JPH05285713A - タレット刃物台の主軸制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］タレット刃物台内の選択された回転工具のみを
ビルトインモータで駆動する。 ［構成］ＮＣ装置１０からタレット刃物台１に割出し指
令が発せられると、プログラマブルコントローラ８に指
令し、割出しモータが回転し指令されたタレット面を割
り出す。タレット１９の割出しが終了すると、インバー
タ７から３相の電力がブラシ６に供給される。ブラシ６
は、接触しているスリップリング５を介して電力を供給
する。この電力の供給により、加工位置にあるビルトイ
ンモータ３のみを回転駆動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タレット刃物台の主軸
制御方法に関する。更に詳しくは、タレット刃物台に装
備された回転工具又は工作物を取付けた主軸をビルトイ
ンモータで駆動するためのタレット刃物台の主軸制御シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来技術】旋盤など工作機械のタレット刃物台にドリ
ル、エンドミルなどの回転工具、回転される工作物など
を工具又は工作物チャックを介して装着するものは知ら
れている。タレット刃物台は、回転工具を駆動させるた
めの動力を外部から供給しなければならない。タレット
刃物台の外部から動力を供給する方法には、歯車などの
機械的な動力伝達手段で供給する方法、流体継手を用い
てタレットの中心軸からエアーを供給し、エアーモータ
で駆動する方法などが知られている。

【０００３】一方、工作機械に単一の加工、例えば旋盤
における旋削加工のみならず研削加工など複合加工でき
るものが要求化されている。このため、タレット刃物台
に搭載される回転工具又は工作物の駆動手段には、高速
回転でかつ高出力が要求される。更に、自動工具交換の
ために所定角度位置に停止させるための角度制御、ネジ
切りのために工作物主軸との間との同期制御が要求され
るようになった。

【０００４】これらの制御性を満足させるために、確実
に外部からタレット刃物台の回転工具へ動力を送る方法
として、メカニズムにより動力を伝達する機械的動力伝
達手段が用いられている（例えば、特開平２−２９８４
０３号公報）。しかし、この機械的な動力伝達手段は、
構造が複雑である。研削加工などのように高速回転を必
要とする回転工具には、機構的に無理があり採用できな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な技術的背景で発明されたものであり、次の目的を達成
する。

【０００６】本発明の目的は、タレット刃物台の回転工
具をビルトインモータで駆動するためのタレット刃物台
の主軸制御システムを提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、ビルトインモータで
駆動される回転工具を有するタレット刃物台であって、
選択されたビルトインモータのみを駆動するためのタレ
ット刃物台の主軸制御システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に次のような手段を採る。

【０００９】工作機械に設けられ回転工具・工作物を取
付けるための複数の主軸がタレットに配置されたタレッ
ト刃物台と、このタレット刃物台に対して前記タレット
を回転自在に支持するためのタレット支持軸と、このタ
レット支持軸を回転割出しするための割出し駆動手段
と、前記主軸を駆動するためのビルトインモータと、前
記ビルトインモータに接続され、前記タレット刃物台の
外部から電力を供給するための一方の給電部材であって
前記タレット支持軸に配置されたスリップリングと、前
記スリップリングに接触し、前記ビルトインモータに電
力を供給するための固定された他方の給電部材であるブ
ラシと、前記ブラシを介して前記ビルトインモータに電
力を供給するためのインバータと、前記インバータに速
度、割出位置決め指令などを行うためのＮＣ装置とから
なるタレット刃物台の主軸主軸制御システムである。

【００１０】前記主軸に接続して設定された角度位置に
前記主軸を機械的に停止させるための角度位置決め手段
を有すると良い。

【００１１】更に、前記インバータからの電力を選択さ
れたビルトインモータのみに電力を送るための指令軸切
替手段とを有しても良い。

【００１２】

【作用】ＮＣ装置１０からタレット刃物台１に割出し指
令が発せられると、プログラマブルコントローラ８に指
令し、割出しモータが回転し指令されたタレット１面を
割り出す。タレット１の割出しが終了すると、インバー
タ７から３相の電力がブラシ６に供給される。ブラシ６
は、接触しているスリップリング５に電流を流す。この
電力の供給により、加工位置にあるビルトインモータ３
のみを回転駆動させる。

【００１３】

【第１実施例】図１は、本発明の実施例のシステムの概
要を示す図である。タレット刃物台１のタレット１９に
は、５個の回転工具２が工具主軸３０に装着されて回転
自在に支持されている。工具主軸３０の回転駆動は、内
蔵されているＡＣモータであるビルトインモータ３によ
り行う。ビルトインモータ３には、電線４の一端が接続
されている。電線４の他端は、スリップリング５に接続
されている。スリップリング５には、ブラシ６が接触
し、後述するように必要なビルトインモータ３にのみ電
力を供給している。

【００１４】ブラシ６には、汎用インバータ７からビル
トインモータ３へ制御された３相交流の電流及び周波数
が供給される。ＮＣ装置１０からは、プログラマブルコ
ントローラ（ＰＣ）８を介して汎用インバータ７への速
度指令及び割出位置決め指令が出される。ビルトインモ
ータ３を備えたの工具主軸３０（図４参照）は、回転工
具２の工具交換時などに設定された角度位置に停止させ
る必要がある。工具主軸３０の角度位置は、工具主軸３
０に固定された角度位置決め部材９０と近接スイッチ１
１とで検出される。割出位置決め指令がＮＣ装置１０か
ら発せられると、後述するメカポジショニング機構９に
より角度位置決めされる。

【００１５】図２は、本発明のタレット刃物台１を装備
した旋盤タイプの複合加工機の平面図である。図３は図
２の正面図である。ベッド１２の上部には、往復台１３
がベッド１２の長手方向に移動自在に設けられている。
往復台１３は、サーボモータ１４によりにより回転駆動
されるねじ１５で後述する主軸台１７の主軸軸線方向に
送られる。往復台１３の上には、サドル４５が水平面内
前記主軸台１７の主軸軸線と直交する方向にサーボモー
タ（図示せず）とねじ（図示せず）によって移動自在に
設けられている。このサドル４５にはクロス台１６が往
復台１３の移動方向と直交する方向およびサドル４５の
移動方向に移動自在に設けられている。クロス台１６
は、サーボモータ（図示せず）により上下方向にねじ送
りされる。

【００１６】クロス台１６上には、タレット刃物台１が
搭載されている。タレット刃物台１のタレット１９に
は、５個の前記した回転工具２が配置されている。タレ
ット刃物台１は、５個の回転工具２を加工位置に回転割
り出して必要な機械加工を行う。ベッド１２の前面に
は、主軸台１７が配置されている。主軸台１７は、工作
物を把持して回転する主軸を備えているものである。主
軸の先端面には、工作物チャック１８が取り付けられ
る。タレット刃物台１の回転工具２は、自動工具交換装
置（ＡＴＣ）により工具マガジンとの間で交換される。

【００１７】カートリッジ主軸２０ 図４は、ビルトインモータ３を内蔵したカートリッジ主
軸２０をタレット刃物台１に搭載したときのの断面図で
ある。カートリッジ主軸２０は、着脱自在にタレット１
９の外周に装備するためのユニットである。５個のカー
トリッジ主軸２０が、タレット１９の外周に配置された
取付孔２１に挿入されボルト２２で固定されている。カ
ートリッジ本体２３は、筒状の形をしたものであり、こ
の内部には円筒状のモータケース２４が挿入固定されて
いる。

【００１８】モータケース２４の外周には、螺旋溝２５
が形成されている。螺旋溝２５は、冷却液を通すための
ものであり、ビルトインモータ３を冷却する。モータケ
ース２４の内周には、ステータ２６が固定されている。

【００１９】カートリッジ本体２３の前面は、軸受ケー
ス２７でカバーされている。更に軸受ケース２７の前方
には、ゴミなどの侵入を防ぐための蓋２８がボルト２９
で固定されている。モータケース２４の中心には、工具
主軸３０が３個の軸受３１により回転自在に支持されて
いる。工具主軸３０の軸線方向中央部には、ロータ３２
が配置されている。ステータ２６とロータ３２とでビル
トインモータ３を構成する。

【００２０】主軸３０の先端には、テーパ穴３３が形成
してあり、このテーパ穴３３は回転工具２を装着するた
めのものである。工具ホルダーの後端のテーパシャンク
３４には、プルスタッド３５が一体に設けられている。
プルスタッド３５は、ドローバ３６により把持され、常
時後方に皿バネ３７により後方に引っ張られている。テ
ーパシャンク３４は、テーパ穴３３に押圧されて固定さ
れていることになる。

【００２１】テーパシャンク３４をテーパ穴３３から解
除するときは、ドローバ３６を後方から押すことにより
解除できる。軸受ケース２７の前面には、管継手４０が
ねじ込まれている。管継手４０は、油路４１を介して螺
旋溝２５に通じている。螺旋溝２５の出口は油路４２を
出して出口の管継手（図示せず）を介して、他のカート
リッジ主軸２０の入口側の管継手に接続されている。し
たがって、この冷却油は、５個のカートリッジ主軸２０
を順次循環してビルトインモータ３を冷却した後、タレ
ット軸５０の中心孔を通って外部に戻される。他方、３
個の軸受３１には、オイルエアが供給され、各軸受３１
を潤滑する。

【００２２】回転給電手段６５ 図５は、タレット刃物台１の後部の断面図を示す。タレ
ット軸５０には、歯車５１が固定されている。歯車５１
には、ピニオン５２が噛み合っている。ピニオン５２は
軸５３に固定されている。軸５３は、タレット本体１９
に軸受５４により回転自在に支持されている。軸５３に
は、歯車５５が固定されており、歯車５５は、ピニオン
５６に噛み合っている。

【００２３】ピニオン５６は、軸５７に固定されてお
り、軸５７は軸受５８により回転自在にタレット本体１
９に支持されている。ピニオン５６は、更にピニオン５
９に噛み合っている。ピニオン５９は、出力軸６０に固
定されている。出力軸６０は、割出しモータ６１の出力
軸である。

【００２４】割出しモータ６１は、タレット刃物台１の
本体１９に固定されている。結局、割出しモータ６１の
回転出力は、出力軸６０、ピニオン５９、ピニオン５
６、歯車５５、軸５３、ピニオン５２及び歯車５１を順
次駆動して、タレット軸５０を回転させる。この駆動に
より、タレット１９の各面に取り付けられた回転工具２
を所望の位置に割出す。

【００２５】タレット軸５０の後端には、回転給電手段
６５が配置されている。回転給電手段６５は、ブラシ６
とスリップリング５とからなり、ビルトインモータ３に
タレット刃物台１の外部から電力を供給するための給電
部である。スリップリング本体６６は、筒状のものであ
りタレット軸５０に固定されている。スリップリング本
体６６の外周には、非導電性材料で作られた絶縁筒６７
が固定されている。

【００２６】絶縁筒６７の一端には、導電材料で作られ
た円環状のアースリング６８が全周にわたって巻かれて
いる。更に、絶縁筒６７には、３本の分割スリップリン
グ６９が配置されている。３本の分割スリップリング６
９は、３相交流電流を供給するためのＵ相、Ｖ相、Ｗ相
のそれぞれの電極である。図６は、分割スリップリング
６９の断面図である。

【００２７】各分割スリップリング６９は、ａ〜ｊの１
０個のピースに分割されている。更に各分割スリップリ
ング片６９ａ〜６９ｊは、ビルトインモータ３に電線
（図示せず）によりタレット軸５０を通って接続されて
いる。分割スリップリング片６９ａと分割スリップリン
グ片６９ｄとは、電線７０ａで結合されている。分割ス
リップリング片６９ａ、６９ｄは、ビルトインモータ３
が加工位置に割り出されたとき電力を供給する。図示
の位置では、加工位置でビルトインモータ３に電力を
供給する。

【００２８】本実施例のタレット刃物台１のタレット１
９は、円周５分割され必要な回転工具２が割出される。
また、その割出しの中間位置（ＡＴＣの位置）で自動工
具交換などのために割り出しされる。このときの位置
は、分割スリップリング片ｄの位置である。したがっ
て、この位置でもビルトインモータ３を駆動するための
電流を流すことができる。同様に、他のスリップリング
片も電線で接続されている。アースリング６８、分割ス
リップリング６９には、ブラシ６が接触されている。ブ
ラシ６は、ブラシ片７１ａ〜７１ｄが接触している。ブ
ラシ片７１ａ〜７１ｄは、汎用インバータ７に接続され
ている。したがって、汎用インバータ７から制御された
電流、周波数の電力が供給される。

【００２９】流体継手７５ タレット軸５０の後端には流体継手７５が配置されてい
る。流体継手７５は、ビルトインモータ３を冷却するた
めの冷却油及び軸受３１を潤滑するオイルエアをタレッ
ト１９側に供給するためのものである。タレット軸５０
の後端には、回転軸７６が一体に固定されている。回転
軸７６の外周には、固定筒７７が回転及び軸線方向に移
動自在に設けられている。固定筒７７は、スプリング７
９を介して押圧部材７８により回転軸７６の方向に常時
押圧されている。押圧部材７８は、固定板８０に固定さ
れている。固定板８０は、タレット刃物台１上のクロス
台１６に固定されている。

【００３０】回転軸７６の外周には、冷却油供給口８
１、冷却油排出口８２、オイルエア供給口８３の３つの
管継手が連結される。供給及び排出される冷却油及びオ
イルエアは、タレット軸５０に配置した３重管８４を介
して、タレット１９内に供給及び排出される。３重管８
４は、前記したビルトインモータ３を冷却する冷却油を
供給する管継手４０に接続されている。

【００３１】更に、固定筒７７の外周及び端面には、オ
イルエア供給のための管継手８６が１５個配置されてい
る。すなわち、カートリッジ主軸２０の各工具主軸３０
の３個の軸受３１の合計１５個の軸受を潤滑するための
ものである。管継手８６が接続された固定筒７７の位相
と回転軸７６との位相が一致したとき、加工中の工具主
軸３０の軸受３１だけでなく供給したいすべての位置の
工具主軸３０の軸受３１のみにオイルエアが供給されよ
うに穴の位置が配置されている。

【００３２】メカポジショニング機構９ 図７は、工具主軸３０の角度位置決めを行うメカポジシ
ョニング機構９及び回転工具のツールアンクランプ装置
１１０の断面図である。工具主軸３０の後端外周には、
角度位置決め部材９０がキー結合されている。角度位置
決め部材９０には外周に１か所に凹部９１が設けられて
いる。角度位置決め部材９０の外周の近傍には、近接ス
イッチ１１が配置されている。

【００３３】近接スイッチ１１は、凹部９１を検出して
工具主軸３０を角度位置決めするものである。角度位置
決め部材９０の後端面には、溝９３が形成されている。
角度位置決め部材９０と対向する端部には管軸９６の固
定歯９４が回転不能に、しかし軸線方向にのみ移動自在
に設けられている。固定歯９４の前面には、突起９５が
設けられている。

【００３４】角度位置決め部材９０の溝９３と固定歯９
４の突起９５とが噛み合って工具主軸３０を所定角度に
位置決めする。固定歯９４の後端には、管軸９６が一体
に設けられている。固定歯９４には、更に案内ピン９７
が一体に固定されている。案内ピン９７は、案内穴９８
に摺動自在に挿入されている。案内ピン９７は、固定歯
９４の回転を止め、軸線方向のみの移動を許容するため
のものである。

【００３５】管軸９６の後端には、ピストン９９が一体
に固定されている。ピストン９９は、シリンダ１００内
に挿入されている。シリンダ１００内に圧油を導入する
ことにより、ピストン９９が移動し、同時にこれと一体
の管軸９６、固定歯９４が前方に移動し、突起９５と溝
９３とが噛み合い、工具主軸３０を所定角度位置に止め
る。管軸９６にはドッグ１０２が固定され、管軸９６の
移動は近接スイッチ１０１で検知される。

【００３６】ツールアンクランプ装置１１０ 管軸９６の中心には、アンクランプ軸１１１が摺動自在
に挿入されている。アンクランプ軸１１１の後端には、
ピストン１１２が固定されている。ピストン１１２は、
シリンダ１１３内に挿入されている。シリンダ１１３に
圧油を導入すると、ピストン１１２が移動する。アンク
ランプ軸１１１が前方に移動すると、その先端がドロー
バ３６の最後端を押す。

【００３７】アンクランプ軸１１１によるドローバ３６
の後端の押圧により、皿バネ３７が圧縮され、ドローバ
３６がプルスタッド３５の把持を開放し、テーパ穴３３
から回転工具２のテーパシャンク３４を離脱可能としア
ンクランプする。

【００３８】システムの作動 以下、本システムの作動の概略を述べる。ＮＣ装置１０
からタレット刃物台１に割出し指令が発せられると、プ
ログラマブルコントローラ８は、タレット１９をアンク
ランプ状態にした後、割出しモータ６１に回転指令を発
する。割出しモータ６１は、回転起動されて、ピニオン
５９、ピニオン５６、歯車５５、ピニオン５２、歯車５
１を駆動し、タレット軸５０を回転させる（図５参
照）。タレット軸５０の駆動により、タレット１９を回
転割り出し、その後クランプする。この割出し位置の位
置決め及びクランプは、周知技術でありここでは論じな
い。この位置決めにより回転工具２は、最下位置すなわ
ち加工位置に割り出される。

【００３９】タレット１９の割出しが終了すると、汎用
インバータ７から制御された３相の電力がブラシ６に供
給される。ブラシ６の各ブラシ片７１ａ〜７１ｄは、接
触している分割スリップリング片６９ａに電流を流す。
この電力の供給により、加工位置にあるビルトインモー
タ３のみを回転駆動させる。このビルトインモータ３の
回転駆動時には、冷却油供給口８１から冷却油が供給さ
れる。冷却油は、３重管８４を通り、カートリッジ主軸
２０の管継手４０に供給される。

【００４０】管継手４０から冷却油は、油路４１、螺旋
溝２５を通りビルトインモータ３の外周を冷却後、油路
４２を通り管継手（図示せず）を通り、他のビルトイン
モータ３を同様に冷却後、３重管８４に戻り冷却油排出
口８２に排出される。計測時のエアなども必要があれ
ば、エア供給口（図示せず）を通して供給される。回転
中の工具主軸３０の軸受３１へのオイルエアの供給も、
３重管８４を通して回転中の工具主軸３０だけでなく、
供給したいすべての位置の工具主軸３０の軸受３１に管
継手８６を介して供給される。

【００４１】工具主軸３０の角度割出し 前記加工動作と同様に、自動工具交換の必要があるとき
は、タレット軸５０を駆動させて回転工具２を所定の位
置に割出す。ＮＣ装置１０からの指令で汎用インバータ
７は、ブラシ６、スリップリング５を介してビルトイン
モータ３に電力を供給して割出し速度、すなわち低速度
で回転させる。近接スイッチ１１（図７）が凹部９１の
位置を検出すると、直ちに汎用インバータ７は、ビルト
インモータ３に停止指令を発する。

【００４２】これと同時に、ＰＣ８は指令して電磁切換
弁（図示せず）を切換えてピストン９９を駆動させて、
固定歯９４を前進させて、突起９５を溝９３に挿入させ
て、工具主軸３０を停止させる。この停止により、工具
主軸３０は決められた角度位置に停止させられる。この
工具主軸３０の角度位置決め完了後、必要な自動工具交
換動作を行う。工具主軸３０の角度位置決めの解除は前
記動作と逆の動作を行う。

【００４３】

【第２実施例】図８は、本発明の第２実施例のシステム
の概要を示す図である。前記第１実施例のシステムは、
汎用インバータ７を用いたものであったので、工具主軸
３０の角度位置決めにメカポジョニング機構９のような
機械的な角度位置決め機構が必要であった。しかし、角
度位置決め機構を用いずに電気的な制御装置を用いても
良い。第２実施例のシステムは、汎用のインバータを使
用せずにベクトル制御インバータを用いて角度制御した
ものである。したがって、ビルトインモータの工具主軸
３０の停止角度を制御できる。

【００４４】タレット刃物台１のタレット１９には、５
個の回転工具２が工具主軸３０に装着されて回転自在に
支持されている。回転工具２の回転駆動は、内蔵されて
いるビルトインモータ３により行う。ビルトインモータ
３には、電線４の一端が接続されている。電線４の他端
には、スリップリング５には、ブラシ６が接触し、必要
なビルトインモータ３にのみ電力を供給している。

【００４５】ブラシ６には、ベクトル制御インバータ７
ａからビルトインモータ３へ駆動電力が供給される。Ｎ
Ｃ装置１０からは、ベクトル制御インバータ７ａへのビ
ルトインモータ３の速度指令及び停止指令が出される。
この第２実施例のシステムは、主軸の角度位置決めのた
めの機械的なメカニズムがないので、機構が簡素にな
る。

【００４６】

【第３実施例】図９は、本発明の第３実施例のシステム
の概要を示す図である。前記第１及び２実施例のブラシ
及びスリップリングは、選択されたビルトインモータ３
のみを駆動するものであった。第３実施例は、このビル
トインモータ３の選択を半導体スイチッング素子などを
有する指令軸切替回路１２０で行うものである。指令軸
切換回路１２０でビルトインモータ３を選択するのでス
リップリング５は、円周方向に分割されていない。

【００４７】

【その他の実施例】前記した実施例は、いずれも工具主
軸に関するものであったが、前記説明から理解されるよ
うに、タレット刃物台１に工作物チャック１８を配置し
たタイプのものでもよい。したがって、前記工具主軸２
０は、把持した工作物を駆動する工作物主軸であっても
良い。タレット刃物台に工作物チャックを装備するもの
は知られている。

【００４８】前記したビルトインモータは、ＡＣモータ
であったがＤＣモータなどのモータであっても良い。

【００４９】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明は必要なビ
ルトインモータのみを選択的に駆動電力を送ることがで
きる。また、配線構造が簡単になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例のタレット刃物台
の主軸制御システムの概要を示す機能ブロック図であ
る。

【図２】図２は、本発明を旋盤に適用したときの平面図
である。

【図３】図３は、図２の正面図である。

【図４】図４は、ビルトインモータの断面図である。

【図５】図５は、タレット刃物台の回転送電部及び流体
継手の断面図である。

【図６】図６は、分割スリップリング片の断面図であ
る。

【図７】図７は、メカポジショニング機構とアンクラン
プ機構の断面図である。

【図８】図８は、本発明の第２実施例のタレット刃物台
の主軸制御システムの概要を示す機能ブロック図であ
る。

【図９】図９は、本発明の第３実施例のタレット刃物台
の主軸制御システムの概要を示す機能ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１…タレット刃物台 ２…回転工具 ３…ビルトインモータ ４…電線 ６…ブラシ ７，７ａ…インバータ ８…プログラマブルコントローラ ９…メカポジショニング機構 １０…ＮＣ装置 ２０…カートリッジ主軸 ６５…回転給電手段 ７５…流体継手 １１０…ツールアンクランプ装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械に設けられ回転工具・工作物を取
   付けるための複数の主軸がタレットに配置されたタレッ
   ト刃物台と、 このタレット刃物台に対して前記タレットを回転自在に
   支持するためのタレット支持軸と、 このタレット支持軸を回転割出しするための割出し駆動
   手段と、 前記主軸を駆動するためのビルトインモータと、 前記ビルトインモータに接続され、前記タレット刃物台
   の外部から電力を供給するための一方の給電部材であっ
   て前記タレット支持軸に配置されたスリップリングと、 前記スリップリングに接触し、前記ビルトインモータに
   電力を供給するための固定された他方の給電部材である
   ブラシと、 前記ブラシを介して前記ビルトインモータに電力を供給
   するためのインバータと、 前記インバータに速度、割出位置決め指令などを行うた
   めのＮＣ装置とからなるタレット刃物台の主軸主軸制御
   システム。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記主軸に接続して設定された角度位置に前記主軸を機
   械的に停止させるための角度位置決め手段とを有するこ
   とを特徴とするタレット刃物台の主軸制御システム。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記インバータからの電力を選択されたビルトインモー
   タのみに電力を送るための指令軸切替手段とを有するこ
   とを特徴とするタレット刃物台の主軸制御システム。