JP4616056B2 - 多軸ヘッド交換式工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、多軸ヘッド交換式工作機械、詳しくは、回転駆動源に設けた出力軸と回転工具側の入力軸とを連結する連結装置に関するものである。

従来の多軸ヘッド交換式工作機械として、回転工具を備えるギャングヘッド側の入力軸に、加工ユニット側に設けた出力軸を係合離間可能としたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６３−１１４８０７号公報

特許文献１のＦＩＧ．４に示される通り、多軸工作機械は、複数の回転工具７６ａ〜７６ｃを備えたギャングヘッ４２ａと、本体部５６側に備える加工ユニット３４とを連結可能な連結構造を備える。

ギャングヘッド４２ａは、回転工具７６ａ〜７６ｃを駆動する駆動力を得るための入力軸としてのセレーション軸８６ａ，８６ｂを備え、加工ユニット３４は、駆動モータ５８の駆動力を出力する出力軸としての回転軸６４ａ，６４ｃを備え、本体部５６をシリンダ５２によりスライドテーブル４８と共に移動させることで、セレーション軸８６ａ，８６ｂと、回転軸６４ａ，６４ｃに設けた溝付穴部７０ａ，７０ｃとを係合又は離間させる。

上記の多軸工作機械において、セレーション軸８６ａ，８６ｂと溝付穴部７０ａ，７０ｃには、それぞれおすセレーション、めすセレーションが形成され、おすセレーションとめすセレーションとが噛み合わない場合には、セレーション軸８６ａ，８６ｂと溝付穴部７０ａ，７０ｃとが係合できなくなる。これを改良したものが図６に示す技術である。以下にその技術を説明する。

図６は従来の入力軸と出力軸との連結構造を示す断面図であり、工具側に設けた入力軸２０１に連結するために駆動源側に設けた連結装置２０２は、駆動源を収納するハウジング２０３に開けた穴部２０４、及びこの穴部２０４内に配置した駆動源の出力軸２０６のそれぞれの間に移動自在に設けたスライダ２０７と、このスライダ２０７を入力軸２０１側に付勢するためにスライダ２０７及び出力軸２０６のそれぞれの間に介在させたスプリング２０８とからなる。

スライダ２０７は、出力軸２０６の外周面に形成したおすスプライン２１１にスプライン結合するめすスプライン２１２と、出力軸２０６の外周面に形成した摺動面２１３と摺動させるために内周面に設けた摺動面２１４と、出力軸２０６の摺動面２１３の端部から立ち上げたストッパ部２１６に当たる段部２１７と、入力軸２０１の先端部に設けたおすスプライン２２１にスプライン結合するめすスプライン２２２とを備える。

入力軸２０１とスライダ２０７とが離れた状態から、入力軸２０１側へ連結装置２０２を移動させて、入力軸２０１にスライダ２０７をスプライン結合する場合、入力軸２０１側のおすスプライン２２１と、スライダ２０７側のめすスプライン２２２とが噛み合わない場合には、入力軸２０１の先端とスライダ２０７の先端とが当たった状態で連結装置２０２の移動に伴ってスライダ２０７がスプリング２０８の弾性力に抗して穴部２０４内へ後退するため、入力軸２０１及び出力軸２０６に無理な力が加わらない。

上記の連結装置２０２では、スプリング２０８が、出力軸２０６側に設けられているために出力軸２０６と共に回転することになるが、出力軸２０６の回転数が増加すると、スプリング２０８は穴部２０４内で振動してしまい、出力軸２０６の高回転化、ひいては、工具の高回転化の妨げとなる。

また、おすスプライン２２１とめすスプライン２２２とが噛み合わない状態でスライダ２０７が後退しているときに、おすスプライン２２１とめすスプライン２２２とが噛み合ってスプライン結合したときには、スプリング２０８の弾性力によってスライダ２０７が急激に入力軸２０６側に移動するため、出力軸２０６のストッパ部２１６にスライダ２０７の段部２１７が衝突し、この衝突の衝撃が出力軸２０６を介して駆動源の内部に伝わり、駆動源の作動に影響を及ぼすことがある。

本発明の目的は、多軸ヘッド交換式工作機械を改良することで、工具を高速で回転させるとともに、駆動源の作動に影響を与えないようにして駆動源を良好に作動させることにある。

請求項１に係る発明は、回転工具の駆動のための回転駆動源を有する本体部と、本体部と係合離間自在にするとともに回転工具を設けた多軸ヘッドと、回転駆動源に設けた出力軸と、回転工具に動力を伝達する入力軸とを備え、これらの出力軸と入力軸とを連結装置により連結する多軸ヘッド交換式工作機械において、連結装置を、一端側で入力軸にスプライン結合するとともに、中間部で出力軸に設けた大径部とスプライン結合し且つ他端側で大径部よりも小径であって出力軸に設けた小径部と出力軸の軸方向に摺動する内側スライダと、この内側スライダの外周面に嵌合したベアリングと、このベアリングの外周面に嵌合するとともに出力軸を収納するために本体部に開けた穴部の内周面と出力軸の軸方向に摺動する外側スライダと、この外側スライダを入力軸側に設けた穴部の一端部に付勢するために外側スライダと穴部の他端部との間に設けた弾性部材とから構成したことを特徴とする。

外側スライダを入力軸側に付勢するための弾性部材を、外側スライダと穴部の端部との間の回転しない部分に設け、この弾性部材を出力軸とは別にして出力軸の高回転化を図る。

また、出力軸と内側スライダとを嵌合させ、この内側スライダの外周面にベアリングを嵌合し、このベアリングの外周面に外側スライダを嵌合させ、出力軸に内側スライダ、ベアリングを介して外側スライダを嵌合させる構造とする。

内側スライダの一端側を入力軸にスプライン結合するために、本体部を多軸ヘッドに近づけて、内側スライダの先端が入力軸の先端に当たったときに、入力軸と内側スライダとのそれぞれのスプラインが噛み合わないと、内側スライダ、ベアリング及び外側スライダは弾性部材の付勢力に抗して穴部内を本体部の移動方向とは反対の方向へ後退する。

このとき、入力軸と内側スライダとのそれぞれのスプラインが噛み合うと、圧縮されていたスプリングが伸び、弾性部材の弾性力によって、内側スライダ、ベアリング及び外側スライダが入力軸側に移動し、外側スライダが穴部の一端部に衝突する。この衝突の衝撃は、外側スライダと内側スライダとの間に設けたベアリングで吸収され、出力軸にほとんど伝わらない。

請求項１に係る発明では、連結装置を、一端側で入力軸にスプライン結合するとともに、中間部で出力軸に設けた大径部とスプライン結合し且つ他端側で大径部よりも小径であって出力軸に設けた小径部と出力軸の軸方向に摺動する内側スライダと、この内側スライダの外周面に嵌合したベアリングと、このベアリングの外周面に嵌合するとともに出力軸を収納するために本体部に開けた穴部の内周面と出力軸の軸方向に摺動する外側スライダと、この外側スライダを入力軸側に設けた穴部の一端部に付勢するために外側スライダと穴部の他端部との間に設けた弾性部材とから構成したので、弾性部材を外側スライダと穴部の他端部との間に設けることにより、弾性部材は出力軸の回転に影響しない本体部側に位置するため、従来のような回転側に設けた弾性部材によって出力軸の回転数に制約を受けることがなく、多軸ヘッドの回転工具を高速に回転駆動させることができ、ワークを高い切削条件で加工を行うことができて、生産能力を向上させることができる。

また、入力軸と内側スライダとをスプライン結合するときに発生する衝撃を、内側スライダと外側スライダとの間に介在させたベアリングで緩和することができる。従って、駆動源の作動に影響を及ぼし難くなり、衝撃に強い特別な回転駆動源を使用する必要が無くなって、市販の標準モータを使用することができ、コストを低減することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る多軸ヘッド交換式工作機械の斜視図であり、多軸ヘッド交換式工作機械１０は、Ｘ軸方向に第１固定レール１１（アッパ第１固定レール１１ａとこのアッパ第１固定レール１１ａの下方に設けたロア第１レール１１ｂとからなる。）と第２固定レール１２（アッパ第２固定レール１２ａとこのアッパ第２固定レール１２ａの下方に設けたロア第２レール１２ｂとからなる。）とに分割可能な環状レール１３（アッパ環状レール１３ａとこのアッパ環状レール１３ａの下方に設けたロア環状レール１３ｂとからなる。）に複数の多軸ヘッド（ギャングヘッドとも呼ばれる。）２１〜２６を移動自在に取付け、第１固定レール１１と第２固定レール１２とを連結した際には、環状レール１３の上方中央に設けたインデックステーブル２８を回転駆動源３１により回転駆動することで多軸ヘッド２１〜２６を環状レール１３に沿って移動させ、第１固定レール１１と第２固定レール１２とを分離した際には、第１固定レール１１側に位置する、例えば、多軸ヘッド２１，２２を第１固定レール１１及びこの第１固定レール１１に連結した可動レール３３（アッパ可動レール３３ａとこのアッパ可動レール３３ａの下方に設けたロア可動レール３３ｂとからなる。詳細は後述する。）上で移動させ、これらの多軸ヘッド２１，２２のうちの１台、例えば、多軸ヘッド２１を加工ユニット３５に連結し、この加工ユニット３５に設けた駆動源（不図示）の動力で多軸ヘッド２１に備える複数の回転工具（説明の都合上、回転工具の一部に符号３６〜３８を記す。）を駆動し、図示せぬ治具台に載せたワークを加工するものである。

図２は本発明に係る加工ユニットを説明する斜視図であり、加工ユニット３５は、回転工具を駆動させる駆動源３９を備え、基台４１に設けたＸ軸方向に延びるレール４１ａ，４１ａに移動自在に取付けたものであり、基台４１の後部に取付けた回転駆動源４２によりボールねじ４５を回転させることでこのボールねじ４５にねじ結合するナット部材４６を備える加工ユニット３５をＸ軸方向に移動させる。

また、加工ユニット３５は、第１レール１１（図１参照）に連結されるとともに環状レール１３（図１参照）の一部を構成する第３固定レール４３を支持するために上部に左右一対のアッパシリンダ装置４７Ａ，４７Ｂ、下部に左右一対のロアシリンダ装置４８Ａ，４８Ｂを備える。

第３固定レール４３は、アッパ第３固定レール４３ａとこのアッパ第３固定レール４３ａの下方に設けたロア第３固定レール４３ｂとからなり、アッパシリンダ装置４７Ａ，４７Ｂに備えるロッド５１，５１の先端にアッパ第３固定レール４３ａを取付け、ロアシリンダ装置４８Ａ，４８Ｂに備えるロッド５２，５２の先端にロア第３固定レール４３ｂを取付ける。

図３は本発明に係る多軸ヘッド交換式工作機械の断面図であり、多軸ヘッド交換式工作機械１０は、基台４１と、この基台４１に設けた本体部６１と、この本体部６１に設けた環状レール１３と、この環状レール１３に移動自在に取付けた多軸ヘッド２１〜２６（多軸ヘッド２１のみ示す。）と、これらの多軸ヘッド２１〜２６を環状レール１３上で移動させるために本体部６１の上部に設けたインデックス機構６２と、前述の加工ユニット３５とからなる。

本体部６１は、ワークを載せる治具台側（図の左方）に位置する第１本体部６５と、基台４１に移動自在に取付けた第２本体部６６とからなる。
第１本体部６５は、前述の第１固定レール１１と、内部に加工ユニット３５を収納するとともに上部にインデックス機構６２を設けたかまくら形のハウジング６８と、回転駆動源７１を支持する駆動源支持部７２とを備え、基台４１に固定した部分である。

第２本体部６６は、上部及び下部に第２固定レール１２を取付け、下部にナット部材７３を取付けたものであり、このナット部材７３を第１本体部６５側の回転駆動源７１に取付けたボールねじ７４にねじ結合することで、回転駆動源７１を作動させてボールねじ７４を回転させたときにナット部材７３を介して第２本体部６６を第１本体部６５に対してＸ軸方向に移動させる。

インデックス機構６２は、ハウジング６８の天井部６８ａに取付けた回転駆動源３１と、天井部６８ａに軸部（不図示）を介して回転自在に取付けるとともに回転駆動源３１によって回転駆動されるインデックステーブル２８と、このインデックステーブル２８を多軸ヘッド２１〜２６に係止する係止機構７６とからなる。

加工ユニット３５は、その出力軸から、多軸ヘッド２１〜２６のうちのワーク側に臨ませた、例えば、多軸ヘッド２１側の入力軸へ駆動力を伝達する駆動力伝達装置８１を備え、この駆動力伝達装置８１によって、従来よりも回転工具の回転の高速化を図り、また、出力軸と入力軸との連結時に駆動源３９に与える影響を無くして、駆動源３９として市販の標準モータを使用できるように改良したものである。

図４は本発明に係る駆動力伝達装置を説明する断面図であり、駆動力伝達装置８１は、駆動源３９（図３参照）の回転軸８５の先端に一体的に連結した回転軸延長部８６と、この回転軸延長部８６の外周部の先端に回転軸８５の軸方向に移動可能に連結した内側スライダ８７と、この内側スライダ８７の外周部に嵌合させたボールベアリング８８と、このボールベアリング８８の外周面に嵌合させるとともに駆動源３９の本体部を収納するハウジング９１の端部に設けた穴部９２に移動自在に挿入した外側スライダ９３と、この外側スライダ９３の一端部を受けるために穴部９２の開口側のハウジング９１に取付けたストッパ部材９４と、外側スライダ９３を多軸ヘッド２１に設けた入力軸９６側に付勢するために外側スライダ９３の他端部及び穴部９２の端部側のそれぞれの間に介在させたコイルスプリング９７とからなる。

ここで、１０１は回転軸８５と回転軸延長部８６とを一体的に回転させるためのキー、１０２は回転軸８５を回転可能に支持するためにハウジング９１と回転軸８５との間に設けたベアリング、１０３，１０４はベアリング１０２を固定する止め輪、１０６はコイルスプリング９７の一端を支持するワッシャ、１０７は外側スライダ８７がハウジング９１の穴部９２内を回転するのを防止するとともに外側スライダ８７の軸方向の移動範囲を規制するボルト部材、１０８はハウジング９１にストッパ部材９４を固定するボルト、１１１は多軸ヘッド２１側のハウジング１１２と入力軸９６との間をシールするシール部材である。

回転軸延長部８６は、先端部に設けた大径部１２１と、この大径部１２１の回転軸８５側に設けた小径部１２２とを備え、大径部１２１の外周面におすスプライン１２３を形成した部材である。なお、１２５は小径部１２２の外周面である。

内側スライダ８７は、回転軸延長部８６の大径部１２１とスプライン結合する第１筒部材１２７と、回転軸延長部８６の小径部１２２と回転軸８５の軸方向に滑り可能に嵌合させた第２筒部材１２８とを複数のボルト１３１（１個のボルト１３１のみ示す。）で結合した部材である。そして、第２筒部材１２８は、円周方向に２分割した部材であり、図示しない複数のボルトで結合したものである。

第１筒部材１２７は、その内周面に、大径部１２１のおすスプライン１２３とスプライン結合するめすスプライン１３３を形成するとともに、先端部に、入力軸９６の外周面に設けたおすスプライン１３５にスプライン結合するめすスプライン１３７を形成し、且つ外周面をストッパ部材９４の内周面１３８に滑り可能に嵌合させたものである。

第２筒部材１２８は、内周面１４１に小径部１２２の外周面１２５と摺動するブッシュ１４２を取付け、外周面にボールベアリング８８を嵌合させたものである。なお、１４４はボールベアリング８８の抜け止めを行う止め輪である。

外側スライダ９３は、内周面にボールベアリング８８を嵌合させるとともに外周面１４６を穴部９２の内周面１４７に滑り自在に嵌合させ、一端にストッパ部材９４に当てる当接面１４８を設け、他端にコイルスプリング９７の一端を受けるスプリング受け面１５１を設けた部材である。なお、１５３はボールベアリング８８の抜け止めを行う止め輪、１５４は外側スライダ９３の当接面１４８を当てるためにストッパ部材９４に設けたストッパ面である。

以上に説明した回転軸８５及び回転軸延長部８６は、駆動源３９の出力軸１５５を構成するものである。
また、駆動力伝達装置８１のうちの内側スライダ８７、ボールベアリング８８、外側スライダ９３及びコイルスプリング９７は、出力軸１５５及びハウジング９１に対して一体的にスライド（コイルスプリング９７は除く。）して入力軸９６と出力軸１５５とを連結する連結装置１５６を構成するものである。

更に、連結装置１５６のうちのコイルスプリング９７を除いたもの、即ち、内側スライダ８７、ボールベアリング８８及び外側スライダ９３は、スライド部１５７を構成するものである。

以上に述べた連結装置１５６の作用を次に説明する。
図５は本発明に係る連結装置の作用を示す作用図である。
多軸ヘッド２１の入力軸９６に加工ユニット３５側の連結装置１５６（ここでは、形状の理解を容易にするために、連結装置１５６のうちのスライド部１５７の断面の輪郭を太線で示した。）が連結していない状態から、加工ユニット３５を白抜き矢印で示すように前進させ、入力軸９６の先端に内側スライダ８７の先端を押し当てて入力軸９６に内側スライダ８７をスプライン結合させようとした場合に、入力軸９６のおすスプライン１３５と内側スライダ８７のめすスプライン１３７とが噛み合わず、スプライン結合できない状態を示す。

連結装置１５６は、内側スライダ８７の先端が入力軸９６の先端に当たるとともに、図４に示した状態からこの図５において、出力軸１５５及びハウジング９１に対して黒塗り矢印の向きに後退し、コイルスプリング９７は圧縮された状態にある。

この状態から入力軸９６のおすスプライン１３５と内側スライダ８７のめすスプライン１３７とが噛み合い始めると、コイルスプリング９７の弾性力によって連結装置１５６のスライド部１５７は急に入力軸９６側へ移動し、外側スライダ９３の当接面１４８がストッパ部材９４のストッパ面１５４に衝突する（この状態が図４に示した状態である）。
この衝突時の衝撃は、外側スライダ９３と内側スライダ８７との間に設けたボールベアリング８８で吸収され、出力軸１５５にほとんど伝わらない。

以上の図１、図３及び図４に示したように、本発明は、回転工具３６〜３８の駆動のための回転駆動源としての駆動源３９を有する本体部６１、詳しくは、第１本体部６５と、本体部６１と係合離間自在にするとともに回転工具３６〜３８を設けた多軸ヘッド２１〜２６と、回転駆動源３６〜３８に設けた出力軸１５５と、回転工具３６〜３８に動力を伝達する入力軸９６とを備え、これらの出力軸１５５と入力軸９６とを連結装置１５６により連結する多軸ヘッド交換式工作機械１０において、連結装置１５６を、一端側で入力軸９６にスプライン結合するとともに、中間部で出力軸１５５に設けた大径部１２１とスプライン結合し且つ他端側で大径部１２１よりも小径であって出力軸１５５に設けた小径部１２２と出力軸１５５の軸方向に摺動する内側スライダ８７と、この内側スライダ８７の外周面に嵌合したベアリングとしてのボールベアリング８８と、このボールベアリング８８の外周面に嵌合するとともに出力軸１５５を収納するために本体部６１に開けた穴部９２の内周面と出力軸１５５の軸方向に摺動する外側スライダ９３と、この外側スライダ９３を入力軸９６側に設けた穴部９２の一端部としてのストッパ部材９４に付勢するために外側スライダ９３と穴部９２の他端部との間に設けた弾性部材としてのコイルスプリング９７とから構成したことを特徴とする。

コイルスプリング９７を外側スライダ９３と穴部９２の他端部との間に設けることにより、コイルスプリング９７は出力軸１５５の回転に影響しない本体部６１側に位置するため、従来のような回転側に設けた弾性部材によって出力軸の回転数に制約を受けることがなく、多軸ヘッド２１〜２６の回転工具３６〜３８を高速に回転駆動させることができ、ワークを高い切削条件で加工を行うことができて、生産能力を向上させることができる。

また、入力軸９６と内側スライダ８７とをスプライン結合するときに発生する衝撃を、内側スライダ８７と外側スライダ９３との間に介在させたボールベアリング８８で緩和することができる。従って、駆動源３９の作動に影響を及ぼし難くなり、衝撃に強い特別な回転駆動源を使用する必要が無くなって、市販の標準モータを使用することができ、コストを低減することができる。

尚、本実施形態では、図４に示したように、出力軸１５５を、回転軸８５と、この回転軸８５に取付けた別体の回転軸延長部８６から構成したが、これに限らず、回転軸８５と回転延長部８６とを一体成形してもよい。

本発明の多軸ヘッド交換式工作機械は、多軸ヘッド側の工具に駆動力を伝える入力軸と、工具用駆動源側に設けた出力軸とを連結するものに好適である。

本発明に係る多軸ヘッド交換式工作機械の斜視図である。 本発明に係る加工ユニットを説明する斜視図である。 本発明に係る多軸ヘッド交換式工作機械の断面図である。 本発明に係る駆動力伝達装置を説明する断面図である。 本発明に係る連結装置の作用を示す作用図である。 従来の入力軸と出力軸との連結構造を示す断面図である。

符号の説明

１０…多軸ヘッド交換式工作機械、２１〜２６…多軸ヘッド、３６〜３８…回転工具、３９…回転駆動源（駆動源）、６１…本体部、８７…内側スライダ、８８…ベアリング（ボールベアリング）、９２…穴部、９３…外側スライダ、９４…穴部の一端部（ストッパ部材）、９６…入力軸、９７…弾性部材（コイルスプリング）、１２１…大径部、１２２…小径部、１５５…出力軸、１５６…連結装置。

Claims (1)

1. 回転工具の駆動のための回転駆動源を有する本体部と、
   前記本体部と係合離間自在にするとともに前記回転工具を設けた多軸ヘッドと、
   前記回転駆動源に設けた出力軸と、
   前記回転工具に動力を伝達する入力軸とを備え、
   これらの出力軸と入力軸とを連結装置により連結する多軸ヘッド交換式工作機械において、
   前記連結装置は、
   一端側で前記入力軸にスプライン結合するとともに、中間部で前記出力軸に設けた大径部とスプライン結合し且つ他端側で前記大径部よりも小径であって前記出力軸に設けた小径部と前記出力軸の軸方向に摺動する内側スライダと、
   この内側スライダの外周面に嵌合したベアリングと、
   このベアリングの外周面に嵌合するとともに、前記出力軸を収納するために前記本体部に開けた穴部の内周面と前記出力軸の軸方向に摺動する外側スライダと、
   この外側スライダを前記入力軸側に設けた前記穴部の一端部に付勢するために、前記外側スライダと前記穴部の他端部との間に設けた弾性部材とから構成したことを特徴とする多軸ヘッド交換式工作機械。

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