JP2002036010A - 工作機械内の主軸 - Google Patents
工作機械内の主軸Info
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Abstract
き、クランプ機構の諸要素の破損を防止できるようにす
る。 【解決手段】 工作機械内の主軸(10)が軸線(4
6)と、この軸線(46)上にある、工具ホルダ(1
4)のシャンク(30)用装着部(34)と、シャンク
(30)を装着部(34)内で軸方向で固定するための
クランプ機構を有する。クランプ機構は、軸方向で摺動
可能な締付マンドレル(18)と締付マンドレル(1
8)の周面に配置される少なくとも1つの切片(60)
を含み、この切片は締付マンドレル(18)の軸方向摺
動時に締付マンドレル(18)と切片(60)との間で
作用する第1ガイド(50/64、54/78、68/
70、72/92)によって半径方向第1動作位置と半
径方向第2動作位置との間で半径方向に移動可能であ
る。
Description
に関する。たとえば、本発明は、軸線とこの軸線上にあ
る、工具ホルダのシャンク用装着部とシャンクを装着部
内で軸方向で固定するためのクランプ機構とを備えてお
り、クランプ機構が、軸方向で摺動可能な締付マンドレ
ルと締付マンドレルの周面に配置される少なくとも1つ
の切片とを含み、この切片が、締付マンドレルの軸方向
摺動時に、締付マンドレルと切片との間で作用する第1
ガイドによって半径方向第1動作位置と半径方向第2動
作位置との間で半径方向に移動可能であり、第1動作位
置のときシャンクを装着部内で形状結合式に固定する、
工作機械内の主軸に関する。
例えば本出願人の“FZ”型マシニングセンタから公知
である。
外部テーパを主軸頭の相補的内部円錐形装着部に押し込
まれる。クランプ機構の締付マンドレルは次に工具ホル
ダのシャンクに設けられる相応の装着部に入れられる。
締付マンドレルは軸方向に配置されるドローバーによっ
て軸方向で移動可能である。工具ホルダを挟持するため
に締付マンドレルは前進した動作位置にある。締付マン
ドレルの外周面に周方向で分散して複数の切片が配置さ
れている。切片は前端が厚肉頭部となって成端し、頭部
はこの動作位置のとき半径方向内側にある。シャンクが
主軸頭の装着部に押し込まれたのちにドローバーが引き
入れられるとき、締付マンドレルが連行される。次に、
滑り斜面の系を介して切片が半径方向外側に移動する。
次に切片の厚肉頭部が工具ホルダのシャンクに設けられ
る相応の突起の背後に入り込み、工具ホルダは形状結合
式に軸方向で固定される。
は周面に配設される複数の凹部を備えており、切片の後
端が凹部内で保持されている。冠体は他の案内斜面を介
して切片に当接している。クランプ機構をクランプする
とき冠体はばねの力に抗して後方にずらされる。クラン
プ機構を弛緩させるときばねが冠体を再び前方に押す。
冠体と切片との間の傾斜ガイドによって、切片は再びそ
れらの半径方向内側の動作位置に達する。
片がその半径方向内側の動作位置でも(クランプ機構弛
緩時)、両方の動作位置の間の中間位置でも、未定義な
位置を占めることによって、誤機能が現れることがあ
る。これは特に切片の軸方向前端にあてはまる。例え
ば、ばね力を受けて移動する冠体によって切片が後端の
方から相応に動かされるのではあるが、切片はそれらの
半径方向内側の動作位置に戻ることができないことがあ
る。こうして切片の前端が未定義な位置にあると、次の
工具ホルダを装入したとき誤機能が生じることがある。
特に、工具ホルダと主軸装着部との間に形状結合はすで
に実現することができ、この結合によって、すでにこの
時点に工具ホルダは緩慢なカップリング回転数で回転す
る主軸措置部によって連行されることになる。しかしそ
の場合挿入舌片と溝との間の従来の結合は装着部と工具
ホルダとの間に入り込むことができず、工具ホルダと主
軸との間に動作可能な結合は実現されない。
片が破損することがある。
は、発明の属する技術分野に指摘した種類の主軸を改良
して前記問題が防止され、主軸内への工具ホルダの確実
な装着を達成でき、クランプ機構の諸要素の破損を防止
できるようにすることである。
れば、発明の属する技術分野に指摘した種類の主軸にお
いて、第2ガイドが設けられており、このガイドによっ
て少なくとも1つの切片が第2動作位置と第1、第2動
作位置間の各中間位置とにおいて限定的に保持されるこ
とによって解決される。
解決される。
に記載の主軸である。
ねに定義された位置にあり、つまり半径方向端位置に相
当する両方の動作位置にまさにあることを保証する。新
たな工具ホルダがつねに定義された条件のもとでそのシ
ャンクを主軸の装着部に挿入することができ、そこでカ
ップリング回転数で主軸装着部の短い探索動作後に挿入
舌片と溝との間に形状結合も実現され、工具ホルダが正
しい角度位置で緊締されているだけでなく、円錐形座の
領域でシャンクと装着部との間に確実な摩擦結合も実現
されていることは、こうして確保される。
少なくとも1つの切片が軸線に沿って延びており、第1
ガイドがこの切片の両方の軸方向末端に作用し、第2ガ
イドが一方の軸方向末端にのみ作用する。
欠な最小限に限定することができ、単純な構造の安価な
解決策がこれによって可能となる。
イドが少なくとも1つの切片の装着部から離れる方を向
く軸方向末端に作用する。
素は後方に主軸内へと移すことができ、前側領域には障
害となる組込み物が必要ではない。
ガイドが、第2動作位置のとき、少なくとも1つの切片
の装着部から離れる方を向く軸方向末端に作用する。
いてその価値を示したのであり、本発明により設けられ
る諸措置が、その他の点では従来どおりのクランプ機構
においても利用することができ、場合によってはこれに
追加装備することもできることを意味する。
斜ガイドとして構成されており、少なくとも1つの切片
は好ましくは半径方向断面で実質円弧形の形状を有し、
傾斜ガイドが円錐形斜面によって形成される。
評ある要素を傾斜ガイド用に利用することができる。こ
うして、軸方向を向く単一の力によってあらゆるガイド
運動を生成しもしくは導き出すことができる。
数の切片が締付マンドレルの外周面に分散配置されてい
ることが好ましい。
切片が装着部から離れた方のその末端を共通の冠体内で
保持されており、この冠体が第1円錐形斜面を備えてお
り、この斜面が、第1ガイドの構成要素としての切片の
第2円錐形斜面と協動することが好ましい。
造要素を維持することができることが、ここでも妥当す
る。
時に冠体がばねの力に抗して軸方向で緊締されることに
も妥当し、その際好ましくはさらに、ばねが第2動作位
置で弛緩されている。
よれば、冠体が、ばねを保持する円筒形部分と軸方向に
突出する多数のシューとを有し、これらのシューに第1
円錐形斜面が形成されている。
方向領域内に、冠体と同軸に形成されるスリーブが配置
されており、このスリーブが第3円錐形斜面を備えてお
り、この斜面が第2ガイドとしての切片の第4円錐形斜
面と協動する。
備えた従来の配置よりも構造寸法を大きくする必要のな
い特別コンパクトな配置が得られる。こうして、公知の
システムを本発明によって追加装備することが可能であ
る。
第3/第4斜面とは逆向きに傾いていることが好まし
い。
向く力によって中間位置および第2動作位置で諸要素の
希望する保持を保証することができる。
して配置されていることが特別好ましい。
別な力源または力の導入が必要でないので、特別単純な
運動経過が得られ、むしろ、スリーブを主軸で支えるこ
とができれば十分である。
れば、冠体が半径方向外側にあり、スリーブが半径方向
内側にあり、またはその逆とすることができる。両方の
実施変種は、それ自体として見て設計上の利点を有し、
利用事例に応じてそれらは利用することができる。
の種の従来の配置の方からすでに知られているように冠
体が主軸の穴のなかで案内されていることが好ましい。
となる。前記特徴および以下になお説明する特徴はその
都度記載した組合せにおいてだけでなく、本発明の枠か
ら逸脱することなく他の組合せや単独でも勿論適用可能
である。
詳しく説明される。
加工、フライス加工およびその他の作業を実施するのに
利用される工作機械、例えばマシニングセンタの主軸全
体である。この主軸10が主軸頭12を含み、図示実施
例の場合主軸頭は下を向いている。しかし、主軸の軸線
を水平にした工作機械も公知であるので、これはそれに
限定されるものと理解されるべきではない。
ているが、図1と図2では工具ホルダの上端が一点鎖線
で示唆されているにすぎない。工具ホルダ14を引き入
れて保持するのに役立つコレットチェック16が下端に
締付マンドレル18を有する。締付マンドレル18が下
端に第1装着部20を有し、この装着部内に工具ホルダ
14のピン22が係合する。
と主軸頭12との間に強固な結合はまだ存在しておら
ず、締付マンドレル18の前端24は工具ホルダ14の
第2上向き装着部28内の底26にちょうど当接してい
る。
ャンクを有し、外部テーパ30が首部32の円錐形外周
面を形成する。首部32がアンダカット33を備えてい
る。
向き末端に第3装着部を備えており、この装着部は内部
テーパ34によって形成される。
具ホルダ14がそのシャンクおよび外部テーパ30を下
から押し込まれるとき、これは、工具ホルダ14と主軸
頭12が半径方向平面36で互いに突接するまで行われ
る。この半径方向平面36の領域に、挿入舌片と溝とを
備えた割出し装置38もあり、通常、挿入舌片は主軸頭
12に設けられ、溝は工具ホルダ14に設けられてい
る。工具ホルダ14を主軸頭12内に装着するとき主軸
頭12は従来どおり僅かな回転数で、いわゆるカップリ
ング回転数で回転し、挿入舌片が溝内に入り込むことに
なる。こうして工具ホルダ14は周方向で割出し位置に
おいて固定されている。
に雌ねじ42を備えており、この雌ねじにドローバー4
1がねじ込まれている。
基準に、実質回転対称に構成されている。
うに、それ自体周知の如くに軸線46の方向に移動させ
ることができる。
端が多少厚肉となっており、厚肉部に移行する領域に第
1斜面50が設けられている。第1斜面50からコレッ
トチャック16は次に軸方向上方で円筒形領域52とな
り、次に第2斜面54を介して再び先細となっている。
これは、使用される要素の実質回転対称な構成に基づい
て、しかし少なくとも円弧状構成に基づいて、好ましく
はそれぞれ円錐面のことと理解されねばならない。
ク16の円筒形領域52と斜面50、54とに切片60
が載置されている。この種の切片はそれ自体公知であ
る。実際には多数のこのような切片が締付マンドレル1
8の周面に均一に分散させて設けられる。
備えている。その内面に第3斜面64が形成されてお
り、この斜面は第1斜面50に対して相補的に構成され
ている。次に切片60で上側に中間部分65が続いてお
り、この部分は半径方向で比較的薄肉に構成されてい
る。次にこの中間部分65に上側で案内部分66が続い
ており、この案内部分は再び半径方向で厚肉に構成され
ている。
6が図3に拡大して斜視図で示してある。
を有し、この斜面は切片60の外面にあり、図示実施例
の場合軸方向上方、外側へと延びている。
に第5斜面70が形成されている。
られており、この第6斜面72は第4斜面68とは逆向
きであり、すなわち上方、内側を向いている。
付マンドレル18の周面に分散させて設けられている。
それゆえに各切片60は半径方向断面で円弧形状を有す
る。案内部分66はその上端でいま一度フォーク状に分
割されており、すでに触れた第6斜面72はフォークの
底にあり(図3参照)、第6斜面72の左右でほぞ状延
長部74が上方に延び、これらの延長部が上端に第7斜
面76を備えている。第7斜面76はやはり上方、外側
を向いている。
れなお第8斜面78が設けられており、この斜面は上方
に半径方向内側へと延びている。この第8斜面78はコ
レットチャック16の上端に設けられる第2斜面54に
対して相補的に構成されている。
内するために主軸頭12の装着開口部の後部領域になお
冠体80が設けられている。冠体80が周面に軸方向条
溝を備えており、これらの条溝内に切片60の案内部分
66が係合し、部分的にそのなかを移動する。
ており、この円筒部分は主軸頭12の装着開口部の上端
に設けられる相補的穴84のなかを動く。
86によって形成される。戻しばね88が軸方向で第1
シュー86の背面と鍋体90との間で保持されており、
この鍋体は主軸頭12の装着穴の上端を形成する。
2を備えており、この斜面は第6斜面72に対して相補
的に構成されている。
ーブ96があり、このスリーブは軸方向で固定されて上
方で鍋体90で支えられる。スリーブ96が下方に多数
の第2シュー98を備えており、シューは下方に第10
斜面100を有する。第10斜面100は第7斜面76
に対して相補的に構成されている。
側にあり、冠体80が半径方向外側にある。しかし、半
径方向順序において機能を取り替え、冠体を半径方向内
側に設け、スリーブを半径方向外側に設けることも可能
である。
にする。
10の状態のとき工具ホルダ14はまだ装着されていな
い。工具ホルダ14はむしろ単に緩く下から主軸頭12
の装着開口部に挿入されて、工具ホルダ14と主軸頭1
2が半径方向平面36で当接しているだけである。
に、切片60はコレットチャック16に周面に密着して
いる。それゆえに、コレットチャック16および切片6
0の半径方向障害輪郭は首部32の内径よりも小さい。
テーパ30を上向きに主軸頭12の装着開口部に導入す
ることが可能であり、するとコレットチャック16は切
片60とともに工具ホルダ14の上端に設けられた第2
装着部28内に係合する。
冠体80は下側動作位置にある。そのことが図1の右上
に距離Dで具体的に示してあり、冠体80の円筒部分8
2の後端は主軸頭12の装着開口部の上端からこの距離
を保つ。
するためにいまやドローバー44が矢印48の方向で引
き上げられる。
で締付マンドレル18に対して相対的に摺動することに
なる。つまり切片60は軸方向で締付マンドレル18に
対して相対的に運動可能である。ところで締付マンドレ
ル18が引き上げられると、切片60の厚肉頭部62は
斜面50/64のガイドを介して滑動して締付マンドレ
ル18の厚肉下端に乗り上げ、従って半径方向外方に動
く。その結果、厚肉頭部62がアンダカット33内に入
り、こうして工具ホルダ14を主軸頭12内で固定す
る。
方向外方に動かされる。一方で、締付マンドレル18が
その軸方向後端の第2斜面54で案内部分66の下側内
端の第8斜面78上を移動し、同時に案内部分66がそ
の下側外の第4斜面68で主軸頭12のケース内の第5
斜面70に乗り上げることによって、これは引き起こさ
れる。
2と一緒に形成される他のガイドを介して冠体80は軸
方向で上方に、しかもばね88の力に抗して、動かされ
る。それゆえに、円筒部分82の後端で維持される距離
D(図1)がdに減少する(図2)。
にあり、この位置において工具ホルダ14は主軸頭12
内でしっかり緊締されている。
44が再び、図2に矢印102で示唆したように押し下
げられると、これはさしあたり、コレットチャック16
が軸方向で下方に摺動されることを意味するにすぎな
い。
位置に戻るように、ばね88が弛緩して冠体80を押し
下げ、それを受けて切片60は斜面72/92のガイド
を介して軸方向下方に、同時に半径方向内方に動かされ
る。
のステップは切片60の下端、特に厚肉頭部62が中間
位置で膠着し得ることがあるので必ずしも完璧には成功
しないので、本発明によれば付加的ガイドが設けられて
おり、このガイドは図1の第1動作位置でも、図2の第
2動作位置に至るすべての中間位置でも作用する。
10斜面100と一緒に形成される。
ができるように、このガイドは両方の動作位置の間の全
作業過程の間係合しており、第10斜面100が設けら
れているスリーブ96は軸方向で固定支承されている。
解除動作位置に戻るときガイド72/92を介して送り
力が加えられるので、安定のために他のガイド76/1
00は逆方向に向けられており、こうして、切片60の
下端が望ましくないことに半径方向で傾くことは確実に
防止される。つまりガイド72/92は下向きに開口し
たテーパ上にあり、付加的ガイド76/100は上向き
に開口したテーパを定義する。
1動作位置における本発明による主軸の1実施例の軸方
向断面図である。
位置について図1と同様に示す図である。
部を拡大斜視図で示す。
Claims (17)
- 【請求項1】 工作機械内の主軸であって、軸線(4
6)とこの軸線(46)上にある、工具ホルダ(14)
のシャンク(30)用装着部(34)とシャンク(3
0)を装着部(34)内で軸方向で固定するためのクラ
ンプ機構とを備えており、クランプ機構が、軸方向で摺
動可能な締付マンドレル(18)と締付マンドレル(1
8)の周面に配置される少なくとも1つの切片(60)
とを含み、この切片が、締付マンドレル(18)の軸方
向摺動時に、締付マンドレル(18)と切片(60)と
の間で作用する第1ガイド(50/64、54/78、
68/70、72/92)によって半径方向第1動作位
置と半径方向第2動作位置との間で半径方向に移動可能
であり、第1動作位置のときシャンク(30)を装着部
(34)内で形状結合式に固定するものにおいて、第2
ガイド(76/100)が設けられており、このガイド
によって少なくとも1つの切片(60)が第2動作位置
と第1、第2動作位置間の各中間位置とにおいて限定的
に保持されることを特徴とする主軸。 - 【請求項2】 少なくとも1つの切片(60)が軸線
(46)に沿って延びており、第1ガイド(50/6
4、54/78、68/70、72/92)がこの切片
(60)の両方の軸方向末端に作用し、第2ガイド(7
6/100)が一方の軸方向末端にのみ作用することを
特徴とする、請求項1記載の主軸。 - 【請求項3】 第2ガイド(76/100)が少なくと
も1つの切片(60)の装着部(34)から離れる方を
向く軸方向末端に作用することを特徴とする、請求項2
記載の主軸。 - 【請求項4】 第1ガイド(50/64、54/78、
68/70、72/92)が、第2動作位置のとき、少
なくとも1つの切片(60)の装着部(34)から離れ
る方を向く軸方向末端に作用することを特徴とする、請
求項1〜3のいずれか1項または複数項記載の主軸。 - 【請求項5】 第1ガイド(50/64、54/78、
68/70、72/92;76/100)が傾斜ガイド
として構成されていることを特徴とする、請求項1〜4
のいずれか1項または複数項記載の主軸。 - 【請求項6】 少なくとも1つの切片(60)が半径方
向断面で実質円弧形の形状を有し、傾斜ガイド(50/
64、54/78、68/70、72/92;76/1
00)が円錐形斜面(50、54、64、68、70、
72、76、78、92、100)によって形成される
ことを特徴とする、請求項5記載の主軸。 - 【請求項7】 多数の切片(60)が締付マンドレル
(18)の外周面に分散配置されていることを特徴とす
る、請求項1〜6のいずれか1項または複数項記載の主
軸。 - 【請求項8】 切片(60)が装着部(34)から離れ
た方のその末端を共通の冠体(80)内で保持されてお
り、この冠体(80)が第1円錐形斜面(92)を備え
ており、この斜面が、第1ガイド(50/64、54/
78、68/70、72/92)の構成要素としての切
片(60)の第2円錐形斜面(72)と協動することを
特徴とする、請求項7記載の主軸。 - 【請求項9】 締付マンドレル(18)の軸方向摺動時
に冠体(80)がばね(88)の力に抗して軸方向で緊
締されることを特徴とする、請求項8記載の主軸。 - 【請求項10】 ばね(88)が第2動作位置で弛緩さ
れていることを特徴とする、請求項9記載の主軸。 - 【請求項11】 冠体(80)が、ばね(88)を保持
する円筒形部分(82)と軸方向に突出する多数のシュ
ー(86)とを有し、これらのシューに第1円錐形斜面
(92)が形成されていることを特徴とする、請求項9
または10記載の主軸。 - 【請求項12】 冠体(80)の軸方向領域内に、冠体
(80)と同軸に形成されるスリーブ(96)が配置さ
れており、このスリーブ(96)が第3円錐形斜面(1
00)を備えており、この斜面が第2ガイド(76/1
00)としての切片(60)の第4円錐形斜面(76)
と協動することを特徴とする、請求項8〜11のいずれ
か1項または複数項記載の主軸。 - 【請求項13】 第1/第2斜面(92/72)が第3
/第4斜面(100/76)とは逆向きに傾いているこ
とを特徴とする、請求項12記載の主軸。 - 【請求項14】 スリーブ(96)が軸方向で固定して
配置されていることを特徴とする、請求項12または1
3記載の主軸。 - 【請求項15】 冠体(80)が半径方向外側にあり、
スリーブ(96)が半径方向内側にあることを特徴とす
る、請求項12〜14のいずれか1項または複数項記載
の主軸。 - 【請求項16】 冠体(80)が主軸(10)の穴(8
4)のなかで案内されていることを特徴とする、請求項
15記載の主軸。 - 【請求項17】 冠体が半径方向内側にあり、スリーブ
が半径方向外側にあることを特徴とする、請求項12〜
14のいずれか1項または複数項記載の主軸。
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