(57)【要約】【課題】クランクシャフトなどのワークの外周面及び端面を効率良く加工することができ、加工サイクルタイムを短くすることができるテーブル装置及び工作機械を提供する。【解決手段】Ａ軸方向にワーク１０を回転させるロータリワークヘッド２０と、Ｂ軸方向にワーク１０を回転させる回転テーブル２１と、連結指令を受けた時、回転テーブル２１を回転させるとロータリワークヘッド２０が共に回転するように連結し、連結解除指令を受けた時、ロータリワークヘッド２０が回転テーブル２１と共に回転しないように切り離す連結手段２８と、を具備する。【選択図】図２
2011011312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する第１及び第２の回転送り軸を有したテーブル装置において、
前記第１の回転送り軸方向にワークを回転させるロータリワークヘッドと、
前記第２の回転送り軸方向にワークを回転させる回転テーブルと、
連結指令を受けた時、前記回転テーブルを回転させると前記ロータリワークヘッドが共に回転するように連結し、連結解除指令を受けた時、前記ロータリワークヘッドが前記回転テーブルと共に回転しないように切り離す連結手段と、
を具備することを特徴としたテーブル装置。
【請求項２】
前記回転テーブルと前記ロータリワークヘッドの一方にスライド自在の連結ピンが設けられ、他方に該連結ピンが係合する係合孔が設けられ、前記連結ピンが前記係合孔に進退自在に挿入して前記回転テーブルと前記ロータリワークヘッドとが相互に連結する請求項１に記載のテーブル装置。
【請求項３】
前記回転テーブルと前記ロータリワークヘッドとの間にダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムが膨張したときの接触圧力により前記回転テーブルと前記ロータリワークヘッドとが一体的に連結する請求項１に記載のテーブル装置。
【請求項４】
互いに直交する第１及び第２の回転送り軸を有するテーブル装置に把持したワークと、主軸に装着した工具との間で相対移動を行って前記ワークを加工する工作機械において、
前記テーブル装置が、前記第１の回転送り軸方向にワークを回転させるロータリワークヘッドと、前記第２の回転送り軸方向にワークを回転させる回転テーブルと、連結指令を受けた時、前記回転テーブルを回転させると前記ロータリワークヘッドが共に回転するように連結し、連結解除指令を受けた時、前記ロータリワークヘッドが前記回転テーブルと共に回転しないように切り離す連結手段と、を具備することを特徴とした工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに直交する第１及び第２の回転送り軸を有したテーブル装置及び工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、クランクシャフトは専用機を備えるトランスファーラインで加工されるのが一般的であった。しかしながら、この加工方式では、工程別に専用機を使用して加工が行われるため、クランクシャフトの加工のように工程数が多くなる加工では多数の専用機を使用しなければならず、加工設備が大きくなる問題や、加工サイクルタイムを一定以上に短縮できないという問題があった。そこで、これらの問題を解決する加工方法の一例として、特許文献１に開示されているように、複合加工装置を使用した加工方法がある。特許文献１で開示されている方法は、複数の加工ユニットを備えた複合加工装置を使用し、水平に支持されたワークの姿勢を変えずに、複数の加工を行う方法を開示するものである。しかしながら、この方法では、ワークが左右一対の縦型バイスクランプ装置により固定支持された状態で加工が行われるため、加工の自由度が低く、ワークに軸回転送りを与えるような条件での加工、例えば、クランクシャフトのジャーナルやピンの外周加工を行うことができないものであった。
【０００３】
水平に支持されたワークに対して、互いに直交する２軸の回転送りを与えることができるテーブル装置を備えた加工装置の従来の一例として、特許文献２が開示されている。特許文献２は、水平に置かれたクランクシャフト等を加工する加工装置の加工テーブルに関するものである。段落番号０００３には、従来のクランクシャフト加工装置についての説明と、２軸の加工テーブルについての説明があり、「図６に示すように、ＡＴＣ４２を付属した横型３軸コラム４３トラバース形マシニングセンターを使用し、クランクシャフトを水平に配置し、垂直回転軸回りに回転させたり、クランクシャフトの軸３回りに回転割出しを行ってＡＴＣより選択されたスピンドル１５に取り付けられた穴あけ工具１６により油穴明けを行うようにされたクランクシャフト加工装置４０が知られている。・・・垂直回転軸回りに回転する旋回台４の上に加工テーブル４６を設けている。この加工テーブル４６上にシャフト２の一端２ａを保持するチャック装置５０と、このチャック装置を回転割り出しする割り出し装置４９を備えたヘッドストック４８と、シャフトの他端２ｂを支持するテールストック（芯押し装置）５２とを対向して設ける。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２５２３３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２３０１１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では、ワークの端面加工を行うことはできるが、外周加工を行うことができない。特許文献２では、垂直回転軸回りに回転する旋回台４の上に、クランクシャフトを軸回りに回転可能に支持する加工テーブル４６を設けているため、クランクシャフトを互いに直交する２軸の回転送り方向に回転させることができるようになっている。しかし、クランクシャフトはチャック装置５０とテールストック５２とに両端が支持されているため、クランクシャフトの両端面を加工できない。端面加工の工程では、クランクシャフトを加工テーブル４６から外し、再びクランクシャフトを他のテーブル装置で支持しなければならず、段取り替えの時間が余計にかかり、それだけ加工サイクルタイムが長くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、クランクシャフトなどのワークの外周面及び端面を効率良く加工することができ、加工サイクルタイムを短くすることができるテーブル装置及び工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、互いに直交する第１及び第２の回転送り軸を有したテーブル装置において、前記第１の回転送り軸方向にワークを回転させるロータリワークヘッドと、前記第２の回転送り軸方向にワークを回転させる回転テーブルと、連結指令を受けた時、前記回転テーブルを回転させると前記ロータリワークヘッドが共に回転するように連結し、連結解除指令を受けた時、前記ロータリワークヘッドが前記回転テーブルと共に回転しないように切り離す連結手段と、を具備することを特徴としたテーブル装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、前記回転テーブルと前記ロータリワークヘッドの一方にスライド自在の連結ピンが設けられ、他方に該連結ピンが係合する係合孔が設けられ、前記連結ピンが前記係合孔に進退自在に挿入して前記回転テーブルと前記ロータリワークヘッドとが相互に連結するテーブル装置が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記回転テーブルと前記ロータリワークヘッドとの間にダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムが膨張したときの接触圧力により前記テーブルユニットと前記ロータリワークヘッドとが一体的に連結するテーブル装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、互いに直交する第１及び第２の回転送り軸を有するテーブル装置に把持したワークと、主軸に装着した工具との間で相対移動を行って前記ワークを加工する工作機械において、前記テーブル装置が、前記第１の回転送り軸方向にワークを回転させるロータリワークヘッドと、前記第２の回転送り軸方向にワークを回転させる回転テーブルと、連結指令を受けた時、前記回転テーブルを回転させると前記ロータリワークヘッドが共に回転するように連結し、連結解除指令を受けた時、前記ロータリワークヘッドが前記回転テーブルと共に回転しないように切り離す連結手段と、を具備することを特徴とした工作機械が提供される。
【００１１】
本発明によれば、前記第１の回転送り軸方向に前記ワークを回転させるロータリワークヘッドで前記ワークを両端支持して該ワークの外周面を加工し、前記第２の回転送り軸方向に前記ワークを回転させる回転テーブルで前記ワークを支持固定し、前記ロータリワークヘッドとは独立に前記回転テーブルだけを回転させて位置決めし、前記ワークの端面を加工することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の如く、本発明のテーブル装置及び工作機械によれば、一台の工作機械でクランクシャフトなどのワークの外周面及び端面を効率良く加工することができ、加工サイクルタイムを短くすることができる。これにより、加工の高能率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の工作機械の全体構成を示す側面図である。
【図２】図１の工作機械に備わるテーブル装置の第１の実施形態を示す一部断面にした正面図である。
【図３ａ】回転テーブルが回転する前の状態を示す一部断面にした平面図である。
【図３ｂ】回転テーブルがワークの外周部を支持しながら９０゜回転した後の状態を示す一部断面にした平面図である。
【図４】図２に示すテーブル装置の回転テーブルがワークを支持しながら回転している状態を示す一部断面にした平面図である。
【図５】回転テーブルの連結ピンとロータリワークヘッドの係合穴との係合状態をそれぞれ示し、（ａ）は連結ピンと係合穴とが緊密に係合している状態の説明図、（ｂ）は連結ピンと長円形の係合穴とが隙間を有して係合している状態の説明図である。
【図６】テーブル装置の第２の実施形態を示す一部断面にした正面図である。
【図７ａ】回転テーブルが回転する前の状態を示す一部断面にした平面図である。
【図７ｂ】回転テーブルがワークの外周部を支持しながら９０゜回転した後の状態を示す一部断面にした平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の工作機械は、本明細書で示される水平スピンドルを有する横形マシニングセンタに限定されるものではなく、後述する本発明のテーブル装置を備える全ての工作機械、例えば、垂直スピンドルを有する立形マシニングセンタや、ＮＣ装置を備えた他の工作機械も本発明の工作機械に含まれる。図１は、工作機械の一形態として、汎用の横形マシニングセンタの全体構成を示す側面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態のマシニングセンタ１は、互いに直交する３つの直線送り軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する機械本体２と、機械本体２のベース５上に固定され、互いに直交する２軸の回転送り軸であるＡ軸及びＢ軸を有するテーブル装置３と、機械本体２及びテーブル装置３の動作を制御するＮＣ装置（図示せず）とを具備している。機械本体２は、フロア上に設置されているベース５と、ベース５上の直動ガイド１５に沿って水平面内のＺ軸方向にスライドするスライド台６と、スライド台６上の直動ガイド１７に沿って水平面内のＸ軸方向にスライドするコラム７と、コラム７にＹ軸方向に移動可能に支持された主軸頭８と、主軸頭８に回転自在に保持された水平スピンドル９とを備えている。本実施形態では、テーブル装置３は機械本体２のベース５に直接固定されることもできるが、ジグを介して着脱自在にベース５に固定されることもできる。
【００１６】
本明細書では、機械本体２の３つの直線送り軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸と、テーブル装置３の２つの回転送り軸であるＡ軸及びＢ軸とを次のように定めるものとする。スピンドル９軸線に直交し、紙面に垂直な横方向をＸ軸とし、スピンドル９の軸線に直交する高さ方向をＹ軸とし、スピンドル９の軸線に一致する前後方向をＺ軸とする。テーブル装置３の２つの回転送り軸であるＡ軸及びＢ軸は、Ｘ軸周りの回転をＡ軸とし、Ｙ軸周りの回転をＢ軸とする。
【００１７】
本実施形態のテーブル装置は、互いに直交するＡ軸及びＢ軸を有してワークを支持するテーブル装置であって、ワークを両端支持した状態で、ワークを水平軸周りのＡ軸方向に回転するロータリワークヘッドと、ワークの両端をフリーにした状態でワークを支持固定し、ワークと共に垂直軸周りのＢ軸方向に回転してワークの姿勢を変える回転テーブルとを具備する。ロータリワークヘッドと回転テーブルとは、連結手段により連結可能に構成され、ロータリワークヘッドと回転テーブルとが連結されているときは、ロータリワークヘッドと回転テーブルとが一体的にＢ軸方向に回転して所定の位置に位置決めされる。ロータリワークヘッドと回転テーブルとが連結されていないときは、回転テーブルだけがＢ軸方向に回転して所定の位置に位置決めされるようになっている。これにより、ワークは、ロータリワークヘッドに両端支持された状態で外周加工され、回転テーブルに支持固定された状態で端面加工される。
【００１８】
なお、ワークの形態は、クランクシャフトに限定されるものではなく、例えば、タービンブレードや、ブレーキディスクロータや、カムシャフトなども含まれる。また、ロータリワークヘッドは、ワークの片端だけを把持する形態であってもよい。本実施形態のワーク１０は、図２に示すように、軸心に配置されている複数のジャーナル１１ｂと、軸心から偏心した位置に配置される複数のピン１１ａと、ピン１１ａの両側に配置されるカウンターウェイト１１ｃとを有するクランクシャフトである。このクランクシャフトのジャーナル１１ｂ及びピン１１ａの外周面は、ワーク１０がロータリワークヘッド２０に両端支持された状態で外周加工され、ワーク１０の両端面及びセンタ穴は、ワーク１０が回転テーブル２１に支持固定された状態で端面加工及びセンタ穴加工される。
【００１９】
図２に示すように、第１の実施形態のテーブル装置３は、ワーク１０を両端支持した状態でワーク１０をＡ軸方向に回転するロータリワークヘッド２０が、回転テーブル２１の周囲に対向して配置され、回転テーブル２１の側面に設けられた係合孔３０に係合可能なスライドピン（連結手段）２８と心押しユニット２３とチャックユニット２４とを具備している。ロータリワークヘッド２０は、ベース５上のリング状のガイドレール１６に沿ってスライド可能に支持されている。
【００２０】
図３ａ，ｂに示すように、スライドピン２８は、回転テーブル２１の側面に設けられた係合孔３０と対向する位置で、ロータリワークヘッド２０に水平方向にスライド自在に設けられている。スライドピン２８の一方の端部である先端部２９ａが回転テーブル２１の係合孔３０に係合することにより、心押しユニット２３及びチャックユニット２４を備えるロータリワークヘッド２０と回転テーブル２１とが相互に連結する。連結状態で、ロータリワークヘッド２０と回転テーブル２１とはＢ軸方向に一体的に回転することができる。
【００２１】
他方、図４に示すように、スライドピン２８の先端部２９ａが回転テーブル２１の係合孔３０から退出して、スライドピン２８の他方の端部である後端部２９ｂがベース５に立設された立壁１４の係合孔３１に係合するときは、ロータリワークヘッド２０はベース５に連結される。そして、回転テーブル２１だけがＢ軸方向に回転することができる。図３ｂには、回転テーブル２１がＢ軸方向に９０゜回転した状態が示されている。
【００２２】
図５（ａ）、（ｂ）には、スライドピン２８と係合孔３０，３０′との係合状態がそれぞれ示されている。（ａ）はスライドピン２８と係合孔３０とが緊密に係合している状態、（ｂ）は縦長の長円形の係合孔３０′に対してスライドピン２８が係合している状態をそれぞれ示している。回転テーブル２１が、いわゆるＮＣロータリテーブルのように、ベース２５に対して昇降せずにＢ軸方向に回転する形態の場合は図５（ａ）の構成を採用する。回転テーブル２１が、いわゆるカービックカップリングを用いた割出しテーブルのように、ベースに対して昇降してカービックカップリングを離間させてＢ軸方向に回転し、カービックカップリングを係合させて位置決めする形態の場合は図５（ｂ）の構成を採用する。
【００２３】
本実施形態のスライドピン２８は、シリンダ３３内で流体圧によりスライドできるようになっているが、電気的な方式でスライドさせることも可能であり、本実施形態のスライド方式に制限されるものではない。スライドピン２８がＮＣ装置から連結指令を受けたとき、回転テーブル２１とロータリワークヘッド２０とがスライドピン２８を介して連結してＢ軸方向に回転可能となり、逆に、連結解除指令を受けたとき、回転テーブル２１とロータリワークヘッド２０との連結が解除されて回転テーブル２１だけが単独でＢ軸方向に回転可能となる。
【００２４】
図２では、ロータリワークヘッド２０に両端支持されたワーク１０が示されている。図示するように、ワーク１０の一端はチャックユニット２４に把持され、他端が心押しユニット２３のセンタに心押しされている。チャックユニット２４と心押しユニット２３の対向間隔は、ワーク１０の長さに応じて変更可能である。チャックユニット２４は分割構造をなし、上側部分２７ａが下側部分２７ｂに対してスライド自在に支持されているため、ワーク１０の長さに応じてチャックユニット２４と心押しユニット２３の対向間隔が調整されるようになっている。チャックユニット２４は、ワーク１０を把持する旋回ヘッド２６をＡ軸方向に回転させるサーボモータなどの駆動機構を内蔵している。これにより、ワーク１０は心押しユニット２３及びチャックユニット２４に両端支持された状態で回転できるようになっている。ワーク１０をＡ軸回りに所定の送り速度で回転させながら、スピンドル９に装着された工具１２に所定の切り込みを与えることにより、ワーク１０のジャーナル１１ｂやピン１１ａなどの外周加工が行われる。
【００２５】
回転テーブル２１は、ワーク１０を支持固定する一対のクランパー３４を備えている。ワーク１０は、開放した状態で回転テーブル２１の一対のクランパー３４に支持固定されることで、ワーク１０の両端面の加工や、端面のセンタ穴加工などが可能となる。本実施形態の一対のクランパー３４は、ワークの２カ所のジャーナル１１ｂをそれぞれバランス良く支持するが、ワーク１０の形態に応じた適切な形態のものが使用されることができる。一対のクランパー３４は昇降してワーク１０を支持固定したり解放したりする。ロータリワークヘッド２０と回転テーブル２１との間のワーク１０の移動は、加工の自動化の観点からロボット又はリフタなどにより行うこともできる。
【００２６】
図３ｂに示すように、回転テーブル２１に支持固定されたワークの１０端面加工は、スライドピン２８により連結されたロータリワークヘッド２０と回転テーブル２１との連結を解除し、回転テーブル２１だけをＢ軸方向に９０゜回転させ、カービックカップリングなどにより回転位置を正確に割出した状態で加工が行われる。なお、ワーク１０に対してドリルで斜め穴を開けたりする場合なども、回転テーブル２１だけをＢ軸方向に所定の角度だけ回転させて加工を行うことができる。
【００２７】
以上のように、第１の実施形態のテーブル装置３を備えたマシニングセンタ１によれば、ロータリワークヘッド２０と回転テーブル２１との連結を解除して、回転テーブル２１だけをＢ軸周りで回転させることができ、両端がフリーな状態でワーク１０が回転テーブル２１に支持固定されるから、一台の機械でワーク１０の外周加工と端面加工とを行うことができる。これにより、加工工程が変わるときの段取り替えに要する時間が短縮され、加工サイクルタイムを短くすることができる。
【００２８】
次に、第２の実施形態のテーブル装置について説明する。本実施形態のテーブル装置３Ａは、第１の実施形態のテーブル装置３に代わり上記マシニングセンタ１に具備されることができる。図６に示すように、本実施形態のテーブル装置３Ａは、ワーク１０を両端支持した状態でワーク１０をＡ軸方向に回転するロータリワークヘッド２０Ａが、回転テーブル２１Ａの周囲に対向して配置され、回転テーブル２１Ａの側面に接触して外圧を作用させるチューブ状のダイヤフラム（連結手段）５２を具備している。ロータリワークヘッド２０Ａは、第１の実施形態のテーブル装置３と同様にベース５上のリング状のガイドレール１６に沿って回転可能に支持されている。チューブ状のダイヤフラム５２の材質には、金属やゴムなどを適用することができ、その材質は制限されるものではない。
【００２９】
本実施形態では、チューブ状のダイヤフラム５２のばね性を利用するものであり、ダイヤフラム５２を油圧などの駆動源により膨張させることによって、回転テーブル２１Ａの側面とダイヤフラム５２とを所定の接触圧力で接触させ、ロータリワークヘッド２０Ａを回転テーブル２１Ａに連結する。他方、ダイヤフラム５２を収縮させることによって、ロータリワークヘッド２０Ａと回転テーブル２１Ａとの連結を解除する。連結状態で、ロータリワークヘッド２０Ａと回転テーブル２１ＡとはＢ軸方向に一体的に回転することができる。連結が解除された状態では、回転テーブル２１ＡだけがＢ軸方向に回転することができる。本実施形態のテーブル装置３Ａは、ロータリワークヘッド２０Ａと回転テーブル２１Ａとの連結を、ロータリワークヘッド２０Ａと回転テーブル２１Ａとの相対的な位置関係に関係なく行うことができる利点がある。
【００３０】
第１の実施形態のテーブル装置３は、連結が解除された状態でロータリワークヘッド２０はスライドピン２８を介してベース５（立壁１４）に連結されているが、本実施形態のテーブル装置３Ａでは、ベース５に立設された立壁１４に設けられ、油圧などによりシリンダ５５内でスライド自在のピストンピン５４の先端部が、ロータリワークヘッド２０Ａの側面に設けられた係合穴３５に係合することにより、ロータリワークヘッド２０Ａがベース５（立壁１４）に連結されるようになっている。なお、テーブル装置３Ａのその他の構成は、第１の実施形態のテーブル装置３と同様であるため重複する説明を省略する。
【００３１】
図７ａ，ｂには、ロータリワークヘッド２０Ａと回転テーブル２１Ａとの連結された状態が示されている。図７ａは、図６の正面図に対応する平面図であり、ワーク１０はロータリワークヘッド２０Ａに両端支持されているため、回転テーブル２１Ａに支持固定されていない。ワーク１０はロータリワークヘッド２０Ａに両端支持され、所定の回転送りを与えられながら、スピンドル９に装着されたエンドミルなどの工具１２でジャーナル１１ｂやピン１１ａなどの外周部の加工が行われる。図７ｂは、回転テーブル２１Ａの一対のクランパー３４に支持固定されたワーク１０が回転テーブル２１Ａと共にＢ軸方向に９０゜回転した状態が示されている。ワーク１０の両端がフリーにされた状態で、ワーク１０の両端面の加工や、一方の端面に対するセンタ穴加工などが可能となる。
【００３２】
本実施形態のテーブル装置３Ａにおいても、第１の実施形態のテーブル装置３と同様の効果を奏し、加工工程が替わるときの段取り替えに要する時間が短縮され、加工サイクルタイムを短くすることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。特に、ロータリワークヘッド２０，２０Ａと回転テーブル２１，２１Ａとの連結手段については、本実施の形態ではスライドピン２８を使用する構成とダイヤフラム５２を使用する構成とが示されているが、連結手段はこれらの構成に制限されるものではない。
【符号の説明】
【００３４】
１    マシニングセンタ
３，３Ａ    テーブル装置
１０    ワーク
２０，２０Ａ    ロータリワークヘッド
２１，２１Ａ    回転テーブル
２３，２３Ａ    心押しユニット
２４，２４Ａ    チャックユニット
２８    スライドピン（連結手段）
３０    係合孔
５２    ダイヤフラム（連結手段）
【図１】
2011011312.tif 000003
【図２】
2011011312.tif 000004
【図３ａ】
2011011312.tif 000005
【図３ｂ】
2011011312.tif 000006
【図４】
2011011312.tif 000007
【図５】
2011011312.tif 000008
【図６】
2011011312.tif 000009
【図７ａ】
2011011312.tif 000010
【図７ｂ】
2011011312.tif 000011