JPH08174358A - 工作機械のサブモータユニット装着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械に種々異なる定格出力の駆動モータ
と工具とを有したサブモータユニットを取着して加工条
件の変動に対応した工具性能を発揮可能にすること。 【構成】 モータ出力性能上の諸元が異なる駆動モータ
５０を組み込み、かつ同モータで回転駆動される工具Ｔ
を先端に有したサブモータユニット４０を複数種予め工
作機械の主軸２０の近傍に設け、又、工作機械の主軸２
０の先端に、サブモータユニット４０の端部に設けられ
た取付部４４ａと着脱自在な係合部２４を設け、各サブ
モータユニットのモータに駆動電力や制御信号等を伝達
可能な電気コネクタ手段５６、６２を設けてサブモータ
ユニットが主軸端に取着されたときに、同サブモータユ
ニットの先端の工具Ｔを所望の回転速度や出力トルクに
より回動させることを可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械のサブモータ
ユニット装着装置に関し、特に、工作機械の加工条件に
応じて予め設定された回転速度、出力値等のモータ出力
諸元を有するモータを内蔵し、先端に工具を有した複数
種のサブモータユニットから所望のサブモータユニット
を該工作機械の主軸の先端に交換自在に取着しうるよう
にした工作機械のサブモータユニット装着装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】工作機械は主軸頭に内装された主軸を備
え、この主軸の先端に切削、研削、孔明け等の種々の工
具を装着して機械加工を実施する。そして、主軸頭はそ
の頂部に搭載形態で又は内部に格納形態で主軸の回転を
駆動する駆動モータを備え、主軸と工具とを回動させて
所望の機械加工を遂行するようになっている。また、主
軸の先端に装着される工具を種々の工具から加工条件に
従って選択し、自動交換可能にした工具交換装置（ＡＴ
Ｃ）付きの工作機械や更に自動化を推進させたマシニン
グセンタ等も従来から多用されている。

【０００３】上述の種々の工作機械において、主軸の回
転を駆動する主軸モータは、工作機械の用途に応じて予
め選定された速度、出力を有したサーボモータが用いら
れているが、被加工材料種や加工条件が大幅に変化する
場合には、必ずしも一台の主軸モータでは対応できない
場合が多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、例えば、鉄
材料等の比較的難削性の金属材料を加工する場合とアル
ミニューム材料やプラスチック等の快削性材料を加工す
る場合とでは前者では低速大トルクが要求され、後者で
は高速回転が要求される等の加工条件に相違があるが、
一台の主軸モータでは必ずしもこのような加工条件の相
違に追従し得ない場合がある。更に、同一被加工材料に
おいても、粗削り行程と仕上げ切削行程や研削工具を用
いた研削行程等でも主軸モータに要求される回転速度値
や出力トルク等のモータ性能諸元が異なり、故に、やは
り単一の主軸モータでは対処できない事態が発生する。

【０００５】更に、工作機械の加工能率を向上させる観
点からは、主軸モータの加減速性能も幅広い性能が要求
される場合がある。依って、本発明の目的は、工作機械
の主軸モータの性能を補充すべく、主軸先端に種々出力
諸元が異なるモータが組み込まれ、先端に工具を有した
サブモータユニットを交換自在に取着して加工条件の相
違に対応可能とする工作機械のサブモータユニット装着
装置を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的に
鑑みて、速度や出力トルク等のモータ出力性能上の諸元
が異なるモータを組み込み、かつ該モータで回転駆動さ
れる工具を先端に有したサブモータユニットを複数個、
予め待機状態に配設し、また工作機械の主軸の先端に、
該サブモータユニットの端部に設けられた取付部と着脱
自在な係合部を設ける共に該主軸先端部の近傍には、各
サブモータユニットのモータに駆動電力や制御信号等を
伝達可能な電気コネクタユニットを常設して、該各サブ
モータユニットが主軸先端に取着されたときに、それを
作動可能に構成したものである。

【０００７】すなわち、本発明によれば、工作機械の加
工条件に応じて選択される種々異なる出力諸元を有した
複数種のモータを有し、先端に工具を備えたサブモータ
ユニットと、工作機械の主軸先端に具備され、前記複数
種のサブモータユニットの各々の後端部に形成された取
付部と着脱自在に係合する被着部と、前記工作機械の主
軸先端の近傍位置に常設され、該主軸先端に装着された
サブモータユニットのモータへ駆動電力、制御信号を接
続、供給する動力、信号伝達ユニットと、を少なくとも
具備して構成された工作機械のサブモータユニット装着
装置が提供される。

【０００８】又、好ましくは、前記複数のサブモータユ
ニットの各々はハウジングを備え、該ハウジング内にモ
ータと工具回転軸とを内蔵すると共に、前記主軸先端と
整合した中空貫通路を備えた構造を有する工作機械のサ
ブモータユニット装着装置が提供される。

【０００９】

【作用】上述の構成によれば、加工条件の変化に対応し
て、工具の切削速度または研削速度および主軸の出力ト
ルクが最も適正なサブモータユニットを選択し、該選択
したサブモータユニットを主軸先端に取着することによ
り、主軸頭に備えられた主軸メインモータによる駆動に
代えてサブモータユニットに内蔵されたモータにより該
サブモータユニットの先端に備えられた工具を加工条件
に最も適した条件で回動させ、加工を遂行することが可
能となる。従って、被加工ワークに施される切削、研削
等の加工を高能率の下で最適の加工状態となるように遂
行することができる。

【００１０】なお、サブモータユニットの内部を、貫通
中空路が設けられた構造とすれば、工具の加工部分に冷
却媒体として圧力空気流を導くこともできる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて、更に詳細に説明する。図１は、本発明の実施例に
係る工作機械のサブモータユニット装着装置の構成を示
した要部断面図、図２は、サブモータユニットに対する
電力、制御信号、冷却媒体等の接続、供給状態を示すブ
ロック図、図３は、サブモータユニットのモータに対す
る電力供給部の接続方式の一例として磁気的接続方式を
採用した場合を示す略示機構図、図４は、同じくサブモ
ータユニットのモータに対する制御信号の接続、供給部
における接続方式の一例として磁気的接続方式を採用し
た場合を示す略示機構図、図５は、ピン・ソケットによ
る接続方式を採用した場合を略示する略示機構図であ
る。

【００１２】図１を参照すると、工作機械の主軸頭に内
蔵された主軸にサブモータユニットが取着された状態が
示されている。同図１において、主軸頭１０は、そのハ
ウジング部１２の内部に主軸２０が上下の軸受手段１４
ａ、１４ｂを介して回動自在に内蔵、保持されており、
この主軸２０はハウジング部１２に同じく内蔵されたメ
インモータ３０を回転駆動源として設けられている。こ
のメインモータ３０は主軸２０の中間部に一体に取り付
けられたロータ３２とハウジング部１２の内面に固着さ
れたステータ３４とを備えて構成され、該ステータ３４
のステータ捲線に駆動電流を供給する動力線３６が主軸
頭１０の上端から外部に導出されている。

【００１３】上記主軸２０は、上端が主軸頭１０のハウ
ジング部１２の上端から上方に軸受手段１４ａを介して
突出した中空軸構造を有し、突出端部分で主軸２０の回
転速度を検出し得るように回転速度検出器３８が設けら
れている。他方、上記主軸２０の先端にはテーパ孔構造
の工具取付孔２２を有して、図示されていない通常の工
具のテーパシャンク部を嵌着、結合可能に形成され、ま
た主軸２０の中空通路２０ａを介して主軸後端側から同
工具取付孔２２に向けて冷却媒体、代表的には圧力空気
流を供給可能に構成されている。

【００１４】また、上記工具取付孔２２が形成された主
軸２０の先端部分の外周には、一例として雄ねじ部２４
が形成され、以下に詳述するサブモータユニット４０と
の係合部を構成している。さて、主軸２０の先端には、
上記の雄ねじ部２４にねじ係合により取着されたサブモ
ータユニット４０が着脱自在に設けられている。このサ
ブモータユニット４０は、内部が中空のハウジング４２
を有し、このハウジング４２は下端側が蓋部材４２ａで
閉塞され、上端側は主軸２０の雄ねじ部２４と噛合する
ねじ孔４４ａと、工具取付孔２２のテーパ部に密接状態
に嵌合するテーパ突起４４ｂとを同軸に形成、具備した
取付端板４４により閉塞されている。この端板４４には
適数個の開口４４ｃが穿設され、該開口４４ｃを通して
主軸２０の中空通路２０ａを介して主軸側から冷却媒体
を受入される構成となっている。

【００１５】サブモータユニット４０は更に、ハウジン
グ４２の内部に駆動モータ５０および同駆動モータ５０
によって回動される工具軸４６を有し、工具軸４６は、
上下の軸受手段４８ａ、４８ｂを介して上記ハウジング
４２に関して回動自在に保持されている。工具軸４６の
先端には工具Ｔがコレットチャック等の適宜の把持手段
によって着脱自在に保持されている。

【００１６】ここで、サブモータユニット４０の駆動モ
ータ５０は工具軸４６の略中央部に固着されたロータ５
０ａと、該ロータ５０ａに微小空隙を介して対設された
ステータ５０ｂ、同ステータ５０ｂの捲線に駆動電流を
供給する動力線５０ｃを有して構成されている。また、
同駆動モータ５０によって回動される工具軸４６の回転
位置や回転速度を検出する検出器５２が設けられ、この
検出器５２にはハウジング４２の外部から制御信号線５
４が接続されている。

【００１７】この場合に、上記動力線５０ｃと制御信号
線５４とはハウジング４２の外周の所定の 所に設けら
れた電気コネクタ部５６に接続されている。上述の構成
を有したサブモータユニット４０は、従って、工作機械
の主軸２０の先端の雄ねじ部２４にハウジング４２のね
じ孔４４ａを係合させ、主軸２０のメインモータ３０に
よる回動を利用することにより、簡単にねじ係合により
取付し、また取り外しすることができるようになってい
る。

【００１８】そして、本発明によれば、このようなサブ
モータユニット４０は、予め複数台が設けられ、工作機
械の機体の近傍位置に配設、準備され、これら複数台の
サブモータユニット４０は、夫々、内蔵する駆動モータ
５０の出力性能が予め種々異なるように配設されてお
り、例えば、鉄系材料のような難削性の金属材料の加工
時に適した低速高出力トルク型モータ、アルミニューム
材料やプラスチック材料等の快削性材料の加工時に適し
た高速低出力トルク型モータ、研削加工に適した超高速
低出力トルク型モータ等のモータを内蔵しているもので
ある。なお、工具軸４６の先端に取着される工具Ｔは、
加工条件に合わせて適宜に交換することができる。

【００１９】これらの複数のサブモータユニット４０
は、被加工材料の種類の違いや粗加工、仕上げ加工、精
密加工、研削加工等の加工種等の違いに応じた加工条件
の変化に対応して適宜に選択され、工作機械の主軸２０
の先端に交換、取着されるものである。この場合に、従
来のＡＴＣ付き工作機械に本発明を適用する場合には、
ＡＴＣ（自動工具交換装置）の工具保管用マガジン（図
示なし）の格納部に複数のサブモータユニット４０を予
め保管し、このマガジンから工具交換機構を用いて主軸
２０の先端に工具交換指令に従って自動交換する方式と
することができる。その場合には、主軸２０が有するメ
インモータ３０による同主軸２０の回転を利用して雄ね
じ部２４にサブモータユニット４０のねじ孔４４ａを螺
合させ、しかもテーパ突起部４４ｂにより主軸２０の先
端の工具取付孔２２に整合させることにより、高精度の
自動交換を遂行することができる。

【００２０】他方、通常の工作機械の場合には、作業者
が加工条件に応じて適正なサブモータユニット４０を複
数種のサブモータユニット４０から選択し、手操作や産
業用ロボットを利用して主軸２０の先端に取着するよう
にしても良い。なお、このようにして主軸２０の先端に
取着されたサブモータユニット４０の駆動モータ５０に
対する電力供給や制御信号の授受は、工作機械の主軸頭
１０のハウジング部１２における適所、例えば、図示の
最下端部の支点６０ａにおいて枢着したＬ字形等をした
動力伝達アーム６０に内蔵された動力線に接続した電気
コネクタユニット６２を既述した各サブモータユニット
４０のハウジング４２の適所に設けられた電気コネクタ
部５６に結合、接続することにより、サブモータユニッ
ト４０の動力線５０ｃおよび制御信号線５４を介して駆
動電流の供給や信号電流又電圧の通電を行うことができ
るのである。

【００２１】図２は、サブモータユニット４０の駆動モ
ータ５０に対する駆動電流の供給と制御信号の授受、及
び工具軸４６に取着された工具Ｔに対する冷却流体の供
給を工作機械の機体側を介して実施する電力、制御信
号、冷却流体等の供給機構を示している。同図２から明
らかなように、工作機械の機体側に備えられたモータ駆
動回路並びに信号制御回路を内蔵したドライブユニット
６５と上記コネクタユニット６２（電力系のコネクタ６
２ａ，制御信号系のコネクタ６２ｂから成る）とが電気
的に接続されている。また、このドライブユニット６５
には工作機械の電源系や制御系から電力や指令制御信号
等が入力されている。

【００２２】従って、コネクタユニット６２に各サブモ
ータユニット４０が電気コネクタ部５６（電力系のコネ
クタ５６ａ，制御信号系のコネクタ５６ｂから成る）を
介して接続、結合されると、該接続されたサブモータユ
ニット４０に内蔵された駆動モータ５０の出力性能諸元
に応じた駆動用電力や制御信号をドライブユニット６５
を経て供給し得るのである。

【００２３】また、各サブモータユニット４０は、工作
機械の主軸２０に取着されると、該主軸２０中を貫通し
た中空通路２０ａを経て中空ハウジング４２に形成され
た複数の開口４４ｃを通して冷却媒体、代表的には加圧
空気流の供給を受け得るように形成されていることは既
述の通りである。図２は、この冷却流体の供給機構に関
しても略示している。なお、冷却流体は各サブモータユ
ニット４０に内蔵された駆動モータ５０を冷却し、か
つ、同サブモータユニット４０の先端に装着された工具
Ｔの加工作用時に冷却作用を遂行するのである。

【００２４】更に、図２には一例として定格回転速度１
０００ｒｐｍ、出力２２ｋｗの駆動モータ５０を内蔵し
たサブモータユニット４０が工作機械の主軸２０に取着
されると共に工作機械の機体近傍の所定の位置に、一例
として定格回転速度５０００ｒｐｍ、出力２２ｋｗの駆
動モータ５０を内蔵したサブモータユニット４０並びに
定格回転速度４００００ｒｐｍ、出力２２ｋｗの駆動モ
ータ５０を内蔵したサブモータユニット４０が例えば、
ＡＴＣ装置の工具マガジン中に格納された状態或いは所
定の工具ラック等に配設されて待機状態にある様子を示
している。

【００２５】さて、ここで、図３及び図４を参照する
と、工作機械側のコネクタユニット６２（６２ａ，６２
ｂ）と各サブモータユニット４０の電気コネクタ部５６
（５６ａ，５６ｂ）との接続、結合方式として磁気的結
合方式により両コネクタ手段間の接続を遂行する場合を
示している。すなわち、この場合には、動力伝達アーム
６０に保持されたコネクタユニット６２、電気コネクタ
部５６の両者が該アーム６０の枢動に従って接近動作す
ると、永久磁石又は電磁石の磁気的吸引力によりコネク
タ器体間が結合するように形成され、両者が接続、結合
したとき、コネクタ６２に内蔵された一次捲線側と電気
コネクタ部５６の二次捲線側との間で電気的誘導作用に
よる誘起電圧を得て電気コネクタ５６に駆動電力又は制
御信号が伝達されるように形成されているものである。
上記永久磁石を用いる場合には、両コネクタ器体内に永
久磁石を埋設しておけば良い。

【００２６】なお、図３において、左図はコネクタ６２
の動力系コネクタ６２ａに内蔵された３相（Ｕ１，Ｖ
１，Ｗ１）トランスと電気コネクタ部５６の動力系コネ
クタ５６ａに内蔵された３相（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）トラ
ンスとが分離状態にあり、右図は磁気的吸引力で両者が
接続、結合した状態を示している。同様に、図４はコネ
クタ６２における信号系（Ａ１，Ｂ１，Ｚ１）のコネク
タ６２ｂと電気コネクタ部５６の信号系（Ａ２，Ｂ２，
Ｚ２）のコネクタ５６ｂとが分離状態にあり、両者間に
磁気吸引力を作用させることにより、接続、結合できる
様子を示したものである。

【００２７】図５は上述した磁気吸引力を利用してコネ
クタ６２と各サブモータユニット４０の電気コネクタ部
５６とを接続する方式に代えて周知のピン・ソケット方
式により両者を機械的、電気的に接続、結合する構成と
しても良いことを示したものである。以上、本発明を実
施例に基づいて説明したが、各サブモータユニット４０
を工作機械の主軸の先端に装着する構造や２つの電気コ
ネクタを接続、結合する方式に就いては、当業者であれ
ば、種々の改変を行うことが可能であることは言うまで
もない。

【００２８】例えば、サブモータユニットの上端にねじ
孔を設け、主軸先端に雄ねじ部を設けて同サブモータユ
ニットを工作機械の主軸に装着可能にした構成は、逆に
サブモータユニット側に雄ねじ部を形成し、主軸の端部
にねじ孔部を適当に形成した構成とすることにより両者
の着脱自在な結合を達成するようにしても良い。また、
ねじ結合とは異なる結合方式とすることも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上の記載から明らかなように、本発明
によれば、速度や出力トルク等のモータ出力性能上の諸
元が異なる駆動モータを組み込み、かつ該駆動モータで
回転駆動される工具を先端に有したサブモータユニット
を複数種予め工作機械の主軸の近傍に待機、保持し、ま
た工作機械の主軸の先端に、それらのサブモータユニッ
トの端部に設けられた取付部と着脱自在な装着、係合部
を設ける共に該主軸の先端部の近傍位置には、各サブモ
ータユニットのモータに駆動電力や制御信号等を伝達可
能な電気コネクタ手段を常設して、該各サブモータユニ
ットが主軸先端に取着されたときに、該サブモータユニ
ット内に内蔵された駆動モータを所定の出力機能で駆動
せしめることを可能とし、従って、同サブモータユニッ
トの先端に具備された工具を所望の回転速度や出力トル
クにより回動させることを可能とした。故に、工作機械
の主軸頭に内蔵されたメインモータの出力性能に応じて
遂行される機械加工性能を超越した加工性能を工作機械
に保有させることが可能となった。

【００３０】従って、一台の工作機械により幅広い加工
条件の変化に対応して機械加工を遂行することが可能で
あり、工作機械の性能を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る工作機械のサブモータユ
ニット装着装置の構成を示した要部断面図である。

【図２】サブモータユニットに対する電力、制御信号、
冷却媒体等の接続、供給状態を示すブロック図である。

【図３】サブモータユニットのモータに対する電力供給
部の接続方式の一例として磁気的接続方式を採用した場
合を示す略示機構図である。

【図４】同じくサブモータユニットのモータに対する制
御信号の接続、供給部における接続方式の一例として磁
気的接続方式を採用した場合を示す略示機構図である。

【図５】ピン・ソケットによる接続方式を採用した場合
を略示する略示機構図である。

【符号の説明】

１０…主軸頭 ２０…主軸 ３０…メインモータ ２４…雄ねじ部 ４０…サブモータユニット ４２…ハウジング ４４ａ…ねじ孔 ４６…工具軸 ５０…駆動モータ ５６…電気コネクタ部 ６０…動力伝達アーム ６２…コネクタユニット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の加工条件に応じて選択される
   種々異なる出力諸元を有した複数種のモータを有し、先
   端に工具を備えたサブモータユニットと、 工作機械の主軸先端に具備され、前記複数種のサブモー
   タユニットの各々の後端部に形成された取付部と着脱自
   在に係合する被着部と、 前記工作機械の主軸先端の近傍位置に常設され、該主軸
   先端に装着されたサブモータユニットのモータへ駆動電
   力、制御信号を接続、供給する動力、信号伝達ユニット
   と、を少なくとも具備して構成されたことを特徴とする
   工作機械のサブモータユニット装着装置。
2. 【請求項２】 前記複数のサブモータユニットの各々は
   ハウジングを備え、該ハウジング内にモータと工具回転
   軸とを内蔵すると共に、前記主軸先端と整合した中空貫
   通路を備えた構造を有する請求項１に記載の工作機械の
   サブモータユニット装着装置。