JP5345460B2 - U-axis drive structure of machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械におけるU軸駆動構造に関する。 The present invention relates to a U-axis drive structure in a machine tool such as a machining center.
工具を主軸回転中心と交差する方向に切込み送りさせる装置(以降、U軸工具ユニットという)として、主軸回転中心回りの回転力を主軸回転中心と交差する方向の力に変換する機構を有したタイプのものがあり、前記回転力をU軸工具ユニットに駆動伝達する構造の従来例として特許文献1に記載のものが挙げられる。 As a device that cuts and feeds a tool in a direction that intersects the spindle rotation center (hereinafter referred to as a U-axis tool unit), a type that has a mechanism that converts the rotational force around the spindle rotation center into a force that intersects the spindle rotation center As a conventional example of a structure for driving and transmitting the rotational force to the U-axis tool unit, one described in Patent Document 1 can be cited.
同文献の符号を付して説明すれば、特許文献1には、ドローバーを中空に形成して、その内部にサーボモータ28によって回転する連結軸22を挿通し、この連結軸22をu軸工具ユニット15側に前進させたときに溝35と突起36との嵌合方式によりu軸駆動軸13に一体回転可能に連結する技術が記載されている。u軸駆動軸13の回転はu軸工具ユニット15内のギア列14等により工具12の切込み送りに変換される。
If the reference of the same literature is attached | subjected and demonstrated, in patent document 1, the drawbar will be formed in hollow and the connecting
特許文献1に記載の技術によれば、溝35と突起36とを嵌合させるにあたって連結軸22とu軸駆動軸13との円周方向の位相を所定の位相に合わせる必要が生じ、具体的には同文献の段落[0017]に記載されているように、数値制御装置を用いて連結軸22を常に所定の回転位置で停止させる措置が必要となる。
According to the technique described in Patent Document 1, it is necessary to match the circumferential phase of the
また、連結軸22やこの連結軸22を前後進させるシリンダ機構44などの駆動源を要する構造のため、部品点数が増加し製作コストが嵩みやすい。さらに、特許文献1の技術は、前記したようにドローバーを中空に形成してその内部に連結軸22を挿通させる構造のために、連結軸22は小径の軸部材にならざるを得ず、捩り剛性が低下して切込み送り精度に影響を及ぼすおそれがある。
In addition, the structure requires a driving source such as the connecting
本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、主軸回転中心回りの回転力をU軸工具ユニットに駆動伝達するために2つの回転要素を連結するにあたり、円周方向の位相の制限を受けることなく連結可能であり、また、部品点数の増加や駆動伝達部材の剛性低下の問題を容易に解消し得る工作機械のU軸駆動構造を提供することを目的としている。 The present invention has been created to solve such a problem. In connecting the two rotating elements to transmit the rotational force around the spindle rotation center to the U-axis tool unit, the circumferential direction is It is an object of the present invention to provide a U-axis drive structure for a machine tool that can be connected without being limited in phase and can easily solve the problems of an increase in the number of parts and a decrease in rigidity of a drive transmission member.
前記課題を解決するため、本発明は、主軸回転中心回りの回転力を主軸回転中心と交差する方向の力に変換して工具を切込み送りさせるU軸工具ユニットが工具ホルダに装着され、プルスタッドとドローバーとを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させるチャッキング手段と、前記工具ホルダを着脱可能に固定する主軸と、を備えた工作機械において、前記プルスタッドを前記工具ホルダに回転自在に軸装するとともに前記ドローバーを前記主軸に回転自在に軸装し、前記ドローバーを回転させるドローバー回転駆動源を設け、前記ドローバーの回転力を前記プルスタッドを介して前記U軸工具ユニットに伝達することにより、工具を切込み送りさせる構成としたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a tool holder having a U-axis tool unit that converts a rotational force around a spindle rotation center into a force in a direction intersecting the spindle rotation center to cut and feed the tool, In the machine tool comprising: a chucking means for integrally engaging the drawbar and the draw bar regardless of the circumferential phase; and a main shaft for detachably fixing the tool holder, the pull stud is rotated on the tool holder. The draw bar is rotatably mounted on the main shaft, and a draw bar rotation drive source for rotating the draw bar is provided, and the rotational force of the draw bar is transmitted to the U-axis tool unit via the pull stud. By doing so, the tool is cut and fed.
本発明は、主軸回転中心回りの回転力をU軸工具ユニットに駆動伝達するにあたり、連結する2つの回転要素としてプルスタッドおよびドローバーを利用しており、プルスタッドを工具ホルダに回転自在に軸装するとともにドローバーを主軸に回転自在に軸装し、ドローバーの回転力を、チャッキング手段によって一体となったプルスタッドを介してU軸工具ユニットに伝達するものである。 The present invention utilizes a pull stud and a draw bar as two rotating elements to be connected when driving the rotational force around the center of rotation of the spindle to the U-axis tool unit, and the pull stud is rotatably mounted on the tool holder. At the same time, the draw bar is rotatably mounted on the main shaft, and the rotational force of the draw bar is transmitted to the U-axis tool unit via the pull stud integrated by the chucking means.
前記チャッキング手段はプルスタッドとドローバーとを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させる構成であるため、特許文献1に記載された溝と突起の嵌合方式と異なり、連結時に円周方向の位相の制限を受けることがない。 Since the chucking means is configured to integrally engage the pull stud and the draw bar irrespective of the phase in the circumferential direction, unlike the fitting method of the groove and the protrusion described in Patent Document 1, There is no restriction on the phase of the direction.
また、本来、工具ホルダを主軸に脱着させる機能のみ有するドローバーが、U軸工具ユニット側への回転力の駆動伝達機能も兼用することになり、特許文献1に記載された連結軸を別途設ける必要がない。勿論、ドローバーの引き込み動作がそのままプルスタッドとドローバーの連結動作となるため、特許文献1に記載された連結軸を前後進させるシリンダ機構などの駆動源も要しない。駆動伝達部材としてドローバーを利用するため、中空部を設けて連結軸を挿通した場合のような駆動伝達部材の剛性低下の問題も生じない。 In addition, the draw bar that originally has only the function of attaching / detaching the tool holder to / from the main shaft also serves as the drive transmission function of the rotational force to the U-axis tool unit side, and it is necessary to separately provide the connecting shaft described in Patent Document 1 There is no. Of course, since the pull-in operation of the draw bar is directly connected to the pull stud and the draw bar, a driving source such as a cylinder mechanism for moving the connecting shaft back and forth described in Patent Document 1 is not required. Since the draw bar is used as the drive transmission member, the problem of lowering the rigidity of the drive transmission member as in the case where the hollow portion is provided and the connecting shaft is inserted does not occur.
また、本発明は、前記チャッキング手段を、前記ドローバーの引き込みに伴い複数の鋼球が主軸回転中心に向けて移動してプルスタッドに係合する構成の鋼球チャッキング機構とし、前記プルスタッドを、軸受を介して前記工具ホルダに軸装したことを特徴とする。 In the present invention, the chucking means may be a steel ball chucking mechanism in which a plurality of steel balls move toward the spindle rotation center and engage with the pull stud as the draw bar is pulled, and the pull stud Is mounted on the tool holder via a bearing.
鋼球チャッキング機構はドローバーとプルスタッドとの係合力に優れるため、両者を一体化させる手段として好適である。また、ドローバーの引き込みによって工具ホルダにおけるプルスタッドの回転支承部にスラスト荷重がかかるところ、プルスタッドを、軸受を介して工具ホルダに軸装することで、スラスト荷重を吸収してプルスタッドのスムースな回転機能を確保できる。 Since the steel ball chucking mechanism is excellent in the engagement force between the draw bar and the pull stud, it is suitable as a means for integrating the two. In addition, when the draw bar is pulled, a thrust load is applied to the rotation support portion of the pull stud in the tool holder. By pulling the pull stud on the tool holder via the bearing, the thrust load is absorbed and the pull stud is smooth. Rotation function can be secured.
また、本発明は、前記工作機械はマシニングセンタであって、前記工具ホルダに代えて、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成のBTホルダを、前記チャッキング手段により前記主軸に装着可能であることを特徴とする。 According to the present invention, the machine tool is a machining center, and instead of the tool holder, a BT holder having a structure in which a pull stud is integrally provided so as not to rotate with respect to the holder is attached to the spindle by the chucking means. It can be attached to.
ドリル、フライス、リーマ、エンドミル等のU軸機構を有さない工具のBTホルダ、すなわち、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成からなる既存の汎用のBTホルダを主軸に装着する場合、引用文献1の技術によれば連結軸を移動させる必要があるところ、本発明によればチャッキング手段の動作のみで装着可能となるため、BTホルダ装着用としての特別な動作を要しない。 BT holders for tools that do not have a U-axis mechanism such as drills, millers, reamers, and end mills, that is, existing general-purpose BT holders that have a structure in which a pull stud is provided integrally with the holder so as not to rotate. In the case of mounting, according to the technique of the cited document 1, it is necessary to move the connecting shaft. However, according to the present invention, the mounting can be performed only by the operation of the chucking means. I don't need it.
本発明は、主軸回転中心回りの回転力をU軸工具ユニットに駆動伝達するにあたり、連結する2つの回転要素としてプルスタッドおよびドローバーを利用しており、両者はチャッキング手段によって円周方向の位相に拘わりなく連結する。したがって、本発明によれば、特許文献1に記載された位相合わせの技術、すなわち位相を合わせるために回転要素の回転停止位置を制御する手段を要しない。また、本発明は、ドローバーにU軸工具ユニット側への回転力の駆動伝達機能を持たせたので、専用の駆動伝達部材やその連結のための駆動源を要さず、部品点数の増加を抑えることができる。さらに、駆動伝達部材としてドローバーを利用するため、駆動伝達部材の剛性低下の問題も生じない。既存の汎用のBTホルダを主軸に装着するときにも、チャッキング手段の動作のみで装着可能となる。 The present invention utilizes a pull stud and a draw bar as two rotating elements to be connected when driving the rotational force around the spindle rotation center to the U-axis tool unit. Regardless of the connection. Therefore, according to the present invention, the phase matching technique described in Patent Document 1, that is, means for controlling the rotation stop position of the rotating element to match the phase is not required. Further, according to the present invention, since the draw bar has a drive transmission function of the rotational force to the U-axis tool unit side, a dedicated drive transmission member and a drive source for the connection are not required, and the number of parts can be increased. Can be suppressed. Further, since the draw bar is used as the drive transmission member, the problem of the rigidity of the drive transmission member does not occur. Even when an existing general-purpose BT holder is mounted on the spindle, it can be mounted only by the operation of the chucking means.
図1において、マシニングセンタ1は、フレーム2に複数の軸受3を介して支承され、ビルトイン式の主軸用モータ4によって回転する主軸5を備える。主軸用モータ4は例えばサーボモータからなる。主軸5の先端には、シャンク面同士の密着により工具ホルダ6が着脱可能に固定され、この工具ホルダ6には、主軸回転中心P回りの回転力を主軸回転中心Pと交差する方向の力に変換して工具Tを切込み送りさせるU軸工具ユニット7が装着されている。
In FIG. 1, a machining center 1 includes a
U軸工具ユニット7は、工具ホルダ6内のプルスタッド11に一体に連結した回転入力軸8を有する。後記するように、プルスタッド11が回転すると回転入力軸8も一体となって回転し、その回転力は減速機構9を介して回転出力軸10に出力される。回転出力軸10の回転力は、ラックアンドピニオン等のギヤ機構やカム機構等の運動力変換機構(図示せず)によって工具Tを主軸回転中心Pと交差する方向に切込み送りする力に変換される。前記運動力変換機構の詳細な説明については本発明の趣旨から外れるので省略する。
The U-axis tool unit 7 has a
主軸5の内部にはサラバネ13によって引き込み側(図1における右側)に常時付勢されたドローバー12が挿通され、ドローバー12の先端にはプルスタッド11をチャッキングするチャッキング手段14が組み付けられている。このチャッキング手段14は、ドリル、フライス、リーマ、エンドミル等のU軸機構を有さない工具のBTホルダ(図示せず)、すなわち、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成からなる汎用のBTホルダを主軸に装着する従来のチャッキング手段と基本的に同じ構成である。ただし、後記するように、プルスタッド11、ドローバー12、リング部材19は主軸5に対して相対回転する。
Inside the
チャッキング手段14は、プルスタッド11とドローバー12とを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させる機能を有しており、本実施形態では、図2に示すように、ドローバー12の引き込みに伴い複数の鋼球15が主軸回転中心Pに向けて移動してプルスタッド11に係合する構成の鋼球チャッキング機構としている。ドローバー12の先端周りはプルスタッド11の端部を収容するべく円筒状に形成されており、その筒壁部16には鋼球収納孔17が円周方向に沿って複数穿設され、各鋼球収納孔17に鋼球15が径方向に移動可能に収納されている。鋼球15が抜け落ちないように鋼球収納孔17の内面は主軸回転中心Pに向かうほど縮径となる傾斜面として形成されている。主軸5の内面と筒壁部16との間には、前端寄りが薄肉に形成され、中程の厚肉部の内周面に位置決め溝18が形成されたリング部材19が介設されている。
The chucking means 14 has a function of integrally engaging the
ドローバー12が前進位置にあるとき、鋼球12は図2(a)に示すようにリング部材19の薄肉部側に位置しており、プルスタッド11とドローバー12とは非係合状態にある。そして、ドローバー12が図における右側に引き込まれると、鋼球15が薄肉部から厚肉部に乗り上げる態様で主軸回転中心Pに向けて移動して位置決め溝18に嵌り込む。このとき、各鋼球15がプルスタッド11の傾斜面11aとドローバー12の鋼球収納孔17の傾斜面とを主軸回転中心Pに向けて押圧するので、鋼球15と、プルスタッド11、ドローバー12、リング部材19の夫々との間に大きな摩擦力が生じ、プルスタッド11とドローバー12とが係合状態となってシャンク面同士の密着により工具ホルダ6が主軸5に固定される。リング部材19と主軸5とは係合状態ではないので、クランプ状態(チャッキング状態)においてドローバー12は主軸5に対して回転自由となる。
When the
以上の構成において、本発明は、プルスタッド11を工具ホルダ6に回転自在に軸装するとともにドローバー12を主軸5に回転自在に軸装し、ドローバー12の回転力をプルスタッド11を介してU軸工具ユニット7に伝達することにより、工具Tを切込み送りさせる構成としたことを主な特徴とする。
In the above configuration, the present invention is configured such that the
プルスタッド11は軸受20を介して工具ホルダ6に支承される。ドローバー12の引き込みによって軸受20には比較的大きなスラスト荷重がかかるため、軸受20としてはアンギュラ玉軸受または深溝玉軸受が好適である。
The
図1に示すように、主軸5の後端周りには軸受21を介して筒状の第1サラバネ受け22が取り付けられている。サラバネ13は、前端がこの第1サラバネ受け22に支持され、後端はドローバー12の後端寄りに外嵌固定した第2サラバネ受け23に支持される。ドローバー12は第1サラバネ受け22の内周面や主軸5の内周面により回転自在に支持される。
As shown in FIG. 1, a cylindrical first
ドローバー12の後端は、継手24を介してドローバー回転駆動源としてのU軸用モータ25に連結されている。U軸用モータ25は例えばサーボモータからなる。U軸用モータ25は、主軸5の軸方向(Z軸方向)に移動可能にガイドレール26に搭載されており、図示しないドローバー用駆動装置によりドローバー12をZ軸方向に前後進させることで、U軸用モータ25も一緒に前後進する。なお、ドローバー用駆動装置は油圧を利用したものなど公知の装置でよく、詳細な説明については本発明の趣旨から外れるので省略する。
The rear end of the
本発明のU軸駆動構造は以上のように構成され、ドローバー12が引き込まれると、鋼球チャッキング機構が作動してプルスタッド11は円周方向の位相に拘わりなくドローバー12と一体に連結される。そして、U軸の切込み送りを伴う加工時には、主軸用モータ4の回転数に対してU軸用モータ25の回転数を高くするなど両者間に所定の速度差が生ずるように設定する。U軸用モータ25の回転駆動により、ドローバー12、サラバネ13、リング部材19、プルスタッド11が一体に回転し、回転入力軸8も一体に回転して図示しない運動力変換機構によって工具Tが主軸回転中心Pと直交する方向に切込み送りされる。
The U-axis drive structure of the present invention is configured as described above. When the
U軸の切込み量を固定した状態での加工時は、主軸用モータ4とU軸用モータ25とを同期させ、両者を同一回転数に設定する。U軸機構の無い工具の場合、つまり、前記した汎用のBTホルダが装着されている場合には、主軸用モータ4とU軸用モータ25とを同期させるか、或いは、U軸用モータ25をOFFにして主軸用モータ4だけを駆動させ、U軸用モータ25については連れ回りさせるようにしてもよい。
At the time of machining with the U-axis cutting depth fixed, the spindle motor 4 and the
以上のように、プルスタッド11とドローバー12とを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させるチャッキング手段14を有したマシニングセンタ1などの工作機械において、プルスタッド11を工具ホルダ6に回転自在に軸装するとともにドローバー12を主軸5に回転自在に軸装し、ドローバー12を回転させるドローバー回転駆動源(U軸用モータ25)を設け、ドローバー12の回転力をプルスタッド11を介してU軸工具ユニット7に伝達することにより、工具Tを切込み送りさせる構成とすれば、チャッキング手段14の介在により、プルスタッド11とドローバー12とは円周方向の位相の制限を受けることなく連結する。これにより、特許文献1に記載された回転要素の回転停止位置を制御する手段を要しない。
As described above, in the machine tool such as the machining center 1 having the chucking means 14 that integrally engages the
また、ドローバー12にU軸工具ユニット7側への回転力の駆動伝達機能を持たせたことから、専用の駆動伝達部材やその連結のための駆動源を要さず、部品点数の増加が抑えられる。さらに、駆動伝達部材としてドローバー12を利用しているので、中空部を設けて連結軸を挿通した場合のような駆動伝達部材の剛性低下の問題も生じない。
Further, since the
そして、本実施形態のように、工作機械をマシニングセンタとし、U軸機構を備えてプルスタッド11が回転自在に軸装された構成からなる工具ホルダ6に代えて、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成のBTホルダを、チャッキング手段14により主軸5に装着可能とすれば、工具ホルダ6の装着時と同様に、チャッキング手段14の動作のみでBTホルダの装着が可能となる。
Then, as in this embodiment, the machine tool is a machining center, and the pull stud rotates with respect to the holder instead of the
以上、本発明の最良の形態について説明した。説明した形態では、チャッキング手段14を鋼球チャッキング機構としたが、ドローバー12の引き込み動作によってプルスタッド11とドローバー12とを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させる機能を有し、所定の係合力が得られるものであれば、他のチャッキング機構、例えばコレットチャッキング機構でも可能である。また、主軸用モータ4としては、ビルトイン式以外のものでもよく、さらにサーボモータ以外のものでもよい。U軸用モータ25もサーボモータ以外のものでもよい。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能である。
The best mode of the present invention has been described above. In the embodiment described above, the chucking means 14 is a steel ball chucking mechanism. However, the
1 マシニングセンタ(工作機械)
4 主軸用モータ
5 主軸
6 工具ホルダ
7 U軸工具ユニット
11 プルスタッド
12 ドローバー
13 サラバネ
14 チャッキング手段
15 鋼球
25 U軸用モータ(ドローバー回転駆動源)
P 主軸回転中心
T 工具
1 Machining center (machine tool)
4
P Spindle center of rotation T Tool
Claims (3)
プルスタッドとドローバーとを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させるチャッキング手段と、前記工具ホルダを着脱可能に固定する主軸と、を備えた工作機械において、
前記プルスタッドを前記工具ホルダに回転自在に軸装するとともに前記ドローバーを前記主軸に回転自在に軸装し、
前記ドローバーを回転させるドローバー回転駆動源を設け、
前記ドローバーの回転力を前記プルスタッドを介して前記U軸工具ユニットに伝達することにより、工具を切込み送りさせる構成としたことを特徴とする工作機械のU軸駆動構造。 A U-axis tool unit that converts the rotational force around the spindle rotation center into a force that intersects the spindle rotation center to cut and feed the tool is mounted on the tool holder,
In a machine tool comprising chucking means for integrally engaging a pull stud and a draw bar regardless of the circumferential phase, and a spindle for detachably fixing the tool holder,
The pull stud is rotatably mounted on the tool holder and the draw bar is rotatably mounted on the main shaft,
Providing a draw bar rotation drive source for rotating the draw bar;
A U-axis drive structure for a machine tool, wherein the tool is cut and fed by transmitting the rotational force of the draw bar to the U-axis tool unit via the pull stud.
前記プルスタッドを、軸受を介して前記工具ホルダに軸装したことを特徴とする請求項1に記載の工作機械のU軸駆動構造。 The chucking means is a steel ball chucking mechanism configured to engage a pull stud by moving a plurality of steel balls toward the spindle rotation center as the draw bar is retracted,
The U-axis drive structure for a machine tool according to claim 1, wherein the pull stud is mounted on the tool holder via a bearing.
前記工具ホルダに代えて、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成のBTホルダを、前記チャッキング手段により前記主軸に装着可能であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の工作機械のU軸駆動構造。 The machine tool is a machining center,
The BT holder having a structure in which a pull stud is integrally provided so as not to rotate with respect to the holder can be attached to the main shaft by the chucking means instead of the tool holder. Item 3. A U-axis drive structure for a machine tool according to Item 2.
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