JPS6242726B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工作機械、特にマシニングセンタのよ
うな数値制御工作機械における回転工具の径方向
の切込み制御方法及び装置に関するものである。

従来、例えばアシニングセンタのような数値制
御工作機械において、工具刃先の径方向の切込み
を制御する場合には、主軸に偏心機構を内蔵し、
この偏心機構を介して工具刃先を径方向に移動さ
せることによつて行なわれているが、このような
方式によると、主軸に大きな径の偏心内孔をほぼ
全長にわたつてあけなければならないので、加工
が困難であることに加えて主軸の剛性の低下をき
たしたり、剛性を維持するためには主軸の外径を
大きくしなければならないという困難が生ずる
他、偏心量を大きくとることができないので、回
転工具の径方向の切込み量にも制限があるという
問題があつた。

本発明は工作機械、特に先端部に交換可能に工
具保持具をはめて回転する主軸を備え、工具保持
具によつて保持された回転工具と被加工物との間
における相対的移動によつて加工を行なうマシニ
ングセンタのような数値制御工作機械において、
回転工具の径方向の切込み制御を主軸に偏心機構
を内蔵することなく、従つて加工が容易であり且
つ主軸の剛性の低下や、主軸の外径を特に増大す
ることなく、しかも、従来の主軸に偏心機構を内
蔵した方式に比べてより大きな径方向の切込みの
制御が可能である新規な切込みの制御方法及び装
置を得ることをその目的とするものである。

以下、本発明をその実施例を示す添附図面の第
１〜６図に基づいて説明する。

まず、実施例の説明に入る前に、本発明によつ
て工具保持具に偏心機構を設けることによつて、
回転工具の径方向の切込みを制御する原理を第１
図について説明する。

第１図は、主軸の先端部に交換可能にはめられ
た工具保持具を示す正面図であるが、図におい
て、Ｓを主軸の中心、Ｃを回転工具２００を取付
けた工具保持具の工具保持軸の偏心軸中心、ｅを
偏心量、２００を工具保持軸に取付けられた回転
工具、θを偏心軸の回転角度、P₀を偏心軸の回転
基準角度位置（θ＝０の位置）における工具２０
０の刃先の位置、Ｐを偏心軸の回転角度がθの位
置における工具２００の刃先の位置とし、 ；偏心軸中心Ｃから刃先位置Ｐまでの距離
（刃具により決定される） ；出軸中心Ｓから刃先位置Ｐまでの距離（切
削穴の半径となる） ；偏心量ｅ（工具によつて決定される） θ；偏心軸の回転角 とすると、次ぎの関係式が成立つ。

及びは一定であるから、サーボモータ４
０によつて偏心した工具保持軸１１２を回転さ
せ、θを制御することによつて、切削すべき被加
工物穴に対応する工具刃先の切削回転半径γ＝
SPを最小γminから最大γmaxまでの間で制御す
ることが可能となる。この場合、γminは、偏心
した工具保持軸１１２が基準角度位置P₀、すなわ
ち、θ＝０において生ずる工具刃先Ｐの最小切削
回転半径であり、γmaxは、θ＝180゜において
生ずる最大切削回転半径であり、その差γmax−
γmin＝2eが、最大切込み量となる。従つて、サ
ーボモータ４０と偏心した工具保持軸１１２との
減速比を適宜に設定すれば、例えば１パルス当た
り工具保持軸をθ＝０゜から180゜の間において
0.001゜ずつ回転角の制御とすることができ、そ
れ故、工具刃先Ｐの切込みを０から最大2eまで制
御することのできることが分かる。なお、以上に
おいて、かつこ内の符号は、第２〜６図に記載さ
れているものである。

次ぎに、この原理に基づいて作動をするように
構成されている本発明装置の１実施例を説明す
る。

数値制御工作機械に実施された第２〜６図に示
す本発明装置は、Ａ主軸頭、Ｂ切込み制御歯車
箱、Ｃ径方向回転制御工具保持具の３個のユニツ
トから成立つているが、各ユニツトの機能は、次
ぎのとおりである。

(A) 主軸頭 切削工具に回転切削力を与える主軸の駆動機
構であり、主軸頭本体に取付けられる主電動機
と、その回転を変速する歯車機構と、径方向制
御回転工具を装着固定するための主軸とから成
立つている。

(B) 切込み制御歯車箱 主軸と、切込み制御軸との同期回転及び同期
回転にサーボモータの回転を重畳させ、両軸に
相対回転を生じさせる差動歯車機構と、その相
対回転を径方向制御回転工具の送り軸に連続さ
せる連結機構とから成立つている。

(C) 径方向制御回転工具保持具 主軸と、切込み制御軸との相対回転の減速
と、その回転を偏心機構を利用して工具刃先の
径方向の送りに変える機構と、工具保持具を主
軸に着脱する時に工具保持軸を自動的にクラン
プ及びアンクランプする錠止め機構とから成立
つている。

次ぎに、これらのユニツトの組合わせによつ
て構成される（）回転伝達機構、（）連結
機構、（）径方向制御回転工具制御機構につ
いて、別々に説明する。

() 回転伝達機構（第２図甲） 主軸頭Ａの本体に回転自在に軸支され図示さ
れていない駆動機構を介して回転駆動される主
軸２の後端部に取付けられた歯車３が、切込み
制御歯車箱Ｂの本体４に回転自在に軸支されて
いる歯車５をアイドル歯車として歯車６に主軸
２の回転を伝達する。歯車６は、差動歯車箱７
に回転自在に軸支されている軸８に固定されて
おり、差動歯車箱７内の歯車９に回転を伝達す
る。ここで、切込み制御歯車箱Ｂの本体４は、
主軸頭Ａの本体１に固定されており、差動歯車
箱７は、切込み制御歯車箱Ｂの本体４に軸受１
０及び１１によつて回転自在に軸支されてい
る。歯車９は、差動歯車箱７に回転自在に軸支
されている軸１２の上の歯車１３にかみ合つて
おり、また、この軸１２の上の歯車１４は、差
動歯車箱７の回転中心と同心である貫通穴に軸
受１６及び１７によつて軸支されている軸１８
に固定されている歯車１５にかみ合い、歯車１
４の回転を軸１８を経て差動歯車箱７の外部に
おいてその軸１８の上に固定された歯車１９に
伝達されるようにし、更に、歯車１９の回転は
切込み制御歯車箱Ｂの本体４に回転自在に軸支
された軸２０の上の歯車２１をアイドル歯車と
して歯車２２に伝えられる。この歯車２２は、
主軸２の貫通穴を通るドローバー２３の貫通穴
を通る切込み制御軸２４に滑りキー２５を介し
て軸方向にスライドし且つ回転が伝えられるよ
うに支持されており、また、ドローバー２３に
固定されているナツトピース２６に軸受２７，
２８及び２９によつて回転自在に軸支されてい
る。更に、歯車２２は、切込み制御歯車箱Ｂの
本体４に、軸受３０によつて回転自在に軸支さ
れると共に滑りキー３１によつて軸方法にスラ
イドするように支持されている。

一方、切込み制御歯車箱Ｂの本体４に取付け
られている工具刃先の切込み制御用サーボモー
タ４０の出力軸にキーによつて連結されると共
に切込み制御歯車箱Ｂの本体４に軸受４１及び
４２によつて回転自在に軸支されている歯車４
３が、差動歯車箱７に固定されている歯車４４
とかみ合つており、サーボモータ４０の回転が
差動歯車箱７を回転させるようになつている。

ここで、歯車３，６，９，１３，１４，１
５，１９及び２２の歯数は、回転主軸２と、切
込み制御軸２４との間において回転速度比が
１：１になるように適当に選ばれるものとす
る。すなわち、サーボモータ４０が回転しない
場合には、回転主軸２と切込み制御２４とは同
期回転するが、しかしながら、サーボモータ４
０が回転する場合には、その回転は歯車４３を
通して歯車４４に伝達され、差動歯車箱７を回
転させ、歯車９の回りを軸１２が公転する遊星
歯車機構を構成しており、軸８の回転角に差動
歯車箱７の回転角、すなわち、軸１２の公転角
と、歯車９，１３，１４及び１５によつて決定
される回転角とが重畳、すなわち、上積みさ
れ、この重畳された回転角が軸１８に出力さ
れ、この出力が歯車１９及び２１を経て歯車２
２に伝達される。すなわち、回転主軸２と、切
込み制御軸２４との間に差動歯車機構が介装さ
れており、送りサーボモータ４０によつて制御
された回転角が、切込み制御軸２４と、回転主
軸２との間において所望の相対速度で所望の相
対回転を生ずるような構成となつている。

() 連結機構（第２図甲） ドローバー２３の貫通穴に回転自在に且つ軸
方向に移動自在に通ると共に工具クランプ用シ
リンダ５０のピストン５１の貫通穴を通り軸受
５３によつて軸支されている切込み制御軸２４
を、これを軸方向に移動し、係脱させる駆動用
シリンダ５４のピストン５４ａによつて主軸２
の先端の側に前進させ、切込み制御軸２４の先
端に設けた係合用の凹部２４ａ（第２図乙参
照）を、主軸２の先端部テーパ穴２ａ（第２図
乙参照）内に装着されている径方向制御工具保
持具１００（後に詳細に説明する）のプルスタ
ツド１０１の貫通孔に設けた工具切込み制御用
の連結軸１０２の係合部１０２ａに連結させ、
係脱駆動用シリンダ５４のピストン５４ａを後
退させることによつて両軸２４及び１０２の連
結を解く機構になつている。

この時、係脱駆動用シリンダ５４のピストン
５４ａの前進及び後退のストロークエンドは、
それぞれ、シリンダ５４の後部に取付けられた
近接スイツチ５５及び５６によつてその係合、
離脱の位置を検出し、確認をするようにする。

また、工具連結時における切込み制御軸２４
は、サーボモータ４０によつて所定の角度位置
に位置決めされ、連結部の凹部２４ａが、径方
向制御工具保持具１００の主軸２への装着時に
位置決めされている連結軸１０２の係合凸部１
０２ａと同じ位相となるようにされている。こ
の時、その角度位置は、回転角度位置検出用近
接スイツチ５７によつて検出される。径方向制
御工具保持具１００のクランプ及びアンクラン
プは、工具クランプ用シリンダ５０のピストン
５１が主軸２の方へ移動することによつて、歯
車２２及びナツトピース２６を通じてドローバ
ー２３を主軸２の先端部方向に移動させた時に
径方向制御工具保持具１００の緊締を解いて押
し出し、一方、ピストン５１が主軸２先端方向
と逆方向に引込み、歯車２２及びナツトピース
２６をフリー状態にすると、ドローバー２３
が、さらばね５８によつて主軸２の後端部方向
に引かれ、径方向制御工具保持具１００を主軸
２に緊締する形式の周知の工具緊締機構によつ
て径方向制御工具保持具１００のプルスタツド
１０１をクランプ及びアンクランプすることに
より行なわれる。

() 径方向制御回転工具制御機構（第２図乙） 主軸２の先端に図示されていない周知の自動
工具交換装置によつて自動着脱される径方向制
御工具保持具１００は、主軸２の回転中心線Ｓ
と同心でプルスタツド１０１の貫通穴を通り、
テーパシヤンク部１０３の内孔に軸受１０４及
び１０５によつて回転自在に軸支された連結軸
１０２と、この軸１０２に固定された歯車１０
６とを有しており、この歯車１０６はテーパシ
ヤンク１０３と、工具保持具本体１０７とに軸
支された歯車１０８とかみ合つており、また、
この歯車１０８は、主軸２の回転中心線Ｓと平
行に且つこれから偏心して工具保持具本体１０
７に軸１０９によつて回転自在に一端部を軸支
されると共に同じく工具保持具本体１０７の先
端部に固着されて本体の一部を形成している偏
心ケース１１０の偏心した貫通穴に軸受１１１
によつて回転自在に軸支された工具保持軸１１
２に軸受１１３によつて他端部を軸支された偏
心切込み送り軸１１４に固定された歯車１１５
とかみ合つており、更に、この偏心切込み送り
軸１１４は、キー１１６によつて、減速歯車ユ
ニツト１００ａの入力軸１１８に結合されてい
る。この減速歯車ユニツト１００ａには、テー
パシヤンク部１０３に締結された固定部１１９
を通して、工具保持軸１１２に締結された出力
部１２０に主軸２の回転速度と、偏心切込み送
り軸１１４の回転速度との相対回転速度差が、
減速歯車ユニツト１００ａの規定減速比に減速
されて出力される。この回転は、この出力部１
２０が締結されている工具保持軸１１２に伝達
され、更に、偏心ブラケツト１２１を通してボ
ーリングバー１２２に伝達される。このボーリ
ングバー１２２の回転中心線ｃは、主軸２の回
転中心線Ｓからｅだけ偏心されているので、ボ
ーリングバー１２２に装着される切削工具（中
ぐり工具）２００の刃先位置Ｐは、偏心した工
具保持軸１１２を回転することによつて、主軸
２の中心線Ｓ、すなわち、切削中心に対する径
方向距離を変える。この結果、切削穴の径方向
の寸法の制御が、サーボモータの回転制御によ
つて可能となる。

この工具保持具１００の主軸２の着脱時に
は、回転角度位置検出器３０１及び３０２（第
２図甲参照）の検出によつてあらかじめ所定角
度位置に割出された（主軸オリエンテーシヨ
ン）主軸２の先端部係合駆動キー１３０に工具
保持具１００のテーパーシヤンク１０３のグリ
ツプ部のキー溝１３１が自動工具交換時に入る
ようになつている（第５図）。この時、連結軸
１０２のロツク用ピン１３２の先端部１３２ａ
を主軸２のキー１３０の先端部に押し当てるこ
とにより、ばね１３３に抗してスライドさせ、
その結果、ピン１３２の先端に取付けられてい
る溝カム用ピン１３４がスライドし、歯車１０
６の所定位置における歯溝内に飛び込んでいる
溝カム付のロツクピン１３５を放射方向にスラ
イドさせ、この歯溝から引抜いて連結軸１０２
を工具保持具１００が主軸２と離脱状態の時の
鎖錠状態から、回転可能な状態に解除する（第
６図）。工具保持具１００の主軸２からの離脱
時は、主軸２の先端から工具保持具１００が離
れ、スライドピン１３２がフリー状態になり、
ばね１３３によつて溝カム用ピン１３４が押し
出され、ロツクピン１３５が溝カムによつて歯
車１０６の所定位置の歯溝に飛び込み、鎖錠状
態となる。

次ぎに、工具保持具１００の装置時の動作及び
条件について説明する。

１ 工具交換指令が出されると、主軸２は、検出
器３０１及び３０２の検出信号によつて定位置
に割出されている（先端キー１３０が一定位置
に位置決めされる）。

２ サーボモータ４０によつて切込み制御軸２４
は、基準角度位置θ＝０に位置決めされる（切
込制御軸２４の凹部２４ａが一定位置に位置決
めされる工具保持具１００の基準角度位置に対
応する位置）。

３ 切込み制御軸２４は、係脱駆動シリンダ５４
によつて係合はずし位置にある。すなわち、ピ
ストン５４ａは第２図甲で見て右端に後退して
いる。

４ ドローバー２３は、アンクランプ状態にある
（工具クランプ用シリンダ５０のピストン５１
は、第２図甲で見て左端の前進位置にある）。

５ 回転工具保持具１００は、ばね１３３によつ
て、突出したロツクピン１３５と歯車１０６と
の係合によつて連結軸１０２が、基準角度位置
（θ＝０）に鎖錠されている。

以上の１〜５の条件によつて、工具保持具１０
０は図示していない自動工具交換装置によつて自
動的に主軸２の先端キー１３０に工具保持具１０
０の溝１３１が入るように位置決めされ、装着さ
れる。その後、ドローバー２３はピストン５１の
右端への後退と、さらばね５８の弾力によりクラ
ンプ状態になり、工具をクランプし、切込み制御
軸２４は、シリンダ５４のピストン５４ａが左側
に前進して係合の状態になり、係合凹凸部２４ａ
及び１０２ａが係合し、切込み制御軸２４と連結
軸１０２とは連結される。また、連結軸１０２の
ロツクピン１３２は、主軸２の先端に押し当てら
れ、工具保持具１００の連結軸１０２は、鎖錠を
解除される。

また、径方向の制御及び送りは、次ぎのように
して行なわれる。

工具保持具１００が主軸２の先端穴２ａに装着
時の切込み制御軸２４の位置が、工具２００の刃
先の径方向切込みの基準位置となる。

なお、工具保持具の離脱時は、上記の１〜５の
逆の順序で動作が進行し、離脱した工具保持具１
００は、偏心した工具保持軸１１２を基準角度位
置（θ＝０）にロツクしたままで、自動工具交換
装置につてマガジンに保管される。また、主軸の
オリエンテーシヨンは、主軸２の後端部近傍の適
所の円周上の１箇所に発磁体３０２（第２図甲）
が取付られており、それを検出する磁気センサー
３０１が主軸２の停止すべき所定の角度位置を直
接検出することによつて主電動機を電気的に停止
させる。なお、磁気センサ３０１は切込み制御歯
車箱Ｂの本体４に固定されている。

本発明方法は上記のようにして実施され、ま
た、本発明装置は、上記のような構成及び作用を
有しているので、本発明は次ぎのような効果を有
していることは、明らかなところである。

１ 偏心機構が工具についているので、従来主軸
に偏心機構が内蔵されているものに比べて、主
軸は通常のままの構造であつて良く、加工が容
易であり、剛性が低下することはないこと ２ 工具保持具内部に減速機構があり且つその減
速比が大きいので、差動歯車機構のバツクラツ
シユ等の影響が刃先の剛性を損なうものとして
は出てこないこと ３ 差動歯車機構に平歯車を用いているので、か
さ歯車を利用する通常のものと比較して、高速
回転に耐えられると共にバツクラツシユが小さ
く剛性も大きくとれること ４ 偏心量が大きくとれること（これは、上記の
１項の理由と関連しているものであり、１実例
として５mm、直径表示で20mmを挙げることがで
きる） ５ 工具保持具側に減速比の大きい（例えば、
120：１）減速機構を持たせており、制御系
（サーボモータ、差動歯車機構、制御軸等）の
動力は小さいもので良く、従つて、機構も簡易
にすることができるので、低価なものとするこ
とができること などである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による径方向切込み制御の原理
図、第２図甲，乙は、本発明の１実施例を示す工
具保持具を装着したマシニングセンタの主軸頭の
構成を示す軸方向の断面図、第３図は第２図の右
側面から見た正面図、第４図は第２図の工具保持
具の左側から見た正面図、第５図は、工具保持具
の錠止機構を説明する部分断面図、第６図は第５
図の−線に沿つた断面図である。 １……マシニングセンタの主軸頭；２……主
軸、４……切込み制御歯車箱本体；７……差動歯
車箱；１００……工具保持具、１００ａ……減速
歯車機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 先端部に交換可能に工具保持具を嵌着して回
   転する主軸を備え、回転工具と被加工物との相対
   的移動により加工を行う数値制御工作機械におい
   て、径方向位置の制御が可能であるように工具を
   保持している工具保持具を、主軸から離脱してい
   る時には径方向の原点に錠止めされているが、主
   軸に嵌着されている時には、錠止めが解除される
   ようにし、また、工具保持具は、所定角度位置に
   停止された主軸の先端部に嵌着されると同時に錠
   止めが解除されるようにすると共に嵌着された前
   記工具保持具を主軸貫通穴に設けた緊定機構によ
   り緊締するようにし、更に、サーボモータにより
   回転制御される差動機構を介して主軸と同期回転
   し且つ前記緊締機構の貫通穴に軸方向に移動可能
   に設けた切込み制御軸を、前記工具保持具の基準
   角度位置において工具保持具内の偏心機構と係合
   するようにし、これにより、前記サーボモータに
   より前記切込み制御軸及び偏心機構を介して工具
   保持具に保持された工具の径方向の刃先位置を、
   前記基準角度位置からの回転角数値制御により、
   主軸の停止中と加工中とにかかわらず、制御可能
   としたことを特徴とする回転工具の径方向切込み
   制御方法。 ２ 先端部に交換可能に工具保持具を嵌着して回
   転する主軸を備え、回転工具と被加工物との相対
   的移動により加工を行なう数値制御工作機械にお
   いて、 工具保持具本体に偏心して回転自在に軸支さ
   れ、先端に工具を保持した工具保持軸と、この工
   具保持具本体に同心に回転自在に軸支され、後端
   に係合部を形成した連結軸と、これらの両軸を連
   結する減速機及び偏心機構から成る前記工具保持
   具本体にしゆう動可能に配置され前記減速機構と
   係脱する錠止め機構とを備えた工具保持具と、 主軸貫通穴内に配置され、嵌着時には前記工具
   保持具の後端部を保持し、後方に弾発して緊締
   し、工具交換時には、前方に押圧して前記工具保
   持具を解放する中空のドローバを備えた工具保持
   具の緊締機構と、 この緊締機構のドローバ貫通穴内に回転自在に
   且つ軸方向に移動自在に配置され、前端に前記工
   具保持具の連結軸と係脱する係合部を形成した切
   込み制御軸と、この切込み制御軸を主軸と同期し
   て回転する回転伝達機構と、この回転伝達機構の
   中間に介装された差動歯車機構と、この差動歯車
   機構を介して前記切込み制御軸に所望の回転を重
   畳して付与するサーボモータと、工具交換に先立
   つて主軸と前記切込み制御軸とを所定の基準角度
   位置に停止させる位置検出機構とを備えた回転制
   御機構と、 前記切込み制御軸と、前記工具保持具の連結軸
   とを係脱するために前記切込み制御軸を軸方向に
   前進、後退させる駆動装置と、前記切込み制御軸
   の前進、後退位置を確認する位置検出装置とを備
   えた連結機構と、 から構成され、工具保持具に保持された工具の径
   方向刃先位置を主軸の停止中と加工中とにかかわ
   らず制御可能としたことを特徴とする回転工具の
   径方向切込み制御装置。 ３ 主軸先端部に交換可能に嵌着される工具保持
   具が、主軸先端穴に着脱自在に嵌挿されるプルス
   タツドを突設したシヤンクと、このシヤンク内に
   同心に且つ回転自在に軸支され、前記プルスタツ
   ドに設けた貫通穴後端近傍に係合部を形成した連
   結軸と、前記シヤンクの先端部に一体的に形成さ
   れた保持具本体と、前記連結軸と平行に且つ偏心
   して前記保持具本体に回転自在に軸支され、先端
   部に着脱自在に中ぐり工具を突設した工具保持軸
   と、この工具保持軸及び前記連結軸を連結する減
   速歯車機構と、前記シヤンクの先端部近傍にしゆ
   う動可能に配置されて前記減速歯車機構と係合
   し、工具交換の際、主軸端面との当接によりしゆ
   う動するピンを介して前記減速歯車との係合を解
   除する錠止め機構とを備えており、工具保持具の
   基準角度位置に錠止めされている中ぐり工具が、
   工具交換嵌着動作を利用して錠止めを解除され且
   つ主軸貫通穴内で切込み制御軸と係合部によつて
   係合される連結軸を介して偏心した工具保持軸の
   回転角数値制御により径方向刃先位置を制御可能
   な工具保持具とした特許請求の範囲第２項記載の
   回転工具の径方向切込み制御装置。