JPH0350652B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、工作機械におけユニバーサルヘツ
ドに関する。

従来の技術 工作機械は、CNC（Computer Numerical
Control）装置により複雑なコントロールが行な
えるようになつている。

たとえば、立形マシニングセンタような工作機
械は、ワークに対して加工が容易にできるよう
に、Ｘ、Ｙ方向に動くテーブルやＺ方向（上下方
向）に動く主軸頭を持つている。これらは、
CNC装置によりコントロールされる。

発明が解決しようとする問題点 この種の工作機械により、たとえば直方体のワ
ークの第１面に直線状の溝加工をし、第１面と隣
接する第２面に円形状の溝加工をする場合を考え
る。

まず、ワークは第１面を上方の工具に向けた状
態でテーブル上に固定する。主軸頭を下げてテー
ブルを水平に動かして第１面に工具により直線上
の溝加工をする。そのあと主軸頭を一旦上昇させ
る。

次に、ワークはテーブルより一度はずして、第
２面が工具に向くようにワークを再度固定する。
そして、主軸頭を下げて、Ｘ、Ｙテーブルを動か
して第２面に円形状の溝を工具により加工する。

このような多様な加工をするには、ワークを少
なくとも２度テーブルに設定しなければならず、
加工作業能率の向上の妨げとなり作業の自動化が
図れない。

発明の目的 この発明は、上記問題点を解消し、ワークを一
度設定しただけで、曲線状や直線状の溝などの加
工をワークに施すことのできる工作機械における
ユニバーサルヘツドを提供することを目的とす
る。

発明の要旨 この発明は主軸頭側には第１アームの一端を接
続し、第１アームは主軸頭に対して主軸又は第１
アームの一端の中心軸の回りに第１駆動手段によ
り所定角度回転可能であり、第１アームの他端の
中心軸が主軸の中心軸と所定角度で交差してお
り、第１アームの他端には第２アームの一端を接
続して、第２アームは第１アームに対して第１ア
ームの他端の中心軸または第２アームの一端の中
心軸の回りに第２駆動手段により所定角度回転可
能であり、第２アームの他端の中心軸は第１アー
ムの他端の中心軸と所定角度で交差し、第１アー
ム内から第２アーム内にかけて各々の中心軸に沿
つて伝動手段が支持してあり、伝動手段の一端は
主軸に連結しかつ第２アームの他端側にある伝動
手段の他端には工具を設定し、主軸の回転により
伝動手段を介して工具を回転可能な構成である工
作機械におけるユニバーサルヘツドを要旨として
いる。

問題点を解決するための手段 第３図を参照する。

主軸頭１１側には第１アーム２５の一端２６を
接続する。第１アーム２５は主軸頭１１に対して
第１駆動手段９１により主軸頭１１の主軸１８又
は第１アームの一端の中心軸Ｌ１を中心に所定角
度回転可能である。第１アーム２５の他端２７を
通る中心軸Ｌ２が主軸１８の中心軸Ｌ１と所定角
度θ１で交差している。

第１アーム２５の他端２７には第２アーム２８
の一端２９を接続する。第２アーム２８は第１ア
ーム２５に対して第２駆動手段６２により第１ア
ーム２５の他端２７又は第２アーム２８の一端の
中心軸Ｌ２を中心にして所定角度回転可能であ
る。

第２アーム２８の他端３０の中心軸Ｌ３は第１
アーム２５の他端２７の中心軸Ｌ２と所定角度θ
２で交差し、第１アーム２５内から第２アーム２
８内にかけて各々の中心軸に沿つて伝動手段３１
が支持してある。

伝動手段３１の一端は、主軸１８に連結し、か
つ第２アーム２８の他端３０側にある伝動手段３
１の他端には、工具６１を設定する。主軸１８の
回転により伝動手段３１を介して工具６１を回転
可能である。

作 用 第１駆動手段９１のサーボモータ９２を作動さ
せることで、第１アーム２５は主軸頭１１に対し
て所定角度回転できる。そして第２駆動手段６２
のサーボモータ６３を作動させることで、第２ア
ーム２８は第１アーム２５に対して所定角度回転
できる。

したがつて、第２アーム２８の工具６１を水
平、垂直方向などに向けて主軸１８を回転するこ
とでワークに曲線状や直線状の溝などの加工が施
せる。

実施例 第１図と第２図はこの発明の実施例のユニバー
サルヘツド１が設定された工作機械２を示してい
る。

この工作機械２は、工作機械の本体３、CNC
装置４および操作盤５を有している。

本体３は、立形マシニングセンタである。本体
３のベース６上には、第１テーブル７と第２テー
ブル８が設けてある。第１テーブル７は第２テー
ブル８上をサーボモータ９により第１図矢印Ｘ方
向に移動できる。第２テーブル８はベース６上を
サーボモータ１０により第２図矢印Ｙ方向に移動
できる。本体３の主軸頭１１はコラム１２のレー
ル１３な沿つてサーボモータ１４により第２図矢
印Ｚ方向に上下移動できる。

本体３は、この他に自動工具交換装置１５と工
具マガジン１６を有している。

ユニバーサルヘツド１は、第３図に示してあ
る。ユニバーサルヘツド１は主軸頭１１の下端に
設定してある。

主軸１８は、軸受１９〜２１を介して主軸頭１
１内に回転可能に支持してある。この主軸１８内
にはスリーブ２２およびテーパ支持部２３が取付
けてある。このスリーブ２２内にはコレツト２４
が内挿してある。

ユニバーサルヘツド１の基部９０は、その一端
が主軸頭１１の取付部１１ａに対してネジ１１ｂ
を介して取付けてある。

この基部９０の他端には第１アーム２５の一端
２６が接続してある。第１アーム２５の一端２６
が基部９０の取付部９０ａにかみ合つている。こ
の第１アーム２５は基部９０に対して回転可能で
ある。

第１アーム２５を中間位置で折れまがつてお
り、主軸の中心軸Ｌ１と第１アーム２５の他端２
７の中心軸Ｌ２は、角度θ１、好ましくは45°で
交差している。

第１アーム２５の他端２７には、第２アーム２
８が接続されている。すなわち、第２アーム２８
の空間２８ａに第１アーム２５の他端２７が挿入
され、かつ第２アーム２８の一端２９が他端２７
の取付部２７ａにかみ合つている。この第２アー
ム２８は、第１アーム２５に対して回転可能であ
る。この第２アーム２８はその中間部において折
れまがつており、一端２９の中心軸Ｌ２と第２ア
ーム２８の他端３０の中心軸Ｌ３とは角度θ２、
好ましくは45°で交差している。

次に第１アーム２５および第２アーム２８の各
中心軸Ｌ１〜Ｌ３に沿つて支持された伝動手段３
１について説明する。

主軸１８のテーパ支持部２３には、ホルダ３２
のテーパ部３２ａが嵌込まれている。ホルダ３２
のプルスタツド３３は、コレツト２４に嵌込ま
れ、かつ上方に引張り上げてある。ホルダ３２
は、ストツパ１１ｃおよびネジ１１ｄを介して主
軸１８に対して回り止めが施されている。ホルダ
３２およびその軸３４の各中心軸は、主軸１８の
中心軸Ｌ１と一致している。軸３４は、第１アー
ム２５の一端２６内に軸受３５ａ，３６ａ，３
５，３６を介して回転可能に取付けてある。一
方、第１アーム２５の他端２７には、軸４３が軸
受３８〜４２を介して回転可能に支持してある。
この軸４３の中心軸は、中心軸Ｌ２と一致してい
る。軸４３の上端と下端にはかさ歯車４４と４５
がそれぞれ設定されている。かさ歯車４４と、軸
３４に取付けられたかさ歯車３７は、第１アーム
２５の空間２５ａに位置され噛合つている。

第２アーム２８の他端には、軸４６が軸受４７
〜５０を介して回転可能に支持してある。この軸
４６の中心軸は、中心軸Ｌ３と一致している。軸
４６の一端にはかさ歯車５１が取付けられてい
る。このかさ歯車５１とかさ歯車４５は、第２ア
ーム２８の空間２８ａ内に位置しており、互いに
噛合つている。軸４６のテーパ支持部５２には、
ツールホルダ５３のテーパ部５４が嵌込まれてい
る。ツールホルダ５３のプルスタツド５５は、軸
４６内に設けられた付勢手段５６により固定され
ている。この付勢手段５６はスプリング５７とボ
ール５８からなる。ツールホルダ５３は、ネジ５
９およびストツパ６０により軸４６に対して回り
止めが施されている。さらにツールホルダ５３に
は、工具６１が取付けてある。この工具は、たと
えばエンドミル等である。

次に第１駆動手段９１を説明する。サーボモー
タ９２は、基部９０の他端に取付けてある。サー
ボモータ９２の出力軸９５には、ウオーム９３が
取付けてある。第１アーム２５の一端２６には、
ウオームホイール９４が取付けてある。このウオ
ームホイール９４とウオーム９３は噛合つてい
る。サーボモータ９２を回転することにより、矢
印Ｐ方向に第１アーム２５を中心軸Ｌ１を中心と
して回転できるようになつている。

次に第２駆動手段６２を説明する。サーボモー
タ６３は、第１アーム２５の他端２７に取付けて
ある。サーボモータ６３の出力軸６４には、ウオ
ーム６５が取付けてある。一方第２アーム２８の
一端２９には、ウオームホイーム６６が取付けて
ある。このウオームホイール６６とウオーム６５
は噛合つている。サーボモータ６３を回転するこ
とにより、矢印Ｒの方向に第２アーム２８を中心
軸Ｌ２を中心として回転できるようになつてい
る。

サーボモータ６３，９２とすでに述べたサーボ
モータ９，１０，１４は、たとえばDCサーボモ
ータが採用できる。また、主軸１８は、第２図に
示すモータ１８ａにより回転できるようになつて
いる。

次に、サーボモータ６３，９２，９，１０，１
４の制御系を第４図を中心にして説明する。

CNC装置４は、第４図に示すように中央処理
装置（以下CPUという）６７を内蔵している。

NCテープ７６のNCプログラムはテープリー
ダ７７により読み込まれ、たとえばフロツピ７９
のフロツピデイスクにアドレス／データバスAD
を介して一旦記憶される。

サーボモータ６３を制御するサーボ系６８は、
CPU６７にアドレス／データバスADを介して接
続してある。またサーボモータ９，１０，１４，
９２を制御する各サーボ系６９〜７１，９６は、
同様にCPUに接続してある。

サーボ系６８〜７１、９６は公知のもので、同
様の構成であり、サーボ系６８を代表して説明す
る。なお、サーボ系９６には、サーボ系６８の符
号７２〜７５と８０〜８２に対応する箇所には同
様の符号１７２〜１７５，１８０〜１８２を記
し、サーボ系６９，７０，７１の構成は図面の簡
単化のためにその図示を省略する。

位置制御部７２は、パルス整形・方向判別回路
７３、偏差カウンタ７４、Ｄ／Ａ変換器７５を有
する。

フロツピ７９からNCプログラムがCPU６７に
入力される。CPU６７は、このNCプログラムに
基づいてパルス整形・方向判別別回路７３に対し
て、移動指令パルス７２ａと、サーボモータ６３
の回転方向を定める指令符号７２ｂを送るように
なつている。

位置制御部７２の後段には速度制御部８０が接
続してある。速度制御部８０にはサーボモータ６
３が接続してある。このサーボモータ６３の出力
軸には、タコジエネレータ８１とパルスジエネレ
ータ８２が連結してある。

タコジエネレータ８１はサーボモータ６３の回
転数検出をするためのものである。タコジエネレ
ータ８１の出力電圧は回転数に比例し、出力電圧
の極性はサーボモータ６３の回転方向により決ま
る。

パルスジエネレータ８２は、サーボモータ６３
の回転移動量（回転角）を検出する。パルスジエ
ネレータ８２のパルス出力数は回転移動量に比例
し、パルス出力の極性はサーボモータ６３の回転
移動方向によつて決まる。

タコジエネレータ８１は速度制御部８０に接続
されている。パルスジエネレータ８２はパルス整
形・方向判別回路７３に接続されている。

偏差カウンタ７４は、移動指令パルス７２の数
と、パルスジエネレータ８２からフイードバツク
される移動フイードバツクパルス数の差（溜りパ
ルス）を誤差出力電圧として出力する。この出力
電圧の大きさは差の大きさに比例し、出力の極性
は差の極性により決まる。

このデジタル値である誤差出力電圧は、Ｄ／Ａ
変換器でアナログ値に変換して速度指令電圧とし
て速度制御部８０に与える。

速度制御部８０は、タコジエネレータ８１から
の速度フイードバツク電圧と速度指令電圧とを比
較する。この両者の電圧差を増巾する。サーボモ
ータ６３の速度は両者の電圧差が零に近ずくよう
に制御される。

サーボモータ６３の回転開始時には、移動指令
パルス７２ａがパルス整形・方向判別回路７３を
介して偏差カウンタ７４に入力されると、このカ
ウンタ７４にパルスが積算される。この溜りパル
スは、Ｄ／Ａ変換器７５で速度指令電圧に変換さ
れて速度制御部８０に入力される。

したがつてサーボモータ６３は回転を始める。
サーボモータ６３が回転を始めると、パルスジエ
ネレータ８２から回転角に比例したパルスが発生
して偏差カウンタ７４に入力される。これによ
り、偏差カウンタ７４内の溜りパルスは減算され
る。

移動指令パルス７２ａが引き続いて入力されれ
ば、サーボモータ６３は連続回転し、偏差カウン
タ７４は一定の溜りパルス数を保つ。サーボモー
タ６３の回転速度は移動指令パルス７２ａの周波
数に比例する。

移動指令パルス７２ａの入力が止まると、偏差
カウンタ７４の溜りパルスが零になるまでサーボ
モータ６３は回転して、零になると停止する。

第４図、第７図と第８図を参照して説明すれ
ば、たとえば、移動指令パルス７２ａの数に基づ
いて第２アーム２８は、第１アーム２５に対して
第７図に示す状態から180°回転して第８図に示す
状態に変えることができる。

また、サーボモータ９２もサーボモータ６３と
同様にたとえば移動指令パルス１７２ａの数に基
づいて、基台９０に対して360°回転可能である。

サーボ系６９〜７１のサーボモータ９，１０，
１４も同様にして制御される。すなわち、主軸頭
１１、テーブル７，８は、移動指令パルスと指令
符号に基づいてそれぞれ所定位置に移動できる。

ところで主軸モータ１８ａは、シーケンス制御
部８３の指令により所定回転数で回転される。こ
のシーケンス制御部８３はインターフエース８４
を介してCPU６７のアドレス／データバスADに
接続されている。各サーボモータ９，１０，１
４，６３，９２と主軸モータ１８ａはCPU６７
の指令により別々に動かせる。また、操作盤５は
ケーブル１７（第２図参照）を介してCPU６７、
シーケンス制御部８３と本体３のたとえばリミツ
トスイツチ（図示せず）などに接続してある。

次に、NCプログラムに基づいて、たとえばワ
ークＷの上面Ｗ２に円形状の溝９７と直線状の溝
８７を加工し、側面Ｗ１に直線状の溝８６を加工
する場合について説明する。（第５図〜第８図参
照） まず、第５図に示すようにワークＷを第１テー
ブル７上にストツパ８５を介して設定する。操作
盤５の自動運転ボタンを押して、第１テーブル７
サーボモータ９により矢印Ｘ方向に動かす。（第
１図参照）そして、第２テーブル８サーボモータ
１０により矢印Ｙ方向に動かす。

このようにして、ワークＷを所定の位置に位置
決めする。一方、ユニバーサルヘツド１の第２ア
ーム２８は、すでに第３図の状態から180°回転し
て第５図の状態にしてある。すなわち、工具６１
は、垂直下方に向き、かつワークＷの上面Ｗ２に
対面している。

次に、サーボモータ１４により主軸頭１１を矢
印Ｚ方向に下げて、かつ主軸モータ１８ａ（第１
図参照）を回転して工具６１を回す。工具６１を
上面Ｗ２に所定深さ切込む。そして、サーボモー
タ９２を作動して第１アーム２５と第２アーム２
８を主軸頭１１に対して360°回転する。

このようにすることで、第６図に示すような円
形状の溝９７を形成できる。加工後、主軸頭１１
を上昇する。

第１テーブル７と第２テーブル８を移動して
（第１図と第２図参照）、第７図に示すようにワー
クＷを新しい所定位置に位置決めし、主軸頭１１
を下げてワークＷの上面Ｗ２に工具６１を切込ま
せる。そして、第２テーブル８を第２図矢印方向
（右方向）に移動して、上面Ｗ２に溝８７を形成
する。そして主軸頭１１を上昇する。

続いて、第１テーブル７と第２テーブル８を再
び移動する。このようにして、第８図に示すよう
にワークＷをさらに新しい所定の位置に位置決め
する。ユニバーサルヘツド１の第２アーム２８
は、第７図の状態から180°回転して、第３図と第
８図に示すように工具６１を図面水平左方向に向
ける。そして、サーボモータ１４により主軸頭１
１を下げて、工具６１と側面Ｗ１を対面させる。

主軸モータ１８ａを回転して工具６１を回し、
第１テーブル７を第５図右方向に移動して工具６
１をワークＷの側面Ｗ１に切込ませる。そして、
第２テーブル８を第２図矢印Ｙ方向（右方向）に
移動して、側面Ｗ１に溝８６を形成する。

このように、ワークＷを一度第１テーブル７上
に設定するだけで、ユニバーサルヘツド１のアー
ム２８を所定角度回転すればワークの多面の加工
ができる。

上述したのは１つの加工例にすぎない。サーボ
モータ９２，６３を同時に作動させれば、三次元
的に複雑な曲線加工ができる。

ところで、サーボモータはDCサーボ形のもの
に限らずACサーボ形のものでもよい。またサー
ボモータに代えてステツピングモータを用いても
よい。

また、中心軸Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の交差する角度
θ１，θ２は45°にすれば、直方体のワークＷの
上面と側面に対して垂直に工具６１を当てること
ができる。しかし、角度θ１，θ２を45°以外に
設定したユニバーサルヘツドを用意すれば、ワー
クの上面などに対して所望の角度で工具６１を当
てることができる。

発明の効果 以上説明したようにこの発明によれば、テーブ
ルにワークを一度設定するだけで、曲線状や直線
状の溝加工などをワークに施すことができる。ま
た、ヘツドを全体的にシンプルかつスマートに構
成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のユニバーサルヘツドが設定さ
れた工作機械を示す正面図、第２図は同工作機械
の側面図、第３図はユニバーサルヘツドの断面
図、第４図はサーボ系とCNC装置などを示す図、
第５図はユニバーサルヘツドによるワークの加工
例を示す図、第６図は加工されたワークの斜視
図、第７図と第８図はユニバーサルヘツドによる
ワークの加工例を示す図である。 １……ユニバーサルヘツド、２……工作機械、
４……CNC装置、９，１０，１４，６３，９２
……サーボモータ、１８……主軸、２５……第１
アーム、２８……第２アーム、３１……伝動手
段、６１……工具、６２……第２駆動手段、９０
……基部、９１……第１駆動手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主軸頭側には第１アームの一端を接続し、第
   １アームは主軸頭に対して主軸又は第１アームの
   一端の中心軸の回りに第１駆動手段により所定角
   度回転可能であり、第１アームの他端の中心軸が
   主軸の中心軸と鋭角θ１で交差しており、第１ア
   ームの他端には第２アームの一端を接続して、第
   ２アームは第１アームに対して第１アームの他端
   の中心軸又は第２アームの一端の中心軸の回りに
   第２駆動手段により所定角度回転可能であり、第
   ２アームの他端の中心軸は第１アームの他端の中
   心軸と鋭角θ２で交差し、第１アーム内から第２
   アーム内にかけて各々の中心軸に沿つて伝動手段
   が支持してあり、伝動手段の一端は主軸に連結し
   かつ第２アームの他端側にある伝動手段の他端に
   は工具を設定し、主軸の回転により伝動手段を介
   して工具を回転可能な構成である工作機械におけ
   るユニバーサルヘツド。 ２ 前記第１アームの他端の中心軸は、主軸の中
   心軸と45°の角度で交差し、かつ第２アームの他
   端の中心軸は第１アームの他端の中心軸と45°の
   角度で交差している特許請求の範囲第１項記載の
   工作機械におけるユニバーサルヘツド。