JPH0549424B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ドリリング等の切削加工を対象と
した切削加工装置に関する。

従来の技術とその問題点 この種の切削加工を目的としたロボツトとし
て、例えば第６図に示すように関節型の産業用ロ
ボツトのアーム１にクイルフイード式のドリリン
グユニツト１０を配した構造のものが知られてい
る。

しかしながら、上記のような従来の切削加工用
ロボツトにあつては、汎用型の産業用ロボツトを
基本として構成されているため、ロボツトそのも
のの負荷を軽減する上でドリリングユニツト１０
の重量ひいては切削能力が制限される。しかも、
ドリリングユニツト１０による加工位置がロボツ
トの支点部から遠くなるため、剛性の面で十分で
ない。したがつて、従来の切削加工用ロボツトは
もつぱら軽負荷切削のみを対象としており、重切
削は困難である。

一方、トランスフアーマシン等に組み込まれる
クイルフイード式のドリリングユニツトとして例
えば第７図に示す構造のものがある。

これは同図に示すように、ケース１０１内には
軸方向に移動可能なクイル１０２が配設されてお
り、さらにクイル１０２には先端にドリル１０３
を有するスピンドル１０４が内挿されている。ス
ピンドル１０４の後端部には補助スピンドル１０
５があり、これらスピンドル１０４と補助スピン
ドル１０５とはスプライン部１０４ａにおいてス
プライン結合されている。したがつて、スピンド
ル１０４と補助スピンドル１０５とは一体となつ
て回転するものの、軸方向には相対移動可能であ
る。

すなわち、補助スピンドル１０５にはプーリ１
０６，１０７およびＶベルト１０８を介してモー
タ１０９の出力が伝達され、これにより補助スピ
ンドル１０５とスピンドル１０４とが一体となつ
て回転する。

また、前記ケース１０１にはスピンドル１０４
と平行にボールスクリユーシヤフト等の送りねじ
１１０が配設されており、送りねじ１１０はカツ
プリング１１１を介してモータ１１２により回転
駆動される一方、送りねじ１１０に螺合する送り
ナツト１１３はクイル１０２側のブラケツト１１
４に固定されている。したがつて、送りねじ１１
０の回転によりクイル１０２に送り与えられ、ク
イル１０２はスピンドル１０４とともに前進また
は後退することになる。

しかしながら、このような従来のクイルフイー
ド式のドリリングユニツトの構造では、クイル１
０２に軸方向の送りを与えるためのモータ１１２
の軸心とスピンドル１０４の軸心とが平行になる
ように設定するのが通常であるため、スピンドル
回転駆動用のモータ１０９とクイル送り用のモー
タ１１２とを平行に並べて取り付けざるを得な
い。

その結果、ドリリングユニツト自体を、スピン
ドル１０４と軸心と直交する軸を旋回中心として
旋回可能な構成として、斜め孔加工等を対象とし
たいわゆる切削加工ロボツトを製作しようとする
場合に特に問題となる。

例えば第７図において、スピンドル１０４と直
交する方向の水平な軸心O₂を旋回中心としてド
リリングユニツト全体を旋回させる場合に、当然
に軸心O₂とモータ１０９，１１２の軸心とが一
致しないことから、軸心O₂を中心としたドリリ
ングユニツトの前後方向の重量バランスが悪く、
軸心O₂の位置の選定にあたつて十分な配慮が必
要となる。

しかも、上記の軸心O₂を旋回中心としてドリ
リングユニツト全体を旋回モータにより旋回させ
る場合に、二つのモータ１０９，１１２の重量が
そのまま旋回モータの重量負荷となることから、
ドリリングユニツト全体を旋回させるための旋回
モータとして能力の大きなものが必要になる。

また、上記のように二つのモータ１０９，１１
２を二つ平行に並べて取り付けることにより、ド
リリングユニツトの後端部での上下方向の占有ス
ペースが大きくなることから、軸心O₂を旋回中
心としてドリリングユニツトを旋回させたり、あ
るいはドリリングユニツトを上下方向に移動させ
る場合に、ドリリングユニツトの可動範囲が著し
く制約されることになつて好ましくない。

本発明は以上のような問題点に着目してなされ
たもので、重切削に対応できるようにするととも
に、モータのレイアウトによるクイルフイード式
スピンドルユニツトの可動範囲の制約を緩和しつ
つスピンドルユニツト全体の重量バランスをよく
し、それによつてスピンドルユニツトを旋回させ
るモータの負荷を軽減できるようにした切削加工
装置を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 本発明の切削加工装置は、回転駆動されるスピ
ンドルが同芯状に内挿されたクイルとこのクイル
をスライド可能に案内支持する略筒状のケースと
を有して、前記クイルにその軸心方向の送りを与
えるクイルフイード式スピンドルユニツトと、前
記スピンドルの軸心と直交する方向の水平な軸を
旋回中心として、前記クイルフイード式スピンド
ルユニツトのケースのうち前記クイルをはさんで
その両側の二箇所を旋回可能に両持ち支持するキ
ヤリアと、前記キヤリアを上下動可能に支持する
コラムと、前記キヤリアに上下方向の送りを与え
るスライド駆動手段とを備えている。

そして、前記クイルフイード式スピンドルユニ
ツトの後端部には、前記スピンドルを回転駆動さ
せるモータをそのスピンドルと同一線上に配置す
るとともに、前記キヤリアの両側部のうちいずれ
か一方には前記クイルに送りを与えるモータを、
他方には前記クイルフイード式スピンドルユニツ
トを旋回運動させるモータを、それぞれ前記クイ
ルフイード式スピンドルユニツトの旋回中心上で
互いに対向するように配置したことを特徴として
いる。

作 用 この構造によると、切削加工装置としてはクイ
ルの送り方向を含めて旋回一軸直線二軸の合計三
軸の自由度を有するものであり、従来と同様の自
由度を確保しつつ斜め孔加工等を含めた重切削の
加工を行える。

そして、クイルフイード式のスピンドルユニツ
トに直接付帯するモータはそのスピンドルユニツ
ト後端のスピンドル回転駆動用のモータだけとな
り、それ以外の二つのモータはキヤリア側におい
てスピンドルユニツトの旋回中心上に対向配置さ
れていることから、スピンドルユニツトの形状が
単純化されるとともに、全体の重量バランスもよ
くなる。しかも、上記のようにスピンドルユニツ
トの旋回中心上で二つのモータを対向配置するこ
とによつて、少なくともクイルに送りを与えるモ
ータの重量がスピンドルユニツトを旋回させるた
めのモータの重量負荷となることがない。

実施例 第１図〜第３図は本発明のより具体的な一実施
例を示す図で、ドリリング加工を目的とした切削
加工装置の例を示している。

第１図〜第３図に示すように、一対のガイドレ
ール２０をを備えたベース２１にはスライドベー
ス２２が搭載されており、さらにはスライドベー
ス２２にはコラム２３が一体に立設されている。
スライドベース２２はサーボモータ２４により水
平方向の送りが与えられて、コラム２３とともに
Ｙ方向にスライドする。

コラム２３には一対のガイドレール２５があ
り、ガイドレール２５にはキヤリア２６が配設さ
れている。キヤリア２６にはサーボモータ２７お
よび送りねじ２８により鉛直方向の送りが与えら
れて、キヤリア２６はＺ方向にスライドする。こ
れにより前記サーボモータ２７と送りねじ２８は
キヤリア２６を上下方向にスライドさせるスライ
ド駆動手段として機能する。

キヤリア２６にはクイルフイード式のスピンド
ルユニツトすなわちドリリングユニツト２９が搭
載されており、このドリリングユニツト２９は後
述するようにモータ５１のはたらきにより該モー
タ５１の軸心を旋回中心としてθ方向に旋回する
ことができる。

したがつて、第４図に示すようにドリリングユ
ニツト２９をθ方向に所定量だけ旋回させ、かつ
クイル３２をＸ方向に伸長させることにより、治
具３０にクランプされたワークＷに対して斜めの
孔加工を行える。

第５図はドリリングユニツト２９の詳細につい
て示しており、第１図の−線断面に対応して
いる。

略円筒状のケース３１には軸方向に移動可能な
クイル３２が支持されており、クイル３２の後端
にはブラケツト３３を介して送りナツトとしての
ボールスクリユーナツト３４が固定されている。
また、クイル３２内にはベアリング３５を介して
クイル３２と同芯状のスピンドル３６が回転可能
に支持されている。

スピンドル３６は、その先端にホルダー３７に
保持されたドリル３８を備えるほか、後端部には
ボールスプライン軸部３９が一体に形成されてい
る。

ケース３１にはスピンドル３６と平行な送りね
じとしてのボールスクリユーシヤフト４０が配設
されている。ボールスクリユーシヤフト４０はベ
アリング４１により回転可能に支持される一方、
ボールスクリユーナツト３４に螺合している。そ
して、ボールスクリユーシヤフト４０の一端には
ベベルギヤ４２が固定されている一方、他端には
ロータリーエンコーダ４３の入力軸が連結されて
いる。このロータリーエンコーダ４３はクイル３
２の送り量を検出する。４４はクイル３２のスト
ロークエンドを決めるストツパーである。

スピンドル３６の後端部にはこれと同芯状に補
助スピンドル４５が配設されている。補助スピン
ドル４５はベアリング４６により回転可能に支持
されるとともに、先端にはボールスプラインブツ
シユ４７が一体に取り付けられている。そして、
ボールスプラインブツシユ４７がボールスプライ
ン軸部３９とスプライン結合されている。

ケース３１の後端には、スピンドル３６を回転
駆動させるためのサーボモータ４８が取り付けら
れている。このモータ４８はスピンドル３６と同
一軸線上に位置しており、その出力軸４９がシユ
パンリングを介して補助スピンドル４５の後端に
一体に連結されている。

つまり、モータ４８のはたらきにより、補助ス
ピンドル４５、ボールスプラインブツシユ４７お
よびボールスプライン軸部３９を介してスピンド
ル３６が回転駆動される。

ケース３１の前端部の両側には、クイル３２に
軸方向（４図のＸ方向）の送りを与えるためのサ
ーボモータ５０と、ドリリングユニツト２９全体
をθ方向（第４図）に旋回させるためのサーボモ
ータ５１とが互いに向き合うように配設されてい
る。これらの二つのモータ５０，５１はいずれも
スピンドル３６と直交する方向の水平な軸線Ｑ上
に位置している。

一方のモータ５０はハウジング５２に固定さ
れ、ハウジング５２はキヤリア２６に固定されて
いる。また、モータ５０の出力軸５３はカツプリ
ング５４を介して中間シヤフト５５に連結されて
いる。中間シヤフト５５にはベベルギヤ５６が取
り付けられており、このベベルギヤ５６がボール
スクリユーシヤフト４０側のベベルギヤ４２と噛
み合つている。したがつて、モータ５０のはたら
きによりボールスクリユーシヤフト４０およびボ
ールスクリユーナツト３４を介してクイル３２に
軸方向の送りが与えられる。

なお、出力軸５３とカツプリング５４の連結、
およびカツプリング５４と中間シヤフト５５の連
結はいずれもシユパンリングによる。

ハウジング５２内には、ブレーキユニツト５７
および旋回軸５８が出力軸５３と同芯状に配設さ
れている。旋回軸５８はケース３１に固定され、
かつベアリング５９を介してキヤリア２６に回転
可能に支持されている。またブレーキユニツト５
７そのものはキヤリア２６に固定されているもの
の、ブレーキデイスク６０はカラー６１に固定さ
れ、さらにカラー６１はシユパンリングにより旋
回軸５８に連結されている。

他方のモータ５１はハウジング６２に固定さ
れ、ハウジング６２はキヤリア２６に固定されて
いる。そしてハウジング６２内には減速機構（市
販商品名：ハーモニツクドライブ）６３と旋回軸
６４が同芯状に配設されている。

旋回軸６４は先に説明した旋回軸５８と同様に
ケース３１に固定されており、ベアリング６５を
介してキヤリア２６に回転可能に支持されてい
る。したがつて、ドリリングユニツト２９は、ス
ピンドル３６の軸心と直交する方向の水平な旋回
軸５８，６４を旋回中心として、ケース３１のう
ちクイル３２をはさんでその両側の二箇所をキヤ
リア２６に旋回可能に両持ち支持されているもの
である。

減速機構６３は、楕円状のカムの外周にボール
ベアリングを配したジエネレータ６６と、外周に
スプラインが形成された弾性変形可能なカツプ状
のリングギヤ６７と、内周にリングギヤ６７と噛
み合うスプラインが形成されたリングギヤ６８と
から構成される。

そして、ジエネレータ６６がモータ５１の出力
軸６９に連結される一方、リングギヤ６７が旋回
軸６４に固定され、リングギヤ６８がハウジング
６２に固定されている。また、リングギヤ６８の
歯数はリングギヤ６７のそれよりも例えば２枚多
く設定されている。したがつて、モータ５１のは
たらきによりジエネレータ６６が１回転したとき
に、リングギヤ６７ひいてはドリリングユニツト
２９が先の歯数差分だけθ方向に回転することに
なる。このときの旋回中心は軸線Ｑ上の旋回軸５
８，６４である。

ここで、二つのモータ５０，５１は、いずれも
ブレーキユニツト５７とは別のブレーキを内蔵し
たいわゆるブレーキ付モータを採用しているほ
か、モータ５１については変位検出器としてのロ
ータリーエンコーダ７０を備えている。

このように構成された切削加工装置は次のよう
に作用する。

例えばドリリングユニツト２９が第１図のよう
な水平姿勢にあるものとすると、モータ４８の起
動により補助スピンドル４５およびボールスプラ
インブツシユ４７を介して、ドリル３８を備えた
スピンドル３６が回転する。

同様にモータ５０の起動によりベベルギヤ５
６，４２を介してボールスクリユーシヤフト４０
が回転する。ボールスクリユーシヤフト４０の回
転変位がボールスクリユーナツト３４との螺合に
よりクイル３２のスライド変位に変換され、クイ
ル３２はスピンドル３６とともに軸方向に前進
（または後退）する。この時、ボールスプライン
軸部３９とボールスプラインブツシユ４７とのス
プライン結合によりスピンドル３６の軸方向の移
動を許容する。

そして、第１図〜第３図に示したように、スラ
イドテーブル２２のＹ方向の移動とキヤリア２６
のＺ方向の移動とを併用してドリリングユニツト
２９を位置決めした上でクイル３２に切削送りを
与えることにより、任意位置におけける水平な孔
の加工が可能となる。

また、モータ５１の起動により、減速機構６３
の出力を受けてドリリングユニツト２９が旋回軸
５８，６４を中心として第１図のθ方向に旋回す
る。そして、ドリリングユニツト２９が予め設定
された量だけ旋回すると、ブレーキユニツト５７
が作動してドリリングユニツト２９をその旋回位
置にロツクする。

したがつて、この状態でクイル３２に軸方向の
切削送りを与えることで第４図に示ように斜め孔
の加工が可能となる。

ここで、クイル３２の送り量はボールスクリユ
ーシヤフト４０の後端に設けたロータリーエンコ
ーダ４３により検出されるが、ロータリーエンコ
ーダ４３の取付位置としてはスピンドル３６と平
行な軸線上であることが条件とされる。

例えば、ロータリーエンコーダ４３をモータ５
０の軸線上に設けてもクイル３２の送り量の検出
は可能であるが、その場合、第４図に示すように
ドリリングユニツト２９を傾動させて例えば斜め
孔加工を行おうとすると、ドリリングユニツト２
９が水平である場合と比べて検出誤差が生じ、何
らかの補正を行うう必要があるからである。

このように本実施例によれば、スピンドル３６
の軸心と直交する水平な軸線上Ｑにおいて、ケー
ス３１をはさんで左右対称にモータ５０，５１を
対向配置し、かつそれらのモータ５０，５１の軸
心とドリリングユニツト２９の旋回中心とを一致
させているものである。したがつてユニツト全体
としての重量バランスがよく、しかもクイル３２
に送りを与えるためのモータ５０の重量がドリリ
ングユニツト２９を旋回させるためのモータ５１
の重量負荷とならないので、ドリリングユニツト
旋回用のモータ５１の負荷を小さくできる。

また、スピンドル回転駆動用のモータ４８がス
ピンドル３６と同一軸線上に位置していることに
より、ドリリングユニツト後端部の構造がシンプ
ルなものとなり、ドリリングユニツト２９の旋回
スペースの制約が緩和される。

発明の効果 以上のように本発明によれば、クイルフイード
式スピンドルユニツトを支持するにあたり、スピ
ンドルの軸心と直交する方向の水平な軸を旋回中
心として、前記クイルフイード式スピンドルユニ
ツトのケースのうち前記クイルをはさんでその両
側の二箇所をキヤリアに旋回可能に両持ち支持さ
せ、そのキヤリアをコラムに上下動可能に支持さ
せたものであるから、汎用型の産業用ロボツトを
基本として構成した従来の構造に比べて、スピン
ドルユニツトの支持剛性が向上し、クイルフイー
ド式スピンドルユニツトの切削能力の制限を緩和
できるとともに、従来は困難とされていた重切削
にも十分に対応できるようになる。

また、クイルフイード式スピンドルユニツトの
後端部には、スピンドルを回転駆動させるモータ
をそのスピンドルと同一軸線上に配置するととも
に、キヤリアの両側部のうちいずれか一方にはク
イルに送りを与えるモータを、他方には前記クイ
ルフイード式スピンドルユニツトを旋回運動させ
るモータを、それぞれ前記クイルフイード式スピ
ンドルユニツトの旋回中心上で互いに対向するよ
うに配置したことにより、クイルフイード式のス
ピンドルユニツトでありながらスピンドルユニツ
ト側に付帯するモータが一つだけとなることによ
つてスピンドルユニツトの小型軽量化が図れてス
ピンドルユニツト全体の重量バランスがよくなる
一方、クイルに送りを与えるためのモータの重量
がスピンドルユニツトを旋回させるためのモータ
の重量負荷とならないので、スピンドルユニツト
を旋回させるためのモータの負荷を大幅に小さく
してそのモータを小型化できる。

その上、上記のようにスピンドル回転駆動用の
モータがスピンドルユニツトの後端部においてス
ピンドルと同一軸線上に位置しているため、スピ
ンドルユニツト後端部の構造が簡素化されてその
占有スペースが小さくなり、スピンドルユニツト
を旋回させたりあるいは上下方向に移動させた場
合に他の構造物と干渉しにくくなつて、スピンド
ルユニツトの可動範囲の制約を緩和してその可動
範囲を大きく確保できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２
図は第１図の左側面図、第３図は第２図の平面
図、第４図は第１図の作動説明図、第５図はドリ
リングユニツトの断面図で第１図の−線に対
応する図、第６図は従来の切削加工を目的とした
ロボツトの斜視図、第７図は従来のクイルフイー
ド式ドリリングユニツトの一例を示す断面図であ
る。 ２２…スライドベース、２３…コラム、２４…
サーボモータ、２６…キヤリア、２７…スライド
駆動手段としてのサーボモータ、２８…スライド
駆動手段としての送りねじ、２９…クイルフイー
ド式スピンドルユニツトとしてのドリリングユニ
ツト、３１…ケース、３２…クイル、３６…スピ
ンドル、３８…ドリル、４０…ボールスクリユー
シヤフト、４８…サーボモータ、５０…サーボモ
ータ、５１…サーボモータ、５８，６４…旋回
軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転駆動されるスピンドルが同芯状に内挿さ
   れたクイルとこのクイルをスライド可能に案内支
   持する略筒状のケースとを有して、前記クイルに
   その軸心方向の送りを与えるクイルフイード式ス
   ピンドルユニツトと、 前記スピンドルの軸心と直交する方向の水平な
   軸を旋回中心として、前記クイルフイード式スピ
   ンドルユニツトのケースのうち前記クイルをはさ
   んでその両側の二箇所を旋回可能に両持ち支持す
   るキヤリアと、 前記キヤリアを上下動可能に支持するコラム
   と、 前記キヤリアに上下方向の送りを与えるスライ
   ド駆動手段とを備えてなり、 前記クイルフイード式スピンドルユニツトの後
   端部には、前記スピンドルを回転駆動させるモー
   タをそのスピンドルと同一軸線上に配置するとと
   もに、 前記キヤリアの両側部のうちいずれか一方には
   前記クイルに送りを与えるモータを、他方には前
   記クイルフイード式スピンドルユニツトを旋回運
   動させるモータを、それぞれ前記クイルフイード
   式スピンドルユニツトの旋回中心上で互いに対向
   するように配置したことを特徴とする切削加工装
   置。