JP3697259B1 - Ｎｃ旋盤の主軸台のコレットチャック開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 櫛歯型刃物台仕様の省スペース化を実現できるＮＣ旋盤を提供する。
【解決手段】 矩形の長手方向へＺ軸の摺動面を有するベッド１と、ベッド１の端部に固設された主軸台３と、主軸台３の主軸中心線はベッド１上面に水平であり、回転自在に軸支された主軸３ａと、ベッド１上に配置され、Ｚ軸（左右）方向に往復動自在に摺動させるとともに、Ｚ軸に直交するＸ軸（前後）方向に摺動面を有するサドル５と、サドル５上に配置され、Ｘ軸方向に往復動自在に摺動させるとともに、Ｘ軸に直交するＹ軸（上下）方向に摺動面を有するコラム７と、コラム７の正面に配置され、Ｙ軸方向に往復動自在に摺動するとともに、鉛直方向に配置された櫛歯型刃物台９とを備えることを特徴とするＮＣ旋盤１０である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、櫛歯型刃物台を備えたＮＣ旋盤およびＮＣ旋盤の主軸台のコレットチャック開閉装置に関する。

従来、工作機械における機械加工において、機械の生産性の向上は、単位時間当たりの生産量で評価されてきたが、もう１つの指標として、単位床面積当たりの生産性でも評価されるようになってきている。そのため、省スペース化の観点で機械構成の見直しが必要である。ＮＣ旋盤においても同様であり、省スペース効果による単位時間当たりの生産性の向上は、自動化レベルが同じであれば、同じフロアに対して機械のスペースの小さい機械の方が多くの機械を設置することができる。その結果、単位床面積当たりの生産性を向上することができるので、機械の省スペース化が期待されている。

図７は、従来の櫛歯型刃物台を備えたＮＣ旋盤を示す概略斜視図である。図７に示すように、この櫛歯型ＮＣ旋盤１００は、ベッド１１０上に、主軸台１２０および刃物台１３０が配設されている。主軸台１２０は、主軸１２１のチャック１２２にワークを把持して回転させるようになっている。刃物台１３０は、テーブル１３１上で複数の工具Ｔを把持し、主軸台１２０の軸線（Ｚ軸）方向に直交するＸ軸方向に移動して所定の工具Ｔを選択して主軸台１２０のＺ軸方向に移動し、主軸台１２０の主軸１２１のチャック１２２に把持されたワークを加工するようになっている。一般に、この固定型の刃物台は、櫛歯（刃）型刃物台と呼ばれている（たとえば、特許文献１参照）。
また、ＮＣ旋盤の主軸台の三つ爪チャックやコレットチャック等の開閉装置は、主軸後部の主軸軸線上に空圧シリンダを設けてチューブを押し引きすることにより、コレットの開閉が行われている。
特開２００３−２６６２０３号（段落００１２〜００１４、図１）

しかしながら、このような櫛歯型刃物台を採用したＮＣ旋盤では、工具Ｔを複数本並べた場合、櫛歯型刃物台を載置したテーブルの長さは、必要なＸ軸ストローク長さの２倍になるため、省スペース化には難点があるという問題があった。
さらに、従来の空圧シリンダを設けたコレットチャック開閉装置では、油漏れがあり、フロアを汚すという環境面での問題があった。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決するために創案されたものであり、櫛歯型刃物台であっても省スペース化が実現できるＮＣ旋盤を提供するとともに、フロアを汚すことのない環境にやさしいコレットチャック開閉装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ＮＣ旋盤（１０）の主軸台（３）の主軸（３ａ）内に装着されたコレット（１６ａ）を開閉するためのコレットチャック開閉装置（１６）であって、
前記主軸（３ａ）の先端部に装着され、ワークを把持するコレット（１６ａ）と、
前記コレット（１６ａ）の後端部に螺入され、一体にしたチューブ（１６ｂ）と、
前記主軸（３ａ）の後端部外周に挿入されたカラー（１６ｄ）の端面とスリーブ１６ｅの端面とがＶ溝を形成し、そのＶ溝に挟持されたボール（１６ｈ）と、
前記ボール（１６ｈ）を保持するために内周面にポケットを有し、前記カラー（１６ｄ）と前記スリーブ（１６ｅ）との外周面に挿入されたクランパ（１６ｆ）と、
前記主軸台（３）の後端面に固定されたステー（１６ｊ）に嵌合され、ピン（１６ｐ1）によって回動自在に支点として軸支された略リング状のリンク（１６ｋ）と、
前記略リング状のリンク（１６ｋ）の左右の中央部に設けられ、クランパ（１６ｆ）に遊嵌されたシフター（１６ｍ）と、
前記リンク（１６ｋ）の上部外周に設けられた突出部には溝が設けられてピン（１６ｐ2）が嵌合され、そのピン（１６ｐ2）には、継手（１６ｒ）を介して空圧シリンダ（１６ｎ）のシリンダロッドが接続され、空圧シリンダ（１６ｎ）が主軸台（３）の上部に配置されたことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、ピン（１６ｐ1）を支点にして空圧シリンダの往復動によってレバー（１６ｋ）を前後に傾倒することにより、カラー（１６ｄ）の端面とスリーブ（１６ｅ）の端面とで形成するＶ溝にボール（１６ｈ）を出し入れすることにとって、スリーブ（１６ｅ）が前後に移動させることができることから、コレット（１６ａ）と一体にしたチューブ（１６ｂ）を押し引きすることによってコレット（１６ａ）の開閉ができるため、フロアを汚すことのない環境にやさしいコレットチャック開閉装置（１６）を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るＮＣ旋盤を示す正面図であり、図２はその右側面図である。図１に示すように、ＮＣ旋盤１０のベッド１は、矩形である。ベッド１の左側の上部には、正面視で主軸台３が載置される凸部１ａが形成されており、この凸部１ａから一段下げて右側にも凸部１ｂが形成され、この凸部１ｂにはその長手方向へＺ軸摺動面１ｃ，１ｃ（図２参照）が配設されている。
また、ベッド１のＺ軸摺動面１ｃ，１ｃ（図２参照）の中央には、図１に示すように、Ｚ軸ボールネジ４ａが配設され、このＺ軸ボールネジ４ａが螺合されたナット４ｂがサドル５に接続されており、さらに、Ｚ軸ボールネジ４ａの軸端部には、Ｚ軸サーボモータ４のモータ軸とカップリング４ｃによって接続されている。

前記主軸台３は、図１に示すように、ベッド１の凸部１ａにベースプレート２を介して固設されている。また、主軸台３の主軸中心線はベッド上面に水平であり、主軸３ａはベアリングによって回転自在に軸支され、主軸３ａの貫通穴の端部には、コレットチャック（コレット）１６ａが装着されている。
また、主軸３ａの近傍の横には、ベースプレート２を介して主軸３ａを駆動するスピンドルモータ（図１の主軸台３の裏側のため図示せず）が配設されており、主軸３ａとスピンドルモータとは、プーリ３ｅとベルト３ｆによって連結されている。
ベースプレート２は、石材で作られており、その厚みが３０ｍｍの御影石を採用している。このベースプレート２の上面に主軸台３とスピンドルモータが配設されている。
石材のベースプレート２は、剛性があり、弾性変形がないこと、熱膨張係数が小さいこと、振動を減衰させること等の特性がある。このように、鋳物より優れた特性を生かして、石材のベースプレート２を主軸台３の下に設けることにより、主軸の振動がバイト刃先に伝達しないとともに、主軸台３の熱をベッド１に伝えないため熱による変形を起さない。そのため、加工面が一段ときれいに仕上げることができる。

前記サドル５は、ベッド１のＺ軸摺動面１ｃ，１ｃ（図２参照）に配置され、Ｚ軸方向に往復動自在に摺動するとともに、サドル５の上面には、Ｚ軸に直交するＸ軸（前後）方向の摺動面を有するＸ軸摺動面５ｃ，５ｃが配置されている。そのＸ軸摺動面５ｃ，５ｃの中央には、Ｘ軸ボールネジ６ａが配設され、このＸ軸ボールネジ６ａに螺合されたナット６ｂがコラム７と接続されており、さらに、Ｘ軸ボールネジ６ａの軸後端部は、Ｘ軸サーボモータ６のモータ軸とカップリングによって接続されている。

前記コラム７は、図２に示すように、サドル５の上面に配置され、側面視でＬ型に形成されている。また、コラム７はＸ軸方向に往復動自在に摺動させるとともに、Ｘ軸に直交するＹ軸（上下）方向に摺動面を有する。また、コラム７のＹ軸摺動面７ｃ，７ｃ（図３参照）の中央に配設されたＹ軸ボールネジ８ａを介してスライドベース１１に接続されており、Ｙ軸ボールネジ８ａの軸上端部には、プーリ８ｅと歯付きのベルト８ｆを介して、Ｙ軸サーボモータ８が接続されている。

また、図２に示すように、ベッド１の側部１ｄには、ワークの先端部を支持するテールストック１３を備えている。このテールストック１３の前進、後退の位置調整は、固定ボルト１３ｂをゆるめ、ベッド１の側部１ｄに設けられたベース１３ｄのダブテールのガイドによって前進、後退の位置調整を行った後、固定ボルト１３ｂによって固定され位置決めされる。また、図１に示すように、テールストック１３の上部には、回りセンタ１３ａが装着されており、空圧シリンダ１３ｃによって前進し、押圧しながらワークＷの先端部を支持する。

図３の（ａ）は櫛歯型刃物台を示す平面図である。図３の（ａ）に示すように、バイト用櫛歯型刃物台９ａは、コラム７の正面に配置されたスライドベース１１の側面に固定されている。また、バイト用櫛歯型刃物台９ａには工具１２を装着するための溝がＸ軸方向に設けられており、工具１２は、下からバイト１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅの５本（図２参照）が装着されている。また、バイト用櫛歯型刃物台９ａは、鉛直のＹ軸方向に往復動自在に摺動する。工具１２の本数を増やす場合は、バイト用櫛歯型刃物台９ａおよびＹ軸ストロークを大きくすればよい。したがって、Ｙ軸の大きなストローク量の仕様を変えても、直接フロアスペースの拡大には無関係であるので、確実に櫛歯型刃物台９を備えたＮＣ旋盤１０の省スペース化ができる。
さらに、ドリルやボーリングバー用櫛歯型刃物台９ｂは、スライドベース１１の正面に取り付けられている。ドリル、ボーリングバー用櫛歯型刃物台９ｂは、たとえば、ドリルであれば、Ｚ軸方向に固定されるため、ワークの端面に穴あけが可能である。

図３の（ｂ）は回転工具刃物台を示す平面図である。図３の（ｂ）に示すように、工具はドリルや、タップ、エンドミル等の回転工具刃物台９ｃを装着することができる。
たとえば、本発明の装置を構成しているシフター１６ｍのような、端面に溝を加工する場合は、回転工具刃物台９ｃにエンドミルを装着することによりエンドミル加工を行うことができ、ターニングセンタとしての３軸の機能を有効に発揮することができる。
つまり、主軸を固定した後、Ｚ軸方向に切り込み、Ｙ軸方向の送りを与え、Ｘ軸方向の送りで溝幅を決めればよい。また、Ｙ軸方向へ移動可能であるため、たとえば、主軸３ａの芯と不一致となった位置への穴あけや、面そぎ等も可能である。

図４は図１に示すＮＣ旋盤の主軸台の拡大図であり、主軸台のコレットチャック開閉装置のクランプ状態を示す正面図である。図５は同様に、コレットチャック開閉装置のアンクランプ状態の正面図である。また、図６はコレットチャック開閉装置の左側面図である。図４と図５は正面図であるが、クランパ１６ｆとシフター１６ｍについては、図６に示すＡ−Ａ線の断面を図示したものである。図４に示すように、ＮＣ旋盤の主軸台のコレットチャック開閉装置１６は、主軸台３の主軸３ａの貫通穴の先端部に装着されたコレットチャック１６ａを開閉してワークを把持するための装置である。コレットチャック開閉装置１６のコレットチャック１６ａは、以下、単にコレット１６ａという。
このコレット１６ａは、三つのすり割りが形成され、弾性変形し易くなっており、このコレット１６ａの後端部にはチューブ１６ｂが螺入されてチューブ１６ｂと一体になっている。主軸３ａの後端部外周にはカラー１６ｄが挿入され、つづいて複数のボール１６ｈ，１６ｈ…を介してスリーブ１６ｅが挿入されている。前記カラー１６ｄの端面と、スリーブ１６ｅの端面とにより２０°のＶ溝が形成されており、その両者の端面の接近によりボール１６ｈが外に押し出されるようになっている。また、ボール１６ｈが飛散せず保持するために内周面にポケットを有するクランパ１６ｆがカラー１６ｄとスリーブ１６ｅとの外周面に挿入されている。
さらに、前記チューブ１６ｂの後端部と前記スリーブ１６ｅの後端部とはストッパ１６ｃによって連結され、ナット１６ｇによって固定されている。

図４と図６に示すように、主軸台３の後端面にはステー１６ｊが固定され、このステー１６ｊに隙間嵌合されたピン１６ｐ1によってリンク１６ｋが回動自在に、回動の支点として軸支されている。
リンク１６ｋは略リング状の外周の上下方向に突出部を有した形状になっている。つまり、リンク１６ｋの略リング状の中央部には主軸３ａを通すために大きく拡径した開口部が設けられ、略リング状の下部外周の突出部には溝が設けられ、ピン１６ｐ1によって固定されている。また、略リング状の上部外周に設けられた突出部にも溝が設けられ、継手１６ｒが嵌合され、ピン１６ｐ2が遊嵌されて固定されている。
また、略リング状のリンク１６ｋの左右の中央部にはシフター１６ｍ，１６ｍが設けられている。このシフター１６ｍの先端部は拡径した端面に溝が形成されている。つまり、二股に分かれた略馬蹄形をしており、この略馬蹄形の凹部にクランパ１６ｆが遊嵌されている。
さらに、リンク１６ｋの上部に設けられた前記ピン１６ｐ2には、前記継手１６ｒを介して空圧シリンダ１６ｎのシリンダロッドが接続されており、空圧シリンダ１６ｎの往復動によってリンク１６ｋを前後に傾倒する。

以下、本発明のＮＣ旋盤１０の主軸台３のコレットチャック開閉装置１６の動作について、図面を参照しながら説明する。ワークをクランプする場合、空圧シリンダ１６ｎの一方（図中右側）からエアが供給されると、シリンダロッドが伸張してリンク１６ｋをＡからＢへ移動させる（図４参照）とともに、下部のピン１６ｐ1を支点にして後方に傾倒させる。そのとき、２つのシフター１６ｍはクランパ１６ｆを後退させて、クランパ１６ｆの内周面に設けられたポケットの傾斜面でボール１６ｈを押し込み、スリーブ１６ｅを後退させる。このスリーブ１６ｅの後退によるボール１６ｈの押し込みによって、ストッパ１６ｃとチューブ１６ｂを後退させ、コレット１６ａを後退させてコレット１６ａを縮径してワークをクランプする。
その反対にワークをアンクランプする場合、空圧シリンダ１６ｎの他方（図中左側）からエアが供給されると、シリンダロッドが短縮してリンク１６ｋをＢからＡへ移動（図５参照）させるとともに、下部のピン１６ｐ1を支点にして前方に傾倒させる。そのとき、シフター１６ｍはクランパ１６ｆを前進させてスリーブ１６ｅを前進させ、Ｖ溝に設けられたボール１６ｈをスリーブ１６ｅの内周面に設けられたポケットに飛び出させる。このクランパ１６ｆの前進によるボール１６ｈの飛び出しによって、ストッパ１６ｃとチューブ１６ｂを前進させて、コレット１６ａを前進させ、コレット１６ａを拡径してワークをアンクランプする。

つづいて、本発明のＮＣ旋盤１０の動作について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、テールストック１３の固定ボルト１３ｂをゆるめ、テールストック１３の回りセンタ１３ａの位置を調整した後、固定ボルト１３ｂを締めて、テールストック１３を固定する。
つぎに、コレット１６ａを開き、ワークＷを挿入してコレット１６ａを閉め、ワークＷを把持し、空圧シリンダ１３ｃの駆動によって回りセンタ１３ａが前進し、ワークＷの先端部のセンタ穴を押圧しながらワークＷを支持する。そして、開閉扉１５を閉める。

ＮＣ旋盤１０の操作盤１４に配置された起動ボタン（図示せず）が押されてＯＮすると、事前に入力されたＮＣプログラムにしたがって各軸のモータが起動する。たとえば、主軸台３のスピンドルモータが回転すると、プーリ３ｅとＶベルトをスクラム形にしたベルト３ｆを介して主軸３ａが回転し、この主軸３ａに装着されたコレット１６ａに把持されたワークＷを回転させる。また、ポンプ（図示せず）の起動により、タンク（図示せず）からクーラント液が吸い上げられ、図示しないノズルからクーラント液が工具１２に向かって噴射される。
さらに、Ｙ軸サーボモータ８の起動により、鉛直方向に配置された櫛歯型刃物台９の工具取付溝に装着された工具１２の１つであるバイト１２ａが主軸３ａの軸線まで移動し、バイト１２ａの超硬チップの刃先点を軸線に一致させる。Ｘ軸サーボモータ６の起動により、Ｘ軸ボールネジ６ａが回転し、サドル５上に配置されたコラム７を、Ｘ軸方向に移動させ、ワークＷの径方向の切り込みが行われる。
さらに、Ｚ軸サーボモータ４の起動によりＺ軸ボールネジ４ａが回転し、サドル５をＺ軸（左右）方向へ移動させてワークＷの長手方向への送りが行われ、切削（旋削）加工が行われる。

バイト１２ａによる加工が終わると、続いて、Ｙ軸サーボモータ８が起動し、２番目のバイト１２ｂが主軸３ａの軸線まで移動し、軸線に一致させる。そして、同様にバイト１２ｂに切り込み（Ｘ軸）と送り（Ｚ軸）が与えられて旋削が行なわれる。以下同様に３番目のバイト１２ｃ、４番目のバイト１２ｄ、５番目のバイト１２ｅがそれぞれの加工プログラムにしたがって、旋削加工を行う。たとえば、５番目のバイト１２ｅは突切りバイトであってもよい。突切りバイトを装着することによって１本のワークＷから多数個取りができる。このような旋削加工により生成した切粉およびクーラント液は、シュート１ｅ（図１参照）に導かれてチップボックス１ｆに回収される。

加工が終了すると、各Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の原点に各ユニットが移動して待機位置にもどり、クーラント液を噴射させたポンプが停止して加工プログラムによる切削加工が終了する。開閉扉１５を開き、テールストック１３の回りセンタ１３ａを後ろ（右側）に下げて、ワークＷの支持状態を解除し、コレット１６ａを開き、ワークＷを取り出す。

なお、本発明はその技術思想の範囲内で種々の改造、変更が可能である。たとえば、工具１２のバイト本数は、５本に限らず、それ以下であってもよいし、それ以上であっても構わない。
また、前記ベースプレート２を形成する石材の材質は、御影石に限らず、その他の石材でもよいし、コンクリート製であっても構わない。

本発明に係るＮＣ旋盤を示す正面図である。 本発明に係るＮＣ旋盤を示す右側面図である。 （ａ）は櫛歯型刃物台を示す平面図、（ｂ）は回転工具刃物台を示す平面図である。 図１に示すＮＣ旋盤の主軸台の拡大図であり、主軸台のコレットチャック開閉装置のクランプ状態を示す正面図である。 図１に示すＮＣ旋盤の主軸台の拡大図であり、主軸台のコレットチャック開閉装置のアンクランプ状態を示す正面図である。 コレットチャック開閉装置の左側面図である。 従来の櫛歯形刃物台を備えたＮＣ旋盤を示す斜視図である。

符号の説明

１ ベッド
１ａ，１ｂ 凸部
１ｃ Ｚ軸摺動面
１ｄ 側部
２ ベースプレート
３ 主軸台
３ａ 主軸
４ Ｚ軸サーボモータ
４ａ Ｚ軸ボールネジ
５ サドル
５ｃ Ｘ軸摺動面
６ Ｘ軸サーボモータ
６ａ Ｘ軸ボールネジ
６ｂ ナット
７ コラム
７ｃ Ｙ軸摺動面
８ Ｙ軸サーボモータ
９ 櫛歯型刃物台
９ａ バイト用櫛歯型刃物台
９ｂ ボーリングバー用櫛歯型刃物台
９ｃ 回転工具刃物台
１０ ＮＣ旋盤
１１ スライドベース
１２ 工具
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ バイト
１３ テールストック
１３ａ 回りセンタ
１３ｂ 固定ボルト
１３ｃ 空圧シリンダ
１３ｄ ベース
１６ コレットチャック開閉装置
１６ａ コレット（コレットチャック）
１６ｂ チューブ
１６ｃ ストッパ
１６ｄ カラー
１６ｅ スリーブ
１６ｆ クランパ
１６ｇ ナット
１６ｈ ボール
１６ｊ ステー
１６ｋ リンク
１６ｍ シフター
１６ｎ 空圧シリンダ
１６ｐ、１６ｐ１、１６ｐ２ ピン
１６ｒ 継手
Ｗ ワーク

Claims (1)

1. ＮＣ旋盤（１０）の主軸台（３）の主軸（３ａ）内に装着されたコレット（１６ａ）を開閉するためのコレットチャック開閉装置（１６）であって、
   前記主軸（３ａ）の先端部に装着され、ワークを把持するコレット（１６ａ）と、
   前記コレット（１６ａ）の後端部に螺入され、一体にしたチューブ（１６ｂ）と、
   前記主軸（３ａ）の後端部外周に挿入されたカラー（１６ｄ）の端面とスリーブ１６ｅの端面とがＶ溝を形成し、そのＶ溝に挟持されたボール（１６ｈ）と、
   前記ボール（１６ｈ）を保持するために内周面にポケットを有し、前記カラー（１６ｄ）と前記スリーブ（１６ｅ）との外周面に挿入されたクランパ（１６ｆ）と、
   前記主軸台（３）の後端面に固定されたステー（１６ｊ）に嵌合され、ピン（１６ｐ1）によって回動自在に支点として軸支された略リング状のリンク（１６ｋ）と、
   前記略リング状のリンク（１６ｋ）の左右の中央部に設けられ、クランパ（１６ｆ）に遊嵌されたシフター（１６ｍ）と、
   前記リンク（１６ｋ）の上部外周に設けられた突出部には溝が設けられてピン（１６ｐ2）が嵌合され、そのピン（１６ｐ2）には、継手（１６ｒ）を介して空圧シリンダ（１６ｎ）のシリンダロッドが接続され、空圧シリンダ（１６ｎ）が主軸台（３）の上部に配置されたことを特徴とするＮＣ旋盤の主軸台のコレットチャック開閉装置（１６）。

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