JPS62120957A - 工作機械におけるユニバ−サルヘツド - 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】 産業−Ｆの１！Ｉ！ この発明は、工作機械におけるユニバーサルヘッドに関
する。

先りへＬＬ 工作機械は、ＣＮ　Ｃ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　　Ｎ　ｕｍ
ｅｒｉｃａｌ　　Ｃｏｎｔｒｏｌ　）装置により複雑な
コント［１−ルが行なえるようになっている。

たとえば、立形マシニングヒンタのような工作■緘は、
ワークに対して加工が容易にできるように、Ｘ％Ｙ方向
に動くテーブルやＺ方向（上下方向）に動く主軸頭を持
っている。

これらは、ＣＮＣ装置によりコントロールされる。

明が解トしようとする　　１、 この種の工作機械により、たとえば直方体のワークの第
１面に直線状の溝加工をし、第１面と隣接する第２面に
円形状の溝加工をする場合を考える。

まず、ワークは第１面を上方の工具に向けた状態でテー
ブルーヒに固定する。主軸頭を下げてテーブルを水平に
動かして第１面に工具により直線状の溝加工をする。そ
のあと主軸頭を一旦上昇させる。

次に、ワークはテーブルより一度はずして、第２面が工
具に向くようにワークを再度固定する。そして、主軸頭
を下げて、Ｘ１Ｙテーブルを動かして第２面に円形状の
溝を工具により加■づる。

このＪ：うな多様な加工をするには、ワークを少な（と
も２度テーブルに設定しなければならず、加工作業能率
の向上の妨げとなり作業の自動化が図れない。

ｍ江 この発明は、上記問題点を解消し、ワークを一度設定し
ただけで、曲線状や直線状の溝などの加工をワークに施
すことのできる工作機械におけるユニバーサルヘッドを
提供することを目的とする。

１１へＬＬ この発明は主軸頭側には第１アームの一端を接続し、第
１アームは主軸頭に対して第１駆動手段により所定角度
回転可能であり、第１アームの他端の中心軸が主軸の中
心軸と所定角度で交差しており、第１アニムの他端には
第２アームの一端を接続して、第２アームは第１アーム
に対して第２駆動手段により所定角度回転可能であり、
第２アームの他端の中心軸は第１アームの他端の中心軸
と所定角度で交差し、第１アーム内から第２アーム内に
かけて各々の中心軸に沿って伝動手段が支持してあり、
伝動手段の一端は主軸に連結しかつ第２アームの（ｌ！
！端側にある伝動手段の他端には工具を設定し、主軸の
回転により伝動手段を介して工具を回転可能な構成であ
る工作機械におけるユニバーサルヘッドを要旨としてい
る。

ＬＬを　”づ゛るＩこめの； 第３図を参照する。

主軸頭１１側には？Ｒ１アーム２５の一端２６を接続づ
る。第１アーム２５は主軸頭１１に対して第１駆動手段
９１により主軸頭１１の主軸１８の中心軸１．１を中心
に所定角度回転可能である。第１アーム２５の他端２７
を通る中心軸Ｌ２が主軸１８の中心軸Ｌ１と所定角度θ
１で交差している。

第１アーム２５の他端２７には第２アーム２８の一端２
９を接続する。第２アーム２８は第１アーム２５に対し
て第２駆動手段６２により第１アーム２５の他端２７の
中心軸Ｌ２を中心にして所定角度回転可能である。

第２アーム２８の他端３０の中心軸Ｌ３は第１アーム２
５の他端２７の中心軸Ｌ２と所定角度θ２で交差し、第
１アーム２５内から第２７−１１２８内にかけて各々の
中心軸に沿って伝動手段３１が支持しである。

伝動手段３１の一端は、主軸１８に連結し、かつ第２ア
ーム２８の他端３０側にある伝動手段３１の他端には、
工具６１を設定する。

主軸１８の回転により伝動手段３１を介して工具６１を
回転可能である。

作Ｊ也 第１駆動手段９１のサーボモータ９２を作動させること
で、第１アーム２５は主軸頭１１に対して所定角度回転
できる。そして第２駆動手段６２のサーボモータ６３を
作動させることで、第２アーム２８は第１アーム２５に
対して所定角度回転できる。

したがって、第２アーム２８の工具６１を水平、垂直方
向などに向けて主軸１８を回転することでワークに曲線
状や直線状の溝などの加工が施せる。

第１図と第２図はこの発明の実施例のユニバーサルヘッ
ド１が設定された工作機械２を示している。

この工作機械２は、工作機械の本体３、ＣＮＣＶｔ’ａ
４および操作盤５を有している。

本体３は、立形マシニングセンタである。

本体３のベース６上には、第１テーブル７と第２デープ
ル８が設けである。第１テーブル７は第２テーブル８上
をサーボモータ９により第１図矢印Ｘ方向に移動できる
。第２テーブル８はベース６上をサーボモータ１ｏによ
り第２図矢印Ｙ方向に移動できる。本体３の主軸頭１１
はコラム１２のレール１３に沿ってサーボモータ１４に
より第２図矢印２方向に上下移動できる。

本体３は、この他に自動工具交換装置１５と工具マガジ
ン１６を有している。

ユニバーサルヘッド１は、第３図に示しである。ユニバ
ーサルヘッド１は主軸頭１１の下端に設定しである。

主軸１８は、軸受１９〜２１を介して主軸頭１１内に回
転可能に支持しである。この主軸１８内にはスリーブ２
２およ′びテーパ支持部２３が取付けである。このスリ
ーブ２２内にはコレット２４が内挿しである。

ユニバーサルヘッド１の基部９０は、その一端が主軸頭
１１の取付部１１ａに対してネジ１１ｂを介して取付け
である。

この基部９０の他端には第１アーム２５の一端２６が接
続しである。第１アーム２５の一端２６が基部９０の取
付部９０ａにかみ合っている。この第１アーム２５は基
部９０に対して回転可能である。

第１アーム２５は中間位置で折れまがっており、主軸の
中心軸１．１と？Ａ１アーム２５の他端２７の中心軸Ｌ
２は、角度θ１、好ましくは４５″′で交差している。

第１アーム２５の他端２７には、第２アーム２８が接続
されている。すなわち、第２アーム２８の空間２８ａに
第１アーム２５の他端２７が挿入され、かつ第２アーム
２８の一端２９が他端２７の取付部２７ａにかみ合って
いる。この第２アーム２８は、第１アーム２５に対して
回転可能である。この第２アーム２８はその中間部にお
いて折れまがっており、一端２つの中心軸Ｌ２と第２ア
ーム２８の他端３０の中心軸Ｌ３とは角度θ２、好まし
くは４５″で交差している。

次に第１アーム２５および第２アーム２８の各中心軸し
１〜Ｌ３に沿って支持された伝動手段３１について説明
する。

主軸１８のテーパ支持部２３には、ホルダ３２のテーパ
部３２ａが嵌込まれている。ホルダ３２のプルスタッド
３３は、コレット２４に嵌込まれ、かつ上方に引張り上
げである。

ホルダ３２は、ストッパ１１ｃおよびネジ１１ｄを介し
て主軸°１８に対して回り止めが施されている。ホルダ
３２およびその軸３４の各中心軸は、主軸１８の中心軸
Ｌ′１と一致している。軸３４は、第１アーム２５の一
端２６内に軸受３５ａ　、３６ａ　、３５．３６を介し
て回転可能に取付けである。一方、第１アーム２５の他
端２７には、軸４３が軸受３８〜４２を介して回転可能
に支持しである。この軸４３の中心軸は、中心軸Ｌ２と
一致している。軸４３の上端と下端にはかさ歯車４４−
と４５がそれぞれ設定されている。かさ歯車４４と、軸
３４に取付けられたかさ歯車３７は、第１アーム２５の
空間２５ａに位置され噛合っている。

第２アーム２８の他端には、軸４６が軸受４７〜５０を
介して回転可能に支持しである。

この軸４６の中心軸は、中心軸Ｌ３と一致している。軸
４６の一端にばかさ歯車５１が取付けられている。この
かさ歯巾５１とかさ歯巾４５は、第２アーム２８の空間
２８ａ内に位置しており、互いに噛合っている。軸４６
のテーバ支持部５２には、ツールホルダ５３のテーパ部
５４が１■込まれている。ツールホルダ５３のプルスタ
ッド５５は、軸４６内に設けられた付勢手段５６により
固定されている。この付勢手段５６はスプリング５７と
ボール５８からなる。ツールホルダ５３は、ネジ５９お
よびストッパ６０により軸４６に対して回り止めが施さ
れている。さらにツールホルダ５３には、工具６１が取
付けである。

この工具は、たとえばエンドミル等である。

次に第１駆動手段９１を説明する。サーボモータ９２は
、基部９０の他端に取付ＧＪである。サーボモータ９２
の出力軸９５には、ウオーム９３が取付け′Ｃある。第
１アーム２５の一端２６には、ウオームホイール９４が
取付けである。このウオームホイール９４とウオーム９
３は噛合っている。サーボモータ９２を回転することに
より、矢印Ｐ′方向に第１アーム２５を中心軸Ｌ１を中
心として回転でさるようになっている。

次に第２駆動手段６２を説明する。サーボモータ６３は
、第１アーム２５の他端２７に取付けである。サーボモ
ータ６３の出力軸６４には、ウオーム６５が取付けであ
る。一方第２アーム２８の一端２９には、ウオームホイ
ール６６が取付けである。このウオームホイール６６と
ウオーム６５は噛合っている。

サーボモータ６３を回転することにより、矢印Ｒの方向
に第２アーム２８を中心軸Ｌ２を中心として回転できる
にうになっている。

サーボモータ６３．９２とすでに述べたサーボモータ９
．１０１１４は、たとえばＤＣサーボモータが採用でき
る。また、主軸１８は、第２図に示すモータ１８ａによ
り回転できるようになっている。

次に、サーボモータ６３．９２，９．１０．１４の制御
系を第４図を中心にして説明する。。

ＣＮＣＲ置４装、第４図に示すように中央処理装置（以
下ＣＰＵという）６７を内蔵している。

ＮＯチー７７６のＮＯプログラムはテープリーダ７７に
より読み込まれ、たとえばフロッピ７つのフロッピディ
スクにアドレス／データバスＡＤを介して一旦記憶され
る。

サーボモータ６３を制御するサーボ系６８は、ＣＰＵ６
７にアドレス／データバスＡＤを介して接続しである。

またサーボモータ９．１０．１４．９２を制御する各サ
ーボ系６９〜７１．９６は、同様にＣＰＵに接続しであ
る。

サーボ系６８〜７１．９６は公知のもので・、同様の構
成であり、サーボ系６８を代表して説明する。なお、サ
ーボ系９６には、サーボ系６８の符号７２〜７５と８０
〜′８２に対応する箇所には同様の′？、Ｊ号１７２・
〜１７５．１８０〜１８２を記し、サーボ系６９．７０
゜７１の構成は図面の簡単化のためにその図示を省略す
る。

位置制御部７２は、パルス整形・方向判別回路７３、偏
差カウンタ７４、Ｄ／Ａ変換器７５を有する。

フロッピ７９からＮＯプログラムがＣＰＵ６７に入力さ
れる。ＣＰＵ６７は、このＮＯプログラムに基づいてパ
ルス整形・方向判別回路７３に対して、移動指令パルス
７２ａと、サーボモータ６３の回転方向を定める指令符
号７２ｂを送るようになっている。

位置制御部７２の後段には速度制御部８０が接続しであ
る。速度制御部８０１．、はサーボモータ６３が接続し
である。このサーボモータ６３の出力軸には、タコジェ
ネレータ８１とパルスジェネレータ８２が連拮しである
。

タコジェネレータ８１はサーボモータ６３の回転数検出
をづるためのものである。タコジェネレータ８１の出力
電圧は回転数に比例し、出力電圧の（＾性はサーボモー
タ６３の回転方向により決まる。

パルスジェネレータ８２は、サーボモータ６３の回転移
動聞く回転角）を検出する。パルスジェネレータ８２の
パルス出力数は回転移動間に比例し、パルス出力の極性
はサーボモータ６３の回転移動方向によって決まる。

タコジェネレータ８１は速度制御部８０に接続されてい
る。パルスジェネレータ８２はパルス整形・方向判別回
路７３に接続されている。

偏差カウンタ７４は、移動指令パルス７２の数と、パル
スジェネレータ８２からフィードバックされる移動フィ
ードバックパルス数の差（溜りパルス）を誤差出力電圧
として出力する。この出力電圧の大きさは差の大きさに
比例し、出力の極性は差の極性により決まる。

このデジタル値である誤差出力電圧は、Ｄ／Ａ変換器を
換器でアナログ値に変換して速度指令電圧として速度制
御部８０に与える。

速度制御部８ｏは、タコジェネレータ８１からの速度フ
ィードバック電圧と速度指令電圧とを比較する。この両
者の電圧差を増巾する。サーボモータ６３の速度は両者
の電圧差が零に近ずくように制御される。

サーボモータ６３の回転量始時には、移動指令パルス７
２ａがパルス整形・方向判別回路７３を介して偏差カウ
ンタ７４に入力されると、このカウンタ７４にパルスが
積算される。この溜りパルスは、Ｄ／Ａ変換器７５で速
度指令電圧に変換されて速度制御部８０に入力される。

したがってサーボモータ６３は回転を始める。サーボモ
ータ６３が回転を始めると、パルスジェネレータ８２か
ら回転角に比例したパルスが発生して偏差カウンタ７４
に入力される。これにより、１１シ差カウンタ７４内の
溜りパルスは減算される。

移動指令パルス７２ａが引き続いて入力されれば、サー
ボモータ６３は連続回転し、偏差カウンタ７４は一定の
溜りパルス数を保つ。

サーボモータ６３の回転速度は移動指令パルス７２ａの
周波数に比例する。

移動指令パルス７２ａの入力が止まると、ＦＡ差カウン
タ７４の溜りパルスが零になるまでサーボモータ６３は
回転して、零になると停止する。

第４図、第８図°と第９図を参照して説明ずれば、たと
えば、移動指令パルス７２ａの数に基づいて第２アーム
２８は、第１アーム２５に対して第７図に示す状態から
１８０°回転して第８図に示す状態に変えることができ
る。

また、サーボモータ９２もサーボモータ６３と同様にた
とえば移動指令パルス１７２ａの数に基づいて、基台９
ｏに対して３６０゜回転可能である。

サーボ系６９〜７１のサーボモータ９．１０．１４も同
様にして制御される。すなわち、主軸頭１１、テーブル
７．８は、移動指令パルスと指令符号に基づいてそれぞ
れ所定位置に移動できる。

ところで主軸モータ１８ａは、シーケンス制御部８３の
指令により所定回転数で回転される。このシーケンス制
御部８３はインターフェース８４を介してＣＰＵ６７の
アドレス／　７’　−タバスＡＤに接続されている。各
サーボモータ９．１０．１４．６３．９２と主軸モータ
１８ａはＣＰＵ６７の指令により別々にチｈかせる。ま
た、操作盤５はケーブル１７（第２図参照）を介してＣ
ＰＵ６７、シーケンス制御部８３と本体３のたとえばリ
ミットスイッチ（図示せず）などに接続しである。

次に、ＮＣプログラムに基づいて、たとえばワークＷの
上面Ｗ２に円形状の溝９７と直線状の満８７を加工し、
側面Ｗ１に直線状の溝８６を加工する場合について説明
する。

（第５図〜第８図参照） まず、第５図に示すようにワークＷを第１テーブル７上
にストッパ８５を介して設定する。操作Ｗ１４５の自動
運転ボタンを押して、第１テーブル７をサーボモータ９
により矢印Ｘ方向に動かす、、（第１図参照）そして、
第２テーブル８をサーボモータ１０により矢印Ｙ方向に
動かすつ このようにして、ワークＷを所′定の位置に位置決めす
る。一方、ユニバーサルヘッド１の第２アーム２８は、
すでに第３図の状態から１８０°回転して第５図の状態
にしである。

すなわち、工具６１は、垂直下方に向き、かつワークＷ
の上面Ｗ２に対面している。

次に、サーボモータ１４により主軸頭１１を矢印Ｚ方向
に下げて、かつ主軸モータ１８ａ　（第１図参照）を回
転して工具６１を回す。

工Ｒ６１を上面Ｗ２に所定深さ切込む。そして、サーボ
モータ９２を作動して第１アーム２５と第２アーム２８
を主軸頭１１に対して３６０°回転する。

このようにすることで、第６図に示すような円形状の溝
９７を形成できる。加工後、主軸頭１１を上昇する。

第１テーブル７と第２テーブル８を移動して（第１図と
第２図参照）、第７図に示すようにワークＷを新しい所
定位置に位置決めし、主軸頭１１を下げてワークＷの上
面Ｗ２に工具６１を切込ませる。そして、第２テーブル
８を第２図矢印方向く右方向）に移動して、。

上面Ｗ２に溝８７を形成する。そして主軸頭１１を上界
する。

続いて、第１テーブル７と第２テーブル８を再び移動す
る。このようにして、第８図に示ずようにワークＷをさ
らに新しい所定の位置に位置決めする。ユニバーサルヘ
ッド１の第２アーム２８は、第７図の状態から１８０°
回転して、第３図と第８図に示すように工具６１を図面
水平左方向に向ける。そして、サーボモータ１４により
主軸頭１１を下げて、工具６１と側面Ｗ１を対面させる
。

主軸モータ１８ａを回転して工具６１を回し、第１テー
ブル７を第５図右方向に移動して工具６１をワークＷの
側面Ｗ１に切込ませる。そして、第２テーブル８を第２
図矢印Ｙ方向（右方向）に移動して、側面Ｗ１に満８６
を形成する。

このように、ワークＷを一度第１テーブル７上に設定す
るだけで、ユニバーサルヘッド１のアーム２８を所定角
度回転すればワークの多面の加工ができる。

上述したのは１つの加工例にすぎない。サーボモータ９
２．６３を同時に作動させれば、三次元的に複雑な曲線
加工ができる。

ところで、サーボモータはＤＣサーボ形のものに限らず
ＡＣサーボ形のものでもよい。

またサーボモータに代えてステッピングモータを用いて
もよい。

また、中心軸Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の交差する角度θ１．０
２は４５°にすれば、直方体のワークＷの上面と側面に
対して垂直に工具６１を当てることができる。しかし、
角度θ１、θ２を４５″以外に設定したユニバーサルヘ
ッドを用意づれば、ワークの上面などに対して所望の角
偵Ｃ工具６１を当てることができる。

旦ｎ）］　（７）　９）＞　くし 以上説明したようにこの発明によれば、テーブルにワー
クを一度設定するだけで、曲線状や直線状の溝加工など
をワークに施すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のユニバーサルヘッドが設定された工
作機械を示す正面図、第２図は同工作機械の側面図、第
３図はユニバーサルヘッドの断面図、第４図はサーボ系
とＣＮＣ装δなどを示す図、第５図はユニバーサルヘッ
ドによろウークの加工例を承り図、第６図は加工された
ワークの斜視図、第７図と第８図はユニバーサルヘッド
によるワークの加工例を示す図である。 １、、、、、、、ユニバーサルヘッド ２、、、、、、、工作機械 ４、、、、、、、ＣＮＣＭ！ ９．１０，１４． ６３．９２．、、サーボモータ １８、、、、、、主軸 ２５、、、、、、第１アーム ２８、、、、、、第２アーム ３１、、、、、、伝動手段 ６１、、、、、、工具 ６２、、、、、、第２駆動手段 ９０、、、、、、基部 ９１、、、、、、第１駆動手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸頭側には第１アームの一端を接続し、第１ア
   ームは主軸頭に対して第１駆動手段により所定角度回転
   可能であり、第１アームの他端の中心軸が主軸の中心軸
   と所定角度で交差しており、第１アームの他端には第２
   アームの一端を接続して、第２アームは第１アームに対
   して第２駆動手段により所定角度回転可能であり、第２
   アームの他端の中心軸は第１アームの他端の中心軸と所
   定角度で交差し、第１アーム内から第２アーム内にかけ
   て各々の中心軸に沿って伝動手段が支持してあり、伝動
   手段の一端は主軸に連結しかつ第２アームの他端側にあ
   る伝動手段の他端には工具を設定し、主軸の回転により
   伝動手段を介して工具を回転可能な構成である工作機械
   におけるユニバーサルヘッド。
2. （２）前記第１アームの他端の中心軸は、主軸の中心軸
   と４５°の角度で交差し、かつ第２アームの他端の中心
   軸は第１アームの他端の中心軸と４５°の角度で交差し
   ている特許請求の範囲第１項記載の工作機械におけるユ
   ニバーサルヘッド。