JPS632604A - 工作機械の中ぐり主軸装置 - 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、工具主軸の先端に工具を把持し、回転しなが
らワークとの間で相対運動を行い、加工を行う工作機械
の主軸装置であって、前記工具主軸が軸線方向にも往復
動可能に構成された中ぐり主軸装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

中ぐり盤、フライス盤、マシニングセンタ等の主軸頭に
中ぐり主軸装置が使われているが、これらの工作機械の
中ぐり主軸装置の後端部は、通常、工具クランプ機構や
スピンドルを貫通して流れる冷却液の供給機構等が密集
して設置されているため、酸中ぐり主軸装置の工具主軸
を往復駆動する送りねじをこれと同軸上に設けることが
困難である。従って、送りねじは工具主軸から偏心した
位置に設けられる必要がある。従来、この送りねじは一
本しか設けられておらず、従って工具主軸の送りに際し
て該主軸が中ぐり主軸の内壁との間でこじられる状態と
なり、中ぐり主軸と工具主軸との間に摩耗が発生し易く
、間隙が大きくなる原因ともなり、又円滑な工具主軸の
往復運動を行うことが困難であった。

また、従来の工作機械には、中ぐり主軸装置に工具主軸
のクランプ手段を具えていないものがある。−般に工作
機械は、中ぐり主軸の中を工具主軸が相対的にスラスト
運動する機構になっているので、どうしても若干の間隙
が存在する。更に経年変化によって両者間に摩耗による
間隙も生じ易く、クランプ手段がないと、この間隙が加
工の際のガタとして作用し、振動発生や加工精度が悪化
する原因となることが多かった。これを避けるために、
手動のクランプシューを工具主軸の周囲に押しつけてこ
れを把持する機構を存するものもあるが、このような手
動手段の介在は、装置全体の自動化のネックとなってい
た。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述の従来技術の欠点を解決することを目的
とし、即ち、工具主軸がこじられることなく、中ぐり主
軸に対して円滑に往復運動可能であり、又工具主軸と中
ぐり主軸との間に間隙が存在したとしても、加工時には
クランプ手段によって自動的に工具主軸を中ぐり主軸に
対して同心的に押圧固定し、精度の高い加工を達成でき
る工作機械の中ぐり主軸装置を提供せんとするものであ
る。また、工具主軸を直接的にクランプし、−連の加工
動作中に発生する工具主軸の熱膨張による前方への伸び
を最小限におさえることができる工作機械の中ぐり主軸
装置を提供せんとするものである。即ち、本発明の目的
は先端に加工工具を把持し回転しながら軸線方向に移動
しワークを加工する工作機械の中ぐり主軸装置であって
、ハウジングと、該ハウジング内に軸線方向には固定さ
れ半径方向には回転自在に軸架された中ぐり主軸と、咳
中ぐり主軸内にこれと同軸に装入され回転方向にはこれ
と一体的に回転し軸線方向には前記中ぐり主軸に対して
往復運動可能に構成され先端に加工工具を装着する工具
主軸とを備えた工作機械の中ぐり主軸装置において、前
記ハウジングに２本の送りねじ機構を前記工具主軸と平
行にかつ前記工具主軸の軸線を中心にして対称的に設け
該２木の送りねじ機構を同時に駆動して前記工具主軸を
軸線方向に往復運動させる工具主転往復動手段と、前記
中ぐり主軸と前記工具主軸との間に薄肉円筒形状をし外
周部分を加圧すると内側半径方向に弾性的に収縮し前記
工具主軸を締め付けるクランプ部材と、該クランプ部材
を加圧する加圧流体を該クランプ部材の外周部分に供給
する加圧流体供給手段とを具備して構成されたことを特
徴とする工作Ｊａ、械の中ぐり主軸装置によって達成さ
れる。

〔実施例〕

本発明を更に詳細に説明するために、図面に示す好適実
施例に基づいてその構成と作用を述べる。

第１図には、本発明にかかる中ぐり主軸装置の側断面図
が示されている。第２図は第１図のｎ−■線に沿う断面
図、第３図は第１図のｍ−ｍ線に沿う断面図である。工
作機械の主軸頭Ａの中空状のハウジング１の前半部分に
は、中ぐり主軸２が装入され、前後２箇所のベアリング
３．３によって、前記ハウジング１に対して回転自在に
、かつ半径方向及び軸線方向には移動しないように取り
付けられている。

この中ぐり主軸２の中空部を貫通してこれと同軸に工具
主軸４が装入され、ブツシュ２６　、２６によって支持
されている。該工具主軸４の後半部分の外周面に、軸線
方向にキー溝６を刻設し、前記中ぐり主軸２の後端にボ
ルト止めされたキー５を係合させている。後述の工具主
軸往復動手段と協働して、工具主軸４は中ぐり主軸２に
対して回転方向には一体的に回転し、軸線方向には往復
運動が可能に構成されている。工具主軸４の前端には工
具ホルダ７が着脱自在に設けられ、種々の工具が保持さ
れる。

かかる構成の中ぐり主軸装置においては、前記中ぐり主
軸２の外周に固定された歯車８を介して、図示しない駆
動系によって中ぐり主軸２が回転駆動されると、これに
伴って工具主軸４も回転駆動される。以上の構成は従来
型の中ぐり主軸装置と実質的に同じものである。

本発明の特徴の一つは、中ぐり主軸２の内周面の一部に
工具主軸４の外周面を囲繞する環状のクランプシュー９
を固設したことにある。該クランプシュー９の外周面に
は、中ぐり主軸２の内周面との間に環状の加圧室ｌＯが
形成されるように環状凹部が設けられ、そのため工具主
軸４に対面する壁面は薄肉部１１を有する。クランプシ
ュー９はこの様な形状に形成されているので半径方向に
は弾性変形しやすく、軸線方向には高い剛性を有してい
る。クランプシュー９の不作動時には本実施例の場合、
工具主軸４との間に約２０μｍ程度のクリアランスが存
在し、又作動時には前記薄肉部１１が半径方向に弾性的
に収縮して工具主軸を締め付け、任意の位置で工具主軸
を中ぐり主軸２に対してクランプすることができる。こ
の加圧室１０に対応する中ぐり主軸２の外周面に、これ
を囲繞して圧油供給リング１２が挿嵌されている。

該圧油供給リング１２は、中ぐり主軸２と対面する内周
部分１４が砲金などの軸受材でなり、外周の鋼材と一体
成形されるのが好しい。ハウジング１に貫通して固定さ
れているパイプ１３の先端は、圧油供給リング１２の半
径方向に穿設された貫通孔１２ａにはめ込まれ、圧油供
給リング１２は回転方向と軸線方向に固定されている。

圧油供給リング１２の内周面には環状の油溜り１５が形
成され、核油溜り１５に対面した中ぐり主軸２には少く
とも１箇所、半径方向に貫通孔２７が穿設されている。

そして圧油を圧油供給源２９から矢印２８で示した様に
供給すると、中ぐり主軸２が静止していても、回転して
いても、パイプ１３及び貫通孔１２ａ、２７を通って、
圧油はクランプシュー９の加圧室１０へ到達する。圧油
供給リング１２の内周部分１４と中ぐり主軸２の外周部
分とのクリアランスは、本実施例の場合約２０μｍある
が実質上ここからの圧油のもれはほとんどなく、従って
加圧室１０における圧力ダウンもほとんどない。なお本
実施例における圧油の圧力は１０ｋｇ／−である。−方
、油圧を解除すると、薄肉部１１は元の状態に弾性復帰
し、中ぐり主軸２と工具主軸４との間に所定のクリアラ
ンスが再現するので、工具主軸４の軸線方向の動きが可
能となる。このように本発明のクランプシューによれば
、環状の加圧室による主軸外周からの均一な加圧による
把持が行われるので、工具主軸の偏心が避けられ、精度
の良い加工が保証される。

本発明のもう一つの特徴は、工具主軸４を中ぐり主軸２
に対して軸線方向に往復運動させる工具主軸往復動手段
の構造である。この工具主軸往復動手段はハウジング１
の後半部分に設けられ、工具主軸４の軸線を挾んで互い
に対称的に且つ平行に配置された２本の送りねじ機構１
６を含んでなる。この送りねじ機構１６は、両端をベア
リング１７によってハウジング１に対して回転自在に支
持されたボールねじ１８と、８亥ボールねじ１８に螺合
するナフト１９とを具えている。各送りねじ機構１６の
ナツト１９は、第１図及び第３図に示すように、工具主
軸４の後端にベアリング２０を介して取り付けられた共
通のブラケット２１の両端部領域に固定して支持されて
いる。前記ベアリング１７を通過して更に後方に延びた
前記ボールねじ１８の後端には、それぞれタイミングプ
ーリ２２がキーで固定されている。これらのプーリ２２
の間にはタイミングベルト２３が張設され、このベルト
２３は、ハウジング１の後壁に取り付けられたサーボモ
ータ２４からモータブーＩ７２５を介して駆動されるよ
うに構成されている。これにより両ボールねじ１８はＮ
Ｃ指令を受けたサーボモータ２４によって互いに同期し
て回転することが理解できるであろう。

上述の工具主軸往復動手段の作用について述べる。工具
主軸４を中ぐり主軸２に対して所定距離だけ相対移動す
る場合には、前記クランプシュー９の把持を緩めた状態
でサーボモータ２４に所望の回転を与える信号を人力す
る。これに応じて、この回転はプーリ２５　、２２及び
ベルト２３を通じてボールねじ１８に伝達され、各ボー
ルねじ１８は同期して同方向に回転する。これによって
ナツト１９はボールねじ１８上を前進又は後退方向に移
動する。このナツト１９の運動は、ブラケット２１を介
して工具主軸４に伝達され、これを同じように前進又は
後退させる。−方、中ぐり主軸２は、軸線方向に関して
は、ハウジング１に対して固定されているので、結局工
具主軸４は中ぐり主軸２に対して往復運動することがで
きる。なお本実施例では３００鶴の往復運動が可能に構
成されている。この往復運動は、前述のように、工具主
軸の軸線に対して対称位置に配置された２本の送りねじ
機構によって同時且つ均等に行われるので、あたかも工
具主軸の軸心を駆動しているのと同じ効果となり、従来
、問題となっていた中ぐり主軸と工具主軸間のこじれは
解消する。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、工具主軸の軸線
に関して対称的に配置された、互いに同期して作動する
２本の送りねじ機構からなる工具主軸往復動手段を設け
たので、工具主軸の前後進の際にこじれがなくなり、往
復動作が円滑に行えるようになった。このことにより、
中ぐり加工精度が向上し、更に工具主軸と中ぐり主軸と
の間のこじれによって必然的に生じる摩耗のためのクリ
アランスの増加が少なくなり、長期間精度のよい加工が
持続する。

又、例えクリアランスが所期に設定した値より増加した
としても、加圧流体による弾性変形を利用したクランプ
シューを両生軸間に設けたので、工具主軸を往復動じな
い加工作業中は中ぐり主軸及び工具主軸の両者は常に同
一軸線に保持されて一体的に作動でき、ガタのない加工
を達成できる。

しかも、このクランプ動作は自動的に実施可能であり、
装置全体の自動化にも容易に対応することが可能である
。

又、このクランプシューは、円筒状に形成され、薄肉部
を有するので、半径方向には弾性変形し易く、しかも軸
線方向には高い剛性を保持するように構成されており、
作動時には工具主軸の全円周にわたって均一な圧力を与
えるので、従来装置の手動の機械式クランプにおいてし
ばしば見られた偏心的な把持が解消される。

更に、中ぐり主軸および工具主軸は回転するとベアリン
グ３，２０付近から発熱し、工具主軸が熱膨張する。こ
のとき工具主軸の比較的前端に近い部分を直接的にクラ
ンプできるので、工具主軸が中ぐり主軸に対して前方に
熱膨張する伸び量を最小限におさえることができる効果
もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の中ぐり主軸装置の概略を示す側断面
図、 第２図は、工具主軸と中ぐり主軸との結合状態を示す第
１図のｎ−ｎ線に沿う断面図、第３図は、工具主軸往復
動手段の駆動を示す第１図の■−■線に沿う断面図であ
る。 １・・・ハウジング、　　　　２・・・中ぐり主軸、３
・・・ベアリング、　　　　４・・・工具主軸、５・・
・キー、　　　　　　　６・・・キー溝、７・・・工具
ホルダ、　　　８・・・歯車、９・・・クランプシュー
、　　１０・・・加圧室、１１・・・薄肉部、　　　　
　１２・・・圧油供給リング、１２ａ・・・貫通孔、　
　　　１３・・・パイプ、１４・・・圧油供給リングの
内周部分、１５・・・油溜り、　　　　　１６・・・送
りねじ機構、１７・・・ベアリング、　　　１８・・・
ボールねし、１９・・・ナット、　　　　　２０・・・
ベアリング、２１・・・ブラケット、 ２２・・・タイミングプーリ、 ２３・・・タイミングベルト、 ２４・・・サーボモータ、　　２５・・・モータプーリ
、２６・・・ブツシュ、　　　２７・・・貫通孔、２８
・・・矢印、　　　　　　２９・・・油圧供給源、Ａ・
・・主軸頭。 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端に加工工具を把持し回転しながら軸線方向に移
   動しワークを加工する工作機械の中ぐり主軸装置であっ
   て、ハウジングと、該ハウジング内に軸線方向には固定
   され半径方向には回転自在に軸架された中ぐり主軸と、
   該中ぐり主軸内にこれと同軸に装入され回転方向にはこ
   れと一体的に回転し軸線方向には前記中ぐり主軸に対し
   て往復運動可能に構成され先端に加工工具を装着する工
   具主軸とを備えた工作機械の中ぐり主軸装置において、
   前記ハウジングに２本の送りねじ機構を前記工具主軸と
   平行にかつ前記工具主軸の軸線を中心にして対称的に設
   け該２本の送りねじ機構を同時に駆動して前記工具主軸
   を軸線方向に往復運動させる工具主軸往復動手段と、前
   記中ぐり主軸と前記工具主軸との間に薄肉円筒形状をし
   外周部分を加圧すると内側半径方向に弾性的に収縮し前
   記工具主軸を締め付けるクランプ部材と、該クランプ部
   材を加圧する加圧流体を該クランプ部材の外周部分に供
   給する加圧流体供給手段とを具備して構成されたことを
   特徴とする工作機械の中ぐり主軸装置。 ２、前記工具主軸往復動手段は、前記工具主軸の後端に
   ベアリングを介して取り付けられたブラケットの両端に
   それぞれ固定された２個のナットと、該各ナットと螺合
   し前記工具主軸に対して平行に且つ前記ハウジングに回
   転自在に支持された２本のボールねじと、該各ボールね
   じの後端に固定されたプーリの間に張設されたベルトを
   介して前記ボールねじを回転駆動するモータとからなる
   特許請求の範囲第１項に記載の工作機械の中ぐり主軸装
   置。 ３、前記モータが、ＮＣ指令に応じて位置決め制御が可
   能なサーボモータである特許請求の範囲第２項に記載の
   工作機械の中ぐり主軸装置。