JPH09309003A - 工具径可変型主軸装置のバックラッシュ除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 内側主軸に取付けられた工具の径を連続的に
可変自在とした工具径可変型主軸装置のバックラッシュ
除去装置を供給する。 【解決手段】 偏心角度制御手段を、工具径可変用駆動
源により各主軸２，３の軸線方向へ移動自在なシフタ１
０と、このシフタに回転自在に支承され、かつ外側主軸
３に形成されたガイド溝３ａ，３ｂに案内されて、外側
主軸３の軸線方向に移動自在な工具径可変用ねじれキー
１４及びバックラッシュ除去用ねじれキー１５と、内側
主軸２の外周面に形成され、かつ工具径可変用ねじれキ
ー１４と係合して、工具径可変用ねじれキー１４の直線
動を回転動に変換するねじれキー溝２ｂ及びバックラッ
シュ除去用ねじれキー１５と係合して、工具径可変用ね
じれキー１４のバックラッシュを除去するねじれキー溝
２ｃとより構成したもので、工具径可変用ねじれキー１
４のバックラッシュが除去できるため、工具の位置決め
精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は互いに偏心した内
外主軸を相対回転させることにより、内側主軸に取付け
られた工具の径を連続的に可変自在とした工具径可変型
主軸装置のバックラッシュ除去装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の装置として、例えば実開昭
５９−９０５０１号公報に記載された「工具径可変型主
軸装置」が公知である。上記公報の工具径可変型主軸装
置は、軸方向に少なくとも２個所で支承されて回転自在
に設けた外側主軸と、外側主軸内に軸心を偏した状態で
回転可能に嵌合され、かつ刃具を保持した内側主軸と、
外側主軸を支承する軸受間に設けられ、直線運動を与え
ることにより上記両主軸に相対回転を与える偏心角度制
御手段と、上記内側主軸に連結された回転駆動伝達手段
とから構成されている。

【０００３】また上記偏心角度制御手段は、内側主軸の
外周面に形成された多条の台形ねじと、この台形ねじに
螺合され、かつ外側主軸に設けられたガイド溝に案内さ
れて、外側主軸の軸線方向に直線動されるナット部材よ
り構成されていて、これらナット部材と台形ねじにより
内側主軸と外側主軸を相対回転させるように構成されて
おり、ナット部材には、ナット部材と台形ねじ間のバッ
クラッシュを除去するバックラッシュ除去用ナット部材
が上記ナット部材に隣接して併設されている。そして上
記バックラッシュ除去ナット部材は、圧縮ばねにより内
側主軸の軸方向へ付勢されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の工具径可変
型主軸装置では、ナット部材とバックラッシュ除去用ナ
ット部材を隣接して設けているため、限られたスペース
内ではナット部材を大きくすることができない。このた
め、回転伝達負荷に対して台形ねじとの当り面に大きな
面積を確保できないため、この部分の面圧が高くなっ
て、摺動面が早期に摩耗し、台形ねじとナット部材の間
にガタが発生して精度の高い工具の位置決めできなくな
る不具合がある。

【０００５】また、シフタの直線作動を内側主軸の回転
動に変換する変換手段に、多条の台形ねじと、これに螺
合するナット部材を使用しているが、多条の台形ねじで
は、４５°以下のねじれ角のものを製作することが困難
なため、シフト本体の移動ストロークが大きくなって装
置全体が大型になると共に、台形ねじの表面を研削加工
して、台形ねじの精度を上げたり、台形ねじの表面を熱
処理して、表面硬度を上げることが困難である。

【０００６】また従来では、台形ねじの表面にＳＫＣ３
などの滑性材料を溶射して摺動面の摩擦抵抗を低減した
上、ナット部材側にターカイトなどの滑性材料を設けて
台形ねじとナット部材間のバックラッシュを除去してい
るが、この方法では台形ねじ側の滑性層が早期に摩耗し
たり、ナット部材側の滑性材料が早期に剥離するなどし
て、耐久性が低いなどの不具合がある。

【０００７】さらに滑性層が摩耗したり、滑性材料が剥
離すると、台形ねじとナット部材の間にガタが生じた
り、バックラッシュが除去できなくなるため、工具径を
精度よく変更できないなどの不具合も発生する。この発
明はかかる従来の不具合を改善するためになされたもの
で、滑性層や滑性材料を使用せずにバックラッシュの除
去が可能な工具径可変型主軸装置のバックラッシュ除去
装置を提供して耐久性及び位置決め精度の向上を図るこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するため請求項１記載の発明は、主軸箱に回転自在
に支承された外側主軸内に、外側主軸の中心に対して偏
心させて内側主軸を回転自在に設け、かつこれら内外主
軸を偏心角度制御手段により相対回転させることによ
り、内側主軸に取付けられた工具の径を連続的に可変自
在な工具径可変型主軸装置において、上記偏心角度制御
手段を、工具径可変用駆動源により各主軸の軸線方向へ
移動自在なシフタと、このシフタに回転自在に支承さ
れ、かつ外側主軸に形成されたガイド溝に案内されて、
外側主軸の軸線方向に移動自在な工具径可変用ねじれキ
ー及びバックラッシュ除去用ねじれキーと、上記内側主
軸の外周面に形成され、かつ上記工具径可変用ねじれキ
ーと係合して、工具径可変用ねじれキーの直線動を回転
動に変換するねじれキー溝及び上記バックラッシュ除去
用ねじれキーと係合して、工具径可変用ねじれキーのバ
ックラッシュを除去するねじれキー溝とより構成したし
たものである。

【０００９】上記構成により、内側主軸に取付けられた
工具の径を変更する場合、工具径可変用駆動源によりシ
フタを各主軸の軸線方向へ移動させると、外側主軸のガ
イド溝に案内された工具径可変用ねじれキーと、このね
じれキーが係合されたねじれキー溝により外側主軸と内
側主軸が相対回転される。これによって外側主軸に対し
て内側主軸が偏心回転するため、内側主軸に取付けられ
た工具の径を連続的に可変することができると共に、工
具径可変用ねじれキーのバックラッシュをバックラッシ
ュ除去用ねじれキーが除去するため、工具径を可変した
際工具の位置決め精度が向上すると共に、工具径可変用
ねじれキーと、バックラッシュ除去用ねじれキーを別個
に設けたことから、限られたスペース内で工具径可変用
ねじれキーとねじれキー溝の摺動面の面積を大きくでき
る。これによって回転伝達負荷に対する面圧を低くでき
るため、摺動部が早期に摩耗してガタが発生し、工具の
位置決め精度が低下するなどの不具合を防止することが
できる。

【００１０】また外側主軸と内側主軸を相対回転させる
偏心角度制御手段にねじれキーとこのねじれキーが係合
するねじれキー溝より形成したことにより、従来の台形
ねじを使用したものに比べて製作が容易で、かつねじれ
角を大きくできるため、シフタの直線移動距離を小さく
でき、これによって装置全体の小型化が図れるため、製
作の容易さを相俟って、主軸装置を安価に提供すること
ができる。

【００１１】さらにねじれキー溝を熱処理した上、研削
加工が可能となるため、ねじれキー溝の硬度及び耐摩耗
の向上とともに、精度の高いねじれキー溝が得られるこ
とから、長期間に亘って精度の高い工具径の可変が可能
になると共に、可変用ねじれキーとねじれキー溝の摺動
面に滑性層を形成したり、バックラッシュ除去用ねじれ
キーとねじれキー溝の摺動面に滑性材料を設ける必要が
ないため、これら滑性層や滑性材料が早期に摩耗して、
工具の位置決め精度が劣化し、加工精度が低下するなど
の不具合も解消することができる。

【００１２】一方請求項２記載の発明は、工具径可変用
ねじれキー及びバックラッシュ除去用ねじれキーと、こ
れらねじれキーが係合するねじれキー溝の摺動面に給油
する給油孔を設けたものである。

【００１３】上記構成により各ねじれキーとねじれキー
溝の摺動面が常に潤滑されるため、工具径の変更が円滑
に行えると共に、摺動面の摩耗を低減することができる
ため、摩耗により生じるねじれキーとねじれキー溝間の
ガタによる工具の位置決め精度が低下するのを防止する
ことができる。

【００１４】また請求項３記載の発明は、バックラッシ
ュ除去用ねじれキーを付勢手段により外側主軸の軸線方
向へ付勢したものである。

【００１５】上記構成により、簡単な構成で工具径可変
用ねじれキーのバックラッシュが除去できると共に、バ
ックラッシュを除去するための調整作業を必要としない
ため組立ても容易である。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して詳述する。図において１は主軸装置本体で、主軸
箱１ａ内に、２重構造となった内側主軸２と外側主軸３
が収容されている。上記内側主軸２は、外側主軸３の軸
心に対してεだけ偏心されて外側主軸３内に回転自在に
収容されており、内側主軸２の先端部には、上記偏心量
εと同じ量だけ偏心されてテーパ状の工具取付け孔２ａ
が形成されている。

【００１７】上記外側主軸３の両端側には、軸受け４を
介して上記主軸箱１ａに回転自在に支承されており、外
側主軸３の両側には、外側主軸３を挟んで対向する位置
に、例えば一対のボールねじ軸５が外側主軸３と平行す
るように設けられている。これらボールねじ軸５は、両
端側が軸受け６を介して上記主軸箱１ａに回転自在に支
承されており、各ボールねじ軸５の一端側には、それぞ
れギヤ７が固着されている。そしてこれらギヤ７に同期
ギヤ８が噛合されている。

【００１８】上記同期ギヤ８はリングギヤよりなり、主
軸箱１ａ側にメタル軸受け１ｂを介して回転自在に支承
されていて、この同期ギヤ８により各ボールねじ軸５が
同期して回転するようになっていると共に、一方のボー
ルねじ軸５の一端側には、サーボモータよりなる工具径
可変用駆動源（図示せず）が接続されていて、この工具
径可変用駆動源により各ボールねじ軸５が同期回転され
るようになっている。

【００１９】一方上記各ボールねじ軸５には、シフタ１
０に設けられたボールナット１１が螺合されている。上
記シフタ１０は環状をなしていて、外側主軸３の周囲を
囲繞するように設けられており、各ボールねじ軸５を同
期回転させることにより、外側主軸３の軸線方向に移動
自在となっている。上記シフタ１０の内周部には、軸受
け１２を介してリング状のホルダ１３が回転自在に支承
されており、このホルダ１３の内周部に、内外主軸２，
３を挟んで対向するように工具径可変用ねじれキー１４
と、バックラッシュ除去用ねじれキー１５が設けられて
いる。

【００２０】これら工具径可変用ねじれキー１４及びバ
ックラッシュ除去用ねじれキー１５は、外側主軸３の軸
線方向に形成されたガイド溝３ａ，３ｂにそれぞれ摺動
自在に嵌合されて、シフタ１０とともに内外主軸２，３
の軸線方向へ移動自在となっていると共に、工具径可変
用ねじれキー１４は、固着具１６によりホルダ１３に着
脱自在に取付けられている。

【００２１】またバックラッシュ除去用ねじれキー１５
は、内外主軸２，３の軸線と平行するよう頭部１８ａが
ホルダ１３に固着されたガイドピン１８に支承されてい
て、内外主軸２，３の軸線方向に移動自在となっている
と共に、内部にばね室１５ｂが形成されていて、このば
ね室１５ｂに収容された圧縮ばねなどの付勢手段１９に
より右方へ付勢されている。そして上記工具径可変用ね
じれキー１４及びバックラッシュ除去用ねじれキー１５
の内周面に突設された図４及び図５に示すねじれキー部
１４ａ，１５ａが内側主軸２の外周面に形成された２条
のねじれキー溝２ｂ，２ｃにそれぞれ係合されている。

【００２２】上記ねじれキー溝２ｂ，２ｃは、図３に示
すように内側主軸２の外周面に位相を１８０°異ならせ
て螺旋状に形成されていて、これらねじれキー溝２ｂ，
２ｃ内に、これら溝の形状を転写したねじり歯面を有す
る上記ねじれキー部１４ａ，１５ａが摺動自在に嵌合さ
れていると共に、ホルダ１３側に固定された工具径可変
用ねじれキー１４に対して、バックラッシュ除去用ねじ
れキー１５は付勢手段１９により内外主軸２，３の軸線
方向に付勢されているため、これによって工具径可変用
ねじれキー１４とねじれキー溝２ｂ間に生じるバックラ
ッシュが除去できるようになっている。

【００２３】また上記各ねじれキー溝２ｂ，２ｃのねじ
れ角は、０〜４５°の範囲に設定されていると共に、各
ねじれキー１４，１５及びねじれキー溝２ｂ，２ｃの摺
動面の耐摩耗性を向上させるため、各摺動面に窒化処理
などの熱処理を施した後、研削加工により高精度の仕上
げ加工を行うことにより、長期間に亘って安定した位置
決め精度を維持することができるようになっている。

【００２４】なお各ねじれキー１４，１５には、図１や
図２，図４、図５に示すように給油孔１４ｂ，１５ｃが
形成されていて、これら給油孔１４ｂ，１５ｃより各ね
じれキー１４，１５とねじれキー溝２，２ｃの摺動面に
潤滑油が給油されるようになっている。

【００２５】一方上記内側主軸２の基端部には、ギヤ２
０が固着されていて、このギヤ２０にギヤ筒２１の一端
側内周面に形成されたリングギヤ２１ａが噛合されてい
る。上記ギヤ筒２１は、内周部が軸受け２２を介して支
持筒２３に回転自在に支承されていると共に、ギヤ筒２
１の両端側外周部には、歯数の異なる低速用ギヤ２１ｂ
と高速用ギヤ２１ｃが形成されていて、これギヤ２１
ｂ，２１ｃは図示しない主軸駆動源の駆動ギヤに選択的
に噛合されるようになっている。

【００２６】次に上記構成された工具径可変型主軸装置
の作用を説明する。主軸装置を使用してワークを加工す
る場合、内側主軸２の工具取付け孔２ａに工具Ｔを取付
ける。そして工具Ｔに適した回転数を低速用ギヤ２１ｂ
または高速用ギヤ２１ｃより選択して、図示しない主軸
駆動源によりギヤ２０を介して内側主軸２を回転させ
る。これによって工具径可変用ねじれキー１４及びバッ
クラッシュ除去用ねじれキー１５を介して結合された外
側主軸３も同時に回転すると共に、内側主軸２に取付け
られた工具Ｔにより、ボーリング加工などの機械加工が
行える。

【００２７】また加工すべきワークの内径などが変更に
なって、工具径を変える場合は、工具径可変用駆動源に
より一方のボールねじ軸５を回転する。これによって同
期ギヤ８により互いに同期された各ボールねじ軸５が同
時に同方向へ回転されるため、各ボールねじ軸５にボー
ルナット１１を介して螺合されたシフタ１０がボールね
じ軸５に沿って移動され、シフタ１０に取付けられた工
具径可変用ねじれキー１４及びバックラッシュ除去用ね
じれキー１５が外側主軸３のガイド溝３ａ，３ｂに案内
されて、外側主軸３の軸線方向へ移動される。そして工
具径可変用ねじれキー１４の移動により、工具径可変用
ねじれキー１４のねじれキー部１４ａが係合された内側
主軸２が外側主軸３内で回転される。

【００２８】すなわち工具径可変用ねじれキー１４及び
これに係合するねじれキー溝２ｂにより内側主軸２と外
側主軸３が相対回転されることにより、図６に示すよう
に内側主軸２の中心を０₃ 、外側主軸３の中心を０₂ と
した場合、相対回転角度θによって内側主軸２の中心０
₃ がＴ₂ の位置まで移動するため、サーボモータよりな
る工具径可変用駆動源により相対回転角度θを制御する
ことにより、工具Ｔの径をＲ₁ からＲ₂ まで連続的に可
変することができるようになると共に、付勢手段１９に
より内外主軸２，３の軸線方向へ付勢されたバックラッ
シュ除去用ねじれキー１５により、工具径可変用ねじれ
キー１４のねじれキー部１４ａがねじれキー溝２ｂの一
方の側壁に圧接されて、ねじれキー部１４ａとねじれキ
ー溝２ｂ間のバックラッシュが除去されるため、バック
ラッシュに影響されることなく工具Ｔの位置決めが行え
る。

【００２９】これによって内外主軸２，３の停止時や回
転時に、シフタ１０を移動させて内側主軸２と外側主軸
３を相対回転することにより、任意な工具径が連続的に
設定できるようになるため、加工すべきワークの内径な
どが種々変っても、工具Ｔを交換することなく対応する
ことができる。

【００３０】なお上記実施の形態では、工具径可変用ね
じれキー１４が係合するねじれキー溝２ｂ及びバックラ
ッシュ除去用ねじれキー１５が係合するキー溝２ｃをそ
れぞれ１条形成したが、それぞれ複数条形成するか、工
具径可変用ねじれキー１４が係合するねじれキー溝２ｂ
のみ複数条形成するようにしてもよい。また各ねじれキ
ー１４，１５及びねじれキー溝２ｂ，２ｃを複数条設け
ることにより、ねじれキー１４の直線動を回転動に変換
する際の反力が各ねじれキー１４に分散されるため、ね
じれキー１４とねじれキー溝２ｂの摺動面の面圧が低く
なって、摺動面が早期に摩耗するのを防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態になる工具軸可変型主軸
装置の断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】内側主軸の外周面に形成されたねじれキー溝と
これに係合するねじれキーの詳細図である。

【図４】（イ）工具径可変用ねじれキーの正面図であ
る。 （ロ）図４の（イ）のＢ方向からの矢視図である。

【図５】（イ）バックラッシュ除去用ねじれキーの正面
図である。 （ロ）図５の（イ）のＣ方向からの矢視図である。

【図６】この発明の実施の形態になる工具径可変型主軸
装置の作用説明図である。

【符号の説明】

１ａ…主軸箱、２…内側主軸、２ｂ，２ｃ…ねじれキー
溝、３…外側主軸、３ａ，３ｂ…ガイド溝、１０…シフ
タ、１４…工具径可変用ねじれキー、１４ｂ…給油孔、
１５…バックラッシュ除去用ねじれキー、１５ｃ…給油
孔、１９…付勢手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸箱１ａに回転自在に支承された外側
   主軸３内に、外側主軸３の中心に対して偏心させて内側
   主軸２を回転自在に設け、かつこれら内外主軸２，３を
   偏心角度制御手段により相対回転させることにより、内
   側主軸２に取付けられた工具Ｔの径を連続的に可変自在
   な工具径可変型主軸装置において、上記偏心角度制御手
   段を、工具径可変用駆動源により各主軸２，３の軸線方
   向へ移動自在なシフタ１０と、このシフタ１０に回転自
   在に支承され、かつ外側主軸３に形成されたガイド溝３
   ａ，３ｂに案内されて、外側主軸３の軸線方向に移動自
   在な工具径可変用ねじれキー１４及びバックラッシュ除
   去用ねじれキー１５と、上記内側主軸２の外周面に形成
   され、かつ上記工具径可変用ねじれキー１４と係合し
   て、工具径可変用ねじれキー１４の直線動を回転動に変
   換するねじれキー溝２ｂ及び上記バックラッシュ除去用
   ねじれキー１５と係合して、工具径可変用ねじれキー１
   ４のバックラッシュを除去するねじれキー溝２ｃとより
   構成したことを特徴とする工具径可変型主軸装置のバッ
   クラッシュ除去装置。
2. 【請求項２】 工具径可変用ねじれキー１４及びバック
   ラッシュ除去用ねじれキー１５と、これらねじれキー１
   ４，１５が係合するねじれキー溝２ｂ，２ｃの摺動面に
   給油する給油孔１４ｂ，１５ｃを設けてなる請求項１記
   載の工具径可変型主軸装置のバックラッシュ除去装置。
3. 【請求項３】 バックラッシュ除去用ねじれキー１５を
   付勢手段１９により外側主軸３の軸線方向へ付勢してな
   る請求項１記載の工具径可変型主軸装置のバックラッシ
   ュ除去装置。