JP2009220206A - Axial force operating device for chuck - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、旋盤等において、工作物を把握するチャックを操作するために必要な軸力を発生し操作できる軸力操作装置に関し、特に電力を駆動源とする駆動部を備える装置に関する。 The present invention relates to an axial force operating device capable of generating and operating an axial force necessary for operating a chuck for grasping a workpiece in a lathe or the like, and more particularly to an apparatus including a drive unit using electric power as a drive source.
従来の旋盤等に取り付けられた軸力操作装置は、そのほとんどが油圧駆動されるものであり、省エネ、環境問題などからオイルレス化への対応が切望されていた。それに呼応して今までもオイルレス化の一環として電力を駆動源とするモーターを使用した出願が数多くなされている。
これらの出願の構造は、実施は可能であるが大きなスペースが旋盤の後端に必要であり且つ重量物を主軸に取り付けることから、実用段階にはほど遠く試作品の域を出ないものであった。
そして、そのほとんどは、チャックの爪を操作するモーターを軸力操作装置の後端部にクラッチを介して備える構造であった(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
Most of the axial force operating devices attached to conventional lathes are hydraulically driven, and there has been a strong demand for oilless operation due to energy saving and environmental problems. In response to this, many applications have been filed using a motor driven by electric power as part of the oilless operation.
The structures of these applications are feasible, but require a large space at the rear end of the lathe and attach heavy objects to the spindle so that they are far from the practical stage and do not leave the prototype area. .
Most of them have a structure in which a motor for operating the chuck claw is provided at the rear end portion of the axial force operating device via a clutch (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
これらの軸力操作装置の後端部にクラッチを備えるものは、チャックの爪を操作する大きな作用力が働いている状態でその開閉を行う必要があり、作用力の大きな強固なクラッチであった。
引用文献1に記載の電磁クラッチ20は、スピンドル軸30と誘導電動機11とを切り離す役割を果たすもので、スピンドル軸30の回転によって、誘導電動機11が連れ回りするのを防止するものである。
電磁クラッチ20を接続して爪を移動させ工作物を把持する場合を説明する。まず、モーター11を回転させ、その回転により生じる小さなトルクを減速機13によって減速し大きなトルクとし、その大きなトルクをクラッチ20によりスプライン軸25に伝達し、スプライン軸25に係合するスクリューナット30によって、スピンドル30の軸方向に変換しドローボルト39に伝えている。
このようにクラッチ20が伝えるトルクはモーター11のトルクを減速機13によって大きなものとされ、クラッチの開閉は、この大きなトルクが作用した状態で行われるために大きな作用力を要する強固なクラッチが必要となっていた。
Those equipped with a clutch at the rear end portion of these axial force operation devices were required to be opened and closed in a state where a large acting force for operating the chuck claw was working, and were a strong clutch having a large acting force. .
The
The case where the
Thus, the torque transmitted by the
引用文献2に記載のクラッチ12は、主軸1と爪送り機構9を機械的に連結したり、切り離したりするクラッチである。即ち、爪の移動・工作物の把握時にはクラッチ12を開放とし、爪送り機構9と回転子が連結された第2のモーター10を所要トルクで回転させ、その回転力でチャックの爪3を移動させ、所要の力で工作物を把握する構造である。このクラッチ12は、軸方向に往復動する爪送り機構9と主軸1を開閉するクラッチであり、爪送り機構9に大きな軸力を作用させた状態で、旋削加工の為に主軸1と連結する必要がある。
The
したがって、このクラッチ12も先の引用文献1に記載されたクラッチ20と同様に大きな作用力を要する強固なクラッチが必要となるのであった。
この為にモーターを使用した軸力操作装置は、モーターは言うまでもなく、大容量のクラッチが必要となり、その重量スペースにおいて、従来の油圧駆動される軸力操作装置と大きな差異が生じていた。
本発明は、上記問題点に鑑み、モーターを使用するチャックの軸力操作装置において、クラッチの作動時に小さな作用力が働く構造となし、軽量コンパクトな商品を得ることを目的とする。
Therefore, this
For this reason, an axial force operating device using a motor needs a large-capacity clutch, not to mention a motor, and has a large difference from a conventional hydraulically driven axial force operating device in its weight space.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a lightweight and compact product in a structure in which a small acting force works when a clutch is operated in an axial force operating device for a chuck using a motor.
上記目的を達成するために、本発明は主軸の先端に備えるチャックを回転軸の軸方向に操作するために主軸の後端部に取り付けるチャックの軸力操作装置であって、電力を駆動源とし回転力を発生する駆動部と、該駆動部の回転力を伝達又は遮断するためのクラッチ部と、前記駆動部の回転数を減速させる減速部と、前記減速部の回転力を主軸の軸方向に変換する軸力変換部と、該軸力変換部によって変換された軸方向力を操作軸に伝達するドローパイプを備え、前記減速部が前記クラッチ部と前記軸力変換部の間に備えられているチャックの軸力操作装置である。 In order to achieve the above object, the present invention provides an axial force operating device for a chuck that is attached to the rear end of a main shaft in order to operate a chuck provided at the tip of the main shaft in the axial direction of the rotary shaft, using electric power as a drive source. A drive unit that generates a rotational force, a clutch unit for transmitting or interrupting the rotational force of the drive unit, a deceleration unit that decelerates the rotational speed of the drive unit, and the rotational force of the deceleration unit in the axial direction of the main shaft An axial force conversion unit that converts the axial force converted by the axial force conversion unit to an operation shaft, and the speed reduction unit is provided between the clutch unit and the axial force conversion unit. It is the axial force operation device of the chuck.
前記クラッチ部が駆動部と減速部の各々に回転力を伝達又は遮断する2つの係合面を備えているチャックの軸力操作装置である。 It is an axial force operating device for a chuck in which the clutch portion includes two engagement surfaces that transmit or block rotational force to each of a drive portion and a speed reduction portion.
前記クラッチが軸方向に開閉する機能と回転方向の位相を検知する機能を備えるチャックの軸力操作装置である。 The chuck is an axial force operating device having a function of opening and closing the clutch in the axial direction and a function of detecting a phase in the rotational direction.
前記駆動部の回転軸が主軸の回転軸と同軸に形成されているチャックの軸力操作装置である。 The chuck is an axial force operation device in which a rotation shaft of the drive unit is formed coaxially with a rotation shaft of a main shaft.
前記軸力変換部の作用力は、軸方向の反力受けとして主軸が加担するチャックの軸力操作装置である。 The acting force of the axial force conversion unit is an axial force operating device of the chuck that the main shaft bears as an axial reaction force receiver.
駆動部の回転数を減速する減速部をクラッチ部と軸力変換部の間に配設するようにしたので、クラッチの作動時には爪を締め付ける軸方向の大きな軸力もしくはそれに相当する大きなトルクがクラッチに働いておらず、クラッチはモーターが発生する小さなトルクに対応する小容量のクラッチで対処できることから、省スペース、省エネルギーを可能とすることができる。 Since the speed reduction part that reduces the rotational speed of the drive part is arranged between the clutch part and the axial force conversion part, when the clutch is operated, a large axial force for tightening the claws or a large torque equivalent thereto is applied to the clutch. Since the clutch can be handled by a small-capacity clutch corresponding to the small torque generated by the motor, space and energy can be saved.
クラッチ部が駆動部と減速部の各々に回転力を伝達又は遮断する2つの係合面を備えるようにしたので、クラッチ部の係合面はチャックの爪によって工作物把握完了後、駆動部と減速部や軸力変換部との間は回転筒の係合面aで回転力が遮断され、同時に対向する本体の係合面bに噛合い、主軸、減速部、軸力変換部間で相対位置が保持され、把握のロッキング状態を継続できる。 Since the clutch portion is provided with two engagement surfaces that transmit or cut off the rotational force to each of the drive portion and the speed reduction portion, the engagement surface of the clutch portion is connected to the drive portion after completion of grasping the workpiece by the chuck claw. Between the speed reduction part and the axial force conversion part, the rotational force is interrupted by the engagement surface a of the rotating cylinder, and simultaneously meshes with the opposing engagement surface b of the main body, so that the main shaft, the speed reduction part, and the axial force conversion part are relative to each other. The position is maintained and the grasping locking state can be continued.
クラッチ部が軸方向に開閉する機能と回転方向の位相を検知する機能を備えるようにしたので、正常な把握状態の時は主軸本体部と減速部、軸力変換部間の相対位置は位相差ゼロであるが、過大な外力が主軸本体、軸力変換部、チャック部などに作用して変位した場合クラッチ部に位相差が発生する。この位相差を検知し異常把握状態として、常時監視ができる。 Since the clutch part has a function to open and close in the axial direction and a function to detect the phase in the rotational direction, the relative position between the main spindle body part, the speed reduction part, and the axial force conversion part is a phase difference when in a normal grasping state. Although it is zero, a phase difference is generated in the clutch part when an excessive external force is displaced by acting on the main spindle body, the axial force conversion part, the chuck part, or the like. This phase difference is detected and an abnormal grasping state can be constantly monitored.
駆動部の回転する軸(回転筒)が主軸の回転軸と同軸に形成されるようにしたので、駆動部およびクラッチ部、減速部、軸力変換部が主軸と全て同軸上に構成することになり、伝達機構の簡素化と、主軸と共に回転する構成部品の直径が小さくすることができ、低慣性構造を得ることができる。これは主軸の高速化に付与することになる。 Since the rotating shaft (rotating cylinder) of the driving unit is formed coaxially with the rotating shaft of the main shaft, the driving unit, the clutch unit, the speed reduction unit, and the axial force conversion unit are all configured coaxially with the main shaft. Thus, the transmission mechanism can be simplified, the diameter of the component rotating with the main shaft can be reduced, and a low inertia structure can be obtained. This is given to increase the speed of the spindle.
主軸を軸力変換部の軸方向の反力受けとして使用されるようにしたので、従来の油圧シリンダーと同様に主軸後端部へ取り付けが可能となり、工作物の把握による軸力は主軸で受け止められ軸力が主軸支持軸受などへ作用することがない。 Since the main shaft is used as a reaction force receiver in the axial direction of the axial force conversion section, it can be attached to the rear end of the main shaft in the same way as a conventional hydraulic cylinder, and the axial force generated by grasping the workpiece is received by the main shaft. The axial force does not act on the spindle support bearing or the like.
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、旋盤の主軸台を示す全体図で、主軸台の一部を断面で示している。旋盤の主軸台の前端にはチャック2が取り付けられ、後端には軸力操作装置3が各々アダプターを介して取り付けられている。
主軸台1の内部には、主軸軸受4.4に支持される主軸5が設けられ、主軸5の外周には、主軸を回転するためのモーターを構成する巻線6が配設されている。
主軸5の前端部には、前端フランジ7を介してチャック2が取り付けられ、チャックの爪8によって図示しない工作物を把握する。
チャックの爪8を移動させる為に、チャック2の後端から主軸5の内側を貫通するドローパイプ9が設けられ、ドローパイプ9の往復動によってチャックの爪8を開閉する。主軸5の後端には後端フランジ10を介してドローパイプ9を往復動させるための軸力操作装置3が取り付けられている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall view showing a head stock of a lathe, and shows a part of the head stock in cross section. The
A
The
In order to move the
図2は、軸力操作装置3を主軸5の後端に取り付けた断面図である。
軸力操作装置3は、主軸5と共に回転する本体11と、本体11の後方に本体11の回転軸と同軸に設けられる駆動部12から構成される。
駆動部(モーター)12は、旋盤の主軸台1に連接するブラケット13を介して取り付けられる支持部材14に備えられる固定子15と、回転可能な回転子16からなり、回転子16はその回転力をクラッチ部17へ伝達するために、前方端面には係合面a19を形成する回転筒18に接続されている。
クラッチ部17は回転筒18の係合面a19に対応する係合面aa20を備え、これらの二つの係合面は電磁クラッチにより開閉されている。クラッチ部17の前方側には、軸力操作装置3の本体11の後端面に形成する係合面b21に対応する係合面bb22を備えており、これらの二つの係合面はクラッチ部17を前方側に押圧する付勢弾性部材26により開閉されている。
クラッチ部17の係合面bb22と本体11の係合面b21の外周には回転方向の位相を検知するためのセンサー27が設けられている。
本体11の内部には、軸受31を介して本体11と同軸に配設される駆動部12の回転力を増力し且つ軸方向力に変換する機構が設けられている。
クラッチ部17は、伝達された回転力を増力する減速部23に接続され、減速部23はさらに軸力変換部24に連結されている。減速部23は駆動部12の高速回転・低トルクの回転力を低回転・高トルクの回転力に変換し、この回転力を軸力変換部24に伝達する。軸力変換部24はナット28とネジ軸29からなるネジ機構30によって回転力を軸方向力に変換する構造であり、軸方向力は主軸5と同軸に作用する。ナット28の外周には本体11に対して軸方向に押圧固定するための弾性体32が設けられている。軸力変換部24の中心には、発生する軸方向力を伝達するために回転軸方向へ移動する操作軸25が設けられ、主軸5を貫通するドローパイプ9に接続されている。
FIG. 2 is a sectional view in which the axial
The axial
The drive unit (motor) 12 includes a
The
A sensor 27 for detecting the phase in the rotational direction is provided on the outer periphery of the engagement surface bb22 of the
Inside the main body 11, there is provided a mechanism for increasing the rotational force of the
The
軸力操作装置3の動きを説明する。
軸力操作装置3は、主軸5の停止状態において、駆動部(モーター)12の回転によりその回転力が回転筒18の係合面a19とクラッチ部17の係合面aa20を噛合せた状態とし、減速部23、軸力変換部24に伝達され、軸力変換部24によって軸方向力に変換され、ドローパイプ9を介してチャック2の爪8の開閉を行う。この動きによって工作物がチャックに固定され、主軸5の回転が可能になる。
The movement of the axial
In the axial
主軸5の回転を行うには、図2に示すごとくクラッチ部17を前方側に押圧する付勢弾性部材26の作用力によって係合面a19と係合面aa20の噛合せを外し、両係合面間には隙間aを設け作用力を分断し、クラッチ部17の反対面となる係合面bb22と本体11に備える係合面b21を噛合せる。これによって駆動部12は本体11と切り離され、本体11は旋盤の主軸5と共に回転が自在になされることになる。付勢弾性部材26は、クラッチ部17を本体11に押圧し、係合面bb22が本体の係合面b21に噛合う方向の作用力を発生させる。
この時クラッチ部17の係合面bbは、主軸5の後端に連設する本体11に結合され、減速部23、軸力変換部24、操作軸25、ドローパイプ9、チャック2と主軸前端部に作用力が伝達され、工作物の把握保持状態が継続される。したがって、軸力変換部24によって発生する軸方向力の反力は主軸5によって加担される。
もし、回転中に過大な外力が作用した場合には、ナット28の外周に設けられた弾性体32の付勢力によって軸方向力を補償することができ安全な作業を可能にしている。
この際、クラッチ部17の係合面b21の外周に設けたセンサー27により、本体11即ち主軸5とドローパイプ9の位相を検知することによって、チャック爪8の相対位置の設定制御が可能となる。
また、主軸5の回転時は係合面b22の回転方向位相の差異をセンサー27で検知することで、ドローパイプ9の軸方向の動きを回転方向に変換し把握状態の正常または異常を監視可能とすることができる。
To rotate the
At this time, the engagement surface bb of the
If an excessive external force is applied during rotation, the axial force can be compensated by the urging force of the
At this time, the relative position of the
In addition, when the
加工作業の終了に伴い主軸5の回転停止すると、クラッチ部17の係合面b22と本体11の係合面b21が開放され、クラッチ部17の係合面aaが駆動部12側の係合面aと噛合わされる。駆動部12は工作物の固定時と反対方向に回転して、その回転力は減速部23、軸力変換部24に伝達され、操作軸25は前記動作と反対方向に進退する。これによって、チャック爪8は図示しない加工物を開放することになる。
When the rotation of the
なお、弾性体32はナット28の外周に設けたが、ネジ軸29側に設けても同様な効果が得られる。
Although the
2 チャック
3 軸力操作装置
5 主軸
9 ドローパイプ
11 本体
12 駆動部
17 クラッチ部
23 減速部
24 軸力変換部
2
Claims (5)
電力を駆動源とし回転力を発生する駆動部と、該駆動部の回転力を伝達又は遮断するためのクラッチ部と、前記駆動部の回転数を減速させる減速部と、前記減速部の回転力を主軸の軸方向に変換する軸力変換部と、該軸力変換部によって変換された軸方向力を操作軸に伝達するドローパイプを備え、前記減速部が前記クラッチ部と前記軸力変換部の間に備えられていることを特徴とするチャックの軸力操作装置。 An axial force operating device for a chuck that is attached to the rear end of the main shaft in order to operate the chuck provided at the front end of the main shaft in the axial direction of the rotary shaft,
A drive unit that generates a rotational force using electric power as a drive source, a clutch unit for transmitting or interrupting the rotational force of the drive unit, a reduction unit that decelerates the rotational speed of the drive unit, and a rotational force of the reduction unit An axial force conversion unit that converts the axial force into the axial direction of the main shaft, and a draw pipe that transmits the axial force converted by the axial force conversion unit to the operation shaft, and the speed reduction unit includes the clutch unit and the axial force conversion unit A device for operating an axial force of a chuck, wherein the chuck is provided between the two.
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WO2013186641A1 (en) * | 2012-06-14 | 2013-12-19 | Forkardt Deutschland Gmbh | Axial tension apparatus and machine tool having an axial tension apparatus |
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