(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回部材(16,25)に固定された回転フェースギヤ(26)と、この回転フェースギヤと同一平面かつ同方向にして不動部材に固定された固定フェースギヤ(35)と、上記２個のフェースギヤ(26,35)に対向してその進出時に当該２個のフェースギヤ(26,35)に同時に噛合する連結フェースギヤ(40)とを備えた工作機械の旋回割出し装置において、
固定フェースギヤ(35)と不動部材(28)とは、それらの間に介装された積層薄板リング(29)の円周上の複数箇所を不動部材(28)と固定フェースギヤ(35)とに交互に定着することによって固定され、かつ、上記固定された固定フェースギヤ(35)を連結フェースギヤ側に向けて付勢する付圧ばね(36)を備えたことを特徴とする、工作機械の旋回割出し装置。
【請求項２】
付圧ばね(36)の伸縮ストロークを制限するストッパ(38)を備えたことを特徴とする、請求項１記載の工作機械の旋回割出し装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械の工具ユニットやワーク保持ユニットなどを旋回自在に支持している部分に用いられる旋回割出し装置に関するもので、スリーピース形のフェースギヤカップリング（面歯車継手）によって割出し位置の固定を行なう上記装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
旋回部材の割出し位置を高剛性かつ高精度で固定する装置として、カービックカップリングやハースカップリングなどと呼ばれるフェースギヤカップリングが広く用いられている。本願発明の理解を容易にするために、タレット旋盤のタレットの割出し位置の固定にフェースギヤカップリングを用いた例を模式的に示す図３及び図４を参照して、ツーピース形とスリーピース形のフェースギヤカップリングの固定構造とその特徴について簡単に説明する。
【０００３】
図３はツーピース形のフェースギヤカップリングを用いた構造を示すものである。タレット（旋回部材）１は、これと実質上一体の旋回軸２を軸受３、３で刃物台（不動部材）４に旋回自在かつ軸方向移動自在に支持されている。タレット１の背面とこれに対向する刃物台４の端面とに、それぞれ回転フェースギヤ５と固定フェースギヤ６とが固定されている。両軸受３、３の間には、旋回軸２に設けたピストン７と刃物台４の軸孔に形成したシリンダ８とにより、タレット１を軸方向移動させるための油圧シリンダが形成されている。タレット１を割出し旋回する割出し装置は図には示されていない。
【０００４】
このツーピース形のフェースギヤカップリングでは、回転フェースギヤ５または固定フェースギヤ６のいずれか一方を軸方向に移動して、両フェースギヤ５、６の嵌脱を行なうことにより、旋回部材（図ではタレット）の固定状態と自由回転状態を実現している。従って、ツーピース形の構造では、回転フェースギヤまたは固定フェースギヤのいずれかを、その歯丈に相当する量だけ軸方向に移動させる必要があるが、図３のように旋回部材を軸方向移動させると、旋回部材への回転伝達機構が複雑になる。一方、フェースギヤカップリング５、６のいずれか一方を旋回部材または不動部材に対して軸方向移動可能に装着したときは、旋回部材１自体は軸方向移動しなくてよくなるが、フェースギヤカップリングを軸方向移動可能にに装着する部分の剛性や精度がフェースギヤカップリングのそれよりも大幅に低下し、フェースギヤカップリングを使用したときの高剛性かつ高精度という特徴が失われる結果となる。
【０００５】
図４はスリーピース形のフェースギヤカップリングを用いたときのタレットの支持構造を示すもので、刃物台４に固定した固定フェースギヤ１１とタレット１に固定した回転フェースギヤ５とは、同一平面上に同一方向を向いて配置され、この両者に対向する連結フェースギヤ１２が図示しない油圧シリンダ等により、軸方向移動自在に配置される。このスリーピース形のものは、連結フェースギヤ１２を前進させて回転フェースギヤ５及び固定フェースギヤ１１と噛合させることにより、回転フェースギヤ５が連結フェースギヤ１２を介して固定フェースギヤ１１で固定させる。連結フェースギヤ１２が固定フェースギヤに噛合すると、連結フェースギヤ１２の位置が固定フェースギヤ１１によって規定されるため、連結フェースギヤ１２の支持部分の剛性や精度が低くても、これによって回転フェースギヤの位置精度や剛性が低下することがない。
【０００６】
以上の説明によれば、スリーピース形のフェースギヤカップリングは完全なように考えられるけれども、現実には組立精度や加工精度の関係で、固定フェースギヤ１１と回転フェースギヤ５とを完全な同一平面上に配置することは不可能で、誤差による軸方向の出入りが生ずる。連結フェースギヤ１２は、どちらか一方のフェースギヤに噛合するとその前進が停止するので、他方のフェースギヤとの間に隙間または噛合い力の不足が生じ、これが旋回部材の割出し位置精度ないし剛性を低下させる。そこで現実には、ツーピース形の場合と同様に、タレット１を連結フェースギヤ１２の押付け力の２分の１の押付け力で連結フェースギヤ側に押圧する油圧シリンダを設けて、固定フェースギヤ１１に噛合した連結フェースギヤ１２に回転フェースギヤ５を押付ける構造を採用している。ツーピース型の場合と異なるのは、この押付け時のタレット１の軸方向移動は、誤差分だけのミクロンないしサブミクロンの単位であるから、この移動は部材の弾性変形で吸収され、タレット１の支持構造や駆動構造を複雑化させることがないということである。
【０００７】
図３及び図４のいずれの構造であっても、タレット１はフェースギヤカップリングによって割出し位置を固定されたときには、旋回方向のみならず軸方向にも高い精度で位置決めされるが、旋回可能な状態になっているときのタレット１の軸方向位置は、固定されているときの軸方向位置と異なる位置になる。図３の場合は、フェースギヤの歯丈に相当する軸方向移動が生じ、図４の場合は、ミクロンないしサブミクロン単位の軸方向移動が生ずる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
タレットの場合は、割出し位置を固定しないでワークを加工するということがないので、タレットが旋回可能になったときのタレットの軸方向移動がワークの加工精度に影響することはない。しかしながら、マシニングセンタの主軸のように、割出し位置を固定して加工が行なわれるときもあれば、旋回しながら加工が行なわれるときもある場合には、割出し位置を固定したときと固定を解除したときとの軸方向移動は、ワークの加工精度を低下させる要因となる。図５は刃物台１５にＹ軸回りに旋回及び割出し位置決め可能な回転工具ユニット１６を搭載した複合旋盤の例を示したものであるが、この旋盤の回転工具ユニット１６は、Ｙ軸回りの角度を所定の割出し位置で固定された状態で加工を行なうこともあれば、Ｙ軸回りに低速旋回しながら加工を行なうことも、定められた割出し角度以外の角度で停止した状態で加工を行なうこともある。なお、図５において、１７は主軸台、１８は主軸台に軸支された主軸、１９は主軸の先端に装着されたチャック、２０はチャック１９に保持されたワークであり、刃物台１５は通常の旋盤と同様にＺ軸及びＸ軸方向に移動可能である。
【０００９】
工作機械は高精度かつ高剛性であることが基本的に要求される。上記のような複合旋盤の回転工具ユニット１６の割出し位置の固定にも、高剛性かつ高精度という特徴から、フェースギヤカップリングの採用が望ましい。しかし、たとえスリーピース形を使用したしても、従来構造をそのまま使用したときは、フェースギヤカップリングで割出し位置を固定して加工を行なうときと、固定を解いて回転工具ユニット１６をＹ軸回りに旋回させながら加工を行なうときでは、加工位置がＹ軸方向にミクロンないしサブミクロンの単位で移動するという現象が起る。この移動はワークの加工誤差となって現れる。この誤差をＮＣ装置で補正するには、Ｙ軸制御を行なう必要があり、この補正のためのみに回転工具ユニット１６のＹ軸送り装置とその制御装置とを追加することは、現実的ではない。
【００１０】
そこでこの発明は、フェースギヤカップリングによって旋回部材を固定したときと固定を開放したときとで旋回部材の軸方向移動が生じず、高剛性かつ高精度であるというフェースギヤカップリングの特徴を有効に発揮させることが可能な、構造が簡単でコンパクトな旋回割出し装置を得ることを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の工作機械の旋回割出し装置は、旋回部材１６、２５に固定された回転フェースギヤ２６と、この回転フェースギヤと同一平面かつ同方向にして不動部材に固定された固定フェースギヤ３５と、上記２個のフェースギヤ２６、３５に対向してその進出時に当該２個のフェースギヤ２６、３５に同時に噛合する連結フェースギヤ４０とを備えた工作機械の旋回割出し装置において、固定フェースギヤ３５と不動部材２８とは、それらの間に介装された積層薄板リング２９の円周上の複数箇所を不動部材２８と固定フェースギヤ３５とに交互に定着することによって固定され、かつ、上記固定された固定フェースギヤ３５を連結フェースギヤ側に向けて付勢する付圧ばね３６を備えることにより、上記課題を解決したものである。また付圧ばね３６の伸縮ストロークを制限するストッパ３８を設けることにより、装置の耐久性と作動安定性が向上する。
【００１２】
ここで積層薄板リングは、複数枚のリング状の金属薄板の積層体で、その円周方向の位置を交互に不動部材２８と固定フェースギヤ３５とに定着することにより、両定着位置の間での金属薄板の面直角方向の撓みを利用して、固定フェースギヤ３５を若干軸方向に移動可能にかつ金属薄板のリングを複数枚積層することによって、その円周方向には大きな剛性が得られるようにしたものである。
【００１３】
また、付圧ばねとしては、付勢力が大きくかつ短ストロークである点で皿ばねが適しており、装置をコンパクトにする上でも有利である。ばねは伸縮ストロークが大きいと疲労によるばね力の低下や永久歪みが生ずるため、付圧ばねの伸縮ストロークを最小限にするため、ストッパ３８でばねの伸長位置を規定している。付圧ばね３６の付勢力は、回転及び固定フェースギヤ２６、３５に対する連結フェースギヤ４０の押圧力の略２分の１に設定する。これにより、固定フェースギヤと連結フェースギヤ及び連結フェースギヤと回転フェースギヤとが略等しい力で噛合うこととなり、噛合い剛性が最も大きくなる。
【００１４】
ストッパ３８は固定フェースギヤ３５が回転フェースギヤ２６よりわずかに（例えば０．１ｍｍ）連結フェースギヤ４０側に突出した位置で付圧ばね３６の伸長を停止させる位置に設けられる。
【００１５】
旋回部材２５、１６を割出して油圧シリンダ４２などにより連結フェースギヤ４０を回転及び固定フェースギヤ２６、３５に向けて進出させると、まず連結フェースギヤ４０が固定フェースギヤ３５に噛合して、連結フェースギヤ４０の軸心と位相とが固定フェースギヤ３５で正確に位置決めされ、固定フェースギヤ３５がわずかに押込まれた状態で、連結フェースギヤ４０と回転フェースギヤ２６とが噛合して、旋回部材２５、１６を固定する。付圧ばね３６は、原理的には固定フェースギヤ３５を付勢するように設ければよいのであるが、積層薄板リング２９と固定フェースギヤ３５との定着部分において積層薄板リング２９を付勢するように設けるのが装置をコンパクトにする上で有利である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は図５、６に示す複合旋盤の回転工具ユニット１６をこの発明の旋回割出し装置で支持した例を示したものである。回転工具ユニット１６は、工具駆動モータとチャック開閉シリンダとを内蔵しており、ケースの一端に臨出した工具チャック２１でミリングカッタやドリルなどの回転工具を把持する（図６参照）。回転工具ユニット１６の下面には、旋回台２２が固定されており、この旋回台が旋回軸受２３で刃物台１５にＹ軸回りに旋回可能かつ軸方向移動不能に装着されている。旋回台２２の中央には、チャックシリンダに油圧を供給する回転継手を内蔵した円筒部２４が突出しており、この円筒部２４の根元の固定フランジ２５部分に回転フェースギヤ２６が下向きに固定されている。
【００１７】
旋回軸受２３の内輪は、刃物台１５に固定された短い支持円筒２７の上端部外周に固定されており、この支持円筒の上端にリング状の内フランジ２８が固定され、この内フランジの内径側下面に積層薄板リング２９が円周を８等分する箇所に設けた上向き固定ボルト３０で座金３１、３２で挟持された状態で締結されている（図１、２参照）。
【００１８】
積層薄板リング２９は、同一形状の８枚の薄いステンレス鋼板製のリングを積み重ねた構造で、このリングには円周を１６等分する位置にボルト孔が設けられており、このボルト孔に一つおきに上向きボルト３０が挿通されて、リングの円周８箇所の位置で積層薄板リング２９を内フランジ２８に固定している。
【００１９】
積層薄板リングの他の８箇所のボルト挿通孔には、頭部に短円筒状のばねガイド３３を形成した下向きボルト３４が座金３１、３２で積層薄板リング２９を挟んだ状態で挿通され、この下向きボルトが固定フェースギヤ３５を積層薄板リング２９の下面に締結している。
【００２０】
すなわち、積層薄板リング２９の円周を１６等分して設けたボルト挿通孔には、上向きボルト３０と下向きボルト３４とが互い違いに挿通されて、上向きボルト３０によって積層薄板リング２９が不動部材である内フランジ２８に定着され、下向きボルト３４が固定フェースギヤ３５を積層薄板リング２９に定着している。
【００２１】
下向きボルト３４の頭部の短円筒状のばねガイド３３には、適宜枚数を積み重ねた皿ばね３６が嵌挿されており、この皿ばね群は、内フランジ２８の内側下面の円周８箇所に設けた段付孔３７に収まっており、この段付孔の段部と積層薄板リング２９の上面の座金３１との間で皿ばね３７が伸縮する。皿ばね３７はその装着位置、すなわち積層薄板リング２９の円周８箇所の位置で固定フェースギヤ３５を下方に付勢することとなるが、前記支持円筒２７の内径側に設けた段部がストッパ３８となって、下向きに付勢される固定フェースギヤの肩部３９に当接することにより、固定フェースギヤ３５の下動端位置が規定されている。
【００２２】
この規定位置は前述したように、固定フェースギヤ３５の歯面が回転フェースギヤ２６の歯面より０．１ｍｍ以下のわずかの量だけ下方に突出する位置である。
【００２３】
このようにして、互いに隣接する位置関係で下向きに装着された回転フェースギヤ２６と固定フェースギヤ３５に対向して、連結フェースギヤ４０が上向きに装着されており、この連結フェースギヤ４０は、前記円筒部２４の外周に固定されたピストン４１との間で油圧シリンダ装置を形成しているシリンダケース４２に固定されている。この油圧シリンダ装置は、ピストンの両側に交互に油圧を供給することにより、シリンダケース４２が昇降して、連結フェースギヤ４０を回転及び固定フェースギヤ２６、３５に押接及び離隔させる。
【００２４】
回転工具ユニット１６の上部には、旋回台２２の旋回軸と同軸の上軸４３が突出しており、この上軸の上端部分に大径傘歯車４４とブレーキディスク４５とが固定されている（図６参照）。大径傘歯車４４は、刃物台側に装着されたサーボモータ４６の小径傘歯車４７と噛合しており、サーボモータ４６の往復回転及び位置決め停止により、回転工具ユニット１６の方向、すなわちこれに設けられている工具チャック２１に把持された工具のＹ軸回りの旋回及び割出し位置決めが行なわれる。一方、ブレーキディスク４５は、刃物台側に装着したディスクブレーキ４８でその回転を固定できるようになっており、前述したスリーピース形のフェースギヤカップリング４９の割出し位置以外の位置で回転工具ユニット１６の方向を固定するときに用いられる。
【００２５】
以上説明したこの実施例の回転工具ユニットの旋回割出し構造によれば、回転工具ユニット１６はサーボモータ４６によるＹ軸回りの旋回中も、ディスクブレーキ４８による旋回方向の固定時も、また、フェースギヤカップリングによる所定の割出し角度における固定時においても、その工具のＹ軸方向の位置は同一位置に保持されることとなる。従って、回転工具ユニットが旋回しながら加工を行なうときと、定位置に停止して加工を行なうときとで、Ｙ軸方向の加工誤差が生ずるおそれがなく、より高精度の加工が実現できる。
【００２６】
なお、ディスクブレーキ４８で回転工具ユニットの方向を固定するときと、フェースギヤカップリング４９で回転工具ユニットの方向を固定するときとでは、固定時の精度及び剛性が異なることとなるが、ワークの加工においては、例えば１５度毎というような、ある特定の分割位置で高い加工精度を要求されることが多いため、ブレーキとフェースギヤカップリングとによる旋回角度の固定を行なうことに意味がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を図６旋回台の断面で示す側面図
【図２】積層薄板リングの固定構造を模式的に示す断面斜視図
【図３】ツーピース形フェースギヤカップリングの説明図
【図４】従来構造のスリーピース形フェースギヤカップリングの説明図
【図５】Ｙ軸回りに旋回する回転工具ユニットを備えた複合旋盤の例を示す模式的な斜視図
【図６】図５の刃物台部分の一部を断面で示す側面図
【符号の説明】
16  回転工具ユニット
25  固定フランジ
26  回転フェースギヤ
28  リング状鍔
35  固定フェースギヤ
36  皿ばね
38  ストッパ
40  連結フェースギヤ
【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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