(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用刃物の取付け具を先部に着脱可能なスピンドルと、該スピンドルを軸方向に固定して回転自在に支持するクイルと、該クイルを軸方向に進退する進退駆動手段と、前記スピンドルに軸方向に移動可能に連結されて該スピンドルを回転駆動する回転駆動手段と、これらを一体的に固定し、前記クイルを突出可能に包む筒状部を有する取付けフレームとを有する回転加工ユニットにおいて、
円筒状の前記クイルの軸に直角な断面で１８０°の対向する外側位置に２本のリニアレールを取り付けると共に、該リニアレールに沿ってガタ無く摺動移動するリニアベアリングケースを前記取付けフレームに取付けて、前記クイルの剛性を高め、前記加工用刃物による機械加工の精度を高め、かつ前記加工用刃物の寿命を延長したことを特徴とする回転加工ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の回転加工ユニットにおいて、前記進退駆動手段としてモータを備えたことを特徴とする回転加工ユニット。
【請求項３】
請求項１記載の回転加工ユニットにおいて、前記進退駆動手段としてシリンダを備えたことを特徴とする回転加工ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドリリング、タッピング、シェイピング、バリ取り、フライス加工、エンドミル加工等の各種機械加工に使用できる回転加工ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転加工ユニットの一例として、図４及び図５に示すような形態のドリルユニット７０が知られている。
図に示すように、ドリルユニット７０においては、加工用刃物の取付け具９３を先部に着脱可能なスピンドル７１を進退可能な進退駆動手段７２と、スピンドル７１の進退と関係なくスピンドル７１を回転可能な回転駆動手段７３とが取付けフレーム７４に一体的に組み込まれている。
進退駆動手段７２は、取付けフレーム７４の側壁に取付けられた進退用モータ７５の回転をタイミングベルト７５ａを介して送りネジ軸７６に伝達し、送りネジ軸７６の雄ネジに螺合する雌ネジを備えた進退ブロック７７を移動することにより、スピンドル７１を回転可能に支持すると共に進退ブロック７７に連結されたクイル（スピンドルスリーブとも呼ぶ）７８を進退することができる。なお、送りネジ軸７６と進退ブロック７７により進退変換機構が構成される。
回転駆動手段７３は、取付けフレーム７４の上壁に取付けられた回転用モータ７９の回転をタイミングベルト８０を介してスピンドル駆動軸８１に伝達し、スピンドル駆動軸８１の先端部に形成された凸状スプラインと嵌合して摺動する凹状スプラインが形成された回転伝達部材８２及び回転伝達部材８２に連結され、クイル７８の内側に配置された軸受８３、８４、８５に回転可能に支持されたスピンドル７１を回転することができる。
従って、進退駆動手段７２及び回転駆動手段７３により、加工用刃物を進退させながら回転させて、被加工物に所定のストロークの孔を加工することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ドリルユニット７０においては、未だ解決すべき以下のような問題があった。
図４に示すように、スピンドル７１と共に進退するクイル７８の外周面８６は、取付けフレーム７４の下部に形成された、クイル７８を突出可能に包む筒状部８７の前、後支持部材８８、８９によって支持されている。前支持部材８８の内周側には、図に示すように、ダストパッキン９０及び摺動パッキン９１がクイル７８の外周面８６に当接して、摺動可能に設けられているので、前支持部材８８の内周面９２とクイル７８の外周面８６との摺動部には隙間が生じ、このためにクイル７８が進出して、取付け具９３に取付けた加工用刃物（ドリル）と前支持部材８８との距離が大きくなると、クイル７８の剛性が低下し、ドリルが振動して高い精度の孔を形成することが困難であると共に、ドリルの寿命にも悪影響を及ぼしていた。特に、ドリルの回転速度が大きくなる程その傾向が強くなり、大きな問題となっていた。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、クイルの剛性を高く維持可能であり、その結果、加工用刃物が高速度で回転しても高精度の機械加工が可能で、かつ加工用刃物の寿命を延長できる回転加工ユニットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る回転加工ユニットは、加工用刃物の取付け具を先部に着脱可能なスピンドルと、スピンドルを軸方向に固定して回転自在に支持するクイルと、クイルを軸方向に進退する進退駆動手段と、スピンドルに軸方向に移動可能に連結されてスピンドルを回転駆動する回転駆動手段と、これらを一体的に固定し、クイルを突出可能に包む筒状部を有する取付けフレームとを有する回転加工ユニットにおいて、
円筒状のクイルの軸に直角な断面で１８０°の対向する外側位置に２本のリニアレールを取り付けると共に、リニアレールに沿ってガタ無く摺動移動するリニアベアリングケースを取付けフレームに取付けて、クイルの剛性を高め、加工用刃物による機械加工の精度を高め、かつ加工用刃物の寿命を延長した。従って、加工用刃物が取付けフレームに対して長く前進して、かつ高速度で回転しても、クイルの剛性が大きいので、高い精度で機械加工ができる。
また、進退駆動手段としてモータを備えることにより、モータの回転運動を進退変換機構を介してクイルに伝え、クイルを確実に進退できる。
さらに、進退駆動手段としてシリンダを備えることにより、シリンダの進退動作を直接クイルに伝え、クイルを確実に進退できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る回転加工ユニットの正断面図、図２は同回転加工ユニットの側断面図、図３は同回転加工ユニットの変形例の部分正断面図である。
【０００７】
図１及び図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る回転加工ユニットの一例であるドリルユニット１０においては、前記従来例のドリルユニット７０と同様に、加工用刃物の取付け具５６を先部に着脱可能なスピンドル１１を進退可能な進退駆動手段１２と、スピンドル１１を回転可能な回転駆動手段１３とが取付けフレーム１４に一体的に組み込まれている。
【０００８】
進退駆動手段１２においては、取付けフレーム１４の側壁１５に取付けられた、モータの一例であるサーボモータからなる進退用モータ１６の回転が、進退用モータ１６の出力軸１７に固定されたプーリ１８と送りネジ軸１９の軸端部に固定されたプーリ２０とを巻回するタイミングベルト２１を介して送りネジ軸１９に伝達するように構成されている。また、送りネジ軸１９の両端部は、取付けフレーム１４の中央部に配置された軸受２２等を介して回転可能に支持されており、送りネジ軸１９の反プーリ２０側には、スピンドル１１の所要ストロークに応じた長さの雄ネジ２３が形成されている。雄ネジ２３に螺合する雌ネジを備えた進退ブロック２４が、スピンドル１１を軸方向に固定して回転可能に支持している円筒状のクイル２５にネジ機構２６により連結されている。従って、進退用モータ１６を駆動すると、クイル２５は図１の矢印で示す軸方向に進退する。なお、送りネジ軸１９と進退ブロック２４により進退変換機構が構成される。
【０００９】
図２に示すように、クイル２５の外側で、クイル２５の軸に直角な断面で１８０°の対向する水平位置に２本のリニアレール２７、２８が図示しないネジ機構により取付けられており、リニアレール２７、２８とガタ無く摺動移動なリニアベアリングケース２９、３０が取付けフレーム１４に形成されたベアリングケース取付け座３１、３１ａ、３２、３２ａにネジ機構３３により取付けられている。従って、進退用モータ１６を駆動することにより、スピンドル１１を備えたクイル２５が、クイル２５に取付けたリニアレール２７、２８がリニアベアリングケース２９、３０に案内されて取付けフレーム１４に対して進退することができる。対となるリニアレール２７（２８）とリニアベアリングケース２９（３０）によりリニアガイドが構成されている。なお、リニアガイドは、ボール軸受を備えている。
【００１０】
回転駆動手段１３においては、図１に示すように、取付けフレーム１４の上部に取付けられたサーボモータからなる回転用モータ３４の回転が、回転用モータ３４の出力軸３５に固定されたプーリ３６と、取付けフレーム１４の軸受部３７ａで支持されたスピンドル駆動軸３７の軸端部に固定されたプーリ３８とを巻回するタイミングベルト３９を介してスピンドル駆動軸３７に伝達するように構成されている。スピンドル駆動軸３７のクイル２５内に入り込んだ図示しない部分には、従来例のドリルユニット７０と同様に、スピンドル１１の所要ストロークに応じた長さの凸状スプラインが形成されており、該凸状スプラインと嵌合して摺動する凹状スプラインが形成された回転伝達部材及び回転伝達部材に連結され、クイル２５の内側に配置された複数の軸受に回転可能に支持されたスピンドル１１が回転可能な構成となっている。なお、図１中の符号４５は、クイル２５を突出可能に包むように取付けフレーム１４に形成された筒状部を表しており、符号４６は筒状部４５の先端部に装着されたダストパッキンを表している。
【００１１】
従って、回転用モータ３４を駆動することにより、クイル２５の進退動作に関係なく、凸状、凹状スプラインを介してスピンドル１１を回転することができる。このように進退駆動手段１２及び回転駆動手段１３により、被加工物に所定のストロークの孔を加工することができる。
【００１２】
次いで、本発明の実施の形態のドリルユニット１０を使用する場合には、被加工物をセットした加工台座に、取付けフレーム１４の下部に形成された４か所のユニット取付け座４０〜４３に設けた挿通孔４４を介してネジ機構によってドリルユニット１０を取付ける。進退駆動手段１２及び回転駆動手段１３を操作して、ドリルを前進させながら回転させて被加工物に所定のストロークの孔を加工する。加工が終了すれば、ドリルを回転させながら後退させる。
ドリルユニット１０においては、進退するクイル２５と取付けフレーム１４とを対となるリニアガイドを介して連結しているので、進退するクイル２５のガタの発生が抑制されて、ドリルが高速で回転してもその振動が防止され、その結果、精度の高い孔加工が可能となる。また、コンパクトな構造の装置にできるので、低コストで製造できる。
【００１３】
前記実施の形態においては、リニアレール２７、２８をクイル２５に取付けたが、必要に応じて逆にリニアレール２７、２８を取付けフレーム１４に取付け、リニアベアリングケース２９、３０をクイル２５に取付けることもできる。
回転加工ユニットはドリルユニット１０として説明したが、これに限定されることなく、スピンドル１１に装着する回転刃物を取り替えることにより、タッピング加工用、フライス加工用或いはエンドミル加工用等の回転加工ユニットとして使用することもできる。
進退駆動手段１２及び回転駆動手段１３の駆動源としてサーボモータを用いたが、状況に応じて、エアモータ、油圧モータ等を用いることもできる。
【００１４】
例えば、図３には、進退駆動手段としてシリンダの一例であるエアシリンダを使用した変形例の回転加工ユニットの一例であるドリルユニット５０を示す。なお、ドリルユニット１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、また類似の構成要素には同一の番号及びアルファベットを付して、詳しい説明を省略する。
ドリルユニット５０においては、図３に示すように、進退駆動手段１２ａとしてエアシリンダ部５１が内蔵されており、エアシリンダ部５１は、筒状部４５ａの後部に接続されたシリンダチューブ５２、シリンダチューブ５２の内周面５３を摺動するピストン５４、及びピストン５４に連結されたピストンロッド５５とを備えている。
【００１５】
ピストンロッド５５にはクイル２５ａが連結されており、ドリルユニット１０と同様、クイル２５ａの対向する外面にリニアレール２７ａが取付けられると共に、筒状部４５ａの内側にはリニアレール２７ａと対をなすリニアベアリングケース２９ａが取付けられている。なお、ドリルユニット５０の回転駆動手段１３ａはドリルユニット１０と略同じ構成としており、図３に示す符号３７ｂは、スピンドル１１ａを回転駆動する、中空のピストンロッド５５を貫通するスピンドル駆動軸を表している。
従って、スピンドル１１ａを回転させながら、ピストン５４の両サイドの空間５７、５７ａに、エアを交互に供給することによりピストン５４及びピストンロッド５５を介してクイル２５ａを進退することができる。
なお、シリンダはエアシリンダに限定されず、油圧シリンダでも構わない。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１〜３記載の回転加工ユニットにおいては、クイルを、対向配置されたリニアレールとリニアベアリングケースからなるリニアガイドを介して、取付けフレームに進退可能に取付けているので、加工用刃物が取付けフレームに対して長く前進し、かつ高速度で回転しても、クイルの剛性を高く維持でき、その結果、高い精度で機械加工ができると共に、加工用刃物の寿命を向上できる。また、リニアガイドはボール軸受を有しているので、摩擦抵抗が小さいため、機械損失が極めて少なく、その結果進退駆動用の動力が低減できる。
また、リニアレールを円筒状のクイルの外側に取付け、一方リニアベアリングケースを取付けフレームに取付けているので、クイルの剛性がより高くでき、かつよりコンパクトな装置とすることができる。
請求項２記載の回転加工ユニットにおいては、進退駆動手段としてモータを備えているので、進退変換機構を介してモータの回転をクイルに伝えることにより、クイルを確実に進退できると共に、設置スペースを小さくできる。
請求項３記載の回転加工ユニットにおいては、進退駆動手段としてシリンダを備えているので、シリンダの進退動作を直接クイルに伝えることにより、クイルを確実に進退できると共に、進退変換機構を省略できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る回転加工ユニットの正断面図である。
【図２】同回転加工ユニットの側断面図である。
【図３】同回転加工ユニットの変形例の部分正断面図である。
【図４】従来例に係る回転加工ユニットの正断面図である。
【図５】同回転加工ユニットの側断面図である。
【符号の説明】
１０  ドリルユニット（回転加工ユニット）
１１  スピンドル                    １１ａ  スピンドル
１２  進退駆動手段                  １２ａ  進退駆動手段
１３  回転駆動手段                  １３ａ  回転駆動手段
１４  取付けフレーム                １５  側壁
１６  進退用モータ                  １７  出力軸
１８  プーリ                        １９  送りネジ軸
２０  プーリ                        ２１  タイミングベルト
２２  軸受                          ２３  雄ネジ
２４  進退ブロック                  ２５  クイル
２５ａ  クイル                      ２６  ネジ機構
２７  リニアレール                  ２７ａ  リニアレール
２８  リニアレール                  ２９  リニアベアリングケース
２９ａ  リニアベアリングケース      ３０  リニアベアリングケース
３１  ベアリングケース取付け座      ３１ａ  ベアリングケース取付け座
３２  ベアリングケース取付け座      ３２ａ  ベアリングケース取付け座
３３  ネジ機構                      ３４  回転用モータ
３５  出力軸                        ３６  プーリ
３７  スピンドル駆動軸              ３７ａ  軸受部
３７ｂ  スピンドル駆動軸            ３８  プーリ
３９  タイミングベルト              ４０  ユニット取付け座
４１  ユニット取付け座              ４２  ユニット取付け座
４３  ユニット取付け座              ４４  挿通孔
４５  筒状部                        ４５ａ  筒状部
４６  ダストパッキン
５０  ドリルユニット（回転加工ユニット）
５１  エアシリンダ部                ５２  シリンダチューブ
５３  内周面                        ５４  ピストン
５５  ピストンロッド                ５６  取付け具
５７  空間                          ５７ａ  空間
【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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