(57)【要約】【課題】主軸回転中心回りの回転力をＵ軸工具ユニットに駆動伝達するために２つの回転要素を連結するにあたり、円周方向の位相の制限を受けることなく連結させる。【解決手段】Ｕ軸工具ユニット７が工具ホルダ６に装着され、プルスタッド１１とドローバー１２とを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させるチャッキング手段１４と、工具ホルダ６を着脱可能に固定する主軸５と、を備えた工作機械において、プルスタッド１１を工具ホルダ６に回転自在に軸装するとともにドローバー１２を主軸５に回転自在に軸装し、ドローバー１２を回転させるＵ軸用サーボモータ２５を設け、ドローバー１２の回転力をプルスタッド１１を介してＵ軸工具ユニット７に伝達する。【選択図】図１
2011020198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸回転中心回りの回転力を主軸回転中心と交差する方向の力に変換して工具を切込み送りさせるＵ軸工具ユニットが工具ホルダに装着され、
プルスタッドとドローバーとを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させるチャッキング手段と、前記工具ホルダを着脱可能に固定する主軸と、を備えた工作機械において、
前記プルスタッドを前記工具ホルダに回転自在に軸装するとともに前記ドローバーを前記主軸に回転自在に軸装し、
前記ドローバーを回転させるドローバー回転駆動源を設け、
前記ドローバーの回転力を前記プルスタッドを介して前記Ｕ軸工具ユニットに伝達することにより、工具を切込み送りさせる構成としたことを特徴とする工作機械のＵ軸駆動構造。
【請求項２】
前記チャッキング手段を、前記ドローバーの引き込みに伴い複数の鋼球が主軸回転中心に向けて移動してプルスタッドに係合する構成の鋼球チャッキング機構とし、
前記プルスタッドを、軸受を介して前記工具ホルダに軸装したことを特徴とする請求項１に記載の工作機械のＵ軸駆動構造。
【請求項３】
前記工作機械はマシニングセンタであって、
前記工具ホルダに代えて、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成のＢＴホルダを、前記チャッキング手段により前記主軸に装着可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工作機械のＵ軸駆動構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械におけるＵ軸駆動構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
工具を主軸回転中心と交差する方向に切込み送りさせる装置（以降、Ｕ軸工具ユニットという）として、主軸回転中心回りの回転力を主軸回転中心と交差する方向の力に変換する機構を有したタイプのものがあり、前記回転力をＵ軸工具ユニットに駆動伝達する構造の従来例として特許文献１に記載のものが挙げられる。
【０００３】
同文献の符号を付して説明すれば、特許文献１には、ドローバーを中空に形成して、その内部にサーボモータ２８によって回転する連結軸２２を挿通し、この連結軸２２をｕ軸工具ユニット１５側に前進させたときに溝３５と突起３６との嵌合方式によりｕ軸駆動軸１３に一体回転可能に連結する技術が記載されている。ｕ軸駆動軸１３の回転はｕ軸工具ユニット１５内のギア列１４等により工具１２の切込み送りに変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７９３１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術によれば、溝３５と突起３６とを嵌合させるにあたって連結軸２２とｕ軸駆動軸１３との円周方向の位相を所定の位相に合わせる必要が生じ、具体的には同文献の段落[００１７]に記載されているように、数値制御装置を用いて連結軸２２を常に所定の回転位置で停止させる措置が必要となる。
【０００６】
また、連結軸２２やこの連結軸２２を前後進させるシリンダ機構４４などの駆動源を要する構造のため、部品点数が増加し製作コストが嵩みやすい。さらに、特許文献１の技術は、前記したようにドローバーを中空に形成してその内部に連結軸２２を挿通させる構造のために、連結軸２２は小径の軸部材にならざるを得ず、捩り剛性が低下して切込み送り精度に影響を及ぼすおそれがある。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、主軸回転中心回りの回転力をＵ軸工具ユニットに駆動伝達するために２つの回転要素を連結するにあたり、円周方向の位相の制限を受けることなく連結可能であり、また、部品点数の増加や駆動伝達部材の剛性低下の問題を容易に解消し得る工作機械のＵ軸駆動構造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】
前記課題を解決するため、本発明は、主軸回転中心回りの回転力を主軸回転中心と交差する方向の力に変換して工具を切込み送りさせるＵ軸工具ユニットが工具ホルダに装着され、プルスタッドとドローバーとを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させるチャッキング手段と、前記工具ホルダを着脱可能に固定する主軸と、を備えた工作機械において、前記プルスタッドを前記工具ホルダに回転自在に軸装するとともに前記ドローバーを前記主軸に回転自在に軸装し、前記ドローバーを回転させるドローバー回転駆動源を設け、前記ドローバーの回転力を前記プルスタッドを介して前記Ｕ軸工具ユニットに伝達することにより、工具を切込み送りさせる構成としたことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、主軸回転中心回りの回転力をＵ軸工具ユニットに駆動伝達するにあたり、連結する２つの回転要素としてプルスタッドおよびドローバーを利用しており、プルスタッドを工具ホルダに回転自在に軸装するとともにドローバーを主軸に回転自在に軸装し、ドローバーの回転力を、チャッキング手段によって一体となったプルスタッドを介してＵ軸工具ユニットに伝達するものである。
【００１０】
前記チャッキング手段はプルスタッドとドローバーとを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させる構成であるため、特許文献１に記載された溝と突起の嵌合方式と異なり、連結時に円周方向の位相の制限を受けることがない。
【００１１】
また、本来、工具ホルダを主軸に脱着させる機能のみ有するドローバーが、Ｕ軸工具ユニット側への回転力の駆動伝達機能も兼用することになり、特許文献１に記載された連結軸を別途設ける必要がない。勿論、ドローバーの引き込み動作がそのままプルスタッドとドローバーの連結動作となるため、特許文献１に記載された連結軸を前後進させるシリンダ機構などの駆動源も要しない。駆動伝達部材としてドローバーを利用するため、中空部を設けて連結軸を挿通した場合のような駆動伝達部材の剛性低下の問題も生じない。
【００１２】
また、本発明は、前記チャッキング手段を、前記ドローバーの引き込みに伴い複数の鋼球が主軸回転中心に向けて移動してプルスタッドに係合する構成の鋼球チャッキング機構とし、前記プルスタッドを、軸受を介して前記工具ホルダに軸装したことを特徴とする。
【００１３】
鋼球チャッキング機構はドローバーとプルスタッドとの係合力に優れるため、両者を一体化させる手段として好適である。また、ドローバーの引き込みによって工具ホルダにおけるプルスタッドの回転支承部にスラスト荷重がかかるところ、プルスタッドを、軸受を介して工具ホルダに軸装することで、スラスト荷重を吸収してプルスタッドのスムースな回転機能を確保できる。
【００１４】
また、本発明は、前記工作機械はマシニングセンタであって、前記工具ホルダに代えて、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成のＢＴホルダを、前記チャッキング手段により前記主軸に装着可能であることを特徴とする。
【００１５】
ドリル、フライス、リーマ、エンドミル等のＵ軸機構を有さない工具のＢＴホルダ、すなわち、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成からなる既存の汎用のＢＴホルダを主軸に装着する場合、引用文献１の技術によれば連結軸を移動させる必要があるところ、本発明によればチャッキング手段の動作のみで装着可能となるため、ＢＴホルダ装着用としての特別な動作を要しない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、主軸回転中心回りの回転力をＵ軸工具ユニットに駆動伝達するにあたり、連結する２つの回転要素としてプルスタッドおよびドローバーを利用しており、両者はチャッキング手段によって円周方向の位相に拘わりなく連結する。したがって、本発明によれば、特許文献１に記載された位相合わせの技術、すなわち位相を合わせるために回転要素の回転停止位置を制御する手段を要しない。また、本発明は、ドローバーにＵ軸工具ユニット側への回転力の駆動伝達機能を持たせたので、専用の駆動伝達部材やその連結のための駆動源を要さず、部品点数の増加を抑えることができる。さらに、駆動伝達部材としてドローバーを利用するため、駆動伝達部材の剛性低下の問題も生じない。既存の汎用のＢＴホルダを主軸に装着するときにも、チャッキング手段の動作のみで装着可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用したマシニングセンタの側断面図である。
【図２】チャッキング手段周りの側断面図であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれドローバーとプルスタッドの非係合状態、係合状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１において、マシニングセンタ１は、フレーム２に複数の軸受３を介して支承され、ビルトイン式の主軸用モータ４によって回転する主軸５を備える。主軸用モータ４は例えばサーボモータからなる。主軸５の先端には、シャンク面同士の密着により工具ホルダ６が着脱可能に固定され、この工具ホルダ６には、主軸回転中心Ｐ回りの回転力を主軸回転中心Ｐと交差する方向の力に変換して工具Ｔを切込み送りさせるＵ軸工具ユニット７が装着されている。
【００１９】
Ｕ軸工具ユニット７は、工具ホルダ６内のプルスタッド１１に一体に連結した回転入力軸８を有する。後記するように、プルスタッド１１が回転すると回転入力軸８も一体となって回転し、その回転力は減速機構９を介して回転出力軸１０に出力される。回転出力軸１０の回転力は、ラックアンドピニオン等のギヤ機構やカム機構等の運動力変換機構（図示せず）によって工具Ｔを主軸回転中心Ｐと交差する方向に切込み送りする力に変換される。前記運動力変換機構の詳細な説明については本発明の趣旨から外れるので省略する。
【００２０】
主軸５の内部にはサラバネ１３によって引き込み側（図１における右側）に常時付勢されたドローバー１２が挿通され、ドローバー１２の先端にはプルスタッド１１をチャッキングするチャッキング手段１４が組み付けられている。このチャッキング手段１４は、ドリル、フライス、リーマ、エンドミル等のＵ軸機構を有さない工具のＢＴホルダ（図示せず）、すなわち、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成からなる汎用のＢＴホルダを主軸に装着する従来のチャッキング手段と基本的に同じ構成である。ただし、後記するように、プルスタッド１１、ドローバー１２、リング部材１９は主軸５に対して相対回転する。
【００２１】
チャッキング手段１４は、プルスタッド１１とドローバー１２とを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させる機能を有しており、本実施形態では、図２に示すように、ドローバー１２の引き込みに伴い複数の鋼球１５が主軸回転中心Ｐに向けて移動してプルスタッド１１に係合する構成の鋼球チャッキング機構としている。ドローバー１２の先端周りはプルスタッド１１の端部を収容するべく円筒状に形成されており、その筒壁部１６には鋼球収納孔１７が円周方向に沿って複数穿設され、各鋼球収納孔１７に鋼球１５が径方向に移動可能に収納されている。鋼球１５が抜け落ちないように鋼球収納孔１７の内面は主軸回転中心Ｐに向かうほど縮径となる傾斜面として形成されている。主軸５の内面と筒壁部１６との間には、前端寄りが薄肉に形成され、中程の厚肉部の内周面に位置決め溝１８が形成されたリング部材１９が介設されている。
【００２２】
ドローバー１２が前進位置にあるとき、鋼球１２は図２（ａ）に示すようにリング部材１９の薄肉部側に位置しており、プルスタッド１１とドローバー１２とは非係合状態にある。そして、ドローバー１２が図における右側に引き込まれると、鋼球１５が薄肉部から厚肉部に乗り上げる態様で主軸回転中心Ｐに向けて移動して位置決め溝１８に嵌り込む。このとき、各鋼球１５がプルスタッド１１の傾斜面１１ａとドローバー１２の鋼球収納孔１７の傾斜面とを主軸回転中心Ｐに向けて押圧するので、鋼球１５と、プルスタッド１１、ドローバー１２、リング部材１９の夫々との間に大きな摩擦力が生じ、プルスタッド１１とドローバー１２とが係合状態となってシャンク面同士の密着により工具ホルダ６が主軸５に固定される。リング部材１９と主軸５とは係合状態ではないので、クランプ状態（チャッキング状態）においてドローバー１２は主軸５に対して回転自由となる。
【００２３】
以上の構成において、本発明は、プルスタッド１１を工具ホルダ６に回転自在に軸装するとともにドローバー１２を主軸５に回転自在に軸装し、ドローバー１２の回転力をプルスタッド１１を介してＵ軸工具ユニット７に伝達することにより、工具Ｔを切込み送りさせる構成としたことを主な特徴とする。
【００２４】
プルスタッド１１は軸受２０を介して工具ホルダ６に支承される。ドローバー１２の引き込みによって軸受２０には比較的大きなスラスト荷重がかかるため、軸受２０としてはアンギュラ玉軸受または深溝玉軸受が好適である。
【００２５】
図１に示すように、主軸５の後端周りには軸受２１を介して筒状の第１サラバネ受け２２が取り付けられている。サラバネ１３は、前端がこの第１サラバネ受け２２に支持され、後端はドローバー１２の後端寄りに外嵌固定した第２サラバネ受け２３に支持される。ドローバー１２は第１サラバネ受け２２の内周面や主軸５の内周面により回転自在に支持される。
【００２６】
ドローバー１２の後端は、継手２４を介してドローバー回転駆動源としてのＵ軸用モータ２５に連結されている。Ｕ軸用モータ２５は例えばサーボモータからなる。Ｕ軸用モータ２５は、主軸５の軸方向（Ｚ軸方向）に移動可能にガイドレール２６に搭載されており、図示しないドローバー用駆動装置によりドローバー１２をＺ軸方向に前後進させることで、Ｕ軸用モータ２５も一緒に前後進する。なお、ドローバー用駆動装置は油圧を利用したものなど公知の装置でよく、詳細な説明については本発明の趣旨から外れるので省略する。
【００２７】
本発明のＵ軸駆動構造は以上のように構成され、ドローバー１２が引き込まれると、鋼球チャッキング機構が作動してプルスタッド１１は円周方向の位相に拘わりなくドローバー１２と一体に連結される。そして、Ｕ軸の切込み送りを伴う加工時には、主軸用モータ４の回転数に対してＵ軸用モータ２５の回転数を高くするなど両者間に所定の速度差が生ずるように設定する。Ｕ軸用モータ２５の回転駆動により、ドローバー１２、サラバネ１３、リング部材１９、プルスタッド１１が一体に回転し、回転入力軸８も一体に回転して図示しない運動力変換機構によって工具Ｔが主軸回転中心Ｐと直交する方向に切込み送りされる。
【００２８】
Ｕ軸の切込み量を固定した状態での加工時は、主軸用モータ４とＵ軸用モータ２５とを同期させ、両者を同一回転数に設定する。Ｕ軸機構の無い工具の場合、つまり、前記した汎用のＢＴホルダが装着されている場合には、主軸用モータ４とＵ軸用モータ２５とを同期させるか、或いは、Ｕ軸用モータ２５をＯＦＦにして主軸用モータ４だけを駆動させ、Ｕ軸用モータ２５については連れ回りさせるようにしてもよい。
【００２９】
以上のように、プルスタッド１１とドローバー１２とを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させるチャッキング手段１４を有したマシニングセンタ１などの工作機械において、プルスタッド１１を工具ホルダ６に回転自在に軸装するとともにドローバー１２を主軸５に回転自在に軸装し、ドローバー１２を回転させるドローバー回転駆動源（Ｕ軸用モータ２５）を設け、ドローバー１２の回転力をプルスタッド１１を介してＵ軸工具ユニット７に伝達することにより、工具Ｔを切込み送りさせる構成とすれば、チャッキング手段１４の介在により、プルスタッド１１とドローバー１２とは円周方向の位相の制限を受けることなく連結する。これにより、特許文献１に記載された回転要素の回転停止位置を制御する手段を要しない。
【００３０】
また、ドローバー１２にＵ軸工具ユニット７側への回転力の駆動伝達機能を持たせたことから、専用の駆動伝達部材やその連結のための駆動源を要さず、部品点数の増加が抑えられる。さらに、駆動伝達部材としてドローバー１２を利用しているので、中空部を設けて連結軸を挿通した場合のような駆動伝達部材の剛性低下の問題も生じない。
【００３１】
そして、本実施形態のように、工作機械をマシニングセンタとし、Ｕ軸機構を備えてプルスタッド１１が回転自在に軸装された構成からなる工具ホルダ６に代えて、プルスタッドがホルダに対して回転不能に一体に設けられた構成のＢＴホルダを、チャッキング手段１４により主軸５に装着可能とすれば、工具ホルダ６の装着時と同様に、チャッキング手段１４の動作のみでＢＴホルダの装着が可能となる。
【００３２】
以上、本発明の最良の形態について説明した。説明した形態では、チャッキング手段１４を鋼球チャッキング機構としたが、ドローバー１２の引き込み動作によってプルスタッド１１とドローバー１２とを円周方向の位相に拘わりなく一体に係合させる機能を有し、所定の係合力が得られるものであれば、他のチャッキング機構、例えばコレットチャッキング機構でも可能である。また、主軸用モータ４としては、ビルトイン式以外のものでもよく、さらにサーボモータ以外のものでもよい。Ｕ軸用モータ２５もサーボモータ以外のものでもよい。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１      マシニングセンタ（工作機械）
４      主軸用モータ
５      主軸
６      工具ホルダ
７      Ｕ軸工具ユニット
１１      プルスタッド
１２      ドローバー
１３      サラバネ
１４      チャッキング手段
１５      鋼球
２５      Ｕ軸用モータ（ドローバー回転駆動源）
Ｐ      主軸回転中心
Ｔ      工具
【図１】
2011020198.tif 000003
【図２】
2011020198.tif 000004