(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により回転する旋盤の主軸において、
主軸先端に取りつけられたチャックと、
電動機の固定子を固定する主軸筐体と、
電動機の回転子に固定され内径にメネジを有する回転部と、
前記メネジにはめ合わされるオネジを外径に配置したドローバーと、
ドローバーを主軸軸方向に駆動することにより開閉しワークを把握するツメと、
前記チャックに結合されるとともに、前記主軸筐体および前記回転部のいずれか一方にも切り替えて結合されるアーマチュア１であって、前記主軸筐体に結合することで前記チャックの主軸筐体に対する回転を規制し、回転部に結合することで前記チャックの主軸筐体に対する回転を許容するアーマチュア１と、
前記ドローバーに結合されるとともに、前記主軸筐体および前記回転部のいずれか一方にも切り替えて結合されるアーマチュア２であって、前記主軸筐体に結合することで前記ドローバーの主軸筐体に対する回転を規制し、回転部に結合することで前記ドローバーの主軸筐体に対する回転を許容するアーマチュア２と、
前記アーマチュア１および前記アーマチュア２を、それぞれ、前記固定部もしくは前記回転部のどちらか一方に結合させるための二つのアーマチュア切換機構と、
を備えたことを特徴としたワーククランプ機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋盤主軸のワーククランプ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術におけるワーククランプ機構について図２を用いて説明する。
図２において、主軸筐体５１に電動機の固定子５２が固定されている。固定子５２には軸受５３，５４を介して、電動機の回転子５５と一体の回転部５６が回転可能に支持されている。回転部５６に取りつけられたチャック５７の内部には、マスタージョー５８が配置されており、マスタージョー５８には、ワークを把握するためのツメ５９が取りつけられている。
一方ドローバー６０とプランジャー６１はネジを介して一体に固定され、マスタージョー５８とプランジャー６１は摺動可能にテーパ結合されており、ドローバー６０を主軸軸方向に駆動することによりプランジャー５８に取りつけられたツメ５９が開閉可能となるように配置されている。
主軸後部には、上記ドローバー６０を駆動するための油圧ピストン６１と油圧シリンダ６２が配置される。油圧シリンダ６２は回転部５６に固定され、回転部５６と共に回転する。油圧シリンダ６２への油の供給は、主軸筐体５１に固定された油注フランジ６３より流体継手６４を通じて行われる。
【０００３】
次に上記従来技術によるワーククランプ機構の一連のワーククランプ動作について説明する。
ワークをクランプ時は、主軸後部に配置した油圧シリンダ６２に流体継手を介して油を供給し、ドローバー６０を主軸後部に向かって駆動する。ドローバー６０と結合されたプランジャー６１を主軸後部へ引き込むと、プランジャー６１とテーパ結合されたマスタージョー５８は主軸中心に向かって移動し、マスタージョー５８に取りつけられたツメ５９がワークを把握する。また、ワークの把握力は、ピストンに働く油圧に応じた把握力となる。
また、図２に開示した旋盤の主軸機構は、現在、製造されているＮＣ旋盤で最も一般的に使用されている機構であり、その構成は、ビルトインモータを採用し、ドローバー６０を引き込むことにより、ツメ５９を開閉する汎用のチャックを採用していることである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術では、以下のような課題があった。
【０００５】
ワークの把握力を維持するためには、油圧シリンダに供給する油圧を常時発生させている必要がある。このため、油圧ユニットを常時作動させておかなければならないため、旋盤の消費電力が大きくなるという問題があった。また、油圧ユニットの廃熱が機械を暖めるため、加工精度の悪化を招いていた。また、油圧ユニットの騒音が大きいため作業環境の悪化を招いていた。さらに、把握力調整は油圧ユニットのバルブの調整で行っていたため、自動運転プログラムにおいてワーク把握力のプログラム設定ができず、自動加工の妨げとなっていた。
【０００６】
また、ワーククランプ装置に求められる条件としては、▲１▼旋盤のユーザが一般的に所有している汎用のチャックが使用可能であり、特殊チャックを購入するなどの新たな投資が発生しないこと。▲２▼ギヤ等による振動が無く、ワークを高精度に切削可能なビルトインモータ構成に対応可能であること。▲３▼ドローバーを駆動するための第２のモータを必要としない安価な構成であることの３点がある。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するもので、油圧ユニットを廃止することで、消費電力を抑え、加工精度を向上させ、騒音を作業環境が改善し、自動運転を停止することなく最適なワーク把握力を設定可能である構成とし、さらに、ビルトインモータ及び汎用チャックを使用した旋盤主軸機構に適用可能であり、また、ドローバーを駆動するための第２の電動機を必要としない構成としたワーククランプ機構を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のワーククランプ装置は、主軸先端に取りつけられたチャックと、電動機の固定子を固定する主軸筐体と、電動機の回転子と固定され内径にメネジを有する回転部と、前記メネジにはめ合わされるオネジを外径に配置したドローバーと、ドローバーを主軸軸方向に駆動することにより開閉しワークを把握するツメと、前期チャックに結合されるとともに、前記主軸筐体および前記回転部のいずれか一方にも切り替えて結合されるアーマチュア１であって、前記主軸筐体に結合することで前記チャックの主軸筐体に対する回転を規制し、回転部に結合することで前記チャックの主軸筐体に対する回転を許容するアーマチュア１と、前記ドローバーに結合されるとともに、前記主軸筐体および前記回転部のいずれか一方にも切り替えて結合されるアーマチュア２であって、前記主軸筐体に結合することで前記ドローバーの主軸筐体に対する回転を規制し、回転部に結合することで前記ドローバーの主軸筐体に対する回転を許容するアーマチュア２と、前記アーマチュア１および前記アーマチュア２を、それぞれ、前記固定部もしくは前記回転部のどちらか一方に結合させるための二つのアーマチュア切換機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
【００１０】
図１において、主軸筐体１に電動機の固定子２が固定されている。固定子２には軸受３、４、５を介して、電動機の回転子６と一体の回転部７が回転可能に支持されている。軸受３，４を取りつけたカラー８には、チャック９が固定されている。チャック９の内部には、マスタージョー１０が配置されており、マスタージョー１０には、ワークを把握するためのツメ１１が取りつけられている。また、回転部７の内径にはメネジ１２が加工され、回転部７の内径にはメネジ１２に組み合わされるオネジ１３を外径に加工したドローバー１４が配置される。さらにドローバー１４とプランジャー１５はスラスト軸受１６を介して主軸軸方向に拘束されている。また、マスタージョー１０とプランジャー１５は摺動可能にテーパ結合され、ドローバー１４を主軸軸方向に駆動することによりプランジャー１５に取りつけられたツメ１１を開閉可能とするように配置されている。
一方主軸前部には、カラー８の外径に加工されたスプライン２４にかみ合わされたアーマチュア１７と、アーマチュア１７の両端にはそれぞれブレーキディスク１８とツメクラッチ１９が配置されている。さらにアーマチュアは軸受２０を介してピストン２１に取りつけられ、ピストンはバネ２２と空圧シリンダ２３により、主軸軸方向に駆動可能に配置されている。また、主軸後部には、ドローバー１４に加工されたスプライン２５にかみ合わされ配置されたアーマチュア２６とアーマチュア２６の両端にはそれぞれブレーキディスク２７，２８が配置される。さらにアーマチュアは軸受２９を介してピストン３０に取りつけられ、ピストンはバネ３１と空圧シリンダ３２により、主軸軸方向に駆動可能に配置されている。
また、回転子の回転方向位置は、主軸筐体に取りつけられた回転位置検出器３３と、回転子に取りつけられた検出ギヤ３４により検出される。
【００１１】
次に本発明のワーククランプ機構の一連のワーククランプ動作について説明する。
ワーククランプ時は、まず空圧シリンダ２３、３２を動作させてピストン２１、３０を駆動し、アーマチュア１７、２６をブレーキディスク１８、２７を介して主軸筐体１に固定する。この時、位置検出器によって検出された回転子６の回転位置を制御装置側で記憶する。この状態で、回転子６を回転させると、ドローバー１４およびチャック９はアーマチュア１７、２６を介して主軸筐体１に対して回転方向に拘束されているため、ドローバー７は主軸軸方向に駆動する。ドローバー７を主軸後部に向かって引き込むように回転子６を回転させると、ドローバー７と結合されたプランジャー１５が引き込まれ、プランジャー１５とテーパ結合されたマスタージョー１０は主軸中心に向かって移動し、マスタージョー１０に取りつけられたツメ１１がワークを把握する。尚、ワークのクランプ力は、あらかじめ、制御装置側に電動機へ供給する最大投入電流を設定しておくことにより、電動機の発生トルクを設定できるため、ネジ１２のリードとマスタージョー１０テーパ角度により設定可能である。
【００１２】
ワーククランプ後は、まず、空圧シリンダ３２の動作を停止し、バネ３１によりアーマチュア２６を駆動し、ブレーキディスク２８を介して回転部７に結合する。次に、回転子６を回転させ、クランプ時にアーマチュア１７の主軸筐体１へ固定した際、制御装置に記憶した回転方向固定位置まで回転子６を回転させる。ここで空圧ピストン２３を停止し、バネ２２によりピストン２１を駆動し、アーマチュア１７をツメクラッチ１９がかみ合うように結合させる。これにより、回転部７とチャック９及びドローバー１４は、アーマチュア１７、２６を介して一体となり回転するため、ワークの把握力が維持される。
【００１３】
上記実施例において、アーマチュア１７と回転部７との結合にツメクラッチ１９を使用しているが、ツメクラッチ１９の替わりに、ブレーキディスクを使用しても本発明と同様の効果を得ることができる。
この場合、特にチャック９の回転位置と回転部７の回転位置を一致させる必要がないため、クランプ後は、アーマチュア１７と２６を同時に駆動し、回転部７に結合すれば良い。さらに、ツメクラッチ１９の回転位置を合わせるためにドローバー１４を回転させる必要がないため、スラスト軸受１６は取りつける必要がない。
【００１４】
また、上記実施例において、アーマチュアの駆動方法について空圧ピストンを用いて説明したが、特に空圧にこだわる必要はなく、電磁力を応用した駆動等の他の方法を用いても同様の効果を得ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本実施例によれば、油圧ユニット無しでワークのクランプを行うことができるため、消費電力を抑えることができる。また、油圧ユニットの廃熱が機械を暖めないため加工精度が向上する。また、油圧ユニットの騒音が発生しないため作業環境が改善される。さらに、ワーク把握力は制御装置より電動機への最大投入電流を設定するだけで行えるため、プログラム上での入力が可能となり、自動運転を停止することなく最適なワーク把握力を設定可能となる。
さらに、旋盤のユーザが一般的に所有している汎用のチャックが使用可能であるため、特殊チャックを購入するなどの新たな投資が発生しない。また、ワークを高精度に切削可能なビルトインモータ構成に対応であるため、ギヤ等による振動が無く、本発明のワーククランプ装置を旋盤に適用した場合、高品位な切削加工が可能となる。また、ドローバーを駆動するための第２のモータを必要としないため、安価に製造可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例におけるワーククランプ機構を示す図である。
【図２】  従来技術に係るワーククランプ機構を示す図である。
【符号の説明】
１・・主軸筐体、２・・固定子、３，４，５，２０，２９・・軸受、６・・回転子、７・・回転部、８・・カラー、９・・チャック、１０・・マスタージョー、１１・・ツメ、１２・・メネジ、１３・・オネジ、１４・・ドローバー、１５・・プランジャー、１６・・スラスト軸受、１７，２６・・アーマチュア、１８，２７，２８・・ブレーキディスク、１９・・ツメクラッチ、２１，３０・・ピストン、２２，３１・・バネ、２３，３２・・空圧シリンダ、２４，２５・・スプライン、３３・・回転位置検出器、３４・・検出ギヤ。
【図１】
0004167384.tif 000002
【図２】
0004167384.tif 000003