(57)【要約】【課題】構造が単純で、コンパクトな多軸加工用の工作機械を提供する。【解決手段】本考案の工作機械（１０）は、フレーム（１３）と、フレームに設けられたボールねじ（２１）と、ボールねじを回転できる送りモータ（１５）と、一組の直線ガイド（２３）と、直線ガイド上を移動するサドル（２７）と、サドルに設けられ、ボールねじとかみ合うボールナット（２２）と、複数の主軸（４７）、ギヤ室（３２）、入力歯車（３５）、アイドル歯車（４１）及び出力歯車（４３）、を有し、サドルに固定された主軸ヘッド（２９）と、主軸を駆動できる主軸モータ（３１）とを備える。【選択図】図２
0003215817.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
前記フレームに回転可能に設けられたボールねじと、
前記フレームに設けられ、前記ボールねじを回転できる送りモータと、
前記ボールねじと平行に前記フレームに設けられた一組の直線ガイドと、
前記直線ガイド上を往復移動するサドルと、
前記サドルに設けられ、前記ボールねじとかみ合うボールナットと、
回転工具を装着され、前記ボールねじと平行に、１つ以上の主軸受で支持された複数の主軸、
空洞であるギヤ室、
入力軸を有し、前記ギヤ室内部に配置される入力歯車、
前記ギヤ室内部に配置され、前記入力歯車とかみ合うアイドル歯車、及び
前記ギヤ室内部に配置され、前記アイドル歯車とかみ合い、前記主軸とそれぞれ結合される出力歯車、を有し、
前記サドルに固定された主軸ヘッドと、
前記入力軸と固定された出力軸を有し、前記主軸ヘッドに設けられ、前記複数の主軸を駆動できる主軸モータと、
を備える工作機械。
【請求項２】
前記一つ以上の主軸受は複数の主軸受であり、
更に、
エア供給装置と、
前記エア供給装置と、前記複数の主軸受の間に設けられた主軸間隙とをそれぞれ接続する供給路と、
前記ギヤ室から前記主軸ヘッドの外部へ連通する排出通路と、を備える、
請求項１の工作機械。
【請求項３】
前記主軸ヘッドとの間にラビリンスを有し、前記主軸にそれぞれ設けられたフリンガーを備える請求項１又は請求項２の工作機械。
【請求項４】
前記送りモータ及び前記主軸モータは同期モータであり、
更に、
前記送りモータ及び前記主軸モータを同期して回転できる制御装置を備える、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項の工作機械。
【請求項５】
前記入力軸は中空軸であり、
前記出力軸は前記入力軸に挿入され、
前記入力歯車は、前記入力軸と同軸に設けられ前記入力軸より大径の締結穴を有し、
前記主軸ヘッドは、前記締結穴の内部に収納され、前記出力軸と前記締結穴とを結合できる摩擦式締結具を有する、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項の工作機械。
【請求項６】
前記入力歯車は、前記出力軸と同軸で前記締結穴よりも大径の雌ねじを有し、
前記摩擦式締結具は、
前記締結穴と密着できる円筒面である外面及び内面である逆テーパ面を有する外リングと、
前記出力軸と密着できる円筒面である内面、前記逆テーパ面と密着できる外面であるテーパ面、前記雌ねじとかみ合う雄ねじ、及び締結工具を係合できる係合部を順に有する内リングと、を含む、
請求項５の工作機械。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、複数の主軸を有する工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライブユニットは、駆動モータの駆動力でボールねじを介して進退駆動されるサドル上に固定され、ドライブユニットの前面に連結された多軸ヘッドはドライブユニットの主軸駆動モータで回転駆動される工作機械が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平１−４１４６１号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
構造が単純で、コンパクトな多軸加工用の工作機械を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑みて、代表的な本考案は、工作機械であって、
フレームと、
前記フレームに回転可能に設けられたボールねじと、
前記フレームに設けられ、前記ボールねじを回転できる送りモータと、
前記ボールねじと平行に前記フレームに設けられた一組の直線ガイドと、
前記直線ガイド上を往復移動するサドルと、
前記サドルに設けられ、前記ボールねじとかみ合うボールナットと、
回転工具を装着され、前記ボールねじと平行に、１つ以上の主軸受で支持された複数の主軸、
空洞であるギヤ室、
入力軸を有し、前記ギヤ室内部に配置される入力歯車、
前記ギヤ室内部に配置され、前記入力歯車とかみ合うアイドル歯車、及び
前記ギヤ室内部に配置され、前記アイドル歯車とかみ合い、前記主軸とそれぞれ結合される出力歯車、を有し、
前記サドルに固定された主軸ヘッドと、
前記入力軸と固定された出力軸を有し、前記主軸ヘッドに設けられ、前記複数の主軸を駆動できる主軸モータと、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の工作機械の斜視図。
【図２】図１の組合せ断面IIで切断した組合せ断面図。
【図３】図２のIII部の拡大図。
【図４】図２のIV部の拡大図
【考案を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本実施形態の工作機械１０について説明する。図１を参照して、工作機械１０は、送り装置１１、複数の主軸４７を含む主軸ヘッド２９、主軸モータ３１及び制御装置６３を含む。
【０００８】
便宜上、送り装置１１から主軸ヘッド２９に向かう方向を上という。主軸ヘッド２９から送り装置１１に向かう方向を下という。主軸４７がワーク７から離れる方向を後という。主軸４７がワーク７に近づく方向を前という。
【０００９】
図２を参照して、送り装置１１は、フレーム１３、送りモータ１５、カップリング１７、軸受１９、ボールねじ２１、ボールナット２２、一組の直線ガイド２３、複数の直線ブロック２５及びサドル２７を含む。
【００１０】
ここで、組合せ断面IIは、主軸モータ３１の回転軸３４を通る上下方向の平面１、主軸４７の回転軸５４と回転軸３４を通る平面２、ボールねじ２１の回転軸２０と回転軸５４を通る平面３及び回転軸２０を通る上下方向の平面４で構成される。
【００１１】
フレーム１３は、上部が解放した箱状を成す。フレーム１３は、仕切り板１４で２室に分けられている。直線ガイド２３は、前後に平行に延びてフレーム１３の上部に設けられる。直線ブロック２５は、それぞれの直線ガイド２３上に設けられる。直線ブロック２５は、それぞれの直線ガイド２３上を摺動する。サドル２７は直線ブロック２５の上に固定される。サドル２７は直線ガイド２３上を前後に往復移動する。
【００１２】
ボールねじ２１は、フレーム１３の前側の室に、前後に延びて軸受１９で回転可能に支持されている。ボールねじ２１と一組の直線ガイド２３は平行である。ボールナット２２はボールねじ２１と噛み合う。ボールナット２２は、サドル２７に固定される。
【００１３】
送りモータ１５は、フレーム１３の後端部に設けられる。送りモータ１５は同期モータ、サーボモータが利用できる。送りモータ１５又はボールねじ２１にエンコーダ、リゾルバその他の位相センサが設けられる。送りモータ１５は出力軸１５ａを持つ。カップリング１７は、出力軸１５ａとボールねじ２１とを締結する。送りモータ１５の回転に伴って、サドル２７が前後に往復移動する。
【００１４】
主軸モータ３１は、同期モータ、サーボモータが利用できる。主軸モータ３１は、出力軸３１ａを有する。主軸モータ３１は、主軸ヘッド２９の後端部に固定される。
【００１５】
主軸ヘッド２９は、多軸ヘッドである。主軸ヘッド２９は、ギヤ室３２、入力歯車３５、少なくとも一つのアイドル歯車４１、複数の出力歯車４３、主軸受４５及び貫通穴３０を含む。例えば主軸ヘッド２９は、１つの入力歯車３５、２つの主軸４７及び２つのアイドル歯車４１を有する。主軸ヘッド２９は、摩擦式締結具３３及びフリンガー４９を含んでも良い。
【００１６】
ギヤ室３２は、主軸ヘッド２９の内部に設けられた空洞である。貫通穴３０は、主軸ヘッド２９の後端部に設けられ、主軸ヘッド２９の外部とギヤ室３２とを貫通する。
【００１７】
入力歯車３５、アイドル歯車４１及び出力歯車４３はギヤ室３２の内部に設けられる。入力歯車３５、アイドル歯車４１及び出力歯車４３は平行軸の２段歯車機構が用いられる。
【００１８】
入力歯車３５は、出力軸３１ａに固定される。入力歯車３５は、摩擦式締結具３３によって出力軸３１ａに締結されても良い。摩擦式締結具３３及び入力歯車３５は、出力軸３１ａに固定された状態で、貫通穴３０を通して主軸ヘッド２９の後部からギヤ室３２内に挿入できる。
【００１９】
アイドル歯車４１は、１段目の歯車３７、アイドル軸３８及び２段目の歯車３９を持つ。歯車３７は入力歯車３５よりも大径とできる。歯車３７は歯車３９に固定される。歯車３７は入力歯車３５と噛み合う。歯車３９は出力歯車４３と噛み合う。歯車３７、アイドル軸３８及び歯車３９は一体に設けられてもよい。歯車３７、アイドル軸３８及び歯車３９が一体である場合、アイドル軸３８を軸受３６によって、回転可能に支持される。
【００２０】
なお、アイドル軸３８は主軸ヘッド２９に固定されても良い。この場合、歯車３７及び歯車３９はアイドル軸３８に回転可能に支持される。
【００２１】
出力歯車４３は、それぞれの主軸４７に固定される。出力歯車４３は、歯車３９よりも大径にできる。
【００２２】
複数の主軸４７は、主軸ヘッド２９の前端部に設けられる。それぞれの主軸４７は、直線ガイド２３と平行に設けられる。それぞれの主軸４７は複数の主軸受４５によって主軸ヘッド２９に回転可能に支持される。主軸受４５は深溝玉軸受又はアンギュラ玉軸受が利用できる。主軸受４５は、グリース潤滑を利用できる。２つの主軸受４５の間は主軸間隙６０である。
【００２３】
オイルシール６１は、主軸４７の前端部に設けられても良い。オイルシール６１は、切削油がギヤ室３２内部に侵入するのを抑制する。
【００２４】
フリンガー４９は、主軸４７の前端部に設けられる。ラビリンス５１は、フリンガー４９と主軸ヘッド２９との間に設けられる。ラビリンス５１は２つ以上設けても良い。フリンガー４９はオイルシール６１の更に前端部に設けられる。フリンガー４９は、切削油及び切りくずが主軸受４５及びギヤ室３２に侵入することを抑制する。
【００２５】
主軸４７には主軸穴４７ａが設けられる。主軸穴４７ａに回転工具５５が装着される。回転工具５５は、タップ、ドリルビット、リーマが利用できる。主軸穴４７ａにはコレット式締結具（不図示）が設けられても良い。コレット式締結具は回転工具５５を主軸４７に固定する。
タップである回転工具５５が主軸穴４７ａに装着されるときに、好ましくは、タッパー５３が回転工具５５と主軸４７との間に設けられる。タッパー５３は、主軸４７の回転を回転工具５５に伝え、主軸４７に対して回転工具５５を前後に自由に移動できるように構成される。
【００２６】
制御装置６３は数値制御装置を利用できる。制御装置６３は、送りモータ１５及び主軸モータ３１を同期して制御できる。制御装置６３は、送りモータ１５及び主軸モータをフィードバック制御してもよい。制御装置６３は、回転工具５５がワーク７に接触しない範囲で送りモータ１５を高速回転する。この間、主軸ヘッド２９は早送りされる。回転工具５５がワーク７に接触するときに、あらかじめ記憶された送り速度で主軸ヘッド２９が送られるように、送りモータ１５を回転させる。回転工具５５がタップである場合、制御装置６３は送りモータ１５及び主軸モータ３１を同期して回転させる。
【００２７】
主軸モータ３１が同期モータであり、制御装置６３が主軸モータ３１および送りモータ１５を同期制御できる場合には、工作機械１０はタップ加工に好適に利用できる。
【００２８】
送り装置１１の上面に主軸ヘッド２９を配置したため、主軸４７とボールねじ２１が並んで配置される。そのため、工作機械１０の前後方向の長さを小さくできる。
【００２９】
工作機械１０は、エア供給装置５７、供給路５９、排出通路６５、サイレンサ６７を含んでも良い。エア供給装置５７は、空気圧縮機が利用できる。エア供給装置５７は、供給路５９を通して、圧縮空気５８をそれぞれの主軸間隙６０へ送る。圧縮空気５８は、望ましくは乾燥空気である。エア供給装置５７は、工作機械１０が通電され、運転の準備がされている間のみ、圧縮空気５８を送っても良い。エア供給装置５７はオイルエア製造装置を含んでも良い。この場合、主軸受４５にオイルエア潤滑を利用できる。
【００３０】
供給路５９は分岐して、エア供給装置５７とそれぞれの主軸間隙とを接続する。排出通路６５は、ギヤ室３２と排出口６６とを接続する。排出口６６は主軸ヘッド２９の外部に設けられる。好ましくは、排出口６６は、水平方向から垂直方向下向きの間に向けられる。排出口６６が水平から下向きに設けられるため、排出口６６からの主軸ヘッド２９の内部への切削油の侵入を防止できる。サイレンサ６７は、排出口６６に設けられる。
【００３１】
一部の圧縮空気５８は、主軸間隙６０、主軸受４５、オイルシール６１と主軸４７との間、及びラビリンス５１を通って、フリンガー４９と主軸ヘッド２９との間から排出される。圧縮空気５８はエアカーテンを形成し、主軸４７と主軸ヘッド２９との間からの切削油の侵入を防止する。
【００３２】
残部の圧縮空気５８は、主軸間隙６０、主軸受４５、ギヤ室３２、排出通路６５及びサイレンサ６７を通って、主軸ヘッド２９から排出される。圧縮空気５８は、主軸間隙、主軸受４５及びギヤ室３２内を換気する。換気によって、主軸受４５、主軸４７、ギヤ室３２、入力歯車３５、アイドル歯車４１、出力歯車４３及び主軸モータ３１が冷却される。工作機械１０の運転中は、主軸受４５、主軸４７、ギヤ室３２、入力歯車３５、アイドル歯車４１、出力歯車４３及び主軸モータ３１が冷却されるため、換気が終了した後も主軸ヘッド２９の内部に外部の空気が侵入しにくい。外部の空気はクーラント液やミストが飛散しているため、高温高湿である。外部の空気の侵入を抑制するため、工作機械１０の内部は錆びにくい。
【００３３】
図３を参照して、入力歯車３５及び摩擦式締結具３３を説明する。入力歯車３５は、外歯車３５ａ、入力軸３５ｂ、締結穴３５ｃ及び雌ねじ３５ｄを持つ。入力軸３５ｂは、出力軸３１ａと嵌合する中空軸である。外歯車３５ａ、締結穴３５ｃ及び雌ねじ３５ｄは入力軸３５ｂと同軸である。外歯車３５ａは入力歯車３５の前端部に設けられる。締結穴３５ｃは、平滑な円筒面を持ち、入力歯車の後端部に設けられる。締結穴３５ｃは入力軸３５ｂよりも大径である。雌ねじ３５ｄは締結穴３５ｃの後よりに設けられる。雌ねじ３５ｄは締結穴３５ｃよりも大径である。
【００３４】
摩擦式締結具３３は、外リング３３ａと内リング３３ｂを含む。外リング３３ａは中空円筒状を成す。外リング３３ａは滑らかな円筒面である外面３３ｆと、内面である滑らかな逆テーパ面３３ｇを持つ。外面３３ｆは締結穴３５ｃと摺動する。内リング３３ｂは、段付きの中空円筒状を成す。内リング３３ｂは、前から順に、テーパ部３３ｃ、雄ねじ３３ｄ及び係合部３３ｅを持つ。テーパ部３３ｃは雄ねじ３３ｄよりも小径である。テーパ部３３ｃの外面はテーパ面３３ｈである。テーパ面３３ｈは逆テーパ面３３ｇと密着する。雄ねじ３３ｄは雌ねじ３５ｄと噛み合う。テーパ部３３ｃ、雄ねじ３３ｄ及び係合部３３ｅは共通の内面３３ｉを持つ。内面３３ｉは円筒面であり、出力軸３１ａと摺動する。係合部３３ｅは締結工具と係合する。係合部３３ｅは、平行面、角溝、円筒孔が用いられる。平行面である係合部３３ｅはスパナと係合する。角溝である係合部３３ｅは引っかけスパナと係合する。
【００３５】
内リング３３ｂが締結工具（不図示）により入力歯車３５に締め付けられる。このとき、雄ねじ３３ｄと雌ねじ３５ｄが噛み合って発生した軸力により、テーパ面３３ｈが逆テーパ面３３ｇへ付勢する。外面３３ｆが締結穴３５ｃに押しつけられる。そして外面３３ｆと締結穴３５ｃの間、及びテーパ面３３ｈと逆テーパ面３３ｇの間に大きな摩擦力が働く。また、反力により逆テーパ面３３ｇがテーパ面３３ｈへ付勢する。内面３３ｉが出力軸３１ａを半径方向に押し付ける。そして内面３３ｉと出力軸３１ａの間に大きな摩擦力が働く。このようにして、摩擦式締結具３３は出力軸３１ａに入力歯車３５を締結する。
【００３６】
摩擦式締結具３３を用いることにより、入力歯車３５は出力軸３１ａにコンパクトにバックラッシなしで締結される。また、出力軸３１ａに雌ねじ、キーなどの締結要素を加工しなくてよいため、安価に製造できる。
【００３７】
なお、摩擦式締結具３３は出力軸３１ａの前端側に設けても良い。この場合、係合部３３ｅは雄ねじ３３ｄよりも小径でもよい。この場合、係合部３３ｅとしてすり割り、六角穴が利用できる。
【００３８】
図４を参照して、主軸受４５にオイルエア潤滑を用いる場合、２つの主軸受４５の中間に外輪スペーサ６９及び内輪スペーサ７１を設けてもよい。外輪スペーサ６９は、円環溝６９ａ及び複数のノズル６９ｂを有しても良い。外輪スペーサ６９は円環状を成す。外輪スペーサ６９の内側の中央部は周辺部よりも大径に構成される。円環溝６９ａは、外輪スペーサ６９の外周に設けられ、供給路５９と接続する。複数のノズル６９ｂは円周方向に均等に配置される。それぞれのノズル６９ｂは円環溝６９ａと接続する。ノズル６９ｂは、主軸受４５に向かって設けられる。主軸受４５にオイルエア潤滑を用いた場合も、供給されたオイルエアの一部がフリンガー４９と主軸ヘッド２９との間からエアカーテンを形成する。また、オイルエアの残部がギヤ室３２の内部を冷却し、排出通路６５から排出される。
【符号の説明】
【００３９】
１０  工作機械
１３  フレーム
１５  送りモータ
２１  ボールねじ
２３  直線ガイド
２９  主軸ヘッド
３１  主軸モータ
３２  ギヤ室
３３  摩擦式締結具
４１  アイドル歯車
４７  主軸
５５  工具（回転工具）
５７  供給装置
５９  供給路
６３  制御装置
６６  排出孔
【図１】
0003215817.tif 000003
【図２】
0003215817.tif 000004
【図３】
0003215817.tif 000005
【図４】
0003215817.tif 000006