(57)【要約】【課題】  高速回転でのタップ加工を可能としながら、主軸の起動時間を低減した主軸アタッチメント装置を提供すること。【解決手段】  工作機械の主軸先端に取付けて、主軸の回転速度を増速してタップ工具に伝達する主軸アタッチメント装置が、内部空間を有した中空状のケーシング１３と、ケーシング１３内に回転可能に支持された入力軸１７と、ケーシング１３内に回転可能に支持された出力軸１９と、入力軸１７に連結され入力軸１７を工作機械の主軸１０５に結合するカップリング部材１５と、入力軸１７と出力軸１９との間に配設され、入力軸１７の回転速度を増速して出力軸１９に伝達する歯車列２１と、出力軸１９にタップ工具を装着するためのタップホルダ２５、２７とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸線回りに回転可能に支持された主軸と、前記主軸を少なくとも前記軸線方向にワークに対して相対移動するための送り手段とを具備した工作機械の前記主軸の先端に取付けて、該主軸の回転速度を増速してタップ工具に伝達し、ワークにタップ加工を行う主軸アタッチメント装置において、
内部空間を有した中空状のケーシングと、
前記ケーシング内に回転可能に支持された入力軸と、
前記ケーシング内に回転可能に支持された出力軸と、
前記入力軸に連結され該入力軸を前記工作機械の主軸に結合する結合手段と、
前記入力軸と前記出力軸との間に配設され、前記入力軸の回転速度を増速して前記出力軸に伝達する伝達手段と、
前記出力軸にタップ工具を装着するためのタップホルダと、
を具備することを特徴とした主軸アタッチメント装置。
【請求項２】
前記タップホルダは、前記出力軸の中心軸線に沿って前記出力軸に対して相対移動可能に前記出力軸に取付けられ、
前記主軸アタッチメント装置は、前記タップホルダを前記出力軸の中心軸線沿いの所定位置に弾性力により保持する弾性保持手段を具備する請求項１に記載の主軸アタッチメント装置。
【請求項３】
前記出力軸は、中心軸線に沿ってボアが形成されており、
前記工タップホルダは、前記中心軸線に沿って移動可能に前記出力軸のボア内に嵌合される棒状のシャンクと、前記シャンクの先端にタップを取付けるための取付手段とを具備する請求項２に記載の主軸アタッチメント装置。
【請求項４】
前記出力軸は、該出力軸の中心軸線に平行な方向に延設されたスロットが該出力軸の外側面から前記ボアへ貫通、形成されており、
前記タップホルダは、前記スロットを通して前記出力軸のボアから半径方向外方へ突出する突起部を具備し、
前記弾性保持手段が、前記突起部を前記出力軸の中心軸線沿いに反対方向に付勢する一対の皿ばねを具備する請求項３に記載の主軸アタッチメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸先端に取付けて主軸の回転速度を増速してタップ工具に伝達し、ワークにタップ加工を行う工作機械の主軸アタッチメント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
量産品の加工は、単一部品を加工することに特化した多数の専用加工機を並設した専用加工ラインで行うのが一般的である。専用加工ラインの場合、製造すべき部品の設計が変更された場合、個々の専用加工機を入替えなければならないこともある。一方、製品の多様化、市場ニーズの変化に対応すべく、異なる部品をも同時に加工できる混流加工ラインの利用が増加している。
【０００３】
混流加工ラインは、専用加工機のみならず汎用マシニングセンタをも設置して、ラインのフレキシビリティを高めるようにしている。近時では、汎用マシニングセンタのみで構成した混流加工ラインもある。汎用マシニングセンタで様々な加工が行われるが、その自由度を高める１つの方法として、特許文献１には、マシニングセンタの主軸に装着してタップ加工を可能とするタップホルダが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−５０６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
然しながら、特許文献１に開示のタップホルダでは、多軸ヘッドを備えた専用タップ加工機と比較して高い加工効率を得ることができない。この点、多軸ヘッドを備えた専用加工機では、一般的な汎用マシニングセンタと比較して主軸の回転速度や送り速度は低くなっているので、汎用マシニングセンタの主軸回転速度を高めることによって、専用加工機と同等の加工効率を得ることができるようにも考えられる。例えば、近時の重切削（高速回転、高速送り）ドリルでは、切削速度３５０m/min、送り速度１mm／回転を可能とするものもある。
【０００６】
然しながら、汎用マシニングセンタの主軸の回転速度を高めると、主軸の起動時間が長くなる問題がある。つまり、主軸回転速度を高めて加工速度を高めても、起動時間が長くかかり加工効率はそれ程高くならない。特に、タップ加工では、タップをワークから引き抜くために、主軸を逆転しなければならず、主軸の正転、逆転の切り換えを頻繁に行わなければならないので、加工効率の低下が顕著に現われる。
【０００７】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、高速回転でのタップ加工を可能としながら、主軸の起動時間を低減した主軸アタッチメント装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明によれば所定の軸線回りに回転可能に支持された主軸と、前記主軸を少なくとも前記軸線方向にワークに対して相対移動するための送り手段とを具備した工作機械の前記主軸の先端に取付けて、該主軸の回転速度を増速してタップ工具に伝達し、ワークにタップ加工を行う主軸アタッチメント装置において、内部空間を有した中空状のケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に支持された入力軸と、前記ケーシング内に回転可能に支持された出力軸と、前記入力軸に連結され該入力軸を前記工作機械の主軸に結合する結合手段と、前記入力軸と前記出力軸との間に配設され、前記入力軸の回転速度を増速して前記出力軸に伝達する伝達手段と、前記出力軸にタップ工具を装着するためのタップホルダとを具備する主軸アタッチメント装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の主軸アタッチメント装置によれば、工作機械の主軸の回転速度を増速して、工具を装着する出力軸へ伝達するようにしたので、主軸の回転速度を低く抑えながら高速タップ加工が可能となり、主軸の起動、停止、逆転に要する時間を低減することが可能となり、工作機械の加工効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１には、主軸アタッチメント装置の一例としてタップ装置１１が図示されている。タップ装置１１は、工作機械１０１の主軸頭のハウジング１０３内に中心軸線Ｏ回りに回転可能に支持された主軸１０５の先端に取付けて、主軸１０５の回転速度を増速して工具、本実施形態ではタップＴに伝達する。工作機械１０１は、一例として、主軸１０５の前方、つまり図１において主軸１０５の下方に配設されれたテーブル（図示せず）に対して、主軸１０５を少なくとも中心軸線Ｏに平行なＺ軸方向、より好ましくはＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向に相対移動させる送り装置を具備した汎用マシニングセンタとすることができる。
【００１１】
タップ装置１１は、内部空間を有した中空状のケーシング１３と、ケーシング１３に対して回転可能に設けられた入力軸１７および出力軸１９と、入力軸１３に連結され該入力軸１７を工作機械１０１の主軸１０５に結合する結合手段としてのカップリング部材１５と、入力軸１７と出力軸１９との間に配設され、入力軸１７の回転速度を増速して出力軸１９に伝達する伝達手段としての歯車列２１と、出力軸１９に工具Ｔを装着するためのタップホルダとを具備している。
【００１２】
カップリング部材１５は、工作機械の分野において汎用されているテーパシャンクを有する工具ホルダの尾端部と同様に形成することができ、主軸１０５内に設けられたドローバー（図示せず）等の工具装着手段によって、主軸１０５の先端部に固定される。本実施形態では、カップリング部材１５は、少なくとも主軸１０５の先端に形成されたテーパ穴１０５ａに嵌合するテーパ部１５ａと、前記主軸１０５に内蔵の工具装着手段と共働してカップリング部材１５を主軸１０５の先端部に固定するための手段を具備している。カップリング部材１５は、好ましくは、工作機械１０１の自動工具交換装置（図示せず）の交換アーム（図示せず）に係合する周溝１５ｂを有し、これにより前記自動工具交換装置を利用して、タップ装置１１を主軸１０５の先端に装着することが可能となる。
【００１３】
入力軸１７は、カップリング部材１５と同心に前記カップリング部材１５に連結されており、カップリング部材１５のテーパ部１５ａを主軸１０５のテーパ穴１０５ａに装着したときに、主軸１０５と同一の中心軸線Ｏ回りに回転する。出力軸１９は、入力軸１７と同じ中心軸線回りに回転可能に軸受２３ａ、２３ｂを介してケーシング１３に支持されており、その中心軸線に沿って貫通するボア１９ａと、出力軸１９の中心軸線に平行な方向に延設されたスロット１９ｂとを有し、スロット１９ｂは出力軸１９の外側面からボア１９ａへ半径方向に貫通、形成されている。
【００１４】
歯車列２１は、入出力軸１７、１９の中心軸線と平行な軸線Ｏ1を中心に回転可能にケーシング１３に支持された中間軸２１ｅ、入力軸１７においてカップリング部材１５とは反対側の端部に連結された入力歯車２１ａ、中間歯車２１ｂと共に回転するように該中間軸２１ｅに連結され入力歯車２１ａに係合する第１の中間歯車２１ｂ、同じく中間軸２１ｅと共に回転するように該中間軸２１ｅに連結された第２の中間歯車２１ｃ、出力軸１９の基端部に連結され第２の中間歯車２１ｃに係合する出力歯車２１ｄを具備している。
【００１５】
前記タップホルダは、棒状のシャンク２５と、シャンク２５の先端にタップ工具Ｔを取付けるための取付手段としてのコレットチャック２７とを具備しており、シャンク２５は、出力軸１９の中心軸線に沿って移動可能にボア１９ａ内に嵌合される。シャンク２５には、出力軸１９のスロット１９ｂを通してボア１９ａの半径方向外方へ突出する突起部として、半径方向に反対側に延設された一対の駆動ピン２５ａを有している。駆動ピン２５ａは、本実施形態において円柱状の部材であり、スロット１９ｂの内側面に接触しながら出力軸１９の中心軸線方向に移動できる直径を有している。
【００１６】
出力軸１９には、該出力軸１９の外周面から突出する駆動ピン２５ａと係合して、タップホルダを出力軸１９の中心軸線沿いの所定位置に弾性力により保持する弾性保持手段として一対の皿ばね３１ａ、３１ｂが配設されており、該皿ばね３１ａ、３１ｂは、スナップリング２９ａ、２９ｂにより出力軸１９の所定位置に規制されている。
【００１７】
ケーシング１３には、また、主軸１０５が回転したときに、中心軸線Ｏ回りにタップ装置１１が回転することを防止する回転止め部材３３が設けられており、工作機械１０１の主軸頭のハウジング１０３には、回転止め部材３３と係合する係止部材３５が設けられている。
【００１８】
以下、本実施形態の作用を説明する。
既述したように、タップ装置１１は、カップリング部材１５のテーパ部１５ａを主軸１０５の先端に形成されたテーパ穴１０５ａに嵌合し、主軸１０５に内蔵の工具装着手段によって主軸１０５の先端に装着される。タップ装置１１が主軸１０５の先端に装着されると、回転止め部材３３は主軸頭のハウジング１０３に設けられた係止部３５に係合し、タップ装置１１が中心軸線Ｏ回りに回転することが防止される。タップ装置１１の主軸１０５への装着は、工作機械１０１の自動工具交換装置を用いて行うことができる。タップ工具Ｔは、タップ装置１１が主軸１０５へ装着された後にオペレータにより手操作でタップホルダのコレットチャック２７に装着することができる。タップ工具Ｔをタップホルダに装着した状態で、前記自動工具交換装置の工具マガジン内に収納しておき、前記自動工具交換装置によって、タップ工具Ｔが装着されているタップ装置１１を主軸１０５に装着してもよい。
【００１９】
タップ装置１１を主軸１０５の先端に装着した後に、主軸１０５が回転すると、主軸１０５の回転は、カップリング部材１５、入力軸１７、入力歯車２１ａ、第１の中間歯車２１ｃ、中間軸２１ｅ、第２の中間歯車２１ｄ、出力歯車２１ｂを介して出力軸１９に伝達される。その際、図１から理解されるように、歯車列２１の各歯車の歯数の比に応じて、主軸１０５の回転速度が増速されて出力軸１９へ伝達されるようにする。これにより、主軸１０５の回転速度を低く抑えながら、高速でタップ加工を行うことが可能となる。
【００２０】
工作機械１０１のＮＣ装置を利用して、出力軸１９の回転に同期させながらタップ工具Ｔを前記ワークの下穴内へ向けてＺ軸方向に送ることにより、該下穴の内面に雌ネジが形成される。これは、主軸１０５に設けたロータリーエンコーダ等の回転速度検知手段と、Ｚ軸方向のリニアスケール等のＺ軸位置検知手段とを用いて、工作機械１０１のＮＣ装置を通じて行うことができる。その際、ＮＣプログラム上でタップ装置１１の増速比を考慮すべきことは言うまでもない。また、タップホルダまたは出力軸１９の回転速度を直接検出するようにしてもよい。更に、タップ工具Ｔをドリルとタップを組み合わせた所謂ダイレクトタップ工具とすることにより、ワークに下穴を形成することなく、ワークの表面から直接雌ネジを形成することが可能となる。
【００２１】
所望深さの雌ネジが形成された後に、主軸１０５を反転させ、主軸１０５の回転に同期させながらタップ工具ＴをＺ軸に沿って反対方向へ送ることにより、タップ工具Ｔがワークに形成した雌ネジから引き抜かれる。主軸１０５を反転させる際、歯車列２１のバックラッシのために、出力軸１９つまりタップ工具Ｔの回転とＺ軸方向への送りとを完全に同期させることができない。本実施形態では、出力軸１９は、皿ばね３１ａ、３１ｂにより、出力軸１９の中心軸線沿いの所定位置に弾性力により保持されているために、回転と直線送りとが完全に同期されていなくとも、形成したネジ山またはタップ工具Ｔを損傷することなく、タップ工具Ｔを引き抜くことが可能となる。つまり、出力軸１９がフロートすることにより、回転と送りの同期運転を妨げる要素による誤差を吸収できる。
【００２２】
このように、本実施形態によるタップ装置１１を用いることにより、工作機械１０１の主軸１０５の回転速度を低く抑えながら、高速でタップ加工を行うことが可能となる。例えば、歯車列２１の増速比を６倍とすることにより、主軸１０５の回転速度を２０００min-1としながら、１２０００min-1でタップ加工が可能となり、主軸１０５の迅速な正転、反転が可能となる。一例を挙げると、主軸１０５は静止状態から２０００min-1までの起動時間は約０．１秒であり、１２０００min-1までの起動時間は約０．８秒である。従って、本実施形態のタップ装置１１を用いることにより、汎用マシニングセンタであっても、従来の多軸ヘッドの専用タップ加工機と遜色ないタップ加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好ましい実施形態による主軸アタッチメント装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１    タップ装置
１３    ケーシング
１５    カップリング部材
１７    入力軸
１９    出力軸
２１    歯車列
２５    シャンク
２７    コレットチャック
３１ａ    皿ばね
３１ｂ    皿ばね
Ｔ    タップ工具
【図１】
2006088270.tif 000003