JPS6023940B2 - 自動倣いフライス盤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、腕時計ケースの切削加工に通した自動倣い
フライス盤に関する。

一般に、腕時計ケースは切削または冷間プレス工程と研
磨工程とを経て仕上げられるが、材質がステンレスの場
合は、加工性の問題から車ら冷間プレス一研磨という工
程が採られる。

冷間プレスでは、一次加工としてステンレス板材に芯抜
き、外形抜き、足打ちを施して大略の形状を付与し、こ
れを金型を換えながら３〜５回繰り返して成形プレスす
ることにより研摩工程に移せる程度の形状に仕上げる。

この場合、１度成形プレスする毎に焼鈍及び必要ならば
チリ抜きを施してから次の成形プレスを行なう。このよ
うな冷間プレス工程による腕時計ケース加工の問題点と
しては、すでに明らかなように多数の金型を必要とする
ため大量生産が見込めないと製品コストの低減を図るの
が難しいことである。

しかしながら、その一方で、工程数が多いため生産性が
低く、従ってコストの低減にも限界を生じる。この発明
は、このような現状に着目してなされたもので、主軸及
び工具の前方に、モデルとワークとを連動回転させる可
変煩斜ワークヘッドを設け、この可変傾斜ワークヘッド
を、モデルの形状を検出する倣いトレーサを介して自動
送りすることにより、能率良く、かつ自由な形状に腕時
計ケースを切削加工するようにした自動倣いフライス盤
を提供するものである。

以下、図面に示した実施例に基づいてこの発明を説明す
る。

第１図は、実施例のフライス盤を表す正面図Ｌ第２図は
同じく左側面図であり、図中１はベッド、２はコラム、
３は主軸ヘッドである。

この実施例では、第１図に示したように２基の互いに平
行な主軸ヘッド３をコラム２の前面上部に垂直方向（図
でＺ軸方向）に設け、その主軸（後述）を各々Ｖベルト
多段変速装置４を介して電動モータ５で駆動する。

ベッドーの作業台ＩＡにはコラム２の前方に位置して摺
動自由な送りテーブル６を設け、背後側に設けた油圧シ
リンダ７を介して、正面から見て前後方向（Ｙ軸方向）
に送り駆動する。

この送りテーブル６には、正面から見て左右方向（Ｘ軸
方向）に摺動自由なテーブル８を設け、さらにこのテー
ブル８には、左右支持枠９，１０を介してＸ軸と平行な
中心軸まわりに懐斜しうる，よに可変傾斜ワークヘッド
１１を支持する。

可変傾斜ワークヘッド１１には、第１図に示したように
、２基の主軸ヘッド３に対応して２つのワーク軸１２及
びワーク軸１２の中間に位置してモデル軸１３をＸ軸方
向に配設し、これらワーク軸１２、モデル軸１３を油圧
モータ１４で連動回転させる。ワーク軸１２、モデル軸
１３の頂部にはそれぞれワーク（加工物）１５、モデル
１６が取り付けられる。コラム２の前面中央部には、フ
ライス切削部と同程度の高さに倣いトレーサ１７を設け
、後に詳述するように、この倣いトレーサ１７を介して
モデル１６の回転に伴う送りテーブル６の最適送り量を
フィードバック制御することにより、ワーク１５を自動
倣い切削する。

この実施例では、送りテーブル６をワィア１８を介して
車錘１９に連接し、重鏡１９の重力で送りテーブル６を
一方向に付勢して油圧シリンダ７のピストンシール部（
図示せず）に一定の変形状態を形成することにより油圧
シリンダ７の応答性及び送り精度の向上を図る。

この場合、送りテーブル６に止着したワイヤ１８は、ベ
ッドーに設けたプーリ２０を介して、ベッドーの前緑下
方に車錘１９を懸架する。なお、図で２１は送りテーフ
ル６に設けた第２の油圧シリンダであり、テーフル８の
Ｘ軸方向の位置決めないし送り作動をする場合等に必要
に応じて設ける。また、２２は油圧制御装置、２３は電
気制御装置である。次に、上記各構成につきさらに説明
する。

第３図に示したように、主軸ヘッド３には昇降自由な円
筒状スリーブ３０を収袋し、このスリ−ブ３０に、ベア
リング３１を介して主軸３２を回転自由に支持する。

主軸端部３３には円鐘状の内側テーパ部３４を形成し、
このテーパ部３４に、円錘管状のコレット３５を介して
フライス（エンドミル）３６のシャンク部３７を鉄合す
る。

主軸端部３３には、ネジ係合する綿付ナット３８を設け
、この糠付ナット３８のフランジ部３９がコレット３５
の基端部と酒接するようにする一方、コレット３５には
軸方向に複数の割り溝４０を設ける。これにより、締付
ナット３８を締め込むに従ってコレット３５がテーパ部
３４に進入して内側に縮淫しようとするので、フライス
３６（シャンク部３７）は主軸端部３３に強固に締着さ
れる。主軸端部３３をこのようなコレットホルダとする
ことにより、フライス３６の切刃部（図示せず）までの
長さを最小にして剛性の向上を図るのである。

なお、第３図で４１はフライス３６の鉄合深さを規制す
るためのストツパ、４２はコレツト３５の回り止めのた
めのキー、４３は締付ナット３８とコレット３５との間
の摺暖を円滑にするためのスラストベアリング、４４は
スリーブ３川こ対する主軸３２の抜け止めである。

第４図、第５図には可変傾斜ワークヘッド１１を示す。

可変傾斜ワークヘッド１１は、すでに述べたように、テ
−ブル８に設けた左支持枠９と右支持枠１０との間に回
動自由に支持し、この場合ワークヘッド本体５０の左フ
ランジ部５１には左支持枠９を貫通して支持ボルト５２
を楯設して回動軸とし、他方、右フランジ部５３には鞠
部５４を突設して右支持枠１川こ支持する。藤部５４に
は、第６図に示したように扇形のゥオーム歯車５５を固
設し、このウオーム歯車５５と噛み合うゥオーム軸５６
を右支持枠１０‘こ軸支してゥオーム軸５６の回動操作
に応じてワークヘッド本体５０を所望の傾斜度に設定す
るようにする。

この傾斜度は、鞠部５４の藤端に設けた指針５７と右支
持枠１０の側面に設けた分度目盛５８との関係で示され
る。また、左支持枠９には、第７図に示したように、支
持ボルト５２を中心とした円弧状の長穴５９を設け、こ
の長穴５９を貫通して左フランジ部５１に植設したボル
ト６０を締め込むことで、ワークヘッド本体５０の煩斜
状態を固定化する。このようにして、ワークヘッド１１
をテーフル８（送りテーブル６）に対して×軸に平行な
軸まわりに、例えば００〜７５０程度の範囲で傾斜固定
できるようにする。

可変傾斜ワークヘッド１１（ワークヘッド本体５０）に
は、後述するようにして互いに運動するワーク軸１２と
モデル軸１３とを設けるのであるが、各軸１２，１３は
ワークヘッド本体５０に設けた油圧モーター４を介して
駆動する。油圧モーター４は、モータ取付フランジ部６
１と円筒部６２とからなるホルダ６３に設け、油圧モー
タ１４の回転軸６４と連接する延長軸６５をベアリング
６６を介して円筒部６２に回転自由に支持して、延長軸
６５の他端部に固設したウオーム６７を回転させる。

ウオーム６７はモデル軸１３に固設したウオーム歯車６
８と噛み合い、モデル軸１３を駆動する（第４図参照）
。なお、ホルダフランジ部６１には、第７図に示したよ
うに、長穴６９を設け、この長穴を貫通してワ−クヘッ
ド本体５０に楯設したボルト７０でホルダ６３を締着す
る。これにより、長六６９で許容されるホルダ６３の移
動によりゥオーム６７とウオーム歯車６８との間のバッ
クラッシ補正を可能とする。モデル軸１３とワーク軸１
２とは、第５図に示したように、ベアリング７１を介し
てＸ軸方向に沿って互いに直列的に支持し、モデル軸１
３に固着した駆動歯車７２とワーク軸１２に固着した被
動歯車７３との間の１対１の伝導比で連動させる。駆動
歯車７２は、前記ゥオーム歯車６８に対して同軸的にピ
ン７４及び止めネジ７５を介して固設する。

モデル鞄１３の頂部７６にはボルト７７を介して所定形
状のモデル１６を締着するようにする一方、下端部７８
には、ワークヘッド本体５０の底面に設けた回転位置セ
ンサ７９と脇動して切削開始及び停止位置を検出するた
めの基準針８０を設ける。

他方、被動歯車７３を固着したワーク轍１２は、ワーク
ヘッド５０の底面側から鰍合締着した円筒状のベアリン
グホルダ８１にベアリング７１を介して下端部８２を支
持し、もう一方のベアリング７１に支持される上端フラ
ンジ部８３にワーク回り止め金具８４と外側コレッルト
チャック８５とを設ける。

外側コレツトチャック８５はワーク回り止め金具８４の
フランジ部８４Ａとワーク軸フランジ部８３との間に挟
み込むようにしてボルト８６で締着するのであるが、第
４図に示したように、回り止め金臭フランジ部８４Ａに
はワーク鞠１２を中心とした円弧状の長穴８７を形成し
、この最穴８７にボルト８６を通して締着するときに、
回り止め金具８４のッメ部８８の位相を調節できるよう
に図る。

外側コレツトチャック８５とワーク軸１２とは共に中空
状に形成し、コレットチャック８５の内周テーパ面８９
と係合する円錐部９０を設けた段付のロッド９１を摺動
自由に収装する。

ロッド９１の段付部９２とコレツトチャック８５との間
には、環状空間部９３を形成し、この環状空間部９３に
多数の皿バネ９４を介袋して、ロッド９１を皿バネ９４
の弾発力で下端部８２方向に付勢する。

これに対して、ロッド円錐部９０及びチャックテーパ面
８９は端部に向かうほど舷淫した形状に形成するのであ
り、従って、前記ロッド９１の下方への付勢に基づいて
外側コレットチャック８５は外側へ舷蓬しようとする。
これにより、ワーク１５の基準孔部９５をチャック外側
円筒部９６に鉄合した状態で、ワーク１５を強固に固定
する。このとき、前記ッメ部８８はワーク１５の足打ち
部９７に孫合して回り止めをする。そして、ベアリング
ホルダ８１には、ロッド９１の末端部と対向的に油圧シ
リンダ部９８を形成し、この油圧シリンダ部９８に摺動
自由に収装したピストン９９の背後に油圧を付与するこ
とにより、ピストンロッド１００を介して、皿バネ９４
に抗してロッド９１を押し上げ、ロッド円錐部９０とチ
ャック８５との係合を解いてワーク１５を取り外しまた
は取り付け可能な態勢にする。つまり、ワーク１５をワ
ーク軸１２（外側コレットチャック８５）に取り付け、
または取り外すときのみ油圧シリンダ部９８に油圧を付
与するのであり、ワーク１５の脱着作業を容易化すると
ともに、切削加工時は皿バネ９４の弾発力で恒常的にワ
ーク１５を保持するようにして作業の安全性を確保する
。ところで、被動歯車７３には、駆動歯車７２との間の
バックラッシを除去するための補助歯車１１０を設けて
ある。

補助歯車１１川ま被動歯車７３と平面上同一外形に形成
し、ワーク軸１２に回敷自由に鉄入して被動歯車７３に
対して積層状に設ける。

被動歯車７３と補助歯車１１０とは、第８図Ａ，Ｂに示
したように、両歯車７３，１１０を貫通する皿ネジ状の
スラストピン１１１を介して係合するのであるが、この
スラストピン１１１の軸部１１２は、被動歯車７３に対
しては鞠方向にのみ摺動しうるように鉄合する一方、補
助歯車１１１に対しては遊鼓し、さらにスラストピン１
１１のテーパ部１１３が収まるように形成した補助歯車
座ぐり部１１４は、両歯車７３，１１０をぴったりと重
ね合わせた状態でスラストピン１１１の中心に対して円
周方向に偏心ｅを付与してある。

また、スラストピン１１１の他端部にはナット１１５を
固着し、このナット１１５と彼動歯車７３との間に皿バ
ネ１１６を介装してスラストピン１１１を常に下方（第
８図Ｂの矢印Ａ方向）に付勢しておく。こうすることに
より、スラストピンテーパ部１１３と座ぐり部１１４と
の間に接線方向のスラスト力Ｆが作用するため、被動歯
車７３と補助歯車１１０とは互いに位相が漏れる方向に
付勢され、この結果駆動歯車７２との間に摩耗等に基づ
くバックラッシが生じたとき、第８図Ａの２点鎖線で示
したように、補助歯車１１川ま被動歯車７３を駆動歯車
７２の歯面に押し付けるように作用してバックラッシを
除去する。

なお、言うまでもないが、駆動歯車７２の回転力は被動
歯車７３でうけるように、偏心ｅの形成方向を定める。
このようにして駆動歯車７２と彼勤歯車７３との間のバ
ックラッシを除去することにより、バックラッシ調整の
手間を省くと共に、加工精度の向上を図る。

第９図、第１０図には、倣いトレーサ１７を示す。

倣いトレーサ１７は、第９図に示したように、コラム２
に稀着するためのアタツチメント１２０、アタッチメン
ト１２０の底部１２１にＹ軸方向に摺動自由に設けられ
る微動基台１２２、微動基台１２２の底面側に同じくＹ
軸方向に移動自由に設けられるトレーサ本体１２３など
からなる。

アタッチメント１２０と微動基台１２２とは微動ネジ装
置１２５を介して連係し、アタッチメント１２０に対し
て微動基台１２２をＹ軸方向に精解に位置決めできるよ
うにする。トレーサ本体１２３は、第１０図に示したよ
うに、リニアベアリング１２６を介して円滑に移動する
ように支持し、その前端部１２７にはＺ軸方向に触針１
２８を楯設したビーム部１２９を設ける一方、基端部１
３川こは、微動基台１２２の底面基端側に設けたバネ受
け１３１との間にコイルバネ１３２を介装して、コイル
バネ１３２の弾発力で触針１２８をモデル１６に当援す
るようにする。

トレーサ本体１２３の基端部１３０の左側面（第１０図
で上側）には磁気スケール１３３を設け、これと対応し
て微動基台１２２の底面には磁気センサー３４及びカプ
ラセンサ１３５を設ける。

磁気スケール１３３は、ゼロ点からのプラス方向の変位
またはマイナス方向の変位に比例してセンサ１３４に電
圧が生じるようにした位置計測器の一種であり、この実
施例では、磁気スケール１３３のゼロ点からの磁気セン
サー３４（トレーサ本体１２３）の変位で、後述するよ
うに送りテーブル６をフィードバック制御する。

次に、この倣いトレーサ１７を介しての自動倣い制御に
ついて、実施例の加工工程に従って説明する。

切削作業にあたっては、まず戻り位置にある可変傾斜ワ
ークヘッド１１のモデル軸１３に、予め所定形状に仕上
げたモデル１６を固定し、次に送りテーブル６を切削位
置に送って倣いトレーサー７とモデル１６との間のセッ
テイングを行なっておく。

この場合、触針１２８がモデル６に弾接するように微動
ネジ装置１２５を操作し、コイルバネ１３２を介しての
弾発力、例えば２００〜３００タ程度の触圧で触針１２
８とモデル６とが当援するようにする。このときの磁気
スケール１３３と磁気センサ１３４との間のゼロ点から
の変位量でワーク１５に対する切込量を付与するように
する。なお、上述のようにモデル１６に対する触針１２
８の鱗圧は極く小さいので、モデル１６は非鉄金属、プ
ラスチック、木材等で形成したものでよい。その一方、
このようにして倣いトレーサ１７をセッティングをした
状態での磁気センサ１３４からの出力を基準として、こ
の基準位置よりもトレーサ本体１２３が前進方向（マイ
ナス方向とする）または退避方向（プラス方向）に変位
したときに、その変位に応じたセンサー３４からの出力
に基づいて図示しない油圧サーボ弁を介して油圧シリン
ダ７を駆動し、モデル１６、ワーク１５を軸支した可変
傾斜ワークヘッド１１及び送りテーブル６を、トレーサ
本体１２３の変位を打ち消すような方向に送るように制
御系を形成しておく。

つまり、トレーサ本体１２３はモデル１６の回転に応じ
て進退しようとするのであり、この進退動作をセンサ１
３４で検出してトレーサ本体１２３が常に基準位置に復
帰するようにテーブル６の送り量をフィードバック制御
するのである。セッティングを施した後は、テーブル６
を戻り位置に復帰した状態で、予め一次加工を施したワ
ーク１５をワーク軸１２に固定し、テーブル６を切削待
機位置（切削位置の直前）まで送り、主軸３２及びフラ
イス３６を回転させておいてから切込送りをする。この
場合、切削待機位置においてはトレーサ触針１２８が基
準位置よりも前進した状態にあり、すなわち磁気スケー
ル１３３に対して磁気センサー３４がマイナス側に変位
した状態にあるので、すでに述べたフィードバック制御
により、この切込送りはフライス３６の回転開始と同時
に自動的になされる。そして、切込送りでトレーサ本体
１２３が基準位置に戻ると同時に油圧モータ１４を介し
てモデル１６及びワーク１５が回転し始め、倣い切削に
移る。倣い切削は、既述した倣いトレーサ１７を介して
の送りテーブル６のフィードバック制御により自動的に
なされ、これによりワーク１５はモデル１６と同一外形
（平面形状）に加工される。

ワーク１５とモデル１６とが一回転して切削開始点（原
点に戻ったときにはタイマを作動動させ、ワーク１５を
原点よりもやや過回転させて原点位置での切り残しが生
じないようにする。なお、原点位置は第５図に示した回
転位置センサ７９で検出する。タイマが切れると送りテ
ーブル６は待機位置へと戻り、さらに初期の位置へと早
戻りし、ワーク１５及びモデル１６が原点へと逆転する
と同時に主軸３２の回転、切削油の供給が停止して切削
を終了する。

なお、上記倣い切削を２次元等速倣い制御することによ
り能率向上を図るのが望ましい。

すなわち、この場合切削点がワーク１５の回転中心から
遠去かるほど油圧モー夕１４の回転速度あるいは送りテ
ーブル６の送り速度を小さくして、ワーク１５のどの部
分でも切削速度が一定となるように制御することにより
、加工時間を最小限に抑えると同時に形状精度を高める
。第１１図は、実施例で上記２次元等速倣い制御による
時計ケースの平面形削りをしたときの加工サイクルを表
わし、図示したようにワーク脱看から加工終了までが約
６Ｍ砂、すなわちワーク１５の１個あたりの加工時間は
約３の秒であった。

ところで、この発明では、ワーク１５及びモデル１６を
支持する可変傾斜ワークヘッド１１を適宜傾斜させるこ
とにより、第１２図に示したように、腕時計ケース１５
０の傾斜面１５１を倣い切削でき、また第１３図に示し
たように、ワーク１５をワーク軸１２に垂直方向に固定
することにより、足打ち部９７に平行な曲面１５２を倣
い切削でき、従って、どのような形状の腕時計ケースで
も切削加工することができる。また、このことにより、
多数の工具を用意する必要がなくなるので工具費の削減
が図れる。

なお、ワーク軸１２とモデル髄１３との回転駆動手段と
しては、油圧モー夕１４の他に電動モータ等を、また倣
いトレーサ１７の変位検出手段としては、磁気スケール
１３３、センサー３４の他に空気マイクロメータや光学
的変位検出器を、さらに送りテーブル６の送り駆動手段
としては、油圧シリンダ７の他に電動モータ等を使用し
てもよい。以上要するに、この発明によれば、モデルと
ワークとが連動回転するように支持したワークヘッドを
傾斜可能に送りテーブルに設けるとともに、モデルの回
転に伴う倣いトレーサの変位を検出して送りテーブルの
送り量をフィードバック制御することにより、腕時計ケ
ースを所望の形状に自動倣いフライス切削するようにし
たので、次の様な効果を生じる。

‘１’作業が簡単であり、１名で３〜４台を操作できる
。

このことから、一次加工用の金型製作からケース仕上り
までの必要人数は、従来のプレス加工に較べて１／２〜
１／２．５になり、大中な省力化が達成される。

また、金型やプレス加工のための熟練技術者を多数動員
する必要がない。‘２’ １回の切削加工時間が短かい
ため、ステンレスのように切削加工工程が多くなりがち
なワ−クでも短時間で加工できる。

｛３｝ プレス加工に比較して、ワークが表面硬化しな
いこと、面粗度が小さいこと、角ダしがないこと等から
研摩加工時間が１／２程度に短縮する。

‘４｝ 従って、腕時計ケースのデザイン設定（モデル
製作）から仕上りまでの期間が著しく短かくなり、同時
に大中なコスト低減を図れる。

｛５｝ さらに、多種少量生産あるいは納期短縮が要求
される場合にも容易に対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の−実施例の正面図、第２図は同じく
左側面図である。 第３図は実施例の主軸ヘッドの要部断面図である。第４
図は実施例の可変傾斜ワークヘッドの一部切欠平面図、
第５図は同じく要部正面断面図である。第６図は実施例
のワークヘッドの右支持枠の右側面図、第７図は同じく
左支持枠の左側面図である。第８図Ａは実施例の被動歯
車（バックラッシ除去歯車）の姿部平面図、第８図Ｂは
その１−１断面図である。第９図は実施例の倣いトレー
サの左側面図、第１０図は同じく底面図である。第１１
図は実施例の加工サイクルを表す説明図である。第１２
図、第１３図は各々実施例の加工態様例の説明図である
。１・・・・・・ベッド、２・・・・・・コラム、３・
・・・・・主軸ヘッド、４・・・・・・Ｖベルト多段変
速装置、５・・・・・・電動モータ、６・・・・・・送
りテーフル、７・・・・・・油圧シリンダ（テーブル６
の送り駆動手段）、９・…・・左支持枠、１０・・・・
・・右支持枠、１１・・・・・・可変傾斜ワークヘッド
、１２……ワーク軸、１３……モデル軸、１４…・・・
油圧モータ（モデル鞠１３、ワーク軸１２の回転駆動手
段）、１５・・・・・・ワーク、１６・・・…モデル、
１７・・・・・・倣いトレーサ、２２・・・・・・油圧
制御装置、２３・・・・・・電気制御装置、３２・・・
・・・主軸、３６……フライス、３５……コレツト、５
０……ワ−クヘッド本体、７２・・・・・・駆動歯車、
７３・・・・・・被動歯車、７９・・・・・・回転位置
センサ、１１０・…・・補助歯車、１２３・・・・・・
倣いトレーサ本体、１２５・・・・・・微動ネジ装置、
１２８・・・・・・触針、１３２・・・・・・コイルバ
ネ、１３３・・・・・・磁気スケール、１３４・・・・
・・磁気センサ（倣いトレーサ１７の変位検出手段）。 第６図第１図 第２図 第７図 第３図 図 寸 舵 図 船 第８図（Ａ） 第８図（Ｂ） 図 ○ 船 図 〇 船 第１１図 第１２図 第１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ コラムの前面上部に主軸ヘツドを垂設するとともに
   、主軸ヘツドの下方に作業面が位置するようにヘツドを
   設けたフライス盤において、送りテーブルを前後方向に
   摺動自由なようにベツド作業面に設けるとともに、この
   送りテーブルを駆動する送り駆動手段を設け、送りテー
   ブルには支持枠を介して送りテーブルの摺動方向と直角
   方向の水平軸線を中心として傾斜しうるように可変傾斜
   ワークヘツドを支持し、可変傾斜ワークヘツドには回転
   駆動手段を設けるとともに回転駆動手段を介して互いに
   連動回転するモデル軸とワーク軸とを前記水平軸線と直
   角方向に互いに平行に支持し、さらに前記モデル軸に固
   定するモデルと同程度の高さに位置して前後方向に変位
   可能なトレーサ本体を備えた倣いトレーサを設けかつト
   レーサ本体の基準位置からの前進または後退方向の変位
   を検出する変位検出手段を設け、触針を介してモデルと
   トレーサ本体とを弾接し、モデルの回転に伴うトレーサ
   本体の変位を変位検出手段を介して検出してトレーサ本
   体が常に基準位置に復帰するように送り駆動手段を介し
   ての送りテーブルのフイードバツク制御をすることによ
   りワーク軸に固定したワークを自動倣いフライス切削加
   工するようにした自動倣いフライス盤。