JP2001269803A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸回転系の主軸中心軸線周りの重量バラン
スの調整を簡単かつ高精度に行う。 【解決手段】 先端に工具が取り付けられる中空状主軸
１と、主軸１内に主軸１に対して回転しないが軸方向に
移動しうるように同軸上に配され、かつ軸方向の移動に
より主軸１先端への工具の着脱を行うドローバー８と、
ドローバー８を主軸２に対して工具を掴む方向に付勢す
る皿ばね15とを備えている。ドローバー８の後端部に外
周面が主軸１内周面に摺接する大径部12を設ける。大径
部12から前方に所定距離離隔した位置において、ドロー
バー８の周囲に、外周面が主軸１内周面に摺接するカラ
ー14を、ドローバー８に対して前後方向に相対的に移動
するが相対的に回転しないようにはめ被せる。大径部12
およびカラー14に、ドローバー回転系Ｙのバランスを調
整するバランス調整手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば高速で
回転する主軸を備えたマシニングセンタの主軸装置に関
する。

【０００２】この明細書において、主軸の工具が取り付
けられる側、すなわち図１および図５の左側を前、これ
と反対側を後というものとする。

【０００３】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、マ
シニングセンタの主軸装置として、先端に工具が取り付
けられる中空状主軸と、主軸内に主軸に対して回転しな
いが軸方向に移動しうるように同軸上に配され、かつ軸
方向の移動により主軸先端への工具の着脱を行うドロー
バーと、ドローバーの周囲に配されかつドローバーを主
軸に対して工具を掴む方向に付勢する付勢手段とを備え
たものが知られている。

【０００４】このような主軸装置の一例を図５に示す。

【０００５】図５において、中空状主軸(1)の前部の複
数箇所と後部の複数箇所が転がり軸受(2)により円筒状
の固定ハウジング(3)に対して回転自在に支持されてい
る。転がり軸受(2)としては、たとえばアンギュラ玉軸
受のようなラジアル荷重と少なくとも一方のスラスト荷
重を受けるものが用いられる。固定ハウジング(3)は主
軸頭あるいは主軸台などの機械本体(4)に固定されてい
る。固定ハウジング(3)内の前側の軸受(2)と後側の軸受
(2)との間の部分に、主軸(1)を回転させるための駆動装
置であるビルトイン型の電動機(5)が設けられている。
電動機(5)は、主軸(1)の外周に設けられたロータ(5a)
と、その周囲のハウジング(3)の内周に設けられたステ
ータ(5b)とから構成されている。主軸(1)外周面におけ
るロータ(5a)よりも前側の部分に外向きフランジ(6)が
一体に形成されている。また、ロータ(5a)と後側の軸受
(2)との間の部分において、主軸(1)の外周に固定カラー
(7)が焼きばめされている。

【０００６】主軸(1)内に、前後方向に伸びるドローバ
ー(8)が、主軸(1)に対して回転しないが、軸方向に移動
しうるように同軸上に配置されている。主軸(1)内の前
端部に、工具（図示略）を保持する工具ホルダ(9)の着
脱を行う工具着脱装置(10)が設けられている。工具脱着
装置(10)は、ドローバー(8)が後方に移動することによ
り工具ホルダ(9)を主軸(1)前端に固定し、ドローバー
(8)が前方に移動することにより工具ホルダ(9)を主軸
(1)前端から解放する。工具着脱装置(10)の後方におい
て、ドローバー(8)にナット(11)がねじはめられてい
る。

【０００７】ドローバー(8)の後端部に、外周面が主軸
(1)内周面に摺接する大径部(12)が一体に形成されてい
る。また、主軸(1)内周面の前側部分に段付き部(13)が
形成されている。ドローバー(8)における大径部(12)と
段付き部(13)との間に存在する部分の前端部に、ばね受
け用カラー(14)がドローバー(8)に対して前後方向に移
動自在にはめ被せられている。カラー(14)の外周面は主
軸(1)内周面に摺接している。また、カラー(14)は、主
軸(1)の軸方向に関してビルトイン型電動機のロータ(5
a)とほぼ対応する位置にある。ドローバー(8)の大径部
(12)とカラー(14)との間の部分において、ドローバー
(8)の周囲に、ドローバー(8)を後方に付勢する複数の皿
ばね(15)がはめ被せられている。

【０００８】ドローバー(8)は、ハウジング(3)の後端部
に設けられた油圧シリンダ（図示略）により皿ばね(15)
の付勢力に抗して前進させられるようになっている。そ
して、ドローバー(8)が皿ばね(15)により後方に付勢さ
れて後退することにより、工具脱着装置(10)によって工
具ホルダ(9)が主軸(1)前端に固定され、油圧シリンダに
より押されて前進することによって工具ホルダ(9)が主
軸(1)前端から解放される。

【０００９】しかしながら、このような主軸装置におい
ては、主軸(1)、ロータ(5a)、ドローバー(8)、工具脱着
装置(10)、カラー(14)および皿ばね(15)を含む主軸回転
系(X)の主軸(1)中心軸線周りの重量がアンバランスにな
っていることがあり、主軸(1)を高速回転させた場合、
遠心力によりこのアンバランスが主軸(1)に曲げモーメ
ントとして作用し、主軸(1)が曲がった状態で回転する
ことになる。その結果、工具ホルダ(9)に保持された工
具が偏心して回転し、ワークの加工面の性状が悪化する
という問題があった。

【００１０】そこで、このような問題を解決するため
に、上述したような従来の主軸装置において、主軸(1)
にロータ(5a)、ドローバー(8)、工具脱着装置(10)、カ
ラー(14)および皿ばね(15)を組込んだ後、主軸回転系
(X)の主軸(1)中心軸線周りの重量バランスの調整を、外
向きフランジ(6)および固定カラー(7)の部分にバランス
ウェイトを取り付けたり、これらの部分を削ったりする
ことにより行っている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記主
軸回転系(X)において、皿ばね(15)の内径はドローバー
(8)における皿ばね(15)がはめ被せられた部分の外径よ
りも大きく、皿ばね(15)の内周縁とドローバー(8)の外
周面との間に隙間が存在するので、この部分で主軸(1)
中心軸線周りの重量のアンバランスが顕著に現れる。し
たがって、ロータ(5a)が取り付けられた主軸(1)にドロ
ーバー(8)、工具脱着装置(10)、カラー(14)および皿ば
ね(15)を組込んだ後の主軸回転系(X)のバランス調整は
困難で、しかもバランス調整の精度が比較的低くなると
いう問題があった。

【００１２】この発明の目的は、上記問題を解決し、主
軸回転系の主軸中心軸線周りの重量バランスの調整を簡
単かつ高精度に行うことができる工作機械の主軸装置を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段と発明の効果】この発明に
よる工作機械の主軸装置は、先端に工具が取り付けられ
る中空状主軸と、主軸内に主軸に対して回転しないが軸
方向に移動しうるように同軸上に配され、かつ軸方向の
移動により主軸先端への工具の着脱を行うドローバー
と、ドローバーの周囲に配されかつドローバーを主軸に
対して工具を掴む方向に付勢する付勢手段とを備えた工
作機械の主軸装置において、ドローバーの後端部に、外
周面が主軸内周面に摺接する大径部が設けられ、大径部
から前方に所定距離離隔した位置において、ドローバー
の周囲に、外周面が主軸内周面に摺接するカラーが、ド
ローバーに対して前後方向に移動するが回転しないよう
にはめ被せられ、大径部とカラーとの間に付勢手段が介
装され、大径部およびカラーに、ドローバー、カラーお
よび付勢手段を含むドローバー回転系のバランスを調整
するバランス調整手段が設けられているものである。

【００１４】この発明の工作機械の主軸装置によれば、
ドローバー回転系を主軸に組込む前の段階において、カ
ラーを実使用位置の近傍に位置させて付勢手段に付勢力
を発生させておき、この状態で大径部およびカラーに設
けられたバランス調整手段により、ドローバー、カラー
および付勢手段を含むドローバー回転系のバランス調整
を行うことができるので、ドローバー回転系のバランス
調整を高精度で行うことができる。そして、ドローバー
回転系のバランス調整を行った後、ドローバー回転系を
主軸に組込んでから主軸回転系の主軸中心軸線周りの重
量バランスの調整を行うことができる。したがって、主
軸回転系のバランス調整が微調整ですみ、このバランス
調整を簡単かつ高精度で行うことができる。

【００１５】また、主軸回転系では、ビルトイン型電動
機のロータの部分においてアンバランスが発生しやす
く、このアンバランスは、ドローバー回転系を主軸に組
込んだ後の主軸回転系のバランス調整によっても完全に
取り除くことができない場合がある。この場合にも本発
明の装置によれば、主軸回転系のアンバランスを簡単に
取り除くことができる。すなわち、主軸軸線方向に関し
てカラーがロータと対応する位置に来るようにし、上述
のようにして一旦ドローバー回転系のバランス調整を行
って主軸に組込んだ後、再度ドローバー回転系を主軸か
ら取り外し、カラーのバランス調整手段を利用して、主
軸回転系のバランスを調整しうるように、ドローバー回
転系にアンバランスを発生させ、その後ドローバー回転
系を主軸に組込むことにより、主軸回転系のバランス調
整を簡単に行うことができる。

【００１６】請求項２の発明による工作機械の主軸装置
は、請求項１の発明において、バランス調整手段が、大
径部およびカラーの端面に周方向に等間隔をおいて形成
された複数のねじ穴にねじはめられるバランス調整用お
ねじからなるものである。この場合、バランス調整手段
の構成が比較的簡単になる。

【００１７】

【発明の実施形態】以下、この発明の実施形態を、図１
〜図４を参照して説明する。なお、図１〜図４におい
て、図５に示すものと同一物および同一部分には同一符
号を付して重複する説明を省略する。

【００１８】この実施形態の場合、ドローバー(8)の大
径部(12)の後端面に、周方向に等間隔をおいて複数のね
じ穴(20)が形成されている。ねじ穴(20)には、バランス
ウェイトとなるバランス調整用おねじ(21)がねじはめら
れるようになっている。ドローバー(8)における大径部
(12)と段付き部(13)との間に存在する部分の前後の中間
部の周囲に、環状ばね受け部材(22)が前後方向に移動自
在にはめ被せられており、大径部(12)とばね受け部材(2
2)との間、および段付き部(13)とばね受け部材(22)との
間に、それぞれ皿ばね(15)が配置されている。

【００１９】カラー(14)の内周面には前後方向に伸びる
複数の溝(14a)が周方向に間隔をおいて形成されてお
り、ドローバー(8)の外周面に固定されたピン(23)が、
溝(14a)内に前後方向移動自在にはめ入れられている。
したがって、カラー(14)は、ドローバー(8)に対して、
その軸方向に相対的に移動するが相対的に回転しないよ
うになっている。カラー(14)の前端面に、周方向に等間
隔をおいて複数のねじ穴(24)が形成されている。ねじ穴
(24)には、バランスウェイトとなるバランス調整用おね
じ(25)がねじはめられるようになっている。

【００２０】上記構成の主軸装置において、主軸(1)、
ロータ(5a)、ドローバー(8)、工具脱着装置(10)、カラ
ー(14)および皿ばね(15)を含む主軸回転系(X)の主軸(1)
中心軸線周りの重量バランスの調整は、次のようにして
行われる。

【００２１】まず、図４に示すように、ドローバー
(8)、工具脱着装置(10)のドローバー側構成部品(10a)、
カラー(14)、皿ばね(15)およびばね受け部材(22)からな
るドローバー回転系(Y)を主軸(1)に組込む前の段階で、
ドローバー回転系(Y)のドローバー(8)中心軸線の周りの
重量バランスの調整を行う。このとき、カラー(14)は皿
ばね(15)の付勢力により前方に付勢されてナット(11)に
当接しており、カラー(14)は実使用位置の近傍に位置さ
せられている。この状態で、カラー(14)および大径部(1
2)をバランシングマシンに支持させ、ばね受け部材(22)
の部分においてベルトで回転駆動し、大径部(12)および
カラー(14)に形成されたねじ穴(20)(24)のうち適当な位
置のねじ穴(20)(24)に適当な重量を有するおねじ(21)(2
5)をねじはめることによってドローバー回転系(Y)のバ
ランス調整を行う。この場合、大径部(12)およびカラー
(14)の２つの部分で行うので、バランス調整を高精度で
行うことができる。

【００２２】ついで、ビルトイン型電動機のロータ(5a)
が取り付けられた主軸(1)内にドローバー回転系(Y)を組
込むとともに、工具脱着装置(10)の残りの部品を組込
み、外向きフランジ(6)および固定カラー(7)をバランシ
ングマシンに支持させて回転駆動し、外向きフランジ
(6)および固定カラー(7)にバランスウェイトを取り付け
たり、外向きフランジ(6)およびカラー(7)を削ったりす
ることによって主軸回転系(X)のバランス調整を行う。
この場合、先に、皿ばね(15)に起因して大きなアンバラ
ンスが生じる可能性のあるドローバー回転系(Y)のバラ
ンス調整を行っているので、主軸回転系(X)のバランス
調整は微調整ですみ、このバランス調整を簡単かつ高精
度で行うことができる。

【００２３】また、主軸回転系(X)では、ビルトイン型
電動機のロータ(5a)の部分においてアンバランスが発生
しやすく、このアンバランスは、ドローバー回転系(Y)
を主軸(1)に組込んだ後の主軸回転系(X)のバランス調整
によっても完全に取り除くことができない場合がある。
この場合には、上述のようにして一旦ドローバー回転系
(Y)のバランス調整を行って主軸(1)に組込んだ後、主軸
回転系(X)のアンバランスを検出し、再度ドローバー回
転系(Y)を主軸(1)から取り外し、カラー(14)のねじ穴(2
4)およびバランス調整用おねじ(25)を利用して、主軸回
転系(X)のバランスを取りうるように、ドローバー回転
系(Y)にアンバランスを発生させ、その後ドローバー回
転系(Y)を主軸(1)に組込むことにより、主軸回転系(X)
のバランス調整を行う。すると、主軸回転系(X)のバラ
ンス調整は微調整ですみ、このバランス調整を簡単かつ
高精度で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による工作機械の主軸装置の実施形態
を示す縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。

【図４】ドローバー回転系の縦断面図である。

【図５】従来例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

(1)：主軸 (8)：ドローバー (12)：大径部 (14)：カラー (15)：皿ばね（付勢手段） (20)(24)：ねじ穴 (21)(25)：バランス調整用おねじ (Y)：ドローバー回転系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に工具が取り付けられる中空状主軸
   と、主軸内に主軸に対して回転しないが軸方向に移動し
   うるように同軸上に配され、かつ軸方向の移動により主
   軸先端への工具の着脱を行うドローバーと、ドローバー
   の周囲に配されかつドローバーを主軸に対して工具を掴
   む方向に付勢する付勢手段とを備えた工作機械の主軸装
   置において、 ドローバーの後端部に、外周面が主軸内周面に摺接する
   大径部が設けられ、大径部から前方に所定距離離隔した
   位置において、ドローバーの周囲に、外周面が主軸内周
   面に摺接するカラーが、ドローバーに対して前後方向に
   移動するが回転しないようにはめ被せられ、大径部とカ
   ラーとの間に付勢手段が介装され、大径部およびカラー
   に、ドローバー、カラーおよび付勢手段を含むドローバ
   ー回転系のバランスを調整するバランス調整手段が設け
   られている工作機械の主軸装置。
2. 【請求項２】 バランス調整手段が、大径部およびカラ
   ーの端面に周方向に等間隔をおいて形成された複数のね
   じ穴にねじはめられるバランス調整用おねじからなる請
   求項１の工作機械の主軸装置。