CN1743109A - 刀架的夹持机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种刀架的夹持机构。用于在牵引杆上滑动的弹簧使用的是螺旋弹簧，为使牵引杆外径与螺旋弹簧内径的间隙变为最小，实施将螺旋弹簧内径均一化的精加工，使螺旋弹簧一体地引导牵引杆，以便减少因主轴转动动作或刀具夹持动作的反复进行引起的弹簧重心移动，从而减少振动振幅。

Description

刀架的夹持机构

技术领域

本发明涉及刀架的夹持机构。

背景技术

每年，为了提高加工效率，会将机床的主轴的转动速度越来越高速化，最高速度一般超过20,000转。就如此高速转动的主轴而言，在噪音、可靠性、加工精度方面，如何将主轴转动时的振动抑制到较低的水平成为重要的问题。

在主轴高速化进程中，将主轴的转动振动抑制到较低的水平这一问题，对设置在主轴内部的刀具夹持机构也要求要有合理的结构。

图5是表示使用一直以来为众所周知的夹持机构的主轴机构的一构成例的图。在图5中，夹持机构1(1a～1e)设置在主轴2的内部。通过轴承6主轴2转动自如地被支撑在轴套5。

夹持机构1由牵引杆1a、钢球1b、连接在牵引杆1a上的螺母1c、座板1d、以及蝶形弹簧1e构成。

刀架由保持切削工具4b等刀具的刀架主体4a、拉钉4c、刀柄4d构成，利用自动刀具交换机将刀柄4d插入主轴2端部的敞开端内，用上端的拉钉4c推开钢球1b，以便进行刀具的安装。

夹持机构1能够有保持刀架主体4a的刀具保持状态和解除刀具保持状态的松开状态两个状态。在刀具保持状态中，夹持机构1通过利用螺母1c、牵引杆1a以及钢球1b将压缩了的蝶形弹簧1e的回弹力传递给拉钉4c，将刀架主体4a拉进主轴2一侧，保持刀架主体4a。

另外，松开刀架主体4a时，使滚子7动作，通过杆3a抵抗蝶形弹簧1e的回弹力推下与螺母1c连接的环3b。以此，螺母1c、牵引杆1a以及钢球1b一同前进(下降)，从而钢球1b向主轴2内部的空隙2a移动，解除对拉钉4c的保持状态。

如上所述的现有结构中，在主轴转动速度比较低时，并没有问题发生，但是当主轴的速度达到超过每分钟20,000转的高速转动时，不能将转动振动(振动加速度、振动振幅)抑制到较低的水平的问题就显得很突出。

作为主轴转动时振动的主要原因，可以认为是包含轴承的主轴的安装精度、主轴转动部的质量不平衡、结构共振等等。

期望通过不使主轴转动部的质量不平衡加大或在特定的主轴速度下不共振来抑制夹持机构的转动振动，另外，期望工作寿命变长。

但是，要实现这些理想状态，现有的夹持机构存在以下问题。

拉起并保持刀架的蝶形弹簧可以设置在很小的空间内，并且可以发挥很高的弹力是好的一面，但存在以下问题。

(1)不能使蝶形弹簧的内径和牵引杆的外径之间的引导间隙充分得变小，因此由于刀架的夹持·松开动作的反复、或主轴的转动·停止的反复操作，其重心位置发生改变。

因此，在初始设定或维修等等中，即使正确修正主轴整体的质量不平衡将振动抑制到较低的水平，但因在此之后夹持·松开动作或主轴的转动·停止动作的反复进行，针对质量不平衡的平衡修正的调整状态发生偏离，振幅再次变大。

(2)因在多个设置的蝶形弹簧之间产生的摩擦抵抗，各个弹簧的伸缩行程出现不均等。伸缩行程变得不均等，则一组的多个蝶形弹簧中局部存在应力振幅大的蝶形弹簧，因此减短了压缩·伸开动作的反复寿命。

(3)蝶形弹簧呈扁平形状，因此在蝶形弹簧的内径部分中，轴向的引导长度很短。因此，不能顺利进行蝶形弹簧在轴向的滑动，蝶形弹簧的内径部分和牵引杆的外径部分相互磨损，有时会破损。

作为解决上述(1)～(3)的蝶形弹簧引起的问题点的对策提出使用螺旋弹簧的夹持机构(例如，参照特开2000-96404号公报)。

但是，在使用了螺旋弹簧的夹持机构中，不能减小成形了的螺旋弹簧的内径和牵引杆之间的引导间隙，因此反复进行刀架的夹持·松开动作时，或反复进行主轴的转动·停止动作时，其重心位置发生改变。因此，即使正确修正主轴整体的质量不平衡来将振动抑制到较低的水平，在此后反复进行夹持·松开动作或主轴的转动·停止动作时，平衡修正的调整状态失常，产生振动再次变大的问题。另外，

(4)除上述问题之外，在高速转动时，存在刀架的夹持机构位置总是处于不稳定状态的问题。

通常，为了进行刀具的夹持·松开的动作必须有使机构伸缩的动作，因此夹持机构具有相对于主轴的内壁具有一定间隙被滑动引导的结构。由于存在该间隙，牵引杆或层叠了的蝶形弹簧在径向振动，刀具夹持机构的位置总是处于不稳定状态，发生振动。伴随着主轴速度的上升该振动变得尤为突出。

作为抑制上述问题(4)中的牵引杆径向的振动的对策，在实开平5-63701公报中公开了在牵引杆和主轴内壁之间设有推力轴承的方法。根据该方法，可以认为在主轴高速转动中不使牵引杆挠曲，高精度地使其在主轴内壁进行引导成为可能。

但是，为了推力轴承的顺利动作和牵引杆的引导并存，在牵引杆外径和球外径与主轴内径之间必须设置最低限度(例如，数μm)的压入量。设置这样的压入量，需要极为精密地管理每个部件的尺寸，从而产生成本提高的问题。

发明内容

本发明涉及一种刀架的夹持机构，在大致中空的圆筒状的弹簧的中空部可以前进后退且与弹簧同心地设置有牵引杆，通过压缩弹簧来释放刀架，利用被压缩了的弹簧要复原的回弹力将刀架拉进主轴内部。

在根据本发明的刀架的夹持机构的第1方式中，上述弹簧是具有圆形剖面的螺旋弹簧，并且，在上述螺旋弹簧的螺旋形状的内壁上，沿螺旋的轴向实施成为圆筒状的精加工，上述螺旋弹簧的内径比牵引杆外径只大出规定量。

上述精加工能够在将螺旋弹簧压缩到使用时长度的状态下进行。

在根据本发明的刀架的夹持机构的第2方式中，上述弹簧是具有圆形剖面的螺旋弹簧，并且，上述螺旋弹簧在处于压缩状态时，内径比牵引杆的外径大，而且，螺旋弹簧的内径与牵引杆外径的差为0.1mm或以下。

在根据本发明的刀架的夹持机构的第1方式和第2方式中，滑动牵引杆的弹簧使用螺旋弹簧，为了使牵引杆的外径和螺旋弹簧的内径之间的间隙为最小限度，实施使螺旋弹簧的内径均一化的精加工，以便使螺旋弹簧与牵引杆一体地被引导。通过这样，降低因主轴转动动作或刀具夹持动作的反复进行所产生的弹簧的重心移动，从而减少振动振幅。另外，螺旋弹簧不是矩形剖面而是圆形剖面，由此提高耐久性。

在根据本发明的刀架的夹持机构的第3方式中，刀架的夹持机构具有将牵引杆的沿径向的一个方向推向主轴内壁的推动单元。利用该推动单元，沿引导该牵引杆的主轴内壁的径向弹性地推压牵引杆的一部分，以此牵引杆与主轴保持一体，其结果是在从低速达到最高速的全部转动速度区域中能够将振动水平抑制到较低。

上述推动单元包括设置在与上述牵引杆同轴设置的轴构件外周上的O形环槽和被装入该O形环槽内的O形环，上述O形环的回弹力的分布沿以上述主轴的轴心为中心的圆周能够为不均匀的分布。

还有，上述推动单元也可以是为设置在与上述牵引杆同轴设置的轴构件和将该轴构件容纳于内部的主轴内壁之间的弹簧机构，该弹簧机构将上述轴构件弹性地推向主轴的一个方向的内壁上。

另外，本发明可以将上述第3方式组入上述第1方式中。

还有，就形成根据本发明的、用于刀架的夹持机构的弹簧的方法而言，将具有圆形剖面的螺旋弹簧压缩到保持刀架的状态，在处于该压缩状态下的螺旋弹簧的螺旋形状的内壁上，沿螺旋的轴向进行成为圆筒状的精加工，使螺旋弹簧的内径比牵引杆外径大，并且，使螺旋弹簧的内径和牵引杆外径的差为0.1mm或以下。

根据该弹簧形成方法，能够进行使牵引杆的外径和弹簧的内径的间隙在实际保持刀架的保持状态中为最小限度这样的加工。

根据本发明，能够通过减少重心位置的变化抑制振动。能够通过使伸张行程均一降低应力振幅，从而提高耐久性。通过稳安的滑动状态，能够减低磨损。还有，通过降低引导间隙，能够抑制振动。

附图说明

通过参照附图的以下的实施例的说明能够明确本发明上述的和其他的目的以及特征。

图1是用于说明根据本发明的刀架的夹持机构的图。

图2A-2C是用于说明图1的夹持机构中的螺旋弹簧的结构的图。

图3是图1的夹持机构中的螺母以及形成于螺母上的O形环槽的剖面图。

图4A-4C是用于说明图1的夹持机构中的推动单元的几个设置例的图。

图5是表示使用一直以来为众所周知的夹持机构的主轴机构的一构成例的图

具体实施方式

图1是用于说明根据本发明的刀架的夹持机构的图。

安装在主轴箱等等的轴套5中，利用轴承6转动自如地支撑主轴2。利用拉钉4c在沿主轴2的轴心设置的孔内配置夹持机构11。拉钉4c是用于将刀架与夹持机构11连接并将刀架拉进夹持机构11的柱状构件，安装在构成夹持机构11的牵引杆11a的前端。

夹持机构11具有牵引杆11a、钢球11b、与牵引杆11a连接的螺母11c、座板11d、螺旋弹簧11e以及O形环11f。

在夹持机构11中，在牵引杆11a的一端设有拉钉4c，另一端设有螺母11c，牵引杆11a移动(上下移动)自如地安装在沿主轴2的轴心设置的孔内。相对于主轴2，通过设置在拉钉4c侧一端的钢球11b与主轴2内壁的滑动支撑牵引杆11a。

主轴2的轴方向的孔内设有牵引杆11a的同时还设有螺旋弹簧11e。螺旋弹簧11e在轴方向覆盖牵引杆11a地被配置在牵引杆11a的外周和主轴2的内壁之间，刀架侧的下端通过座板11d与形成于主轴2上的肩部接触，上端与螺母11c接触。这里，利用压缩了的螺旋弹簧11e伸张时的回弹力进行螺旋弹簧11e两端的接触。

另外，主轴2的孔的刀架侧的端部形成空隙2a。在主轴2内若使牵引杆11a上下运动，则牵引杆11a下端的拉钉4c就在空隙2a内上下运动。该上下运动中，在使其向上方移动时，拉钉4c在被拉进主轴2孔内的方向移动，由此保持刀架。另外，在使其向下方移动时，拉钉4c在从主轴2的孔内被向外推出的方向移动，由此释放刀架。

在牵引杆11a的上端安装螺母11c，通过杆3a在该螺母11c上安装环3b。还有，环3b上方安装滚子7。

因来自压缩了的螺旋弹簧11e的回弹力，螺母11c受到向上的力，通过杆3a使环3b与滚子7接触，螺母11c停止在由滚子7的位置所确定的规定位置上。此时，拉钉4c保持在拉进刀架的状态。

从该状态，若利用未图示的驱动机构驱动滚子7并将环3b推向下方，则被推压了的环3b通过杆3a将螺母11c推向下方。此时，螺母11c利用压缩了的螺旋弹簧11e的回弹力被推向上方，但滚子7的驱动抵抗螺旋弹簧11e的回弹力而通过螺母11c将牵引杆11a推向下方。

被推下的牵引杆11a在其下端将保持拉钉4c的钢球11b推到空隙2a内。由此，进行刀架的释放。

另外，螺母11c的外周形成O形环槽11g，在该O形环槽11g内安装O形环11f。由此，O形环11f设置在螺母11c的外周和主轴2的内壁之间，将螺母11c沿半径一个方向推向主轴内壁。通过将螺母11c推向主轴2的内壁，在轴向与螺母11c连接的牵引杆11a也被推向主轴2的内壁。因此，O形环槽11g构成将螺母11c推向高主轴2内壁的推动单元。利用该推动单元，能够实质性地将主轴2和螺母11a的引导间隙变为0，由此，从低速转动到高速转动的主轴速度的全速度区域中，将振动抑制到低振动程度成为可能。

另外，该推动单元只是简单地形成O形环槽11g再安装O形环11f的简易结构，不需严格的尺寸管理，因此没有在成本方面产生不利的影响，能够有效地抑制主轴高速转动时的振动。

另外，刀架由保持切削工具4b等刀具的刀架主体4a、拉钉4c以及刀柄4d构成，利用自动刀具交换机将刀柄4d插入主轴2端部的敞开端内，通过用上端的拉钉4c推开钢球1b，进行刀具的安装。

其次，在本发明的夹持机构中，使用图2A-2C说明将牵引杆拉向上方的螺旋弹簧的结构。

图2A表示将单个的弹簧原材料形成螺旋状，成为螺旋弹簧的状态。该成形时，做成较大的螺距。另外，螺旋端精加工为开口端。

这里，螺旋弹簧使用的是剖面形状为圆形的弹簧原材料，因此能够得到充分的耐久寿命。具有纲琴丝或硅铬钢等的圆形剖面的弹簧原材料可以正确预测寿命，在设计上可以为永久寿命。

其次，在压缩成形了的螺旋弹簧11d的状态下，在螺旋弹簧11d的螺旋形状的内壁上，沿螺旋的轴向实施成为圆筒状的精加工。螺旋弹簧11d在压缩状态时扩大其半径。因为，如果在其压缩前的状态下决定螺旋弹簧11d内径的话，将该螺旋弹簧安装在牵引杆后，并在压缩状态下使用时，牵引杆外壁和螺旋弹簧内壁之间的间隙变大，成为振动发生的重要原因。

因此本发明中，沿全长如实际使用那样压缩成形了的螺旋弹簧，在该压缩状态下，通过研磨对弹簧内径部分实施精加工。这样，在实际保持刀架的保持状态下，牵引杆的外壁与弹簧内壁的间隙成为最小。

例如，通过利用研磨对弹簧内径部分实施精加工，如图2B所示，能够使牵引杆11a外径D与螺旋弹簧11d内径d之间的差为0.1mm或以下。

还有，本发明的螺旋弹簧可以由多条构成。例如，如图2C所示，通过将两条相同螺旋直径的螺旋弹簧11d1、11d2安装在彼此的螺旋之间，成为同心并列的弹簧。由此，在同样装入蝶形弹簧的空间内，发挥与蝶形弹簧同等的夹持力成为可能。

其次，使用图3-图5，说明将牵引杆推向主轴内壁的构成例。

如上所述，在螺母11c的外周形成O形环槽11g，在该O形环槽11g内装入O形环槽11f。这里，为将螺母以及牵引杆推向主轴内壁，使O形环11f的回弹力相对于轴心不均匀地分布。通过使回弹力相对于轴心不均匀地分布，将螺母以及牵引杆沿半径方向的一个方向推向主轴内壁。

作为使O形环的回弹力相对于轴心不均匀地分布的构成，可以是例如，将O形环槽的中心从与牵引杆同轴设置的轴构件的中心偏离，或利用O形环槽的角度位置使O形环槽的深度不同。

图3是螺母11c和形成于该螺母11c的O形环槽11g的剖面图。在螺母11c上的角度A范围中，使O形环槽11g的深度变为“a”(做得浅)，角度B范围中，使O形环槽11g的深度变为“b”(做得深)。

因此，在该O形环槽11g内装入O形环槽11f，若将牵引杆11a装入主轴2的内部，则如图3的「O形环压力分布」所示，在O形环槽11f和主轴2内壁之间发生的回弹力沿圆周分布不均匀。通过该回弹力的不均匀分布，在图3中推压左面的内壁的力比推压右面的内壁的力大，因此螺母被推向图中右面的主轴内壁。

另外，推动单元不限于使用O形环回弹力的结构，也可以是使用弹簧回弹力的结构。在主轴转动时，推动单元只要是通过沿主轴的内径的一个方向弹性地推动牵引杆并使二者一同转动，能够抑制振动的话，任意结构都适用。

另外，可以任意设定安装在夹持机构的推动单元的个数，或可以任意设定通过推动单元牵引杆与主轴内壁接触的接触点数。

图4A-4C是用于说明几个推动单元的设置例的图。

图4A表示以一个接触点接触的状态，该状态中利用一个推动单元将螺母11c推向主轴2的内壁。

另外，图4B表示以一个接触点接触的状态，该状态中利用多个推动单元(这里是两个推动单元)将螺母11c推向主轴2的内壁。

另外，图4C表示以多个接触点(这里是两个接触点)接触的状态，该状态中利用一个推动单元将螺母11c推向主轴2的内壁。另外，在图4C的例子中，推动单元可以是多个。

根据本发明的方式，代替蝶形弹簧本发明使用具有特征的螺旋弹簧可以起到以下作用。

本发明中利用使用双螺旋弹簧，能够得到与蝶形弹簧同等的夹持力。

另外，本发明中通过实施加工使螺旋弹簧内径与牵引杆外径的间隙变得充分小，在反复进行刀架的夹持·松开动作时、或反复进行主轴的转动·停止时，能够将重心位置的变化降低到很小，能够将振幅抑制在较小的水平。

另外，本发明通过使用双螺旋弹簧的结构，在每个弹簧之间不发生摩擦抵抗，因此能够在弹簧全长内使伸缩行程均匀化，提高耐久性。在这一点上，将根据应力振幅算出的设计寿命作为永久寿命之后，在耐久试验中可以确认其发挥长期、充分的耐久寿命。

另外，本发明的螺旋弹簧的内径的接触在轴方向以螺旋状方式连续，因此具有不发生不完全接触的效果。由此，确认可以得到稳定的滑动状态，不发生异常磨损。

根据本发明的方式，通过做成具有将夹持机构的螺母弹性地推向主轴的机构的构成可以起到以下作用。

本发明的夹持机构通过其具有的推动单元，能够使主轴和螺母的引导间隙实质为0，由此，在从低速转动到高速转动的主轴速度的全速度区域中，将振动抑制到较低的振动程度成为可能。

另外，本发明的夹持机构的推动单元结构简单，因此不需严格的尺寸管理，在成本方面不产生不利的影响，能够有效地抑制主轴高速转动时的振动。

Claims (12)

1.一种刀架的夹持机构，在大致中空的圆筒状的弹簧的中空部可以进退且与弹簧同心地设置有牵引杆，通过压缩弹簧释放刀架，利用弹簧的回弹力将刀架拉进主轴内部，其特征在于，

上述弹簧是具有圆形剖面的螺旋弹簧，并且，

在上述螺旋弹簧的螺旋形状的内壁上，沿螺旋的轴向实施成为圆筒状的精加工，上述螺旋弹簧的内径比牵引杆外径只大出规定量。

2.一种刀架的夹持机构，在大致中空的圆筒状的弹簧的中空部或以进退且与弹簧同心地设置有牵引杆，通过压缩弹簧释放刀架，利用被压缩了的弹簧要复原的回弹力将刀架拉进主轴内部，其特征在于，

上述弹簧是具有圆形剖面的螺旋弹簧，并且，

上述螺旋弹簧在处于压缩状态时，内径比牵引杆的外径大，并且，螺旋弹簧的内径与牵引杆外径的差为0.1mm或以下。

3.一种刀架的夹持机构，在大致中空的圆筒状的弹簧的中空部可以进退且与弹簧同心地设置有牵引杆，通过压缩弹簧释放刀架，利用弹簧的回弹力将刀架拉进主轴内部，其特征在于，

具有将上述牵引杆沿径向的一个方向推向主轴内壁的推动单元。

4.一种刀架的夹持机构，在大致中空的圆筒状的弹簧的中空部可以进退且与弹簧同心地设置有牵引杆，通过压缩弹簧释放刀架，利用弹簧的回弹力将刀架拉进主轴内部，其特征在于，

上述弹簧是具有圆形剖面的螺旋弹簧，

在上述螺旋弹簧的螺旋形状的内壁上，沿螺旋的轴向实施成为圆筒状的精加工，上述螺旋弹簧的内径比牵引杆外径只大出规定量，并且，

具有将上述牵引杆沿径向的一个方向推向主轴内壁的推动单元。

5.根据权利要求1或4所述的刀架的夹持机构，其特征在于，

上述精加工在将螺旋弹簧压缩到使用时的长度的状态下进行。

6.根据权利要求3或4所述的刀架的夹持机构，其特征在于，

上述推动单元包括设置在与上述牵引杆同轴设置的轴构件的外周上的O形环槽和被装入该O形环槽内的O形环，

上述O形环的回弹力的分布沿以上述主轴的轴心为中心的圆周为不均匀分布。

7.根据权利要求6所述的刀架的夹持机构，其特征在于，

通过使上述O形环槽的中心从上述轴构件的中心离开，O形环的回弹力的分布沿以上述轴构件的中心为中心的圆周为不均匀分布。

8.根据权利要求6所述的刀架的夹持机构，其特征在于，

通过根据以上述主轴的轴心为中心的角度区域使上述O形环槽的深度不同，O形环的回弹力分布相对于轴心为不均匀分布。

9.根据权利要求3或4所述的刀架的夹持机构，其特征在于，

上述推动单元是设置在与上述牵引杆同轴设置的轴构件和将该轴构件容纳于内部的主轴的内壁之间的弹簧机构，

上述弹簧机构将上述轴构件弹性地推向主轴的一个方向的内壁上。

10.根据权利要求1至4中任何一项所述的刀架的夹持机构，其特征在于，

上述弹簧是包括多条的螺旋弹簧。

11.根据权利要求10所述的刀架的夹持机构，其特征在于，

将两条螺旋弹簧插入彼此的螺旋之间，成为同心且具有相同螺旋直径的并列弹簧。

12.一种形成用于刀架的夹持机构的弹簧的方法，该刀架的夹持机构在大致中空的圆筒状的弹簧的中空部可以进退且与弹簧同心地设置有牵引杆，通过压缩弹簧释放刀架，利用弹簧的回弹力将刀架拉进主轴内部，其特征在于，

将具有圆形剖面的螺旋弹簧压缩到保持刀架的状态，在处于该压缩状态下的螺旋弹簧的螺旋形状的内壁上，沿螺旋的轴向进行成为圆筒状的精加工，使螺旋弹簧的内径比牵引杆的外径大，并且，螺旋弹簧的内径和牵引杆外径的差为0.1mm或以下。

Images