(57)【要約】【課題】指令値と実際の刃物の移動値との誤差をなくして加工精度を高くする。【解決手段】スピンドル（１０）の先端側の軸心部にこれと直交する支点軸（１２）を介して軸方向に延びる刃物支持アーム（１１）を揺動可能にかつ相対回転不能に設け、該刃物支持アーム（１１）の後部に前記支点軸（１２）と平行する係合ピン（１７）を設け、前記スピンドル（１０）の内深部に軸方向に移動されるドローバー（２０）を設け、該ドローバー（２０）に前記係合ピン（１７）と摺動可能に係合する係合体（２１）を設け、該係合体（２１）の前記係合ピン（１７）との摺動面を前記ドローバー（２０）の往復移動と刃物支持アーム（１１）の先端の半径方向の移動とを比例関係に保持する曲面とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドル（１０）の先端側の軸心部にこれと直交する支点軸（１２）を介して軸方向に延びる刃物支持アーム（１１）を揺動可能にかつ相対回転不能に設け、該刃物支持アーム（１１）の後部に前記支点軸（１２）と平行する係合ピン（１７）を設け、前記スピンドル（１０）の内深部に軸方向に移動されるドローバー（２０）を設け、該ドローバー（２０）に前記係合ピン（１７）と摺動可能に係合する係合体（２１）を設け、該係合体（２１）の前記係合ピン（１７）との摺動面を前記ドローバー（２０）の往復移動と刃物支持アーム（１１）の先端の半径方向の移動とを比例関係に保持する曲面としたことを特徴とする工作機の刃物偏倚装置。
【請求項２】
刃物支持アーム（１１）の揺動中心部であってかつ該刃物支持アーム（１１）の揺動中心（Ｏ）と直交する線上に、該揺動中心（Ｏ）を挟んで相対するウエイト（１４ａ，１４ｂ）を設け、該ウエイト（１４ａ，１４ｂ）によるスピンドル（１０）回転時の回転モーメント（Ｓ３）を、スピンドル（１０）回転時に発生する刃物支持アーム（１１）の回転モーメント（Ｓ１，Ｓ２）に対して逆向きにかつ略等しくしたことを特徴とする請求項１記載の工作機の刃物偏倚装置。
【請求項３】
刃物支持アーム（１１）の後部に支点軸（１２）と平行する係合ピン（１７）を回転自在に設け、該係合ピン（１７）の端面に歯形状の係合歯（１７ａ）を所定ピッチで並列形成し、ドローバー（２０）に設けた係合体（２１）に該ドローバー（２０）の移動方向に延出びるラック歯（２１ａ）を形成するとともに、該ラック歯（２１ａ）を前記ドローバー（２０）の往復移動と刃物支持アーム（１１）の先端の半径方向の移動とを比例関係に保持する如く湾曲させて延出させ、該ラック歯（２１ａ）を前記係合歯（１７ａ）に摺動可能に噛み合わせたことを特徴とする請求項１又は２記載の工作機の刃物偏倚装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルに刃物を取り付けてワークの端面加工、あるいは孔あけ加工等を行う工作機に関し、特にスピンドルによって回転される刃物を該スピンドルに対して半径方向に移動調節できるようにした工作機の刃物偏倚装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、図５〜図７に示すものがあった。図５において、１はスピンドル、２はスピンドル１の先端側（図５において左端側）に取り付けた刃物支持アームであり、後部側をスピンドル１の軸心部に嵌合させるとともに、その前後方向中間部を支点軸３を介して上記スピンドル１に図５において上下揺動可能に支持する。上記刃物支持アーム２の後端部（図５において右端部）に係合ピン４を取り付ける。この係合ピン４は、上記支点軸３と平行に配置して刃物支持アーム２の後端部に回転自在に取り付け、その両端を刃物支持アーム２の両側面から突出させ、該突出端面にセレーション４ａを形成する。
【０００３】
上記刃物支持アーム２の先端部はスピンドル１から前方（図５において左方）に突出させ、該突出部にホルダ５を介して刃物６を取り付ける。この刃物６はホルダ５の端部外周に取付けられて初期刃先半径Ｄ２（図７）を有する。また、上記スピンドル１の内深部、つまり刃物支持アーム２の後方に位置するスピンドル１の軸心部に軸方向に移動されるドローバー７を嵌合させ、該ドローバー７の前端部に係合体８を取り付ける。この係合体８は２枚の板材を対面させ、該対面側に前方に下り傾斜して直線に延びるセレーション８ａを形成してなり、このセレーション８ａを図６に示すように、前述した係合ピン４のセレーション４ａに摺動可能に噛み合わせる。なお、上記セレーション４ａ，８ａの圧力角は６０度となっている。
【０００４】
そして、上記ドローバー７を介して係合体８を前後方向に移動調節することにより、係合ピン４のセレーション４ａに対する係合体８のセレーション８ａの噛合位置を前後方向に移動させ、上記刃物支持アーム２を支点軸３を中心とする揺動角度αを調節して該刃物支持アーム２の先端部に取り付けた刃物６のスピンドル軸心Ｅに対する半径方向の偏倚量、即ち、刃先半径Ｄ１を調節する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のものは、係合体８のセレーション８ａが直線となって傾斜していたため、ドローバー７の軸方向の移動量に対し、刃物６のスピンドル軸心Ｅに対する半径方向の移動量が比例しなくなる。例えば、図５、図７に示すように、支点軸３の中心Ｏ〜刃物６の刃先間の距離Ａと、中心Ｏ〜係合ピン４の中心間の距離Ｂとを共に１１０ｍｍ、係合体８の軸方向の移動量Ｃを４０ｍｍ、セレーション歯８ａの傾斜角度を上記移動量Ｃに対する半径方向の移動量（スピンドル軸心Ｅに対する半径方向の移動量）が８ｍｍとなるようにし、この状態で図７において、係合体８を移動支点Ａ０から最前進点Ａ２まで前進させると、係合ピン４が移動支点Ｂ０から最下移動点Ｂ２まで移動し、これに伴って刃物６の刃先が移動支点Ｃ０から最大径点Ｃ２まで移動することになる。
【０００６】
この場合、上記刃物６は円弧運動するため、刃物６のスピンドル軸心Ｅに対する半径方向の移動量（刃先半径Ｄ１）は、係合体８が前進（点Ａ０→点Ａ２）するに従って次第に減少することになる。即ち、所定の指令値によって上記係合体８を軸方向に移動させると、図４の誤差曲線Ｇ１で示すように、係合体８の移動に対する刃物６の半径方向への移動誤差が、係合体８の移動量が大きくなるに従って大きくなる。計算によると、係合体８の最前進点Ａ２における刃物６の刃先半径Ｄ１は、指令値に対して約０．０５３ｍｍの誤差が発生することになる。このため従来では、高精度の加工が困難になるものであった。
【０００７】
また、上記従来のものは、スピンドル１が回転すると、刃物支持アーム２に刃物６が大径方向に移動する回転モーメントが発生し、高速回転に適さないものであった。即ち、刃物支持アーム２がスピンドル１の軸心Ｅを中心として回転すると、支点軸３の中心Ｏに対する刃物支持アーム２の前部側の回転モーメントＳ１と後部側の回転モーメントＳ２とが同回転（図５において右回転）方向に働くことになる。この場合、支点軸３の中心Ｏに対する刃物支持アーム２の前部側の質量Ｍ１と後部側の質量Ｍ２とを等しくし、かつ、支点軸３の中心Ｏに対す上記前部側の質量Ｍ１までの距離Ｌ１と後部側の質量Ｍ２までの距離Ｌ２とを等しくすれば、スピンドル１に作用する質量Ｍ１，Ｍ２の遠心力Ｔ１，Ｔ２は釣り合うことになるが、上記回転モーメントＳ１，Ｓ２を釣り合わせることはできない。このため、上記従来のものは、高速回転による加工が困難になるものであった。本発明は、上記不具合を解消した新規な工作機の刃物偏倚装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下の如く構成したものである。即ち、請求項１に係る発明は、スピンドルの先端側の軸心部にこれと直交する支点軸を介して軸方向に延びる刃物支持アームを揺動可能にかつ相対回転不能に設け、該刃物支持アームの後部に前記支点軸と平行する係合ピンを設け、前記スピンドルの内深部に軸方向に移動されるドローバーを設け、該ドローバーに前記係合ピンと摺動可能に係合する係合体を設け、該係合体の前記係合ピンとの摺動面を前記ドローバーの往復移動と刃物支持アームの先端の半径方向の移動とを比例関係に保持する曲面としたものである。
また、請求項２に係る発明は、前記刃物支持アームの揺動中心部であってかつ該刃物支持アームの揺動中心と直交する線上に、該揺動中心を挟んで相対するウエイトを設け、該ウエイトによるスピンドル回転時の回転モーメントを、スピンドル回転時に発生する刃物支持アームの回転モーメントに対して逆向きにかつ略等しくしたものである。
また、請求項３に係る発明は、前記刃物支持アームの後部に支点軸と平行する係合ピンを回転自在に設け、該係合ピンの端面に歯形状の係合歯を所定ピッチで並列形成し、ドローバーに設けた係合体に該ドローバーの移動方向に延出びるラック歯を形成するとともに、該ラック歯を前記ドローバーの往復移動と刃物支持アームの先端の半径方向の移動とを比例関係に保持する如く湾曲させて延出させ、該ラック歯を前記係合歯に摺動可能に噛み合わせたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。図面において、図１は本発明の実施例を示す説明用側面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図、図３は本発明の動作説明図、図４は係合体の移動量に対する刃物の移動誤差とラック歯の湾曲との関係を示す対比曲線図である。
【００１０】
図１において、１０はスピンドル、１１はスピンドル１０の先端側（図１において左端側）に取り付けた刃物支持アームであり、後部側をスピンドル１０の軸心部に嵌合させるとともに、その前後方向中間部を支点軸１２を介して上記スピンドル１０に図１において上下揺動可能に支持する。上記刃物支持アーム１１の揺動中心部に、ブラケット１３を介して一対のウエイト１４ａ，１４ｂを取り付ける。このウエイト１４ａ，１４ｂは共に同じ質量Ｗ，Ｗとし、上記刃物支持アーム１１の揺動中心Ｏと直交する線上であってかつ該揺動中心Ｏを挟んで対向させる。
【００１１】
上記刃物支持アーム１１の先端部はスピンドル１０から前方（図１において左方）に突出させ、該突出部にホルダ１５を介して刃物１６を取り付ける。また、上記刃物支持アーム１１の後部（図１において右部）に上記支点軸１２と平行する係合ピン１７を回転自在に取り付ける。この係合ピン１７は、その両端を刃物支持アーム１１の両側面から突出させ、該突出端面に円弧状の係合歯（ラック歯）１７ａを形成する。
【００１２】
上記スピンドル１０の内深部、つまり刃物支持アーム１１の後方に位置するスピンドル１０の軸心部に軸方向に移動されるドローバー２０を嵌合させ、該ドローバー２０の前端部に係合体２１を取り付ける。この係合体２１は２枚の板材を対面させ、該対面側に円弧状に湾曲して前方に下り傾斜するラック歯２１ａを形成してなり、このラック歯２１ａを図２に示すように、前述した係合ピン１７の係合歯１７ａに摺動可能に噛み合わせる。上記ラック歯２１ａの湾曲形態は、図５に示すように、前述した誤差曲線Ｇ１に対して線対象の補正曲線Ｇ２の特性を有する湾曲形態とする。なお、上記係合歯１７ａおよびラック歯２１ａの圧力角は図２に示すように約２０度とする。
【００１３】
そして、上記ドローバー２０を介して係合体２１を前後方向に移動調節することにより、係合ピン１７の係合歯１７ａに対する係合体２１のラック歯２１ａの噛合位置を前後方向に移動させて上記刃物支持アーム１１の支点軸１２を中心とする揺動角度αを調節し、該刃物支持アーム１１の先端部に取り付けた刃物１６の刃先のスピンドル軸心Ｅに対する半径方向の偏倚量、即ち刃先半径Ｄ１を調節する。
【００１４】
ここで、刃物支持アーム１１の前部側の質量をＭ１，後部側の質量をＭ２，ウエイト１７の質量をＷ、質量Ｍ１，Ｍ２の支点軸中心Ｏに対する距離をＬ１、Ｌ２、質量Ｗの支点軸中心Ｏに対する半径をＲ、刃物支持アーム１１の傾斜角度をαとしたとき、スピンドル１０に対するＭ１，Ｍ２，Ｗに働く遠心力Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は下記式となる。
Ｔ１＝Ｍ１Ｌ１ｓｉｎαＷ２
Ｔ２＝Ｍ２Ｌ２ｓｉｎαＷ２
Ｔ３＝ＷＲｃｏｓαＷ２
そこで、本発明は、下記式
Ｔ１＋Ｔ３＝Ｔ２＋Ｔ３
Ｔ１＝Ｔ２
Ｍ１Ｌ１ｓｉｎαＷ２＝Ｍ２Ｌ２ｓｉｎαＷ２
Ｍ１Ｌ１＝Ｍ２Ｌ２・・・・・（１）
において、（１）の式が成り立つように、Ｍ１，Ｌ１，Ｍ２，Ｌ２を設定してスピンドル１０の上側の遠心力（Ｔ１，Ｔ３の和）と下側の遠心力（Ｔ２，Ｔ３の和）を等しくする。
【００１５】
また、支点軸中心Ｏに対する回転モーメントＳ１，Ｓ２，Ｓ３は下記式となる。
Ｓ１＝Ｔ１Ｌ１ｃｏｓα＝Ｍ１Ｌ１２Ｗ２ｓｉｎαｃｏｓα
Ｓ２＝Ｔ２Ｌ２ｃｏｓα＝Ｍ２Ｌ２２Ｗ２ｓｉｎαｃｏｓα
Ｓ３＝Ｔ３Ｒｓｉｎα＝ＷＲ２Ｗ２ｓｉｎαｃｏｓα
そこで、本発明は、下記式
Ｓ１＋Ｓ２＝Ｓ３＋Ｓ３＝２Ｓ３
Ｍ１Ｌ１２Ｗ２ｓｉｎαｃｏｓα＋Ｍ２Ｌ２２Ｗ２ｓｉｎαｃｏｓα＝２ＷＲ２Ｗ２ｓｉｎαｃｏｓα
Ｍ１Ｌ１２＝Ｍ２Ｌ２２＝２ＷＲ２・・・・（２）
において、（２）の式が成り立つように、Ｍ１，Ｌ１，　Ｍ２，Ｌ２，Ｗ，Ｒを設定して支点軸中心Ｏに対する右回りの回転モーメント（Ｓ１，Ｓ２）と左回りの回転モーメント（Ｓ３，Ｓ３）とを等しくする。
【００１６】
なお、本発明は、係合体２１のラック歯２１を長孔、あるいは溝に換え、これを係合ピン１７の軸端部に摺動可能に嵌合させるようにしてもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな如く、請求項１に係る発明は、スピンドルに揺動可能に支持される刃物支持アームの後部に係合ピンを設け、ドローバーにより軸方向に移動されて前記係合ピンと摺動可能に係合し、該係合ピンを介して前記刃物支持アームを揺動調節する係合体を設け、該係合体の係合ピンとの摺動面を、ドローバーの往復移動と刃物支持アームの先端の半径方向の移動とを比例関係に保持する曲面としたので、指令値と実際の刃物の移動値とに誤差が発生しなくなり、加工精度が高くなる。
また、請求項２に係る発明は、前記刃物支持アームの揺動中心部にウエイトを設け、該ウエイトによるスピンドル回転時の回転モーメントを、スピンドル回転時に発生する刃物支持アームの回転モーメントに対して逆向きにかつ略等しくしたので、刃物支持アームの任意の揺動角度において、スピンドル回転時に発生する刃物支持アームの回転モーメントが均衡し、高速回転が可能となる。
また、請求項３に係る発明は、係合ピンと係合体とをラック歯により摺動可能に噛み合わせ、係合体のラック歯をドローバーの往復移動と刃物の半径方向の移動とを比例関係に保持する如く湾曲させたので、係合ピンと係合体との係合力が大きくなるとともに、摺動部の磨耗による遊びが少なくなって刃物支持アームの作動が長期にわたって安定することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す説明用側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本発明の動作説明図である。
【図４】係合体の移動量に対する刃物の移動誤差とラック歯の湾曲との関係を示す対比曲線図である。
【図５】従来例を示す説明用側面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】従来の動作説明図である。
【符号の説明】
１０　　スピンドル
１１　　刃物支持アーム
１２　　　支点軸
１３　　　ブラケット
１４ａ，１４ｂ　　ウエイト
１５　　ホルダ
１６　　刃物
１７　　係合ピン
１７ａ　係合歯（ラック歯）
２０　　ドローバー
２１　　係合体
２１ａ　ラック歯
【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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【図６】
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【図７】
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