JP2018149608A - 旋回主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸装置に供給する流体が漏れたときの不具合を解消できる旋回主軸装置を提供する。
【解決手段】旋回主軸装置１は、旋回軸２１と、旋回軸２１を傾斜させた状態で回転可能に支持する固定本体部２３と、旋回軸２１と共に回転可能で主軸装置３０を旋回軸２１の旋回軸線Ｄ回りで旋回可能に支持する旋回本体部２２と、を備え、旋回軸２１を回転させて主軸装置３０の姿勢を変化させる。そして、固定本体部２３及び旋回本体部２２の内部に設けられ、主軸装置３０への電気を通す電気配線路２６と、固定本体部２３及び旋回本体部２２の外部に設けられ、主軸装置３０への複数の供給流体のうち少なくとも１つを通す外部流体配管路２８と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、旋回主軸装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、旋回主軸装置を備える工作機械が記載されている。この旋回主軸装置は、旋回軸を４５度に傾斜させた状態で回転可能に支持する固定本体部と、旋回軸と共に回転可能な旋回本体部と、旋回軸回りで旋回本体部に支持される主軸装置とを備える。旋回主軸装置は、主軸装置を旋回軸回りで旋回させて垂直姿勢と水平姿勢の間で旋回割出しを行う。

特開平７−１２０６号公報

旋回主軸装置を備える工作機械では、主軸装置に装着される回転工具と工作物との加工点を冷却するために、回転工具の先端側に水溶性のクーラントを供給する必要がある。一般的に、旋回主軸装置では、回転工具の先端側にクーラントを供給する場合、流体ディストリビュータ（多ポートロータリージョイントともいう、以下、単に「ディストリビュータ」という）が多く用いられる。

ディストリビュータは、複数のポートがそれぞれ設けられる固定スリーブ及び回転スリーブを備える。そして、固定本体部内において旋回軸の旋回軸線と同軸に配置され、固定スリーブと回転スリーブの間に設ける摺動式の回転シールによって、各ポートの流体を封止する。

しかし、ディストリビュータでは、クーラントを流通させるとき、濾過しきれずに混入している切粉等により回転シールが切れた場合、クーラントの漏れが発生して旋回本体部内にクーラントが充満するという不具合が発生する。この場合、作業者は、固定本体部からディストリビュータを取り外して回転シールを交換し、さらに旋回本体部内のクーラントを除去する必要があり、復旧のための多大な作業工数が掛かることになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、主軸装置に供給する流体が漏れたときの不具合を解消できる旋回主軸装置を提供することを目的とする。

本手段に係る旋回主軸装置は、旋回軸と、旋回軸を回転可能に支持する固定本体部と、旋回軸と共に回転可能で主軸装置を旋回軸の旋回軸線回りで旋回可能に支持する旋回本体部と、を備え、旋回軸を回転させて主軸装置の姿勢を変化させる。そして、固定本体部及び旋回本体部の内部に設けられ、主軸装置への電気を通す電気配線路と、固定本体部及び旋回本体部の外部に設けられ、主軸装置への複数の供給流体のうち少なくとも１つを通す外部流体配管路と、を備える。

これにより、外部流体配管路は、固定本体部及び旋回本体部の外部に設けられるので、外部流体配管路から供給流体が漏れても旋回本体部内にクーラントが充満するという不具合の発生を防止できる。特に、電気配線路と外部流体配管路は、固定本体部及び旋回本体部の壁面を隔てて離間した位置に設けられるので、外部流体配管路から漏れた供給流体が電気配線路に影響を及ぼすことはない。よって、従来のように、復旧のための多大な作業工数が掛かることはなく、簡易な作業で復旧できる。

本発明の実施形態の旋回主軸装置を備える工作機械の斜視図である。 旋回主軸装置の斜視図である。 旋回主軸装置における主軸の旋回範囲を旋回軸線方向から見た図である。 旋回主軸装置の一部断面図である。 旋回主軸装置の流体配管路連通部の周辺を示す断面図である。 ガイドのリンク部材を径方向から見た図である。 ガイドのリンク部材を軸線方向（図５Ａの左方）から見た図である。 ガイドを構成する複数のリンク部材の連結状態を示す図である。 ガイドを構成する複数のリンク部材が回転した状態を示す図である。 工作機械の動作を説明するためのフローチャートである。

（１．旋回主軸装置を備える工作機械の構成）
本実施形態の旋回主軸装置を備える工作機械の一例として、５軸マシニングセンタを例に挙げて説明する。図１に示すように、工作機械１は、ベッド１１、コラム１２、サドル１３、旋回主軸装置２０、スライドテーブル１４及びターンテーブル１５を備える。ベッド１１は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ベッド１１上には、コラム１２が起立して設けられる。

コラム１２の側面には、サドル１３がＸ軸線方向に移動可能に設けられる。サドル１３の側面には、主軸装置３０が取り付けられる旋回主軸装置２０がＹ軸線方向に移動可能に設けられる。また、ベッド１１上には、スライドテーブル１４がＺ軸線方向に移動可能に設けられる。スライドテーブル１４上には、ターンテーブル１５がＹ軸線回り（Ｂ軸）に回転可能に設けられる。ターンテーブル１５には、図略の工作物が治具を介して固定される。

図２Ａ及び図３に示すように、旋回主軸装置２０は、旋回軸２１、旋回本体部２２及び固定本体部２３を備える。本例の旋回主軸装置２０は、固定本体部２３に対して旋回軸２１を旋回本体部２２と共に回転させて、図２Ｂに示すように、主軸装置３０の姿勢（回転軸線Ｒの向き）を水平方向（０度）から垂直方向（１８０度）を経て所定角度θ（例えば、２１０度）までの間で変化させて主軸装置３０の旋回割出しを行う装置である。

図３に示すように、旋回軸２１は、略中空円筒状の旋回軸本体２１Ａ、中空円筒状の回転スリーブ２４及び中空円筒状の固定スリーブ２５を有し、旋回軸線ＤがＺ軸線に対し４５度傾斜するように固定本体部２３内に配置される。旋回軸本体２１Ａは、固定本体部２３内で図略のモータ及び減速機構により回転駆動可能に支持される。回転スリーブ２４は、旋回軸本体２１Ａの内周に同軸（旋回軸線Ｄ）で挿入され、旋回軸本体２１Ａと共に回転可能に設けられる。固定スリーブ２５は、回転スリーブ２４の内周に同軸（旋回軸線Ｄ）で嵌入され、固定本体部２３に固定され回転規制される。

旋回本体部２２は、旋回軸本体２１Ａの下端に回転スリーブ２４と共に旋回軸線Ｄ回りに回転可能に設けられる。旋回本体部２２には、主軸装置３０が主軸３１の回転軸線Ｒを旋回軸２１の旋回軸線Ｄに対し４５度傾斜させた状態で旋回軸線Ｄ回りで旋回可能に支持される。主軸３１の先端側には、回転工具３２が着脱可能に取り付けられ、主軸３１の後端側には、主軸３１の回転用モータ３３のモータ軸が連結される。

固定本体部２３は、サドル１３の側面にＹ軸線方向に移動可能に設けられる。固定本体部２３の内部には、主軸装置３０への電気を通す電気配線路２６が設けられる。すなわち、電気配線路２６は、固定本体部２３の内部から固定スリーブ２５の中心孔２５ｅに挿入されるガイド５０を通って旋回本体部２２の内部へ至るように設けられる。ガイド５０は、詳細は後述するが、電気配線路２９を旋回本体部２２の回転に追従させて案内することで、電気配線路２６を緩やかに屈曲させる。これにより、電気配線路２６の破断や破損を防止できる。

そして、旋回本体部２２の内部には、電気配線路２６と接続する配線路接続部２７が設けられる。この配線路接続部２７は、図略の電気配線により主軸装置３０等と接続される。電気配線路２６としては、主軸３１の回転用モータ３３の駆動用の動力線や旋回本体部２２の回転位相角度を検出する図略のロータリーエンコーダの信号線、もしくはレーザ光を通す光ファイバ等がある。

図２及び図３に示すように、固定本体部２３の外部には、主軸装置３０への複数の供給流体、例えばクーラント、潤滑油、オイルミスト等のうちクーラントを通す管状の外部流体配管路２８が設けられる。外部流体配管路２８には、第一経路２８ａ及び第二経路２８ｂが設けられる。外部流体配管路２８は、固定本体部２３の外側面に設けられるサドル１３側から連通する中継部２９と、旋回本体部２２の旋回軸線Ｄ上の先端外部に設けられる流体配管路連通部４０との間を連通するように設けられる。

流体配管路連通部４０、外部流体配管路２８及び中継部２９は、旋回本体部２２の外壁により配線路接続部２７と隔離されているので、流体配管路連通部４０等からクーラントが漏れても従来のように旋回本体部２２内にクーラントが充満することはなく、また電気配線路２６に影響を及ぼすことはない。また、固定本体部２３の内部には、クーラント以外の供給流体、例えば潤滑油、オイルミスト等を通す内部流体配管路２３ａ（図３の破線の矢印で示す経路）が、固定本体部２３から固定スリーブ２５及び回転スリーブ２４を通って旋回本体部２２に至るように設けられる。

図４に示すように、流体配管路連通部４０は、円筒状の固定連通部４１、並びに固定連通部４１の外周に同軸（旋回軸線Ｄ）で回転シール４３及び軸受４４を介して回転可能に嵌入される中空円筒状の回転連通部４２等を備える。この流体配管路連通部４０では、クーラントを流通させるとき、濾過しきれずに混入している切粉等により回転シール４３が切れた場合、作業者は、外部流体配管路２８を固定連通部４１から外し、固定連通部４１を旋回本体部２２から外して回転シール４３を交換する作業のみでよいので、作業工数を従来より大幅に削減できる。また、高圧クーラントを流通させる場合、回転シール４３の径を小さくできるため、旋回軸本体２１Ａ（旋回本体部２２）の回転用のモータの起動トルクを低減できる。

固定連通部４１には、中心軸線（旋回軸線Ｄ）に沿って両端面を貫通する第一孔４１ａ、及び第一孔４１ａと平行に下方の端面から途中まで延び、そこから直角に曲がって周面に設けられた円環状の溝４１ｃに貫通する第二孔４１ｂが設けられる。固定連通部４１の上方の端面と対向する旋回本体部２２には、第一孔４１ａと連通する円筒状の空間２３ｂが設けられる。

そして、旋回本体部２２には、空間２３ｂと連通する第一管路２３ｃが設けられる。第一管路２３ｃは、主軸装置３０のハウジング３４の後端面中心部から主軸３１の中心を通って回転工具３２の先端部に至る流体経路３５（図３の一点鎖線の矢印で示す経路３５）と繋がっている。

回転連通部４２は、旋回本体部２２と共に旋回軸線Ｄ回りに回転可能に旋回本体部２２に固定される。回転連通部４２には、固定連通部４１の周面に設けられた円環状の溝４１ｃと連通する孔４２ａが穿設される。そして、旋回本体部２２には、孔４２ａと連通する第二管路２３ｄが設けられる。第二管路２３ｄは、主軸装置３０のハウジング３４の後端面からハウジング３４の前端面に至る流体経路３６（図３の二点鎖線の矢印で示す経路３６）と繋がっている。

外部流体配管路２８は、外部流体配管路２８の第一経路２８ａが固定連通部４１の第一孔４１ａに連通し、且つ外部流体配管路２８の第二経路２８ｂが固定連通部４１の第二孔４１ｂに連通するように固定される。旋回本体部２２が、回転連通部４２と共に旋回軸線Ｄ回りに回転するとき、外部流体配管路２８は、固定連通部４１と共に定位置で静止しているので、外部流体配管路２８は、旋回本体部２２と干渉しない形態で配管する。

外部流体配管路２８の第一経路２８ａを通るクーラントは、固定連通部４１の第一孔４１ａから旋回本体部２２の空間２３ｂ及び第一管路２３ｃを通って、主軸装置３０のハウジング３４の後端面中心部から主軸３１の中心を通って回転工具３２の先端部で放出される（図３の一点鎖線の矢印で示す経路３５）。

また、外部流体配管路２８の第二経路２８ｂを通るクーラントは、固定連通部４１の第二孔４１ｂから固定連通部４１の溝４１ｃ、回転連通部４２の孔４２ａ及び第二管路２３ｄを通って、主軸装置３０のハウジング３４の後端面からハウジング３４の前端面で放出される（図３の二点鎖線の矢印で示す経路３６）。

（２．ガイドの構造）
ガイド５０は、旋回主軸装置２０の旋回運動で電気配線路２６が所定の許容範囲を超えてねじれないように案内する部材である。ガイド５０は、複数の環状のリンク部材５１を備える。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、リンク部材５１は、小径部５２及び大径部５３が同軸で段差を持って一体化された形状に形成される。

小径部５２の外径は、大径部５３の内径より若干小さく形成される。小径部５２の外周には、ピン５４が着脱可能に突設される。大径部５３の外周には、ピン５４の外径より若干大きい幅で周方向に延びる貫通した溝部５５が穿設される。小径部５２及び大径部５３の内周には、周方向に９０度の間隔で配置される仕切り板５６が軸線方向に延びるように形成される。すなわち、リンク部材５１には、周方向に４つの領域Ａ１−Ａ４が形成される。

図６Ａに示すように、複数のリンク部材５１は、中心が同一線上に並び且つ隣り合うリンク部材５１の大径部５３の内周に小径部５２の外周が摺動可能に嵌り込むように配置される。そして、各リンク部材５１は、ピン５４が溝部５５にそれぞれ挿入されて取り付けられ一体的に連接される。１つのリンク部材５１の大径部５３の内周が、隣り合うリンク部材５１の小径部５２の外周に沿って回転すると、ピン５４は、溝部５５内において溝部５５に沿って摺動する。これにより、１つのリンク部材５１は、ピン５４が溝部５５の一端から他端へ摺動する距離に相当する角度だけ回転可能、すなわち所定角度に回転規制される。

図３に示すように、ガイド５０は、固定スリーブ２５の中心孔２５ｅに挿入される。そして、下端のリンク部材５１は、フランジ２４ａを介して回転スリーブ２４にボルト締結され、上端のリンク部材５１は、フランジ２５ａを介して固定スリーブ２５にボルト締結される。そして、ガイド５０の各領域Ａ１−Ａ４は、直線状に連通した形状、すなわち円筒形状を軸線方向に４分割した形状となる。各領域Ａ１−Ａ４には、電気配線路２６が通される。

ガイド５０は、旋回本体部２２が回転スリーブ２４と共に旋回軸線Ｄ回りに回転すると、先ず、回転スリーブ２４と共に図３の下端のリンク部材５１が旋回軸線Ｄ回りに回転する。この下端のリンク部材５１は、ピン５４が溝部５５の一端側（図６Ａに示す溝部５５の下端側）から移動して他端側（図６Ａに示す溝部５５の上端側）に当接するまで回転する。

次に、ガイド５０は、図３の下端のリンク部材５１と共に隣り合う上側のリンク部材５１が旋回軸線Ｄ回りに回転する。この隣り合う上側のリンク部材５１は、ピン５４が溝部５５の一端側（図６Ａに示す溝部５５の下端側）から移動して他端側（図６Ａに示す溝部５５の上端側）に当接するまで回転する。このように、ガイド５０は、図３の下端のリンク部材５１から上端のリンク部材５１に向かって順次回転する。そして、最終的に、全てのリンク部材５１の回転が完了すると、各ピン５４は、溝部５５の他端側（図６Ｂに示す溝部５５の上端側）に当接した状態となる。

そして、ガイド５０の各領域Ａ１−Ａ４は、各リンク部材５１の回転に伴って徐々にずれて螺旋状になる。電気配線路２６は、仕切り板５６に押されて緩やかな螺旋を描くように屈曲することで、ガイド５０の各領域Ａ１−Ａ４の螺旋状のずれ動作に対応するので、局所的に急激なねじれを生じることはなく、破断や破損が生じるおそれはない。

（３．旋回主軸装置を備える工作機械の動作）
次に、旋回主軸装置２０を備える工作機械１の工作物に対する加工動作について図を参照して説明する。なお、本例では、工作物の一側面に傾斜した複数の孔を穿設する加工動作について説明する。

工作機械１の制御装置は、工作機械１に設けられるオイルポンプを駆動してオイルタンクからオイルを汲み上げ、配管から内部流体配管路２３ａを通して旋回本体部２２に供給開始する。また、工作機械１に設けられるクーラントポンプを駆動してクーラントタンクからクーラントを汲み上げ、配管から中継部２９を通して外部流体配管路２８に供給開始する（図７のステップＳ１）。

外部流体配管路２８の第一経路２８ａに供給されるクーラントは、固定連通部４１の第一孔４１ａから旋回本体部２２の空間２３ｂを介して第一管路２３ｃを通り、さらに主軸装置３０のハウジング３４の後端面中心部から主軸３１の中心を通って回転工具３２の先端部に供給される（図３の一点鎖線の矢印で示す経路３５）。

外部流体配管路２８の第二経路２８ｂに供給されるクーラントは、固定連通部４１の第二孔４１ｂから溝４１ｃを介して第二管路２３ｄを通り、さらに主軸装置３０のハウジング３４の後端面からハウジング３４の前端面に供給される（図３の二点鎖線の矢印で示す経路３６）。

制御装置は、ターンテーブル１５を回転させて工作物の加工側面を回転工具３２側に位置決めし、主軸３１の回転用モータ３３を駆動して回転工具３２を回転開始する（図７のステップＳ２）。そして、旋回軸本体２１Ａのモータを駆動して旋回本体部２２を回転し、主軸装置３０を旋回させて回転工具３２の回転位相を割出し（図７のステップＳ３）、サドル１３、旋回主軸装置２０及びスライドテーブル１４をＸ，Ｙ，Ｚ軸線方向にそれぞれ移動させて加工開始する（図７のステップＳ４，Ｓ５）。

制御装置は、加工が終了したか否かを判断し（図７のステップＳ６）、加工が終了していない場合は、ステップＳ３に戻って上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ６において、加工が終了した場合は、サドル１３、旋回主軸装置２０及びスライドテーブル１４をＸ，Ｙ，Ｚ軸線方向にそれぞれ移動させて回転工具３２を退避位置に移動させる（図７のステップＳ７）。

制御装置は、主軸３１の回転用モータ３３を駆動停止して回転工具３２を回転停止する（図７のステップＳ８）。そして、オイルポンプを駆動停止してオイルの供給を停止すると共に、クーラントポンプを駆動停止してクーラントの供給を停止し（図７のステップＳ９）、全ての処理を終了する。

（４．その他）
上述した実施形態では、傾斜した旋回軸２１を有する旋回主軸装置２０に流体配管路連通部４０、外部流体配管路２８及び中継部２９を適用する場合を説明したが、水平な旋回軸を有する旋回主軸装置や垂直な旋回軸を有する旋回主軸装置にも同様に適用可能である。

また、上述した実施形態では、旋回軸２１の旋回軸線ＤがＺ軸線に対し４５度傾斜する旋回主軸装置２０について説明したが、旋回軸の旋回軸線ＤがＺ軸線に対し任意の角度傾斜する旋回主軸装置についても同様に適用可能である。

（５．実施形態の効果）
本実施形態の旋回主軸装置２０は、旋回軸２１と、旋回軸２１を回転可能に支持する固定本体部２３と、旋回軸２１と共に回転可能で主軸装置３０を旋回軸２１の旋回軸線Ｄ回りで旋回可能に支持する旋回本体部２２と、を備え、旋回軸２１を回転させて主軸装置３０の姿勢を変化させる。そして、固定本体部２３及び旋回本体部２２の内部に設けられ、主軸装置３０への電気を通す電気配線路２６と、固定本体部２３及び旋回本体部２２の外部に設けられ、主軸装置３０への複数の供給流体のうち少なくとも１つを通す外部流体配管路２８と、を備える。

これにより、外部流体配管路２８は、固定本体部２３及び旋回本体部２２の外部に設けられるので、外部流体配管路２８から供給流体が漏れても旋回本体部２２内にクーラントが充満するという不具合の発生を防止できる。特に、電気配線路２６と外部流体配管路２８は、固定本体部２３及び旋回本体部２２の壁面を隔てて離間した位置に設けられるので、外部流体配管路２８から漏れた供給流体が電気配線路２６に影響を及ぼすことはない。よって、従来のように、復旧のための多大な作業工数が掛かることはなく、簡易な作業で復旧できる。

また、外部流体配管路２８は、クーラントを通すので、クーラントに混入し易い切粉等による影響を抑制できる。
また、旋回主軸装置２０は、固定本体部２３及び旋回本体部２２の内部に設けられ、クーラント以外の供給流体を通す内部流体配管路２３ａ、を備えるので、特に潤滑油を駆動系に簡易に供給できる。

また、旋回本体部２２は、電気配線路２６と接続する配線路接続部２７と、配線路接続部２７とは隔離され、外部流体配管路２８と連通する流体配管路連通部４０と、を有する。これにより、配線路接続部２７及び流体配管路連通部４０は、旋回本体部２２の旋回に影響されない構成にすることで、旋回本体部２２の旋回による電気配線路２６及び外部流体配管路２８の不具合の発生を防止できる。

また、旋回軸２１は、旋回軸線Ｄが水平方向に対し傾斜している。このような旋回主軸装置２０であっても、外部流体配管路２８は、固定本体部２３及び旋回本体部２２の外部に設けられるので、外部流体配管路２８から供給流体が漏れても旋回本体部２２内にクーラントが充満するという不具合の発生を防止できる。
また、固定本体部２３は、旋回軸２１の旋回軸線Ｄが水平方向に対し４５度傾斜する状態で旋回軸２１を支持する。これにより、主軸装置３０の姿勢（回転軸線Ｒの向き）を水平方向（０度）から垂直方向（１８０度）を経て所定角度θ（例えば、２１０度）までの間で変化させて主軸装置３０の旋回割出しを行うことができる。

１：工作機械、 ２０：旋回主軸装置、 ２１：旋回軸、 ２１Ａ：旋回軸本体、 ２２：旋回本体部、 ２３：固定本体部、 ２３ａ：内部流体配管路、 ２３ｂ：空間、 ２３ｃ：第一管路、 ２３ｄ：第二管路、 ２４：回転スリーブ、 ２５：固定スリーブ、 ２６：電気配線路、 ２７：配線路接続部、 ２８：外部流体配管路、 ２８ａ：第一経路、 ２８ｂ：第二経路、 ３０：主軸装置、 ３１：主軸、 ３２：回転工具、 ３３：回転用モータ、 ３４：ハウジング、 ３５，３６：経路、 ４０：流体配管路連通部、 ４１：固定連通部、 ４１ａ：第一孔、 ４１ｂ：第二孔、 ４１ｃ：溝、 ４２：回転連通部、 ４３：回転シール、 ４４：軸受、 Ｄ：旋回軸線

Claims (6)

1. 旋回軸と、
   前記旋回軸を回転可能に支持する固定本体部と、
   前記旋回軸と共に回転可能で主軸装置を前記旋回軸の旋回軸線回りで旋回可能に支持する旋回本体部と、
   を備え、
   前記旋回軸を回転させて前記主軸装置の姿勢を変化させる、旋回主軸装置であって、
   前記固定本体部及び前記旋回本体部の内部に設けられ、前記主軸装置への電気を通す電気配線路と、
   前記固定本体部及び前記旋回本体部の外部に設けられ、前記主軸装置への複数の供給流体のうち少なくとも１つを通す外部流体配管路と、
   を備える、旋回主軸装置。
2. 前記外部流体配管路は、クーラントを通す、請求項１に記載の旋回主軸装置。
3. 前記旋回主軸装置は、
   前記固定本体部及び前記旋回本体部の内部に設けられ、前記クーラント以外の供給流体を通す内部流体配管路、を備える請求項２に記載の旋回主軸装置。
4. 前記旋回本体部は、前記電気配線路と接続する配線路接続部と、前記配線路接続部とは隔離され、前記外部流体配管路と連通する流体配管路連通部と、を有する請求項１−３の何れか一項に記載の旋回主軸装置。
5. 前記旋回軸は、旋回軸線が水平方向に対し傾斜している、請求項１−４の何れか一項に記載の旋回主軸装置。
6. 前記固定本体部は、前記旋回軸の旋回軸線が水平方向に対し４５度傾斜する状態で前記旋回軸を支持する、請求項１−５の何れか一項に記載の旋回主軸装置。

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