JP3415174B2 - Spindle braking system for multi-task machine tools - Google Patents

Spindle braking system for multi-task machine tools

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JP3415174B2
JP3415174B2 JP19622592A JP19622592A JP3415174B2 JP 3415174 B2 JP3415174 B2 JP 3415174B2 JP 19622592 A JP19622592 A JP 19622592A JP 19622592 A JP19622592 A JP 19622592A JP 3415174 B2 JP3415174 B2 JP 3415174B2
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泰彦 辻
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ワーク主軸がサーボ制
御可能な単一の主軸モータにより回転駆動及びC軸制御
される複合加工工作機械におけるワーク主軸の制動装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a work spindle braking device in a compound machining machine tool in which the work spindle is rotationally driven and C-axis controlled by a single spindle motor capable of servo control.

【0002】[0002]

【従来の技術】複合加工旋盤において、チャックを介し
てワークを把持したワーク主軸(以下、単に主軸とい
う)の回転角を正確に制御(C軸制御)しながら主軸を
低速回転させ、回転工具によりコンターリング等の加工
を行なう場合、切削負荷の変動により主軸のC軸制御が
不安定となり、主軸にびびり振動が発生するという問題
があった。そこで、主軸を回転駆動する主軸モータにか
かる負荷が一定になるように、本来、主軸を一定角度位
置に固定し回転工具でワークを切削加工する割出加工の
ために設けられている主軸ロック用油圧ブレーキに供給
する油圧の圧力を制御してトルク負荷を付与していた。
2. Description of the Related Art In a multi-tasking lathe, a spindle is rotated at a low speed while accurately controlling a rotation angle of a workpiece spindle (hereinafter, simply referred to as a spindle) that grips a workpiece through a chuck, and a rotating tool is used. When machining such as contouring, there is a problem that the C-axis control of the spindle becomes unstable due to fluctuations in the cutting load, and chatter vibration occurs on the spindle. Therefore, in order to maintain a constant load on the spindle motor that drives the spindle to rotate, the spindle lock is originally provided for indexing, in which the spindle is fixed at a fixed angle position and the workpiece is cut with a rotating tool. A torque load was applied by controlling the pressure of the hydraulic pressure supplied to the hydraulic brake.

【0003】また、前記油圧ブレーキに代えて、トルク
モータや電磁パウダークラッチなどの電気的トルク付与
装置を別置し、外部よりトルク負荷を付与するようにし
たものも提案されている(例えば、特開平3−2811
01号及び特開平3−281147号公報参照)。
In addition, instead of the hydraulic brake, there has been proposed a device in which an electric torque applying device such as a torque motor and an electromagnetic powder clutch is separately provided to apply a torque load from the outside (for example, a special feature). Kaihei 3-2811
No. 01 and JP-A-3-281147).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のトルク付与装置はいずれも、主軸後部に取り付けられ
ているので、C軸制御しながら加工を行なう際、切削負
荷によるびびり振動が直接C軸駆動モータに伝達され、
びびり振動に耐え得るC軸駆動モータの制御剛性が必要
とされていた。また、主軸自体が中空軸でねじれ剛性が
ないため回転方向にびびり振動が発生するという問題も
あった。ねじれ剛性の点は主軸自体の剛性を増すことで
解決できるけれども、軸受寸法やイナーシャ、貫通孔な
ど設計上の制約を受けるので限界があった。さらに、主
軸後部に主軸ロック用油圧ブレーキとトルク付与装置を
別個に隣接して設けた場合、主軸全長が長くなるという
問題があった。
However, since all of the above-described conventional torque imparting devices are mounted on the rear portion of the main spindle, chatter vibration due to a cutting load is directly applied to the C-axis when performing machining while controlling the C-axis. Transmitted to the drive motor,
The control rigidity of the C-axis drive motor capable of withstanding chatter vibration has been required. Further, since the main shaft itself is a hollow shaft and has no torsional rigidity, chatter vibration occurs in the rotation direction. The point of torsional rigidity can be solved by increasing the rigidity of the spindle itself, but there was a limit because it was restricted by design such as bearing dimensions, inertia, and through holes. Further, if the main spindle lock hydraulic brake and the torque applying device are separately provided adjacent to each other at the rear portion of the main spindle, there is a problem that the total length of the main spindle becomes long.

【0005】本発明はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、主軸全長を短く構成でき、主軸の剛性に影響
されることなく高い精度で主軸のC軸制御が行なえる複
合加工工作機械における主軸制動装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and it is a multi-tasking machine tool in which the overall length of the spindle can be shortened and the C-axis of the spindle can be controlled with high accuracy without being affected by the rigidity of the spindle. An object of the present invention is to provide a spindle braking device in.

【0006】上記目的を達成するために、本発明におい
ては、前記ワーク主軸の後端部に主軸ロック用ブレーキ
を設け、前記ワーク主軸の前端外周部にトルク付与装置
を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a brake for locking a spindle is provided at a rear end portion of the work spindle.
And a torque applying device is provided on the outer peripheral portion of the front end of the work spindle.

【0007】[0007]

【作用】上記構成により、ワークを介してチャック、ワ
ーク主軸、主軸モータに伝わる切削加工時の変動負荷
(びびり振動)は、加工点に近い前記ワーク主軸の前端
外周部に設けたトルク付与装置によって減衰される。
With the above configuration, the variable load (chatter vibration) during cutting that is transmitted to the chuck, the work spindle, and the spindle motor through the work is generated by the torque applying device provided on the outer peripheral portion of the front end of the work spindle near the machining point. Attenuated.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0009】図1及び図2は、本発明に係る主軸制動装
置を備えた複合加工工作機械の主軸装置を示している。
1 and 2 show a spindle device of a multi-task machine tool having a spindle braking device according to the present invention.

【0010】図において、1は主軸台、2は主軸台1に
固設した主軸ケース、3は主軸ケース2に複数の軸受4
を介して回転自在に支持されたワーク主軸で、主軸ケー
ス2内に組み込んだ回転駆動用主軸モータ5により直接
回転駆動させるようになっている。主軸3は中空軸で、
前端にフランジ部6が連設されていて、該フランジ部6
にワークWを把持するチャック7が固着されている。ま
た、主軸3の後端にはロック用ブレーキディスク8が取
り付けられていて、該ロック用ブレーキディスク8を主
軸ケース2に装着したブレーキシリンダ9により挟圧固
定し、主軸3を一定角度位置にロックするようになって
いる。主軸3の回転角度位置は、主軸ケース2の後端に
装着した回転位置検出器10により検出される。
In the figure, 1 is a headstock, 2 is a spindle case fixed to the headstock 1, 3 is a plurality of bearings 4 on the spindle case 2.
The work spindle is rotatably supported via a rotary drive spindle motor 5 incorporated in the spindle case 2 to directly drive the workpiece spindle. The main shaft 3 is a hollow shaft,
A flange portion 6 is continuously provided at the front end, and the flange portion 6
A chuck 7 for gripping the work W is fixedly attached thereto. Further, a lock brake disc 8 is attached to the rear end of the main shaft 3, and the lock brake disc 8 is clamped and fixed by a brake cylinder 9 mounted on the main shaft case 2 to lock the main shaft 3 at a fixed angular position. It is supposed to do. The rotation angle position of the spindle 3 is detected by the rotation position detector 10 mounted on the rear end of the spindle case 2.

【0011】11は主軸3の前端外周部に設けたトルク
付与装置である。該トルク付与装置11は、フランジ部
6の外周部に固着されたトルク付与用ブレーキディスク
12と、主軸ケース2の前端面に固着され、フランジ部
6及びブレーキディスク12を囲繞する環状ブラケット
13に設けられ、ブレーキディスク12を挾んで両側に
配設された一対のブレーキシリンダ14,14と、各ブ
レーキシリンダ14,14内にブレーキディスク12を
挟んで対向するように配設された一対のブレーキパッド
15,15とにより構成されている。ブレーキパッド1
5は環状ブラケット13に固着した支軸16に摺動自在
に支持され、かつ、ばね17によりブレーキディスク1
2を解放する方向に付勢されている。一方、各ブレーキ
シリンダ14にはエア供給口18から連通孔19を通じ
て圧空気が供給され、そのエア圧でばね17に抗してブ
レーキパッド15をブレーキディスク12に押し付ける
ようになっている。ブレーキパッド15の材質として
は、摩擦係数変化が少なく、耐焼付性及び耐磨耗性のす
ぐれた金属材料、例えばメタル用銅合金が望ましい。ま
た、潤滑油供給口20(図2参照)からブレーキディス
ク12の回転空間21に潤滑油を定期的に注入し、ブレ
ーキディスク12とブレーキパッド15との摩擦係数の
変化を抑えることによって、スティックスリップ現象を
防ぐと同時に、ブレーキ動作に伴う発熱を低下させる。
なお、回転空間21に溜った潤滑油は環状ブラケット1
3の下部に設けた排出口22から排出され、機械の加工
部内で処理される。また、回転空間21にはパージ用エ
ア供給口23を通じて常時エアが供給され、シール部2
4(図2参照)から切粉や切削油等が回転空間21に侵
入するのを防止すると共に、ブレーキディスク12を冷
却する。ブレーキシリンダ14,14及びブレーキパッ
ド15,15は複数組からなり、ブレーキディスク12
の周方向に適当間隔をおいて環状ブラケット13に組み
付けられている。
Reference numeral 11 denotes a torque applying device provided on the outer peripheral portion of the front end of the main shaft 3. The torque applying device 11 is provided on a torque applying brake disc 12 fixed to the outer peripheral portion of the flange portion 6 and an annular bracket 13 fixed to the front end surface of the spindle case 2 and surrounding the flange portion 6 and the brake disc 12. And a pair of brake cylinders 14 disposed on both sides of the brake disc 12 and a pair of brake pads 15 disposed so as to face each other with the brake disc 12 sandwiched between the brake cylinders 14. , 15 and. Brake pad 1
5 is slidably supported by a support shaft 16 fixed to an annular bracket 13, and a brake disc 1 is supported by a spring 17.
It is urged to release 2. On the other hand, compressed air is supplied to each brake cylinder 14 from the air supply port 18 through the communication hole 19, and the air pressure presses the brake pad 15 against the brake disc 12 against the spring 17. As a material of the brake pad 15, a metal material having a small change in friction coefficient and excellent in seizure resistance and wear resistance, for example, a copper alloy for metal is desirable. In addition, by periodically injecting lubricating oil into the rotating space 21 of the brake disc 12 from the lubricating oil supply port 20 (see FIG. 2) to suppress the change in the friction coefficient between the brake disc 12 and the brake pad 15, stick-slip is prevented. At the same time as preventing the phenomenon, it reduces the heat generated by the braking operation.
The lubricating oil accumulated in the rotating space 21 is the annular bracket 1.
It is discharged from a discharge port 22 provided in the lower part of 3, and is processed in the processing part of the machine. Further, air is constantly supplied to the rotating space 21 through the purge air supply port 23, and the seal portion 2
4 (see FIG. 2) to prevent chips and cutting oil from entering the rotating space 21 and cool the brake disc 12. The brake cylinders 14, 14 and the brake pads 15, 15 are composed of a plurality of sets, and the brake disc 12
Are assembled to the annular bracket 13 at appropriate intervals in the circumferential direction.

【0012】上記のように構成された主軸装置におい
て、主軸モータ5をC軸制御して主軸3を割出し位置決
めするとき及び主軸3を低速回転させてワークに送りを
与えるとき、トルク付与装置11を作動する。エア供給
口18から連通孔19を通じて供給される圧空気は各ブ
レーキシリンダ14に供給され、ばね17に抗してブレ
ーキパッド15をブレーキディスク12に押し付け、両
ブレーキパッド15,15でブレーキディスク12挟み
付けるように押圧して主軸3にトルク負荷を付与する。
そして、主軸モータ5のC軸制御が解除されると同時
に、圧空気の供給が停止され、ばね17の作用でブレー
キパッド15はブレーキディスク12から離される。
In the spindle device configured as described above, when the spindle motor 5 is controlled by the C-axis to index and position the spindle 3, and when the spindle 3 is rotated at a low speed to feed the workpiece, the torque imparting device 11 is used. To operate. The compressed air supplied from the air supply port 18 through the communication hole 19 is supplied to each brake cylinder 14, presses the brake pad 15 against the brake disc 12 against the spring 17, and sandwiches the brake disc 12 between the brake pads 15 and 15. A torque load is applied to the main shaft 3 by pressing it so as to attach it.
Then, at the same time that the C-axis control of the spindle motor 5 is released, the supply of compressed air is stopped, and the brake pad 15 is separated from the brake disc 12 by the action of the spring 17.

【0013】上記の実施例では、トルク付与装置11に
摩擦ブレーキを採用した例を示したが、トルクモータ、
電磁パウダークラッチなどの電気的トルク付与装置を用
いてもよい。
In the above embodiment, an example in which a friction brake is used as the torque applying device 11 is shown, but a torque motor,
An electric torque applying device such as an electromagnetic powder clutch may be used.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ワーク主軸を一定の角度位置に固定し、回転工具でワー
クを切削する場合、主軸ロック用ブレーキとトルク付与
装置を併用することにより、加工による主軸のねじれ振
動を減衰させることができる。
As described above, according to the present invention,
Fix the work spindle at a fixed angular position and rotate it with a rotary tool.
When cutting a gear, a brake for locking the spindle and torque application
By using the device together, the torsional vibration of the spindle due to machining
Motion can be attenuated.

【0015】また、ワークを介してチャック、主軸及び
モータに伝えられる切削加工中の変動負荷(びびり振
動)は加工点に近い前記ワーク主軸の前端外周部に設け
た前記トルク付与装置により減衰されるから、モータの
制御剛性や主軸自体のねじり剛性に影響されることな
く、高い精度で主軸のC軸制御を行なうことができる。
Further, the fluctuating load (chatter vibration) transmitted to the chuck, the spindle and the motor through the work during cutting is damped by the torque applying device provided on the outer periphery of the front end of the work spindle near the machining point. Therefore, the C-axis control of the spindle can be performed with high accuracy without being affected by the control rigidity of the motor and the torsional rigidity of the spindle itself.

【0016】さらに、主軸後部にロック用ブレーキとト
ルク付与装置を別個に隣接して設けたものに比べて主軸
全長を短くできる。
Further , a lock brake and a brake are provided at the rear of the spindle.
Spindle compared to the one with separate luke attachment devices
The total length can be shortened.

【0017】また、上述のように主軸の全長を短くでき
るので、イナーシャを低減することができる。
Further, as described above, the total length of the main shaft can be shortened.
Therefore , the inertia can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る主軸制動装置を備えた複合加工工
作機械の主軸装置部を示す縦断正面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional front view showing a spindle device section of a combined machining machine tool including a spindle braking device according to the present invention.

【図2】同要部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the same main part.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主軸台 2 主軸ケース 3 ワーク主軸 5 主軸モータ 6 フランジ部 7 チャック 11 トルク付与装置 12 トルク付与用ブレーキディスク 13 環状ブラケット 14 ブレーキシリンダ 15 ブレーキパッド 1 Headstock 2 Spindle case 3 Work spindle 5 Spindle motor 6 Flange 7 chuck 11 Torque imparting device 12 Brake disc for torque application 13 annular bracket 14 Brake cylinder 15 brake pads

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 5/04 B23B 19/02 B23Q 5/54 Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B23Q 5/04 B23B 19/02 B23Q 5/54

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 チャックを介してワークを把持するワー
ク主軸が、モータにより割出し制御及び/又はC軸制御
される複合加工工作機械において、前記ワーク主軸の後端部に主軸ロック用ブレーキを設
け、 前記ワーク主軸の前端外周部にトルク付与装置を設
けたことを特徴とする複合加工工作機械の主軸制動装
置。
1. A composite machining machine tool in which a work spindle for gripping a work via a chuck is index-controlled and / or C-axis controlled by a motor, and a spindle locking brake is provided at a rear end portion of the work spindle.
A spindle braking device for a compound machining machine tool , wherein a torque applying device is provided on the outer peripheral portion of the front end of the work spindle.
【請求項2】 前記トルク付与装置が、摩擦ブレーキで
ある請求項1記載の複合加工工作機械の主軸制動装置。
2. The spindle braking device for a multi-task machine tool according to claim 1, wherein the torque applying device is a friction brake.
【請求項3】 前記トルク付与装置が、トルクモータ、
電磁パウタークラッチなどの電気的トルク付与装置であ
る請求項1記載の複合加工工作機械の主軸制動装置。
3. The torque applying device is a torque motor,
The spindle braking device for a multi-task machine tool according to claim 1, which is an electric torque applying device such as an electromagnetic powder clutch.
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