JPH10138013A - 工作機械の径方向切り込み装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 簡単な構造でかつ精度劣化が少なく、摩擦
熱，摩耗による加工精度，耐久性の低下の問題を回避で
きる工作機械の径方向切り込み装置を提供する。 【解決手段】 主軸頭１により回転可能に支持され主軸
駆動機構４により回転駆動される主軸２のドローバー７
の中に第１ロッド１５を回転可能かつ軸方向移動可能に
挿入し、主軸頭１内に外周にねじが形成された第２ロッ
ド１６を回転不能かつ軸方向移動可能に挿入し、第２ロ
ッド１６と第１ロッド１５とを相対回転可能かつ軸方向
移動伝達可能に結合し、第２ロッド１６に螺装したナッ
ト部材１８を主軸頭１により回転可能かつ軸方向移動不
能に支持し、モータ２１でナット部材１８を回転するこ
とにより第２ロッド及び第１ロッドを軸方向に移動さ
せ、工具ホルダ５内に設けた移動方向転換機構により、
第１ロッドの軸方向移動を刃具の主軸径方向移動に転換
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸に装着された
工具ホルダの刃具を主軸径方向に移動させることにより
例えば所望径の穴ぐり加工等を行うようにした工作機械
の径方向切り込み装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばマシニングセンタにおいて
刃具の主軸径方向の切り込み量を制御可能としたものと
して、特公昭６２−４２７２６号公報（第１従来例）、
特公昭６２−４２７２７号公報（第２従来例）、特開平
５−２７７８１１号公報（第３引例）がある。

【０００３】上記第１従来例は、主軸の先端に工具ホル
ダを装着し、該工具ホルダ内に刃具の径方向位置を変化
させる偏芯機構を設け、上記主軸内に挿入され上記工具
ホルダをアンクランプするドローバー内に切り込み制御
軸を挿入配置し、サーボモータにより回転制御される差
動機構，切り込み制御軸，及び偏芯機構を介して工具の
刃先位置を基準角度位置からの回転角数値制御により制
御するようにした例である。

【０００４】上記第２従来例は、上記第１従来例を改良
したものであり、差動機構として工具ホルダ内に遊星歯
車機構を配置し、さらに切り込み制御軸を工具ホルダ側
の連結軸と係脱させるシリンダ装置を設けた例である。

【０００５】上記第３従来例は、工具ホルダ内にピスト
ン部材の軸方向移動を傾斜カムにより刃具の径方向移動
に転換する機構を設けるとともに、外周にボールねじを
有し上記ピストン部材を軸方向に駆動する駆動軸を主軸
内に回転可能かつ軸方向移動可能に挿入配置し、該駆動
軸にボールナットを装着し、該ボールナットをモータで
回転駆動するようにした例である。

【発明が解決しようとする課題】上記第１従来例装置で
は、工具ホルダ内に偏芯機構を設ける必要があることか
ら構造が複雑となる問題があり、また差動機構が必要な
ことから装置が大型化し、しかも偏芯機構の回転角度に
より切り込み量を制御する方式であることから、切り込
み送り指令値と実際の切り込み量とが比例しないという
問題がある。

【０００６】上記第２従来装置では、工具ホルダ内に切
り込み制御軸を回転制御するための遊星歯車機構を設け
る必要があることから構造が複雑となる問題があり、ま
た切り込み制御軸と工具ホルダ側の連結軸とを係脱させ
るための専用のシリンダ装置が必要となる問題もある。

【０００７】また上記第１，第２従来装置は何れも、切
り込み制御軸の回転を歯車を介して偏芯機構，遊星歯車
機構に伝達し、切り込み量を制御する方式を採用してお
り、歯車伝達による動力ロス，精度劣化が懸念される。

【０００８】一方、第３従来例は、ピストン部材の軸方
向移動を傾斜カム面を利用して径方向移動に変更してい
るので、構造が簡単であり、また歯車伝達による動力ロ
ス，精度劣化の問題を回避できる。

【０００９】しかし第３従来例では、加工状態において
は工具ホルダは主軸と共に回転するのに対し駆動軸は回
転しないので、上記ピストン部材と駆動軸との連結部に
おいて相対的回転が発生し、摩擦熱により熱膨張量が大
きくなって加工精度が低下したり、摩耗により耐久性が
低下する問題が懸念される。

【００１０】また第３従来装置は、主軸下端面にナット
により固定するタイプの工具ホルダ、つまり一般的なプ
ルスタッドボルトをドローバーで引っ張って固定するも
のと異なるタイプの工具ホルダを使用する場合を対象と
しており、上記一般的なプルスタッドボルトを引っ張っ
て固定するタイプの工具ホルダを使用する場合にはその
ままでは採用し難い問題もある。

【００１１】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、簡単な構造でかつ精度劣化が少なく、また
工具ホルダと駆動軸との連結部における摩擦熱，摩耗に
よる加工精度，耐久性の低下の問題を回避できる工作機
械の径方向切り込み装置を提供することを課題としてい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、主軸
頭により回転可能に支持され主軸駆動機構により回転駆
動される主軸の先端に装着された工具ホルダの刃具を主
軸径方向に移動させる工作機械の径方向切り込み装置に
おいて、上記主軸のドローバーの中に第１ロッドを回転
可能かつ軸方向移動可能に挿入し、上記工具ホルダ内に
上記第１ロッドの軸方向移動を上記刃具の径方向移動に
転換する移動方向転換機構を設け、上記主軸頭内に外周
にねじが形成された第２ロッドを回転不能かつ軸方向移
動可能に挿入し、該第２ロッドと上記第１ロッドとを相
対回転可能かつ軸方向移動伝達可能に結合し、上記第２
ロッドにナット部材を螺装するとともに該ナット部材を
上記主軸頭により回転可能かつ軸方向移動不能に支持
し、該ナット部材を回転駆動するモータを主軸頭に装着
し、該モータでナット部材を回転することにより第２ロ
ッドを軸方向に移動させ、該第２ロッドの移動により第
１ロッド，上記移動方向転換機構を介して上記刃具を主
軸径方向に移動させることを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明の一実施形
態による工作機械の径方向切り込み装置を説明するため
の図であり、図１は主軸頭の模式全体構成図、図２は工
具ホルダの主軸装着部の断面側面図、図３は工具ホルダ
の一部断面側面図、図４は工具ホルダの底面図、図５は
移動方向転換機構部分の模式断面図、図６は第１，第２
ロッド結合部分の模式断面側面図である。

【００１４】図において、１は図示しないコラムに軸方
向（Ｚ軸方向）に移動可能に装着された主軸頭である。
該主軸頭１の筒状に形成されたケーシング１ａ内には主
軸２が挿入配置され、軸受３，３により回転可能かつ軸
方向移動不能に支持されており、該主軸２は上記ケーシ
ング１ａ内に収容配置された主軸モータ４により回転駆
動される。なお、主軸モータ４のロータは主軸２に固定
され、ステータはケーシング１ａの内面に固定されてい
る。

【００１５】上記主軸２の下端に形成されたテーパ穴２
ａ内に工具ホルダ５のテーパ部９ａが着脱可能に嵌合装
着されている。該工具ホルダ５の頭部に形成された係止
段部９ｂにはコレット６の下係止部６ａが係合してい
る。該コレット６の上係止部６ｂは上記主軸２の軸心に
軸方向移動可能に挿入配置されたドローバー７の先端の
係止溝７ａに係合しており、該ドローバー７は多数の皿
ばね８により上方に付勢されている。これにより上記工
具ホルダ５は上記テーパ穴２ａ内に嵌合固着されてお
り、主軸２と共に回転することとなる。なお、図２にお
いて主軸軸線Ａより右側は工具ホルダクランプ状態を、
左側は工具ホルダアンクランプ状態を示している。

【００１６】上記工具ホルダ５は、ホルダ本体９と、該
工具ホルダ５ひいては主軸２の軸線Ａと直角方向（図３
左右方向，図４上下方向））に移動可能にホルダ本体９
に支持された工具保持部１０と、後述するプッシュロッ
ドの軸方向移動を軸直角方向移動に転換することにより
上記工具保持部１０を上記軸直角方向に移動させる移動
方向転換機構１１とを備えている。

【００１７】上記工具保持部１０には刃具１０ａが取り
付けられ、上端部にはスライドフランジ１０ｂが一体形
成されており、該スライドフランジ１０ｂがホルダ本体
９の下端部内に形成されたスライドガイド穴９ｄにより
上記軸直角方向に移動可能に支持されている。

【００１８】そして上記移動方向転換機構１１は、上記
ホルダ本体９に主軸軸線と同軸をなすよう形成されたス
ライド穴９ｃ内に可動ロッド１２を主軸軸線Ａ方向に摺
動自在に挿入配置し、該可動ロッド１２の下端に傾斜カ
ム面１２ａを主軸軸線Ａに対して傾斜するように形成
し、該傾斜カム面１２ａを上記工具保持部１０のスライ
ドフランジ１０ｂに形成された傾斜カム面１０ｃに摺接
させ、さらに上記工具保持部１０を後退端位置に付勢す
る二重コイルばね１３を備えた構造となっている。

【００１９】また上記可動ロッド１２の上端部には、後
述するプッシュロッド１４の下降，，又は上昇により該
プッシュロッド１４の下端部と可動ロッド１２の上端部
とを結合し，又は該結合を解除するボールキャッチ式結
合・解除機構２３が形成されている。この結合・解除機
構２３は、可動ロッド１２の上端部に円筒部１２ｂを形
成し、該円筒部１２ｂの内側，外側にリテーナ１２ｃ，
スリーブ１２ｄを上下動可能にかつばね１２ｅ，１２ｆ
で上方に付勢して配置し、円筒部１２ｂの上部に形成さ
れた穴内に複数の鋼球１２ｇを介在させた構造のもので
ある。

【００２０】上記プッシュロッド１４は、上記主軸２の
軸心に挿入されたドローバー７内に回転可能かつ軸方向
移動可能に挿入された第１ロッド１５と、上記主軸頭１
のケーシング１ａ内に回転不能かつ軸方向移動可能に挿
入された第２ロッド１６とからなり、該第２ロッド１６
と上記第１ロッド１５とは軸受１５ｃを介在させること
により相対回転可能かつ軸方向移動伝達可能に結合され
ている。具体的には、図６に示すように、第１ロッド１
５の上端に複数の軸受１５ｃをナット１５ｄにより固定
し、該軸受１５ｃ部分を第２ロッド１６の結合穴１６ａ
内に挿入し、該第２ロッド１６側に固定されたロックリ
ング１６ｂにより抜け止めをした構造となっている。

【００２１】上記第１ロッド１５の下端部には上述の鋼
球１２ｇと係合可能の凹溝１５ａが凹設されており、さ
らに小径の挿入部１５ｂが突出形成されている。この第
１ロッド１５が下降すると上記挿入部１５ｂが上記結合
・解除機構２３のリテーナ１２ｃ内に進入し、さらに下
降すると該リテーナ１２ｃを下方に押しさげ、これに伴
って鋼球１２ｇが凹溝１５ａに係合し該第１ロッド１５
と上記可動ロッド１２とが結合される。

【００２２】上記第２ロッド１６の中央部の外周面には
ボールねじが形成されており、該第２ロッド１６にはボ
ールナット（ナット部材）１８が螺装されている。この
ボールナット１８は主軸頭１のケーシング１ａにより軸
受１９を介して回転可能かつ軸方向移動不能に支持され
ている。

【００２３】また第２ロッド１６の上端部の外周面には
スプライン１６ｃが形成されてケーシング１ａ側に形成
されたスプライン溝に噛合している。これにより該第２
ロッド１６は回転不能かつ軸方向移動可能となってい
る。

【００２４】そして上記ボールナット１８の上端部には
従動プーリ１８ａが接続されており、該従動プーリ１８
ａはベルト２０によりサーボモータ２１の駆動プーリ２
１ａに連結されている。これによりサーボモータ２１の
回転によりボールナット１８を介してプッシュロッド１
４を主軸軸方向に移動させるプッシュロッド移動機構２
２が構成されている。

【００２５】また上記主軸頭１のケーシング１ａ内には
上記第１，第２ロッド１５，１６の結合部を囲むように
アンクランプシリンダ機構１７が配設されている。この
アンクランプシリンダ機構１７は、ケーシング１ａ側に
固定されたシリンダ１７ａ内に上記結合部を囲む筒状の
ピストン１７ｂを挿入配置し、該ピストン１７ｂを復帰
ばね１７ｃでクランプ方向（上方）に付勢した構造のも
のであり、ピストン１７ｂの下端面が上記ドローバー７
の上端面に対向している。従って、該ピストン１７ｂが
下方に移動すると、ドローバー７がコレット６を工具ホ
ルダ５のアンクランプ位置に下降させる。

【００２６】次に本実施形態における動作及び作用効果
を説明する。工具ホルダ５が主軸２の下端部にクランプ
された状態で主軸モータ４が回転すると工具ホルダ５が
主軸２と共に回転し、工具保持部１０の刃具１０ａによ
り切削加工が行われる。

【００２７】工具ホルダ５の交換に当たっては、アンク
ランプシリンダ機構１７に油圧が供給されピストン１７
ｂが下降してドローバー７を皿ばね８の付勢力に抗して
下降させ、コレット６の下係止部６ａと工具ホルダ５の
係止段部９ｂとの係合が解除され、該工具ホルダ５はテ
ーパ穴２ａからアンクランプされる。そして新たな工具
ホルダ５をテーパ穴２ａに嵌合し、上記アンクランプシ
リンダ機構１７への油圧が排除されると皿ばね８の付勢
力でドローバー７が上昇し、コレット６が工具ホルダ５
を引き上げ、該工具ホルダ５はテーパ穴２ａにクランプ
される。

【００２８】そして工具ホルダ５の刃具１０ａの主軸径
方向位置、即ち切り込み量を制御する場合には、サーボ
モータ２１の回転に伴ってプッシュロッド１４が下降
し、第１ロッド１５の下端の挿入部１５ｂがリテーナ１
２ｃ内に進入する。該第１ロッド１５がさらに下降する
とリテーナ１２ｃを押し下げ、これに伴ってスリーブ１
２ｄが上昇して鋼球１２ｇを第１ロッド１５の凹溝１５
ａに押し込んで係合させ、第１ロッド１５と可動ロッド
１２とが結合する。

【００２９】上記第１ロッド１５と可動ロッド１２とが
結合した後は、プッシュロッド１４の下降，上昇に伴い
可動ロッド１２の傾斜カム面１２ａが工具保持部１０の
傾斜カム面１０ｃに摺接し、該可動ロッド１２が下降す
るほど工具保持部１０は径方向に移動し、刃具１０ａに
よる径方向切り込み量が増加することとなる。

【００３０】上記刃具１０ａの径方向切り込み量の制御
を行わない場合には、サーボモータ２１の回転によりプ
ッシュロッド１４をその下端面が工具ホルダ９の上端面
より上方の、つまり工具ホルダ９に干渉しない原位置に
位置するように上昇させる。これにより第１ロッド１５
と可動ロッド１２との結合が解除され、工具保持部１０
は二重コイルばね１３により基準の径方向位置に付勢保
持される。

【００３１】このように本実施形態装置によれば、プッ
シュロッド１４をサーボモータ２１，ボールナット１８
からなるプッシュロッド移動機構２２により軸方向に移
動させ、該軸方向移動を傾斜カム面１２ａ，１０ｃによ
り工具保持部１０の径方向移動に転換するようにしたの
で、上記従来の偏芯機構，遊星歯車機構等を備えた装置
に比較して、構造が極めて簡単である。

【００３２】またプッシュロッド１４を原位置に位置さ
せると、プッシュロッド１４と工具ホルダ５の可動ロッ
ド１２との結合が解除され、かつ上記プッシュロッド１
４が工具ホルダ５に干渉することはなくなるので、切り
込み量制御機能を有しない通常の工具ホルダであっても
支障なく主軸２にセット可能である。

【００３３】またボールキャッチ式結合・解除機構２３
を設けたので、上記プッシュロッド１４と可動ロッド１
２との結合，及びその解除は、プッシュロッド１４を主
軸方向に所定距離移動するだけで自動的に行われ、上記
従来装置のような専用の装置は不要である。

【００３４】そして本実施形態では、プッシュロッド１
４を、主軸２内に回転可能かつ軸方向移動可能に挿入さ
れた第１ロッド１５と、主軸２より上方に回転不能かつ
軸方向移動可能に配置された第２ロッド１６とに２分割
し、第１，第２ロッド１５，１６を相対回転可能かつ軸
方向移動伝達可能に連結したので、加工状態では第１ロ
ッド１５は主軸２と共に回転することとなり、従って第
１ロッド１５と工具ホルダ５の可動ロッド１２との間に
相対回転が生じることはなく、摩擦熱，摩耗の発生を回
避できる。

【００３５】なお、上記実施形態では、プッシュロッド
１４の軸方向移動により刃具１０ａの切り込み量を調整
するようにしたが、本発明におけるプッシュロッド１４
の軸方向移動のための構造は上記以外の用途に応用可能
である。

【００３６】例えば、図７に示すように、駆動モータ内
蔵式工具ホルダ５を使用する場合には、上記プッシュロ
ッド１４の下端と可動ロッド１２の上端部との間に電力
の接触給電機構３１を配設し、該機構３１の給電部材３
１ａをプッシュロッド１４側に固定するとともに該給電
部材３１ａに接続されたケーブル３２をプッシュロッド
１４内を通して電源に接続し、受電部材３１ｂを可動ロ
ッド１２側に固定するとともに該受電部材３１ｂに接続
されたケーブル３３を可動ロッド１２内を通して上記モ
ータに接続する。また上記電力供給の代わりに圧縮空
気，作動油の供給も可能である。

【００３７】

【発明の作用効果】以上のように請求項１の発明に係る
工作機械の径方向切り込み装置によれば、モータでナッ
ト部材を回転駆動することにより第２ロッドが軸方向に
移動し、該軸方向移動が第１ロッドを介して移動方向転
換機構に伝達され、該移動方向転換機構が刃具を径方向
に移動し、簡単な構造による径方向切り込み量の調整を
実現できる効果がある。

【００３８】そしてモータの回転を軸方向移動に転換す
るに当たり、第１ロッドと第２ロッドとを相対回転自在
に連結したので、加工状態では第１ロッドは主軸と共に
回転し、従って主軸と共に回転する移動方向転換機構と
第１ロッドとの間に相対回転が生じることはなく、該相
対回転に起因する摩擦熱，摩耗の発生を回避でき、加工
精度，耐久性の低下を回避できる効果がある。

【００３９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による工作機械の径方向切
り込み量制御装置を説明するための主軸頭の模式全体構
成図である。

【図２】上記実施形態装置の工具ホルダの主軸装着部回
りの断面側面図である。

【図３】上記実施形態装置の工具ホルダの一部断面側面
図である。

【図４】上記実施形態装置の工具ホルダの底面図であ
る。

【図５】上記実施形態装置の移動方向転換機構部分の模
式断面図である。

【図６】上記実施形態装置の第１，第２ロッド結合部の
模式断面側面図である。

【図７】本発明の応用例を示す模式断面側面図である。

【符号の説明】

１ 主軸頭 ２ 主軸 ４ 主軸モータ（主軸駆動機構） ５ 工具ホルダ １０ａ 刃具 １１ 移動方向転換機構 １５ 第１ロッド １６ 第２ロッド １８ ボールナット（ナット部材） ２１ サーボモータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸頭により回転可能に支持され主軸駆
   動機構により回転駆動される主軸の先端に装着された工
   具ホルダの刃具を主軸径方向に移動させる工作機械の径
   方向切り込み装置において、上記主軸のドローバーの中
   に第１ロッドを回転可能かつ軸方向移動可能に挿入し、
   上記工具ホルダ内に上記第１ロッドの軸方向移動を上記
   刃具の径方向移動に転換する移動方向転換機構を設け、
   上記主軸頭内に外周にねじが形成された第２ロッドを回
   転不能かつ軸方向移動可能に挿入し、該第２ロッドと上
   記第１ロッドとを相対回転可能かつ軸方向移動伝達可能
   に結合し、上記第２ロッドにナット部材を螺装するとと
   もに該ナット部材を上記主軸頭により回転可能かつ軸方
   向移動不能に支持し、該ナット部材を回転駆動するモー
   タを主軸頭に装着し、該モータでナット部材を回転する
   ことにより第２ロッドを軸方向に移動させ、該第２ロッ
   ドの移動により第１ロッド，上記移動方向転換機構を介
   して上記刃具を主軸径方向に移動させることを特徴とす
   る工作機械の径方向切り込み装置。