JPS62199302A - 工作機械の工具送り装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は工作機械の工具送り装置に係り、特に固定状態
にあるワークの周りに工具ヘッドを回転してワークを切
削する工作機械の工具送り装置に関するものである。

〔従来の技術〕

軸物、例えばクランク軸のクランクビンを切削加工する
工作機械には、特公昭！ｙ　６−４５７２６号公報及び
特開昭５３−８００９２号公報等に見られるように種々
の形式のものが知られている。

このうち、ビンターニング旋盤の如き工作機械は、軸物
の両端を心神台により固定保持し、この軸物の外周囲に
工具ヘッドを旋回させると共に刃吻合に送りをかけて軸
物を所定径寸法に切削するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようなワーク固定、工具旋回形式の工作機械は、
軸物の両端を両主軸ヘッドの偏チャックで把持し、これ
を回転させると共に、固定側に設けた刃物台に送りをか
けて軸物の外形を切削する形式の工作機械に比し、チャ
ック機構が複雑、大型化することがないほか、機械本体
を高速アンバランス回転による撮動に耐える強固な構造
にする必要がなく、更に両主軸の駆動歯車列のバックラ
ッシュ、軸のねじれ剛性の差から両軸の相対位相ずれに
留意した設計にする必要がない等の点で有利となる反面
、工具ヘッドを被加工用軸物の周りに回転するための歯
車駆動機構及び刃物台を送り込むインフィード機構が複
雑かつ大掛りとなり、このため、工具ヘッドの高速回転
化が難しく、低速切削でしか加工できない問題があった
。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような従来の問題点を解決するためにな
されたもので、刃物送り機構の簡素化。

軽量化を可能にし、かつ加工速度の高速化を可能にした
工作機械の工具送り装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る工作機械の工具送り装置は、加工ユニット
本体に回転可能に設けた中空主軸と、この中空主軸に同
心にかつ一体に取り付けた主軸駆動歯車と、この主軸駆
動歯車に対向して上記中空主軸に相対回転可能に取り付
けられ、かつ上記主軸駆動歯車と歯数の異なる送り歯車
と、上記主軸駆動歯車及び送り歯車を回転駆動するモー
タと、上記主軸駆動歯車にその径方向に移動可能に設置
され、かつ被加工用軸物の外周に向け突設された切削刃
を有する工具送り台と、上記送り歯車にリング状に形成
され、かつ上記工具送り台に取り付けたカムフォロアが
押圧係合するインフィード用のカム溝とから構成したも
のである。

〔発明の作用〕

本発明においては、主軸駆動歯車がモータにより回転さ
れることにより、送り台を含んだ切削刃が被加工用軸物
の周りに旋回され、更に主軸駆動歯車と送り歯車が共に
モータにより回−転されることにより、両歯車間に回転
位相ずれが生じ、この回転位相ずれとカム溝により工具
送り台がインフィードされることになる。従って、ワー
ク固定工具旋回形式における送り機構が簡素化され、か
つ小型軽量化を可能にする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について説明する。

第１図、第２図及び第３図はそれぞれ本発明に係る工具
送り装置を備えた平面図、正面図及び第１図の■−■線
に沿う断面図であり、また、第４図及び第５図は本発明
における工具送り装置の詳細を示すものである。

第１図乃至第３図において、１はベッドで、その上面に
は前後方向に所定間隔をあけて平行な４条の第１．第２
．第３．第４案内面２ａ、２ｂ。

２ｃ、２ｄがベッド１の長手方向に沿って形成されてい
る。３は上記ベッド１の長平方向の一端側に位置して第
１案内面２ａと、これに隣接する第２案内面２ｂの後側
に位置する第３案内面２Ｃの上に跨ってベッド１の長手
方向に移動可能に設置した第１の心神台、４は上記ベッ
ド１の長手方向の他端側に位置して第２案内面２ｂと第
３案内面２ｃの後側の第４案内面２ｄの上に跨ってベッ
ド１の長手方向に移動可能に設置した第２の心神台であ
り、これら各心神台３，４は、被加工用軸物、例えばク
ランク軸５の両端ジャーナル部５ａを把持するチャック
６．７をそれぞれ同一軸線上に揃えて備え、そしてそれ
ぞれの心神台３．４の内部には、それぞれのチャック６
．７を操作する油圧シリンダ及びクランク軸５の各クラ
ンクピン５ｂを加工位置に割り出すためのインデックス
機構（いずれも公知技術であるため図示せず）が装着さ
れている。また、８は上記各心神台３，４間における第
１心理台３に近い側に位置してベッド１の第２．第４案
内面２ｂ、２ｄの上に跨ってベッド１の長平方向に移動
可能に設置したサドル、９はサドル８に対応してベッド
ｌに取り付けたＮＣす−ポモータで、このサーボモータ
９により回転されるボールねじｌＯはサドル８に設けた
ボールナツト１１に螺合され、サーボモータ９を駆動す
ることによりサドル８をクランク軸５の軸線方向に移動
できるようになっている。１２は上記サドル８上にその
移動方向と直交する方向に移動可能に設置した加工ユニ
ットで、この加工ユニット１２はサドル８に設置した油
圧シリンダ１３等によってサドル８と直交する方向に移
動されるものである。

上記加工ユニット１２は、第４図及び第５図に示すよう
に、ユニット本体１４内にこれをサドル８の移動方向と
同一の方向に貫通する中空主軸１５を備え、この中空主
軸１５は球軸受１１３ａ、１６ｂによってユニット本体
１４内に回転可能に軸支されていると共に、その前端に
は、ドーナツ板状の主軸駆動歯車１７がボルト１８によ
り同心にかつ一体に固着され、更に後端には軸受押え１
９がボルト２０によって一体に固着されており、この軸
受押え１９と、上記主軸駆動歯車１７と、該主軸駆動歯
車１７と球軸受１６ａとの間において中空主軸１５と嵌
合状態に介在したカラー２１とにより、各球軸受１５ａ
、１６ｂにプリロードを与えている。また、上記中空主
軸１５の前端外周に嵌合するカラー２１の外周には、リ
ング状の送り歯車２２が中空主軸１５に関して相対回転
可能に嵌合され、この送り歯車２２は上記主軸駆動歯車
１７と同径で、これより１歯ないし適数歯巾ない歯数を
有している。

上記主軸駆動歯車１７及び送り歯車２２は共通のピニオ
ンギア２３に噛合され、このピニオンギア２３は、上記
ユニット本体１４に回転自在に支持した駆動軸２４の一
端に固着され、その他端はユニット本体１４の後面に固
着したサーボモータ２５の回転軸２５ａにカップリング
２６によって連結されている。

一方、上記主軸駆動歯車１７の前面壁には、中空にクラ
ンク軸挿通用の穴２７ａを形成した工具送り台２７が、
第４図及び第５図に示す如く、該前面壁にボルト等によ
り取外し自在に固定した平行な１対のリテーナ２８ａ、
２８ｂによって主軸駆動歯車１７の直径方向に摺動可能
に支持されていると共に、上記中央穴２７ａの内壁には
、クランクピン等の軸物の外形を切削する切削刃２９が
内方へ突出して設けられており、更に上記工具送り台２
７の一端側にはローラ軸３０を支持するブラケット３１
が直角に貫通配置され、このブラケット３１はテーパリ
ング３２とボルト３３によって、工具送り台２７に一体
に固着されている。また、ブラケット３１の主軸駆動歯
車１７側への突出部は、主軸駆動歯車１７に穿設したブ
ラケット３１の外径より十分大きい穴１７ａ内に挿通さ
れており、そして、ローラ軸３０の送り歯車２２側への
突出端には、送り歯車２２の主軸駆動歯車１７側の接触
面に環状に形成したカム溝３４に係合するローラ式カム
′フォロア３５が取り付けられている。

上記カム溝３４は、第７図（ａｌの展開図に示す如く、
切削刃２９にインフィード方向における運動を与えるた
め、急速前進用リード部３４ａと、切削送り用リード部
３４ｂ、ドエル用リード部３４Ｃ３早戻し用リード部３
４ｄ及び送りゼロの部分３４ｅとから成るカム面を有し
、このカム面により切削刃２９に与えられる運動を１サ
イクルとしたｎ（整数）個のサイクルを与えるカム面を
有し、これらカム面はカム溝３４の１周の間に等分割に
形成されるものである。また、上記カム溝３４の各リー
ド部にカムフォロア３５を圧接してバックラッシュを除
去するために、カムフォロア３５の設置位置と反対の送
り台２７の他端部内側に圧縮ばね３６が装着され、この
圧縮ばね３６の両端はそれぞれ送り台２７と主軸駆動歯
車１７に固着したスタッド３７に係止されている。

上記ピニオンギア２３には歯車３８が噛合され、この歯
車３８はユニット本体１４に回転可能に支持した中間軸
３９に固着されていると共に、中間軸３９の中間部に設
けられたウオーム４０にはウオームホイール４１が噛合
され、更にウオームホイール４１の回転支持軸４２に、
第６図に示す如く円板４３を固着し、円板４３にリミソ
トスイッチ４４を動作させるドッグ４５が取り付けられ
ている。

上記ビニオンギア２３．歯車３８．ウオーム４０及びウ
オームホイール４１は、主軸駆動歯車１７と送り歯車２
２との間に３６０°／ｎの位相ずれを生じた時、ウオー
ムホイール４１が１回転してドッグ４５がリミットスイ
ッチ４４を作動させる歯車比になっている。これはカム
面による切削刃２９によるクランクピン５ｂの加工サイ
クルが１サイクル終了する毎にリミットスイッチ４４を
作動してサーボモータ２５に急制動をかけるためである
。　　１′ また、第５図において、工具送り台２７の他端には、中
空主軸１５を含めた主軸駆動歯車１７を定位置停止する
ためのドッグ４６が突設され、これに対向して早戻し後
退端に達した送り台２７で作動するリミットスイッチ４
７が配置されている。

次に、上記のように構成された本実施例の動作について
説明する。

クランク軸５のクランクピン５ｂを、ワーク固定、ツー
ル旋回で切削加工する場合は、まず、クランク軸５の長
さに応じて心神台３，４を第１゜第３案内面２ａ、２ｃ
及び第２．第４案内面２ｂ。

２ｄ上で移動させ、クランク軸５の長さに適合した位置
に固定する。その後、クランク軸５の両端ジャーナル部
５ａを各心神台３，４のチャック６゜７により把持する
。このとき、チャック６．７をインデックス機構が動作
して、クランク軸５の回転方向の位相法めがなされ、＃
ＩＰ、９３Ｐのクランクピン５ｂがジャーナル部５ａの
芯に対して水平になった状態におかれる。

そして、サーボモータ９を駆動してボールねじ１０を回
転することにより、サドル８を第１図において矢印Ａ方
向に移動させ、切削刃２９を、例えば＃４Ｐのクランク
ピン５ｂに対向するように位置決めをする。＃４Ｐクラ
ンクピン５ｂへの切削刃２９の位置割り出しが完了した
ならば、油圧シリンダ１３を作動して加工ユニット１２
を、＃ＩＰ、＃４Ｐのクランクピン５ｂの中心に中空主
軸１５の軸線が一致する位置に移動させ、工作機械をク
ランクピン切削モードに移行させる。

工作機械の切削モード設定により切削用のサーボモータ
２５が起動されると、その回転は駆動軸２４及びピニオ
ンギア２３を介して主軸駆動歯車１７及び送り歯車２２
に伝達される。これに伴い主軸駆動歯車１７は中空主軸
１５と一体に回転されると共に、送り歯車２２はカラー
２１の周囲を回転することになる。

ここで、主軸駆動歯車１７の歯数をＭとすると、送り歯
車２２の歯数はＭ−１となる。従って、主軸駆動歯車１
７がＮ回転すると、送り歯車２２はＮ＋１回転する。即
ち、主軸駆動歯車１７と送り歯車２２との間に１回転分
に相当する位相ずれが生じ、°この両者間のずれ回転と
カム溝３４によって工具送り台２７をインフィードさせ
る。

即ち、両歯車１７．２２間の相対的な回転ずれに伴い、
圧縮ばね３６により常時圧接されているカムフォロア３
５が、第７図（ａｌにおいてカム溝３４内を送りゼロの
部分３４ｅから急速前進用リード部３４ａに係合すると
、送り台２７を含めた切削刃２９は、リード部３４ａに
よってクランクピン５ｂ（＃４Ｐ）へ近接する方向へ急
速前進される。そしてカムフォロア３５がリード部３４
ｂに移行すると、送り台２７はインフィード量の小さい
切削送りに入り、クランクピン５ｂ（９４Ｐ）の外径を
切削刃２９により切削加工する。次のドエル用リード部
３４ｃの領域では、クランクピン５ｂの外径を定寸法に
仕上げ切削する。そして、ドエル用リード部３４Ｃを通
過して早戻し用リード部３４ｄにカムフォロア３５が係
合するようになると、切削刃２９を含めた送り台２７に
早戻しがかかり、切削刃２９を切削完了のクランクピン
５ｂ（９４Ｐ）から離間する方向へ急速後退させる。

上記切削サイクル時のサーボモータ２５の速度パターン
を第７図（ｂ）に示す。この第７図（ｂ）において、両
歯車１７．２２の相対ずれ角度θ１からθ２の領域では
、サーボモータ２５は一定の速度ｖ２で高速回転される
。

一方、クランクピン５ａの定寸切削が完了した後、送り
台２７が早戻しに移行され始めると、ピニオンギア２３
．ウオーム４０．歯車４１及び軸４２を介して回転され
る円板４３が１回転して、そのドッグ４５がリミットス
イッチ４４をたたき、これによるリミットスイッチ４４
のＯＮ信号をサーボモータ２５の制御回路（図示せず）
に加えることでサーボモータ２５に急制動をかけ、サー
ボモータ２５の回転速度を第７図（ｂｌに示す如く予め
定めた低速度ｖ１にする。そして、送り台２７の早戻し
動作が実行して、両歯車１７．２２の相対ずれ回転角度
が３６０°／ｎ、即ち切削刃２９の運動のＦサイクルが
終了する角度θ３になると、送り台２７に設けたドッグ
４６がリミットスイ・ソチ４７をたたき、これによるリ
ミットスイッチ４７のＯＮ信号をサーボモータ２５の制
御回路に加えることでサーボモータ２５を停止させる。

この時の停止位置は、クランク軸５のカウンタウェイト
と１８０°の回転位相差を持つ位置であり、第４図に示
すような切削刃２９とクランクピン５ｂ（＃４Ｐ）との
位置関係となる。このようにするのは、上述する停止位
置が大きくずれると、加工ユニット１２をクランク軸５
の軸線方向に移動するとき、切削刃２９とクランク軸５
とが干渉するからである。

また、中空主軸１５の停止位置が正常であっても工具ユ
ニット１２のクランク軸長手方向の位置決めが不良であ
ったり、クランク軸５の回転方向の位置割出しが不良の
場合を考慮して、サーボモータ２５を起動する時も低速
、かつトルク制限を与えた状態で中空主軸１５を１回転
させ、切削刃２９とクランク軸５とが正常な位置関係で
あるか否かを確認させる。この場合の制御は図示しない
タイマにより行なわれるもので、第７図（ｂ）のθ０〜
θ１の範囲に相当する。

もし、中空主軸１５の１回転中にクランク軸５と切削刃
２９とが干渉したならば、その干渉時点で中空主軸１５
の回転がストップするから、セ・ノドされたタイマ以上
に時間が経過しても中空主軸１５は１回転せず、従って
、かかる異常は容易に発見できると共に、工作機械の切
削サイクル停止も可能になる。

クランク軸５の３番ピン（＃ＩＰ）を切削する場合は、
サーボモータ９を動作させてサドル８を＃４Ｐから＃Ｉ
Ｐ側へ移動し、切削刃２９を＃ＩＰが切削し得る位置へ
位置決めする。その後は上記と同様にしてサーボモータ
２５を駆動することで所望の切削加工がなされることに
なる。

また、＃２Ｐ、＃３Ｐを切削加工する場合は、チャック
６．７のインデックス機構を動作させて、＃２Ｐ、＃３
Ｐのクランクピン５ｂが中空主軸１５の回転中心に位置
されるようクランク軸５の１８０°旋回割り出しを行な
い、以下同様にしてサーボモータ９及びサーボモータ２
５を駆動することで＃２Ｐ、＃３Ｐの切削を行なわせる
。

なお、上記実施例においては、加工ユニット１２を第１
の心理台３の側に１個設けたものについて説明したが、
加工ユニット１２と同様な構成の他の加工ユニットを第
２の心理台４の側に加工ユニット１２と点対称的に配置
して、これら２つの加工ユニットを個別にあるいは同時
に作動させてクランク軸５の切削加工を行なうようにす
ることもできる。

本発明における工具送り装置は、上記実施例のようなり
ランク軸のクランクピンの切削加工に限らず、円筒カム
、その他の軸物の加工にも利用できることは勿論である
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、両端支持された固定軸物
の周りに切削刃を回転させるための主軸駆動歯車と切削
刃をインフィードするための送り歯車とを互いの軸線を
一致させて相対回転可能に設け、そして両歯車の歯数を
異ならしめると共に、共通のピニオンギアを介して主軸
用モータにより回転することにより、両歯車間に回転位
相ずれを生じさせ、この回転位相ずれを利用して、主軸
駆動歯車に径方向に移動可能に設置した切削刃送り台を
、送り歯車にリング状に形成したインフィード用カム溝
によりインフィードさせる方式としたものであるから、
刃物送り機構を簡素化及び小型軽量化できると共に、軽
量化及び回転バランスのとれたものとすることにより、
主軸の回転を高速にでき、これに伴い加工速度の高速化
及び加工能率の向上が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る工具送り装置を備えたクランク軸
切削用工作機械の平面図、第２図はその正面図、第３図
は第１図のｍ−ｍ線に沿う断面図、第４図は本発明にお
ける工具送り装置の一例を示す断面図、第５図は第４図
のＶ−Ｖ線に沿う側面図、第６図は本発明におけるサー
ボモータ制動指令部の説明用断面図、第７図ｆａｌは本
発明における刃物インフィード用カム溝の説明用展開図
、第７図（ｂｌは刃物インフィード用カム溝に対応した
主軸サーボモータの速度パターン図である。 １２・・・加ニーｆｆ−ニット、１４・・・ユニット本
体、１５・・・中空主軸、１７・・・主軸駆動歯車、２
１・・・カラー、２２・・・送り歯車、２３・・・ビニ
オンギア、２４・・・駆動軸、２５・・・主軸用サーボ
モータ、２７・・・工具送り台、２９・・・切削刃、３
４・・・インフィード用カム溝、３５・・・カムフォロ
ア、３６・・・圧縮ばね。 第５図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）加工ユニット本体に回転可能に設けた中空主軸と
   、この中空主軸に同心にかつ一体に取り付けた主軸駆動
   歯車と、この主軸駆動歯車に対向して上記中空主軸に相
   対回転可能に取り付けられ、かつ上記主軸駆動歯車と歯
   数の異なる送り歯車と、上記主軸駆動歯車及び送り歯車
   を回転駆動するモータと、上記主軸駆動歯車にその径方
   向に移動可能に設置され、かつ被加工用軸物の外周に向
   け突設された切削刃を有する工具送り台と、上記送り歯
   車にリング状に形成され、かつ上記工具送り台に取り付
   けたカムフォロアが押圧係合するインフィード用のカム
   溝とから構成したことを特徴とする工作機械の工具送り
   装置。
2. （２）インフィード用カム溝が、急速前進用リード部、
   切削送り用リード部、ドエル用リード部、早戻し用リー
   ド部及びリードゼロの部分を１加工サイクルとして、こ
   れを複数備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の工作機械の工具送り装置。
3. （３）送り歯車の歯数が主軸駆動歯車の歯数より１歯少
   なくなっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の工作機械の工具送り装置。