(57)【要約】【課題】簡単な構成により複数の切削工具の軸間距離を変化させることができる多軸工作機械の提供。【解決手段】多軸工作機械１の基台２上には、主軸装置３、多軸ヘッド４、駆動部５が設けられている。多軸ヘッド４の円錐台状の内側テーパーコロ４２は、回転可能かつ軸方向に移動可能に設けられている。内側テーパーコロ４２の外周面上には、それぞれ先端にエンドミルカッター４３３の取り付けられた３個の円錐台状の刃具ホルダー４３が配置されている。刃具ホルダー４３の半径方向外方には、内周面がテーパー状をした外側テーパーコロ４４が軸方向に移動可能に設けられている。内側テーパーコロ４２および外側テーパーコロ４４を軸方向に移動させることにより、エンドミルカッター４３３の軸間距離を変更することが可能であり、内側テーパーコロ４２を回転させることにより各々のエンドミルカッター４３３を回転させることができる。【選択図】図１
2010110841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
それぞれ軸方向の先端に切削工具が取り付けられ、前記軸方向が互いに平行になるとともに、前記軸を中心とした半径方向に移動可能なように前記基体に対して取り付けられた複数の移動体と、
複数の前記移動体同士の間に配置されて、側部が各々の前記移動体の側面と係合するとともに、前記基体に対して前記軸方向に移動可能に取り付けられた内側押圧体と、
円環状に形成され、複数の前記移動体の半径方向外方に配置されて、内周面が各々の前記移動体の前記側面と係合するとともに、前記基体に対して前記軸方向に移動可能に取り付けられた外側押圧体と、
前記内側押圧体および前記外側押圧体を、前記基体に対して前記軸方向に移動させる押圧体位置決め手段と、
を備え、
前記移動体の前記側面と前記内側押圧体の前記側部のうちの少なくともいずれかが、前記軸方向に傾斜しているとともに、
前記移動体の前記側面と前記外側押圧体の前記内周面のうちの少なくともいずれかが、前記軸方向に傾斜しており、
前記押圧体位置決め手段が、前記内側押圧体および前記外側押圧体を前記基体に対して前記軸方向に移動させることにより、複数の前記切削工具の軸間距離を変化させ、前記内側押圧体および前記外側押圧体を前記基体に対して前記軸方向に固定することにより、各々の前記切削工具の半径方向の位置を固定することを特徴とする多軸工作機械。
【請求項２】
前記内側押圧体は前記側部が傾斜した円錐形状または円錐台形状を有しており、
各々の前記移動体は、前記内側押圧体と係合可能なように、前記側面が前記内側押圧体の前記側部と同方向に傾斜した円錐形状または円錐台形状を有しており、
前記外側押圧体は、前記移動体と係合可能なように、前記内周面が前記移動体の前記側面と同方向に傾斜しており、
前記内側押圧体および前記外側押圧体のうちの少なくともいずれかを前記軸中心に回転させる一つの回転用モーターを備え、
前記内側押圧体および前記外側押圧体のうちのいずれかが回転されることにより、前記移動体を介して前記切削工具が回転されることを特徴とする請求項１記載の多軸工作機械。
【請求項３】
前記内側押圧体の回りには３個の前記移動体が設けられ、前記内側押圧体の前記側部上において、前記移動体は互いに等間隔に配置されていることを特徴とする請求項２記載の多軸工作機械。
【請求項４】
前記内側押圧体は前記回転用モーターの出力シャフトに接続されて回転可能とされ、
前記出力シャフトと前記内側押圧体との間には、前記内側押圧体を前記軸方向に押圧する付勢手段を備え、
前記押圧体位置決め手段は、
前記回転用モーターおよび前記外側押圧体にそれぞれ接続された、回転不能の一対のナット部材と、
該ナット部材とそれぞれ噛合したネジ部材を含み、該ネジ部材をそれぞれ回転させる一対の移動用モーターと、
前記移動用モーターの作動をＮＣ制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記移動用モーターを作動させて、各々の前記ネジ部材を個別に回動させることにより、各々の前記ナット部材が前記ネジ部材上を直進移動し、前記回転用モーターまたは前記外側押圧体を前記基体に対して前記軸方向に移動させることを特徴とする請求項２または３に記載の多軸工作機械。
【請求項５】
前記基体は、
互いに対向した一対のプレート部材と、
該プレートの縁部同士の間に架設され前記軸方向に延びたガイドバーと、
を備え、
前記ガイドバーには、直進部材が前記軸方向に移動可能に係合しており、
前記外側押圧体は、前記直進部材に回転可能に連結されており、
前記プレート部材には、
半径方向に延びるスリットが形成され、
該スリットには、スライド部材が半径方向に移動可能に係合し、
前記移動体は、前記スライド部材に回転可能に連結されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の多軸工作機械。
【請求項６】
前記内側押圧体は前記回転用モーターの出力シャフトに接続されて回転可能とされ、
前記押圧体位置決め手段は、
前記回転用モーターおよび前記外側押圧体にそれぞれ接続された、回転不能の一対のナット部材と、
該ナット部材とそれぞれ噛合したネジ部材を含み、該ネジ部材をそれぞれ回転させる一対の移動用モーターと、
前記移動用モーターの作動をＮＣ制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記移動用モーターを作動させて、各々の前記ネジ部材を個別に回動させることにより、各々の前記ナット部材が前記ネジ部材上を直進移動し、前記回転用モーターまたは前記外側押圧体を前記基体に対して前記軸方向に移動させるとともに、前記移動用モーターのいずれかを作動させて前記内側押圧体または前記外側押圧体を移動させ、所定の予圧荷重を発生させることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の多軸工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを複数の切削工具によって同時に加工する多軸工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ワークを複数の切削工具により同時に加工する工作機械があった（例えば、特許文献１参照）。これは、一般的に多軸工作機械と呼ばれるもので、複数の切削工具が互いに平行に取り付けられた多軸ヘッドを備え、複数の切削工具を同時に回転させてワークを切削加工するものであった。
【０００３】
上述した従来技術による多軸工作機械においては、ワークを複数の切削工具により同時に切削加工することができるため、加工時間を短縮して生産性を向上させることができる。また、加工にともなう各々の切削工具の摩耗等のダメージも低減でき、切削工具の寿命を長期化することができる。
さらに、ワークに対して複数の切削工具を当接させることにより、ワークに発生する偏荷重を低減し、ワークのかたぎ、ずれ等を減少させて加工精度を向上させることも可能となる。
【０００４】
一方、ワークを同時に加工する複数の切削工具の、軸間距離を変化させることが可能な工作機械に関する従来技術もあった（例えば、特許文献２参照）。これは、電動モーターにギヤ機構を介して長尺状のネジ部材を接続し、ネジ部材上に互いにピッチが等しく向きが反対の一対の雄ネジが形成されている。各々の雄ネジには、それぞれバイトが取り付けられた一対のスライド部材が螺合しており、スライド部材はネジ部材に対して移動可能に係合している。
【０００５】
これにより、電動モーターを作動させると、ネジ部材の回転によって双方のスライド部材がネジ部材上を互いに反対方向に移動して、バイト間の距離を増減させることができる。したがって、ワークに施す加工寸法を変化させることができるとともに、一対のバイトにより短時間で切削加工を行うことができる。
【特許文献１】特開平１０−１１８８７２号公報
【特許文献２】特開昭５６−８２１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献２に開示された従来技術においては、バイト間の距離を変化させることができるものの、各々のバイトに加わる切削抵抗により、スライド部材からネジ部材に対してモーメントが働き、ネジ部材のバックラッシュに起因するガタあるいはネジ部材の撓みにより、バイトの位置あるいは向きが不正確となる恐れがあった。バイトの位置あるいは向きが不正確になると、ワークの加工精度を低下させることは言うまでもない。
また、従来技術においては、バイト間の距離を変化させるために、バイトの移動方向に延びた長尺状のネジ部材を必要とし、工作機械の大型化を招いている。
【０００７】
さらに、上述した従来技術において、切削工具を回転工具にする場合には、バイトを移動させる駆動装置とは別系統のパワートレーンを必要とし、いっそう構成が複雑となり、工作機械が大型化することを余儀なくされる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成により複数の切削工具の軸間距離を変化させることができる多軸工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る多軸工作機械の発明の構成上の特徴は、
基体と、
それぞれ軸方向の先端に切削工具が取り付けられ、前記軸方向が互いに平行になるとともに、前記軸を中心とした半径方向に移動可能なように前記基体に対して取り付けられた複数の移動体と、
複数の前記移動体同士の間に配置されて、側部が各々の前記移動体の側面と係合するとともに、前記基体に対して前記軸方向に移動可能に取り付けられた内側押圧体と、
円環状に形成され、複数の前記移動体の半径方向外方に配置されて、内周面が各々の前記移動体の前記側面と係合するとともに、前記基体に対して前記軸方向に移動可能に取り付けられた外側押圧体と、
前記内側押圧体および前記外側押圧体を、前記基体に対して前記軸方向に移動させる押圧体位置決め手段と、
を備え、
前記移動体の前記側面と前記内側押圧体の前記側部のうちの少なくともいずれかが、前記軸方向に傾斜しているとともに、
前記移動体の前記側面と前記外側押圧体の前記内周面のうちの少なくともいずれかが、前記軸方向に傾斜しており、
前記押圧体位置決め手段が、前記内側押圧体および前記外側押圧体を前記基体に対して前記軸方向に移動させることにより、複数の前記切削工具の軸間距離を変化させ、前記内側押圧体および前記外側押圧体を前記基体に対して前記軸方向に固定することにより、各々の前記切削工具の半径方向の位置を固定することである。
【０００９】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１の多軸工作機械において、
前記内側押圧体は前記側部が傾斜した円錐形状または円錐台形状を有しており、
各々の前記移動体は、前記内側押圧体と係合可能なように、前記側面が前記内側押圧体の前記側部と同方向に傾斜した円錐形状または円錐台形状を有しており、
前記外側押圧体は、前記移動体と係合可能なように、前記内周面が前記移動体の前記側面と同方向に傾斜しており、
前記内側押圧体および前記外側押圧体のうちの少なくともいずれかを前記軸中心に回転させる一つの回転用モーターを備え、
前記内側押圧体および前記外側押圧体のうちのいずれかが回転されることにより、前記移動体を介して前記切削工具が回転されることである。
【００１０】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２の多軸工作機械において、
前記内側押圧体の回りには３個の前記移動体が設けられ、前記内側押圧体の前記側部上において、前記移動体は互いに等間隔に配置されていることである。
【００１１】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項２または３の多軸工作機械において、
前記内側押圧体は前記回転用モーターの出力シャフトに接続されて回転可能とされ、
前記出力シャフトと前記内側押圧体との間には、前記内側押圧体を前記軸方向に押圧する付勢手段を備え、
前記押圧体位置決め手段は、
前記回転用モーターおよび前記外側押圧体にそれぞれ接続された、回転不能の一対のナット部材と、
該ナット部材とそれぞれ噛合したネジ部材を含み、該ネジ部材をそれぞれ回転させる一対の移動用モーターと、
前記移動用モーターの作動をＮＣ制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記移動用モーターを作動させて、各々の前記ネジ部材を個別に回動させることにより、各々の前記ナット部材が前記ネジ部材上を直進移動し、前記回転用モーターまたは前記外側押圧体を前記基体に対して前記軸方向に移動させることである。
【００１２】
請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項２乃至４のいずれかの多軸工作機械において、
前記基体は、
互いに対向した一対のプレート部材と、
該プレートの縁部同士の間に架設され前記軸方向に延びたガイドバーと、
を備え、
前記ガイドバーには、直進部材が前記軸方向に移動可能に係合しており、
前記外側押圧体は、前記直進部材に回転可能に連結されており、
前記プレート部材には、
半径方向に延びるスリットが形成され、
該スリットには、スライド部材が半径方向に移動可能に係合し、
前記移動体は、前記スライド部材に回転可能に連結されていることである。
【００１３】
請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項２乃至５のいずれかの多軸工作機械において、
前記内側押圧体は前記回転用モーターの出力シャフトに接続されて回転可能とされ、
前記押圧体位置決め手段は、
前記回転用モーターおよび前記外側押圧体にそれぞれ接続された、回転不能の一対のナット部材と、
該ナット部材とそれぞれ噛合したネジ部材を含み、該ネジ部材をそれぞれ回転させる一対の移動用モーターと、
前記移動用モーターの作動をＮＣ制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記移動用モーターを作動させて、各々の前記ネジ部材を個別に回動させることにより、各々の前記ナット部材が前記ネジ部材上を直進移動し、前記回転用モーターまたは前記外側押圧体を前記基体に対して前記軸方向に移動させるとともに、前記移動用モーターのいずれかを作動させて前記内側押圧体または前記外側押圧体を移動させ、所定の予圧荷重を発生させることである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る多軸工作機械によれば、移動体に対して傾斜面を介して係合した内側押圧体および外側押圧体を、基体に対して軸方向に移動させて複数の切削工具の軸間距離を変化させる構成にしたことにより、移動体を内側押圧体および外側押圧体により双方から強固に保持することができ、ワークの振れを抑え加工精度を向上させることができる。
また、簡単な構成により、複数の切削工具の軸間距離を変化させることができ、ワークの内周面および外周面といった複数の加工部位を、１種類の切削工具により加工することができる。
【００１５】
請求項２に係る多軸工作機械によれば、内側押圧体および外側押圧体のうちの少なくともいずれかを軸中心に回転させて、移動体を介して切削工具を回転させる構成にしたことにより、一つの回転用モーターにより複数の切削工具を容易に回転させることができ、エネルギー効率を向上させることができるとともに、設備全体の小型化が実現できる。
【００１６】
請求項３に係る多軸工作機械によれば、内側押圧体の側部上において、３個の移動体が互いに等間隔に配置されている構成にしたことにより、ワークが３か所において切削工具に対して均等に当接するため、ワークに偏荷重が発生しにくく加工精度を向上させることができる。
【００１７】
請求項４に係る多軸工作機械によれば、ＮＣ制御により内側押圧体および外側押圧体の位置を設定する構成にしたことにより、複数の切削工具の軸間距離を正確に設定することができ、加工精度をいっそう向上させることができる。尚、内側押圧体の位置は移動用モーターを作動させて、回転用モーターを介して移動させている。
また、回転用モーターの出力シャフトと内側押圧体との間に付勢手段を備えた構成にしたことにより、付勢手段により内側押圧体が軸方向に付勢され、内側押圧体の側部から移動体に対して所定の押圧荷重を与えるため、内側押圧体と移動体との間のガタを無くし、内側押圧体から移動体に対して十分な回転力を伝達することができる。
【００１８】
請求項５に係る多軸工作機械によれば、一対のプレート部材に架設されたガイドバーに移動可能に係合した直進部材と、プレート部材に形成されたスリットに半径方向に移動可能に係合したスライド部材を備え、直進部材およびスライド部材に、外側押圧体および移動体がそれぞれ回転可能に連結された構成にしたことにより、簡単な構成により、移動体に取り付けられた複数の切削工具の軸間距離を変化させることができる。
【００１９】
請求項６に係る多軸工作機械によれば、移動用モーターのいずれかを作動させて、内側押圧体または外側押圧体を移動させることにより予圧荷重を発生させるため、予圧荷重を与えるために特別な付勢手段を設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜実施形態１＞
図１乃至図３に基づき、本発明の実施形態１による多軸工作機械１について説明する。尚、説明中において、図１および図２の左右方向を、多軸工作機械１および各構成部品の軸方向（本発明の軸方向に該当する）とし、図１および図２の左方を、多軸工作機械１の前方とする。
【００２１】
多軸工作機械１は、基台２と、基台２上に設けられた主軸装置３、多軸ヘッド４、駆動部５、およびコントローラー６、モータードライバー７を備えている。主軸装置３は、主軸台３１に回転可能に取り付けられた主軸３２と、主軸３２と主軸台３１に内蔵された減速機構（図示せず）を介して接続された主軸モーター３３とを具備している。主軸３２はチャック機能を有しており、ワークＷを保持可能に形成されている。
【００２２】
基台２を形成する本体２１の端部には刃具台移動モーター２２が取り付けられ、刃具台移動モーター２２からは、先端に雄ネジが形成された出力軸２２１が突出している。出力軸２２１には刃具台ナット２３が螺合しており、出力軸２２１と刃具台ナット２３とによりボールネジが形成されている。
【００２３】
本体２１上には、刃具台２４が軸方向（図１において左右方向）に移動可能に載置され、刃具台２４には刃具台ナット２３が連結されており、これにより刃具台ナット２３は回転不能に形成されている。刃具台２４上には、上述した多軸ヘッド４および駆動部５が取り付けられており、刃具台移動モーター２２を作動させて出力軸２２１を回転させると、刃具台ナット２３が刃具台２４とともに移動し、多軸ヘッド４および駆動部５が軸方向に移動する。
【００２４】
図２に示すように多軸ヘッド４は、刃具台２４上に固定されたフレーム４１（本発明の基体に該当する）、フレーム４１に軸方向に移動可能に取り付けられた内側テーパーコロ４２（本発明の内側押圧体に該当する）、内側テーパーコロ４２の外周面と係合した３個の刃具ホルダー４３（本発明の移動体に該当する）および刃具ホルダー４３の外周側に配置された外側テーパーコロ４４（本発明の外側押圧体に該当する）を備えている。
【００２５】
フレーム４１は、互いに対向した一対の円形プレート４１１ａ、４１１ｂ（本発明のプレート部材に該当する）と、円形プレート４１１ａ、４１１ｂの縁部同士の間に架け渡された３本の周縁ガイド４１２（本発明のガイドバーに該当する）とを有している。双方の円形プレート４１１ａ、４１１ｂは真円状に形成され、周縁ガイド４１２は円形プレート４１１ａ、４１１ｂの外周縁に、互いに均等の間隔になるように設けられている。
【００２６】
各々の周縁ガイド４１２は軸方向に延びており、それぞれには外方保持部材４５（本発明の直進部材に該当する）が軸方向に移動可能に取り付けられている。外方保持部材４５は、周縁ガイド４１２に係合したシュー４５１と、シュー４５１を取り囲んでいる移動ハウジング４５２とにより形成されている。
【００２７】
一方、図３に示すように、双方の円形プレート４１１ａ、４１１ｂには、その中心から半径方向（ラジアル方向）に延びるように、３個のスリット４１１ｃ（本発明のスリットに該当する）が形成されている。各々の円形プレート４１１ａ、４１１ｂに形成された各スリット４１１ｃは、円形プレート４１１ａ、４１１ｂ同士の間において対向するように、その円周上における位置が一致している。各スリット４１１ｃには、スライダコマ４６ａ、４６ｂ（本発明のスライド部材に該当する）がスリット４１１ｃに沿って半径方向に移動可能なように係合している。
【００２８】
上述した内側テーパーコロ４２は、側面（本発明の側部に該当する）が傾斜した円錐台形状をしたコロ部４２１と、コロ部４２１の大径側に連結された回転軸部４２２とにより形成されている。回転軸部４２２は、一側（後方）の円形プレート４１１ａの中心位置に、軸中心に回転可能、かつ、軸方向に移動可能に保持されている。
【００２９】
刃具ホルダー４３は、それぞれ側面（本発明の側面に該当する）が内側テーパーコロ４２の側面と係合可能なように、内側テーパーコロ４２の側面と同方向かつ等角度に傾斜した円錐台形状をしたコーン部４３１と、コーン部４３１の小径側から突出した支承部４３２と、コーン部４３１の大径側から突出したエンドミルカッター４３３（本発明の切削工具に該当する）とを備えている。
【００３０】
それぞれの支承部４３２は、前述の一側（後方）の円形プレート４１１ａに取り付けられたスライダコマ４６ａに対し、ベアリング装置４７ａを介して軸中心に回転可能に支持されている。また、各々のエンドミルカッター４３３の外周には刃具ガイド４３４が装着され、刃具ガイド４３４は他側（前方）の円形プレート４１１ｂに取り付けられたスライダコマ４６ｂに対し、ベアリング装置４７ｂを介して軸中心に回転可能に支持されている。
【００３１】
これにより、３個の刃具ホルダー４３は、それぞれ側面の傾斜を内側テーパーコロ４２の側面の傾斜と一致させながら、内側テーパーコロ４２の回りに互いに等間隔に配置されている。刃具ホルダー４３は、その軸方向が互いに平行となるようにフレーム４１に取り付けられ、円形プレート４１１ａ、４１１ｂ上を半径方向に移動可能に形成されている。
【００３２】
外側テーパーコロ４４は円環状に形成されており、内周面が刃具ホルダー４３の側面と係合可能なように、刃具ホルダー４３の側面と同方向かつ等角度に傾斜している。外側テーパーコロ４４は、内周面が刃具ホルダー４３の側面と係合するように、刃具ホルダー４３に対して半径方向外方に配置されており、外周部がベアリング装置４８を介して上述した外方保持部材４５に対し連結されている。これにより、外側テーパーコロ４４は、フレーム４１に対し回転可能、かつ、軸方向に移動可能に支持されている。
【００３３】
図１に戻り、駆動部５は外側コロ移動用モーター５１、内側コロ移動用モーター５２（ともに本発明の押圧体位置決め手段および移動用モーターに該当する）および内側コロ回転用モーター５３（本発明の回転用モーターに該当する）を備えている。外側コロ移動用モーター５１および内側コロ移動用モーター５２は、それぞれモーターステー２５、２６により刃具台２４上に支持されている。
【００３４】
外側コロ移動用モーター５１からは出力シャフト５１１（本発明のネジ部材に該当する）が突出しており、出力シャフト５１１上には雄ネジが形成されている。出力シャフト５１１の雄ネジには、移動用ナット５１２（本発明のナット部材に該当する）が螺合しており、出力シャフト５１１と移動用ナット５１２によりボールネジが形成されている。
【００３５】
上述した多軸ヘッド４の各々の外方保持部材４５の後面には、軸方向に延びた複数の第１連結竿５４が接続されている。第１連結竿５４は、外方保持部材４５の円周上に均等に連結されている。各第１連結竿５４は、軸方向に対して垂直方向に延びた移動部材５５により互いに連結されており、移動部材５５には、前述した移動用ナット５１２が回転不能に固着されている。
【００３６】
これにより、外側コロ移動用モーター５１を回転させると、出力シャフト５１１上を移動用ナット５１２が移動し、移動部材５５および第１連結竿５４を介して、外方保持部材４５を軸方向に移動させる。外方保持部材４５の移動により、ベアリング装置４８を介して外側テーパーコロ４４が軸方向に移動する。
【００３７】
内側コロ回転用モーター５３のアウトプットシャフト５３１（本発明の出力シャフトに該当する）には、予圧印加装置５６（本発明の付勢手段に該当する）を介して、内側テーパーコロ４２の回転軸部４２２が接続されている。また、アウトプットシャフト５３１には、後述する第２連結竿５７と接続される軸受部材５３２が取り付けられている。軸受部材５３２は、アウトプットシャフト５３１に対して回転可能かつ、軸方向に移動不能に取り付けられている。
【００３８】
予圧印加装置５６は、ハウジング５６１内に弾性スプリング５６２を収め、ハウジング５６１の内周端と、回転軸部４２２に取り付けられた端面ピストン５６３とにより、常に弾性スプリング５６２を所定量だけ圧縮し、所定の予圧荷重を発生させている。弾性スプリング５６２に発生した予圧荷重は、常時、内側テーパーコロ４２を軸方向前向きに押圧している。尚、弾性スプリング５６２による予圧荷重は、切削抵抗に起因して、内側テーパーコロ４２に対して働く後方への戻し荷重よりも大きく設定している。
【００３９】
内側コロ回転用モーター５３の作動により、予圧印加装置５６はアウトプットシャフト５３１とともに回転して、回転軸部４２２に内側コロ回転用モーター５３の駆動力を伝達し、内側テーパーコロ４２を回転させる。内側テーパーコロ４２の回転は、後述するように、内側テーパーコロ４２と外側テーパーコロ４４との間で挟圧された刃具ホルダー４３を回転させ、最終的に各々のエンドミルカッター４３３を回転させることができる。
【００４０】
この時、多軸ヘッド４および駆動部５の各構成部品に寸法のばらつきが存在しても、予圧印加装置５６の予圧荷重により、常に内側テーパーコロ４２に対して、図１において軸方向前向きの荷重を加えることができ、内側テーパーコロ４２と刃具ホルダー４３との接触面に所定の面圧を発生させることができるため、内側コロ回転用モーター５３の駆動力を、エンドミルカッター４３３に対し確実に伝達することが可能となる。
【００４１】
内側コロ移動用モーター５２からは、外側コロ移動用モーター５１と同様に出力シャフト５２１（本発明のネジ部材に該当する）が突出しており、出力シャフト５２１上には雄ネジが形成されている。出力シャフト５２１の雄ネジには、移動用ナット５２２（本発明のナット部材に該当する）が螺合しており、出力シャフト５２１と移動用ナット５２２によりボールネジが形成されている。移動用ナット５２２は第２連結竿５７に対し回転不能に取り付けられ、第２連結竿５７には、内側コロ回転用モーター５３および軸受部材５３２が固着されている。
【００４２】
これにより、内側コロ移動用モーター５２を回転させると、出力シャフト５２１上を移動用ナット５２２が移動し、第２連結竿５７および軸受部材５３２を介して、内側コロ回転用モーター５３を軸方向に移動させる。内側コロ回転用モーター５３の移動により、予圧印加装置５６を介して、内側テーパーコロ４２を軸方向に移動させる。
【００４３】
上述したように、外側コロ移動用モーター５１を作動させて、外側テーパーコロ４４を軸方向前向きに移動させると、外側テーパーコロ４４の傾斜した内周面が刃具ホルダー４３のコーン部４３１の側面を押圧して、その分力により刃具ホルダー４３を半径方向内方へと押圧し、各刃具ホルダー４３の軸間距離を減少させる。
【００４４】
一方、内側コロ移動用モーター５２を作動させて、内側テーパーコロ４２を軸方向前向きに移動させると、内側テーパーコロ４２のコロ部４２１の傾斜した側面が刃具ホルダー４３のコーン部４３１の側面を押圧して、その分力により刃具ホルダー４３を半径方向外方へと押圧し、各刃具ホルダー４３の軸間距離を増大させる。
【００４５】
すなわち、外側コロ移動用モーター５１および内側コロ移動用モーター５２の作動により、外側テーパーコロ４４および内側テーパーコロ４２の軸方向位置が決定され、その時の外側テーパーコロ４４と内側テーパーコロ４２とから加えられる荷重との間で、刃具ホルダー４３が半径方向にバランスする。これにより、刃具ホルダー４３の半径方向の位置が決定され、エンドミルカッター４３３同士の軸間距離が定まる。
【００４６】
刃具台移動モーター２２、主軸モーター３３、外側コロ移動用モーター５１、内側コロ移動用モーター５２および内側コロ回転用モーター５３は、モータードライバー７を介してコントローラー６（本発明の制御手段に該当する）に電気的に接続されている。コントローラー６には、各モーター２２、３３、５１、５２、５３に取り付けられたパルスエンコーダにより、それぞれのモーター２２、３３、５１、５２、５３の回転位置が入力されている。また、モータードライバー７は、通常のインバーター回路であり、コントローラー６は、モータードライバー７に対し制御信号を送信し、各モーター２２、３３、５１、５２、５３の回転をＮＣ制御する。
【００４７】
コントローラー６は、外側コロ移動用モーター５１および内側コロ移動用モーター５２を作動させて、各々の出力シャフト５１１、５２１を個別に回動させることにより、それぞれの移動用ナット５１２、５２２を、出力シャフト５１１、５２１上に直進移動させ、外側テーパーコロ４４または内側コロ回転用モーター５３をフレーム４１に対して軸方向に移動させる。
【００４８】
また、コントローラー６は、刃具台移動モーター２２を作動させて、刃具台２４を軸方向に移動させ、さらに、主軸モーター３３および内側コロ回転用モーター５３を作動させ、ワークＷを保持した主軸３２および各々のエンドミルカッター４３３を回転させる。
【００４９】
本実施形態による多軸工作機械１における、ワークＷの外周面に対する切削加工の方法について説明する。最初に、刃具台移動モーター２２を作動させて、刃具台２４を後方に移動させる。主軸３２へのワークＷの取り付けおよび多軸ヘッド４の段取りを終了させた後、刃具台移動モーター２２を作動させて、刃具台２４を前方に復帰させ所定の位置に配置する。
【００５０】
次に、コントローラー６は、オペレーターの操作あるいは入力されたプログラムに基づいて、外側コロ移動用モーター５１および内側コロ移動用モーター５２を作動させて、刃具ホルダー４３に取り付けられたエンドミルカッター４３３の半径方向の初期位置を設定する。それとともにコントローラー６は、主軸モーター３３および内側コロ回転用モーター５３を作動させ、主軸３２によるワークＷの回転と、各々のエンドミルカッター４３３の回転を開始する。
この場合、ワークＷとエンドミルカッター４３３とが、互いに離れた状態で、ワークＷとエンドミルカッター４３３の回転を開始させた後に、エンドミルカッター４３３をワークＷに対して接近させていってもよい。
【００５１】
エンドミルカッター４３３による、ワークＷの外周面の切削加工が進行するにつれて、コントローラー６は、外側コロ移動用モーター５１および内側コロ移動用モーター５２を作動させて、エンドミルカッター４３３を徐々に半径方向内方に移動させていく。また、切削加工に合わせて必要であれば、刃具台移動モーター２２を作動させて刃具台２４を移動させ、エンドミルカッター４３３に軸方向の送り動作を与えてもよい。
【００５２】
切削加工中に、エンドミルカッター４３３はワークＷから切削抵抗に起因する半径方向外方への押圧力を受けているが、この荷重は外側コロ移動用モーター５１のサーボロックにより受け止められ、エンドミルカッター４３３が半径方向に逃げることはない。
また、本実施形態によるエンドミルカッター４３３により、ワークＷの内周面も加工可能であるが、この場合にも、上述した場合と同様の理由により、エンドミルカッター４３３はワークＷから半径方向内方への押圧力を受けているが、この荷重は内側コロ移動用モーター５２のサーボロックにより受け止められ、エンドミルカッター４３３が半径方向に逃げることはない。
【００５３】
本実施形態によれば、刃具ホルダー４３に対して傾斜面を介して係合した内側テーパーコロ４２および外側テーパーコロ４４を、フレーム４１に対して軸方向に移動させて複数のエンドミルカッター４３３の軸間距離を変化させる構成にしたことにより、刃具ホルダー４３を内側テーパーコロ４２および外側テーパーコロ４４により双方から強固に保持することができ、ワークＷの振れを抑え加工精度を向上させることができる。
【００５４】
また、簡単な構成により、複数のエンドミルカッター４３３の軸間距離を変化させることができ、ワークの内周面および外周面といった複数の加工部位を、１種類のエンドミルカッター４３３により加工することができる。
また、内側テーパーコロ４２および外側テーパーコロ４４のうちの少なくともいずれかを軸中心に回転させて、刃具ホルダー４３を介してエンドミルカッター４３３を回転させる構成にしたことにより、一つの内側コロ回転用モーター５３により、複数のエンドミルカッター４３３を容易に回転させることができ、エネルギー効率を向上させることができるとともに、設備全体の小型化が実現できる。
【００５５】
また、内側テーパーコロ４２の側部上において、３個の刃具ホルダー４３が互いに等間隔に配置されている構成にしたことにより、ワークＷが３か所においてエンドミルカッター４３３に対して均等に当接するため、ワークＷに偏荷重が発生しにくく加工精度を向上させることができる。
また、コントローラー６が、ＮＣ制御により内側テーパーコロ４２および外側テーパーコロ４４の位置を設定する構成にしたことにより、複数のエンドミルカッター４３３の軸間距離を正確に設定することができ、加工精度をいっそう向上させることができる。
【００５６】
また、内側コロ回転用モーター５３のアウトプットシャフト５３１と、内側テーパーコロ４２との間に予圧印加装置５６を備えた構成にしたことにより、予圧印加装置５６により内側テーパーコロ４２が軸方向に付勢され、内側テーパーコロ４２の側面から刃具ホルダー４３に対して所定の押圧荷重を与えるため、内側テーパーコロ４２と刃具ホルダー４３との間のガタを無くし、内側テーパーコロ４２から刃具ホルダー４３に対して十分な回転力を伝達することができる。
【００５７】
また、一対の円形プレート４１１ａ、４１１ｂに架設された３本の周縁ガイド４１２に移動可能に係合した外方保持部材４５と、円形プレート４１１ａ、４１１ｂに形成された３個のスリット４１１ｃに半径方向に移動可能に係合したスライダコマ４６ａ、４６ｂを備え、外方保持部材４５およびスライダコマ４６ａ、４６ｂに、外側テーパーコロ４４および刃具ホルダー４３がそれぞれ回転可能に連結された構成にしたことにより、簡単な構成により、刃具ホルダー４３に取り付けられた複数のエンドミルカッター４３３の軸間距離を変化させることができる。
【００５８】
＜実施形態２＞
図４に基づき、本発明の実施形態２による多軸ヘッド８について説明する。本実施形態は、それぞれの刃具ホルダー４３に対して、エンドミルカッター４３３の代わりに、先端にチップ４３５ａが装着された切削バイト４３５が取り付けられた場合を示している。本実施形態において、外側コロ移動用モーター５１および内側コロ移動用モーター５２を作動させて、各々の切削バイト４３５の半径方向の位置を設定することは、実施形態１の場合と同様である。
【００５９】
また、刃具台移動モーター２２を作動させて刃具台２４を移動させ、切削バイト４３５に軸方向の送り動作を与えてもよいことも、実施形態１の場合と同様である。しかしながら本実施形態においては、内側コロ回転用モーター５３は作動せずに、切削バイト４３５が回転することはなく、ワークＷが回転することによりワークＷの外周面を切削加工する。
【００６０】
＜実施形態３＞
図５に基づき、本発明の実施形態３による多軸ヘッド９について説明する。本実施形態は、それぞれの刃具ホルダー４３に切削工具を取り付ける代わりに、前方のスライダコマ４６ｂに対して、先端にチップ４６１ａが装着されたＬ字形バイト４６１が取り付けられている場合を示している。本実施形態においても実施形態２の場合と同様に、外側コロ移動用モーター５１および内側コロ移動用モーター５２を作動させて、各々のＬ字形バイト４６１の半径方向の位置が設定され、刃具台移動モーター２２を作動させて、Ｌ字形バイト４６１に軸方向の送り動作を与えているが、Ｌ字形バイト４６１は回転することなく、ワークＷが回転することによりワークＷの外周面に溝加工を行う。
【００６１】
＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
エンドミルカッター４３３による切削加工の場合、切削可能なワークＷの内外径間の範囲は、内側テーパーコロ４２、刃具ホルダー４３および外側テーパーコロ４４の傾斜面の内外径間の差により決まるが、それに加えて切削工具径を大きくすることにより、さらに、切削可能なワークＷの内外径間の範囲を増大させることができる。
【００６２】
内側コロ回転用モーター５３を内側テーパーコロ４２に接続する代わりに、回転用モーターを外側テーパーコロ４４に接続して、外側テーパーコロ４４を回転させることにより、エンドミルカッター４３３を回転させてもよい。
内側テーパーコロ４２の側面および刃具ホルダー４３の側面のうち、少なくともいずれか一方がテーパー状に形成されていればよい。
同様に、刃具ホルダー４３の側面および外側テーパーコロ４４の内周面のうち、少なくともいずれか一方がテーパー状に形成されていればよい。
【００６３】
予圧印加装置５６により、外側テーパーコロ４４に対して予圧荷重を与えてもよい。
また、予圧印加装置５６に代えて、あるいは予圧印加装置５６とともに、コントローラー６によって外側コロ移動用モーター５１および内側コロ移動用モーター５２のいずれかを作動させることにより、外側テーパーコロ４４または内側テーパーコロ４２を移動させて、予圧荷重を発生させるようにしてもよい。この場合、外側テーパーコロ４４または内側テーパーコロ４２に荷重センサを設け、荷重センサによる検出値に基づき、外側コロ移動用モーター５１または内側コロ移動用モーター５２の作動を制御すればよい。あるいは、発生するモーター負荷電流に基づき、適正な予圧荷重となるように、外側コロ移動用モーター５１または内側コロ移動用モーター５２の作動を制御してもよい。
内側テーパーコロ４２の外周には、切削工具が取り付けられる刃具ホルダー４３をいくつ配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態１による多軸工作機械の全体図
【図２】図１に示した多軸ヘッドの断面図
【図３】図２に示した多軸ヘッドの前方から見た図
【図４】実施形態２による多軸ヘッドの断面図
【図５】実施形態３による多軸ヘッドの断面図
【符号の説明】
【００６５】
図面中、１は多軸工作機械、６はコントローラー（押圧体位置決め手段、制御手段）、４１はフレーム（基体）、４２は内側テーパーコロ（内側押圧体）、４３は刃具ホルダー（移動体）、４４は外側テーパーコロ（外側押圧体）、４５は外方保持部材（直進部材）、４６ａ，４６ｂはスライダコマ、５１は外側コロ移動用モーター（押圧体位置決め手段、移動用モーター）、５２は内側コロ移動用モーター（押圧体位置決め手段、移動用モーター）、５３は回転用モーター、５６は予圧印加装置（付勢手段）、４１１ａ，４１１ｂは円形プレート（プレート部材）、４１１ｃはスリット、４１２は周縁ガイド（ガイドバー）、４３３はエンドミルカッター（切削工具）、４３５は切削バイト（切削工具）、４６１はＬ字形バイト（切削工具）、５１１，５２１は出力シャフト（ネジ部材）、５１２，５２２は移動用ナット（押圧体位置決め手段、ナット部材）、５３１はアウトプットシャフト（出力シャフト）、Ｗはワークを示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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