(57)【要約】【課題】主軸本体に対して交差する向きに回転可能に取付けた副主軸を備えたヘッド本体を主軸本体の周方向へ任意の角度で自動的に旋回させることが出来、外部動力や電力を使用することなく剛性の高い加工も容易に行うことが出来る工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置を提供する。【解決手段】主軸本体４とヘッド本体７との間には、位置決め手段８を備えた回転自在なインデックスプレート９を介在させて構成すると共に、前記ヘッド本体７の下方には、昇降かつ回転自在なテーブルヘッド１０を設けたインデックステーブル本体１１が設置してある。そして、この発明の実施形態では、前記テーブルヘッド１０に前記ヘッド本体７に設けた係合手段１２に係脱可能な係脱手段１３を設け、前記インデックステーブル本体１１に、前記ヘッド本体７の昇降作動により、前記係脱手段１３を介して連結する前記副主軸６のヘッド本体７を水平方向に任意の角度、例えば、この実施形態では９０度間隔で旋回させる旋回機構１４が設けてある。【選択図】  図１
2008036749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在な主軸本体に対して、該主軸本体の中心軸線に対して交差する向きで、かつ回転伝達機構を介して着脱かつ旋回可能に副主軸を備えたヘッド本体を装着して成る工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置において、
前記主軸本体とヘッド本体との間に位置決め手段を備えたインデックスプレートを回転自在に介在させて構成すると共に、前記ヘッド本体の下方に、昇降かつ回転自在なテーブルヘッドを設けたインデックステーブル本体を設置し、このテーブルヘッドに前記ヘッド本体に設けた係合手段と係脱可能な係脱手段を設け、前記インデックステーブル本体に、前記ヘッド本体の昇降作動により、前記係脱手段を介して連結する前記副主軸のヘッド本体を水平方向に任意の角度旋回させる旋回機構を設けたことを特徴とする工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置。
【請求項２】
前記位置決め手段は、回転自在なインデックスプレートの表面に周方向に所定の間隔を隔てて形成した複数本の係合凹部と、この係合凹部に弾性部材を介して係脱する前記主軸本体に内装されたロックピンと、このロックピンを操作するヘッド本体に内装されたロック解除用ピンとで構成した請求項１に記載の工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置。
【請求項３】
前記インデックステーブル本体は、ベース部材の中心部に立設した中心軸と、この中心軸の外周に回転自在に載置された支持台と、この支持台上に弾性部材を介して昇降可能に被嵌された前記テーブルヘッドとにより構成し、このテーブルヘッドの上面に、前記副主軸のヘッド本体と係脱する係脱手段を設けると共に、前記中心軸と支持台との間に、ガイド溝とガイドピンとから成る旋回機構を設けた請求項１または２に記載の工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置。
【請求項４】
前記旋回機構は、中心軸の外周面に所定の傾斜角度で連続した複数本のガイド溝を形成し、前記支持台の内部に、前記ガイド溝に係合する複数本のガイドピンを内装した請求項１，２または３に記載の工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置。
【請求項５】
前記係脱手段は、テーブルヘッドとヘッド本体とに設けた係合凹部とこの係合凹部に係脱する係合ピンとで構成した請求項３または４に記載の工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置に係わり、更に詳しくは主軸本体に対して交差する向きに回転可能に取付けた副主軸を備えたヘッド本体を主軸本体の周方向へ任意の角度で自動的に旋回させることが出来る工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的なマシニングセンタ等の工作機械において、主軸方向以外の方向にあるワークの側面加工等を行う場合、主軸の先端に副主軸を備えたアンギュラーヘッドを使用している。このようなアンギュラーヘッドは、手動旋回式が一般的であり、一度方向をセットしてマシニングセンタへ装着すると、旋回調整が困難であり、多面加工を自動化して行う場合には、各面の向きに合わせたアンギュラーヘッドを加工面の数だけ用意する必要があった。
【０００３】
また、他の加工方法として、高価な多面加工を行うことが可能なマシニングセンタを導入するか、加工毎にワークの向きを変える方法もあるが、多大な費用と手間を要すると言う問題があった。
【０００４】
更に、アンギュラーヘッドの向きを自動旋回させることが可能なオートアングルヘッドと呼称されている発明も提案されているが（例えば、特許文献１，特許文献２参照）、マシニングセンタ側に大掛かりな割出し装置が必要であったり、また割出しをマシニングセンタの数値制御による移動だけで行うことが出来るが、反面、Ｚ軸（上下の昇降方向）だけでなくＸ軸方向（水平方向）も移動の必要が生じ、空間と時間を要すると言う問題があった。
【０００５】
また、従来のアンギュラーヘッドは、装置側に対して位置決め用のピンを使用しているが、位置決め用のピンの本数が少ない場合には、加工負荷に対する剛性が低く、加工上限、即ち、負荷のかかるフライス加工等は難しく、負荷の小さいドリル加工等に限定されてしまうと言う問題があった。
【特許文献１】特開平５−２８５７８７号公報
【特許文献２】特許第２８７８９９６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明はかかる従来の問題点に着目し、主軸本体に対して交差する向きに回転可能に取付けた副主軸を備えたヘッド本体を主軸本体の周方向へ任意の角度で自動的に旋回させることが出来、外部動力や電力を使用することなく剛性の高い加工も容易に行うことが出来る工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は上記目的を達成するため、主軸本体とヘッド本体との間に位置決め手段を備えたインデックスプレートを回転自在に介在させて構成すると共に、前記ヘッド本体の下方に、昇降かつ回転自在なテーブルヘッドを設けたインデックステーブル本体を設置し、このテーブルヘッドに前記ヘッド本体に設けた係合手段と係脱可能な係脱手段を設け、前記インデックステーブル本体に、前記ヘッド本体の昇降作動により、前記係脱手段を介して連結する前記副主軸のヘッド本体を水平方向に任意の角度旋回させる旋回機構を設けたことを要旨とするものである。
【０００８】
ここで、前記位置決め手段は、回転自在なインデックスプレートの表面に周方向に所定の間隔を隔てて形成した複数本の係合凹部と、この係合凹部に弾性部材を介して係脱する前記主軸本体に内装されたロックピンと、このロックピンを操作するヘッド本体に内装されたロック解除用ピンとで構成し、また前記インディクステーブル本体は、ベース部材の中心部に立設した中心軸と、この中心軸の外周に回転自在に載置された支持台と、この支持台上に弾性部材を介して昇降可能に被嵌された前記テーブルヘッドとにより構成し、このテーブルヘッドの上面に、前記副主軸のヘッド本体と係脱する係脱手段を設ける共に、前記中心軸と支持台との間に、ガイド溝とガイドピンとから成る旋回機構を設けて構成したものである。
【０００９】
また、前記旋回機構は、中心軸の外周面に所定の傾斜角度で連続した複数本のガイド溝を形成し、前記支持台の内部に、前記ガイド溝に係合する複数本のガイドピンを内装して構成し、前記係脱手段は、テーブルヘッドとヘッド本体とに設けた係合凹部とこの係合凹部に係脱する係合ピンとで構成するものである。
【００１０】
このように構成することで、特別なアンギュラーヘッドを用意する必要はなく、主軸本体に取付けた副主軸を備えたヘッド本体をインデックステーブル本体のテーブルヘッドに押し付けるだけで、任意の角度に旋回させることが出来、また剛性のある加工も容易に行うことが出来るものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、上記のように主軸本体とヘッド本体との間に位置決め手段を備えたインデックスプレートを回転自在に介在させて構成すると共に、前記ヘッド本体の下方に、昇降かつ回転自在なテーブルヘッドを設けたインデックステーブル本体を設置し、このテーブルヘッドに前記ヘッド本体に設けた係合手段と係脱可能な係脱手段を設け、前記インデックステーブル本体に、前記ヘッド本体の昇降作動により、前記係脱手段を介して連結する前記副主軸のヘッド本体を水平方向に任意の角度旋回させる旋回機構を設けたので、以下のような優れた効果を奏するものである。
【００１２】
(a).マシニングセンタのＺ軸移動（昇降移動）を利用し、インデックステーブル本体のテーブルヘッドにヘッド本体を押し付けるだけで旋回させることが出来、従って、特別な動力や、手動操作を行うことなく、アンギュラーヘッドの角度設定を任意の角度で完了させることが出来る。
【００１３】
(b).予め、加工に応じた面方向の数のアンギュラーヘッドを準備する必要がなく、高価な多面加工が可能なマシニングセンタを導入する必要がない。
【００１４】
(c).アンギュラーヘッドは、装置側に対して複数本の位置決め用のピンとロックピンを備えているので、フライス加工等のような剛性の高い加工も容易に行うことが出来る。
【００１５】
(d) 自動工具交換を容易に行うことが出来る。
(e).加工に対応した割り出しを容易に行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。                          図１は、この発明を実施したアンギュラーヘッドの自動旋回装置を備えた旋回時における工作機械の正面図、図２はアンギュラーヘッドの自動旋回装置を備えた旋回前の工作機械の正面図を示し、前記工作機械は、工作機械のスピンドル１に着脱可能に装着される主軸２に軸受け部材３を介して主軸本体４が回転自在に装着され、この主軸本体４は、ピン４ａを介して機械の位置決めブロック１ａに固定可能に構成されている。
【００１７】
前記主軸本体４には、中心軸線Ｘ−Ｘに対して直交する向きで、かつベベルギャ等の歯車機構から構成される回転伝達機構５を介して着脱かつ旋回可能に副主軸６を備えたアンギュラーヘッドのヘッド本体７が装着してある。なお、アンギュラーヘッドのヘッド本体７は、主軸本体４には、中心軸線Ｘ−Ｘに対して直交する向きに限定されず、３０度，４５度等、任意の角度に設定出来るように構成することも可能である。
【００１８】
前記主軸本体４とヘッド本体７との間には、図３に示すように位置決め手段８を備えた回転自在なインデックスプレート９を介在させて構成すると共に、前記ヘッド本体７の下方には、昇降かつ回転自在なテーブルヘッド１０を設けたインデックステーブル本体１１が設置してある。
【００１９】
そして、この発明の実施形態では、前記テーブルヘッド１０に前記ヘッド本体７に設けた係合手段１２に係脱可能な係脱手段１３を設け、前記インデックステーブル本体１１に、前記ヘッド本体７の昇降作動により、前記係脱手段１３を介して連結する前記副主軸６のヘッド本体７を水平方向に任意の角度、例えば、この実施形態では９０度間隔で旋回させる旋回機構１４が設けてある。
【００２０】
前記位置決め手段８は、図３及び図５〜図７（ａ），（ｂ）に示すように、インデックスプレート９の表面に周方向に所定の間隔を隔てて形成した複数本（この実施形態では９０度間隔で４本）の係合溝等の係合凹部１５と、前記主軸本体４に内装され、かつ前記係合凹部１５にスプリング等の弾性部材１６を介して係脱する４本のロックピン１７と、インデックスプレート９の表面に突出する４本の剛性向上用のピン１７ａとを設け、前記４本のロックピン１７の下方には、前記ヘッド本体７に内装され、かつ前記ロックピン１７を押圧操作する４本のロック解除用ピン１８が設けてある。
【００２１】
前記係合凹部１５に係合する複数本のロックピン１７と、ロック解除用ピン１８とは、図５及び図６に示すように、ロックピン１７間にロック解除用ピン１８が配設され、インデックスプレート９の回転により同一位置となった時点でロックピン１７の解除が可能となるものである。
【００２２】
前記ロック解除用ピン１８は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ロック解除用ピン１８の先端に取付けたピン本体１８ａの先端が弾性部材１６ａの弾性力により常時ヘッド本体７の下面から下方に突出し、ヘッド本体７の下面が前記インデックステーブル本体１１のテーブルヘッド１０の上面に当接した時にヘッド本体７内に収容されると共に、ロックピン１７を押し上げてロック状態を解除するように構成してある。
【００２３】
また前記歯車機構等の回転伝達機構５は、主軸２の先端に取付けられたベベルギャ５ａとヘッド本体７側に取付けられたベベルギャ５ｂとが噛合し、スピンドル１に着脱可能に装着される主軸２の回転駆動力を副主軸６に伝達するように構成されている。
【００２４】
次に、前記インデックステーブル本体１１は、図８〜図１１に示すように、断面逆凹状に形成したベース部材２０の中心部に昇降可能に設けた中心軸２１と、ベース部材２０上に回転自在に載置され、かつ中心軸２１の外周に回転自在に配設する支持台２２と、この支持台２２上に複数本（この実施形態では４本であるが特に限定されない）のスプリング等の弾性部材２３を介して所定の空間部Ｌを昇降可能に被嵌された前記断面逆凹状に形成されたテーブルヘッド１０とにより構成され、テーブルヘッド１０の中心内面は、前記中心軸２１にボルト２４により連結固定されている。
【００２５】
前記テーブルヘッド１０の上面には、前記副主軸６のヘッド本体７と係脱する凹部とピン等から構成される係脱手段２５を設ける共に、前記中心軸２１と支持台２２との間には、図１２〜図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ガイド溝２６とガイドピン２７とから成る旋回機構１４が設けてある。なお、Ｚ−Ｚ線は、テーブルヘッド１０が上昇している状態の中心軸基準位置を示している。
【００２６】
前記旋回機構１４は、中心軸２１の外周面に所定の直線部と傾斜角度とで連続した複数本のガイド溝２６を形成し、前記支持台２２の内部に、前記ガイド溝２６に係合する複数本のガイドピン２７を内装して構成するものである。なお、ガイド溝２６とガイドピン２７との構成を逆にしても良く、即ち、中心軸２１の外周面にガイドピン２７を設け、支持台２２の内面にガイド溝２６を設けることも可能である。
【００２７】
前記係脱手段２５は、テーブルヘッド１０とヘッド本体７とに設けた係合凹部２８ａとこの係合凹部２８ａに係脱する係合ピン２８ｂとで構成するものである。
【００２８】
次に、上記のような構成から成る工作機械におけるアンギュラーヘッドの自動旋回装置の作用について説明する。
【００２９】
先ず、図１及び図３に示すようにアンギュラーヘッドのヘッド本体７の副主軸６にドリル，エンドミル，フライスカッター等の切削工具Ｗを取付け、主軸本体４に対してアンギュラーヘッドのヘッド本体７がロックされている状態、即ち、図７（ａ）に示すように、インデックスプレート９に形成された係合溝１５にロックピン１７の先端が係合している状態から、ロック状態を解除してヘッド本体７を９０度自動旋回させる場合には、図１０に示すように、主軸本体４及び副主軸６を備えたアンギュラーヘッドのヘッド本体７を図示しない駆動手段により下降させて、図１１に示すようにヘッド本体７をインデックステーブル本体１１のテーブルヘッド１０に当接させる。
【００３０】
すると、ヘッド本体７の下面から突出していたロック解除用ピン１８の先端のピン本体１８ａがヘッド本体７内に押し込まれると共に、前記インデックスプレート９に形成された係合溝１５に係合していたロックピン１７を弾性部材１６，１６ａの弾性力に抗して押し上げてロック状態を解除し、インデックスプレート９をフリー回転状態にし、また同時に、テーブルヘッド１０の上面に設けた係脱手段２５の複数の係合ピン２８ｂがヘッド本体７に形成してある係合凹部２８ａに係合する。
【００３１】
そして、主軸本体４及び副主軸６を備えたアンギュラーヘッドのヘッド本体７を更に下降させると共に、インデックステーブル本体１１のテーブルヘッド１０及び中心軸２１をスプリング等の弾性部材２３の弾性力に抗して所定の空間部Ｌに沿って押し下げると、テーブルヘッド１０は弾性部材２３を圧縮しながら支持台２２のストレートガイド面２２ａに沿って旋回下降し、また同時に中心軸２１と、この中心軸２１にキー２１ａを介して連結された支持台２２も所定の角度で旋回し、テーブルヘッド１０は最終的には支持台２２の段差部２２ｂの近傍まで下降する。
【００３２】
即ち、テーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２は、下降作動に伴ってガイド溝２６と、これに係合する複数本のガイドピン２７から成る旋回機構により、０度から４５度更に９０度に順次旋回し、これと同時に、テーブルヘッド１０の旋回に伴って、係脱手段２５で係合する副主軸６を備えたアンギュラーヘッドのヘッド本体７も同時に旋回するさとになる。
【００３３】
このような作動を更に具体的に説明すると、テーブルヘッド１０の通常位置Ｐａから下降位置Ｐ１でロック解除用ピン１８が解除され、下降位置Ｐ２でテーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２とが旋回を開始し、下降位置Ｐ３で４５度の旋回を完了する。また主軸本体４及び副主軸６を備えたヘッド本体７を上昇させて弾性部材２３の弾性力によりテーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２を上昇させて上昇位置Ｐｘの位置に戻すと、テーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２は、ガイド溝２６と、これに係合する複数本のガイドピン２７から成る旋回機構により９０度旋回することになる。
【００３４】
前記ガイド溝２６とガイドピン２７とから成る旋回機構と、テーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２の下降作動との関係は、図８及び図１２〜図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、先ずテーブルヘッド１０の通常位置Ｐａから下降位置Ｐ１でロック解除用ピン１８が解除され、下降位置Ｐ２でテーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２とが旋回を開始する時には、図１４（ａ）に示すように、ガイド溝２６の下側に係合していたガイドピン２７が、テーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２の下降位置Ｐ３までの下降により図１４（ｂ）に示すようにガイド溝２６の上側に移動してテーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２を４５度の旋回させる。
【００３５】
そして、上述したように、主軸本体４及び副主軸６を備えたヘッド本体７を上昇させて弾性部材２３の弾性力によりテーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２を上昇させて上昇位置Ｐｘの位置に戻すと、図１４（ｃ）に示すようにガイドピン２７がガイド溝２６の下側に移動してテーブルヘッド１０と中心軸２１及び支持台２２を９０度の旋回させることになる。
【００３６】
また、このような旋回動作に伴って、係脱手段２５で係合する副主軸６を備えたアンギュラーヘッドのヘッド本体７も９０度に旋回させることが出来るものである。
【００３７】
以上のように、この発明の実施形態では、特別な動力や、手動操作を行うことなく、副主軸６を備えたヘッド本体７をマシニングセンタのＺ軸移動を利用し、インデックステーブル本体１１のテーブルヘッド１０に押し付けるだけで旋回させることが出来る。
【００３８】
また、予め、加工に応じたアンギュラーヘッドを準備したり、高価なアンギュラーヘッドを容易する必要がないので安価であり、更に副主軸６にフライスカッター等の切削工具Ｗを取付けて剛性の高い加工も容易に行うことが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明を実施したアンギュラーヘッドの自動旋回装置を備えた旋回時における工作機械の正面図である。
【図２】アンギュラーヘッドの自動旋回装置を備えた旋回前の工作機械の正面図である。
【図３】副主軸を備えたアンギュラーヘッドのヘッド本体の一部拡大断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視底面図と、副主軸（切削工具）の移動軌跡の説明図である。
【図５】インデックスプレートの平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図７】（ａ）はインデックスプレートの係合溝に係合するロックピンとロック解除用ピンとの関係を示し、ロックピンが係合溝に係合している状態の断面図、（ｂ）はロック解除用ピンによりロックピンを解除した状態の断面図である。
【図８】インデックステーブル本体の断面図である。
【図９】インデックステーブル本体のテーブルヘッドの平面図である。
【図１０】副主軸を備えたアンギュラーヘッドのヘッド本体がインデックステーブル本体側に下降する状態を示す説明図である。
【図１１】アンギュラーヘッドのヘッド本体がインデックステーブル本体のテーブルヘッドに当接してヘッド本体が旋回する状態の説明図である。
【図１２】旋回機構のガイド溝とガイドピンとの関係を示す中心軸の一部断面図である。
【図１３】ガイド溝に対してガイドピンの移動軌跡を示す説明図である。
【図１４】（ａ）は通常状態におけるガイド溝とガイドピンとの関係を示す中心軸の断面図と、ガイド溝とガイドピンとの移動軌跡の関係を示す説明図、（ｂ）はアンギュラーヘッドのヘッド本体が４５度旋回した時のガイド溝とガイドピンとの関係を示す中心軸の断面図と、ガイド溝とガイドピンとの移動軌跡の関係を示す説明図、（ｃ）はアンギュラーヘッドのヘッド本体が９０度旋回した時のガイド溝とガイドピンとの関係を示す中心軸の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  工作機械のスピンドル            ２  主軸
３  軸受け部材                      ４  主軸本体
５  回転伝達機構                    ６  副主軸
５ａ  ベベルギャ                    ５ｂ  ベベルギャ
７  ヘッド本体                      ８  位置決め手段
９  インデックスプレート          １０  テーブルヘッド
１１  インデックステーブル本体      １２  係合手段
１３  係脱手段                      １４  旋回機構
１５  係合凹部                      １６，１６ａ  弾性部材
１７，１７ａ  ロックピン            １８  ロック解除用ピン
１８ａ  ピン本体                    ２０  ベース部材
２１  中心軸                        ２１ａ  キー
２２  支持台                        ２２ａ  ストレートガイド面
２２ｂ  段差部                      ２３  弾性部材
２４  ボルト                        ２５  係脱手段
２６  ガイド溝                      ２７  ガイドピン
２８ａ  係合凹部                    ２８ｂ  係合ピン
Ｗ  切削工具                        Ｌ  空間部
【図１】
2008036749.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008036749.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008036749.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008036749.tif 000011
【図１０】
2008036749.tif 000012
【図１１】
2008036749.tif 000013
【図１２】
2008036749.tif 000014
【図１３】
2008036749.tif 000015
【図１４】
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