アングルヘッド切削工具およびアングルヘッド工作機械
【課題】異なる幅の溝を加工できるアングルヘッド切削工具および工作機械を提供すること。
【解決手段】スピンドル２に装着されるシャンク１０と、シャンク１０からその回転軸線ＡＳに沿って延びるシャンク軸１３と、シャンク軸１３を回転自在に支持するケース２０と、ケース２０をヘッド３に接続するジョイント３０と、ケース２０に回転自在に支持されかつシャンク軸１３と交叉方向に配置された回転軸線ＡＲを有するロータ軸４３と、シャンク軸１３の回転をロータ軸４３に伝達する伝達機構６０と、ロータ軸４３に接続されてロータ軸４３と一体に回転するロータ４０と、ロータ４０に設置されてロータ軸４３の回転軸線に平行なカッタ軸ＡＣを有する複数のカッタ５０と、を有する。
【解決手段】スピンドル２に装着されるシャンク１０と、シャンク１０からその回転軸線ＡＳに沿って延びるシャンク軸１３と、シャンク軸１３を回転自在に支持するケース２０と、ケース２０をヘッド３に接続するジョイント３０と、ケース２０に回転自在に支持されかつシャンク軸１３と交叉方向に配置された回転軸線ＡＲを有するロータ軸４３と、シャンク軸１３の回転をロータ軸４３に伝達する伝達機構６０と、ロータ軸４３に接続されてロータ軸４３と一体に回転するロータ４０と、ロータ４０に設置されてロータ軸４３の回転軸線に平行なカッタ軸ＡＣを有する複数のカッタ５０と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に装着されてワークに溝を切削加工するアングルヘッド切削工具およびワークに溝を切削加工するアングルヘッド工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削加工分野では様々な工作機械が用いられており、ＮＣ制御あるいは手動で操作される縦横のフライス盤や、工具交換装置を備えたマシニングセンタ等が用いられている。
工作機械では、スピンドル先端に切削工具を装着したうえでスピンドルを高速回転させるとともに、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸駆動系で工具の刃物位置を正確に制御することで、ワークの指定位置に対して高精度な加工を実現している。
【０００３】
工作機械に装着される切削工具として、ワークに対して例えば連続した溝加工を行う場合、外周に刃先が形成された工具が用いられる。このような工具としては、例えば棒状ないし円柱状の外周面に刃先を形成したもの（特許文献１参照）、あるいは円柱状の支持部分の外周に刃先を配列したもの（特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
通常の工作機械において、工具はスピンドルの先端に支持されて一定の方向を向いている。しかし、近年の多様な加工要求にあっては、工具の向きをスピンドルの回転軸に対して例えば直角とし、その向きを任意に選択できるようにすることが求められる（アングルヘッド機能）。このような要求に応えるものとして、アングルヘッド切削工具が利用されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０５５５９４号公報
【特許文献２】特表２００１−５１９２４８号公報
【特許文献３】特開２００４−１３０４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した溝加工用の切削工具では、ワークに形成される溝の幅が工具によって決まる。つまり、工具の外周面に形成された刃先の最外周部分が描く回転軌跡の直径がワークの溝幅となって現れる。
従って、ワークの溝幅を変更したい場合あるいは異なる幅の溝加工を行う場合には、切削工具を交換する必要が生じていた。このような工具交換は、人手による場合は勿論のこと、工具交換装置による交換であっても所定の時間を要し、作業効率を低下させる原因となっていた。
【０００７】
なお、工具の外周径よりも大きい溝幅を加工する場合、溝加工を２回以上繰り返すことにより、工具交換なしに加工が可能である。しかし、この場合でも作業効率の低下は避けられない。
さらに、ワークに加工する溝が、溝の長手方向に沿ってその幅寸法が変化する形状である場合、同じ工具のまま１回で加工することは不可能であり、必ず幅寸法を規定する両側内面に沿った２回以上の切削が必要となっていた。
同様に、例えば横中ぐり盤など、ワークが切削工具に対して回転する形式の装置において、ワークにその回転中心に沿って延びる溝を加工する場合、溝内の対向する両側内面は正確にはワークの径方向の面となり、その結果、溝断面は矩形ではなく扇形となる。特に、溝幅がワーク直径に対して大きい場合、扇形が顕著となり、通常の矩形断面の溝を形成できないことになる。
【０００８】
前述のように、加工内容によっては、同じ切削工具による複数回の加工が必要になる場合がある。さらに、同じ切削工具では加工ができないため、異なる切削工具に取り替えて複数回の加工を行う場合もある。このような場合、切削工具の交換を伴う複数回の加工は避けられないものであった。
【０００９】
例えば、幅広い溝の底部に狭い溝を二段に形成する場合、狭い溝に対応した切削工具で全てを加工することも可能であるが、加工の繰り返し回数が多数となり煩雑で非効率的である。このため、先ず幅広い溝の幅に対応する大径の切削工具で１段目の溝を形成し、その底面に狭い溝の幅に対応する小径の切削工具で２段目の溝を形成することが行われる。しかし、このような場合でも工具交換を伴う２回の溝加工が必要となる。
工具交換が必要となる他の例として、表面仕上げ精度が異なる研削あるいは研磨を行う場合、粗密の２種類の工具を取り替えて２回の加工を行う必要がある。
このように、異なる幅や高さ等の寸法、異なる仕上げ精度、複雑な形状など、異なる条件での加工が必要な場合、複数の工具を交換しつつ２回以上の加工動作が必須であった。
【００１０】
本発明の目的は、異なる幅の溝を加工できるアングルヘッド切削工具およびアングルヘッド工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のアングルヘッド切削工具は、ヘッドに回転自在に支持されたスピンドルを有する工作機械に装着されてワークに溝加工を行うためのアングルヘッド切削工具であって、
前記スピンドルに装着されるシャンクと、前記シャンクからその回転軸線に沿って延びるシャンク軸と、前記シャンク軸を回転自在に支持するケースと、前記ケースを前記ヘッドに接続するジョイントと、前記ケースに回転自在に支持されかつ前記シャンク軸と交叉方向に配置されたロータ軸と、前記シャンク軸の回転を前記ロータ軸に伝達する伝達機構と、前記ロータ軸に接続されて前記ロータ軸と一体に回転するロータと、前記ロータに設置されて前記ロータ軸の回転軸線に平行なカッタ軸を有する複数のカッタと、を有することを特徴とする。
本発明において、複数のカッタとしては、同一仕様のカッタを複数用いるとしてもよく、仕様（例えば、径や高さ等の寸法、形状、刃物の配置や向き、加工精度など）の一部が異なるカッタを用いてもよい。
本発明において、カッタとしては、ワークの切削を行うものに限らず、研磨、研削あるいは穿孔など、ワークからその材料を除去することで加工を行うための手段を広く含む。
【００１２】
このような本発明によれば、ロータに設置されたカッタを回転させることにより、ワークの溝加工あるいは切削、研磨、研削、穿孔等を行うことができる。
この際、ケースはジョイントによりヘッドに廻り止めされるのに対し、シャンクおよびシャンク軸はスピンドルにより回転駆動され、この回転は伝達機構を介してロータおよびロータ軸に伝達される。そして、ロータが回転することで、複数のカッタの並びが変更され、ワークに対する溝加工の幅の変更、切削や研磨を行う範囲の変更などが可能となる。
【００１３】
本発明では、ロータ軸とシャンク軸とを交叉方向に配置することで、ロータおよびカッタがスピンドルの回転軸方向に対して交叉方向に向けて配置される（アングルヘッド機能）。このため、例えば立方体状のワークの側面に縦方向の溝加工を行うことができる。
本発明では、アングルヘッドとしての向き（スピンドルの回転軸まわりの向き）を変化させるための機構をもたないが、テーブルに固定されたワークの向きを変更する等により、ワークの他の側面の加工を行うことができる。
このように、アングルヘッドとしての向きを変える機構を省略することで、構造的な簡略化が可能となり、コストの低減および保守性の向上が可能である。
【００１４】
本発明において、同一仕様の複数のカッタを用いた場合、ロータに支持された複数のカッタを回転させ、各々の側面の刃物でワークを切削することで、任意の幅の溝加工を行うことができる。この際、ワークに切削される溝の幅は、ロータの角度位置によって変化させることができる。
例えば、ロータに設置されたカッタが２つとして、カッタが溝加工の方向に並んでいる状態では一方のカッタが切削した後、他方のカッタは形成された溝内を通過するだけであり、形成される溝の幅は最小幅であるカッタの外周面の直径寸法となる。一方、２つのカッタが溝加工の方向と直角に並んだ状態では、２つのカッタが並列に切削を行うことになり、２つのカッタの外側を結んだ最大幅の溝が加工されることになる。さらに、ロータを前述した二位置の中間にした場合、２つのカッタの外側を結んだ幅が、前述した最大幅より小さいが前述した最小幅より大きい中間的な任意の寸法とすることができる。
このように、本発明によれば、ロータの回転角度位置によって複数のカッタの配置を変更することができ、この配置変更により溝加工の幅を自由に変更することが可能となる。
【００１５】
一方、仕様が異なる複数のカッタを用いる場合、ワークに対して適用されるカッタをロータの回転角度位置によって選択することができ、工具交換を伴う２回の加工を１回で実行することができる。また、異なるカッタを用いることで、複数の加工内容の組み合わせ、あるいは複数の断面形状の組み合わせ等にも１回の加工で対応できる。
例えば、工具への負荷を軽減するために先溝加工を行う場合があるが、このような場合、先ず小径のカッタで狭い幅の溝を加工しておき、続いて狭い溝に沿って大径のカッタで幅の広い溝を加工してゆくことで、工具交換なしに加工を完了することができる。
あるいは、幅広い溝の底部に狭い溝を二段に形成する場合、高さ寸法が大きく小径のカッタと、高さ寸法が小さく大径のカッタとを組み合わせた切削工具とすることで、工具交換なしに加工を完了することができる。
【００１６】
本発明のアングルヘッド切削工具において、前記カッタは、前記スピンドルを通して供給される高圧空気により回転駆動されるエアモータを有する構成が採用できる。
あるいは、前記カッタは、電動モータを有するものとしてもよい。
このような本発明では、ロータがスピンドルの回転動作を利用して回転駆動されるのに対し、カッタの回転駆動に個別のモータを用いるため、構成を簡略にでき、保守性も向上できる。また、カッタおよび各ロータの駆動が独立しているため、カッタを回転させて溝加工を実行している最中であっても各ロータをそれぞれ回転させることができ、同時に回転させることで加工される溝幅を連続的に変化させることも可能である。
【００１７】
本発明のアングルヘッド切削工具において、前記ジョイントは、前記シャンクの回転軸線と平行な軸線に沿って延びかつ前記ヘッドに嵌合するサブシャンクであることが望ましい。
このようなサブシャンクを用いることで、シャンクをスピンドルに装着する動作の際に、一括してサブシャンクをヘッドに接続することができ、切削工具としての着脱を効率よくかつ確実に行うことができる。
【００１８】
本発明のアングルヘッド切削工具において、前記ケースには、前記ロータを前記ケースに対して廻り止めする解除可能な廻り止め機構が形成されていることが望ましい。
このような廻り止めを採用することで、ワークの切削中に切削負荷によりケースが移動することを防止でき、スピンドルの回転により高精度に割り出したロータの回転角度位置を確実に維持することができる。
【００１９】
本発明のアングルヘッド切削工具において、前記廻り止め機構は、通電時に前記ロータを前記ケースに対して廻り止めするとともに、非通電時に廻り止めを解除する電磁クラッチであることが望ましい。
このような電磁クラッチとすることで、廻り止めの断続を簡単かつ確実に操作することができる。
なお、通電時に廻り止めする機構は通常のソレノイド等を利用すればよく、非通電時に廻り止めを解除する機構としてはばね等でソレノイド等を逆向きに付勢しておく構造などが採用できる。
【００２０】
本発明のアングルヘッド工作機械は、 ワークを載置するテーブルと、ヘッドに回転自在に支持されたスピンドルと、前記スピンドルに装着されて前記ワークに溝加工を行うアングルヘッド切削工具とを有するアングルヘッド工作機械であって、前記切削工具は、前記スピンドルに装着されるシャンクと、前記シャンクからその回転軸線に沿って延びるシャンク軸と、前記シャンク軸を回転自在に支持するケースと、前記ケースを前記ヘッドに接続するジョイントと、前記ケースに回転自在に支持されかつ前記シャンク軸と交叉方向に配置されたロータ軸と、前記シャンク軸の回転を前記ロータ軸に伝達する伝達機構と、前記ロータ軸に接続されて前記ロータ軸と一体に回転するロータと、前記ロータに設置されて前記ロータ軸の回転軸線に平行なカッタ軸を有する複数のカッタと、を有することを特徴とする。
このような本発明では、前述したアングルヘッド切削工具について述べた本発明の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ロータに支持されたカッタとシャンクとをケースにおいて交叉方向に配置することでアングルヘッド機能が得られるとともに、ロータの回転角度位置によって複数のカッタの配置を変更することができ、この配置変更により異なる幅の溝をワークに加工できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】前記第１実施形態を示す正面図である。
【図３】前記第１実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。
【図４】前記第１実施形態の最小幅での溝加工を示す模式図である。
【図５】前記第１実施形態の中間幅での溝加工を示す模式図である。
【図６】前記第１実施形態の最大幅での溝加工を示す模式図である。
【図７】前記第１実施形態の溝幅を変更しながらの溝加工を示す模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。
【図９】本発明の第３実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図７には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１に示すように、本発明のアングルヘッド切削工具１は、シャンク１０、ケース２０、ジョイント３０、ロータ４０、一対のカッタ５０を有する。そして、図２に示すように、工作機械のスピンドル２およびこれを支持するヘッド３に装着されてワークに対する溝加工を行うものである。
【００２４】
シャンク１０は、通常の工具に多用されるテーパーシャンク１１および自動工具交換用の支持部１２を備え、このテーパーシャンク１１でスピンドル２に接続されることで、スピンドル２と一体に回転可能である。
シャンク１０は、テーパーシャンク１１からその回転軸線に沿ってケース２０内へと延びるシャンク軸１３を有する。
【００２５】
ケース２０は、円筒形の上ケース２１および下ケース２２を有し、下ケース２２の周面には側ケース２３が接続されている。
ジョイント３０は、ケース２０の周面から径方向へ膨出した保持部３２を有し、この保持部３２には円錐台状のサブシャンク３１が形成されている。このサブシャンク３１は、前述したテーパーシャンク１１と平行な軸線で円錐台状に形成され、ヘッド３から延びる延長部３Ａに接続可能である。この延長部３Ａとサブシャンク３１との接続により、ケース２０はヘッド３に対して廻り止め固定される。
【００２６】
ロータ４０は、側ケース２３の端面に設置された円盤状のプレート４１を有するとともに、プレート４１の中心軸線に沿ってケース２０内へと延びるロータ軸４３を有する。
ロータ軸４３は、前述したシャンク軸１３に対して直交方向に配置されている。
カッタ５０は、ロータ４０のプレート４１に２個一対で設置されている。
カッタ５０は、円筒状のホルダ５１の周面ないし端面にかけて複数の刃物５２を装着したものであり、カッタ駆動用のモータ５３で回転駆動されることで、刃物５２によりワークに対する溝加工を行うことができる。
図３に示すように、カッタ５０の刃物５２およびモータ５３の回転軸線ＡＣ（カッタ軸）は、前述したロータ軸４３の回転軸線ＡＲに対して平行、つまりシャンク軸１３およびスピンドル２の回転軸線ＡＳとは直交方向に配置されている。
【００２７】
図３において、ケース２０の内部には、シャンク軸１３およびロータ軸４３を支持する軸受１４，４４が設置されている。さらに、ケース２０の内部には、シャンク軸１３およびロータ軸４３の回転伝達を行う伝達機構６０が設置され、ロータ４０をケース２０に対して廻り止めする解除可能な廻り止め機構７０が設置されている。
【００２８】
上ケース２１の内部にはボール式の軸受１４が設置され、この軸受１４によりシャンク軸１３が回転自在に支持されている。
側ケース２３の内部にはボール式の軸受４４が設置され、この軸受４４によりロータ軸４３が回転自在に支持されている。
【００２９】
伝達機構６０は、シャンク軸１３の先端に固定された傘歯車６１と、ロータ軸４３の先端に固定された傘歯車６２とを有し、これらの噛合により直交配置されたシャンク軸１３およびロータ軸４３の間で回転伝達を行うことができる。
【００３０】
廻り止め機構７０は、側ケース２３で支持された電磁クラッチ７１を有する。
電磁クラッチ７１は、ロータ軸４３に固定された傘歯車６２の裏面に対向する摩擦板７２を有する。摩擦板７２は、ばね７３により傘歯車６２に向けて付勢されており、通常は傘歯車６２の裏面に圧接されることで、傘歯車６２ないしロータ軸４３をケース２０に対して制動し、廻り止めを行う。一方、ばね７３と並列に設置されたソレノイド７４に電線７５から通電があった際には、ソレノイド７４により摩擦板７２が傘歯車６２の裏面から離隔され、前述した制動および廻り止めが解除されるようになっている。
なお、電磁クラッチ７１を操作するための電線７５は、ケース２０外に引き出され、工作機械の制御装置等に接続され、その制御下におかれる。
【００３１】
本実施形態においては、カッタ５０は、カッタ駆動用のモータ５３として高圧空気によって回転するエアモータを用いている。
このエアモータ式のモータ５３に高圧空気を供給するために、次のような構成が採用されている。
シャンク軸１３には、その中心軸線に沿って貫通する通路１５が形成されており、シャンク１０がスピンドル２に装着された状態では、スピンドル２から供給される高圧空気がシャンク軸１３の傘歯車６１側の先端まで導入される。
【００３２】
ロータ軸４３にも、その中心軸線に沿って貫通する通路４５が形成され、この通路４５はプレート４１に形成された通路４６を経由して各モータ５３まで連通されている。
シャンク軸１３の傘歯車６１側の先端とロータ軸４３の傘歯車６２側の先端との間は、回転自在なカプラを含む連結配管６３で接続されている。
これらにより、シャンク軸１３の傘歯車６１側の先端まで導入された高圧空気は、ロータ軸４３の通路４５およびプレート４１の通路４６を経て各モータ５３に供給され、供給された高圧空気により各モータ５３が回転駆動されるようになっている。
【００３３】
このような本実施形態においては、次のような手順により、溝幅を調整しつつ、溝加工を行う。
先ず、溝幅の設定として、廻り止め機構７０を解除した状態で、スピンドル２を回転させる（Ｃ軸制御する）。これにより、シャンク軸１３、伝達機構６０およびロータ軸４３を介してロータ４０が回転され、加工する溝に対するカッタ５０の並び方向を変更することができ、この並び方向により加工する溝幅を調整することができる。
溝幅が設定できたら、廻り止め機構７０を制動状態とし、加工を開始する。
加工にあたっては、スピンドル２から高圧空気を供給することでカッタ５０を回転させ、ワークに対して切削を行う。その際、カッタ５０の回転速度等は、スピンドル２からの高圧空気の供給状態（圧力および流量）を介して工作機械側から制御することができる。
【００３４】
図４から図６には、ワーク４に溝５を加工する際の溝幅調整の具体例が示されている。
なお、各図において、一対のカッタ５０は各々のカッタ回転軸ＡＣを中心に、例えば反対方向に回転駆動され、ワーク４に対する切削を行う。また、溝５の連続方向となるカッタ５０の送り方向ＤＭ、カッタ５０単体の最大外径Ｄ、一対のカッタ５０の並び方向ＤＣ、溝５の最小幅Ｗ１、中間的な幅Ｗ２、最大幅Ｗ３とする。
【００３５】
図４において、溝５を最小幅Ｗ１とする場合、一対のカッタ５０を回転させてカッタ５０の並び方向ＤＣを溝５の方向ＤＭに合わせる。
この状態では、方向ＤＭから見ると、一対のカッタ５０は重なって最外側の距離はカッタ５０の最大外径Ｄひとつ分になる。
従って、この状態でカッタ５０を回転させて切削を行いつつ、カッタ５０を方向ＤＭへと送ることで、最小幅Ｗ１＝最大外径Ｄの溝５が形成される。
【００３６】
図５において、溝５を中間的な幅Ｗ２とする場合、一対のカッタ５０を回転させてカッタ５０の並び方向ＤＣを溝５の方向ＤＭに対して角度Ｓ２だけ傾斜させる。
この状態では、方向ＤＭから見ると、一対のカッタ５０が並び、最外側の距離はカッタ５０の最大外径Ｄひとつ分よりも大きくなる。
従って、この状態でカッタ５０を回転させて切削を行いつつ、カッタ５０を方向ＤＭへと送ることで、幅Ｗ２＞最大外径Ｄの溝５が形成される。
【００３７】
図６において、溝５を最大幅Ｗ３とする場合、一対のカッタ５０を回転させてカッタ５０の並び方向ＤＣを溝５の方向ＤＭに対して直交方向とする。
この状態では、方向ＤＭから見ると、一対のカッタ５０が互いに真横に並び、最外側の距離はカッタ５０の最大外径Ｄひとつ分と一対のカッタ回転軸の距離との和となる。
従って、この状態でカッタ５０を回転させて切削を行いつつ、カッタ５０を方向ＤＭへと送ることで、最大幅Ｗ３の溝５が形成される。
【００３８】
さらに、本実施形態のアングルヘッド切削工具１は、カッタ５０を回転させつつ廻り止め機構７０を解除し、ロータ４０を回転させることで、カッタ５０の並び方向ＤＣを変化させながら同時に切削加工を進めることができる。このような加工により、連続的に幅が変化する溝を加工することができる。
【００３９】
図７において、溝５は板状のワーク４の端面に加工されるテーパ溝である。このような溝５は本発明のアングルヘッド切削工具１で簡単に加工することができる。
先ず、一対のカッタ５０の最外側の距離が幅Ｗ４となるようにカッタ５０の並び方向ＤＣの傾きＳ４を調整しておく。この状態でカッタ５０をそれぞれ回転させてワーク４に切り込む。
続いて、切削と平行してカッタ５０の並び方向ＤＣの傾きを変化させつつ切削を進め、ワーク４の出口側でカッタ５０の最外側の距離が幅Ｗ５となるような並び方向ＤＣの傾きＳ５となるまで回転位置を調整する。
【００４０】
このような並び方向ＤＣの調整と平行して切削を進めることで、テーパ溝の加工が１パスで実施できる。
なお、図７において、一対のカッタ５０は、並び方向ＤＣがカッタ５０の送り方向ＤＭに対して傾斜しており、ふたつのカッタ５０は送り方向ＤＭに対して前後になる。一方、テーパ状の溝５は送り方向ＤＭに沿って幅が変化するため、それぞれカッタ５０がある位置では異なる幅となる。従って、送り動作にあたっては、送り方向ＤＭに対して幅方向にオフセットＯＦをとり、前後のカッタ５０が正確に溝５の内側を切削するように補正することが好ましい。
【００４１】
〔第２実施形態〕
図８には、本発明の第２実施形態が示されている。
図８において、アングルヘッド切削工具１Ａは、前述した第１実施形態と同様なシャンク１０、ケース２０、ジョイント３０、ロータ４０、カッタ５０、伝達機構６０、廻り止め機構７０を有する。これらの共通する構成については、簡略化のため同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４２】
前記第１実施形態では、カッタ５０の駆動用にエアモータ式のモータ５３を用いていた。これに対し、本実施形態では、電動モータ式のモータ５３Ａを用いる。
モータ５３Ａは、プレート４１に対する設置状態は前記第１実施形態と同様であるが、モータ５３Ａの側面には接続端子５４Ａが形成され、この接続端子５４Ａに接続された電線５５Ａは、プレート４１の中心に形成された通路４６Ａからロータ軸４３を貫通する通路４５を経てケース２０内へ導かれ、廻り止め機構７０の電線７５とともにケース２０外へと引き出されるようになっている。
【００４３】
このような本実施形態によっても、一対のカッタ５０をそれぞれ回転駆動できるとともにロータ４０の回転により一対のカッタ５０の並び方向ＤＣ（図４〜図６参照）を調節することができ、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００４４】
〔第３実施形態〕
図９には、本発明の第３実施形態が示されている。
図９において、アングルヘッド切削工具１Ａは、前述した第１実施形態と同様なシャンク１０、ケース２０、ジョイント３０、ロータ４０、カッタ５０、伝達機構６０、廻り止め機構７０を有する。これらの共通する構成については、簡略化のため同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４５】
前記第１実施形態では、ロータ軸４３は軸受４４によりケース２０に支持され、その一端にロータ４１が接続され、他端に傘歯車６２が固定されていた。
これに対し、本実施形態では、ロータ軸４３はケース２０内を横断するように延長され、ロータ４１と反対側の端部はケース２０に設置された軸受４４Ｂで支持され、その近傍に傘歯車６２Ｂが固定されている。
【００４６】
軸受４４Ｂは、下ケース２２の側面のうち、側ケース２３と反対側になる位置に設置され、ロータ軸４３の端部を回転自在に支持している。
傘歯車６２Ｂは、ロータ軸４３の途中部分に固定され、シャンク軸１３の傘歯車６１に噛合されており、シャンク軸１３の回転をロータ軸４３に伝達可能である。本実施形態では、これらの傘歯車６１，６２Ｂにより、伝達機構６０が構成される。
【００４７】
本実施形態において、廻り止め機構７０は、下ケース２２の内面のうち、側ケース２３と反対側になる位置に電磁クラッチ７１Ｂを備えている。
電磁クラッチ７１Ｂは、第１実施形態と同様な要素、すなわち摩擦板７２、ばね７３、ソレノイド７４、電線７５を備えたものである。
電磁クラッチ７１Ｂは、下ケース２２の内面に設置され、傘歯車６２Ｂの裏面に圧接されて制動可能であり、これらにより廻り止め機構７０が構成される。
【００４８】
本実施形態では、ロータ軸４３の外周に回転自在なカプラ６４Ｂが設置されている。
ユニバーサルカプラ６４Ｂは、ロータ軸４３に対して回転自在に装着され、両側に一対のガスシールの間に内周を一巡するキャビティを有する。
ロータ軸４３においては、エア供給用の通路４５がロータ４１側からカプラ６４Ｂが設置された位置まで形成されており、側方に延びるバイパス孔を介して通路４５とカプラ６４Ｂ内のキャビティが連通される。
カプラ６４Ｂの外周には、第１実施形態と同様な連結配管６３Ｂが接続され、カプラ６４Ｂ内のキャビティとシャンク軸１３の通路１５とが連通されている。
このようなシャンク軸１３の通路１５、連結配管６３Ｂ、カプラ６４Ｂ、ロータ軸４３の通路４５により、第１実施形態と同様に、スピンドル２からの高圧空気がモータ５３に供給されるようになっている。
【００４９】
このような本実施形態によっても、一対のカッタ５０をそれぞれ回転駆動できるとともにロータ４０の回転により一対のカッタ５０の並び方向ＤＣ（図４〜図６参照）を調節することができ、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
加えて、本実施形態では、第１実施形態よりもロータ軸４３が延長され、間隔をあけて配置された軸受４４，４４Ｂにより支持されるととも、軸受４４，４４Ｂが伝達機構６０を挟んだ両側に配置されるため、ロータ軸４３の軸心位置精度を高めることができる。
なお、本実施形態の構成において、第２実施形態のような電動式のモータ５３Ａを用いてもよい。
【００５０】
〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、ロータ軸４３とシャンク軸１３とを互いに直交させたが、直交ではなく他の角度で交叉させるようにしてもよい。
前記実施形態では、廻り止め機構７０として、摩擦板７２を用いた電磁クラッチ７１としたが、摩擦板ではなく噛み合い式のクラッチであってもよく、電磁式ではなくエア圧で動作するもの等であってもよく、要するにケース２０に対してロータ４０の制動が行えればよい。
そして、ロータ４０ないしロータ軸４３の一部を制動するのではなく、これに一体に回転する伝達機構６０の一部あるいはシャンク軸１３、シャンク１０を制動するものであってもよい。
【００５１】
前記実施形態では、ジョイント３０としてヘッド３に対してシャンク１０と同方向に係合するサブシャンク３１を用いたが、ヘッド３の側面に係合するような構造を用いてもよく、簡単な凹凸嵌合に限らず、螺合その他の他の係合構造を利用してもよい。
【００５２】
前記実施形態では、２つのカッタを用いたが、３つ以上のカッタを用いてもよい。３つ以上のカッタは、複数が一列に並ぶ配置、Ｖ字状の配置など、適宜な配置とすることができる。
本発明において、カッタとしては、ワークの切削を行うものに限らず、研磨、研削あるいは穿孔など、ワークからその材料を除去することで加工を行うための手段を広く含む。
【００５３】
前記実施形態では、２つのカッタ５０を同じものとしたが、一方を大径とし、他方を小径としてもよい。このような場合、並び方向ＤＣを送り方向ＤＭとした際の溝幅は大径のカッタの径となるが、小径のカッタを送り方向ＤＭの前側とすることで、先に小径の溝の切削を行い、続いて大径の溝に拡げるという二段切削を行うことができ、切削性が低い材料への適用などで効果的である。
同様に、２つのカッタ５０の一方を軸方向の高さが大きく、他方を高さが小さいものとしてもよい。このような構成では、溝の深さについての二段切削を行うことができる。さらに、高さおよび径の両方が異なるカッタを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、工作機械に装着されてワークに溝を切削加工するアングルヘッド切削工具およびワークに溝を切削加工するアングルヘッド工作機械として利用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１，１Ａ…アングルヘッド切削工具
２…スピンドル
３…ヘッド
３Ａ…延長部
４…ワーク
５…溝
１０…シャンク
１１…テーパーシャンク
１２…支持部
１３…シャンク軸
１４，４４，４４Ｂ…軸受
１５…通路
２０…ケース
２１…上ケース
２２…下ケース
２３…側ケース
３０…ジョイント
３１…サブシャンク
３２…保持部
４０…ロータ
４１…プレート
４３…ロータ軸
４５，４６，４６Ａ…通路
５０…カッタ
５１…ホルダ
５２…刃物
５３，５３Ａ…モータ
５４Ａ…接続端子
５５Ａ…電線
６０…伝達機構
６１，６２，６２Ｂ…傘歯車
６３，６３Ｂ…連結配管
６４Ｂ…カプラ
７０…廻り止め機構
７１，７１Ｂ…電磁クラッチ
７２…摩擦板
７３…ばね
７４…ソレノイド
７５…電線
ＡＣ…カッタ軸であるカッタの回転軸線
ＡＲ…ロータの回転軸線
ＡＳ…シャンクの回転軸線
Ｄ…最大外径
ＤＣ…並び方向
ＤＭ…送り方向
ＯＦ…オフセット
Ｓ２…角度
Ｗ１…最小幅
Ｗ２…中間的な幅
Ｗ３…最大幅
Ｗ４，Ｗ５…幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に装着されてワークに溝を切削加工するアングルヘッド切削工具およびワークに溝を切削加工するアングルヘッド工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削加工分野では様々な工作機械が用いられており、ＮＣ制御あるいは手動で操作される縦横のフライス盤や、工具交換装置を備えたマシニングセンタ等が用いられている。
工作機械では、スピンドル先端に切削工具を装着したうえでスピンドルを高速回転させるとともに、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸駆動系で工具の刃物位置を正確に制御することで、ワークの指定位置に対して高精度な加工を実現している。
【０００３】
工作機械に装着される切削工具として、ワークに対して例えば連続した溝加工を行う場合、外周に刃先が形成された工具が用いられる。このような工具としては、例えば棒状ないし円柱状の外周面に刃先を形成したもの（特許文献１参照）、あるいは円柱状の支持部分の外周に刃先を配列したもの（特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
通常の工作機械において、工具はスピンドルの先端に支持されて一定の方向を向いている。しかし、近年の多様な加工要求にあっては、工具の向きをスピンドルの回転軸に対して例えば直角とし、その向きを任意に選択できるようにすることが求められる（アングルヘッド機能）。このような要求に応えるものとして、アングルヘッド切削工具が利用されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０５５５９４号公報
【特許文献２】特表２００１−５１９２４８号公報
【特許文献３】特開２００４−１３０４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した溝加工用の切削工具では、ワークに形成される溝の幅が工具によって決まる。つまり、工具の外周面に形成された刃先の最外周部分が描く回転軌跡の直径がワークの溝幅となって現れる。
従って、ワークの溝幅を変更したい場合あるいは異なる幅の溝加工を行う場合には、切削工具を交換する必要が生じていた。このような工具交換は、人手による場合は勿論のこと、工具交換装置による交換であっても所定の時間を要し、作業効率を低下させる原因となっていた。
【０００７】
なお、工具の外周径よりも大きい溝幅を加工する場合、溝加工を２回以上繰り返すことにより、工具交換なしに加工が可能である。しかし、この場合でも作業効率の低下は避けられない。
さらに、ワークに加工する溝が、溝の長手方向に沿ってその幅寸法が変化する形状である場合、同じ工具のまま１回で加工することは不可能であり、必ず幅寸法を規定する両側内面に沿った２回以上の切削が必要となっていた。
同様に、例えば横中ぐり盤など、ワークが切削工具に対して回転する形式の装置において、ワークにその回転中心に沿って延びる溝を加工する場合、溝内の対向する両側内面は正確にはワークの径方向の面となり、その結果、溝断面は矩形ではなく扇形となる。特に、溝幅がワーク直径に対して大きい場合、扇形が顕著となり、通常の矩形断面の溝を形成できないことになる。
【０００８】
前述のように、加工内容によっては、同じ切削工具による複数回の加工が必要になる場合がある。さらに、同じ切削工具では加工ができないため、異なる切削工具に取り替えて複数回の加工を行う場合もある。このような場合、切削工具の交換を伴う複数回の加工は避けられないものであった。
【０００９】
例えば、幅広い溝の底部に狭い溝を二段に形成する場合、狭い溝に対応した切削工具で全てを加工することも可能であるが、加工の繰り返し回数が多数となり煩雑で非効率的である。このため、先ず幅広い溝の幅に対応する大径の切削工具で１段目の溝を形成し、その底面に狭い溝の幅に対応する小径の切削工具で２段目の溝を形成することが行われる。しかし、このような場合でも工具交換を伴う２回の溝加工が必要となる。
工具交換が必要となる他の例として、表面仕上げ精度が異なる研削あるいは研磨を行う場合、粗密の２種類の工具を取り替えて２回の加工を行う必要がある。
このように、異なる幅や高さ等の寸法、異なる仕上げ精度、複雑な形状など、異なる条件での加工が必要な場合、複数の工具を交換しつつ２回以上の加工動作が必須であった。
【００１０】
本発明の目的は、異なる幅の溝を加工できるアングルヘッド切削工具およびアングルヘッド工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のアングルヘッド切削工具は、ヘッドに回転自在に支持されたスピンドルを有する工作機械に装着されてワークに溝加工を行うためのアングルヘッド切削工具であって、
前記スピンドルに装着されるシャンクと、前記シャンクからその回転軸線に沿って延びるシャンク軸と、前記シャンク軸を回転自在に支持するケースと、前記ケースを前記ヘッドに接続するジョイントと、前記ケースに回転自在に支持されかつ前記シャンク軸と交叉方向に配置されたロータ軸と、前記シャンク軸の回転を前記ロータ軸に伝達する伝達機構と、前記ロータ軸に接続されて前記ロータ軸と一体に回転するロータと、前記ロータに設置されて前記ロータ軸の回転軸線に平行なカッタ軸を有する複数のカッタと、を有することを特徴とする。
本発明において、複数のカッタとしては、同一仕様のカッタを複数用いるとしてもよく、仕様（例えば、径や高さ等の寸法、形状、刃物の配置や向き、加工精度など）の一部が異なるカッタを用いてもよい。
本発明において、カッタとしては、ワークの切削を行うものに限らず、研磨、研削あるいは穿孔など、ワークからその材料を除去することで加工を行うための手段を広く含む。
【００１２】
このような本発明によれば、ロータに設置されたカッタを回転させることにより、ワークの溝加工あるいは切削、研磨、研削、穿孔等を行うことができる。
この際、ケースはジョイントによりヘッドに廻り止めされるのに対し、シャンクおよびシャンク軸はスピンドルにより回転駆動され、この回転は伝達機構を介してロータおよびロータ軸に伝達される。そして、ロータが回転することで、複数のカッタの並びが変更され、ワークに対する溝加工の幅の変更、切削や研磨を行う範囲の変更などが可能となる。
【００１３】
本発明では、ロータ軸とシャンク軸とを交叉方向に配置することで、ロータおよびカッタがスピンドルの回転軸方向に対して交叉方向に向けて配置される（アングルヘッド機能）。このため、例えば立方体状のワークの側面に縦方向の溝加工を行うことができる。
本発明では、アングルヘッドとしての向き（スピンドルの回転軸まわりの向き）を変化させるための機構をもたないが、テーブルに固定されたワークの向きを変更する等により、ワークの他の側面の加工を行うことができる。
このように、アングルヘッドとしての向きを変える機構を省略することで、構造的な簡略化が可能となり、コストの低減および保守性の向上が可能である。
【００１４】
本発明において、同一仕様の複数のカッタを用いた場合、ロータに支持された複数のカッタを回転させ、各々の側面の刃物でワークを切削することで、任意の幅の溝加工を行うことができる。この際、ワークに切削される溝の幅は、ロータの角度位置によって変化させることができる。
例えば、ロータに設置されたカッタが２つとして、カッタが溝加工の方向に並んでいる状態では一方のカッタが切削した後、他方のカッタは形成された溝内を通過するだけであり、形成される溝の幅は最小幅であるカッタの外周面の直径寸法となる。一方、２つのカッタが溝加工の方向と直角に並んだ状態では、２つのカッタが並列に切削を行うことになり、２つのカッタの外側を結んだ最大幅の溝が加工されることになる。さらに、ロータを前述した二位置の中間にした場合、２つのカッタの外側を結んだ幅が、前述した最大幅より小さいが前述した最小幅より大きい中間的な任意の寸法とすることができる。
このように、本発明によれば、ロータの回転角度位置によって複数のカッタの配置を変更することができ、この配置変更により溝加工の幅を自由に変更することが可能となる。
【００１５】
一方、仕様が異なる複数のカッタを用いる場合、ワークに対して適用されるカッタをロータの回転角度位置によって選択することができ、工具交換を伴う２回の加工を１回で実行することができる。また、異なるカッタを用いることで、複数の加工内容の組み合わせ、あるいは複数の断面形状の組み合わせ等にも１回の加工で対応できる。
例えば、工具への負荷を軽減するために先溝加工を行う場合があるが、このような場合、先ず小径のカッタで狭い幅の溝を加工しておき、続いて狭い溝に沿って大径のカッタで幅の広い溝を加工してゆくことで、工具交換なしに加工を完了することができる。
あるいは、幅広い溝の底部に狭い溝を二段に形成する場合、高さ寸法が大きく小径のカッタと、高さ寸法が小さく大径のカッタとを組み合わせた切削工具とすることで、工具交換なしに加工を完了することができる。
【００１６】
本発明のアングルヘッド切削工具において、前記カッタは、前記スピンドルを通して供給される高圧空気により回転駆動されるエアモータを有する構成が採用できる。
あるいは、前記カッタは、電動モータを有するものとしてもよい。
このような本発明では、ロータがスピンドルの回転動作を利用して回転駆動されるのに対し、カッタの回転駆動に個別のモータを用いるため、構成を簡略にでき、保守性も向上できる。また、カッタおよび各ロータの駆動が独立しているため、カッタを回転させて溝加工を実行している最中であっても各ロータをそれぞれ回転させることができ、同時に回転させることで加工される溝幅を連続的に変化させることも可能である。
【００１７】
本発明のアングルヘッド切削工具において、前記ジョイントは、前記シャンクの回転軸線と平行な軸線に沿って延びかつ前記ヘッドに嵌合するサブシャンクであることが望ましい。
このようなサブシャンクを用いることで、シャンクをスピンドルに装着する動作の際に、一括してサブシャンクをヘッドに接続することができ、切削工具としての着脱を効率よくかつ確実に行うことができる。
【００１８】
本発明のアングルヘッド切削工具において、前記ケースには、前記ロータを前記ケースに対して廻り止めする解除可能な廻り止め機構が形成されていることが望ましい。
このような廻り止めを採用することで、ワークの切削中に切削負荷によりケースが移動することを防止でき、スピンドルの回転により高精度に割り出したロータの回転角度位置を確実に維持することができる。
【００１９】
本発明のアングルヘッド切削工具において、前記廻り止め機構は、通電時に前記ロータを前記ケースに対して廻り止めするとともに、非通電時に廻り止めを解除する電磁クラッチであることが望ましい。
このような電磁クラッチとすることで、廻り止めの断続を簡単かつ確実に操作することができる。
なお、通電時に廻り止めする機構は通常のソレノイド等を利用すればよく、非通電時に廻り止めを解除する機構としてはばね等でソレノイド等を逆向きに付勢しておく構造などが採用できる。
【００２０】
本発明のアングルヘッド工作機械は、 ワークを載置するテーブルと、ヘッドに回転自在に支持されたスピンドルと、前記スピンドルに装着されて前記ワークに溝加工を行うアングルヘッド切削工具とを有するアングルヘッド工作機械であって、前記切削工具は、前記スピンドルに装着されるシャンクと、前記シャンクからその回転軸線に沿って延びるシャンク軸と、前記シャンク軸を回転自在に支持するケースと、前記ケースを前記ヘッドに接続するジョイントと、前記ケースに回転自在に支持されかつ前記シャンク軸と交叉方向に配置されたロータ軸と、前記シャンク軸の回転を前記ロータ軸に伝達する伝達機構と、前記ロータ軸に接続されて前記ロータ軸と一体に回転するロータと、前記ロータに設置されて前記ロータ軸の回転軸線に平行なカッタ軸を有する複数のカッタと、を有することを特徴とする。
このような本発明では、前述したアングルヘッド切削工具について述べた本発明の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ロータに支持されたカッタとシャンクとをケースにおいて交叉方向に配置することでアングルヘッド機能が得られるとともに、ロータの回転角度位置によって複数のカッタの配置を変更することができ、この配置変更により異なる幅の溝をワークに加工できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】前記第１実施形態を示す正面図である。
【図３】前記第１実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。
【図４】前記第１実施形態の最小幅での溝加工を示す模式図である。
【図５】前記第１実施形態の中間幅での溝加工を示す模式図である。
【図６】前記第１実施形態の最大幅での溝加工を示す模式図である。
【図７】前記第１実施形態の溝幅を変更しながらの溝加工を示す模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。
【図９】本発明の第３実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図７には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１に示すように、本発明のアングルヘッド切削工具１は、シャンク１０、ケース２０、ジョイント３０、ロータ４０、一対のカッタ５０を有する。そして、図２に示すように、工作機械のスピンドル２およびこれを支持するヘッド３に装着されてワークに対する溝加工を行うものである。
【００２４】
シャンク１０は、通常の工具に多用されるテーパーシャンク１１および自動工具交換用の支持部１２を備え、このテーパーシャンク１１でスピンドル２に接続されることで、スピンドル２と一体に回転可能である。
シャンク１０は、テーパーシャンク１１からその回転軸線に沿ってケース２０内へと延びるシャンク軸１３を有する。
【００２５】
ケース２０は、円筒形の上ケース２１および下ケース２２を有し、下ケース２２の周面には側ケース２３が接続されている。
ジョイント３０は、ケース２０の周面から径方向へ膨出した保持部３２を有し、この保持部３２には円錐台状のサブシャンク３１が形成されている。このサブシャンク３１は、前述したテーパーシャンク１１と平行な軸線で円錐台状に形成され、ヘッド３から延びる延長部３Ａに接続可能である。この延長部３Ａとサブシャンク３１との接続により、ケース２０はヘッド３に対して廻り止め固定される。
【００２６】
ロータ４０は、側ケース２３の端面に設置された円盤状のプレート４１を有するとともに、プレート４１の中心軸線に沿ってケース２０内へと延びるロータ軸４３を有する。
ロータ軸４３は、前述したシャンク軸１３に対して直交方向に配置されている。
カッタ５０は、ロータ４０のプレート４１に２個一対で設置されている。
カッタ５０は、円筒状のホルダ５１の周面ないし端面にかけて複数の刃物５２を装着したものであり、カッタ駆動用のモータ５３で回転駆動されることで、刃物５２によりワークに対する溝加工を行うことができる。
図３に示すように、カッタ５０の刃物５２およびモータ５３の回転軸線ＡＣ（カッタ軸）は、前述したロータ軸４３の回転軸線ＡＲに対して平行、つまりシャンク軸１３およびスピンドル２の回転軸線ＡＳとは直交方向に配置されている。
【００２７】
図３において、ケース２０の内部には、シャンク軸１３およびロータ軸４３を支持する軸受１４，４４が設置されている。さらに、ケース２０の内部には、シャンク軸１３およびロータ軸４３の回転伝達を行う伝達機構６０が設置され、ロータ４０をケース２０に対して廻り止めする解除可能な廻り止め機構７０が設置されている。
【００２８】
上ケース２１の内部にはボール式の軸受１４が設置され、この軸受１４によりシャンク軸１３が回転自在に支持されている。
側ケース２３の内部にはボール式の軸受４４が設置され、この軸受４４によりロータ軸４３が回転自在に支持されている。
【００２９】
伝達機構６０は、シャンク軸１３の先端に固定された傘歯車６１と、ロータ軸４３の先端に固定された傘歯車６２とを有し、これらの噛合により直交配置されたシャンク軸１３およびロータ軸４３の間で回転伝達を行うことができる。
【００３０】
廻り止め機構７０は、側ケース２３で支持された電磁クラッチ７１を有する。
電磁クラッチ７１は、ロータ軸４３に固定された傘歯車６２の裏面に対向する摩擦板７２を有する。摩擦板７２は、ばね７３により傘歯車６２に向けて付勢されており、通常は傘歯車６２の裏面に圧接されることで、傘歯車６２ないしロータ軸４３をケース２０に対して制動し、廻り止めを行う。一方、ばね７３と並列に設置されたソレノイド７４に電線７５から通電があった際には、ソレノイド７４により摩擦板７２が傘歯車６２の裏面から離隔され、前述した制動および廻り止めが解除されるようになっている。
なお、電磁クラッチ７１を操作するための電線７５は、ケース２０外に引き出され、工作機械の制御装置等に接続され、その制御下におかれる。
【００３１】
本実施形態においては、カッタ５０は、カッタ駆動用のモータ５３として高圧空気によって回転するエアモータを用いている。
このエアモータ式のモータ５３に高圧空気を供給するために、次のような構成が採用されている。
シャンク軸１３には、その中心軸線に沿って貫通する通路１５が形成されており、シャンク１０がスピンドル２に装着された状態では、スピンドル２から供給される高圧空気がシャンク軸１３の傘歯車６１側の先端まで導入される。
【００３２】
ロータ軸４３にも、その中心軸線に沿って貫通する通路４５が形成され、この通路４５はプレート４１に形成された通路４６を経由して各モータ５３まで連通されている。
シャンク軸１３の傘歯車６１側の先端とロータ軸４３の傘歯車６２側の先端との間は、回転自在なカプラを含む連結配管６３で接続されている。
これらにより、シャンク軸１３の傘歯車６１側の先端まで導入された高圧空気は、ロータ軸４３の通路４５およびプレート４１の通路４６を経て各モータ５３に供給され、供給された高圧空気により各モータ５３が回転駆動されるようになっている。
【００３３】
このような本実施形態においては、次のような手順により、溝幅を調整しつつ、溝加工を行う。
先ず、溝幅の設定として、廻り止め機構７０を解除した状態で、スピンドル２を回転させる（Ｃ軸制御する）。これにより、シャンク軸１３、伝達機構６０およびロータ軸４３を介してロータ４０が回転され、加工する溝に対するカッタ５０の並び方向を変更することができ、この並び方向により加工する溝幅を調整することができる。
溝幅が設定できたら、廻り止め機構７０を制動状態とし、加工を開始する。
加工にあたっては、スピンドル２から高圧空気を供給することでカッタ５０を回転させ、ワークに対して切削を行う。その際、カッタ５０の回転速度等は、スピンドル２からの高圧空気の供給状態（圧力および流量）を介して工作機械側から制御することができる。
【００３４】
図４から図６には、ワーク４に溝５を加工する際の溝幅調整の具体例が示されている。
なお、各図において、一対のカッタ５０は各々のカッタ回転軸ＡＣを中心に、例えば反対方向に回転駆動され、ワーク４に対する切削を行う。また、溝５の連続方向となるカッタ５０の送り方向ＤＭ、カッタ５０単体の最大外径Ｄ、一対のカッタ５０の並び方向ＤＣ、溝５の最小幅Ｗ１、中間的な幅Ｗ２、最大幅Ｗ３とする。
【００３５】
図４において、溝５を最小幅Ｗ１とする場合、一対のカッタ５０を回転させてカッタ５０の並び方向ＤＣを溝５の方向ＤＭに合わせる。
この状態では、方向ＤＭから見ると、一対のカッタ５０は重なって最外側の距離はカッタ５０の最大外径Ｄひとつ分になる。
従って、この状態でカッタ５０を回転させて切削を行いつつ、カッタ５０を方向ＤＭへと送ることで、最小幅Ｗ１＝最大外径Ｄの溝５が形成される。
【００３６】
図５において、溝５を中間的な幅Ｗ２とする場合、一対のカッタ５０を回転させてカッタ５０の並び方向ＤＣを溝５の方向ＤＭに対して角度Ｓ２だけ傾斜させる。
この状態では、方向ＤＭから見ると、一対のカッタ５０が並び、最外側の距離はカッタ５０の最大外径Ｄひとつ分よりも大きくなる。
従って、この状態でカッタ５０を回転させて切削を行いつつ、カッタ５０を方向ＤＭへと送ることで、幅Ｗ２＞最大外径Ｄの溝５が形成される。
【００３７】
図６において、溝５を最大幅Ｗ３とする場合、一対のカッタ５０を回転させてカッタ５０の並び方向ＤＣを溝５の方向ＤＭに対して直交方向とする。
この状態では、方向ＤＭから見ると、一対のカッタ５０が互いに真横に並び、最外側の距離はカッタ５０の最大外径Ｄひとつ分と一対のカッタ回転軸の距離との和となる。
従って、この状態でカッタ５０を回転させて切削を行いつつ、カッタ５０を方向ＤＭへと送ることで、最大幅Ｗ３の溝５が形成される。
【００３８】
さらに、本実施形態のアングルヘッド切削工具１は、カッタ５０を回転させつつ廻り止め機構７０を解除し、ロータ４０を回転させることで、カッタ５０の並び方向ＤＣを変化させながら同時に切削加工を進めることができる。このような加工により、連続的に幅が変化する溝を加工することができる。
【００３９】
図７において、溝５は板状のワーク４の端面に加工されるテーパ溝である。このような溝５は本発明のアングルヘッド切削工具１で簡単に加工することができる。
先ず、一対のカッタ５０の最外側の距離が幅Ｗ４となるようにカッタ５０の並び方向ＤＣの傾きＳ４を調整しておく。この状態でカッタ５０をそれぞれ回転させてワーク４に切り込む。
続いて、切削と平行してカッタ５０の並び方向ＤＣの傾きを変化させつつ切削を進め、ワーク４の出口側でカッタ５０の最外側の距離が幅Ｗ５となるような並び方向ＤＣの傾きＳ５となるまで回転位置を調整する。
【００４０】
このような並び方向ＤＣの調整と平行して切削を進めることで、テーパ溝の加工が１パスで実施できる。
なお、図７において、一対のカッタ５０は、並び方向ＤＣがカッタ５０の送り方向ＤＭに対して傾斜しており、ふたつのカッタ５０は送り方向ＤＭに対して前後になる。一方、テーパ状の溝５は送り方向ＤＭに沿って幅が変化するため、それぞれカッタ５０がある位置では異なる幅となる。従って、送り動作にあたっては、送り方向ＤＭに対して幅方向にオフセットＯＦをとり、前後のカッタ５０が正確に溝５の内側を切削するように補正することが好ましい。
【００４１】
〔第２実施形態〕
図８には、本発明の第２実施形態が示されている。
図８において、アングルヘッド切削工具１Ａは、前述した第１実施形態と同様なシャンク１０、ケース２０、ジョイント３０、ロータ４０、カッタ５０、伝達機構６０、廻り止め機構７０を有する。これらの共通する構成については、簡略化のため同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４２】
前記第１実施形態では、カッタ５０の駆動用にエアモータ式のモータ５３を用いていた。これに対し、本実施形態では、電動モータ式のモータ５３Ａを用いる。
モータ５３Ａは、プレート４１に対する設置状態は前記第１実施形態と同様であるが、モータ５３Ａの側面には接続端子５４Ａが形成され、この接続端子５４Ａに接続された電線５５Ａは、プレート４１の中心に形成された通路４６Ａからロータ軸４３を貫通する通路４５を経てケース２０内へ導かれ、廻り止め機構７０の電線７５とともにケース２０外へと引き出されるようになっている。
【００４３】
このような本実施形態によっても、一対のカッタ５０をそれぞれ回転駆動できるとともにロータ４０の回転により一対のカッタ５０の並び方向ＤＣ（図４〜図６参照）を調節することができ、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００４４】
〔第３実施形態〕
図９には、本発明の第３実施形態が示されている。
図９において、アングルヘッド切削工具１Ａは、前述した第１実施形態と同様なシャンク１０、ケース２０、ジョイント３０、ロータ４０、カッタ５０、伝達機構６０、廻り止め機構７０を有する。これらの共通する構成については、簡略化のため同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４５】
前記第１実施形態では、ロータ軸４３は軸受４４によりケース２０に支持され、その一端にロータ４１が接続され、他端に傘歯車６２が固定されていた。
これに対し、本実施形態では、ロータ軸４３はケース２０内を横断するように延長され、ロータ４１と反対側の端部はケース２０に設置された軸受４４Ｂで支持され、その近傍に傘歯車６２Ｂが固定されている。
【００４６】
軸受４４Ｂは、下ケース２２の側面のうち、側ケース２３と反対側になる位置に設置され、ロータ軸４３の端部を回転自在に支持している。
傘歯車６２Ｂは、ロータ軸４３の途中部分に固定され、シャンク軸１３の傘歯車６１に噛合されており、シャンク軸１３の回転をロータ軸４３に伝達可能である。本実施形態では、これらの傘歯車６１，６２Ｂにより、伝達機構６０が構成される。
【００４７】
本実施形態において、廻り止め機構７０は、下ケース２２の内面のうち、側ケース２３と反対側になる位置に電磁クラッチ７１Ｂを備えている。
電磁クラッチ７１Ｂは、第１実施形態と同様な要素、すなわち摩擦板７２、ばね７３、ソレノイド７４、電線７５を備えたものである。
電磁クラッチ７１Ｂは、下ケース２２の内面に設置され、傘歯車６２Ｂの裏面に圧接されて制動可能であり、これらにより廻り止め機構７０が構成される。
【００４８】
本実施形態では、ロータ軸４３の外周に回転自在なカプラ６４Ｂが設置されている。
ユニバーサルカプラ６４Ｂは、ロータ軸４３に対して回転自在に装着され、両側に一対のガスシールの間に内周を一巡するキャビティを有する。
ロータ軸４３においては、エア供給用の通路４５がロータ４１側からカプラ６４Ｂが設置された位置まで形成されており、側方に延びるバイパス孔を介して通路４５とカプラ６４Ｂ内のキャビティが連通される。
カプラ６４Ｂの外周には、第１実施形態と同様な連結配管６３Ｂが接続され、カプラ６４Ｂ内のキャビティとシャンク軸１３の通路１５とが連通されている。
このようなシャンク軸１３の通路１５、連結配管６３Ｂ、カプラ６４Ｂ、ロータ軸４３の通路４５により、第１実施形態と同様に、スピンドル２からの高圧空気がモータ５３に供給されるようになっている。
【００４９】
このような本実施形態によっても、一対のカッタ５０をそれぞれ回転駆動できるとともにロータ４０の回転により一対のカッタ５０の並び方向ＤＣ（図４〜図６参照）を調節することができ、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
加えて、本実施形態では、第１実施形態よりもロータ軸４３が延長され、間隔をあけて配置された軸受４４，４４Ｂにより支持されるととも、軸受４４，４４Ｂが伝達機構６０を挟んだ両側に配置されるため、ロータ軸４３の軸心位置精度を高めることができる。
なお、本実施形態の構成において、第２実施形態のような電動式のモータ５３Ａを用いてもよい。
【００５０】
〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、ロータ軸４３とシャンク軸１３とを互いに直交させたが、直交ではなく他の角度で交叉させるようにしてもよい。
前記実施形態では、廻り止め機構７０として、摩擦板７２を用いた電磁クラッチ７１としたが、摩擦板ではなく噛み合い式のクラッチであってもよく、電磁式ではなくエア圧で動作するもの等であってもよく、要するにケース２０に対してロータ４０の制動が行えればよい。
そして、ロータ４０ないしロータ軸４３の一部を制動するのではなく、これに一体に回転する伝達機構６０の一部あるいはシャンク軸１３、シャンク１０を制動するものであってもよい。
【００５１】
前記実施形態では、ジョイント３０としてヘッド３に対してシャンク１０と同方向に係合するサブシャンク３１を用いたが、ヘッド３の側面に係合するような構造を用いてもよく、簡単な凹凸嵌合に限らず、螺合その他の他の係合構造を利用してもよい。
【００５２】
前記実施形態では、２つのカッタを用いたが、３つ以上のカッタを用いてもよい。３つ以上のカッタは、複数が一列に並ぶ配置、Ｖ字状の配置など、適宜な配置とすることができる。
本発明において、カッタとしては、ワークの切削を行うものに限らず、研磨、研削あるいは穿孔など、ワークからその材料を除去することで加工を行うための手段を広く含む。
【００５３】
前記実施形態では、２つのカッタ５０を同じものとしたが、一方を大径とし、他方を小径としてもよい。このような場合、並び方向ＤＣを送り方向ＤＭとした際の溝幅は大径のカッタの径となるが、小径のカッタを送り方向ＤＭの前側とすることで、先に小径の溝の切削を行い、続いて大径の溝に拡げるという二段切削を行うことができ、切削性が低い材料への適用などで効果的である。
同様に、２つのカッタ５０の一方を軸方向の高さが大きく、他方を高さが小さいものとしてもよい。このような構成では、溝の深さについての二段切削を行うことができる。さらに、高さおよび径の両方が異なるカッタを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、工作機械に装着されてワークに溝を切削加工するアングルヘッド切削工具およびワークに溝を切削加工するアングルヘッド工作機械として利用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１，１Ａ…アングルヘッド切削工具
２…スピンドル
３…ヘッド
３Ａ…延長部
４…ワーク
５…溝
１０…シャンク
１１…テーパーシャンク
１２…支持部
１３…シャンク軸
１４，４４，４４Ｂ…軸受
１５…通路
２０…ケース
２１…上ケース
２２…下ケース
２３…側ケース
３０…ジョイント
３１…サブシャンク
３２…保持部
４０…ロータ
４１…プレート
４３…ロータ軸
４５，４６，４６Ａ…通路
５０…カッタ
５１…ホルダ
５２…刃物
５３，５３Ａ…モータ
５４Ａ…接続端子
５５Ａ…電線
６０…伝達機構
６１，６２，６２Ｂ…傘歯車
６３，６３Ｂ…連結配管
６４Ｂ…カプラ
７０…廻り止め機構
７１，７１Ｂ…電磁クラッチ
７２…摩擦板
７３…ばね
７４…ソレノイド
７５…電線
ＡＣ…カッタ軸であるカッタの回転軸線
ＡＲ…ロータの回転軸線
ＡＳ…シャンクの回転軸線
Ｄ…最大外径
ＤＣ…並び方向
ＤＭ…送り方向
ＯＦ…オフセット
Ｓ２…角度
Ｗ１…最小幅
Ｗ２…中間的な幅
Ｗ３…最大幅
Ｗ４，Ｗ５…幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドに回転自在に支持されたスピンドルを有する工作機械に装着されてワークに溝加工を行うためのアングルヘッド切削工具であって、
前記スピンドルに装着されるシャンクと、前記シャンクからその回転軸線に沿って延びるシャンク軸と、前記シャンク軸を回転自在に支持するケースと、前記ケースを前記ヘッドに接続するジョイントと、前記ケースに回転自在に支持されかつ前記シャンク軸と交叉方向に配置されたロータ軸と、前記シャンク軸の回転を前記ロータ軸に伝達する伝達機構と、前記ロータ軸に接続されて前記ロータ軸と一体に回転するロータと、前記ロータに設置されて前記ロータ軸の回転軸線に平行なカッタ軸を有する複数のカッタと、を有することを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項２】
請求項１に記載したアングルヘッド切削工具において、
前記カッタは、前記スピンドルを通して供給される高圧空気により回転駆動されるエアモータを有することを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項３】
請求項１に記載したアングルヘッド切削工具において、
前記カッタは、電動モータを有することを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載したアングルヘッド切削工具において、
前記ジョイントは、前記シャンクの回転軸線と平行な軸線に沿って延びかつ前記ヘッドに嵌合するサブシャンクであることを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載したアングルヘッド切削工具において、
前記ケースには、前記ロータを前記ケースに対して廻り止めする解除可能な廻り止め機構が形成されていることを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項６】
請求項５に記載したアングルヘッド切削工具において、
前記廻り止め機構は、通電時に前記ロータを前記ケースに対して廻り止めするとともに、非通電時に廻り止めを解除する電磁クラッチであることを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項７】
ワークを載置するテーブルと、ヘッドに回転自在に支持されたスピンドルと、前記スピンドルに装着されて前記ワークに溝加工を行うアングルヘッド切削工具とを有するアングルヘッド工作機械であって、
前記切削工具は、
前記スピンドルに装着されるシャンクと、前記シャンクからその回転軸線に沿って延びるシャンク軸と、前記シャンク軸を回転自在に支持するケースと、前記ケースを前記ヘッドに接続するジョイントと、前記ケースに回転自在に支持されかつ前記シャンク軸と交叉方向に配置されたロータ軸と、前記シャンク軸の回転を前記ロータ軸に伝達する伝達機構と、前記ロータ軸に接続されて前記ロータ軸と一体に回転するロータと、前記ロータに設置されて前記ロータ軸の回転軸線に平行なカッタ軸を有する複数のカッタと、を有することを特徴とするアングルヘッド工作機械。
【請求項１】
ヘッドに回転自在に支持されたスピンドルを有する工作機械に装着されてワークに溝加工を行うためのアングルヘッド切削工具であって、
前記スピンドルに装着されるシャンクと、前記シャンクからその回転軸線に沿って延びるシャンク軸と、前記シャンク軸を回転自在に支持するケースと、前記ケースを前記ヘッドに接続するジョイントと、前記ケースに回転自在に支持されかつ前記シャンク軸と交叉方向に配置されたロータ軸と、前記シャンク軸の回転を前記ロータ軸に伝達する伝達機構と、前記ロータ軸に接続されて前記ロータ軸と一体に回転するロータと、前記ロータに設置されて前記ロータ軸の回転軸線に平行なカッタ軸を有する複数のカッタと、を有することを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項２】
請求項１に記載したアングルヘッド切削工具において、
前記カッタは、前記スピンドルを通して供給される高圧空気により回転駆動されるエアモータを有することを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項３】
請求項１に記載したアングルヘッド切削工具において、
前記カッタは、電動モータを有することを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載したアングルヘッド切削工具において、
前記ジョイントは、前記シャンクの回転軸線と平行な軸線に沿って延びかつ前記ヘッドに嵌合するサブシャンクであることを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載したアングルヘッド切削工具において、
前記ケースには、前記ロータを前記ケースに対して廻り止めする解除可能な廻り止め機構が形成されていることを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項６】
請求項５に記載したアングルヘッド切削工具において、
前記廻り止め機構は、通電時に前記ロータを前記ケースに対して廻り止めするとともに、非通電時に廻り止めを解除する電磁クラッチであることを特徴とするアングルヘッド切削工具。
【請求項７】
ワークを載置するテーブルと、ヘッドに回転自在に支持されたスピンドルと、前記スピンドルに装着されて前記ワークに溝加工を行うアングルヘッド切削工具とを有するアングルヘッド工作機械であって、
前記切削工具は、
前記スピンドルに装着されるシャンクと、前記シャンクからその回転軸線に沿って延びるシャンク軸と、前記シャンク軸を回転自在に支持するケースと、前記ケースを前記ヘッドに接続するジョイントと、前記ケースに回転自在に支持されかつ前記シャンク軸と交叉方向に配置されたロータ軸と、前記シャンク軸の回転を前記ロータ軸に伝達する伝達機構と、前記ロータ軸に接続されて前記ロータ軸と一体に回転するロータと、前記ロータに設置されて前記ロータ軸の回転軸線に平行なカッタ軸を有する複数のカッタと、を有することを特徴とするアングルヘッド工作機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３５０７７（Ｐ２０１３−３５０７７Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０５４０（Ｐ２０１１−１７０５４０）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
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