CN103228384A - 机床中的加工对象物的固定装置及具备该固定装置的机床 - Google Patents

Abstract

防止或抑制仅在滑动构件的绕轴的特定的角度位置（相位）的部分产生磨损。具备：与主轴（90）一起旋转，并以使夹持部（20）执行开闭动作的方式进行变位的夹持动作爪（40）；与主轴（90）一起旋转的橡胶环（70）；以及筒管（50）（滑动构件），其被设置成在沿着主轴（90）的轴向（MN）的第一位置（P1）与第二位置（P2）之间可移动，在第一位置（P1）处与橡胶环（70）接触并与橡胶环（70）一起旋转，在第二位置（P2）处与夹持动作爪（40）接触并使夹持动作爪（40）变位，并且与夹持动作爪（40）一起旋转，在第一位置（P1）与第二位置（P2）之间的一部分范围内，与橡胶环（70）以及夹持动作爪（40）中的任一个都不接触。

Description

机床中的加工对象物的固定装置及具备该固定装置的机床

技术领域

本发明涉及机床中的加工对象物的固定装置及具备该固定装置的机床，具体涉及动作操纵杆与滑动构件接触时的状态的改良。

背景技术

以往，车床等机床具备用于将圆棒等加工对象物（以下称为工件）固定在主轴上用的固定装置（以下称为夹持（chucking）装置）。

该夹持装置具备：固定部，其与主轴一起旋转，在关闭的状态下将工件固定，而在打开的状态下解除加工对象物的固定；动作操纵杆，其与主轴一起旋转，并以使固定部执行开闭动作的方式进行变位；以及滑动构件，被设置成在沿着主轴的轴向的第一位置与第二位置之间可移动，在这种可移动的范围中的第二位置处与动作操纵杆接触来使动作操纵杆变位并且与动作操纵杆一起旋转，而在第一位置处不与动作操纵杆接触。

另外，当滑动构件位于第二位置时固定部被关闭，当滑动构件位于第一位置时固定部被打开。

然而，滑动构件当未与动作操纵杆接触时几乎不旋转、或者为因与主轴的外周面略微接触而连动地旋转的程度，所以和与主轴一起旋转的动作操纵杆的旋转差会变大，当滑动构件与动作操纵杆接触时，由于这样大的旋转速度差而存在滑动构件在旋转方向上磨损的问题。

于是，为了消除滑动构件与主轴之间的相对运动，提出了在两者之间夹着制动构件来使滑动构件始终与主轴一体地旋转的方案（专利文献1）。

根据这种技术，利用夹在主轴（在专利文献1中为心轴（spindle））与滑动构件（在专利文献1中为转换器（shifter））之间的制动构件，使滑动构件始终与主轴一体地旋转，另一方面，动作操纵杆（在专利文献1中为夹持爪）也始终与主轴一体地旋转，因此当滑动构件与动作操纵杆接触时两者的旋转速度一致，不存在速度差，所以可以防止或抑制旋转方向的磨损。

（现有技术文献）

（专利文献）

专利文献1：日本专利第2660898号公报

发明内容

（本发明要解决的课题）

然而，动作操纵杆设在绕主轴的特定的角度位置（相位），然而，上述现有技术文献记载的发明中，滑动构件也与主轴一体地构成，所以滑动构件的与动作操纵杆接触的部分的绕轴的角度位置（相位）始终固定，因此仅该动作操纵杆的接触的角度位置的部分会反复接触，在该特定的相位的部分上容易产生沿轴线方向延伸的磨损。

本发明鉴于上述状况而提出，其目的在于提供一种机床中的加工对象物的固定装置,以及具备该固定装置的机床。该固定装置能够防止或抑制滑动构件的旋转方向的磨损，并且也可以防止或抑制在绕轴的特定的角度位置（相位）的部分产生沿轴线方向延伸的磨损。

（解决课题的手段）

本发明的机床中的加工对象物的固定装置设置为：使与动作操纵杆接触的滑动构件与主轴同步地旋转、并且在与动作操纵杆接触的跟前的范围内不与主轴一体地旋转；使滑动构件在利用惯性、连动旋转而旋转的状态下与动作操纵杆接触，来防止或抑制旋转方向的磨损，并且使与动作操纵杆接触的滑动构件的部分的主轴的绕轴的角度位置（相位）不在特定的固定位置，据此来防止或抑制沿轴向延伸的磨损。

即，本发明的机床中的加工对象物的固定装置的特征在于，具备：固定部，其与主轴一起旋转，在关闭的状态下将加工对象物固定，而在打开的状态下解除对所述加工对象物的固定；动作操纵杆，其与所述主轴一起旋转，并以使所述固定部执行开闭动作的方式进行变位；滑动构件，其被设置成能够在沿着所述主轴的轴向的第一位置与第二位置之间移动，在所述能够移动的范围中的所述第二位置处与所述动作操纵杆接触并使所述动作操纵杆变位，并且与所述动作操纵杆一起旋转；以及旋转传递构件，其被配置成在所述滑动构件的能够移动的范围中的所述第一位置处与所述滑动构件接触，并与所述主轴一起旋转，其中，所述滑动构件、所述旋转传递构件以及所述动作操纵杆被配置或形成为在所述滑动构件的所述第一位置与所述第二位置之间的范围的至少一部分范围内，所述滑动构件与所述旋转传递构件以及所述动作操纵杆中的任一个都不接触。

另外，本发明的机床的特征在于具备本发明的固定装置。

（发明的效果）

根据本发明的机床中的加工对象物的固定装置，可以防止或抑制滑动构件的旋转方向的磨损，并且可以防止或抑制在绕轴的特定的角度位置（相位）的部分产生沿轴线方向延伸的磨损。

另外，根据本发明的机床，可以防止或抑制固定装置中的滑动构件的旋转方向的磨损，并且可以防止或抑制在绕轴的特定的角度位置（相位）的部分产生沿轴线方向延伸的磨损。

附图说明

图1是表示作为本发明的机床的自动车床的主轴部分以及作为其固定装置的夹持装置的图。

图2是表示图1中的固定装置的细节的剖视图，表示筒管（bobbin）位于第一位置的状态。

图3是表示图1中的固定装置的细节的剖视图，表示筒管位于第二位置的状态。

图4是表示图1中的固定装置的细节的剖视图，表示筒管位于第一位置与第二位置之间的一部分范围的状态。

图5是表示将外周环被覆在橡胶环的外周外方的变形例的剖视图（其1）。

图6是表示将外周环被覆在橡胶环的外周外方的变形例的剖视图（其2）。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的机床中的固定加工对象物（以下称为工件）的固定装置（以下称为夹持装置）的实施方式以及具备该夹持装置的机床进行说明。

（结构）

图1是表示将工件200固定在作为机床的自动车床的旋转的主轴90上的夹持装置10的剖视图。

该夹持装置10是筒夹卡盘（collet chuck）式的夹持装置，具备：夹持部20（固定部），其与主轴90一起旋转，在关闭的状态下将工件200固定，而在打开的状态下解除工件200的固定；夹持动作爪40（动作操纵杆），其与主轴90一起旋转，并以使夹持部20执行开闭动作的方式绕支点C摆动；与主轴90一起旋转的橡胶环70（旋转传递构件、弹性构件）；以及筒管50（滑动构件），其被设置成在沿着主轴90的轴向的第一位置P1（后述）与第二位置P2（后述）之间可移动，在这种可移动范围中的第一位置P1处与橡胶环70接触并与橡胶环70一起旋转，在可移动范围中的第二位置P2处与夹持动作爪40接触来使夹持动作爪40变位并与夹持动作爪40一起旋转，而在第一位置P1与第二位置P2的附近之间的范围中的至少一部分范围中与橡胶环70以及夹持动作爪40的任意一个都不接触。

这里，夹持部20的构造是公知的构造，具备：筒夹（collet）21，其通过成为朝主轴90的半径方向内侧弯曲并关闭的状态，从工件200的外周面外方将工件200紧固；第一套筒22，其被设置在所述筒夹21的外周外侧，并通过在主轴90的轴向M上变位，而将形成于其内周面的锥体载置在形成于筒夹21的外周面的锥体上，使得筒夹21如前述那样弯曲；以及第二套筒23，其将第一套筒22向轴向M推压。

另外，在本实施方式中，第一套筒22与第二套筒23是沿主轴90的轴向MN在一直线上并列地配置的分体结构，但是这两个套筒22、23也可以一体地构成。

另一方面，筒夹21受到卷簧24的作用力而被向主轴90的轴向M按压，当第一套筒22以及第二套筒23未在轴向M上变位时，由于从第一套筒22的锥体受到的负荷小，因此利用筒夹21本身的弹性恢复力的作用，朝主轴90的半径方向内侧的弯曲被消除而打开，工件200的固定被解除。

夹持动作爪40与主轴90一体地旋转，如图2所示，沿主轴90的周向等间隔地设置多个，分别绕支点C摆动，其中每一个的第一端部41位于主轴90的外周面91一侧，而夹着支点C位于与第一端部41相反一侧的第二端部42面对着第二套筒23的后端面23a并始终地接触。

各夹持动作爪40的第一端部41以与主轴90的外周面91接触的方式由未图示的赋能力而被赋能，在第一端部41与主轴90的外周面91接触的状态下，利用卷簧24使套筒22、23在夹持动作爪40的方向上移动，第二端部42成为与第二套筒23的后端面23a接触的状态，另一方面，若第一端部41抵抗赋能力而离开主轴90的外周面91，则第二端部42会在主轴90的轴向M上按压第二套筒23的后端面23a，使第二套筒23向轴向M变位。

利用这种第二套筒23的朝轴向M的变位，使第一套筒22一体地向轴向M变位，使筒夹21弯曲，而使工件200固定。

另外，当套筒22、23处于正在向夹持动作爪40的方向（轴向N）移动的状态时，会成为基于筒夹21的工件200的固定被解除的状态。

橡胶环70压接在主轴90的外周面91上，夹着筒管50而设置在与夹持动作爪40相反一侧，并与主轴90一体地旋转。

筒管50被设置成在主轴90的外周面91上在主轴90的轴向MN上可滑动，沿着该轴向MN的长度L1形成得比靠近橡胶环70的夹持动作爪40一侧的端面71（以下称为后端面71）与夹持动作爪40的第一端部41之间的长度L0略短（L1<L0）。

此处，如图1所示的作为驱动源的缸体（cylinder）61根据来自外部的指令使其轴62沿着轴向MN变位，在该轴62上支承一端侧被旋转自如地支承的驱动杆63的另一端。

驱动杆63与筒管50卡合，随着缸体61的轴62沿着轴向MN变位，驱动杆63使筒管50沿着主轴90的外周面91在轴向MN上滑动。

另外，筒管50与主轴90的外周面91宽松地嵌合，但是由于如后述那样有时成为与主轴90同步地旋转的状态，所以接近主轴90的外周面91的内侧部分53与外侧部分54可经由滚珠轴承相对地旋转，而不旋转的驱动杆63被外侧部分54支承。

筒管50的内侧部分53的接近该夹持动作爪40侧的部分形成为朝向夹持动作爪40突出，该突出的部分的外周面为有时成为与夹持动作爪40的第一端部41接触的状态的凸轮面51。

凸轮面51中的接近夹持动作爪40的第一端部41一侧的部分形成为载置第一端部41的锥面51a（剖视图为锥面），并形成了与该锥面51a连续且载置第一端部41的高度为恒定的水平面51b（剖视图为水平面）。

筒管50的可滑动范围处于被驱动杆63移动的范围内，但是是轴向M中的接近筒管50的橡胶环70一侧的端面52（以下称为顶端面52）与橡胶环70的后端面71压接的位置（使橡胶环70略微地弹性变形，利用该弹性变形所产生的弹力使筒管50的顶端面52与橡胶环70的后端面71紧贴，利用起因于该弹力的摩擦力使筒管50与橡胶环70之间不产生滑动的程度地接触的位置：以下称为第一位置P1）与轴向N中的如图3所示那样与夹持动作爪40的第一端部41载置在筒管50的凸轮面51中的水平面51b上的状态相对应的位置（以下称为第二位置P2）之间的范围。

若夹持动作爪40的第一端部41载置在筒管50的凸轮面51上，则第一端部41向主轴90的半径方向外方变位，与此相伴，夹持动作爪40绕支点C旋转，第二端部42按压第二套筒23的后端面23a，使第二套筒23向轴向M变位，其变位量随着载置在锥面51a上的高度变高而变大，在夹持动作爪40的第一端部41载置在筒管50的水平面51b上的状态下，基于前述的筒夹21的工件200的固定动作完成。

（作用）

根据如上构成的实施方式的夹持装置10，在处于对缸体61下达了解除工件200的固定的指令的状态时，驱动杆63向轴向M移动，此时，筒管50利用驱动杆63的作用而成为处于第一位置P1（图2）的状态。

关于筒管50，在第一位置处，其顶端面52被压接在与主轴90一体地旋转的橡胶环70的后端面71上，因此其内侧部分53与橡胶环70一起、即与主轴90的旋转同步地旋转。

其后，当对缸体61下达了使工件200固定的指令时，驱动杆63在轴向N上移动，筒管50通过驱动杆63的作用而从第一位置P1向第二位置P2（图3）变位，但由于筒管50的内侧部分53的沿着轴向MN的长度L1形成得比橡胶环70的后端面71与夹持动作爪40的第一端部41之间的长度L0略短（L1<L0），因此如图4所示，从筒管50的顶端面52刚离开橡胶环70的后端面71的位置到筒管50的内侧部分53的锥面51a与夹持动作爪40的第一端部41接触的位置为止的范围（一部分范围：第一位置P1与第二位置P2之间的范围中的、从第一位置P1的附近位置开始沿着轴向N到差值（L0-L1）（参照图2）为止的范围）内，筒管50成为既不与橡胶环70接触也不与夹持动作爪40接触的状态。

因此，使筒管50旋转的驱动力消失，筒管50靠与橡胶环70同步地旋转时的惯性来旋转，但由于仅与旋转的主轴90的外周面91宽松地嵌合，所以旋转速度会因筒管50的滚珠轴承的阻力等而下降，成为以比主轴90的旋转速度稍慢的速度旋转的状态。

但是，因为筒管50不是在第一位置P1与橡胶环70压接的状态与主轴90完全地同步旋转，因此会与旋转的主轴90产生相位偏差。

筒管50进一步在轴向N上变位，若筒管50的内侧部分53的锥面51a开始和与主轴90同步地旋转的夹持动作爪40的第一端部41接触，则筒管50因该锥面51a与夹持动作爪40的第一端部41的接触，而成为与夹持动作爪40一起、即与主轴90的旋转再度同步的旋转。

此处，在筒管50与夹持动作爪40接触的瞬间，筒管50的旋转速度虽比主轴90的旋转速度、即夹持动作爪40的旋转速度慢，但其速度差比在筒管50停止的状态或仅与主轴90连动旋转的状态下与夹持动作爪40接触的情况下的速度差小得多。

因此，能够使在筒管50与夹持动作爪40的接触部产生的旋转方向的磨损比在筒管停止的状态或仅与主轴90连动旋转的状态下与夹持动作爪接触的部件中的旋转方向的磨损显著降低。

此处，本实施方式的夹持装置10与如现有技术文献记载的发明那样，在筒管与主轴之间夹着阻止两者的相对旋转的制动构件而使筒管与主轴始终一体地旋转的装置不同，在筒管50与夹持动作爪40接触时两者间并不是完全没有速度差，而是在两者接触时略微地存在两者的速度差，但这种速度差非常小，所以可以使因这种微小的速度差而产生的磨损非常小。

另一方面，在筒管50离开橡胶环70、之后筒管50开始与夹持动作爪40接触为止的范围内，由于筒管50与主轴90独立地非同步地旋转，所以筒管50与夹持动作爪40接触的锥面51a的位置（绕轴的角度位置）随着每次的这种接触而变化。

因此，本实施方式的夹持装置10与如现有技术那样，在筒管与主轴之间夹着阻止两者的相对旋转的制动构件而使筒管与主轴始终一体地旋转的装置不同，在筒管50与夹持动作爪40接触时的夹持动作爪40的第一端部41所要接触的锥面51a上的位置（绕轴的角度位置（相位））并不固定，因此，可以防止或抑制仅在这种特定的部分集中地磨损。

另外，筒管50与主轴90一体地旋转，并利用驱动杆63而进一步在轴向N上移动，各夹持动作爪40的第一端部41的接触位置从筒管50的锥面51a移至水平面51b，筒管50在预先设定的第二位置P2处停止向轴向N的移动（图3），工件200的固定动作完成。

在工件200的固定动作完成之后，当向缸体61下达了解除工件200的固定的指令时，驱动杆63在轴向M上移动，此时，筒管50利用驱动杆63的作用而从第二位置P2向第一位置P1在轴向M上变位。

此时，筒管50以与从上述第一位置P1向第二位置P2在轴向N上变位的动作相反的动作来变位，当筒管50的锥面51a离开夹持动作爪40的第一端部41时（图4），筒管50与主轴90的旋转非同步，若筒管50的顶端面52与橡胶环70的后端面71接触，则利用与橡胶环70的摩擦力而与橡胶环70一体地旋转，再度成为与主轴90同步的旋转。

另外，当筒管50的顶端面52与橡胶环70的后端面71接触时，在筒管50与橡胶环70之间存在略微的速度差，作为弹性构件的橡胶环70在与筒管50接触的瞬间会由于这种速度差而弹性变形，而利用橡胶环70的这种弹性变形，可以缓和由两者间的速度差产生的接触时的冲击。

筒管50前进至第一位置P1，朝轴向M的移动停止（图2），工件200的固定解除的动作完成。

如上所述，根据本实施方式的夹持装置10，可以降低筒管50的在与夹持动作爪40接触的部分处的磨损，并且能够使夹持动作爪的接触部分分散以便使夹持动作爪40的接触的筒管50的部分不会集中在固定的部分，可以防止或抑制磨损仅集中在特定的部分。

本实施方式的夹持装置10采用了作为弹性构件的橡胶环70作为与主轴90一起旋转并将主轴90的旋转传递至第一位置P1处的筒管50的旋转传递构件，但在本发明的固定装置中，只要可发挥将主轴的旋转传递至第一位置处的滑动构件（筒管50）的作用，则不限定于橡胶环70，既可以是由橡胶以外的弹性材料形成的弹性构件，也可以是由弹性材料以外的材料形成的构件。

（变形例）

图5所示的夹持装置10是上述的实施方式的夹持装置10的变形例，该变形例也是本发明的固定装置的一个实施方式。

该变形例的夹持装置10在上述的实施方式的夹持装置10中的橡胶环70的外周外侧增加了阻止或抑制橡胶环70朝外方的弹性变形的外周环81（环状构件）。

如前所述，可以采用橡胶环70以外的构件作为旋转传递构件，但是如实施方式那样采用了橡胶环70、尤其是在其半径方向的厚度薄、其内径比主轴90的外周面91的半径略小的情况下，若主轴90的旋转为高速，则橡胶环70会受到朝向半径方向外方作用的离心力的影响而沿周向延伸，其结果，橡胶环70的内周面与主轴90的外周面91的接触压力降低，存在橡胶环70无法恰当地将主轴90的旋转传递给筒管50的担忧。

但是，对于图5所示的变形例的夹持装置10而言，由于设置在橡胶环70的外周外侧的外周环81阻止或抑制橡胶环70的朝向外方的弹性变形，因此即使在主轴90高速地旋转的情况下，也可以防止或抑制橡胶环70的内周面与主轴90的外周面91的接触压力减低，其结果，橡胶环70可以恰当地将主轴90的旋转传递至筒管50。

另外，作为外周环81，只要由在通过主轴90的旋转速度而作用的离心力程度下也不容易变形的材料形成即可，代表性地，可以采用金属制、树脂制、用碳纤维增强的FRP等各种材料。

另外，优选外周环81的内周面与没有离心力的作用的状态下的橡胶环70的外周面接触。这是由于，若在外周环81的内周面与橡胶环70的外周面之间存在间隙，则橡胶环70向半径方向外方逃逸该间隙的量，因此橡胶环70与主轴90之间的接触压力降低，而若外周环81的内周面与没有离心力的作用的橡胶环70的外周面接触，则即使离心力发生作用，橡胶环70也不会朝半径方向外方逃逸，因此可以防止橡胶环70与主轴90之间的接触压力降低。

另外，优选沿着外周环81的轴向MN的长度范围中的橡胶环70的后端面71一侧的端缘81a形成为不从橡胶环70的后端面71突出。

也就是说，若外周环81的端缘81a从橡胶环70的后端面71突出，则当使筒管50朝轴向M变位时，该突出的端缘81a会比橡胶环70的后端面71更先抵住筒管50的顶端面52，因此不仅无法发挥基于橡胶环70的接触时的冲击的缓和作用，还无法使筒管50进一步在轴向M上变位，无法充分地确保橡胶环70与筒管50的压接力（接触压力）。

然而，只要是外周环81的端缘81a比橡胶环70的后端面71凹进的状态（图5，端缘81a相对于后端面71位于轴向M一侧的状态），则即使从筒管50的顶端面52与橡胶环70的后端面71接触开始，也可以在橡胶环70的弹性变形范围内，进一步使筒管50朝轴向M侧变位并到达第一位置P1，据此可以充分地确保橡胶环70与筒管50的压接力（接触压力）。

另外，图5所示的外周环81是内径固定且外径固定的环状体，但也可以采用作为例如图6所示的内径以及外径不同的带台阶的环状体的外周环82来取代所述外周环81。

这种带台阶的外周环82的内径以及外径相对较大的部分构成发挥与上述外周环81相同作用、效果的部分，经由内径以及外径相对较小的部分可以将外周环82固定于主轴90上，另外，带台阶部分也可以作为防止橡胶环70不经意地朝轴向M移动的壁而发挥作用。

另外，在该外周环82上，在优选为其端缘82a是比橡胶环70的后端面71凹陷的状态这一点上也与外周环81的情况相同。

另外，上述实施方式的夹持装置10是通过使套筒22、23在轴向M上变位来使筒夹21关闭（将工件200夹紧）的结构的筒夹卡盘，但也可以应用于取代套筒22、23而具备牵引杆、并通过使牵引杆在轴向N上变位而由主轴90将筒夹关闭（将工件200夹紧）的结构的筒夹卡盘，还可以应用于不是筒夹卡盘、而用爪来关闭的夹持装置中。

（相关申请的交叉引用）

本申请基于2010年11月30日向日本国特许厅提交的特愿2010-266375并主张优先权，其全部的公开通过引用的方式完全包含在本说明书中。

（附图标记的说明）

10：夹持装置（固定装置）；20：夹持部（固定部）；21：筒夹；22：第一套筒；23：第二套筒；40：夹持动作爪（动作操纵杆）；41：第一端部；42：第二端部；50：筒管（滑动构件）；51：凸轮面；51a：锥面；51b：水平面；52：顶端面；53：内侧部分；54：外侧部分；70：橡胶环（旋转传递构件、弹性构件）；71：后端面；90：主轴；91：外周面；200：工件（加工对象物）。

Claims (4)

1.一种机床中的加工对象物的固定装置，其特征在于，具备：

固定部，其与主轴一起旋转，在关闭的状态下将加工对象物固定，在打开的状态下解除所述加工对象物的固定；

动作操纵杆，其与所述主轴一起旋转，并以使所述固定部执行开闭动作的方式进行变位；

滑动构件，其被设置成能够在沿着所述主轴的轴向的第一位置与第二位置之间移动，在所述能够移动的范围中的所述第二位置处与所述动作操纵杆接触并使所述动作操纵杆变位且与所述动作操纵杆一起旋转；以及

旋转传递构件，其被配置成在所述滑动构件的能够移动的范围中的所述第一位置处与所述滑动构件接触，并与所述主轴一起旋转，

其中，所述滑动构件、所述旋转传递构件以及所述动作操纵杆被配置或形成为在所述滑动构件的所述第一位置与所述第二位置之间的范围的至少一部分范围内，所述滑动构件与所述旋转传递构件以及所述动作操纵杆中的任一个都不接触。

2.如权利要求1所述的机床中的加工对象物的固定装置，其特征在于，

所述旋转传递构件由弹性构件形成，通过与所述第一位置处的所述滑动构件的接触而弹性变形，利用由所述弹性变形所产生的弹力而引起的摩擦力来使所述滑动构件旋转。

3.如权利要求2所述的机床中的加工对象物的固定装置，其特征在于，

所述旋转传递构件被配置成与所述主轴的外周面接触，在所述旋转传递构件的外周外侧配置有阻止或抑制所述旋转传递构件向外侧弹性变形的环状构件。

4.一种机床，其特征在于，具备权利要求1至3中任一项所述的固定装置。

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