JPH08281501A - 主軸クランプ装置付工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中ぐり軸のアンクランプ時に中ぐり軸先端の
突発的な変位を防止すると共に、低熱膨張材を中ぐり軸
に使用した場合であっても熱変位を本来の熱膨張だけに
抑制し、これにより、位置決め精度及び加工精度の向上
を図ることができる主軸クランプ装置付工作機械を提供
することにある。 【構成】 中ぐり軸を軸方向に摺動させるサーボモータ
と、中ぐり軸の先端近傍をフライス軸に固定するクラン
プ装置とを備えた主軸クランプ装置付工作機械におい
て、クランプ装置のクランプ力は、サーボモータの最大
トルクより小さく設定されていることを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フライス軸と、このフ
ライス軸内を軸方向に摺動されると共にフライス軸と一
体的に回転される中ぐり軸とを有する主軸クランプ装置
付工作機械に関し、特に、主軸アンクランプ時における
主軸の熱膨張に基づく突発的な変位を防止して主軸位置
決め精度を向上した主軸クランプ装置付工作機械に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】回転を与えられるフライス軸と、このフ
ライス軸内を軸方向に摺動されると共にフライス軸と一
体的に回転される中ぐり軸とを有し、穴の繰り広げ、ね
じ切り等の中ぐりを行う中ぐり盤の工作機械がある。こ
の工作機械の横中ぐり盤の主軸頭の一例を図１に示す。
この主軸頭１では、メイン軸受２及び軸受３に中空のフ
ライス軸４が回転自在に支持され、ラジアル及びスラス
ト両方向に固定されている。このフライス軸４内には、
中ぐり軸５が軸方向に摺動自在であり且つフライス軸４
と一体的に回転されるように設けられている。この中ぐ
り軸５の小径部５ａは、受け台６に設けられた中ぐり軸
受部７に回転自在に支持されており、受け台６の側部に
は、サーボモータ１０が設けられている。このサーボモ
ータ１０により駆動されるボールねじ８が、中ぐり軸受
部７のナット９に螺合されている。

【０００３】また、中ぐり軸５の先端近傍をフライス軸
４に固定するクランプ装置１１が設けられている。この
クランプ装置１１は、フライス軸４と中ぐり軸５との間
に位置され、クランプリング等により中ぐり軸５を固定
するように構成されている。さらに、このクランプ装置
は、中ぐり軸５の回転時には中ぐり軸５をフライス軸４
に固定して一体的に回転させる一方、中ぐり軸５を軸線
方向に摺動させる場合には、中ぐり軸５をアンクランプ
させる。この摺動時には、サーボモータ１０によりボー
ルねじ８が回転され、これに螺合するナット９が軸方向
に移動されて、中ぐり軸５が軸方向に移動される。

【０００４】なお、このような主軸クランプ装置付工作
機械は、上述した図１に示すものの他、特開昭５８−２
２６３５号公報、特願平６−２００７４０号にも開示さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】フライス軸４及び中ぐ
り軸５の回転時には、メイン軸受２及び中ぐり軸受部７
が発熱し、この熱が機械全体に伝導され、中ぐり軸５も
昇温され、その熱膨張係数分だけ熱変位される。例え
ば、中ぐり軸５が鋼製であり、中ぐり軸５の長さが２０
００ｍｍであり、温度上昇分が１０℃であるとすると、
鋼の熱膨張係数は１１×１０^-6/ ℃であるため、中ぐり
軸５の熱変位は、０．２２ｍｍとなる。

【０００６】ところで、従来の中ぐり盤において、中ぐ
り軸５のクランプ部１１のクランプ力と、サーボモータ
１０の最大トルク（即ち、サーボモータの回転を保持で
きる最大トルク）とを比較すると、このクランプ力の方
が最大トルクよりも大きく設定されている。

【０００７】従って、このようにクランプ力の方が最大
トルクより大きいと、軸受の発熱により中ぐり軸５が熱
変位された場合には、この熱変位は、中ぐり軸５の後部
方向（即ち、サーボモータ１０に近づく方向）に生起さ
れる。そのため、ナット９には、ナット９を後部方向に
押圧しようとする力がかかり、その結果、ボールねじ８
には、ボールねじ８をを回転させようとする力が働く。
一方、サーボモータ１０は、ボールねじ８を保持する力
を発揮している。そのため、上記ボールねじ８を回転さ
せようとする熱変位の力と、このサーボモータ１０の保
持力とは、ボールねじ８が本来保持される位置とはずれ
た位置で釣り合うことになる。これにより、中ぐり軸５
の熱変位は吸収されるが、反面、サーボモータ１０に
は、熱変位の力に対抗しようとする余分な負荷がかかっ
てしまうといった問題がある。

【０００８】また、このように、中ぐり軸５に熱変位が
生起されると、サーボモータ１０に熱変位の力に対抗し
ようとする余分な負荷がかかっているため、この状態の
ときに、回転が停止されてクランプ装置１１が中ぐり軸
５をアンクランプすると、サーボモータ１０は、余分な
負荷がかかっている分だけ突発的にボールねじ８を回転
させる。その結果、ボールねじ８に螺合されたナット９
により、中ぐり軸５は、前部方向（即ち、テーブルに近
づく方向）に突発的に移動され、中ぐり軸５の位置ずれ
が突発的に生起される。そのため、中ぐり軸５の加工面
に、段差等が発生し、加工精度が低下するといった問題
がある。

【０００９】なお、フライス軸４及び中ぐり軸５の回転
中には、クランプ装置１１から反サーボモータ側（図１
において左側）の中ぐり軸５の部分も熱膨張し、位置ず
れが発生している。

【００１０】さらに、このような中ぐり軸５の熱変位を
抑制するため、中ぐり軸５を高強度インバー材等の低熱
膨張材から製造することも考えられる。このような場
合、中ぐり軸５が熱膨張した時には、中ぐり軸５の熱膨
張による変位は、主軸頭１の熱変位より小さいため、ナ
ット９を前部方向（即ち、テーブルに近づく方向）に引
き出すような力がボールねじ８に働く。その結果、回転
が停止されてクランプ装置１１が中ぐり軸５をアンクラ
ンプすると、サーボモータ１０は、余分な負荷がかかっ
ている分だけ、中ぐり軸５を後部方向（即ちサーボモー
タ１０に近づく方向）に突発的に移動させる。その結
果、中ぐり軸５の位置ずれが突発的に生起されて、中ぐ
り軸５の加工面に段差等が発生し、低熱膨張材を用いた
場合であっても、加工精度が低下するといった問題があ
る。

【００１１】本発明は、上述したような事情に鑑みてな
されたものであって、その目的は、中ぐり軸のアンクラ
ンプ時に中ぐり軸先端の突発的な変位を防止すると共
に、低熱膨張材を中ぐり軸に使用した場合であっても熱
変位を本来の熱膨張だけに抑制し、これにより、位置決
め精度及び加工精度の向上を図ることができる主軸クラ
ンプ装置付工作機械を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る主軸クランプ装置付工作機
械は、回転を与えられるフライス軸と、このフライス軸
内を軸方向に摺動されると共にフライス軸と一体的に回
転される中ぐり軸と、中ぐり軸を軸方向に摺動させるサ
ーボモータと、中ぐり軸の先端近傍をフライス軸に固定
するクランプ装置とを備えた主軸クランプ装置付工作機
械において、上記クランプ装置のクランプ力は、上記サ
ーボモータの最大トルクより小さく設定されていること
を特徴としている。

【００１３】また、請求項２に係る主軸クランプ装置付
工作機械は、上記中ぐり軸は、低熱膨張材から製造され
ていることを特徴としている。

【００１４】

【作用】請求項１によれば、クランプ装置のクランプ力
は、サーボモータの最大トルクより小さく設定されてい
るため、構造用合金鋼等製の中ぐり軸が熱膨張されたと
しても、この中ぐり軸の熱変位がクランプ装置により影
響を受けることなく、中ぐり軸先端の熱変位が前部方向
（即ち、テーブルに近づく方向）に生起される。そのた
め、クランプ時における中ぐり軸先端の熱変位量と、ア
ンクランプ時における中ぐり軸先端の熱変位量とが略等
しくなり、その結果、アンクランプ時に、中ぐり軸が突
発的に移動されることがなく、中ぐり軸の位置ずれが突
発的に生起されることもない。そのため、位置決め精度
が向上され、中ぐり軸の加工面に段差等が発生すること
がなく、加工精度が向上される。

【００１５】また、請求項２によれば、中ぐり軸は低熱
膨張材から製造されており、クランプ力は、サーボモー
タの最大トルクより小さく設定されているため、中ぐり
軸の熱膨張自身が小さく抑えられ、かつクランプ時にお
ける中ぐり軸先端の熱変位量と、アンクランプ時におけ
る中ぐり軸先端の熱変位量とが略等しく、アンクランプ
時に、中ぐり軸が突発的に移動されることがなく、これ
の位置ずれが突発的に生起されることもない。そのた
め、位置決め精度が向上されると共に、中ぐり軸の加工
面に段差等が発生することがなく、加工精度が一層向上
される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る主軸クランプ
装置付工作機械について図面を参照しつつ説明する。

【００１７】図１は、従来と同様の中ぐり盤の工作機械
の主軸頭の断面図であり、その構造は、従来の技術の項
で説明したと同様であるが、次の点で従来と異なってい
る。

【００１８】すなわち、本実施例では、クランプ装置１
１のクランプ力が、サーボモータ１０の最大トルク（即
ち、サーボモータの回転を保持できる最大トルク）より
小さく設定されている。

【００１９】従って、中ぐり軸５が構造用合金鋼等製で
ある場合に、熱膨張されたとしても、この中ぐり軸５の
熱変位は、ナット９を移動させることなく、中ぐり軸５
の先端（図１において左端）の熱変位が前部方向（即
ち、テーブルに近づく方向）に生起される。そのため、
クランプ時における中ぐり軸５の先端の熱変位量と、ア
ンクランプ時における中ぐり軸５の先端の熱変位量とが
略等しくなる。その結果、中ぐり軸５がアンクランプ時
に突発的に移動されることがなく、中ぐり軸５の位置ず
れが突発的に生起されることもない。

【００２０】また、中ぐり軸５が高強度インバー等の低
熱膨張材製である場合には、熱変位量の絶対値が小さ
く、さらに、クランプ時における中ぐり軸５の先端の熱
変位量と、アンクランプ時における中ぐり軸５の先端の
熱変位量とが略等しくなり、アンクランプ時に中ぐり軸
５が突発的に移動されることがなく、位置ずれが突発的
に生起されることもない。

【００２１】以下、本実施例の一実験例を示す。

【００２２】横中ぐり盤の中ぐり軸材料として構造用合
金鋼ＳＣＭ４１５と低熱膨張材高強度インバーを用い、
クランプ力＞サーボモータ・サーボアンプ最大トル
ク、クランプ力＜サーボモータ・サーボアンプ最大ト
ルクの２条件について工具取付部である中ぐり軸先端の
熱変位を測定した。

【００２３】中ぐり軸の形状は、直径１１０ｍｍ×長さ
２０００ｍｍ、上記ＳＣＭ４１５の熱膨張係数は１１×
１０^-6／℃、高強度インバーの熱膨張係数は２．９×１
０^-6／℃である。測定条件は、中ぐり軸回転数２５００
ｒｐｍで４時間連続運転した。測定は、マシンのテーブ
ルに静電容量式非接触変位差計をマグネットスタンドに
取り付け、設置し中ぐり軸先端の変位を測定した。４時
間運転後回転を止めクランプ時、アンクランプ時の変位
を測定した結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】 表１によれば、クランプ力＞最大トルクの従来の場合に
は、クランプ時における熱変位量と、アンクランプ時に
おける熱変位量との差が著しく大きい。そのため、中ぐ
り軸が構造材用合金鋼の場合、低熱膨張材のいずれの場
合であっても、アンクランプ時に、中ぐり軸が突発的に
移動され、突発的な位置ずれが生起され、位置決め精度
及び加工精度の低下といった問題がある。

【００２５】一方、クランプ力＜最大トルクの本実施例
の場合には、クランプ時とアンクランプ時とでは、熱変
位量に差が認められない。そのため、中ぐり軸が突発的
に移動されることがなく、位置ずれが突発的に生起され
ることもない。また、低熱膨張材の場合にも、略同様で
あると同時に、低熱膨張材の場合には、熱変位量の絶対
値が小さい。

【００２６】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、種々変形可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１によれば、
クランプ装置のクランプ力は、サーボモータの最大トル
クより小さく設定されているため、クランプ時における
中ぐり軸先端の熱変位量と、アンクランプ時における中
ぐり軸の熱変位量とが略等しくなり、その結果、アンク
ランプ時に中ぐり軸の位置ずれが突発的に生起されるこ
ともなく、位置決め精度が向上され、中ぐり軸の加工面
に段差等が発生することがなく、加工精度が向上され
る。

【００２８】また、請求項２によれば、中ぐり軸は低熱
膨張材から製造されており、クランプ力は、サーボモー
タの最大トルクより小さく設定されているため、アンク
ランプ時に、位置ずれが突発的に生起されることもな
く、中ぐり軸が低熱膨張材から製造されているため、熱
変位量を小さく抑えることができ、位置決め精度が向上
される。このため、中ぐり軸の加工面に段差等が発生す
ることがないと共に、一層加工精度が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】中ぐり盤の主軸頭の断面図。

【符号の説明】

４ フライス軸 ５ 中ぐり軸 １０ サーボモータ １１ クランプ装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転を与えられるフライス軸と、このフラ
   イス軸内を軸方向に摺動されると共にフライス軸と一体
   的に回転される中ぐり軸と、中ぐり軸を軸方向に摺動さ
   せるサーボモータと、中ぐり軸の先端近傍をフライス軸
   に固定するクランプ装置とを備えた主軸クランプ装置付
   工作機械において、 上記クランプ装置のクランプ力は、上記サーボモータの
   最大トルクより小さく設定されていることを特徴とする
   主軸クランプ装置付工作機械。
2. 【請求項２】上記中ぐり軸は、低熱膨張材から製造され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の主軸クランプ
   装置付工作機械。