JP2008296332A - 多軸ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】隣り合う主軸の軸芯間距離を短縮することができる多軸ヘッドを提供する。
【解決手段】工具２を把持する工具把持部１１と、この工具把持部１１よりも小径の軸部１２とを備えた主軸１０を、複数本回動可能に支持した多軸ヘッド１において、工具把持部１１は静圧軸受（油静圧軸受１５）によってラジアル方向に支持され、軸部１２は軸方向荷重を支持可能な転がり軸受（アンギュラボールベアリング２５）によってスラスト方向にも支持され、工具把持部１１を支持する静圧軸受（油静圧軸受１５）に流体を供給する流体供給路（油供給路１７）は、隣り合う流体供給路（油供給路１７）に対して主軸１０の軸方向にオフセットして配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具を把持する工具把持部と、この工具把持部よりも小径の軸部とを備えた主軸を、複数本回動可能に支持した多軸ヘッドに関する。

エンジンを構成するシリンダブロック等の加工を効率的に行うために複数の主軸を備えた工作機械が従来より用いられていた（例えば、特許文献１参照）。
主軸はヘッドに軸支されており、従来、主軸の軸受は、転がり軸受を採用するのが一般的であった。しかしながら、近年では、主軸回転の高速化により転がり軸受の発熱が問題となる場合があるため、静圧軸受が採用される傾向にある。主軸を静圧軸受で軸支する場合、主軸の周囲にノズルを設けて、このノズルから主軸の外周面に高圧エアを吹き付けたり、油を供給したりすることでラジアル方向の荷重を支持するとともに、主軸にフランジを形成して、フランジの表裏両側にノズルを設けて、このノズルからフランジの表裏両面に高圧エアを吹き付けたり、油を供給したりすることでスラスト方向（軸方向）の荷重を支持するようになっていた（例えば、特許文献２参照）。このように、非接触の静圧軸受を採用することで、軸受の発熱を防止することができる。
特開平１０−１２８６０８号公報 特開２００６−６２０４３号公報

ところで、近年、ワークの小型化や加工の効率化を図るために、隣り合う主軸の軸間距離を短縮することが求められている。しかしながら、特許文献２に示すような構造では、主軸にスラスト方向の荷重を支持するためのフランジを設けているため、隣り合う主軸の軸間距離が大き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、隣り合う主軸の軸間距離を短縮することができる多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、工具を把持する工具把持部と、この工具把持部よりも小径の軸部とを備えた主軸を、複数本回動可能に支持した多軸ヘッドにおいて、前記工具把持部は静圧軸受によってラジアル方向に支持され、前記軸部は軸方向荷重を支持可能な転がり軸受によってスラスト方向にも支持されることを特徴とする多軸ヘッドである。

このような構成によれば、軸部よりも大径となる工具把持部は静圧軸受で支持されているので、転がり軸受よりも軸受スペースを小さくすることができるとともに、発熱を低減することができる。一方、小径の軸部は軸方向荷重を支持可能な転がり軸受によってスラスト方向にも支持されているので、静圧軸受に軸方向荷重を支持するための静圧軸受用フランジを設ける必要がなく主軸の大径化を防止できる。したがって、隣り合う主軸の軸間距離を短縮することができる。さらに、静圧軸受の採用によって制振性が向上し、また、転がり軸受の採用によって、静圧軸受の圧力供給が停止しても、主軸が磨耗しない。

請求項２に係る発明は、前記工具把持部を支持する前記静圧軸受に流体を供給する流体供給路が、隣り合う流体供給路に対して前記主軸の軸方向にオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多軸ヘッドである。

このような構成によれば、隣り合う主軸の軸間距離をさらに短縮することができる。

請求項３に係る発明は、前記静圧軸受は、油静圧軸受を備えて構成され、前記転がり軸受は、アンギュラボールベアリングを備えて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に記載の多軸ヘッドである。

このような構成によれば、負荷容量および制振性をさらに高めることができる。

請求項４に係る発明は、前記静圧軸受は、前方の空気静圧軸受と後方の油静圧軸受とを備えて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に記載の多軸ヘッドである。

このような構成によれば、空気静圧軸受によって工具把持部の先端でシール効果を発揮するので、静圧軸受からの流体の漏出を防止することができるとともに、加工領域からのクーラント、切屑等の侵入を防止することができ、オイルシールを別途設ける必要がないので、その分、軸間距離を短縮することができる。

本発明によれば、隣り合う主軸の軸間距離を短縮することができるといった優れた効果を発揮する。

本発明に係る多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。

多軸ヘッドは、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は本発明に係る多軸ヘッドの最良の実施形態を示した断面図である。図２は図１の部分拡大図である。図３は本発明に係る多軸ヘッドの最良の実施形態を示した正面図である。図４は本発明に係る多軸ヘッドの最良の実施形態を示した平面図である。図５は本発明に係る多軸ヘッドの最良の実施形態を示した側面図である。図６はギヤ機構の構成を示した正面図である。なお、図１は、図３に示したＡ−Ａ線で切断した断面図であって、主軸を示す部分は水平方向断面を示し、その他の部分は垂直方向断面を示している。

図１に示すように、本実施形態に係る多軸ヘッド１は、工具２を着脱可能に装着する複数の主軸１０と、モータ４０からの回転力を各主軸１０に分配して伝達させるギヤ機構５０とを備えている。本実施形態では、主軸１０は、水平方向に四つ、等間隔で並列して設けられている。

具体的には、図１および図６に示すように、本実施形態に係るギヤ機構５０は、モータ４０の出力軸４１（図１参照）に接続される入力軸５１と、この入力軸５１と平行に配設される中間軸５２，５３とを備えている。これら入力軸５１および中間軸５２，５３は、多軸ヘッド１の外殻を構成するケーシング部３の内部に収容されている。ケーシング部３には、複数のベアリング５４，５４・・・（図１参照）が設けられており、これらベアリング５４，５４・・・を介して、入力軸５１および中間軸５２，５３がそれぞれ軸支されている。

入力軸５１は、ギヤ機構５０の最上部に配置され、その下方に、上から順に中間軸５２，５３が配置されている（図１参照）。入力軸５１は、後部（図１中、右側）がモータ４０側に延出しており、その後端部で、カップリング４３（図１参照）を介してモータ４０の出力軸４１と連結されている。入力軸５１には、第一歯車５１ａが設けられており、第一歯車５１ａは、中間軸５２に設けられた第二歯車５２ａと噛合している。第二歯車５２ａは、第一歯車５１ａよりも大径に構成されており、入力軸５１から中間軸５２に回転が減速されて伝達される。

中間軸５３は、水平方向に並列して二つ設けられている。中間軸５３，５３は、中間軸５２の斜め下方にそれぞれ配置されている（図６参照）。各中間軸５３，５３には、第二歯車５２ａよりもさらに大径である第三歯車５３ａ，５３ａがそれぞれ設けられており、これら第三歯車５３ａ，５３ａは、第二歯車５２ａにそれぞれ噛合しいる。これによって、中間軸５２の回転は、分配されて、各中間軸５３，５３に伝達されることとなる。中間軸５３には、第三歯車５３ａの前方（図１中、左側）に前部第三歯車５３ｂが設けられている。前部第三歯車５３ｂは、第三歯車５３ａと同径に形成されかつ第三歯車５３ａと同軸状に配置されている。一の中間軸５３の後方の第三歯車５３ａと前部第三歯車５３ｂとは、隣り合う二つの主軸１０，１０に設けられた入力歯車１０ａ，１０ｂにそれぞれ噛合するように構成されている。入力歯車１０ａ，１０ｂは、主軸１０の軸方向前後に互いにオフセットして設けられている。他の中間軸５３も同等の構成となっている。ここで、各中間軸５３，５３の第三歯車５３ａ，５３ａおよび前部第三歯車５３ｂ，５３ｂが全て同径で、各入力歯車１０ａ，１０ｂは互いに同径に構成されているので、各第三歯車５３ａ，５３ｂに接続された四つの主軸１０，１０・・が同じ回転方向でかつ同じ回転速度で回転することとなる。

図１に示すように、水平方向に四つ等間隔で並列された主軸１０，１０・・は、工具２を把持する工具把持部１１と、この工具把持部１１よりも小径の軸部１２とをそれぞれ備えて構成されている。工具把持部１１は、主軸１０の先端部（図１中、左側）に配置されており、軸部１２は工具把持部１１と同軸上に形成され、工具把持部１１の後方（基端側）に延出して形成されている。工具把持部１１は、先端に工具取付穴１１ａを有しており、この工具取付穴１１ａに工具２のチャック部（図示せず）が挿入されて係止されることで、工具２を把持するようになっている。軸部１２には、前記入力歯車１０ａ（または１０ｂ）が、第三歯車５３ａ（または前部第三歯車５３ｂ）に対応する位置に圧入等によって固定されている。

ギヤ機構５０の斜め上方には、ケーシング部３を貫通して潤滑油ノズル５５が設けられており、各歯車５１ａ，５２ａ，５３ａ，１０ａに潤滑油を吹き付けるようになっている（図６参照）。吹き付けられた潤滑油は、ケーシング部３の内底部の油タンク５６に一旦貯溜され、図示しない油供給手段によって吸い上げられて、循環するように構成されている。

ところで、本発明に係る多軸ヘッド１は、主軸１０の工具把持部１１が静圧軸受によってラジアル方向に支持され、軸部１２が軸方向荷重を支持可能な転がり軸受によってスラスト方向にも支持されていることを特徴とする。本実施形態では、静圧軸受は、油静圧軸受１５が採用され、転がり軸受は、アンギュラボールベアリング２５が採用されている。

油静圧軸受１５は、主軸１０周りに作動油を供給して、その油圧により主軸１０を軸支するものである。図２に示すように、工具把持部１１の周囲には、工具把持部１１の外周面に沿って形成されたポケット１６が形成されている。ポケット１６は、工具把持部１１を囲繞して設けられた筒状部材１８の内周面に形成された凹溝１８ａと工具把持部１１の外周面とで、円周方向に複数個所区画形成されている。筒状部材１８は、ケーシング部３の先端開口部３ａに挿入される部材であって、筒状部材１８の外周面は、ケーシング部３の先端開口部３ａの内周面に周接し、筒状部材１８の内周面は、工具把持部１１の外周面との間に微小の隙間をあけるように構成されている。ポケット１６の外周面（凹溝１８ａの底部）には、筒状部材１８の外周面に貫通する貫通孔１８ｂが複数形成されている。この貫通孔１８ｂは、主軸１０の軸芯を中心として所定角度ピッチで主軸１０の径方向に延びて放射状に形成されている。

ケーシング部３の先端開口部３ａの内周面には、ポケット１６に作動油を供給して循環させるための油供給路（流体供給路）１７が形成されている。油供給路１７は、先端開口部３ａの内周面に形成された凹溝３ｂと筒状部材１８の外周面とで、円環状に形成されている。油供給路１７は、筒状部材１８の貫通孔１８ｂと連通するように配置されており、油供給路１７から複数の貫通孔１８ｂを介して、ポケット１６に作動油を供給するようになっている。この油供給路１７は、隣り合う油供給路１７と側部から見て重ならないように、主軸１０の軸方向にオフセットして配置されている（図１および図２参照）。

ポケット１６および油供給路１７は、主軸１０，１０・・ごとにそれぞれ設けられており、ケーシング部３に形成された油路１９を介して作動油がそれぞれ供給される。油路１９は、ケーシング部３に穿設された横穴１９ａと縦穴１９ｂとで構成されており、ケーシング部３の表面から凹溝３ｂの底面に連通するようになっている。油路１９は、主軸１０，１０・・ごとにそれぞれ形成されている。

図１および図３乃至図５に示すように、ケーシング部３の表面には、油路１９の開口部を覆うように、マニホールド２０が設けられている。マニホールド２０は多軸ヘッド１の幅方向中心部で左右二つに分割されており（図３および図４参照）、左右の主軸１０，１０二つずつに作動油をそれぞれ供給するようになっている。マニホールド２０には、幅方向に延びる横穴２１ａと、横穴２１ａから下方に延びる複数の縦穴２１ｂとが形成されている。横穴２１ａは、外側の一端には油供給手段（図示せず）から延びる油供給管２２（図３乃至図５参照）が接続されている。縦穴２１ｂは、その下端部がケーシング部３の油路１９の開口部上に位置しており連結されており、横穴２１ａと縦穴２１ｂとで構成される油路２１と、油供給管２２と、油路１９とが連結されている。

アンギュラボールベアリング２５は、工具把持部１１よりも小径の軸部１２の先端部で主軸１０を軸支しており、一の主軸１０に対して二つずつ設けられている。軸部１２の先端には、主軸１０が後方（図１中、右側）に押される軸方向荷重を支持可能な接触角を有する軸受を二つ組み合わせた組合せアンギュラボールベアリング２５ａが設けられている。このアンギュラボールベアリング２５ａの後方には、主軸１０が後方に押される軸方向荷重を支持可能な接触角を有する軸受と、主軸１０が前方に引っ張られる軸方向荷重を支持可能な接触角を有する軸受とを組み合わせた組合せアンギュラボールベアリング２５ｂが設けられている。

各アンギュラボールベアリング２５ａ，２５ｂ間には、これらに潤滑油を供給する潤滑油供給路２６が形成されている。この潤滑油供給路２６には、ケーシング部３の表面から延びる潤滑油路２７が連通している。図１および図３乃至図５に示すように、ケーシング部３表面の潤滑油供給路２６の開口部上には、前記マニホールド２０が配置されている。マニホールド２０には、幅方向に延びる潤滑油用横穴２８ａと、潤滑油用横穴２８ａから下方に延びる潤滑油用縦穴２８ｂとが形成されている。潤滑油用横穴２８ａは、外側の一端に潤滑油供給手段（図示せず）から延びる潤滑油供給管２９（図４および図５参照）が接続され、他端に栓部材が挿入されている。潤滑油用縦穴２８ｂは、その下端部がケーシング部３の潤滑油路２７の開口部上に位置して連結されており、潤滑油用横穴２８ａと潤滑油用縦穴２８ｂとで構成される潤滑油路２８と、潤滑油供給管２９と、前記潤滑油路２７とが連結されている。潤滑油路２７と潤滑油用縦穴２８ｂは、主軸１０，１０・・ごとにそれぞれ形成されている。

工具把持部１１の先端部には、静圧軸受として、前方に空気静圧軸受３１が、後方の油静圧軸受１５とは別体でさらに設けられている。空気静圧軸受３１は、主軸１０周りに高圧空気を吹き付けて、その空気圧によって、主軸１０を軸支するものである。図２に示すように、工具把持部１１の周囲には、空気を吹き付けるための絞り３２が形成されている。絞り３２は、筒状部材の内周面に開口して形成された小径孔３３によって構成されている。絞り３２（小径孔３３）は、複数設けられており、工具把持部１１の周囲で放射状に配置されている。小径孔３３の外側端には、空気供給流路３４が連通している。空気供給流路３４は複数の小径孔３３を囲繞して円環状に形成されている。空気供給流路３４の上部には、ケーシング部３の表面に開口する空気流路３５が連通している。

図１および図３乃至図５に示すように、空気流路３５の開口部上には、マニホールド２０が配置されている。マニホールド２０には、幅方向に延びる空気用横穴３６ａと、空気用横穴３６ａから下方に延びる空気用縦穴３６ｂとが形成されている。空気用横穴３６ａは、外側の一端に圧縮空気供給手段（図示せず）から延びる圧縮空気供給管３７（図４および図５参照）が接続され、内側の他端に栓部材が挿入されている。空気用縦穴３６ｂは、その下端部がケーシング部３の空気流路３５の開口部上に位置して連結されており、空気用横穴３６ａと空気用縦穴３６ｂとで構成される空気流路３６と、圧縮空気供給管３７と、前記空気流路３５とが連結されている。空気流路３５と空気用縦穴３６ｂは、主軸１０，１０・・ごとにそれぞれ形成されている。

以上のような構成の多軸ヘッド１によれば、工具把持部１１を油静圧軸受（静圧軸受）１５で支持したことによって、隣り合う工具把持部１１間のスペースＳを、転がり軸受を設ける場合よりも小さくすることができ、隣り合う主軸１０，１０の軸間距離Ｌを小さくすることができる。また、転がり軸受よりも主軸１０の回転による発熱を低減することができる。一方、軸部１２は、油静圧軸受１５よりも大きい設置スペースが必要なアンギュラボールベアリング２５（転がり軸受）で支持しているが、軸部１２は、工具把持部１１よりも小径であるので、アンギュラボールベアリング２５を設けても、軸間距離Ｌが大きくなることはない。すなわち、アンギュラボールベアリング２５と油静圧軸受１５の設置スペースの差は、工具把持部１１と軸部１２との径の差で吸収することができる。

また、軸部１２は、軸方向荷重を支持可能な転がり軸受であるアンギュラボールベアリング２５で支持しているので、従来のように、静圧軸受で軸方向荷重を支持するためのフランジを主軸に設ける必要がなく、主軸１０の大径化を防止できる。したがって、隣り合う主軸１０，１０の軸間距離Ｌを短縮することができる。

さらに、油静圧軸受１５の採用によって主軸１０の制振性が向上する。また、アンギュラボールベアリング（転がり軸受）２５の採用によって、負荷容量を高めることができるとともに、加工を停止したときに主軸１０の回転の停止を待つことなく油静圧軸受１５の油供給手段を停止させることができ、省エネルギー化を図ることができる。

本実施形態では、油静圧軸受１５の油供給路（流体供給路）１７が、隣り合う油供給路１７に対して主軸１０の軸方向にオフセットして配置されているので、油供給路１７を形成する部材を、必要な強度を保ちつつ薄くすることができるので、隣り合う主軸１０，１０の軸間距離Ｌをさらに短縮することができる。

また、本実施形態では、工具把持部１１の先端部に空気静圧軸受３１をさらに設けているので、主軸１０の制振性をさらに高められるとともに、空気静圧軸受３１によって工具把持部１１の先端でシール効果が得られるので、油の漏出を防止することができるとともに、加工時に発生する切粉やクーラントが多軸ヘッド１の内部に浸入するのを防止することができる。さらに、シール効果によって、大きさが大きいオイルシールを別途設ける必要がないので、その分、軸間距離Ｌを短縮することができる。

さらに、ギヤ機構５０から主軸１０に回転力を伝達するための入力歯車１０ａ，１０ｂは、隣り合う二つの主軸１０，１０に、軸方向前後にオフセットして設けられているので、正面から見て入力歯車１０ａ，１０ｂ同士が重なる位置まで、主軸１０，１０同士を近接させることができるので、軸間距離Ｌをさらに短縮することができる。

以上のように、本実施形態によれば、隣り合う主軸１０，１０の軸間距離Ｌを小さくできるので、ワークの小型化や工作機械の小型化を図ることができる。さらに、例えば、短い間隔で並列する四つの穴を加工する場合、従来は、主軸を二つ配置して、一つおきに二つの穴を加工した後に、主軸を穴一つ分ずらして残りの二つの穴を加工するというように、二工程を要していたが、軸間距離Ｌを短縮できたことによって、四つの主軸を穴の加工位置に合わせて並列することができるので、一工程で加工を行うことができ、加工の効率化を図ることができる。

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。例えば、本実施形態では、主軸１０が水平方向に四つ並列して設けられているが、これに限られるものではなく、主軸は上下方向に並列されてもよく、個数も適宜変更可能である。
また、静圧軸受の種類は、本実施形態のように油静圧軸受に限られるものではなく、工作機械の仕様に応じて適宜変更可能である。また、転がり軸受の種類は、本実施形態のようにアンギュラボールベアリングに限られるものではなく、工作機械の仕様に応じて円筒ころ軸受や円錐ころ軸受やスラスト軸受など他の軸受を用いるようにしてもよいのは勿論である。

本発明に係る多軸ヘッドの最良の実施形態を示した断面図である。 図１の部分拡大図である。 本発明に係る多軸ヘッドの最良の実施形態を示した正面図である。 本発明に係る多軸ヘッドの最良の実施形態を示した平面図である。 本発明に係る多軸ヘッドの最良の実施形態を示した側面図である。 ギヤ機構の構成を示した正面図である。

符号の説明

１ 多軸ヘッド
２ 工具
１０ 主軸
１１ 工具把持部
１２ 軸部
１５ 油静圧軸受（静圧軸受）
１７ 油供給路（流体供給路）
２５ アンギュラボールベアリング（転がり軸受）
３１ 空気静圧軸受（静圧軸受）
Ｌ 軸間距離

Claims (4)

1. 工具を把持する工具把持部と、この工具把持部よりも小径の軸部とを備えた主軸を、複数本回動可能に支持した多軸ヘッドにおいて、
   前記工具把持部は静圧軸受によってラジアル方向に支持され、前記軸部は軸方向荷重を支持可能な転がり軸受によってスラスト方向にも支持される
   ことを特徴とする多軸ヘッド。
2. 前記工具把持部を支持する前記静圧軸受に流体を供給する流体供給路は、隣り合う流体供給路に対して前記主軸の軸方向にオフセットして配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の多軸ヘッド。
3. 前記静圧軸受は、油静圧軸受を備えて構成され、
   前記転がり軸受は、アンギュラボールベアリングを備えて構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多軸ヘッド。
4. 前記静圧軸受は、前方の空気静圧軸受と後方の油静圧軸受とを備えて構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多軸ヘッド。

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