JP6062274B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

この発明は、例えば歯車を創成加工する場合に用いられる工作機械に関するものである。

従来、この種の工作機械としては、例えば特許文献１に開示されるような構成が提案されている。
この従来構成においては、ベッドの上面に回転テーブルが垂直軸線を中心に回転可能に配置されている。回転テーブルの上部には、ワークを着脱可能に支持する治具が設けられている。ベッド上には、水平なＸ軸方向に移動可能なコラム、鉛直なＺ軸方向に移動可能なサドル、水平軸線を中心に旋回可能な旋回ヘッド、及び水平なＹ軸方向に移動可能なスライドヘッドを介して工具ヘッドが支持されている。工具ヘッドの下部には、歯車形状の工具が回転可能に支持されている。そして、ワークと工具とが同期回転されることにより、ワークに内歯車が創成加工されるようになっている。

特開２０１０−１４２９２８号公報

ところで、この従来の工作機械においては、ワークと工具との上下位置関係が固定されていて、それらの位置関係を入れ替えることはできない。従って、例えば、ワークの支持位置を要求に応じて上下いずれかに選択するというようなことは困難である。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ワークと工具との上下位置関係を必要に応じて選択できる工作機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明においては、一対のスピンドルユニットを上下に対向して配置し、それらのスピンドルユニットの対向端部に、ワークが保持されるワークホルダと工具が保持される工具ホルダとを交換可能にし、下側に位置するスピンドルユニット上のワークホルダまたは工具ホルダの下部外周には、外周側に向かって下降傾斜する案内面を有する案内部材を設けたことを特徴としている。

従って、この工作機械においては、一対のスピンドルユニットに対するワークホルダと工具ホルダとの装着位置を、必要に応じて任意に選択することができる。よって、例えば両スピンドルユニットが上下に対向して配置されている工作機械において、ワークの着脱作業を自動化する場合には、上側のスピンドルユニットにワークホルダを装着するとともに、下側のスピンドルユニットに工具ホルダを装着すれば、ローダ等の機構を用いることにより、ワークの取り付け及び取り外し動作を容易に行うことができる。また、大重量のワークを手作業によって着脱する場合には、下側のスピンドルユニットにワークホルダを装着するとともに、上側のスピンドルユニットに工具ホルダを装着すれば、大重量のワークの着脱作業を下方位置において容易に行うことができる。また、案内部材により、加工屑を滞留することなく、円滑に排出できる。

請求項２の発明においては、両スピンドルユニットのスピンドルを同一形状にするとともに、それらのスピンドルの軸心に貫通孔を形成している。
請求項３の発明においては、両スピンドルユニットの外筒体を同一形状にした請求項２に記載の工作機械。スピンドルユニット全体の上下入れ替えが容易である。

請求項４の発明においては、両スピンドルユニットは、スピンドルを回転させるためのビルトインモータを有し、そのビルトインモータを同一またはほぼ同一仕様のものにしている。従って、ワークと工具との入れ替えを自在に行うことができる。

請求項５の発明においては、両スピンドルユニットのホルダ装着側の端部と反対側の端部にアクチュエータを設け、一方のスピンドルユニットにおけるスピンドルの貫通孔には、ワークホルダ上のワークチャックに連結されている。そして、前記アクチュエータの駆動によってワークチャックを開閉動作させる作動ロッドを挿入し、他方のスピンドルユニットにおけるスピンドルの貫通孔には、工具ホルダの工具チャックに連結され、前記アクチュエータの駆動によって工具チャックを開閉動作させる作動ロッドを挿入している。従って、工具及びワークの位置関係が上下いずれかであってもワークを適切に加工できる。

請求項６の発明において、一方のスピンドルユニットを自身の軸線方向及び軸線と直交する方向に移動可能に配置するとともに、他方のスピンドルユニットを一方のスピンドルユニットの移動２方向と直交する方向に移動可能に、かつ一方のスピンドルユニットに対して軸線方向の角度調節可能に配置している。従って、ワーク加工及びワークや工具の交換等を適切に行うことができる。

請求項７の発明においては、スピンドルユニットの外側に、スピンドルユニットを装置フレームに着脱可能に固定するための固定部を設けている。従って、固定部の固定を外せば、スピンドルユニットを容易に上下入れ替えできる。

請求項８の発明においては、前記固定部は、装置フレームの雌ネジ部に螺入されるボルトを通すための構成である。従って、ボルトの脱着により、スピンドルユニットを容易に上下入れ替えできる。

請求項９の発明においては、工具として、内歯車を創成するスカイビングカッターを用いている。

前記の工作機械によれば、ワークと工具との上下位置関係を必要に応じて選択できるという効果を発揮する。

一実施形態の工作機械を示す斜視図。 図１の工作機械における上下スピンドルユニットを示す部分破断正面図。 図２の上側のスピンドルユニットを拡大して示す部分破断正面図。 同じく下側のスピンドルユニットを拡大して示す部分破断正面図。 図２の上下スピンドルユニットにワークホルダと工具ホルダとを逆に装着した状態を示す部分破断正面図。

以下、工作機械の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、ベッド１１上には、コラム１２が立設配置されている。このベッド１１やコラム１２は装置フレームを構成している。コラム１２の前面には、第１サドル１３が水平なＹ軸方向に移動可能に支持されている。第１サドル１３の前面には、スライドヘッド１４が鉛直なＺ軸方向に移動可能に支持されている。スライドヘッド１４の前面には、上側のスピンドルユニット１５がその軸線Ｌ１を上下方向に延長させた状態で固定配置されている。前記ベッド上には、第２サドル１６が水平なＸ軸方向に移動可能に支持されている。第２サドル１６の前面には、旋回ヘッド１７が水平な軸線Ｌ２を中心に旋回可能に支持されている。旋回ヘッド１７の前面には、下側のスピンドルユニット１８が固定されている。そして、図４に示すように、ワーク２０の加工時には、スピンドルユニット１８はその軸線Ｌ３が傾斜された状態に配置される。

図１に示すように、前記両スピンドルユニット１５，１８の対向端部には、それぞれワークホルダ１９と工具ホルダ２１とが交換可能に装着されている。図示の構成においては、上側のスピンドルユニット１５の下端部にワークホルダ１９が装着されるとともに、下側のスピンドルユニット１８の上端部に工具ホルダ２１が装着されている。ワークホルダ１９の下部には、円環状のワーク２０が着脱可能に保持される。工具ホルダ２１の上部には、歯車形状の工具（実施形態ではスカイビングカッター）２２が着脱可能に保持される。そして、工具２２がワーク２０の内周面に位置された状態で、工具２２及びワーク２０が同期回転されながら、ワーク２０の軸線Ｌ１方向へ相対的に送り動作されることにより、ワーク２０に内歯車が創成加工される。

次に、前記両スピンドルユニット１５，１８の構成について詳細に説明する。なお、両スピンドルユニット１５，１８は、上下反転して配置されているが、ほぼ同一の構成となっているため、まず上側のスピンドルユニット１５について説明し、続く下側のスピンドルユニット１８については、同一の構成部分に同一の符号を付して、それらの詳細な説明を省略する。

図２及び図３に示すように、前記上側のスピンドルユニット１５には、円筒状のユニット外筒体２５が備えられている。ユニット外筒体２５の下端開口部には、環状の蓋体２６が取り付けられている。ユニット外筒体２５内には、スピンドル２７が複数のベアリング２８を介して回転可能に支持されている。スピンドル２７の軸心には、貫通孔２７１が形成されている。ユニット外筒体２５内には、ビルトインモータ（以下、単にモータという）２９が配設されている。モータ２９は、ユニット外筒体２５の内周に嵌着されたステータ２９１と、スピンドル２７の外周に嵌着されたロータ２９２とを備え、上下のモータ２９は同一またはほぼ同一仕様である。つまり、上下のモータ２９は出力特性が同一またはほぼ同一のものが用いられる。そして、このモータ２９によって、スピンドル２７が回転されるようになっている。ここで、出力特性がほぼ同一とは、スピンドルユニット１５，１８が上下反転されても、ワーク加工が支障なく実行される程度の出力特性の相違を指すものである。

図２及び図３に示すように、前記上側のスピンドルユニット１５において蓋体２６の下面には、円環状の端板３０が取り付けられている。端板３０の下側においてスピンドル２７の下端部には、円板状のワーク支持テーブル３１が着脱可能に取り付けられている。端板３０の下面には、ワーク支持テーブル３１の外周縁に固定された係合リング３２に係合して、ワーク支持テーブル３１を回転可能に保持するための円環状の第１保持部材３３が着脱可能に取り付けられている。そして、このワーク支持テーブル３１の下面に、前記ワークホルダ１９が複数のボルト３４により着脱可能に装着されている。

図２及び図３に示すように、前記上側のスピンドルユニット１５においてユニット外筒体２５の上端部には、シリンダ等よりなるアクチュエータ３５が配設されている。スピンドル２７の貫通孔２７１内には、第１作動ロッド３６が移動可能に挿通れている。第１作動ロッド３６の上端部には、アクチュエータ３５の駆動軸３５１に形成されたネジ孔３５２に着脱可能に螺合されるネジ部３６１が突設されている。ワークホルダ１９内の下端部には、ワーク２０を着脱可能に保持するためのワークチャック３７が設けられている。そして、このワークチャック３７が第１作動ロッド３６の下端部に作動連結されて、アクチュエータ３５による第１作動ロッド３６の上下動に伴って開閉動作されるようになっている。

図２及び図４に示すように、前記下側のスピンドルユニット１８においては、工具ホルダ２１の装着側の上端部の構成を除いて、スピンドル２７、モータ２９、アクチュエータ３５等を含む大部分が上側のスピンドルユニット１５とほぼ同一に構成され、上下逆向きの状態に配置されている。この場合、ユニット外筒体２５上の蓋体２６の外周上縁には、加工屑を落下させるための外周側に向かって下降傾斜する傾斜面２６１が形成されている。また、この下側のスピンドルユニット１８の端板３０は、前記上側のスピンドルユニット１５の端板３０よりも小径となるように形成されている。

図２及び図４に示すように、前記下側のスピンドルユニット１８において、スピンドル２７の上端部には、工具支持テーブル３８がその軸部３８１をスピンドル２７の貫通孔２７１内に挿通した状態で着脱可能に取り付けられている。工具支持テーブル３８の軸心には、テーパ状の装着孔３８２が形成されている。工具支持テーブル３８の外周には、端板３０の上面及び外周面を覆う第１案内部材３９が着脱可能に取り付けられている。第１案内部材３９の外周上縁には、加工屑を落下させるための外周側に向かって下降傾斜する案内面３９１が形成されている。

図２及び図４に示すように、前記工具ホルダ２１には、工具支持テーブル３８の装着孔３８２に着脱可能に挿入されるアーバ２１１が形成されている。そして、このアーバ２１１が工具支持テーブル３８の装着孔３８２に挿入された状態で、工具ホルダ２１が複数のボルト４０により工具支持テーブル３８の上面に着脱可能に装着されている。

図２及び図４に示すように、前記下側のスピンドルユニット１８におけるスピンドル２７の貫通孔２７１内には、第２作動ロッド４１が移動可能に挿通されている。この第２作動ロッド４１は、前記第１作動ロッド３６よりも短くなるように形成されている。第２作動ロッド４１の下端部には、アクチュエータ３５の駆動軸３５１上のネジ孔３５２に着脱可能に螺合されるネジ部４１１が突設されている。工具支持テーブル３８の軸部３８１内において、第２作動ロッド４１の上端部と工具ホルダ２１のアーバ２１１との間には、工具ホルダ２１を工具支持テーブル３８に対して着脱可能に保持するための工具チャック４２が設けられている。そして、アクチュエータ３５による第２作動ロッド４１の上下動に伴って、この工具チャック４２が開閉動作されるようになっている。

なお、アクチュエータ３５は、その引き込み力により前記ワークホルダ１９及び工具ホルダ２１をそれぞれワーク支持テーブル３１，工具支持テーブル３８の頂面位置においてそれらのテーブル３１，３８に対して固定する機能を有する。従って、前記ワークホルダ１９及び工具ホルダ２１は、それぞれボルト３４，４０によって固定されているが、これらのワークホルダ１９及び工具ホルダ２１は、それぞれアクチュエータ３５の力によって固定されるため、ボルト３４，４０による固定は必ずしも必要ではない。

次に、前記のように構成された工作機械の作用を説明する。
図１〜図４に示す状態では、上側のスピンドルユニット１５の下端部にワークホルダ１９が装着されるとともに、傾斜状態の下側のスピンドルユニット１８の上端部に工具ホルダ２１が装着されている。このため、ワークホルダ１９に対するワーク２０の着脱を自動化した条件下で工作機械が稼働される場合、ローダ等を用いるとともに、必要に応じて第１サドル１３のＹ軸方向の移動により、上側のスピンドルユニット１５を下側のスピンドルユニット１８と対応する位置の両側方に配置する。この状態で、ワークホルダ１９に対するワーク２０の取り付け及び取り外し動作を能率よく行うことができる。

また、ワークホルダ１９に対して大重量のワーク２０を手作業によって着脱する条件下において工作機械が稼働する場合には、図５に示すように、両スピンドルユニット１５，１８に対するワークホルダ１９と工具ホルダ２１との装着位置が、図１〜図４の場合と逆になるように変換される。すなわち、上側のスピンドルユニット１５の下端部に工具ホルダ２１が装着されるとともに、下側のスピンドルユニット１８の上端部にワークホルダ１９が装着される。

この場合、上側のスピンドルユニット１５においては、スピンドル２７の下端部に工具支持テーブル３８が取り付けられる。工具支持テーブル３８の外周には、係合リング３２が固定される。端板３０の下面には、係合リング３２に係合して工具支持テーブル３８を回転可能に保持する第２保持部材４３が取り付けられる。スピンドル２７の貫通孔２７１内には、第２作動ロッド４１が挿入されてアクチュエータ３５の駆動軸３５１に連結される。この状態で、工具支持テーブル３８の下面に工具ホルダ２１がアクチュエータ３５によって装着状態に固定される。

一方、下側のスピンドルユニット１８においては、スピンドル２７の上端にワーク支持テーブル３１が取り付けられる。ワーク支持テーブル３１の外周には、端板３０の上面及び外周面を覆う第２案内部材４４が取り付けられる。第２案内部材４４の外周上縁には、加工屑を落下させるための外周側に向かって下降傾斜する案内面４４１が形成されている。スピンドル２７の貫通孔２７１内には、第１作動ロッド３６が挿入されてアクチュエータ３５の駆動軸３５１に連結される。この状態で、ワーク支持テーブル３１の上面にワークホルダ１９がアクチュエータ３５によって装着状態に固定される。

このように、両スピンドルユニット１５，１８に対してワークホルダ１９及び工具ホルダ２１を装着した場合には、大重量のワーク２０であっても、そのワーク２０を下側のスピンドルユニット１８上のワークホルダ１９に対して手作業により容易に着脱することができる。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） この工作機械においては、一対のスピンドルユニット１５，１８が対向して配置され、それらのスピンドルユニット１５，１８の対向端部に、ワーク２０が保持されるワークホルダ１９と工具２２が保持される工具ホルダ２１とが交換可能に装着されている。すなわち、スピンドルユニット１５，１８のユニット外筒体２５，モータ２９，スピンドル２７等が共通部品であるため、ワークホルダ１９及び工具２２を両スピンドルユニット１５，１８のいずれにも装着できる。

このため、この工作機械においては、一対のスピンドルユニット１５，１８に対するワークホルダ１９と工具ホルダ２１との装着位置を、必要に応じて任意に変換することができる。よって、例えば両スピンドルユニット１５，１８が上下に対向して配置されている工作機械において、ワーク２０の着脱作業を自動化する条件の場合には、上側のスピンドルユニット１５にワークホルダ１９を装着するとともに、下側のスピンドルユニット１８に工具ホルダ２１を装着する。このようにすれば、ワーク２０の取り付け及び取り外し動作を異なった位置において容易に行うことができる。また、大重量のワーク２０を手作業によって着脱する条件の場合には、下側のスピンドルユニット１８にワークホルダ１９を装着するとともに、上側のスピンドルユニット１５に工具ホルダ２１を装着すれば、大重量のワーク２０の着脱作業を下方位置において容易に行うことができる。

（２） この工作機械においては、両スピンドルユニット１５，１８のスピンドル２７が同一形状に構成されるとともに、それらのスピンドル２７の軸心に貫通孔２７１が形成されている。両スピンドルユニット１５，１８のホルダ装着側の端部と反対側の端部にアクチュエータ３５が設けられている。このアクチュエータ３５は、上下同一構成である。そして、一方のスピンドルユニット１５，１８におけるスピンドル２７の貫通孔２７１には、ワークホルダ１９上のワークチャック３７に連結されるとともに、前記アクチュエータ３５の駆動によってワークチャック３７を開閉動作させる作動ロッド３６が挿入されている。また、他方のスピンドルユニット１８，１５におけるスピンドル２７の貫通孔２７１には、工具ホルダ２１の工具チャック４２に連結されるとともに、前記アクチュエータ３５の駆動によって工具チャック４２を開閉動作させる作動ロッド４１が挿入されている。

このため、ワークホルダ１９及び工具ホルダ２１がいずれのスピンドルユニット１５，１８に装着された状態においても、各スピンドルユニット１５，１８上に設けられたアクチュエータ３５の駆動により、ワークチャック３７及び工具チャック４２の開閉を行うことができる。

（３） この工作機械においては、両スピンドルユニット１５，１８が、スピンドル２７を回転させるためのビルトインタイプのモータ２９を備えている。このため、両スピンドルユニット１５，１８の外部にモータを付設してスピンドル２７に連結する必要がなく、両スピンドルユニット１５，１８の構造を簡単にして工作機械全体を小型化することができる。

（４） この工作機械においては、一方のスピンドルユニット１５が自身の軸線Ｌ１方向及び軸線Ｌ１と直交する方向に移動可能に配置されるとともに、他方のスピンドルユニット１８が一方のスピンドルユニット１５の移動２方向と直交する方向に移動可能に配置されている。このため、ワーク２０の着脱作業を自動化する場合には、一方のスピンドルユニット１５にワークホルダ１９を装着すれば、ワーク２０の取り付け及び取り外し動作を異なった位置において容易に行うことができる。そして、加工に際しては、一方のスピンドルユニット１８を傾斜させて、スカイビングカッターである工具２２を用いてワーク２０に対して内歯車を創成できる。

（５） この工作機械においては、両スピンドルユニット１５，１８が上下に対向して配置され、下側に位置するスピンドルユニット１８上のワークホルダ１９または工具ホルダ２１の下部外周には、外周側に向かって下降傾斜する案内面３９１，４４１を有する案内部材３９，４４が設けられている。このため、ワークホルダ１９及び工具ホルダ２１がいずれのスピンドルユニット１５，１８に装着された状態においても、ワーク２０の加工時に発生する加工屑が案内部材３９，４４の案内面３９１，４４１に沿って落下する。よって、下側のスピンドルユニット１８に装着されたワークホルダ１９または工具ホルダ２１周辺に加工屑が堆積するおそれを防止することができる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 図２に２点鎖線で示すように、両スピンドルユニット１５，１８に外側にボルト（図示しない）を通すための孔５２を有する複数の固定部５１を設け、スライドヘッド１４及び旋回ヘッド１７に形成された雌ネジ部（図示しない）に前記ボルトを螺入させること。このようにすれば、工具２２及びワークホルダ１９をスピンドルユニット１５，１８ごと上側及び下側に簡単かつ自在に入れ替えることができる。

・ ワークホルダ１９及び工具ホルダ２１をワーク支持テーブル３１，工具支持テーブル３８に固定するためのアクチュエータ３５を有する構成において、ワークホルダ１９及び工具ホルダ２１を固定するためのボルト３４，４０を省略すること。

・ ワークホルダ１９及び工具ホルダ２１の外周の傾斜する案内面３９１，４４１を形成しないこと。ワークホルダ１９及び工具ホルダ２１の高速回転に伴う遠心力によって切り屑等が飛ばされるため、案内面３９１，４４１は必ずしも必要ではない。

・ 前記実施形態においては、スカイビングカッターを用いる工作機械に本発明を具体化したが、他の工作機械，例えばシェービングカッターを用いる工作に具体化すること。

１５…上側のスピンドルユニット、１８…下側のスピンドルユニット、１９…ワークホルダ、２０…ワーク、２１…工具ホルダ、２２…工具、２５…ユニット外筒体、２７…スピンドル、２７１…貫通孔、２９…モータ、３１…ワーク支持テーブル、３４…ボルト、３５…アクチュエータ、３６…第１作動ロッド、３７…ワークチャック、３８…工具支持テーブル、３９…第１案内部材、３９１…案内面、４０…ボルト、４１…第２作動ロッド、４２…工具チャック、４４…第２案内部材、４４１…案内面、５１…固定部、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…軸線。

Claims (9)

1. 一対のスピンドルユニットを上下に対向して配置し、それらのスピンドルユニットの対向端部に、ワークが保持されるワークホルダと工具が保持される工具ホルダとを交換可能にし、下側に位置するスピンドルユニット上のワークホルダまたは工具ホルダの下部外周には、外周側に向かって下降傾斜する案内面を有する案内部材を設けた工作機械。
2. 両スピンドルユニットのスピンドルを同一形状にするとともに、それらのスピンドルの軸心に貫通孔を形成した請求項１に記載の工作機械。
3. 両スピンドルユニットの外筒体を同一形状にした請求項２に記載の工作機械。
4. 両スピンドルユニットは、スピンドルを回転させるためのビルトインモータを有し、そのビルトインモータを同一またはほぼ同一仕様のものにした請求項２または３に記載の工作機械。
5. 両スピンドルユニットのホルダ装着側の端部と反対側の端部にアクチュエータを設け、
   一方のスピンドルユニットにおけるスピンドルの貫通孔には、ワークホルダ上のワークチャックに連結され、前記アクチュエータの駆動によってワークチャックを開閉動作させる作動ロッドを挿入し、
   他方のスピンドルユニットにおけるスピンドルの貫通孔には、工具ホルダの工具チャックに連結され、前記アクチュエータの駆動によって工具チャックを開閉動作させる作動ロッドを挿入した請求項２〜４のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
6. 一方のスピンドルユニットを自身の軸線方向及び軸線と直交する方向に移動可能に配置するとともに、他方のスピンドルユニットを一方のスピンドルユニットの移動２方向と直交する方向に移動可能に、かつ一方のスピンドルユニットに対して軸線方向の角度調節可能に配置した請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
7. スピンドルユニットの外側に、スピンドルユニットを装置フレームに着脱可能に固定するための固定部を設けた請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
8. 前記固定部は、装置フレームの雌ネジ部に螺入されるボルトを通すための構成である請求項７に記載の工作機械。
9. 工具として、内歯車を創成するスカイビングカッターを用いた請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の工作機械。