JP3636753B2 - ワーク把持及び主軸駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、旋盤等で使用されるワーク把持及び主軸駆動装置に関する。更に詳しくは、工作機械の主軸の駆動とチャックの開閉駆動源を一台にしたワーク把持及び主軸駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
旋盤の主軸の前端面には工作物を把持するためのチャックが設けられている。チャックには工作物を把持するためのクランプ爪を有しており、このクランプ爪は主軸後端に設けた油圧シリンダにより駆動される。このタイプは主軸後端に油圧シリンダを配置するため、主軸の後部にスペースを取り、また油圧シリンダから発生する熱が主軸の熱変位を引き起こす問題がある。
【０００３】
一方、主軸後端に油圧シリンダを設けずに、スクロールチャックのクランプ爪の駆動をチャックに取り付けたモータで行うものも知られている（実公平２−６９６４号公報、特開昭５６−１３９８１０号公報等）。この場合、主軸の回転駆動は通常主軸に配置された主軸駆動モータにより駆動される。
【０００４】
結局、従来の旋盤の主軸台には主軸回転駆動用のモータとチャック駆動用の２台の駆動手段を備えていることになり、構造的に複雑である。２台のモータを主軸台に組み込むにはスペースが必要となる。また、２台のモータからの発熱により主軸台及び主軸を熱変形させる原因の一つにもなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような技術背景で発明されたものであり、次の目的を達成する。
【０００６】
本発明の目的は、主軸の回転駆動とチャックの爪の駆動を同一駆動源により行うワーク把持及び主軸駆動装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、主軸台及び主軸の熱変位が少ないワーク把持及び主軸駆動装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、主軸の逆転、切削のときの主軸の加減速時にチャックの把持力が減少するのを防止したワーク把持及び主軸駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採る。
【００１０】
すなわち第１の発明のワーク把持及び主軸駆動装置は、
工作物を回転駆動する軸を備えている本体と、
前記軸を前記本体にクランプするためのクランプ手段と、
前記軸の端部に取り付けて前記工作物をつかむ把持部材を備えたチャックと、
前記チャックの本体外周に回転自在に配置されたチャック駆動環状歯車（４３）と、
前記チャック駆動環状歯車の回転を前記把持部材に伝達して前記把持部材を駆動するための把持部材駆動機構と、
前記本体に設けられたモータと、
前記モータの出力軸に出力軸の回転を伝達可能に、かつ軸線方向移動可能に取付けられ前記チャック駆動環状歯車に噛み合う駆動歯車（５４）と、
前記チャックの本体外周に固定され、前記駆動歯車と選択的に噛み合う主軸駆動環状歯車と、
前記駆動歯車を軸線方向に移動し、前記チャック駆動環状歯車又は前記主軸駆動環状歯車に選択的に噛み合わせるシフト手段と
からなるワーク把持及び主軸駆動装置である。
【００１１】
第２の発明のワーク把持及び主軸駆動装置は、
工作物を回転駆動する軸を備えている本体と、
前記軸に固定され、前記軸を回転駆動するための主軸駆動歯車（６０）と、
前記軸を前記本体にクランプするためのクランプ手段と、
前記軸の端部に取り付けて前記工作物をつかむ把持部材を備えたチャックと、
前記チャックの本体外周に回転自在に配置されたチャック駆動環状歯車（４３）と、
前記チャック駆動環状歯車の回転を前記把持部材に伝達して前記把持部材を駆動するための把持部材駆動機構と、
前記本体に設けられたモータと、
前記モータの出力軸に出力軸の回転を伝達可能に、かつ軸線方向移動可能に取付けられ前記チャック駆動環状歯車（４３）に噛み合う第１駆動歯車（５４）と、
前記第１駆動歯車を軸線方向に移動し、前記チャック駆動環状歯車に選択的に噛み合わせる第１シフト手段（５６，５７，５８）と、
前記モータの出力軸に出力軸の回転を伝達可能に、かつ軸線方向移動可能に取付けられ前記主軸駆動歯車に噛み合う第２駆動歯車（６４）と、
前記第２駆動歯車を軸線方向に移動し、前記主軸駆動歯車に選択的に噛み合わせる第２シフト手段（６６，６７）と
からなるワーク把持及び主軸駆動装置である。
【００１２】
前記軸が旋盤の主軸であり、前記チャックがスクロールチャックであると良い。
【００１３】
更に前記モータが主軸の上部に配置すると良い。
【００１４】
【作用】
軸を回転駆動するときは、駆動歯車を軸方向に移動してチャック駆動環状歯車との噛み合いを外し、チャック本体または主軸に取付けた主軸駆動用の歯車と噛み合わせた後、モータを起動し、トルクを工作物に伝達する。工作物を把持するチャックの把持部材を駆動するときは、軸をクランプ手段で本体にクランプし、駆動歯車をチャック駆動環状歯車に噛み合わせることによりモータで駆動する。すなわち、モータを起動しチャック駆動環状歯車を回転させて、把持部材駆動機構を起動させ把持部材を駆動し工作物を把持する。
【００１５】
【実施例】
本発明の第１の実施例を図面を参照しながら以下に説明する。図１は旋盤の主軸台の断面図である。図２はスクロールチャックの断面図である。旋盤の主軸台１は工作物を取り付けて回転させる主軸２を備えているものであり、図示しないベッド上に載置されている。主軸２は２個の軸受３，４により回転自在に支持されている。主軸２の前端には工作物をつかむチャック５が設けられている。
【００１６】
主軸２の後端には割出しクランプ歯８がキー９により相対回転しないように固定されている。割出しクランプ歯８は、固定ナット１０により主軸２の段差１１にクランプされる。割出しクランプ歯８には、エンコーダ６が一体に固定されている。エンコーダ６の外周で主軸台１の左側面にはエンコーダ６の読取器７が配置されている。
【００１７】
エンコーダ６が回転すると読取器７がエンコーダ６を読取り、主軸２の角度を検知する。エンコーダ６と読取器７は、主軸２を一定位置に停止させたり、主軸２の一回転当りの刃物台（図示せず）の送り量を制御するためのものである。
【００１８】
主軸台１の側面にはシリンダ本体１２が固定配置されている。シリンダ本体１２内にはシリンダ室１４が配置され、シリンダ室１４にはピストン１３が挿入されている。ピストン１３の一端には位置決めピン１５が形成されていて、その他端にはドッグ１６が設けてある。
【００１９】
シリンダ室１４には電磁切替弁１７を介して油圧源１８から加圧された油圧が供給され、ピストン１３を駆動しクランプ歯８に位置決めピン（歯）１５を挿入し主軸２を回転しないように固定する。ピストン１３のクランプ、アンクランプ位置は２個の近接スイッチ１９により検知される。
【００２０】
図２はチャック５の断面図である。チャック５はスクロールチャックと呼ばれているタイプのものである。主軸２の前端の主軸端にはアダプタ２０がボルトで固定されている。アダプタ２０には円筒状の第１チャックボディ２１及び第２チャックボディ２２が複数のチャツク取付け用ボルト２３及びボルト２４等で一体に固定されている。
【００２１】
第１チャックボディ２１及び第２チャックボディ２２の間に形成される空間に円筒状のスクロール２５が主軸２の中心線を中心として回転自在に配置されている。スクロール２５の前端面には渦巻き状のスクロール歯２７が形成されている。スクロール２５の後端の内周面には内歯２８が形成されている。スクロール歯２７にはマスタージョー３０のラック歯３１が噛み合っている。
【００２２】
マスタージョー３０は、主軸２を中心に等角度位置に３個配置されている。マスタージョー３０には断面がＴ字形のナット３２が挿入され、このナット３２は主軸２の中心線を中心にして半径方向にＴ字形溝３３内を移動する。マスタージョー３０の前端面にはセレーション３４が形成されている。マスタージョー３０にはソフトジョー３５（ハードジョーでも良い）が取付け用ボルト３６により（取付用ボルト３６はナット３２にねじ込まれる）固定されている。
【００２３】
ソフトジョー３５のマスタージョー３０への取付け面にもセレーションが形成され、両者を正確な位置に位置決めする。内歯２８はピニオン４０に噛み合っている。ピニオン４０と一体にピニオン４０より歯数の多いピニオン４１がある。ピニオン４０とピニオン４１は、ピニオン軸４２にキー固定されている。ピニオン４０とピニオン４１は円周に３か所等角度位置（１２０度間隔）に配置されている。
【００２４】
第１チャックボディ２１及び第２チャックボディ２２の外周には、チャック駆動環状歯車４３が回転自在に軸受４５により支持されて配置されている。チャック駆動環状歯車４３の内周には内歯４４、外周には外周歯４６が形成されている。結局、主軸２を固定させた状態の場合、チャック駆動環状歯車４３が回転駆動されると、内歯４４がピニオン４１を回転駆動することになる。
【００２５】
ピニオン４１とピニオン４０は一体であるから、この回転により内歯２８を回転駆動させる。内歯２８の駆動によりスクロール２５を回転させ、スクロール２５の回転によりマスタージョー３０を半径方向に駆動する。チャック駆動環状歯車４３と平行して第１チャックボディ２１の外周には、主軸２を駆動するための主軸駆動環状歯車４７が配置されている。主軸駆動環状歯車４７は、キー４８により第１チャックボディ２１に固定されている。
【００２６】
一方、主軸台１にはモータ５０が配置されている。モータ５０は主軸２の回転駆動とチャック５のソフトジョー３５を半径方向に駆動するための駆動源である。モータ５０のロータを搭載した出力軸５１の両端部は軸受５２，５２により回転自在に主軸台１に支持されている。ロータの外周にはステータ５３が配置されている。出力軸５１の右端には歯車５４がスプライン５５に挿入され移動自在に設けられている。歯車５４はチャック駆動環状歯車４３の外周歯４６に噛み合っている。
【００２７】
歯車５４の外周には、先端がＵ字状のシフター５６が挿入されている。シフター５６の上端には、ピストン５７のロッドの一端が連結されている。ピストン５７は、シリンダ５８に挿入されている。シリンダ５８に油圧を導入することにより、シフター５６を前後動させて歯車５４をシフトし、チャック駆動環状歯車４３又は主軸駆動歯車４７のどちらかの噛み合いを選択する。
【００２８】
作動
チャック５を作動させて工作物をつかむために、油圧源１８から加圧された油圧を電磁切替弁１７からシリンダ１４に導入し、ピストン１３を駆動しクランプ歯８の歯間に位置決めピン１５を挿入し主軸２を回転しないように固定する。このときのピストン１３の動きは近接スイッチ１９で検出される。近接スイッチ１９でピストン１３の動きを検出し、主軸２のクランプが確認されると、制御装置はモータ５０に起動指令をして起動させ、出力軸５１が回転されて歯車５４が回転される。
【００２９】
歯車５４の回転によりチャック駆動環状歯車４３が回転される。チャック駆動環状歯車４３が回転駆動されると、この内歯４４がピニオン４１を回転駆動することになる。ピニオン４１とピニオン４０は一体であるから、この回転により内歯２８を回転駆動させる。内歯２８の駆動によりスクロール２５を回転させ、スクロール２５の回転によりマスタージョー３０を半径方向に駆動し、ソフトジョー３５により工作物をクランプする。
【００３０】
主軸２を回転駆動するときは、シリンダ５８に油圧を導入しピストン５７を左方（図１の図示上）に駆動する。このピストン５７の移動により、シフター５６が歯車５４を左方にシフトさせて主軸駆動環状歯車４７に噛み合わせる。次に、シリンダ１４に油圧を導入しピントン１３をアンクランプ状態にして主軸２を解放する。次にモータ５０を起動し、歯車５４を回転して主軸駆動環状歯車４７を回転駆動する。チャック５は工作物と共に回転し（従って主軸２も回転する）、刃物台による工作物の切削加工が可能となる。
【００３１】
［第２実施例］
前記第１実施例では、加工時の主軸２の駆動は第１チャックボディ２１に設けた主軸駆動環状歯車４７で行うものであった。図３、図４は第２実施例を示し、図３は旋盤の主軸台の断面図、図４は図３のスクロールチャックの断面図である。図３、図４に示す第２実施例のものは、主軸駆動用の主軸駆動歯車６０を主軸２の後部にキー６１で固定し、更にナット６２により固定している。モータ５０の出力軸５１を左方に延長して更にスプライン６３を設け、このスプライン６３に歯車６４を前後摺動自在に設けたものである。
【００３２】
歯車６４の外周には、先端がＵ字状のシフター６５が挿入されている。シフター６５の上端には、ピストン６６のロッド６７の一端が連結されている。ピストン６６は、シリンダ６８に挿入されている。シリンダ６８に油圧を導入することにより、シフター６５を前後動させて歯車６４を移動させて主軸駆動歯車６０に選択的に噛み合わせたり、外したりする。
【００３３】
［他の使用例］
スクロールチェック５は、主軸駆動用環状歯車４７を備えていない点を除いて第１実施例のものと同一であるので説明を省略する。前記第１、第２実施例では、チャック駆動はモータ５０の動力を使用しているが、客先の要求により油圧チャックを使用することができる。この場合は、チャック５を駆動するチャック駆動環状歯車４３は配置する必要はない。
【００３４】
図５は、第１実施例の場合の油圧チャックの使用例である。シフター５６、駆動歯車５４及びスプライン５５を取り外して、かつ出力軸５１の左側に駆動歯車７０を取り付け、主軸２に追加して取り付けた主軸駆動歯車６０と噛み合わせたものである。図６は、第２実施例の場合の油圧チャックの使用例である。シフター５６及び駆動歯車５４を取り外したものである。
【００３５】
［その他の実施例］
前記実施例は旋盤に適用した例であったが、マシニングセンタの工作物チャツクを有する円テーブルに適用できる。また、前記実施例ではモータ５０を主軸２の上部に配置したが、この実施例の場合には、主軸台１の上側が空気と接しているため、モータ５０の熱が放散しやすく、またモータ５０の発熱による主軸台１の熱変形が主軸２に影響を与えない。
【００３６】
モータ５０は主軸２の下部または側面に配置しても良い。更に、前記実施例のチャックはスクロールチャックであったがこれに限ることはない。例えばスプリングコレットであっても良い。この場合、チャック駆動環状歯車の内周面にねじを形成し、このねじをチャックボディの外周に形成したおねじにねじ込み軸線方向の移動に変換してスプリングコレットを開閉させる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明は１台の駆動源で主軸の回転駆動と、チャックの爪の開閉駆動が可能になった。また、モータからの出力を一対の歯車で減速したので、ビルトインモータタイプの駆動に比して減速の高低比が大きくできるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例の旋盤の主軸台の断面図である。
【図２】図２は、第１実施例のスクロールチャックの断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例の旋盤の主軸台の断面図である。
【図４】図４は、第２実施例のスクロールチャックの断面図である。
【図５】図５は、第１実施例のもので油圧チャックを使用した場合の例を示す主軸台の断面図である。
【図６】図６は、第２実施例のもので油圧チャックを使用した場合の例を示す主軸台の断面図である。
【符号の説明】
１…主軸台
２…主軸
５…チャック
６…エンコーダ
１３…ピストン
１４…シリンダ
２０…アダプタ
２５…スクロール
３５…ソフトジョー
４３…チャック駆動環状歯車
４７…主軸駆動環状歯車
５０…モータ
５６…シフター
６５…シフター
６６…ピストン

Claims (4)

1. 工作物を回転駆動する軸を備えている本体と、
   前記軸を前記本体にクランプするためのクランプ手段と、
   前記軸の端部に取り付けて前記工作物をつかむ把持部材を備えたチャックと、
   前記チャックの本体外周に回転自在に配置されたチャック駆動環状歯車（４３）と、
   前記チャック駆動環状歯車の回転を前記把持部材に伝達して前記把持部材を駆動するための把持部材駆動機構と、
   前記本体に設けられたモータと、
   前記モータの出力軸に出力軸の回転を伝達可能に、かつ軸線方向移動可能に取付けられ前記チャック駆動環状歯車に噛み合う駆動歯車（５４）と、
   前記チャックの本体外周に固定され、前記駆動歯車と選択的に噛み合う主軸駆動環状歯車と、
   前記駆動歯車を軸線方向に移動し、前記チャック駆動環状歯車又は前記主軸駆動環状歯車に選択的に噛み合わせるシフト手段と
   からなるワーク把持及び主軸駆動装置。
2. 工作物を回転駆動する軸を備えている本体と、
   前記軸に固定され、前記軸を回転駆動するための主軸駆動歯車（６０）と、
   前記軸を前記本体にクランプするためのクランプ手段と、
   前記軸の端部に取り付けて前記工作物をつかむ把持部材を備えたチャックと、
   前記チャックの本体外周に回転自在に配置されたチャック駆動環状歯車（４３）と、
   前記チャック駆動環状歯車の回転を前記把持部材に伝達して前記把持部材を駆動するための把持部材駆動機構と、
   前記本体に設けられたモータと、
   前記モータの出力軸に出力軸の回転を伝達可能に、かつ軸線方向移動可能に取付けられ前記チャック駆動環状歯車（４３）に噛み合う第１駆動歯車（５４）と、
   前記第１駆動歯車を軸線方向に移動し、前記チャック駆動環状歯車に選択的に噛み合わせる第１シフト手段（５６，５７，５８）と、
   前記モータの出力軸に出力軸の回転を伝達可能に、かつ軸線方向移動可能に取付けられ前記主軸駆動歯車に噛み合う第２駆動歯車（６４）と、
   前記第２駆動歯車を軸線方向に移動し、前記主軸駆動歯車に選択的に噛み合わせる第２シフト手段（６６，６７）と
   からなるワーク把持及び主軸駆動装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記軸が旋盤の主軸であり、前記チャックがスクロールチャックであることを特徴とするワーク把持及び主軸駆動装置。
4. 請求項１又は２において、
   前記モータが主軸の上部に配置されたことを特徴とするワーク把持及び主軸駆動装置。

Images