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JP3753304B2 - Machine tool and transmission - Google Patents

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JP3753304B2
JP3753304B2 JP2000163437A JP2000163437A JP3753304B2 JP 3753304 B2 JP3753304 B2 JP 3753304B2 JP 2000163437 A JP2000163437 A JP 2000163437A JP 2000163437 A JP2000163437 A JP 2000163437A JP 3753304 B2 JP3753304 B2 JP 3753304B2
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Description

【０００１】
本発明は、工作機械及び変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、マシニングセンタ等の工具を回転させる主軸を備えた工作機械では、主軸の最大回転速度は主軸を回転自在に保持するメインベアリングの構造や潤滑方式によって決定されるため、この最大回転速度より増速した回転速度で工具を回転させたい場合には、たとえば、増速装置を用いている。
増速装置としては、たとえば、工具を保持し主軸に着脱可能となっており、主軸の回転力を遊星歯車機構等の歯車機構によって増速して工具の回転速度を増速させるものが知られている。
たとえば、マシニングセンタにおいて、一時的に主軸の最大回転速度よりも工具の回転速度を増速させたい場合には、上記のような増速装置を主軸に対して自動工具交換装置によって通常の工具と同様に装着し、工具を高い回転速度で回転させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような歯車機構による増速装置によって工具を主軸の回転速度よりも増速する場合に、数万回転〜数十万回転の超高速回転させると、増速装置の発熱が増大し、加工精度に影響することがある。また、数万回転〜数十万回転の超高速回転では、増速装置からの騒音も増大する。さらに、増速装置は、たとえば、数万回転〜数十万回転の回転に耐えうる信頼性を必要とするため、比較的製造コストが上昇するという不利益も存在した。
また、他の増速方法として、主軸を駆動するモータに高周波モータを使用し、この高周波モータに特別に用意された制御装置から駆動電流を供給し、主軸を高速回転させる方法が採られる場合がある、しかしながら、この方法では、工具交換を通常の工具と同様に行うことが難しく、また、設備コストが比較的高いという不利益が存在する。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、発熱や製造コストを抑制しつつ主軸によって駆動される工具等の作業ユニットの回転速度を主軸の回転速度に対して変速することができる工作機械、変速装置および作業ユニットの駆動方法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】
本発明の第１の観点の工作機械は、主軸と、前記主軸に装着又は脱着可能な変速装置と、前記変速装置に装着又は脱着可能であり、前記変速装置によって回転される作業ユニットとを有する工作機械であって、前記変速装置は、前記主軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記主軸の回転によって発電する発電機本体とを有する同期発電機と、前記発電機本体から前記主軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する誘導電動機と、前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、前記作業ユニットが装着される回転軸と、前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記発電機の入力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記主軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記主軸の長手方向に同軸状に配置され、前記発電機の極数と前記電動機の極数との比により設定される増速比により、前記主軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する。
【００１０】
好適には、前記作業ユニットを保持する変速装置を通常の作業ユニットと同様に前記主軸に対して着脱する自動作業ユニット交換装置をさらに有する。
【００１１】
好適には、前記主軸を軸支し、前記主軸の回転によって回転しない非回転部を更に備え、前記ケースは、前記非回転部に設けられた穴部に挿入されて、当該ケースの回転を規制する回転規制部材を備え、前記自動作業ユニット交換装置により前記主軸に前記変速装置が装着されると、前記回転規制部材が前記穴部に挿入される。
【００１３】
好適には、前記発電機は、三相同期発電機であり、前記電動機は、三相誘導電動機である。
【００１５】
本発明の第２の観点の工作機械は、主軸と、前記主軸に装着又は脱着可能な変速装置と、前記変速装置に装着又は脱着可能であり、前記変速装置によって回転される作業ユニットとを有する工作機械であって、前記変速装置は、前記主軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記主軸の回転によって発電する発電機本体とを有する直流発電機と、前記発電機本体から前記主軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する直流電動機と、前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、前記作業ユニットが装着される回転軸と、前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記発電機の入力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記主軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記主軸の長手方向に同軸状に配置され、前記変速装置に設けられた制御回路により前記発電機で発生した電力の前記電動機への供給を制御することにより、前記主軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する。
【００１６】
本発明の第３の観点の変速装置は、工作機械の主軸に装着又は脱着可能な変速装置であって、前記主軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記主軸の回転によって発電する発電機本体とを有する同期発電機と、前記発電機本体から前記主軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する誘導電動機と、前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、作業ユニットが装着される回転軸と、前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記発電機の入力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記主軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記主軸の長手方向に同軸状に配置され、前記発電機の極数と前記電動機の極数との比により設定される増速比により、前記主軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する。
【００２１】
好適には、前記発電機は、三相同期発電機であり、前記電動機は、三相誘導電動機である。
【００２３】
本発明の第４の観点の変速装置は、第１の回転軸に装着又は脱着可能な変速装置であって、前記第１の回転軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記第１の回転軸の回転によって発電する発電機本体とを有する同期発電機と、前記発電機本体から前記第１の回転軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する誘導電動機と、前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、作業ユニットが装着される第２の回転軸と、前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記第２の回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記第２の回転軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記第１の回転軸の長手方向に沿って順に配置され、前記発電機の入力軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記第１の回転軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記第２の回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記第１の回転軸の長手方向に同軸状に配置され、前記発電機の極数と前記電動機の極数との比により設定される増速比により、前記第１の回転軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する。
【００２４】
本発明の第５の観点の変速装置は、工作機械の主軸に装着又は脱着可能な変速装置であって、前記主軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記主軸の回転によって発電する発電機本体とを有する直流発電機と、前記発電機本体から前記主軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する直流電動機と、前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、作業ユニットが装着される回転軸と、前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記発電機の入力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記主軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記主軸の長手方向に同軸状に配置され、前記変速装置に設けられた制御回路により前記発電機で発生した電力の前記電動機への供給を制御することにより、前記主軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する。
【００２５】
本発明の第６の観点の変速装置は、第１の回転軸に装着又は脱着可能な変速装置であって、前記第１の回転軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記第１の回転軸の回転によって発電する発電機本体とを有する直流発電機と、前記発電機本体から前記第１の回転軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する直流電動機と、前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、工具が装着される第２の回転軸と、前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記第２の回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記第２の回転軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記第１の回転軸の長手方向に沿って順に配置され、前記発電機の入力軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記第１の回転軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記第２の回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記第１の回転軸の長手方向に同軸状に配置され、前記変速装置に設けられた制御回路により前記発電機で発生した電力の前記電動機への供給を制御することにより、前記第１の回転軸の回転を増速して前記工具に伝達する。
【００２７】
本発明では、主軸を回転すると、発電機が発電する。発電機の発電した電力は、電動機に供給され、この電動機によって工具が駆動される。この発電機と電動機の特性に応じて工具の回転速度は主軸の回転速度に対して変速する。
このように、本発明では、歯車機構等の機械的な伝達要素を使用せず、主軸に対する工具の回転速度を変速するため、発熱が少なく、また、低コスト化が可能になる。
たとえば、発電機に三相同期発電機を用いると、主軸の回転によりこの三相同期発電機の発生する誘起電圧の周波数は主軸の回転速度に比例する。一方、電動機に三相誘導電動機を用いると、この三相誘導電動機の回転速度は供給される電圧の周波数に略比例する。このため、発電機に三相同期発電機、電動機に三相誘導電動機を用いることで、主軸の回転速度に対する工具の回転速度の変速比を容易に制御することができる。
さらに、三相同期発電機および三相同期発電機の極数を適宜選択することで、主軸の回転速度に対する工具の回転速度の増速比または減速比を任意に設定することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
図１においてマシニングセンタ１は、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。
【００２９】
サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。
送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回転駆動される。
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００３０】
さらに、サドル４４には、鉛直方向に方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ２０が接続されている。
サーボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００３１】
ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸４６を回転駆動する。
主軸４６の先端には、エンドミルなどの工具Ｔが装着され主軸４６の回転によって工具Ｔが駆動される。
ラム４５の下方には、テーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されている。
テーブル３５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００３２】
また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
【００３３】
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。
この自動工具交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンに工具ホルダによって保持された各種工具Ｔを収納しており、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６に工具交換アームによって装着する。
【００３４】
ＮＣ装置５１は、上記のサーボモータ１８，１９，２０、クロスレール昇降用モータ３２および主軸モータ３１の駆動制御を行う。
ＮＣ装置５１は、具体的には、予めＮＣプログラムで規定されたワークの加工手順にしたがって、サーボモータ１８，１９，２０による工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、ＮＣ装置５１は、ＮＣプログラムにおいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸３１の回転速度を解読することにより主軸４６の回転速度の制御を行う。
さらに、ＮＣ装置５１は、ＮＣプログラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定れた工具Ｔの交換を動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交換を実行する。
【００３５】
図２は、本発明の工具の変速装置の一実施形態の構成を示す断面図である。
図２に示す工具の変速装置６１は、上記の主軸４６の先端に装着されることにより本発明の変速手段を構成する。
変速装置６１は、装着部６２と、ケース部材６６，６７および６８からなるケース６５と、三相同期発電機７０と、三相誘導電動機８０とを備えている。
ここで、装着部６２は本発明の装着部の一具体例に対応しており、ケース６５は本発明のケースの一具体例に対応しており、三相同期発電機７０は本発明の発電機の一具体例に対応しており、三相誘導電動機８０は本発明の電動機に一具体例に対応している。
【００３６】
装着部６２は、把持される把持部６２ａと、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着されるテーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャンク部６２ｂの先端部に形成されたクランプ部６２ｃと、ケース部材６６に回転自在に保持される軸部６２ｄとを備えている。
【００３７】
この装着部６２の把持部６２ａは、上記した自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ搬送される際に把持される。
【００３８】
装着部６２のテーパシャンク部６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。
【００３９】
装着部６２のクランプ部６２ｃは、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構によってクランプされる。なお、主軸４６に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。
【００４０】
装着部６２の軸部６２ｄは、ケース部材６６の内周に複数の転がり軸受７２を介して回転自在に保持されている。
【００４１】
ケース部材６７の内周には、保持部材７３を介して三相同期発電機７０および三相誘導電動機８０が保持されている。
三相同期発電機７０は、入力軸７１が装着部６２の軸部６２ｄと同心に連結されており、この三相同期発電機７０には主軸４６の回転力が装着部６２を介して入力される。
【００４２】
三相誘導電動機８０は、図示しない３本の導電ケーブルによって、三相同期発電機７０で発電された三相交流が供給される。三相誘導電動機８０は、三相同期発電機７０から供給される電力によって駆動する。
この三相誘導電動機８０の出力軸８１は、カップリング８７によって回転軸９０に連結されている。
【００４３】
回転軸９０は、ケース部材６８の内周に複数の転がり軸受９２を介して回転自在に保持されている。
回転軸９０の先端側は、ケース部材６８に抜け止め部材９４によって抜け止めされている。
また、回転軸９０の先端部には、上記した工具が装着される工具装着部９５が設けられている。この工具装着部９５に、たとえば、ドリル等の工具が保持されている。
【００４４】
一方、ケース部材６６、６７および６８は、たとえば、ボルト等の締結手段によって連結されており、これらケース部材６６、６７および６８がケース６５を構成している。
ケース部材６６の外周には、回り止め部材８５が設けられている。この回り止め部材８５は本発明の回転規制部材の一具体例に対応している。
回り止め部材８５は、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに先端８５ａが挿入される。
これにより、ケース部材６６、すなわち、ケース６６は、主軸４６が回転しても回転が規制される。
【００４５】
ここで、上記構成の変速装置６１の動作の一例について説明する。
自動工具交換装置３９によって、工具装着部９５に工具を保持した変速装置６１をマシニングセンタ１の主軸４６に装着すると、変速装置６１は、回り止め部材８５の先端部８５ａが非回転部４７の嵌合穴４７ａに嵌合挿入され、ケース６５の回転が規制される。
【００４６】
この状態から、主軸４６を回転速度Ｎ０で回転させると、変速装置６１の装着部６２が回転し、主軸４６の回転力が三相同期発電機７０に伝達される。
これにより、三相同期発電機７０は三相交流を発電する。
【００４７】
三相同期発電機７０の発生する三相交流の周波数ｆは、三相同期発電機７０の極数をＰ１とし、主軸４６の回転速度をＮ０〔ｒｐｍ〕とすると、次式（１）によって表される。
【００４８】
【数１】
ｆ＝Ｐ１×Ｎ０／１２０〔Ｈｚ〕 …（１）
【００４９】
したがって、主軸４６を回転速度Ｎ０で回転すると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交流電力が三相誘導電動機８０に供給される。
【００５０】
ここで、三相誘導電動機８０の極数がＰ２とすると、三相誘導電動機８０は３相交流の１サイクルで２／Ｐ２回転することから、三相誘導電動機８０の同期速度Ｎ１は、次式（２）で表される。
【００５１】
【数２】
Ｎ１＝１２０×ｆ／Ｐ２〔ｒｐｍ〕 …（２）
【００５２】
したがって、主軸４６の回転速度Ｎ０に対する工具の回転速度Ｎ１は次式（３）によって表される。
【００５３】
【数３】
Ｎ１＝Ｎ０×Ｐ１／Ｐ２〔ｒｐｍ〕 …（３）
【００５４】
（３）式からわかるように、主軸４６の回転速度Ｎ０は、上記（３）式で表される回転速度Ｎ１に変速される。
（３）式で示すように、三相同期発電機７０の極数Ｐ１と三相誘導電動機８０の極数Ｐ２との比を適宜設定することにより、主軸４６の回転速度Ｎ０に対する工具の回転速度Ｎ１の変速比を任意に設定することが分かる。
すなわち、主軸４６の回転速度Ｎ０を増速したい場合には、極数比Ｐ１／Ｐ２を１より大きくし、減速したい場合には、極数比Ｐ１／Ｐ２を１より小さくなるように、三相同期発電機７０の極数Ｐ１および三相誘導電動機８０の極数Ｐ２を予め選択すればよい。
【００５５】
次に、上記変速装置６１を用いた工具の駆動方法について説明する。
たとえば、上記のマシニングセンタ１の主軸４６の最大回転速度Ｎmax が３０００ｒｐｍであるとすると、通常の工具を用いたワークの加工では、主軸４６の回転速度は上記の最大回転速度Ｎmax の範囲で十分である場合が多い。
一方、主軸４６の最大回転速度Ｎmax が３０００ｒｐｍのマシニングセンタ１を使用し、たとえば、ワークにアルミニウム合金材を用いてこれを高速加工したい場合には、工具の回転速度を、たとえば、３００００ｒｐｍに増速させたいような場合がある。
このような場合のために、マシニングセンタ１の自動工具交換装置３９のマガジンに工具装着部９５に保持した変速装置６１を予め収容しておく。なお、変速装置６１は、増速比が１０となるように、上記の極数比Ｐ１／Ｐ２が１０である三相同期発電機７０および三相誘導電動機８０を内蔵させる。
【００５６】
自動工具交換装置３９によって、主軸４６に通常の工具と同様に変速装置６１を自動装着する。
主軸４６を主軸モータ３１を駆動して回転させるが、変速装置６１に保持された工具の回転速度は、主軸４６の回転速度によって制御する。すなわち、ＮＣ装置５１にダウンロードするＮＣプログラムにおいて、主軸４６の回転速度をＳコードで指定することにより、変速装置６１に保持された工具の回転速度を規定しておく。
たとえば、変速装置６１に保持された工具を３００００ｒｐｍで回転させたい場合には、ＮＣプログラムにおいてＳコードで主軸４６の回転速度を３０００ｒｐｍに指定しておく。
【００５７】
主軸４６を３０００ｒｐｍで回転させると、三相同期発電機７０は主軸４６の回転速度および極数Ｐ１に応じた周波数の三相交流を発生する。
三相誘導電動機８０は、三相同期発電機７０から供給される三相交流によって駆動され、変速装置６１に保持された工具は、略３００００ｒｐｍの回転速度で回転する。
これにより、主軸の最大回転速度Ｎmax が制限されるマシニングセンタ１を使用し、ワークにアルミニウム合金材を用いても、高速加工が可能となる。
【００５８】
以上のように、本実施形態によれば、通常の工具と同様にユニット化された変速装置６１に三相同期発電機７０および三相誘導電動機８０を内蔵し、三相同期発電機７０で発生した電力で三相誘導電動機８０を駆動することで、主軸４６に対する工具の回転速度を増速させるため、主軸４６を高速回転させても歯車装置のように発熱が増大せず、加工精度の低下が抑制される。
また、本実施形態では、三相同期発電機７０および三相誘導電動機８０を用いて変速するため、歯車装置等の伝達機構を用いるよりも低コスト化が可能である。
【００５９】
また、本実施形態によれば、主軸４６の回転速度を増速させる変速装置６１を主軸４６に対して着脱自在とし、かつ、自動工具交換装置３９によって通常の工具と同様に交換可能となっているため、工具によって通常の回転速度の範囲の加工を行いながら、工具を高速回転させる要求に対して即座に対応することができる。
また、本実施形態によれば、主軸４６の回転によって発電した電力によって工具を駆動するため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この結果、電源供給のための結線が必要ない。
【００６０】
さらに、本実施形態では、発電機として三相同期発電機７０を用い、電動機として三相誘導電動機８０を用いる構成としているため、変速装置６１に保持される工具の回転速度を主軸４６の回転速度によって容易に制御可能となる。すなわち、三相同期発電機７０は主軸４６の回転速度に正確に比例した周波数の電圧を発生し、三相誘導電動機８０はこの周波数に比例した回転速度で工具を駆動することから、主軸４６の回転速度および三相同期発電機７０と三相誘導電動機８０との極数比により工具の回転速度を容易にかつ正確に制御できる。
また、三相誘導電動機８０にはロータの回転位置を検出するための位置検出素子が必要ないため、ＮＣ装置５１から変速装置６１に対して配線が必要なく、変速装置６１を完全に独立化することができ、通常の工具と全く同様に取り扱うことが可能になる。
【００６１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、アルミニウム合金材の高速加工への適用の場合について説明したが、本発明は主軸４６の回転速度を増速させる必要がある加工であればいずれにも適用可能である。
また、上述した実施形態では、主軸４６の回転速度を増速させる場合について説明したが、主軸４６の回転速度を減速させる場合にも適用可能である。この場合には、主軸４６よりも大きなトルクを工具に作用させることができる。
【００６２】
また、上述した実施形態では、発電機として三相同期発電機７０を用い、電動機として三相誘導電動機８０を用いる場合について説明したが、たとえば、直流発電機と直流電動機との組合せによって主軸４６の回転速度を変速する構成を採用することも可能である。すなわち、直流電動機の回転速度は、直流発電機から供給される電圧や負荷によって決定されるため、主軸４６の回転速度から工具の回転数を直接的に制御するのは難しいが、予め直流電動機および直流発電機の出力特性や負荷特性について測定しておくことにより、直流発電機と直流電動機との組合せによって主軸４６の回転速度を一定の増速比または減速比で変速することは可能である。また、他の種類の発電機および電動機を使用することも可能である。
なお、上述した実施形態では、発電機で発生した電力で直接電動機を駆動する構成としたが、例えば、電動機の回転速度を可変速制御するように、発電機で発生した電力の電動機への供給を制御する制御回路を変速装置に備える構成とすることも可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱を抑制しつつ主軸によって駆動される工具の回転速度を主軸の回転速度に対して変速することができる。この結果、工具を超高速回転しても、加工精度の低下を防ぐことができる。
また、本発明によれば、主軸の回転力によって発電する発電機と、この発電機で発電された電力によって工具を駆動する電動機とによって工具の変速を行うので、歯車機構等の増速装置と比較して低コスト化でき、また、構成を簡略化することができる。
また、本発明によれば、変速装置をユニット化することにより、通常の工具と同様に自動交換が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
【図２】 本発明の変速装置の一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…マシニングセンタ
３１…主軸モータ
３９…自動工具交換装置
４６…主軸
５１…ＮＣ装置
６１…変速装置
６２…装着部
６５…ケース
６６，６７，６８…ケース部材
７０…三相同期発電機
７１…入力軸
８０…三相誘導電動機
８１…出力軸
９５…工具装着部[0001]
The present invention relates to a machine tool and the shift equipment.
[0002]
[Prior art]
For example, in a machine tool equipped with a spindle that rotates a tool such as a machining center, the maximum rotation speed of the spindle is determined by the structure of the main bearing that holds the spindle rotatably and the lubrication method. For example, a speed increasing device is used to rotate the tool at the rotational speed.
As the speed increasing device, for example, a device that holds a tool and can be attached to and detached from the main shaft, and increases the rotational speed of the tool by increasing the rotational force of the main shaft by a gear mechanism such as a planetary gear mechanism is known. ing.
For example, in a machining center, when it is desired to temporarily increase the rotational speed of the tool beyond the maximum rotational speed of the main spindle, the speed increasing device as described above is applied to the main spindle by an automatic tool changer in the same manner as a normal tool. The tool is rotated at a high rotational speed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the tool is increased from the rotational speed of the main shaft by the speed increasing device using the gear mechanism as described above, if the tool is rotated at an ultra high speed of several tens of thousands to several hundred thousand, the heat generation of the speed increasing device increases. , May affect the processing accuracy. In addition, at ultra high speed rotation of several tens of thousands to several hundred thousand rotations, noise from the speed increasing device also increases. Furthermore, since the speed increasing device requires the reliability which can endure rotation of tens of thousands to hundreds of thousands of rotations, for example, there is a disadvantage that the manufacturing cost is relatively increased.
As another speed increasing method, there is a case where a high frequency motor is used as a motor for driving the main shaft, a driving current is supplied from a control device specially prepared for the high frequency motor, and the main shaft is rotated at a high speed. However, this method has the disadvantage that it is difficult to change the tool in the same way as a normal tool, and the equipment cost is relatively high.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and changes the rotational speed of a work unit such as a tool driven by a main shaft with respect to the rotational speed of the main shaft while suppressing heat generation and manufacturing costs. machine tool can, and an object thereof is to provide a driving method of the speed change device and work units.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A machine tool according to a first aspect of the present invention includes a main shaft, a transmission that can be attached to or detached from the main shaft, and a work unit that can be attached to or detached from the transmission and is rotated by the transmission. A machine tool that can be mounted on or removed from the main shaft, and a rotatable mounting portion; an input shaft inserted into a central hole of the mounting portion; the mounting portion; and the input shaft. A synchronous generator having a generator main body that generates electricity by rotation of the main shaft transmitted through the generator, and is arranged spaced apart from the generator main body in the longitudinal direction of the main shaft, and the generator main body via a cable are electrically connected to the electric motor body that is rotationally driven by electric power generated in the generator, an induction motor having an output shaft which rotates in response to rotation of said motor main body, coupling loop to the output shaft of the electric motor Linked via a rotary shaft, wherein the working unit is mounted, a first case member for rotatably holding said mounting portion via a first bearing by fastening means to the first case member A second case member connected to hold the generator body and the electric motor body in a non-rotatable manner via a holding member that abuts the outer periphery of the generator main body and the electric motor body; and the second case member And a third case member that is rotatably connected to the rotating shaft via a second bearing, and the mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are are arranged sequentially along the longitudinal direction of the main shaft, the first case member, the second case member and the third casing member are arranged in order along the longitudinal direction of the main shaft, the input of the generator Axis is The output shaft of the electric motor protrudes from the electric motor main body along the longitudinal direction of the main shaft along the longitudinal direction of the main shaft, and the input shaft of the generator. And the output shaft of the motor are coaxially arranged in the longitudinal direction of the main shaft, and the rotation of the main shaft is increased by a speed increasing ratio set by the ratio between the number of poles of the generator and the number of poles of the motor. Quickly transmit to the working unit .
[0010]
Preferably, the apparatus further includes an automatic work unit exchanging device that attaches and detaches the transmission that holds the work unit to and from the main shaft in the same manner as a normal work unit.
[0011]
Preferably, the apparatus further includes a non-rotating portion that pivotally supports the main shaft and does not rotate by rotation of the main shaft, and the case is inserted into a hole provided in the non-rotating portion to restrict the rotation of the case. When the transmission is mounted on the main shaft by the automatic work unit replacement device, the rotation restriction member is inserted into the hole.
[0013]
Preferably, the generator is a three-phase synchronous generator, and the motor is a three-phase induction motor.
[0015]
A machine tool according to a second aspect of the present invention includes a main shaft, a transmission that can be attached to or detached from the main shaft, and a work unit that can be attached to or detached from the transmission and is rotated by the transmission. A machine tool that can be mounted on or removed from the main shaft, and a rotatable mounting portion; an input shaft inserted into a central hole of the mounting portion; the mounting portion; and the input shaft. A DC generator having a generator main body that generates electric power by rotation of the main shaft transmitted through the generator, and is arranged spaced apart from the generator main body in the longitudinal direction of the main shaft, and the generator main body via a cable are electrically connected to the electric motor body that is rotationally driven by electric power generated in the generator, a DC motor having an output shaft which rotates in response to rotation of said motor main body, coupling loop to the output shaft of the electric motor Linked via a rotary shaft, wherein the working unit is mounted, a first case member for rotatably holding said mounting portion via a first bearing by fastening means to the first case member A second case member connected to hold the generator body and the electric motor body in a non-rotatable manner via a holding member that abuts the outer periphery of the generator main body and the electric motor body; and the second case member And a third case member that is rotatably connected to the rotating shaft via a second bearing, and the mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are are arranged sequentially along the longitudinal direction of the main shaft, the first case member, the second case member and the third casing member are arranged in order along the longitudinal direction of the main shaft, the input of the generator Axis is The output shaft of the electric motor protrudes from the electric motor main body along the longitudinal direction of the main shaft along the longitudinal direction of the main shaft, and the input shaft of the generator. And the output shaft of the motor are arranged coaxially in the longitudinal direction of the main shaft, and the control circuit provided in the transmission controls the supply of electric power generated by the generator to the motor, thereby The rotation of the main shaft is increased and transmitted to the work unit .
[0016]
A transmission according to a third aspect of the present invention is a transmission that can be attached to or detached from a spindle of a machine tool , and can be attached to or detached from the spindle, a rotatable attachment portion, and a center of the attachment portion A synchronous generator having an input shaft inserted into the hole, and a generator main body that generates electric power by rotation of the main shaft transmitted through the mounting portion and the input shaft; and a longitudinal direction of the main shaft from the generator main body An electric motor body which is arranged at a distance from each other, is electrically connected to the generator main body via a cable and is rotationally driven by electric power generated by the generator, and an output shaft which rotates according to the rotation of the electric motor main body A first shaft that is coupled to an output shaft of the motor via a coupling, and on which a work unit is mounted, and the mounting portion is rotatably held via a first bearing. Case The generator main body and the electric motor main body are non-rotatably held via a holding member that contacts the outer periphery of the electric generator main body and the electric motor main body. a second case member, wherein connected by fastening means to the second case member, anda third case member for rotatably held via a second bearing the rotary shaft, the mounting portion The generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft , and the first case member, the second case member, and the third case member are arranged along the length of the main shaft. The input shaft of the generator protrudes from the generator main body along the longitudinal direction of the main shaft toward the main shaft, and the output shaft of the electric motor extends along the longitudinal direction of the main shaft. Body Projecting toward the rotating shaft, the input shaft of the generator and the output shaft of the motor are arranged coaxially in the longitudinal direction of the main shaft, and the ratio of the number of poles of the generator and the number of poles of the motor The rotation of the main shaft is increased and transmitted to the working unit according to a set speed increasing ratio.
[0021]
Preferably, the generator is a three-phase synchronous generator, and the motor is a three-phase induction motor.
[0023]
A transmission according to a fourth aspect of the present invention is a transmission that can be attached to or detached from a first rotating shaft, and can be attached to or detached from the first rotating shaft. wherein an input shaft that is inserted into the central hole of the mounting portion, and a synchronous generator and a generator body of the generator by the rotation of the first rotary shaft which is transmitted through the mounting portion and the input shaft, the An electric motor main body that is disposed away from the generator main body in the longitudinal direction of the first rotating shaft, is electrically connected to the electric generator main body via a cable, and is rotationally driven by electric power generated by the electric generator ; An induction motor having an output shaft that rotates according to the rotation of the electric motor body; a second rotary shaft that is coupled to the output shaft of the motor via a coupling and on which a work unit is mounted; and the mounting portion Through the first bearing A first case member that is freely held, and a holding member that is coupled to the first case member by fastening means, and that contacts the generator main body and the electric motor main body with the outer periphery of the generator main body and the electric motor main body. A second case member that is held in a non-rotatable manner, and a third case member that is coupled to the second case member by a fastening means and that holds the second rotation shaft rotatably through a second bearing. A case member, and the mounting portion, the generator, the electric motor, and the second rotating shaft are sequentially arranged along a longitudinal direction of the first rotating shaft , and the first case member, The second case member and the third case member are sequentially arranged along the longitudinal direction of the first rotating shaft, and the input shaft of the generator is arranged along the longitudinal direction of the first rotating shaft. From the generator body to the first rotating shaft The output shaft of the electric motor protrudes from the electric motor body along the longitudinal direction of the first rotary shaft toward the second rotary shaft, and the input shaft of the generator and the output shaft of the motor are The first rotary shaft is coaxially arranged in the longitudinal direction, and the rotation of the first rotary shaft is accelerated by a speed increasing ratio set by a ratio between the number of poles of the generator and the number of poles of the electric motor. To the work unit .
[0024]
A transmission according to a fifth aspect of the present invention is a transmission that can be attached to or detached from a main spindle of a machine tool. The transmission can be attached to or detached from the main spindle and can be rotated, and the center of the attachment part. A DC generator having an input shaft inserted into the hole, and a generator main body that generates electricity by rotation of the main shaft transmitted through the mounting portion and the input shaft; and a longitudinal direction of the main shaft from the generator main body An electric motor body which is arranged at a distance from each other, is electrically connected to the generator main body via a cable and is rotationally driven by electric power generated by the generator, and an output shaft which rotates according to the rotation of the electric motor main body A first motor that is coupled to an output shaft of the motor via a coupling, and on which a work unit is mounted, and the mounting portion is rotatably held via a first bearing. Case The generator main body and the electric motor main body are non-rotatably held via a holding member that contacts the outer periphery of the electric generator main body and the electric motor main body. a second case member, wherein connected by fastening means to the second case member, anda third case member for rotatably held via a second bearing the rotary shaft, the mounting portion The generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft , and the first case member, the second case member, and the third case member are arranged along the length of the main shaft. The input shaft of the generator protrudes from the generator main body along the longitudinal direction of the main shaft toward the main shaft, and the output shaft of the electric motor extends along the longitudinal direction of the main shaft. Body Projecting toward the rotating shaft, the input shaft of the generator and the output shaft of the motor are coaxially arranged in the longitudinal direction of the main shaft, and are generated in the generator by a control circuit provided in the transmission By controlling the supply of electric power to the electric motor, the rotation of the main shaft is increased and transmitted to the work unit .
[0025]
A transmission according to a sixth aspect of the present invention is a transmission that can be attached to or detached from a first rotating shaft, and can be attached to or detached from the first rotating shaft. an input shaft that is inserted into the central hole of the mounting portion, and a DC generator having a generator main body which generates electricity by rotation of the first rotary shaft which is transmitted through the mounting portion and the input shaft, the An electric motor main body that is disposed away from the generator main body in the longitudinal direction of the first rotating shaft, is electrically connected to the electric generator main body via a cable, and is rotationally driven by electric power generated by the electric generator ; A DC motor having an output shaft that rotates in accordance with the rotation of the motor body, a second rotating shaft that is coupled to the output shaft of the motor via a coupling and on which a tool is mounted, and the mounting portion. Freely rotatable via the first bearing A first case member to be held, and a first member connected to the first case member by fastening means, and the generator main body and the electric motor main body via a holding member that abuts the outer periphery of the generator main body and the electric motor main body. A second case member that is held non-rotatable, and a third case member that is coupled to the second case member by fastening means and holds the second rotating shaft rotatably via a second bearing The mounting portion, the generator, the electric motor, and the second rotating shaft are arranged in order along the longitudinal direction of the first rotating shaft , and the first case member, the second rotating shaft The case member and the third case member are sequentially arranged along the longitudinal direction of the first rotating shaft, and the input shaft of the generator is arranged along the longitudinal direction of the first rotating shaft. Projecting from the main body toward the first rotating shaft The output shaft of the motor protrudes from the motor body toward the second rotation shaft along the longitudinal direction of the first rotation shaft, and the input shaft of the generator and the output shaft of the motor are the first shaft. The first rotation shaft is rotated by controlling the supply of the electric power generated by the generator to the electric motor by a control circuit provided coaxially in the longitudinal direction of the rotation shaft. Is increased and transmitted to the tool .
[0027]
In the present invention, when the main shaft is rotated, the generator generates power. The electric power generated by the generator is supplied to the electric motor, and the tool is driven by the electric motor. The rotation speed of the tool is changed with respect to the rotation speed of the main shaft according to the characteristics of the generator and the motor.
As described above, in the present invention, since the rotational speed of the tool with respect to the main shaft is changed without using a mechanical transmission element such as a gear mechanism, heat generation is reduced and the cost can be reduced.
For example, when a three-phase synchronous generator is used as the generator, the frequency of the induced voltage generated by the three-phase synchronous generator due to the rotation of the main shaft is proportional to the rotational speed of the main shaft. On the other hand, when a three-phase induction motor is used as the motor, the rotation speed of the three-phase induction motor is substantially proportional to the frequency of the supplied voltage. For this reason, by using a three-phase synchronous generator as the generator and a three-phase induction motor as the motor, the gear ratio of the rotational speed of the tool to the rotational speed of the main shaft can be easily controlled.
Furthermore, by appropriately selecting the number of poles of the three-phase synchronous generator and the three-phase synchronous generator, it is possible to arbitrarily set the speed increasing ratio or the speed reducing ratio of the rotational speed of the tool with respect to the rotational speed of the main shaft.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a machining center as an example of a machine tool to which the present invention is applied.
In FIG. 1, the machining center 1 includes a cross rail 37 that is supported movably at both ends by respective shafts of a portal column 38, and a saddle 44 that is movably supported on the cross rail 37. A ram 45 is provided to be movable in the vertical direction (Z-axis direction).
[0029]
A screw portion (not shown) is formed in the saddle 44 through the inside of the cross rail 37 in the horizontal direction, and a feed shaft 41 having a screw portion formed on the outer periphery thereof is screwed to the saddle 44.
A servo motor 19 is connected to one end of the feed shaft 41, and the feed shaft 41 is rotationally driven by the servo motor 19.
By the rotational drive of the feed shaft 41, the saddle 44 can be moved in the Y-axis direction, whereby the ram 45 is moved and positioned in the Y-axis direction.
[0030]
Further, the saddle 44 is formed with a thread portion (not shown) in the vertical direction, and a feed shaft 42 having a thread portion formed on the outer periphery thereof is screwed into the saddle 44. A servo motor 20 is connected to the end of the feed shaft 42.
The feed shaft 42 is rotationally driven by the servo motor 20, whereby the ram 45 movably provided on the saddle 44 is moved and positioned in the Z-axis direction.
[0031]
A main shaft motor 31 is built in the ram 45, and the main shaft motor 31 rotationally drives a main shaft 46 held rotatably by the ram 45.
A tool T such as an end mill is attached to the tip of the main shaft 46, and the tool T is driven by the rotation of the main shaft 46.
A table 35 is provided below the ram 45 so as to be movable in the X-axis direction. A screw portion (not shown) is formed on the table 35, and a feed shaft (not shown) provided along the X-axis direction is screwed to the table 35, and the servo motor 18 is connected to the feed shaft (not shown). Yes.
The table 35 is moved and positioned in the X-axis direction by the rotational drive of the servo motor 18.
[0032]
The two portal columns 38 are respectively formed with screw portions (not shown), and the cross rail 37 is moved up and down by rotationally driving a feed shaft 32a screwed to the gate column 38 by a cross rail lifting motor 32. .
[0033]
An automatic tool changer (ATC) 39 automatically changes various tools T with respect to the main shaft 46.
The automatic tool changer 39 stores, for example, various tools T held by a tool holder in a magazine (not shown), and stores the tool T mounted on the spindle 46 in the magazine by a tool change arm (not shown). A simple tool T is mounted on the spindle 46 by a tool changing arm.
[0034]
The NC device 51 performs drive control of the servo motors 18, 19, 20, the cross rail lifting / lowering motor 32, and the spindle motor 31.
Specifically, the NC device 51 performs position and speed control between the tool T and the workpiece by the servo motors 18, 19, and 20 in accordance with a workpiece machining procedure defined in advance by the NC program. The NC device 51 controls the rotational speed of the main shaft 46 by decoding the rotational speed of the main shaft 31 defined by, for example, the S code in the NC program.
Further, the NC device 51 executes automatic exchange of various tools T by decoding the operation of exchanging the tool T defined by the M code in the NC program, for example.
[0035]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the tool transmission of the present invention.
The tool transmission 61 shown in FIG. 2 is mounted on the tip of the main shaft 46 to constitute the transmission means of the present invention.
The transmission 61 includes a mounting portion 62, a case 65 including case members 66, 67 and 68, a three-phase synchronous generator 70, and a three-phase induction motor 80.
Here, the mounting portion 62 corresponds to one specific example of the mounting portion of the present invention, the case 65 corresponds to one specific example of the case of the present invention, and the three-phase synchronous generator 70 is the power generation of the present invention. The three-phase induction motor 80 corresponds to one specific example of the electric motor of the present invention.
[0036]
The mounting portion 62 includes a gripping portion 62a to be gripped, a taper shank portion 62b to be mounted on the taper sleeve 46a formed at the tip portion of the main shaft 46, and a clamp formed at the tip portion of the taper shank portion 62b. A portion 62c and a shaft portion 62d that is rotatably held by the case member 66 are provided.
[0037]
The gripping portion 62a of the mounting portion 62 is moved from the magazine of the automatic tool changer 39 to the main shaft 46 by the tool changing arm of the automatic tool changer 39 and from the main shaft 46 to the magazine of the automatic tool changer 39. Grasped when transported.
[0038]
The taper shank portion 62 b of the mounting portion 62 is mounted on the taper sleeve 46 a of the main shaft 46 so that the central axis is concentric with the central axis of the main shaft 46.
[0039]
When the mounting portion 62 is mounted on the tapered sleeve 46 a of the main shaft 46, the clamp portion 62 c of the mounting portion 62 is clamped by a clamp mechanism (not shown) built in the main shaft 46. The clamping mechanism built in the main shaft 46 is a well-known technique and will not be described in detail.
[0040]
The shaft portion 62 d of the mounting portion 62 is rotatably held on the inner periphery of the case member 66 via a plurality of rolling bearings 72.
[0041]
A three-phase synchronous generator 70 and a three-phase induction motor 80 are held on the inner periphery of the case member 67 via a holding member 73.
In the three-phase synchronous generator 70, the input shaft 71 is concentrically connected to the shaft portion 62d of the mounting portion 62, and the rotational force of the main shaft 46 is input to the three-phase synchronous generator 70 via the mounting portion 62. The
[0042]
The three-phase induction motor 80 is supplied with three-phase alternating current generated by the three-phase synchronous generator 70 through three conductive cables (not shown). The three-phase induction motor 80 is driven by electric power supplied from the three-phase synchronous generator 70.
The output shaft 81 of the three-phase induction motor 80 is connected to the rotating shaft 90 by a coupling 87.
[0043]
The rotating shaft 90 is rotatably held on the inner periphery of the case member 68 via a plurality of rolling bearings 92.
The distal end side of the rotation shaft 90 is prevented from being detached from the case member 68 by a retaining member 94.
In addition, a tool mounting portion 95 on which the above-described tool is mounted is provided at the distal end portion of the rotating shaft 90. For example, a tool such as a drill is held in the tool mounting portion 95.
[0044]
On the other hand, the case members 66, 67 and 68 are connected by fastening means such as bolts, for example, and these case members 66, 67 and 68 constitute a case 65.
An anti-rotation member 85 is provided on the outer periphery of the case member 66. The anti-rotation member 85 corresponds to a specific example of the rotation restricting member of the present invention.
When the mounting portion 62 is mounted on the taper sleeve 46a of the main shaft 46, the anti-rotation member 85 has a tip 85a in the fitting hole 47a formed in the non-rotating portion 47 such as the ram 45 on the main shaft 46 side. Inserted.
Thereby, the rotation of the case member 66, that is, the case 66 is restricted even if the main shaft 46 rotates.
[0045]
Here, an example of the operation of the transmission 61 configured as described above will be described.
When the automatic tool changer 39 mounts the transmission 61 holding the tool on the tool mounting portion 95 to the main shaft 46 of the machining center 1, the transmission 61 is fitted to the non-rotating portion 47 at the tip end 85 a of the rotation preventing member 85. The hole 47a is fitted and inserted, and the rotation of the case 65 is restricted.
[0046]
When the main shaft 46 is rotated at the rotational speed N 0 from this state, the mounting portion 62 of the transmission 61 is rotated, and the rotational force of the main shaft 46 is transmitted to the three-phase synchronous generator 70.
Thereby, the three-phase synchronous generator 70 generates a three-phase alternating current.
[0047]
Frequency f of the three-phase alternating current generated by the three-phase synchronous generator 70, the number of poles of the three-phase synchronous generator 70 and P 1, when the rotational speed of the spindle 46 and N 0 [rpm], the following equation (1) Represented by
[0048]
[Expression 1]
f = P 1 × N 0/ 120 [Hz] ... (1)
[0049]
Therefore, when the main shaft 46 is rotated at the rotational speed N 0 , the three-phase AC power having the frequency f expressed by the above equation (1) is supplied to the three-phase induction motor 80.
[0050]
Here, if the number of poles of the three-phase induction motor 80 is P 2 , the three-phase induction motor 80 rotates 2 / P 2 in one cycle of three-phase AC, so the synchronous speed N 1 of the three-phase induction motor 80 is Is represented by the following equation (2).
[0051]
[Expression 2]
N 1 = 120 × f / P 2 [rpm] (2)
[0052]
Thus, the rotational speed N 1 of the tool with respect to the rotational speed N 0 of the spindle 46 is represented by the following formula (3).
[0053]
[Equation 3]
N 1 = N 0 × P 1 / P 2 [rpm] (3)
[0054]
As can be seen from the equation (3), the rotational speed N 0 of the main shaft 46 is changed to the rotational speed N 1 represented by the above expression (3).
(3) As shown by the equation, by setting the ratio of the number of poles P 1 of the three-phase synchronous generator 70 and the pole number P 2 of the three-phase induction motor 80 appropriately, the tool with respect to the rotational speed N 0 of the spindle 46 it can be seen that setting the gear ratio of the rotational speed N 1 arbitrarily.
That is, when it is desired to increase the rotational speed N 0 of the main shaft 46, the pole number ratio P 1 / P 2 is made larger than 1, and when it is desired to decelerate, the pole number ratio P 1 / P 2 is made smaller than 1. as may be preselected number of poles P 2 number of poles P 1 and three-phase induction motor 80 of the three-phase synchronous generator 70.
[0055]
Next, a method for driving a tool using the transmission 61 will be described.
For example, assuming that the maximum rotation speed Nmax of the main shaft 46 of the machining center 1 is 3000 rpm, the rotation speed of the main shaft 46 is sufficient in the range of the maximum rotation speed Nmax in machining a workpiece using a normal tool. There are many cases.
On the other hand, when the machining center 1 having a maximum rotation speed Nmax of the spindle 46 of 3000 rpm is used and, for example, an aluminum alloy material is used for the workpiece and it is desired to perform high speed machining, the rotation speed of the tool is increased to 30000 rpm, for example. Sometimes you want to.
For such a case, the transmission 61 held by the tool mounting portion 95 is accommodated in advance in the magazine of the automatic tool changer 39 of the machining center 1. The transmission device 61 incorporates the three-phase synchronous generator 70 and the three-phase induction motor 80 having the pole number ratio P 1 / P 2 of 10 so that the speed increase ratio is 10.
[0056]
The automatic tool changer 39 automatically mounts the transmission 61 on the main shaft 46 in the same manner as a normal tool.
The main shaft 46 is rotated by driving the main shaft motor 31. The rotation speed of the tool held by the transmission 61 is controlled by the rotation speed of the main shaft 46. That is, in the NC program downloaded to the NC device 51, the rotational speed of the tool held by the transmission device 61 is defined by designating the rotational speed of the main shaft 46 with an S code.
For example, when it is desired to rotate the tool held by the transmission 61 at 30000 rpm, the rotational speed of the main shaft 46 is designated as 3000 rpm by the S code in the NC program.
[0057]
Rotation of the spindle 46 at 3000 rpm, the three-phase synchronous generator 70 generates three-phase alternating current having a frequency corresponding to the rotational speed and the number of poles P 1 of the spindle 46.
The three-phase induction motor 80 is driven by the three-phase alternating current supplied from the three-phase synchronous generator 70, and the tool held in the transmission 61 rotates at a rotational speed of approximately 30000 rpm.
As a result, even if the machining center 1 in which the maximum rotation speed Nmax of the spindle is limited and an aluminum alloy material is used for the workpiece, high-speed machining can be performed.
[0058]
As described above, according to the present embodiment, the three-phase synchronous generator 70 and the three-phase induction motor 80 are incorporated in the transmission 61 that is unitized in the same manner as a normal tool, and is generated by the three-phase synchronous generator 70. By driving the three-phase induction motor 80 with the generated electric power, the rotational speed of the tool with respect to the main shaft 46 is increased, so even if the main shaft 46 is rotated at a high speed, heat generation does not increase as in the gear device, and the machining accuracy is reduced. Is suppressed.
In the present embodiment, since the speed is changed using the three-phase synchronous generator 70 and the three-phase induction motor 80, the cost can be reduced as compared with the case where a transmission mechanism such as a gear device is used.
[0059]
Further, according to the present embodiment, the transmission 61 that increases the rotational speed of the main shaft 46 can be freely attached to and detached from the main shaft 46 and can be replaced by the automatic tool changer 39 in the same manner as a normal tool. Therefore, it is possible to immediately respond to the request to rotate the tool at a high speed while processing the tool within the range of the normal rotation speed.
Further, according to the present embodiment, since the tool is driven by the electric power generated by the rotation of the main shaft 46, it is not necessary to supply a driving current from the outside, and as a result, connection for power supply is not necessary.
[0060]
Furthermore, in this embodiment, since the three-phase synchronous generator 70 is used as the generator and the three-phase induction motor 80 is used as the motor, the rotational speed of the tool held by the transmission 61 is set to the rotational speed of the main shaft 46. Can be easily controlled. That is, the three-phase synchronous generator 70 generates a voltage having a frequency that is exactly proportional to the rotational speed of the main shaft 46, and the three-phase induction motor 80 drives the tool at a rotational speed proportional to this frequency. The rotational speed of the tool can be easily and accurately controlled by the rotational speed and the pole ratio between the three-phase synchronous generator 70 and the three-phase induction motor 80.
Further, since the three-phase induction motor 80 does not require a position detection element for detecting the rotational position of the rotor, no wiring is required from the NC device 51 to the transmission device 61, and the transmission device 61 is completely independent. And can be handled just like a normal tool.
[0061]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above.
In the embodiment described above, the case of applying the aluminum alloy material to high-speed machining has been described. However, the present invention can be applied to any machining that needs to increase the rotational speed of the main shaft 46.
In the above-described embodiment, the case where the rotational speed of the main shaft 46 is increased has been described. However, the present invention can also be applied to the case where the rotational speed of the main shaft 46 is decelerated. In this case, a torque larger than that of the main shaft 46 can be applied to the tool.
[0062]
Further, the main shaft in the above embodiment, using a three-phase synchronous generator 70 as a generator, description has been given of the case using the three-phase induction motor 80 as a motor, For example other, by a combination of a DC generator and a DC motor It is also possible to adopt a configuration in which the rotational speed of 46 is changed. That is, since the rotational speed of the DC motor is determined by the voltage and load supplied from the DC generator, it is difficult to directly control the rotational speed of the tool from the rotational speed of the main shaft 46. By measuring the output characteristics and load characteristics of the DC generator, the rotational speed of the main shaft 46 can be changed at a constant speed increase ratio or speed reduction ratio by a combination of the DC power generator and the DC motor. It is also possible to use other types of generators and motors.
In the above-described embodiment, the electric motor is directly driven by the electric power generated by the generator. However, for example, the electric power generated by the generator is supplied to the electric motor so that the rotational speed of the electric motor is variable-speed controlled. It is also possible to employ a configuration in which a transmission circuit is provided with a control circuit for controlling the transmission.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, the rotational speed of the tool driven by the main shaft can be changed with respect to the rotational speed of the main shaft while suppressing heat generation. As a result, even if the tool is rotated at a very high speed, it is possible to prevent a reduction in machining accuracy.
Further, according to the present invention, the speed of the tool is changed by the generator that generates power by the rotational force of the main shaft and the electric motor that drives the tool by the electric power generated by the generator. In comparison, the cost can be reduced and the configuration can be simplified.
In addition, according to the present invention, automatic transmission can be performed in the same manner as a normal tool by unitizing the transmission.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a machining center as an example of a machine tool to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the transmission of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Machining center 31 ... Main shaft motor 39 ... Automatic tool changer 46 ... Main shaft 51 ... NC device 61 ... Transmission device 62 ... Mounting part 65 ... Case 66, 67, 68 ... Case member 70 ... Three-phase synchronous generator 71 ... Input shaft 80 ... Three-phase induction motor 81 ... Output shaft 95 ... Tool mounting part

Claims (10)

主軸と、
前記主軸に装着又は脱着可能な変速装置と、
前記変速装置に装着又は脱着可能であり、前記変速装置によって回転される作業ユニットと
を有する工作機械であって、
前記変速装置は、
前記主軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、
前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記主軸の回転によって発電する発電機本体とを有する同期発電機と、
前記発電機本体から前記主軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する誘導電動機と、
前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、前記作業ユニットが装着される回転軸と、
前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、
前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、
を有し、
前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記発電機の入力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記主軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記主軸の長手方向に同軸状に配置され、
前記発電機の極数と前記電動機の極数との比により設定される増速比により、前記主軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する
工作機械。The spindle,
A transmission that can be attached to or detached from the main shaft;
The speed change device is attachable or detachable, a machine tool for chromatic and a working unit which is rotated by the transmission device,
The transmission is
A mounting portion that is attachable to or removable from the main shaft and is rotatable;
A synchronous generator having an input shaft inserted into a central hole of the mounting portion, and a generator body that generates electric power by rotation of the main shaft transmitted through the mounting portion and the input shaft ;
An electric motor main body that is spaced apart from the generator main body in the longitudinal direction of the main shaft, is electrically connected to the generator main body via a cable, and is rotationally driven by electric power generated by the generator; and the electric motor An induction motor having an output shaft that rotates in accordance with the rotation of the main body ;
A rotary shaft connected to the output shaft of the electric motor via a coupling, and on which the work unit is mounted;
A first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing;
The second case member is connected to the first case member by fastening means, and holds the generator main body and the electric motor main body in a non-rotatable manner via a holding member that contacts the outer periphery of the generator main body and the electric motor main body. A case member;
A third case member connected to the second case member by fastening means, and rotatably holding the rotating shaft via a second bearing;
Have
The mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft ,
The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially disposed along the longitudinal direction of the main shaft,
An input shaft of the generator protrudes from the generator main body toward the main shaft along the longitudinal direction of the main shaft, and an output shaft of the electric motor protrudes from the motor main body toward the rotary shaft along the longitudinal direction of the main shaft. The input shaft of the generator and the output shaft of the motor are arranged coaxially in the longitudinal direction of the main shaft,
A machine tool that accelerates rotation of the main shaft and transmits it to the work unit by a speed increasing ratio set by a ratio between the number of poles of the generator and the number of poles of the electric motor . 前記作業ユニットを保持する変速装置を通常の作業ユニットと同様に前記主軸に対して着脱する自動作業ユニット交換装置をさらに有する
請求項１に記載の工作機械。The machine tool according to claim 1 , further comprising an automatic work unit exchanging device that attaches and detaches the transmission device that holds the work unit to and from the main shaft in the same manner as a normal work unit. 前記主軸を軸支し、前記主軸の回転によって回転しない非回転部を更に備え、
前記ケースは、前記非回転部に設けられた穴部に挿入されて、当該ケースの回転を規制する回転規制部材を備え、
前記自動作業ユニット交換装置により前記主軸に前記変速装置が装着されると、前記回転規制部材が前記穴部に挿入される
請求項２に記載の工作機械。A non-rotating portion that pivotally supports the main shaft and does not rotate by rotation of the main shaft;
The case includes a rotation restricting member that is inserted into a hole provided in the non-rotating portion and restricts the rotation of the case.
The machine tool according to claim 2 , wherein the rotation restricting member is inserted into the hole when the transmission is mounted on the main shaft by the automatic work unit replacement device. 前記発電機は、三相同期発電機であり、
前記電動機は、三相誘導電動機である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。The generator is a three-phase synchronous generator;
The electric motor, the machine tool according to any one of claims 1 to 3 which is a three-phase induction motor. 主軸と、
前記主軸に装着又は脱着可能な変速装置と、
前記変速装置に装着又は脱着可能であり、前記変速装置によって回転される作業ユニットと
を有する工作機械であって、
前記変速装置は、
前記主軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、
前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記主軸の回転によって発電する発電機本体とを有する直流発電機と、
前記発電機本体から前記主軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する直流電動機と、
前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、前記作業ユニットが装着される回転軸と、
前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、
前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、
を有し、
前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記発電機の入力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記主軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記主軸の長手方向に同軸状に配置され、
前記変速装置に設けられた制御回路により前記発電機で発生した電力の前記電動機への供給を制御することにより、前記主軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する
工作機械。The spindle,
A transmission that can be attached to or detached from the main shaft;
The speed change device is attachable or detachable, a machine tool for chromatic and a working unit which is rotated by the transmission device,
The transmission is
A mounting portion that is attachable to or removable from the main shaft and is rotatable;
A DC generator having an input shaft inserted into a central hole of the mounting portion, and a generator main body that generates electricity by rotation of the main shaft transmitted through the mounting portion and the input shaft ;
An electric motor main body that is spaced apart from the generator main body in the longitudinal direction of the main shaft, is electrically connected to the generator main body via a cable, and is rotationally driven by electric power generated by the generator; and the electric motor A DC motor having an output shaft that rotates in accordance with the rotation of the main body ;
A rotary shaft connected to the output shaft of the electric motor via a coupling, and on which the work unit is mounted;
A first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing;
The second case member is connected to the first case member by fastening means, and holds the generator main body and the electric motor main body in a non-rotatable manner via a holding member that contacts the outer periphery of the generator main body and the electric motor main body. A case member;
A third case member connected to the second case member by fastening means, and rotatably holding the rotating shaft via a second bearing;
Have
The mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft ,
The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially disposed along the longitudinal direction of the main shaft,
An input shaft of the generator protrudes from the generator main body toward the main shaft along the longitudinal direction of the main shaft, and an output shaft of the electric motor protrudes from the motor main body toward the rotary shaft along the longitudinal direction of the main shaft. The input shaft of the generator and the output shaft of the motor are arranged coaxially in the longitudinal direction of the main shaft,
A machine tool that accelerates the rotation of the main shaft and transmits it to the work unit by controlling the supply of electric power generated by the generator to the electric motor by a control circuit provided in the transmission . 工作機械の主軸に装着又は脱着可能な変速装置であって、
前記主軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、
前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記主軸の回転によって発電する発電機本体とを有する同期発電機と、
前記発電機本体から前記主軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する誘導電動機と、
前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、作業ユニットが装着される回転軸と、
前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、
前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、
を有し、
前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順 に配置され、
前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記発電機の入力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記主軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記主軸の長手方向に同軸状に配置され、
前記発電機の極数と前記電動機の極数との比により設定される増速比により、前記主軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する
変速装置。 A transmission that can be attached to or detached from a spindle of a machine tool,
A mounting portion that is attachable to or removable from the main shaft and is rotatable;
A synchronous generator having an input shaft inserted into a central hole of the mounting portion, and a generator body that generates electric power by rotation of the main shaft transmitted through the mounting portion and the input shaft ;
An electric motor main body that is spaced apart from the generator main body in the longitudinal direction of the main shaft, is electrically connected to the generator main body via a cable, and is rotationally driven by electric power generated by the generator; and the electric motor An induction motor having an output shaft that rotates in accordance with the rotation of the main body ;
A rotating shaft coupled to the output shaft of the electric motor via a coupling and to which the work unit is mounted;
A first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing;
The second case member is connected to the first case member by fastening means, and holds the generator main body and the electric motor main body in a non-rotatable manner via a holding member that contacts the outer periphery of the generator main body and the electric motor main body. A case member;
A third case member connected to the second case member by fastening means, and rotatably holding the rotating shaft via a second bearing;
Have
The mounting portion, the generator, the electric motor and the rotary shaft is arranged in order along the longitudinal direction of the main shaft,
The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially disposed along the longitudinal direction of the main shaft,
An input shaft of the generator protrudes from the generator main body toward the main shaft along the longitudinal direction of the main shaft, and an output shaft of the electric motor protrudes from the motor main body toward the rotary shaft along the longitudinal direction of the main shaft. The input shaft of the generator and the output shaft of the motor are arranged coaxially in the longitudinal direction of the main shaft,
A transmission that accelerates rotation of the main shaft and transmits the rotation to the work unit by a speed increasing ratio set by a ratio between the number of poles of the generator and the number of poles of the electric motor . 前記発電機は、三相同期発電機であり、
前記電動機は、三相誘導電動機である
請求項６に記載の変速装置。The generator is a three-phase synchronous generator;
The transmission according to claim 6 , wherein the electric motor is a three-phase induction motor. 第１の回転軸に装着又は脱着可能な変速装置であって、
前記第１の回転軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、
前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記第１の回転軸の回転によって発電する発電機本体とを有する同期発電機と、
前記発電機本体から前記第１の回転軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する誘導電動機と、
前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、作業ユニットが装着される第２の回転軸と、
前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、
前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記第２の回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、
を有し、
前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記第２の回転軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記第１の回転軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記発電機の入力軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記第１の回転軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記第２の回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記第１の回転軸の長手方向に同軸状に配置され、
前記発電機の極数と前記電動機の極数との比により設定される増速比により、前記第１の回転軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する
変速装置。 A transmission that can be attached to or detached from a first rotating shaft,
A mounting portion that is attachable to or detachable from the first rotating shaft and is rotatable;
A synchronous generator having an input shaft inserted into a central hole of the mounting portion, and a generator body that generates electric power by rotation of the first rotating shaft transmitted through the mounting portion and the input shaft ;
An electric motor main body that is arranged away from the generator main body in the longitudinal direction of the first rotating shaft, is electrically connected to the generator main body via a cable, and is rotationally driven by electric power generated by the generator And an induction motor having an output shaft that rotates according to the rotation of the electric motor body ,
A second rotating shaft connected to the output shaft of the electric motor via a coupling and mounted with a work unit;
A first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing;
The second case member is connected to the first case member by fastening means, and holds the generator main body and the electric motor main body in a non-rotatable manner via a holding member that contacts the outer periphery of the generator main body and the electric motor main body. A case member;
A third case member connected to the second case member by a fastening means and holding the second rotating shaft rotatably via a second bearing;
Have
The mounting portion, the generator, the electric motor, and the second rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the first rotating shaft ,
The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially arranged along the longitudinal direction of the first rotation shaft,
An input shaft of the generator protrudes from the generator body toward the first rotating shaft along the longitudinal direction of the first rotating shaft, and an output shaft of the electric motor extends in the longitudinal direction of the first rotating shaft. Projecting from the electric motor body to the second rotating shaft side, and the input shaft of the generator and the output shaft of the electric motor are arranged coaxially in the longitudinal direction of the first rotating shaft,
A transmission that accelerates the rotation of the first rotary shaft and transmits it to the work unit by a speed increasing ratio set by a ratio between the number of poles of the generator and the number of poles of the electric motor . 工作機械の主軸に装着又は脱着可能な変速装置であって、
前記主軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、
前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記主軸の回転によって発電する発電機本体とを有する直流発電機と、
前記発電機本体から前記主軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機 本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する直流電動機と、
前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、作業ユニットが装着される回転軸と、
前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、
前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、
を有し、
前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記発電機の入力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記主軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記主軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記主軸の長手方向に同軸状に配置され、
前記変速装置に設けられた制御回路により前記発電機で発生した電力の前記電動機への供給を制御することにより、前記主軸の回転を増速して前記作業ユニットに伝達する
変速装置。 A transmission that can be attached to or detached from a spindle of a machine tool,
A mounting portion that is attachable to or removable from the main shaft and is rotatable;
A DC generator having an input shaft inserted into a central hole of the mounting portion, and a generator main body that generates electricity by rotation of the main shaft transmitted through the mounting portion and the input shaft ;
An electric motor main body that is spaced apart from the generator main body in the longitudinal direction of the main shaft, is electrically connected to the generator main body via a cable, and is rotationally driven by electric power generated by the generator; and the electric motor A DC motor having an output shaft that rotates in accordance with the rotation of the main body ;
A rotating shaft coupled to the output shaft of the electric motor via a coupling and to which the work unit is mounted;
A first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing;
The second case member is connected to the first case member by fastening means, and holds the generator main body and the electric motor main body in a non-rotatable manner via a holding member that contacts the outer periphery of the generator main body and the electric motor main body. A case member;
A third case member connected to the second case member by fastening means, and rotatably holding the rotating shaft via a second bearing;
Have
The mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft ,
The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially disposed along the longitudinal direction of the main shaft,
An input shaft of the generator protrudes from the generator main body toward the main shaft along the longitudinal direction of the main shaft, and an output shaft of the electric motor protrudes from the motor main body toward the rotary shaft along the longitudinal direction of the main shaft. The input shaft of the generator and the output shaft of the motor are arranged coaxially in the longitudinal direction of the main shaft,
A transmission that accelerates the rotation of the main shaft and transmits it to the work unit by controlling supply of electric power generated by the generator to the electric motor by a control circuit provided in the transmission. 第１の回転軸に装着又は脱着可能な変速装置であって、
前記第１の回転軸に装着又は脱着可能であり、回転可能な装着部と、
前記装着部の中心穴に挿入された入力軸と、前記装着部及び前記入力軸を介して伝達される前記第１の回転軸の回転によって発電する発電機本体とを有する直流発電機と、
前記発電機本体から前記第１の回転軸の長手方向へ離間して配置され、ケーブルを介して前記発電機本体と電気的に接続され、前記発電機の発電する電力によって回転駆動される電動機本体と、前記電動機本体の回転に応じて回転する出力軸とを有する直流電動機と、
前記電動機の出力軸にカップリングを介して連結され、工具が装着される第２の回転軸と、
前記装着部を第１のベアリングを介して回転自在に保持する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体を、前記発電機本体及び前記電動機本体の外周に当接する保持部材を介して回転不可能に保持する第２のケース部材と、
前記第２のケース部材に締結手段により連結され、前記第２の回転軸を第２のベアリングを介して回転自在に保持する第３のケース部材と、
を有し、
前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記第２の回転軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第１のケース部材、前記第２のケース部材及び前記第３のケース部材は、前記第１の回転軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記発電機の入力軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って前記発電機本体から前記第１の回転軸側へ突出し、前記電動機の出力軸は前記第１の回転軸の長手方向に沿って前記電動機本体から前記第２の回転軸側へ突出し、前記発電機の入力軸と前記電動機の出力軸とは前記第１の回転軸の長手方向に同軸状に配置され、
前記変速装置に設けられた制御回路により前記発電機で発生した電力の前記電動機への供給を制御することにより、前記第１の回転軸の回転を増速して前記工具に伝達する
変速装置。 A transmission that can be attached to or detached from a first rotating shaft,
A mounting portion that is attachable to or detachable from the first rotating shaft and is rotatable;
A DC generator having an input shaft inserted into a central hole of the mounting portion, and a generator main body that generates power by rotation of the first rotating shaft transmitted through the mounting portion and the input shaft ;
An electric motor main body that is arranged away from the generator main body in the longitudinal direction of the first rotating shaft, is electrically connected to the generator main body via a cable, and is rotationally driven by electric power generated by the generator And a DC motor having an output shaft that rotates according to the rotation of the motor body ,
A second rotating shaft connected to the output shaft of the electric motor via a coupling and mounted with a tool;
A first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing;
The second case member is connected to the first case member by fastening means, and holds the generator main body and the electric motor main body in a non-rotatable manner via a holding member that contacts the outer periphery of the generator main body and the electric motor main body. A case member;
A third case member connected to the second case member by a fastening means and holding the second rotating shaft rotatably via a second bearing;
Have
The mounting portion, the generator, the electric motor, and the second rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the first rotating shaft ,
The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially arranged along the longitudinal direction of the first rotation shaft,
An input shaft of the generator protrudes from the generator body toward the first rotating shaft along the longitudinal direction of the first rotating shaft, and an output shaft of the electric motor extends in the longitudinal direction of the first rotating shaft. Projecting from the electric motor body to the second rotating shaft side, and the input shaft of the generator and the output shaft of the electric motor are arranged coaxially in the longitudinal direction of the first rotating shaft,
A transmission that accelerates the rotation of the first rotating shaft and transmits it to the tool by controlling the supply of electric power generated by the generator to the electric motor by a control circuit provided in the transmission.
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