JP2015174160A - チャック開閉機構及び該チャック開閉を有する工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】チャック開閉機構において、スリーブを軸方向に押圧する際の片当たりと、スリーブの鉛直方向への落下等を原因とするワークの加工精度低下の問題を解消すること。
【解決手段】中空筒形状の主軸３２内に挿入され、主軸３２に設けられたチャック３７の開閉動作を行うチャック開閉スリーブ４０と、チャック開閉スリーブ４０を摺動駆動する駆動機構４２と、主軸３２内であって、駆動機構４２とチャック開閉スリーブ４０との間に配置され、チャック開閉スリーブ４０と球面状に接触するバランススリーブ４１と、を有し、駆動機構４２により、バランススリーブ４１を介して、チャック開閉スリーブ４０を駆動することによってチャック３７を開閉するチャック開閉機構において、バランススリーブ４１の外周面に、バランススリーブ４１の主軸３２内での揺動を許容するように主軸３２の内周面と接する突起部４７が設けられたことを特徴とするチャック開閉機構。
【選択図】図３

Description

本発明は、チャック開閉機構及び該チャック開閉を有する工作機械に関する。

自動旋盤等の工作機械において、ワークを開閉自在に把持するチャックの開閉機構として、中空筒形状の主軸内にスリーブを摺動自在に挿入し、該スリーブを駆動機構によって摺動操作する機構が知られている。この機構では、スリーブを軸方向に押圧する際に、片当たり等により押圧力が中心軸に対し均等でない等の操作時のアンバランスにより製品精度の誤差が生じる場合がある。

特許文献１には、かかる問題点に対し、チャッキングパウルとコレットまたはコレットスリーブ間に主軸軸線上に円運動が行えるように相対応したスリーブを介在させること、さらには円筒状のシーソー運動の行えるシーソースリーブを介在させることが記載されている。

特開昭５４−７４５６９号公報

前記シーソースリーブは形状が複雑で種々のチャック開閉機構に容易に適用することは難しい。チャッキングパウルとコレットまたはコレットスリーブ間に、主軸軸線上に円運動が行えるように相対応したスリーブを介在させる場合、主軸とその内部に挿入したスリーブとの嵌め合いは、スリーブの揺動や軸方向への摺動の都合上、隙間嵌めとならざるを得ない。そのため、重力等によって、スリーブは嵌め合いの隙間の範囲内で鉛直方向に落下し、主軸内で偏心して配置されてしまい、主軸の回転時に振動を発生させ、ワークの加工精度を低下させる原因となる。一方で、主軸とスリーブとの嵌め合いの隙間が小さくなるよう加工すると、スリーブは主軸内で揺動することが容易ではなく、スリーブを押圧する際の片当たりの問題を解消できない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、チャック開閉機構において、スリーブを軸方向に押圧する際の片当たりと、スリーブの鉛直方向への落下等によるワークの加工精度低下の問題を解消することである。

上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。

（１）中空筒形状の主軸内に摺動自在に挿入され、前記主軸に設けられたチャックの開閉動作を行うチャック開閉スリーブと、前記チャック開閉スリーブを摺動駆動する駆動機構と、前記主軸内であって、前記駆動機構と前記チャック開閉スリーブとの間に配置されるように、前記主軸内に設けられ、前記チャック開閉スリーブと球面を介して接触するバランススリーブと、を有し、前記駆動機構により、前記バランススリーブを介して、前記チャック開閉スリーブを摺動駆動することによって前記チャックを開閉するチャック開閉機構において、前記バランススリーブの外周面に、前記バランススリーブの前記主軸内での揺動を許容するように前記主軸の内周面と接する突起部が設けられたことを特徴とするチャック開閉機構。

（２）（１）において、前記突起部は、前記バランススリーブの後端に設けられるチャック開閉機構。

（３）（１）又は（２）において、前記突起部の外周面は、軸方向に沿った断面において外側に凸となる曲面であるチャック開閉機構。

（４）（１）〜（３）のいずれかのチャック開閉機構を備えた工作機械。

上記（１）の側面によれば、チャック開閉機構において、バランススリーブを、主軸の軸線上に揺動中心を位置させて、円滑に揺動させることができるため、チャック開閉スリーブを軸方向に押圧する際の片当たりと、チャック開閉スリーブの鉛直方向への落下等を原因とするワークの加工精度低下の問題を解消することができる。

上記（２）の側面によれば、チャック開閉スリーブを確実に押圧することができる。

上記（３）の側面によれば、突起部がバランススリーブの揺動を阻害しにくい。

上記（４）の側面によれば、バランススリーブを、主軸の軸線上に揺動中心を位置させて、円滑に揺動させることができるため、スリーブを軸方向に押圧する際の片当たりと、スリーブの鉛直方向への落下等を原因とするワークの加工精度低下の問題を解消する工作機械が得られる。

本発明の実施形態に係るチャック開閉機構を有する工作機械全体の外観を俯瞰する斜視図である。 主軸の要部断面図である。 バランススリーブ近辺の拡大断面図である。 図３において、バランススリーブが主軸内で揺動した状態を示す図である。 図３において、突起部を設けなかった場合を比較例として示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るチャック開閉機構を有する工作機械１全体の外観を俯瞰する斜視図である。なお、同図では、工作機械１の機構が視認できるよう、カバーの類は取り外した状態を示している。

本実施形態では、工作機械１はいわゆる主軸台移動型の自動旋盤である。工作機械１のベッド２上部には主軸台３が設けられており、主軸台３に加工対象物であるワーク４を把持する主軸３２が回転駆動自在に支持されている。長尺の丸棒形状のワーク４は主軸台３の裏側に設けられたフィーダ５により連続的に主軸３２に供給され、主軸３２を貫通し、ガイドブッシュ６に挿し込まれて支持される。主軸台３はワーク４の軸方向に移動可能であり、主軸３２がワーク４を保持した状態で軸方向に移動することにより、ワーク４をガイドブッシュ６から突出させる。

ガイドブッシュ６に近接して、送り機構７に支持された刃物台８が取り付けられており、刃物台８に支持された工具をガイドブッシュ６から突出するワーク４に押しあてることにより、ワーク４の加工を行うことができる。

また、工作機械１は第２の主軸として、いわゆる背面主軸９を備えており、主軸３２によって加工されて突切りされたワーク４の背面の加工ができるようになっている。背面主軸９は送り機構１０に支持された背面主軸台１１に回転駆動自在に支持されている。背面主軸９に把持されたワーク４は、背面主軸台１１の移動によって背面主軸９による加工用の刃物台１４に設けられる工具によって加工される。

なお、ここでは一例として、工作機械１を背面主軸を備えた主軸移動型のＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）自動旋盤として示したが、工作機械１は必ずしも背面主軸を備えておらずともよく、主軸台固定型の旋盤であってもよい。また工作機械１が自動旋盤であること、ワーク４が主軸台３の裏側から供給されること、ＣＮＣ旋盤であることは必ずしも必要ではなく、さらに、工作機械１は、ワーク４を把持する回転駆動自在な主軸を備えるものであれば、旋盤でなくともよい。

図２は主軸３２の要部断面図である。同図には、主軸３２の周囲の部材が併せて示されている。

主軸３２はワーク４（想像線（二点鎖線）で外形を示した）を保持するチャックの一例であるコレットチャック３７を備えた中空円筒形状であり、主軸台３のハウジング３０にベアリング３４を介して回転自在に支持される。主軸３２は、本実施形態では、主軸３２に固定されたロータ３５と、ハウジング３０に固定されたステータ３６とを備えたビルトインモータ３３によって回転駆動される。

図中左側に示した主軸３２の先端部には、主軸３２の軸線１２と同軸にチャックスリーブ３８が摺動自在に挿入されており、コレットチャック３７は、チャックスリーブ３８内に挿入されている。コレットチャック３７とチャックスリーブ３８との間には圧縮コイルスプリング３９が配置される。コレットチャック３７は主軸３２の先端に設けられたキャップ３１によって位置決めされており、チャックスリーブ３８を先端方向（図中左方向）に押圧すると、チャックスリーブ３８のテーパ面がコレットチャック３７のテーパ面を押圧し、コレットチャック３７が閉じ、ワーク４が保持される。チャックスリーブ３８への押圧力を取り除くと、圧縮コイルスプリング３９の作用によりテーパ面が離れ、コレットチャック３７が開き、ワーク４の保持状態は解除される。

主軸３２内には、さらに、軸線１２と同軸に中空筒状のチャック開閉スリーブ４０が挿入されている。チャック開閉スリーブ４０は主軸３２内で軸方向に摺動可能であり、チャック開閉スリーブ４０の一端である先端面はチャックスリーブ３８の後端面と当接している。チャック開閉スリーブ４０の他端である後端面は凹状球面の一部となる形状を有している。

主軸３２内には、軸線１２と同軸に中空筒形状のバランススリーブ４１が挿入されている。バランススリーブ４１の先端面は、チャック開閉スリーブ４０の後端面形状に応じた凸状球面の一部となる形状を有する。バランススリーブ４１は、先端の球面が、チャック開閉スリーブ４０の後端面と接することによって、チャック開閉スリーブ４０と球面を介して接触している。バランススリーブ４１は主軸３２内で軸方向に摺動可能であると同時に、その円筒部が主軸３２の内周面に対し隙間ばめの関係となる寸法で形成されているため、主軸３２内部で若干の揺動が可能である。

バランススリーブ４１は適宜の駆動機構４２により軸方向に押圧され、主軸３２内を摺動する。本実施形態において、駆動機構４２は、図２に示したような形状の１対のチャック爪４３と主軸３２に外挿されたテーパ面つきのボビン４４、及び図示しないボビン４４の駆動手段等から構成される。チャック爪４３は主軸３２に部分的に設けられた開口（図中破線で示した）を通してバランススリーブ４１の後端面に接触するように設けられている。

駆動機構４２の動作は従来公知であるため、詳細な説明は割愛するが、ボビン４４を軸方向に移動させ、チャック爪４３のアーム４５がボビン４４の周面に乗り上げることによりチャック爪４３が回転すると、チャック爪４３はバランススリーブ４１の後端面を軸方向に押圧する。この押圧力によってバランススリーブ４１を介してチャック開閉スリーブ４０が前方に摺動し、チャックスリーブ３８を先端方向に押圧し、コレットチャック３７を閉じるように作動させる。なおボビン４４の周面がチャック爪４３のアーム４５に接触していない状態では、チャック爪４３による押圧力がバランススリーブ４１に作用せず、圧縮コイルスプリング３９によって、チャックスリーブ３８を介してチャック開閉スリーブ４０が後方に押圧され、バランススリーブ４１がチャック爪４３に追従するように後方に移動し、コレットチャック３７を開状態とする。図２では、軸線１２の上側はコレットチャック３７が開の状態を、軸線１２の下側はコレットチャック３７が閉の状態を示している。

図３はバランススリーブ４１近辺の拡大断面図である。同図には、主軸３２及びチャック開閉スリーブ４０が併せて示されている。本実施形態では、バランススリーブ４１は、円筒形状の筒状本体４６の外周面の後端に部分的に突起部４７が設けられた形状をしている。筒状本体４６の先端面４８を形成する球面は、筒状本体４６の軸線上の筒状本体４６の後端位置を中心としている。図３中には、筒状本体４６の先端面４８が属する球面を想像線により仮想的に示した。

突起部４７は主軸３２の内周面と接触するような寸法となっており、これによりバランススリーブ４１の主軸３２内での鉛直方向の動きが拘束されるため、先端面４８の中心Ｃは主軸３２の軸線１２上に位置することになる。また、突起部４７はバランススリーブ４１の主軸３２内での揺動を許容するように設けられる。すなわち、突起部４７は筒状本体４６の外周面の一部分にのみ設けられるので、バランススリーブ４１は、突起部４７が主軸３２の内周面と接触しながら、突起部４７を支点として、概ねバランススリーブ４１の先端面４８の球面中心Ｃをその運動の中心として揺動できる。バランススリーブ４１が揺動した状態であっても先端面４８とチャック開閉スリーブ４０の後端面との前記球面を介した接触は保たれる。これによってチャック開閉スリーブ４０は、軸線が先端面４８の中心Ｃを通るように倣うので、チャック開閉スリーブ４０の軸線と主軸３２の軸線１２とが一致した状態を維持できる。突起部４７の外周面は図示の断面、すなわち軸方向に沿った断面において、外側に凸となる曲面とすることができる。このような形状であれば突起部４７が主軸３２内におけるバランススリーブ４１の揺動を妨げず、バランススリーブ４１の揺動が円滑に行われる。

突起部４７の外周面は、図３に示したように先端面４８と共通の中心Ｃを持つ同心の球面とすることができる。図４は、図３において、バランススリーブ４１が主軸３２内で揺動した状態を示す図である。同図に示されるように、突起部４７の外周面と先端面４８が中心Ｃを共通にしていると、バランススリーブ４１は中心Ｃの周りに回転するため、中心Ｃは動くことが無く、主軸３２の軸線１２上から外れない。

このように、バランススリーブ４１の揺動を許容することで、図２に示したチャック爪４３の仕上がり精度や取り付け精度等の影響により、チャック爪４３ごとにバランススリーブ４１の押圧量に不均一が生じた場合においても（いわゆる片当たり）、バランススリーブ４１が揺動してこれを吸収し、チャック開閉スリーブ４０を正しく軸線１２方向に押圧することができる。

なお、例えば、突起部４７をバランススリーブ４１の後端でない位置に設けたり、突起部４７の外周面の中心を先端面４８の中心Ｃからずれた位置としたりしても程度の差は生じるものの、上記と同様の効果が得られる。

ただし上述したように、バランススリーブ４１の先端面は、バランススリーブ４１の揺動中心を中心とした球面とすることが望ましく、突起部４７をバランススリーブ４１の後端でない位置に設けた場合は、バランススリーブ４１の先端面を、突起部４７に応じて設定される揺動中心を中心とした球面とすることが望ましい。

また上記実施形態においては、チャック開閉スリーブ４０の後端面は、バランススリーブ４１の先端面（球面）に相対応する球面形状としたが、揺動するバランススリーブ４１の先端面に均等に接する形状であればどのような形状でもよい。チャック開閉スリーブ４０の後端面を、例えばバランススリーブ４１の先端面（球面）に接するテーパ面等とすることができる。

以上説明した本実施形態の効果をより理解するため、図５を用いて、突起部４７を設けなかった場合について述べる。

図５は、図３において、突起部４７を設けなかった場合を比較例として示す図である。この場合、図示のように、バランススリーブ４１は重力等によって、主軸３２の内周面との嵌め合いの隙間の範囲内で鉛直方向に落下する。その結果、先端面４８の中心Ｃは主軸３２の軸線１２より鉛直下側にずれることになる。

この状態でバランススリーブ４１をチャック開閉スリーブ４０に向かって押圧すると、チャック開閉スリーブ４０の後端面は、バランススリーブ４１の先端面４８に倣って接触する。その結果、チャック開閉スリーブ４０はその軸線１３が傾き、主軸３２の軸線１２からずれてしまう。この状態では、比較的質量の大きいチャック開閉スリーブ４０が主軸３２内で偏心して配置されることになってしまい、主軸３２の回転時の振動発生の原因となり、比較的大きな主軸３２の振れが発生してワーク４の加工精度を低下させる原因となる。

これに対し、これまでの説明より明らかなように、本実施形態に係るバランススリーブ４１ではこれらの問題は生じることが無く、解消されている。

また、以上説明した実施形態に示した具体的な構成は例示として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、各部材あるいはその部分の形状や数、配置等を適宜変更したり、例示された実施形態を互いに組み合わせたりしてもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

１ 旋盤、２ ベッド、３ 主軸台、４ ワーク、５ フィーダ、６ ガイドブッシュ、７ 送り機構、８ 刃物台、９背面主軸、１０ 送り機構、１１ 背面主軸台、１２ 軸線、１３ 軸線、１４ 刃物台、３０ ハウジング、３１ キャップ、３２ 主軸、３３ ビルトインモータ、３４ ベアリング、３５ ロータ、３６ ステータ、３７ コレットチャック（チャック）、３８ チャックスリーブ、３９ 圧縮コイルスプリング、４０ チャック開閉スリーブ、４１ バランススリーブ、４２ 駆動機構、４３ チャック爪、４４ ボビン、４５ アーム、４６ 筒状本体、４７ 突起部、４８ 先端面。

Claims (4)

1. 中空筒形状の主軸内に摺動自在に挿入され、前記主軸に設けられたチャックの開閉動作を行うチャック開閉スリーブと、
   前記チャック開閉スリーブを摺動駆動する駆動機構と、
   前記主軸内であって、前記駆動機構と前記チャック開閉スリーブとの間に配置されるように、前記主軸内に設けられ、前記チャック開閉スリーブと球面を介して接触するバランススリーブと、
   を有し、
   前記駆動機構により、前記バランススリーブを介して、前記チャック開閉スリーブを摺動駆動することによって前記チャックを開閉するチャック開閉機構において、
   前記バランススリーブの外周面に、前記バランススリーブの前記主軸内での揺動を許容するように前記主軸の内周面と接する突起部が設けられたことを特徴とするチャック開閉機構。
2. 前記突起部は、前記バランススリーブの後端に設けられる請求項１に記載のチャック開閉機構。
3. 前記突起部の外周面は、軸方向に沿った断面において外側に凸となる曲面である請求項１又は２に記載のチャック開閉機構。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のチャック開閉機構を備えた工作機械。

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