(57)【要約】【課題】工作機械の主軸装置において、加工前にフローティング機構を備えた加工工具をスムーズに工具支持手段やワークに抜き差しでき、かつフローティング方式の特長である加工時の主軸の軸線と加工工具の軸線との相対位置誤差を吸収することができるようにした工作機械の主軸装置を提供する。【解決手段】主軸４前方の外周面に、第１主軸内流路５より分岐し、主軸４の外周面とホルダ１１内周面との間で形成されるラジアル軸受１５を設けた。また、フランジ１２内部にフランジ１２前端面とラインボーリングバー１０後端面との間で形成される前方スラスト軸受部１６aとフランジ１２後端面とホルダ１１内面との間で形成される後方スラスト軸受部１６bを設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に対し、フローティング可能に加工工具を支持する工作機械の主軸装置において、該主軸の内部に流体供給用の流路が設けられ、該流路より供給された流体の流体圧を作用させる流体軸受を介して前記加工工具の支持端を支持する支持手段が備えられ、該支持手段の前記流体軸受はスラスト軸受であり、該スラスト軸受は加工工具に対して主軸の軸方向前方に流体圧を作用させる前方スラスト軸受部と主軸の軸方向後方に流体圧を作用させる後方スラスト軸受部とで構成され、前記前方スラスト軸受部または後方スラスト軸受部のいずれか一方に作用する流体圧を遮断可能な切換手段を前記流路に設けたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項２】
請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、前記流路のうち、切換手段を持たない方の流路に前記加工工具に対して主軸の軸方向と直交する方向に流体圧を作用させるラジアル軸受を設けたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の工作機械の主軸装置において、前記流体軸受に作用させる流体の流体圧を調整可能な調整機構を設けたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の工作機械の主軸装置において、前記流体軸受に作用させる流体の流体圧を各流路毎に調整可能な調整機構を設けたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項５】
請求項１に記載の工作機械の主軸装置に、前記加工工具としてラインボーリングバーを支持する方法において、ワーク加工位置で前記主軸と同一軸線上に離間配設されたラインボーリングバー支持穴へのラインボーリングバー抜き差し時は、前記切換手段によって流体圧を遮断して前記ラインボーリングバーを主軸に固定支持し、ワーク加工時においては、前記切換手段によって流体圧を遮断せずに前記ラインボーリングバーをフローティング支持することを特徴とするラインボーリングバー支持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械においてフローティング工具を支持する為の主軸装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、工作機械を用いてエンジンのカムシャフトやクランクシャフトの複数のジャーナル部を同時に加工するような場合には主軸の軸線と工具の軸線とが相対移動可能なフローティング機構を備えたラインボーリングバーなどの工具を用いて加工を行う。このフローティング機構により支持された工具は長尺であるため、加工を行う際にはこの工具を支持するためのサポートブッシュやバーサポートのスリーブといった工具支持手段で工具を支持しつつ主軸の回転を行うことによりラインボーリングバー外周面に設けられたバイトが回転し、ワークのジャーナル部の加工を行うようになっている。
【０００３】
このようなフローティング機構を内蔵したマシニングセンタが特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載のマシニングセンタは、ラインボーリングバーをフローティング支持する手段としてオルダム継手を用いている。
【特許文献１】特開２００３−３０５６０５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この特許文献１に記載の主軸装置においてはフローティング支持手段の一つの方式であるオルダム継手を内蔵しているホルダを採用している。このホルダを使用することでフローティング方式の特長である加工時の主軸の軸線とラインボーリングバーの軸線との相対位置誤差を吸収することができるようになっているが、この方式で実際に加工を行う前にラインボーリングバーをスリーブに挿入する際にはフローティングしている分ラインボーリングバーの軸線とスリーブの軸線に傾きがある可能性がある。この傾きによりラインボーリングバーがバーサポートにおける支持穴周辺の壁面に衝突してしまい、ラインボーリングバーや主軸及びスリーブが損傷してしまうことがある。また、損傷しなくてもラインボーリングバーとスリーブの磨耗によりラインボーリングバーとスリーブの当接部が偏磨耗してしまい加工精度に悪影響をおよぼしてしまうことがあった。
【０００５】
そこで本発明はこれらの課題を解決する為に、工作機械の主軸装置において、加工前にフローティング機構を備えた工具をスムーズに工具支持手段やワークに抜き差しでき、かつフローティング方式の特長である加工時の主軸の軸線とラインボーリングバーの軸線との相対位置誤差を吸収することができるようにした工作機械の主軸装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、主軸に対し、フローティング可能に加工工具を支持する工作機械の主軸装置において、該主軸の内部に流体供給用の流路が設けられ、該流路より供給された流体の流体圧を作用させる流体軸受を介して前記加工工具の支持端を支持する支持手段が備えられ、該支持手段の前記流体軸受はスラスト軸受であり、該スラスト軸受は加工工具に対して主軸の軸方向前方に流体圧を作用させる前方スラスト軸受部と主軸の軸方向後方に流体圧を作用させる後方スラスト軸受部とで構成され、前記前方スラスト軸受部または後方スラスト軸受部のいずれか一方に作用する流体圧を遮断可能な切換手段を前記流路に設けたことを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、前記流路のうち、切換手段を持たない方の流路に前記加工工具に対して主軸の軸方向と直交する方向に流体圧を作用させるラジアル軸受を設けたことを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の工作機械の主軸装置において、前記流体軸受に作用させる流体の流体圧を調整可能な調整機構を設けたことを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の工作機械の主軸装置において、前記流体軸受に作用させる流体の流体圧を各流路毎に調整可能な調整機構を設けたことを要旨とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の工作機械の主軸装置に、前記加工工具としてラインボーリングバーを支持する方法において、ワーク加工位置で前記主軸と同一軸線上に離間配設されたラインボーリングバー支持穴へのラインボーリングバー抜き差し時は、前記切換手段によって流体圧を遮断して前記ラインボーリングバーを主軸に固定支持し、ワーク加工時においては、前記切換手段によって流体圧を遮断せずに前記ラインボーリングバーをフローティング支持するラインボーリングバー支持方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、スラスト軸受を主軸の軸方向前方に流体圧を作用させる前方スラスト軸受部と主軸の軸方向後方に流体圧を作用させる後方スラスト軸受部とで構成し、いずれか一方に作用する流体圧を遮断可能にしたことにより、加工工具のワークやバーサポートへの挿入時の姿勢を軸受の一方の基準面に沿ってまっすぐに当接支持させて固定することが可能であるため加工工具の軸線とバーサポートの支持穴の軸線との傾きが生じることなく、加工工具と主軸及び支持穴の損傷や磨耗を防止することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に加えてさらにラジアル方向にも作用する流体軸受を設けたため主軸の軸方向と直交する方向に対しても工具の軸がぶれることなく安定した工具の抜き差しおよび加工が可能となる。
【００１３】
請求項３または４に記載の発明によれば、流体軸受に作用する流体圧を調整可能としたため、加工時および挿入時の状況に合わせて圧力の最適値を調整することができ、より損傷や磨耗の防止効果を大きくすることができ、さらに加工精度を向上させることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、特に長尺なラインボーリングバーによる加工工程あるいはラインボーリングバーのバー支持穴への抜き差しの工程においてラインボーリングバーが各工程において最も適した支持形態をとる事ができ、安定した工具の抜き差しおよび高精度な加工が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した工作機械の主軸装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の主軸装置の断面図である。工作機械の主軸頭１のハウジング２内部には前後の軸受３を介して主軸４が回転可能に支持されている。この主軸４は主軸４後部に接続された図示しないモータにより駆動・回転される。主軸４の内部には第１主軸内流路５および第２主軸内流路６が穿設されている。この第１主軸内流路５および第２主軸内流路６は図示しない回転継手を介してそれぞれ主軸後方の第１入口流路７および第２入口流路８に接続されている。この第１入口流路７および第２入口流路８は流体供給源９に接続されている。
【００１６】
次に、加工工具としてラインボーリングバーを取付けた場合のラインボーリングバー支持部の構成について図１および図２に基づいて説明する。図２はラインボーリングバー１０およびホルダ１１周辺の拡大断面図である。前記主軸４の前端面にはフランジ１２がボルト１３により固定されている。このフランジ１２の外周面を囲うように中空状のホルダ１１が設けられ、このホルダ１１の前端面にはラインボーリングバー１０の支持端がボルト１４を介して固定されている。また、前記フランジ１２の一部分にはキー溝１２aが設けられ、ホルダ１１の突出部１１aと係合され主軸４とホルダ１１とが一体に回転でき、かつホルダ１１及びラインボーリングバー１０と主軸４及びフランジ１２との間に形成された軸受隙間を介して主軸４に対しラインボーリングバー１０がフローティング可能に支持されている。
【００１７】
主軸４前方の外周面には第１主軸内流路５より分岐し、主軸４の外周面とホルダ１１内周面との間で形成されるラジアル軸受１５が設けられている。フランジ１２内部はフランジ１２前端面とラインボーリングバー１０後端面との間で形成される前方スラスト軸受部１６aとフランジ１２後端面とホルダ１１内面との間で形成される後方スラスト軸受部１６bが形成されている。
【００１８】
次に、本構成における工作機械の主軸装置の動作を図１から図４に基づいて説明する。
図３は加工部周辺を示した断面図であり、図４はフランジ１２前端面がラインボーリングバー１０の後端面に当接した状況を示したホルダ１１周辺の断面図である。加工対象のワークWは図示しないテーブルに固定され、加工中のラインボーリングバー１０をワークW外部の両側で支持する為の支持部材１７の支持穴１８とワークWにおける加工対象である複数のジャーナル部Wｈとが一直線になるように配置される。この後ラインボーリングバー１０を先端面より各支持部材１７の支持穴１８およびワークWのジャーナル部Whに挿入する。その後、主軸４の回転を開始し、ラインボーリングバー１０を送り移動により切削送りしながらラインボーリングバー１０の外周面に設けられた複数のバイト１９によりワークWのジャーナル部Whの加工を行うようになっている。ラインボーリングバー１０の挿入開始時より支持穴１８内周面には外部の流体源より流体経路２０を通して圧力流体が供給される。この流体圧によりラインボーリングバー１０が安定して支持されるようになっている。ワークWの加工後はラインボーリングバー１０が支持穴１８およびジャーナル部Whより引き抜かれて加工が完了する。
【００１９】
この一連の動作の中で、ラインボーリングバー１０の挿入および引き抜き時には、第２入口流路８に設けられた開閉弁２１がオフの状態に切り替えられ、流体供給源９より供給される流体の供給が遮断される。この時第１入口流路７には引き続き流体が供給されている状態であるため、流体圧は前方スラスト軸受部１６aの流体圧力が停止し、後方スラスト軸受部１６bの流体圧は作用しつづけている状態である為、後方スラスト軸受部１６bにのみ流体圧が作用する状態である為、図４に示すようにフランジ１２前端面に対しラインボーリングバー１０の後端面が当接した状態になり、ラインボーリングバー１０を所定の姿勢に固定でき、ラインボーリングバー１０の軸線に傾きがなくなる。これによりラインボーリングバー１０を支持穴１８およびジャーナル部Whに対してまっすぐに挿入することができる。ワークWの加工中は開閉弁２１がオンの状態に切り替えられ、流体供給源９より流体が供給される状態となる。この時においては前方スラスト軸受部１６aおよび後方スラスト軸受部１６bの両方に流体圧が作用され、ラインボーリングバー１０およびホルダ１１はフローティング支持状態になる。このラインボーリングバー１０およびホルダ１１がフローティングすることにより支持部材１７の支持力に合わせてラインボーリングバー１０の軸線が調整されることになり、穴加工精度が向上する。
【００２０】
上記実施形態の工作機械の主軸装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、ラインボーリングバー１０の挿入および引き抜き時に第２入口流路８に設けられた開閉弁２１がオフの状態に切り替えられ、流体供給源９より供給される流体の供給が遮断されるようにしたため、フランジ１２前端面とラインボーリングバー１０の後端面とが当接した状態になり、ラインボーリングバー１０の軸線に傾きがなくなる。これによりラインボーリングバー１０を支持穴１８およびジャーナル部Whに対してまっすぐに挿入することができる。よってラインボーリングバー１０の挿入および引き抜きを安定した姿勢で行うことができ、ラインボーリングバー１０や支持穴１８の損傷や磨耗を無くすことができる。
【００２１】
（２）上記実施形態では、ワークWの加工時に開閉弁２１がオンの状態に切り替えられ前方スラスト軸受部１６aおよび後方スラスト軸受部１６bの両方に流体圧が作用され、ラインボーリングバー１０およびホルダ１１はフローティング状態になることにより支持部材１７の支持力に合わせてラインボーリングバー１０の軸線が調整されることになり、穴加工精度を向上させることができる。
【００２２】
なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。
・図５に示すように、主軸４の前端部に取付けられたホルダ２３内部にラジアル軸受１５と前方スラスト軸受部１６aおよび後方スラスト軸受部１６bを設け、ラインボーリングバー１０の支持端を支持する為のラインボーリングバーホルダ２２の外周面にフランジ部２２a、後端面に溝部２２bを形成し、前記ラインボーリングバーホルダ２２をホルダ２３に固定されたキー２４に係合し、前記ラインボーリングバーホルダ２２をホルダ２３に対してフローティング可能に支持するような実施形態を採用しても良い。
・上記実施形態においてはフローティング機構を備えた工具としてラインボーリングバーを用いて加工を行う例を示したが、フローティング機構を採用した他の工具に本発明を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の主軸装置の全体構成を示す断面図。
【図２】本発明の主軸装置のホルダ周辺を示す拡大断面図。
【図３】本発明の主軸装置を備えた工作機械におけるラインボーリング加工時の加工部付近の構成を示す断面図。
【図４】本発明の主軸装置において後方スラスト軸受部の流体圧供給を遮断した場合の配置を示す断面図。
【図５】本発明の別の実施形態における工作機械の主軸装置の断面図。
【符号の説明】
【００２４】
４…主軸、５…第１主軸内流路、６…第２主軸内流路、７…第１入口流路、８…第２入口流路、１０…ラインボーリングバー、１１…ホルダ、１１a…突出部、１２…フランジ、１２a…キー溝、１５…ラジアル軸受、１６a…前方スラスト軸受部、１６b…後方スラスト軸受部、２１…開閉弁、W…ワーク、Wh…ジャーナル部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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