(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械のテーブルに固定されるハウジングを備えた本体と、工作機械の工具軸に取り付けられるラック付き操作具とを備え、
前記本体は、
前記ハウジングに自由回転可能に支持された割出台と、
この割出台と一体に設けられて操作時に前記ラックと噛合するホイール歯車と、
ホイール歯車を所定角度毎の回動角で固定する嵌合対と、
割出台ないしホイール歯車の背面をハウジングの端面に押し付ける押圧枠と、
割出台の軸線回りの揺動動作により押圧枠を当該軸線方向に進退させるねじブロックとを備え、
前記嵌合対及びねじブロックは、前記操作具と係脱する係合部を備えている、
工作機械のワーク割出治具。
【請求項２】
工作機械のテーブルに固定されるハウジングと、ワークを固定する回転割出台と、この割出台を所定の角度位置で固定する嵌合対とを備えたワーク割出治具において、
前記割出台と一体のホイール歯車と、
前記割出台の反ハウジング側外周部に位置して背面が前記割出台ないしホイール歯車を挟んで前記ハウジングの端面と対向している押圧枠と、
前記ハウジングの反割出台側に配置した背面枠と、
前記背面枠とハウジングとの間に介装されて割出台の中心軸線回りの揺動により当該軸線方向に螺進退するねじブロックと、
前記押圧枠及び背面枠の外周部の前記ホイール歯車の外周より外側に突出する複数箇所において当該押圧枠と背面枠とを連結しているタイロッドとを備え、
工作機械の工具軸に装着したラック付き操作具で前記ホイール歯車の回転操作、嵌合対の嵌脱操作及びねじブロックの揺動操作を行う、工作機械のワーク割出治具。
【請求項３】
前記嵌合対が、前記ハウジングに進退自在に設けられて当該進退動作により前記割出台の背面にその円周を等分するピッチ角で設けた嵌合孔に嵌脱する複数の嵌合ピンを備え、当該複数の嵌合ピンが、前記ピッチ角を当該複数で等分割した角度差を当該ピッチ角に加えた角度間隔で配置されている、請求項１又は２に記載の割出治具。
【請求項４】
加工プログラムで割出台の割出角が指定されたときに、工具軸に割出治具の操作具を装着したあと軸方向の１回又は複数回の上下動で割出台を指定された角度に回転する割出台回転手段と、設定した割出角が予め定められた角度の倍数であるときに割出台の嵌合による割出台の固定動作を行いかつ倍数でないときは摩擦体による割出台の固定動作を行う割出台固定手段とを備えている、工作機械。
【請求項５】
割出台固定手段が、嵌合による割出台の固定動作を行うときに、前記予め定められた角度の予め定めた整数倍の角度毎に工具軸の移動位置を変更することを特徴とする、請求項４記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械のテーブルにワークを割出回転可能に固定するのに用いる治具、及び当該治具によってワークを割出回転させながら加工を行う工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボール盤、フライス盤、マシニングセンタなどの孔明け加工や平面加工を行う工作機械は、ワークを固定するテーブルと、先端に工具を装着して回転する工具軸とを備えている。工具軸とテーブルとは、テーブル面と平行な又は直交する２次元平面内を相対移動可能に設けられ、かつ工具軸は、その軸方向に進退移動可能に設けられている。
【０００３】
この種の工作機械でワークの４面加工や５面加工を行うために、テーブル面と平行な軸回りに割出回転する割出台を備えた治具（ワーク割出軸。以下単に「割出治具」又は「治具」とも言う。）が用いられている。割出治具は、工作機械のテーブルに固定されるハウジングと、このハウジングにテーブル面と平行な、すなわちハウジングの底面と平行な軸心回りに回転する割出台と、割出台をその軸心回りの所定角度毎に固定する嵌合対とを備えている。この嵌合対としては、カービックカップリングやハースカップリングと呼ばれる２ピース型又は３ピース型の面歯車対が広く用いられている。この嵌合対は、割出台を回転してワークの姿勢を変えるときは嵌合を外さなければならない。従って、この種のワーク割出治具は、割出台を回転するための駆動手段と、嵌合対を嵌脱するための駆動手段とが必要である。
【０００４】
割出台の回転や嵌合対の嵌脱を人手で行う割出治具では、ワークの無人加工ができない。工作機械自体が備えている工具割出用のタレットやテーブルの割出回転装置では、タレットやテーブルの回転を電動機で行い、嵌合対の嵌脱を油圧ピストンで行うのが一般的である。しかし、頻繁にテーブルに着脱されることのある割出治具に電気ケーブルや油圧配管を接続するのは、治具の着脱作業が面倒になるという問題が生ずる。更に、テーブルを回転させてワークの旋削加工を行うことが不可能になる。
【０００５】
そこで、割出台を回転させるハンドルや嵌合対を嵌脱させるレバーを工具軸に装着した操作具で操作する構造のワーク割出治具が提案されている。このような構造のワーク割出治具では、操作具で嵌合対を嵌脱する際に割出台に取り付けたワークのアンバランスなどにより、割出台が回転して割出位置からずれるのを防止するために、割出台の回転駆動系にウォームホイールやくい違い傘歯車などの自己保持機能を有する伝達系を用いるか、割出台の回転を抑制するブレーキ装置を設けている（特許文献１、２、３）。
【０００６】
また、面歯車対やノックピンなどの嵌合対による割出台の固定は、高い精度で強固に割出台を固定することができるが、それらの嵌合位置からずれた自由な角度で割出台を固定することができない。特許文献４及び５には、嵌合対として３ピースのカービックカップリングを用いた割出台において、カップリングの嵌合が外れた状態で回転側のカップリングを固定する固定ピストンを設けた割出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３２３３９５号公報
【特許文献２】実開平６−４２０４７号公報
【特許文献３】特許第２９７４６３１号公報
【特許文献４】特開２０００−２５４８３６号公報
【特許文献５】特許第４３３９４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、工作機械のテーブルに搭載して割出台の割出回転及び固定を工作機械の工具軸に装着した操作具で行うようにしたワーク割出治具において、治具自体の構造が簡単で、ＮＣ装置による割出台の回転及び固定動作の制御が容易で、かつ必要なときには、嵌合対の嵌合位置から外れた自由な角度で割出台を固定することが可能なワーク割出治具を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のワーク割出治具は、工作機械のテーブルに固定されるハウジング１１とワークを固定する回転割出台２とを備えた本体１と、工作機械の工具軸に取り付けられるラック４１付き操作具４とを備えている。
【００１０】
割出台２は、ハウジング１１に自由回転可能に支持されている。本体１は、この割出台と一体に設けられて操作時にラック４１と噛合するホイール歯車２１と、このホイール歯車を所定角度毎の回動角で固定する嵌合対１２とを備えている。
【００１１】
割出台２ないしホイール歯車２１は、その背面をハウジング１１の一方の端面に形成した当接面１７に接して回転するように配置されている。割出台２ないしホイール歯車２１の反ハウジング側の外周側には、押圧枠３１が配置され、この押圧枠をハウジング１１側に付勢するねじブロック３２が設けられている。嵌合対１２及びねじブロック３２は、操作具４と係脱する係合部５２、３７（３７ａ、３７ｂ）を備えている。
【００１２】
ねじブロック３２は、割出台２の軸線ａ回りの揺動動作により押圧枠３１を当該軸線方向に進退させ、押圧枠３１をハウジング１１に向けて移動ないし付勢することにより、割出台２ないしホイール歯車２１の背面を当接面１７に押し付けて摩擦力により割出台２を固定する。
【００１３】
好ましい構造は、ねじブロック３２の螺進、すなわち押圧枠３１をハウジング側に付勢する方向のねじ作用による移動を、ハウジング１１の背面側に設けた背面枠３３と、当該背面枠と押圧枠３１とを連結するタイロッド３４とを介して、押圧枠３１に伝達する構造である。タイロッド３４は、押圧枠３１及び背面枠３３の外周部にホイール歯車２１の外周より外側に突出する箇所を複数設けて、その突出する箇所で背面枠３３と押圧枠３１を連結している。
【００１４】
嵌合対１２は、ハウジング１１に進退自在に設けられた嵌合ピン１３と、割出台２にその円周を等分するピッチ角で設けた多数の嵌合孔２３で形成することができる。この場合、嵌合ピン１３を複数個設け、この嵌合ピンが、嵌合孔２３のピッチ角を当該複数で等分割した角度差を当該ピッチ角に加えた角度間隔で配置することにより、嵌合孔２３のピッチ角を嵌合ピン１３の個数で割った角度毎に割出台２を固定することが可能になる。
【００１５】
この発明のワーク割出治具は、工作機械の工具軸に装着したラック付き操作具４で本体のホイール歯車２１の回転操作、嵌合対１２の嵌脱操作及びねじブロック３２の揺動操作を行って、割出台２の角度をワークの加工プログラムで指定される角度に設定して固定する。
【００１６】
テーブルにこの発明のワーク割出治具を取り付けてワークの加工を行う工作機械は、加工プログラムで割出台２の割出角が指定されたときに、自動工具交換装置により工具軸に割出治具の操作具４を装着したあと、ラック４１がホイール歯車２１に噛合する位置に移動して、工具軸の軸方向の１回又は複数回の上下動で割出台２を指定された角度に回転する割出台回転手段と、設定した割出角が予め定められた角度であるとき、すなわち嵌合対１２で固定可能な単位角度の倍数であるときに、工具軸が嵌合対１２の嵌合による割出台の固定動作を行い、倍数でないときには、工具軸が摩擦体１７による割出台の固定動作を行う割出台固定手段とを備えている。
【００１７】
割出治具の嵌合対１２が複数の嵌合ピン１３を備えているときは、割出台固定手段は、嵌合による割出台の固定動作を行うときに、前記予め定められた角度の予め定めた整数倍の角度毎に工具軸の移動位置を変更する。予め定めた整数は、嵌合ピン１３の個数である。
【発明の効果】
【００１８】
この発明により、工作機械のテーブルに固定した着脱自在なワーク割出治具の割出台の指定角度への回転及びその角度での固定を、工具軸に装着した操作具４で行うことが可能になり、従って、電気ケーブルや油圧配管をすることなく割出治具の回転及び固定を自動化することができる。そして、割出台の固定が、所定の角度単位での嵌合対による高精度で強固な固定と、摩擦による自由角度での固定とが可能で、ワークの姿勢を自由に設定でき、かつ１５度とか３０度毎の一般的な加工角度を高精度かつ強固に保持できるという特徴がある。
【００１９】
またこの発明のワーク割出治具は、治具自体の構造が簡単で小型にできることに加えて、工具軸で割出台の回転及び固定を行うときの操作が直線移動の組み合わせで行うことが可能であり、操作を行わせるためにＮＣ装置に登録するマクロプログラムを単純化することができ、その操作を短時間で行わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ワーク割出治具本体の断面側面図
【図２】同正面図
【図３】同背面図
【図４】割出台の正面図
【図５】同背面図
【図６】本体ハウジングの背面図
【図７】同正面図
【図８】操作具の側面図
【図９】割出操作の手順を示すフローチャート
【図１０】図９の近回り角の演算ステップのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明のワーク割出治具は、工作機械のテーブルに固定されるハウジング１１と、このハウジングの底面、すなわち工作機械のテーブルに固定される面と平行な軸回りに回転可能に取り付けられた割出台２と、この割出台を所定の角度位置毎に固定する嵌合対１２とを備えている。割出台２は、背面に設けた軸受孔２４に嵌着した軸受２５をハウジング１１の軸心部に突出するボス１８に嵌合して自由回転可能に、かつその背面をハウジングの端面に形成した当接面１７に接するようにして取り付けられている。軸受孔２４には、軸受２５の内輪の端面に摺接するようにＯリング２６が装着され、割出台２の回転に抵抗を付与している。
【００２２】
割出台２の前面側、すなわちワーク取付面３側には、前記当接面１７との間で割出台２を挟みつける押圧枠３１が配置されている。押圧枠３１は、中央部に開口を備え、割出台２のこの開口を貫通した部分の前面がワーク取付面３となっている。割出台２の当接面１７と押圧枠３１とで挟まれる部分の外周に、ホイール歯車２１が形成されている。
【００２３】
ハウジング１１の背面すなわち当接面１７と反対の端面には、浅い円筒凹所が設けられ、この円筒凹所に割出台の軸線を揺動中心とする短円筒形のねじブロック３２が揺動自在に嵌合されている。ねじブロック３２は、その外周一部に雄ねじ３５を備えており、この雄ねじに、ハウジング１１の背面側を塞ぐ背面枠３３の中心孔に設けた雌ねじ３６が螺合している。ねじブロック３２には、ハウジング１１の両側に延びる係合レバー３７ａ、３７ｂが固定されている。
【００２４】
ハウジング１１、背面枠３３及び押圧枠３１は、その外周の四隅の部分がホイール歯車２１の外側へと突出しており、この四隅の部分割出台の軸線方向に貫通する同軸の貫通孔が設けられている。そして、この貫通孔を通して押圧枠３１と背面枠３３とがタイロッド３４で連結されている。図のタイロッドは、長いボルトで、ボルト頭とナットとで押圧枠３１と背面枠３３とが連結された状態となっている。
【００２５】
ハウジング１１の上部には、軸線方向のピン孔１４が設けられ、このピン孔にノックピン１３が挿通されている。ピン孔１４は、当接面１７に開口しており、割出台２の背面には、一定のピッチ角、図の例では１５度間隔でノック孔２３が設けられている。ノックピン１３の基端、すなわち反割出台側の端部には、上方に延びるブラケット１５が固定されている。ブラケット１５の上端には、ブラケット１５の軸心方向の移動を許容するために設けた凹所１６を塞ぐ蓋板５１がボルト５２で固定されている。蓋板５１から突出するこのボルトの頭が、ノックピンを操作するための係合部となっている。
【００２６】
ピン孔１４には、スリーブ５３が嵌め込まれている。ピン孔１４には更に、一条の周溝が設けられ、この周溝にＯリング５４が嵌め込まれている。ノックピン１３には、その進出位置すなわちノックピン１３の先端が割出台の嵌合孔２３に挿入される位置と、退避位置、すなわちノックピン１３の先端がピン孔１４内に没入する位置とに、浅い周溝が設けられており、Ｏリング５４がこの周溝に嵌入することによってノックピン１３の進出位置と退避位置が保持されるようになっている。
【００２７】
図の装置では、割出台２の嵌合孔２３がピッチ角を１５度にして２４個設けられ、これに嵌脱するノックピン１３が３本設けらている。両側のノックピン１３ｂ、１３ｃは、中央のノックピン１３ａに対して割出台２の回転中心軸線ａ回りの角度が２０度となる位置に設けられている。この２０度は、割出台のノック孔のピッチ角１５度に５度を足した角度であり、５度は、ピッチ角１５度を３等分した角度である。すなわち、中央のピン１３ａが割出台の１個の嵌合孔２３に嵌合する位置から図６で右回りに割出台が５度回動した位置で右側のノックピン１３ｂが右隣の嵌合孔に嵌合する位置となり、左回りに５度回動した位置で左側のノックピン１３ｃが左隣の嵌合孔に嵌合する位置となる。このようにハウジング１１にｎ本のノックピンを割出台に設けたノック孔のピッチ角に当該ピッチ角をｎで割った角度を加えた角度のピッチで設けることにより、割出台に設けた嵌合孔のピッチ角の１／ｎの角度毎に割出台２をノックピン１３で固定することが可能になる。
【００２８】
背面枠３３は、軸線回りに回転することができないので、係合レバー３７ａ、３７ｂを交互に押し下げてねじブロック３２を揺動させると、雄ねじ３５と雌ねじ３６の螺進退により、ハウジング１１に接近及び離隔する方向に移動する。タイロッド３４は、背面枠３３がハウジング１１から離れる方向に移動したときに、押圧枠３１が割出台２の背面を当接面１７に強固に押し付けるように、その長さが調整されている。
【００２９】
割出台２をノックピン１３が嵌合しない自由角度で固定するときは、背面枠３３をハウジング１１から離す側の係合レバー３７ａを押し下げる。このとき、ねじブロック３２は、背面枠３３をハウジング１１から離れる方向に押動し、タイロッド３４で連結された押圧枠３１は、割出台２を当接面１７との間で挟みつけて割出台２を固定する。
【００３０】
上記構造の割出治具を操作する操作具４は、図８に示すように、ホイール歯車２１に噛合するラック４１を備えた棒状の操作具４である。この操作具を工作機械の自動工具交換装置により工具軸に装着し、ラック４１をホイール歯車２１に噛合して工具軸を軸方向に上方又は下方に移動することにより、割出台２を回転する。図の装置では、設定されたフルストロークで工具軸を上方又は下方に移動することにより、割出台２が３０度回転する。割出台２を３０度を超える角度で回転するときは、工具軸をフルストローク移動させた後、工具軸の横移動によってホイール歯車２１とラック４１の噛み合いを外し、ストローク原点に戻って残りの角度分を工具軸方向に移動する。割出台２の回転角が６０度以上であれば、工具軸のフルストロークの移動が２回以上行われることになる。
【００３１】
割出台２の割出角度がいずれかのノックピン１３の嵌合位置であれば、工具軸４２はハウジング１１の上方に移動し、操作具４の先端を対応するノックピンの係合部５２に係合して、工具軸４２の横移動により当該ノックピン１３を対向する嵌合孔２３に挿入して割出台２の回転を固定する。もし割出角度がノックピンで固定できない角度であるときは、工具軸４２を係合レバー３７ａの上方に移動して下降することにより、ねじブロック３２を揺動して押圧枠３１で割出台２の外周部をハウジングの当接面１７に押圧することによって割出台２を固定する。次に割出台２を回転するときは、反対側の係合レバー３７ｂを押し下げることによって固定を解除する。
【００３２】
ＮＣ装置によるワーク割出治具の操作は、加工プログラムに設定する割出角を含むコマンドを挿入することによって行われる。図９は、当該コマンドによって実行されるマクロプログラムの手順を示した図である。このマクロプログラムは、割出台の現在の割出角から指令された割出角の差だけ割出台２を回転させるものであり、かつその角度差が１８０度を超えているときは、３６０度からその角度差を引いた近回り角度で割出台を回転させるようにしている。そして、設定された角度が５度の倍数であれば、ノックピン１３と嵌合孔２３との嵌合により割出台２を固定し、それ以外の角度であれば、押圧枠３１で割出台２を押圧して摩擦力で割出台２を固定する。
【００３３】
図９の準備ステップにおいて、加工プログラムで割出台の割出しが指令されると、指令角度θを読み込み、ＮＣ装置が記憶している現在角との角度差Δθを求め、その角度差が０度であれば、何もしないで終了する。
【００３４】
角度差Δθが０度で無ければ、工具を操作具に交換し、現在角の固定解除ステップで、現在角の固定を解除する。この固定の解除は、工具軸の移動により、操作具４で嵌合しているノックピン１３を縮退させるか、背面枠３３をハウジングに近づける方向の係合レバー３７ｂを押し下げるかの動作である。そのいずれが行われるかは、前回の割出時にどの固定手段を用いたかを記憶することにより決定できる。
【００３５】
次に、噛合の検査のステップで、ラック４１の原点位置でラック４１と現在角のホイール歯車とが噛合可能かどうか検査する。両者の間にピッチずれΔｐがあれば、ラック４１の最初のストローク時にその原点位置を補正することとし、その補正分Δｐを角度差Δθに加算する。Δｐは、
Δp=現在角-(p*int(現在角/p))
で算出できる。ここでｐは、ホイール歯車のピッチ角で、Δｐ＝０であれば、補正無しで噛合可能である。int()は、商の整数値を返す関数である。
【００３６】
次に、近回り角の演算ステップで、角度差Δθがプラス又はマイナス方向に１８０度を超えているときは、反対方向の近回り角度を角度差Δθ'とする。角度差Δθ'は、１８０度以下の正又は負の角度となる。実施例における近回り角の演算ステップは、図１０に示す手順で行っている。ここで abs は、絶対値を返す関数である。
【００３７】
次に、回転方向設定ステップで、新たな角度差Δθ'（何れも１８０度以下）が正であれば、正回転の原点となるフルストロークの上端にラック４１を移動し、負であれば逆回転の原点となるフルストロークの下端にラック４１を移動する。Δｐがゼロでないときは、設定したフルストロークの原点から上方にラック４１をΔｐ分だけ上方に移動してラック４１とホイール歯車２１との噛合を確保する。２回目以降のストローク時の噛み合いは、ラック４１のフルストロークをホイール歯車２１のピッチｐの整数倍にすることで確保される。
【００３８】
そして、角度差Δθ'がラックのフルストロークに対応するホイール歯車２１の回転角（実施例では３０度）の整数倍を超えていれば、その整数分だけ工具軸４２のフルストロークの上下動を繰り返し、最後に残った角度分をストロークして、割出台２を設定された角度まで回転させる。上下動を繰り返すときの工具軸の動きは、ラック４１をホイール歯車２１に噛合して下又は上に動き、ストローク端でホイール歯車２１から離れる方向に横移動してラックの噛合を外し、原点に戻ってホイール歯車２１側に移動してラック４１を噛み合わせるという矩形の軌跡を描く動きである。
【００３９】
次に、固定操作ステップで割り出された角度の固定を行う。設定された角度θがノックピン１３で固定可能な角度（実施例では５度）の倍数であるときは、ノックピン１３と嵌合孔２３の嵌合により、割出台２を固定する。実施例では、嵌合孔２３のピッチが１５度、ノックピン１３の数を３個として５度毎の固定を可能にしているので、使用するノックピンの選択も行う。すなわち、設定角度θを１５度で割って余りが０であれば中央のノックピン１３ａで割出台２を固定し、余りが５度であれば右側のノックピン１３ｂで、１０度であれば左側のノックピン１３ｃで割出台２を固定することになる。そこで、ラック４１で割出台２を設定角θに回転させた後、工具軸４２を上昇し、水平に移動して１５度で割った余りの角度に対応するノックピンの係合部５２の位置に移動し、当該係合部と操作具４の先端とを係合して、割出台２の軸線方向に移動することにより、対応するノックピンを嵌合孔に嵌合して割出台２を固定する。
【００４０】
一方、設定角度θを１５度で割った残りが０、５、１０度のいずれでもないときは、割出台２を設定角度に割り出した後、工具軸は、固定側の係合レバー３７ａの上方に移動して下降することにより、ねじブロック３２で押圧枠３１を当接面１７側に移動して、割出台２を押圧枠３１と当接面１７とで挟持して固定する。
【００４１】
最後の格納ステップでは、設定された角度θを現在角としてＮＣ装置に記憶し、ねじブロック３２で割出台が固定されているかいないかの情報をＮＣ装置に記憶して、終了する。なお、割出角が何れかのノックピンで固定されているときは、次回の割出時に現在角を１５度で割った余りにより判別できるから、対応するノックピンを縮退して固定を解除すればよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  本体
２  回転割出台
４  ラック付き操作具
11  ハウジング
12  嵌合対
13  嵌合ピン
17  当接面
21  ホイール歯車
23  嵌合孔
31  押圧枠
32  ねじブロック
33  背面枠
34  タイロッド
37(37a,37b)  係合レバー
41  ラック
52  ボルト
ａ  軸線
【図１】
0005876366.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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