(57)【要約】【課題】主軸に対する姿勢を変更でき、ワークの加工精度が高く、振動や熱が発生しにくく、長寿命で、低コストな工具および工具ホルダを提供する。【解決手段】ワークを加工する加工具１００と、加工具１００に出力軸が連結され、当該加工具１００を回転させる電動機１８０と、加工具１００および電動機１８０を保持する第１の保持部６５と、主軸４６に装着される装着部６２と、装着部６２を介して主軸４６から回転力が伝達され、電動機１８０を駆動させる電力を発生する発電機１７０と、装着部６２を回転自在に保持し、かつ、発電機１７０を保持し、工作機械の非回転部分４７に係合する第２の保持部８５と、第１の保持部６５の第２の保持部８５に対する傾斜角度を調整可能に第１の保持部６５と第２の保持部８５とを連結する姿勢調整機構とを有する。【選択図】図２
2006305729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、
ワークを加工する加工具と、
前記加工具に出力軸が連結され、当該加工具を回転させる電動機と、
前記加工具および前記電動機を保持する第１の保持部と、
前記主軸に装着される装着部と、
前記装着部を介して前記主軸から回転力が伝達され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発電機を保持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第２の保持部と、
前記第１の保持部の前記第２の保持部に対する傾斜角度を調整可能に前記第１の保持部と前記第２の保持部とを連結する姿勢調整機構と
を有する工具。
【請求項２】
前記第１の保持部の前記主軸の軸線回りの回転位置を調整可能な回転位置調整機構をさらに備えている
請求項１に記載の工具。
【請求項３】
前記第２の保持部は、
前記発電機を保持する第３の保持部と、
前記非回転部分に係合する第４の保持部と
を有し、
前記第１の保持部は、前記第３の保持部に対して前記主軸に直交する軸回りに回転可能に連結され、
前記第３の保持部は、前記第４の保持部に対して前記主軸の軸線回りに回転可能に連結され、
前記姿勢調整機構は、前記第１の保持部の前記第３の保持部に対する前記主軸に直交する軸回りの回転位置を変更することにより、前記第１の保持部の前記第２の保持部に対する傾斜角度を調整し、
前記回転位置調整機構は、前記第３の保持部の前記第４の保持部に対する前記主軸の軸線回りの回転位置を変更することにより、前記第１の保持部の前記主軸の軸線回りの回転位置を調整する
請求項２に記載の工具。
【請求項４】
前記姿勢調整機構は、
前記主軸に直交する軸回りに前記第１の保持部及び前記第２の保持部を互いに回転可能に軸支する支持軸と、
前記第１の保持部に前記支持軸を中心とする円周に沿って設けられた複数の第１のねじ孔と、
前記第２の保持部に前記複数の第１のねじ孔と同一円周上に沿って設けられた第１の孔部と、
前記第１の孔部に嵌合し、前記第１のねじ孔に螺合する第１のボルトと
を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の工具。
【請求項５】
前記回転位置調整機構は、
前記第３の保持部に前記軸線を中心とする円周に沿って設けられた複数の第２のねじ孔と、
前記第２の保持部に前記複数の第２のねじ孔と同一円周上に沿って設けられた第２の孔部と、
前記第２の孔部に嵌合し、前記第２のねじ孔に螺合する第２のボルトと
を有する請求項３に記載の工具。
【請求項６】
ワークを加工する加工具を回転自在に保持し、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、
前記加工具を回転させる電動機と、
前記加工具を回転自在に保持し、かつ、前記電動機を保持する第１の保持部と、
前記主軸に装着される装着部と、
前記装着部を介して前記主軸から回転力が伝達され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発電機を保持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第２の保持部と、
前記第１の保持部の前記第２の保持部に対する傾斜角度を調整可能に前記第１の保持部と前記第２の保持部とを連結する姿勢調整機構と
を有する工具ホルダ。
【請求項７】
主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、
前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置と、
前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具と、を有し、
前記工具は、ワークを加工する加工具と、
前記加工具に出力軸が連結され、当該加工具を回転させる電動機と、
前記加工具および前記電動機を保持する第１の保持部と、
前記主軸に装着される装着部と、
前記装着部を介して前記主軸から回転力が伝達され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発電機を保持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第２の保持部と、
前記第１の保持部の前記第２の保持部に対する傾斜角度を調整可能に前記第１の保持部と前記第２の保持部とを連結する姿勢調整機構と
を有する工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具、工具ホルダおよび工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタは、面削り、穴あけ、中ぐり、タッピング等の様々な加工を複合的に行うことができる複合工作機械である。マシニングセンタによる複合加工には、工具自体に機構をもついわゆるアタッチメントを用いた加工も含まれる。このアタッチメントとしては、たとえば、マシニングセンタの主軸に対してカッターの向きを変えてワークを切削することができるものや、主軸の回転数よりもカッターの回転数を上昇させるためのもの等が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような主軸に対してカッターの向きを変えてワークを加工できるアタッチメントでは、カッターの主軸に対する姿勢を変更するための傾斜機構や主軸に対して主軸の回転力をカッターに伝達するための歯車機構等の伝達機構が必要となる。
しかしながら、上記のように傾斜機構や伝達機構が主軸とカッターとの間に存在すると、傾斜機構や伝達機構の機械的誤差が、ワークの加工精度に影響を及ぼしやすいという不利益が存在する。また、主軸とカッターとの間に歯車機構等が存在すると、振動や熱が発生しやすく、これらがワークの加工精度に影響を及ぼしやすい。さらに、歯車機構等の伝達機構を用いると、寿命が比較的短い。また、傾斜機構や伝達機構を限られたスペースのアタッチメントに内蔵するため、構造が複雑化しやすく、製造コストも嵩む。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、主軸に着脱される工具において、工具の主軸に対する姿勢を変更できるとともに、ワークの加工精度が高く、振動や熱が発生しにくく、長寿命で、低コストな工具および工具ホルダを提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、上記の工具および工具ホルダを備えた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】
【０００５】
本発明の工具は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、ワークを加工する加工具と、前記加工具に出力軸が連結され、当該加工具を回転させる電動機と、前記加工具および前記電動機を保持する第１の保持部と、前記主軸に装着される装着部と、前記装着部を介して前記主軸から回転力が伝達され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発電機を保持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第２の保持部と、前記第１の保持部の前記第２の保持部に対する傾斜角度を調整可能に前記第１の保持部と前記第２の保持部とを連結する姿勢調整機構とを有する。
【０００６】
好適には、前記第１の保持部の前記主軸の軸線回りの回転位置を調整可能な回転位置調整機構をさらに備えている。
【０００７】
好適には、前記第２の保持部は、前記発電機を保持する第３の保持部と、前記非回転部分に係合する第４の保持部とを有し、前記第１の保持部は、前記第３の保持部に対して前記主軸に直交する軸回りに回転可能に連結され、前記第３の保持部は、前記第４の保持部に対して前記主軸の軸線回りに回転可能に連結され、前記姿勢調整機構は、前記第１の保持部の前記第３の保持部に対する前記主軸に直交する軸回りの回転位置を変更することにより、前記第１の保持部の前記第２の保持部に対する傾斜角度を調整し、前記回転位置調整機構は、前記第３の保持部の前記第４の保持部に対する前記主軸の軸線回りの回転位置を変更することにより、前記第１の保持部の前記主軸の軸線回りの回転位置を調整する。
【０００８】
好適には、前記姿勢調整機構は、前記主軸に直交する軸回りに前記第１の保持部及び前記第２の保持部を互いに回転可能に軸支する支持軸と、前記第１の保持部に前記支持軸を中心とする円周に沿って設けられた複数の第１のねじ孔と、前記第２の保持部に前記複数の第１のねじ孔と同一円周上に沿って設けられた第１の孔部と、前記第１の孔部に嵌合し、前記第１のねじ孔に螺合する第１のボルトとを有する。
【０００９】
好適には、前記回転位置調整機構は、前記第３の保持部に前記軸線を中心とする円周に沿って設けられた複数の第２のねじ孔と、前記第２の保持部に前記複数の第２のねじ孔と同一円周上に沿って設けられた第２の孔部と、前記第２の孔部に嵌合し、前記第２のねじ孔に螺合する第２のボルトとを有する。
【００１０】
本発明の工具ホルダは、ワークを加工する加工具を回転自在に保持し、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、前記加工具を回転させる電動機と、前記加工具を回転自在に保持し、かつ、前記電動機を保持する第１の保持部と、前記主軸に装着される装着部と、前記装着部を介して前記主軸から回転力が伝達され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発電機を保持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第２の保持部と、前記第１の保持部の前記第２の保持部に対する傾斜角度を調整可能に前記第１の保持部と前記第２の保持部とを連結する姿勢調整機構とを有する。
【００１１】
本発明の工作機械は、主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置と、前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具と、を有し、前記工具は、ワークを加工する加工具と、前記加工具に出力軸が連結され、当該加工具を回転させる電動機と、前記加工具および前記電動機を保持する第１の保持部と、前記主軸に装着される装着部と、前記装着部を介して前記主軸から回転力が伝達され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発電機を保持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第２の保持部と、前記第１の保持部の前記第２の保持部に対する傾斜角度を調整可能に前記第１の保持部と前記第２の保持部とを連結する姿勢調整機構とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、主軸が回転すると、発電機が発電する。発電機の発電した電力は、電動機に供給され、この電動機によって加工具が駆動される。この発電機と電動機の特性に応じて工具の回転速度は主軸の回転速度に対して変速する。
また、本発明では、加工具の主軸に対する姿勢を変更できる、すなわち、ワークに対する加工具の姿勢を変更できるので種々の加工に対応できる。さらに、加工具の姿勢を変更したとき、電動機も姿勢が変わるため、加工具へ回転力を伝達させる伝達機構が必要ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械である。
【００１４】
図１においてマシニングセンタ１は、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。
【００１５】
サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。
送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回転駆動される。
【００１６】
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。
さらに、サドル４４には、鉛直方向に方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ２０が接続されている。
【００１７】
サーボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。
ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸４６を回転駆動する。
主軸４６の先端には、エンドミルなどの工具Ｔが装着され主軸４６の回転によって工具Ｔが駆動される。
【００１８】
ラム４５の下方には、テーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されている。
【００１９】
テーブル３５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
【００２０】
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。
この自動工具交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンに工具ホルダによって保持された各種工具Ｔを収納しており、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６に工具交換アームによって装着する。
【００２１】
数値制御装置５１は、上記のサーボモータ１８，１９，２０、クロスレール昇降用モータ３２および主軸モータ３１の駆動制御を行う。
数値制御装置５１は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順にしたがって、サーボモータ１８，１９，２０による工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、数値制御装置５１は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸３１の回転数を解読することにより主軸４６の回転数の制御を行う。
【００２２】
さらに、数値制御装置５１は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定れた工具Ｔの交換を動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交換を実行する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に係る工具の構成を示す正面図である。図３は、図２に示す工具を矢印Ｂの向きから見た側面図である。図４は、図２に示す工具のＡ−Ａ線方向の断面図である。
図２に示すように、工具６０は、刃具１００と、この刃具１００を保持する工具ホルダ６１とから構成される。なお、刃具１００は本発明の加工具の一実施態様である。
【００２４】
工具ホルダ６１は、第１保持部６５と、第２保持部８５と、装着部６２とを備えている。さらに、図４に示すように、工具ホルダ６１は第１保持部６５に内蔵された電動機１８０とを備えている。
【００２５】
装着部６２は、把持される把持部６２ａと、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着されるテーパシャンク６２ｂと、このテーパシャンク６２ｂの先端部に形成されたプルスタッド６２ｃと、軸部６２ｄとを備えている。
【００２６】
装着部６２の把持部６２ａは、上記した自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ搬送される際に把持される。
装着部６２のテーパシャンク６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。
装着部６２のプルスタッド６２ｃは、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。なお、主軸４６に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。
装着部６２の軸部６２ｄは、図４に示すように、第２保持部８５に設けられた複数の転がり軸受ＢＲによって回転自在に保持されている。
【００２７】
第１保持部６５は、図４に示すように、内部に貫通孔６６ｂとこの貫通孔６６ｂに連通する収容孔６６ｈとを備えた保持部材６６を有している。この保持部材６６の上端側の両側部６６ａは互いに平行に配置されている。
保持部材６６は、両側部６６ａにそれぞれ設けられた支持軸９８によって支持されており、支持軸９８を中心に旋回可能なっている。
【００２８】
保持部部材６６の収容孔６６ｈ内には、電動機１８０が固定されている。貫通孔６６ｂ内には、ベアリングＢＲを介して回転軸６８が回転自在に保持されており、この回転軸６８の一端部はカップリング６９によって電動機１８０の出力軸１８１と連結されている。
【００２９】
回転軸６８の他端部は、保持部材６６からのベアリングＢＲの脱落を防ぐ抜け止め部材７１を貫通しており、先端にチャッキング部材７０が固定されている。
チャッキング部材７０は、たとえば、ドリルやエンドミル等からなる刃具１００をチャックする。
【００３０】
保持部材６６の収容孔６６ｈの上端側は開口しており、この開口はキャップ１０５によって閉塞されている。このキャップ１０５は、切削加工中に使用されるオイルやクーラントが収容孔６６ｈ内に侵入するのを防ぐ。
【００３１】
第２保持部８５は、図４に示すように、第１部材９５と、第２部材８６（第３の保持部）と、第３部材９０（第４の保持部）とを有する。
第１部材９５は、円板状部９５ｂと、円板状部９５ｂの上面側に環状に形成された嵌合部９５ｃと、円板状部９５ｂの下面側に平行に伸びる支持部９５ａとを有する。
各支持部９５ａは、保持部材６６の両側部６６ａ間の幅に略等しい間隔となるように設けられており、両側部６６ａを外側から挟み込んでいる。
これら各支持部９５ａには、上記した支持軸９８がそれぞれ設けられている。
【００３２】
第２部材８６は、図４に示すように、上端側にフランジ部８５ａを有する円筒状の部材からなり、この第２部材８６の下端部の内周に第１部材９５の嵌合部９５ｃが嵌合している。第２部材８６と第１部材９５の嵌合部９５ｃとは、たとえば、ボルト等の締結部材によって固定されている。
【００３３】
第２部材８６の内周には、図４に示すように、フランジ部材８７が嵌合し、ボルト等の締結部材によって固定されている。このフランジ部材８７の下面側に発電機１７０が固定されている。
この発電機１７０は、入力軸１７１が装着部６２の軸部６２ｄに連結されている。
【００３４】
第３部材９０は、図４に示すように、円筒状の部材からなり、上端側に装着部６２の軸部６２ｄが挿入される挿入孔９０ｄを有する。また、円筒部９０ｃの外周が第２部材８６の内周に嵌合している。このため、第２部材８６は第３部材９０に対して回転可能となっている。
第３部材９０の内周は、複数のベアリングＢＲを介して装着部６２の軸部６２ｄを回転自在に保持している。複数のベアリングＢＲは、第３部材９０の下端側に固定された抜け止め部材８８によって抜け止めされている。
第３部材９０のフランジ部９０ｂは、第２部材８５のフランジ部８５ａと複数のボルト１２１によって連結されている。
【００３５】
また、図２に示すように、第３部材９０の一端部９０ａには、装着部６２側に突出するように、回り止めピン９１が設けられている。この回り止めピン９１は、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに挿入される。
これにより、第３部材９０、すなわち、第２保持部８５および第１保持部６５は、主軸４６が回転しても回転が規制される。
【００３６】
姿勢調整機構
上記した第１保持部６５は、第２保持部８５に対して姿勢を変更可能に連結されている。
図５は、第１保持部６５の保持部材６６の両側部６６ａの構造を示す側面図である。
図５に示すように、保持部材６６の両側部６６ａには、支持軸９８を中心とする円周方向に等間隔で位置決め用のねじ孔６７が複数形成されている。このねじ孔６７は、たとえば、支持軸９８を中心に３０度間隔で配列されている。このねじ孔６７の間隔が第１保持部６５の第２保持部８５に対する姿勢を調整する際の最小調整角度であり、ねじ孔６７の間隔を狭くするほど姿勢の微調整が可能になる。
ねじ孔６７には、図２および図４に示した複数（４本）のボルト９９が螺合し、これにより第１保持部６５と第２保持部８５とが連結される。ボルト９９を取り外し、第１保持部６５の第２保持部８５に対する傾斜角度を調整したのち、ボルト９９を再び締結することにより、図２において矢印Ｓで示す方向の第１保持部６５の姿勢調整を行うことができる。
【００３７】
回転位置調整機構
上記した第２保持部８５の第２部材８６と第３部材９０とは、第１保持部６５の主軸４６の軸線回りの回転位置を変更可能に連結されている。
図６は、第３部材９０のフランジ部９０ｂの構成を示す側面図である。
図６に示すように、フランジ部９０ｂには、円周方向に等間隔で位置決め用のねじ孔９０ｈが複数形成されている。このねじ孔６７は、たとえば、支持軸９８を中心に３０度間隔で配列されている。このねじ孔９０ｈの間隔が第１保持部６５の主軸４６の軸心回りの回転位置を調整する際の最小調整角度である。
ねじ孔９０ｈには、図２〜図４に示したように、複数（４本）のボルト１２１が螺合しており、これにより第２部材８６と第３部材９０とは連結されている。
ボルト１２１を取り外し、第３部材９０に対して第２部材８６を回転させて第３部材９０と第２部材８６との相対回転位置を決め、再びボルト１２１を締結することにより、図２において矢印Ｒで示す第１保持部６５の主軸４６の軸心回りの回転位置を調整することができる。
【００３８】
発電機１７０は、入力軸１７１が装着部６２の軸部６２ｄと同心に連結されており、この発電機には主軸４６の回転力が装着部６２を介して入力される。この発電機１７０には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
【００３９】
電動機１８０は、発電機１７０で発電された電力が供給される。この発電機８０は、発電機７０から供給される電力によって駆動される。電動機１８０には、たとえば、三相誘導電動機が用いられる。
【００４０】
図７は、発電機１７０に三相同期発電機が用いられ、電動機１８０に三相誘導電動機が用いられた場合の発電機１７０と電動機１８０との結線状態を示す図である。
図７に示すように、３本の導電ケーブルＷｘ，Ｗｙ，Ｗｚによって電動機１８０と発電機１７０とが接続される。電動機１８０には、発電機１７０で発電された三相交流が供給される。
【００４１】
次に、上記構成の工具６０の動作の一例について説明する。
刃具１００を保持した工具ホルダ６１がマシニングセンタ１の主軸４６に装着された状態において、主軸４６を回転数Ｎ0 で回転させると、工具ホルダ６１の装着部６２が回転し、主軸４６の回転力が発電機１７０に伝達される。
このとき、回り止めピン９１はラム４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに挿入されているため、工具ホルダ６１の装着部６２のみが回転する。
【００４２】
これにより、発電機１７０は発電する。発電機１７０に三相同期発電機を用いた場合には、三相交流を発電する。
【００４３】
発電機１７０の発生する三相交流の周波数ｆは、発電機１７０の極数をＰ1 とし、主軸４６の回転数をＮ0 〔ｒｐｍ〕とすると、次式（１）によって表される。
【００４４】
ｆ＝Ｐ1 ×Ｎ0 ／１２０〔Ｈｚ〕      …（１）
【００４５】
したがって、主軸４６を回転数Ｎ0 で回転すると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交流電力が電動機１８０に供給される。
ここで、電動機１８０に三相誘導電動機を用いた場合、電動機１８０の極数がＰ2 とすると、電動機１８０は３相交流の１サイクルで２／Ｐ2 回転することから、電動機１８０の同期速度Ｎ1 は、次式（２）で表される。
【００４６】
Ｎ1 ＝１２０×ｆ／Ｐ2 〔ｒｐｍ〕    …（２）
【００４７】
したがって、主軸４６の回転数Ｎ0 に対する工具の回転数Ｎ1 は次式（３）によって表される。
【００４８】
Ｎ1 ＝Ｎ0 ×Ｐ1 ／Ｐ2 〔ｒｐｍ〕    …（３）
【００４９】
（３）式からわかるように、主軸４６の回転数Ｎ0 は、上記（３）式で表される回転数Ｎ1 に変速される。
（３）式で示すように、発電機１７０の極数Ｐ1 と電動機１８０の極数Ｐ2 との比を適宜設定することにより、主軸４６の回転数Ｎ0 に対する工具の回転数Ｎ1 の変速比を任意に設定することが分かる。
すなわち、主軸４６の回転数Ｎ0 を増速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より大きくし、減速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より小さくなるように、発電機１７０の極数Ｐ1 および電動機１８０の極数Ｐ2 を予め選択すればよい。
【００５０】
次に、上記構成の工具６０を用いたワークの加工方法の一例について説明する。
たとえば、金型等のワークを切削加工する際には、刃具１００のワークに対する姿勢を変えて切削することが必要な場合が多々ある。
一方、マシニングセンタ１のもつ制御軸は限られており、ワークに対する刃具１００の姿勢を、制御軸の制御のみによっては変更できない場合もある。
【００５１】
このため、たとえば、図８に示すように、上記構成の工具６０の第１保持部６５の姿勢を第２保持部８５に対して所定角度、たとえば、９０度旋回させたものや、第１保持部６５の矢印Ｒ方向の回転位置を適宜調整したものを予め複数用意しておく。
すなわち、ワークの加工条件に応じて姿勢や回転位置を適宜調整した工具６０をマシニングセンタ１の自動工具交換装置３９のマガジンに予め収容しておく。
【００５２】
また、アルミニウム合金材等の難削材からなるワークを加工する際には、刃具１００の回転数を主軸４６の最大回転数Ｎmax よりも高くしたい場合がある。
このような場合のために、工具６０の増速比が、たとえば、１０となるように、上記の極数比Ｐ1 ／Ｐ2 が１０である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵させたものをマシニングセンタ１の自動工具交換装置３９のマガジンに予め収容しておく。
【００５３】
次いで、自動工具交換装置３９によって、主軸４６に通常の工具と同様に複数の工具６０のうち、必要な工具６０を自動装着する。なお、通常の工具とは、工具ホルダに刃具がクランプされたものである。
主軸４６を主軸モータ３１を駆動して回転させるが、工具ホルダ６１に保持された刃具１００の回転数は、主軸４６の回転数によって制御する。すなわち、数値制御装置５１にダウンロードする加工プログラムにおいて、主軸４６の回転数をＳコードで指定することにより、工具ホルダ６１に保持された刃具１００の回転数を規定しておく。
【００５４】
たとえば、工具ホルダ６１に保持された刃具１００を３００００ｒｐｍで回転させたい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 が１０である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵させた工具６０を主軸４６に装着し、加工プログラムにおいてＳコードで主軸４６の回転数を３０００ｒｐｍに指定しておく。
主軸４６を３０００ｒｐｍで回転させると、発電機１７０は主軸４６の回転数および極数Ｐ1 に応じた周波数の三相交流を発生する。
電動機１８０は、発電機１７０から供給される三相交流によって駆動され、工具ホルダ６１に保持された刃具１００は、略３００００ｒｐｍの回転数で回転する。
【００５５】
上記のように刃具１００が増速された状態で、テーブル３５に固定されたワークと刃具１００（主軸４６）とを加工プログラムにしたがって相対移動させることにより、ワークの切削加工が行われる。
これにより、主軸の最大回転数Ｎmax が制限されるマシニングセンタ１を使用した場合であっても、アルミニウム合金材等の難削材からなるワークの高速加工が可能となる。
【００５６】
また、ワークを加工する際に、ワークの被加工面の傾斜角度等に応じて、刃具１００の姿勢が調整された工具６０を適宜選択し、自動工具交換装置３９によって、主軸４６に自動装着する。
これにより、たとえば、ワークの被加工面が複雑な形状を有していても、工具６０を適宜選択することにより、容易に対応することができる。
すなわち、本実施形態によれば、制御軸の数が限られたマシニングセンタ１において、刃具１００の姿勢を任意に調整できる工具６０をを用いることにより、マシニングセンタ１を何ら改造することなくマシニングセンタ１の加工可能な範囲を大幅に拡大させることができる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、通常の工具と同様にユニット化された工具６０に発電機１７０および電動機１８０を内蔵し、発電機１７０で発生した電力で駆動される電動機１８０によって刃具１００を直接を回転させるため、歯車装置のように発熱が増大したり、振動が発生せず加工精度の低下が抑制される。
【００５８】
また、本実施形態では、発電機１７０および電動機１８０を用いて変速するため、歯車装置等の噛合による伝達機構を用いるよりも低コスト化が可能であり、騒音も抑制できる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、工具６０を主軸４６に対して着脱自在とし、かつ、自動工具交換装置３９によって通常の工具と同様に交換可能となっているため、工具交換を迅速に行うことができる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、主軸４６の回転によって発電した電力によって刃具１００を駆動するため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この結果、電源供給のための結線が必要ない。
さらに、本実施形態では、発電機１７０として三相同期発電機を用い、電動機１８０として三相誘導電動機を用いる構成としているため、工具ホルダ６１に保持される刃具１００の回転数を主軸４６の回転数によって容易に制御可能となる。すなわち、三相同期発電機は主軸４６の回転数に正確に比例した周波数の電圧を発生し、三相誘導電動機はこの周波数に比例した回転数で工具を駆動することから、主軸４６の回転数および三相同期発電機と三相誘導電動機との極数比により刃具１００の回転数を容易にかつ正確に制御できる。
【００６１】
また、電動機１８０にはロータの回転位置を検出するための位置検出素子が必要ないため、数値制御装置５１と工具ホルダ６１との間で配線が必要なく、工具６０を主軸４６から完全に独立化することができ、通常の工具と全く同様に取り扱うことが可能になる。
【００６２】
なお、上述した実施形態では、アルミニウム合金材の高速加工への適用の場合について説明したが、本発明は主軸４６の回転数を増速させる必要がある加工であればいずれにも適用可能である。たとえば、超硬合金、ガラス、セラミクス等の各種の難削材の加工に適用可能である。
また、上述した実施形態では、主軸４６の回転数を増速させる場合について説明したが、主軸４６の回転数を減速させることも可能である。この場合には、主軸４６よりも大きなトルクを刃具１００に作用させることができる。
【００６３】
また、上述した実施形態では、発電機１７０として三相同期発電機を用い、電動機１８０として三相誘導電動機を用いる場合について説明したが、刃具１００の回転数を管理する観点からは不利となるが、たとえば、直流発電機と直流電動機との組合せによって主軸４６の回転数を変速する構成を採用することも可能である。すなわち、直流電動機の回転数は、直流発電機から供給される電圧や負荷によって決定されるため、主軸４６の回転数から刃具１００の回転数を直接的に制御するのは難しいが、予め直流電動機および直流発電機の出力特性や負荷特性について測定しておくことにより、直流発電機と直流電動機との組合せによって主軸４６の回転数を一定の増速比または減速比で変速することは可能である。また、他の種類の発電機および電動機を使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る工具の構成を示す正面図である。
【図３】図２に示す工具を矢印Ｂの向きから見た側面図である。
【図４】図２に示す工具のＡ−Ａ線方向の断面図である。
【図５】第１保持部６５の保持部材６６の両側部６６ａの構造を示す側面図である。
【図６】第３部材９０のフランジ部９０ｂの構成を示す側面図である。
【図７】発電機１７０に三相同期発電機が用いられ、電動機１８０に三相誘導電動機が用いられた場合の発電機１７０と電動機１８０との結線状態を示す図である。
【図８】工具６０の第１保持部６５の姿勢を第２保持部８５に対して調整した一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…マシニングセンタ
３１…主軸モータ
３９…自動工具交換装置
４６…主軸
５１…ＮＣ装置
６０…工具
６１…工具ホルダ
６２…装着部
６５…第１保持部
６６…保持部材
７０…チャッキング部材
８５…第２保持部
９５…第１部材
８６…第２部材（第３の保持部）
９０…第３部材（第４の保持部）
９５…工具装着部
１００…刃具
１７０…発電機
１７１…入力軸
１８０…電動機
１８１…出力軸
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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