JP3595225B2 - 主軸装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば、自動旋盤に組み込まれる主軸装置に係り、特に、煩雑な作業や複雑な構成を要することなく、主軸の内周側に配置された押しスリーブを主軸の深穴部にて主軸の軸心と同心に位置・保持して、主軸の高速回転時における振動の発生を防止することができるように工夫したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動旋盤の主軸台は、例えば、図５に示すような構成になっている。まず、主軸台１があり、この主軸台１は、図示しないサーボモータとボールネジ・ボールナット機構によって、軸方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されている。この主軸台１には主軸３が軸受５、７と軸受９、１１を介して回転可能に支持された状態で搭載されている。上記主軸３の後端にはプーリ１３が取り付けられており、このプーリ１３と図示しないスピンドルモータの回転軸に固着されたプーリとの間には図示しないベルトが巻回されている。そして、スピンドルモータを回転させることにより、プーリ、ベルト、プーリ１３を介して、主軸３を高速回転させるように構成されている。
【０００３】
上記主軸３の内周側には、チャックスリーブ１５と押しスリーブ１７が、主軸３の軸心方向に移動可能に収容・配置されている。、上記押しスリーブ１７の前端、すなわち、図５中左側端は、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ｂ対して、テーパ面１７ａを介して当接しているので、主軸軸心に対して同心の状態で支持されることになる。上記チャックスリーブ１５の内周側には、棒材１９を把持するためのコレットチャック２１が内装されている。このコレットチャック２１と上記チャックスリーブ１５との間には、コイルスプリング２３が張設されていて、コレットチャック２１は、このコイルスプリング２３によって、図５中左方向に常時付勢された状態にある。又、上記コレットチャック２１とチャックスリーブ１５の外周側にはキャップ２５が被冠されており、このキャップ２５と主軸３の外周側には固定部材２７が取付・固定されている。
【０００４】
上記コレットチャック２１の先端部は、例えば、三割り状になっている。そして、押しスリーブ１７とチャックスリーブ１５とが、図５中左側に移動することにより、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ａとコレットチャック２１のテーパ面２１ａとの相互作用によって、上記三割り状になっている部分が絞られ、それによって、棒材１９を把持するものである。逆に、押しスリーブ１７とチャックスリーブ１５とが、コイルスプリング２３のスプリング力によって図５中右側に押し戻されることにより、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ａとコレットチャック２１のテーパ面２１ａとの相互作用が解除され、上記三割り状になっている部分が自身のばね力によって拡開し、それによって、棒材１９の把持が解除されることになる。
【０００５】
上記主軸３の外周部であって図５中右側に寄った位置には爪ホルダ２９が外装されていて、この爪ホルダ２９には一対の爪３１、３３が、ピン３５、３７を介して回動可能に取り付けられている。又、上記主軸３の外周側であって、上記爪３１、３３の図５中左側にはシフター３９が、主軸３の軸方向に移動可能に取り付けられている。上記シフター３９は、図示しない油圧シリンダ機構によって、チャック開閉レバー４１を介して、主軸３の軸方向に移動されるように構成されている。
尚、上記爪ホルダ２９の図５中右側には調整ナット４３が取り付けられている。
【０００６】
上記構成において、コレットチャック２１による棒材１９の把持・把持の解除は次のようにして行われる。
まず、棒材１９を把持していない状態において、油圧シリンダー機構が駆動して、チャック開閉レバー４１を介して、シフター３９を図５中右側に移動させる。このシフター３９の移動によって、シフター３９が一対の爪３１、３３の間に入り込んでいき、それによって、一対の爪３１、３３が拡開方向に回動する。この一対の爪３１、３３の回動によって、押しスリーブ１７とチャックスリーブ１５が図５中左方向に移動する。この押しスリーブ１７とチャックスリーブ１５の図５中左側への移動により、既に述べたように、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ａとコレットチャック２１のテーパ面２１ａとの相互作用によって、上記三割り状になっている部分が絞られ、それによって、棒材１９を把持するものである。
尚、図５はコレットチャック２１によって棒材１９を把持している状態を示している。
【０００７】
逆に、コレットチャック２１による棒材１９の把持を解除する場合であるが、油圧シリンダー機構が駆動して、チャック開閉レバー４１を介して、シフター３９を図５中左方向に移動させる。このシフター３９の移動によって、シフター３９が一対の爪３１、３３の間から抜けていき、それによって、コイルスプリング２３の作用によって、チャックスリーブ１５と押しスリーブ１７が、図５中右方向に戻される。そして、既に説明したように、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ａとコレットチャック２１のテーパ面２１ａとの相互作用が解除され、上記三割り状になっている部分が自身のばね力によって拡開し、それによって、棒材１９の把持が解除されることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成をなす主軸装置において、主軸３の前端部（図５中左側端部）の内径は主軸軸心に対して高精度で同心加工されていて、チャックスリーブ１５の外径を主軸軸心と同心に支持している。これに対して、主軸３の深穴部の内径は主軸軸心に対して高精度で同心加工できないため、主軸３の内径と押しスリーブ１７の外径との間には、図６に示すように、０．２〜０．３ｍｍ程度の隙間（Ｌ）が形成されている。
尚、図６は図５のＶＩ−ＶＩ断面図であり、隙間（Ｌ）が形成されていることを示すために拡大して示した図である。
【０００９】
そして、押しスリーブ１７の前端、すなわち、図５中左側端は、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ｂ対して、テーパ面１７ａを介して当接しているので、主軸軸心に対して同心の状態で支持されることになるが、押しスリーブ１７の後端、すなわち、図５中右端は、一対の爪３１、３３に対して平面で当接しており、且つ、上記隙間（Ｌ）が形成されているために、主軸軸心に対して同心の状態で支持されることは難しい状況になっている。そのため、主軸３が高速で回転すると、押しスリーブ１７の主軸軸心からの偏りによりバランスが崩れてしまって、振動が発生してしまうという問題があった。
【００１０】
このような問題に対しては、例えば、実用新案登録第２５５９８１４号公報に示されているような構成が提案されている。その構成を図７に示す。
図７はマシニングセンタ等の工作機械における主軸ユニットの構成を示す断面図である。まず、主軸ラム１０１があり、この主軸ラム１０１の内側には、主軸１０３が、軸受１０５、１０７、１０９を介して、回転可能に収容・配置されている。この主軸１０３はビルトインモータ１１１によって高速回転されるように構成されている。
【００１１】
このビルトインモータ１１１は、上記主軸ラム１０１の内周側に取り付けられたステータ１１３と、このステータ１１３の内周側において、上記主軸１０３の外周側に取付・固定されたロータ１１５とから構成されている。上記主軸１０３には中心穴が貫通して形成されていて、この中心穴は先端部がテーパ穴１１７ａとなっていて、このテーパ穴１１７ａに続いて小径穴１１７ｂが形成されていて、さらに、大径穴１１７ｃが形成されている。
尚、上記中心穴において、両端に近い一定範囲内については同心精度が確保されているが、中央部、すなわち、小径部１１７ｂや大径部１１７ｃの深穴部においては加工上の問題から同心精度を確保することは難しい構成になっている。
【００１２】
上記主軸１０３のテーパ穴１１７ａには、工具１１９が着脱可能に取り付けられており、この工具１１９はプルスタッド１１９ａを備えている。又、主軸１０３内には、工具引上棒１２１が移動可能に収容・配置されている。この工具引上棒１２１は、上記プルスタッド１１９ａを着脱可能に把持するコレット１２３を先端に備えている。又、工具引上棒１２１は、基準用案内ブッシュ１２５、１２７と振動防止用案内ブッシュ１２９とによって支持されている。
【００１３】
上記基準用案内ブッシュ１２５、１２７は、中心穴の大径穴１１７ｃの端部に設けられているので、高い同心精度をもって取り付けられているが、振動防止用案内ブッシュ１２９に関しては、大径穴１１７ｃの深い位置に取り付けられているので、その同心精度を良好にすることは困難な構成になっている。
【００１４】
そこで、上記振動防止用案内ブッシュ１２９の外径を大径穴１１７ｃより小さく形成し、基準用案内ブッシュ１２５、１２７及び振動防止用案内ブッシュ１２９に隙間なく挿入可能な外径を有するとともに高い同心精度をもって加工された芯出段取１３１を用意し（図８に示す）、この芯出段取１３１を主軸１０３の後端より挿入する。そして、振動防止用案内ブッシュ１２９を同心に仮位置決めする。次に、振動防止用案内ブッシュ１２９の外周１２９ａと大径穴１１７ｃとの間の隙間に接着剤１３３を充填する。充填した接着剤１３３が固化したら、上記芯出段取１３１を抜き取る。これによって、振動防止用案内ブッシュ１２９の主軸１０３に対する同心精度を確保するものである。
【００１５】
しかしながら、このような構成では、まず、振動防止用案内ブッシュ１２９を芯出し段取りする煩雑な作業が必要となり、又、接着剤１３３が固化するまで芯出段取１３１を抜き取ることができない等、必要な同心精度を得るために長い作業時間を要してしまうという問題があった。
又、主軸１０３の中心穴に挿入される工具引上棒１２１が小径・長尺になった場合には、芯出段取１３１も小径・長尺となってしまい、それ自身の同心精度を得ることが難しくなってしまうという問題もあった。
【００１６】
又、これとは別に特許第２８８３３９９号公報に示すようなものも提案されている。これも、上記実用新案登録第２５５９８１４号公報に示されているようなマシニングセンタ等の工作機械における主軸ユニットに関するものである。そして、そこには、クランプロッドと主軸との間に環状部材を配置し、該環状部材と主軸との間に３個の鋼球を配置し、これら３個の鋼球の位置を位置調整手段によって調整することにより環状部材ひいてはクランプロッドを支持する構成が開示されている。
【００１７】
しかしながらそれに示されている構成も複雑である。すなわち、環状部材を必要とすると共に、３個の鋼球を支持してその位置を調整する位置調整手段を鋼球毎に必要とするからであり、又、そのような位置調整手段による位置の調整作業も繁雑であった。
【００１８】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、煩雑な作業を要することなく、主軸に移動可能に内装された押しスリーブの同心度を確保し、高速回転時における振動の発生を効果的に防止することが可能な主軸装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による主軸装置は、回転駆動される外形が略円筒状に形成された中空状の主軸と、上記主軸の内周側に移動可能に内装され弾性部材により常時一方向に付勢されていると共に上記弾性部材の付勢力に抗して他方向に移動可能であり一方向又は他方向に移動することにより上記主軸の先端側に設けられたコレットチャックの開閉を行わせる外形が略円筒状に形成された押しスリーブと、上記主軸の後端側に設けられ上記押しスリーブを他方向に移動させて上記コレットチャックを閉成させる押しスリーブ駆動手段と、上記主軸に形成された少なくとも３個以上の穴と、上記主軸の外周側に配置され内面が略円筒形状に形成された環状部材と、上記穴内に収容・配置され上記押しスリーブ外周に形成された円筒面上に常時当接すると共に主軸外周に形成される円筒面に支持された前記環状部材内周に形成された円筒面に常時当接し、押しスリーブを主軸の軸心と同心に位置・保持する転動体と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項２による主軸装置は、請求項１記載の主軸装置において、上記押しスリーブ駆動手段は、上記主軸の後端側に設けられ主軸の外周側に移動可能に外装されたシフターを移動させることにより回動される周方向に複数設けられた略Ｌ字状をなす爪の端部に設けられた平面部により上記押しスリーブを他方向に移動させて上記コレットチャックを閉成させるものであり、上記シフターを上記環状部材とすることを特徴とするものである。
又、請求項３による主軸装置は、請求項１記載の主軸装置において、上記主軸はステータ及びロータからなるビルトインモータの上記ロータの内周側に配置され上記ビルトインモータにより回転駆動されるものであり、上記ロータを上記環状部材とすることを特徴とするものである。
又、請求項４による主軸装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の主軸装置において、上記転動体は球体であることを特徴とするものである。
又、請求項５による主軸装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の主軸装置において、上記転動体は円筒体であることを特徴とするものである。
【００２０】
すなわち、主軸に形成された少なくとも３個の穴内に、主軸に外装された環状部材と押しスリーブとに当接する状態で収容・配置したものであり、それによって、押しスリーブを主軸の軸心と同心に位置・保持しようとするものである。
環状部材の例としては、押しスリーブ駆動手段としてシフターを使用したものを採用した場合にはそのシフターとすることが考えられ、又、ビルトインモータにより主軸を駆動するものを使用した場合には、そのビルトインモータのロータとすることが考えられ、その他、別途、専用の環状部材を設けることも考えられる。
転動体としては、球体、円筒体等が考えられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。
尚、従来と同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
すなわち、本実施の形態の場合には、主軸３のシフター３９の内周位置において、３箇所に穴５１を形成し、該穴５１内に転動体としての鋼球５３を内装し、これら３個の鋼球５３によって、主軸３の内周側に配置されている押しスリーブ１７を主軸軸心に対して同心に位置・保持するようにしたものである。すなわち、主軸３の外周面及びシフター３９の内周面は高い精度で加工されており、よって、シフター３９の内周面を基準にして上記３個の鋼球５３を介して押しスリーブ１７を支持すれば、押しスリーブ１７を必然的に主軸軸心に対して同心に位置・保持することができるものである。
【００２２】
上記穴５１と鋼球５３の部分を拡大すると図３に示すような構造になっている。すなわち、穴５１に段付部５５が形成されていて、鋼球５３の押しスリーブ１７側への通り抜けが規制されている。
【００２３】
以上の構成によると、押しスリーブ１７の外周部を、穴５１内に内装されている３個の鋼球によって主軸の軸心と同心に位置・保持することができるので、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ｂと押しスリーブ１７のテーパ面１７ａとによる支持構造とあいまって、主軸３が高速回転した場合の振動の発生を効果的に抑制することができる。
又、この実施の形態の場合には、シフター３９をそのまま使用しているので、別途専用の外装部材を設ける必要はなく、部品点数の増大や構成の複雑化を防止することができる。
【００２４】
次に、図４を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態は、本発明をビルトインモータタイプの主軸装置に適用した例を示すものである。
尚、前記第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
まず、ビルトインモータ６１が内装されていて、このビルトインモータ６１は、ステータ６３と、このステータ６３の内周側に配置されたロータ６５とから構成されている。ロータ６５は主軸３に対して焼き嵌めにより一体に回転するように取り付けられている。
【００２５】
上記ロータ６５の内径は主軸３の外周に焼き嵌めされるために高精度で加工されている。そして、このロータ６５と押しスリーブ１７の外径部との間には、前記第１の実施の形態の場合と同様に３個の鋼球５３が配置されていて、これら３個の鋼球５３を介して、ロータ６５の内周面により押しスリーブ１７の外周面を支持して主軸の軸心に一致させるように構成されている。
因みに、この第２の実施の形態の場合には、前記第１の実施の形態の場合と異なり、鋼球５３による支持位置がコレットチャック２１側（図４中左側）に寄っている。しかしながら、その支持位置は押しスリーブ１７の全長の１／２を越えた位置であり（全長の１／２よりも図４中右側）、よって、前記第１の実施の形態の場合と略同様の効果を奏することができる。
【００２６】
尚、本発明は前記第１及び第２の実施の形態に限定されるものではない。
まず、前記第１及び第２の実施の形態では、転動体として鋼球を使用した例を挙げて説明したが、円筒体であっても良い。
又、前記第１及び第２の実施の形態では、３個の鋼球を使用したが、３個以上であっても良い。
又、前記第１及び第２の実施の形態の場合には、それぞれ既存の部品を環状部材として使用した例を挙げて説明したが、専用の環状部材を設けるようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明による主軸装置によると、主軸に形成された少なくとも３個の穴内に転動体を主軸に外装された環状部材と押しスリーブとに当接する状態で収容・配置し、その転動体を介して環状部材により押しスリーブを主軸の軸心位置と同心に位置・保持するようにしているので、従来のように、煩雑な作業を要することなく、押しスリーブを主軸の軸心位置に簡単に且つ確実に位置・保持することができる。
又、環状部材として、例えば、シフターやロータ等の既存の部品を使用した場合には、転動体を支持するために特に専用の支持部材を設けるわけではないので、構成が複雑化するようなこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、自動旋盤に組み込まれる主軸装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図２のＩＩＩ部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図で、自動旋盤に組み込まれるビルトインモータタイプの主軸装置の構成を示す断面図である。
【図５】従来例を示す図で、自動旋盤に組み込まれる主軸装置の構成を示す断面図である。
【図６】従来例を示す図で、図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】従来例を示す図で、工作機械の組み込まれる主軸装置の構成を示す断面図である。
【図８】従来例を示す図で、工作機械の組み込まれる主軸装置における振動防止用案内ブッシュの同心精度を得るための構成を示す断面図である。
【符号の説明】
３ 主軸
１７ 押しスリーブ
３９ シフター
５１ 穴
５３ 鋼球（転動体）
６１ ビルトインモータ
６３ ステータ
６５ ロータ

Claims (5)

1. 回転駆動される外形が略円筒状に形成された中空状の主軸と、
   上記主軸の内周側に移動可能に内装され弾性部材により常時一方向に付勢されていると共に上記弾性部材の付勢力に抗して他方向に移動可能であり一方向又は他方向に移動することにより上記主軸の先端側に設けられたコレットチャックの開閉を行わせる外形が略円筒状に形成された押しスリーブと、
   上記主軸の後端側に設けられ上記押しスリーブを他方向に移動させて上記コレットチャックを閉成させる押しスリーブ駆動手段と、
   上記主軸に形成された少なくとも３個以上の穴と、
   上記主軸の外周側に配置され内面が略円筒形状に形成された環状部材と、
   上記穴内に収容・配置され上記押しスリーブ外周に形成された円筒面上に常時当接すると共に主軸外周に形成される円筒面に支持された前記環状部材内周に形成された円筒面に常時当接し、押しスリーブを主軸の軸心と同心に位置・保持する転動体と、
   を具備したことを特徴とする主軸装置。
2. 請求項１記載の主軸装置において、
   上記押しスリーブ駆動手段は、上記主軸の後端側に設けられ主軸の外周側に移動可能に外装されたシフターを移動させることにより回動される周方向に複数設けられた略Ｌ字状をなす爪の端部に設けられた平面部により上記押しスリーブを他方向に移動させて上記コレットチャックを閉成させるものであり、上記シフターを上記環状部材とすることを特徴とする主軸装置。
3. 請求項１記載の主軸装置において、
   上記主軸はステータ及びロータからなるビルトインモータの上記ロータの内周側に配置され上記ビルトインモータにより回転駆動されるものであり、上記ロータを上記環状部材とすることを特徴とする主軸装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載の主軸装置において、
   上記転動体は球体であることを特徴とする主軸装置。
5. 請求項１〜請求項３の何れかに記載の主軸装置において、
   上記転動体は円筒体であることを特徴とする主軸装置。

Images