(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを支持可能な主軸と、周囲に複数の工具を装着自在であって、１つの工具を主軸に支持されたワーク側に旋回して割出せるタレットとを備えたタレット旋盤であって、
前記工具の少なくともに１つは、タレットの周囲に取り付けた工具旋回ユニットに装着されたものであり、この工具旋回ユニットは、前記ワークを球面状に加工するために、工具がほぼワークの球面中心に向かう姿勢を維持した状態で工具の刃先を円弧軌跡上で旋回させるものであり、
前記タレットは、前記工具旋回ユニットを駆動する旋回駆動機構を内蔵したものであるタレット旋盤。
【請求項２】
前記工具旋回ユニットは、タレットの旋回中心線と直交する工具旋回中心線回りに工具を旋回するものである請求項１記載のタレット旋盤。
【請求項３】
前記旋回駆動機構は、タレットの旋回中心線と直交する軸心を有するドライブ軸を備え、前記工具旋回ユニットは、前記ドライブ軸と結合する回転伝達軸と、この回転伝達軸に設けた駆動側歯車と、この駆動側歯車と噛合する従動側歯車と、この従動側歯車に取り付けられ、従動側歯車の中心位置から外れた位置に、刃先が従動側歯車の中心方向を向くように工具を装着可能な工具ホルダとより成る請求項１または請求項２記載のタレット旋盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボールジョイントのようなワークの球面加工に用いられるタレット旋盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワークを球面状に加工する場合、旋盤で球面形状に加工した後、転造機にて転造加工するという方法が採られている。上記旋盤による球面加工の方法は、図９に示すように、チャック８０に把持されたワークＷに対して、バイト８１の切込量を変えながら送りを行うことにより、バイト８１の刃先を円弧軌道上で移動させるというものである。
【０００３】
また、タレット刃物台に、ワークを支持する主軸と直交する旋回軸回りに旋回自在に工具を取り付け、工具を前記旋回軸回りに旋回させながらワークを切削することにより、ワークに球面加工をする旋盤が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−３０８９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の旋盤と転造機を併用する方法は、複数の機械を使用するため、ワークの付け替えに時間がかかることから作業能率が悪く、かつワーク付け替え時に誤差が生じやすいことから加工精度に難がある。
【０００５】
また、特許文献１に記載の旋盤は、工具を旋回させる旋回駆動手段がタレットの外周部に設けられているため、周辺部を含むタレット装置全体が大型化するという問題がある。さらに、タレットインデックスクリアランスの接線方向（例えば鉛直方向）の旋回軸回りに工具が旋回するため、旋回位置によっては工具がタレットの径方向外側に大きく張り出すこととなり、タレットインデックスクリアランスが大きくなる。このことから、旋盤自体を大きくしなければならないという不具合が生じる。
【０００６】
この発明の目的は、ワークの工具にかかる負荷が安定し、球面状に精度良く加工できるタレット旋盤を提供することである。
この発明の他の目的は、タレットインデックスクリアランスを小さくでき、旋盤の大型化を抑制することである。
この発明のさらに他の目的は、タレットから入力される回転の減速比を調整可能とすることで、工具の旋回速度をワークの種類や各種加工条件に応じて変更できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のタレット旋盤は、ワークを支持可能な主軸と、周囲に複数の工具を装着自在であって、１つの工具を主軸に支持されたワーク側に旋回して割出せるタレットとを備えたタレット旋盤であって、前記工具の少なくともに１つは、タレットの周囲に取り付けた工具旋回ユニットに装着されたものであり、この工具旋回ユニットは、前記ワークを球面状に加工するために、工具がほぼワークの球面中心に向かう姿勢を維持した状態で工具の刃先を円弧軌跡上で旋回させるものであり、前記タレットは、前記工具旋回ユニットを駆動する旋回駆動機構を内蔵したものである。
この発明のタレット旋盤によると、工具旋回ユニットにより、工具の刃先を円弧軌跡上で旋回させることで、ワークを球面状に加工することができる。このとき、工具はワークの球面中心に向かう姿勢を維持するため、ワークの工具にかかる負荷が安定しており、精度良く加工することができる。工具旋回ユニットを駆動する旋回駆動機構がタレットに内蔵されているため、タレット装置が大型化しない。
【０００８】
この発明において、前記工具旋回ユニットは、タレットの旋回中心線と直交する工具旋回中心線回りに工具を旋回するものであるのが良い。
この構成であると、工具旋回ユニットにより、工具の刃先を円弧軌跡上で旋回させても、工具のタレット径方向位置が変化しないため、タレットインデックスクリアランスが大きくなることを防げる。
【０００９】
また、この発明において、前記旋回駆動機構は、タレットの旋回中心線と直交する軸心を有するドライブ軸を備え、前記工具旋回ユニットは、前記ドライブ軸と結合する回転伝達軸と、この回転伝達軸に設けた駆動側歯車と、この駆動側歯車と噛合する従動側歯車と、この従動側歯車に取り付けられ、従動側歯車の中心位置から外れた位置に、刃先が従動側歯車の中心方向を向くように工具を装着可能な工具ホルダとより成る。
この構成によれば、ドライブ軸と回転伝達軸との結合を解除することで、タレットから工具旋回ユニットを取り外すことができる。このため、加工条件に応じて、駆動側歯車と従動側歯車との伝動比（減速比）が異なる工具旋回ユニットに交換することが可能で、最適な状態で球面加工を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のタレット旋盤は、ワークを支持可能な主軸と、周囲に複数の工具を装着自在であって、１つの工具を主軸に支持されたワーク側に旋回して割出せるタレットとを備えたタレット旋盤であって、前記工具の少なくともに１つは、タレットの周囲に取り付けた工具旋回ユニットに装着されたものであり、この工具旋回ユニットは、前記ワークを球面状に加工するために、工具がほぼワークの球面中心に向かう姿勢を維持した状態で工具の刃先を円弧軌跡上で旋回させるものであり、前記タレットは、前記工具旋回ユニットを駆動する旋回駆動機構を内蔵したため、ワークの工具にかかる負荷が安定し、球面状に精度良く加工でき、タレット装置が大型化しない。
【００１１】
前記工具旋回ユニットが、タレットの旋回中心線と直交する工具旋回中心線回りに工具を旋回するものである場合は、タレット装置の最大半径を小さくでき、旋盤の大型化を抑制できる。
【００１２】
また、前記旋回駆動機構が、タレットの旋回中心線と直交する軸心を有するドライブ軸を備え、前記工具旋回ユニットは、前記ドライブ軸と結合する回転伝達軸と、この回転伝達軸に設けた駆動側歯車と、この駆動側歯車と噛合する従動側歯車と、この従動側歯車に取り付けられ、従動側歯車の中心位置から外れた位置に、刃先が従動側歯車の中心方向を向くように工具を装着可能な工具ホルダとより成る場合は、タレットから入力される回転の減速比を調整することが可能であるため、工具の旋回速度をワークの種類や各種加工条件に応じて変更でき、最適な状態で球面加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。このタレット旋盤は、図１の平面図に示されるように、ベッド１上に主軸台２およびタレット刃物台６が設置されている。主軸台２には主軸３が設けられ、この主軸３は、主軸台２の下方等でベッド１に設置された主軸モータ４により回転駆動される。主軸３は、主軸チャック５を有していて、ワークＷを把持可能である。
【００１４】
タレット刃物台６は、刃物台移動機構７に設置されて、直交する２軸（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）方向に移動可能とされている。刃物台移動機構７は、ベッド１に案内８を介して進退自在に設置された送り台９を備え、この送り台９にタレット刃物台６を、送り台移動方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｚ軸方向）に移動自在に設置している。刃物台移動機構７は、この送り台９を進退させる送り台進退機構１０と、送り台９に設置されてタレット刃物台６を進退させるタレット進退機構１１とを備える。これら送り台進退機構１０および刃物台進退機構１１は、各々ボールねじ機構等の送りねじ機構１２，１３と、そのねじ軸を回転させるサーボモータ等の駆動源１４，１５とで構成される。
【００１５】
タレット刃物台６は、正面形状が多角形のドラム状をしたタレット１６を備え、このタレット１６の各平面状の周面部分が工具ステーションＳとなっている。各工具ステーションＳには、バイト等の各種の工具が装着される。この実施形態は、タレット１６が正１０角形のドラム状であり、１０箇所の工具ステーションＳを有する。そして、そのうちの少なくとも１つの工具ステーションＳに、球面加工用の工具６５が工具旋回ユニット１７を介して装着される。タレット１６は、任意の工具ステーションＳが主軸３に対応する位置となるように、後述する割出機構の駆動で割出可能である。
【００１６】
図２はタレット刃物台６の内部構造を示す図である。タレット刃物台６、固定フレーム２２と、固定フレーム２２に対して旋回自在に設けられて先端に前記タレット１６を有する中空の旋回軸２４と、この旋回軸２４に挿通された中空の不旋回軸２６と、この不旋回軸２６の先端に設けられてドライブ軸２８を支持する不旋回部材２７とを有する。不旋回軸２６内に駆動伝達軸２９が挿通され、伝達機構３０を介して駆動伝達軸２９からドライブ軸２８に回転が伝達される。
【００１７】
不旋回部材２５の外周に周方向に沿ってガイド３５が設けられ、ガイド３５はタレット１６に装着された回転工具３６のタレット１６の旋回に伴う移動を、回転角度を一定に保持しながら案内する。タレット１６と固定フレーム２２との間には噛合カップリング３４が設けてある。この噛合カップリング３４は、３ピースカップリングであり、タレット１６の後部に設けられた第１継手歯３１と、固定フレーム２２に設けられた第２継手歯３２と、これら第１、第２継手歯３１，３２の両方に係脱自在な第３継手歯３３とを有する。第３継手歯３３は、係脱駆動源４０により前後に進退駆動される。
【００１８】
固定フレーム２２は、支持台５２に固定状態に設置されている。不旋回軸２６は、後端で固定フレーム２２に対して連結部材３８，３９で連結されている。連結部材３８，３９は、それぞれボルトおよび位置決めピンからなる。
タレット１６は、旋回軸２４の部分において、不旋回軸２６の外周に軸受４２を介して回転自在に支持されている。タレット１６の後部の外周にリング歯車等の歯車部４３を有し、タレット割出用モータ（図示せず）により駆動されるタレット駆動軸４４に設けられた歯車４５が、タレット１６の歯車部４３に噛み合っている。
【００１９】
噛合カップリング３４の第１継手歯３１および第２継手歯３２は、互いに同心のリング状に設けられ、同じ軸方向位置で後ろ向きに設けられている。これら継手歯３１，３２は、噛み合い歯が円周方向に並んで形成されたものであり、各歯の円周方向の断面形状は、例えば台形状に形成されている。第３継手歯３３は、第１および第２の継手歯３１，３２の両方に噛み合う径方向幅を有するリング状の部材である。
【００２０】
噛合カップリング３４の係脱駆動源４０は、固定フレーム３２に内蔵された油圧シリンダ等の流体圧シリンダからなり、前後移動自在なピストン４１を有している。噛合カップリング３４の第３継手歯３３は、ピストン４１の前方に設けられている。ピストン４１はリング状の部材であり、固定フレーム２２の段付き円筒面状の内周面部に進退自在に嵌合している。ピストン４１に流体圧を作用させる前後の流体圧室５３ａ，５３ｂは、ピストン４１の外周側において固定フレーム２２に設けられ、それぞれ流体路５４ａ，５４ｂ（図３参照）に連通している。
【００２１】
図２において、駆動伝達軸２９は、工具旋回ユニット１７または他の回転工具１８を駆動する軸であり、後端でモータ等の工具回転駆動源に伝達機構（図示せず）を介して接続されている。駆動伝達軸２９は後部が軸受４６を介して支持台５２に支持され、前部が軸受４７により不旋回軸２６に支持されている。
ドライブ軸２８は、所定位置で軸受４８，４９により不旋回部材２７に回転自在に支持され、タレット１６の旋回中心線Ｏ１と直交する方向、すなわちタレット１６の半径方向に延びている。駆動伝達軸２９から工具伝達軸２８に回転伝達する伝達機構３０は、両軸２９，２８にそれぞれ設けられて互いに噛み合う一対の傘歯車５０，５１からなる。
駆動伝達軸２９、伝達機構３０、およびドライブ軸２８で、工具旋回ユニット１７を駆動する旋回駆動機構を構成している。この旋回駆動機構はタレット１６に内蔵されている。
【００２２】
図４および図５に示すように、工具旋回ユニット１７は、前記ドライブ軸２８と後述する結合手段６０により結合される回転伝達軸６１と、この回転伝達軸６１と一体回転するように設けた駆動側歯車６２と、この駆動側歯車６２と噛合する従動側歯車６３と、この従動側歯車６３の支持軸６３ａに取付けられた工具ホルダ６４とより成る。工具ホルダ６４は、従動側歯車６３の中心位置から外れた位置に、刃先が従動側歯車の中心方向を向くように工具６５を装着可能である。駆動側歯車６２および従動側歯車６３はいずれも平歯車であり、駆動側歯車６２よりも従動側歯車６３の方が歯数が多く、回転伝達軸６１から支持軸６３ａに減速して回転を伝達するようになっている。
【００２３】
駆動側歯車６２および従動側歯車６３を収容するハウジング６６は、複数本（この実施形態では４本）のボルト６７によりタレット１６の周面に固定される。ボルト６７を挿通するハウジング６６のボルト孔６８は、ボルト径に対して大きめの孔とされ、ボルト孔６８におけるボルト６７の挿通位置を変更することにより、タレット１６に対するハウジング６６の取付角度を調節可能である。
【００２４】
前記結合手段６０は、図６に示すように、ドライブ軸２８の先端面に直線溝状の凹部２８ａを形成し、この凹部２８ａに噛み合う直線状の凸部６１ａを、工具旋回ユニット１７の回転伝達軸６１の回転入力側の端部に形成したものである。ドライブ軸２８は位置固定であるが、結合手段６０の凹部２８ａと凸部６１ａとは、その直線状の形状により、タレット１６の回転方向に係脱自在となっている。
【００２５】
ガイド３５（図４）は、タレット１６に装着された工具旋回ユニット１７または回転工具１８を、向きを一定に保持しつつ、タレット１６の旋回時にドライブ軸２８まで案内する部材である。ガイド３５は、ドライブ軸２８に対応する円周方向の位置に、ドライブ軸２８が介在する途切れ部３５ｂを有している。このガイド３５は、回転伝達軸６１の凸部６１ａを周方向に移動自在に係合させるガイド溝３５ａを外周に有する。詳しくは、ガイド３５は、凸部５７ａを挟む隙間を開けて対向する２枚の円板状の案内板５９で形成され、両案内板５９間の外周部が上記ガイド溝３５ａとなる。案内板５９は、タレット軸心を中心に配置されて、タレット軸心と垂直に固定されている。これら案内板５９は、不旋回部材２７が内部に入る開口部５９ａを中央に有し、上記途切れ部３５ｂが周方向の１箇所に形成してある。
【００２６】
このタレット旋盤の動作を説明する。タレット１６に取付けられた工具旋回ユニット１７は、ドライブ軸２８の位置する加工位置Ｑに割出されたときに、その回転伝達軸６１の凸部６１ａがドライブ軸２８の凹部２８ａと噛み合い、駆動伝達軸２９およびドライブ軸２８を介して工具回転駆動源（図示せず）による回転駆動が可能とされる。
この場合に、凹部２８ａと凸部６１ａとは直線状に形成されており、タレット１６を回転させるだけで、所定位置に待機する凹部２８ａに回転伝達軸６１の凸部６１ａが噛み合う。回転伝達軸６１の回転入力側の端部は、タレット１６を回転させるとドライブ軸２８から外れるが、ガイド３５で凸部６１ａが挟み込み状態に案内されることにより、回転角度が維持される。そのため、次に回転伝達軸６１の凸部６１ａがドライブ軸２８の凹部２８ａと噛み合うときに、互いの方向が合致しており、噛み合いが円滑かつ確実に行われる。
【００２７】
このように、タレット１６を回転させるだけで、工具旋回ユニット１７の回転伝達軸６１がドライブ軸２８と連結されて直ちに駆動可能な状態となる。したがって、タレット回転後のクラッチ動作が不要で、タレット１６の回転工具割出時間が短縮される。
【００２８】
つぎに、図３と共に、タレット１６のカップリング３４によるクランプ動作を説明する。タレット１６を旋回させるときは、図３（Ｂ）に示すように、カップリング３４の第３継手歯３３は、ピストン４１と共に後退させ、第１および第２継手歯３１，３２から離れた状態とする。タレット１６の旋回が終わると、同図（Ａ）のように、カップリング３４の第３継手歯３３をピストン４１と共に前進させ、第１および第２継手歯３１，３２に噛み合わせる。ピストン４１は、前方の流体圧室３３ａに作動流体を供給すると後退し、後方の流体圧室５３ｂに作動流体を供給すると前進する。
【００２９】
このように、噛み合い状態とすると、タレット１６に設けられた第１継手歯３１と、固定フレーム２２に設けられた第２継手歯３２とが、第３継手歯３３を介して互いに固定されることになる。そのため、タレット１６は固定フレーム２２に対して回転角度が固定され、加工時に回転方向の剛性が得られて、高加工精度が得られる。
カップリング３４は、３ピースカップリングとしたため、噛み合いの係脱に際して、タレット１６を前後移動させる必要がなく、ピストン４１を進退させるだけで済む。そのため、カップリング３４の係脱駆動源４０が大がかりなものとならず、コンパクトな構成となる。また、タレット１６は、前後に移動しないため、前後方向の剛性が高く、これによっても高精度の加工が可能である。
【００３０】
主軸５に把持されたワークＷに球面加工を施す場合、上記のようにして工具旋回ユニット１７を加工位置Ｑに割出した後、工具６５の刃先６５ａの先端がワークＷの所定位置に当たるようにタレット刃物台６の位置決めする。その状態で工具回転駆動源（図示せず）を出力オンにすると、タレット１６内の旋回駆動機構２８，２９，３０を介して回転伝達軸６１が所定方向に回転し、その回転伝達軸６１の回転が、一対の歯車６２，６３を介して歯車６３の支持軸６３ａに減速して伝達される。これにより、工具ホルダ６４と共に工具６５が支持軸６３の軸心を工具旋回中心線Ｏ２として円弧状軌跡Ｃ上を旋回する。このように工具６５を旋回させながら工具６５による切削加工を行うことで、図７において実線で示すように、ワークＷの球面部Ｗａが工具６５の工具旋回中心線Ｏ２を中心とする球面に加工される。この球面加工の際に、工具６５はほぼワークＷの球面中心に向かう姿勢を維持するため、ワークＷの工具６５にかかる負荷が安定しており、精度良く加工することができる。
【００３１】
工具旋回中心線Ｏ２の上下位置が不適正である場合、図７において２点鎖線で示すように両端が尖ったラグビーボール状に加工されたり（Ａ）、１点鎖線で示すように扁平な擬似球形に加工されたりする（Ｂ）。その場合には、ハウジング６６のボルト孔６８における取付用ボルト６７の挿通位置を変更することにより、タレット１６に対するハウジング６６の取付角度を調節して、工具旋回中心線Ｏ２の上下位置を適正位置に修正することができる。
【００３２】
この工具旋回ユニット１７は、タレット１６の旋回中心線Ｏ１と直交する工具旋回中心線Ｏ２回りに工具６５を旋回させるため、工具６５の刃先６５ａが円弧軌跡Ｃ上を旋回しても、工具６５のタレット径方向位置が変化しない。このため、タレットインデックスクリアランスが大きくなることを防げる。このことから、旋盤自体が大型になることを防げる。
【００３３】
また、工具旋回ユニット１７を駆動する旋回駆動機構３１がタレット１６に内蔵されているため、タレット装置が大型化しない。このため、１つおきの工具ステーションＳに工具旋回ユニット１７を設けることが可能である。したがって、１０箇所の工具ステーションＳを有する本実施形態の場合、１つのタレット１６につき５個の工具旋回ユニット１７を設けることができる。
【００３４】
さらに、この工具旋回ユニット１７は、ドライブ軸２８と回転伝達軸６１との結合を解除することで、タレット１６から取り外すことができる。このため、ワークＷの種類や加工条件に応じて、駆動側歯車６２と従動側歯車６３との減速比が異なる工具旋回ユニットに交換することが可能で、最適な状態で球面加工を行うことができる。
【００３５】
この実施形態では、工具回転駆動源（図示しない）をタレット１６の外部に設けた構成としたが、図８に示すように、工具回転駆動源７０をタレット１６の内部に設けた構成としても良い。図８の例では、工具回転駆動源７０はモータであり、そのモータの出力軸が回転伝達軸６１となっている。このようにタレット１６の内部に工具回転駆動源７０を設けると、動力伝達機構が簡略になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の一実施形態にかかるタレット旋盤の平面図である。
【図２】同タレット旋盤のタレット刃物台の断面図である。
【図３】その噛合カップリングの動作説明図である。
【図４】同タレット刃物台のタレットおよび工具旋回ユニットの破断正面図である。
【図５】（Ａ）は同工具旋回ユニットの一部破断平面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図６】伝動カップリング機構の斜視図である。
【図７】球面加工されたワークの形状を示す図である。
【図８】この発明の異なる実施形態にかかるタレット旋盤のタレットおよび工具旋回ユニットの破断正面図である。
【図９】従来の球面加工の方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
３…主軸
６…タレット刃物台
７…刃物台移動機構
９…送り台
１６…タレット
１７…工具旋回ユニット
２８…ドライブ軸（旋回駆動機構）
２９…駆動伝達軸（旋回駆動機構）
３０…伝達機構（旋回駆動機構）
３１…旋回駆動機構
６１…回転伝達軸
６２…駆動側歯車
６３…従動側歯車
６３ａ…従動側歯車の支持軸
６４…工具ホルダ
６５…工具
６６…ハウジング
６７…ボルト
６８…ボルト孔
Ｃ…円弧状軌跡
Ｏ１…タレット旋回中心線
Ｏ２…工具旋回中心線
Ｓ…工具ステーション
Ｗ…ワーク
【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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【図８】
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【図９】
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