JPH0985567A - 工作機械におけるｕ軸加工用ツールの移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ツールの移動装置を小型化して高速回転と加工
精度の安定を図る。 【構成】ツールホルダ２０が装着されるツールスピンド
ル１４は、軸支部１６を貫通する支点軸１８を中心に揺
動可能に支持される。ツールスピンドル１４の後端の揺
動部１７は、先端を連結ピン３４、後端をジョイントプ
レート３５によって連結される一対のドライブプレート
３２，３２に挟持されて、揺動部１７に嵌着されるドラ
イブピン３０両端のセレーション３１が、ドライブプレ
ート３２，３２に形成される傾斜セレーション３３，３
３に噛合している。又ジョイントプレート３５は軸方向
に前後移動するドローバー３６に連結されており、ドロ
ーバー３６の前後移動と共にドライブプレート３２，３
２を連動させ、傾斜セレーション３３に噛合するドライ
ブピン３０を支点軸１８を中心として円弧軌跡運動させ
て、反対側のツールホルダ２０を揺動させることにな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンドル前端に
装着されるツールを、スピンドルの軸線と直交する方向
（Ｕ軸方向）に移動させながら切削加工を行う工作機械
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記工作機械においては、スピンドル先
端に設けたツールをＵ軸方向に移動させるための移動装
置が設けられる。この移動装置としては、図１０の如
く、ツール４１を固着するツールスライド４２の裏面に
ラック４３を形成し、そのラック４３に噛合するツール
ヘッド４４内のピニオンギヤ４５を、スピンドル４０の
軸心へ設けたドローロッド４６先端のラック部４７に噛
合させて、ドローロッド４６の軸方向の移動によってピ
ニオンギヤ４５を回転させ、ツールスライド４２をＵ軸
方向へ移動させてツール４１の移動量を得るシングルス
ライド方式や、図１１の如く、ツールヘッド５０に、ツ
ール５１を装着するツールスライド５２とカウンターウ
エイト５３とを並列して設け、ツールスライド５２とカ
ウンターウエイト５３へ夫々設けたセレーションブロッ
ク５４に、スピンドル５６内を軸方向へ移動するドロー
ロッド５５の左右へ夫々逆向きに形成した歯を噛合させ
て、ドローロッド５５の前後移動によって、ツールスラ
イド５２を移動させると共に、カウンターウエイト５３
をその反対方向へ移動させてバランスをとるようにした
ダブルスライド方式等が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記前者のシングルス
ライド方式のものは、回転時のバランス維持のためにツ
ールの移動量やスピンドルに回転数に制限を受けること
になる。よって後者のダブルスライド方式の方が回転時
のバランス維持に好適であるが、反面構造が複雑となっ
て小型化できないためにスピンドル回転の高速化が図れ
ず、結局切削条件を最適に選定することができなくなっ
てしまう。又上記構造の複雑化と過大化により、スピン
ドル軸受部からツール先端までのオーバーハング量が大
きくなってスピンドルの剛性が劣り、特に小径の高速、
高回転加工に不向きとなるという問題も生じている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、構造を
複雑、過大化させることなく回転時のバランス安定を図
り、高速回転を可能として良好な切削加工が行える工作
機械におけるＵ軸加工用ツールの移動装置を提供するも
ので、その構成は、スピンドル内に、スピンドルの軸線
上に揺動中心を設定したシーソー部材を設け、そのシー
ソー部材の前端部にツールを装着可能とする一方、後端
部に、前記シーソー部材をスピンドルの軸線から所定の
角度傾斜させる揺動手段を設けたことを特徴とするもの
である。又前記揺動手段を、前記シーソー部材の後端部
に設けたピン部材を案内し、前記スピンドル軸方向への
前後移動に従って前記ピン部材を前記揺動中心を中心と
した円弧軌跡運動させる傾斜案内部を備えたガイド部材
により構成するのが望ましい。更に前記シーソー部材
に、前記スピンドルの軸線を中心として、前記装着され
るツールの刃先側と反対方向へシーソー部材を付勢する
付勢手段を設けるのが望ましい。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１において、１はＵ軸加工機にお
けるスピンドルユニットで、スピンドル２は、本体３内
において軸方向へ前後移動可能に支持される六角形のク
イル４によって軸支されると共に、スピンドル２には、
スピンドル２を回転させる主軸モータ５と、ロータリー
ジョイント６ａを介してスピンドル２軸心のドローバー
３６（後述）へ連結される送りネジ６ｂを回転制御し、
ドローバー３６を軸方向へ前後移動させるツール制御モ
ータ６とが備えられ、又本体３には、クイル４を軸方向
へ前後移動させる送りモータ７が備えられている。特に
このスピンドルユニット１においては、六角形のクイル
４の採用により、スピンドル２の安定支持と高い剛性確
保が可能となっている。

【０００６】又図２〜４はスピンドル２の先端部の詳細
図で、以下はツールホルダ２０の装着側を前方として説
明する。中空のスピンドル本体８の前端には、２部品を
ボルト９ａ，９ａで組み付けてなる筒状のハウジング９
が、４本のボルト１０，１０・・で固着されている。こ
のハウジング９には、図６にも示すように、軸方向に設
けた長円形の有底孔１１へ直交状に円形の透孔１２を穿
設し、その透孔１２の両側をキャップ１３，１３で閉塞
することで、内部に十字状の中空部を形成しており、こ
の中空部内とスピンドル本体８内とに亘って、シーソー
部材としてのツールスピンドル１４が収容されている。
ツールスピンドル１４は、その詳細を示す図５の如く、
ハウジング９から突出する先端の円筒部１５、中央の平
棒状の軸支部１６、そしてスピンドル本体８内へ伸長す
る後方の揺動部１７とからなり、ハウジング９の有底孔
１１内へ収容した中央の軸支部１６へ支点軸１８を直交
状に圧入し、その支点軸１８の両端を、透孔１２に設け
たテーパローラベアリング１９，１９に軸支させること
で、支点軸１８を中心に揺動可能に支持されている。更
に先端の円筒部１５の装着孔１５ａには、先端にチップ
２１を備えたツールホルダ２０の基端部２２が挿入さ
れ、ツールホルダ２０の装着状態では、円筒部１５の側
面へ螺合されるサイドロックネジ２３が、基端部２２の
側面に設けた面取部２２ａへ当接し、ツールホルダ２０
をツールスピンドル１４と一体化させる。又円筒部１５
の基端付近には、周面を曲面状に形成した座金２４が嵌
着されており、この座金２４にハウジング９前方の開口
へ設けたオイルシール２５が密着して、ハウジング９の
内部がシールされている。一方軸支部１６には、ツール
スピンドル１４の軸心と平行な一対の有底孔２６，２６
が互いに逆方向に形成され、夫々の有底孔２６に、頭付
ピン２７が互いに逆方向で遊挿されると共に、有底孔２
６内でピン頭部２７ａとの間に複数の皿バネ２８，２８
・・が設けられて、これによりツールスピンドル１４
を、スピンドル２の軸線を中心としてチップ２１の反対
方向（図３での左回転方向）、即ち切削抵抗が加わる方
向へ付勢するリターンスプリング機構が構成されること
になる。

【０００７】そして揺動部１７においては、軸方向に長
孔２９が形成されると共に、その後方には、両端面に同
方向のセレーション３１，３１を形成したドライブピン
３０が嵌着されており、ドライブピン３０の両側には、
図８にも示すように、ドライブピン３０のセレーション
３１と夫々噛合し、スピンドル２の軸心に対して傾斜す
る（ここでは約１１度）傾斜セレーション３３を夫々備
えたガイド部材としての一対のドライブプレート３２，
３２が、夫々揺動部１７を挟む格好でスピンドル本体８
の中空部内に配置されると共に、夫々の前端部は、長孔
２９を貫通する連結ピン３４とボルト３４ａ，３４ａと
によって連結されている（図７）。更にドライブプレー
ト３２，３２の両後端部は、夫々ジョイントプレート３
５にボルト３５ａ，３５ａによって固着され、そのジョ
イントプレート３５は、スピンドル２の軸心にあって軸
方向に前後移動可能なドローバー３６の先端に設けられ
た花弁型の連結部３７によって、ドローバー３６と一体
化されている（図９）。よってここでは、ドローバー３
６の前後移動に連動してジョイントプレート３５、ドラ
イブプレート３２，３２がスピンドル本体８の中空部内
を所定のストロークで前後移動可能となり、このドライ
ブプレート３２，３２の前後移動に伴い、ドライブピン
３０が傾斜セレーション３３，３３にガイドされて、揺
動中心Ｏを中心とする円弧軌跡に沿って揺動し、同様に
揺動部１７を揺動させて、ツールスピンドル１４を揺動
中心Ｏを支点として揺動させることになる。特にここで
は、揺動中心Ｏからチップ２１までの距離Ｌ₁ を、揺動
中心Ｏからドライブピン３０の中心までの距離Ｌ₂ と等
しく設定しているため、ドライブピン３０の移動量と同
じ移動量をチップ２１は得ることになる。尚３８，３８
は切削液の供給路で、スピンドル本体８からハウジング
９を経てキャップ１３，１３に至り、キャップ１３，１
３から支点軸１８の両端へ連結されて揺動中心Ｏで合流
し、その後軸心に沿ってツールホルダ２０の後端から先
端へ導かれて、出口２０ａから供給される。これにより
小径のワークでもツールホルダ２０の刃先から高圧の切
削液を突出させて、切粉の排出や刃先の冷却を効果的に
行え、加工径の安定や加工精度の向上を図ることができ
る。又３９は、ツールホルダ２０のサイズ変更によるバ
ランス調整のため、ツールスピンドル１４の円筒部１５
に圧入されるバランスリングである。

【０００８】以上の如く構成されたＵ軸加工機において
は、ツールホルダ２０を装着するツールスピンドル１４
が、支点軸１８を中心に揺動するシーソー式構造となっ
ているから、前記ツール制御モータ６のＮＣ制御によっ
てドローバー３６を軸方向に移動させると、前述のよう
にツールスピンドル１４と共にツールホルダ２０も揺動
中心Ｏを中心とする円弧軌跡で揺動する。即ちドローバ
ー３６を前進させると、ドライブピン３０が図３に示す
矢印Ａ方向へ移動すると共に、ツールホルダ２０を同一
角度で矢印ａ方向へ移動させ、軸心からＵ軸方向への移
動量が得られる。ドローバー３６を後退させると、ドラ
イブピン３０が矢印Ｂ方向へ移動すると共に、ツールホ
ルダ２０を同一角度で矢印ｂ方向へ移動させ、前記と逆
方向への移動量が得られる（このＵ軸ストロークは最大
２５mm）。このように本実施の形態によれば、シーソー
部材としてのツールスピンドル１４の採用により、ツー
ルホルダ２０をＵ軸方向へ移動させてもスピンドル２の
バランスを常時維持でき、余分なバランスウエイト等を
用いる必要がなくなる。よってスピンドル先端部の簡略
化、コンパクト化が達成できてスピンドル回転の高速化
が図れ、最適な切削条件が選択可能となる。又コンパク
ト化によりスピンドルの剛性も向上し、小径の加工でも
好適に行える。ちなみに図１０，１１で示したような従
来のスピンドルでは、回転数が約３０００ｒｐｍであっ
たものが、上記スピンドル２では８０００ｒｐｍ以上の
回転数が得られ、ダイヤ・ＣＢＮ等の高速加工用の切削
工具でも最適条件で効率的な使用ができるようになる。

【０００９】又上記実施の形態では、ツールスピンドル
１４を、ドライブピン３０のセレーション３１を挟持す
る傾斜セレーション３３，３３を備えたドライブプレー
ト３２，３２の前後移動により揺動させる構造を採用し
ているから、精度の高い揺動操作が可能となっている。
更にツールスピンドル１４中央の軸支部１６には、複数
の皿バネ２８，２８と頭付ピン２７とによるリターンス
プリング機構が採用されて、付勢力を切削抵抗と同一方
向に作用させているから、バックラッシが除去でき、ツ
ールホルダ２０の追従性を好適に維持している。同様に
支点軸１８の軸受けにテーパローラベアリング１９を採
用し、隙間やがたつきを生じさせずに安定した支持を行
えるようにしたことで、ツールの追従性、再現性の信頼
度がより高まるようになっているのである。

【００１０】尚上記実施の形態は本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で適宜設計変更可能で、例えばツールスピンド
ル１４を揺動させる構造をセレーション同士の噛合によ
るものとせず、ドライブプレート３２の傾斜セレーショ
ン３３に代えて傾斜溝を形成し、そこに揺動部１７に突
設させたピンを嵌入させる構造としたり、リターンスプ
リング機構にコイルスプリングを採用したりすることも
可能である。又支点軸１８の軸受けに用いるテーパロー
ラベアリング１９に代えて、ボールベアリングやメタル
軸受け等を用いることもできる。更に上記ツールスピン
ドルのシーソー構造はＵ軸加工機に限定せず、マシニン
グセンタのＵセンタ工具等にも採用可能である。

【００１１】

【発明の効果】以上本発明によれば、簡単な構造で、ス
ピンドルのバランスを崩したり、カウンターウエイト等
を用いたりすることなく、安定した状態でツールのＵ軸
移動が行えると共に、軽量化、コンパクト化が達成でき
る。よってスピンドルの高速回転が可能となって精度ア
ップや時間の短縮等好適な切削加工が行え、小径の加工
にも問題なく使用できることになる。又揺動手段を、シ
ーソー部材の後端部に設けたピン部材を案内し、スピン
ドル軸方向への前後移動によって前記ピン部材を揺動中
心を中心とした円弧軌跡運動させる傾斜案内部を備えた
ガイド部材により構成すると、シーソー部材の揺動が精
度良く行える。更にシーソー部材に、スピンドルの軸線
を中心として、装着されるツールの刃先側と反対方向へ
シーソー部材を付勢する付勢手段を設けると、切削抵抗
側へ加わる付勢力によりバックラッシが防止されて、加
工精度の一層の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スピンドルユニットの全体図である。

【図２】スピンドルを前方から見た説明図である。

【図３】Ａ−Ａ線断面説明図である。

【図４】Ｂ−Ｂ線断面説明図である。

【図５】シーソー構造の説明図である。

【図６】Ｃ−Ｃ線断面説明図である。

【図７】Ｄ−Ｄ線断面説明図である。

【図８】Ｅ−Ｅ線断面説明図である。

【図９】Ｆ−Ｆ線断面説明図である。

【図１０】従来のツールの移動装置を示す説明図であ
る。

【図１１】従来のツールの移動装置を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１・・スピンドルユニット、２・・スピンドル、３・・
本体、４・・クイル、５・・主軸モータ、６・・ツール
制御モータ、７・・送りモータ、８・・スピンドル本
体、９・・ハウジング、１４・・ツールスピンドル、１
５・・円筒部、１６・・軸支部、１７・・揺動部、１８
・・支点軸、２０・・ツールホルダ、２７・・頭付ピ
ン、２８・・皿バネ、３０・・ドライブピン、３２・・
ドライブプレート、３３・・傾斜セレーション、３４・
・連結ピン、３５・・ジョイントプレート、３６・・ド
ローバー、３９・・バランスリング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピンドル前端に装着されるツールを、
   スピンドルの軸線から直交方向に所定距離を移動させる
   工作機械におけるＵ軸加工用ツールの移動装置であっ
   て、 前記スピンドル内に、スピンドルの軸線上に揺動中心を
   設定したシーソー部材を設け、そのシーソー部材の前端
   部に前記ツールを装着可能とする一方、後端部に、前記
   シーソー部材をスピンドルの軸線から所定の角度傾斜さ
   せる揺動手段を設けたことを特徴とする工作機械におけ
   るＵ軸加工用ツールの移動装置。
2. 【請求項２】 前記揺動手段を、前記シーソー部材の後
   端部に設けたピン部材を案内し、前記スピンドル軸方向
   への前後移動に従って前記ピン部材を前記揺動中心を中
   心とした円弧軌跡運動をさせる傾斜案内部を備えたガイ
   ド部材により構成した請求項１に記載の工作機械におけ
   るＵ軸加工用ツールの移動装置。
3. 【請求項３】 前記シーソー部材に、前記スピンドルの
   軸線を中心として、前記装着されるツールの刃先側と反
   対方向へシーソー部材を付勢する付勢手段を設けた請求
   項１又は２に記載の工作機械におけるＵ軸加工用ツール
   の移動装置。