JPH029548A - 工作機械用主軸頭及び工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少なくとも高速回転主軸を内蔵し加工状態と
非加工状態との間を自動的に切り替えることが可能にさ
れた工作機械用主軸頭と、加工状態と非加工状態との間
を自動的に切り替えることが可能にされた高速回転主軸
頭を有する高速回転加工式の工作機械とに関する８ 〔従来の技術〕 工作機械、特にマシニングセンタは、複数の工具を用意
しておき、これら複数の工具から所望の工具を択一的に
選択して使用することが一般である。この工具の選択と
取り付けとを自動的になすため、各種の工具自動交換装
置が開発されている。

また、工作機械の切削効率は主軸回転速度の二重に比例
して増大する他、主軸回転速度が１５．００Ｏｒｐｍ程
度以上等橿めで高速になると、加工速度の向上は勿論、
加工精度の向上等を含めて種々な利益があるので、工作
機械用主軸回転速度は高速化の傾向がある。

ところで、高速回転速度の主軸にあって大きな技術的課
題の一つは、動的バランスである。たり、工具は一般に
その形状が単純であり、回転軸を中心として線対榊であ
るから、工具自体の動的バランスを良好にすることはそ
れほど困難ではない。

る取り付は動作が自動的になされるのであるから、工具
自動交換後に主軸頭内の回転体（主軸と工具とを含む）
の動的バランスを良好に保つことは必ずしも容易ではな
い、そのため、工具自動交換装置を有しながら、結局、
作業員が手動で再取り付けをしなければならない場合も
発生し、看過し難い欠点となっている。

本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、加工
状態と非加工状態との間を自動的に切り替えることが可
能にされた高速回転用の工作機械用主軸頭と、この自動
的に交換しうる高速回転用の工作機械用主軸頭を具備し
た工作機械とを提供することにある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、工具自動交換装置を使用している工作機械にあ
っては、主軸と一体的に回転されるドローパー、コレッ
ト、その他の回転部材の形状が対榊性を保ち難く、また
、その組み立てられた状態の構造も複雑であり、それに
工具を取り付け〔課題を解決するための手段〕 上記の目的の第１は、刃物（３）が連結された主軸（２
）を回動可能に内蔵し、工作機械のＺスライダに設けら
れるＺスライダ・主軸頭結合手段との結合部（１１）を
有し、前記工作機械のマガジンに設けられるマガジン・
主軸結合手段との結合部（１２）を有し、前記Ｚスライ
ダとマガジンとの間において着脱可能である工作機械用
主軸頭によって達成される。

上記の目的の第２は、コラム（４）と、該コラム（４）
にそって上下方向に移動可能に支持され、請求項１記載
の工作機械用主軸Ｕ（１）を把持するＺスライダ・主軸
頭結合手段（５１）を有するＺスライダ（５）と、ｘ−
ｙテーブル（６）と、前記コラム（４）に支持されるア
ーム（７）に移動可能に支持され、請求項１記載の工作
機械用主軸頭（１）を把持するマガジン・主軸結合手段
（８１）を有するマガジン（８）と、該マガジン（８）
と前記Ｚスライダ（５）とのいづれかに択一的に把持さ
れる請求項１記載の主軸頭（１）を有する工作機械によ
って達成される。

〔作用〕

上記の欠点は、各個独立には動的バランスが調整されて
いる、ドローパー・コレット等の付属品の取り付けられ
た主軸と工具とを、自動交換装置を使用して結合すると
、自動交換装置をもってしてはその結合工程において微
妙な調整がなされ難いので、双方とも回転体であるドロ
ーパー・コレット等の付属品と工具との組み合わせ体の
動的バランスがくづれるということが原＆であり、この
欠点を解消するには、自動交換装置をもって取り付けら
れる単位部材を非回転体とすればよい筈である。

本発明はこの着想を具体化して完成したものであるが、
高速回転加工式の工作機械にあっては、高速回転用の主
軸や、これを回転するビルトインモータや、さらには、
これらを内蔵する主軸頭等が、すべて、直径が小さく長
さが長く全体としての寸法も小さい物になると云う性質
を活用して、主軸とこれを支持する軸受は等は勿論、主
軸駆動用ビルトインモータや回転センサ等も内蔵した主
軸頭全体を、交換・取り付けの単位とすること−したも
のである。さらに具体的には、Ｚスライダとの着脱を自
動交換方式をもって可能にするため、第１ａ図に側面図
を示し、第１ｂ図に平面図を示すような、Ｚスライダ５
に設けられるＺスライダ・主軸頭結合手段５１との結合
部１１とマガジン８に設けられるマガジン・主軸結合手
段８１との結合部１２とを具備すること＼したものであ
る。

本発明に係る工作機械用主軸ｕｌは、全体としては非回
転体であるから、すでに調整されている動的バランスを
くずすことなく自動交換方式をもってＺスライダ５に取
り付けることができる。

なお、マガジン８は回転体ではあるが高速で回転する物
ではないから、支持力と割出し性と闇易な着脱性を発渾
しうれば足りる。

上記の工作機械用主軸頭１を使用して工作機械を構成す
るには、従来技術において既知の自動工具交換装置の工
具を、上記の工作機械用主軸頭に変更すれば足りる。

具体的には、第１ｃ図に示すように、コラム４に支持さ
れるアーム７に、マガジン８を、矢印Ａの方向に移動可
能であり、しかも、マガジン自身の回転（割り出し）が
可能なように、取り付けうるように構成すればよい。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明の二つの実施例について
説明する。

１　　　　　１に 第１ｄ図、第１ｂ図参照 第１ｄ図は本発明の１実施例に係る主軸頭の側断面図で
あり、第１ｂ図はその平面図である。

図において、ｌは主軸頭である。２は主軸であり、主軸
頭１中に内蔵される。３は工具であり、従来技術におい
ては、コレット・ドローパー等の組み合わせよりなる複
雑な結合手段をもって工具と結合されること−されてい
るが、本実施例にあっては、極めて単純な直接的結合機
構をもって、主軸１に永久的に結合されている。

２２はビルトインモータのロータであり、２３はビルト
インモータのステータであり、ビルトインモータを使用
することは、高い回転速度を実現するに有利であるとと
もに、本発明に係る主軸頭１の構造を単純化し、動的バ
ランスの調整を容易にする一助ともされている。全体と
しての構造を単純・小型にでき、動的バランスも向上す
ることができるからである。１３はスラストベアリング
であり、１４は下側ガイドベアリングであり、１５は上
側ガイドベアリングである。１６は速度センサであり、
回転計発電機・レゾルバ等を使用しうる。

第１ａ図併参照 １１は本発明の要旨に係るＺスライダ・主軸結合手段５
１との結合部であり、２スライダ５に設けられるＺスラ
イダ・主軸結合手段５１としては機械的クランプが現実
的であり、これとの結合を可能にする結合部としては、
上記の機械的クランプと係合しうる拘止具が現実的であ
る。また、主軸！！Ｉｔの水平断面図は、第１ｄ図に示
すとおり、Ｚスライダ５とは精密研磨された平面をもっ
て接合されることが現実的であり、上記のＺスライダ・
主軸結合手段は、図に５１をもって示すような機械的ク
ランプが現実的であることは上記のとおりである。

また、上下方向・左右方向とも、Ｚスライダ５との相対
位置を正確に維持するために、接合面を、図に５２（第
１ａ図参照）・５３（第１ｂ図参照）をもって示すよう
に段付きとしておくことが現実的である。

１２は本発明の要旨に係るマガジン・主軸結合手段８１
との結合部１２であり、マガジン８に設けられるマガジ
ン・主軸結合手段８１としては、機械的クランプが現実
的であり、これとの結合を可能にする結合部としては、
上記の機械的クランプと係合しうる拘止具が現実的であ
る。また、主軸頭１の平面図は、第１ｂ図に示すとおり
であり、Ｚスライダ５とは精密研磨された平面をもって
接合されることが現実的であり、上記のマガジン・主軸
結合手段は、図に８１をもって示すような機械的拘止具
が現実的であることは上記のとおりである。

以上の構造の工作機械用主軸頭ｌは非回転体であるから
、自動交換装置をもって、マガジン８上からＺスライダ
５上に移動した後、正確にＺスライダ５に取り付けるこ
とができ、しかも、−旦調整された動的バランスがくず
れることはなく、そのま＼維持される。

２　　　　　２に　応） 第１ｃ図参照 図において、４はコラムであり、その上に被加工体が乗
せられるＸ−Ｙテーブル６が設けられる。

５はＺスライダであり、機械的クランプ等よりなるＺス
ライダ・主軸頭結合手段５１が設けられており、コラム
４にそって上下に移動可能である。７はアームであり、
コラム４によって支持され、その先端には、マガジン・
主軸頭結合手段８１が設けられているマガジン８を回転
可能・移動可能に支持する。このアーム７は、水平方向
・上下方向に屈伸可能であり、その先端に支持するマガ
ジン８を図に矢印Ａをもって示すように移動可能とされ
ている。

ｌは請求項１に述べた工作機械用主軸頭であり、内蔵す
る主軸２の先端に工具３が永久連結されるか、または、
一体的に形成されている。所望によりビルトインモータ
（第１ｄ図参照）や速度センサ（第１ｄ図参照）等も内
蔵され、Ｚスライダ５との接合面は例えば精密仕上げさ
れた段付き平面等とされて、精度位置合わせが可能とさ
れる。

工具交換にあっては、マガジン８の空の主軸頭収容位置
を矢印Ａの方向に移動して、マガジン・主軸結合手段８
１を使用して、使用済みの主軸頭１とマガジン８とを結
合し、次いで、この主軸頭１とＺスライダ５との結合を
解除し、マガジン８を、Ｚスライダ５から僅かに離隔し
て、別の主軸頭を割り出し、Ｚスライダ・主軸結合手段
５１を使用して、主軸頭ｌとＺスライダ５とを結合する
。ここに使用されている主軸頭１は非回転体であるから
、動的バランスは極めて良好である。

〔発明の効果］ 以上説明せるとおり、本発明に係る工作機械用主軸頭は
、刃物が連結された主軸を回動可能に内蔵し、この工作
機械用主軸頭が使用される工作機械のＺスライダに設け
られるＺスライダ・主軸頭結合手段との結合部を有し、
上記の工作機械のマガジンに設けられるマガジン・主軸
結合手段との結合部を有し、上記のＺスライダとマガジ
ンとの間において着脱可能であり、全体としては非回転
体であるから、すでに調整されている動的バランスをく
ずすことなく自動交換方式をもってＺスライダに取り付
けることができ、加工状態と非加工状態との間を自動的
に切り替えることが可能にされる。

また、本発明に係る工作機械は、コラムと、このコラム
にそって上下方向に移動可能に支持され、上記の工作機
械用主軸頭を把持するＺスライダ・主軸頭結合手段を有
するＺスライダと、ｘ−Ｙテーブルと、上記のコラムに
支持されるアームに移動可能に支持され、上記の工作機
械用主軸頭を把持するマガジン・主軸結合手段を有する
マガジンと、このマガジンと上記のＺスライダとのいづ
れかに択一的に把持される上記の主軸頭を有するので、
上記の理由と同一の理由にもとすき、加工状態と非加工
状態との間を自動的に切り替えることが可能にされる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明に係る主軸頭の側面図である。 第１ｂ図は、本発明に係る主軸頭の平面図である。 第１ｃ図は、本発明の一実施例に係る工作機械である。 第１ｄ図は、本発明の一実施例に係る主軸頭の断面図で
ある。 ｌ・・・工作機械用主軸頭、 １１・・・Ｚスライダ・主軸頭結合手段との結合部、１
２・・・マガジン・主軸結合手段との結合部、２・・・
主軸、 ３・・・刃物、 ４・・・コラム、 ５・・・Ｚスライダ、 ５１・・・Ｚスライダ・主軸頭結合手段、５２．５３・
・・接合面、 ６・・・Ｘ−Ｙテーブル、 ７・・・アーム、 ８・・・マガジン、 ８１・ ・マガジン・主軸結合手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］刃物（３）が連結された主軸（２）を回動可能に
   内蔵し、 工作機械のＺスライダに設けられるＺスライダ・主軸頭
   結合手段との結合部（１１）を有し、前記工作機械のマ
   ガジンに設けられるマガジン・主軸結合手段との結合部
   （１２）を有し、前記Ｚスライダとマガジンとの間にお
   いて着脱可能である ことを特徴とする工作機械用主軸頭。 ［２］コラム（４）と、 該コラム（４）にそって上下方向に移動可能に支持され
   、請求項１記載の工作機械用主軸頭（１）を把持するＺ
   スライダ・主軸頭結合手段（５１）を有するＺスライダ
   （５）と、Ｘ−Ｙテーブル（６）と、 前記コラム（４）に支持されるアーム（７）に移動可能
   に支持され、請求項１記載の工作機械用主軸頭（１）を
   把持するマガジン・主軸結合手段（８１）を有するマガ
   ジン（８）と、 該マガジン（８）と前記Ｚスライダ（５）とのいづれか
   に択一的に把持される請求項１記載の主軸頭（１）を有
   する ことを特徴とする工作機械。