JP7285107B2 - 回転工具装置および工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転工具装置および工作機械に関する。

従来、特許文献１には、タレットを備える工作機械として、回転工具を回転自在に支持する支持体と、支持体を所定の軸線回りで旋回させる旋回体と、旋回体に回転自在に軸支されると共に、回転工具に駆動力を伝動する回転軸と、回転工具と一体に配された歯車と、歯車に向かって突出した突出部と、を有しており、タレット旋回時に、歯車と突出部とを係合させて回転させないようにする構造が開示されている。

また、特許文献２には、歯車の把持装置であって、歯車と、歯車を回転駆動する駆動部と、歯車に係合可能な爪部と、を有しており、駆動部のトルクを監視し、トルク変化があった場合、爪部が歯車に係合されていることを検出する構造が開示されている。

特許第５２６９６３２号 特許第６２５４９３０号

歯車を回転駆動する駆動部のトルク変化に応じて歯車が突出部（あるいは爪部）で規制されているか否かを判定することは容易ではない。本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、回転工具を旋回させた際に歯車が規制手段で規制されているか否かを容易に判定することができる回転工具装置および工作機械を提供することを目的とする。

本発明は、第１に、回転工具を回転自在に支持する支持体と、前記支持体が所定の軸線回りで旋回自在に支持される筐体と、前記支持体を前記筐体に対して旋回駆動する旋回駆動手段と、前記支持体の旋回を許容して前記筐体に回転自在に軸支される回転軸と、前記支持体に回転自在に軸支され、前記回転軸と互いに歯車を介して連結され、前記回転軸と共に、前記回転工具に駆動力を伝動する伝達軸と、該伝達軸と前記回転工具との間に介設され、前記伝達軸の回転を前記回転工具に伝達する歯車と、前記支持体と前記歯車との間に設けられ、前記支持体に対して前記歯車の回転を規制する規制手段と、前記回転軸の回転を検出する検出手段と、前記支持体を旋回させた際に、前記支持体の旋回に伴う前記回転軸の回転の検出により、前記規制手段による前記歯車の規制状態を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

第２に、前記判定手段は、前記支持体を旋回させた際に、前記検出手段によって、前記回転軸が回転停止状態から回転したことを検出した場合、前記歯車が前記規制手段で規制されていると判定し、前記検出手段が前記回転軸の回転を検出しない場合、前記歯車が前記規制手段で規制されていないと判定することを特徴とする。

第３に、前記規制手段が、前記歯車の歯溝に係合するクサビ状の部材であることを特徴とする。
第４に、上記いずれかの回転工具装置を搭載した工作機械であることを特徴とする。

本発明は以下の効果を得ることができる。
判定手段は、支持体を旋回させた際に回転軸が回転するか否かの検出結果に応じて、歯車が規制手段で規制されているか否かを判定するので、規制手段による歯車の規制を直接に検出するセンサが不要になる。また、従来のようなトルク変化ではなく、回転の有無で容易に判定できる。さらに、旋回体とは別の回転軸を用いて容易かつ高精度で判定することができる。
規制手段による歯車の規制を、直接に検出するセンサを不要とし、容易かつ高精度で判定する工作機械を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る回転工具装置を搭載した工作機械を示す図である。 回転工具装置の正面図である。 制御装置の構成図である。 規制手段と歯車の係合解除状態を説明する図である。 規制手段と歯車の係合状態を説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の回転工具装置および工作機械について説明する。
図１に示すように、自動旋盤（工作機械）１は主軸２および刃物台９を備えている。主軸２は、チャックを介して加工対象となるワークＷを把持（保持）することができる。ワークＷは丸棒状の長尺の棒材であり、バーフィーダ等によって主軸２の後端から供給される。

主軸２は、Ｚ軸方向を軸線として主軸台３に回転自在に支持され、主軸台３に設けられた主軸モータの動力によって回転駆動される。主軸台３はベッド１ａ上にＺ軸方向に移動自在に搭載されている。
主軸台３の前方には、ガイドブッシュ５を支持する支持台４が設けられている。支持台４はベッド１ａ上に固定的に設置されている。ワークＷは、ガイドブッシュ５でＺ軸回りに回転自在に支持されて、支持台４の正面側に送られる。

支持台４の正面側には、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に延びたＸ軸レール６が設置されている。Ｘ軸レール６には、Ｘ軸モータによってＸ軸方向に沿ってスライドするベース７が装着されている。ベース７には、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に直交するＹ軸方向に延びたＹ軸レール８が設置されている。Ｙ軸レール８には、Ｙ軸モータによってＹ軸方向に沿ってスライドする刃物台９が装着されている。

刃物台９は、回転工具装置１０と、第１支持体１１と、筐体１３とを有する。第１支持体１１は筐体１３の側方に配置され、第１支持体１１の下面には、先端を下方に向けた工具Ｔ１，Ｔ２がＸ軸方向に沿って並設されている。
回転工具装置１０は、筐体１３の下方に第２支持体１２を有する。第２支持体１２が本発明の支持体に相当する。第２支持体１２の側面には、先端を側方に向けた第１工具２１や第２工具２２がＹ軸方向に沿って並設されている。第２工具２２が本発明の回転工具に相当する。
主軸２をＺ軸方向に移動させ、刃物台９をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させることによって、所定の工具でワークＷの加工を行うことができる。

図２に示すように、筐体１３の内部には、旋回体１７が設けられている。旋回体１７は、軸受を介して筐体１３内に回転自在に支持されている。旋回体１７は、旋回モータ１６から延びたウォーム１６ａと噛合するウォームホイール１７ａに一体的に形成されている。旋回体１７は、筐体１３の下方で第２支持体１２にボルトで固定されている。

旋回モータ１６は、図３に示すモータ制御部４２からの信号で駆動する。旋回モータ１６の回転駆動力によって、旋回体１７はウォームホイール１７ａと共にＹ軸に対して平行に延びたＢ軸回りで回転し、第２支持体１２がＢ軸回りで旋回する。
旋回モータ１６が本発明の旋回駆動手段に相当する。
筐体１３の内部には、伝動軸１５が設けられている。伝動軸１５が本発明の回転軸に相当する。伝動軸１５は、軸受を介して旋回体１７内に回転自在に支持され、第２支持体１２内に達している。第２支持体１２内において、伝動軸１５の一端側には、かさ歯車１５ａが取り付けられている。伝動軸１５は、工具回転モータ１４の回転軸に連結され、工具回転モータ１４によって回転駆動される。

第２支持体１２は、旋回体１７やウォームホイール１７ａの回転中心から側方にずれた位置で下方に延びている。第２支持体１２の内部には、伝達軸２０が設けられている。伝達軸２０は、伝動軸１５に対して直交する方向に延びており、軸受を介して第２支持体１２に回転自在に支持されている。伝達軸２０の一端側には、かさ歯車２０ａが取り付けられている。かさ歯車２０ａとかさ歯車１５ａとは噛み合っており、工具回転モータ１４の回転駆動力は、伝動軸１５を介して伝達軸２０に伝達される。

伝達軸２０の他端側（かさ歯車２０ａとは反対側）には、平歯車２０ｂが取り付けられている。
伝達軸２０の下方には、第１工具２１が着脱自在に装着される第１装着軸２１ｂ、第２工具２２が着脱自在に装着される第２装着軸２２ｂの順に配置されている。第１装着軸２１ｂ、第２装着軸２２ｂは、いずれも伝達軸２０に対して平行に延びており、軸受を介して第２支持体１２に回転自在に支持されている。

第１装着軸２１ｂには、第１工具用歯車２１ａが取り付けられている。図４（Ａ）に示すように、伝達軸２０の平歯車２０ｂと第１工具用歯車２１ａとの間には、中間歯車２０ｃが第２支持体１２に回転自在に支持される。平歯車２０ｂと中間歯車２０ｃとが噛み合い、中間歯車２０ｃと第１工具用歯車２１ａとが噛み合っている。
第２装着軸２２ｂには、第２工具用歯車２２ａが取り付けられている。第２工具用歯車２２ａが本発明の歯車に相当する。第１工具用歯車２１ａと第２工具用歯車２２ａとは噛み合っている。

工具回転モータ１４は、図３に示すモータ制御部４２からの信号で駆動する。工具回転モータ１４の回転駆動力は、伝達軸２０の平歯車２０ｂ、中間歯車２０ｃ、第１工具用歯車２１ａ、第２工具用歯車２２ａを介して第１装着軸２１ｂ及び第２装着軸２２ｂに伝達され、第１工具２１や第２工具２２は、第１装着軸２１ｂ及び第２装着軸２２ｂによってＢ軸に対して直交する軸線回りに回転する。
第２支持体１２はＢ軸回りで旋回した場合、第２支持体１２内の第１工具２１や第２工具２２が、Ｂ軸回りに旋回しながら、Ｂ軸に対して直交する軸線回りに回転できる。刃物台９は、第１工具２１または第２工具２２を所定のＢ軸旋回角度に設定してワークＷの加工を行うことができる。

第２支持体１２の下端には、歯車規制機構３０が設けられている。歯車規制機構３０は、伝達軸２０に平行な方向に形成されたシリンダ室３１内に移動可能に挿入されたピストン３２と、第２工具用歯車２２ａに向けて移動可能なクサビ状の部材（以下クサビ３４と称する）とを有する。クサビ３４が本発明の規制手段に相当するが、爪状の部材でもよい。
図４（Ｂ）に示すように、ピストン３２には、第２工具２２の後端に向けて第２工具２２に近づくように傾斜したキー溝３３が形成されている。キー溝３３とクサビ３４は、連接ピン３５を介して連結されている。

シリンダ室３１の一端側（図４（Ｂ）で見たシリンダ室３１のピストン３２より右側）からエアを排出しながら、シリンダ室３１の他端側（図４（Ｂ）で見たシリンダ室３１のピストン３２より左側）から所定圧力のエアを供給すると、ピストン３２がシリンダ室３１の他端側から一端側に向けて移動するので、図５（Ｂ）に示すように、クサビ３４が第２工具２２に向けて移動する。図５（Ａ）に示すように、クサビ３４の先端が第２工具用歯車２２ａの歯溝に嵌まった場合、第２支持体１２に対して第２工具用歯車２２ａの回転が規制される。

このようなクサビ３４と第２工具用歯車２２ａとの係合は、第２工具２２を例えば図３に示す自動工具交換装置（以下ＡＴＣ３７と称する）で、第２装着軸２２ｂに対して別の工具に交換して装着する場合に実施される。第２工具２２を現在の工具から別の工具に交換する場合、制御装置４０では、第２工具２２の位相を固定するために、制御部４１が歯車規制機構３０に駆動信号を出力し、クサビ３４を第２工具用歯車２２ａに係合させる。

クサビ３４の第２工具用歯車２２ａへの係合により、第２支持体１２に対して第２工具用歯車２２ａの回転が規制され、第２装着軸２２ｂの回転方向の位相が位置決めされ、第２支持体１２が、第１工具２１または第２工具２２による加工時とは別の工具交換時の姿勢に旋回され、ＡＴＣ３７で第２装着軸２２ｂに対して別の工具への交換が完了すると、制御部４１が歯車規制機構３０に駆動信号を出力して、クサビ３４と第２工具用歯車２２ａとの係合を解除させる。

制御部４１は、ＣＰＵやメモリ等からなり、例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このプログラムを実行する。これにより、所定のプログラムに基づいて工作機械１や回転工具装置１０の動作を制御し、所定の工具によるワークＷの加工やＡＴＣ３７による工具交換等を行うことができる。
工具回転モータ１４にはエンコーダ３６が装着されている。エンコーダ３６は制御部４１に接続されている。制御部４１はエンコーダ３６からのパルス信号により、伝動軸１５の回転を、工具回転モータ１４の回転によって検出することができる。エンコーダ３６が本発明の検出手段に相当する。

制御部４１は、ＡＴＣ３７によって第２装着軸２２ｂに装着される工具の交換の完了に伴い、クサビ３４と第２工具用歯車２２ａとの係合を解除させるように、歯車規制機構３０に駆動信号を出力し、旋回体１７を旋回させる際に、工具回転モータ１４の励磁固定を予め解除し、工具回転モータ１４の回転検出によって伝動軸１５の回転の検出を行うように構成されている。工具回転モータ１４の回転検出は、図３に示すように、制御部４１が有する規制判定部４３によって行われる。規制判定部４３が本発明の判定手段に相当する。

歯車規制機構３０が駆動信号によって正常に駆動して、クサビ３４の先端が第２工具用歯車２２ａの歯溝に嵌まっていない場合、旋回モータ１６が旋回駆動すると、第２工具用歯車２２ａが第２支持体１２に対して自由に回転できる状態で、第２支持体１２は旋回体１７と共にＢ軸回りに旋回する。

第２支持体１２の旋回に伴って、第２工具用歯車２２ａの自由回転による伝達軸２０の自由回転によって、伝動軸１５が回転することなく、かさ歯車２０ａとかさ歯車１５ａの歯面同士が次々に噛合し続けることにより、かさ歯車２０ａが自由回転しながらかさ歯車１５ａの歯に沿って回転する。この場合、伝動軸１５が回転しないため、エンコーダ３６からのパルス信号を検出できないので、規制判定部４３は、工具回転モータ１４の回転を検出しないことによって、クサビ３４の第２工具用歯車２２ａからの離脱を判定できる。

歯車規制機構３０が正常に駆動せず、クサビ３４の先端が第２工具用歯車２２ａの歯溝に嵌まっていた場合、旋回モータ１６が旋回駆動すると、第２工具用歯車２２ａが第２支持体１２に対して固定された状態で、第２支持体１２は旋回体１７と共にＢ軸回りに旋回する。

第２支持体１２の旋回に伴って、かさ歯車２０ａとかさ歯車１５ａとの噛合によって、かさ歯車２０ａがかさ歯車１５ａを回転させるため、伝動軸１５が回転し、工具回転モータ１４は回転する。この場合、エンコーダ３６からのパルス信号が検出でき、規制判定部４３は、工具回転モータ１４の回転を検出し、クサビ３４が第２工具用歯車２２ａに係合していることを判定できる。

なお工具回転モータ１４は励磁固定の解除によって、伝達軸２０が自由回転する場合は伝動軸１５を介した回転を行わず、伝達軸２０が固定された場合は伝動軸１５を介して回転する程度の回転トルクを有する。ただし、伝達軸２０が自由回転する場合は伝動軸１５を介した回転を行わず、伝達軸２０が固定された場合は伝動軸１５を介して回転する程度の回転トルクとなるように、工具回転モータ１４に対してある程度の励磁を行うこともできる。

このように、規制判定部４３は、第２支持体１２を旋回させた際に伝動軸１５が回転するか否かの検出結果に応じて、第２工具用歯車２２ａがクサビ３４で規制されているか否かを判定するので、クサビ３４による第２工具用歯車２２ａの規制を直接に検出するセンサが不要になる。また、従来のようなトルク変化ではなく、回転の有無で容易に判定できる。さらに、旋回体１７とは別の伝動軸１５を用いて容易かつ高精度で判定することができる。

１ ・・・ 工作機械
１ａ ・・・ ベッド
２ ・・・ 主軸
３ ・・・ 主軸台
４ ・・・ 支持台
５ ・・・ ガイドブッシュ
６ ・・・ Ｘ軸レール
７ ・・・ ベース
８ ・・・ Ｙ軸レール
９ ・・・ 刃物台
１０ ・・・ 回転工具装置
１１ ・・・ 第１支持体
１２ ・・・ 第２支持体（支持体）
１３ ・・・ 筐体
１４ ・・・ 工具回転モータ
１５ ・・・ 伝動軸（回転軸）
１５ａ ・・・ かさ歯車
１６ ・・・ 旋回モータ（旋回駆動手段）
１６ａ ・・・ ウォーム
１７ ・・・ 旋回体
１７ａ ・・・ ウォームホイール
２０ ・・・ 伝達軸
２０ａ ・・・ かさ歯車
２０ｂ ・・・ 平歯車
２０ｃ ・・・ 中間歯車
２１ ・・・ 第１工具（回転工具）
２１ａ ・・・ 第１工具用歯車
２１ｂ ・・・ 第１装着軸
２２ ・・・ 第２工具
２２ａ ・・・ 第２工具用歯車（歯車）
２２ｂ ・・・ 第２装着軸
３０ ・・・ 歯車規制機構
３１ ・・・ シリンダ室
３２ ・・・ ピストン
３３ ・・・ キー溝
３４ ・・・ クサビ（規制手段）
３５ ・・・ 連接ピン
３６ ・・・ エンコーダ（検出手段）
３７ ・・・ 自動工具交換装置
４０ ・・・ 制御装置
４１ ・・・ 制御部
４２ ・・・ モータ制御部
４３ ・・・ 規制判定部（判定手段）

Claims (4)

1. 回転工具を回転自在に支持する支持体と、
   前記支持体が所定の軸線回りで旋回自在に支持される筐体と、
   前記支持体を前記筐体に対して旋回駆動する旋回駆動手段と、
   前記支持体の旋回を許容して前記筐体に回転自在に軸支される回転軸と、
   前記支持体に回転自在に軸支され、前記回転軸と互いに歯車を介して連結され、前記回転軸と共に、前記回転工具に駆動力を伝動する伝達軸と、
   該伝達軸と前記回転工具との間に介設され、前記伝達軸の回転を前記回転工具に伝達する歯車と、
   前記支持体と前記歯車との間に設けられ、前記支持体に対して前記歯車の回転を規制する規制手段と、
   前記回転軸の回転を検出する検出手段と、
   前記支持体を旋回させた際に、前記支持体の旋回に伴う前記回転軸の回転の検出により、前記規制手段による前記歯車の規制状態を判定する判定手段と、
   を備える回転工具装置。
2. 前記判定手段は、前記支持体を旋回させた際に、前記検出手段によって、前記回転軸が回転停止状態から回転したことを検出した場合、前記歯車が前記規制手段で規制されていると判定し、前記検出手段が前記回転軸の回転を検出しない場合、前記歯車が前記規制手段で規制されていないと判定する、請求項１に記載の回転工具装置。
3. 前記規制手段が、前記歯車の歯溝に係合するクサビ状の部材である、請求項１または２に記載の回転工具装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の回転工具装置を搭載した工作機械。
   

Images