JP2022510825A - 工作機械の軸配置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、工作機械用の軸配置(10)に関する。軸ハウジング(11)内で、支持スピンドル(12)は、スピンドル軸受構成(13)によって長手軸線の周りに回転支持される。支持スピンドル(12)は、シリンダ装置(25)によってクランプ位置と解放位置との間で切り替えることができるクランプユニット(23)を収容する役割を果たす。このシリンダ装置(25)のために、ピストンロッド(41)が回転可能に支持される長手軸線(L)に平行な軸方向(A)に移動可能なピストン(28)が設けられている。シリンダハウジング(26)内では、支持スピンドル(12)は、第1のアキシャル軸受(39)を介してシリンダハウジング(26)で軸方向(A)に支持されている。ピストンロッド(41)は、第2のアキシャル軸受(42)を介してピストン(28)で軸方向(A)に支持されている。支持スピンドル(12)は、シリンダハウジング(26)内で軸方向(A)に専ら支持されることが好ましい。

Description

本発明は、クランプユニットが回転可能に支持された軸ハウジングを有する工作機械の軸配置を指す。クランプユニットは、ワークまたは工具をクランプするように構成される。
このような軸配置は、スピンドルと名付けることもできる。例えば、油圧シリンダによって作動させることができる回転可能に支持されたクランプユニットを備えた工作機械のスピンドルストックは、DE 35 06 901 A1から知られている。通常、クランプユニットは、軸方向に作動させる場合、クランプ位置とリリース位置との間で切り替えることができる。
DE 35 06 901 A1
本発明の目的は、広範囲の使用を可能にする回転可能に支持されたクランプユニットを備えた軸配置を提供することである。
この目的は、請求項1に記載の特徴を有する軸配置によって解決される。
工作機械の軸配置は、クランプユニットを収容するための支持スピンドルが配置された軸ハウジングを有する。クランプユニットは、ワークまたは工具をクランプするように構成される。工作機械は、好ましくは、研削盤及び/又は放電加工機である。支持スピンドルは、スピンドル軸受構成によって、軸ハウジング内の長手軸線を中心として回転可能に支持される。クランプユニットは、支持スピンドル内に配置されている場合、支持スピンドルに対して回転しないように支持スピンドルと接続され、これにより、一般的に回転可能に支持されたユニットが形成される。
軸ハウジング内で支持スピンドルを支持するために、好ましくは半径方向及び/又は軸方向の支持軸受が存在する。もし、軸ハウジングにおけるスピンドル軸受構成が、O配列で配列された少なくとも2つのアンギュラ軸受を備えると有利である。O配列では、各アンギュラ軸受の作用線は、それぞれの他のアンギュラ軸受とは反対を向いている側の位置で長手軸線と交差する。
制御可能なシリンダ装置は、軸配置の一部を形成する。シリンダ装置は、シリンダハウジングと、シリンダハウジング内に配置されたピストンとを有する。ピストンは、長手軸線に平行にシフト可能に支持され、または長手軸線に沿って支持される。シリンダ装置またはピストンは、空気圧で作動されることが好ましい。
シリンダ装置は、シリンダハウジングでクランプユニットを軸方向に支持する第1のアキシャル軸受を有する。支持スピンドルは、特に軸方向にのみ支持され、半径方向には支持されない。
ピストンには、クランプユニットを作動させるためにピストンロッドが配置されている。ピストンロッドはピストンで回転可能に支持されている。軸方向にはピストンで第2のアキシャル軸受を介して支持されている。ピストンロッドは、好ましくは、ピストンにおいて軸方向にのみ支持され、半径方向には支持されない。
この配置のため、クランプユニットを作動させるためにピストンロッドが回転可能に接続されている場合でも、回転質量は非常に低い。クランプユニットが長手軸線を中心に回転する場合、ピストンロッドはそれとともに一般的に回転する。ピストンロッドは、ピストンに対して回転することができるので、ピストンは、シリンダハウジングの内側で、長手軸線を中心とした回転方向に静止したままであり得る。クランプユニットの長手軸線を中心とした回転の間、シリンダハウジング自体は回転しない。
このような配置においては、クランプユニットは、スプリングパケットによってクランプ位置に偏向されると共に、シリンダ装置によってクランプ位置に維持されなければならないクランプユニットを使用することができる。いずれの場合も、クランプ位置で毎分1000回転以上の範囲で十分な回転数の回転が可能である。
また、少なくとも第1のアキシャル軸受を介して、支持スピンドルがシリンダハウジングで軸方向にのみ支持されていれば有利である。支持スピンドルは、ラジアル軸受又はアンギュラコンタクト軸受を介してシリンダハウジングで支持されておらず、その結果、シリンダ装置を介して、クランプユニットにはラジアル力は作用しないか、又は無視できるほど小さなラジアル力しか作用しない。好ましくは、シリンダ装置は、クランプユニットには半径方向には作用しないので、半径方向の案内は、軸ハウジング内のスピンドル軸受構成を介してのみ行うことができる。そうすることにより、支持体の精度が向上する。
若し、ピストン軸受がピストンにおいて少なくとも1つのアキシャル軸受を介して軸方向に専ら支持されていれば好ましい。ピストン又はシリンダハウジングにおいてピストンロッドを半径方向に支持するラジアル軸受又はアンギュラ軸受は特に存在しない。ピストンロッドは、ピストンロッド及び/又はシリンダハウジングのシールに接触することができ、このシールは、少なくとも一定の範囲において、ピストンロッドの半径方向の可動性を可能にする。その際、ピストンロッドを介して半径方向の力がクランプユニットに伝達されることは避けなければならない。
好ましい実施形態では、シリンダハウジングは、軸ハウジングで軸方向に移動可能に支持される。シリンダハウジングは、軸方向に謂わばフローティング状に配置されている。クランプユニットの熱伸長部は、第1のアキシャル軸受を介してシリンダハウジング上に移送することができ、シリンダハウジングは、軸ハウジングに対して移動することができる。そうすることにより、軸方向クランプ力がスピンドル軸受構成に作用することが回避される。
好ましくは、シリンダハウジングは、軸ハウジングにおいて長手軸線を中心として回転しないように配置される。
シリンダ装置は、特に、クランプユニットをクランプ位置と解除位置との間で切り替えるように構成される。一実施形態では、ピストンロッドは、クランプ位置においてクランプユニットに接触することなく、可能である。この実施形態では、ピストンロッドは、シリンダ装置がクランプユニットを切り替える場合、またはクランプユニットが解除位置にある場合にのみ、クランプユニットに接触する。例えば、クランプユニットは、ピストンロッドを介して影響を受けることなくクランプ位置にクランプユニットを付勢するスプリングパケットを備え得る。
別の実施形態では、ピストンロッドおよびクランプユニットは、軸方向ならびに長手方向軸を中心とする回転方向に移動可能に連結することができる。本実施形態では、シリンダ装置は、クランプ位置だけでなく解除位置にもクランプユニットを保持するように構成することができる。この実施形態では、シリンダ装置は、クランプ位置だけでなく解除位置にもクランプユニットを保持するように構成することができる。
一実施形態では、シリンダ装置またはピストンは、それぞれ、空気圧で作動される。ピストンは、シリンダハウジング内の2つの作動チャンバを流体的に分離することができる。どの作動室に空気圧をかけるかによって、ピストンは、クランプされる工具またはワークに向かう方向又は離れる方向に向かって軸方向に移動し、それによって、解除位置とクランプ位置との間の切り換えおよびそれぞれの位置の保持を行うことができる。
本発明の有利な実施形態は、従属クレーム、明細書及び図面から導き出すことができる。続いて、本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、軸配置の一実施形態の概略ブロック図断面図である。 図2は、軸配置の一実施形態の斜視図である。 図3は、図2の軸配置を軸方向から見た図である。 図4は、図3の切断面A-Aに沿った図2及び図3による軸配置を貫く長手方向断面であって、軸配置の軸収容部にクランプユニットが挿入されていないことを特徴とする。 図5は、図2~図4に係る軸配置の図3の切断面A-Aに沿った断面図であって、クランプユニットの第1の実施の形態が表されている。 図6は、図2~図5に係る軸配置の図3の切断面A-Aに沿った断面図であって、クランプユニットの第2の実施の形態が挿入されている。 図7は、軸線方向における軸配置のシリンダ装置の図である。 図8は、図7のシリンダ装置の図7の切断面B-Bに沿った断面図である。 図9は、軸配置の軸収容部におけるシリンダ装置のシリンダハウジングの支持体の概略図である。
図1は、軸配置10の高度に単純化された実施形態をブロック図の方法で示す。軸配置10は、軸ハウジング11を有し、このハウジングでは、支持スピンドル12が長手軸線Lを中心に回転可能に支持されている。回転支持のために、支持スピンドル12と軸ハウジング11との間にスピンドル軸受構成13が設けられており、スピンドル軸受構成13は、軸ハウジング11で長手軸線Lを基準にして、半径方向Rに支持スピンドル12を支持している。スピンドル軸受構成は、互いに距離を置いて、例えば少なくとも1つのアンギュラ軸受14及び少なくとも1つのラジアル軸受15のように、軸方向Aに、軸方向Lに平行に配置された複数のラジアル軸受及び/又はアンギュラ軸受を含む。図示の実施形態では、アンギュラ玉軸受としてそれぞれ構成することができ、特にO配列で配置される2つのアンギュラ軸受14が存在する。2つのアンギュラコンタクト軸受14は、ラジアル力及びアキシャル力を支持することができる。ラジアル軸受15は、例えば、円筒ころ軸受によって形成される。したがって、スピンドル軸受構成13は、支持スピンドル12の半径方向Rおよび軸方向Aの支持体を作用させる。
この例によれば、少なくとも1つのアンギュラ軸受14は、軸ハウジング11の面側開口部16に近接して又は隣接して配置されている。面側開口部16は、少なくともワークの機械加工中において軸配置10の使用中に工作機械の作業領域に対向する。
軸ハウジング11内には、支持スピンドル12を駆動するために構成されたモータ20が配置されている。モータ20は、軸ハウジング11に取り付けられたステータ21と、支持スピンドル12に取り付けられたロータ22とを有する。
支持スピンドル12は、クランプユニット23を収容するように構成されている。クランプユニット23は、トルクプルーフ方式で支持スピンドル12に取り付けられている。クランプユニット23は、ワークや工具を保持する面側開口部16の領域に保持装置を有する。クランプされる工具又はワークの構成に応じて、クランプユニット23をクランプされるそれぞれの工具又はワークに適合させることができるように、アダプタ又は交換可能な保持装置24を使用することができる。
クランプユニット23は、工具又はワークのクランプ及び解放のために、軸方向Aにおけるクランプ位置と解放位置との間を移動させることができる。軸配置10のシリンダ装置25が存在し、これは、解放位置におけるクランプ位置から、及び/又はその逆に切り換えるように構成されている。シリンダ装置25は、シリンダ空間27を囲むシリンダハウジング26を有する。シリンダ空間27は、軸方向に移動可能なピストン28によって第1作動室29と第2作動室30とで流体的に分離されており、第1流体接続部31が第1作動室29に導かれ、第2流体接続部32が第2作動室30に導かれている。
シリンダハウジング26は、軸ハウジング11に配置され、長手軸線Lを中心とした相対回転に対してロックされている(図1と図9とを比較のこと)。シリンダハウジング26は、例えば、支持スピンドル12の長さ変化によって生じる温度を補償することができるようにするために、軸ハウジング11に対して軸方向Aに移動することができる。図1及び図9に模式的に示すように、この目的のために複数のガイドピン36が設けられており、ガイドピン36は軸方向Aに延び、軸ハウジング11又はシリンダハウジング26の一方で固定されているのに対して、ハウジング11,26の他方はガイドピン36に対して軸方向Aにスライド可能に移動することができる。この例によれば、それぞれの割り当てられたガイドピン36が軸方向にスライド可能な滑り軸受ブッシュ35がシリンダハウジング26の切り欠き部に配置されている(図9)。
軸ハウジング11とシリンダハウジング26との間には、支持スピンドル12の領域への汚染物質の侵入を避けるために、ハウジングシール37が配置されていることが好ましい。
支持スピンドル12は、面側開口部16と反対側の軸ハウジング11から外側に、シリンダハウジング26内に延びている。シリンダハウジング26には面側開口部16とは反対側の支持スピンドル12の背面側端部38が配置されている。そうすることにより、支持スピンドル12は、回転しないように互いに連結された複数の部品から構築することができることに留意されたい。背面側端部38において、支持スピンドル12は、シリンダハウジング26で第1のアキシャル軸受39を介して支持されている。シリンダハウジング26内では支持スピンドル12は軸方向Aにのみ支持されているが、半径方向Rには支持されていない。
ピストンロッド41の自由端40は、支持スピンドル12の背面側端部38に割り当てられている。ピストンロッド41は、ピストン28で長手軸線Lを中心として回転支持されている。そうすることにより、ピストンロッド41は、第2のアキシャル軸受42を介してピストン28で半径方向Rではなく、軸方向Aに支持される。本実施形態においては、第2のアキシャル軸受42がピストン28の内部空間43に配置される。自由端40に対向するピストンロッド41の内側端44は、内部空間43内に位置し、第2のアキシャル軸受42を介してピストンで支持されている。
ピストン28の軸方向Aへの移動が発生すると、ピストンロッド41は、ピストン28と共に軸方向A又は長手軸線Lに沿って移動する。この移動により、クランプユニット23の解除位置とクランプ位置との切り替えを実行することができる。そうすることにより、例えばピストンロッド41が面側開口部16から離れる移動方向だけでなく面側開口部16に向かう移動方向にもクランプユニット23と軸方向Aに移動自在に結合されていれば、シリンダ装置25によってクランプユニット23を解放位置と同様にクランプ位置に保持することができる。クランプユニット23の別の実施形態では、スプリングパケットによってクランプ位置に付勢することができる。なお、本実施の形態では、解除位置におけるクランプ位置からの切り替えがシリンダ装置25によって行えるようにしておくことのみが必要である。このためには、解放位置での開閉のためにピストンロッド41の自由端をクランプユニット23に接触させればよい。もし、面側開口部16から離れる反対方向に移動が生じると、ピストンロッド41は、クランプユニット23に張力を作用させないが、クランプ位置に戻る解放位置からのその移動は、スプリングパケットによってもたらされる。
図示の実施形態では、シリンダ装置25は空気圧で作動される。流体接続部31、32を介して、第1作動チャンバ29または第2作動チャンバ30のいずれかを、ピストンおよびピストンロッドを移動させるために、空気圧で加えることができる。
支持スピンドル12の熱伸長が生じる場合には、第1のアキシャル軸受39がシリンダハウジング26で支持されるように適用される。シリンダハウジング26は、フローティング支持され、軸ハウジング11に対して軸方向Aに移動することができる。そうすることにより、スピンドル軸受構成13、特にアンギュラ軸受14に熱的に生じる応力の導入が回避される。
更に、軸配置10は、スプリングパケットを有しない実施形態と同様に、スプリングパケットを有するクランプユニット23の実施形態に影響を及ぼす。クランプユニットが、自身のスプリングパケットによってクランプ位置に付勢されている場合、ピストンロッド41は、クランプ位置においてクランプユニット23から切り離すことができ、そこから距離を置いて配置することができる。支持スピンドル12の長手軸線Lを中心とした回転が生じても、ピストンロッド41はそれに伴っては回転しない。
クランプユニット23をクランプ位置と同様に解放位置に保持するためにシリンダ装置25が必要とされる場合、ピストンロッド41は、ピストン28全体またはピストン28とともにシリンダ装置25全体を回転させる必要なく、ピストン28に対して支持スピンドル12とともに長手軸線Lを中心に回転することができる。回転質量、従って慣性モーメントは非常に小さい。
支持スピンドル12上には、シリンダ装置25を介して、小さな半径方向の力は伝達されないか、又は無視できる程度の小さな半径方向の力しか伝達されない。シリンダハウジング26内では、支持スピンドル12の背面側端部38は、半径方向Rに支持されず、第1のアキシャル軸受39によってシリンダハウジング26で軸方向Aのみに支持されている。また、ピストンロッド41は、ある移動範囲で半径方向Rに移動可能であり、第2のアキシャル軸受42のみによって回転支持が行われるためである。ピストンロッド41の半径方向Rの可動性は、ピストンロッド41にシール方式で当接する1つまたは複数の動的シール45によって制限することができる。そうすることにより、半径方向の力がピストンロッド41に実質的に誘導されることがない。
例えば、第2作動室30を内部空間43からシールするために、ピストン28に動的シール45を配置することができる。支持スピンドル12又はクランプユニット23のそれぞれに向かって第2作動室30を密封するために、シリンダハウジング26とピストンロッド41との間に別の動的シール45を設けることができ、ここで、これらの動的シール45はシリンダハウジング26において第1軸方向軸受39と第2作動室30との間に配置することが好ましい。
図2~図6では、軸配置10の別の実施形態が、異なる図で示されている。図2~図4によるこれらの図では、支持スピンドル12にクランプユニット23は挿入されていない。図5による図では、クランプユニット23をクランプ位置に付勢するためのスプリングパケットや他の手段を備えないクランプユニット23の実施形態が支持スピンドル12に挿入されている。この実施形態では、ピストンロッド41は、クランプユニット23のクランプロッド50に長手軸線Lに沿った張力を作用させると共に圧縮力を作用させるように構成される。ピストンロッド41とは反対側において、クランプロッド50はコレットチャック51と接続されており、ここで、コレットチャック51は、実施形態において、ワークまたは工具を把持するための保持装置24を形成している。これにより、ピストンロッド41の軸方向Aへの移動をクランプロッド50を介してコレットチャック51に伝達することができる。第2の作動チャンバ30が流体圧下に置かれ、例によれば、空気圧下に置かれ、第1の作動チャンバ29がベントされる場合、クランプユニット23および例によれば、コレットチャックはクランプ位置に移動される。逆に、第1作動室29が加圧され、第2作動室30がベントされると、クランプユニット23は解放位置に移動される。
図6に示す軸配置10の実施形態では、クランプロッド50がコレットチャック51と軸方向Aに移動可能に結合されたクランプユニット23が挿入されている。クランプユニット23は、更に、クランプロッド50を同軸的に囲むスリーブ53を介して軸ハウジング11における一方の側に支持され、クランプロッド50におけるリング54を介して直接又は間接的に他方の側に支持されるスプリングパケット52を備えている。スプリングパケット52はバイアスされ、クランプロッド50をピストンロッド41に向かう方向に付勢する。そうすることにより、クランプユニット23はクランプ位置にバイアスされる。図6に示すクランプ位置において、ピストンロッド41は、クランプロッド50に対して軸方向に隔たっている。支持スピンドル12の長手軸線Lを中心とした回転が発生した場合にピストンロッド41は静止したままとなる。そうすることにより、非常に高い回転速度を達成することができる。
クランプユニット23を解除位置のクランプ位置から切り換えるために、第1作動室29は、ピストンロッド41とともにピストン28がクランプロッド50に向かって方向に移動するように、加圧される。そうすることにより、ピストンロッド41の自由端40は、スプリングパケット52のスプリング力に抗して、軸方向Aに移動またはシフトされるクランプロッド50に作用し、これは、次に、クランプユニット23のクランプ位置から解放位置への切り換えに影響を及ぼす。この実施形態では、ピストンロッド41とクランプユニット23との間の機械的接触は、クランプユニット23がクランプ位置から外れている場合にのみ有効である。
図8は、図7の切断面B-Bにおいてシリンダ装置25を通る断面図を示している。この断面B-Bならびに図1において、ピストンロッド41の長手軸線Lを中心とした回転が生じた場合、ピストン28をシリンダハウジング26に対する回転運動に対してロックする回転ロック55が明らかである。回転ロック55は、ピストン28と連結され、シリンダハウジング26のロッキングカットアウト57内で軸方向Aに延びるロッキングピン56を備える。ロッキングピン56は、ロッキングカットアウト57内を軸方向Aにスライドすることができ、このロッキングカットアウト57内に例えば滑り軸受ブッシュ58を設けることができる。このように回転ロックは、シリンダハウジング26を軸ハウジング11でフローティング支持できるように構成することができる(図1と図9とを比較のこと)。
本発明は、工作機械用の軸配置10に関する。軸ハウジング11において、支持スピンドル12は、スピンドル軸受構成13によって長手軸線の周りに回転支持されている。支持スピンドル12は、シリンダ装置25によってクランプ位置と解除位置との間で切り替えることができるクランプユニット23を収容するように機能する。このシリンダ装置25には、ピストンロッド41が回転可能に支持される長手軸線Lに平行な軸方向Aに移動可能なピストン28が設けられている。シリンダハウジング26内では、支持スピンドル12は、第1のアキシャル軸受39を介してシリンダハウジング26で軸方向Aに支持されている。ピストンロッド41は、第2のアキシャル軸受42を介してピストン28で軸方向Aに支持されている。好ましくは、支持スピンドル12は、シリンダハウジング26内で軸方向Aに専ら支持される。
10 軸配置
11 軸ハウジング
12 支持スピンドル
13 スピンドル軸受構成
14 アンギュラコンタクト軸受
15 ラジアル軸受
16 面側開口部
20 モータ
21 ステータ
22 ロータ
23 クランプユニット
24 保持装置
25 シリンダ装置
26 シリンダハウジング
27 シリンダ空間
28 ピストン
29 第1作動室
30 第2作動室
31 第1流体接続部
32 第2流体接続部
35 滑り軸受ブッシュ
36 ガイドピン
37 ハウジングシール
38 背面側端部
39 第1のアキシャル軸受
40 ピストンロッド41の自由端
41 ピストンロッド
42 第2のアキシャル軸受
43 内部空間
44 ピストンロッド41の内側端
45 動的シール
50 クランプロッド
51 コレットチャック
52 スプリングパケット
53 スリーブ
54 リング
55 回転ロック
56 ロッキングピン
57 ロッキングカットアウト
58 滑り軸受ブッシュ

Claims (10)

  1. 工作機械の軸配置(10)であって、
    軸ハウジング(11)内に配置された支持スピンドル(12)を有し、クランプユニット(23)を収容するように構成され、前記支持スピンドル(12)は、スピンドル軸受構成(13)によって長手軸線(L)を中心として回転可能に支持され、
    シリンダハウジング(26)と前記シリンダハウジング内に配置されたピストン(28)とを備える制御可能なシリンダ装置(25)を有し、前記ピストン(28)は、前記長手軸線(L)に平行な軸方向(A)にシフト自在に支持され、前記クランプユニット(23)を作動させるように構成されたピストンロッド(41)が回転自在に支持されており、
    シリンダ装置(25)は、シリンダハウジング(26)において支持スピンドル(12)を軸方向(A)に支持する第1のアキシャル軸受(39)を備え、
    シリンダ装置(25)は、ピストン(28)においてピストンロッド(41)を軸方向(A)に支持する第2のアキシャル軸受(42)を備える
    軸配置。
  2. 前記スピンドル軸受構成(13)は、半径方向及び軸方向の力を支持するように構成された2つのアンギュラ軸受(14)を備えることを特徴とする請求項1に記載の軸配置。
  3. 前記第1のアキシャル軸受(39)は、少なくとも前記シリンダハウジング(26)において前記支持スピンドル(12)を専ら軸方向(A)に支持することを特徴とする請求項1又は2に記載の軸配置。
  4. 前記第2のアキシャル軸受(42)が前記ピストンロッド(41)を専ら軸方向(A)に支持することを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の軸配置。
  5. 前記シリンダハウジング(26)が前記軸ハウジング(11)において軸方向(A)に移動自在に支持されることを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の軸配置。
  6. 前記シリンダ装置(25)が、前記支持スピンドル(12)に配置されているクランプユニット(23)を、クランプ位置と解除位置との間で切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の軸配置。
  7. ピストンロッド(41)は、前記クランプ位置において前記クランプユニット(23)に接触しないことを特徴とする請求項6に記載の軸配置。
  8. ピストンロッド(41)は、前記クランプユニット(23)と軸方向(A)に移動自在に結合されていることを特徴とする請求項6に記載の軸配置。
  9. 前記ピストン(28)は、回転ロック(55)によって前記シリンダハウジング(26)に対して前記長手軸線(L)を中心とした相対回転に対してロックされることを特徴とする請求項1~8の何れか1項に記載の軸配置。
  10. 前記ピストン(28)は、空気圧で作動可能であることを特徴とする請求項1~9の何れか1項に記載の軸配置。

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