JPH02218514A - 加工ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、タップやドリルなどの工具を回転させながら
前進あるいは後退させることができる、単軸式の加工ユ
ニットに関するものである。

［従来技術］ 従来、タッピングユニットなどの前記加工ユニットは、
モータ軸に接続され、工具を前後進させるための直進駆
動装置の軸と、別のモータ軸に接続され、工具を回転さ
せるための回転駆動装置の軸との、少なくとも２つの軸
を備えており、少なくも２つの軸からギヤ系列を介して
工具を支持する主軸に前後進運動と回転運動を与える構
造になっていた。

また、ボールネジ軸部とボールスプライン軸部を有する
主軸と同一軸上に、１つのモータを組み込んで、クラッ
チ機構を介して駆動部を切り換えることにより、主軸を
回転させたり、前後進させたりする構造のものが提案さ
れている（特開昭６１−３８８９２号）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した従来技術のうち前者は、前後進
運動と回転運動を発生させる装置が、同一軸上にない２
つの軸または２つ以上の軸で構成されるため、装置全体
の外径が大きくなって、スペースが余分に必要となり、
また、その製作上も組み付は時の少なくとも２つの軸の
位置精度を高める必要があり、さらに、装置を構成する
部品点数が多くて構造が複雑になるという問題点があっ
た。

後者は、主軸の回転と前後進とを、クラッチ機構の切り
換えによって選択的に行うので、工具を回転させながら
同時に前後進することはできない。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、単軸により回転運動と前後進運動とを可能に
して、装置全体をコンパクトにして取り扱いを容易にし
、設置スペースが少なく、構成部品点数の削減と組み付
は時の位置精度の向上が図れ、滑らかな運動が可能な加
工ユニットを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を解決するために本発明の加工ユニットは、ハ
ウジング内に軸線方向に摺動可能に嵌挿された中空クイ
ルと、該中空クイル内に回転可能に支承されると共に、
前記ハウジングより外方に突出する先端部に工具取付用
チャックが装着され、外周面の所定部位に回転被伝達部
を備えた主軸と、前記ハウジング内の前記中空クイルの
周りに配設された第１のモータによって正逆両方向に選
択的に回転可能とされ、中空部に前記中空クイルが挿通
された第１の中空ロータと、前記ハウジング内の前記回
転主軸の周りの、前記工具取付は用チャックと前記第１
の中空ロータを挾んで反対側に配設された第２の中空モ
ータによって正逆両方向に選択的に回転可能とされ、前
記回転被伝達部に対し、回転方向には一体的に回転し、
軸方向には相互に摺動可能に嵌合される回転伝達部を備
えた第２の中空ロータと、前記中空クイルの外周面の適
所に形成された雄ねじ部と第１の中空ロータの内周の適
所に形成された雌ねじ部と、両者の間に介在するボール
とによって一組のボールねじが構成されていることとよ
りなり、前記両モータを適宜の方向に適宜の回転比で一
方向もしくは正逆回転させることにより、前記工具取付
は用チャックに取付けられたドリル、タップ、リーマな
どの工具によって、その工具に相対して固定された被加
工物に適宜の加工を施すように構成されている。

また、前記一組のボールねじはねじ循環部を持たない形
成のもので構成することができる。

更に、前記両モータをサーボモータとし、両モータを同
時制御することによって前記工具取付は用チャックに取
付けられまたタップによって、そのタップに相対して固
定された被加工物にタッピング加工を施すことができる
ように構成することができる。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の加工ユニットによれば、第
２のモータを正逆方向に選択的に回転させると、その回
転により第２の中空ロータが回転しこれと回転方向で係
合する主軸が回転する。第１のモータを正逆方向に選択
的に回転させると、その回転により第１の中空ロータが
回転し、第１の中空ロータ内周面とボールを介して螺合
するが回転が規制された中空クイルが、ハウジングに対
しその軸方向に滑らかに前進又は後進する。そして、ク
イルの前後進に伴って主軸が回転しながら前後進する。

前記第１のモータと前記第２のモータと同期して回転さ
せた場合、前記主軸の回転と前記中空クイル（主軸）の
前後進は、同期しているので、工具を自由なピッチで送
ることができる。

また、ボールを循環させることなく簡単な構造で、第１
の中空ロータを前後進させることができる。

更に、両サーボモータを同時制御することによって、タ
ップ加工を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図において、円筒状ハウジング１０の右端にはカバ
ー２２が固定されそれらの中心部に、中空クイル１がす
べり軸受け１４を介して摺動自在に嵌挿されている。ま
た、中空クイル１は、ハウジング１０に固定された周り
止め部材１５に係合部１ｂを介して係合し、その回転が
規制されている。中空クイル１の外周面の適所には、雄
ねじ部１ａが形成されている。中空クイル１内には、主
軸２がころがり軸受け１３ａ、１３ｂを介して回転自在
に支承されている。主軸２の先端側は、中空クイル１及
び前記ハウジング１０より外方に突出し、その先端に工
具取付用チャック２０が装着されている。そして、本実
施例においては、その工具取付用チャック２０にタップ
工具２１が装着されている。

また、主軸２の基端側も中空クイル１の基端より突出し
、その突出部分の周囲には回転波伝達部としての複数本
のスプライン２ａが軸方向に刻設されている。ハウジン
グ１０内の中空クイル１の周囲に、第１の中空ロータ７
がころがり軸受け１２ａ、１２ｂを介してハウジング１
０に対し回転自在に支承されている。この中空ロータフ
の内周面の適所には、第２図に示すように、雌ねじ部７
ａが形成され、前記雄ねじ部１ａと雌ねじ部７ａとの間
には、循環的又は非循環的にボール１６が配置されてい
る。

後で詳細に説明するが、中空ロータ７の内周面に設けた
雌ねじ部７ａの長さが短いとその雌ねじ部７ａの終りま
でボール１６は移動し、そこですべりを生じるので鎖酸
ねじ部７ａの長さをある程度長くすることにより、ボー
ル１６は雄ねじ部１ａと雌ねじ部７ａとの間にすべりが
無く運動することが可能になる。また、雌ねじ部７ａの
長さが長くとれないときは、通常のボールねじのように
ボール１６が循環するような機構を設ければ、ボール１
６は雄ねじ部１ａと雌ねじ部７ａとの間にすべりが無く
運動することは可能となる。

また、第３図に示すように、ボール１６の外径をねじ溝
空間よりわずかに大きくし、ボール１６が雄ねじ部１ａ
及び雌ねじ部７ａと夫々４ケ所で接触するようにすれば
予圧がかけられ、中空クイル１の軸方向の隙間は零とな
りバックラッシュは解消され剛性が向上される。中空ク
イル１の周囲で前記ハウジング１０の内周面に、主軸移
動用モータ８が配設されている。モータ８には正逆両方
向に選択的に回転可能なモータが用いられている。

第１の中空ロータ７の後端側外周面に、中空ロータ７の
回転位置や回転速度を検出するためのエンコーダ９が配
備されている。

前記ハウジング１０内の主軸２の基端側スプライン２ａ
の周囲に、第２の中空ロータ４がころがり軸受けｌｌａ
、ｌｌｂを介してハウジング１０に対し回転自在に支承
されている。スプライン２ａと係合して主軸２の軸方向
に相対的に摺動自在なスリーブ状ボールスプライン３が
、中空ロータ４内の先端側にキー４ａを介して中空ロー
タ４と一体回転可能に配設されている。主軸２の基端部
分の周囲で前記ハウジング１０の内周面に、主軸回転用
モータ５が配設されている。モータ５には、前記主軸移
動用モータ８と同様に、正逆両方向に選択的に回転可能
なモータが用いられている。第２の中空ロータ４の基端
側外周面に、中空ロータ４の回転位置や回転速度を検出
するためのエンコーダ６が配備されている。

次に、上記実施例の加工ユニットについてその作動態様
を説明する。

第１図において、前記主軸回転用モータ５が駆動され第
２の中空ロータ４が正方向（又は逆方向）に回転される
と、ボールスプライン３を介して主軸２が正回転する。

この時、中空ロータ４の回転速度をエンコーダ６が検出
し、その検出結果に基いて前記中空ロータ４の回転に同
期又は非同期して主軸移動用モータ８が駆動され、第１
の中空ロータ７が正方向（又は逆方向）に回転される。

中空ロータ７の回転力が、中空ロータ７の雌ねじ部７ａ
、ボール１６及び雄ねじ部１ａを介してクイル１に伝達
される。クイル１は、回り止め部材１５により回転が規
制されているので、クイル１に伝達される回転力は、軸
方向への移動力に変換され、ハウジング１０に対してク
イル１が前進してその先端方向に移動する。クイル１の
前進に伴って、主軸２が正回転しながら先端方向に移動
し、主軸回転用モータ５と主軸移動用モータ８とを同期
させた場合、先端のタップ工具２１によりタップ作業が
遂行される。

ここで、前記クイル１に伝達される回転力が、軸方向へ
の移動力に変換される原理を、第４図に基づいて説明す
る。

第４図はクイル１の雄ねじ部１ａの１ピッチ分を展開し
た状態を示す説明図で、図において、θを雄ねじ部１ａ
のリード角、ｐを雄ねじ部１ａのピッチ、「を雄ねじ部
１ａとボール１６の接触点の半径、Ｔをクイル１に伝達
される回転力、Ｆを軸方向への移動力とすると、 ｐＸｐ−２ｙｒ　ｒｘＴ／ｒ−２ｙｒＴ、°、　Ｆ　−
２πＴ／ｐ・・■ ｐ■２πｒｘｔａｎθ・・■ ■及び■より、 Ｆ−２ｙｒＴ／　（２πｒ−ｔａｎ　θ）−（Ｔ／ｒ）
（１／ｌａｎθ） となる。従って、軸方向への移動力Ｆは、回転力Ｔに比
例し、「とｔａｎθに反比例する。

第５図は、中空ロータ７が回転したときのボール１６の
運動の様子を示す説明図である。中空ロータ７が角度θ
１だけ回転したときボール１６が角度θ２だけ回転した
とする。このときボール１６がクイルの雄ねじ部１ａの
上をすべりがなく移動するためには、ボール１６の移動
距離はｌ、となる。

また、このときボール１６が中空ロータフの雌ねじ部７
ａ上をすべりが無く移動するためには、ボール１６の雌
ねじ部７ａ上のボール１６に対する相対的な移動距離は
１２となる。

ボール１６の円周上で考えたとき、移動距ＭＪ２と１２
は等しいから、θ７．θ２は次の関係がある。

Ｒ′ θ２−　　　　　　　・θ１ Ｒ／　　＋　ｒ　Ｌ ここでＲ′−１Ｆ〆１−１−一で一１７Ｒ）２−ｒ’　
　ｍＪ］１１ｖＴ万］扁−璽１とする。

クイル１の最大移動量をＬ’ｍａｘとするとこのとき中
空ロータフの最大回転角度θｌ　ｆｆ１ａＸは、　ｗａ
ｘ θ＋ｌａＸ　−Ｘ３６０’ となる。このためボール１６の最大回転角度θ２ＩａＸ
は Ｒ′ θ２　１ａＸ　　−・　θｌ　　１ａＸＲ’十ｒ’ となり、このときボール１６の軸方向の最大移動量Ｌ’
ｌ１ａｘは Ｌ′ＩＩａｘＭａＰ・θ２１ａＸ となる。

このとき、中空ロータ７の雌ねじ部７ａの長さがボール
１６の軸方向の最大移動ｍＬ’ｇ＋ａｘより長く設ける
ことにより、ボール１６は各ねじ部１ａ、７ａとすべり
が無く運動することが可能となる。

本実施例においては、主軸移動用モータ８の中空ロータ
７の内部に適当な長さの雌ねじ部７ａを設けることによ
り、ボール１６の循環機構が無い簡単で滑らかな回転・
直進の運動変換機構を提供することが可能となる。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明の加工ユ
ニットは下記の効果を奏する。

（１）工具の回転用の軸と送り（移動）用の軸とを共通
にして単軸とし、その単軸の周囲に同心的に回転及び移
動用のモータをそれぞれ配設したので、装置全体の大き
さ（特に外径）が小さくなり、タッピングやドリリング
などの加工作業が容易になり、また設置スペースの縮小
と構成部品点数の削減が図られ、組み付は時の各部材の
位置精度が向上する。しかも、動力伝達部に歯車を持た
ないので騒音が小さく滑らかに駆動され、また、回転運
動と前後進運動とを別々に駆動可能で主軸の回転と送り
速度の同期を電子制御で行えるので、ピッチの変更が任
意に設定できる効果を有する。

また、請求項２に記載の加工ユニットにおいては、一組
のボールねじをボール循環部を持たない形式としたので
、ボールを循環させるための特別の部品を設ける必要が
なく、簡単な構成でしかもコストを低減することができ
る効果を有する。

更に、請求項３に記載の加工ユニットにおいては、両モ
ータをサーボモータとして各モータを同時制御すること
により、簡単な構造でタップ加工を確実に行うことがで
きる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は加工ユニットの全体を示す断面図、第２図は中
空ロータの内周面ねじ部及び中空クイルの外周面ねじ部
を示す第１図の一部拡大断面図、第３図はボール部近傍
の一実施例を示す説明図、第４図は中空クイルのねじ部
の１ピッチ分を展開した状態を示す説明図、第５図はボ
ールの移動の様子を示す説明図である。 図中、１はクイル、１ａは雄ねじ部、２は主軸、２ａは
スプライン部、３はスリーブ状ボールスプライン、４は
第２の中空ロータ、５は主軸回転用モータ、７は第１の
中空ロータ、７ａは雌ねじ部、８は主軸移動用モータ、
１０はハウジング、１６はボール、２０は工具取付用チ
ャック、２１は工具である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハウジング（１０）内に軸線方向に摺動可能に嵌挿
   された中空クイル（１）と、 その中空クイル（１）の内部に回転可能に支承されると
   共に、前記ハウジング（１０）の外方に突出する先端部
   に工具取付け用チャック（２０）が装着され、外周面の
   所定部分に回転被伝達部（２ａ）を備えた主軸（２）と
   、 前記ハウジング（１０）内の前記中空クイル（１）の周
   りに配設された第１のモータ（８）によって正逆両方向
   に選択的に回転可能とされ、中空部に前記中空クイル（
   １）が挿通された第１の中空ロータ（７）と、 前記ハウジング（１０）内の前記回転主軸（２）の周り
   の、前記工具取付け用チャック（２０）と前記第１の中
   空ロータ（７）を挾んで反対側に配設された第２のモー
   タ（５）によって正逆両方向に選択的に回転可能とされ
   、前記回転被伝達部（２ａ）に対し、回転方向には一体
   的に回転し、軸方向には相互に摺動自在に嵌合される回
   転伝達部（３）を備えた第２の中空ロータ（４）と、前
   記中空クイル（１）の外周の適所に形成された雄ねじ部
   （１ａ）と第１の中空ロータ（７）の内周の適所に形成
   された雌ねじ部（７ａ）と、両者の間に介在するボール
   （１６）とによって一組のボールねじが構成されている
   こととよりなり、前記両モータ（５、８）を適宜の方向
   に適宜の回転比で一方向もしくは正逆回転させることに
   より、前記工具取付け用チャック（２０）に取付けられ
   たドリル、タップ、リーマなどの工具（２１）によって
   、その工具（２１）に相対して固定された被加工物に適
   宜の加工を施すことを特徴とする加工ユニット。 ２、前記一組のボールねじはボール循環部を持たない形
   式のものであることを特徴とする請求項１に記載の加工
   ユニット。 ３、前記両モータをサーボモータとし、両モータを同時
   制御することによって前記工具取付け用チャック（２０
   ）に取付けられたタップ（２１）によって、そのタップ
   （２１）に相対して固定された被加工物にタッピング加
   工を施すことができるようにしたことを特徴とする請求
   項１または２に記載の加工ユニット。