JP2008302440A

JP2008302440A - ワーク取付具及び工作機械

Info

Publication number: JP2008302440A
Application number: JP2007149343A
Authority: JP
Inventors: Junichi Maeda; 淳一前田
Original assignee: Makino J Co Ltd
Current assignee: Makino J Co Ltd
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2008-12-18

Abstract

【課題】工作機械の主軸の回転軸線に垂直なワーク面の加工を行うことを可能とさせ、加工能率を向上させる。
【解決手段】工作機械１１の主軸１７にドライブシャフト２１を装着する。また、テーブル１９上に、ワークＷが取り付けられたワーク取付具２５を着脱可能に取り付ける。ワーク取付具２５上に固定されたワークＷに対して相対移動可能にかつ回転軸線Ｏ２周りに回転可能にカッタ３７を保持するカッタホルダ３９をワーク取付具２５上にさらに設ける。ドライブシャフト２１とカッタ３７とは、カッタ３７の回転軸線Ｏ２とドライブシャフト２１の回転軸線Ｏ１とを一直線上に整列させて、主軸１７とテーブル１９が近づく方向に相対移動させることにより係合して、ドライブシャフト２１の回転をカッタ３７に伝達できるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主軸の回転軸線に垂直なワークの面を加工するためのワーク取付具及びこれを用いた工作機械に関する。

自動車のディファレンシャルケースでは、ギアを収容するための凹部が形成され、凹部を取り囲む側壁のうち対向する二つの側壁にギアに接続されるギアシャフトを通すための軸穴が形成されている。このディファレンシャルケースの内面の軸穴の周囲は平面座や球面座となるため、スラスト加工や球面加工等を行う必要がある。

このような凹部の側面の内面加工を行う場合、軸穴の断面より広い面積を加工する必要があるが、そのような工具は軸穴を通ることができない。したがって、一般的な工作機械で内面加工を行うことは困難である。そこで、内面加工では、一般に、特許文献１及び特許文献２に記載されているような内面加工専用機が使用される。特許文献１及び特許文献２に記載の内面加工機では、スピンドル及び加工台が設置されているベース上に、カッタを回転可能に保持するカッタホルダを設け、加工台上に戴置されたワークの凹部内にカッタホルダに保持されたカッタを配置した後、カッタを挟んでその回転軸線方向に対向して配置されたスピンドルをカッタの回転軸線方向に接近させることによりスピンドルで回転軸線方向両側からカッタを挟持し、スピンドルの回転力をカッタに伝達させてカッタを回転させつつカッタを回転軸線方向に移動させることにより、凹部の内面を加工する。

特開平１０−２７７８２５号公報特開平１１−１６５２１１号公報

内面加工を行うために専用機を使用すると、専用機は高価であるため、製造コストの増加を招く。したがって、マシニングセンタなど汎用の工作機械を用いて内面加工を行えるようにすることが望ましい。また、内面加工では、ワークとカッタ及びスピンドルとの位置合わせが必要になるため、ワークを加工台に固定した後に、ワークの位置の測定及びワークとカッタとの位置合わせを行わなければならない。上記のような専用機では、ワーク交換毎にこのようなワーク位置の測定及び位置合わせを加工台上で行う必要が生じ、加工台上での段取作業に時間を要する。このため、段取作業の間、加工を停止させることになり、加工能率の低下を招くという問題が生じていた。

本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、工作機械の主軸の回転軸線に垂直なワーク面の加工を行うことを可能とさせ、加工能率を向上させることにある。

前述の目的を達成するために、工作機械の主軸の回転軸線に垂直なワークの面を加工するときに使用するワーク取付具であって、工作機械のテーブル上に着脱可能に取り付けられるパレットと、前記パレット上に設けられており、パレット上に固定されたワークに対して相対移動可能にかつ回転軸線周りに回転可能にカッタを保持するカッタホルダとを備えるワーク取付具が提供される。

また、本発明によれば、回転駆動される主軸とワークが戴置されるテーブルとを相対移動させることにより、主軸の回転軸線に垂直なワークの面を加工する工作機械であって、主軸に装着されるドライブシャフトと、ワークが取り付けられテーブル上に着脱可能に取り付けられるワーク取付具上に設けられており、前記ワーク取付具に固定されたワークに対して相対移動可能にかつ回転軸線周りに回転可能にカッタを保持するカッタホルダとを備え、前記ドライブシャフトと前記カッタとは、前記カッタの回転軸線と前記ドライブシャフトの回転軸線とを一直線上に整列させて前記主軸と前記テーブルとを前記回転軸線方向に互いに向けて相対移動させることにより係合して、前記ドライブシャフトの回転を前記カッタに伝達できるように構成されており、前記主軸と前記テーブルとを前記カッタの回転軸線方向に相対移動させることにより前記カッタで前記主軸の回転軸線に垂直な前記ワークの面を加工するようにした工作機械が提供される。

本発明によれば、カッタを支持するカッタホルダがワーク取付具上に設けられているので、工作機械の主軸にドライブシャフトを装着し、ワークが取り付けられたワーク取付具をテーブルに取り付けるだけで、汎用の工作機械を用いて箱型ワークの内面のような主軸の回転軸線と垂直なワークの面の加工を行うことが可能になる。また、カッタを支持するカッタホルダがワーク取付具上に設けられているので、テーブルへのワーク取付具の取り付け前にワークとカッタとの位置合わせを行うことができ、段取作業の済んだワーク取付具をテーブル上に取り付けるだけで、テーブル上にカッタとワークとを所定の位置関係で配置することができる。したがって、テーブル上での段取作業を減らし、加工停止時間を短縮することができる。また、ワークの加工が終了すると、ワーク取付具と共にカッタも交換されることになるので、カッタの交換のための加工停止も不要となる。

前記ワークは凹部が形成された略箱型形状であり、前記カッタは前記ワークの凹部内に配置され、前記凹部の側壁に形成された軸穴を通して前記ドライブシャフトを前記凹部内に配置されたカッタに係合させることが好ましい。

また、前記カッタホルダは、前記カッタを前記カッタの回転軸線方向に移動させる水平移動機構と、前記カッタを前記カッタの回転軸線と垂直な方向に移動させる垂直移動機構とを備えることが好ましい。

本発明によれば、カッタを保持するカッタホルダがワーク取付具上に設けられているので、汎用の工作機械を用いて主軸の回転軸線と垂直なワークの面の加工を行うことが可能になる。また、ワーク取付具をテーブルに取り付ける前にワークとカッタとの位置合わせを行うことができるので、テーブル上での段取作業を減少させることができ、加工停止時間を短縮させ、加工能率を向上させることが可能になる。さらに、ワーク取付具の交換と共に、カッタも交換されることになるので、カッタの摩耗等に起因するカッタ交換のための加工停止も不要になり、加工能率を向上させ得る。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明による主軸の回転軸線に垂直なワークの面を加工するための工作機械の全体構成図、図２は図１に示されている工作機械のワーク取付具に設けられたカッタホルダのカッタ保持部の拡大図、図３〜図６は本発明の工作機械によるワークの内面を加工する手順を説明するための線図であり、図３はカッタをワークの凹部内に配置した状態を示したもの、図４はカッタにドライブシャフトを係合させた状態を示したもの、図５はカッタをワークの内面に押し当てた状態を示したもの、図６は加工終了後にカッタをワークの凹部内から除去した状態を示したものである。

図１を参照すると、主軸１７の回転軸線Ｏ１に垂直な面（例えばワークの内面）を加工するための工作機械１１が示されている。工作機械１１は、床面に設置されるベッド１３と、ベッド１３上をＸ軸方向に移動可能に設けられたコラム１５と、コラム１５上にＹ軸方向に移動可能に支持される主軸１７と、ベッド１３上をＺ軸方向に移動可能に設けられたテーブル１９とを備える。ここで、Ｘ軸は図１において紙面に垂直に延びる軸線の方向、Ｙ軸は図１において上下方向に延びる軸線の方向、Ｚ軸は図１において左右方向に延びる軸線の方向を指すものとする。図１に示されている実施の形態では、主軸１７がベッド１３に対してＸ軸及びＹ軸方向に移動する一方、テーブル１９がベッド１３に対してＺ軸方向に移動するように構成されているが、主軸１７とテーブル１９とがＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸方向に相対移動可能になっていればよい。例えば、主軸１７がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向に移動するようになっていてもよい。

主軸１７には、後述するカッタ３７を回転駆動するためのドライブシャフト２１が工具ホルダ２３を介して装着されている。ドライブシャフト２１は、主軸１７に近い側に位置する大径円柱部２１ａと、主軸１７から遠い側に位置する小径円柱部２１ｂとを含み、大径円柱部２１ａと小径円柱部２１ｂとの境界部には肩部２１ｃが形成されている。また、小径円柱部２１ｂには、後述するカッタ３７と係合したときにカッタ３７が小径円柱部２１ｂに対して回転することを防止するために、小径円柱部２１ｂの外周面から半径方向外方に突出しドライブシャフト２１の長手方向に延びるキー２１ｄが設けられている。

テーブル１９上には、ワークＷが固定されたワーク取付具２５が着脱可能に取り付けられている。ワークＷは、略箱型形状をしたものであり、中央部に凹部２７が形成され、上部に外部と連通する窓部２９が形成されていると共に、凹部２７を取り囲む側壁３１の対向する位置に一対の軸穴３３が形成されている。しかしながら、箱型形状のワークＷに限らず、主軸１７の回転軸線Ｏ１に垂直な面を有するワークであれば、特に限定されない。ワーク取付具２５は、ワークＷが固定されテーブル１９上に着脱可能に取り付けられるパレット３５と、ワークＷを加工するためのカッタ３７と、パレット３５上に設けられ、ワークＷの加工すべき面の前にカッタ３７をその回転軸線Ｏ２周りに回転可能に保持するカッタホルダ３９とを含む。パレット３５は、工作機械１１で使用される一般的なタイプのものであり、テーブル１９上にクランプ等（図示せず）により着脱可能に取り付けることができるものであれば特に限定されない。

カッタ３７は、図２に示されているように、回転軸線Ｏ２方向両端部に切刃３７ａを有しこの切刃３７ａによって回転軸線Ｏ２と垂直なワークＷの面を加工するタイプのものであり、ワーク取付具２５がテーブル１９に取り付けられたときに回転軸線Ｏ２が主軸１７の回転軸線Ｏ１と平行になるようにカッタホルダ３９に保持されている。

図１の実施の形態では、カッタ３７に、中心軸線（すなわち、回転軸線Ｏ２）に沿ってドライブシャフト２１の小径円柱部２１ｂの直径と略同じ直径を有する貫通孔３７ｂが形成されており、主軸１７に装着されたドライブシャフト２１の小径円柱部２１ｂと嵌合できるようになっている。また、貫通孔３７ｂの周面には、図２に示されているように、ドライブシャフト２１の小径円柱部２１ｂに設けられたキー２１ｄの横断面と対応する横断面形状を有しカッタ３７の回転軸線Ｏ２に沿って延びるキー溝３７ｃが形成されている（図２を参照）。このような構成により、ドライブシャフト２１の小径円柱部２１ｂをカッタ３７の貫通孔３７ｂに挿入して、ドライブシャフト２１のキー２１ｄをカッタ３７の貫通孔３７ｂのキー溝３７ｃに係合させたときに、ドライブシャフト２１に対してその長手軸線方向にカッタ３７が移動することを許容する一方、ドライブシャフト２１に対してカッタ３７が回転することを防止する。しかしながら、カッタ３７とドライブシャフト２１との係合は、ドライブシャフト２１を介して主軸１７の回転力をカッタ３７に伝達できるようになっていればよく、図１の実施の形態のようなキー２１ｄとキー溝３７ｃを用いた構成に限定されるものではない。例えば、ドライブシャフト２１の外周面とカッタ３７の貫通孔３７ｂの周面に互いに係合するスプラインを設けるようにしてもよい。

カッタ３７とドライブシャフト２１とを係合させるときには、ドライブシャフト２１の肩部２１ｃがカッタ３７の回転軸線Ｏ２方向端面に当接するまでカッタ３７の貫通孔３７ｂにドライブシャフト２１の小径円柱部２１ｂを挿入する。これにより、回転軸線Ｏ１方向におけるドライブシャフト２１に対するカッタ３７の相対位置が定められる。回転軸線Ｏ１方向におけるドライブシャフト２１上のカッタ３７の位置が規制されるようになっていれば、ドライブシャフト２１とカッタ３７とは固定される必要はなく、カッタがドライブシャフトに対してその回転軸線方向に移動可能になっていてもよいし、ドライブシャフト２１とカッタ３７とはこの位置でナット等（図示せず）によりドライブシャフト２１に固定されてもよい。

カッタホルダ３９は、パレット３５のワーク取付面から略垂直方向に延びる支柱４１と、支柱４１からカッタ３７の回転軸線Ｏ２と略平行に延びる水平アーム４３と、カッタ３７の回転軸線Ｏ２に対して略垂直な方向に垂下する垂直アーム４７とを含む。垂直アーム４７の先端には、ベアリング４９（図２を参照）を介してカッタ３７が回転軸線Ｏ２周りに回転可能に保持されている。

垂直アーム４７は、カッタ３７をカッタ３７の回転軸線Ｏ２と略垂直な方向に移動させるための垂直移動機構を備えていることが好ましい。例えば、図１に示されている実施の形態では、垂直移動機構として、水平アーム４３の先端に垂直アーム４７をカッタ３７の回転軸線Ｏ２と略垂直な方向に移動可能に案内する垂直ガイド４５が取り付けられ、垂直ガイド４５に設けられた流体圧シリンダ（図示せず）で垂直アーム４７を垂直移動させる構成がとられている。このように流体圧シリンダを使用する場合、テーブル１９にパレット３５が取り付けられたときに互いに係合するカップリング（図示せず）をテーブル１９及びパレット３５の中心部に設け、このカップリングを介してテーブル１９からワーク取付具２５の流体圧シリンダに作動流体を供給すれば、ワーク取付具２５をテーブル１９に取り付け後も垂直移動機構を作動させることが可能になる。

さらに、水平アーム４３は、カッタ３７をカッタ３７の回転軸線Ｏ２方向に移動させるための水平移動機構を備えることが好ましい。例えば、図１に示されている実施の形態では、水平移動機構として、スライダ５１及びガイドレール５３を使用しており、水平アーム４３にガイドレール５３を設けると共に、ガイドレール５３に沿って移動可能なスライダ５１を支柱４１の上端部に取り付け、支柱４１と水平アーム４３とがカッタ３７の回転軸線Ｏ２方向に相対移動することを可能にさせている。

しかしながら、水平移動機構は、カッタ３７をカッタ３７の回転軸線Ｏ２方向に移動させることができるものであればよく、水平アーム４３と垂直ガイド４５との間でカッタ３７の回転軸線Ｏ２方向の相対移動を許容するようにしてもよい。例えば、水平アーム４３にガイドレールを設け、ガイドレールに沿って移動するスライダに垂直ガイド４５を固定するようにしてもよい。

スライダ５１とガイドレール５３との組合せを水平移動機構として使用する場合、支柱４１と水平アーム４３との間又は水平アーム４３と垂直ガイド４５との間に戻りバネ５５を設けることが好ましい。このように戻りバネ５５を設ければ、カッタ３７に回転軸線Ｏ２方向に外力を加えることによりカッタ３７を移動させることができる一方、外力が作用しなくなると、カッタ３７が自動的に原点位置に戻るようにすることができる。

次に、図３〜図６を参照して、図１に示されている工作機械１１によってワークＷの内面を加工する手順を説明する。
まず、ワーク取付具２５上で、図３に示されているように、水平移動機構及び垂直移動機構を用いて、カッタホルダ３９に保持されたカッタ３７をワークＷの側壁３１の加工すべき面の前に移動させ、ワークＷの対向する側壁３１に設けられた一対の軸穴３３の軸線とカッタ３７の回転軸線Ｏ２とが一直線上に整列するように位置合わせする。このカッタ３７とワークＷとの位置合わせは、ワーク取付具２５上で行えるので、工作機械１１の外部に設けられた段取ステーション等（図示せず）、工作機械１１のテーブル１９以外の場所で行えばよい。したがって、カッタ３７とワークＷとの位置合わせのために工作機械１１を停止させる必要がなくなり、加工能率を向上させることが可能になる。

次に、カッタ３７の回転軸線Ｏ２が工作機械１１の主軸１１の回転軸線Ｏ１と平行になる向きにして、カッタ３７とワークＷとの位置合わせが済んだ状態のワーク取付具２５をテーブル１９上に取り付け、固定する。すると、テーブル１９とワーク取付具２５のパレット３５とは、テーブル１９上に設けられたテーパコーン（図示せず）とパレット３５の底面に設けられたテーパ穴（図示せず）との係合などにより予め定められた位置関係に配置される。ワーク取付具２５がテーブル１９に固定された後、図３に示されているように、ドライブシャフト２１の回転軸線（すなわち、主軸１７の回転軸線Ｏ１）とカッタ３７の回転軸線Ｏ２とが一直線上に整列するように、主軸１７に装着されたドライブシャフト２１をカッタ３７の回転軸線Ｏ２上に移動し、ワークＷの側壁３１を挟んでカッタ３７とドライブシャフト２１とを対向して配置させる。

次に、主軸１７とテーブル１９とをＺ軸方向に互いに近づく向きに相対移動させることにより、ドライブシャフト２１をカッタ３７に接近させ、図４に示されているように、ワークＷの軸穴３３にドライブシャフト２１を貫通させ、さらにドライブシャフト２１の小径円柱部２１ｂをカッタ３７の貫通孔３７ｂに挿入させる。このとき、貫通孔３７ｂのキー溝３７ｃにドライブシャフト２１のキー２１ｄを係合させる。これにより、カッタ３７がドライブシャフト２１に対して回転することが防止されるようになり、主軸１７の回転力がドライブシャフト２１を介してカッタ３７に伝達されてカッタ３７が回転し、カッタ３７によるワークＷの加工を行うことが可能になる。一方、キー溝３７ｃ及びキー２１ｄは共にドライブシャフト２１の長手軸線と平行に延びているので、ドライブシャフト２１の長手軸線に沿ったカッタ３７の移動は許容される。

カッタ３７の貫通孔３７ｂへのドライブシャフト２１の小径円柱部２１ｂの挿入は、ドライブシャフト２１の肩部２１ｃがカッタ３７の回転軸線Ｏ２方向端面に当接するまで行われる。この状態では、水平移動機構の戻りバネ５５の付勢力によりカッタ３７がドライブシャフト２１の肩部２１ｃに押し付けられて、主軸１７とカッタ３７とが予め定められた位置関係に配置されるので、正確な加工が可能となる。次に、カッタ３７がドライブシャフト２１の肩部２１ｃに押し付けられた状態でさらにワークＷをＺ軸方向に主軸１７に向かって移動させる。すると、ドライブシャフト２１の肩部２１ｃにカッタ３７が押されることにより、支柱４１に固定されたスライダ５１が戻りバネ５５の付勢力に抗しつつ水平アーム４３上のガイドレール５３に沿って移動して、カッタ３７とワークＷが近づく方向に相対移動し、図５に示されているように、主軸１７から遠い側のワークＷの側壁３１の内面にカッタ３７の回転軸線Ｏ２方向端面が押し付けられる。この状態で主軸１７を回転させることにより、カッタ３７の回転軸線Ｏ２方向端面に設けられた切刃３７ａでワークＷの内面を加工することができる。

一つの加工面の加工が終了すると、図６に示されているように、主軸１７とテーブル１９とをＺ軸方向に互いから離れる向きに相対移動させることにより、カッタ３７の貫通孔３７ｂからドライブシャフト２１を引き抜き、加工済みの面と対向する面を同様に加工する場合には、テーブル１９を回転させて、ワークＷの加工すべき面を主軸１７から遠い側に配置した後、再度カッタ３７の貫通孔３７ｂにドライブシャフト２１の小径円柱部２１ｂを挿入し、同様に加工を行えばよい。ドライブシャフト２１にカッタ３７をナット等で固定している場合には、一面の加工が完了した後、主軸１７とテーブル１９とをＺ軸方向に互いから離れる向きに相対移動させることにより、対向する面のうちの他方を加工してもよい。

ワークＷに対する加工が完了すると、パレット交換装置（図示せず）などにより、テーブル１９からワーク取付具２５が取り外され、新しいワークＷが取り付けられた別のワーク取付具２５がテーブル１９に取り付けられる。このとき、ワーク取付具２５と共にカッタ３７も交換されることになる。したがって、摩耗によりカッタ３７の交換が必要になった場合でも、テーブル１９上以外の場所でカッタ３７の交換を行うことができ、カッタ３７の交換のために加工を中断する必要がなくなり、加工能率を向上させることが可能になる。加工済みのワークＷが取り付けられたワーク取付具２５は段取ステーションなどに移送されると、カッタホルダ３９の垂直移動機構によりカッタ３７がワークＷの凹部２７から上方に引き出され、ワークＷがパレット３５から取り外される。このようなワークＷの凹部２７からのカッタ３７の除去やパレット３５からのワークＷの取り外しもテーブル１９上以外の場所で行うことができ、その間も工作機械１１では、新たなワークＷの加工を行うことができるので、加工能率が向上する。

以上、図示される実施の形態に基づいて、本発明を説明したが、本発明は図示される実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、カッタホルダの水平移動機構は外力による水平移動を許容するものであるが、モータなどによって自力で移動できるようになっていてもよい。また、垂直アームの垂直機構は、流体圧シリンダに代えて、モータとボールねじナット機構等、他のアクチュエータを用いてもよい。

本発明による主軸の回転軸線に垂直なワークの面を加工するための工作機械の全体構成図である。図１に示されている工作機械のワーク取付具に設けられたカッタホルダのカッタ保持部の拡大図である。本発明の工作機械によるワークの内面を加工する手順を説明するための線図であり、カッタをワークの凹部内に配置した状態を示している。本発明の工作機械によるワークの内面を加工する手順を説明するための線図であり、カッタにドライブシャフトを係合させた状態を示している。本発明の工作機械によるワークの内面を加工する手順を説明するための線図であり、カッタをワークの内面に押し当てた状態を示している。本発明の工作機械によるワークの内面を加工する手順を説明するための線図であり、加工終了後にカッタをワークの凹部内から除去した状態を示している。

符号の説明

１１工作機械
１７主軸
１９テーブル
２１ドライブシャフト
２５ワーク取付具
２７凹部
３３軸穴
３７カッタ
３７ｂ貫通孔
３９カッタホルダ

Claims

工作機械の主軸の回転軸線に垂直なワークの面を加工するときに使用するワーク取付具であって、
工作機械のテーブル上に着脱可能に取り付けられるパレットと、
前記パレット上に設けられており、パレット上に固定されたワークに対して相対移動可能にかつ回転軸線周りに回転可能にカッタを保持するカッタホルダと、
を備えることを特徴としたワーク取付具。
前記カッタホルダは、前記カッタを前記カッタの回転軸線方向に移動させる水平移動機構と、前記カッタを前記カッタの回転軸線と垂直な方向に移動させる垂直移動機構とを備える、請求項１に記載のワーク取付具。
回転駆動される主軸とワークが戴置されるテーブルとを相対移動させることにより、主軸の回転軸線に垂直なワークの面を加工する工作機械であって、
主軸に装着されるドライブシャフトと、
ワークが取り付けられテーブル上に着脱可能に取り付けられるワーク取付具上に設けられており、前記ワーク取付具に固定されたワークに対して相対移動可能にかつ回転軸線周りに回転可能にカッタを保持するカッタホルダと、
を備え、前記ドライブシャフトと前記カッタとは、前記カッタの回転軸線と前記ドライブシャフトの回転軸線とを一直線上に整列させて前記主軸と前記テーブルとを前記回転軸線方向に互いに向けて相対移動させることにより係合して、前記ドライブシャフトの回転を前記カッタに伝達できるように構成されており、前記主軸と前記テーブルとを前記カッタの回転軸線方向に相対移動させることにより前記カッタで前記主軸の回転軸線に垂直な前記ワークの面を加工することを特徴とした工作機械。