JP2767860B2 - 加工ユニット - Google Patents

加工ユニット

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JP2767860B2
JP2767860B2 JP3894189A JP3894189A JP2767860B2 JP 2767860 B2 JP2767860 B2 JP 2767860B2 JP 3894189 A JP3894189 A JP 3894189A JP 3894189 A JP3894189 A JP 3894189A JP 2767860 B2 JP2767860 B2 JP 2767860B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、タップやドリルなどの工具を回転させなが
ら前進あるいは後退させることができる、単軸式の加工
ユニットに関するものである。
[従来技術] 従来、タッピングユニットなどの前記加工ユニット
は、モータ軸に接続され、工具を前後進させるための直
進駆動装置の軸と、別のモータ軸に接続され、工具を回
転させるための回転駆動装置の軸との、少なくとも2つ
の軸を備えており、少なくも2つの軸からギヤ系列を介
して工具を支持する主軸に前後進運動と回転運動を与え
る構造になっていた。
また、ボールネジ軸部とボールスプライン軸部を有す
る主軸と同一軸上に、1つのモータを組み込んで、クラ
ッチ機構を介して駆動部を切り換えることにより、主軸
を回転させたり、前後進させたりする構造のものが提案
されている(特開昭61−38892号)。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記した従来技術のうち前者は、前後
進運動と回転運動を発生させる装置が、同一軸上にない
2つの軸または2つ以上の軸で構成されるため、装置全
体の外径が大きくなって、スペースが余分に必要とな
り、また、その製作上も組み付け時の少なくとも2つの
軸の位置精度を高める必要があり、さらに、装置を構成
する部品点数が多くて構造が複雑になるという問題点が
あった。
後者は、主軸の回転と前後進とを、クラッチ機構の切
り換えによって選択的に行うので、工具を回転させなが
ら同時に前後進することはできない。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
ものであり、単軸により回転運動と前後進運動とを可能
にして、装置全体をコンパクトにして取り扱いを容易に
し、設置スペースが少なく、構成部品点数の削減と組み
付け時の位置精度の向上が図れ、滑らかな運動が可能な
加工ユニットを提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この目的を解決するために本発明の加工ユニットは、
ハウジング内に軸線方向に摺動可能に嵌挿された中空ク
イルと、該中空クイル内に回転可能に支承されると共
に、前記ハウジングより外方に突出する先端部に工具取
付用チャックが装着され、外周面の所定部位に回転被伝
達部を備えた主軸と、前記ハウジング内の前記中空クイ
ルの周りに配設された第1のモータによって正逆両方向
に選択的に回転可能とされ、中空部に前記中空クイルが
挿通された第1の中空ロータと、前記ハウジング内の前
記回転主軸の周りの、前記工具取付け用チャックと前記
第1の中空ロータを挾んで反対側に配設された第2の中
空モータによって正逆両方向に選択的に回転可能とさ
れ、前記回転被伝達部に対し、回転方向には一体的に回
転し、軸方向には相互に摺動可能に嵌合される回転伝達
部を備えた第2の中空ロータと、前記中空クイルの外周
面の適所に形成された雄ねじ部と第1の中空ロータの内
周の適所に形成された雌ねじ部と、両者の間に介在する
ボールとによって一組のボールねじが構成されているこ
ととよりなり、前記両モータを適宜の方向に適宜の回転
比で一方向もしくは正逆回転させることにより、前記工
具取付け用チャックに取付けられた工具によって、その
工具に相対して固定された被加工物に加工を施すように
構成されている。
更に、前記両モータをサーボモータとし、両モータを
同時制御することによって前記工具取付け用チャックに
取付けられたタップによって、そのタップに相対して固
定された被加工物にタッピング加工を施すことができる
ように構成することができる。
[作用] 上記の構成を有する本発明の加工ユニットによれば、
第2のモータを正逆方向に選択的に回転させると、その
回転により第2の中空ロータが回転しこれと回転方向で
係合する主軸が回転する。第1のモータを正逆方向に選
択的に回転させると、その回転により第1の中空ロータ
が回転し、第1の中空ロータ内周面とボールを介して螺
合するが回転が規制された中空クイルが、ハウジングに
対しその軸方向に滑らかに前進又は後進する。そして、
クイルの前後進に伴って主軸が回転しながら前後進す
る。前記第1のモータと前記第2のモータと同期して回
転させた場合、前記主軸の回転と前記中空クイル(主
軸)の前後進は、同期しているので、工具を自由なピッ
チで送ることができる。
更に、両サーボモータを同時制御することによって、
タップ加工を行うことができる。
[実施例] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。
第1図において、円筒状ハウジング10の右端にはカバ
ー22が固定されそれらの中心部に、中空クイル1がすべ
り軸受け14を介して摺動自在に嵌挿されている。また、
中空クイル1は、ハウジング10に固定された周り止め部
材15に係合部1bを介して係合し、その回転が規制されて
いる。中空クイル1の外周面の適所には、雄ねじ部1aが
形成されている。中空クイル1内には、主軸2がころが
り軸受け13a,13bを介して回転自在に支承されている。
主軸2の先端側は、中空クイル1及び前記ハウジング10
より外方に突出し、その先端に工具取付用チャック20が
装着されている。そして、本実施例においては、その工
具取付用チャック20にタップ工具21が装着されている。
また、主軸2の基端側も中空クイル1の基端より突出
し、その突出部分の周囲には回転被伝達部としての複数
本のスプライン2aが軸方向に刻設されている。ハウジン
グ10内の中空クイル1の周囲に、第1の中空ロータ7が
ころがり軸受け12a,12bを介してハウジング10に対し回
転自在に支承されている。この中空ロータ7の内周面の
適所には、第2図に示すように、雌ねじ部7aが形成さ
れ、前記雄ねじ部1aと雌ねじ部7aとの間には、循環的又
は非循環的にボール16が配置されている。
後で詳細に説明するが、中空ロータ7の内周面に設け
た雌ねじ部7aの長さが短いとその雌ねじ部7aの終りまで
ボール16は移動し、そこですべりを生じるので該雌ねじ
部7aの長さをある程度長くすることにより、ボール16は
雄ねじ部1aと雌ねじ部7aとの間にすべりが無く運動する
ことが可能になる。また、雌ねじ部7aの長さが長くとれ
ないときは、通常のボールねじのようにボール16が循環
するような機構を設ければ、ボール16は雄ねじ部1aと雌
ねじ部7aとの間にすべりが無く運動することは可能とな
る。
また、第3図に示すように、ボール16の外径をねじ溝
空間よりわずかに大きくし、ボール16が雄ねじ部1a及び
雌ねじ部7aと夫々4ケ所で接触するようにすれば予圧が
かけられ、中空クイル1の軸方向の隙間は零となりバッ
クラッシュは解消され剛性が向上される。中空クイル1
の周囲で前記ハウジング10の内周面に、主軸移動用モー
タ8が配設されている。モータ8には正逆両方向に選択
的に回転可能なモータが用いられている。第1の中空ロ
ータ7の後端側外周面に、中空ロータ7の回転位置や回
転速度を検出するためのエンコーダ9が配備されてい
る。
前記ハウジング10内の主軸2の基端側スプライン2aの
周囲に、第2の中空ロータ4がころがり軸受け11a,11b
を介してハウジング10に対し回転自在に支承されてい
る。スプライン2aと係合して主軸2の軸方向に相対的に
摺動自在なスリーブ状ボールスプライン3が、中空ロー
タ4内の先端側にキー4aを介して中空ロータ4と一体回
転可能に配設されている。主軸2の基端部分の周囲で前
記ハウジング10の内周面に、主軸回転用モータ5が配設
されている。モータ5には、前記主軸移動用モータ8と
同様に、正逆両方向に選択的に回転可能なモータが用い
られている。第2の中空ロータ4の基端側外周面に、中
空ロータ4の回転位置や回転速度を検出するためのエン
コーダ6が配備されている。
次に、上記実施例の加工ユニットについてその作動態
様を説明する。
第1図において、前記主軸回転用モータ5が駆動され
第2の中空ロータ4が正方向(又は逆方向)に回転され
ると、ボールスプライン3を介して主軸2が正回転す
る。この時、中空ロータ4の回転速度をエンコーダ6が
検出し、その検出結果に基いて前記中空ロータ4の回転
に同期又は非同期して主軸移動用モータ8が駆動され、
第1の中空ロータ7が正方向(又は逆方向)に回転され
る。中空ロータ7の回転力が、中空ロータ7の雌ねじ部
7a,ボール16及び雄ねじ部1aを介してクイル1に伝達さ
れる。クイル1は、回り止め部材15により回転が規制さ
れているので、クイル1に伝達される回転力は、軸方向
への移動力に変換され、ハウジング10に対してクイル1
が前進してその先端方向に移動する。クイル1の前進に
伴って、主軸2が正回転しながら先端方向に移動し、主
軸回転用モータ5と主軸移動用モータ8とを同期させた
場合、先端のタップ工具21によりタップ作業が遂行され
る。
ここで、前記クイル1に伝達される回転力が、軸方向
への移動力に変換される原理を、第4図に基づいて説明
する。
第4図はクイル1の雄ねじ部1aの1ピッチ分を展開し
た状態を示す説明図で、図において、θを雄ねじ部1aの
リード角、pを雄ねじ部1aのピッチ、rを雄ねじ部1aと
ボール16の接触点の半径、Tをクイル1に伝達される回
転力、Fを軸方向への移動力とすると、 F×p=2πr×T/r=2πT ∴F=2πT/p‥ p=2πr×tanθ‥ 及びより、 F=2πT/(2πr・tanθ)=(T/r)・(1/tanθ) となる。従って、軸方向への移動力Fは、回転力Tに
比例し、rとtanθに反比例する。
第5図は、中空ロータ7が回転したときのボール16の
運動の様子を示す説明図である。中空ロータ7が角度θ
だけ回転したときボール16が角度θだけ回転したと
する。このときボール16がクイルの雄ねじ部1aの上をす
べりがなく移動するためには、ボール16の移動距離はl1
となる。
また、このときボール16が中空ロータ7の雌ねじ部7a
上をすべりが無く移動するためには、ボール16の雌ねじ
部7a上のボール16に対する相対的な移動距離はl2とな
る。
ボール16の円周上で考えたとき、移動距離lとl2は等
しいから、θ1は次の関係がある。
クイル1の最大移動量をLmaxとするとこのとき中空ロ
ータ7の最大回転角度θ1maxは、 となる。このためボール16の最大回転角度θ2maxは となり、このときボール16の軸方向の最大移動量L′
maxは L′max=P・θ2max となる。
このとき、中空ロータ7の雌ねじ部7aの長さがボール
16の軸方向の最大移動量L′maxより長く設けることに
より、ボール16は各ねじ部1a,7aとすべりが無く運動す
ることが可能となる。
本実施例においては、主軸移動用モータ8の中空ロー
タ7の内部に適当な長さの雌ねじ部7aを設けることによ
り、ボール16の循環機構が無い簡単で滑らかな回転・直
進の運動変換機構を提供することが可能となる。
[発明の効果] 以上詳述したことから明らかなように、本発明の加工
ユニットは下記の効果を奏する。
工具の回転用の軸と送り(移動)用の軸とを共通にし
て単軸とし、その単軸の周囲に同心的に回転及び移動用
のモータをそれぞれ配設したので、装置全体の大きさ
(特に外径)が小さくなり、工具による加工作業が容易
になり、また設置スペースの縮小と構成部品点数の削減
が図られ、組み付け時の各部材の位置精度が向上する。
しかも、動力伝達部に歯車を持たないので騒音が小さく
滑らかに駆動され、また、回転運動と前後進運動とを別
々に駆動可能で主軸の回転と送り速度の同期を電子制御
で行えるので、ピッチの変更が任意に設定できる効果を
有する。
更に、請求項2に記載の加工ユニットにおいては、両
モータをサーボモータとして各モータを同時制御するこ
とにより、簡単な構造でタップ加工を確実に行うことが
できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は加工ユニットの全体を示す断面図、第2図は中
空ロータの内周面ねじ部及び中空クイルの外周面ねじ部
を示す第1図の一部拡大断面図、第3図はボール部近傍
の一実施例を示す説明図、第4図は中空クイルのねじ部
の1ピッチ分を展開した状態を示す説明図、第5図はボ
ールの移動の様子を示す説明図である。 図中、1はクイル、1aは雄ねじ部、2は主軸、2aはスプ
ライン部、3はスリーブ状ボールスプライン、4は第2
の中空ロータ、5は主軸回転用モータ、7は第1の中空
ロータ、7aは雌ねじ部、8は主軸移動用モータ、10はハ
ウジング、16はボール、20は工具取付用チャック、21は
工具である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23B 47/18 B23B 47/20 B23B 47/22 B23B 47/02 B23G 1/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ハウジング(10)内に軸線方向に摺動可能
    に嵌挿された中空クイル(1)と、 その中空クイル(1)の内部に回転可能に支承されると
    共に、前記ハウジング(10)の外方に突出する先端部に
    工具取付け用チャック(20)が装着され、外周面の所定
    部分に回転被伝達部(2a)を備えた主軸(2)と、 前記ハウジング(10)内の前記中空クイル(1)の周り
    に配設された第1のモータ(8)によって正逆両方向に
    選択的に回転可能とされ、中空部に前記中空クイル
    (1)が挿通された第1の中空ロータ(7)と、 前記ハウジング(10)内の前記回転主軸(2)の周り
    の、前記工具取付け用チャック(20)と前記第1の中空
    ロータ(7)を挟んで反対側に配設された第2のモータ
    (5)によって正逆両方向に選択的に回転可能とされ、
    前記回転被伝達部(2a)に対し、回転方向には一体的に
    回転し、軸方向には相互に摺動自在に嵌合される回転伝
    達部(3)を備えた第2の中空ロータ(4)と、 前記中空クイル(1)の外周の適所に形成された雄ねじ
    部(1a)と第1の中空ロータ(7)の内周の適所に形成
    された雌ねじ部(7a)と、両者の間に介在するボール
    (16)とによって一組のボールねじが構成されているこ
    ととよりなり、 前記両モータ(5、8)を適宜の方向に適宜の回転比で
    一方向もしくは正逆回転させることにより、前記工具取
    付け用チャック(20)に取付けられた工具(21)によっ
    て、その工具(21)に相対して固定された被加工物に加
    工を施すことを特徴とする加工ユニット。
  2. 【請求項2】前記両モータをサーボモータとし、両モー
    タを同時制御することによって前記工具取付け用チャッ
    ク(20)に取付けられたタップ(21)によって、そのタ
    ップ(21)に相対して固定された被加工物にタッピング
    加工を施すことができるようにしたことを特徴とする請
    求項1に記載の加工ユニット。
JP3894189A 1988-03-28 1989-02-17 加工ユニット Expired - Fee Related JP2767860B2 (ja)

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DE3910083A DE3910083A1 (de) 1988-03-28 1989-03-28 Werkzeugantriebseinheit
US07/329,873 US5100271A (en) 1988-03-28 1989-03-28 Tool driving unit
CN 89103101 CN1017124B (zh) 1988-03-28 1989-03-28 工具驱动装置
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