JP3757604B2

JP3757604B2 - 主軸装置

Info

Publication number: JP3757604B2
Application number: JP06334698A
Authority: JP
Inventors: 康廣岡田; 秀和平野; 武西嘉山
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: JPH11254204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は工作機械における主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の主軸装置では、例えば図３に示すように、ビルトインモ−タ５３が組込まれたハウジング５１内に設置された主軸５０内には、工具ホルダ５６が着脱されるクランプユニット５４が前端部に装着されたドロ−バ−５２と、前後ばね押え５７，５８間に挟持されて軸方向へ並んだ状態でドロ−バ−５２に嵌装された１群の皿ばね５５とが装入されている。
【０００３】
そして、主軸５０は、その前部がスチ−ルボ−ル転動子を備えたフロントベアリング５９によって支持され、その後部がスラスト荷重の吸収が可能なスチ−ルロ−ラ転動子を備えたリヤベアリング６０によって支持された状態でビルトインモ−タ５３によって回転駆動される。
【０００４】
また、ドロ−バ−５２，皿ばね５５，皿ばね押え５７，５８を備えたドロ−バ−アセンブリを主軸５０内にセットするに際し、主軸５０の外部で皿ばね５５群をドロ−バ−５２に嵌装して所定の圧縮状態で前後皿ばね押え５７，５８間に挟み込み、後皿ばね押え５８の後端面に当接するナット６２をドロ−バ−５２の後端に形成されたねじ部５２ａにねじ込んで固定した後、ドロ−バ−アセンブリを主軸５０内にその後方から挿入して主軸５０内にセットしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
工作機械では、その加工能率を向上させ、サイクルタイムを短縮する目的で主軸の高速化が要請されており、主軸を支持するベアリングをスチ−ル製の転動子を備えたスチ−ルベアリングから軽量で耐熱性が優れたセラミック製の転動子を備えたセラミックベアリングに切換えて主軸の高速化を図っている。
図３に示す従来の主軸装置では、フロントベアリング５９をセラミックボ−ルベアリングとし、リヤベアリング６０をセラミックロ−ラベアリングとすることによって主軸５０の高速化を図ることはできるが、セラミックロ−ラベアリングはセラミックボ−ルベアリングの１０倍以上にコスト高となる問題点がある。
【０００６】
また、ベアリング６０をロ−ラベアリングに比して高速回転時の発熱量が少いボ−ルベアリング（スチ−ル製若しくはセラミック製）に変えた場合には、そのボ−ルベアリングの外側にストロ−クボ−ルベアリング等を外嵌して高速回転時の熱や遠心力による主軸の変形（膨張，収縮）や軸方向のスラスト荷重を吸収する二重軸受構造が必要となり、主軸装置が複雑化してコスト高となる問題点がある。
【０００７】
さらに、リヤベアリング６０としてセラミックボ−ルベアリングを使用した場合には、フロントベアリング５９およびリヤベアリング６０が共にセラミックベアリングとなって何れも絶縁体となり、主軸の内部に帯電した静電気を逃す経路が遮断されて工具と工作物との間でスパ−クが発生するので、この静電気を逃すためにア−ス手段等の放電手段が必要となって主軸装置の構造が複雑となる問題点がある。
【０００８】
主軸の高速化に際し、リアベアリング６０によって支持される主軸５０の後部の外径口を小さくして主軸５０の外周面の周速度を遅くすることによってロ−ラベアリングの使用が可能となり、主軸の高速化が可能となるが、従来の主軸装置では、主軸５０の後部に皿ばね５５および皿ばね押え５８が外嵌されており、主軸５０の後部の外径Ｄを皿ばね５５の外径Ｄ'より大きくする必要があるので、従来の主軸装置では主軸５０の後部の外径口を縮小してロ−ラベアリングの使用が可能となるまで主軸の後部の外周面の周速度を遅くすることは不能となっていた。
本発明は主軸装置において、主軸を支持する支持機構のコストを節減して主軸の高速化を可能にすることを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の主軸装置は、軸方向の一端にクランプユニットを設けた丸棒状のドローバーと、前記ドローバーが同軸状に挿通される主軸と、ハウジングとを備えた主軸装置であって、前記主軸は、前記ハウジング内に、クランプユニット側がフロントベアリングによって回転可能に支持され、前記クランプユニット側の反対側がリヤベアリングによって回転可能に支持されている。
前記軸方向に並んで前記ドローバーに嵌装されて前記ドローバーを前記クランプユニット側の反対側に付勢するばね列を、前記ばね列の前記クランプユニット側に設けた円筒状のばね押えと、前記ばね列の前記クランプユニット側の反対側に設けたばね受けにて挟み込む構造を有し、前記ばね受けを、前記ドローバーにおける前記軸方向の中央部付近に、環状に突出形成し、前記ばね受けの位置に対して前記クランプユニット側の反対側における前記ドローバーの部分を、前記主軸にて密嵌状に支持し、突出形成した前記ばね受けの外径より小径の前記ドローバー部分を密嵌状に支持している主軸の外径を、突出形成したばね受け部分の主軸の外径より小径に形成し、小径に形成した小径部を、スチールローラ転動子を備えた前記リヤベアリングによって支持する。
また、前記ドローバーが同軸状に挿通される前記主軸には、孔径が一方の端部から他方の端部に向かって段階的に縮小された軸孔が縦貫状に形成されている。
そして、前記クランプユニットと前記ばね押えと前記ばね列とが前記ドローバーに組付けられたドローバーアセンブリを、前記ドローバーアセンブリにおける前記クランプユニット側の反対側から、前記主軸の前記軸孔の一方の端部から嵌め込み、前記ばね押えを抜け止めする拘束部材と、前記拘束部材に結合されて前記主軸の前記クランプユニット側の先端に締結されるキャップ体とを、前記主軸の前記クランプユニット側の先端に結合することで、前記ドローバーアセンブリを前記主軸の内部に組み込むことが可能な構造を有する。
【００１０】
請求項１の発明では、ばね受けを、ドローバーにおける軸方向の中央部付近に、環状に突出形成し、ばね受けの位置に対してクランプ側の反対側におけるドローバー部分を、主軸にて密嵌状に支持する。そして、突出形成した前記ばね受けの外径より小径の前記ドローバー部分を密嵌状に支持している主軸の外径を、突出形成したばね受け部分の主軸の外径より小径に形成し、小径に形成した小径部の外周面の回転時の周速度を遅くし、スラスト荷重の吸収が可能なスチ−ルロ−ラ転動子を備えたリアベアリングによる高速回転時の小径部の支持を可能にする。
そして、孔径が一方の端部から他方の端部に向かって段階的に縮小する軸孔を主軸の中心部に形成し、クランプユニットとばね押えとばね列とをドロ−バ−に組付けてドロ−バ−アセンブリを組立て、このドロ−バ−アセンブリを、当該ドローバーアセンブリにおけるクランプユニット側の反対側から、主軸の軸孔の一方の端部から嵌め込んで主軸内に装填する。また、軸孔の他方の端部の孔径を最小にして前記小径部の外径の縮小を可能にする。
そして、ばね押えを抜け止めする拘束部材と、当該拘束部材に結合されて主軸のクランプユニット側の先端に締結されるキャップ体とを、主軸のクランプユニット側の先端に結合することで、ドローバーアセンブリを主軸の内部に組み込むことが可能な構造を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の１形態を図１，図２にしたがって説明する。
工作機械の主軸ヘッドを構成する主軸装置において、ＮＣ制御によってＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向へ移動制御されるハウジング１内には、その中心部に回転可能に設置された段付き円筒状の主軸２と、この主軸２が中心部に貫挿された状態で設置されて主軸２を回転駆動するビルトインモ−タ４とが装入されている。
【００１２】
主軸２の中心部には孔径が前から後へ漸次段階的に縮小された軸孔３が縦貫状に形成されている。
【００１３】
主軸２の軸孔３は、主軸２の前端に設置されて軸孔３のうち最大の孔径ｄ１を有する第１軸孔部３ａと、この第１軸孔部３ａの後端に連接されて孔径ｄ２が第１軸孔部３ａの孔径ｄ１より縮小された第２軸孔部３ｂと、この第２軸孔部３ｂの後端に連接されて孔径ｄ３が第２軸孔部３ｂの孔径ｄ２より若干縮小された第３軸孔部３ｃと、この第３軸孔部３ｃの後端に連接されて孔径ｄ４が第３軸孔部３ｃの孔径ｄ３より縮小された第４軸孔部３ｄと、この第４軸孔部３ｄの後端に連接されて孔径ｄ５が第４軸孔部３ｄの孔径ｄ４より僅かに縮小された第５軸孔３ｅとによって形成され、第１軸孔部３ａ〜第５軸孔部３ｅは、孔径がｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５となった状態で前から順に配列されている。
【００１４】
主軸２の前端面には、回転工具を把持する工具ホルダ５の後部の結合部５ａが内部に嵌め込まれるキャップ体１７がねじによって締結されている。
【００１５】
キャップ体１７の後端面には、中心部および後部が主軸２の第１軸孔部３ａおよび第２軸孔部３ｂに嵌め込まれた拘束部材６がねじによって結合され、この拘束部材６の前部には工具ホルダ５の結合部５ａ内に挿入される円筒状のガイド部６ａが形成されている。
【００１６】
主軸２の中心部には、主軸２の第２軸孔部３ｂと第３軸孔部３ｃと第４軸孔部３ｄと第５軸孔部３ｅとに挿通された段付き丸棒状のドロ−バ−７が同心状で回転および軸方向への移動可能に装入されている。
【００１７】
ドロ−バ−７の後部は主軸２の軸孔３のうちの第５軸孔部３ｅに密嵌状に嵌挿されている。
【００１８】
主軸２の後部で第５軸孔部３ｅの回りには、ドロ−バ−４の挿通および支持が可能な限度内、すなわち、ドロ−バ−４を挿通および支持するために必要な強度の保持が可能な限度内で縮小された外径Ｄを有する小径部８が、この小径部８の外周面の周速度を遅くする目的で形成されている。
【００１９】
ドロ−バ−７の前端部には工具ホルダ５が解離可能にクランプされるクランプユニット９が装着されている。
【００２０】
クランプユニット９は、ドロ−バ−７の前端に形成されたねじ部７ａにねじ込まれた状態でドロ−バ−７の前端に結合されたクランプ部材１０と、このクランプ部材１０の前部に凹設された係合凹部１０ａに脱出可能に係合されて工具ホルダ４とクランプ部材１０とを解離可能に結合する複数個の球体１１とを備えている。
【００２１】
クランプユニット９の各球体１１は、拘束部材６のガイド部６ａによってクランプ部材１０の軸方向への移動が不能で周方向への移動が可能となった状態でクランプ部材１０の軸心の回りに配列されている。
【００２２】
ドロ−バ−７の前端には、有底円筒状のばね押え１２が、このばね押え１２内にドロ−バ−７の前端が挿入された状態で組付けられている。
【００２３】
このばね押え１２は、主軸２の第２軸孔部３ｂに嵌め込まれて拘束部材６によって抜け止めされ、クランプ部材１０の後部が内部に嵌め込まれた状態で設置されている。
【００２４】
ドロ−バ−７の中央部付近には、ドロ−バ−７のうち、主軸２の小径部８内に挿通された部位からその前方へ離れた部位に配設されたばね受け１３が環状に突出形成されている。
【００２５】
ドロ−バ−７には、このドロ−バ−７に外嵌された状態でドロ−バ−７の軸方向へ並んだ多数個のリング状の皿ばね１５ａによって形成されたばね列１５が、ドロ−バ−７を後方へ付勢する目的で組付けられている。
【００２６】
ばね列１５は、ばね押え１２とばね受け１３との間に挟み込まれ、ばね押え１２によって撓み量を調整されて圧縮された状態でドロ−バ−７にその前部から中央部付近にわたって嵌装されている。
ドロ−バ−７は、ばね列１５とばね押え１２とばね受け１３とによって構成された付勢機構によって後方へ付勢された状態で保持される。
【００２７】
主軸２の小径部８は、ばね列１５を有する付勢機構からその後方へ離れた部位に形成され、小径部８の外径Ｄは、付勢機構の最大外径（ばね押え１２の外径）以下で付勢機構による制限を受けずに縮小されている。
【００２８】
ドロ−バ−７の後側には、ドロ−バ−７をばね列１５の弾発力に抗して前方へ押動して工具ホルダ５がクランプユニット９によってクランプされた状態を解離するアンクランプシリンダのピストンロッド１６が設置されている。
【００２９】
アンクランプシリンダのピストンロッド１６は、ドロ−バ−７の後端にねじ込まれている。
【００３０】
ドロ−バ−７がばね列１５によつて後方へ付勢されて後退端に保持され、クランプユニット９のクランプユニット１０が後退し、各球体１１がクランプ部材１０の各係合凹部１０ａから脱出してその前方に保持され、工具ホルダ５がクランプユニット９によってクランプされた状態で、アンクランプシリンダのピストンロッド１６を前進させると、ドロ−バ−７がばね列１５の弾発力に抗して前方へ押動されてクランプ部材１０とともに前進し、各球体１１がクランプ部材１０の各係合凹部１０ａに係合して工具ホルダ５の結合部５ａが解放され、工具ホルダ５のクランプ状態が解離される。
【００３１】
主軸２の前部は、ハウジング１の前部と主軸２の前部との間に主軸２の軸方向へ並んで介装され、セラミックボ−ル転動子を備えた複数個のセラミックボ−ルベアリングのフロントベアリング２１によって回転可能に支持されている。
【００３２】
主軸２の後部に形成された小径部８は、この小径部８に外嵌されてスラスト方向への摺動可能なスチ−ルロ−ラ転動子を備えたスチ−ルロ−ラベアリングのリヤベアリング２２によって回転可能に支持されている。
【００３３】
ドロ−バ−７を、このドロ−バ−７に組付けられるクランプユニット９，ばね押え１２，ばね列１５等とともに主軸２の内部に装填するに際し、主軸２の外部ではばね列１５をドロ−バ−７に嵌装し、クランプユニット９およびばね押え１２をドロ−バ−７の前端に組付け、ばね列１５をばね押え１２とばね受け１３との間に圧縮状態で挟み込んでドロ−バ−７にセットし、クランプユニット９，ばね押え１２，ばね列１５がドロ−バ−７に組付けられたドロ−バ−アセンブリ２０を主軸２の外部で組立てる。
【００３４】
次に、主軸２の前端からキャップ体１７および拘束部材６を取外した状態で、ドロ−バ−アセンブリ２０を主軸２の軸孔３内にその前方から嵌め込み、ドロ−バ−７を軸孔３の第２〜第５軸孔部３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに挿通してドロ−バ−アセンブリ２０を主軸１内の中心部にセットする。
【００３５】
この状態で、キャップ体１７および拘束部材６を主軸２の前端に結合すると、ドロ−バ−アセンブリ２０を主軸２の内部に組込むことができる。
【００３６】
上記した実施の形態によれば、主軸２の小径部８がばね押え１２，ばね受け１３、ばね列１５を有する付勢機構を避けた部位に形成され、小径部８の外径Ｄを付勢機構とは無関係に設定することができるので、小径部８の外径Ｄを可及的に縮小して小径部８の外周面の周速度が遅くなるように小径部８を細くすることができる。
【００３７】
従って、主軸２の後部を、高速回転時の熱や遠心力による主軸２の変形挙動の吸収が可能で安価なスチ−ルロ−ラベアリングによって支持することが可能となり、主軸２の高速回転を可能にして主軸２を支持する支持機構のコストアップを抑制することができる。
【００３８】
また、主軸２に加わるスラスト荷重を吸収するための特別な機構や、セラミックベアリングを使用したときのア−ス機構が不要となる。
【００３９】
さらに、ドロ−バ−アセンブリ２０を主軸２内に装填して主軸２に組付ける組付け作業を簡易化することができるとともに、主軸２の軸孔３の後部の孔径を最小にして主軸２の小径部８を可及的に細くすることができ、小径部８の支持に使用するリヤベアリング２２を小型にして主軸２の後部の支持機構をコンパクト化することができる。
【００４０】
また、上記した実施の形態では、主軸２の前部を耐熱性が優れたセラミックボ−ルベアリングによって支持し、主軸２の後部を小型でスラスト荷重の吸収が可能なスチ−ルロ−ラベアリングによって支持してあるので、主軸２の高速化を可能にして高速回転時の主軸２の支持状態を安定化させることができる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、小径部が主軸のうち、トロ−バ−を付勢する付勢機構を避けた部位に形成され、小径部の外径を付勢機構とは無関係に設定することができるので、小径部の外径を可及的に縮小して小径部の外周面の周速度が遅くなるように小径部を細くすることができる。
【００４２】
従って、主軸の後部を、高速回転時の熱や遠心力による主軸の変形挙動の吸収が可能で安価なスチ−ルロ−ラベアリングによって支持することが可能となり、主軸の高速回転を可能にして主軸を支持する支持機構のコストアップを抑制することができる。
【００４３】
また、主軸に加わるスラスト荷重を吸収するための特別な機構や、セラミックベアリングを使用したときのア−ス機構が不要となる。
【００４４】
また、請求項１の発明によれば、ドロ−バ−アセンブリを主軸内に装填して主軸に組付ける組付け作業を簡易化することができるとともに、主軸の軸孔の後部の孔径を最小にして主軸の小径部を可及的に細くすることができ、小径部の支持に使用するリヤベアリングを小型にして主軸後部の支持機構をコンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態を示す主軸装置の側断面図である。
【図２】同じく、ドロ−バ−アセンブリを主軸内に装填する前の状態を示す主軸装置の分解側断面図である。
【図３】従来の主軸装置の側断面図である。
【符号の説明】
２主軸
３軸孔
７ドロ−バ−
８小径部
９クランプユニット
１２ばね押え
１３ばね受け
１５ばね列
２０ドロ−バ−アセンブリ
２１フロントベアリング
２２リヤベアリング

Claims

軸方向の一端にクランプユニットを設けた丸棒状のドローバーと、前記ドローバーが同軸状に挿通される主軸と、ハウジングとを備えた主軸装置であって、
前記主軸は、前記ハウジング内に、クランプユニット側がフロントベアリングによって回転可能に支持され、前記クランプユニット側の反対側がリヤベアリングによって回転可能に支持され、
前記軸方向に並んで前記ドローバーに嵌装されて前記ドローバーを前記クランプユニット側の反対側に付勢するばね列を、前記ばね列の前記クランプユニット側に設けた円筒状のばね押えと、前記ばね列の前記クランプユニット側の反対側に設けたばね受けにて挟み込む構造を有し、
前記ばね受けを、前記ドローバーにおける前記軸方向の中央部付近に、環状に突出形成し、
前記ばね受けの位置に対して前記クランプユニット側の反対側におけるドローバー部分を、前記主軸にて密嵌状に支持し、
突出形成した前記ばね受けの外径より小径の前記ドローバー部分を密嵌状に支持している主軸の外径を、突出形成したばね受け部分の主軸の外径より小径に形成し、小径に形成した小径部を、スチールローラ転動子を備えた前記リヤベアリングによって支持し、
前記ドローバーが同軸状に挿通される前記主軸には、孔径が一方の端部から他方の端部に向かって段階的に縮小された軸孔が縦貫状に形成されており、
前記クランプユニットと前記ばね押えと前記ばね列とが前記ドローバーに組付けられたドローバーアセンブリを、前記ドローバーアセンブリにおける前記クランプユニット側の反対側から、前記主軸の前記軸孔の一方の端部から嵌め込み、
前記ばね押えを抜け止めする拘束部材と、前記拘束部材に結合されて前記主軸の前記クランプユニット側の先端に締結されるキャップ体とを、前記主軸の前記クランプユニット側の先端に結合することで、前記ドローバーアセンブリを前記主軸の内部に組み込むことが可能な構造を有する主軸装置。