JPS5877428A - ユニバ−サル式スピンドルヘツドを有する単軸スピンドル式工作機械及びそのスピンドルヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 現在における工作機械技術は、工作機械の作動及び工具
の交換を、自動化されたプログラミングによシ行ない得
るような、高度に自動化された工作機械を提供し、産業
界における生産性の向上に寄与するべく、急速な発達を
とげている。

工作機械と自動工具交換装置とを結合すること自体は、
従来から公知である。

しかしながら、工作機械の生産性を向上させるためには
、スピンドルの位置の制御を自動的に行ない得るような
工作機械を設計することが望ましいことが知られている
。

そのためには、多軸スピンドルヘッドを用いたり、或い
は、垂直位置及び水平位置の２′）の位置をと９得る単
軸スピンドル式スピンドルヘッドを用いる必要がある。

また、スピンドルの位置を自動的に変！シ、これらの位
置に正確に固定（位置決め）するための機械式装置が設
けられることとなる。

このよ１うな要請により、位置の変更及び正確な位置決
めを自動的に制御し得る、水平及び垂直の両作動位置を
有する単軸スピンドル式１作機械が得られる。そして、
スピンドルが、両作動位置のいずれかにあるときに、工
具が自動的に交換されるように、工具交換装置を設計す
ることができる。

しかしながら、上記したような形式の公知の工作機械に
は、幾つもの欠点がある。

スピンドルヘッドの、その支持台に対する回動軸線が、
当該工作機械の水平作動面に対して平行をなすような工
作機械においては、スピンドルヘッドが、水平及び垂直
画位置にあるときの、そのスピンドルノーズの水平面上
の射影間の距離が、タレットの半径に等しく、１５乃至
２０ｃｒｎにも及ぶ程大きいという欠点がある。

ヒュア（Ｈｕｒｅ　）式、或いはユニバーサルヘッド（
Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｈｅａｄ　）式と呼ばれる形式の
工作機械においては、スピンドルヘッドが、４５度傾斜
した軸線の廻りを回動するために、前記距離が相当に短
縮される。しかしながら、このようなヘッドを、横力向
のガイドウェイを有するラム１．すなわち支持台に取付
けた場合、スピンドルに取付けられた工具が、一方の位
置から他力の位置に移る際に、ガイドウェイ′・に妨げ
られる場合がある。

最後ではあるが、最も重要なことは、このような工作機
械は、スピンドルが水平である場合については、単一の
位置をとり得るのみであることである。

しかし、複雑な、或いは重量の大きい部材を加工しよう
とする際には、スピンドルヘッドが、２つの作動位置を
有し、かつ、両作動位置間の角度が、９０度といった大
きな角度であることにより、垂直作動位置とともに、好
ましくは矩形の３面体をなすようにし、これらの位置の
うちの１つが、主送り方向と一致するようにし、その結
果、工作機械の３つの主軸方向に平行な作動位置をとり
得るようにするのが好ましい０ 成る公知工作機械においては、工作物の位置法王される
べき面が、工作機械の基盤に対して一定の高さに位置す
る直交座標面と平行をなすように行なわれる。

エリコン（；ｒｌｉｋｏｎ　：商標名）と呼ばれるこの
種の工作機械が、西ドイツ国特許第１５５２６４９号明
細誉に開示されており、工作物把持テーブルと、台座と
、管状構造体とを有することを特徴としている。

台座は、その上に取付けら・れた支脚に対して角度α＝
３５°１５’５３．４”をなし、工作物把持テーブルは
、テーブル上に取付けられた支脚に対して同一角度αを
なしている。

これら両支脚は、管状構造体の端部に取付けられている
一力、工作物把持テーブルは、管状構造体の軸線の廻り
を回転し得るようにされている０しかしながら、工作機
械自体を複雑化したり、高価なものとするのを回避する
ために、３つの互いに直交する面に沿って加工可能にさ
れているような工作機械においては、高い精度、或いは
自動的な作動ヲ集現することができない０ 本発明によれば、スピンドルヘッドは、２つの方向に対
して傾斜した軸線の廻りを回動し得るようにされている
。この軸線が、工作機械の水平加工面に対する角度は、
３０度乃至４０度であるのが好ましく、約′３５°１５
′３２＃（α＝ｔＩｍ−１′！Ｊ！−）テアルノカ最も
好ましい。

スピンドルの軸線と、スピンドル回動軸線との間の角度
は、αの補角に等しいのが好ましい。

スピンドルヘッドの、回転軸線の、水平面上の射影が、
主送り方向に対して、４５度傾斜しているのが好ましい
。また、スピンドルヘッドの自動的な回動及び、スピン
ドルの水平及び垂直位置に対応する、１２０度間隔の３
つの位置への位置決めのための構成を具備しているのが
好ましい。

本発明に基づく工作機械によれば、上記した利点に加え
て、垂直位置、或いは、送り方向に平行な水平位置では
ない、もう一つの水平な位置にお−て、工具の交換が容
易となり、工具が、工作物ｌＩＣ触れてしまうとｉう危
険が回避され、また、工具交換装置の設置が容易となる
。

スピンドルが、主送り方向に沿って水平に直進運動する
ラムに取付けられている場合、２つの水平力向はそれぞ
れ、スピンドルが取付けられているラムの水平力向に、
平行し、或いは直交することとなる。

スピンドルヘッドを回動させるには、幾つもの方法が可
能であるが、ピニオンにより駆動されるリングギヤ、或
いは、ウオームにより駆動されるビニオン等ヲ用いるこ
とができる。

同様にして、当粟者であれば、スピンドルヘッドを、各
角度゛位置にロックするために、カーピック（Ｃｕｒｖ
ｉｃ）継手等の、王冠状の歯を有するリングギヤ等を用
い得ることが明らかである。しかしながら、本発明が、
このような特定の駆動方法或いは位置決め方法に限定さ
れないことは云うまでもない。

同様にして、種々の工具交換装置を、本発明に基づく工
作機械と組み合わせ、或いはそれに適合させることがで
きる。

本発明によれば、スピンドルが、２つの水平位置をとる
ことができ、そのうちの１つを工具交換のために利用す
ることができる。こうして、スピンドルが、水平作動位
置にあるときに、工具交換装置が、妨害を受けるという
問題が解消される。

以下、本発明の好適実施例を、添付の図面について詳し
く説明する。

縞１図から第８図までにおいて、本発明に基づく工作機
械が、他のスピンドルヘッドと同様に、あらゆる角度位
置をとり得るような、単一のスピンドル（４）を有する
単軸スピンドル式スピンドルヘッドを備えるラム（２）
を有するものである様子が示されている。ラム（２）は
、矢印（８）！／ｃより示される向きに運動することが
できる。モータ（ロ）により、スピンドル（４）が送ら
れる方向である主軸線が、一点鎖線（８）により示され
ている。

図示されている実施例においては、ラム（２）は、工作
機械（１）上に設けられた水平方向ガイドウェイ（９）
ＩＡ上を運動するのみな−らず、該ガイドウェイを介し
て、垂直ガイドウェイ（４３に沿って、キャリッジ（１
ａ）により、上下方向にも運動可能である。チーフル（
γ）には、水平な加工面が設けられている。

本発明によれば、単軸式スピンドルヘッド（６）は、軸
線（６）の廻りを、ラム（２）上で回動し得るようにさ
れている。軸線（６）は、テーブル（γ）の水平加工面
にｚ　　　〃−１４Ｃ 対して、角度α（＝３５°１５５２　＝ｍ　　、　）程
度傾斜シ、スピンドル（４）の軸線（４２１と前記軸線
（６）との間の角度が、角度αの補角と等しいようにさ
れているＯ しかも、軸線（６）ヲ含む垂直面が、軸線（８）を含む
垂直面に対して、角度γに４５°）傾斜している（第８
図）。

これら角度α、γが、上記した値に正確に一致した場合
、スピンドルヘッド（５）が、その回動軸線（６）の廻
Ｖｔ回動すると、スピンドル（４）が、垂直な位置（第
２図及び第５図）、その軸線（６）が、軸線（８）に対
して平行をなすような水平位置（第３図、及び第６図）
、及びその軸線（８）に対して直交するような水平位置
（第４図及び第７図）の３つの位置をとることができる
。

このような工作機械は、全く新規なものである。

成る単軸式工作機械においては、水平面に対して４５度
傾斜し、かつ、主送夛方向軸線を含む垂直面内に位置す
る軸線の廻シを、公知のように、スイベル式に回動可能
な、或いは水平軸線の廻９を回動可能にされたスピンド
ルヘッドを用いることにより、当該工作機械の２つの主
軸線に沿う水平及び垂直作動位置をと夛得るようにされ
ているが、本発明のように、３つの互いに直交する主軸
線に沿う作動位置をとり得るものではない。

しかしながら、今ま゛でには、２つの方向に対して上記
した角度をもって傾斜した軸線の廻りを回動し得るよう
にすることにょ９、スピンドルヘッドの単一のスイベル
式回動運動の軸線をもって、当該工作機械の３本の主軸
方向に沿う加工位置を実現し得るような単軸−ピンドル
式スピンドルヘッ゛ドが提唱されたことがない。

このような構成による利点の１つとしては、少くとも２
本の座標軸が直交するような、３次元座捧系の３本り座
標軸に沿って、自製的なミリング加工が可能になる点に
ある。これにより、複雑な加工物であっても、それを加
工テーブル上で移動することなく、完全に自動的に加工
することが可能となる。

実際、スピンドルヘッド（６）の回動の自動制御及び、
該ヘッドの位置決めのための装置を用いることにより、
スピンドルヘッドを、工ｆｆ［械の３本の主軸に沿う、
直交する面からなる３面体状に配設された３つの加工位
置に自動的に位置決めし得るような工作機械が得られる
。

この３つの加工位置の１つは、自動的工具交換のために
利用され、他の２つの加工位置は、工具交換装置による
妨害を受けない。

このような自動制御及び位置決めの装置は、単軸式或い
は多軸式のロータリースピンドルヘッドについて公知と
なっており、このようなスピンドルヘッドを、工具交換
装置と併用することも公知となっている。

このような装置は、米国特許藁３，２３８，６１５号、
フランス国特許第１，５５６，９４１号、同第２．２５
５．１４２号等の明細書に開示されており、本明細書に
おける詳しい説明は省略する。

しかしながら、第９図及び第１θ図には、そのような機
械的構成の一例が示されている。

第９図において、ラム（２）に軸支され、かつ、モータ
（ロ）により駆動される主駆動軸り→には、ピニオン（
ロ）が固着されており、このピニオン（１７）が、スピ
ンドルヘッドの中心軸線に沿って設けられた回転軸α（
１）に固着されたもう１つのビニオンα６）と歯合して
いる。両軸線間の角度は、γに等しくない。γは、これ
ら両軸線の、水平面上の射影間の角度である。

第１０図は、回転軸（ロ）が、ビニオン（ロ）（１も従
ってスピンドル（４）を駆動している様子を示している
。

ヘッド（５）は、回転軸αηの廻りを、スイベル式に回
動し得るように取付けられている。スピンドルヘッドは
、モータ（ト）が、回転軸（２）を駆動し、該回転軸（
２）が、ビニオン（２１）（財）を介して、回転軸（財
）を駆動することによシ、適宜回動することができる。

回転軸（財）は、ヘッド（６）内に取付けられたリング
ギヤ（転））と歯合するピニオンに）を駆動している。

位置決めは、背の低い歯を有する１対のリングギヤ（財
）（支））により行なわれる。これらリングギヤの一力
は、ラム（２）に固着されており、その他は、スピンド
ルヘッド（５）に固着されており、それらの歯数は、所
定の相対角度変化、例えば角度β（第１図）の相対角度
変化を行なった後、両リングギヤの歯が互いに一致する
ように定められている（カービック継手）。

本実施例においては、角度αは、前記した値に正確に等
しくなるようにされ、スピンドルヘッドが、１つの角度
位置から他の角度位置へと回動する際の角度間隔βが、
１２０度に等しくなるようにされている。

スピンドルヘッドが回動し得るようにするためには、両
リングギヤ（財）（財））は、互いに離間され、逆に、
スピンドルヘッドが加工位置にあるときには、両リング
ギヤが、互いに押し付けられる。これは、油田式、機械
式等の適当な構成により実現することができる。本実施
例においては、油圧式の構成が採用されている。

ピストンＣＩＥ９　（４１）の直下に位置するシリンダ
Ｃ３５）（４１）のいずれかに油圧力が加えられると、
両リングギヤが、互い゛に密着し、或いは、互いに離間
することとなる。

両リングギヤな、密着する向きに付勢するためのシリン
ダゆ及びピストン四の代りに、ばねの後元力を利用して
も、同様の結果を得ることができる。そのためには、ピ
ストン（４（Ｉを、ワッシャ（３３１’ｉ、ラム（２）
に向けて付勢するような、１本もしくは複数のばねによ
り置き換えるのみでよい。

αが、正確に３５°１５’５２“に等しくなくとも、３
０ｍ！乃至４０ｒＩＫの範囲にあれば、２つの水平な、
加工位置と、１つの垂直な加工位置とが得られる。しか
しながら、この場合、２つの水平な加工位置が互いに直
交し愈い０ γは、２つの水平な加工位置の１つが、工作機械の３つ
の主軸のいずれか、すなわち、主送り方向の軸線（８）
、ラム（２）の直進運動力向の軸線、又は、加工テーブ
ルの軸線方向に直交する軸線のいずれかと平行をなすよ
うに、αの関数として定めるとよい。

もう一つの水平加工位置は、前記水平加工位置に対して
直交しており、本発明によれば、工具交換を行なうため
の位置として利用することができる。実際、工具交換の
ための位置は、主たる水平加工位置に一致しないのが好
ましい。

というのは、そうすることにより、工具交換装置が、垂
直加工位置と、主送り方向に一致する水平加工位置とか
らなる主加工装置における障害物となることが回避され
るからである。特に、このことにより、工具を交換する
除に、工具と加工物とが互いに干渉し合うという問題が
解消される。

いずれにしても、αを、３０度乃至４０度の範囲内に、
好ましくは、３５°１５’５２″に定めると、必然的に
、γが約４５度となり、スピンドルヘッドが、ラム（２
）の横力向のガイドウェイに妨げられることなく、好適
な回動運動が可能となる。

この回動運動に伴ない、軸線（６）が描く円錐形は、軸
ｆＩＭ（８）に対して大きく傾斜している。このような
傾斜があるために、スピンドルは、ガイドウェイ（９）
叫から離間し、ガイドウェイの面に対するラム（２）の
オーバーハング量を小さくでき、それに要する空間も節
約できる。

自動工具交換装置は、種々の形式のものが公知となって
お９、また、本発明の説明にとって必らずしも必要でな
いため、その詳しい説明を省略する。例えば、１９７７
年１１月３０日に出願され、本出願人に付与されたフラ
ンス国特許第７７３６０２８号明細書に起輯されている
ものを利用することができる。

同様にして、位置決め用のリングギヤな他の精密ロック
機構と置き換えることができる。例えば、ラムに固着さ
れた突起が、ロータリーヘッド（５）に設けられた孔に
嵌合する型式、又は、逆に、ロータリーヘッドに固着さ
れた突起が、ラムに設けられた孔に嵌合する型式のもの
を用いることができるＯ さらに、°本ＩＪ＆明に基づく工作機械に、本出願人に
よシ昭１１１Ｉ５７年６月１７日に出願された昭和５７
年特許願第　　　　　号（４Ｉ開昭第　　　　　号）明
、測置に開示された構成を併用することもできる。

この特許出願に係る発明においては、対角方向に対向す
る１対の拡張可能なリングが、角度位置を定めるために
用いられている。

以上説明した実施例においては、スピンドルヘッドが、
テーブルに対して水平及び垂直両方向に滑動し得るよう
にされたラム上に取付けられている。しかしながら、本
発明に基づくスピンドルヘッドは、ラムに対応する支持
体が固定されている場合でも、任意の自由度を有するも
のであってもよく、当該工作機械の形式も、どのような
ものであっても支障ないことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく工作機械の模式的側面図であ
る。 第２図から第４図までは、スピンドルヘッドが、３つの
異なる位置にある状態を示すラムの正面図である。 第５図から第７図までは、スピンドルヘッドが、３つの
異なる位置にある状態を示すラムの側面図である。 第８図は、ラムの底面図を示す。 第９図は、第２図から第４図までにおける■−■線につ
いての縦断面図である。 第１θ図は、第８図のＩ−１線についての縦断面図であ
る。 （１）工作機械　　　　　（１ａ）キャリッジ（２）ラ
ム　　　　　　　（８）矢印 （４）スピンドル　　　　（５）スピンドルヘッド（６
）軸線　　　　　　　（））テーブル（８）軸線　　　
　　　　　（９）叫ガイドウェイ（ロ）回転軸　　　　
　　（２）ｃ１呻ビニオン（２）駆動軸　　　　　　（
ロ）モータａ６）（ロ）ビニオン　　　　（ト）モータ
（２）−回転軸　　　　　斡ｌ）（財）ピニオン−）す
／グギャ　　　　−ピニオン ｆｌ；）＠）リングギヤ　　　（至）ワッシャ（ハ）シ
リンダ　　　　　（ト）ピストン顛ピストン　　　　　
　Ｃυシリンダ θ２軸線　　　　　　　　Ｃ３ガイドウエイ手続補正書
（方式） １．事件の表示 昭和５７年特　許願第１０６０７８号 事件と０関係　　特許出願人 廟−＝→１ フーガナ ＋（名称）　　サントルデチュードデュフレザージュ４
、代°理人 ５、補正命令の日付昭和５７年９月９日（発送日昭和５
７年９月２８日）６、　補正により増加する発明の数−
−Ｓでｍ−（１）　　明細書第２０頁第２０行の 「第６図」を 「第７図」と訂正する。 （以　上）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）スピンドルヘッドが、可動支持台のあらゆる角度
   位置にあるときに回転し得るようにされた、ユニパー豐
   ル式スピンドルヘッドを有する単軸スピンドル式１作機
   械であって、 当該工作機械の加工面に対して、第１の鋭角をもって傾
   斜し、スピンドルに対して、繭記第１の鋭角の補角をな
   す第２の鋭角をもって傾斜する軸線ｏｙｉａｖに回動可
   能なように支持台に取付けられているスピンドルヘッド
   と、 前記スピンドルヘッドの回動を自動的に制御するための
   制御装置と、 前記スピンドルヘッドを、１２０１１間隔の３つの角変
   位１１に固定するための位置決め装置とを有し、 １１１１Ｅスピンドルヘツドの回転軸線の、的記加工面
   上の射影が、前記支持台の送り方向を向く軸線の同様の
   射影に対して傾斜していることを特徴とする工作機械。 （２）スピンドルヘッドが、３つの角度位置のうちの、
   支持台の送り方向を向く軸線に対して直交する位置にあ
   るときに作動し得るようにされた工具交換装置を備えて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載
   の工作機械。 （３）制御装置が、スピンドルヘッドに連結されたリン
   グギヤと、支持台上に軸支されたピニオくにより駆動さ
   れるようにしてなることヲ特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項に記載の工作機械。 （４）位置決め装置が、支持台に固着されたリングギヤ
   と、ヘッドに取付けられたリングギヤとを有し、これら
   両リングギヤが、１２０度回転した後に再び一致するよ
   うな歯数を有してお９、さらに、前記両リングギヤを引
   き離し、これら両ギヤを相対的に回転させ、再び両ギヤ
   を歯合させることにより、互いにロックさせるための装
   置を具備していることを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項乃至第（８）項のいずれかに記載の工作機械。 （６）位置決め装置が、１対の互いに対向する拡張可能
   なリングを支持台上に有してお９、これら両リンクが、
   スピンドルヘッド内の空腔に挿入可能であり、かつ、前
   記ヘッド及び前記支持台が、所定の中心位置決め用の空
   隙を有する駆動機構により、前記ヘッドの回動軸線に直
   交する平面に沿って滑動可能にされていることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項もしくは第（２）項に記
   載の工作機械。 （６）加工面の上方に位置する送り方向を向く軸線に沿
   って直進可能である支持台に取付けるべく適合された、
   ユニバーサル式スピンドルヘッドであって、 スピンドルを支持し、かつ、それを、その軸線の廻りに
   回動させるための駆動装置と、前記駆動装置を、前記加
   工面に対して、第１の鋭角をもって傾斜し、かつ、前記
   スピンドルの軸線に対して、前記第１の鋭角の補角をな
   す第２の鋭角をもって傾斜する、当該スピンドルヘッド
   の回動軸線の廻りに回動可能なように、前記支持台に取
   付けるための取付部材とを有することを特徴とするスピ
   ンドルヘッド。 （７）第１の鋭角が、３０度乃至４０度の範囲にあるこ
   と１に特徴とする特許請求の範囲第（６）項に記載のス
   ピンドルヘッド。 ｔ４ （８）第１の鋭角が、−一に等しいことを特徴とする特
   許請求の範囲第（７）項に記載のスピンドルヘッド。 （９）スピンドルヘッドの回動軸線の、加工面上の射影
   が、送ｐ方向の軸線の、前記加工面上の射影に対して４
   ５度の角度をなすように、駆動機構が、取付部材に、回
   動可能に取付けられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第（６）項乃至第（８）項のいずれかに記載のスピ
   ンドルヘッド。 叫　駆動機構を、複数の位置の任意の１つの位置にロッ
   クするための位置決め装置を備えていることｖｅ％徴と
   する特許請求の範囲第（６）項に記載のスピンドルヘッ
   ド。 （１１駆動機構が、３つの位置−とり得ることを特徴と
   する特許請求の範囲第一項に記載のスピンドルヘッド。