JPH0314576B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一又は複数の工具を備え、ボール
盤、フライス盤、マシニングセンタ等の工作機械
の主軸に取りつけられる工具ヘツドに関し、更に
詳述すればワークの加工位置に対して工具の位置
を割り出すことができるようになつた工具ヘツド
に関する。

従来の技術 工具ヘツドの一例として、ドリル等の工具を複
数を備え、一度に多数の穴加工を行えるようにし
た多軸ヘツドと称せられるものがある。そして、
従来の多軸ヘツドはこれの先端側に回転不能に設
けた多軸ヘツド本体に複数の工具を回転自在に取
りつけ、これらの工具を工作機械の主軸に連結し
た駆動軸で回転させるものであつた。

また、工具ヘツドの他の例として、一又は複数
の工具を工作機械の主軸に対して所定角度傾いた
状態で取りつけれるようにした、アングルヘツド
と称せられるものがある。そして、かかるアング
ルヘツドの従来例についても上記同様の駆動形態
をとつていた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の多軸ヘツドによる場合
は、多軸ヘツド本体が回転不能であるため加工効
率の向上を図るには必然的に以下に示す実施形態
をとる外はなく、下記に示す欠点があつた。

穴の数に応じた数の工具を備えた多軸ヘツド
を用い、多数の穴加工を同時に行う実施形態を
とる。しかるに、この場合には多軸ヘツドが大
型化し、また構造が複雑になるという欠点があ
る。

穴の数よりも少ない数の工具を備えた複数の
多軸ヘツドを用い、各々の多軸ヘツドで該当す
る箇所の穴の加工を行う実施形態をとる。しか
るに、この場合は多軸ヘツドの交換作業が必要
になるため、その分だけ加工効率の向上を図る
には限界がある。

そして、かかる欠点は上記アングルヘツドにつ
いても同様に発生する。

本発明はかかる従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであり、簡潔な構造で多種多様
な加工が迅速に行えることになる工具ヘツドを提
供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明に係る工具ヘツドは、工作機械の主軸に
連結される基端連結部と、該基端連結部の先端側
に設けてあり、先端側に一又は複数の工具を備え
た多軸ヘツド本体と、これらの中間に設けてあ
り、前記工具を前記基端連結部の軸心又はこれと
傾いた軸回りに割り出す割り出し機構とを具備す
る工具ヘツドであつて、前記割り出し機構が、前
記基端連結部の先端側に設けてあり、前記工具を
直接又は間接的に駆動する駆動軸と、該駆動軸を
回転自在に支持するハウジングと、該ハウジング
の周縁部に設けてあり、内蔵する位置決め部材を
進出させてハウジングを前記工作機械に固定支持
する支持筒と、前記位置決め部材の内部に設けて
ある流体通路と、該支持筒に内蔵してあり、前記
流体通路を介して支持筒内に流入する流体により
基端側に移動する第１のピストンと、前記ハウジ
ング内に前記駆動軸を囲繞するようにして設けて
あり、基端側に係合片を有し、内面側に係合凹部
を有する環体と、前記駆動軸の内部に設けてあ
り、前記流体の流入により進出し、先端部が前記
係合凹部に係合する第２のピストンと、前記ハウ
ジングに回転自在に支持してあり、基端側に前記
係合片と連動して回転する間欠歯車を有し、先端
側に駆動用歯車を連繋してある伝動軸と、前記工
具保持部の基端側内周面に設けてあり、前記駆動
用歯車に噛合する内歯車と、該内歯車に一又は複
数設けてあり、前記流体の前記支持筒内への流入
を停止した時点で前記第１のピストンの先端部が
係合する位置決め凹部とで構成されてなる。

作 用 しかるときは、支持筒内に流体を流入すると、
第１のピストンと位置決め凹部との係合、つまり
ハウジングと多軸ヘツド本体との連結が解除さ
れ、また第２のピストン、係合片、駆動用歯車及
び内歯車を介して駆動軸と多軸ヘツド本体とが連
繋されることになるので、駆動軸、つまり主軸を
回転させると、間欠歯車の歯数等により定まる所
定の減速比により工具が回転することになるの
で、工具のワークに対する位置を変更できること
になる。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明を多軸ヘツドに適用した実施例
を示す縦断面図、第２図は間欠歯車周りの構造を
示す略示側面図である。

この多軸ヘツドは、マシニングセンタの主軸１
に嵌合連結した基端連結部１０と、基端連結部１
０の先端側に設けた駆動軸１１を回転自在に支持
するハウジング２０と、ドリル等の工具（図示せ
ず）を複数回転自在に支持する多軸ヘツド本体３
０とを有してなる。

主軸１に対する基端連結部１０の取りつけは、
具体的にはこれの図上左側に位置するテーパシヤ
ンク１２を主軸１に設けた嵌合穴１ａに押込んで
行われる。このとき、主軸１の対向する２位置に
設けたキー２（図面では１本のみが現れている）
が基端連結部１０の周面に設けたキー溝１３に嵌
合し、これで基端連結部１０の主軸１に対する回
り止めが行われるようになつている。

ハウジング２０は基端側筒体２１と先端側筒体
２２とを連結してなり、ハウジング２０の周縁部
にはこれをマシニングセンタに対して固定支持す
るための支持筒５０を設けてある。即ち、支持筒
５０にはピン状の位置決め部材５１を内蔵してあ
り、この位置決め部材５１がテーパシヤンク１２
を主軸１の嵌合穴１ａに押込む際にマシニングセ
ンタ側に設けた位置決めブロツク６０の係合溝６
１に係合し、これでハウジング２０がマシニング
センタに対して固定支持されるようになつてい
る。なお、位置決め部材５１は支持筒５０の先端
側内部に設けたコイルスプリング５２により常時
基端側に付勢されている。

駆動軸１１の回転支持は４個のベアリング２
３，２４，３１，３２より行われている。ベアリ
ング２３，２４，３１，３２は基端側筒体２１の
基端側内周面、先端側筒体２２の先端側内周面、
多軸ヘツド本体３０の基端側内周面及び多軸ヘツ
ド本体３０の先端側内周面に夫々嵌着されてい
る。

また、工具は多軸ヘツド本体３０に回転自在に
支持された工具駆動軸４２の先端側にチヤツク４
１を介して連結されており、工具駆動軸４２と一
体回転するようになつている。この回転は主軸１
を回転することにより行われるようになつてい
る。即ち、工具駆動軸４２の基端側には前記駆動
軸１１の中間部に設けた駆動歯車１４に噛合する
歯車４３を設けてあり、これらの歯車を介して主
軸１の回転が工具に伝動されるようになつてい
る。なお、他の工具についても同様の構造になつ
ている。

さて、この多軸ヘツドには多軸ヘツド本体３０
をハウジング２０に対して回転可能になし、工具
のワーク（図示せず）に対する位置決め（以下割
り出しという）を可能にする手段が設けられてい
る。この手段の詳細は以下に示す通りであるが、
基本的には前記位置決めブロツク６０側から支持
筒５０内に流入するエアー等の作動流体により、
駆動軸１１と多軸ヘツド本体３０を回転させるた
めの歯車群とを連繋し、駆動軸１１、つまりこれ
に連結した主軸１の回転により多軸ヘツド本体３
０を回転させる構造になつている。

以下この手段の詳細について説明する。位置決
め部材５１の内部には流体通路（図示せず）を設
けてあり、位置決め部材５１を位置決めブロツク
６０に連結した状態において、位置決めブロツク
６０、流体通路を介して支持筒５０内に作動流体
が流入するようになつている。

ハウジング２０の支持筒５０に隣接する部分に
はシリンダ２５を内蔵するシリンダ収納室２６を
形成してあり、シリンダ２５内にはピストン２７
を主軸１の軸長方向への移動可能に設けてある。
ピストン２７はシリンダ収納室２６の基端側に収
納したコイルスプリング２８により常時先端側に
付勢されている。このピストン２７はハウジング
２０と、これに対して回転可能になつた多軸ヘツ
ド本体３０との位置決めを行うためのものであ
る。

即ち、前記作動流体が支持筒５０内に流入しな
い時点においては、第１図に仮想線で示すように
ピストン２７の先端部が後述する内歯車３４の周
方向における所定の位置に、例えば均等間隔で４
本設けた溝状の位置決め凹部３５に係合してお
り、これで多軸ヘツド本体３０のハウジング２０
に対する回り止め、つまり位置決めが行われるよ
うになつている。

この回り止め状態は、作動流体の支持筒５０内
への流入により解除されるようになつている。即
ち、シリンダ収納室２６の先端側には支持筒５０
内に連通する流体通路２９を設けてあり、支持筒
５０内に流入した作動流体が流体通路２９を介し
てシリンダ２５内に流入すると、この流体圧によ
りコイルスプリング２８の付勢力に抗してピスト
ン２７が先端側に移動し、ピストン２７と位置決
め凹部３５との係合が解除されることになるの
で、多軸ヘツド本体３０の回り止め状態が解除さ
れることになる。なお、前記作動流体の支持筒５
０内への流入及び排出は図外の方向切換バルブ等
からなる流体供給手段により制御されるようにな
つている。

駆動軸１１の中間部にはこれを径方向に挿通す
るようにしてシリンダ１１０を取りつけてあり、
シリンダ１１０内にはピストン１１１を設けてあ
る。ピストン１１１はシリンダ１１０内に収納し
たコイルスプリング１１２より駆動軸１１の内部
方向に常時付勢されている。このピストン１１１
は次に述べる歯車群を介して駆動軸１１の回転を
多軸ヘツド本体３０に伝え、多軸ヘツド本体３０
のハウジング２０に対する位置決め、つまり工具
のワークの加工位置に対する割り出しを行うため
のものである。

即ち、シリンダ１１０の内部と前記シリンダ２
５の内部とを連通させるべく駆動軸１１に形成し
た流体通路１１３を介して作動流体がシリンダ１
１０内に流入すると、これがピストン１１１の先
端部を駆動軸１１の外方に突出させ、この先端部
が駆動軸１１を囲繞するようにしてハウジング２
０の内周面に取りつけた環体１１４の内周面の所
定位置に凹設した溝状の係合凹部１１５に係合す
ることになる。

しかして、環体１１４の基端面における周方向
の位置には第２図に示すようにピン状の係合片１
１６を突出形成してあり、主軸１を回転すると駆
動軸１１と連動する係合片１１６がこれの回転域
に設けた星状をなす間欠歯車１１７をこれの歯数
に応じた所定の減速比で回転させることになる。
因に、図示せる間欠歯車１１７の歯数は５本に設
定されており、この結果主軸１及び駆動軸１１の
１回転で間欠歯車１１７が１／５回転することに
なる。この間欠歯車１１７の回転は次に述べる歯
車群を介して多軸ヘツド本体３０に伝えられるよ
うになつている。なお、間欠歯車１１７のハウジ
ング２０に対する取りつけ位置は第２図に示す通
りであり、第１図においては描画の便宜上この位
置に表示してある。また、１１８は駆動軸１１と
シリンダ１１０との間に介装したＯリングであ
り、作動流体が駆動軸１１の外部に漏れるのを防
止すると共に、シリンダ１１０が駆動軸１１に対
して不測に回転するのを防止すべく機能する。同
様に環体１１４とハウジング２０の内周面との間
にはＯリング１１９を介装してあり、作動流体の
漏れ及び環体１１４が不測に回転するのを防止す
るようになつている。

次に歯車群について説明する。前記間欠歯車１
１７は先端側筒体２２と基端側筒体２１との間に
おいて回転自在に支持された支持ピン１２０の基
端側に軸支されており、支持ピン１２０の先端側
にはピニオン１２１を軸支してある。ピニオン１
２１は先端側筒体２２に回転自在に支持された伝
動軸１２２の基端側に設けた歯車１２３に噛合し
ており、伝動軸１２２の先端側には多軸ヘツド本
体３０の基端側内周面に取りつけた環状の内歯車
３４に噛合する駆動用歯車１２４を設けてある。
なお、内歯車３４の周方向の複数の位置には前述
したようにしてピストン２７の先端部が係合する
位置決め凹部３５（又は穴）を設けてある。

かくして、主軸１を回転させ、これに伴い間欠
歯車１１７が回転するとこれらの歯車群を介して
駆動用歯車１２４が内歯車３４、つまり多軸ヘツ
ド本体３０が間欠歯車１１７の歯数と歯車群の歯
数比に対応した所定の減速比で駆動軸１１回りに
回転することになり、工具の割り出しが行えるよ
うになつている。なお、前記キー２の回転域には
主軸１の回転数を検知する、近接スイツチ等の回
転数検出器７１を設けてある。即ち、この回転数
検出器７１は２本のキー２の近接を検知し、検知
信号を演算制御装置７０に与えるようになつてい
る。しかして、演算制御装置７０はこの検知信号
を計数し、この検知信号２本につき主軸１が１回
転した判断する。この演算制御装置７０マシニン
グセンタ等に装備されており、次に述べるように
して加工作業を制御する。

次に加工作業の詳細について、今４本の工具を
用いて16本の穴加工を行う場合について説明す
る。まず、ピストン２７を所定位置にある第１の
位置決め凹部３５に係合し、工具の位相をワーク
の初期加工位置に設定する。次いで主軸１を回転
させ、且つこれに送りを与え、まず４本の穴加工
を行う。次に、流体供給手段を駆動し、支持筒５
０内に作動流体を通流せしめてピストン２７と第
１の位置決め凹部３５との係合を解除する。しか
る後、工具を時計方向又は反時計方向90゜回転さ
せ、この状態で支持筒５０内の作動流体を排出
し、ピストン２７を第２の位置決め凹部３５に係
合させ、同様にして４本の穴加工を行う。そし
て、以下上記同様の動作を行い、合計４回の穴明
け作業を行つて、合計16本の穴加工を行う。

ここに、２回目以降の工具の位相設定及び穴加
工は演算制御装置７０により制御されるようにな
つている。即ち、演算制御装置７０には工具を
90゜回転させるのに要する主軸１の回転数が予め
設定されており、この回転数に対応した回転数検
知信号が前記回転数検出器７１から入力される時
点で、主軸１の回転を停止させ、また流体供給手
段に流体排出指令信号を発してピストン２７を第
２の位置決め凹部３５に係合させ、これで第２の
加工位置における工具の位相を設定する。そし
て、その後主軸１に所定の駆動指令信号発して、
穴加工を実行させる。そして、穴加工が終了する
と、再度流体供給手段に流体供給指令信号を発し
てピストン２７と第２の位置決め凹部３５との係
合を解除し、ピストン２７を第３の位置決め凹部
３５に係合させるべく上記同様にして主軸１を回
転させる。

以上の説明の如く、演算制御装置７０を設ける
実施形態をとる場合は、自動的に精度のよい穴加
工を迅速に行えることになるという利点があるの
で、実施するうえで望ましいが、演算制御装置７
０を設けない実施形態をとつてもよいことは勿論
である。

他の実施例 第３図は本発明をアングルヘツドに適用した実
施例を示す。

このアングルヘツドの基端部の構造は、上記実
施例のそれと同様であるので、対応する部分につ
いては説明を省略し、以下異なる部分についての
み説明する。

なお、工具保持部１３０とは、前記多軸ヘツド
における多軸ヘツド本体３０に相当するものであ
る。

図示するように上記同様のハウジング２０の先
端側には駆動軸１１の先端側を回転自在に支持す
る中間ハウジング８０を介して工具保持部１３０
を連結してある。この中間ハウジング８０はハウ
ジング２０に対して駆動軸１１の軸心回りの回転
自在になつている。即ち、中間ハウジング８０の
基端側内周面には上記同様に駆動用歯車１２４と
噛合する内歯車３４を取りつけてあり、これで中
間ハウジング８０が主軸と一体回転するようにな
つている。

工具保持部１３０は軸心が主軸に対して90゜傾
いた円筒状をなし、中間ハウジング８０に固定連
結されている。工具保持部１３０の図上上側に位
置する先端側には駆動軸１１に対して90゜傾けて
上記同様の工具（同じく図示せず）、例えば１本
取りつけてある。この工具は工具保持部１３０内
に回転自在に支持された工具駆動軸１３１に連繋
されている。工具駆動軸１３１の基端部には駆動
軸１１の先端部に取りつけた傘歯車１３２に噛合
する傘歯車１３３を設けてあり、これらの傘歯車
１３２，１３３を介して主軸の回転が回転方向を
90゜違えて工具に伝えられるようになつている。

かくして、このアングルヘツドにおいて、上記
同様にして主軸を回転させると、工具保持部１３
０、つまり工具のワークに対する割り出しが可能
になり、主軸に対して90゜傾いた加工面を有する
ワークの加工が行えることになる。なお、工具保
持部１３０のハウジング２０に対する取りつけ角
度は90゜に限定されるものではなく、加工対象の
ワークに応じて種々の傾き角度を選定することが
できることは勿論であり、また工具の種類、本数
についても上記のものに限定されるものではな
い。

発明の効果 以上の本発明による場合は、一又は複数の工具
を取りつけた多軸ヘツド本体を主軸の回りに回転
させることができるので、ワークに対する工具の
割り出しが可能になる。従つて、小数の工具で多
数の穴加工等の加工が行えることになるので、加
工部と同数の工具を具備する実施形態をとる従来
例による場合に比べて工具ヘツドの小型化及び構
造の簡潔化が図れることになるという効果があ
る。

また、工具の数よりも多い数の加工部の加工が
１基の工具ヘツドで行えることになるので、上述
の従来の如く複数の工具ヘツドを交換して加工を
行う形態をとる場合に比べて、多種多様な加工の
加工効率を大幅に向上できることになるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例を示して
おり、第１図は本発明を多軸ヘツドに適用した実
施例を示す縦断面図、第２図は間欠歯車周りの構
造を示す略示側面図、第３図は本発明をアングル
ヘツドに適用した実施例を示す縦断面図である。 １……主軸、１０……先端連結部、１１……駆
動軸、２０……ハウジング、２７，１１１……ピ
ストン、３０……多軸ヘツド本体、３４……内歯
車、３５……位置決め凹部、５０……支持筒、５
１……位置決め部材、１１４……環体、１１５…
…係合凹部、１１６……係合片、１１７……間欠
歯車、１２４……駆動用歯車。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 工作機械の主軸に連結される基端連結部と、
   該基端連結部の先端側に設けてあり、先端側に一
   又は複数の工具を備えた多軸ヘツド本体と、これ
   らの中間に設けてあり、前記工具を前記基端連結
   部の軸心又はこれと傾いた軸回りに割り出す割り
   出し機構とを具備する工具ヘツドであつて、前記
   割り出し機構が、前記基端連結部の先端側に設け
   てあり、前記工具を直接又は間接的に駆動する駆
   動軸と、該駆動軸を回転自在に支持するハウジン
   グと、該ハウジングの周縁部に設けてあり、内蔵
   する位置決め部材を進出させてハウジングを前記
   工作機械に固定支持する支持筒と、前記位置決め
   部材の内部に設けてある流体通路と、該支持筒に
   内蔵してあり、前記流体通路を介して支持筒内に
   流入する流体により基端側に移動する第１のピス
   トンと、前記ハウジング内に前記駆動軸を囲繞す
   るようにして設けてあり、基端側に係合片を有
   し、内面側に係合凹部を有する環体と、前記駆動
   軸の内部に設けてあり、前記流体の流入により進
   出し、先端部が前記係合凹部に係合する第２のピ
   ストンと、前記ハウジングに回転自在に支持して
   あり、基端側に前記係合片と連動して回転する間
   欠歯車を有し、先端側に駆動用歯車を連繋してあ
   る伝動軸と、前記多軸ヘツド本体の基端側内周面
   に設けてあり、前記駆動用歯車に噛合する内歯車
   と、該内歯車に一又は複数設けてあり、前記流体
   の前記支持筒内への流入を停止した時点で前記第
   １のピストンの先端部が係合する位置決め凹部と
   で構成されていることを特徴とする工具ヘツド。