CN111867757A - 机床的主轴装置 - Google Patents

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Abstract

在主轴(16)保持刀具(T)或者工件并使刀具和工件相对移动来进行加工的机床的主轴装置(10)具备：支撑部件(12)，具有支承面(12b)；壳体(14)，在支承面以能分离的方式与支撑部件接触，以能旋转的方式保持主轴；第1施力装置(28)，将壳体向支撑部件按压；以及按压力调整部(100)，调整第1施力装置的按压力。

Description

机床的主轴装置
技术领域
本发明涉及以可调节的保持力将主轴保持于支撑部件的机床的主轴装置。
背景技术
在末端安装旋转刀具并使该旋转刀具相对于工件相对移动来加工该工件的机床中，在使主轴向加工开始位置等的规定值快进那样的场合，可能会发生刀具与工件的碰撞。此时，存在以能旋转的方式支撑主轴的轴承受到损伤的可能性。为了解决该问题，专利文献1记载了以下主轴装置：将保持工件芯轴的内侧圈以能移动的方式配置在外侧圈内，通过压缩弹簧和磁铁而能以规定的保持力在外侧圈内的作用位置保持内侧圈。
在专利文献1的主轴装置中，使用磁铁和压缩弹簧来保持主轴，当比由磁铁和压缩弹簧生成的保持力大的外力作用于主轴时，内侧圈相对于外侧圈移动，由此可防止主轴装置尤其是主轴以及支撑主轴的轴承的损伤。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－086356公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在专利文献1的发明中，内侧圈利用由压缩弹簧和磁铁产生的保持力被保持于外侧圈。因此，将内侧圈保持于外侧圈的保持力始终固定。因此，无法一面在主轴以高速旋转也就是在负荷比较小的加工时保护主轴而一面有效地进行主轴以低速旋转的粗加工那样的重切削。也就是，若保持力大到必要量以上，则在主轴与工件等发生碰撞时，因碰撞产生的冲击会作用在主轴用的轴承上，轴承会发生损伤。而另一方面，若保持力小，则在粗加工那样的场合，由于作用于主轴的负荷大，不得不减小进给速度，导致加工效率降低。
本发明以解决上述现有技术的问题作为技术课题，其目的在于提供主轴装置，根据机床的利用状况来调节以能旋转的方式支撑主轴的壳体的保持力，提高主轴高速旋转时的主轴保护以及低速旋转时的加工效率。
用于解决课题的方案
为了达成上述的目的，根据本实施方式，提供一种机床的主轴装置，该机床在主轴上保持刀具或者工件并使刀具和工件相对移动来进行加工，其特征在于，所述主轴装置具备：支撑部件，该支撑部件具有支承面；壳体，该壳体在支承面以能分离的方式与支撑部件接触，并将主轴保持成能够旋转；第1施力装置，该第1施力装置将壳体按压到支撑部件上；以及按压力调整部，该按压力调整部调整第1施力装置的按压力。
发明的效果
根据本实施方式，例如根据主轴装置快进的场合或切削进给的场合那样的机床的利用状况，能够对向支撑部件按压主轴装置的壳体的第1施力装置的按压力进行调节。由此，特别是在粗加工或重切削的场合可相对于支撑部件牢固地保持壳体来提高加工效率，并且，在主轴装置快进的场合或精加工的场合，可降低向支撑部件按压壳体的按压力，能可靠地保护以能旋转的方式支撑主轴16的轴承。
附图说明
图1是根据本发明的优选实施方式的主轴装置的概略剖视图。
图2是使主轴装置在与主轴的旋转轴线垂直的平面内快进的期间主轴或者安装于主轴的刀具与工件等发生碰撞的场合的、与图1同样的剖视图。
图3是示出使主轴装置在与主轴的旋转轴线平行的方向进行切削进给时将壳体向支撑部件施力的按压力不充分而从支撑部件离开的壳体的、与图1同样的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
根据本实施方式的主轴装置10具备相对于支撑部件12能移动地被支撑的壳体14、以及以能旋转的方式被支撑于壳体14的主轴16。主轴16通过前侧轴承18以及后侧轴承20，以能以旋转轴线O为中心旋转的方式被支撑于壳体14。在本实施方式中，主轴16在末端部经由刀架来保持刀具、特别是立铣刀那样的旋转刀具T。在主轴16的末端部，形成有用于组装被安装在刀架上的刀具T的锥形孔16a。
另外，主轴装置10具有驱动主轴16以旋转轴线O为中心旋转的主轴马达。主轴马达具备固定在壳体14的内周面的定子24和以面对定子24的方式固定在主轴16的外周面的转子22，形成内置马达。主轴马达并不限定于内置马达，也可以是配置在壳体14的外部并与主轴16的后端连结的伺服马达(未图示)。主轴马达22、24与控制该机床的NC装置(未图示)连接，通过该NC装置控制其起动停止以及旋转速度。
壳体14是沿着旋转轴线O收容主轴16的中空状的部件，具有从外周面在半径方向突出的凸缘部14a。在凸缘部14a形成有抵接面14c。抵接面14c成为在与支承面12b相反侧相对于旋转轴线O垂直的平面。进而，壳体14具有锥形面14b。锥形面14b由向主轴16的后端方向扩开的圆锥面构成。在本实施方式中，锥形面14b作为凸缘部14a的一部分而形成，但锥形面的位置并不限定于此，可配置在适当的位置。另外，在凸缘部14a配设有多个磁铁26。
支撑部件12可以是在机床的X、Y、Z的正交3轴的直线进给轴中的1个、例如与旋转轴线O平行的Z轴方向能移动地设置的Z轴滑块或主轴台。支撑部件12具有接受壳体14的开口部12a。在开口部12a内，形成有对壳体14的凸缘部14a的下面进行支撑的支承面12b。支承面12b如后述那样至少局部由球面形成。凸缘部14a的底面相对于该支承面12b呈互补形状，至少局部呈球面状地形成。
另外，在支撑部件12，形成有相对于壳体14的锥形面14b呈互补形状的锥形面12c。另外，形成支撑部件12的Z轴滑块或主轴台通过由机床的NC装置控制的Z轴进给装置(未图示)在Z轴方向被驱动。
进而，主轴装置10具备液压缸28来作为将可调节的按压力施加给壳体14的第1按压装置。液压缸28具有缸部28a和活塞30。缸部28a被固定在支撑部件12的开口部12a内。在缸部28a，形成有具有从液压源100接受液压的液压端口的接头部28b。
活塞30配置在缸部28a内，在缸部28a与活塞30之间，划分出与所述液压端口连通的压力室。活塞30通过从液压源100向液压室供给的液压而在Z轴方向前进(图1～3中的下方)。活塞30具有从缸部28a在轴方向突出的作用棒30a。作用棒30a的末端形成为球面状。作用棒30a在末端部中与壳体14的抵接面14c抵接。
进而，主轴装置10具备螺旋弹簧32来作为向壳体14施加固定的按压力的第2按压装置。螺旋弹簧32通过弹簧按压件34而被保持在开口部12a内。液压缸28和螺旋弹簧32配置在以Z轴为中心的同一圆周上。液压缸28和螺旋弹簧32的个数例如可根据加工负荷等主轴装置10所要求的条件、向液压缸28供给的液压的大小、螺旋弹簧32的强度来适当地选择。作为一例，以Z轴为中心在周向每隔60°地按等角度间隔交替地配置3个液压缸28和3个螺旋弹簧32。作为其他的例子，也可以以Z轴为中心在周向按30°间隔配置3个液压缸28和9个螺旋弹簧。
对液压缸28供给液压的液压源100具备作为主要构成要素的控制装置102、从箱104向液压缸28压送工作油的泵106、与泵106的排出口连接的供给管路114、设在供给管路114的减压阀108及方向控制阀110、以及设在返回管路116的泄压阀112。
控制装置102可包括CPU、RAM、ROM、硬盘、SSD、将它们连接的双向总线、关联的程序、与NC装置200进行通信的通信端口、后述的泵106的驱动马达106a、以及输出端口。输出端口输出对方向控制阀110的螺线管110a以及泄压阀112的螺线管112a进行驱动的电流。控制装置102可由对机床的刀库(未图示)、刀具更换装置(未图示)、加工液供给装置那样的机床关联设备进行控制的机床控制装置的一部分来形成。或者，控制装置102也可以作为NC装置200的一部分来形成。
控制装置102与泵106的驱动马达106a连接，控制泵106的起动停止。减压阀108将从泵106排出的工作油的压力减压到规定压力。方向控制阀110是在第1位置与第2位置之间动作的2位4口的方向控制阀110。在方向控制阀110位于图1所示的第1位置时，泵106与液压缸28之间被切断，液压缸28的液压室向箱104敞开。
当方向控制阀110位于第2位置时，泵106的排出口与液压缸28的压力室连通。由此，活塞30沿着Z轴被推出，作用棒30a在与抵接面14c抵接的末端部在Z轴方向按压壳体14。通过泄压阀112打开，供给管路114内的工作油的一部分经过返回管路116，从供给管路114向箱104排出，供给管路114内的压力减小。泄压阀112通过螺线管112a来控制开度。因此，液压缸28生成的按压力通过对向泄压阀112的螺线管112a供给的电流值进行控制而得到控制。
以下，对本实施方式的作用进行说明。
在本实施方式中，使安装于主轴16的末端的旋转刀具T旋转，同时由机床的X、Y、Z的进给轴使主轴16以及刀具T相对于固定在工作台上的工件(未图示)相对移动，对工件进行加工。在此期间，壳体14通过螺旋弹簧32、磁铁26以及液压缸28相对于支撑部件12被按压、固定。
在此期间，控制装置102从NC装置200接收由NC装置200读取并解释的NC程序，对其进行解析。基于解析出的NC程序中所记载的指令、尤其是主轴装置10的进给模式、进给速度、主轴旋转速度、刀具的种类，控制装置102控制对泄压阀112的螺线管112a的驱动电流，控制泄压阀112的开度，按以下方式控制向液压缸28供给的液压。另外，在本申请中，主轴装置10的进给模式是指通过进给轴获得的主轴16与工件的相对进给动作的切削进给以及快进的模式，进给速度是指主轴16与工件之间的相对速度。
(1)在根据主轴装置10的进给模式及/或进给速度判断成主轴装置10的进给是快进的场合，不进行加工，在刀具T上没有作用基于加工的负荷。因此，无论主轴16的旋转速度是低速还是高速，都增大泄压阀112的开度，降低向液压缸28供给的液压，降低壳体14相对于支撑部件12的保持力。或者，也可以将泄压阀112设为全开，将向液压缸28供给的液压设为实质上0(零)。由此，在快进期间刀具T与工件碰撞时，主轴装置10的壳体14容易相对于支撑部件12倾斜，可防止对主轴16进行旋转支撑的轴承18、20损伤。此时，由于液压缸28的活塞30的作用棒30a的末端形成为球面状，所以，即便壳体14倾斜也能对支承面14c施加适当的按压力。
(2)在根据主轴装置10的进给模式及/或进给速度判断成主轴装置10的进给是切削进给的场合，若主轴16的旋转速度为低速，则可判断为进行粗加工或者重切削的加工。在粗加工或者重切削的加工的场合，在刀具T上作用大的负荷。因此，减小泄压阀112的开度，提高向液压缸28供给的液压，增大壳体14相对于支撑部件12的保持力。由此，壳体14被可靠地保持于支撑部件12，可进行粗加工或者重切削的加工。
(3)在根据主轴装置10的进给模式及/或进给速度判断成主轴装置10的进给是切削进给的场合，若主轴16的旋转速度为高速，则可判断为进行精加工。在精加工的场合，作用于刀具T的负荷变低。因此，增大泄压阀112的开度，降低向液压缸28供给的液压。由此，在精加工期间刀具T与工件碰撞时，主轴装置10的壳体14容易相对于支撑部件12倾动，可防止对主轴16进行旋转支撑的轴承18、20损伤。
(4)在根据主轴装置10的进给模式及/或进给速度判断成主轴装置10的进给是切削进给，且由NC程序选择的刀具T是钻头的场合，无论进给速度如何，都减小泄压阀112的开度，提高向液压缸28供给的液压。由此，可抵抗在利用钻头的开孔加工期间作用于刀具T的大的轴方向的负荷，牢固地将壳体14保持于支撑部件12，可防止例如像图3所示那样在开孔加工期间壳体14在旋转轴线O方向从支撑部件12离开。
根据本实施方式，基于主轴装置10的进给模式、进给速度、主轴旋转速度、刀具的种类，可变地控制壳体14相对于支撑部件12的按压力，尤其是在粗加工或重切削的场合可将壳体14牢固地保持于支撑部件12，提高了加工效率，并且，在主轴装置10快进的场合或精加工的场合，能可靠地保护以能旋转的方式支撑主轴16的轴承18、20。
当如图2、图3那样壳体14离开支撑部件12时，通过朝着与至此为止的进给方向相反的方向进给主轴装置10，利用螺旋弹簧32形成的施力以及由磁铁26形成的磁力，如图1所示那样，壳体14相对于支撑部件12回归到正常位置。其后，通过由液压缸28进一步对壳体14施加Z轴方向的按压力、例如最大的按压力，壳体14被压入到支撑部件12的开口部12a内。此时，壳体14的锥形面14b与支撑部件12所形成的互补形状的锥形面12c嵌合，壳体14相对于支撑部件12被准确定位。
另外，在已述的实施方式中，主轴装置10在主轴16的末端安装旋转刀具T，但本发明并不限定于此，也可以是车床那样的机床的主轴装置，其通过在主轴16的末端安装工件，相对于旋转的工件来进给车刀那样的切削刀具，从而对工件进行加工。
附图标记的说明
10 主轴装置
12 支撑部件
12a 开口部
12b 支承面
12c 锥形面
14 壳体
14a 凸缘部
14b 锥形面
14c 抵接面
16 主轴
16a 锥形孔
18 前侧轴承
20 后侧轴承
22 转子
24 定子
26 磁铁
28 液压缸
28a 缸部
28b 接头部
30 活塞
30a 作用棒
100 液压源
102 控制装置
104 箱
106 泵
106a 驱动马达
108 减压阀
110 方向控制阀
110a 螺线管
112 泄压阀
112a 螺线管
114 供给管路
116 管路
200 装置

Claims (8)

1.一种机床的主轴装置，该机床在主轴上保持刀具或者工件并使刀具和工件相对移动来进行加工，其特征在于，
所述主轴装置具备：
支撑部件，该支撑部件具有支承面；
壳体，该壳体在支承面以能分离的方式与支撑部件接触，并将主轴保持成能够旋转；
第1施力装置，该第1施力装置将壳体按压到支撑部件上；以及
按压力调整部，该按压力调整部调整第1施力装置的按压力。
2.如权利要求1所述的主轴装置，其中，
第1施力装置具备液压缸，该液压缸具有朝支撑部件按压壳体的活塞。
3.如权利要求2所述的主轴装置，其中，
所述主轴装置具备基于来自机床的NC装置的加工条件对向液压缸供给的液压进行调节的控制装置。
4.如权利要求2所述的主轴装置，其中，
所述主轴装置还具备以固定的按压力朝支撑部件按压壳体的第2施力装置。
5.如权利要求4所述的主轴装置，其中，
第2施力装置具备朝支撑部件按压壳体的弹性部件。
6.如权利要求5所述的主轴装置，其中，
第2施力装置具备朝支撑部件对壳体进行施力的磁铁。
7.如权利要求5所述的主轴装置，其中，
第2施力装置的弹性部件是螺旋弹簧。
8.如权利要求4所述的主轴装置，其中，
多个第1施力装置和第2施力装置配设在以主轴的旋转轴线为中心的同一圆周上。
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