(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端に工具が取り付けられる中空状主軸と、前記主軸内に、後端が前記主軸内に位置するとともに前記主軸に対して軸方向に移動しうるように同軸上に配され、かつ軸方向の移動により前記主軸前端への工具の固定、解放を行うドローバーと、前記ドローバーを前記主軸に対して軸方向に移動させる移動手段と、前記主軸内において前記ドローバーの周囲に締まりばめされかつ前記主軸に対して回転しないようになされたクランプスリーブと、前記主軸の内部に設けられかつ前記クランプスリーブの前方への移動を阻止する阻止部と、前記クランプスリーブの前記ドローバーに対する締め代をなくして前記ドローバーを前記クランプスリーブに対して移動しうるようにするアンクランプ手段とを備えている工作機械の主軸装置。
【請求項２】
前記移動手段が、前記主軸に対して回転および軸方向移動をするように前記主軸内に配された前後方向に伸びるドローバー操作ロッドと、前記主軸外に配されかつ前記ドローバー操作ロッドを軸方向に移動させる駆動手段とよりなり、前記ドローバー操作ロッドが、前記ドローバーを前方に移動させる位置と、前記ドローバーを後方に移動させる位置と、前記ドローバーに干渉しない位置との間で、軸方向に移動するようになされている請求項１の工作機械の主軸装置。
【請求項３】
前記クランプスリーブの周壁内周面に環状溝が全周にわたって形成されるとともに、前記環状溝の底面と周壁の外周面との間に流体供給穴が貫通状に形成され、前記主軸停止時に、前記アンクランプ手段により前記流体供給穴を通して前記クランプスリーブの環状溝内に圧力流体を供給するようになされている請求項１または２の工作機械の主軸装置。
【請求項４】
前記ドローバーの長手方向の中間部に、前方を向いた段部を介して大径部が設けられ、前記クランプスリーブが、前記大径部とこれよりも前方の小径部とにまたがるように締まりばめされており、前記阻止部が、前記主軸の内部における前記クランプスリーブよりも前側の部分に、前記クランプスリーブに当接するように設けられている請求項１、２または３の工作機械の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば高速で回転する主軸を備えたマシニングセンタの主軸装置に関する。
【０００２】
この明細書において、主軸の工具が取り付けられる側、すなわち図１の左側を前、これと反対側を後というものとする。
【０００３】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、マシニングセンタの主軸装置として、前端に工具が取り付けられる中空状主軸と、主軸内に主軸に対して回転しないが軸方向に移動しうるように同軸上に配され、かつ軸方向の移動により主軸前端への工具の固定、解放を行うドローバーと、ドローバーの周囲に配されかつドローバーを主軸に対して工具を固定する方向に付勢する複数の皿ばねとを備えたものが知られている。ドローバーの後端部は主軸後端よりも後方に突出している。
【０００４】
この主軸装置では、皿ばねによりドローバーが後方に付勢されて後退することにより工具が主軸に固定され、主軸の後方に配された油圧シリンダなどによりドローバーが皿ばねの付勢力に抗して前進することにより工具が主軸から解放されるようになっている。
【０００５】
上述した従来の主軸装置においては、主軸前端への工具の固定、解放を行うには、ドローバーの進退動作の距離が５〜１０mm程度必要であるが、１枚の皿ばねの外力による歪み量が小さいので、必要な進退動作距離を生じさせるために多数枚の皿ばねが重ね合わせて用いられている。その結果、必然的にドローバーの長さが長くなっている。
【０００６】
ところで、近年、主軸の高速回転化が進んでいるが、多数の皿ばねを用いた従来の主軸装置では主軸軸線回りの重量アンバランスが生じ易く、しかも皿ばねが弾性変形する必要があるため皿ばねの内周縁とドローバーの外周面との間、および皿ばねの外周縁と主軸の内周面との間にはそれぞれ若干の隙間が存在することが必要であるので、主軸が高速回転する際には、ドローバーが長いことと相俟って主軸に振動が発生し、その結果加工精度が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、多数の皿ばねを用いることに起因する上記問題を解決するために、皿ばねを使用しない主軸装置が提案されている（特開平７−２２７７０５号公報参照）。
【０００８】
特開平７−２２７７０５号公報に記載された主軸装置は、固定ハウジング内に、後端部が固定ハウジング外に突出するように配されるとともに前端に工具が取り付けられるようになされた中空状主軸と、主軸内に、後端部が主軸外に突出するとともに、主軸に対して回転しないが軸方向に移動しうるように同軸上に配されたドローバーと、ドローバーを前方に移動させる油圧シリンダと、主軸における固定ハウジング外に突出した部分の周囲に締まりばめされた固定スリーブと、固定スリーブの主軸に対する締め代をなくして固定スリーブを主軸に対して前後方向に移動自在とするアンクランプ手段と、固定スリーブを後方に押圧する押圧手段と、ドローバーにおける主軸外に突出した部分に固定され、かつ主軸に対する締め代がなくなった固定スリーブが後方に移動したさいに、固定スリーブにより押されてドローバーを後方に移動させるフランジ部とを備えたものである。
【０００９】
この主軸装置では、主軸への工具の着脱は、次のようにして行われる。まず、アンクランプ手段により固定スリーブの主軸に対する締め代をなくしておいた状態で、油圧シリンダによりドローバーを前進させて工具の解放を行う。ついで、主軸前端に工具を装着した後、押圧手段により固定スリーブを押圧することにより主軸に対して固定スリーブを後方に移動させるとともに、固定スリーブによりフランジ部を押圧してドローバーを後方に移動させ、これにより工具の固定を行う。その後、アンクランプ手段の固定スリーブに対する働きかけを停止させて固定スリーブの主軸に対する締め代を生じさせる。こうして、工具が主軸に固定される。
【００１０】
しかしながら、特開平７−２２７７０５号公報記載の主軸装置においては、ドローバーの後端部を主軸後端よりも後方に突出させる必要があるので、皿ばねは用いていないもののドローバーが長くなってしまい、主軸の高速回転時の振動の発生を十分に防止することができない。
【００１１】
この発明の目的は、上記問題を解決し、主軸の高速回転時における振動の発生を効果的に防止しうる工作機械の主軸装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
請求項１の発明による工作機械の主軸装置は、前端に工具が取り付けられる中空状主軸と、前記主軸内に、後端が前記主軸内に位置するとともに前記主軸に対して軸方向に移動しうるように同軸上に配され、かつ軸方向の移動により前記主軸前端への工具の固定、解放を行うドローバーと、前記ドローバーを前記主軸に対して軸方向に移動させる移動手段と、前記主軸内において前記ドローバーの周囲に締まりばめされかつ前記主軸に対して回転しないようになされたクランプスリーブと、前記主軸の内部に設けられかつ前記クランプスリーブの前方への移動を阻止する阻止部と、前記クランプスリーブの前記ドローバーに対する締め代をなくして前記ドローバーを前記クランプスリーブに対して移動しうるようにするアンクランプ手段とを備えているものである。
【００１３】
請求項１の発明による主軸装置における工具の脱着は次のようにして行われる。すなわち、まず、アンクランプ手段によりクランプスリーブのドローバーに対する締め代をなくしておき、この状態で移動手段によりドローバーを前進させて工具の解放を行う。ついで、たとえば自動工具交換装置によりこの工具を主軸前端から取り外すとともに、新たな工具を主軸前端に装着した後、移動手段によりドローバーを後退させて工具を固定する。ついで、アンクランプ手段によるクランプスリーブに対する働きかけを停止させてクランプスリーブのドローバーに対する締め代を生じさせる。このとき、阻止部によりクランプスリーブの前方への移動が阻止されるので、主軸の回転時にもドローバーの前進が防止されて工具は固定状態に維持される。
【００１４】
そして、ドローバーの周囲に、ドローバーを後方に付勢するための多数の皿ばねを配する必要がなくなるので、ドローバーの長さを比較的短くすることができる。したがって、主軸の高速回転時の振動の発生を効果的に防止することができ、その結果加工精度が向上する。
【００１５】
請求項２の発明による工作機械の主軸装置は、請求項１の発明において、前記移動手段が、前記主軸に対して回転および軸方向移動をするように前記主軸内に配された前後方向に伸びるドローバー操作ロッドと、前記主軸外に配されかつ前記ドローバー操作ロッドを軸方向に移動させる駆動手段とよりなり、前記ドローバー操作ロッドが、前記ドローバーを前方に移動させる位置と、前記ドローバーを後方に移動させる位置と、前記ドローバーに干渉しない位置との間で、軸方向に移動するようになされているものである。
【００１６】
請求項３の発明による工作機械の主軸装置は、請求項１または２の発明において、前記クランプスリーブの周壁内周面に環状溝が全周にわたって形成されるとともに、前記環状溝の底面と周壁の外周面との間に流体供給穴が貫通状に形成され、前記主軸停止時に、前記アンクランプ手段により前記流体供給穴を通して前記クランプスリーブの環状溝内に圧力流体を供給するようになされているものである。
【００１７】
請求項４の発明による工作機械の主軸装置は、請求項１、２または３の発明において、前記ドローバーの長手方向の中間部に、前方を向いた段部を介して大径部が設けられ、前記クランプスリーブが、前記大径部とこれよりも前方の小径部とにまたがるように締まりばめされており、前記阻止部が、前記主軸の内部における前記クランプスリーブよりも前側の部分に、前記クランプスリーブに当接するように設けられているものである。
【００１８】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１はこの発明による主軸装置の全体構成を示し、図２はその要部の構成を示し、図３および図４は主軸装置の動作を示す。
【００２０】
図１において、中空状主軸(1)は、マシニングセンタの主軸頭（図示略）などに固定される円筒状の固定ハウジング(2)内に配されており、主軸(1)の前部は、ここでは４つの転がり軸受(3)により、同じく後部は、ここでは１つの転がり軸受(4)により、それぞれ固定ハウジング(2)に対して回転自在に支持されている。主軸(1)の前部を支持する転がり軸受(3)としては、たとえばアンギュラ玉軸受のようなラジアル荷重と少なくとも一方のスラスト荷重を受けるものが用いられる。主軸(1)の後部を支持する転がり軸受(4)としては、たとえばラジアル荷重を受ける円筒ころ軸受が用いられる。主軸(1)の前端には、工具（図示略）を保持した工具ホルダ(5)のテーパシャンク(5a)をはめ入れるテーパ穴(6)が形成されている。固定ハウジング(2)内の前側の軸受(3)と後側の軸受(4)との間の部分に、主軸(1)を回転させるためのビルトイン型の電動機(7)が設けられている。電動機(7)は、主軸(1)の外周に設けられたロータ(8)と、その周囲のハウジング(2)の内周に設けられたステータ(9)とから構成されている。
【００２１】
主軸(1)内に、前後方向に伸びるドローバー(10)が、主軸(1)に対して回転しないが、軸方向に移動しうるように同軸上に配置されている。すなわち、ドローバー(10)の前部が、主軸(1)におけるテーパ穴(6)に連なった小径穴部(11A)内に、回転はしないが前後方向に摺動自在に挿入されている。ドローバー(10)の後端は、主軸(1)の長手方向の中央部よりも若干前方に位置している。ドローバー(10)の長手方向の中間部における小径穴部(11A)よりも後方に突出した部分に、前方を向いた段部(12)を介して大径部(10a)が形成されている。また、大径部(10a)の後端に、後方に突出した小径連結部(13)を介して軸線が前後方向を向いた円柱状の操作ヘッド(14)が一体に形成されている。
【００２２】
ドローバー(10)の前端部に、テーパ穴(6)内にはめ入れられた工具ホルダ(5)のテーパシャンク(5a)のプルスタッド(5b)を掴む工具把持装置(15)が設けられている。工具把持装置(15)は、ドローバー(10)が後方に移動することにより工具ホルダ(5)のプルスタッド(5b)を掴み、ドローバー(10)が前方に移動することにより工具ホルダ(5)のプルスタッド(5b)を解放する。
【００２３】
主軸(1)内におけるドローバー(10)よりも後方の部分に、前後方向に伸びるドローバー操作ロッド(16)が、後部が主軸(1)後端よりも後方に突出するように配されている。図２に示すように、ドローバー操作ロッド(16)の前端面には前方に突出した１対のアーム(17)が対向状に一体に形成されており、各アーム(17)の先端に主軸(1)の軸線側に突出した係合部(18)が一体に形成されている。両アーム(17)間の間隔は、ドローバー(10)の操作ヘッド(14)の外径よりも大きくなっている。両係合部(18)間の間隔は、ドローバー(10)の操作ヘッド(14)の外径よりも小さくかつ小径連結部(13)の外径よりも大きくなっている。そして、小径連結部(13)が両係合部(18)間に通された状態で、操作ヘッド(14)が両アーム(17)間に配されている。両係合部(18)が操作ヘッド(14)の前端面に係合した状態において、操作ヘッド(14)の後端面とドローバー操作ロッド(16)の前端面との間隔が、係合部(18)の前端と、ドローバー(10)の大径部(10a)の後端面との間隔よりも小さくなるようになされている。
【００２４】
ドローバー操作ロッド(16)は、油圧シリンダ(19)（駆動手段）によって前後方向に移動させられるようになっている。油圧シリンダ(19)は、ドローバー操作ロッド(16)の後端部の周囲に摺動自在にはめ被せられかつ内周面に環状溝(20a)が全周にわたって形成されたシリンダチューブ(20)と、ドローバー操作ロッド(16)の外周面に固定状に設けられかつシリンダチューブ(20)の環状溝(20a)内に入れられているピストン部(21)とよりなり、環状溝(20a)内におけるピストン部(21)の前後両側部分がそれぞれ圧力油室(22)となされている。各圧力油室(22)内には復帰ばね(23)が配されている。また、シリンダチューブ(20)の環状溝(20a)よりも前方の部分の内径はドローバー操作ロッド(16)の外径よりも大きくなされており、ここにドローバー操作ロッド(16)を案内するためのボールブッシュ(24)が配されている。なお、シリンダチューブ(20)は、図示しない主軸頭に固定されている。
【００２５】
ドローバー(10)における主軸(1)の小径穴部(11A)よりも後方に突出した部分の周囲に、大径部(10a)とこれよりも前方の小径部(10b)とにまたがるように、クランプスリーブ(25)が締まりばめされている。図２に示すように、クランプスリーブ(25)の周壁(25a)内周面における長手方向の中間部に環状溝(26)が全周にわたって形成されている。環状溝(26)の前側面(26a)の面積は、後側面(26b)の面積よりも大きくなっている。また、クランプスリーブ(25)の周壁(25a)に、周壁(25a)外周面と環状溝(26)の底面とを通じさせる流体供給穴(27)が貫通状に形成されている。通常は、クランプスリーブ(25)の前端が、主軸(1)の小径穴部(11A)とこれよりも後方の大径穴部(11B)との間の段部(28)（阻止部）に当接するようになっている。
【００２６】
固定ハウジング(2)における主軸(1)の段部(28)よりも若干後方の部分に、主軸(1)の径方向に伸びる貫通穴(30)が形成され、貫通穴(30)内に、流体供給穴(27)を通してクランプスリーブ(25)の環状溝(26)内に圧力油を供給しうる流体供給管(31)が、摺動自在に挿入されている。ドローバー(10)に締まりばめされたクランプスリーブ(25)の前端が主軸(1)の段部(28)に当接した状態においては、貫通穴(30)の前後方向に関する位置は、クランプスリーブ(25)の流体供給穴(27)と合致している。流体供給管(31)は油圧シリンダ(32)により移動させられるようになっている。また、主軸(1)の大径穴部(11B)の周壁における前後方向に関して貫通穴(30)と合致した位置に、主軸(1)の径方向に伸びる貫通穴(33)が形成されている。
【００２７】
このような構成の主軸装置において、工具の脱着は次のようにして行われる。すなわち、予め油圧シリンダ(32)により流体供給管(31)を主軸(1)の径方向外方へ移動させておき、その先端部が主軸(1)と干渉しないようにしておく。このとき、ドローバー(10)に締まりばめされたクランプスリーブ(25)の前端は主軸(1)の段部(28)に当接している。そして、電動機(7)により主軸(1)を回転させて、固定ハウジング(2)の貫通穴(30)と、主軸(1)の貫通穴(33)およびクランプスリーブ(25)の流体供給穴(27)とを周方向に関して合致させた後、電動機(7)を停止させる。ついで、油圧シリンダ(32)により流体供給管(31)を主軸(1)の径方向内方に移動させてその先端部を主軸(1)の貫通穴(33)に差し込み、その先端面をクランプスリーブ(25)の周壁(25a)外周面における流体供給穴(27)の周囲に部分に当接させる。ついで、流体供給管(31)から流体供給穴(27)を通してクランプスリーブ(25)の環状溝(26)内に圧力油を供給し、これによりクランプスリーブ(25)の周壁(25a)を径方向に若干広げてドローバー(10)に対する締め代をなくす。このとき、クランプスリーブ(25)の環状溝(26)における前側面(26a)の面積が、後側面(26b)の面積よりも大きくなっていることにより、圧力油によってクランプスリーブ(25)は前方に押圧され、主軸(1)の段部(28)に押し付けられた状態のままで保持される。
【００２８】
ついで、油圧シリンダ(19)によりドローバー操作ロッド(16)を前進させ、ドローバー操作ロッド(16)の前端面でドローバー(10)の大径部(10a)後端面を押圧してドローバー(10)を前進させる。ドローバー(10)が前進すると、工具把持装置(15)が解放状態となる（図３参照）。この状態で、主軸(1)のテーパ穴(6)内に工具ホルダ(5)のテーパシャンク(5a)を挿入する。ついで、油圧シリンダ(19)によりドローバー操作ロッド(16)を後退させると、係合部(18)がドローバー(10)の操作ヘッド(14)前端に係合することによりドローバー(10)が後退させられ、工具把持装置(15)により工具ホルダ(5)のプルスタッド(5b)が把持される。
【００２９】
ついで、クランプスリーブ(25)の環状溝(26)内への圧力油の供給を停止すると、クランプスリーブ(25)のドローバー(10)に対する締め代を生じ、ドローバー(10)がクランプスリーブ(25)によりクランプされる。その結果、クランプスリーブ(25)が主軸(1)の段部(28)に当接していることにより、ドローバー(10)は後退位置で維持され、工具ホルダ(5)が固定状態に保たれる。その後、油圧シリンダによりドローバー操作ロッド(16)を若干前進させ、ドローバー(10)とドローバー操作ロッド(16)とが接触しないようにするとともに、油圧シリンダにより流体供給管(31)を主軸(1)の径方向外方に移動させてその先端部が主軸(1)と干渉しないようにする（図４参照）。こうして、加工可能な状態となる。
【００３０】
主軸(1)に取り付けられた工具による加工が終了した後工具を交換する際は、電動機(7)により主軸(1)を回転させて、固定ハウジング(2)の貫通穴(30)と、主軸(1)の貫通穴(33)およびクランプスリーブ(25)の流体供給穴(27)とを周方向に関して合致させた後、電動機(7)を停止させる。ついで、油圧シリンダ(32)により流体供給管(31)を主軸(1)の径方向内方に移動させてその先端部を主軸(1)の貫通穴(33)に差し込み、その先端面をクランプスリーブ(25)の周壁(25a)外周面における流体供給穴(27)の周囲に部分に当接させる。ついで、流体供給管(31)から流体供給穴(27)を通してクランプスリーブ(25)の環状溝(26)内に圧力油を供給してクランプスリーブ(25)の周壁(25a)を径方向に若干広げ、これによりクランプスリーブ(25)のドローバー(10)に対する締め代をなくす。ついで、油圧シリンダ(19)によりドローバー操作ロッド(16)を前進させ、ドローバー操作ロッド(16)の前端面でドローバー(10)の大径部(10a)後端面を押圧してドローバー(10)を前進させる。ドローバー(10)が前進すると、工具把持装置(15)が解放状態となって工具ホルダ(5)の固定が解除される。その後、たとえば自動工具交換装置により工具を交換し、次工具を上記と同様にして固定する。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、上記実施形態においては、主軸(1)に対してドローバー(10)が回転しないように設けられることにより、間接的に、クランプスリーブ(25)を主軸(1)に対して回転しないようにしているが、これに代えて、たとえば段部(28)とクランプスリーブ(25)との間で、互いに嵌り合うキーおよびキー溝を設けることにより、クランプスリーブ(25)を主軸(1)に対して回転しないようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態においては、流体を供給してクランプスリーブ(25)の締め代をなくしたときのクランプスリーブ(25)の段部(28)への押し付けを、ドローバー(10)に段部(12)を形成することにより行っているが、これに代えて、たとえばクランプスリーブ(25)を段部(28)に押圧する手段を、クランプスリーブ(25)よりも後方において主軸(1)に設けておいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による主軸装置を示す縦断面図である。
【図２】ドローバーの後端部、クランプスリーブおよびドローバー操作ロッドの前端部を示す一部切り欠き分解斜視図である。
【図３】工具の固定を解除する状態を示す図１の部分拡大図である。
【図４】工具を固定する状態を示す図１の部分拡大図である。
【符号の説明】
(1)：主軸
(10)：ドローバー
(16)：ドローバー操作ロッド
(19)：油圧シリンダ
(25)：クランプスリーブ
(25a)：周壁
(26)：環状溝
(27)：流体供給穴
(28)：段部
(31)：流体供給管
【図１】
0003855122.tif 000002
【図２】
0003855122.tif 000003
【図３】
0003855122.tif 000004
【図４】
0003855122.tif 000005