JP2008246612A - 主軸ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】主軸の減速比を容易に調整することができる主軸ヘッドを提供する。
【解決手段】工具を着脱可能に装着する主軸１０と、モータ２０からの回転速度を減速させる減速機３０を備えた主軸ヘッド１において、主軸１０と減速機３０の出力軸（第三回転軸）３３とは、カップリング４４，４５を介して着脱可能に連結されており、主軸１０を回転可能に支持する主軸収容部１１と、減速機３０を収容する減速機収容部３４とが別体で形成され、主軸収容部１１と減速機収容部３４とは、着脱可能に接続されて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具を着脱可能に装着する主軸と、モータからの回転速度を減速させる減速機を備えた主軸ヘッドに関する。

工具を着脱可能に装着する主軸と、モータからの回転速度を減速させる減速機を備えた従来の主軸ヘッドは、主軸と減速機が同一のケーシング内に一体的に収容されており、モータからの回転動力を減速機で減速して主軸を回転させるようになっていた（例えば、特許文献１参照）。減速機は複数のギヤを備えており、ギヤをシフトすることで、減速比を切替できるようになっている。
実開平１−８１２４５号公報

ところで、主軸ヘッドでは、ワークや工具の仕様に応じて最適な減速比に調整する必要があるが、従来の主軸ヘッドでは、減速機が、同一のケーシング内に主軸と一体的に設けられているため、設定された減速比以外の減速比にする場合、主軸ヘッド全体を交換しなければならなかった。そのため、減速比の調整を行うために、多くの費用と時間を有し、また、加工を中断する時間が長くなってしまうといった問題があった。

そこで、本発明は前記の問題を解決するために案出されたものであって、主軸の減速比を容易に調整することができる主軸ヘッドを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、工具を着脱可能に装着する主軸と、モータからの回転速度を減速させる減速機を備えた主軸ヘッドにおいて、前記主軸と前記減速機の出力軸とは、カップリングを介して着脱可能に連結されており、前記主軸を回転可能に支持する主軸収容部と、前記減速機を収容する減速機収容部とが別体で形成され、前記主軸収容部と前記減速機収容部とは、着脱可能に接続されていることを特徴とする主軸ヘッドである。

このような構成によれば、主軸の減速比を容易に調整することができる。詳しくは、主軸と減速機の出力軸とは容易に着脱できるとともに、減速機を減速機収容部単位で交換することができるので、主軸は続けて使用することができる。したがって、交換部分の費用を抑えることができるとともに、少ない時間で減速機を交換でき、加工の中断による時間ロスを低減することができる。さらに、減速機の仕様を代えるだけで、所望の減速比を得ることができ、主軸は共通部品とすることができるので、主軸ヘッドの生産性が高まるとともに、設計変更は減速機部分だけでよいので、設計の効率化が図れる。さらに、減速機が不要な場合には、減速機部分を取り外すことで、主軸ヘッドの小型化および軽量化を図ることができる。

請求項２に係る発明は、前記減速機の入力軸とモータの出力軸とは、カップリングを介して着脱可能に連結されており、前記減速機収容部と前記モータとは、着脱可能に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の主軸ヘッドである。

このような構成によれば、モータも続けて使用することができるので、再生効率を高めることができる。

請求項３に係る発明は、前記主軸収容部には、前記主軸を囲繞して設けられた主軸回転用のビルトインモータが収容されており、前記減速機は、前記減速機の入力軸と前記減速機の出力軸との間で回転動力を断続可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の主軸ヘッドである。

このような構成によれば、主軸収容部に設けられたビルトインモータを回転させることで、主軸の高速回転が可能となるとともに、減速機で回転動力を切断することで、減速機のギヤシール等の発熱を防止できる。また、減速機収容部に設けられたモータの減速機部分を主軸収容部から取り外せば、ビルトインモータを内部に一体的に備えた小型の主軸ヘッドを得ることができる。

本発明によれば、主軸の減速比を容易に調整することができるといった優れた効果を発揮する。

本発明に係る主軸ヘッドの最良の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

主軸ヘッドは、工作機械のコラムに設けられており、コラムは、主軸をワークに対して適宜移動させるとともに、工具マガジン側にも移動させて、主軸が把持する工具を選択的に着脱するように構成されている。

図１は本発明に係る主軸ヘッドの最良の実施形態を示した断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る主軸ヘッド１は、図示しない工具を着脱可能に装着する主軸１０と、モータ２０からの回転速度を減速させる減速機３０を備えている。

主軸１０は、主軸収容部１１に回転可能に支持されている。主軸収容部１１は、外殻を構成するケーシングにて構成されており、その内部には、複数のベアリング１２，１２・・・を介して主軸１０が軸支されている。主軸１０の先端部には、工具を着脱するための取付穴１０ａが形成されている。取付穴１０ａは、先端側が拡径するテーパ形状を呈している。なお、主軸１０の先端部の形状は、一例であって、これに限られるものではなく、取り付けられる工具に応じてＢＴ、ＫＭ、ＨＳＫ等、種々の工具把持部形状に対応できるように適宜形成される。

主軸収容部１１には、主軸１０を囲繞して設けられた主軸１０回転用のビルトインモータ１３が収容されている。ビルトインモータ１３は、主軸１０の外周面に形成されたロータ１４と、このロータ１４の外側に所定の間隔をあけて配置されたステータ１５とを備えて構成されている。ステータ１５は、ケーシングに固定されており、コイル（図示せず）を備えている。そして、このコイルに電流を流すことによって、磁界を発生させロータ１４を回転させるようになっている。ビルトインモータ１３は、主軸１０を直接回転させるもので、特に高回転を必要とする工具を用いる場合に駆動されるようになっている。

減速機３０は、複数の回転軸（本実施の形態では３本）を有しており、それぞれ径および歯数の異なるギヤを噛合させることで、回転数を変化させるように構成されている。具体的には、本実施形態に係る減速機３０は、モータ２０の出力軸２１に接続される第一回転軸３１（減速機の入力軸）と、この第一回転軸３１と平行に配設される第二回転軸３２および第三回転軸３３（減速機の出力軸）とを備えている。減速機３０は、減速機収容部３４に収容されている。減速機収容部３４は、外殻を構成するケーシングにて構成されており、その内部には、複数のベアリング３５，３５・・・を介して、第一回転軸３１、第二回転軸３２および第三回転軸３３がそれぞれ軸支されている。

第一回転軸３１は、減速機３０の入力軸を構成する。第一回転軸３１の基端部には、鍔部４０ａを備えたカップリング４０が接続されており、モータ２０の出力軸２１に接続されたカップリング４１とボルト４３を介して着脱可能に接続されている。カップリング４０，４１は互いに円筒形状を呈しており、内部にモータ２０の出力軸２１および第一回転軸３１がそれぞれ挿通されて固定されている。第一回転軸３１の外周面には、小径の歯車３１ａが同軸上に固定されている。

第二回転軸３２には、大径の歯車３２ａと、小径の歯車３２ｂとが同軸上に設けられている。大径の歯車３２ａは、第一回転軸３１の小径の歯車３１ａに噛合するように構成されており、第一回転軸３１から第二回転軸３２にかけて回転速度が減速されて伝達されるようになっている。

第三回転軸３３は、減速機３０の出力軸を構成する。第三回転軸３３には、大径の歯車３３ａが固定されている。大径の歯車３３ａは、第二回転軸３２の小径の歯車３２ｂに噛合するように構成されており、第二回転軸３２から第三回転軸３３にかけて回転速度がさらに減速されて伝達されるようになっている。第三回転軸３３の先端部は、主軸収容部１１の内部まで延出して形成されている。第三回転軸３３の先端部には、鍔部４４ａを備えたカップリング４４が接続されており、主軸１０の基端部に接続されたカップリング４５とボルト４３を介して着脱可能に接続されている。カップリング４４，４５は互いに円筒形状を呈しており、内部に第三回転軸３３および主軸１０がそれぞれ挿通されて固定されている。

第二回転軸３２の大径の歯車３２ａと小径の歯車３２ｂは、図示しない移動手段によって第二回転軸３２に対して軸方向に移動可能に取り付けられている。第二回転軸３２の各歯車３２ａ，３２ｂが可動範囲の下端部（図１の上下方向を基準としている）に位置する状態（図１で実線にて示した状態）では、第二回転軸３２の小径の歯車３２ｂと、第三回転軸３３の大径の歯車３３ａとが互いに噛合しているので、第二回転軸３２と第三回転軸３３との間で回転動力が接続されて伝達されることとなる。一方、第二回転軸３２の各歯車３２ａ，３２ｂが可動範囲の上端部（図１の上下方向を基準としている）に位置する状態（図１で二点鎖線にて示した状態）では、第二回転軸３２の小径の歯車３２ｂと、第三回転軸３３の大径の歯車３３ａとが軸方向にずれて離反するので、第二回転軸３２と第三回転軸３３との間で回転動力が切断されることとなる。以下、第二回転軸３２の各歯車３２ａ，３２ｂの可動範囲の下端部を「接続位置」、可動範囲の上端部を「切断位置」という場合がある。前記第二回転軸３２の各歯車３２ａ，３２ｂが接続位置にあるときには、モータ２０を駆動させ、前記第二回転軸３２の各歯車３２ａ，３２ｂが切断位置にあるときには、ビルトインモータ１３を駆動させる。

減速機収容部３４は、主軸収容部１１にボルト等の接続手段（図示せず）によって着脱自在に固定されている。モータ２０は、減速機収容部３４にボルト等の接続手段（図示せず）によって着脱自在に固定されている。

主軸１０と第三回転軸３３との接合部分に相当する主軸収容部１１の表面には、カップリング４４，４５同士を接合または取外しするための開口部１６が形成されている。この開口部１６には、蓋部材１６ａが着脱可能に設けられている。また、モータ２０の出力軸２１と第一回転軸３１との接合部分に相当する減速機収容部３４の表面には、カップリング４０，４１同士を接合または取外しするための開口部１７が形成されている。この開口部１７には、蓋部材１７ａが着脱可能に設けられている。

前記構成の主軸ヘッド１の減速機３０を交換するに際しては、図２に示すように、まず、蓋部材１７ａを取り外して開口部１７を開放し、この開口部１７からボルト４３を取り外し、モータ２０の出力軸２１と減速機３０の第一回転軸３１の接合を解除する。その後、モータ２０本体を減速機収容部３４から取り外す。

次に、蓋部材１６ａを取り外して開口部１６を開放し、この開口部１６からボルト４３を取り外し、主軸１０と減速機３０の第三回転軸３３の接合を解除する。その後、減速機収容部３４を主軸収容部１１から取り外す。この状態で、減速機３０の取外しが終了する。

その後、事前に準備しておいた別の減速機収容部に一体的に収容された減速機（図示せず）を、前記工程と逆の手順の工程を行うことによって、主軸１０に接続するとともに、モータ２０を減速機に接続する。

本実施の形態によれば、主軸１０と減速機３０の第三回転軸（出力軸）３３とをカップリング４４，４５を介して着脱可能に連結するとともに、主軸収容部１１と減速機収容部３４とを別体で形成し、互いに着脱可能に接続しているので、主軸１０の減速比を容易に調整することができる。具体的には、主軸１０から減速機３０の第三回転軸３３を離脱させ、主軸収容部１１から減速機収容部３４を取り外した後に、別の減速機（図示せず）を取り付けることで、容易な作業で減速機３０を交換でき減速比を変更できる。また、減速機３０を減速機収容部３４単位で交換することができるので、主軸１０は続けて使用することができる。したがって、交換部分の費用を抑えることができるとともに、少ない時間で減速機３０を交換でき、メンテナンスや仕様変更に伴う労力を低減することができる。さらに、減速機３０の仕様を代えるだけで、所望の減速比を得ることができ、主軸１０は共通部品とすることができるので、主軸ヘッド１の生産性が高まるとともに、設計変更は減速機３０部分だけでよいので、設計の効率化が図れる。また、主軸ヘッド１のバリエーションを容易に増やすことが可能となる。

さらに、主軸ヘッドの機能として減速機が不要な場合には、減速機部分を取り外し、主軸収容部に対しモータを直接取り付けて主軸と連結することで、主軸ヘッドの小型化および軽量化を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、モータ２０も減速機３０および減速機収容部３４に着脱可能に連結されているので、減速機３０を交換しても、モータ２０は、主軸１０とともに続けて使用することができるので、再生効率を高めることができる。

さらに、主軸収容部１１には、主軸１０を囲繞してビルトインモータ１３が設けられており、減速機３０は、回転動力を断続可能に構成されているので、主軸収容部１１に設けられたビルトインモータ１３を回転させ、減速機３０の第二回転軸３２の各歯車３２ａ，３２ｂを切断位置（図１の二点鎖線にて示す）に軸方向移動させて回転動力を切断することで、主軸１０の高速回転が可能となる。

また、主軸ヘッドの機能としてビルトインモータ１３による回転機能のみが必要な場合には、主軸収容部１１から減速機３０部分を取り外せば、ビルトインモータ１３を内部に一体的に備えた小型の主軸ヘッドを得ることができる。

図３は本発明に係る主軸ヘッドの最良の他の実施形態を示した断面図である。かかる実施形態では、主軸収容部１１内に、ビルトインモータは設けられておらず、減速機３０の第３回転軸（出力軸）３３の端部（主軸１０とは逆側）に第二のモータ２２が接続されている。モータ２２の回転軸２３と、減速機３０の第三回転軸３３とは、カップリング４６，４７を介して互いに着脱可能に連結されている。モータ２２は、第三回転軸３３に直結して接続されており、図１のビルトインモータ１３と同様に、主軸１０を高速回転させる場合に駆動される。なお、モータ２２を駆動するときは、減速機３０の第二回転軸３２の各歯車３２ａ，３２ｂを切断位置（図３の二点鎖線にて示す）に軸方向移動させておく。また、モータ２２の本体部も減速機収容部３４に図示しないボルト等を介して着脱可能に取り付けられている。なお、その他の構成については、図１で示した実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。かかる実施形態においても、図１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明の最良の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能であるのは勿論である。

本発明に係る主軸ヘッドの最良の実施形態を示した断面図である。 本発明に係る主軸ヘッドの主軸と減速機とモータを分離させた状態を示した断面図である。 本発明に係る主軸ヘッドの最良の他の実施形態を示した断面図である。

符号の説明

１ 主軸ヘッド
１０ 主軸
１１ 主軸収容部
１３ ビルトインモータ
２０ モータ
２１ 出力軸
３０ 減速機
３１ 第一回転軸（入力軸）
３３ 第三回転軸（出力軸）
３４ 減速機収容部
４０，４１ カップリング
４４，４５ カップリング

Claims (3)

1. 工具を着脱可能に装着する主軸と、モータからの回転速度を減速させる減速機を備えた主軸ヘッドにおいて、
   前記主軸と前記減速機の出力軸とは、カップリングを介して着脱可能に連結されており、
   前記主軸を回転可能に支持する主軸収容部と、前記減速機を収容する減速機収容部とが別体で形成され、前記主軸収容部と前記減速機収容部とは、着脱可能に接続されている
   ことを特徴とする主軸ヘッド。
2. 前記減速機の入力軸とモータの出力軸とは、カップリングを介して着脱可能に連結されており、
   前記減速機収容部と前記モータとは、着脱可能に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の主軸ヘッド。
3. 前記主軸収容部には、前記主軸を囲繞して設けられた主軸回転用のビルトインモータが収容されており、
   前記減速機は、前記減速機の入力軸と前記減速機の出力軸との間で回転動力を断続可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の主軸ヘッド。

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