JPH07106482B2 - 工作機械の工具送り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機械の工具送り装置に係り、特にワーク
に対する刃物の送りがオーバロードになった時、工作機
械を非常停止するようにした工具送り装置に関する。

〔従来の技術〕

軸物、例えばクランク軸のクランクピンを切削加工する
工作機械には、特公昭56−45726号公報及び特開昭53−8
0092号公報等に見られるように種々の形式のものが知ら
れている。

このうち、ピンターニング旋盤の如き工作機械は、軸物
の両端に心押台により固定保持し、この軸物の外周囲に
工具ヘッドを旋回させると共に刃物台に送りをかけて軸
物を所定径寸法に切削するものである。

このようなワーク固定，工具旋回形式の軸物加工用工作
機械では、刃物送り機構を内蔵した工具ヘッドを軸物の
周囲に高速旋回運動させて、軸物、例えばクランク軸の
クランクピンの切削加工能率を向上しようとする場合、
旋回工具ヘッドに組み込まれる刃物送り機構を簡素化
し、軽量化することが望まれる。

そこで、本願出願人は、上記要望を満足したワーク固定
工具旋回形式の工作機械を、特願昭61−42724号におい
て既に出願済みである。これは主軸駆動歯車と、これよ
り歯数の少ない送り歯車とを同軸に組み合わせ、この両
歯車を同一の歯車列を介して回転することにより両歯車
間に回転位相ずれを生じさせると共に、この回転位相ず
れ運動を利用して、送り歯車に形成したカム溝とこれに
係合するカムフォロアにより、主軸駆動歯車に設置した
刃物送り台をインフィードさせるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような工具送り装置では、切削刃に摩擦，折損等
が生じると、切削速度が低下し、切削抵抗も大幅に増大
すると共に切削送りがオーバロードとなるが、これに対
する検出手段が設けられていないため、工作物を半径方
向に変形させたり、破損する虞があるほか、工具送り台
等をも破壊する虞があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、切削刃に摩擦，折損等が生じて切削送りがオーバロ
ードになっても工作機械の安全性を確保し、工作物及び
送り台等の変形，破壊を防止するようにした工作機械の
工具送り装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る工作機械の工具送り装置は、加工ユニット
本体に回転可能に設けた中空主軸と、この中空主軸に同
心にかつ一体に取り付けた主軸駆動歯車と、この主軸駆
動歯車に対向して上記中空主軸に相対回転可能に取り付
けられ、かつ上記主軸駆動歯車と歯数の異なる送り歯車
と、上記主軸駆動歯車及び送り歯車を回転駆動するモー
タと、このモータの回転を上記主軸駆動歯車及び送り歯
車に各別に伝達すると共に、同軸上にある同歯数の中間
歯数と、上記主軸駆動歯車にその径方向に移動可能に設
置され、かつ被加工用軸物の外周に向け突設された切削
刃を有する工具送り台とを備え、上記送り歯車には上記
工具送り台に取り付けたカムフォロアが押圧係合するイ
ンフィード用のカム溝をリング状に形成すると共に、上
記主軸駆動歯車と送り歯車間の回転位相ずれによる送り
力より切削抵抗が大きくなって上記両歯車間の回転位相
ずれがなくなり、これに代えて上記両中間歯車間に生じ
る回転ずれで動作するオーバロード検出機構を設けたも
のである。

〔発明の作用〕

本発明においては、主軸駆動歯車及び送り歯車が回転す
ると、両歯車間に回転位相ずれが生じ、これによりカム
フォロアがカム溝をトレースすることで工具送り台がイ
ンフィードされることになる。そして、切削の摩擦，折
損等により切削送りがオーバロードになると、主軸駆動
歯車と送り歯車間の回転位相ずれがなくなり、これに伴
い主軸駆動歯車及び送り歯車にそれぞれ噛合する中間歯
車間に回転ずれが生じることになり、この回転ずれをオ
ーバロード検出機構で検知することで非常停止指令を発
し、工作機械を非常停止させる。従って、切削送りのオ
ーバロードによる切削刃，送り機構及び工作物等の破
壊，変形を未然に防止し得る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について説明する。

第１図，第２図及び第３図はそれぞれ本発明に係る工具
送り装置を備えたクランクピン切削工作機械の平面図，
正面及び第１図のIII−III線に沿う断面図であり、ま
た、第４図乃至第６図は本発明における工具送り機構の
１サイクル終了検出機構及びオーバロード検出機構の詳
細を示すものである。

第１図乃至第３図において、１はベッドで、その上面に
は前後方向に所定間隔をあけて平行な４条の第1,第2,第
3,第４案内面2a,2b,2c,2dがベッド１の長手方向に沿っ
て形成されている。３は上記ベッド１の長手方向の一端
側に位置して第１案内面2aと、これに隣接する第２案内
面2bの後側に位置する第３案内面2cの上に跨ってベッド
１の長手方向に移動機可能に設置した第１の心押台、４
は上記ベッド１の長手方向の他端側に位置して第２案内
面2bと第３案内面2cの後側の第４案内面2dの上に跨って
ベッド１の長手方向に移動可能に設置した第２の心押台
であり、これら各心押台3,4は、被加工用軸物、例えば
クランク軸５の両端ジャーナル部5aを把持するチャック
6,7をそれぞれ同一軸線上に揃えて備え、そしてそれぞ
れの心押台3,4の内部には、それぞれのチャック6,7を操
作する油圧シリンダ及びクランク軸５の各クランクピン
5bを加工位置に割り出すためのインデックス機構（いず
れも公知技術であるため図示せず）が装着されている。
また、８は上記各心押台3,4間における第１心押台３に
近い側に位置してベッド１の第2,第４案内面2b,2dの上
に跨ってベッド１の長手方向に移動可能に設置したサド
ル、９はサドル８に対応してベッド１に取り付けたNCサ
ーボモータで、このサーボモータ９により回転されるボ
ールねじ10はサドル８に設けたボールナット11に螺合さ
れ、サーボモータ９を駆動することによりサドル８をク
ランク軸５の軸線方向に移動できるようになっている。
12は上記サドル８上にその移動方向と直交する方向に移
動可能に設置した加工ユニットで、この加工ユニット12
はサドル８に設置した油圧シリンダ13等によってサドル
８と直交する方向に移動されるものである。

上記加工ユニット12は、第４図及び第５図に示すよう
に、ユニット本体14内にこれをサドル８の移動方向と同
一の方向に貫通する中空主軸15を備え、この中空主軸15
は球軸受16a,16bによってユニット本体14内に回転可能
に軸支されていると共に、その前端には、ドーナツ板状
の主軸駆動歯車17がボルト18により同心にかつ一体に固
着され、更に後端には軸受押え19がボルト20によって一
体に固着されている。また、上記中空主軸15の前端外周
に嵌合するカラー21の外周には、リング状の送り歯車22
が中空主軸15に関して相対回転可能に嵌合され、この送
り歯車22は上記主軸駆動歯車17と同径で、これより１歯
及至適数歯少ない歯数を有している。23は上記ユニット
本体14に回転自在に支持した駆動軸で、その一端にはピ
ニオンギア24が固定され、他端はユニット本体14の後面
に固着したサーボモータ25の回転軸25aにカップリング2
5bによって連結されている。26は上記駆動軸23と上記中
空主軸15間に位置してユニット本体14に回転可能に支持
した中空の中間軸で、その一端には上記ピニオンギア24
及び主軸駆動歯車17に噛合する第１の中間歯車27が固着
され、さらに第１の中間歯車27と同歯車数で上記送り歯
車22と噛合する第２の中間歯車28がスライドピン29によ
り結合されている。上記スライドピン29は中間軸26を直
径方向に摺動可能に貫通し、その一端を第６図に示すよ
うに第２の中間歯車28の内周に形成した凹部28aに係合
することで第２の中間歯車28を中間軸26に結合するもの
である。また、上記スライドピン29は傾斜面29aを有
し、この傾斜面29aに係合する押圧ピン30が上記中間軸2
6内にその長手方向に沿って摺動可能に嵌挿されてい
る。押圧ピン30には、中間軸26内に挿入された操作ロッ
ド31の一端が結合されており、その他端は、中間軸26の
他端開口に螺合したロード調整ねじ32を貫通して中間軸
26外へ突出されていると共に、中間軸26内に位置して操
作ロッド31に螺着したナット33とロード調整ねじ32間に
は圧縮ばね34が介在され、このばね34により押圧ピン30
にスライドピン29側への押圧力を付与することで、スラ
イドピン29の先端を中間歯車28の凹部28aに押圧係合さ
せるようになっている。そして、送り歯車22がオーバロ
ードになり、主軸駆動歯車17との間に回転位相ずれがな
くなって一体に回転される時は第２の中間歯車28を中間
軸26に対し回転させて、スライドピン29を内方押し込
み、その動きを操作ロッド31に伝達し、操作ロッド31の
外方突出端に対向して設置したスイッチ35を動作させる
ものである。即ち、上記中間歯車28,スライドピン29,押
圧ピン30,操作ロッド31,ばね34及びスイッチ35は送りが
オーバロードになったときのオーバロード検出機構を構
成するものであり、そしてスイッチ35が動作された時は
工作機械に非常停止指令を発するようになっている。

一方、上記主軸駆動歯車17の前面壁には、中央にクラン
ク軸挿通用の穴36aを形成した工具送り台36が、第４図
及び第５図に示す如く、該前面壁にボルト等により取外
し自在に固定した平行な一対のリテーナ37a,37bによっ
て主軸駆動歯車17の直径方向に摺動可能に支持されてお
り、そして、上記中央穴36aの内壁には、クランクピン
等の軸物の外形を切削する切削刃38が内方へ突出して設
けられていると共に、上記工具送り台36の一端側にはロ
ーラ軸39を支持するブラケット40が直角に貫通配置さ
れ、このブラケット40はテーパリング41とボルト42によ
って、工具送り台36に一体に固着されている。また、ブ
ラケット40の主軸駆動歯車17側への突出部は、主軸駆動
歯車17に穿設した、ブラケット40の外径より十分大きい
穴17a内に挿通されており、そして、ローラ軸39の送り
歯車22側への突出端には、送り歯車22の主軸駆動歯車17
側の接触面に環状に形成したカム溝43に係合するローラ
式カムフォロア44が取り付けられている。

上記カム溝43は、第７図（ａ）の展開図に示す如く、切
削刃38にインフィード方向の運動を与えるため、急速前
進用リード部43aと、切削送り用リード部43b,ドエル用
リード部43c,早戻し用リード部43d及び送りゼロの部分4
3eとから成るカム面を有し、このカム面は１サイクルと
してｎ（整数）個有し、カム溝43の１周の間に等分割に
形成されるものである。また、上記カム溝43の各リード
部にカムフォロア44を圧接してバックラッシュを除去す
るために、カムフォロア44の設置位置と反対の工具送り
台36の他端部内側に圧縮ばね45が装着され、この圧縮ば
ね45の両端はそれぞれ工具送り台36と主軸駆動歯車17に
固着したスタッド46係止されている。

次に、工具送り台36の動きを直接利用して、クランクピ
ン加工の１サイクル検出機構について述べる。

１サイクル終了点検機構は、第４図及び第５図に示すよ
うに中空主軸15にその円周方向に90゜の間隔をもって配
置した４本のロッド47を備え、この各ロッド47は中空主
軸15の前端面（主軸駆動歯車17）側から長手方向に所望
深さに穿設した４個の穴48にそれぞれ摺動可能に嵌挿さ
れていると共に、各穴48内に挿着した圧縮ばね48によっ
て工具送り台36の背面に圧接する方向に付勢され、そし
て各ロッド47に突出先端が圧接する工具送り台36の背面
には傾斜溝50をそれぞれ形成し、この傾斜溝50にロッド
47の先端を押圧係合することにより、工具送り台36の動
きをロッド47の中空主軸15の軸方向の動きに変換するよ
うになっている。また、上記中空主軸15の外周に、その
軸線方向にスライド可能に遊嵌合したリング51を有し、
このリング51は中空主軸15に形成した長穴15aを通して
止めねじ52により上記各ロッド47に固定されている。53
は上記リング51の位置を感知して動作する近接スイッチ
であり、該スイッチ53は中空主軸15の外周部に配置さ
れ、支持部材54に取り付けられている。また、55は上記
支持部材54に取り付けた中空主軸15の定位置停止用の位
置センサで、この位置センサ55と対向する中空主軸15の
外周面には位置センサ55を作動させる定位置停止部材56
が固着されている。

次に、上記のように構成された本実施例の動作について
説明する。

クランク軸５のクランクピン5bは、ワーク固定、ツール
旋回で切削加工する場合は、まず、クランク軸５の長さ
に応じて心押台3,4を第1,第３案内面2a,2c及び第2,第４
案内面2b,2d上で移動させ、クランク軸５の長さに適合
した位置に固定する。その後、クランク軸５の両端ジャ
ーナル部5aを各心押台3,4のチャック6,7により把持す
る。このとき、チャック6,7のインデックス機構が動作
して、クランク軸５の回転方向の位相決めがなされ、＃
1P,＃3Pのクランクピン5bがジャーナル部5aの芯に対し
て水平になった状態におかれる。

そして、サーボモータ９を駆動してボールねじ10を回転
することにより、サドル８を第１図において矢印Ａ方向
に移動させ、切削刃38を、例えば＃4Pのクランクピン5b
に対向するように位置決めをする。＃4Pクランクピン5b
への切削刃38の位置割り出しが完了したならば、油圧シ
リンダ13を作動して加工ユニット12を、＃1P,＃4Pのク
ランクピン5bの中心に中空主軸15の軸線が一致する位置
に移動させ、工作機械をクランクピン切削モードに移行
させる。

工作機械の切削モード設定により切削用のサーボモータ
25が起動されると、その回転は駆動軸23,ピニオンギア2
4及び中間歯車27,28を介して主軸駆動歯車17及び送り歯
車22に伝達される。これに伴い主軸駆動歯車17は中空主
軸15と一体に回転されると共に、送り歯車22はカラー21
の周囲を回転することになる。

ここで、主軸駆動歯車17の歯数をＭとすると、送り歯車
22の歯数はＭ−１となる。従って、主軸駆動歯車17がＮ
回転すると、送り歯車22はＮ＋１回転する。即ち、主軸
駆動歯車17と送り歯車22との間に１回転分に相当する位
相ずれが生じ、この両者間のずれ回転とカム溝43によっ
て工具送り台36をインフィードさせる。

即ち、両歯車17,22間の相対的な回転ずれに伴い、圧縮
ばね45により常時圧接されているカムフォロア44が、第
７図（ａ）においてカム溝43内を送りゼロの部分43eか
ら急速前進用リード部43aに係合すると、工具送り台36
を含めた切削刃38は、リード部43aによってクランクピ
ン5b（＃4P）へ近接する方向へ急速前進される。そし
て、カムフォロア44がリード部43bに移行すると、工具
送り台36はインフィード量の小さい切削送りに入り、ク
ランクピン5b（＃4P）の外径を切削刃38により切削加工
する。次のドエル用リード部43cの領域では、クランク
ピン5bの外径を定寸法に仕上げ切削する。そして、ドエ
ル用リード部43cを通過して早戻し用リード部43dにカム
フォロア44が係合するようになると、切削刃38を含め工
具送り台36に早戻しがかかり、切削刃38を切削完了のク
ランクピン5b（＃4P）から離間する方向へ急速後退させ
る。

上記切削サイクル時のサーボモータ25の速度パターンを
第７図（ｂ）に示す。この第７図（ｂ）において、両歯
車17,22の相対ずれ角度θ_１からθ_２の領域では、サー
ボモータ25は一定の速度v₂で高速回転される。

一方、工具送り台36に切込み送りがかかって、工具送り
台36が第５図の矢印Ｂ方向に移動すると、傾斜溝50に圧
接係合している各ロッド47が第４図の矢印Ｃ方向に移動
し、同時にリング51も同一方向へ移動する。そして、ク
ランクピン5bの定寸切削が終了した後、工具送り台36が
早戻しに移行され始めると、その動きに連動してリング
51が矢印Ｃと逆の方向に移動され始める。これを近接ス
イッチ53が感知すると、近接スイッチ53から信号が送出
され、この信号をサーボモータ25の制御回路（図示せ
ず）に加えることでサーボモータ25に急制動をかけ、サ
ーボモータ25の回転速度を第７図（ｂ）に示す如く予め
定めた低速度v₁にする。そして、工具送り台36の早戻し
動作が行なわれ、両歯車17,22の相対ずれ回転速度が360
゜/n、即ち切削刃38の運動の１サイクルが終了する角度
θ_３になると、位置センサ55が定位置停止部材56を感知
して、その信号をサーボモータ25の制御回路に加え、こ
れによりサーボモータ25に急ブレーキをかけて中空主軸
15を定位置停止させる。

この時の停止位置は、クランク軸５のカウンタウェイト
と180゜の回転位相差を持つ位置であり、第４図に示す
ような切削刃38とクランクピン5b（＃4P）との位置関係
となる。このようにするのは、上述する停止位置が大き
くずれると、加工ユニット12をクランク軸５の軸線方向
に移動するとき、切削刃38とクランク軸５とが干渉する
からである。

また、中空主軸15の停止位置が正常であっても工具ユニ
ット12のクランク軸長手方向の位置決めが不良であった
り、クランク軸５の回転方向の位置割出しが不良の場合
を考慮して、サーボモータ25を起動する時も低速、かつ
トルク制限を与えた状態で中空主軸15を１回転させ、切
削刃38とクランク軸５とが正常な位置関係であるか否か
を確認させる。この場合の制御は図示しないタイマによ
り行なわれたもので、第７図（ｂ）のθ_０〜θ_１の範囲
に相当する。

もし、中空主軸15の１回転中にクランク軸５と切削刃38
とが干渉したならば、その干渉時点で中空主軸15の回転
がストップするから、セットされたタイマ以上に時間が
経過しても中空主軸15は１回転せず、従って、かかる異
常は容易に発見できると共に、工作機械の切削サイクル
停止も可能になる。

一方、クランクピン5bの切削サイクル中に、切削刃38が
摩擦して切削抵抗が大幅に増大したり、あるいは切削刃
38が折損したりして、工具送り台36に対する送り力が主
軸駆動歯車17と送り歯車22との回転位相ずれによる送り
力以上になってオーバロードになると、カムフォロア44
とカム溝43はロック状態となり、主軸駆動歯車17と送り
歯車22とは一体化された状態になって、両者は回転位相
ずれを生じることなく一体に回転される。このため、主
軸駆動歯車17及び送り歯車22と各別に噛み合う第１の中
間歯車27と第２の中間歯車28との間に回転ずれが生じ
る。即ち、第２の中間歯車28が中間軸26に対し回転し始
めるので、第２の中間歯車28の凹部28aに没入していた
スライドピン29が第６図の矢印Ｄ方向にばね34に抗して
移動し、その傾斜面29aに係合している押圧ピン30及び
これに連結されている操作ロッド31を第４図の矢印Ｅ方
向に摺動させ、スイッチ35をオン動作させる。このスイ
ッチ35がオンにされると、そのオン信号は工作機械の制
御回路（図示せず）に供給され、工作機械が非常停止さ
れる。これにより送りがオーバロードになることによる
送り機構等の変形あるいは破壊を未然に防止できる。

なお、送り歯車22に対するオーバロードの調節は、調整
ねじ32によりばね34のばね圧を調整することで可能とな
る。

また、本発明における工具送り装置は、上記実施例のよ
うなクランク軸のクランクピンの切削加工に限らず、円
筒カム、その他の軸物の加工にも利用できることは勿論
である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、主軸駆動歯車及び送り歯
車を、同歯数で同軸上に設けた各別の中間歯車を介して
回転駆動し、そして送り歯車と主軸駆動歯車間の回転位
相ずれによる送り力より切削抵抗が大きくなって両歯車
間の回転位相ずれがなくなった時、上記両中間歯車間に
回転ずれを生じさせ、この回転ずれにより動作するオー
バロード検出機構を設けて、切削送りのオーバロードを
検出し、工作機械を非常停止できるようにしたので、切
削の摩擦，折損等により切削送りがオーバロードになっ
ても工作機械の安全を確保でき、かつ工作物及び送り機
構等の変形，破壊を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る工具送り装置を備えたクランク軸
切削用工作機械の平面図、第２図はその正面図、第３図
は第１図のIII−III線に沿う断面図、第４図は本発明に
おける工具送り装置の一例を示す断面図、第５図は第４
図のＶ−Ｖ線に沿え側面図、第６図は第４図のVI−VI線
に沿う断面図、第７図（ａ）は本発明における刃物イン
フィード用カム溝の説明用展開図、第７図（ｂ）は刃物
インフィード用カム溝に対応した主軸サーボモータの速
度パターン図である。 12……加工ユニット、14……ユニット本体、15……中空
主軸、17……主軸駆動歯車、21……カラー、22……送り
歯車、23……駆動軸、24……ピニオンギア、25……サー
ボモータ、26……中間軸、27,28……中間歯車、29……
スライドピン、30……押圧ピン、31……操作ロッド、34
……ばね、35……スイッチ、36……工具送り台、38……
切削刃、43……インフィード用カム溝、44……カムフォ
ロア、47……１サイクル検出用ロッド、50……傾斜溝、
51……リング、53……近接スイッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工ユニット本体に回転可能に設けた中空
   主軸と、この中空主軸に同心にかつ一体に取り付けた主
   軸駆動歯車と、この主軸駆動歯車に対向して上記中空主
   軸に相対回転可能に取り付けられ、かつ上記主軸駆動歯
   車と歯数の異なる送り歯車と、上記主軸駆動歯車及び送
   り歯車を回転駆動するモータと、このモータの回転を上
   記主軸駆動歯車及び送り歯車に各別に伝達すると共に、
   同軸上にある同歯数の中間歯数と、上記主軸駆動歯車に
   その径方向に移動可能に設置され、かつ被加工用軸物の
   外周に向け突設された切削刃を有する工具送り台とを備
   え、上記送り歯車には上記工具送り台に取り付けたカム
   フォロアが押圧係合するインフィード用のカム溝をリン
   グ状に形成すると共に、上記主軸駆動歯車と送り歯車間
   の回転位相ずれによる送り力より切削抵抗が大きくなっ
   て上記両歯車間の回転位相ずれがなくなり、これに代え
   て上記両中間歯車間に生じる回転ずれで動作するオーバ
   ロード検出機構を設けたことを特徴とする工作機械の工
   具送り装置。
2. 【請求項２】オーバロード検出機構が、送り歯車と噛合
   する中間歯車を他の中間歯車の軸に対し係脱するスライ
   ドピンと、このスライドピンを中間歯車に係合する方向
   に付勢するばねと、上記スライドピンの動きに連動して
   オン・オフされるスイッチとから構成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工作機械の工具
   送り装置。