JP2008044073A

JP2008044073A - 主軸の制動装置

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Publication number: JP2008044073A
Application number: JP2006222571A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kuroda; 黒田　　修
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2026-08-17
Also published as: JP5005986B2

Abstract

【課題】主軸に生じるびびり振動をより確実に抑えて、高精度な加工を実現することができる主軸の制動装置を提供する。
【解決手段】上記目的を達成するために、主軸３の回転をロックするためのロック機構と、主軸３へ回転方向とは逆向きのトルクを付与するためのトルク付与機構との両機構を、主軸３の前端部に設けた。具体的な構成の一例としては、主軸３の前端部にテーパ面５を形成するとともに、更に前方にテーパ面７が形成されたテーパリング８を固着する一方、テーパ面５に平行で表面に低摩擦材料が固着されたテーパ面と、テーパ面７に平行なテーパ面とを有し、前後動によりいずれかのテーパ面をテーパ面５又はテーパ面７へ押圧可能なピストン１３を設け、ピストン１３の前方への移動によって、テーパ面７を押圧して主軸３をロックする一方、後方への移動によって、テーパ面５を押圧して主軸３へ逆向きのトルクを付与するようにしたものがある。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば複合加工旋盤等に備えられるＣ軸制御された主軸の制動装置に関するものである。

従来より、たとえば主軸をＣ軸周りで制御するような複合加工旋盤等において、ワークを把持した主軸を低速回転（又は所定の回転角度でロック）させながらワークに対する加工を行うと、切削負荷の変動等に起因して生じるびびり振動により、主軸のＣ軸制御が不安定となり、加工精度が悪化してしまうという問題があった。そこで、該問題を解決すべく、主軸装置における主軸の後端側に主軸ロック用のブレーキ装置を設ける一方、主軸装置における主軸の前端側にトルク付与装置を設け、該前端側にて主軸に回転方向とは逆向きのトルクを付与することにより、主軸前端に把持されたワークから伝えられるびびり振動を効率良く減衰させて加工精度を向上させようとした主軸の制動装置（たとえば特許文献１）が考案されている。

特開平６−８０９４号公報

しかしながら、上述したような主軸の制動装置によれば、主軸の後端側に主軸ロック用のブレーキ装置を設けているため、主軸をロックした状態において、たとえば主軸の前端面にて把持しているワークに対して切削加工を施す場合、切削負荷によって主軸にねじれ変位が生じてしまい（ロック状態における主軸のねじれ剛性が小さいことに起因する）、加工精度の向上が期待できなくなるという問題がある。また、主軸にディスクプレートをロック用ブレーキディスクやトルク付与用ブレーキディスクとして設けているため、イナーシャが大きくなり、主軸の立ち上がり時間が遅くなるという問題もある。

そこで、本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであって、主軸に生じるびびり振動をより確実に抑えて、高精度な加工を実現することができる主軸の制動装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、回転可能な主軸を備えてなる工作機械において、前記主軸の回転動作を制動するための制動装置であって、前記主軸の回転をロックするためのロック機構と、前記主軸へ前記回転とは逆向きのトルクを付与するためのトルク付与機構とを備えており、両前記機構が、主軸の前端部に設けられていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、主軸の前端部に、前方に向けて縮径するように傾斜する第一テーパ部を形成するとともに、該第一テーパ部の更に前方に、前方に向けて拡径するように傾斜する第二テーパ部を形成する一方、前記第一テーパ部に平行で表面に低摩擦材料が固着された第一テーパ面と、前記第二テーパ部に平行な第二テーパ面とを有し、主軸の軸線方向に沿った前後動により、前記第一テーパ面又は前記第二テーパ面によって前記第一テーパ部又は前記第二テーパ部を押圧可能なピストンを設け、前記ピストンの前方への移動によって、前記第二テーパ面にて前記第二テーパ部を押圧して前記主軸をロックするロック機構を構成する一方、前記ピストンの後方への移動によって、前記第一テーパ面にて前記第一テーパ部を押圧して前記主軸へ逆向きのトルクを付与するトルク付与機構を構成するようにしたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、ピストンを、第一テーパ面及び第二テーパ面のどちらも第一テーパ部及び第二テーパ部に接触していない中立位置へ付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、主軸の前端部にて主軸の回転をロック可能としているため、ロック状態における主軸のねじれ剛性を大きくすることができる。したがって、従来と比較して加工時に生じるびびり振動を効果的に抑制することができ、精度の高い加工を実現させることができる。さらに、創生加工時等における主軸への逆向きのトルク付与も、主軸の前端部にて行うため、創生加工時に生じるびびり振動も効果的に減衰させることができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、主軸のロックに係り、ピストンを主軸に形成されたテーパ部へ押圧させるという構成を採用しているため、従来のようにブレーキディスクを用いる構成と比較すると、主軸の前端部の重量を軽減することができる。したがって、イナーシャが小さくなるため、主軸をロック状態から再び回転させる際の立ち上がり時間を短縮することができ、効率の良い加工を実現することができる。さらに、ピストンの前後動により主軸のロック及び主軸へのトルク付与のどちらをも可能としているため、ロック装置とトルク付与装置との両者を別個に備えた従来のものと比較して構成が合理化されており、部品点数の簡略化、低コスト化、装置の小型化等といった効果を奏することができる。さらにまた、ピストンの第一テーパ面に低摩擦材料を固着しており、該第一テーパ面を主軸の第一テーパ部に押し付けることによって、第一テーパ面と第一テーパ部との間に生じる摩擦力によりロックしない程度に主軸へ逆向きのトルクを付与可能としている。したがって、ピストンを押圧する油圧力だけでなく、第一テーパ面に固着する低摩擦材料の選択によっても主軸へ付与するトルクを調整可能であるため、ワークの種類や加工態様に応じてより幅広くトルクを調整することができ、汎用性に富む。また、低摩擦材料がすり減ってきた場合には、低摩擦材料のみを交換すればよく、使い勝手が良いし、整備コストの低減を図ることができる。
加えて、請求項３に記載の発明によれば、ピストンを、第一テーパ面及び第二テーパ面のどちらも第一テーパ部及び第二テーパ部に接触していない中立位置へ付勢する付勢手段を設けているため、アンロック状態（ロック及びトルク付与のどちらも解除となっている状態）におけるピストンの移動を容易に行うことができる。そこで、該付勢手段のみによって中立位置への移動を可能とすれば、ピストンが主軸のテーパ部等に当接した状態のまま、主軸を回転させてしまうといった事態が生じず、ピストンや主軸等の損傷を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態となる主軸の制動装置について、図面をもとに説明する。

図１は、本発明に係る主軸３の回転動作を制動する制動装置１１について示した説明図であり、図２は、制動装置１１のピストン１３部を拡大して示した説明図である。尚、図１における右側を主軸３の前側として説明する。
主軸装置１は、ベアリング４、４を介してハウジング２に主軸３をＣ軸周りで回転可能に支持してなるものであって、図示しない制御装置により主軸３の回転動作を制御している。主軸３は、前端部がハウジング２から前方へ突出しており、該前端部の端面には図示しないチャックが備えられ、該チャックを介してワークを把持可能となっている。また、主軸３の前端部には、外周面に前方へ向けて縮径するように傾斜するテーパ面５が形成されたテーパ部（第一テーパ部）６が一体的に設けられている。さらに、主軸３のテーパ部６の更に前方には、前方に向けて拡径するように傾斜するテーパ面７が外周面に形成されてなるテーパリング（第二テーパ部）８が固着されている。

そして、上記主軸装置１の主軸３前端部外周には、主軸３の回転動作を制動する下記のような制動装置１１が設けられている。以下、本発明の要部となる制動装置１１について説明する。
制動装置１１のフレーム１２は、主軸装置１本体に固定されており、上記主軸３の前端部を覆うように周設されている。該フレーム１２内には、主軸３のテーパ部６及びテーパリング８の外周に巻装可能なリング状のピストン１３がシール部材等によって主軸３及びテーパリング８の外周面から若干浮いた状態（図１及び２においては誇張して示している）で設置されており、後述の如くして付与される油圧により主軸３の軸線方向に沿って前後動可能となっている。また、ピストン１３の内面後部にはテーパ面５に平行なテーパ面（第一テーパ面）１３ａが、ピストン１３の内面前部にはテーパ面７に平行なテーパ面（第二テーパ面）１３ｂが夫々形成される一方、ピストン１３の外周面には凸条部１３ｃが形成されている。尚、ピストン１３のテーパ面１３ａには、摩擦係数が低い低摩擦材料（たとえば、・・）が取り付けられている。また、ピストン１３は、前後両側に備えられた一対のバネ（付勢手段）１４、１４によって、主軸３及びテーパリング８のどちらにも当接しない中立位置へ付勢されている。

また、フレーム１２におけるピストン１３の凸条部１３ｃの前後位置には油供給室１５、１６が設けられており、フレーム１２に挿通された供給路１７、１８を介して油供給室１５又は油供給室１６へ油を供給することにより、ピストン１３に対して前後方向へ油圧力を付与可能としている。さらに、フレーム１２の前端面におけるフレーム１２とテーパリング８との隙間１９には、常時ラビリンスエアが供給される。

ここで、上述の如く構成される制動装置１１による主軸３のロック及び主軸３へのトルク付与について説明する。
まず、主軸３を所定の回転角度にてロックしたい場合には、供給路１７を介して油供給室１５へ油を供給する。すると、供給された油がピストン１３の凸条部１３ｃを前方へ押圧するため、ピストン１３がバネ１４、１４の付勢力に抗しながら前方へ移動して、テーパ面１３ｂがテーパ面７に当接する。そこで、さらに油圧をかけると、ピストン１３がテーパリング８を押圧し、テーパ面１３ｂとテーパ面７との摺接により生じる摩擦力によって、テーパリング８を介して主軸３の回転がロックされることになる。
次に、たとえば創生加工を行う際等に、びびり振動の抑制のために主軸３へ回転方向とは逆向きのトルクを付与したい場合には、供給路１８を介して油供給室１６へ油を供給する。すると、供給された油により、ピストン１３は後方へ移動し、テーパ面１３ａとテーパ面５とが当接する。ここで、さらに所定の油圧をかけると、ピストン１３が主軸３のテーパ部６を押圧し、テーパ面１３ａとテーパ面５との間に摩擦力が生じるものの、テーパ面１３ａには低摩擦材料が取り付けられているため、主軸３をロックすることなく主軸３へ所定の逆向きのトルクを付与することができる。
尚、上述したような主軸３のロック又は主軸３へのトルク付与状態を解除したい場合には、油供給室１５、１６から油を抜くことにより、ピストン１３がバネ１４、１４の付勢力によって中立位置へ復帰し、上記状態は解除される。

以上のような構成を有する制動装置１１によれば、主軸３の前端部にて主軸３の回転をロック可能としているため、ロック状態における主軸３のねじれ剛性を大きくすることができる。したがって、従来と比較して加工時に生じるびびり振動を効果的に抑制することができ、精度の高い加工を実現させることができる。
また、主軸３のロックに係り、ピストン１３をテーパリング８へ押圧させるという構成を採用しているため、従来のようにブレーキディスクを用いる構成と比較すると、主軸３の前端部の重量を軽減することができる。したがって、イナーシャが小さくなるため、主軸３をロック状態から再び回転させる際の立ち上がり時間を短縮することができ、効率の良い加工を実現することができる。

さらに、制動装置１１によれば、ピストン１３の前後動により主軸３のロック及び主軸３への逆向きのトルク付与のどちらをも可能としているため、ロック装置とトルク付与装置との両者を別個に備えた従来のものと比較して構成が合理化されており、部品点数の簡略化、低コスト化、装置の小型化等といった効果を奏することができる。
さらにまた、バネ１４、１４によってピストン１３を中立位置へ付勢する構成としているため、主軸３をアンロック状態（ロック及びトルク付与のどちらも解除となっている状態）とする際に、供給室１５、１６から油を抜くだけで、ピストン１３が自然と中立位置へ復帰し、主軸３を確実にアンロック状態とすることができる。したがって、油は抜いたものの、ピストン１３がテーパリング８や主軸３に当接した状態のまま、主軸３を回転させてしまうといった事態が生じず、ピストン１３や主軸３等の損傷を防止することができる。

またさらに、創生加工時等における主軸３への逆向きのトルク付与を、主軸３の前端部にて行うため、創生加工時に生じるびびり振動も効果的に減衰させることができる。
加えて、ピストン１３のテーパ面１３ａに低摩擦材料を取り付けており、該テーパ面１３ａを主軸３のテーパ部６に押し付けることによって、テーパ面１３ａとテーパ面５との間に生じる摩擦力によりロックしない程度に主軸３へ逆向きのトルクを付与可能としている。したがって、ピストン１３を押圧する油圧力だけでなく、テーパ面１３ａに取り付ける低摩擦材料の選択によっても主軸３へ付与するトルクを調整可能であるため、ワークの種類や加工態様に応じてより幅広くトルクを調整することができ、汎用性に富む。また、低摩擦材料がすり減ってきた場合には、低摩擦材料のみを交換すればよく、使い勝手が良いし、整備コストの低減を図ることができる。

なお、本発明の主軸の制動装置に係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、ピストン、ロック機構、及びトルク付与機構等に係る構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態における主軸テーパ部のテーパ面とピストンのテーパ面との間、特にテーパ部のテーパ面と低摩擦材料との間に潤滑油を供給するようにしてもよい。このように潤滑油を供給することで、低摩擦材料の摩耗・損傷等を防止するとともに、摩擦係数の変化を抑え、スティックスリップ現象を防止することができる。尚、供給した潤滑油を排出するための排出口をフレームに形成することも当然可能である。

また、ピストンのテーパ面に低摩擦材料を設けるにあたって、別途部材を貼着するようにしてもよいし、塗布することによって低摩擦面を形成するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態では、主軸の前端部にテーパリングを外装して固着する構成としているが、該テーパリングと同形状の凸部を主軸に一体的に突設するようにしてもよい。
加えて、上記実施形態では、１つのピストンを、主軸のロック機構とトルク付与機構とに兼用するような構成としているが、ロック機構及びトルク付与機構の両者を主軸の前端部に設けるのであれば、両機構を独立した構成要素により夫々構成するようにしても何ら問題はない。

本発明に係る主軸の回転動作を制動する制動装置について示した説明図である。制動装置のピストン部を拡大して示した説明図である。

符号の説明

１・・主軸装置、２・・ハウジング、３・・主軸、４・・ベアリング、５、７・・テーパ面、６・・テーパ部、８・・テーパリング、１１・・制動装置、１２・・フレーム、１３・・ピストン、１３ａ、１３ｂ・・テーパ面、１３ｃ・・凸条部、１４・・バネ、１５、１６・・油供給室、１７、１８・・供給路、１９・・隙間。

Claims

回転可能な主軸を備えてなる工作機械において、前記主軸の回転動作を制動するための制動装置であって、
前記主軸の回転をロックするためのロック機構と、前記主軸へ前記回転とは逆向きのトルクを付与するためのトルク付与機構とを備えており、両前記機構が、主軸の前端部に設けられていることを特徴とする主軸の制動装置。
主軸の前端部に、前方に向けて縮径するように傾斜する第一テーパ部を形成するとともに、該第一テーパ部の更に前方に、前方に向けて拡径するように傾斜する第二テーパ部を形成する一方、前記第一テーパ部に平行で表面に低摩擦材料が固着された第一テーパ面と、前記第二テーパ部に平行な第二テーパ面とを有し、主軸の軸線方向に沿った前後動により、前記第一テーパ面又は前記第二テーパ面によって前記第一テーパ部又は前記第二テーパ部を押圧可能なピストンを設け、
前記ピストンの前方への移動によって、前記第二テーパ面にて前記第二テーパ部を押圧して前記主軸をロックするロック機構を構成する一方、前記ピストンの後方への移動によって、前記第一テーパ面にて前記第一テーパ部を押圧して前記主軸へ逆向きのトルクを付与するトルク付与機構を構成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の主軸の制動装置。
ピストンを、第一テーパ面及び第二テーパ面のどちらも第一テーパ部及び第二テーパ部に接触していない中立位置へ付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の主軸の制動装置。