(57)【要約】【課題】  工作機械を用いて形削りや立て削りやブローチ加工を行うときに工具の支持剛性を高めて高能率加工が行えるとともに、工作機械の主軸が受けるダメージを減少させる。【解決手段】  切削装置１１は、工作機械の主軸頭２３と、回転軸線２７周りに回転可能に主軸頭２３に支持された主軸２５と、主軸２５に装着され且つバイト４３を支持する切削アタッチメント１５とを備え、バイト４３をワークＷに対して回転軸線２７方向に往復運動させ、その一方の行程においてバイト４３でワークＷを切削する。この切削装置１１において、回転軸線２７方向における切削アタッチメント１５の端面を主軸頭２３の端面に当接するように配置し、切削加工時にバイト４３に作用する回転軸線２７方向の力の一部又は全てを切削アタッチメント１５を介して主軸頭２３の端面で受けるようにする。【選択図】      図１
2006055945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸頭と、回転軸線周りに回転可能に主軸頭に支持された主軸と、主軸に装着され且つ工具を支持する切削アタッチメントとを備え、工具をワークに対して前記回転軸線方向に往復運動させ、その一方の行程において工具でワークを切削する切削装置であって、
前記回転軸線方向における前記切削アタッチメントの端面を前記主軸頭の端面に当接するように配置し、切削加工時に前記工具に作用する回転軸線方向の力全てを前記切削アタッチメントを介して前記主軸頭の端面で受けるように構成することを特徴とした切削装置。
【請求項２】
工作機械の主軸頭と、回転軸線周りに回転可能に主軸頭に支持された主軸と、主軸に装着され且つ工具を支持する切削アタッチメントとを備え、工具をワークに対して前記回転軸線方向に往復運動させ、その一方の行程において工具でワークを切削する切削装置であって、
前記回転軸線方向における前記切削アタッチメントの端面を前記主軸頭の端面に当接するように配置し、切削加工時に前記工具に作用する回転軸線方向の力の一部を前記切削アタッチメントを介して前記主軸頭の端面で受けるように構成することを特徴とした切削装置。
【請求項３】
前記切削アタッチメントの端面と前記主軸頭の端面に、それぞれ、互いに係合する凹部と突起を形成し、前記切削アタッチメントの端面と前記主軸頭の端面とを当接させて凹部と突起とを嵌合させることにより、前記主軸頭に対して前記主軸の回転軸線方向及び半径方向に前記切削アタッチメントを位置決めするようにした請求項１又は請求項２に記載の切削装置。
【請求項４】
前記切削アタッチメントは、前記主軸頭の端面に当接する本体と、本体に回転可能に支持され且つ工具を保持するヘッドと、前記本体内に回転可能に設けられ、一端が主軸に装着され且つ他端が前記ヘッドに対して相対回転しないように前記ヘッドに接続されている伝動体とを備え、前記工具が前記伝動体及び前記ヘッドを介して前記主軸に連動して前記回転軸線周りに回転するようになっている請求項１又は請求項２に記載の切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイトやブローチ（以下工具という）をワークに対して往復運動させ、その一方の行程において工具でワークを切削する切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークに、キー溝、角穴、平面、特殊な形状、曲面を加工するときには、横方向又は立方向に往復運動をするラムなどに工具ホルダを介して保持された工具をワークに対して往復運動させ、その一方の行程において工具でワークを切削する形削りや立て削りやブローチ加工が行われる。従来、このような加工には、専用機が用いられていた。
ところが、専用機を使用する場合、ワークに対して形削りや立て削りやブローチ以外の加工を行うためには、別の工作機械などを用いなくてはならないので、段取り換えの作業が必要となり、加工時間が長くなっていた。
そこで、マシニングセンタの主軸に立て削り工具（スロッティング工具）を装着し、主軸をワークに対して直線的に往復運動させることにより、立て削りを行う装置が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】実公昭６３−２０５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
形削りや立て削りやブローチ加工では、切削時に工具の移動方向に大きな力が生じ、特に工具がワークに接触したときに、工具の移動方向に大きな力が生じる。したがって、マシニングセンタを用いて形削りや立て削りやブローチ加工を行う場合、工具とワークが接触するときに、マシニングセンタの主軸に対して主軸の回転軸線方向に大きな力が作用することになり、主軸を主軸頭に対して回転可能に支持する軸受に大きな負担をかける。
【０００５】
ところが、マシニングセンタの主軸は、主に高速で回転させることを目的とした軸受により主軸頭に支持されているので、回転軸線方向の力、すなわちスラスト荷重にはさほど強くない。したがって、繰り返しスラスト荷重を軸受に作用させることになる形削りや立て削りやブローチ加工にマシニングセンタを使用する場合には、マシニングセンタの主軸、特にその軸受の寿命や、加工精度に悪影響を与えるという問題がある。
【０００６】
本発明は前述の問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、マシニングセンタなどの汎用工作機械を用いて形削りや立て削りやブローチ加工を行う場合、工具の支持剛性を高めて高能率加工を実現させ、また工作機械の主軸が受けるダメージを減少させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するために、本発明によれば、工作機械の主軸頭と、回転軸線周りに回転可能に主軸頭に支持された主軸と、主軸に装着され且つ工具を支持する切削アタッチメントとを備え、工具をワークに対して前記回転軸線方向に往復運動させ、その一方の行程において工具でワークを切削する切削装置であって、回転軸線方向における前記切削アタッチメントの端面を前記主軸頭の端面に当接するように配置し、切削加工時に前記工具に作用する回転軸線方向の力全て又は一部を前記切削アタッチメントを介して前記主軸頭の端面で受けるように構成した切削装置が提供される。
【０００８】
切削時に工具に作用する主軸の回転軸線方向の力すなわちスラスト荷重の一部又は全部が切削アタッチメントを介して静止部である主軸頭の端面によって受けられるので、工具の支持剛性が高く、高能率な加工を行わせることができる。また主軸及びその軸受に作用する回転軸線方向の力は顕著に小さくなり、回転部である主軸に与えるダメージを大幅に小さくすることが可能となる。
【０００９】
上記切削装置において、前記切削アタッチメントの端面と前記主軸頭の端面に、それぞれ、互いに係合する凹部と突起を形成し、前記切削アタッチメントの端面と前記主軸頭の端面とを当接させて凹部と突起とを嵌合させることにより、前記主軸頭に対して前記主軸の回転軸線方向及び半径方向に前記切削アタッチメントを位置決めすることが好ましい。
このような構成により、主軸に切削アタッチメントを装着したときに、主軸頭に対する主軸回転軸線方向及び半径方向の工具の位置が常に所定の位置に定まるので、ワークに対して工具を正確に位置決めすることができ、高精度の加工が可能となる。
【００１０】
また、上記切削装置において、前記切削アタッチメントは、前記主軸頭の端面に当接する本体と、本体に回転可能に支持され且つ工具を保持するヘッドと、前記本体内に回転可能に設けられ、一端が主軸に装着され且つ他端が前記ヘッドに対して相対回転しないように前記ヘッドに接続されている伝動体とを備え、前記工具が前記伝動体及び前記ヘッドを介して前記主軸に連動して前記回転軸線周りに回転するようになっていることが好ましい。
このような構成をとれば、主軸に連動して工具を回転軸線周りに回転させることができるので、Ｃ軸又は回転軸線周りの工具の向きを制御することが可能となり、ワークの向きを変えることなく、様々な向きの溝等を加工したり、工具の回転軸線方向の送りとＣ軸とを同期させると螺旋溝を加工することができるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明によれば、工具の支持剛性を高め、且つ主軸に与えるダメージを抑制しつつ、形削りや立て削りやブローチ加工の専用機と同等以上の加工をマシニングセンタ等の汎用工作機械を用いて行うことが可能となる。したがって、ワークに対して形削りや立て削りやブローチ加工に加えて他の加工を施す場合でも、専用機からマシニングセンタへの段取り換えが不要となり、工具の支持剛性の高いことと相まって、加工時間の短縮を図ること、つまり高能率な加工が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の切削装置の好ましい実施形態を示す要部断面図、図２は図１に示されている切削装置の主軸頭及び主軸の前端部を示しており、（ａ）は主軸の回転軸線方向から見た正面図、（ｂ）は側面図であり、図３は切削アタッチメントを装着するマシニングセンタの概略図である。なお、以下の説明において、「前」とは主軸の回転軸線方向における加工領域側又は切削アタッチメントの加工先端側を指し、「後」とは主軸の回転軸線方向におけるマシニングセンタの背面側を指すものとする。
【００１３】
図１に示されている切削装置１１は、工作機械の一例であるマシニングセンタ１３の主軸２５に切削アタッチメント１５を取り付けたものである。マシニングセンタ１３は、図３に示されているように、ベッド１７と、ベッド１７上をＺ軸方向に移動可能であり且つワークが載置されるテーブル１９と、ベッド１７上においてＺ軸に対して垂直なＸ軸方向に移動可能なコラム２１と、Ｘ軸及びＺ軸に垂直なＹ軸方向に移動可能にコラム２１に支持される主軸頭２３と、Ｚ軸と平行な回転軸線２７周りに回転可能に主軸頭２３に支持されている主軸２５とを備える。また、主軸２５の先端部には、工具ホルダや各種加工用アタッチメントなどのテーパ部と係合するテーパ穴２９が形成されている。なお、本発明の切削装置１１では、テーブル１９上のワークＷと主軸２５に装着された切削アタッチメント１５とがＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸に相対移動できるようになっていればよく、マシニングセンタ１３の構成は上記構成に限定されるものではない。
【００１４】
切削アタッチメント１５は、本体３１と、本体３１の前側部分に回転可能に支持されたヘッド３５と、回転軸線２７周りに回転可能且つ回転軸線２７方向に移動可能となるように本体３１の後側部分の内部に配設されている伝動体３９と、ヘッド３５の先端部に配設され且つワークＷを切削するためのバイト４３を保持するバイトホルダ４１とを備える。
ヘッド３５は、本体３１との間に軸受３３を介在させることにより、本体３１に対して回転可能に本体３１に支持されている。この軸受３３には、バイトホルダ４１に保持されるバイト４３が加工時に受ける回転軸線２７方向の力すなわちスラスト荷重がヘッド３５を介して作用するので、軸受３３として、スラスト荷重を受けることができるタイプのものを使用する必要がある。図１に示されている実施形態では、軸受３３として、それぞれ回転軸線２７方向に逆向きの荷重を受けることができる２種類のアンギュラ玉軸受を組み合わせて使用している。
【００１５】
本体３１は、切削アタッチメント１５をマシニングセンタ１３の主軸２５に装着したときに、回転軸線２７方向における後端面が主軸２５周りにおいて主軸頭２３の前端面と当接するように構成されている。特に、図１に示されている実施形態では、図２に詳細に示されているように主軸頭２３の前端面に主軸２５を取り囲むように周方向に等間隔で複数の凹部４５を設けている一方、凹部４５に対応するように、切削アタッチメント１５の本体３１の後端面に周方向に等間隔で複数の突起４７を設けており、切削アタッチメント１５を主軸２５に装着したときに、切削アタッチメント１５の本体３１の後端面の突起４７を主軸頭２３の前端面の凹部４５に嵌合させることができるようになっている。本体３１の後端面に凹部を設け、主軸頭２３の前端面に突起を設けてもよいことはいうまでもない。また、凹部４５及び突起４７の数は、三つ以上であることが好ましい。このように主軸頭２３の前端面と切削アタッチメント１５の後端面に形成された凹部４５と突起４７とを嵌合させることにより、主軸頭２３に対する切削アタッチメント１５の半径方向及び回転軸線２７方向の位置決めをすることができ、切削アタッチメント１５を主軸２５に装着したときのバイト４３の位置を正確に規定することができる。
【００１６】
また、本体３１は、その内部に、回転軸線２７方向に移動可能に伝動体３９を収容する略円筒形のチャンバを有しており、チャンバの内壁には、半径方向内方へ突出して肩部を形成する環状突出部４９が設けられている。
一方、チャンバ内に収容される伝動体３９は略円柱形状であり、その後端部には、主軸２５のテーパ穴２９と係合するテーパ部３９ａが形成されている。また、伝動体３９は、チャンバの環状突出部４９によって囲まれた開口部を通過できるように小径になっており且つテーパ部３９ａと隣接して位置する小径部５１と、小径部５１よりも大径になっており且つ小径部５１との間に形成された肩部が環状突出部４９により形成される肩部と回転軸線２７方向に対向するように構成された大径部５３とを含んでいる。
【００１７】
環状突出部４９の肩部と伝動体３９の肩部との間において本体３１のチャンバの内壁と伝動体３９の小径部５１の外周面との間に形成された環状空間には、スラスト玉軸受３７が配設されており、スラスト玉軸受３７の外輪（図１において左側の軌道輪）がチャンバの環状突出部４９により形成された肩部の回転軸線２７方向前側面に固定され、スラスト玉軸受３７の内輪（図１において右側の軌道輪）が環状突出部４９の肩部と回転軸線２７方向に対向する伝動体３９の肩部に板バネ５５を介して固定されている。このように本体３１のチャンバの内壁と伝動体３９との間にスラスト玉軸受３７を介在させることにより、伝動体３９が本体３１に対して回転軸線２７周りに回転可能となっている。
【００１８】
さらに、ヘッド３５と伝動体３９とは、ヘッド３５に対する伝動体３９の回転軸線２７方向の相対運動を許容し且つヘッド３５が伝動体３９に対して相対回転せず伝動体３９と連動して回転するように、互いに接続されている。例えば、図１に示されている実施形態のように、ヘッド３５の後端部に伝動体３９に向かって延びる多角形状断面の延長部３５ａを形成すると共に、伝動体３９の前端部に延長部断面と相補形状断面の受容穴３９ｂを形成し、本体３１内においてヘッド３５の延長部３５ａを伝動体３９の受容穴３９ｂ内に摺動可能に挿入することによって、ヘッド３５に対する伝動体３９の回転軸線２７方向の相対運動を許容し且つヘッド３５が伝動体３９と連動して回転するように、ヘッド３５と伝動体３９とを接続することができる。
【００１９】
次に、本発明の切削装置１１の使用方法及び動作について説明する。
本発明の切削装置１１の切削アタッチメント１５をマシニングセンタ１３の主軸２５に装着するときには、切削アタッチメント１５の本体３１の後端面に形成された突起４７がマシニングセンタ１３の主軸頭２３の端面に形成された凹部４５内に受容されるように凹部４５と突起４７とを回転軸線２７方向に整列させつつ、切削アタッチメント１５の伝動体３９のテーパ部３９ａをマシニングセンタ１３の主軸２５のテーパ穴２９に挿入する。そして、伝動体３９のテーパ部３９ａの後端部に設けられたプルスタッド（図示せず）を主軸２５内に配設されたドローバー（図示せず）に係合させ、伝動体３９をテーパ穴２９内に後方に向けて引き込む。すると、伝動体３９が本体３１のチャンバ内で後方に移動して、回転軸線方向後ろ向きの力が伝動体３９の肩部から板バネ５５及びスラスト玉軸受３７を介して本体３１の肩部に作用し、本体３１の後端面を主軸頭２３の前端面に押し付ける。これにより、主軸頭２３の前端面の凹部４５と本体３１の後端面の突起４７とを嵌合させつつ主軸頭２３の前端面と本体３１の後端面とを当接させ、主軸頭２３及び主軸２５に対して回転軸線２７方向及び半径方向に切削アタッチメント１５を位置決めさせる。また、伝動体３９とヘッド３５とは、伝動体３９の受容穴３９ｂ内にヘッド３５の延長部３５ａを挿入した状態で接続されているだけなので、伝動体３９のみが回転軸線２７方向後ろ向きに移動し、ヘッド３５が回転軸線２７方向後向きに移動することもなければヘッド３５に回転軸線２７方向後向きの力が作用することもない。したがって、切削アタッチメント１５がマシニングセンタ１３の主軸２５に装着されると、切削アタッチメント１５に保持されるバイト４３が常に予め定められた位置に位置決めされ、高精度の加工が可能になる。この切削アタッチメント１５をマシニングセンタ１３の主軸２５に、周知の自動工具交換装置を用いて着脱させることもできる。
【００２０】
加工を行う場合には、主軸２５をロックしてバイト４３が回転軸線２７周りに回転しないようにした状態で、マシニングセンタ１３の主軸２５に装着された切削アタッチメント１５に対してテーブル１９上のワークＷをＺ軸方向すなわち主軸２５の回転軸線２７方向に相対移動させ、切削アタッチメント１５のバイト４３によりワークＷの形削り又は立て削りを行う。切削アタッチメント１５のバイト４３が主軸２５の回転軸線２７方向にワークＷに接近して接触すると、バイト４３には回転軸線２７方向の力が作用し、切削アタッチメント１５にスラスト荷重が作用する。
【００２１】
しかしながら、図１に示されているように、ヘッド３５と伝動体３９との間、及び本体３１と伝動体３９との間は回転軸線２７方向にすき間が開いており、ヘッド３５は回転軸線２７方向の力を伝動体３９に直接伝えないように構成されているので、バイト４３からバイトホルダ４１を介してヘッド３５に伝達した回転軸線２７方向の力は、軸受３３等を介して本体３１のみに作用し、伝動体３９が回転軸線２７方向の力を受けることはない。また、回転軸線２７方向における本体３１の後端面がマシニングセンタ１３の静止部である主軸頭２３の前端面に当接しているので、切削アタッチメント１５の本体３１に作用した回転軸線２７方向の力は主軸頭２３に伝達する。したがって、バイト４３による切削で生じた回転軸線２７方向の力は主軸頭２３の前端面によって受けられ、回転部である主軸２５に作用する回転軸線２７方向の力すなわちスラスト荷重は大幅に低減される又は実質的になくなる。この結果、バイト４３の支持が主軸頭２３によってなされることになり、剛性が上り、高能率加工ができる。また主軸頭２３に対して主軸２５を回転可能に支持する軸受（図示せず）にはほとんどダメージを与えることがなくなり、主軸２５の軸受の寿命やマシニングセンタ１３の加工精度にほとんど悪影響を与えなくなり得る。
【００２２】
また、切削アタッチメント１５の伝動体３９及びヘッド３５は本体３１に対して回転可能に支持されていると共に伝動体３９とヘッド３５とは互いに対して相対回転しないように接続されているので、伝動体３９を装着された主軸３１を回転軸線２７周りに回転させれば、ヘッド３５が伝動体３９を介して主軸３１の回転に連動して回転し、バイトホルダ４１を介してヘッド３５に支持されているバイト４３を回転軸線２７周りに回転させることができる。したがって、主軸３１の回転を制御することによりバイト４３の割り出しを容易に行うことができ、ワークＷに対するバイト４３の向きの調整も容易になる。更に、回転軸線２７方向の送り動作とバイト４３の回転動作とを同期させることにより螺旋形状の加工も行える。
【００２３】
なお、切削アタッチメント１５の伝動体３９及びヘッド３５の回転は、バイトホルダ４１及びそれに保持されているバイト４３の向きを調整したり、低速で回転するためのものであり、伝動体３９及びヘッド３５をマシニングセンタ１３の主軸２５のように高速で回転させる必要はない。このため、伝動体３９及びヘッド３５を本体３１に対して回転可能にするための軸受３３として、高速回転を可能にする一方でスラスト荷重に弱い深溝玉軸受などを使用する必要はなくなり、高速回転には向かないがスラスト荷重に強いアンギュラ玉軸受やスラスト玉軸受などを使用することができるようになるので、形削りや立て削りの際に生じるスラスト荷重（すなわち、回転軸線２７方向の荷重）に対する耐久性を向上させることが可能となる。
【００２４】
以上、図面に示された好ましい実施形態を参照して、本発明の切削装置１１を説明したが、本発明は示された実施形態に限定されるものではない。例えば、バイト４３に代えてブローチを用い、ブローチ加工を行うこともできる。また、上記実施形態では、切削装置１１の切削アタッチメント１５において、本体３１に対してヘッド３５が回転可能になっているが、ワークＷに対するバイト４３の割り出しをテーブル側又はバイトホルダ４１の調整で行うのであれば、本体３１及びヘッド３５を一体的に形成することも可能である。なお、この場合でも、本体３１を主軸頭２３に押し付ける力を得るために、伝動体３９は本体３１に対して回転軸線２７方向に移動可能とし上記実施形態と同様の構成で本体３１のチャンバ内に収容されていることが好ましい。
また、切削アタッチメント１５の本体３１の後端面と主軸頭２３の前端面に凹部４５及び突起４７が設けられているが、これらは必須のものではなく、切削アタッチメント１５の本体３１の後端面と主軸頭２３の前端面をともに平坦に形成し、平坦な端面同士を当接させるようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の切削装置の実施形態を示す要部断面図である。
【図２】図１に示されている切削装置の主軸頭及び主軸の前端部を示しており、（ａ）は主軸の回転軸線方向から見た正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】切削アタッチメントを装着するマシニングセンタの概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１    切削装置
１３    マシニングセンタ
１５    切削アタッチメント
２３    主軸頭
２５    主軸
２７    回転軸線
３１    本体
３５    ヘッド
３９    伝動体
４１    バイトホルダ
４３    バイト
４５    凹部
４７    突起
【図１】
2006055945.tif 000003
【図２】
2006055945.tif 000004
【図３】
2006055945.tif 000005