JP2000024811A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具主軸が長くなると高い回転精度と高い剛
性が得にくいので工具主軸部を短く構成できる工作機械
の主軸装置の提供。 【解決手段】 工具引上力を皿ばねの弾性力でなく磁石
の吸引力を用いることにより主軸を短く構成する。工具
主軸停止中は工具引上軸と一体の第１永久磁石を通電方
向を制御して電磁石で反撥もくしは吸引させて工具の取
り外し又は固定を行い、主軸回転中は第１永久磁石を第
２永久磁石で継続的に吸引させて工具の固定状態を維持
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工具着脱装置に関す
るものであり、工具引上軸の直線的な運動を電磁石と永
久磁石間の吸引と反撥により生じさせ工具を主軸の工具
固定部に着脱する工作機械の主軸装置に適用される。

【０００２】

【従来の技術】図３にマシニングセンタの工具主軸１０
１における従来の工具固定装置の一例を示す。図３にお
いて、工具１０２は工具引上軸１０３が引上げられ工具
主軸１０１に嵌装されている。工具引上軸１０３の一端
には、工具１０２の一端に固定されたプルスタッド１０
４を把持するためのプルスタッド把持部１０５がある。

【０００３】工具引上軸１０３は、皿ばね１０６の復元
力により工具主軸１０１に対して図中上方向への力を受
けており、プルスタッド把持部１０５を介して工具１０
２を図中上方向へ引っ張っている。工具１０２は該工具
に固定された円錐テーパ軸部１０７が、工具主軸１０１
に形成された円錐テーパ穴部１０８に工具引上軸１０３
による引張力により押し付けられ工具主軸１０１に固定
されている。

【０００４】工具１０２を工具主軸１０１から取り外す
場合は、工具主軸１０１を軸受１０９，１１０，１１１
を介して回転自在に支持している主軸頭１１２に固定さ
れたシリンダ１１３に対して油圧によりピストン１１４
を図中下方向に駆動することにより皿ばね１０６をさら
に圧縮する。皿ばね１０６が圧縮されることにより工具
引上軸１０３も図中下方向に移動され、工具１０２を工
具主軸１０１へ押しつける力がなくなる。

【０００５】また工具引上軸１０３の図中下方向への移
動に従いプルスタッド把持部１０５はプルスタッド１０
４を把持しないよう開くため、工具１０２を工具主軸１
０１から取り外すことができる。なお図３に示す主軸頭
１１２は、工具主軸１０１がビルトインモータ駆動であ
り回転位置検出部１２２，１２３と工具主軸１０１と一
体のロータ１２８及びステータ１２９を含んで構成され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では皿ばね１
０６の復元力により工具１０２を工具主軸１０１に引上
げている。工具１０２を工具主軸１０１から外すには、
皿ばね１０６を更に弾性圧縮する必要がある。個々の皿
ばねにおける弾性変形量には限界があるため、工具引き
抜きのための工具引上軸１０３の移動量を確保するため
多数の皿ばねを必要とする。結果として皿ばね１０６を
収容している工具主軸１０１が長くなり、重くなるとと
もに主軸回転数の増大に伴うバランスを取るための加工
及び組立上困難性が増加するという問題を有する。

【０００７】本発明は従来技術の有するこのような問題
に鑑みなされたものであり、工具引上力として皿ばねの
弾性力でなく磁石の吸引力を用いることにより、工具引
上げ軸の動き量確保のための寸度を必要としない主軸の
長さで良く、主軸駆動用モータと工具主軸とを分離し直
列に配置することも可能であり、ビルトインモータ駆動
より製作が容易となる。本発明により主軸長さの短縮化
が可能であり主軸頭部材の加工及び主軸頭の組立の容易
化が図れる工作機械の主軸装置の提供ができる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題解決のため本発
明の方法は請求項１において、先端に工具を着脱させる
工作機械の主軸装置であって、工具主軸内に軸線方向に
移動可能な工具引上軸の上部に設けられた第１永久磁石
と、前記工具主軸の上部に一体にかつ前記第１永久磁石
を吸引可能に対峙して設けられた第２永久磁石と、前記
第１永久磁石と前記第２永久磁石の間に設けられた電磁
石と、前記電磁石に給電可能に設けた給電部とを含んで
なり、永久磁石で工具を保持し、工具着脱時には永久磁
石の工具保持力を電磁石により阻害するようにしたもの
である。

【０００９】本発明においては工具固定時の保持力とし
て皿ばね等の弾性体の復元力の代わりに永久磁石の吸引
力を用い、また工具固定の解除力として電磁石の極性を
変えて工具引上軸と一体で可動の永久磁石を反撥して移
動させるようにして着脱を行う。積層した多数の皿ばね
に替え永久磁石２個と電磁石１個を用いて軸方向寸法を
比較的に短く設計できるので主軸受部の高剛性化・高速
化に効果がある。

【００１０】また、本発明においては永久磁石と電磁石
の採用により主軸受部が簡潔に構成され、主軸を回転駆
動するモータ軸部と分離した構成とすることができるの
で主軸受部とモータ軸部との設計思想を明確に特徴づけ
た構造が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明をマシニングセンタ
の工具主軸に適用した場合の実施例の断面図である。本
発明の中核を構成する永久磁石と電磁石の位置関係を先
に説明する。

【００１２】図１において、工具引上軸１の上端には第
１永久磁石２が固定されており、工具主軸３には第１永
久磁石２を吸引する第２永久磁石４が固定されている。
第１永久磁石２と第２永久磁石４の間に電磁石５が設け
られ第２永久磁石４とともに工具主軸３に固定されてい
る。

【００１３】次に本発明の構成の詳細を説明する。工具
主軸３は軸受６，７を介して主軸頭８に回転自在に支持
されている。工具主軸３は回転力のみを伝える継手９を
介して主軸頭８において軸受１０，１１を介して回転自
在に支持されたモータ軸１２と係合している。モータ軸
１２には回転角基準板１３が固定されており主軸頭８に
固定された読み取り装置１４によりモータ軸１２の回転
角検出可能に設けられており、図示されていない制御装
置を介してモータ軸１２の回転角位置を任意に制御する
ことが可能である。

【００１４】継手９と接続された工具主軸３の上部軸外
周に給電ソケット１５，１６が設けられ、工具主軸３内
に設けられた電磁石５に主軸頭８に設けられた給電プラ
グ１７，１８から給電される。工具主軸３が位置決めさ
れ停止中にコネクタ駆動装置１９，２０の給電プラグ１
７，１８が工具主軸３の軸心方向に前進し給電ソケット
１５，１６に接続され給電する。給電プラグ１７，１８
が後退して給電ソケット１５，１６との接合が解かれ工
具主軸３は回転可能となる。

【００１５】モータ軸１２と工具主軸３とは継手９で接
続されモータ軸１２が図１で示すようにビルトインタイ
プの場合は、モータロータ２１がモータ軸１２と一体で
あり、モータステータ２２は主軸頭８の内部に構成され
る。モータ軸１２に替えて図示しない単独モータにより
駆動される軸に継手９を介して工具主軸３を駆動するこ
とも可能である。

【００１６】次に本発明の工具着脱装置における作用を
図１，図２にもとづいて説明する。

【００１７】図１において、第１永久磁石２は電磁石５
を中にして第２永久磁石４により吸引され工具主軸３は
モータ軸１２で継手９を介し駆動されている。第１永久
磁石２と一体の工具引上軸１も引上げられ下部軸端のプ
ルスタッド把持部２３と係合するコレット２４でプルス
タッド２６を引上げ、工具２７の円錐テーパ軸部２８を
工具主軸３の円錐テーパ穴部２９に当接させて工具２７
が工具主軸３に強固に嵌着され固定を完了する。

【００１８】工具主軸３に工具２７が固定され回転して
いる場合は電磁石５には通電されていないため電磁石５
は第２永久磁石４により磁化され第１永久磁石２を吸引
し工具引上軸１は図中上方向に引上げられて保持され
る。図２は工具着脱プロセスを説明するフローチャート
である。

【００１９】次に工具の取り外しから工具交換して工具
主軸を再起動するまでの動作順序を説明する。

【００２０】工具２７を工具主軸３から取り外す場合、
ステップＳ１において、モータ軸１２を所定位置に停止
させ、ステップＳ２において主軸頭８に設けられている
コネクタ駆動装置１９，２０を駆動し給電プラグ１７，
１８と工具主軸３側に設けられている給電ソケット１
５，１６に接合し、ステップＳ３において、電磁石５の
コイルに逆方向に通電する。ここで逆方向通電とは第１
永久磁石２と第２永久磁石４の吸引を阻害する極性を生
じさせる方向の通電をいう。

【００２１】この通電によりステップＳ４において、第
１永久磁石２と電磁石５間に反撥力を生じさせて第１永
久磁石２と一体の工具引上軸１をプルスタッド２６側へ
工具主軸３内を移動させる。この結果工具主軸３と工具
２７のテーパ嵌合が弛み、ステップＳ５において、図示
しない工具交換アームにより工具２７の取り外しができ
る。

【００２２】次に新たな工具を工具主軸３に固定する場
合は、ステップＳ６において、前記テーパ嵌合部に図示
しない工具交換アームで工具２７を挿入する。

【００２３】ステップＳ７，ステップＳ８において、電
磁石５に第１永久磁石２を吸引できる方向に通電して電
磁石５で工具引上軸１と第１永久磁石２を引上げ、ステ
ップＳ９において吸引引上げ時の重量によるハンマー効
果で工具主軸３と工具２７間のテーパ嵌合部の嵌着を強
固にする。嵌着後ステップＳ１１において電磁石５への
通電を遮断しても、ステップＳ１２において第１永久磁
石２は第２永久磁石４で磁化された電磁石５で工具引上
軸１を吸引して保持する。

【００２４】尚、上記実施形態では、工具引上軸を上下
させるようにしたが、工具取り外し時に電磁石が工具引
上軸を移動させない程度まで永久磁石の磁力を弱めるよ
うにし、工具交換アーム、或いは作業者の手により引き
抜く用にすることもできる。

【００２５】また、上記実施形態では、従来の一般的な
主軸装置で説明しているが、近年普及の著しい２面拘束
主軸等にも適用可能であるなど、工具の形状その他にか
かわらず適用可能なのは言うまでもない。

【００２６】また、工具引上軸の重量によりハンマー効
果によって、工具を取り外す場合には工具引上軸がプル
スタッドを叩いてテーパ嵌合を弛めるように作用させる
こともできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の工作機械の主軸装置は上述の通
り構成されており、次に記載する効果を奏する。

【００２８】本発明に係る主軸装置を採用することによ
り工具主軸長を短くすることが可能となり工具主軸部材
の加工及び組立が容易となる。また主軸モータを工具主
軸と分離して直列に接続しても全体としてビルトインモ
ータ方式と同程度の機械サイズに主軸頭を構成すること
ができる。高い回転精度と剛性が求められる主軸部と、
回転のみ要求されるモータ駆動部を分離して構成できる
ので主軸頭全体として用途目的に合致した設計が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をマシニングセンタの工具主軸に適用し
た実施例の断面図である。

【図２】本発明における工具の着脱過程のフローチャー
トである。

【図３】従来技術の実施例で皿ばねにより工具主軸に工
具を固定した場合の断面図である。

【符号の説明】

１ 工具引上軸 ２ 第１永久磁石 ３ 工具主軸 ４ 第２永久磁石 ５ 電磁石 ６，７，１０，１１ 軸受 ８ 主軸頭 ９ 継手 １２ モータ軸 １３ 回転角基準板 １４ 読み取り装置 １５，１６ 給電ソケット １７，１８ 給電プラグ １９，２０ コネクタ駆動装置 ２１ モータロータ ２２ モータステータ ２３ プルスタッド把持部 ２４ コレット ２６ プルスタッド ２７ 工具 ２８ 円錐テーパ軸部 ２９ 円錐テーパ穴部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に工具を着脱させる工作機械の主軸
   装置であって、工具主軸内に軸線方向に移動可能な工具
   引上軸の上部に設けられた第１永久磁石と、前記工具主
   軸の上部に一体にかつ前記第１永久磁石を吸引可能に対
   峙して設けられた第２永久磁石と、前記第１永久磁石と
   前記第２永久磁石の間に設けられた電磁石と、前記電磁
   石に給電可能に設けた給電部とを含んでなり、永久磁石
   で工具を保持し、工具着脱時には永久磁石の工具保持力
   を電磁石により阻害することを特徴とする工作機械の主
   軸装着。