(57)【要約】  主軸（１６）に工具（Ｔ）またはワークを保持して、工具とワークとを相対移動させて加工を行う工作機械の主軸装置（１０）が、支承面（１２ｂ）を有する支持部材（１２）と、支承面で支持部材に離反可能に接し、主軸を回転可能に保持するハウジング（１４）と、ハウジングを支持部材に押圧する第１の付勢装置（２８）と、第１の付勢装置の押圧力を調整する押圧力調整部（１００）とを具備する。
2019187103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に工具またはワークを保持して、工具とワークとを相対移動させて加工を行う工作機械の主軸装置において、
支承面を有する支持部材と、
支承面で支持部材に離反可能に接し、主軸を回転可能に保持するハウジングと、
ハウジングを支持部材に押圧する第１の付勢装置と、
第１の付勢装置の押圧力を調整する押圧力調整部と、
を具備することを特徴とした工作機械の主軸装置。
【請求項２】
第１の付勢装置は、ハウジングを支持部材へ向けて押圧するピストンを有した油圧シリンダを具備する請求項１に記載の主軸装置。
【請求項３】
工作機械のNC装置からの加工条件に基づいて、油圧シリンダへ供給する油圧を調節する制御装置を具備する請求項２に記載の主軸装置。
【請求項４】
更に、ハウジングを一定の押圧力で支持部材に押圧する第２の付勢装置を具備する請求項２に記載の主軸装置。
【請求項５】
第２の付勢装置は、ハウジングを支持部材へ向けて押圧する弾性部材を具備する請求項４に記載の主軸装置。
【請求項６】
第２の付勢装置は、ハウジングを支持部材に向けて付勢する磁石を具備する請求項５に記載の主軸装置。
【請求項７】
第２の付勢装置の弾性部材は、コイルばねである請求項５に記載の主軸装置。
【請求項８】
複数の第１と第２の付勢装置が、主軸の回転軸線を中心とする同一円周上に配設されている請求項４に記載の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調節可能な保持力で主軸を支持部材に保持するようにした工作機械の主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先端に回転工具を装着して、該回転工具をワークに対して相対移動させて、該ワークを加工する工作機械において、主軸を加工開始位置等の所定値に早送りするような場合に、工具とワークとが衝接してしまうことが生じ得る。そうした場合に主軸を回転可能に支持する軸受が損傷する可能性がある。そうした問題を解決するために、特許文献１には、ワークスピンドルを保持する内側リングを外側リング内に移動可能に配置し、圧縮ばねと磁石とによって、内側リングを所定の保持力で外側リング内の作用位置に保持うるようにした主軸装置が記載されている。【０００３】
特許文献１の主軸装置では、磁石と圧縮ばねとを用いて主軸を保持しており、磁石と圧縮ばねとにって生成される保持力よりも大きな外力が主軸に作用したときに、内側リングが外側リングに対して移動し、これによって、主軸装置、特に主軸および主軸を支持する軸受の損傷が防止されようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０８６３５６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
然しながら、特許文献１の発明では、内側リングは圧縮ばねと磁石によって発生する保持力で外側リングに保持されている。従って、内側リングを外側リングに保持する保持力は常に一定となっている。従って、主軸が高速で回転している、つまり負荷の比較的小さな加工のときに主軸を保護しながら、主軸が低速で回転している荒加工のような重切削を高効率で行うことでできない。つまり、保持力が必要以上に大きいと、主軸がワーク等に衝接したときに、衝接によって生じる衝撃が主軸のための軸受に作用し、軸受が損傷してしまう。一方、保持力が小さいと、荒加工のような場合、主軸に作用する負荷が大きいために、送り速度は小さくならざるを得ず、加工効率が低くなってしまう。【０００６】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、工作機械の利用状況に応じて、主軸を回転可能に支持するハウジングの保持力を調節して、主軸の高速回転時の主軸の保護と、低速で回転時の加工効率を高めた主軸装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本実施形態によれば、主軸に工具またはワークを保持して、工具とワークとを相対移動させて加工を行う工作機械の主軸装置において、支承面を有する支持部材と、支承面で支持部材に離反可能に接し、主軸を回転可能に保持するハウジングと、ハウジングを支持部材に押圧する第１の付勢装置と、第１の付勢装置の押圧力を調整する押圧力調整部とを具備する工作機械の主軸装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本実施形態によれば、例えば、主軸装置を早送りしている場合や切削送りしている場合のような工作機械の利用状況に応じて、主軸装置のハウジングを支持部材に押圧する第１の付勢装置による押圧力を調節することが可能となる。これにより、特に、荒加工や重切削の場合にハウジングを支持部材に対してしっかりと保持して加工効率を高めると共に、主軸装置を早送りしている場合や、仕上げ加工の場合に、支持部材へハウジングを押圧する押圧力を低減して、主軸１６を回転可能に支持する軸受を確実に保護できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の好ましい実施形態による主軸装置の略示断面図である。
【図２】主軸装置を主軸の回転軸線に垂直な平面内で早送りする間に、主軸または主軸に装着した工具がワーク等と衝接した場合の図１と同様の断面図である。
【図３】主軸装置を主軸の回転軸線と平行な方向に切削送りする際に、ハウジングを支持部材へ付勢する押圧力が不十分で、支持部材から離反したハウジングを示す図１と同様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
本実施形態による主軸装置１０は、支持部材１２に対して移動可能に支持されたハウジング１４、ハウジング１４に回転可能に支持された主軸１６を具備している。主軸１６は、前側ベアリング１８および後側ベアリング２０によって、ハウジング１４に回転軸線Ｏを中心として回転可能に支持されている。本実施形態において、主軸１６は先端部に工具ホルダを介して工具、特にエンドミルのような回転工具Ｔを保持するようになっている。主軸１６の先端部には、工具ホルダに装着された工具Ｔを取り付けるためのテーパ穴１６ａが形成されている。
【００１１】
主軸装置１０は、また、主軸１６を回転軸線Ｏを中心として回転駆動する主軸モータを有している。主軸モータは、ハウジング１４の内周面に固定されたステータ２４と、ステータ２４に対面するように主軸１６の外周面に固定されたロータ２２とを具備し、ビルトインモータを形成している。主軸モータは、ビルトインモータには限定されず、ハウジング１４の外部に配置され主軸１６の後端に連結されたサーボモータ（図示せず）としてもよい。主軸モータ２２、２４は、該工作機械を制御するNC装置（図示せず）に接続され、該NC装置によってその起動停止および回転速度が制御される。
【００１２】
ハウジング１４は回転軸線Ｏに沿って主軸１６を収容する中空状の部材であり、外周面から半径方向に突出するフランジ部１４ａを有している。フランジ部１４ａには、当接面１４ｃが形成されている。当接面１４ｃは、支承面１２ｂとは反対側に回転軸線Ｏに対して垂直な平面となっている。ハウジング１４は、更に、テーパ面１４ｂを有している。テーパ面１４ｂは、主軸１６の後端方向に拡開する円錐面から成る。本実施形態では、テーパ面１４ｂは、フランジ部１４ａの一部として形成されているが、テーパ面の位置はこれに限定されず、適当な位置に配置することができる。フランジ部１４ａには、また、複数の磁石２６が配設されいる。
【００１３】
支持部材１２は、工作機械のＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸の直線送り軸の１つ、例えば回転軸線Ｏと平行なＺ軸軸方向に移動可能に設けられたＺ軸スライダや主軸台とすることができる。支持部材１２は、ハウジング１４を受容する開口部１２ａを有している。開口部１２ａ内には、ハウジング１４のフランジ部１４ａの下面を支持する支承面１２ｂが形成されている。支承面１２ｂは、後述するように、少なくとも部分的に球面から形成される。フランジ部１４ａの底面は、該支承面１２ｂに対して相補形状に、少なくとも部分的に球面状に形成されている。
【００１４】
支持部材１２には、また、ハウジング１４のテーパ面１４ｂに対して相補形状のテーパ面１２ｃが形成されている。なお、支持部材１２を形成するＺ軸スライダや主軸台は、工作機械のNC装置によって制御されるＺ軸送り装置（図示せず）によってＺ軸方向に駆動される。
【００１５】
主軸装置１０は、更に、調節可能な押圧力をハウジング１４に印加する第１の押圧装置として、油圧シリンダ２８を具備している。油圧シリンダ２８は、シリンダ部２８ａと、ピストン３０とを有している。シリンダ部２８ａは支持部材１２の開口部１２ａ内に固定されている。シリンダ部２８ａには、油圧源１００から油圧を受ける油圧ポートを有した継手部２８ｂが形成されている。
【００１６】
ピストン３０はシリンダ部２８ａ内に配置され、シリンダ部２８ａとピストン３０との間に、前記油圧ポートに連通した圧力室が画成される。ピストン３０は、油圧源１００から油圧室に供給される油圧によってＺ軸方向に前進する（図１〜３では下方）。ピストン３０は、シリンダ部２８ａから軸方向に突出した作用棒３０ａを有している。作用棒３０ａの先端は球面状に形成されている。作用棒３０ａは、先端部においてハウジング１４の当接面１４ｃに当接する。
【００１７】
主軸装置１０は、更に、一定の押圧力をハウジング１４に印加する第２の押圧装置として、コイルばね３２を具備している。コイルばね３２は、バネ押さえ３４によって、開口部１２ａ内に保持されている。油圧シリンダ２８とコイルばね３２は、Ｚ軸を中心とする同一円周上に配置されている。油圧シリンダ２８とコイルばね３２の個数は、例えば加工負荷等の主軸装置１０に要求される条件や、油圧シリンダ２８に供給される油圧の大きさ、コイルばね３２の強さによって適宜選択することができる。一例として、３つの油圧シリンダ２８と３つのコイルばね３２が、Ｚ軸を中心として周方向に６０°毎に等角度間隔で交互に配置される。他の例として、３つの油圧シリンダ２８と、９つのコイルばねをＺ軸を中心として周方向に３０°間隔で配置してもよい。
【００１８】
油圧シリンダ２８に油圧を供給する油圧源１００は、制御装置１０２、タンク１０４から作動油を油圧シリンダ２８へ向けて圧送するポンプ１０６、ポンプ１０６の吐出口に接続された供給管路１１４、供給管路１１４に設けられた減圧弁１０８および方向制御弁１１０、および、戻り管路１１６に設けられたリリーフ弁１１２を主要な構成要素として具備している。
【００１９】
制御装置１０２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ＳＳＤ、これらを接続する双方向バス、関連したプログラム、NC装置２００との通信ポート、後述するポンプ１０６の駆動モータ１０６ａ、および、出力ポートを含むことができる。出力ポートは、方向制御弁１１０のソレノイド１１０ａ、および、リリーフ弁１１２のソレノイド１１２ａを駆動する電流を出力する。制御装置１０２は、工作機械の工具マガジン（図示せず）や、工具交換装置（図示せず）、加工液供給装置のような工作機械の関連機器を制御する機械制御装置の一部から形成することができる。或いは、制御装置１０２は、NC装置２００の一部として形成してもよい。
【００２０】
制御装置１０２は、ポンプ１０６の駆動モータ１０６ａに接続されており、ポンプ１０６の起動停止を制御する。減圧弁１０８は、ポンプ１０６から吐出される作動油の圧力を所定圧力に減圧する。方向制御弁１１０は、第１と第２の位置の間で作動する２位置４ポートの方向制御弁１１０である。方向制御弁１１０が図１に示す第１の位置にあるとき、ポンプ１０６と油圧シリンダ２８の間が切断され、油圧シリンダ２８の油圧室はタンク１０４に開放される。
【００２１】
方向制御弁１１０が、第２の位置にあるとき、ポンプ１０６の吐出口は油圧シリンダ２８の圧力室に連通する。これにより、ピストン３０がＺ軸に沿って押し出され、作用棒３０ａは、当接面１４ｃに当接する先端部においてハウジング１４をＺ軸方向に押圧する。リリーフ弁１１２が開くことによって、供給管路１１４内の作動油の一部が戻り管路１１６を通って、供給管路１１４からタンク１０４へ排出され、供給管路１１４内の圧力が低減される。リリーフ弁１１２は、ソレノイド１１２ａによって開度が制御される。従って、油圧シリンダ２８が生成する押圧力は、リリーフ弁１１２のソレノイド１１２ａに供給する電流値を制御することによって制御される。
【００２２】
以下、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態では、主軸１６の先端に装着された回転工具Ｔを回転させつつ、工作機械のＸ、Ｙ、Ｚの送り軸によって、主軸１６および工具Ｔをテーブルに固定したワーク（図示せず）に対して相対移動させてワークを加工する。その間、ハウジング１４は、コイルばね３２、磁石２６、および、油圧シリンダ２８によって支持部材１２に対して押圧、固定される。
【００２３】
その間、制御装置１０２は、ＮＣ装置２００が読取り解釈したＮＣプログラムをNC装置２００から受け取り、これを解析する。解析したＮＣプログラム中に記載されている指令、特に主軸装置１０の送りモード、送り速度、主軸回転速度、工具の種類に基づいて、制御装置１０２は、リリーフ弁１１２のソレノイド１１２ａへの駆動電流を制御し、リリーフ弁１１２の開度を制御し、油圧シリンダ２８へ供給する油圧を以下のように制御する。なお、本願において、主軸装置１０の送りモードは、送り軸による主軸１６とワークとの相対的な送り動作の切削送りおよび早送りのモードのことであり、送り速度は、主軸１６とワークとの間の相対的な速度のことである。
【００２４】
（１）主軸装置１０の送りモードおよび／または送り速度から、主軸装置１０の送りが早送りと判断される場合、加工は行われておらず、工具Ｔには加工に基づく負荷が作用していない。従って、主軸１６の回転速度が低速でも高速でも、リリーフ弁１１２の開度を大きくして油圧シリンダ２８へ供給する油圧を低くし、支持部材１２に対するハウジング１４の保持力を低減する。或いは、リリーフ弁１１２を全開にして、油圧シリンダ２８へ供給する油圧を実質的に０（零）にしてもよい。これにより、早送り中に工具Ｔがワークに衝接したとき、主軸装置１０のハウジング１４が支持部材１２に対して容易に傾き、主軸１６を回転支持する軸受１８、２０が損傷することを防止できる。その際、油圧シリンダ２８のピストン３０の作用棒３０ａの先端が球面状に形成されているので、ハウジング１４が傾斜しても適切な押圧力を支承面１４ｃに印加することができる。
【００２５】
（２）主軸装置１０の送りモードおよび／または送り速度から、主軸装置１０の送りが切削送りであると判断される場合、主軸１６の回転速度が低速であれば、荒加工または重切削の加工を行うと判断できる。荒加工または重切削の加工の場合、工具Ｔには大きな負荷が作用する。従って、リリーフ弁１１２の開度を小さくして油圧シリンダ２８へ供給する油圧を高くし、支持部材１２に対するハウジング１４の保持力を増大する。これにより、ハウジング１４は支持部材１２にしっかりと保持され、荒加工または重切削の加工が可能になる。
【００２６】
（３）主軸装置１０の送りモードおよび／または送り速度から、主軸装置１０の送りが切削送りであると判断される場合、主軸１６の回転速度が高速であれば、仕上げ加工を行うと判断できる。仕上げ加工の場合、工具Ｔに作用する負荷は低くなる。従って、リリーフ弁１１２の開度を大きくして油圧シリンダ２８へ供給する油圧を低減する。これにより、仕上げ加工中に工具Ｔとワークとの衝接したとき、主軸装置１０のハウジング１４が支持部材１２に対して容易に傾動し、主軸１６を回転支持する軸受１８、２０が損傷することを防止できる。
【００２７】
（４）主軸装置１０の送りモードおよび／または送り速度から、主軸装置１０の送りが切削送りであると判断され、かつ、ＮＣプログラムによって選択された工具Ｔがドリルの場合には、送り速度によらず、リリーフ弁１１２の開度を小さくして油圧シリンダ２８へ供給する油圧を高くする。これによって、ドリルによる穴あけ加工中に工具Ｔに作用する大きな軸方向への負荷に抗して、ハウジング１４を支持部材１２にしっかりと保持することが可能となり、例えば図３に示すように、穴あけ加工中にハウジング１４が回転軸線Ｏ方向に支持部材１２から離反してしまうことが防止される。
【００２８】
本実施形態によれば、主軸装置１０の送りモード、送り速度、主軸回転速度、工具の種類に基づいて、支持部材１２に対するハウジング１４の押圧力を可変に制御することによって、特に、荒加工や重切削の場合にハウジング１４を支持部材１２に対してしっかりと保持して加工効率を高めると共に、主軸装置１０を早送りする場合や、仕上げ加工の場合に、主軸１６を回転可能に支持する軸受１８、２０を確実に保護できるようになる。
【００２９】
図２、３のようにハウジング１４が支持部材１２から離反したときに、それまでの送り方向と反対方向に主軸装置１０を送ることによって、コイルばね３２による付勢力および磁石２６による磁力により、図１に示すように、ハウジング１４は支持部材１２に対して正常な位置に復帰する。その後、油圧シリンダ２８によりＺ軸方向の押圧力、例えば最大の押圧力をハウジング１４に更に印加することによって、ハウジング１４は支持部材１２の開口部１２ａ内に押入される。このとき、ハウジング１４のテーパ面１４ｂが、支持部材１２のテーパ面１４ｂが支持部材１２に形成されている相補形状のテーパ面１２ｃに嵌合することによって、ハウジング１４は支持部材１２に対して正確に位置決めされる。
【００３０】
なお、既述の実施形態では、主軸装置１０は、主軸１６の先端に回転工具Ｔを装着するようになっているが、本発明はこれに限定されず、主軸１６の先端にワークを取り付け、回転するワークに対してバイトのような切削工具を送ることによって、ワークを加工する旋盤のような工作機械の主軸装置とすることもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１０    主軸装置
１２    支持部材
１２ａ    開口部
１２ｂ    支承面
１２ｃ    テーパ面
１４    ハウジング
１４ａ    フランジ部
１４ｂ    テーパ面
１４ｃ    当接面
１６    主軸
１６ａ    テーパ穴
１８    前側ベアリング
２０    後側ベアリング
２２    ロータ
２４    ステータ
２６    磁石
２８    油圧シリンダ
２８ａ    シリンダ部
２８ｂ    継手部
３０    ピストン
３０ａ    作用棒
１００    油圧源
１０２    制御装置
１０４    タンク
１０６    ポンプ
１０６ａ    駆動モータ
１０８    減圧弁
１１０    方向制御弁
１１０ａ    ソレノイド
１１２    リリーフ弁
１１２ａ    ソレノイド
１１４    供給管路
１１６    管路
２００    装置
【図１】
2019187103.tif 000003
【図２】
2019187103.tif 000004
【図３】
2019187103.tif 000005
【国際調査報告】
2019187103.tif 000006
2019187103.tif 000007
2019187103.tif 000008
2019187103.tif 000009