JP2009018386A

JP2009018386A - 工作機械の主軸ヘッド

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Publication number: JP2009018386A
Application number: JP2007183142A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tatsuta; 好教辰田
Original assignee: Tsudakoma Corp; Tsudakoma Industrial Co Ltd
Current assignee: Tsudakoma Corp
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: TW200902219A; CN101663115B; KR20100041706A; EP2168701A1; EP2168701A4; WO2009008285A1; US8657541B2; JP4981556B2; CN101663115A; TWI412425B; US20100170372A1; KR101325082B1

Abstract

【課題】工具またはスピンドルが加工治具等と衝突しても、スピンドルの変形が許容範囲を超えないようにする。
【解決手段】工具が装着されるスピンドルを支持軸の軸線周りに旋回させる工作機械の主軸ヘッドは、スピンドルを旋回させるための回転伝達機構を構成して回転駆動装置の駆動力を伝達する２つの回転部材は、互いの連結部をボルト群によって締結されると共に、当該締結による摩擦力によって相対回転を阻止された状態で連結されており、前記摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工時に前記連結部に加わるトルクより大きく、かつ、スピンドルの旋回時にスピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わった際に前記連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工テーブルに対向して工作機械に搭載される主軸ヘッドに関する技術であり、主軸ヘッドは、工具が装着されるスピンドルを回転可能に支持する主軸を旋回させ、ワーク加工は、スピンドルを所定の旋回位置で保持して、またはスピンドルを旋回させながら行われる。

特許文献１の公報では、ラムが工作機械にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動可能に設けられており、また、ラムに回転テーブルが搭載され、更に、回転テーブルに主軸ヘッドが取り付けられている。これにより、主軸ヘッドは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動可能、かつ、旋回可能に工作機械に搭載されている。主軸ヘッドは、一対の脚部を有してＵ字状に形成されるフレームと、スピンドルを支持し前記脚部間に配設される主軸と、該主軸と直交する一対の支持軸とを有している。一対の支持軸は、互いに主軸を挟んで設けられて主軸に固定されると共に互いに同軸に形成されており、一対の脚部にそれぞれ回転可能に支持される。支持軸の一方はモータに連結されており、モータが駆動されて支持軸が回転し、支持軸の回転に伴って主軸は旋回する。ワーク加工は、主軸を旋回させてスピンドルを所定の旋回位置で保持した状態で、ラムを移動させて主軸ヘッドを移動させながら行われる。また、場合によっては、主軸を旋回させてスピンドルを旋回させながら行われる。これらのラムのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向への移動、回転テーブルのモータの回転、および支持軸のモータの回転は、工作機械の制御装置がプログラミングに基づいて数値制御されることにより行われる。また、ワークが載置されている加工テーブルを移動可能な工作機械では、加工テーブルの移動は、工作機械の制御装置がプログラミングに基づいて数値制御されることにより行われる。
特許３７６１２３０号

しかし、主軸の運動や加工テーブルの運動は、上記のように数値制御されており、主軸の旋回、ラムの移動、場合によっては加工テーブルの移動を行って、工具や加工テーブルを、所定位置を所定の加工位置、または待機位置に移動させる際に、作業者のプログラミングミスや制御装置へのノイズ等の外乱信号の入力等によって、主軸や加工テーブルが予期せぬ運動を行うことがある。そのため、移動中に、工具、スピンドル等が、加工治具、ワーク等に衝突するといった干渉事故が生じる。衝撃力が大きい干渉事故では、スピンドル、場合によっては更に主軸が、許容範囲を超えて変形する。その場合、加工精度を維持するために、スピンドル、主軸の一部または全体を交換する必要が生じる。

以上の従来技術の問題点を鑑み、本発明の目的は、工作機械の主軸ヘッドにおいて、加工位置等への工具や加工テーブルの移動中に、工具またはスピンドルが加工治具、ワーク等と干渉事故を起こしても、スピンドルへの衝撃力を抑え、スピンドルの変形が許容範囲を超えないようにすることにある。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであって、工具が装着されるスピンドルを回転可能に支持する主軸と、該主軸と交差すると共に互いに同軸な軸線を有して主軸を挟んで設けられ主軸に固定される一対の支持軸と、一対の支持軸を回転可能に支持するフレームと、一対の支持軸のうち少なくとも１つに対する回転駆動装置とを備え、回転駆動装置によって前記スピンドルを支持軸の軸線周りに旋回させる工作機械の主軸ヘッドにおいて、スピンドルを旋回させるための回転伝達機構を構成して回転駆動装置の駆動力を伝達する２つの回転部材は、互いの連結部をボルト群によって締結されると共に、当該締結による摩擦力によって相対回転を阻止された状態で連結されており、前記摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工時に前記連結部に加わるトルクより大きく、かつ、スピンドルの旋回時にスピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わった際に前記連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定されている（請求項１）。

また、前記回転駆動装置によって駆動される支持軸と主軸とは、互いに嵌合して前記２つの回転部材を構成すると共に、前記ボルト群によって所定の締結力で締結されている（請求項２）。

更に、前記回転駆動装置は、支持軸に設けられるロータと該ロータに対向してフレームに設けられるステータとを有するモータを備え、ロータは、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結される（請求項３）。

更に、支持軸の軸線周りに配置され、支持軸に直接または間接的に作用することによりスピンドルの旋回位置を保持するための押圧部材を含むクランプ装置と、支持軸の軸線における前記押圧部材による作用位置から主軸までの間で前記軸線と同軸に設けられて、互いにボルト群によって締結されると共に当該締結による摩擦力によって相対回転を阻止しされた状態で連結される連結部とを備え、前記摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工時に前記連結部に加わるトルクより大きく、かつ、クランプ装置の作動時にスピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わった際に前記連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定されている（請求項４）。

更に、クランプ装置は押圧部材に対向して被制動部材を備え、該被制動部材は、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結される（請求項５）。

更に、クランプ装置は押圧部材に対向して被制動部材を備え、該被制動部材は、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結される（請求項６）。

更に、工具が装着されるスピンドルを回転可能に支持する主軸と、該主軸と交差すると共に互いに同軸な軸線を有して主軸を挟んで設けられ主軸に固定される一対の支持軸と、一対の支持軸を回転可能に支持するフレームと、一対の支持軸のうち少なくとも１つに対する回転駆動装置とを備え、回転駆動装置によって前記スピンドルを支持軸の軸線周りに旋回させる工作機械の主軸ヘッドにおいて、支持軸の軸線周りに配置され、支持軸に直接または間接的に作用することによりスピンドルの旋回位置を保持するための押圧部材を含むクランプ装置と、支持軸の軸線における前記押圧部材による作用位置から主軸までの間で前記軸線と同軸に設けられて、互いにボルト群によって締結されると共に当該締結による摩擦力によって相対回転を阻止された状態で連結される連結部とを備え、前記摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工時に前記連結部に加わるトルクより大きく、かつ、クランプ装置の作動時にスピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わった際に前記連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定されている（請求項７）。

更に、押圧部材が作用する支持軸と主軸とは、互いに嵌合して前記連結部を構成すると共に、前記ボルト群によって所定の締結力で締結されている（請求項８）。

更に、クランプ装置は押圧部材に対向して被制動部材を備え、該被制動部材は、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結される（請求項９）。

工作機械の主軸ヘッドは、回転駆動装置の駆動力を伝達する２つの回転部材が、互いの連結部をボルト群によって締結され、締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工時に前記連結部に加わるトルクより大きく設定されているので、詳説すれば、連結部には工具を介しワークから力（以下、単に「加工力」という。）が加わり、連結部は最大の加工力を必要とする加工条件を対象として締結され、締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクは、そのような加工条件の際に連結部に加わるトルクより大きく設定されているので、２つの回転部材が、加工時の外力、即ち加工力によって相対移動、即ち回転軸線を中心として相対回転することがなく、加工精度が得られる。また、上記の回転阻止トルクは、スピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わった際に前記連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定されている。「スピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わった際に前記連結部に加わるトルク」とは、「スピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わることを想定したときに、前記連結部に生じるトルク」を言う。このため、工具を加工位置や待機位置に移動させるために、回転駆動装置を駆動して工具を旋回中に、プログラミングミス等で、スピンドルまたは工具が、加工治具、ワーク等に衝突する干渉事故が生じた場合、加工治具、ワーク等によって旋回を阻止されたスピンドル、工具は、駆動装置から伝達される駆動力が加わって加工治具、ワーク等を押圧し、その反力が外力として作用して反力に基づくトルクが連結部に加わる。該トルクが回転阻止トルクを超えていない場合、スピンドルの変形は許容範囲内に留まる。しかし、前記トルクが回転阻止トルクを超えていると、回転駆動装置の駆動力を伝達する２つの回転部材が相対的に回転する。詳説すれば、ボルトとボルト挿通孔との間には隙間があり、この隙間の分だけ、２つの回転部材は相対回転可能である。このとき、２つの回転部材の間には摩擦力が生じているため、衝突エネルギーが吸収される、換言すれば、摩擦力が作用しての相対回転によって、衝突エネルギーが消費される。その結果、スピンドルには大きな力が加わらず、スピンドルは許容範囲を超えて変形することが抑えられ、損傷が抑えられる。

請求項２によれば、前記回転駆動装置によって駆動される支持軸と主軸とは、互いに嵌合して前記２つの回転部材を構成すると共に、前記ボルト群によって所定の締結力で締結されているので、支持軸と主軸との間において、摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工力が加えるトルクよりも大きく、加工中に相対回転、即ち支持軸を中心として相対回転が生じず、かつ、スピンドルまたは工具が、加工治具、ワーク等に衝突する干渉事故が生じ、そのため、回転阻止トルクを超えるトルクが支持軸と主軸とに加わると、支持軸と主軸とは相対回転する。摩擦力が作用しながらの支持軸と主軸との相対回転によって、衝突エネルギーが吸収されるので、スピンドルには大きな力が加わらず、スピンドルの損傷が抑えられる。

請求項３によれば、ロータは、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結されるので、ロータと支持軸との間の摩擦力に基づく回転阻止トルクは、支持軸と主軸との間の摩擦力に基づく回転阻止トルクよりも確実に大きくなる。干渉事故が生じ、そのため、摩擦力に基づく回転阻止トルクを超えるトルクが支持軸と主軸とに加わると、支持軸と主軸との間において相対回転が生じると共に、ロータと支持軸との間で相対移動が生じるのを回避することができる。これにより、スピンドルに加わった衝撃力が、主軸と支持軸との相対回転によって支持軸に波及するのが抑えられる。換言すれば、一体物としてのスピンドルおよび主軸は、支持軸を含まない質量がより小さい状態となって衝撃力が小さくなり、スピンドルは変形が抑えられる。

請求項４によれば、連結部は、加工時の外力、即ち加工力によって支持軸の軸線を中心として相対回転することがなく、加工精度が得られる。また、クランプ装置の作動時において、主軸ヘッドや加工テーブルの移動の際に、プログラミングミス等で、スピンドルまたは工具が、加工治具、ワーク等に衝突する干渉事故が生じると、クランプ装置によって旋回を阻止さているスピンドル、工具が、加工治具、ワーク等を押圧し、その反力が外力として作用して反力に基づくトルクが、押圧部材の作用位置、即ちクランプ位置から主軸までの間に配置される連結部に加わる。前記トルクが連結部の回転阻止トルクを超えていない場合、スピンドルの変形は許容範囲内に留まる。しかし、前記トルクが回転阻止トルクを超えていると、連結部が相対回転する。連結部における摩擦力が作用しての相対回転によって、衝突エネルギーが消費される。その結果、スピンドルには大きな力が加わらず、スピンドルは許容範囲を超えて変形することが抑えられ、損傷が抑えられる。

請求項５によれば、押圧部材が作用する支持軸と主軸とは、互いに嵌合して前記連結部を構成すると共に、前記ボルト群によって所定の締結力で締結されているので、支持軸と主軸との間において、摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工力が加えるトルクよりも大きく、加工中に相対回転、即ち支持軸を中心として相対回転が生じず、かつ、スピンドルまたは工具が、加工治具、ワーク等に衝突する干渉事故が生じ、そのため、回転阻止トルクを超えるトルクが支持軸と主軸とに加わると、支持軸と主軸とは相対回転する。摩擦力が作用しながらの支持軸と主軸との相対回転によって、衝突エネルギーが吸収されるので、スピンドルには大きな力が加わらず、スピンドルの損傷が抑えられる。

請求項６によれば、被制動部材は、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結されるので、被制動部材と支持軸との間の摩擦力に基づく回転阻止トルクは、支持軸と主軸との間の摩擦力に基づく回転阻止トルクよりも確実に大きくなる。干渉事故が生じ、そのため、摩擦力に基づく回転阻止トルクを超えるトルクが支持軸と主軸とに加わると、支持軸と主軸との間において相対回転が生じると共に、被制動部材と支持軸との間で相対移動が生じるのを回避することができる。これにより、スピンドルに加わった衝撃力が、主軸と支持軸との相対回転によって支持軸に波及するのが抑えられる。換言すれば、一体物としてのスピンドルおよび主軸は、支持軸を含まない質量がより小さい状態となって衝撃力が小さくなり、スピンドルは変形が抑えられる。

請求項７によれば、連結部は、加工時の外力、即ち加工力によって相対移動、即ち回転軸線を中心として相対回転することがなく、加工精度が得られる。また、クランプ装置の作動時において、主軸ヘッドや加工テーブルの移動の際に、プログラミングミス等で、スピンドルまたは工具が、加工治具、ワーク等に衝突する干渉事故が生じると、クランプ装置によって旋回を阻止さているスピンドル、工具が、加工治具、ワーク等を押圧し、その反力が外力として作用して反力に基づくトルクが、押圧部材の作用位置、即ちクランプ位置から主軸までの間に配置される連結部に加わる。前記トルクが連結部の回転阻止トルクを超えていない場合、スピンドルの変形は許容範囲内に留まる。しかし、前記トルクが回転阻止トルクを超えていると、連結部が相対回転する。連結部における摩擦力が作用しての相対回転によって、衝突エネルギーが消費される。その結果、スピンドルには大きな力が加わらず、スピンドルは許容範囲を超えて変形することが抑えられ、損傷が抑えられる。

請求項８によれば、押圧部材が作用する支持軸と主軸とは、互いに嵌合して前記連結部を構成すると共に、前記ボルト群によって所定の締結力で締結されているので、支持軸と主軸との間において、摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工力が加えるトルクよりも大きく、加工中に相対回転、即ち支持軸を中心として相対回転が生じず、かつ、クランプ装置の作動時に、スピンドルまたは工具が、加工治具、ワーク等に衝突する干渉事故が生じ、そのため、回転阻止トルクを超えるトルクが支持軸と主軸とに加わると、支持軸と主軸とは相対回転する。摩擦力が作用しながらの支持軸と主軸との相対回転によって、衝突エネルギーが吸収されるので、スピンドルには大きな力が加わらず、スピンドルの損傷が抑えられる。

請求項９によれば、被制動部材は、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結されるので、被制動部材と支持軸との間の摩擦力に基づく回転阻止トルクは、支持軸と主軸との間の摩擦力に基づく回転阻止トルクよりも確実に大きくなる。そのため、クランプ装置の作動時に、摩擦力に基づく回転阻止トルクを超えるトルクが支持軸と主軸とに加わると、支持軸と主軸との間において相対回転が生じると共に、被制動部材と支持軸との間で相対移動が生じるのを回避することができる。これにより、スピンドルに加わった衝撃力が、主軸と支持軸との相対回転によって支持軸に波及するのが抑えられる。換言すれば、一体物としてのスピンドルおよび主軸は、支持軸を含まない質量がより小さい状態となって衝撃力が小さくなり、スピンドルは変形が抑えられる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図７に、本発明の実施例の主軸ヘッド５０を示す。図１は、ヘッドモータ２を介して工作機械のラム１に搭載されている状態の主軸ヘッド５０の全体図であり、一部、断面図で示される。図２、図３は、図１の右側面図、左側面図をそれぞれ示し、共にフタ２４を取り外した状態を示す。図４は、図１においてＰ視方向から見た平面図を示す。図５は図１の要部拡大図である。図６は、主軸ヘッド５０を構成するフレーム４と支持スタッド５、およびフレーム４と支持スタッド６とのそれぞれの位置決め固定のために、図２において、主軸ヘッド５０をヘッドモータ２から取り外した状態を示し、フレーム４と支持スタッド５との位置決め固定の作業中の状態を示す。図７は、支持スタッド５、支持スタッド６が配置された状態でのフレーム４の上面図を示し、フレーム４と支持スタッド５、およびフレーム４と支持スタッド６との位置決めのためのテーパピン孔４ａ、５ａ、６ａ、およびその配置を示す。

本実施例の主軸ヘッド５０は、ワークが載置される図示しない加工テーブルに対向して設けられる工作機械のラム１に、ヘッドモータ２を介して搭載されている。ラム１はＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸方向に移動可能であり、主軸ヘッド５０は、３軸方向に移動可能なほか、ヘッドモータにより旋回可能に設けられている。詳説すれば、ラム１の下面にヘッドモータ２が搭載されており、ヘッドモータの回転軸と連結されるヘッドホルダ３に、ボルト３４を介してフレーム４が固定されている。

主軸ヘッド５０は、ヘッドホルダ３に固定される前記フレーム４と、フレーム４の下面の一方の側と他方の側に、即ち、図１においては右側と左側に、ボルト４４を介してそれぞれ固定される支持スタッド５、支持スタッド６とを備え、フレーム４、支持スタッド５、支持スタッド６からなるフレーム部分が、図１においては逆Ｕ字状に形成される。支持スタッド５と支持スタッド６との間にスピンドルユニット５５が配置されて、後述のように、支持スタッド５と支持スタッド６とによって回転可能に支持されている。スピンドルユニット５５は、工具が装着されるスピンドル１０と、該スピンドル１０を回転可能に支持する主軸９と、スピンドル１０を回転軸とする図示しない内部モータとを有しており、図４および図５に示すように、主軸９の支持スタッド５側と支持スタッド６側に、互いに平行な平坦面９ｃ、９ｄが形成される。該平坦面９ｃ、９ｄには、嵌合穴９ａ、９ｂが、主軸９と交差する、本実施例では直交すると共に互いに同軸な軸線を有してそれぞれ形成されている。嵌合穴９ａ、９ｂには、平坦面７ｂ、８ｂを有して主軸９の平坦面９ｃ、９ｄと接すると共に、嵌合軸部７ａ、８ａを有して嵌合穴９ａ、９ｂにそれぞれ嵌合される駆動側嵌合軸７と従動側嵌合軸８とが、それぞれ嵌合される。駆動側嵌合軸７、従動側嵌合軸８の反主軸９側端部には、それぞれベアリングホルダ１４、２３が嵌合され、該ベアリングホルダ１４、２３は、それぞれ駆動側嵌合軸７、従動側嵌合軸８に対し、同軸に形成されると共に、ボルト３７、３８を介して締結されて一体物となっている。従って、駆動側嵌合軸７とベアリングホルダ１４とは、支持軸５８を形成しており、また、従動側嵌合軸８とベアリングホルダ２３とは、支持軸５９を形成している。支持軸５８と支持軸５９とは、主軸９と直交すると共に互いに同軸な嵌合穴９ａ、９ｂにそれぞれ嵌合されているので、主軸９と交差すると共に互いに同軸な軸線を有して主軸９を挟んで設けられる本発明の一対の支持軸５８、５９を構成する。

支持軸５８、５９は中空に形成されており、支持軸５８、５９の軸心部分を通って、外部からスピンドル１０に、工具チャッキング用の圧力流体、加工液、冷却洗浄液等を供給する図示しないパイプを通すことを可能としている。

ベアリングホルダ１４、２３の外周面にはベアリング１６がそれぞれ嵌合されており、該ベアリング１６は内輪に複数のボルト挿通孔を有する。図２、図３に示すように、該ボルト挿通孔は、ベアリングホルダ１４、２３のフランジ、駆動側嵌合軸７、従動側嵌合軸８にそれぞれ設けられている複数のボルト挿通孔と対応しており、これらの複数のボルト挿通孔は、主軸９の前記の各平坦面９ｃ、９ｄに設けられている複数の雌ネジ９ｅ、９ｆと対応している。

図１において主軸９の右側に位置する支持スタッド５側は、複数のボルト３０がボルト群３０１を構成して、各ボルト３０が、ベアリングホルダ１４、ベアリング１６、駆動側嵌合軸７の各ボルト挿通孔に挿通されて主軸９の雌ネジ９ｅに螺合されている。これにより、駆動側嵌合軸７、ベアリング１６と主軸９、即ち、支持軸５８と主軸９とは、ボルト群３０１によって互いに締結されている。同様に、主軸９の支持スタッド６側は、複数のボルト３１がボルト群３１１を構成して、各ボルト３１が、ベアリングホルダ２３、ベアリング１６、従動側嵌合軸８の各ボルト挿通孔に挿通されて主軸９の雌ネジ９ｆに螺合されている。これにより、従動側嵌合軸８、ベアリングホルダ２３と主軸９、即ち、支持軸５９と主軸９とは、ボルト群３１１によって互いに締結されている。

本実施例では、ベアリング１６はクロスローラベアリングが用いられており、製作上、外輪が、軸線方向に２つの分割外輪に分割されると共に該２つの分割外輪はボルトにより互いに締結されている。内輪がベアリングホルダ１４に嵌合されるベアリング１６は、外輪が支持スタッド５に嵌合されており、該支持スタッド５にボルト３９を介してベアリングプレート１５が締結されている。これにより、ベアリング１６の外輪は、支持スタッド５とベアリングプレート１５とによって挟持されて、支持スタッド５に固定される。

また、内輪がベアリングホルダ２３に嵌合されるベアリング１６は、外輪が、ベアリングホルダ２２に嵌合されており、該ベアリングホルダは、端部フランジの外周面の一部が支持スタッド６に嵌合されると共にボルト４２を介して支持スタッド６に締結される。また、ベアリングプレート２９が、ベアリングホルダ２２の端部にボルト４１を介して締結されている。これにより、ベアリング１６の外輪は、ベアリングホルダ２２とベアリングプレート２９とによって挟持されて、支持スタッド６に固定される。

駆動側嵌合軸７は、半径方向について外側部分に、軸線方向に延在すると共に、支持スタッド５のベアリング１６の外輪嵌合部を囲繞するスリーブ７ｃを有している。該スリーブ７ｃの外周面に、図示しない複数の磁石を有するロータ１３が嵌合されている。ロータ１３の主軸９側端部には雌ネジが設けられており、ロータ１３の主軸９側端部と駆動側嵌合軸の反主軸９側面とは、ボルト３０よりも半径方向について外側に位置する複数のボルト３２を介して締結される。

支持スタッド５は、ベアリング１６の外輪の嵌合面よりも半径方向について外側に、主軸９側が開口する凹部を、駆動側嵌合軸７の軸線周りに有しており、前記凹部は、ロータ１３、駆動側嵌合軸７のスリーブ７ｃを収容すると共に次記するステータホルダ１１、ステータ１２を収容する。支持スタッド５は、前記凹部の半径方向について外側部分に、ベアリング１６の外輪の嵌合面と同軸な内周面を有しており、該内周面にステータホルダ１１が嵌合される。該ステータホルダ１１は、図示しない複数の巻線コイルを有するステータ１２が嵌合されており、該ステータ１２がロータ１３と対向すると共に、ステータホルダ１１は、ボルト４９によってモータプレート１８に締結されており、また、モータプレート１８は、ボルト３６によって支持スタッド５に締結される。従って、ステータホルダ１１は、モータプレート１８を介して支持スタッド５に固定される。これにより、支持スタッド５の前記凹部に、ステータ１２とロータ１３とを有する支持軸モータ５６が形成される。

図１において主軸９の左側に位置する支持スタッド６側は、スリーブの内周面が従動側嵌合軸８の外周面に嵌合されるクランプリング２１が設けられ、クランプリング２１と従動側嵌合軸８とは、ボルト３１よりも半径方向について外側に位置する複数のボルト３３を介して締結される。支持スタッド６には、ベアリングホルダ２２におけるベアリング１６の外輪嵌合面と同軸な嵌合面が、軸線方向に異なって２つ形成されており、該嵌合面の一方にクランプシリンダ１９が嵌合され、嵌合面の他方にクランプスリーブ２０が嵌合される。クランプスリーブ２０は、取付フランジがボルト３５によって支持スタッド６に締結される。また、クランプシリンダ１９は、ボルト４８によってクランプスリーブ２０の取付フランジに締結される。従って、クランプシリンダ１９は、クランプスリーブ２０を介して支持スタッド６に固定されている。

クランプスリーブ２０は、前記取付フランジから軸線方向に延在してクランプシリンダ１９と対向する環状スリーブ２０ａを有しており、該環状スリーブ２０ａは、Ｕ字状断面に形成されて両端部分を除いて薄肉となっており、クランプシリンダ１９との間に環状の圧力流体室が形成される。該圧力流体室には、外部に設けられる圧力流体の供給装置からの流体路２８が連通されており、ワーク加工時、流体路２８を介して圧力流体、例えば高圧作動油が供給されることにより、環状スリーブ２０ａの薄肉部分は縮径してクランプリング２１を押圧し、クランプリング２１とクランプスリーブ２０とを一体化させる。即ち、クランプリング２１を支持スタッド６に固定する。これにより、クランプリング２１と複数のボルト３３を介して締結されている支持軸５９と、支持軸５９にボルト３１を介して締結される主軸９とは、支持スタッド５、６、フレーム４で構成される主軸ヘッド５０のフレーム部分に対し、相対回転不能にクランプされて、スピンドル１０は旋回位置が保持され、加工中の外力、即ち工具を介して加わるワークからの反力によって、主軸９が旋回するのを阻止し、加工精度を維持する。このように、クランプリング２１は環状の被制動部材として設けられ、クランプスリーブ２０、クランプシリンダ１９は押圧部材として設けられ、流体路２８、圧力流体の供給装置と共に本発明のクランプ装置５７を構成する。

工作機械の制御装置は、スピンドル１０に装着されている図示しない工具を、加工テーブル上のワークに対して所定の回転角度にするため、本発明の回転駆動装置を構成する支持軸モータ５６を駆動させて、ロータ１３を回転させ、複数のボルト３２を介してロータ１３と締結されている駆動側嵌合軸７とベアリングホルダ１４、即ち支持軸５８を回転させる。支持軸５８は、複数のボルト３０を介して主軸９と締結されており、回転して主軸９を旋回させ、主軸９に設けられているスピンドル１０を支持軸５８、５９の軸線周りに旋回させる。このように、ロータ１３と支持軸５８、および支持軸５８と主軸９とは、それぞれ本発明の２つの回転部材に対応しており、ロータ１３、支持軸５８、主軸９は、本発明のスピンドル１０を旋回させるための回転伝達機構を構成して、回転駆動装置である支持軸モータ５６の駆動力を伝達しスピンドル１０を旋回させる。

支持軸モータ５６によってスピンドル１０を旋回中、プログラミングミス等によってスピンドル１０または工具が加工治具、ワーク等と衝突した場合、主軸９と支持軸５８との相対回転、即ち滑りが生じ、工作機械の制御装置は、主軸９のと支持軸５８との相対回転を検出して支持軸モータ５６を緊急制動する。

図２に示すように、主軸９と駆動側嵌合軸７とを締結するボルト３０は、支持軸５８の軸心を中心として円周方向に沿って等間隔に複数設けられて、ボルト群３０１を構成しており、また、駆動側嵌合軸とロータ１３とを締結するボルト３２は、支持軸５８の軸心を中心として円周方向に沿って等間隔に複数設けられて、別のボルト群３２１を構成する。ボルト群３０１を構成する各ボルト３０は、トルクレンチ等を用いて所定の締め付けトルク値で締結されており、主軸９と駆動側嵌合軸７とは、連結部において複数のボルト３０によって互いに締結されると共に、主軸９の平坦面９ｃと駆動側嵌合軸７の平坦面７ｂとにおける互いの押圧力は、所定値となって、連結部において所定の締結力で締結されている。平坦面９ｃと平坦面７ｂとの接触面における摩擦力は、締結力に平坦面９ｃと平坦面７ｂとの摩擦係数を乗算した値となる。平坦面９ｃと平坦面７ｂとの微小接触面における主軸９と支持軸５８のとの相対回転を阻止する力、即ち回転阻止トルクは、微小接触面毎の摩擦力に、微小接触面と支持軸５８の軸心との距離を乗算した値となる。平坦面９ｃと平坦面７ｂとの接触面全体における回転阻止トルクは、微小接触面毎の回転阻止トルクを合計したものである。押圧力はボルト３０の近傍の周辺部が最も大きいため、摩擦力はボルト３０の近傍の周辺部が最も大きく、従って、ボルト３０の近傍の周辺部おける回転阻止トルクが、連結部全体における回転阻止トルクの多くを占めると考えられる。よって、連結部における回転阻止トルクは、ボルト３０の締結力にボルト３０の本数を乗算したもの、即ち、ボルト群３０１の締結力と、平坦面９ｃと平坦面７ｂとの間の摩擦係数と、支持軸５８の軸心とボルト３０との距離とを乗算することにより、近似的に求めることができる。

このボルト群３０１の締結力による摩擦力に基づく回転阻止トルクが、ワークからの反力としての加工力によって主軸９から支持軸５８に加わるトルクより大きく、かつ、スピンドル１０に許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドル１０に加わった際に、主軸９から支持軸５８に加わるトルク、即ち、スピンドル１０に許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドル１０に加わることを想定したときに、主軸９と駆動側嵌合軸７との連結部に生じるトルクよりも小さい値となるように、各ボルト３０は所定の締め付けトルク値に設定されている。ボルト３０の所定の締め付けトルク値、即ち適正な締め付けトルク値は、計算に基づいて、または実際にスピンドル１０を所定速度で旋回させて試料に衝突させ、スピンドル１０の変形程度を調査することにより、実験に基づいて決定される。

スピンドル１０の旋回中に、スピンドル１０または工具が加工治具等に衝突した場合、支持軸モータ５６は緊急制動されるが、衝撃による力、即ち外力によって、２つの回転部材としての主軸９と駆動側嵌合軸７との連結部に、ボルト群３０１の締結力による摩擦力に基づく回転阻止トルクよりも大きなトルクが加わる場合、回転伝達が不能となり、主軸９と駆動側嵌合軸７との間で相対回転が生ずる。その際、主軸９と駆動側嵌合軸７との間で動摩擦力が作用して衝突エネルギーが吸収される。相対回転が支持軸５８のボルト挿通孔、即ち駆動側嵌合軸７およびベアリングホルダ１４のボルト挿通孔と、ボルト３０との隙間の範囲内で発生する間に、衝突エネルギーが主軸９と駆動側嵌合軸７との間に作用する摩擦力によって吸収され、外力に基づくトルクが、主軸９と駆動側嵌合軸７との間の動摩擦力に基づく回転阻止トルクを下回った場合、相対回転は上記隙間内で収まることになる。また、衝突エネルギーがより大きく、上記隙間の範囲内での相対回転において外力に基づくトルクが、動摩擦力に基づく回転阻止トルクを下回らなかったときは、駆動側嵌合軸７およびベアリングホルダ１４のボルト挿通孔の内面がボルト３０に当接し、ボルト３０に剪断力を生じさせることで、ボルト３０が弾性変形したり、場合によっては塑性変形したりする。しかし、このときボルト３０から受ける反力としてスピンドル１０に加わる力が、結果的に許容範囲を超える変形を生じさせる力に達しない場合には、スピンドル１０の許容範囲を超える変形が回避される。なお、衝突エネルギーが一層大きく、結果的にボルト３０から受ける反力としてスピンドル１０に加わる力が、許容範囲を超える変形を生じさせる力となる場合には、スピンドル１０を変形することになるが、本発明の採用により許容範囲を超えて変形する頻度は、著しく抑えられる。

駆動側嵌合軸７とロータ１３とを締結するボルト群３２１は、主軸９と駆動側嵌合軸７とを締結するボルト群３０１よりも、駆動側嵌合軸７の半径方向について外側に位置すると共に、構成するボルト数が、ボルト群３０１よりも多い。ボルト３２は、ボルト３０と同一称呼径であり、ボルト３０とネジ径、ねじ山ピッチが同一であり、トルクレンチ等を用いてボルト３０と同一の締め付けトルク値で締結されている。従って、締結による駆動側嵌合軸７とロータ１３との間における摩擦力に基づく回転阻止トルクは、締結による主軸９と駆動側嵌合軸７との間における摩擦力に基づく回転阻止トルクよりも大きくなり、スピンドル１０の旋回中に、スピンドル１０または工具が加工治具等に衝突した場合、主軸９と駆動側嵌合軸７との間で相対回転が生じることがあっても、駆動側嵌合軸７とロータ１３との間で相対回転が生じることは、確実に回避される。このように衝突事故の際に相対回転が生じる２つの回転部材を、主軸９と駆動側嵌合軸７とに特定できるので、衝突事故の復旧作業を容易としている。本実施例では、ロータリジョイントボディ１７が、支持スタッド５にボルト４５によって固定されており、ロータリジョイントボディ１７の外周面がベアリングホルダ１４の内周面と対向して、ロータリジョイントボディ１７とベアリングホルダ１４とで、ロータリジョイントが形成されている。該ロータリジョイントを介して、外部からスピンドル１０に、工具チャッキング用の圧力流体、加工液、冷却洗浄液等が供給される。本実施例のロータリジョイントボディ１７は、支持スタッド５への取り付けフランジに、ボルト３０の着脱を可能とする貫通孔が、図２、図５に示すように、ボルト群３０１に対応して複数設けられており、ロータリジョイントを分解することなく、衝突事故の復旧作業を可能とし、その際、場合によっては変形したボルト３０が交換される。

本実施例では、スピンドル１０の旋回中に、スピンドル１０または工具が加工治具等に衝突した場合、主軸９と駆動側嵌合軸７との間で相対回転が生じるようにしているが、駆動側嵌合軸７とロータ１３との間で相対回転が生じるようにしてもよく、駆動側嵌合軸７とロータ１３とでの相対回転の復旧作業が容易である場合に、有利である。その場合、駆動側嵌合軸７とロータ１３との締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクを、スピンドル１０に許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドル１０に加わった際に、駆動側嵌合軸７とロータ１３との連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定する。

本実施例では、主軸９と支持軸５８とは、本発明における２つの回転部材としてボルト群３０１を介して締結され、また、支持軸５８と支持軸モータ５６のロータ１３とは、別の２つの回転部材としてボルト群３２１を介して締結されて、支持軸５８は、自身を回転軸とする内部モータによって駆動される。しかし、支持軸５８は、歯車、プーリとベルト、カップリング等の回転伝達機構を介して、支持軸５８の軸線に対し、平行な回転軸、延長線上に位置する回転軸等を有するモータの回転軸と連結されて駆動されてもよい。そのようなモータの回転軸と支持軸５８との間に、回転伝達機構を構成する２つの回転部材を設け、複数のボルトからなるボルト群を介して締結する。このボルト群の締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクが、ボルト群３０１の締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクよりも大きくなるように、前記２つの回転部材を締結すれば、スピンドル１０の旋回時における衝突事故の際に、本実施例のように、主軸９と支持軸５８との間で相対回転が生じる。また、小さくなるように、前記２つの回転部材を締結すれば、２つの回転部材が相対回転する。また、支持軸５８は、主軸９とボルト群３０１を介して締結されているが、溶接等によってボルト締結によらずに、主軸９に接合されてもよい、その場合、支持軸５８とモータの回転軸とは、ボルト群によって所定の締結力で締結される２つの回転部材を介して連結される。

クランプ装置５７を作動させてスピンドル１０の旋回位置を保持しながら、工具を加工位置、待機位置等に移動させるため、主軸ヘッド５０をラム１やヘッドモータ２によって移動中に、またはワークが載置されている加工テーブルを移動中に、プログラミングミス等によってスピンドル１０または工具が加工治具、ワーク等と衝突した場合、主軸９と支持軸５９との相対回転、即ち滑りが生じ、工作機械の制御装置は、主軸９のと支持軸５９との相対回転を検出して、ラム１やヘッドモータ２、または加工テーブルを緊急制動する。

図３に示すように、主軸９と従動側嵌合軸８とを締結するボルト３１は、従動側嵌合軸８の軸心を中心として円周方向に沿って等間隔に複数設けられて、ボルト群３１１を構成しており、また、従動側嵌合軸８とクランプリング２１とを締結するボルト３３は、従動側嵌合軸８の軸心を中心として円周方向に沿って等間隔に複数設けられて、別のボルト群３３１を構成する。ボルト群３１１を構成する各ボルト３１は、トルクレンチ等を用いて所定の締め付けトルク値で締結されており、主軸９と従動側嵌合軸８とは、連結部において複数のボルト３１によって互いに締結されると共に、主軸９の平坦面９ｄと従動側嵌合軸８の平坦面８ｂとにおけるボルト３１の周辺部分の互いの押圧力は、所定値となって、連結部において所定の締結力で締結されている。平坦面９ｄと平坦面８ｂとの接触面における摩擦力は、締結力に平坦面９ｄと平坦面８ｂとの摩擦係数を乗算した値となる。平坦面９ｄと平坦面８ｂとの微小接触面における主軸９と支持軸５９のとの相対回転を阻止する力、即ち回転阻止トルクは、微小接触面毎の摩擦力に、微小接触面と支持軸５９の軸心との距離を乗算した値となる。平坦面９ｃと平坦面８ｂとの接触面全体における回転阻止トルクは、微小接触面毎の回転阻止トルクを合計したものである。押圧力はボルト３１の近傍の周辺部が最も大きいため、摩擦力はボルト３１の近傍の周辺部が最も大きく、従って、ボルト３１の近傍の周辺部おける回転阻止トルクが、連結部全体における回転阻止トルクの多くを占めると考えられる。よって、連結部における回転阻止トルクは、ボルト３１の締結力にボルト３１の本数を乗算したもの、即ち、ボルト群３１１の締結力と、平坦面９ｄと平坦面８ｂとの間の摩擦係数と、支持軸５９の軸心とボルト３１との距離とを乗算することにより、近似的に求めることができる。

このボルト群３１１の締結力による摩擦力に基づく回転阻止トルクが、ワークからの反力としての加工力によって主軸９から支持軸５８に加わるトルクより大きく、かつ、クランプ装置５７の作動中に、スピンドル１０に許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドル１０に加わった際に、主軸９から支持軸５９に加わるトルク、即ち、スピンドル１０に許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドル１０に加わることを想定したときに、主軸９と従動側嵌合軸８とに生じるトルクよりも小さい値となるように、各ボルト３１は所定の締め付けトルク値に設定されている。ボルト３１の所定の締め付けトルク値、即ち適正な締め付けトルク値は、計算に基づいて、または実際にラム１を所定速度で移動してスピンドル１０を試料に衝突させ、スピンドル１０の変形程度を調査することにより、実験に基づいて決定される。

クランプ装置５７の作動中に、スピンドル１０または工具が加工治具等に衝突した場合、ラム１またはヘッドモータ２は緊急制動されるが、衝撃による力、即ち外力によって、連結部を構成する主軸９と従動側嵌合軸８とに、ボルト群３１１の締結力による摩擦力に基づく回転阻止トルクよりも大きなトルクが加わる場合、主軸９と従動側嵌合軸８との間で相対回転が生ずる。その際、主軸９と従動側嵌合軸８との間で動摩擦力が作用して衝突エネルギーが吸収される。相対回転が支持軸５９のボルト挿通孔、即ち従動側嵌合軸８およびベアリングホルダ２３のボルト挿通孔と、ボルト３１との隙間の範囲内で発生する間に、衝突エネルギーが主軸９と従動側嵌合軸８との間に作用する摩擦力によって吸収され、外力に基づくトルクが、主軸９と従動側嵌合軸８との間の動摩擦力に基づく回転阻止トルクを下回った場合、相対回転は上記隙間内で収まることになる。また、衝突エネルギーがより大きく、上記隙間の範囲内での相対回転において外力に基づくトルクが、動摩擦力に基づく回転阻止トルクを下回らなかったときは、従動側嵌合軸８およびベアリングホルダ２３のボルト挿通孔の内面がボルト３１に当接し、ボルト３１に剪断力を生じさせることで、ボルト３１が弾性変形したり、場合によっては塑性変形したりする。しかし、このときボルト３１から受ける反力としてスピンドル１０に加わる力が、結果的に許容範囲を超える変形を生じさせる力に達しない場合には、スピンドル１０の許容範囲を超える変形が回避される。なお、衝突エネルギーが一層大きく、結果的にボルト３１から受ける反力としてスピンドル１０に加わる力が、許容範囲を超える変形を生じさせる力となる場合には、スピンドル１０を変形することになるが、本発明の採用により許容範囲を超えて変形する頻度は、著しく抑えられる。

従動側嵌合軸８とクランプリング２１とを締結するボルト群３３１は、主軸９と従動側嵌合軸８とを締結するボルト群３１１よりも、従動側嵌合軸８の半径方向について外側に位置すると共に、構成するボルト数が、ボルト群３１１よりも多い。ボルト３３は、ボルト３１と同一称呼径であり、ボルト３１とネジ径、ねじ山ピッチが同一であり、トルクレンチ等を用いてボルト３１と同一の締め付けトルク値で締結されている。従って、締結による従動側嵌合軸８とクランプリング２１との間における摩擦力に基づく回転阻止トルクは、締結による主軸９と従動側嵌合軸８との間における摩擦力に基づく回転阻止トルクよりも大きくなり、クランプ装置５７の作動中に、スピンドル１０または工具が加工治具等に衝突した場合、主軸９と従動側嵌合軸８との間で相対回転が生じることがあっても、従動側嵌合軸８とクランプリング２１との間で相対回転が生じることは、確実に回避される。このように衝突事故の際に相対回転が生じる２つの回転部材を、主軸９と従動側嵌合軸８とに特定できるので、衝突事故の復旧作業を容易としている。

本実施例では、クランプ装置５７の作動中に、スピンドル１０または工具が加工治具等に衝突した場合、主軸９と従動側嵌合軸８との間で相対回転が生じるようにしているが、従動側嵌合軸８とクランプリング２１との間で相対回転が生じるようにしてもよく、従動側嵌合軸８とクランプリング２１とでの相対回転の復旧作業が容易である場合に、有利である。その場合、従動側嵌合軸８とクランプリング２１の締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクを、スピンドル１０に許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドル１０に加わった際に、従動側嵌合軸８とクランプリング２１との連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定する。

本実施例では、主軸９と支持軸５９とは、本発明における２つの回転部材としてボルト群３１１を介して締結され、また、支持軸５９とクランプ装置３７のクランプリング２１とは、別の２つの回転部材としてボルト群３３１を介して締結されている。しかし、支持軸５９の延長線上、または支持軸５９の外側に配置される中間部材であって、従動側嵌合軸８と同軸の中間部材を介して、支持軸５９とクランプリング２１とは連結されてもよい。その場合、中間部材と支持軸５９とは、ボルトを介して締結、または溶接等によって接合され、ボルトを介して締結される場合は、本発明における２つの回転部材を構成する。中間部材と支持軸５９とは、締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクが、ボルト群３３１による中間部材とクランプリング２１との締結のように、ボルト群３１１の締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクよりも大きくなるように、締結されれば、衝突事故の際に、本実施例のように、主軸９と支持軸５９との間で相対回転が生じる。また、小さくなるように、中間部材と支持軸５９とを締結すれば、中間部材と支持軸５９とが相対回転する。また、支持軸５９は、主軸９とボルト群３１１を介して締結されているが、溶接等によってボルト締結によらずに、主軸９に接合されてもよい、その場合、支持軸５９とクランプリング２１とは、中間部材が設けられる場合には、支持軸５９と中間部材または中間部材と支持軸５９とは、ボルト群によって所定の締結力で締結され、衝突事故の際、相対回転する。

主軸ヘッド５０は、ラム１によって移動中に、支持スタッド５または支持スタッド６が、加工治具やワーク等と衝突した場合、フレーム４と支持スタッド５との間、またはフレーム４と支持スタッド６との間で、相対移動が生じる。本実施例では、そのような衝突事故の復旧作業の際、主軸ヘッド５０におけるフレーム４と支持スタッド５との位置決め、およびフレーム４と支持スタッド６との位置決めは、テーパピン２６を用いて行われる。

復旧作業では、ヘッドホルダ３とフレーム４とを締結するボルト３４が取り外され、主軸ヘッド５０は、ヘッドモータ２から取り外される。図６は、図２に対応して示されており、ヘッドモータ２から取り外された状態の主軸ヘッド５０のうち、上部分を示している。

ボルト４４を弛めた状態、または取り外した状態とし、図６において左側に示されるように、テーパピン２６を、フレーム４のテーパ孔４ａ、および該テーパ孔４ａに接続され支持スタッド５に設けられるテーパ孔５ａに挿入する。テーパ孔５ａの底部には雌ネジ５ｂ（本実施例では称呼径８ｍｍ）が設けられており、またテーパピン２６には軸心を貫通すると共に雌ネジ５ｂよりも大きな称呼径の雌ネジ２６ａ（本実施例では称呼径１０ｍｍ）が設けられる。断面六角の棒状スパナを用いて、六角穴付ボルトである圧入ボルト４６（本実施例では称呼径８ｍｍ）を、テーパピン２６の雌ネジ２６ａを貫通させて雌ネジ５ｂにねじ込む。このねじ込み作業により、圧入ボルト４６の頭部がテーパピン２６の端部を押圧して、テーパピン２６がテーパ孔４ａ、テーパ孔５ａに圧入され、フレーム４と支持スタッド５とは、相対移動が生じる前の状態に、正確に位置決めされる。２つのテーパピン２６が圧入された後、ボルト４４が取り付けられて、フレーム４と支持スタッド５とは締結される。フレーム４と支持スタッド６との位置決めも同様に行われ、テーパ孔４ａ、支持スタッド６に設けられるテーパ孔６ａにテーパピン２６が挿入された後、テーパ孔６ａの底部に設けられる雌ネジ６ｂに、圧入ボルト４６がねじ込まれてテーパピン２６が圧入される。

テーパピン２６はテーパ孔４ａ、５ａ、６ａに装着されたままでもよい。しかし、テーパピン２６は装着されたままの状態であると、支持スタッド５または支持スタッド６と加工治具やワーク等との前述の衝突事故によって、テーパピン２６、テーパ孔４ａ、５ａ、６ａが、損傷する場合があり、特にテーパ孔４ａ、５ａ、６ａが損傷すると、衝突事故の復旧作業における前述の位置決め作業が困難となる。また、テーパピン２６が装着されている分、主軸ヘッド５０、ラム１、ラム１の駆動装置、ヘッドモータ２に加わる衝撃力が大きくなり、それらをより損傷することになる。そのため、本実施例では、フレーム４と支持スタッド５との締結後、およびフレーム４と支持スタッド６との締結後、テーパピン２６を取り外す。図６において右側に示されるように、テーパピン２６を貫通する雌ネジ２６ａに、取り外しボルト４７をねじ込み、該取り外しボルト４７の先端をテーパ孔５ａ、６ａの底部に到達させ、更に、取り外しボルト４７をねじ込んでテーパ孔５ａ、６ａの底部を押圧する。テーパピン２６には、取り外しボルト４７を介し、底部押圧の反力として軸線方向の力が作用する。そのため、テーパピン２６は、軸線方向に移動し、ネジ力で圧入状態が解除されるのに伴い、取り外し可能となる。

本実施例では、テーパピン２６は、主軸９と駆動側嵌合軸７との位置決め、および主軸９と従動側嵌合軸８との位置決めにも用いられる。

図５に示すように、駆動側嵌合軸７にテーパ孔７ｄが設けられ、該テーパ孔７ｄに接続して主軸９にテーパ孔９ｇが設けられる。テーパ孔９の底部には雌ネジ９ｈ（本実施例では称呼径８ｍｍ）が設けられている。図２および図５に示すように、テーパ孔９ｇ、７ｄに対応して、ベアリングホルダ１４、ロータリージョイントボディ１７に、テーパピン２６の着脱用の貫通孔が設けられている。位置決めの際には、テーパピン２６がテーパ孔７ｄ、９ｇに挿入され、六角穴付きボルトが、テーパピン２６の雌ネジ２６ａを貫通して雌ネジ９ｈにねじ込まれて、テーパピン２６が圧入される。位置決め終了後、ボルト群３０１によって主軸９と駆動側嵌合軸７とは締結される。テーパピン２６は、ボルト群３０１による主軸９と駆動側嵌合軸７との締結後も、装着されたままでもよい。しかし、本実施例では、ボルト群３０１による締結終了後、テーパピン２６の雌ネジ２６ａにボルトがねじ込まれ、テーパピン２６が取り外される。主軸９と従動側嵌合軸８との位置決めも、テーパピン２６を用いて同様に行われ、テーパピン２６が従動側嵌合軸８のテーパ孔８ｃ、主軸９のテーパ孔９ｇに挿入される。六角穴付きボルトが、テーパピン２６の雌ネジ２６ａを貫通して雌ネジ９ｈにねじ込まれることにより、テーパピン２６が圧入される。ボルト群３１１による締結終了後、テーパピン２６が取り外される。本実施例では、締結終了後、このようにテーパピン２６が取り外されるので、スピンドル１０および工具が、加工治具、ワーク等と衝突する干渉事故が生じても、テーパ孔７ｄ、８ｃ、９ｇの破損が避けられ、復旧作業において、正確な位置決めが可能となる。

本実施例では、スピンドル１０の旋回中の衝突事故、およびクランプ装置５７の作動中の衝突事故の両方に対応可能であり、主軸９と支持軸５８とは、および主軸９と支持軸５８とは、締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクが、対応する衝突事故の際の外力によって連結部に加わるトルクよりも小さくなるように、所定の締結力で締結されており、スピンドル１０の旋回中の衝突事故の際は、主軸９と支持軸５８との相対回転を許容し、また、クランプ装置５７の作動中の衝突事故の際は、主軸９と支持軸５９との相対回転を許容する。しかし、クランプ装置５７の作動中の衝突事故が生ずる恐れがない場合は、スピンドル１０の旋回中の衝突事故のみに対応可能でもよく、また、スピンドル１０の旋回中の衝突事が生ずる恐れがない場合は、クランプ装置５７の作動中の衝突事故のみに対応可能としてもよい。前者の場合は、主軸９と支持軸５８とが、後者の場合は、主軸９と支持軸５９とが、締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクが、加工時に前記連結部に加わるトルクより、最低限大きくなるように締結される。

また、本実施例では、主軸９を挟んで設けられる一対の支持軸５８、５９には、支持軸モータ５６またはクランプ装置５７が連結されている。しかし、一対の支持軸５８、５９のうち一方のみ、または両方共に、支持軸モータ５６とクランプ装置５７とが連結されてもよい。また、一対の支持軸５８、５９のうち両方共に支持軸モータ５６が連結され、かつ、一方のみにクランプ装置５７が連結されてもよい。支持軸モータ５６とクランプ装置５７とに連結される支持軸が、衝突事故の際に主軸９と相対回転してスピンドル１０の変形を許容範囲に抑えるためには、主軸９と支持軸とは、締結による摩擦力に基づく回転阻止トルクが、スピンドル１０の旋回中の衝突事故の際の外力によるトルクと、クランプ装置５７の作動中の衝突事故の際の外力によるトルクとのうち、小さい方のトルクよりも小さくなるように、ボルト群の締結力が設定される。

本発明は上記のいずれの実施例に限定されるものではなく、本発明の請求範囲を逸脱しない限りにおいて種々に変更することが可能である。

本発明の実施例の主軸ヘッド５０の全体図であり、一部、断面図で示される。図１の右側面図を示し、フタ２４を取り外した状態を示す。図１の左側面図を示し、フタ２４を取り外した状態を示す。図１においてＰ視方向から見た平面図を示す。図１の要部拡大図である。図２において、主軸ヘッド５０をヘッドモータ２から取り外した状態を示す。支持スタッド５、支持スタッド６が配置された状態でのフレーム４の上面図を示す。

符号の説明

１ラム
２ヘッドモータ
３ヘッドホルダ
４フレーム
４ａテーパ孔
５支持スタッド
５ａテーパ孔
５ｂ雌ネジ
６支持スタッド
６ａテーパ孔
６ｂ雌ネジ
７駆動側嵌合軸
７ａ嵌合軸部
７ｂ平坦面
７ｃスリーブ
７ｄテーパ孔
８従動側嵌合軸
８ａ嵌合軸部
８ｂ平坦面
８ｃテーパ孔
９主軸
９ａ支持軸嵌合穴
９ｂ支持軸嵌合穴
９ｃ平坦面
９ｄ平坦面
９ｅ雌ネジ
９ｆ雌ネジ
９ｇテーパ孔
９ｈ雌ネジ
１０スピンドル
１１ステータホルダ
１２ステータ
１３ロータ
１４ベアリングホルダ
１５ベアリングプレート
１６ベアリング
１７ロータリジョイントボディ
１８モータプレート
１９クランプシリンダ
２０クランプスリーブ
２０ａ環状スリーブ
２１クランプリング
２２ベアリングホルダ
２３ベアリングホルダ
２４フタ
２６テーパピン
２６ａ雌ネジ
２８流体路
２９ベアリングプレート
３０ボルト
３１ボルト
３２ボルト
３４ボルト
３５ボルト
３６ボルト
３７ボルト
３８ボルト
３９ボルト
４１ボルト
４２ボルト
４４ボルト
４５ボルト
４６圧入ボルト
４７取り外しボルト
４８ボルト
４９ボルト
５０主軸ヘッド
５５スピンドルユニット
５６支持軸モータ
５７クランプ装置
５８支持軸
５９支持軸
３０１ボルト群
３１１ボルト群
３２１ボルト群
３３１ボルト群

Claims

工具が装着されるスピンドルを回転可能に支持する主軸と、該主軸と交差すると共に互いに同軸な軸線を有して主軸を挟んで設けられ主軸に固定される一対の支持軸と、一対の支持軸を回転可能に支持するフレームと、一対の支持軸のうち少なくとも１つに対する回転駆動装置とを備え、回転駆動装置によって前記スピンドルを支持軸の軸線周りに旋回させる工作機械の主軸ヘッドにおいて、
スピンドルを旋回させるための回転伝達機構を構成して回転駆動装置の駆動力を伝達する２つの回転部材は、互いの連結部をボルト群によって締結されると共に、当該締結による摩擦力によって相対回転を阻止された状態で連結されており、前記摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工時に前記連結部に加わるトルクより大きく、かつ、スピンドルの旋回時にスピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わった際に前記連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定されていることを特徴とする工作機械の主軸ヘッド。
前記回転駆動装置によって駆動される支持軸と主軸とは、互いに嵌合して前記２つの回転部材を構成すると共に、前記ボルト群によって所定の締結力で締結されていることを特徴とする請求項１記載の工作機械の主軸ヘッド。
前記回転駆動装置は、支持軸に設けられるロータと該ロータに対向してフレームに設けられるステータとを有するモータを備え、ロータは、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結されることを特徴とする請求項２記載の工作機械の主軸ヘッド。
支持軸の軸線周りに配置され、支持軸に直接または間接的に作用することによりスピンドルの旋回位置を保持するための押圧部材を含むクランプ装置と、支持軸の軸線における前記押圧部材による作用位置から主軸までの間で前記軸線と同軸に設けられて、互いにボルト群によって締結されると共に当該締結による摩擦力によって相対回転を阻止しされた状態で連結される連結部とを備え、前記摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工時に前記連結部に加わるトルクより大きく、かつ、クランプ装置の作動時にスピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わった際に前記連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の工作機械の主軸ヘッド。
押圧部材が作用する支持軸と主軸とは、互いに嵌合して前記連結部を構成すると共に、前記ボルト群によって所定の締結力で締結されていることを特徴とする請求項４記載の工作機械の主軸ヘッド。
クランプ装置は押圧部材に対向して被制動部材を備え、該被制動部材は、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結されることを特徴とする請求項５記載の工作機械の主軸ヘッド。
工具が装着されるスピンドルを回転可能に支持する主軸と、該主軸と交差すると共に互いに同軸な軸線を有して主軸を挟んで設けられ主軸に固定される一対の支持軸と、一対の支持軸を回転可能に支持するフレームと、一対の支持軸のうち少なくとも１つに対する回転駆動装置とを備え、回転駆動装置によって前記スピンドルを支持軸の軸線周りに旋回させる工作機械の主軸ヘッドにおいて、
支持軸の軸線周りに配置され、支持軸に直接または間接的に作用することによりスピンドルの旋回位置を保持するための押圧部材を含むクランプ装置と、支持軸の軸線における前記押圧部材による作用位置から主軸までの間で前記軸線と同軸に設けられて、互いにボルト群によって締結されると共に当該締結による摩擦力によって相対回転を阻止された状態で連結される連結部とを備え、前記摩擦力に基づく回転阻止トルクは、加工時に前記連結部に加わるトルクより大きく、かつ、クランプ装置の作動時にスピンドルに許容範囲を超える変形を生じさせる外力がスピンドルに加わった際に前記連結部に加わるトルクよりも小さい値に設定されていることを特徴とする工作機械の主軸ヘッド。
押圧部材が作用する支持軸と主軸とは、互いに嵌合して前記連結部を構成すると共に、前記ボルト群によって所定の締結力で締結されていることを特徴とする請求項７記載の工作機械の主軸ヘッド。
クランプ装置は押圧部材に対向して被制動部材を備え、該被制動部材は、前記ボルト群よりも支持軸の半径方向について外側に位置する別のボルト群によって、前記所定の締結力よりも大きな締結力で支持軸と締結されることを特徴とする請求項８記載の工作機械の主軸ヘッド。