CN101351286B - 主轴装置 - Google Patents

Abstract

一种主轴装置，具有：主轴(1)，其具有中空孔；以及用以握持工件(W)的卡盘单元(10)。管路单元(71)插入主轴(1)的中空孔内，并接收工件(W)的插入，由此防止工件在与主轴(1)一起旋转时(W)振动。支撑单元(72)在主轴(1)的一个端部处支撑管路单元(714)，使得管路单元(71)的轴线与主轴(1)的轴线重合，并且使得管路单元(71)的一个端部从主轴(1)的所述一个端部突伸以定位在卡盘单元(10)内部。

Description

主轴装置 

技术领域

本发明涉及一种握持夹头的主轴装置。 

背景技术

作为夹持夹头的方法，传统主轴装置利用一种涉及使用称为“紧线钳”或“夹钳”的构件的方法。在这种方法中，此种紧线钳或夹钳用于拖拉夹头使得夹头沿直径收紧，或者用于推动夹头使得夹头沿直径松开以取下工件。在下文中将这些方法称作“钳式方法”。 

除了这些之外，也提出了一种利用锥形盘簧的迫动力的方法。在下文中将这种方法称作“锥形盘簧方法”。例如，待审的日本专利申请特开No.2005-319540公报公开了一种用于机床的主轴装置，其即为锥形盘簧方法类型。 

但是，上述各方法具有如下问题：(1)装置难于高速旋转，(2)难以减小装置尺寸，以及(3)难以对卡盘夹持力进行精细调节。 

钳式方法存在上述问题(1)即装置难于高速旋转的缺点，因为该装置包括容易失去它们精准平衡的部分。进一步地，上述第(2)点即难以减小尺寸的原因是主轴必需以“另外加上去”的方式在外部设置诸如气缸等的装置，由此总体上具有较大尺寸。此外，如果借助于钳式方法握持，则薄壁型管或类似装置通常具有被夹碎的风险。这同时也证明了上述第(3)点即难以对卡盘夹持力进行精细调节。 

另一方面，在锥形盘簧方法中，上述第(1)点即难以高速旋转的原因是在夹头附近没有设置锥形盘簧，并且围绕夹头的一些部件容易失去平衡。进一步地，上述第(2)点即难以减小尺寸的原因是锥形盘簧本身需要具有相对较长的尺寸以获得足够的弹簧力。活塞轴承的存在也使得难以减小尺寸。进一步地，关于问题(3)，可以通过减小锥形盘簧的数量来减小卡盘的夹持力。但是，通常难于精细地调节卡盘的夹持力。 

鉴于上述情况创造了本发明，并且本发明的目的是提供一种能够在高速旋转的同时防止工件摇摆的主轴装置。本发明的另一目的是提供一种可减小尺寸的主轴装置。 

发明内容

依据本发明的主轴装置包括：主轴，其具有中空孔，所述主轴绕作为旋转中心的其本身的轴线旋转；卡盘单元，其连接到所述主轴的一个端部并握持棒形工件；止振管，其插入所述主轴的所述中空孔内并接收所述工件的插入，由此防止所述工件在与所述主轴一起旋转时振动；以及滚针轴承，其在所述主轴的所述一个端部处支撑所述止振管，使得所述止振管的轴线与所述主轴的轴线重合，并且使得所述止振管的一个端部从所述主轴的所述一个端部突伸以定位在所述卡盘单元的内部。所述止振管的另一端部具有工件进给端口，所述工件通过所述工件进给端口进给，并且所述止振管的所述另一端部从所述主轴的另一端部突伸。所述卡盘单元包括：用于握持已被插入的所述工件的夹头；缸体，其内部包括至少两个活塞，当所述活塞受到通过所述主轴的内部所供给的加压流体的压力时，所述活塞沿握持所述工件的方向或沿释放所述工件的方向移动；以及夹头握持构件，其响应于所述活塞的移动向所述夹头施加力以使所述夹头的直径缩短。所述主轴装置还包括套筒，所述套筒覆盖并支撑所述止振管的所述另一端部。所述夹头握持构件以与所述活塞的移动相关联的方式移动，当所述活塞沿握持所述工件的方向移动时，所述夹头握持构件沿使所述夹头的直径缩短的方向将力施加到所述夹头上，从而造成所述夹头握持所述工件，而当所述活塞沿释放所述工件的方向移动时，所述夹头握持构件造成所述夹头利用其本身的弹性而使其本身的直径扩张，从而造成所述夹头释放所述工件。 

所述止振管的另一端部可以从所述主轴的另一端部突伸，并且在所述止振管的所述另一端部处可以存在工件进给端口，所述工件从所述工件进给端口进给。

依据本发明的主轴装置包括：主轴，其绕作为旋转中心的所述主轴的轴线旋转；以及卡盘单元，其连接到所述主轴的一个端部用以握持工件；所述卡盘单元包括：用于握持所述工件的夹头；缸体，其内部包括活塞，当所述活塞受到通过所述主轴的内部所供给的加压流体的压力时，所述活塞沿握持所述工件的方向或沿释放所述工件的方向移动；以及夹头握持构件，其根据所述活塞的移动向所述夹头施加力以使所述夹头的直径缩短。 

在所述缸体内可以设置至少两个或多个活塞。 

位于所述主轴的轴线上以面向所述主轴的所述缸体、所述活塞、以及所述夹头握持构件的外部形状可以均具有大致圆形的轮廓，并且所述大致圆形的轮廓的中心可以与所述主轴的轴心重合。 

所述缸体可由含铝材料制成。 

所述主轴装置可以包括加压流体压力调节装置，所述加压流体压力调节装置调节被供给至所述活塞的所述加压流体的压力。 

如上所述，依据本发明的主轴装置，能够尽可能地抑制工件发生振动。因此，工件能够高速旋转。 

进一步地，包括用于握持夹头的元件的卡盘单元位于所述主轴的一个端部处。因此，装置的整体尺寸可减小。 

附图说明

在阅读了以下具体实施方式及附图之后，本发明的这些目的以及其它目的和优点将变得更清楚，其中： 

图1是示出依据本发明的一个实施方式的主轴装置的平面图； 

图2是示出依据本发明的一个实施方式的主轴装置的剖视图；以及 

图3是示出依据本发明的一个实施方式的主轴装置的剖视图。 

                     附图标记的说明 

1      主轴 

2      法兰 

3      气缸 

4      圆筒形构件 

5      夹头握持构件 

6      夹头 

10     卡盘单元 

11     压缩空气流路 

12     压缩空气流路 

13     工件进给路径 

71     止振管 

72     滚针轴承 

101    主壳体 

102    第一轴承 

103    第二轴承 

104    电动机 

105    副壳体 

151    第一轴承座 

152    第二轴承座 

311    活塞 

321    活塞 

501    压缩空气供给/排放单元 

502    压缩空气流通管道 

503    压缩空气流通管道 

521    减压阀 

522    减压阀 

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行解释。 

图1是依据一个实施方式的本发明的主轴装置的平面图。主壳体101具有位于其一端部处(图中右侧)的、用于握持工件W的卡盘单元10。工件W由工件旋转马达(未示出)按图中的箭头所示地旋转，以经受切削操作等。主壳体101具有设置在其另一端部处(图中左侧)的副壳体105。 

图2是依据一个实施方式的本发明的主轴装置的剖视图。依据本实 施方式的主轴装置包括位于中心的主轴1以及后述的各种其它元件。主轴1具有如图2所示的大致圆柱形形状。主轴1具有沿主轴1的轴线的延伸方向形成于其大致圆柱体内的压缩空气流路11和12。主轴1还具有同样沿轴线的延伸方向形成于其内部的工件进给路径13。特别地，工件进给路径13设置成使其轴线与主轴1的轴线重合地延伸。从以上明显看出，压缩空气流路11和12与位于它们之间的工件进给路径13互相平行地形成于主轴1的内部。 

主轴1由第一轴承102和第二轴承103以可转动的方式支撑。第一轴承102和第二轴承103分别由第一轴承座151和第二轴承座152保持。第一轴承座151和第二轴承座152由主壳体101保持。 

主轴1设置成与由电动机104的定子所限定的圆柱形空间密切配合。主轴1具有与该定子配对的转子。主壳体101的内部具有空间，电动机104容纳于该空间内。主轴1由电动机104供以动力，并绕主轴1的轴线旋转。 

下面，首先对主轴1的位于图中左侧的这一端处的结构进行解释，然后对主轴1的位于图中右侧的另一端处的结构进行解释。 

在主轴1的位于图中左侧的这一端处，设置有压缩空气供给/排放单元501，其具有用于存放主轴1的大致圆柱形中空部分。压缩空气供给/排放单元501内形成有压缩空气流通管道502和503。压缩空气流通管道502和503从压缩空气供给/排放单元501的内圆周表面贯穿延伸到压缩空气供给/排放单元501的外圆周表面。 

主轴1内的压缩空气流路11经由与主轴1结合为一体的旋转接头连接到压缩空气流通管道502。主轴1内的压缩空气流路12经由所述旋转接头连接到压缩空气流通管道503内。压缩空气供给装置520连接到各压缩空气流通管道502和503的开口部504和505。在压缩空气供给装置520与开口部504和505之间连接管路。这些管路设置有减压阀521和522。 

进一步地，在主轴1的位于图中左侧的这一端处设置有副壳体105，以从图中的左侧覆盖压缩空气供给/排放单元501。止振管71穿过副壳 体105的内部，且止振管71装入形成于主轴1内的工件进给路径13内。在后文将对止振管71进行详述。依据该实施方式，压缩空气供给/排放单元501的图中最左端的位置与主轴1的图中最左端的位置几乎重合。 

现将描述主轴1的位于图中右侧的端部的结构。卡盘单元10经由法兰2连接到主轴1的位于图中右侧的端部。卡盘单元10包括气缸3、活塞311和321、圆筒形构件4、夹头握持构件5、夹头6等。 

如图2所示，法兰2具有大致圆盘形状。法兰2由螺钉81连接到主轴1的位于图中右侧的端部，使得法兰2的轴线与主轴1的轴线重合。在法兰2内部形成有压缩空气续传路径21和22。压缩空气续传路径21和22并不互相联接。压缩空气续传路径21连接到形成于主轴1内的压缩空气流路11。压缩空气续传路径22连接到压缩空气流路12(但连接部分并未在图中中示出)。 

如图2所示，气缸3与法兰2连接。气缸3的外观为大致圆柱体。气缸3包括位于其内部的活塞311和321。在构成气缸3的气缸壁的内部形成有连接到压缩空气续传路径22的缸内空气流路31和32(参见图中的上侧)、以及连接到压缩空气续传路径21的缸内空气流路33(参见图中的下侧)。 

图3示出依据本发明的一个实施方式的主轴装置的右侧部分的放大剖视图。缸内空气流路31连接到空间311R，空间311R与活塞311的位于图中右侧的一个表面接触。缸内空气流路32连接到空间321R，空间321R与活塞321的位于图中右侧的一个表面接触。 

缸内空气流路33连接到空间321L，空间321L与活塞321的位于图中左侧的一个表面接触。联接到前述压缩空气续传路径21的压缩空气续传路径23连接到空间311L，空间311L与活塞311的位于图中左侧的一个表面接触。压缩空气续传路径23与其它续传路径21和22相类似地形成于法兰2的内部。 

这种结构使压缩空气能够被供应到活塞311和321的位于图中左侧或右侧的空间内。依据哪一个空间被供给压缩空气，活塞311和321沿朝向图中的左侧或右侧的方向运动。 

在图3中，压缩空气被供应到活塞311和321的位于图中左侧的空间内，因此，所示的状态示出活塞311和321朝图中右侧运动。 

此时，如图3所示，活塞311和活塞321具有两者相接触的一部分(参见活塞311的图中右侧的端表面处和活塞321的图中左侧的侧面处的阶梯部)。因此，一个活塞运动促使另一个活塞运动。例如，如果空气被供给到活塞321的位于图中右侧的空间321R内，则活塞321移向图中的左侧。活塞321的这种运动向活塞311施加力以使活塞311移向图中的左侧。 

在图2中，气缸3在其位于图中右侧的端部处与具有大致圆筒形形状的圆筒体构件4连接。圆筒体构件4的中空开口与主轴1内的工件进给路径13连通。具有大致圆筒形形状的夹头握持构件5安装到该中空开口内。然后，如图2所示，夹头6附接到夹头握持构件5。进一步地，夹头6握持工件W。 

夹头握持构件5的操作与活塞311和321的操作是相关联的。也就是说，当活塞311或活塞321移向图中的右侧时，夹头握持构件5移向右侧以沿闭锁方向操作。响应于此运动，沿使夹头6的直径缩短的方向的力作用在夹头6上。因此，工件W由夹头6握持，或者更广义地说由卡盘单元10握持。 

与上述相反，当活塞311或活塞321移向图中的左侧时，夹头握持构件5移向左侧以沿打开方向操作。当夹头握持构件5以这种方式操作时，夹头6因其本身的弹性而自动地张开。由此，工件W从夹头6上释放，或者更广义地说是从卡盘单元10上释放。 

以上对主轴1的位于图中左侧和右侧的两端处的结构进行了解释。依据该实施方式，主轴1配备有从其一个端部到另一端部的止振管71。止振管71容纳在主轴1内的工件进给路径13的内部。 

止振管71的图2中最左端的部分71L(下文简称为“最左侧部分71L”)定位于比主轴1的位于图2左侧的端部处更靠左的位置处。也就是说，止振管71从主轴1的最左侧端部突伸，并穿过形成于副壳体105内的孔。副壳体105的该孔的位于图中左侧的敞开端口部——该孔在这 里与外部接触——覆盖有套筒110。因此，止振管71的最左侧部分71L也被该套筒110覆盖并由套筒110支撑。形成于套筒110内的工件进给口13A连接到止振管71内的中空空间。在工件进给口13A的位于图中左侧的端部处设置有未示出的棒料进给器。棒料进给器将棒形工件W进给到工件进给口13A内。从以上可知，止振管71具有作为用于进给工件W的导引孔的作用。因为工件W穿过止振管71的中空孔进给，所以可使工件W平稳进给到夹头6。进一步地，因为工件W穿过止振管71的中空孔进给，所以不需要用于进给工件W的特定进给构件。 

另一方面，在工件进给路径13的位于图中右侧的另一端部处(即位于主轴1的最右端处)，设置有滚针轴承72。滚针轴承72包括外环、用于支撑止振管71的保持器、以及定位于外环和保持器之间的滚针。止振管71由滚针轴承72以可转动的方式支撑。位于止振管71的图中最右侧端部处的部分71R(下文简称为“最右侧部分71R”)定位于比滚针轴承72在图中更靠右的位置处。这个位置接近夹头的工件握持部以握持工件6。 

接下来，将利用图2解释具有上述结构的主轴装置的操作。 

首先，将解释夹头6握持工件W的操作。在这种情况下，因为夹头握持装置5需要沿闭锁方向操作，所以活塞311和321需要移向图中的右侧。因此，在这种情况下，压缩空气被供给到压缩空气供给/排放单元501内的压缩空气流通管道502。然后，该压缩空气首先流动通过压缩空气流通管道502、接着流动通过压缩空气流路11、压缩空气续传路径21和23、缸内空气流路33、并最后到达活塞311和321的位于图中左侧的空间311L和321L。因此，活塞311和321由于受到位于它们的在图中左侧的空间的压力而移向图中的右侧。与活塞311和321向图中右侧的这种运动一起，夹头握持构件5移向图中的右侧。因此，夹头6由夹头握持构件5握持，并且同时工件W由夹头6握持。 

减压阀521和522设置在自压缩空气供给装置520延伸的管路上。通过借助于这些减压阀521和522来调节待供应的压缩空气的压力，可以适当地调节用于夹紧夹头6或工件W的力。 

夹头6释放工件W的操作与上述相反。也就是说，在这种情况下， 压缩空气供给到压缩空气供给/排放单元501内的压缩空气流通管道503。该压缩空气流动通过压缩空气流通管道503、压缩空气流路12、压缩空气续传路径22、缸内空气流路31和32、并最后到达位于活塞311和321的图中右侧的空间311R、321R。在来自位于图中右侧的空间的压力下，活塞311和321移向图中的左侧。当活塞311和321移向图中的左侧时，夹头握持构件5移向图中的左侧。由此，夹头6被释放，并且同时工件W也被释放。 

具有上述结构的本实施方式的主轴装置可实现以下效果。 

首先，主轴1能够高速旋转。这是因为在主轴1旋转过程中所涉及的机构是由基本上具有圆筒形状或圆盘形状的元件组成。进一步地，因为在夹紧状态下和松开状态下均无载荷施加在轴承上，所以在这两种状态下均能进行高速旋转。同时，依据钳式方法，即使紧线钳沿圆周等间隔地配置，也会因为绕主轴产生的不均匀重量分布而使主轴难于高速旋转。进一步地，因为紧线钳即使在松开状态下也会摇晃，所以它们的平衡难于保持并且高速旋转始终难以实现。即使锥形盘簧方法也难于实现高速旋转，因为在夹头的近旁没有设置锥形盘簧，从而会引起不平衡。与钳式方法和锥形盘簧方法比较，依据本实施方式的主轴装置非常有利。 

第二，依据本实施方式的主轴装置，组成用于握持夹头6的结构的气缸3与活塞311和321位于夹头6附近(如图2所示，气缸3、活塞311和321、夹头握持构件5、夹头6等均集中设置在主轴1的位于图中右侧的一端处)。这使得该装置整体上能够更为紧凑。尤其当该装置与通过钳式方法或锥形盘簧方法的主轴相比时，这种效果会变得更加明显。也就是说，钳式方法需要例如气缸、连接到气缸的杠杆等构件，且这些构件是通过所谓的“另外加上去”的方式附接的，因而使得难于将装置更紧凑化。锥形盘簧要求锥形盘簧相对较长，使得难以减小尺寸。与此比较，本实施方式极为有利。 

气缸3与活塞311和321位于夹头6的附近意味着动力传输更为有效。正是从这一点上讲，本实施方式实现了其本身独有的效果。 

第三，依据本实施方式的主轴装置，夹头6的夹持力或作用在工件 W上的夹持力可被精细地调节。这是因为由压缩空气供给装置520供应的加压流体使得可以以无限的各种步长精细调节施加到夹持工件W的夹头6上的力。也正是从这一点上讲，本实施方式相比于难以握持薄壁型工件的钳式方法要极为有利，并且也优于锥形盘簧方法——锥形盘簧方法不能通过调节锥形盘簧数量来精细地调节夹持力、因此难于调节锥形盘簧的迫动力。 

第四，依据该实施方式的主轴装置——其设置有用于支撑止振管71的滚针轴承72，可使止振管71被制造得相对较长。结果，止振管71的端部(在图2中，位于图中右侧的这个端部处的最右侧部分71R)可以接近夹头6握持工件W之处。因此，可以非常有效地防止工件W振动。 

特别地，依据该实施方式，设置止振管71以遍及夹头握持构件5的几乎全部长度，如图2所示。因此，可以抑制夹头握持构件5振动或工件W振动。 

由于这些效果，所以依据该实施方式的主轴装置使得更精确和准确的机加工成为可能。进一步地，如上所述，能尽可能地防止工件W振动和有效地抑制夹头握持构件5振动的止振管71的存在使得极大地有助于实现主轴1高速旋转。 

另外，作为第五效果，在组成用于握持夹头6的结构的气缸3内部设置了两个活塞311和321。因此，受到压缩空气作用力的活塞横截面的面积明显地比仅有一个活塞的情况下的尺寸大。因此，依据该实施方式，可提高握持夹头6的力。 

此外，借助于两个活塞311和321，产生足够的夹持力。因此，气缸3的外径可减小，并且整个卡盘单元10的惯性可减小。这使得可以加快主轴1在加速或减速时的响应速度，并且使得可以高速旋转主轴1。不言自明，这也有助于该装置整体上的尺寸减小。 

气缸3可由诸如铝合金等具有较小比重的材料制成。在这种情况下，主轴1在加速或减速时的响应速度能够进一步提高，并且能够进一步便于高速旋转。气缸3也可由钛合金制成。这能使气缸重量更轻并且更耐 用。这也有助于整个装置的尺寸减小。 

仍然进一步地，作为第六个效果，如参照图2所解释的，该实施方式的主轴装置具有位于主轴1内的压缩空气流路11和12，并且包括压缩空气供给/排放单元501，并具有与旋转接头结合为一体的主轴1。因此，传统上所使用的所谓“空气管”不再必要，这使得装置的结构简化并且成本降低。 

本发明并不局限于上述实施方式，而是可以各种方式进行修改。 

例如，依据上述实施方式，压缩空气是活塞311和321的驱动源。但是，任何通用的加压流体均可使用。这例如包括液力驱动活塞311和321。 

可仅提供一个活塞，只要加压流体的压力可为合适值即可。 

依据上述实施方式，滚针轴承72用作在主轴1的一端处支撑止振管71的支撑单元。但是，并不局限于此，用于在主轴1的一端处支撑止振管71的支撑单元例如可为球轴承。进一步地，用于在主轴1的一端处支撑止振管71的支撑单元可为滑动轴承。 

本申请是基于2006年10月26日提交的并且包括说明书、权利要求、附图和摘要的日本专利申请No.2006-291207。上述日本专利申请的全部公开内容通过援引并入本文中。 

                       工业实用性 

本发明能用于使工件高速旋转的主轴。本发明能用于整体上减小装置尺寸的主轴。 

Claims (4)

1.一种主轴装置，包括：

主轴(1)，其具有中空孔，所述主轴(1)绕作为旋转中心的其本身的轴线旋转；

卡盘单元(10)，其连接到所述主轴(1)的一个端部并握持棒形工件(W)；

止振管(71)，其插入所述主轴(1)的所述中空孔内并接收所述工件(W)的插入，由此防止所述工件(W)在与所述主轴(1)一起旋转时振动；以及

滚针轴承(72)，其在所述主轴(1)的所述一个端部处支撑所述止振管(71)，使得所述止振管(71)的轴线与所述主轴(1)的轴线重合，并且使得所述止振管(71)的一个端部从所述主轴(1)的所述一个端部突伸以定位在所述卡盘单元(10)的内部，

其中，所述止振管(71)的另一端部具有工件进给端口，所述工件(W)通过所述工件进给端口进给，并且所述止振管(71)的所述另一端部从所述主轴(1)的另一端部突伸，

其中，所述卡盘单元(10)包括：

用于握持已被插入的所述工件(W)的夹头(6)；

缸体(3)，其内部包括至少两个活塞(311，321)，当所述活塞(311，321)受到通过所述主轴(1)的内部所供给的加压流体的压力时，所述活塞(311，321)沿握持所述工件(W)的方向或沿释放所述工件(W)的方向移动；以及

夹头握持构件(5)，其响应于所述活塞(311，321)的移动向所述夹头(6)施加力以使所述夹头(6)的直径缩短，

其中，所述主轴装置还包括套筒(110)，所述套筒(110)覆盖并支撑所述止振管(71)的所述另一端部，

并且，所述夹头握持构件(5)以与所述活塞(311，321)的移动相关联的方式移动，当所述活塞(311，321)沿握持所述工件(W)的方向移动时，所述夹头握持构件(5)沿使所述夹头(6)的直径缩短的方向将力施加到所述夹头(6)上，从而造成所述夹头(6)握持所述工件(W)，而当所述活塞(311，321)沿释放所述工件(W)的方向移动时，所述夹头握持构件(5)造成所述夹头(6)利用其本身的弹性而使其本身的直径扩张，从而造成所述夹头(6)释放所述工件(W)。

2.如权利要求1所述的主轴装置，

其中，位于所述主轴(1)的轴线上以面向所述主轴(1)的所述缸体(3)、所述活塞(311，321)、以及所述夹头握持构件(5)的外部形状均具有大致圆形的轮廓，并且

所述大致圆形的轮廓的中心与所述主轴(1)的轴心重合。

3.如权利要求1所述的主轴装置，

其中，所述缸体(3)由含铝材料制成。

4.如权利要求1所述的主轴装置，其包括加压流体压力调节装置(521)，所述加压流体压力调节装置(521)调节被供给至所述活塞(311，321)的所述加压流体的压力。

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