JPH0624801U - 工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主軸および工具に対する駆動力伝達系の共有
化を図ると共に、ワークに対する工具の送り量の高精度
制御が可能な工作機械を実現する。 【構成】 工作機械１において、駆動用モータ１１およ
びドライブシャフト１２を主軸１３および工具１４の回
転に利用して、その駆動系の一部を共有化し、主軸１３
と工具１４との回転数の差を機構的に規定可能にしてあ
る。また、主軸１３に対する工具１４の送り量について
は、第１および第２のエンコーダ１５，１６の検出結果
に基づいて、送り量制御部１７が主軸１３の回転数と工
具１４の回転数との差を求め、その差に基づいて制御す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は工作機械に関し、とくに、その工具に対する駆動機構および駆動制御 機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】

工作機械においては、その小型化と共に、加工精度の向上が求められており、 その駆動機構や駆動制御機構には、種々の改良が施されている。たとえば、図２ に示す工作機械においては、主軸３３に対して、その駆動源たる駆動用モータ３ １からの回転駆動力がドライブシャフト３２（駆動用回転軸）を介して伝達され 、その回転駆動力に基づいて、主軸３３が回転するようになっている一方、工具 ３５に対しては、その回転駆動源たる駆動用モータ３６からの回転駆動力が回転 軸３７，３８に伝達されて、工具３５が回転するようになっている。ここで、工 具３５の側は、サーボモータ４１およびそれからの回転駆動力が伝達されるボー ルねじ４２などを備える送り台（図示せず）上に配置されており、そのサーボモ ータ４１の回転駆動力が送り出し駆動力に変換されて、工具３５は主軸３３の側 に向かって送り出されるようになっている。このため、工具３５として、ドリル タップなどを用いて、主軸３３の側に把持されたワークＷに対してタップ加工を 施すことができる。ここで、タップ加工におけるワークＷの回転数，工具３５の 回転数および工具３５の送り量は、タップのピッチによって条件設定される。こ のため、工作機械３０には、駆動用モータ３１，駆動用モータ３６およびサーボ モータ４１の回転数を制御するためのＣＰＵ４９が設けられている。なお、駆動 用モータ３１からドライブシャフト３２までの駆動力伝達経路４５には、その駆 動力伝達機構のうちの回転軸４６の回転数を検出するエンコーダ４７が設けられ ている一方、工具３５の側において、その駆動用モータ３６には回転計４８が設 けられて、それぞれの回転数を監視可能になっている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】 しかしながら、従来の工作機械３０においては、その主軸３３および工具３５ のいずれの側にも、それぞれの回転駆動源としての駆動用モータ３１，３６を有 しているため、工作機械３０の構成が複雑であるため、工作機械３０の低価格化 を妨げている。しかも、それらの回転数を個々に制御しているため、ワークＷの 回転数および工具３５の回転数に対応した条件で、工具３５の送り量を制御する ことが困難であって、その精度が低いという問題点がある。

【０００４】 以上の問題点に鑑みて、本考案の課題は、主軸および工具に対する回転駆動力 伝達系を共有化するとともに、それぞれに対する回転数検出結果からワークに対 する工具の送り量を制御して、その制御の精度を向上可能な工作機械を実現する ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するために、本考案において講じた手段は、工作機械に対して 、駆動源側からの回転駆動力によって回転する駆動用回転軸と、この駆動用回転 軸を介して伝達された回転駆動力に基づいて回転する主軸と、駆動源から主軸ま での第１の駆動力伝達経路において主軸の回転数を検出する第１の回転数検出手 段と、駆動用回転軸を介して伝達された回転駆動力に基づいて回転し、かつ、主 軸の軸線方向に沿って主軸に向かって相対的に送り出されて主軸側のワークを加 工可能な工具と、駆動用回転軸側から工具側までの第２の駆動力伝達経路におい て工具の回転数を検出する第２の回転数検出手段と、第１の回転数検出手段が検 出した主軸の回転数と第２の回転数検出手段が検出した工具の回転数との差に基 づいて、主軸に対する工具の相対的な送り量を制御する送り量制御手段とを設け ることである。すなわち、駆動源および駆動用回転軸を主軸の回転および工具の 回転にも利用して、一源駆動化すると共に、駆動源から主軸までの第１の駆動力 伝達経路において第１の回転数検出手段が検出した主軸の回転数と、駆動用回転 軸側から工具側までの第２の駆動力伝達経路において第２の回転数検出手段が検 出した工具の回転数との差に基づいて、主軸に対する工具の相対的な送り量を制 御する送り量制御手段を設けたことを特徴とする。なお、本考案における主軸お よび工具の回転数とは、その自身の回転数や回転速度に限らず、その回転数に対 応するものを検出するものも含む。

【０００６】 ここで、第２の回転数検出手段は、たとえば、第２の駆動力伝達経路のうち、 工具に対する工具チャッキング機構が連結されて、それに駆動用回転軸側からの 回転駆動力を伝達する回転軸の回転数を検出するエンコーダなどを利用すること ができる。

【０００７】

【作用】

上記手段を講じた本考案に係る工作機械において、駆動源から駆動用回転軸に 回転駆動力が伝達されると、その回転駆動力に基づいて、主軸が回転すると共に 、その回転駆動力は工具の側にも伝達されて、工具が回転する。この状態で、工 具を主軸の側に把持されているワークに対して送り出すと、ワークにタップ加工 などを施すことができる。ここで、工具の送り量（送り速度）は、ワークの回転 数（回転速度）と工具の回転数（回転速度）との差などによって設定されるべき ものであり、本考案において、駆動源から主軸までの第１の駆動力伝達経路には 、主軸の回転数を検出する第１の回転数検出手段が設けられている一方、駆動用 回転軸側から工具側までの第２の駆動力伝達経路には、工具の回転数を検出する 第２の回転数検出手段が設けられており、これらの回転数検出手段が検出した主 軸の回転数と工具の回転数との差に基づいて、送り量制御手段は主軸に対する工 具の送り量を制御する。従って、主軸および工具は、いずれも、駆動用回転軸を 介して伝達された回転駆動力によって回転するため、工作機械の構成が簡素化さ れているのに加えて、それらの回転数の差は機構的に規定された状態にある。し かも、第１の回転数検出手段が検出した主軸の回転数と、第２の回転数検出手段 が検出した工具の回転数との差に基づいて、送り量制御手段は、主軸に対する工 具の相対的な送り量を制御するため、ワークに対する工具の送り量の精度が高い 。

【０００８】

【実施例】 つぎに、添付図面に基づいて、本考案の一実施例について説明する。

【０００９】 図１は本例の工作機械の主要部の構成を示す概略構成図である。

【００１０】 この図において、本例の工作機械１には、駆動源たる駆動用モータ１１の側か らの回転駆動力によって回転するドライブシャフト１２（駆動用回転軸）と、こ のドライブシャフト１２を介して伝達された回転駆動力に基づいて回転する主軸 １３と、ドライブシャフト１２を介して伝達された回転駆動力に基づいて回転し 、かつ、主軸１３の軸線方向に沿って主軸１３に向かって送り出されてワークＷ を加工可能な工具１４とを有し、ドライブシャフト１２を主軸１３の回転および 工具１４の回転にも利用して、その駆動系および駆動力伝達系が一源駆動化され ている。また、工作機械１は、駆動用モータ１１から主軸１３までの第１の駆動 力伝達経路２０に主軸１３の回転数Ｎ₁ を検出する第１のエンコーダ１５（第１ の回転数検出手段）を有する一方、ドライブシャフト１２から工具１４までの第 ２の駆動力伝達経路２１に工具１４の回転数Ｎ₂ を検出する第２のエンコーダ１ ６（第２の回転数検出手段）を有し、さらに、第１のエンコーダ１５が検出した 主軸１３の回転数Ｎ₁ と、第２のエンコーダ１６が検出した工具１４の回転数Ｎ₂ との差に基づいて、主軸１３に対する工具１４の送り量を制御する送り量制御 部１７を有する。

【００１１】 そのうち、第１の駆動力伝達経路２０は、駆動用モータ１１の回転軸１１１に 固定されたプーリ１１２と、このプーリ１１２に対して動力伝達ベルト２０１で 接続されたプーリ２０２が固定された駆動力伝達軸２２とを有し、この駆動力伝 達軸２２に固定されたギヤ２２１と、ドライブシャフト１２に固定されたギヤ１ ２１とは所定のギヤ比をもつ変速機構を構成している。また、ドライブシャフト １２の一方端側に固定されたギヤ１２２は、主軸１３に固定されたギヤ１３１と 所定のギヤ比をもつ変速機構を構成している。このため、駆動用モータ１１の回 転駆動力はドライブシャフト１２を介して主軸１３の側に伝達されて、主軸１３ は、その軸線を回転中心として回転可能になっている。また、駆動力伝達軸２２ にはプーリ２２２が固定され、このプーリ２２２に対してタイミングベルト２２ ３で接続されたプーリ２３１が固定された回転軸２３に対しては、第１のエンコ ーダ１５が設けられており、第１のエンコーダ１５はその回転数を検出し、それ を主軸１３の回転数に対応する信号として、送り量制御部１７に出力可能になっ ている。ここで、第１のエンコーダ１５が検出する回転軸２３の回転数と、主軸 １３の回転数との関係は、第１の駆動力伝達経路２０におけるギヤ比などに規定 され、その間におけるギヤ比が１であれば、第１のエンコーダ１５が検出する回 転軸２３の回転数と、主軸１３の回転数とは一致する。

【００１２】 一方、第２の駆動力伝達経路２１において、ドライブシャフト１２の他方端側 には２つのギヤ１２５，１２６が固定されている一方、工具チャッキング機構１ ８が連結された回転軸１９にも２つのギヤ１９１，１９２を備えるクラッチ機構 ２４が設けられており、これらのギヤ１９１，１９２と、ドライブシャフト１２ の側のギヤ１２５，１２６とによって、ギヤ比を変更可能な変速機構が構成され ている。このため、駆動用モータ１１の回転駆動力はドライブシャフト１２を介 して工具１４の側に伝達されて、工具は１４は回転可能になっている。すなわち 、ドライブシャフト１２は、第１の駆動力伝達経路２０および第２の駆動力伝達 経路２１で共有された状態にある。また、回転軸１９の軸端に対しては、同軸状 に第２のエンコーダ１６が設けられており、第２のエンコーダ１６はその回転数 を検出して、それを工具１４の回転数に対応する信号として、送り量制御部１７ に出力可能になっている。

【００１３】 さらに、工具１４の側は、サーボモータ２５およびそれからの回転駆動力が伝 達されるボールねじ２６などを備える送り台（図示せず）上に配置されており、 そのサーボモータ２５の回転駆動力が送り出し駆動力に変換されて、工具１４は 主軸１３の軸線に沿って、主軸１３の側に向かって所定の送り量（送り速度）で 送り出されるようになっている。このため、工具１４として、ドリルタップなど を用いて、主軸１３の軸端に設けられているワークチャッキング機構２７に把持 されているワークＷに対して、タップ加工を施すことが可能になっている。

【００１４】 また、本例の工作機械１において、送り量制御部１７はマイクロコンピュータ として構成されており、格納されているプログラムおよび外部入力されたデータ に基づいて、駆動用モータ１１の回転数を制御すると共に、第１のエンコーダ１ ５から入力された主軸１３の回転数Ｎ₁ に対応する信号と、第２のエンコーダ１ ６から入力された工具１４の回転数Ｎ₂ に対応する信号に基づいて、主軸１３の 回転数と工具１４に回転数との差を求め、この差とタップ加工におけるピッチ寸 法とに基づいて、サーボモータ２５を制御し、主軸１３に対する工具１４の送り 量を制御する。

【００１５】 このような構成の工作機械１において、ワークＷに対してタップ加工するとき には、工具１４のピッチに基づいて、主軸１３の回転数と工具１４の回転数の差 が設定される。たとえば、ピッチが１ｍｍの場合には、主軸１３の回転数と工具 １４の回転数の差は１００ｒｐｍに設定される。ただし、主軸１３の回転数と工 具１４の回転数の差は、駆動用回転軸１２から主軸１３までの伝達系のギヤ比と 、駆動用回転軸１２から工具１４までの伝達系のギヤ比との差によって機構的に 規定されているため、駆動用モータ１１の回転数を制御すれば、主軸１３の回転 数と工具１４の回転数の差は、およそ所定の値に設定される。このように設定さ れた状態で、駆動用モータ１１が作動すると、その回転駆動力は、駆動用モータ １１から主軸１３までの第１の駆動力伝達経路２０を伝達されて、主軸１３が回 転する一方、駆動用モータ１１の回転駆動力は、ドライブシャフト１２から工具 １４までの第２の駆動力伝達経路２１にも伝達されて、工具１４が回転する。こ こで、第１のエンコーダ１５は、駆動力伝達軸２２の回転数を検出して、これを 主軸１３の回転数Ｎ₁ に対応する信号として送り量制御部１７に出力する一方、 第２のエンコーダ１６は、回転軸１９の回転数を検出して、それを工具１４の回 転数Ｎ₂ に対応する信号として送り量制御部１７に出力する。そして、これらの 信号に基づいて、送り量制御部１７は主軸１３の回転数Ｎ₁ と工具１４の回転数 Ｎ₂ との差を求め、この差に基づいて、ワークＷに対する工具１４の送り量を求 め、この送り量で、工具１４をワークＷに向けて送り出すように、サーボモータ ２５を制御する。たとえば、ピッチが１ｍｍ、主軸１３の回転数と工具１４の回 転数の差が１００ｒｐｍであった場合には、送り量は１００ｍｍ／ｒｅｖに制御 される。その結果、工具１４は、所定の条件に設定された状態で、主軸１３の側 のワークチャッキング機構２７に把持されたワークＷにタップ加工を施す。

【００１６】 以上のとおり、本例の工作機械１においては、駆動用モータ１１およびドライ ブシャフト１２を主軸１３の回転および工具１４の回転にも利用して、一源駆動 化してあるため、工作機械１の構成が簡素化されて、小型化および低価格化に有 利であることに加えて、主軸１３の回転数Ｎ₁ と工具１４の回転数Ｎ₂ との差は 、ドライブシャフト１２の後段側のギヤ比などで機構的に規定されているため、 それぞれの回転数を個別に制御する必要がない。しかも、主軸１３に対する工具 １４の送り量を、機構的に規定された主軸１３の回転数Ｎ₁ と工具１４の回転数 Ｎ₂ との差に基づいて制御するのではなく、第１のエンコーダ１５および第２の エンコーダ１６によって検出された結果に基づいて、送り量制御部１７が主軸１ ３の回転数Ｎ₁ と工具１４の回転数Ｎ₂ との差を求め、その差に基づいて、主軸 １３に対する工具１４の送り量を制御する。このため、工具１４の送り量の精度 が高いという効果を奏する。

【００１７】 なお、第１および第２のエンコーダ１５，１６の配置については、上記の実施 例における配置に限定されるものではなく、たとえば、第１のエンコーダ１５を ドライブシャフト１２または主軸１３自身の回転数を検出可能なように配置して もよい。また、工作機械１に構成に応じて、工具１４に向かって主軸１３の側が 送り移動する構成であってもよい。さらに、サーボモータ２５に代えて、回転数 に対応して送りが制御可能な送り機構としては、シリンダーなどを採用すること もできる。同様に、ボールねじ２６に代えて、サーボモータ２５などの送り機構 により制御された送りを回転軸１９に伝達可能な機構としては、フィードロット などを採用することもできる。

【００１８】

【考案の効果】 以上のとおり、本考案に係る工作機械においては、駆動源および回転駆動用回 転軸を主軸の回転および工具の回転にも利用すると共に、第１および第２の回転 数検出手段が主軸および工具の回転数を検出し、その差に基づいて、送り量制御 手段が、主軸に対する工具の相対的な送り量を制御することに特徴を有する。従 って、本考案によれば、駆動系が共有化されているため、工作機械の構成が簡素 化されて、小型化および低価格化に有利であることに加えて、主軸の回転数と工 具の回転数との差を所定の値に機構的に規定できる。また、主軸に対する工具の 送り量を、機構的に規定された主軸の回転数と工具の回転数との差に基づいて制 御するのではなく、第１および第２の回転数検出手段によって検出された結果に 基づいて制御するため、工具の送り量の精度が高いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係る工作機械の要部を示す概
略構成図である。

【図２】従来の工作機械の要部を示す概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１・・・工作機械 １１・・・駆動用モータ １２・・・ドライブシャフト１２（駆動用回転軸） １３・・・主軸 １４・・・工具 １５・・・第１のエンコーダ（第１の回転数検出手段） １６・・・第２のエンコーダ（第２の回転数検出手段） １７・・・送り量制御部 １８・・・工具チャッキング機構 １９，２３，１１１・・・回転軸 ２０・・・第１の駆動力伝達経路 ２１・・・第２の駆動力伝達経路 ２２・・・駆動力伝達軸 ２４・・・クラッチ機構 ２５・・・サーボモータ ２６・・・ボールねじ ２７・・・ワークチャッキング機構 １１２，２０２，２２２，２３１・・・プーリ １２１，１２２，１２５，１２６，１３１，１９１，１
９２，２２１・・・ギヤ ２２３・・・タイミングベルト Ｗ・・・ワーク

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動源側からの回転駆動力によって回転
   する駆動用回転軸と、この駆動用回転軸を介して伝達さ
   れた回転駆動力に基づいて回転する主軸と、前記駆動源
   から前記主軸までの第１の駆動力伝達経路において前記
   主軸の回転数を検出する第１の回転数検出手段と、前記
   駆動用回転軸を介して伝達された回転駆動力に基づいて
   回転し、かつ、前記主軸の軸線方向に沿って前記主軸に
   向かって送り出されて前記主軸側のワークを加工可能な
   工具と、前記駆動用回転軸から前記工具までの第２の駆
   動力伝達経路において前記工具の回転数を検出する第２
   の回転数検出手段と、前記第１の回転数検出手段が検出
   した前記主軸の回転数と前記第２の回転数検出手段が検
   出した前記工具の回転数との差に基づいて、前記主軸に
   対する前記工具の送り量を制御する送り量制御手段と、
   を有することを特徴とする工作機械。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第２の回転数検
   出手段は、前記第２の駆動力伝達経路のうち、前記工具
   に対する工具チャッキング機構が連結されて、この工具
   チャッキング機構に前記駆動用回転軸側からの回転駆動
   力を伝達する回転軸の回転数を検出するエンコーダであ
   ることを特徴とする工作機械。