(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動工具交換装置を有し、ハウジングに軸承された工具主軸に対して交換アームにより工具装着が行われる工作機械において、前記工具主軸に取り付けられたブロック部材と、前記ハウジングに設けられて前記工具主軸への工具装着時に前記工具主軸前端の方に前進させて前記ブロック部材を加圧押圧して前記工具主軸の軸心線方向の衝撃力を受け止める抑制手段とを設け、工具装着時の衝撃力を前記抑制手段によって阻止して工具主軸の軸受を保護することを特徴とした工具主軸の軸受保護装置。
【請求項２】
抑制手段は工具主軸をとり巻く状態でハウジングに取り付けられたリング状部材と、該リング状部材に円周上工具主軸軸心線方向円周上複数個所に設けられたシリンダ部と、該各シリンダ部に挿嵌され工具装着時工具主軸先端方向に前進させられるピストンと、該各ピストンを工具主軸後端方向に後退させるべく前記各シリンダ内に介装された圧縮ばねとを設けてなる請求項１に記載の工具主軸の軸受保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工作機械のマシニングセンタ及びターニングセンタにおいて、工具交換時に工具主軸に与えられる主軸軸心線方向の衝撃力から軸受を保護する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ及びターニングセンタにおいて自動工具交換装置の交換アームによって新工具を工具主軸先端に装着する場合、工具主軸には軸心線方向に衝撃力が加わることになる。そして昨今生産効率向上のためあらゆる面で高速化が進んできており、工具交換動作においても交換時間が順次短縮されてきているのが現状である。従って工具装着時の衝撃力も増大する傾向にある。図３は衝撃力の大きさを求めるための工具挿入時の加速度を示す実測グラフであり、工具交換アームに２５ｋｇの工具を２本把持させて、工具の抜き差し動作を行わせた場合に最大９．６ｇの加速度が発生したことを示している例である。この場合工具以外の工具交換アーム，旋回軸等の抜き差し動作を行う部分の総重量を４０ｋｇと仮定すると（２５ｋｇ×２＋４０ｋｇ）×９．６ｇ＝８６４ｋｇｆが主軸軸線方向に加わる衝撃力となる。
【０００３】
従来の工具主軸の一例としてマシニングセンタの主軸を図４に示す。
主軸１はハウジング２に対して前端部と、中央部と後端部がそれぞれ軸受３，４，５によって支持されていて、中心には軸心線方向に工具を引き上げてクランプするドローバ８が挿通されている。主軸１への回転伝達は図示しない主軸後部の歯車機構または主軸と同軸上にあるビルトインモータなどによって行われるものである。そして主軸先端のテーパ穴に工具が装着されると、上述のような大きさの衝撃力が主軸に与えられることになり、この衝撃力は主軸１から直接各軸受の内輪に伝播される。各軸受の外輪はハウジング２の段部にて位置を止められているので、外輪と内輪との間で軸方向にずれ力が発生し、無理な力が軸受に加わることになる。このずれ力は工具装着後直ちに解消するものであるが、主軸に工具装着の都度繰り返し生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で述べた通常の工具主軸は工具装着時の軸心線方向の衝撃力に対して軸受を保護するための対策が全く講じられていないため、工具装着の都度、軸受に直接衝撃力が作用し、軸受に悪影響を及ぼし、軸受寿命を短くするという問題を有している。
本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、工具主軸に工具を装着する際、軸受に衝撃力が加わらないよう、直接衝撃力を受ける軸受保護装置を追加して設けて、通常は従来と同一の工具主軸として作用させ、工具装着時のみ衝撃力が軸受に伝わらないようにする軸受保護装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１に記載された工具主軸の軸受保護装置は工具交換装置を有し、ハウジングに軸承された工具主軸に対して交換アームにより工具装着が行われる工作機械において、前記工具主軸に取り付けられたブロック部材と、前記ハウジングに設けられて前記工具主軸への工具装着時に前記工具主軸前端の方に前進させて前記ブロック部材を加圧押圧して前記工具主軸の軸心線方向の衝撃力を受け止める抑制手段とを設け、工具装着時の衝撃力を前記抑制手段によって阻止して工具主軸の軸受を保護するものである。
上述の装置によれば工具装着時に工具主軸のブロック部材とハウジングの抑制手段とを圧接させて衝撃力を受けるようになしたので、軸受に衝撃力が直接加わることがなく、軸受を衝撃力から保護することができる。
【０００６】
また請求項２に記載された工具主軸の軸受保護装置は、抑制手段が工具主軸をとり巻く状態でハウジングに取り付けられたリング状部材と、該リング状部材に円周上工具主軸軸心線方向円周上複数個所に設けられたシリンダ部と、該各シリンダ部に挿嵌され工具装着時工具主軸先端方向に前進させられるピストンと、該各ピストンを工具主軸後端方向に後退させるべく前記各シリンダ内に介装された圧縮ばねとを設けたものである。
上述の装置によれば抑制手段が工具主軸をとり巻くようにハウジングに取り付けられていて、円周上バランスよくシリンダが配設されているので衝撃力を均等に受けることが出来、ハウジングに偏った力を付与することがなくなる。従って工具主軸にも偏った反力が加えられることがなく、工具主軸に変形をおこさせることがなくなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は本発明の軸受保護装置を取り付けたマシニングセンタの主軸ユニットの説明図である。主軸１は主軸ハウジング２に対して前端部が複列円筒ころ軸受３と複列アンギュラ球軸受４とによって支持されていて、中央部が複列円筒ころ軸受５によって、また後端部が球軸受６によって支持されている。主軸１の中心軸線方向には、主軸１の先端テーパ穴に装着された工具７を引き上げてクランプするためのドローバ８が挿通されている。ドローバ８の先端には工具７の後端部に取り付けられているプルスタッド９に係合し把持するコレットチャック１０が取り付けられている。そして図示しない歯車列等の駆動装置によって主軸１が回転駆動されるものである。
【０００８】
以上の構成は従来技術と全く同一である。そして主軸１の中央部を支持している複列円筒ころ軸受５と後端部を支持している球軸受６との間に本発明の軸受保護装置が設けられている。即ち主軸１側としては中央部の複列円筒ころ軸受５に続いてドーナッツ状のブロック１１を取り付けている。またハウジング２側には工具装着時前記ブロック１１を加圧押圧する位置に抑制手段１２が取り付けられている。
【０００９】
次に抑制手段１２について図２により説明する。ハウジング２の内径段部に主軸１をとり巻く状態で抑制本体１３が取り付けられていてスナップリング１４により軸心線方向の位置が規制されている。抑制部本体１２には円周上複数個所にシリンダ１５のための穴が穿設されている。各シリンダ１５の穴にはピストン１６が挿嵌されていて、各ピストン１６の後部にはフランジ付ピストンロッド１７が固着されている。また各シリンダ１５には中央部にばね受け１８が挿入されていて、このばね受け１８と前記ピストンロッド１７のフランジ部との間に圧縮ばね１９が介装されている。更に各ピストン１６の前端面には前記ブロック１１を加圧押圧するためのピストンロッド２０が突設している。尚各シリンダ１５の後端部には組立用の蓋２１が取り付けられている。
【００１０】
次いで作用について説明する。
工具交換の指令が出ると制御装置２３からの指示で工具装着とタイミングを合わせて油圧方向切換弁２２のイのポジションが作用位置にもたらされ、ポンプＰからの圧油がシリンダ１５の後室に送り込まれる。ピストン１６は常時は圧縮ばね１９によって主軸後部の方向に後退させられていて、主軸１に取り付けられているブロック１１と離れているが、シリンダ１５の後室に圧油が送り込まれるとピストン１６は圧縮ばね１９に抗して前進し、前方のピストンロッド２０が主軸１に取り付けたブロック１１を加圧押圧して、わずかに主軸１を前方へ押圧した加圧状態で停止し待機する。
【００１１】
その後図示しない工具交換装置の交換アームによって新しい工具７が主軸１の前端部テーパ穴内に所定のスピードで挿入されると、挿入時の衝撃力が主軸１内に伝播される。主軸１は前記ピストンロッド２０によってわずかに前方へ加圧押圧された状態にあるため、衝撃力は先ずブロック１１からピストンロッド２０に伝わり、ピストン１６を前進させている圧油によって、この衝撃力が受け止められる。即ち衝撃力は抑制手段によって阻止されるので各軸受に作用することはなく、軸受が保護されるものである。新しい工具７の主軸１先端部テーパ穴への挿入が完了すると、ドローバ８が主軸１の後方へ引上げられて、ドローバ８先端のコレットチャック１０が新しい工具７の後端に取り付けられているプルスタッド９を把持して引上げ新しい工具７を主軸１にクランプする。
【００１２】
【発明の効果】
本発明においては工具主軸に加圧押圧用のブロックを設け、ハウジングには油圧により作動するピストンを主軸外周に複数個所バランスよく設けている。そして工具主軸先端テーパ穴への工具挿入時には、ピストンによってブロックを介して主軸は前方へ加圧押圧された状態で待機して、工具挿入による衝撃力はピストンを前進させている圧油によって受けとめるようになしたので、主軸軸受には主軸軸線方向の衝撃力が作用することがなく、主軸軸受を衝撃力による悪影響から保護して軸受の破損を防ぐことが出来るものである。また複数のピストンが主軸外周にバランスよく配設されているので、衝撃力を均等に受けることが出来、従って主軸にも不均衡な反力が加えられることがなく、主軸に変形をおこさせることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸受を保護する装置を取り付けた主軸ユニットの説明図である。
【図２】本発明の抑制手段の拡大説明図である。
【図３】工具挿入時の加速度を示すグラフである。
【図４】従来技術の主軸ユニットの説明図である。
【符号の説明】
１  工具主軸
２  ハウジング
１１  ブロック
１２  抑制手段
１３  抑制部本体
１５  シリンダ
１６  ピストン
１９  圧縮ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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