JP3776700B2 - Spindle device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ATC(自動工具交換装置)を備えたマシニングセンタ等工作機械の主軸装置に関する。
【0002】
【従来の技術および課題】
この種、工作機械の主軸装置は、例えば特公平7−106534号公報等に開示されているように、ハウジングに回転可能に支持された主軸内にドローバーを軸線方向(長手方向)に進退動可能に挿入し、ばね装置及び油圧シリンダの伸縮作動により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具(又は工具を保持した工具ホルダー)のクランプ・アンクランプを可能にしている。
【0003】
当該主軸装置において、油圧シリンダのピストンを伸び側(主軸の先端側)にストロークさせると、やがてピストンの前端部がドローバーのロッドエンドに当接して当該ドローバーをばね装置の付勢力に抗して前進動(押出し)させ、これにより主軸先端に組み付けられたコレットチャックが解放動作して工具又は工具ホルダーをアンクランプする。一方、工具又はホルダーが主軸先端に挿入された状態で、油圧シリンダのピストンを縮み側(主軸の後端側)にストロークさせると、ばね装置によるドローバーの後退動(引込み)よりコレットチャックが係合動作して工具又は工具ホルダーをクランプするのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の主軸装置にあっては、前記ばね装置を構成する皿ばね等のばね部材が、その内径部とドローバー外周面との間に微小な隙間を有して、ドローバー上に巻装され、一般に、組付時には、主軸の端面にタップ等を埋め込んで当該主軸のバランスどりを行っている。
【0005】
ところが、機械の高速化に伴う主軸の回転による遠心力や工具交換(ドローバーのクランプ・アンクランプ動作)時における頻繁な伸縮動作により、ばね部材の芯ずれ(主軸の半径方向のずれ)や位相ずれ(主軸の円周方向のずれ)が誘引され、これにより、前記主軸のバランスの変化が大きくなって主軸が振動するという問題点があった。即ち、前記主軸の振動により、加工精度が低下し、工具寿命も短くなると共に、振動騒音発生により作業環境が悪化するのである。
【0006】
本発明は、前記従来の主軸装置に関わる諸問題に鑑み提案されたもので、ばね部材のずれによる主軸のバランスの変化を低減して振動の発生を抑制することができる主軸装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項1に係る発明の主軸装置は、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とする。
【0008】
また、請求項2に係る発明の主軸装置は、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とする。
【0009】
また、請求項3に係る発明の主軸装置は、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工すると共に、前記接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【0011】
[実施例]
図1は本発明の一実施例にかかる主軸装置の縦断面図、図2は同じく要部拡大断面図、図3は同じく圧縮コイルばねの説明図である。
【0012】
図1に示すように、ATC(自動工具交換装置)を備えたマシニングセンタの主軸ヘッド1はハウジング2及び中間部材13を有してなる。
【0013】
当該ハウジング2及び中間部材13内には、軸受3と軸受4とを介して主軸5が回転可能に収容保持されている。この主軸5の先端部にはプルスタッド6aを有した工具ホルダー6を引き込み、主軸5と一体回転可能にするコレットチャック7が組み付けられる。主軸5はモータ(ビルトインモータ)23によって回転駆動される。
【0014】
前記主軸5の中心貫通孔8にはドローバー9が挿通されており、該ドローバー9は前記中心貫通孔8内を長手方向に摺動可能なナット10に螺合させることによって、その中心軸線が主軸5の中心軸線と一致するようにセンタリング保持されている。また、ドローバー9のナット10後方にはドローバー9と一体的に長手方向に移動するロッドエンド12が嵌合される。
【0015】
そして、前記ドローバー9はその先端部のコレットチャック7で前記工具ホルダー6のプルスタッド6aを引き込むことにより、図示しない工具を保持した工具ホルダー6を主軸5と一体的に固定(クランプ)するようになっている。
【0016】
また、前記ナット10前方のドローバー9の外周には、左巻きと右巻きの前後一対の圧縮コイルばね14a,14bが3個の筒状のスペーサー15a,15b,15cを介して巻装され、ドローバー9を常時引き込み側に付勢している。
【0017】
前記工具ホルダー6のクランプを解除(アンクランプ)するには、主軸5の後方に設けられた油圧シリンダ16が使用される。この油圧シリンダ16は、ハウジング2の後部(厳密には中間部材13)に一体的に組み付けられたヘッド部17a,17b内をピストン18が摺動自在に収装されてなる。
【0018】
そして、前記ピストン18が、図示しない油圧供給源からの圧油により伸び側(主軸5の先端側)に初期間隙Cを埋めるべくストロークすると、やがてピストン18の前端部がドローバー9のロッドエンド12に当接して当該ドローバー9を圧縮コイルばね14a,14bの付勢力に抗して前進動(押出し)させ、これにより主軸5先端に組み付けられたコレットチャック7が解放動作して工具ホルダー6をアンクランプする。
【0019】
一方、工具ホルダー6が主軸5先端に挿入された状態で、ピストン18を縮み側(主軸5の後端側)にストロークさせると、圧縮コイルばね14a,14bの付勢力によるドローバー9の後退動(引込み)よりコレットチャック7が係合動作して工具ホルダー6をクランプするようになっている。
【0020】
また、本実施例では、図2及び図3に示すように、前記ドローバー9上に巻装された圧縮コイルばね14a,14bと該圧縮コイルばね14a,14bを前記ドローバー9上で担持する担持部材としてのスペーサー15a,15b,15cの接触面をテーパ加工すると共に、前記スペーサー15a,15b,15cの接触面に摩擦増大(発生)手段としてのOリング22を埋設し、前記圧縮コイルばね14a,14bのずれを防止するようになっている。
【0021】
詳述すると、スペーサー15a,15b,15cの圧縮コイルばね14a,14bと接する端面が、内径側が凹んだ所定のテーパ角θ(θ≒5°)のテーパ面19に形成されると共に、圧縮コイルばね14a,14bのスペーサー15a,15b,15cと接する端部に、内径側が突出した所定のテーパ角θ(θ≒5°)のテーパ面部20a,20bが形成される。
【0022】
尚、後段のスペーサー15cは、他のスペーサ15a,15bと異なり、ドローバー9にねじ21で固定されている。これにより、圧縮コイルばね14a,14bの縮んだ際に発生する捩じりトルク(左巻きばねは左、右巻きばねは右)を、中段のスペーサ15bが摺動し易くなることでキャンセルしている。
【0023】
このように構成されるため、内径部とドローバー外周面との間に微小な隙間を有してドローバー上に巻装された圧縮コイルばね14a,14bにおいては、主軸5のバランスどりの後においても、主軸5の高速回転による遠心力や工具交換(ドローバー9のクランプ・アンクランプ動作)時における頻繁な伸縮動作の作用下では、芯ずれ(主軸の半径方向のずれ)や位相ずれ(主軸の円周方向のずれ)が誘引される。
【0024】
ところが、本実施例では、前記作用下であっても、スペーサー15a,15b,15cのテーパ面19と圧縮コイルばね14a,14bのテーパ面部20a,20bとの接触による所謂くさび作用で、特に圧縮コイルばね14a,14bの芯ずれが防止される。また、スペーサー15a,15b,15cのテーパ面19に埋設したOリング22により、両部材の接触面間における摩擦係数が増大して、特に圧縮コイルばね14a,14bの位相ずれが防止される。
【0025】
これらの結果、主軸5のバランスの変化を低減して振動の発生が効果的に抑制され、依って、本マシニングセンタにおける加工精度が向上し、工具寿命も長くなると共に、振動騒音低減により作業環境の悪化が回避される。
【0026】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、摩擦増大手段として、Oリング22に代えて図3中に符号30で示した回り止めキーを使用したり、両部材の接触面にダイヤモンドコーティングを施したりしても良い。また、ばね部材として、圧縮コイルばね14a,14bに代えて多数の皿ばねを用いた場合、位相ずれは誘引されないので摩擦増大手段は特に必要はない。また、本発明の主軸装置は、ATCやビルトインモータを有しない工作機械の主軸装置にも適用することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように請求項1の発明の主軸装置によれば、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とするので、特にばね部材の芯ずれ(主軸の半径方向のずれ)を効果的に防止でき、主軸のバランスの変化を低減して振動の発生を抑制することができる。この結果、加工精度が向上し、工具寿命も長くなると共に、振動騒音低減により作業環境の悪化が回避できる。
【0028】
また、請求項2の発明の主軸装置によれば、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とするので、特にばね部材の位相ずれ(主軸の円周方向のずれ)を効果的に防止でき、主軸のバランスの変化を低減して振動の発生を抑制することができる。この結果、加工精度が向上し、工具寿命も長くなると共に、振動騒音低減により作業環境の悪化が回避できる。
【0029】
また、請求項3の発明の主軸装置によれば、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工すると共に、前記接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とするので、特にばね部材の芯ずれと位相ずれの両方を効果的に防止でき、主軸のバランスの変化を低減して振動の発生を抑制することができる。この結果、加工精度が向上し、工具寿命も長くなると共に、振動騒音低減により作業環境の悪化が回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる主軸装置の縦断面図である。
【図2】同じく要部拡大断面図である。
【図3】同じく圧縮コイルばねの説明図である。
【符号の説明】
1 主軸ヘッド
2 ハウジング
3 軸受
4 軸受
5 主軸
6 工具ホルダー
7 コレットチャック
8 中心貫通孔
9 ドローバー
10 ナット
12 ロッドエンド
13 中間部材
14a,14b 圧縮コイルばね
15a,15b,15c スペーサー
16 油圧シリンダ
17a,17b ヘッド部
18 ピストン
19 テーパ面
20a,20b テーパ面部
21 ねじ
22 Oリング
23 モータ
30 キー
C 初期間隙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spindle device of a machine tool such as a machining center provided with an ATC (automatic tool changer).
[0002]
[Prior art and problems]
In this type of machine tool spindle device, as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 7-106534, a draw bar can be moved back and forth in the axial direction (longitudinal direction) in a spindle rotatably supported by a housing. And the draw bar is moved forward and backward by the expansion and contraction operation of the spring device and the hydraulic cylinder, thereby enabling the tool (or the tool holder holding the tool) to be clamped / unclamped with respect to the tip of the spindle.
[0003]
In the main shaft device, when the piston of the hydraulic cylinder is stroked to the extension side (the front end side of the main shaft), the front end portion of the piston eventually comes into contact with the rod end of the draw bar, and the draw bar moves forward against the biasing force of the spring device. The collet chuck assembled at the tip of the main spindle is released by this movement (extrusion), and the tool or tool holder is unclamped. On the other hand, when the piston of the hydraulic cylinder is stroked to the contraction side (rear end side of the main shaft) with the tool or holder inserted at the front end of the main shaft, the collet chuck is engaged by the retraction (retraction) of the draw bar by the spring device. Operates to clamp the tool or tool holder.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional spindle device, a spring member such as a disc spring constituting the spring device is wound on the draw bar with a minute gap between the inner diameter portion and the outer peripheral surface of the draw bar. Generally, at the time of assembly, taps and the like are embedded in the end face of the main shaft to balance the main shaft.
[0005]
However, due to the centrifugal force caused by the rotation of the spindle accompanying the increase in machine speed and frequent expansion and contraction during tool change (drawbar clamping / unclamping), the spring member is misaligned (shifted in the radial direction of the spindle) and out of phase. There has been a problem that the main shaft vibrates due to a large change in the balance of the main shaft. In other words, the machining accuracy is reduced due to the vibration of the spindle, the tool life is shortened, and the working environment is deteriorated due to the generation of vibration noise.
[0006]
The present invention has been proposed in view of the problems associated with the above-described conventional spindle device, and provides a spindle device capable of suppressing the occurrence of vibration by reducing changes in the balance of the spindle due to the displacement of the spring member. With the goal.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the main spindle device according to the first aspect of the present invention has a main shaft that is rotatably supported by a housing, on the side where the draw bar can be moved back and forth in the axial direction and always retracted by a spring member. An end of a spring member wound on the draw bar in the spindle device that allows the tool to be clamped and unclamped by inserting the biased state and moving the draw bar forward and backward by driving means. And a contact surface between the spring member and the end of the support member that supports the spring member in the main shaft axis direction on the draw bar are tapered to prevent the spring member from being displaced.
[0008]
Further, the spindle device of the invention according to
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a main shaft device in a state in which the draw bar can be moved back and forth in the axial direction in the main shaft rotatably supported by the housing and urged toward the side always retracted by the spring member. In the spindle device that enables clamping and unclamping of the tool with respect to the tip of the spindle by inserting and moving the draw bar forward and backward by the driving means, the end of the spring member wound on the draw bar and the spring member are the contact surface of the end portion of the bearing member which supports the spindle axis on the drawbar while tapering, interposed friction-increasing means before Kise' touch surface, and characterized in that to prevent the displacement of the spring member To do.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0011]
[Example]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a spindle device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part, and FIG. 3 is an explanatory view of a compression coil spring.
[0012]
As shown in FIG. 1, a
[0013]
The
[0014]
A
[0015]
The
[0016]
A pair of left and right-handed front and rear
[0017]
In order to release (unclamp) the tool holder 6, a hydraulic cylinder 16 provided behind the
[0018]
Then, when the
[0019]
On the other hand, when the
[0020]
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the compression coil springs 14 a and 14 b wound around the
[0021]
More specifically, the end surfaces of the
[0022]
Unlike the
[0023]
With this configuration, the
[0024]
However, in this embodiment, even under the above-described action, a so-called wedge action is caused by contact between the
[0025]
As a result, the change in the balance of the
[0026]
Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, as a friction increasing means, a detent key indicated by
[0027]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the main spindle device of the first aspect of the present invention, the draw bar can be moved back and forth in the axial direction in the main shaft rotatably supported by the housing and always retracted by the spring member. In the spindle device that enables clamping and unclamping of the tool with respect to the tip of the spindle by inserting and driving the draw bar in a state of being biased by the driving means , the end of the spring member wound on the draw bar the contact surface of the end portion of the bearing member which supports the spindle axis direction parts and said spring member on said drawbar and tapered, so is characterized by preventing deviation of the spring member, the core of the particular spring members Deviation (radial deviation of the main shaft) can be effectively prevented, and the change in the balance of the main shaft can be reduced to suppress the occurrence of vibration. As a result, machining accuracy is improved, tool life is increased, and work environment deterioration can be avoided by reducing vibration noise.
[0028]
According to the spindle device of the second aspect of the present invention, the draw bar can be moved forward and backward in the axial direction and urged to the side always retracted by the spring member in the spindle rotatably supported by the housing. In the spindle device that enables clamping and unclamping of the tool with respect to the tip of the spindle by inserting and moving the draw bar by the driving means, the end of the spring member wound on the draw bar and the spring member Since the friction increasing means is interposed on the contact surface with the end portion of the carrying member supported in the main shaft direction on the draw bar to prevent the spring member from shifting, in particular, the phase shift of the spring member ( (Spindle circumferential deviation) can be effectively prevented, and the change in the balance of the main shaft can be reduced to suppress the occurrence of vibration. As a result, machining accuracy is improved, tool life is increased, and work environment deterioration can be avoided by reducing vibration noise.
[0029]
According to the spindle device of the third aspect of the invention, the draw bar can be moved forward and backward in the axial direction and urged to the side always retracted by the spring member in the spindle rotatably supported by the housing. In the spindle device that enables clamping and unclamping of the tool with respect to the tip of the spindle by inserting and moving the draw bar by the driving means, the end of the spring member wound on the draw bar and the spring member wherein the contact surface between the end portion of the bearing member which supports the spindle axis on the drawbar while tapering, interposed friction-increasing means before Kise' touch surface to prevent displacement of the spring member Therefore, both the center deviation and the phase deviation of the spring member can be effectively prevented, and the change in the balance of the main shaft can be reduced to suppress the occurrence of vibration. As a result, machining accuracy is improved, tool life is increased, and work environment deterioration can be avoided by reducing vibration noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a spindle device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the same.
FIG. 3 is an explanatory view of a compression coil spring.
[Explanation of symbols]
1
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