JP2013141720A - 工作機械のチャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械におけるチャック装置において、モータの消費電力を抑制する。
【解決手段】ベアリング１４０（連係手段）によってピストン１７０（駆動部）を主軸２１０に対して回転可能に支持して、ピストン１７０によって生じる慣性力をモータ２３０の負荷としないようにし、モータ２３０の負荷を軽減し、工作機械の消費電力を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は工作機械のチャック装置に関する。

従来、旋盤等の工作機械は、主軸に備えられたチャック装置により加工対象物（以下、ワークという。）を固定し、ワークを主軸とともに回転させるようになっている。

チャック装置は、閉じた状態でワークを主軸に固定し、開いた状態でワークを主軸から解放する開閉自在のチャックと、チャックを開閉させる駆動部とを備え、駆動部により主軸の軸線に沿って進退移動する例えばスリーブからなる操作部材を介してチャックの開閉を操作するように構成され、駆動部として例えばピストンを用いたものが知られている（特許文献１）。

特開昭６３−１８０４０２号公報

ここで、チャック装置は主軸に一体的に装着されているため、ワークを加工する際に主軸を回転させると、ワークを固定したチャック装置自体も主軸と一体的に回転する。

主軸はモータによって駆動され、ピストンも主軸と一体的に回転するため、主軸を回転させる際の慣性モーメント（イナーシャ）が比較的大きく、主軸の応答性能の低下や、重量バランスの低下による回転時の振動、モータの消費電力が増大する等の問題点があった。

本発明に係る工作機械のチャック装置は、回転駆動される主軸に開閉自在に設けられたチャックと、前記チャックを開閉操作する操作部材と、前記操作部材を作動させる駆動部とを備え、前記駆動部を、前記主軸の軸線方向に沿って進退移動自在に設け、前記駆動部の移動により、前記操作部材を前記軸線方向に沿って進退移動させることによって前記チャックの開閉が行われる工作機械のチャック装置において、前記駆動部が、前記操作部材と一体的に前記軸線方向に沿って移動し、かつ前記主軸に対して回転するように、前記操作部材と前記駆動部とを連係する連係手段を設け、前記駆動部に対して、前記主軸が回転するように構成したことを特徴とする。

本発明に係る工作機械のチャック装置によれば、主軸の回転時に、ピストン等からなる駆動部が回転しないため、主軸の回転時の慣性モーメントを小さくすることができ、主軸の応答性能が向上する他、主軸の重量バランスが向上し、回転時の振動やモータの消費電力を抑制すること等ができる。

本発明の一実施形態に係る工作機械のチャック装置を備えた工作機械の主軸部分の長手方向に沿った縦断面図である。

以下、本発明に係る工作機械のチャック装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る工作機械のチャック装置１００を備えた工作機械の主軸部分２００の長手方向に沿った縦断面図である。

主軸台２４０に、ベアリング（アンギュラ玉軸受け）２５０，２６０を介して中空状の主軸２１０が回転自在に支持されている。主軸台２４０内には、主軸２１０を回転させるビルトインモータ２３０が設けられている。

主軸２１０の先端には、筒状の第１スリーブ１２０が主軸の軸線Ｃに沿って進退移動自在に挿入されている。第１スリーブ１２０には、コレットチャック１１０が挿入されている。

コレットチャック１１０と第１スリーブ１２０との間にはコイルバネ１５０が設けられている。コイルバネ１５０の付勢力によって、コレットチャック１１０は主軸２１０の前方Ｆの端部に設けられたキャップ２２０に当接し、位置決めされている。

主軸２１０内には、第１スリーブの後方Ｒに、筒状の第２スリーブ１３０が軸線Ｃに沿って進退移動自在に挿入されている。第２スリーブ１３０には、長孔１３１が形成され、主軸２１０に固定されたピン２７０が長孔１３１に係合している。

主軸台２４０の後端には、シリンダ１６０が固定されている。シリンダ１６０内にはエアピストン１７０（以下、ピストン１７０という。）が挿入されている。ピストン１７０は、軸線Ｃに沿って進退移動する。第２スリーブ１３０は、主軸２１０の後端から突出し、ピストン１７０に挿入されている。ピストン１７０は、主軸２１０及び第２スリーブ１３０と同心で支持されている。

第２スリーブ１３０の後方Ｒの端部とピストン１７０との間には、軸線Ｃに沿って２つのベアリング（アンギュラ玉軸受け）１４０，１４０が並設されている。これら２つのベアリング１４０，１４０は、外輪１４２，１４２同士および内輪１４１，１４１同士が互いに接している。

また、これら２つのベアリング１４０，１４０は、ワーク１０の繰り出し方向となる前側のベアリング１４０の内輪１４１が第２スリーブ１３０のフランジ側に当接するように、第２スリーブ１３０に螺合されたナット１３０ａによってそれぞれ位置決めされているとともに、前側のベアリング１４０の外輪１４２がピストン１７０のボスの内端面側に当接するように、ピストン１７０に螺合されたナット１７０ａによってそれぞれ位置決めされている。

したがって、ベアリング１４０は、軸線Ｃに沿った方向についてはピストン１７０と第２スリーブ１３０とを一体的に移動させるように連係し、軸線Ｃ回りの回転方向については、ピストン１７０と第２スリーブ１３０とを互いに回転可能とするように連係している。

シリンダ１６０の内部空間のうちピストン１７０の後方Ｒ側の端面が臨んだ空間内に高圧の空気を供給することによって、ピストン１７０が、コイルバネ１５０の弾性力に抗してシリンダ１６０の内部空間を前方Ｆの端部までストロークｓだけ移動する。

ピストン１７０の移動によって、ベアリング１４０を介して第２スリーブ１３０が、軸線Ｃに沿って前方Ｆに移動し、第２スリーブ１３０を介して第１スリーブ１２０が軸線Ｃに沿って前方Ｆに移動する。

第１スリーブ１２０の移動によって、第１スリーブ１２０のテーパ状の内周面がコレット１１０の外周面のテーパを押圧し、コレットチャック１１０が閉じる。

シリンダ１６０に対する空気の供給を停止すると、コイルバネ１５０の付勢力によって、第１スリーブ１２０と第２スリーブ１３０とを介して、ピストン１７０がシリンダ１６０の内部空間の後方Ｒの端部に押し戻され、第１スリーブ１２０の内周面によるコレットチャック１１０のテーパの押圧が解除され、コレットチャック１１０が開く。

ピストン１７０の駆動によって、第１スリーブ１２０および第２スリーブ１３０からなる操作部材を、軸線Ｃに沿って移動作動させ、コレットチャック１１０を開閉する。

第１スリーブ１２０、第２スリーブ１３０およびコレットチャック１１０を通して主軸２１０内にワーク１０を挿入し、コレットチャック１１０から突出させ、コレットチャック１１０を閉じることによってワーク１０をチャックすることができる。

ワーク１０をチャックした状態でモータ２３０により主軸２１０を回転させることによって、ワーク１０を主軸２１０と一体的に回転させ、図示しないバイト等の加工工具によって加工することができる。

コレットチャック１１０、コイルバネ１５０、第１スリーブ１２０および第２スリーブ１３０は、コレットチャック１１０がキャップ２２０に押圧され、第２スリーブ１３０がピン２７０を介して回転方向について主軸２１０と一体的に係止されているため、主軸２１０と一体的に回転する。

ピストン１７０は、第２スリーブ１３０に対してベアリング１４０を介して支持されており、主軸２１０に対して回転するため、主軸２１０が回転した際に、主軸２１０と一体的に回転することはない。シリンダ１６０は主軸台２４０に一体的に固定されているため、主軸２１０の回転により回転することはない。

このように、本実施形態のチャック装置１００は、モータ２３０が回転駆動したときであっても、ピストン１７０およびシリンダ１６０が主軸２１０と一体的に回転しないため、ワーク１０を主軸２１０とともに回転させる際のモータ２３０の動力を、ピストンやシリンダを回転させていた従来のチャック装置を用いた工作機械のモータの動力よりも低減させることができる。

従来のチャック装置に比較して、ピストン１７０ンやシリンダ１６０が主軸２１０とともに回転しない本実施形態のチャック装置１００では、主軸２１０の回転時の慣性モーメント（イナーシャ）は小さく、主軸２１０の応答速度が向上し、ワーク１０を加工のために主軸２１０を一定回転数まで上昇させるのに要する時間や、回転状態から停止させるまでに要する時間等を従来に比べて短縮することができ、加工のサイクルタイムを短縮することができる。

なお本実施形態のチャック装置１００においては、シリンダ１６０が主軸２１０と一体的に回転しないため、回転しない主軸台２４０などにシリンダ１６０を安定して支持させることができる。

また、従来のチャック装置では、主軸と一体的に回転するピストンおよびシリンダの、軸回りの重量分布を均一にして、回転を安定させる必要があるが、本実施形態のチャック装置１００は、ピストン１７０およびシリンダ１６０が回転しないため、軸回りの重量分布の均一度合いを考慮することなく、それらの形状等を選択することができるため、ピストン１７０やシリンダ１６０の設計自由度を向上させることができる。

本実施形態のチャック装置１００は、操作部材が２つのスリーブ１２０，１３０からなるが、２つのスリーブ１２０，１３０に代えて１つの長いスリーブを操作部材としてもよい。コレットチャックを軸線Ｃに沿って後方Ｒに向けて引くことで閉じる、いわゆる引型（ＰＵＬＬ型）チャックに適用することもできる。

また、本実施形態のチャック装置１００は、エアシリンダによってコレットチャック１１０を開閉させるものであるが、オイルやその他の液体を作動媒体としたシリンダを適用したものであってもよいし、その他、駆動部は、コレットチャック１１０を開閉させるように、操作部材を軸線Ｃに沿って移動作動させるものであれば如何なる構造のものであってもよい。

本実施形態のチャック装置１００は、アンギュラ玉軸受けにより、ピストン１７０を主軸２１０に対して回転自在に支持しつつ、軸線Ｃに沿った移動に伴って生じるスラスト荷重を受けることができるが、他の形式の軸受け等を適用することもできる。例えば、円筒ころベアリングを適用してもよいし、スラストベアリングを適用することもできる。

スラストベアリングを適用する場合は、スラストベアリングの一方の端面を第２スリーブ１３０のフランジに接するように、かつスラストベアリングの他方の端面をピストン１７０に接するように配置した構成とすることで、ピストン１７０を回転可能に支持する構成を実現することができる。

また、ピストン１７０を回転可能に支持する構成としては、上述した各種ベアリングに限定するものではなく、滑り軸受けや流体軸受けなどを使用して構成することもできる。

なお、滑り軸受けや流体軸受を使用して、ピストン１７０を主軸２１０（第２スリーブ１３０）に対して回転自在に支持する場合は、ベアリング１４０に代えて、凹凸部等によってピストン１７０側と第２スリーブ１３０側とを係合させ、ピストン１７０と第２スリーブ１３０とを一体的に、主軸２１０の軸線方向に沿って移動させることができる。

１０ ワーク
１００ チャック装置
１１０ コレットチャック（チャック）
１２０ 第１スリーブ（操作部材）
１３０ 第２スリーブ（操作部材）
１３１ 長孔
１４０ ベアリング（連係手段）
１４１ 内輪
１４２ 外輪
１５０ コイルバネ
１６０ シリンダ
１７０ エアピストン（駆動部）
２００ 主軸部分
２１０ 主軸
２２０ キャップ
２３０ モータ
２４０ 主軸台
２５０，２６０ ベアリング
２７０ ピン
Ｃ 軸線
Ｆ 前方
Ｒ 後方
ｓ ストローク

Claims (4)

1. 回転駆動される主軸に開閉自在に設けられたチャックと、前記チャックを開閉操作する操作部材と、前記操作部材を作動させる駆動部とを備え、
   前記駆動部を、前記主軸の軸線方向に沿って進退移動自在に設け、
   前記駆動部の移動により、前記操作部材を前記軸線方向に沿って進退移動させることによって前記チャックの開閉が行われる工作機械のチャック装置において、
   前記駆動部が、前記操作部材と一体的に前記軸線方向に沿って移動し、かつ前記主軸に対して回転するように、前記操作部材と前記駆動部とを連係する連係手段を設け、
   前記駆動部に対して、前記主軸が回転するように構成したことを特徴とする工作機械のチャック装置。
2. 前記操作部材を、前記主軸と一体的に回転するように前記主軸側に設け、前記駆動部を前記操作部材に回転自在に支持したことを特徴とする請求項１に記載の工作機械のチャック装置。
3. 前記駆動部が、シリンダの内部空間に設けられ、前記軸線方向に沿って往復駆動されるピストンからなることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械のチャック装置。
4. 前記連係手段がベアリングからなることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の工作機械のチャック装置。