JPH06509287A - 金属加工工作機械のスピンドルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属加工機械のスピンドルヘッド 発明の分野 本発明は、工作機械の構造、特に、金属加工機械のスピンドルヘッド（主軸頭） に関する。

従来の技術 ハウジング内に取り付けられたスピンドルと、その軸線に対して垂直な面内でス ピンドルの位置を調整する装置であって、一方が他方の内部に入るように偏心状 に配置された部分から成り、円形の案内路が設けられ、該円形の案内路の一方が ハウジング内に取り付けられ、その他方の案内路がその内部に配置されたスピン ドルを支持する、装置と、を備えるスピンドルヘッドは従来公知である（ＳＵ　 Ａ５、５１５．５９５）。上記部分を配置する偏心度は、スピンドルを配置する ときの偏心度に等しく、その部分には、該部分を回転させる機構及び駆動手段が 設けられる。

このスピンドルヘッドには、剛性が十分でなく、従って、高度の精度を必要とす るＮＣ工作機械には、使用出来ないという欠点がある。

又、ハウジング内に取り付けられたスピンドルと、その軸線に対して垂直な面内 におけるスピンドルの位置を調整する装置であって、一方が他方の内に入るよう に偏心状に配置されたスピンドルタイル及び面板の形態で形成され且つ円形の案 内路が設けられた装置と、を備えるスピンドルヘッドが当該技術分野で公知であ るＣ５Ｕ　Ａ　１．４９５．０１９）。該面板は、ハウジング内に取り付けられ 、スピンドルタイルがそのハウジング内に偏心状に取り付けられたスピンドルを 支持し、これらの面板及びスピンドルタイルを配置するときの偏心度は、スピン ドルを配置するときの偏心度に等しい。面板及びスピンドルタイルには、その回 転機構と、駆動機構と、角度位置トランスミ７タと、が設けられる。スピンドル と駆動機構とを接続する連動機構には、中空の二重歯車クラスタが設けられ、ス ピンドルタイルの回転機構の駆動シャフトがこの二重歯車クラスタ内に配置され る。主動作駆動機構は、スピンドルタイルと同軸状に面板に取り付けられたシャ フトを備えている。更に、面板及びスピンドルタイルの変位角度測定装置には、 回転角廣位置のトランスミッタという支援手段が設けられている。

かかる構造のスピンドルヘッドにおいて、トランスミッタは、適当な駆動モータ の軸線、又はスピンドルタイル及び面板と連動可能に接続されるシャフトの上置 外には配置することが出来ず、このため、伝達機構中のバックラッシュによる悪 影響のため、可動リンクの位置を高精度で制御することが出来ない。トランスミ ッタの回転子を面板に直接、接続することで、面板の角度位置トランスミッタを 配置することは、この位置には、中空の二重歯車クラスタ及び回転機構のシャフ トが存在するため、不可能である一方、スピンドルタイルの角度位置トランスミ ッタを配置することも、この位置には、主動作駆動シャフトが存在するため、不 可能である。

発明の開示 本発明は、スピンドルタイルの回転機構の駆動装置の接続部分におけるバックラ ッシュが最小となるように、面板及びスピンドルタイルの角度位置を直接測定す ることを可能にする、面板およびスピンドルタイルの角度位置トランスミッタの 回転子及び固定子を金属加工工作機械のスピンドルヘッドに配置することを主な 目的とするものである。

この目的は、円形の案内路上に回転可能に取り付けられた面板を内部に収容する と共に、円形の案内路上に回転軸線に対して偏心状に回転可能に取り付けられ且 つスピンドルを支持するスピンドルタイルを収容するハウジングと、面板及びス ピンドルタイルの回転機構と、回転子及び該回転子と相互作用する固定子を有す る、面板及びススピンドルタイルの角度位置トランスミッタであって、ケーブル を介して制御システムに接続されたトランスミッタと、を備え、スピンドルタイ ルの回転機構の駆動シャフトは、本発明に従い、スピンドルをその回転駆動機構 と連動可能に接続させる中空の二重歯車クラスタ内に配置され、スピンドルタイ ルの回転機構の駆動シャフトが中空に形成され、その内部にロッドを収容し、該 ロッドの一端が面板に接続される一方、該ロッドの他端は面板の角度位置トラン スミッタの回転子に接続され、該トランスミッタの固定子がハウジングに固着さ れ、スピンドルヘッドには、スピンドルと、その内部にロッドを収容する二重歯 車クラスタと連動可能に接続する付加的な中空シャフトが設けられ、該ロッドの 一端はスピンドルタイルに接続される一方、その他端はスピンドルタイルの角度 位置トランスミッタの回転子に接続され、該トランスミッタの固定子は、該固定 子に固着されたケーブルの一端と共に、面板に取り付けられる一方、ケーブルの 他端は、伝達装置を介して制御装置に関係付けられる。

上記の構造のスピンドルヘッドの場合、面板及びスピンドルタイルの角度位置ト ランスミッタは、適当な偏心機構の軸線の上に取り付けられ、その結果、その位 置が測定される部品に直接、その回転子を固定状態に結合させることが出来る。

その結果、その接続部は、バックラッシュ皆無となり、トランスミッタの信号は 、測定された軸線と完全に対応し、このため、この軸線の上の位置決め精度を顕 著に向上させ、従って、全体としてスピンドルヘッドの精度を向上させることが 可能となる。

該ハウジングは、組み立て可能な構造体とし、又その二つの部分は、ハウジング の各部分に設けられた、相互に垂直なスロット内に配置された十字形のキーによ り互いに連接可能な関係とされ、ハウジングの一方の部分が面板をその内部に収 容する一方、その他方の部分には、その駆動シャフトに取り付けられ且つウオー ムとかみ合うウオーム歯車をその内部に収容するスピンドルタイルの回転機構を 適宜に設けることが出来、更に、スピンドルタイルの回転機構には、つｔ−ム歯 車を囲繞し且つその軸線がウオーム歯車の軸線に対してずらした状態に取り付け られ、該ずらした軸線を中心として回転可能に取り付けたスリーブが設けられる 。

このことは、つｔ−ムを有するハウシングの一方の部分をウオーム歯車の軸線に 対して直角に配置して、ばね負荷式スリーブを回転させることにより自動的に偏 位させることにより実現される工程中の摩耗に伴って生じるバックラッシュを含 む、動力学的駆動チェーンのバックラッシュを自動的に調整し且つ補正すること が可能となる。その結果、ウオーム駆動機構のバックラッシュは、製造精度によ り可能な最小程度まで軽減され、故に、このバックラッシュが回転機構の駆動機 構の作用に影１を与えることはな（、このことは、スピンドルヘッドの信頼性を 顕著に向上させるものである。

伝達装置は、方向の異なるら旋溝が設けられた、同軸状に取り付けた二つのリー ルを備えるケーブル巻き取り機構の形態で形成することが望ましく、上記リール の一方は、面板に適宜に固着する一方、その他方のリールは、中空とし且つハウ シングに取り付け、又、遊星歯車伝達装置を中空リール内に取り付け、ばね負荷 式張力ブーりを遊星歯車伝達キャリアに接続し、バーを該キャリアに取り付け、 このキャリアには、中空リールに形成されたスロット内に配置されたリミットス イッチと協働し得るようにした往復連動ランナーが設けられる。

このことは、電流ビックオフ装置に使用せずに、スピンドルタイルの角度位置ト ランスミッタを電気的に制御装置に接続するという問題点を解決するものであり 、これにより、この接続状態を維持する間に面板を３６０°以上の角度に亙って 回転させ、これにより、スピンドルヘッドの信頼性を向上させることが可能とな る。

図面の簡単な説明 次に、添付図面を参照しつつ、本発明の特別な実施例について詳細に説明する。

添付図面において、 第１図は、本発明に従って製造された金属加工工作機械のスピンドルヘッドの全 体図、 第２図は、第１図の線ｌｌ−Ｈに沿った断面図、第３図は、第２図の線ＩＩＩ− ＩＩＩに沿った断面図、第４図は、第３図の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図、第５ 図は、第１図の線ｖ−■に沿った断面図、第６図は、案内ランナーを備えるバー を示す図である。

本発明を実施する最良の形態 金属加工工作機械のスピンドルヘッドは、円形の摺動路２の上に回転可能に取り 付けられた面板３をその内部に収容するハウシング１（第１図）を備えており、 上記面板３は、円形の摺動２２１４の上でその回転軸線に対し偏心状に取り付け られたスピンドルクイル５をその内部に収容している。又、該スピンドルタイル ５には、工具７を有し且つ偏心位置に取り付けたスピンドル６が設けられている 。面板３及びスピンドルクイル５を配置するときの偏心度は、スピンドル６を配 置するときの偏心度に等しい。

スピンドルヘッドには、スピンドル６の軸線に対して平行な方向に向けて摺動路 ９上を可動である線形の摺動路ブロック８が設けられている。該面板３は、駆動 機構（図示せず）のウオーム歯車１０を回転可能に支持する。

工具７を回転させる駆動機構のモータ１１がハウジング１に取り付けられており 、又、該モータ１１は、中空の二重歯車クラスタ１２及びその回転軸線に対し同 心状にスピンドルタイル５内に配置された中空の釣合いシャフト１３を介してス ピンドル６に接続される。二重歯車クラスタ１２のスペースは、スピンドルクイ ル５上に固着されたクラスタ歯車１５とかみ合ったスピンドルクイル５の回転８ １横の中空の駆動シャフト１４を受け入れる。駆動シャフト１４は、一端が面板 ３に接続され、その他端が面板の角度位置トランスミッタの回転子１７に接続さ れた口γド１６をその内部に収容し、該トランスミッタの固定子１８は、ハウジ ング１に固着される。

スピンドルクイル５の角度位置トランスミッタの回転子１９は、釣合いシャフト １３の内部に配置されたロッド２０を介してスピンドルクイル５に接続される一 方、供給ケーブル２２を有する固定子２１は、面板３と剛性に関係付けられる。

その外面にら旋溝を有するリール２３が面板３上に固着される。駆動モータ２４ は、ウオーム２６の軸線に向けて且つ該軸線に対して直角に駆動シャフト１４の 軸線に対して垂直な面内で変位し得るようにしたハウジング部分２８内で支持体 ２７に取り付けられたつオーム２６を介して、つｔ−ム歯車２５（第２図）に回 転力を付与する。

ばね３０により予負荷が加えられるスリーブ２９（第３図、第４図）が上記ハウ シンク部分２８に対して回転可能にハウジング１の当該部分２８に取り付けられ る。このスリーブ２９は、摩擦防止支持体３１によりウオーム歯車２５に接続さ れ、スリーブ２９の回転軸線は、ウオーム歯車２５の軸線に対してずらしである 。スピンドルヘッドのハウジング１及びそのハウシンク部分２８には、十字形の キー３４を受け入れる相互に垂直なスロット３２．３３が形成されている。

スピンドルクイル５の角度位置トランスミッタの供給ケーブル２２（第１図）は 、面板３に固着されたリール２３及び固定リール３５（第５図、第６図）に巻か れており、該固定リール３５には、ドラム２３に形成された溝の方向と反対方向 を向いた溝が形成されている。リール３５には、固定リール３５の内部に取り付 けられた遊星変速機３８のキャリア３７に固着された張力プーリ３６が設けられ ており、該遊星変速機３８が、駆動ビン３９により面板３に接続される。遊星変 速機３８のキャリア３７は、案内ビン４２が設けられた、軸方向に可動のランナ ー４１を有するバー４０を取り付ける一方、固定リール３５は、該ランナー４１ と協働するリミットスイッチ４４を受け入れるスロット４３（第６図）を備え、 又、張力プーリ３６は、キャリア３７に対してばね負荷が付与されている。

提案されたスピンドルヘッドの機能は次の通りである。スピンドルヘッドハウジ ング１（第１図）は、摺動路９上を摺動路ブロック８と共に移動し、工具７が取 り付けられたスピンドル６は、その軸線に沿って送られる。工具７の軸線に対し て垂直な面内での送りは、面板３及びスピンドルクイル５がそのそれぞれの軸線 を中心として相関的に回転することにより実現される。

設定点に対応するそれぞれの角度で面板３及びスピンドルクイル５を共に回転さ せることにより、面板３及びスピンドルクイル５の軸線が配置される位置の２倍 の偏心度に等しい半径の円の限界内の任意の点に、工具７が取り付けられたスピ ンドル６の位置を設定することが出来る。工具７が取り付けられたスピンドル６ が、任意の所定の経路に沿って移動することは、多数の設定点を順次に通過する 結果として提供される。このため、工具７の軸線に対して垂直な面内における動 作の制御は、特殊な座標系内で実現される。従来の座標系（直交座標、又は極座 標）からの変換及びその逆の変換は、所定のスピンドルヘッドが使用される工作 機械の制御システムにより、リアルタイムの作動モードで行われる。面板３は、 ウオーム歯車１０により円形の摺動路２上を回転される。面板３の後には、トラ ンスミッタが続き、該トランスミッタの回転子１７は、上記面板３と共に単一体 として移動するロッド１６により回転され、トランスミッタの回転子１７の位置 及びその測定値は、スピンドルヘッドのハウジング１に対する面板３の真の角度 位置に従って、絶対的に正確である。

スピンドルクイル５は、ウオーム２６が駆動モータ２４により回転されるとき、 ウオーム歯車２５（第２図）によりシャフト１４を介して駆動されるクラスタ歯 車１５により、円形の摺動路４上を回転される。スピンドルタイルの後には、ト ランスミッタが続き、該トランスミッタの回転子１９は、スピンドルクイル５と 共に単一体として移動するロッド２ｏにより回転され、トランスミッタの回転子 １９の位置及び測定値は、面板３に対するスピンドルクイル５の真の角度位置に 従って、絶対的に正確である。ウオーム２６がつｔ−ム歯車２５とがみ合うとき のバックラッシュは、自動的に調整され、作動工程中、摩耗、又は温度作用によ りバックラッシュが増大すると、スリーブ２９は、ばね３ｏによりハウジング１ の部分２８に対して回転される。つｔ−ム歯車２５の軸線がスリーブ２９の回転 軸線に対してずらしであるため、ハウジング１の部分２８は、ウオーム２６、支 持体２７及びモータ２４と共に、ウオーム歯車２５の軸線に対して垂直な面内で 完全に変位される。十字形のキー３４がスロット３２．３３と相互作用する結果 、ハウジング１の部分２８は、ウオーム歯車２５の軸線に対して回転されないが 、ウオーム２６の軸線方向に該軸線に対し直角に変位されるだけである。ウオー ム２６がその軸線に対し横方向に変位する結果、発生するバックラッシュは、変 速機の部品の製造精度及びばね３ｏのカを調整することにより実現可能な最小値 まで軽減される。つｔ−ム変速機のバックラッシュが最小であることは、スピン ドルクイル５の角度位置トランスミッタの最小インクレメントに十分適合して、 自動制御の追随駆動機構の満足し得る動的特性を実現することを可能にするもの である。

工具７が取り付けられたスピンドル６（第１図）は、共に、中空の二重歯車クラ スタ１２及び釣合いシャフト３９（第５図）を介して、モータ１１により切断速 度で回転される。

面板３が回転されると、駆動ビン３９（第５図）が遊星変速機３８を作動させ、 該変速機３８のキャリア３７は、面板３と同一方向であるが、面板３の回転速度 の半分の速度で張力プーリ３６と共に、面板３の軸線に対して回転される。ケー ブル２２（第１図）は、リール２３（第６図）又は３５の何れか一方から（回転 方向いかんにより）繰り出され、その他方のリールに巻き取られる。ケーブル２ ２は、ランナー４１がバー４０上を移動するとき、案内ビン４２により、リール ２３．３５の溝内に配置される。

かかる構造は、面板３（第１図）を３６０°以上の角度、例えば、スピンドルヘ ッドの満足し得る技術的特性を実現し、機械加工をプログラム化するときの便宜 性を確保するのに必要な回数である数回転、回転させることを可能にする。面板 の最大の回転角度は、ドラム２３．３５におけるら旋溝の巻き数（第６図）によ り制限される。これと同時に、スピンドルクイル５の角度位置トランスミッタと 制御装置との接続は、中間のプラグコネクタ及び電流スリップリングを使用せず に、ケーブル２２（第１図）を使用することで確実とされ、該電流スリップリン グは、トランスミッタの信号の歪みを解消し、スピンドルヘッドの作動の信頼性 及び位置決め精度の安定性を向上させる。

面板３が異常に大きい角度で回転する場合、ランナー４１（第６図）の一つは、 スロット４３に入り、リミットスイッチ４４は、緊急信号を発生させる。

上述した構造のスピンドルの利点は、従来のシステムにおけるように、弦ではな く、円弧により湾曲部分を近似することにより曲線状輪郭部分を高精度で機械加 工すること、及び作動の信頼性及び位置決め精度の安定性を向上させることによ り、スピンドルヘッドのベース部品の製造精度、使用される角度位置トランスミ ッタ及び制御システムのプログラム化可能な最小インクレメントによる制約のみ を受ける、高精度の位置決めを可能にする点である。

産業上の利用可能性 上述した構造のスピンドルヘッドは、大きさ及び寸法が最適であり、精度及び信 頼性が向上したことを特徴とする、例えば、マシニングセンター、ステッピング トランスファーシステム等を備えるフレキシブルな自動ライン型式の数値制御金 属加工機械を［するベースとして使用することを可能にする。

フロントページの続き （７２）発明者　フックス、イゴール・レオニドヴイッチロシア連邦７００１９ ０．タシケント、マッシヴ・ジュナスーアバド、クヴアルタル ９、　９−８２ （７２）発明者　チェヴレニディ、ゲンナディ・ソフォクロヴイッチ ロシア連邦７００００７．タシケント、ウル、チゼルナヤ、　１７−４７ （７２）発明者　ポポヴ、セルゲイ・ゲンナディエヴイッチロシア連邦７０００ ９８．タシケント、マッシヴ・カラーカミ−シュ　１／２．１６−１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．円形の摺動路（２）上に回転可能に取り付けられた面板（３）を内部に収容 するハウジング（１）を備えたスピンドルヘッドであって、前記面板（３）には 、該面板（３）の回転軸線に対し偏心している円形の摺動路（４）の上に取り付 けられたスピンドルタイル（５）が設けられており、該スピンドルタイル（５） には、偏心して配置されたスピンドル（６）が設けられており、前記スピンドル ヘッドが更に、前記面板（３）及びスピンドルタイル（５）の回転機構と、該面 板及びスピンドルタイル（５）の角度位置トランスミッタと、を備えており、該 角度位置トランスミッタが、回転子（１７、１９）と、該回転子と相互作用し且 つケーブル（２２）により制御システムに接続されている固定子（１８、２１） とを備えており、前記スピンドルタイル（５）の回転機構の駆動シャフト（１４ ）が、前記スピンドル（６）の回転駆動に伴って連動するように接続された中空 の二重歯車（１２）内に収容されている、金属加工工作機械のスピンドルヘッド において、 前記スピンドルタイル（５）の回転機構の駆動シャフト（１４）が、中空に形成 され且つロッド（１６）を収容しており、該ロッド（１６）は、一端にて前記面 板（３）に接続され、他端にて前記面板（３）の前記角度位置トランスミッタの 回転子（１７）に接続されており、前記角度位置トランスミッタの前記固定子（ １８）は前記ハウジング（１）上に取り付けられており、前記スピンドルヘッド には、前記スピンドル（６）に連動可能に接続された付加的な中空シャフト（１ ３）と、前記二重歯車クラスタ（１２）とが設けられており、該クラスタ（１２ ）はロッド（２０）を収容しており、該ロッド（２０）は、一端にて前記スピン ドルタイル（５）に接続され、他端にて前記スピンドルタイル（５）の前記角度 位置トランスミッタの前記回転子（１９）に接続されており、前記トランスミッ タの前記固定子（２１）が、該固定子に接続されたケーブル（２２）の一端と共 に、前記面板（３）に取り付けられる一方、前記ケーブル（２２）の他端は、搬 送装置を介して前記制御システムに接続されていることを特徴とする、金属加工 工作機械のスピンドルヘッド。 ２．請求の範囲第１項に記載の金属加工工作機械のスピンドルヘッドにして、前 記ハウジング（１）が、組み立て構造体であり、その二つの部分が、それぞれの 該部分に形成された相互に垂直なスロット（３２、３３）内に配置された十字形 のキー（３４）により互いに連接関係とされており、該ハウジング（１）の一つ の部分が前記面板（３）を収容する一方、他方の部分には前記スピンドルタイル （５）の回転機構が設けられており、該回転機構は、ウォーム（２６）とかみ合 う前記駆動シャフト（１４）に取り付けられたウォーム歯車（２５）をその内部 に収容しており、更に、前記スピンドルタイル（５）の回転機構は、前記ウォー ム歯車（２５）を囲繞し、該ウォーム歯車（２５）の軸線に対してずらして配置 された軸線を中心として回転可能に取り付けられたスリーブ（２９）を備えてい ることを特徴とする、金属加工工作機械のスピンドルヘッド。 ３．請求の範囲第１項に記載の金属加工工作機械のスピンドルヘッドにして、前 記搬送装置が、方向の異なるら旋溝が形成された、二つの同軸状に取り付けたり ール（２３、３５）を備えるケーブル巻き取り機構の形態となされており、前記 リールの一方が前記面板（３）に取り付けられている一方、他方の中空リール（ ３５）はハウジング（１）内に取り付けられており、更に、前記中空リール（３ ５）内に取り付けられた遊星変速機（３８）と、該遊星変速機（３８）のキャリ ア（３７）に接続されたばね負荷式張力プーリ（３６）と、が備えられており、 該キャリア上にはバー（４０）が取り付けられており、該バー（４０）には、前 記中空リール（３５）に形成されたスロット（４３）内に配置されたリミットス イッチ（４４）と協働し得るようにした往復運動ランナー（４１）が設けられて ることを特徴とする、金属加工工作機械のスピンドルヘッド。