JPS6020802A - 複合工作機械 - 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】 本発明は、旋削加工及びフライス、ポーリング。

ドリリング、タッピング等のミリング加工を共に実施可
能な複合工作機械に関するもので、より詳細には、旋削
及びミリング双方のツールを自動交換可能な大型複合工
作機械に関するものである。

従来、機械工作に於いては、旋削加工に対しては旋盤、
ミリング加工に対してはフライス盤、ボール盤等と夫々
の機械工作の作業内容に応じて最適な工作機械を選んで
いる。この場合、工作物が作業者が容易に着膜、運搬で
きる程度に軽量であれば工数面に於いてさしたる支障は
ないが、工作物が人手で移動不可能な重量物である場合
はその着脱、運搬に要する工数は甚大ならのどなり、工
作物の原価を大きく左右する。従って、重量工作物の機
械工作には、工作物を加工作業の変更の都度着脱せず加
工手ｐｊ（！！Ｉを変更する複数の加工装置を備えた複
合工作Ｉ幾械（マシニングセンタ）が用いられている。

然るに、工作物が巨大化するとそれに応じて一単位の加
工装置自体が大型化する為、複合工作機械の全体規模も
それに応じて大型化し、機構も複雑となる。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、専用
工具を交換するだけで各種礪械工作作業が可能となる構
造が簡素化された複合工作機械を提供する事を目的とす
る。

以下、本発明の構成について具体的な実施例に基づき説
明する。第１図は本発明の１実施例としての複合工作機
械を示した模式的正面図である。

第１図に於いて、１は工作物（ワーク）を強固に固定す
ると共に回転可能に設けられたターンテーブルである。

本例のターンテーブル１は、大きな直径を有し、旋削加
工用の回転運動のみならず、ＮＣ制御装置２により任意
の割出位置をセットする事が可能に構成されている。

ターンテーブル１の上方には、クロスレール３が図中左
右方向くＸ軸方向）にその長手方向を延在させ配設され
ている。このクロスレール３には、サドル４が摺動自在
に設けられている。そして、このサドル４には、各種機
械加工用のツールが装着され各種加工作業を実施可能な
主軸頭５ａを備えた主軸５が上下方向（Ｚ＠方向）に摺
動自在に保持されている。

而して、主軸頭５ａは各薇械加工用の専用工具を適宜着
脱可能に構成されており、以下その構成につき第２図の
断面図等に基づき詳細に説明する。

第２図に於いて、主軸頭５ａの中央部には、スピンドル
５１が主軸ベアリング５２により回転自在に枢支されて
いる。スピンドル５１の中心部には中心孔５３が穿設さ
れ、この中心孔５３のツールを取付ける下端部は外部に
向かって拡がるテーパ状に形成されている。このスピン
ドル５１のテーパ部５３ａには、ツールを保持するツー
ルホルダｌ」の同一テーパ形状に形成されたツールシャ
ンク部Ｈ３がスピンドル５１の中心軸に沿って挿入され
嵌合する。中心孔５３内には先端にツールホルダＨの先
端を把持するコレット５４ａが形成された牽引棒５４が
配設されている。牽引棒５４は他端を油圧装置（不図示
〉に連結され、この他端とコｌ／ッ１〜５４　ａ　Ｈ，
にはその軸方向に冶って皿バネ５５が介装されており、
牽引棒５４は皿バネ５５の弾発力により常に上方に付勢
されている。中心孔５３のコレット５４ａを収容する空
間Ｓの内面には突部５３ｂが形成され、コレット５４ａ
の頭部５４ｂと係合可能となっている。従って、油圧装
置により皿バネ５５の弾発力に抗して牽引棒５４が押し
下げられてコレット頭部５４ｂが突部５３ｂより下方に
延出しコレット自体の弾発力により内径が拡大されてい
る状態に於いて、ツールホルダＨ先端部のプルスタッド
Ｐの頭部ＰＨを挿入すると、コレラｈ　５４　ａの内部
にプルスタッド頭部Ｐｇが収容され、この後油圧力を解
除すれば朋バネ５５の弾発力により先端のコレット頭部
５４ｂが突部５３ｂと係合するまで引き上げられ、プル
スタンド頭部ＰＨを強固に把持する。尚、スピンドル５
１のテーパ部５３８側端而の適所にはキー５６が植設さ
れており、ツールホルダＨに刻設されたキー溝りにその
１部分が崗合しツールとスピンドル５１が一体的に回転
可能となる。

スピンドル５７の外側には、ツールボルダＨに形成され
たフランジ部Ｆを旋削加工時に挟持するクランパ装置５
ｏが配設されている。クランパ装置５０は、大略、挟持
面５７ａがテーパ状に形成された下部クランパ５７、こ
れを支持する複数個の第１０ツド５８、夫々の第１０ン
ド５８の上端部に設けられた油圧シリンダ５９、下部ク
ランパ５７とでツールのフランジ部Ｆを挟持する上部ク
ランパ６０、上部クランパ６０を支持する複数個の第２
ａンド６′Ｉ、夫々の第２［］ツラド１の上端を適宜押
圧する加圧部６２がら構成されている。

下部クランパ５７と上部クランパ６０はコイルスプリン
グ６３ａが外挿されたボルト６３により所定のクリアラ
ンスＣを確保して連結されている。

即ち、下部クランパ５７に植設されたポル１へ６３の頭
部は上部クランパ６ｏに遊嵌され、コイルスプリング６
３ａを介在させて互いに遊動可能に連結されている。又
、夫々の第１０ツト５８は上部クランパ６ｏを摺動自在
に貫通している。

下部クランパ５７の平面形状は、第３（ａ）図に示され
る如く、内周部に複数個の四部５７ｂが均等に形成され
た環状を成している。この内径の大きさは、挟持される
ツールホルダＨのフランジＦの外周形状より一回り大き
く設定されており、従って下部クランパ５７の凹部５７
ｂとフランジＦの突部Ｆａを整合させる事により上部、
下部クランパ６０．５７間にフランジＦを収容する事が
できる。収容後はフランジＦ側を所定角度だけ回転させ
れば、第３（ｂ）図に示される如く、フランジＦを下部
クランパ５７と上部クランパ６０とで挟持可能な配置と
なる。本例に於いては、第３（ａ　）図に示される収容
位置αから第３（ｂ）図に示される挟持位置βまで９０
”回転させる（この動作を主軸オリエンテーションと称
する）。

第２０ツト６１の上端を押圧する加圧部６２は、第４図
の分解斜視図に示す如く構成されている。

環状溝Ｒを形成するブロックガイドリンク６４に、本例
では４本の第２０ツド６１に対応して４個に分割された
ブロック６５が環状溝Ｒ内に円周方向に移動可能に装填
されている。夫々のブロック６５には、その幅方向に穿
設された挿通孔６５ａ内にローラ６６が回転自在に挿通
されている。又、夫々の挿通孔６５ａに近接して図中垂
直方向に、第２０ツド６１のテーバ面６１ａが形成され
た先端部を収容可能な収納孔６５ｂが穿設されている。

更に、夫々の収納孔６５ｂの近傍にはビン６７が立設σ
れている。ブロック６５の上部にはフランジ６８が被装
されている。フランジ６８にはビン６７に対応してこれ
を挿通させる４個の長穴６８ａが穿ｈｇれ、この長穴６
８ａに対応して所定距離雛隔させ４本のスタッド６９が
立設されている。

フランジ６８には周縁に均等に４個のギＶ部７゜ａが形
成された加圧ギヤ７ｏが回転自在に同軸状に並設されて
いる。フランジ６８上に突出したビン６７とスタンド６
９の間に夫々のギヤ部７０ａが位置された配置で夫々の
先端間に引張バネ７１が懸架されている。そして、夫々
のギヤ部７０ａは往復駆動可能な油圧シリンダ７２のラ
ック部７２ａと噛合せしめられている。７３は加圧ギヤ
７Ｏの服装を防止するストッパフランジである。

以上の如く構成された加圧部６２に於いては、旋削加工
用ツールを挟持しないアンクランプ時には、１５　（ａ
　）図に示される如く、油圧シリンダ７２により引張バ
ネ７１に抗して加圧キャ７０か反時計方向に所定角度だ
け回動されるど共にこれと係合するビン６７を介してブ
ロック６５も反時計方向に移動づる。そして収納孔６５
ｂが第２０ツド６１の位置に整合され、第６（ａ）図に
示される如く、第２０ツト６１の先端部を収納可能な配
置となる。一方、旋削加工ツールを挟持ずぺぎクランプ
時には、第５（ｂ）図に示される如く、油圧シリンダ７
２の圧力方向が切り換えられ加圧ギヤ７０を時計回り方
向に回動させる為、ブロック６５は引張バネ７１の弾発
力により同方向に回動される。これにより、第６（ｂ）
図に示される如くブロック６５と共に移動するローラ６
６が第２０ツド６１先端のテーバ面６１ａに係合し、そ
の斜面効果により第２０ツド６１をコイルスプリング６
３ａの弾発力に抗して所定ストロークだけ押し下げツー
ルホルダＨのフランジＦを強固に挟持可能となる。かく
の如くして、旋削加工用ツールをツールボルダＨの先端
部のプルスタンド頭部ＰＨだけでなくフランジＦでも保
持する事により、旋削加工時に於いてスピンドル５１に
加わる旋削加工に特有な不均一な加重が軽減され、主軸
ベアリング５２等の軸支部品の耐久性向上に寄与する。

又、クランプ時の少くとも一方の加圧力を油圧力によら
ず引張バネ７１の弾発力で得る事により、旋削加工中に
停電や油圧系統の故障が生じても、上記の挟持状態を維
持する事ができ重大事故が防止される。

第２図に戻って、スピンドル５１の上部には、スピンド
ル５１の回転を旋削加工時に選択的に阻止する回転阻止
装置８０が配設されている。回転阻止装置８０は、スピ
ンドルに固着されその周縁部の所定位置に位置決め用ノ
ツチ溝８１ａが刻設されたディスク８１と、ノツチ溝８
１ａに係脱自在に駆動されるノツチ８２及びノツチ８２
を駆動する油圧シリンダ８３とで構成されている。この
場合、旋削加工用ツールのフランジＦを上、下クランパ
６０，５７が強固に挟持する前述の挟持位置βに於いて
ノツチ８２がノツチ溝８１ａに係合可能にノツチ溝８１
ａの刻設位置が設定されており、これにより、スピンド
ル５１とツールは挟持位置βに確実に固定される。

更に、回転阻止装置８０の上部には、オリエンテーショ
ン動作等のスピンドル５１の位置操作を実施するポジシ
ョンコーダ９１とこれに連結されたコーダギャ９２及び
スピンドル５１に固着されコーダギャ９２と噛合するポ
ジションギヤ９３とからなるポジションコーダ装置９０
が配設されている。この装置は、ポジションコーダ９１
がギヤ９２．９３を介してスピンドル５１の位置を検出
すべく構成されており、本例ではこの検出信号に応じて
後述するフライスユニットモータ９を駆動しスピンドル
５１を所望の設定位置に位置させる。

尚、ツール交換を目視による手動で容易に実施できる小
型規模の複合工作機械の場合は、このポジションコーダ
装置９０を省略する事ができる。

第１図に於いて、その主軸頭５ａが上記の如く構成され
て成る主軸５がサドル４を介して移動されるクロスレー
ル３の他端部下方には、交換用ツールを収納するマガジ
ン６が配設されている。本例のマガジン６は、固定番地
式に各ツールを収納し、ＡＴＣ装置により交換アーム７
等を介して主軸頭５ａに着装すべきツールを自動交換す
る構成となっている。尚、図中８は主軸５を上下動させ
るＺ軸サーボモータ、９はスピンドル５１を回動さぜる
フライスユニツｌ−モータ、１０は主軸５をサドル４を
介してクロスレール３に治った方向に移動させるＸ軸サ
ーボモータ、１１は各所に配設された油圧シリンダに適
宜油を供給する油圧ユニッ１〜．１２は本複合工作機械
を操作する操作盤である。

叙上の如く構成された本例の複合工作機械の動作につい
て、以下に説明する。

旋削加工用ツールを着装する為にＸ軸サーボモータ１０
が駆動され、主軸５がクロスレール４に沿ってマガジン
６側へ移動し所定の交換位置Ｂで停止する。一方、所望
のツールは、マガジン６内の固定番地からＡＴＣ装置に
より選び出される。

選び出されたツールは、交換アーム７により主軸頭５ａ
のスピンドル５１下端部のテーパ部り３ａ内にツールホ
ルダＨの先端から主軸中心軸に沿って挿入される。この
場合、キー５６にツールホルダＨのキー溝りを確実に係
合させる為ツールホルダ１−（の挿入姿勢の調整がＡＴ
Ｃ装置による自動交換機構の一連の動作中に実施される
。尚、本例では、使用済のツールが主軸頭５ａに着装さ
れている場合は、自動交換機構により交換用ツールがマ
ガジン６から取り出されるのに併行して使用済ツールが
主軸頭５ａから脱装されるシステムとなっており、これ
によりツール交換作業時間が短縮される。

交換位置Ｂで交換ツールの挿入を待機する主軸頭５ａに
於いては、スピンドル５１内の牽引棒５４が油圧により
皿バネ５５の弾発力に抗して押し下けられ、先端部のコ
レット５４ａの頭部５４ｂが突部５３ｂの下部の拡大空
間部Ｓ内に内径が拡大された状態で位置される。この様
な状態下のコレッ］−頭部５４ｂ内にプルスタッド頭部
ＰＨが挿入され所定の位置に収容される。この後、牽引
棒５４の油圧が解除されると、皿バネ５５の弾発力によ
り牽引棒５４が上方に引き上げられ、コレット頭部５４
ｂが突部５３ｂに係合すると共にその内径が挟まり、プ
ルスタット頭部Ｐ　ト＋を強固に把持する。

プルスタッドＰの固定が終了すると、本例では４個の第
１０ンド用油圧シリンタ５９内に一斉に油が導入され、
第１０ンド５８が押し下げられ、これにより下部クラン
パ５７．上部クランパ６０及び第２０ツド６１が略一体
に所定位置まで下降する。この場合、キー５６によって
位置決めされたツールホルダＨのフランジＦは第３（ａ
〉図に示される収容位置αに位置しており、これに対し
て−回り大きい相似形の孔が穿設された環状の下部クラ
ンパ５７が夫々に形成された凹凸が整合する配置で下降
し、上部、下部クランパ６０，５７間にフランジＦを収
容したレベルで停止する。尚、この場合既に、使用済ツ
ールを脱装した際にスピンドル５１の回転阻止装置８０
のノツチ８２が解除されている。

次に、ポジションコーダ９１の位置検出に応じてオリエ
ンテーション動作が開始される。即ち、ポジションコー
ダ９１の検出信号に応じてフライスユニットモータ９に
よりスピンドル５１が所定角度回転され、第３（ｂ）図
に示されるフランジＦの凸部Ｆａが下部クランパ５７の
凸部５７Ｃに重なる挟持位置βに位置される。本例に於
いては、第３（ｂ）図に示される如（時計回り方向に９
００回転される。この後、ノツチ用油圧シリンダ８３が
作動されてノツチ８２がディスク８１に向けて突出せし
められ、ノツチ溝り１ａ内にノツチ８２の先端部が嵌入
されて確実にスピンドル５１及びツール全体を挟持位置
βに固定する。

而して、第２０ンド加圧用油圧シリンダ７２の油圧力の
方向が引張バネ７１の弾発力に抗した方向から沿った方
向に切り換えられて加圧ギヤ７０が第５（ｂ）図に示さ
れる如く時計回り方向に回動されると、引張バネ７０の
弾発力によりブロック６５も第５（ａ）図のアンクラン
プ位置から第５（ｂ）図のクランプ位置にブロックガイ
ドリンク６４に沿って移動される。これにより、第６（
ｂ）図に示される如く、ローラ６６が第２０ツト６１の
先端部に形成されたテーパ面６１ａと係合して第２０ツ
ド６１を下方に押し下げる。第２０ツド６１が下方に押
し下げられると、上部クランパ６０がフランジ「上面と
当接しこれを下方に押圧する。この場合のスト〇−りは
、前述した上部、下部クランパ６０．５７間に設定され
たクリアランスＣの範囲に収まるべく設定されている。

従って、上部クランパ６０の押圧作用によりフランジＦ
周面に形成されたテーパ面ＦＴが下部クランパ５７のテ
ーパ状挟持面５７ａに沿って下降する。次に、第１０ン
ド駆動用油圧シリンダ５９を前述の下降時とは油圧力が
逆方向となる様に作動させ第１０ンド５８を引き上げる
。これにより、フランジＦは、油圧シリンダ５９の押圧
力に係合する夫々のテーパ而５７ａ、ＦＴ間の斜面効果
が相乗された強力な挟圧力により、上部、下部クランパ
６０．５７間に極めて強固に挟持される。

以上の如くして旋削加工用ツールの主軸頭５ａへの着装
が完了した後は、Ｘ軸サーボモータ１０を駆動させて主
軸５を加工位置Ａに戻す。次いで、工作物が保持された
ターンテーブル１の回転を開始すると共にＺ軸サーボモ
ータ８の駆動が開始されて主軸頭５ａが加ニレベルまで
下降し、旋削加工用ツールが工作物に押し当てられ、旋
削加工が実施される。

所望の旋削加工工程が終了すると、主軸頭５ａは引き上
げられ再びクロスレール３に沿ってツール交換位置Ｂま
で移動される。ここで使用済旋削加工用ツールの脱装工
程が実施される。ツールを脱装する場合は、着装時と全
く逆の順序で同様な動作が実施される。

まず、下部クランパ５７を下降させフランジＦの挟持状
態を解除する。次に、上部クランパ６０の加圧を解除し
、コイルスプリング６３の弾発力により第２０ツト６１
と共に上部クランパ６０を上昇させる。この場合、第５
（ａ）図に示される如く油圧シリンダ７２により加圧ギ
ヤ７０とブロック６５が共に引張バネ７１の弾発力に抗
して反時計回りにクランプ時と間予だけ回動される。こ
れにより、１６　（ａ　）図に示される如く、ローラ６
６が第２０ツド６１上端のテーパ面６１ａからｆｆ脱す
ると共に第２０ツト６１がコイルスプリング６３の弾発
力によりクランプ時と略同間挿し上げられる。又、ブロ
ック６５の収納孔６５ｂが第２０ンド上端の真上に位置
し、第２０ツト６１上端部を収納可能となる。以上によ
り、フランジＦの挟持状態の解除（アンクランプ′）動
作が終了する。

次に、ノツチ用油圧シリンダ８３が作動されノツチ８２
が解除される。次いで、ツール着装時とは逆のオリエン
テーション動作が実施される。即ち、第３（ｂ）図の挟
持位置βから反時計回り方向に９０°だけ回動され、第
３（ａ）図に示される収容位置αに戻される。

そして、第１０ンド用油圧シリンダ５９が作動され、上
部、下部クランパ６０．５７及び第１゜第２０ンド５８
．６１が略一体に引き上げられ、第２０ツド６１上端部
が収納孔６５ｂ内に収納されると共に上部、下部クラン
パ６０．５７が主軸頭５ａの先端部に設けられた凹部５
ｂに収納される。ぞして、牽引棒５４が油圧装置（不図
示）により冊バネ５５の弾発力に抗して押し下げられ、
先端のコレラｔ”　５４　ａが突部５３ｂから離脱して
ツールホルダＨのプルスタットＰの把持状態が解除され
ると共に牽引棒５４の先端がプルスタッド頭部ＰＨに当
接し、その衝撃によりツール全体がスピンドル５１先端
のテーパ部５３ａから脱装される。

脱装された旋削加工用ツールは、ＡＴＣ装置によりマガ
ジン６内の所定の固定番地に収納される。

この後ミリング加工を実施する場合は、旋削加工時と同
様に、ミリング加工用ツールをスピンドル５１先端のテ
ーパ部５３ａに挿入し、プルスタッド頭部Ｐ＋をコレッ
ト５４ａで把持する。ミリング用ツールの場合は、旋削
加工用ツール着装動作に於いてこの後に実施した一連の
フランジ挟持工程（は不要であり、以上でツール着装動
作が終了する。従って、このまま宇軸が加工位置Ａまで
移動され、ミリング加工が実施される。

尚、上記実店例に於いては、主軸頭５ａを垂直方向に移
動させて各加工を実施する（３成どなっているが、これ
に限らず主軸頭５ａを水平方向に移動させて各加工を実
ｈ±する構成どする事も可能である。又、ツールフラン
′ジＦもコレラｆ”　５　’、　ａど同様な機構の固定
手段により把持Ｊる構成どして：ｏＪζい。

以上詳述した如く、本発明によれば、単一の加工ヘッド
にツール保持部先端の固定手段だけでなく旋削加工時に
選択的に保持部周縁し固定可能な別個の固定手段を具備
する事により、旋削加工時に回転軸に加わる鍋荷示を軽
減する事ができる。

従って、耐久性が良く、且つ単一の加工ヘッドで旋削及
びミリング双方の加工を実施可能となる為は構が簡素化
され小型低コスト化を促進可能な、複合工作機械を得る
事が可能となる。尚、本発明は上記の特定の実施例に限
定されるべきものではなく、本発明の技術的範囲に於い
て種々の変形が可能である事は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示した模式的正面図、第２
図は本発明の１実施例の主軸５を示した模式的断面図、
第３（ａ）図、第３（ｂ）図は夫々本発明の１実施例に
於けるツールボルダフランジＦの位置操作を示した各説
明図、第４図は本発明の１実施例の加圧部６２を示した
分解斜視図、第５（ａ）図、第５（ｂ）図及び第６（ａ
）図。 第６（ｂ）図は夫々本発明の１実施例の加圧部６２の動
作を示した各説明図で第５（ａ）図、第６（ａ　＞図は
アンクランプ詩、第５（ｂ）、第６（ｂ）図はクランプ
時の各状態を示している。 （符号の説明） ５ａ：　主軸頭　５１：　スピンドル ５４：　牽引棒　５４ａ：　コレラ１〜５７：　下部ク
ランパ　６０：　上部クランパ８０：　ノツチ装置 特許出願人　北　野　芳　蔵 第３（ａ）［、：？１ α 第５（Ｏ）図 ０ 第５（ｂ）ト１ τ′シロ（ａ）ｉ］ ５ｂ ；、’；　６（ｂ　）ｉ’；（１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １゜旋削加工及びミリング加工を共に実施可能な複合工
   作機械に於いて、旋削及びミリング双方の加工を実施可
   能な単一の主軸頭を有し、前記主軸頭は、前記主軸頭の
   中央部に回転自在に枢支され旋削用及びミリング用双方
   のツールの保持部先端を固定する第１固定手段を備えた
   回転軸と、旋削加工時に選択的に旋削用ツール保持部の
   周縁部分を固定する第２固定手段と、旋削加工時に選択
   的に前記回転軸の回転を阻止する回転閉止手段とを有す
   る事を特徴とする複合工作機械。 ２、上記第１項に於いて、前記第２固定手段は少くとも
   一方に前記ツール保持部に形成されたテーパ面と係合可
   能なテーパ面が形成された一対の挟持部材を備えた挟持
   手段である事を特徴とする複合工作機械。 ３、上記第２項に於いて、前記挟持部材の少くとも一方
   の押圧力はバネ部材による弾発力である事を特徴とする
   複合工作機械。