JPH04176504A - 工作機械の主軸クランプ装置 - 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、工作機械の主軸クランプ機構に関し、特に横
巾ぐりフライス盤の中ぐり軸とフライス軸のような二重
構造の主軸のクランプ装置に関する。

（従来の技術） 主軸頭に回転自在に軸支された第一主軸と同第一主軸の
内側にあって回転自在に軸支されかつ軸方向に進退可能
に支持された第二主軸を備えた工作機械の主軸クランプ
機構においては、種々の主軸クランプ装置が用いられて
いる。

例えば、横巾ぐりフライス盤において第一主軸がフライ
ス軸で、第二主軸か中ぐり軸である場合においては、大
別して次の２つの方式がある。

（１）主軸頭に回転自在に軸支されたフライス軸と同フ
ライス軸の内側にあって回転自在に軸支されかつ軸方向
に進退可能に支持された中ぐり軸との間の薄肉シェルリ
ング（実公昭６２−４３６８４号明細書に示すクランプ
リングと同様の部材）に圧油を常時供給し、第一主軸に
対し第二主軸をクランプする方式。

（２）実公昭６２−４３６８４号のように、第二主軸に
自己圧油保持機能を内臓して第一主軸と第二主軸をクラ
ンプするクランプ方式で、具体的には、主軸頭に回転自
在に軸支されたフライス軸と同フライス軸の内側にあっ
て回転自在に軸支されかつ軸方向に進退可能に支持され
た中ぐり軸との間の第一主軸と第二主軸に設けた薄肉シ
ェルリングと、オイルリングに圧油を供給するアキュム
レータと、同アキュムレータに設けた注油ユニットと、
前記フライス軸と分離した固定位置に設けた給油ユニッ
トにより構成した第一主軸と第二主軸をクランプする方
式である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前述した工作機械の主軸クランプ機構に
おいては、前記（１）の方式の場合には、主軸の回転中
に常時、圧油を供給するか圧油を保持しなければならな
い。そのため、切削中に静圧ポケット部では第一主軸が
高速で回転することにより、回転中に発熱量が多くなり
、この熱膨張による第二主軸の軸方向の伸びが加工精度
に大きな影響を与えることになる。

さらに、前記（２）の方式の場合には、主軸の回転中に
圧油のリークは避けられず、長時間の運転を行うことが
できない。

そのため、従来は、切削を中断し、第二主軸を定角度位
置に位置決めし、前記注油ユニットと前記給油ユニット
の位相をあわせ、薄肉シェルリングへの給油のための作
業を行わなければならなかった。

また、圧油のリークかあると薄肉シェルリングの給油圧
力が下がり、主軸を高い剛性で確実にクランプすること
が困難であった。また、薄肉シェルリングへの給油のた
めの作業時間が稼動率の低下をもたらしていた。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、主軸頭に回転自在に軸支された第一主
軸と同第一主軸の内側にあって回転自在に軸支されかつ
軸方向に進退可能に支持された第二主軸を高い剛性で確
実にクランプすることかできる工作機械の主軸クランプ
装置を提供することにある。

さらに、第一主軸と第二主軸の熱膨張による変位を押え
るようにした工作機械の主軸クランプ装置を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の工作機械の主軸クランプ装置は上記の課題を解
決するため、第一主軸と第二主軸の間に部分的に空間を
形成し、第一主軸と第二主軸を挟持するため空間に弾性
部材を設け、弾性部材の作用により第一主軸と第二主軸
をクランプするように構成する一対のクランプリングを
設け、第一主軸と第二主軸のクランプを解除するため一
対のクサビの一方側に油室を形成し、第一主軸と第一主
軸を支持するスピンドルヘッドの接触部には静圧ポケッ
トを介して油室に圧油を供給する油圧装置を設けである
。

なお、一対のクランプリングは、円錐状のテーパ面どう
しを組合せた内リングと外リングから構成し、内リング
には油切り用の溝を円周上に形成し、さらに等配に収縮
用のスリット溝を形成してもよい。

また、一対のクランプリングは弾性部材に対して左右対
象に配設してもよい。弾性部材はサラバネ、圧縮コイル
バネを用いると好適である。

さらに、静圧ポケットには圧縮空気を供給する空気孔を
形成し、圧縮空気を間歇的に供給する圧縮空気供給装置
を設けるとよい。

（作　用） 本発明の工作機械の主軸クランプ機構は下記のように作
用する。

第一主軸はスピンドルヘッドに回転自在に軸支され、第
二主軸は第一主軸の内側にあって回転自在に軸支されか
つ軸方向に進退可能に支持された主軸頭を備えた工作機
械の主軸クランプ機構において、前記第一主軸と前記第
二主軸をクランプする場合は前記弾性部材の作用により
一対のクランプリングは相互に押圧し、前記第一主軸と
前記第二主軸を挟持するように作用する。

前記第一主軸と前記第二主軸のクランプを解除する場合
は前記弾性部材に抗して前記一対のクランプリングの一
方側の油室に油圧装置からの圧油か作用しクランプを解
除する。

さらに、弾性部材に対して一対のクランプリングを左右
対称に配設した場合には、一対のクランプリングに対し
て両方向から油室に油圧装置からの圧油が作用し前記第
一主軸と前記第二主軸のクランプを解除する。

なお、前記第一主軸と前記第一主軸を支持するスピンド
ルヘッドの接触部には静圧ポケットを介して圧油が供給
され、クランプリングの押圧力の解除に用いられる。

前記第一主軸の静圧ポケットに空気孔を介して圧縮空気
供給装置からの圧縮空気を間歇的に供給するので、フラ
イス軸側の静圧ポケット内の静圧油を排除することによ
り前記第一主軸の発熱を防止して、前記第一主軸と前第
二主軸の熱膨張による変位を押えることができる。

とりわけ、第二主軸に接触するクランプリングの接触面
には油切り用の溝を円周上に形成したので、第二主軸上
の油膜を排除することができ、スリップすることなく確
実なりランプを行える。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の工作機械の主軸クランプ
装置の実施例について説明する。

第１図は本発明による工作機械の主軸クランプ装置の第
１の実施例を示す断面図である。

本実施例は、第一主軸がフライス軸、第二主軸が中ぐり
軸である横巾ぐりフライス盤の主軸クランプ装置に係り
、第１図に示すように、フライス軸１は主軸頭２にベア
リング３を介して回転自在に軸支され、中ぐり軸４は、
フライス軸１の内側にあって回転自在に軸支され、かつ
図示省略した駆動機構により軸方向に進退可能に支持さ
れている。

主軸クランプ装置１０においては、フライス軸１と中ぐ
り軸４の間のフライス軸１側にリング状の空間１１が形
成され、フライス軸１と中ぐり軸４を挟持するため空間
１１に弾性部材としてサラバネ１２が設けられ、サラバ
ネ１２の両側にはクランプリング１３かそれぞれ嵌挿さ
れている。このクランプリング１３．１４はそれぞれ外
リング１３Ａ、１４Ａと内リング１３Ｂ、１４Ｂからな
り、テーパ面の向きを異にし、内リング１３Ｂ。

１４Ｂが軸方向に移動可能で、外リング１３Ａ。

１４Ａのみ拘束されるように構成している。フライス軸
１と中ぐり軸４とはクランプリング１３゜１４の作用に
より挟持されるように構成されている。この上下一対の
クランプリング１３．１４の形状は、同様なので、クラ
ンプリング１３を例に第２図の断面図により詳細に示す
。第２図において、クランプリング１３．１４は外リン
グ１３Ａ１と内リング１３Ｂ１の組合せからなり、円錐
状のテーパ面どうしが移動可能に相対向している。内リ
ング１３Ｂの内面には油切り用の溝１６を円周上で螺旋
状に刻設され、軸方向には切欠溝１７が円周上に等間隔
に一側端に向けて切欠かれている。

なお、外リング１３Ａは空間１１内でフライス軸１に拘
束され、内リング１３Ｂ、１４Ｂのみ軸方向に移動でき
るように構成している。符号１８は空間１１側にあって
フライス軸１と中ぐり軸４にＯリング１８ａを介して接
するシール部材であり、シール部材１８Ａ、１８Ｂの一
側面は内リング１３Ｂ、１４Ｂにそれぞれ接し、他側は
静圧ポケット１９．１９にそれぞれ接している。静圧ポ
ケット１９．１９はフライス軸１に穴開けした油路２０
が接続されている。油路２０の給油側は主軸頭２側に固
定された油圧ブツシュ２１と接動する。

油圧ブツシュ２１の内周面には溝が彫られ、静圧ポケッ
ト２２が形成されている。静圧ポケット２２には継手２
３を介して、図示省略した油圧供給装置の供給口か接続
されている。

なお、第１図において符号１５はリング１４を組込む時
にサラバネ１２のばね力を調整するカラーである。

さらに、静圧ポケット２２には圧縮空気を供給する空気
孔２２ａか形成され、空気孔２２ａは圧縮空気を間歇的
に供給する圧縮空気供給装置に接続されている。なお、
圧縮空気供給装置は公知の技術のため図示省略した。

本実施例の工作機械の主軸クランプ機構は下記のように
作用する。

第１図に示すように、フライス軸１は主軸頭２にベアリ
ング３を介して回転自在であり、中ぐり軸４はフライス
軸１の内側にあってフライス軸１とともに回転自在でか
つ図示省略した駆動機構により軸方向に進退可能である
。

フライス軸１軸と中ぐり軸４をクランプする場合は、第
３図に示すように、油圧装置からの圧油を切り、サラバ
ネ１２の力が内リング１３Ｂ。

１４Ｂに作用し、外リング１３Ａ、１４Ａに対し内リン
グ１３Ｂ、１４Ｂが食込み、フライス軸１と中ぐり軸４
との間のクランプを行う。このクランプは、外リング１
３Ａ、１４Ａに対し内リング１３Ｂ、１４Ｂの切欠き溝
１７が収縮して、テーパ面どうしを嵌合して食込ませる
ことができる。

また、内リング１３Ｂ、１４Ｂの内面の油切り用の溝１
６を設けているので、内リング１３Ｂ。

１４Ｂが移動する際、中ぐり軸４の外周面上の油は油切
りされるので金属接触でき両者はスリップすることなく
クランプできる。したがって、フライス軸１と中ぐり軸
４との間のクランプリング１３を介して一体化できるの
で、高い剛性にも十分耐えられる。

フライス軸１と中ぐり軸４をアンクランプする場合は、
油圧装置からの圧油は、第１図に示すように、継手２３
、油圧ブツシュ２１の静圧ポケット２２を介して静圧ポ
ケット１９に油圧の供給を行い、０リング１８ａを介し
て接するシール部材より内リング１３Ｂ、１４Ｂにサラ
バネ１２の力に抗した外力を作用させる。第４図に示す
ように、静圧ポケット１９の油圧の力により内リング１
３Ｂ、１４Ｂは、サラバネ１２の力に抗してそれぞれ内
側に移動する。そして、外リング１３Ａ１１４Ａに対し
、内リング１３Ｂ、１４Ｂが離れ、フライス軸１と中ぐ
り軸４は締付ける力がなくなり、クランプが解除される
。

なお、クランプ中に、フライス軸１が回転する場合、静
圧ポケット２２内に油が存在すると、油圧ブツシュ２１
との間に油の剪断による発熱が生じる。このため、運転
中に静圧ポケット２２に空気孔２２ａを介して、圧縮空
気を間歇的に供給し、フライス軸１側の静圧ポケット２
２内の静圧油を排除することによりフライス軸１の発熱
を低く押えることができ、結果的に主軸系全体の熱膨張
を低く押えることができる。

第５図は本発明による主軸クランプ装置の第２の実施例
を示す断面図である。

第５図に示すように、主軸クランプ装置３０においては
フライス軸１と中ぐり軸４の間のフライス軸１側に円筒
上の空間１１を形成し、フライス軸１と中ぐり軸４を挟
持するため空間１１にサラバネ１２を設け、サラバネ１
２の片側のみにクランプリング１３が設けられている。

このクランプリング１３の作用によりフライス軸１と中
ぐり軸４がクランプされる。このように構成すれば、先
の実施例に比べて部品点数を少なくすることができる。

ただし、クランプリング１３のテーパの向きが右下がり
勾配のため、ドリル加工のように図面左からの切削力に
は十分耐えられる。なお、本実施例のその他の作用、効
果については前述した実施例と同様であるので説明を省
略する。

第６図は本発明の第３の実施例を示す断面図である。こ
の実施例は第１の実施例の変形例であるので、第１の実
施例と同一の構成要素に対しては同一の符号を用いて説
明する。

本実施例は中ぐり軸を移動する際、シール部材のＯリン
グの抵抗により中ぐり軸が正確な位置決め出来ない場合
があるので、シール部材のＯリングの抵抗をなくし、フ
ライス軸と中ぐり軸をクランプリングを介してクランプ
できるようにした例である。

符号３０は主軸クランプ機構であり、この主軸クランプ
機構３０は、フライス軸１と中ぐり軸４の間のフライス
軸１側にリング状の空間１１を形成し、中ぐり軸４に嵌
合したリング状のスペーサ３１にサラバネ］２を嵌挿し
ている。

さらに、サラバネ１２の両側には内外一対のクランプリ
ング１３．１４をそれぞれに嵌挿し、さらにその両端に
シール部材１８Ａ、１８Ｂをそれぞれ嵌挿している。こ
のシール部材１８Ａは、中ぐり軸４に嵌合したリング状
のスペーサ３２に、０リング１８ａを介して接している
。シール部材１８Ａの一側面は外リング１４Ａに接し、
他側は静圧ポケット１９にそれぞれ接している。シール
部材１８Ｂは中ぐり軸４に嵌合したリング状のフタ３３
に延出した延出部３３ａ上に、０リング１８ａを介して
接している。リング状のフタ３３は、フライス軸１の前
端部にボルト３４により固定されている。シール部材１
８Ｂの一側は、シール部材１８Ａと同様、外リング１３
Ａに接し、他側は静圧ポケット１９にそれぞれ接してい
る。

この内外一対のクランプリング１３．１４の形状は、第
１の実施例に示すクランプリング１３Ａ。

１３Ｂと同様の形状であるが（第２図参照）、テーパ面
の向きを異にし、内リング１３Ｂ、１４Ｂは空間１１内
でフライス軸１に拘束され、外リング１３Ａ、１４Ａの
み軸方向に移動出来るように構成されている。静圧ポケ
ット１９．１９は、それぞれフライス軸１に穴明けした
油路２ｏに接続されている。油路２０の給油側は、主軸
頭２側に固定された油圧ブツシュ２１と接動可能とされ
てイル。を圧７’ッシュ２１の内周面には、リング状の
溝か彫られ、静圧ポケット２２を形成している。

静圧ポケット２２は継手２３を介して、図示省略した油
圧供給装置に接続されている。したがって、静圧ポケッ
ト２２に油圧供給装置からの圧油が供給されると、シー
ル部材１８Ａ、１８Ｂが外リング１３．１４を介してサ
ラバネ１２を圧縮し、クランプリング１３．１４のクラ
ンプを解除する。

本実施例の工作機械の主軸クランプ機構は下記のように
作用する。

フライス軸１と中ぐり軸４をクランプする場合には、油
圧装置の油圧の供給を断ち、静圧ポケット１９．１９の
油圧の力を解放する。これにより、外リング１３Ａ、１
４Ａのみ軸方向に移動出来るように構成しているので、
サラバネ１２の力により、固定側の内リング１３Ｂ、１
４Ｂに対し外リング１３Ａ、１４Ａが食込み、フライス
軸１と中ぐり軸４との間のクランプを行う。このクラン
プにより、外リング１３Ａ、１４Ａに対し、内リング１
３Ｂ、１４Ｂの切欠き溝１７が収縮してテーパ面どうし
が食込む。内リング１３Ｂ、　１４］３の内面の油切り
用の溝１６により、内リング１３Ｂ１１４Ｂが移動する
際、中ぐり軸４の外周面は油切りされるので、金属接触
でき、フライス軸１と中ぐり軸４はスリップすることが
ない。

フライス軸１と中ぐり軸４をアンクランプする場合には
、油圧装置からの圧油を第６図に示すように、継手２３
、油圧ブツシュ２１の静圧ポケット２２を介して静圧ポ
ケット１９．１９に供給する。これにより、シール部材
１８．１８により外リング１３Ａ、１４Ａにサラバネ１
２の力に抗した外力が作用し、アンクランプとなる。

すなわち、静圧ポケット１９．１９の油圧の力により外
リング１：３Ａ、１４Ａは、サラバネ１２の力に抗して
それぞれ内側に移動し、クランプリング１３．１４は締
付ける力がなくなり、フライス軸１と中ぐり軸４のクラ
ンプを解除する。

第７図は本発明の第４の実施例を示す断面図である。

本実施例は第２の実施例の変形例で、中ぐり軸を移動す
る際、シール部材のＯリングの抵抗により中ぐり軸が正
確な位置決め出来ない場合があるので、シール部材のＯ
リングの抵抗をなくシ、フライス軸と中ぐり軸をクラン
プリングによりクランプできるようにした例である。

第２の実施例と同一の部品に対しては、同一符号を用い
て説明する。

図において、主軸クランプ機構４０はフライス軸１と中
ぐり軸４の間のフライス軸１側に円筒上の空間１１を形
成し、フライス軸１と中ぐり軸４に嵌合したリング状の
スペーサ３１にサラバネ１２を嵌挿している。

そしてサラバネ１２の片側のみにクランプリング１３を
設け、このクランプリング１３の作用によりフライス軸
１軸と中ぐり軸４をクランプするように構成している。

符号１８は空間１１側にあってフライス軸１と中ぐり軸
４に嵌合したリング状のスペーサ３２にＯリング１８ａ
を介して接するシール部材である。シール部材１８の一
側面は外リング１３Ａに接し、他側は静圧ポケット１９
にそれぞれ接している。第４の実施例の作用は前記第３
の実施例と同様である。

第８図、第９図は本発明による主軸クランプ装置を用い
たときの切削能力を示す図で、第８図はフライス切削能
力を示す図、第９図はエンドミルの切削能力を示す図で
ある。図において縦軸は切削量（ｃｃ）、横軸はＬ／Ｄ
　（ただし、Ｌはフライス軸端を基準とした中ぐり軸の
長さ、Ｄは中ぐり軸の直径）を示している。フライス切
削の場合は、Ｌ／Ｄが３〜４のとき本発明による主軸ク
ランプ装置を採用したものは従来方式クランプ装置を採
用したものの約２倍の切削能力を示し、エンドミルの切
削能力の場合は約４倍の能力を示しており、いずれも良
好な結果を得ることができた。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明による工作機械の主軸クラン
プ装置はサラバネの作用により第一主軸と第二主軸をク
ランプする一対のクランプリングと、クランプリング側
に油室に圧油を供給する油圧装置を備えたので、第一主
軸と同第一主軸の内側にあって回転自在に軸支され、か
つ軸方向に進退可能に支持された第二主軸を高い剛性で
確実にクランプ、アンクランプすることができる。従来
の油圧クランプ方式に比べて、本発明のクランプ装置は
メカニカルなりランプ方式であるため、圧油によるトラ
ブルすなわち、発熱油圧リークによるクランプ力の低下
、油圧装置の運転に伴なうランニングコストの上昇等の
問題が解決できる。また、第二主軸に接触するクランプ
リングの接触面には油切り用の溝を円周上に形成すれば
、スリップすることなく第一主軸と第二主軸を高い剛性
で確実にクランプすることができる。

さらに、第一主軸の静圧ポケットに空気孔を介して、圧
縮空気を間歇的に供給することにより、第一主軸と第二
主軸の熱膨張による変位をさらに押えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工作機械の主軸クランプ装置の第
１の実施例を示す断面図、第２図は内外一対のクランプ
リングの断面を示す断面図、第３図は第一主軸と第二主
軸のクランプ状態を示す部分断面図、第４図は第一主軸
と第二主軸のアンクランプ状態を示す部分断面図、第５
図は工作機械の主軸クランプ装置の第２の実施例を示す
断面図、第６図は同じく第３の実施例を示す断面図、第
７図は本発明の第４の実施例を示す断面図、第８図は本
発明の実施例の装置によるフライス切削能力を従来例の
能力と比較した図、第９図は本発明の装置によるエンド
ミルの切削能力を示す図である。 １・・・フライス軸、２・・・主軸頭、４・・・中ぐり
軸、１２・・・サラバネ、１３．１４・・・クランプリ
ング、１３Ａ、１４Ａ・・・外リング、１３Ｂ、１４Ｂ
・・・内リング、１６・・・油切り用の溝、１７・・・
切欠溝、１９・・・静圧ポケット、２２・・・静圧ポケ
ット、２２ａ：空気孔。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ／３Ａ 帛　２　国 躬　５　図 削除量 ＃　Ｂ　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主軸頭に回転自在に軸支された第一主軸と同第一主
   軸の内側にあって回転自在に軸支されかつ軸方向に進退
   可能に支持された第二主軸を備えた工作機械の主軸クラ
   ンプ機構において、前記第一主軸と前記第二主軸の間に
   部分的に空間を形成し、前記空間に弾性部材を設け、前
   記弾性部材の作用により前記第一主軸と前記第二主軸を
   クランプする一対のクランプリングを設け、前記第一主
   軸と前記第二主軸のクランプを解除するため前記一対の
   クランプリングの一方側に油室を形成し、前記第一主軸
   と前記第一主軸を支持する主軸頭の接触部には静圧ポケ
   ットを介して前記油室に圧油を供給する油圧装置を備え
   たことを特徴とする工作機械の主軸クランプ装置。 ２、一対のクランプリングは円錐状のテーパ面どうしを
   組合わせた内リングと外リングから構成し、内リングに
   は油切り用の溝を円周上に形成し、さらに等配に縮少用
   のスリット溝を切除したことを特徴とする請求項第１項
   記載の工作機械の主軸クランプ装置。 ３、静圧ポケットには圧縮空気を供給する空気孔を形成
   し、圧縮空気供給装置を設けたことを特徴とする請求項
   第１項記載の工作機械の主軸クランプ装置。 ４、一対のクランプリングは弾性部材に対して左右対称
   に配設したことを特徴とする請求項第１項記載の工作機
   械の主軸クランプ装置。 ５、弾性部材はサラバネであることを特徴とする請求項
   第１項記載の工作機械の主軸クランプ装置。 ６、弾性部材は圧縮コイルバネであることを特徴とする
   請求項第１項記載の工作機械の主軸クランプ装置。