(57)【要約】【課題】多軸工具を有する加工ヘッドを小型化でき、加工工程を統合化してワークの加工作業の効率を向上する工作機械の加工ヘッドを提供する。【解決手段】加工ヘッド６のハウジング１０の所定位置にメインスピンドル１５を回転可能に支持し、その基端部に被動歯車３５を嵌合固定し、電動モータ３２の回転軸３３の回転運動を用いて被動歯車３５及びメインスピンドル１５を回転する。スピンドル１５の外周面に対し複合アイドル歯車４１を相対回転可能に支持する。回転軸３３の回転運動を前記被動アイドル歯車４２に伝達する。複数のサブスピンドル１８，１９の基端部に嵌合固定された被動歯車４６，４７に複合アイドル歯車４１に設けた駆動アイドル歯車４３を噛み合わせる。回転軸３３が回転されると、メインスピンドル１５が回転されるとともに、複合アイドル歯車４１が回転され、サブスピンドル１８，１９及びメインスピンドル１５が時計回り方向に回転される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ヘッドのハウジングの所定位置に対し単一の駆動源により回転されるメインスピンドルを支持するとともに、該メインスピンドルと平行にサブスピンドルを回転可能に支持し、前記メインスピンドルの外周面に対し軸受を介して複合アイドル歯車を相対回転可能に嵌合支持し、前記複合アイドル歯車には被動アイドル歯車及び駆動アイドル歯車をスラスト方向に変位して設け、前記駆動源と前記被動アイドル歯車との間に歯車伝動機構を介在し、前記サブスピンドルに嵌合固定した被動歯車を、前記駆動アイドル歯車に噛み合わせたことを特徴とする工作機械の加工ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記サブスピンドルは前記メインスピンドルの周りに複数本配設されている工作機械の加工ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記サブスピンドルの外側にはさらに別のサブスピンドルが前記メインスピンドルと平行に設けられ、前記各サブスピンドルには駆動歯車が嵌合固定され、前記別のサブスピンドルには被動歯車が嵌合固定され、上記駆動歯車と被動歯車との間にはアイドル歯車が噛み合わされている工作機械の加工ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、前記複合アイドル歯車に設けた被動アイドル歯車の直径寸法は、駆動アイドル歯車の直径寸法よりも大きく設定されている工作機械の加工ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において前記メインスピンドルは前記駆動源の回転軸に直結されている工作機械の加工ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の加工ヘッドに係り、さらに詳しくはワークに対し複数の加工作業を同時に行うことがで、加工作業の能率を向上することができる工作機械の加工ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の加工ヘッドには、ワークに対し複数の加工作業を同時に行うため工具を保持したメインスピンドル及び複数のサブスピンドルが同期して同方向に回転可能に設けられている。
【０００３】
図４は第１工具１７ａを備えたメインスピンドル１５と、第２〜第４工具１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅを備えた第１〜第４のサブスピンドル１８，１９，２０，２１を示す平断面による加工ヘッドにおけるスピンドル配置を示すものである。図４に示すように一つの加工ヘッドに各スピンドルを装着することができれば、ワークに対し５箇所に穿孔作業を同時に行うことが可能である。この際、第１工具１７ａを保持した一本のメインスピンドル１５と、工具１７ｂ〜１７ｅを保持した４本のサブスピンドル１８，１９，２０，２１とをそれぞれ同じ時計回り方向に同期して回転する必要がある。そのため、図５に示すように前記メインスピンドル１５に嵌合固定した駆動歯車６１と、前記サブスピンドル２０及びサブスピンドル２１に嵌合固定した被動歯車６２，６３との間にアイドル軸６４及び６５に嵌合固定したアイドル歯車６６，６７を介在させる。そして、前記サブスピンドル１８及びサブスピンドル１９に嵌合固定した被動歯車６８，６９を前記アイドル歯車６６及び６７に噛み合わせる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５に示すようにアイドル軸６４，６５及びアイドル歯車６６，６７を別途配設した場合には、前記メインスピンドル１５を基準とした前記各サブスピンドル１８，１９，２０及び２１の配置座標をメインスピンドル１５から離隔する方向に変更しなければならず、所望するスペースに収まらないことになる。従って、例えばメインスピンドル１５、サブスピンドル２０，２１を装着した加工ヘッドを有する工作機械によって３箇所の穿孔作業を行った後に、サブスピンドル１８，１９を装着した別の工作機械によって残り２箇所の穿孔作業を行う必要がある。このため、加工ヘッドを小型化することができないばかりでなく、ワークの加工作業の能率が低下し、工作機械の設置台数が多くなり、設備コストを低減することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、加工ヘッドを小型化することができ、加工工程を統合化してワークの加工作業の効率を向上でき、工作機械の設置台数を低減して設備コストを低減することができる工作機械の加工ヘッドを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、加工ヘッドのハウジングの所定位置に対し単一の駆動源により回転されるメインスピンドルを支持するとともに、該メインスピンドルと平行にサブスピンドルを回転可能に支持し、前記メインスピンドルの外周面に対し軸受を介して複合アイドル歯車を相対回転可能に嵌合支持し、前記複合アイドル歯車には被動アイドル歯車及び駆動アイドル歯車をスラスト方向に変位して設け、前記駆動源と前記被動アイドル歯車との間に歯車伝動機構を介在し、前記サブスピンドルに嵌合固定した被動歯車を、前記駆動アイドル歯車に噛み合わせたことを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記サブスピンドルは前記メインスピンドルの周りに複数本配設されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記サブスピンドルの外側にはさらに別のサブスピンドルが前記メインスピンドルと平行に設けられ、前記各サブスピンドルには駆動歯車が嵌合固定され、前記別のサブスピンドルには被動歯車が嵌合固定され、上記駆動歯車と被動歯車との間にはアイドル歯車が噛み合わされていることを要旨とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記複合アイドル歯車に設けた被動アイドル歯車の直径寸法は、駆動アイドル歯車の直径寸法よりも大きく設定されていることを要旨とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において前記メインスピンドルは前記駆動源の回転軸に直結されていることを要旨とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した工作機械の加工ヘッドの一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
【００１１】
最初に、工作機械の概要を図３に基づいて説明する。ベッド１の左側上面にはワークＷを支持するためのワークテーブル２が配設されている。ベッド１の右側上面にはＺ軸案内レール３を介してＺ軸サドル４が図示しないＺ軸駆動機構によって、Ｚ軸（前後；図３の左右）方向の往復動可能に支持されている。前記Ｚ軸サドル５には加工ヘッド６が装着されている。
【００１２】
次に、前記加工ヘッド６の構成を図１及び図２に基づいて説明する。
図１は図３に示す加工ヘッド６の拡大平断面を表す。図１に示すように前記加工ヘッド６は箱型密閉状のハウジング１０を備え、このハウジング１０には第１〜第４取付基板１１，１２，１３，１４が互いに平行に備えられている。なお、第１取付基板１１はハウジング１０の壁部によって構成されている。
【００１３】
前記第１取付基板１１及び第４取付基板１４には軸受を介してメインスピンドル１５が所定位置において回転可能に支持されている。このメインスピンドル１５の先端部には工具ホルダ１６を介して第１工具１７ａが取り付けられている。前記第３及び第４取付基板１３，１４には前記メインスピンドル１５の外側に位置するように第１〜第４サブスピンドル１８，１９，２０，２１が軸受を介して前記メインスピンドル１５と平行になるように所定位置において回転可能に支持されている。前記サブスピンドル１８〜２１の先端部には工具ホルダ１６を介して第２〜第５工具１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅが装着されている。前記メインスピンドル１５、サブスピンドル１８〜２１及び第１〜第５工具１７ａ〜１７ｅは、図１のＡ−Ａ線断面を表す図２に示すように配置されている。
【００１４】
さらに、前記第３及び第４取付基板１３，１４には軸受を介して第５及び第６サブスピンドル２２，２３が所定位置において回転可能に支持されている。前記第５及び第６サブスピンドル２２，２３の先端部にも工具ホルダ１６を介して第６及び第７工具１７ｆ，１７ｇが装着されている。
【００１５】
次に、前記メインスピンドル１５を回転させるための回転駆動機構３０について説明する。
前記第１取付基板１１の外側壁面には取付台座３１を介して駆動源としての電動モータ３２が取り付けられ、その回転軸３３の先端部には駆動歯車３４が取り付けられている。前記メインスピンドル１５の基端部（図１の上端部）外周面には被動歯車３５が嵌合固定されている。前記第１及び第２取付基板１１及び１２には軸受を介してアイドル軸３７が所定位置において回転可能に支持され、このアイドル軸３７の外周部には前記被動歯車３５に噛み合わされたアイドル歯車３８が嵌合固定されている。このアイドル歯車３８と前記電動モータ３２の回転軸３３側の駆動歯車３４との間には図示しないが前記アイドル軸３７及びアイドル歯車３８と同様に構成されたアイドル軸及びアイドル歯車が２箇所に介在され、両アイドル歯車が前記駆動歯車３４の回転運動を前記アイドル歯車３８に伝達するようになっている。
【００１６】
従って、前記電動モータ３２の回転軸３３が駆動されて、回転軸３３及び駆動歯車３４がスラスト方向前方（図１の下方）から見て時計回り方向に回転されると、図示しないアイドル歯車、アイドル歯車３８及び被動歯車３５が順次回転され、メインスピンドル１５及び第１工具１７ａが時計回り方向に回転される。
【００１７】
次に、前記電動モータ３２の回転軸３３の回転運動を利用して前記第１〜第４サブスピンドル１８〜２１を前記メインスピンドル１５の回転方向と同じ時計回り方向に同期して回転させるための回転駆動機構について説明する。
【００１８】
前記メインスピンドル１５の外周面には前記被動歯車３５の下方に位置するように軸受を介して複合アイドル歯車４１が所定位置において相対回転可能に支持されている。この複合アイドル歯車４１の上端外周部には被動アイドル歯車４２が一体に形成され、下端外周部には前記被動アイドル歯車４２の外径寸法よりも小径寸法の駆動アイドル歯車４３が一体に形成されている。
【００１９】
前記第１及び第２取付基板１１，１２には前記メインスピンドル１５と平行にアイドル軸４４が所定位置において回転可能に支持され、このアイドル軸４４の外周には前記複合アイドル歯車４１の被動アイドル歯車４２に噛み合わされた駆動アイドル歯車４５が嵌合固定されている。前記電動モータ３２の回転軸３３側の駆動歯車３４と前記駆動アイドル歯車４５の間には図示しないが、駆動歯車３４の回転運動を駆動アイドル歯車４５に時計回り方向の回転運動として伝達するための歯車伝動機構が介在されている。
【００２０】
従って、前記駆動歯車３４が時計回り方向に回転されると、図示しない歯車伝動機構を介して駆動アイドル歯車４５が時計回り方向に回転され、複合アイドル歯車４１の被動アイドル歯車４２及び駆動アイドル歯車４３が図２に示すようにメインスピンドル１５の回転方向と反対の反時計回り方向に回転される。
【００２１】
前記第１サブスピンドル１８の基端部には、前記複合アイドル歯車４１の駆動アイドル歯車４３に噛み合わされた被動歯車４６が嵌合固定され、前記第２サブスピンドル１９の基端部外周面にも前記駆動アイドル歯車４３に噛み合わされた被動歯車４７が嵌合固定されている。同様にして、前記第３サブスピンドル２０及び第４サブスピンドル２１の基端部にも図２に示すように前記駆動アイドル歯車４３に噛み合わされた被動歯車４８，４９が嵌合固定されている。
【００２２】
次に、前記第１サブスピンドル１８の時計回り方向の回転運動を利用して前記第５サブスピンドル２２を同じく時計回り方向に回転させるための歯車伝動機構について説明する。
【００２３】
前記第１サブスピンドル１８の外周面には前記被動歯車４６の近傍に位置するように駆動歯車５１が嵌合固定されている。前記第３及び第４取付基板１３，１４には前記第１サブスピンドル１８と第５サブスピンドル２２の間に位置するようにアイドル軸５２が所定位置において回転可能に支持され、このアイドル軸５２の外周部には前記駆動歯車５１に噛み合わされたアイドル歯車５３が嵌合固定されている。前記第５サブスピンドル２２の基端部には、前記アイドル歯車５３に噛み合わされた被動歯車５４が嵌合固定されている。
【００２４】
次に、前記電動モータ３２の回転軸３３の時計回り方向の回転運動を利用して前記第６サブスピンドル２３を同じ時計回り方向に回転させるための歯車伝動機構について説明する。
【００２５】
前記第１及び第２取付基板１１，１２には前記駆動歯車３４に噛み合わされたアイドル歯車５５がアイドル軸（図示略）を介して支持されている。このアイドル歯車５５の回転運動が図示しない歯車伝動機構を介して前記第６サブスピンドル２３の基端部に嵌合固定された被動歯車５６に時計回り方向の回転運動として伝達されるようになっている。
【００２６】
次に、前記のように構成された前記加工ヘッド６の動作について説明する。
図１において、電動モータ３２の回転軸３３が駆動されると、前記回転軸３３及び駆動歯車３４が時計回り方向に回転され、図示しないアイドル歯車を介して前記アイドル歯車３８が回転され、前記被動歯車３５によって前記メインスピンドル１５及び第１工具１７ａが時計回り方向に回転される。
【００２７】
一方、前記駆動歯車３４の回転運動は図示しない歯車伝動機構を介して前記駆動アイドル歯車４５に時計回り方向の回転運動として伝達され、この駆動アイドル歯車４５によって複合アイドル歯車４１の被動アイドル歯車４２が反時計回り方向に回転される。このため、複合アイドル歯車４１の駆動アイドル歯車４３も反時計回り方向に回転され、この駆動アイドル歯車４３に噛み合う前記被動歯車４６，４７，４８，４９はそれぞれ時計回り方向に同期して回転される。従って、前記メインスピンドル１５、第１〜第４サブスピンドル１８，１９，２０，２１は全て時計回り方向に回転される。
【００２８】
さらに、前記第１サブスピンドル１８の時計回り方向の回転運動は前記駆動歯車５１及びアイドル歯車５３を介して被動歯車５４に伝達され、前記第５サブスピンドル２２及び工具１７ｆも時計回り方向に回転される。又、前記駆動歯車３４の回転運動は前記アイドル歯車５５及び図示しない歯車伝動機構を介して、被動歯車５６に時計回り方向の回転運動として伝達され前記第６サブスピンドル２３及び工具１７ｇも時計回り方向に回転される。
【００２９】
上記実施形態の工作機械の加工ヘッドによれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記メインスピンドル１５の基端部に被動歯車３５を嵌合固定し、この被動歯車３５を電動モータ３２及び回転軸３３に連結した駆動歯車３４及び歯車伝動機構を介して回転駆動するように構成した。又、前記メインスピンドル１５の中間部に被動アイドル歯車４２及び駆動アイドル歯車４３を備えた複合アイドル歯車４１を相対回転可能に支持し、前記被動アイドル歯車４２を前記電動モータ３２、回転軸３３、駆動歯車３４、歯車伝動機構（図示略）及び駆動アイドル歯車４５を介して回転駆動するように構成した。さらに、前記駆動アイドル歯車４３に第１〜第４サブスピンドル１８〜２１に嵌合固定した被動歯車４６〜４９を噛み合わせ、各サブスピンドル１８〜２１をそれぞれ時計回り方向に回転駆動するように構成した。
【００３０】
従って、前記メインスピンドル１５が前記複合アイドル歯車４１のアイドル軸を兼用することになり、複合アイドル歯車４１もメインスピンドル１５のスラスト方向から見て被動歯車３５と対応する位置に配置することができる。このため、前記メインスピンドル１５に対するサブスピンドル１８〜２１の設置座標をスラスト方向と直交する方向に大きくする必要はなく、所定のスペース内において各サブスピンドル１８〜２１を配置して、同方向に同期して回転させることができる。これにより、第１〜第５工具１７ａ〜１７ｅによりワークに対し５箇所の穿孔等の加工作業を同時に行うことができ、加工作業能率を向上して加工コストの低減を図ることができる。又、加工ヘッド６を小型化することができるとともに、加工作業を複数の工作機械により複数回に分けて行う必要がなくなり、工作機械の設置台数を低減して、設備コストを低減することができる。
【００３１】
（２）上記実施形態では、前記複合アイドル歯車４１の被動アイドル歯車４２の外形寸法よりも前記駆動アイドル歯車４３の外形寸法を小さく設定した。このため、駆動アイドル歯車４３に噛み合わされる被動歯車４６〜４９の個数、従って、サブスピンドル１８〜２１の本数を増加することができ、狭いスペース内において多数のサブスピンドルを同時に同方向に回転させることが可能となる。
【００３２】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○  前記複合アイドル歯車４１の駆動アイドル歯車４３に噛み合わされるサブ被動歯車を有するスピンドルの本数を１本、２本、３本、５本、あるいはそれ以上の任意の本数に設定してもよい。
【００３３】
○  一つの加工ヘッド６に対して前記メインスピンドル１５及び複合アイドル歯車４１と同様の機構を複数箇所に分散してもよい。
○  前記メインスピンドル１５の基端部を前記第１取付基板１１を貫通して外部に突出させ、この突出部を前記電動モータ３２の回転軸３３によって直接回転するように構成してもよい。この場合には歯車伝動機構の部品点数を低減することができる。
【００３４】
○  前記複合アイドル歯車４１の駆動アイドル歯車４３の直径寸法を小さくするため、複合アイドル歯車４１の軸受を駆動アイドル歯車４３からスラスト方向に変位し、駆動アイドル歯車４３の内周面をメインスピンドル１５の外周面に接近させてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明は多軸工具を有する加工ヘッドにおけるアイドル歯車の取付位置をスピンドル軸上に設定することにより、加工ヘッドを小型化することができ、加工工程を統合化してワークの加工作業の効率を向上し、工作機械の設置台数を低減して設備コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を具体化した工作機械の加工ヘッドの水平断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】工作機械の概略構成を示すに正面図。
【図４】従来の加工ヘッドのメインスピンドル及びサブスピンドルのレイアウトを示す横断面図。
【図５】従来の加工ヘッドのメインスピンドル及び各サブスピンドルの回転駆動機構を示す横断面図。
【符号の説明】６…加工ヘッド、１０…ハウジング、１５…メインスピンドル、１８〜２１…第１〜第４サブスピンドル、３３…回転軸、３４，５１…駆動歯車、３５，４６〜４９…被動歯車、３８…アイドル歯車、４１…複合アイドル歯車、４２…被動アイドル歯車、４３，４５…駆動アイドル歯車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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