端部の正面図である。

【図３】図３（ａ）は、図１の左側面図である。図３
（ｂ）は、フェーシングヘッドの断面図である。

【図４】図４は、差動歯車送り機構の断面図である。

【図５】図５は、アンロックシリンダの断面図である。

【図６】図６は、第１主軸及び第３主軸の駆動機構の他
の実施例を示す正面図である。

【符号の説明】

１…第１主軸 ２…主軸頭 ３ａ，３ｂ…軸受 ４…主軸端 ５…面板 １０…ハウジング １４…ピニオン ２２…バランスウェイト ４０…第３主軸 ７０…差動歯車送り機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸頭に回転可能に設けられた第１主軸
   と、 該第１主軸端に取り付けられた面板と、 前記第１主軸を回転駆動するための主軸駆動手段と、 前記面板に半径方向に移動可能に設けられたハウジング
   と、 前記第１主軸と同軸に回転可能に設けられ前記ハウジン
   グと係合して前記ハウジングを前記半径方向に駆動する
   ための送り軸と、 前記送り軸を前記第１主軸と相対回転させて駆動するた
   めの半径方向送り駆動手段と、 前記ハウジングに回転可能に設けられ前端に工具挿入穴
   を有する第２主軸と、 前記ハウジングに設けられ前記第２主軸の工具挿入穴に
   挿入されるフェーシング工具と係合してフェーシング工
   具の回り止めを行なう係止手段と、 前記第１主軸と同軸に回転可能に設けられ前記主軸駆動
   手段によって回転駆動される第３主軸と、 前記第２主軸と前記第３主軸とが同一軸線上に位置され
   たとき、前記第２主軸と前記第３主軸と連結を選択的に
   係合及び離脱するためのクラッチ手段とからなるフェー
   シングヘッド。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記半径方向送り駆動手段は、 前記ハウジングに設けたラックと、 該ラックに噛み合い、前記送り軸に設けられたピニオン
   と、 前記送り軸と前記第１主軸との間に配置され相対回転運
   動を生じさせるための作動歯車送り機構と、 前記作動歯車送り機構に接続された送りモータとからな
   ることを特徴とするフェーシングヘッド。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、 前記主軸駆動手段は、 前記第１主軸を駆動するための第１主軸モータと、 前記第３主軸を駆動するための第３主軸モータとからな
   ることを特徴とするフェーシングヘッド。