JPS6357179B2 - - Google Patents

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JPS6357179B2
JPS6357179B2 JP53113532A JP11353278A JPS6357179B2 JP S6357179 B2 JPS6357179 B2 JP S6357179B2 JP 53113532 A JP53113532 A JP 53113532A JP 11353278 A JP11353278 A JP 11353278A JP S6357179 B2 JPS6357179 B2 JP S6357179B2
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wheel
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gear
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Shutaruku Geruharuto
Buruumu Gyuntaa
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Individual
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Publication of JPS6357179B2 publication Critical patent/JPS6357179B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、垂直方向にシフト可能な工具保持体
としての主軸と、該主軸に直結される駆動スピン
ドルと、該駆動スピンドルに平行に配置されてい
て該駆動スピンドルに装着した歯車を介して該駆
動スピンドルに連結された垂直方向にシフト可能
な駆動入力軸と、該駆動入力軸を回転駆動するた
めの直流電動機と、該直流電動機に接続されてい
て駆動歯車を備えた回転可能なマガジン搬送ホイ
ールを有する工具交換装置とから成り、該マガジ
ン搬送ホイールが工具保持体を保持しかつ工具作
業位置で前記マガジン搬送ホイール位置をロツク
するための係止機構が配設されている形式のプロ
グラム制御式の工作機械に関する。
自動的に作動するタレツト型ボール盤として構
成された前記形式の工作機械では、工具保持体
は、駆動スピンドルと固有の伝動装置とを有する
主軸から成つている。駆動スピンドルは三相交流
電動機によつて駆動され、その都度相応の主軸と
直結される。工具の回転数は個々夫々において主
軸の伝動装置の伝動比によつて規定されている。
それゆえに回転数範囲が大きい場合には、それ相
応の伝動比の伝動装置をもつた多数の主軸が必要
になる。高い伝動比の場合には伝動装置も高価に
なり、構造サイズの問題及びトルク送出の問題が
生じる。送りの長さ及び速度を決定するために各
主軸毎に、工具に調和した固有の信号要素例えば
カム、固定ストツパ、リミツトスイツチ、流量調
整器などが設けられている。工具交換の場合は原
則として、工具がそれ相応の伝動装置を介して正
規の回転数を得るため、また工具がその都度調整
機構を介して正規の送りを得るために主軸全体を
別の主軸と交換する必要がある。駆動スピンドル
と主軸との連結によつて工具は所要回転数で駆動
され、送りはクラツチを介してシフト部材により
生ぜしめられる。これによつて、可成り大きな軸
方向の送り圧はクラツチによつて吸収されねばな
らない。主軸は機械的な位置決め伝動装置によつ
て搬送されかつ、特別の電動機により駆動される
マルタクロス内に位置している。しかもステツ
プ・バイ・ステツプ式にしか前送りは可能でな
い。位置決めは困難で、制御は高くつき、出力と
回転数との関係は制約を受け、無駄時間が多く、
構造は重くなり、かつまた伝動装置及び電動機を
多数必要とするゆえに著しく高価なものとなる。
本発明の課題は、前記の先行技術の欠点を避け
ると共に、機械的に著しく単純化されていて無駄
時間の少ない工作機械を提供することである。
この課題を解決する本発明の構成手段は、駆動
入力軸がその上位部分と中位部分にスプラインを
有していてスプライン軸として構成されており、
該スプライン軸には中位スプライン部分の下位
で、マガジン搬送ホイールの駆動歯車と噛合う駆
動ピニオンが装着されており、前記スプライン軸
が上位スプライン部分と中位スプライン部分との
中間範囲に、スプライン軸の垂直方向シフト量を
制限する半径方向に張出すカラーを有し、かつ該
スプライン軸の中位スプライン部分には、駆動ス
ピンドルに装着された歯車と噛合う歯車が、前記
スプライン軸を軸方向移動可能にガイドするキー
溝を内周壁に有するクラツチホイールとして配置
されており、しかも該クラツチホイールと前記ス
プライン軸とが１つの切換クラツチを形成し、か
つ係止機構が、スプライン軸の下端面に固定され
たピンと、マガジン搬送ホイールに穿設されてい
て前記ピンと協働する係止孔とから成つている点
にある。直流電動機は工具保持体に対する駆動ス
ピンドルの整合及び工具交換装置の位置決めを掌
る。
本発明によれば、特別のマガジン駆動装置の必
要がないことによつて構造が著しく単純化され、
工具保持体が一層迅速に整合されるので、非生産
的な無駄時間は著しく減少する。クラツチの切換
えは自動的に行われ、しかも工作機械が万能工作
盤として構成されている場合には駆動スピンドル
のストロークの最後の25mmのあいだに自動切換え
が行われる。
前記スプライン軸は、軸方向で固定された駆動
ホイール内で、回転接続されかつ軸方向に移動可
能にガイドされており、該駆動ホイールは例えば
歯付ベルトのような駆動部材を介して直流電動機
と接続されている。このようにすれば、きわめて
コンパクトで単純な構造が得られる。クラツチホ
イールとこれに噛合う歯車とは１つのケーシング
ブロツクに内蔵されており、該ケーシングブロツ
クは送り駆動装置を介して軸方向にシフト可能で
ある。送り駆動装置は、ケーシングブロツク内に
固定された送りスピンドル用ナツトと特別のサー
ボ直流電動機の送りスピンドルとから成つてい
る。クラツチホイールとこれに噛合う歯車とはケ
ーシングブロツク内に軸方向で固定されており、
前記の歯車とケーシングブロツクとを貫通して該
ケーシングブロツク内に軸方向で固定された駆動
スピンドルが固定ストツパの方へ移動可能であ
る。構造を一層単純化するためにスプライン軸
は、該スプライン軸の位置に関連してマガジン搬
送ホイールの駆動歯車に噛合う駆動ピニオンを保
持している。マガジン搬送ホイールは一方の端面
側に、駆動スピンドルの送り時にスプライン軸の
一端が入り込む複数の割出し孔を有している。駆
動スピンドルを方位づけるために駆動ホイールの
上位には、位置測定発生器が配置されており、ま
たマガジン搬送ホイールの軸の上位には、該マガ
ジン搬送ホイールを位置決めする位置測定値発生
器が配置されている。
次に図面につき本発明の実施例を詳説する。
第１図及び第２図に示すように工作機械を万能
工作盤として構成した場合、架台に直立したコラ
ム３に沿つて二重矢印３４で示した方向に主軸頭
４が移動可能かつ位置固定可能である。主軸頭４
内には主駆動モータ２２、駆動スピンドル１１、
スプライン軸３５、送り駆動装置３６及び、主要
構成部分としてのマガジン搬送ホイール５を有す
る工具交換装置３７が装着されている。
主駆動モータ２２は、例えば最大出力7.5〜
11KWのサーボ直流電動機３８として構成されて
いる。永久磁界を有するこのような四極モータ
は、著しく大きな回転数範囲にわたつてほぼコン
スタントなトルクを有し、熱的な時定数は
100min.以上であり、重い鉄心を有する電機子
は、定格トルクよりも著しく高いピークトルクが
比較的長時間にわたつて出される場合に生じる熱
を吸収することができる。それゆえに、かかるサ
ーボ直流電動機は定格出力が最大出力の約半分に
なるように設計されていればよい。この電動機は
これまで送り駆動用モータとして使用されていた
にすぎない。最大可能な回転数は約3000r.p.m.で
ある。回転数範囲が大きいゆえに駆動スピンドル
１１に対しては２速伝動装置で充分である。サー
ボ直流電動機３８は、歯付きベルトとして構成さ
れた駆動部材２１を介して駆動ホイール２０を駆
動し、該駆動ホイールは主軸頭４内で軸方向に移
動不能に軸支されている。駆動ホイール２０内に
は、軸方向に移動可能にスプライン軸３５が配置
されており、該スプライン軸は、ケーシングブロ
ツク１２と、該ケーシングブロツク内で軸方向に
移動不能に支承されたクラツチホイール３９とを
貫通しかつ主軸頭４内に設けたブツシユ４０内に
導入されており、しかもマガジン駆動ピニオンと
しての歯車４１を保持している。歯車４２として
構成されたクラツチホイール３９も駆動ホイール
２０も共に、スプライン軸３５のためのキー溝を
有しているが、前記スプライン軸３５の特定範囲
にはスプラインが設けられていない。このように
してスプライン軸３５とクラツチホイール３９と
は１つの切換クラツチ４３を形成する。
またケーシングブロツク１２内には駆動スピン
ドル１１が回転可能に軸支されており、該駆動ス
ピンドルの上端範囲には歯車４４が軸方向に移動
不能に回転接続式に装着されている。この歯車４
４は前記歯車４２と噛合つている。駆動スピンド
ル１１の自由上端部４５はケーシングブロツク１
２から突出しておりかつ主軸頭４に設けた固定ス
トツパ４６に当接移動可能である。ケーシングブ
ロツク１２は歯車４２，４４及び駆動スピンドル
１１と一緒に送り駆動装置３６を介して軸方向に
移動可能である。該送り駆動装置もやはりサーボ
直流電動機１６から成り、該サーボ直流電動機
は、ケーシングブロツク１２と結合されたナツト
１８を送りスピンドル９で負荷している。駆動ス
ピンドル１１は一部がケーシングブロツク１２内
に、また一部が主軸頭４内に設けた軸受ブツシユ
４７内に回転可能に軸支されておりかつケーシン
グブロツク１２と共に軸方向に移動可能である。
駆動スピンドル１１はその自由下端部にクラツチ
半部２４を有し、該クラツチ半部は心定め凹設円
錐体４８と保持部材４９とから成つている。該保
持部材４９は端部がＴ字形に形成されておりか
つ、蓄力器としての皿形ばね束５１の形のシフト
部材５０によつて内向きに引張られる。駆動スピ
ンドル１１と着脱可能な工具保持体５２は上方の
端面に対応クラツチ半部２７として短尺凸設円錐
体５３と溝５４とを有している。短尺凸設円錐体
５３は心定め凹設円錐体４８内に嵌合し、溝５４
内には、保持部材４９のＴ字形端部が側方から係
合し、前記保持部材４９はトルクを伝達する役目
も掌る。このために、駆動スピンドル１１内で軸
方向に運動可能な保持部材４９はキー５５を介し
て駆動スピンドル１１と回転結合されている。
工具保持体５２は工具交換装置３７の主要構成
部分としてのマガジン搬送ホイール５内に受容さ
れており、該マガジン搬送ホイールは外周５６の
近くに複数の貫通口５７を有し、該貫通口を工具
保持体５２及び駆動スピンドル１１は通過して加
工位置へ達することができる。マガジン搬送ホイ
ール５はその軸５８によつて主軸頭４内で軸方向
に移動不能に支承されている。前記軸５８は歯車
５９を有し、該歯車はスプライン軸３５の歯車４
１と噛合い可能である。軸５８の上位には、マガ
ジン位置を測定するための位置測定値発生器６０
が設けられている。マガジン搬送ホイール５の一
方の端面には複数の割出し孔６１が穿設されてお
り、整合位置においてスプライン軸３５の減径端
部６２が前記割出し孔６１内に進入することがで
きる。
スプライン軸３５は、接触円板６４に当接可能
なカラー６３を有している。スプライン軸３５の
上端と駆動ホイール２０との間には切換えばね６
５が介在し、駆動ホイール２０の上位には、駆動
スピンドル１１を方位づけるための位置測定値発
生器６６が設けられている。
第１図では万能工作盤は、工具交換を実施でき
る位置で示されている。駆動スピンドル１１は出
発位置にある。つまり保持部材４９の上端部４５
は固定ストツパ４６に当接しており、駆動スピン
ドル１１は全体的に主軸頭４内に入り込んでいる
ので、マガジン搬送ホイール５は回転することが
できる。ただ保持部材４９のＴ字形端部は、工具
保持体５２の短尺凸設円錐体５３が心定め凹設円
錐体４８から抜け出た程度に突出しているにすぎ
ない。駆動スピンドル１１は、溝５４と保持部材
４９とが整合する回転角位置にあり、この回転角
位置では工具保持体５２はマガジン搬送ホイール
５の回転運動時に保持部材４９の下方で導かれ
る。前記出発位置を得るために、ケーシングブロ
ツク１２は送り駆動装置３６を介して完全に上方
へ導かれ、それと共にスプライン軸３５もカラー
６３を介して連動され、その場合クラツチホイー
ル３９内に設けた切欠き６７により回転結合は中
断されるので、出発位置では駆動スピンドル１１
は駆動されることはない。これに対して歯車４１
は歯車５９と噛合つておりかつスプライン軸３５
の減径端部６２は割出し孔６１から持上つた状態
にある。従つて主駆動モータ２２の回転時にはマ
ガジン搬送ホイール５は駆動部材２１、駆動ホイ
ール２０、スプライン軸３５及び、歯車４１と歯
車５９とから成る伝動装置６８を介して回転せし
められるので、新たな工具保持体５２を駆動スピ
ンドル１１の下位に、これと整合するようにもた
らすことが可能である。この場合、マガジン搬送
ホイール５はステツプ・バイ・ステツプ式の断続
送り方式で回動されるのではなく、むしろその都
度任意の工具保持体５２を数値制御によつて駆動
スピンドル１１の下位へもたらすことができる。
選定した工具保持体５２が駆動スピンドル１１の
下位に達すると直ちにケーシングブロツク１２は
下降し、保持部材４９は固定ストツパ４６から解
放されかつシフト部材５０が工具保持体５２を駆
動スピンドル１１の方に引張るので、連結が完了
する。切換ばね６５はスプライン軸３５を先ず、
下降するケーシングブロツク１２に追従させるの
で、歯車４１と歯車５９との噛合いは外れかつマ
ガジン搬送ホイール５は、スプライン軸３５の減
径端部６２が割出し孔６１内に入り込むことによ
つて位置固定される。更に送り運動が行われる
と、割出し孔６１内へのスプライン軸３５の進入
によつてクラツチホイール３９が連行され、それ
によつて駆動スピンドル１１及び工具保持体５２
は回転運動せしめられる。この工具交換のための
送り中の位置が第２図に示されている。すなわち
駆動スピンドル１１とクラツチホイール３９とは
連結されており、歯車４１と５９との噛合いの解
除によつてマガジン搬送ホイール５は遮断されて
いる。
【図面の簡単な説明】
第１図は万能工作盤として構成した工作機械の
１実施例における工具保持体交換時の位置で示し
た工作機械主軸頭の一部分の断面図、第２図は第
１図に示した主軸頭部分を加工操作時の位置で示
した断面図である。 ３……コラム、４……主軸頭、５……マガジン
搬送ホイール、９……送りスピンドル、１１……
駆動スピンドル、１２……ケーシングブロツク、
１６……サーボ直流電動機、１８……ナツト、２
０……駆動ホイール、２１……駆動部材、２２…
…主駆動モータ、２３……伝動装置、２４……ク
ラツチ半部、２５……円錐皿形体、２６……軸片
部、２７……対応クラツチ半部、３４……主軸頭
の移動方向を示す二重矢印、３５……スプライン
軸、３６……送り駆動装置、３７……工具交換装
置、３８……サーボ直流電動機、３９……クラツ
チホイール、４０……ブツシユ、４１……マガジ
ン駆動ピニオンとしての歯車、４２……歯車、４
３……切換クラツチ、４４……歯車、４５……自
由上端部、４６……固定ストツパ、４７……軸受
ブツシユ、４８……心定め凹設円錐体、４９……
保持部材、５０……シフト部材、５１……蓄力器
としての皿形ばね束、５２……工具保持体、５３
……短尺凸設円錐体、５４……溝、５５……キ
ー、５６……外周、５７……貫通口、５８……
軸、５９……歯車、６０……位置測定値発生器、
６１……割出し孔、６２……減径端部、６３……
カラー、６４……接触円板、６５……切換ばね、
６６……位置測定値発生器、６７……切欠き、６
８……伝動装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 垂直方向にシフト可能な工具保持体としての
    主軸と、該主軸に直結される駆動スピンドルと、
    該駆動スピンドルに平行に配置されていて該駆動
    スピンドルに装着した歯車を介して該駆動スピン
    ドルに連結された垂直方向にシフト可能な駆動入
    力軸と、該駆動入力軸を回転駆動するための直流
    電動機と、該直流電動機に接続されていて駆動歯
    車を備えた回転可能なマガジン搬送ホイールを有
    する工具交換装置とから成り、該マガジン搬送ホ
    イールが工具保持体を保持しかつ工具作業位置で
    前記マガジン搬送ホイール位置をロツクするため
    の係止機構が配設されている形式のプログラム制
    御式の工作機械において、駆動入力軸がその上位
    部分と中位部分にスプラインを有していてスプラ
    イン軸３５として構成されており、該スプライン
    軸には中位スプライン部分の下位で、マガジン搬
    送ホイール５の駆動歯車５９と噛合う駆動ピニオ
    ン４１が装着されており、前記スプライン軸３５
    が上位スプライン部分と中位スプライン部分との
    中間範囲に、スプライン軸の垂直方向シフト量を
    制限する半径方向に張出すカラー６３を有し、か
    つ該スプライン軸３５の中位スプライン部分に
    は、駆動スピンドル１１に装着された歯車４４と
    噛合う歯車４２が、前記スプライン軸３５を軸方
    向移動可能にガイドするキー溝を内周壁に有する
    クラツチホイール３９として配置されており、し
    かも該クラツチホイールと前記スプライン軸３５
    とが１つの切換クラツチ４３を形成し、かつ係止
    機構が、スプライン軸３５の下端面に固定された
    ピン６２と、マガジン搬送ホイール５に穿設され
    ていて前記ピン６２と協働する係止孔６１とから
    成つていることを特徴とする、工作機械。 ２ 工具交換装置３７が実質的にマガジン搬送ホ
    イール５を形成していて、該マガジン搬送ホイー
    ルが外周の近くに、駆動スピンドル１１の軸方向
    シフト時に工具保持体５２乃至駆動スピンドル１
    １を通過させるための複数の貫通口５７を有し、
    しかも前記マガジン搬送ホイール５が伝動装置６
    ８を介して直流電動機３８と接続されている、特
    許請求の範囲第１項記載の工作機械。 ３ スプライン軸３５が、軸方向で固定された駆
    動ホイール２０内で、回転接続されかつ軸方向に
    移動可能にガイドされており、該駆動ホイールが
    駆動部材２１を介して直流電動機３８と接続され
    ている、特許請求の範囲第１項記載の工作機械。 ４ クラツチホイール３９とこれに噛合う歯車４
    ４が１つのケーシングブロツク１２に内蔵されて
    おり、該ケーシングブロツクが送り駆動装置３６
    を介して軸方向にシフト可能である、特許請求の
    範囲第１項記載の工作機械。 ５ クラツチホイール３９とこれに噛合う歯車４
    ４がケーシングブロツク１２内に軸方向で固定さ
    れており、前記の歯車４４とケーシングブロツク
    １２とを貫通して該ケーシングブロツク１２内に
    軸方向で固定された駆動スピンドル１１が固定ス
    トツパ４６の方へ移動可能である、特許請求の範
    囲第４項記載の工作機械。 ６ スプライン軸３５が、該スプライン軸３５の
    位置に関連してマガジン搬送ホイール５の駆動歯
    車５９に噛合う駆動ピニオン４１を保持してい
    る、特許請求の範囲第１項記載の工作機械。 ７ マガジン搬送ホイール５が一方の端面側に、
    スプライン軸３５の一端６２と協働する複数の割
    出し孔６１を有している、特許請求の範囲第２項
    記載の工作機械。 ８ マガジン搬送ホイール５の軸５８の上位に、
    該マガジン搬送ホイールを位置決めする位置測定
    値発生器６０が配置されている、特許請求の範囲
    第１項から第７項までのいずれか１項記載の工作
    機械。 ９ 駆動ホイール２０の上位には、駆動スピンド
    ル１１を方位づけるための位置測定値発生器６６
    が配置されている、特許請求の範囲第１項から第
    ８項までのいずれか１項記載の工作機械。 １０ 送り駆動装置３６が、ケーシングブロツク
    １２内に固定された送りスピンドル用ナツト１８
    とサーボ直流電動機１６の送りスピンドル９とか
    ら成つている、特許請求の範囲第４項記載の工作
    機械。 １１ プログラム制御装置が数値制御装置として
    構成されている、特許請求の範囲第１項記載の工
    作機械。 １２ 駆動スピンドル１１内に保持部材４９が取
    付けられていて、該保持部材の突出端部には、断
    面Ｔ字形の溝５４を有する工具保持体５２が側方
    から嵌合可能かつ回転方向では係合接続によつて
    連動可能でありかつ前記保持部材４９が蓄力器５
    １を介して工具保持体５２を駆動スピンドル１１
    の方に引張つており、該駆動スピンドル及び前記
    工具保持体５２が、互いに向い合つた端面に、心
    定めのために心定め凹設円錐体４８又は同心的な
    短尺凸設円錐体５３を有している、特許請求の範
    囲第１項記載の工作機械。
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