(57)【要約】【課題】主軸の各構成部品の寸法公差を厳密に管理、調整する必要がなく、低コストで製作が可能であり、また、加工精度の良好な主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械、並びに主軸装置の組付方法を提供する。【解決手段】主軸装置２０は、支持アーム９に旋回可能に取り付けられ、その旋回軸に対して略垂直な筒部２２を有するブラケット２１と、先端に工具を装着可能な回転部３１と、ブラケット２３の筒部２２に挿脱可能に取り付けられるハウジング３２と、回転部３１とハウジング３２との間に配置され、回転部３１をハウジング３２に対して回転自在に支持する軸受５０，５１と、を有する主軸３０と、を備えると共に、工具Ｗの旋回半径の誤差を吸収可能なスペーサ７１をさらに有する。【選択図】図４
2008161951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持アームに旋回可能に取り付けられ、その旋回軸に対して略垂直な筒部を有するブラケットと、
先端に工具を装着可能な回転部と、前記ブラケットの筒部に挿脱可能に取り付けられるハウジングと、前記回転部と前記ハウジングとの間に配置され、前記回転部を前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、を有する主軸と、を備える主軸装置であって、
前記工具の旋回半径の誤差を吸収可能なスペーサをさらに有することを特徴とする主軸装置。
【請求項２】
前記スペーサは、前記ブラケットの先端面と、該先端面と対向するように前記ハウジングに形成されたフランジ部の取付面との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする複合加工工作機械。
【請求項４】
支持アームに旋回可能に取り付けられ、その旋回軸に対して略垂直な筒部を有するブラケットと、
先端に工具を装着可能な回転部と、前記ブラケットの筒部に挿脱可能に取り付けられるハウジングと、前記回転部と前記ハウジングとの間に配置され、前記回転部を前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、を有する主軸と、を備える主軸装置の組付方法であって、
前記工具の旋回半径を測定する工程と、
測定された旋回半径と所望の旋回半径との誤差を吸収可能なスペーサを設ける工程と、
前記スペーサを介して前記主軸のハウジングを前記ブラケットに固定する工程と、
を有することを特徴とする主軸装置の組付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械並びに主軸装置の組付方法に関し、より詳細には、門形マシニングセンタの主軸ヘッドに取り付けられる主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械並びに主軸装置の組付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大物ワークと工具との三次元的な相対移動によって、切削、穴あけ等の加工を行なう複合加工工作機械として、例えば、ワークを取り付けたテーブルを直進往復運動させると共に、工具を有する主軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に制御する門形マシニングセンタが使用されている。
【０００３】
門形マシニングセンタでは、２つのコラムによって支持されたクロスレールにサドルが取り付けられ、サドルに対してＺ軸方向に移動するラムの端部に主軸ヘッドが取り付けられ、さらに、この主軸ヘッドの２本の支持アームにブラケットを介してモータビルトイン式の主軸が旋回可能に取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開第９６／４１６９５号パンフレット（第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のような複合加工工作機械では、工具が取り付けられる主軸はブラケットに直接ボルトで締結固定され、ブラケットと共に旋回される。例えば、主軸の各構成部品のメンテナンスを行なうために主軸の交換を行う場合、主軸の各構成部品の寸法に誤差が生じると、主軸交換後の工具の旋回半径にずれが生じ、加工精度が低下する可能性がある。また、工具の旋回半径を厳密に管理するためには、工具が取り付けられる主軸の各構成部品の寸法公差も厳密に管理する必要があり、製作コストが嵩むという問題がある。
【０００５】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、主軸の各構成部品の寸法公差を厳密に管理、調整する必要がなく、低コストで製作が可能であり、また、加工精度の良好な主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械並びに主軸装置の組付方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  支持アームに旋回可能に取り付けられ、その旋回軸に対して略垂直な筒部を有するブラケットと、
先端に工具を装着可能な回転部と、前記ブラケットの筒部に挿脱可能に取り付けられるハウジングと、前記回転部と前記ハウジングとの間に配置され、前記回転部を前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、を有する主軸と、を備える主軸装置であって、
前記工具の旋回半径の誤差を吸収可能なスペーサをさらに有することを特徴とする主軸装置。
（２）  前記スペーサは、前記ブラケットの先端面と、該先端面と対向するように前記ハウジングに形成されたフランジ部の取付面との間に配置されることを特徴とする（１）に記載の主軸装置。
（３）  （１）又は（２）に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする複合加工工作機械。
（４）  支持アームに旋回可能に取り付けられ、その旋回軸に対して略垂直な筒部を有するブラケットと、
先端に工具を装着可能な回転部と、前記ブラケットの筒部に挿脱可能に取り付けられるハウジングと、前記回転部と前記ハウジングとの間に配置され、前記回転部を前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、を有する主軸と、を備える主軸装置の組付方法であって、
前記工具の旋回半径を測定する工程と、
測定された旋回半径と所望の旋回半径との誤差を吸収可能なスペーサを設ける工程と、
前記スペーサを介して前記主軸のハウジングを前記ブラケットに固定する工程と、
を有することを特徴とする主軸装置の組付方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の主軸装置によれば、主軸のハウジングをブラケットに固定する際にスペーサを介して行なうことで、工具の旋回半径の誤差をスペーサによって吸収することができ、主軸の各構成部品の寸法公差を厳密に管理、調整する必要がなく、低コストで製作が可能であり、また、加工精度も良好となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る主軸装置及び複合加工工作機械としての門形マシニングセンタについて図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１に示すように、門形マシニングセンタ１では、ベッド２の上にテーブル３がＸ軸方向へ移動可能に支持されており、ベッド２の両側には一対のコラム４が立設されている。コラム４の上端にはクロスレール５が架設されており、クロスレール５には、サドル６がＹ軸方向へ移動可能に設けられる。また、サドル６には、Ｚ軸方向に昇降可能なラム７が支持されており、ラム７の下端には、本発明の主軸装置２０をＹ軸回り及びＺ軸回りに回転割出し駆動可能に保持する主軸ヘッド８が装着されている。
【００１０】
図２及び図３に示すように、主軸ヘッド８には、主軸装置２０のブラケット２１を挟むように一対の支持アーム９が設けられており、支持アーム９の内部には、ブラケット２１の両側面に固定された一対の旋回シャフト１０が複数の軸受１１を介して回転可能に収容されている。また、一方の旋回シャフト１０にはモータ１２が配置されており、これにより、主軸装置２０は一対の支持アーム９にＹ軸（旋回軸Ａ）回りに旋回可能に取り付けられる。なお、主軸装置２０の旋回駆動は、旋回シャフト１０まわりにモータ１２を配置する代わりに、旋回シャフト１０をギア駆動するものであってもよい。
【００１１】
図４及び図５に示すように、主軸装置２０のブラケット２１は、旋回シャフト１０がＹ軸方向の両側面に固定され、Ｘ軸方向（旋回軸に対して略垂直）に貫通する筒部２２を有するブラケット本体２３と、ブラケット本体２３の後端面に固定される後蓋２５と、を備える。そして、このブラケット本体２３の筒部２２には、主軸３０のハウジング３２が挿脱可能に取り付けられている。なお、図４中、符号２３ａは、旋回シャフト１０を取り付けるためのボルト孔である。
【００１２】
図５に示すように、主軸３０は、モータビルトイン式であり、先端に工具Ｗを装着可能な回転部３１と、ブラケット本体２３の筒部２２に挿脱可能に取り付けられるハウジング３２と、回転部３１とハウジング３２との間に配置され、回転部３１をハウジング３２に対して回転自在に支持する前側及び後側軸受５０，５１と、を有する。
【００１３】
ハウジング３２は、ステータ３４が取り付けられる中間ハウジング３５、スリーブハウジング３６、後側ハウジング３７、リヤカバー３８を有する外筒３９と、外筒３９と一体に形成される前側ハウジング４０と、前側ハウジング４０の前方に取り付けられる前蓋４１及びフロントカバー４２とを、有する。なお、中間ハウジング３５とスリーブハウジング３６とは一体構造としてもよい。また、外筒３９と前側ハウジング４０は別体に形成されてもよい。
【００１４】
回転部３１は、ロータ４３を有する回転自在な回転軸４４と、回転軸４４の内部で、回転軸４４に軸方向に相対移動可能に装着されるドローバー４５と、ドローバー４５が工具ホルダ４６を固定するコレット部４７を軸方向内方に引き込むように、ドローバー４５に外装され、軸方向において回転軸４４とドローバー４５の大径部４５ａとの間に圧縮可能に配置されるばね４８と、が配置される。なお、ばね４８としては、皿ばねを使用しているが、コイルばねや螺旋皿ばね等を使用してもよい。
【００１５】
前側軸受５０は、外輪が前側ハウジング４０に固定されると共に内輪が回転軸４４の一端側に外嵌する組合せアンギュラ玉軸受によって構成される。また、回転軸４４の他端側に配設されたスリーブハウジング３６には、回転軸４４の軸方向に移動可能な軸受スリーブ４９が嵌合されており、後側軸受５１は、外輪が軸受スリーブ４９に固定されると共に内輪が回転軸４４の他端側に外嵌する一対のアンギュラ玉軸受によって構成され、前側軸受５０と共働して回転軸４４を回転自在に支持する。
【００１６】
ドローバー４５の後端側には、工具交換のためのピストン機構６０のピストン６１に装着されたピストン押圧部６２によって押圧されるピストン当接部６３が設けられている。ピストン機構６０は、往動側圧力導入部６４に油、水、空気等の圧力媒体が導入されることにより、ピストン６１が往動され、ピストン６１のピストン押圧部６２がピストン当接部６３を押圧し、ドローバー４５を軸方向に押圧移動させて工具Ｗを押し出して工具アンクランプ状態とする。一方、往動側圧力導入部６４の圧力を抜き、復動側圧力導入部６５に圧力媒体が導入されることにより、ピストン６１が復動され、ドローバー４５を軸方向に戻り移動させて工具クランプ状態とする。
【００１７】
リヤカバー３８には、ピストン機構６０のピストン６１の位置を検出する位置検出センサ６６や、工具Ｗの有無を検出する工具検出センサ６７が固定されており、後側ハウジング３７の内側には、回転軸４４の回転速度を検出するエンコーダ６８が配置されている。
【００１８】
外筒３９は、中間ハウジング３５のフランジ部３５ａをスペーサ７１を介してブラケット本体２３の先端面２３ｃにボルト締結することで、ブラケット２１に固定されている。このため、外筒３９は、ボルト７２を外すことで、主軸３０をブラケット２１から先端側に抜き取り可能に構成される。
【００１９】
スペーサ７１は環状に形成され、工具Ｗの旋回半径の誤差を吸収可能なように、ブラケット本体２３の先端面２３ｃと該先端面２３ｃと対向するフランジ部３５ａの取付面３５ｂとの間に配置される。スペーサ７１は、フランジ部３５ａの取付面３５ｂに接着やボルトによって予め固定されてもよく、或は、中間ハウジング３５のフランジ部３５ａをブラケット本体２３に締結する際に共締めされてもよい。
【００２０】
旋回軸Ａからブラケット本体２３の先端面２３ｃまでの軸方向距離Ｌ１は一様であるから、スペーサ７１の軸方向寸法Ｌ２と主軸側の軸方向寸法Ｌ３との合計も一様となるように設定することで、工具Ｗの旋回寸法を所望の旋回寸法とすることができる。
【００２１】
スペーサ７１の軸方向寸法Ｌ２は、工具Ｗを装着するための工具ホルダ４６が取り付けられる取付基準面となる回転軸４４の先端面４４ａとフランジ部３５ａの取付面３５ｂとの間の軸方向寸法Ｌ３をダイヤルゲージ等の測定器で測定し、この軸方向寸法Ｌ２に基づいて適宜決定される。スペーサ７１は、所望の軸方向寸法Ｌ１となるように加工されてもよく、或は、軸方向寸法の異なるスペーサ７１を複数用意して、所望の軸方向寸法Ｌ１を有するスペーサが組みつけられてもよい。なお、工具Ｗの旋回寸法は、旋回軸Ａから回転軸４４の先端面４４ａの軸方向寸法Ｒを設定することで決定される。
【００２２】
従って、例えば、主軸３０をブラケット２１に対して交換する際に、主軸側の軸方向寸法Ｌ３にばらつきが生じた場合でも、所望の軸方向寸法Ｌ２を有するスペーサ７１を配置することで、所望の旋回半径との誤差がスペーサ７１によって吸収される。これにより、主軸３０を交換しても工具の旋回半径が変化することなく、加工精度を良好に保つことができる。
【００２３】
なお、ブラケット本体２３の先端面２３ｃと対向する中間ハウジング３５のフランジ部３５ａの取付面３５ｂには流路開口が設けられており、主軸３０に供給されるすべての流体は、この取付面３５ｂに形成された流路開口から供給或は排出される。
【００２４】
例えば、アンクランプ用圧油は、ブラケット側の流路９４からスペーサ７１に形成された貫通路７１ａを介して中間ハウジング３５の取付面３５ｂに形成された流路開口８５に導かれ、さらに、中間ハウジング３５、スリーブハウジング３６、後側ハウジング３７、リヤカバー３８内に形成された各流路８７を通過して、復動側圧力導入部６５に供給される。なお、図示しないが、冷却油等は、中間ハウジング３５側の流路から前側ハウジング４０側へも供給されている。その他の流体も、中間ハウジング３５から各ハウジングに形成された流路を通って所望の位置に供給され、或は、各ハウジングに形成された流路を通って中間ハウジング３５からブラケット側へ排出される。
【００２５】
一方、各流体のブラケット側の流路９４は、ブラケット本体２３に形成され、ブラケット本体２３の先端面に形成された開口９４ａと、旋回シャフト１０のフランジ１０ａ（図３参照）と対向する取付面２３ｂに形成された開口９４ｂとを連通する。この取付面２３ｂに開口した流路９４は、旋回シャフト１０のフランジ１０ａに形成された図示しない流路と配管無しで連通する。なお、これら各部材の対向面間で各流路開口の周囲にはＯリングが配置されており、対向面に形成された流路開口からの流体の漏洩を防止している。
【００２６】
従って、本実施形態の主軸装置２０によれば、主軸３０のハウジング３２をブラケット２１に固定する際にスペーサ７１を介して行なうことで、工具Ｗの旋回半径Ｒの誤差をスペーサ７１によって吸収することができ、主軸３０の各構成部品の寸法公差を厳密に管理、調整する必要がなく、低コストで製作が可能であり、また、加工精度も良好となる。
【００２７】
特に、スペーサ７１は、ブラケット本体２３の先端面２３ｃと該先端面２３ｃと対向する中間ハウジング３５のフランジ部３５ａの取付面３５ｂとの間に配置されるので、主軸３０をブラケット２１に固定する際に合せて工具Ｗの旋回半径Ｒを調整することができ、調整作業を容易に行なうことが可能である。
【００２８】
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、主軸装置２０は、主軸ヘッド８の一対の支持アーム９によって旋回可能に支持されているが、一本の支持アームによって片持ち支持される構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の主軸装置が適用される門形マシニングセンタの概略図である。
【図２】図１の主軸ヘッドを示す要部斜視図である。
【図３】主軸ヘッドを示す正面図である。
【図４】主軸装置の分解斜視図である。
【図５】主軸装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  門形マシニングセンタ（複合加工工作機械）
２０  主軸装置
２１  ブラケット
２２  筒部
２３  ブラケット本体
２３ｃ  先端面
２５  後蓋
３０  主軸
３５  中間ハウジング
３５ｂ  取付面
３９  外筒
４０  前側ハウジング
７１  スペーサ
【図１】
2008161951.tif 000003
【図２】
2008161951.tif 000004
【図３】
2008161951.tif 000005
【図４】
2008161951.tif 000006
【図５】
2008161951.tif 000007