JP4167818B2

JP4167818B2 - 主軸装置

Info

Publication number: JP4167818B2
Application number: JP2001289906A
Authority: JP
Inventors: 満温井
Original assignee: 株式会社日平トヤマ
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2003094210A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マシニングセンター等の工作機械を構成する主軸装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の工作機械に使用される主軸装置として特開２０００−２４６５９２号公報に示すものが提案されている。この主軸装置においては、主軸の前端部に工具ホルダをクランプするクランプ機構が設けられている。このクランプ機構をクランプ状態とアンクランプ状態に切り換え作動するドローイングバーが主軸内に進退自在に設けられている。前記ドローイングバーは付勢部材によって、常にはクランプ方向に付勢され、前記付勢部材の付勢力に抗してドローイングバーを前進移動させると、クランプ機構がクランプ状態からアンクランプ状態に切り換えられるようになっている。そして、工具ホルダの交換作業を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の主軸装置においては、ドローイングバーをクランプ状態に付勢する付勢部材の収容室に外気が進入する。このため、空気中に含まれる水分が付勢部材を錆び付かせる。又、付勢部材に防錆油を塗布したとしても、徐々に乾燥していずれは錆びる。その錆びの影響によりドローイングバーの切り換え動作を円滑に行うことができないとともに、付勢部材が破損するという問題があった。
【０００４】
この発明の目的は上記従来の技術に存する問題点を解消して、付勢部材の錆び付きを防止することができる主軸装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、主軸頭の内部に主軸を回転可能に支持し、該主軸の前端部に工具ホルダをクランプするクランプ機構を装着し、主軸の貫通孔に前記クランプ機構のクランプ動作又はアンクランプ動作を行うドローイングバーを収容し、前記ドローイングバーの外周面と主軸の貫通孔の内周面との間に該ドローイングバーをクランプ方向に付勢する付勢部材を収容した主軸装置において、前記付勢部材の後端はドローイングバーの後端部に設けたバネ受け部材に係止され、付勢部材の前端は、主軸の貫通孔の内周面に形成した段差部に係止され、前記バネ受け部材に接合した可動部材の外周面と主軸の貫通孔の内周面との間には第１シールリングが介在され、前記ドローイングバーの前端寄り外周面と主軸の貫通孔の内周面との間には第２シールリングが介在され、前記両シールリングの間に前記付勢部材の収容室を密閉状態に保持する密閉収容室が形成され、該密閉収容室には防錆剤、防錆液体又は防錆気体が封入されていることを要旨とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、主軸頭の内部に主軸を回転可能に支持し、該主軸の前端部に工具ホルダをクランプするクランプ機構を装着し、主軸の貫通孔に前記クランプ機構のクランプ動作又はアンクランプ動作を行うドローイングバーを収容し、前記ドローイングバーの外周面と主軸の貫通孔の内周面との間に該ドローイングバーをクランプ方向に付勢する付勢部材を収容した主軸装置において、前記ドローイングバーの後端部にはバネ受け部材が一体に形成され、該バネ受け部材の外周面と主軸の貫通孔内周面との間には第１シールリングが介在され、前記ドローイングバーの前端寄り外周面と主軸の貫通孔の内周面との間には第２シールリングが介在され、前記両シールリングの間に前記付勢部材の収容室を密閉状態に保持する密閉収容室が形成され、該密閉収容室には防錆剤、防錆液体又は防錆気体が封入されていることを要旨とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記ドローイングバーの中心部には軸心方向にクーラント通路が形成されていることを要旨とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記付勢部材は、皿バネ又はコイルバネであることを要旨とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を、図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、主軸装置１１の主軸頭１２は外筒１３及び内筒１４から構成され、その内筒１４の内側には主軸１５が複数のベアリング１６を介して回転可能に支持されている。主軸１５の軸心に沿って形成された貫通孔１５ａ内にはドローイングバー１７が配設されている。このドローイングバー１７は、主軸１５の貫通孔１５ａ内を前後方向に摺動可能に挿通されている。このドローイングバー１７には、その軸心に沿って前後方向にクーラント通路１８が穿設されている。該バー１７は付勢部材としての皿バネ１９によって後退方向（図１の右方）に付勢されている。
【００１１】
図１及び図２に示すように、主軸頭１２の前端面には外側リング２１が固着され、主軸１５の前端面には内側リング２２が固着されている。図２に示すように、内側リング２２内方において主軸１５の前端部にはカラー２３が配設され、そのカラー２３前端部の対向位置には、一対の保持孔２４が穿設されている。各保持孔２４内にはボール２５が嵌入されている。
【００１２】
前記ドローイングバー１７の前端部には、前記カラー２３の保持孔２４と対応する位置に、一対の第一凹部２６が半球状に窪んだ形状に穿設されるとともに、各第一凹部２６の前方には第二凹部２７がテーパ状に形成されている。図１及び図２に示すように、これら第一凹部２６及び第二凹部２７は、前記一対のボール２５と係合することができるようになっている。内側リング２２の内周面は、前端側（図２の左方）ほど拡がるテーパ形状に形成されたテーパ孔２８となっている。
【００１３】
図２に示すように、主軸１５の前端部には工具３１を装着した工具ホルダ３２が嵌脱可能に装着される。この工具ホルダ３２の後端部にはテーパシャンク３３が突出されている。工具ホルダ３２の後部をボール２５を介して主軸１５側へ押し込むか又は引き出すことによって、工具ホルダ３２をクランプ又はアンクランプさせることができるように構成されている。前記テーパシャンク３３の中央部には、前記カラー２３の保持孔２４と対応する位置に一対の固定孔３４が穿設され、前記一対のボール２５と係合することができるようになっている。
【００１４】
この実施形態では、前記ドローイングバー１７、カラー２３、ボール２５、第一凹部２６、第二凹部２７及びテーパ孔２８等により前記工具ホルダ３２のクランプ機構を構成している。
【００１５】
工具ホルダ３２から工具３１の前端に至る工具３１の軸心にはクーラント通路１８が穿設されている。そして、図２に示す工具ホルダ３２のクランプ状態において前記ドローイングバー１７に穿設されたクーラント通路１８と連通するようになっている。
【００１６】
図１，３に示すように、前記ドローイングバー１７の後端部にはバネ受け部材４１が嵌合され、ビス４２によってドローイングバー１７に固定されている。図２に示すように前記主軸１５の貫通孔１５ａに形成した段差部１５ｂには皿バネ１９の前端側を受け止めるバネ受け座４３が配置されている。
【００１７】
図３に示すように、前記主軸１５の貫通孔１５ａの後端部内周面には可動部材４４が軸線方向の往復動可能に収容され、該可動部材４４の前端面は前記バネ受け部材４１の後端面に接合されている。前記可動部材４４の中央部にはストローク規制部材４５がラジアル方向に貫通固定されている。このストローク規制部材４５は主軸１５の後端部に形成した案内溝１５ｃに沿って主軸１５の軸線方向に所定のストローク範囲で往復動可能に挿入されている。
【００１８】
前記可動部材４４及びストローク規制部材４５の中心部にはクーラント供給管４６が貫通固定され、該クーラント供給管４６の前端部は前記ドローイングバー１７の後端部に嵌入接合されている。前記外筒１３の後端部には位置規制筒体４７が軸線方向の往復動可能に収容され、該位置規制筒体４７は外筒１３の所定位置に固定した位置規制環４８によって後方への位置が規制されている。前記主軸１５の後端部にはフランジ継ぎ手５０が連結され、図示しない回転駆動機構に連結されている。前記クーラント供給管４６の後端部にはクーラント供給管４９の前端部が嵌入されている。そして、図示しないクーラント供給源からクーラントがクーラント通路１８を通してドローイングバー１７内に供給されるようになっている。
【００１９】
次に、この発明の要部構成について説明する。
前記可動部材４４の外周面には環状溝４４ａが形成され、該環状溝４４ａには第１シールリングとしてのシールリング５１が収容されている。前記可動部材４４の外周面にはグリース収容溝４４ｂが形成され、該グリース収容溝４４ｂにはグリースが収容されている。
【００２０】
前記クーラント供給管４６の前端外周部には環状溝４６ａが形成され、両溝にはシールリング５２が収容され、ドローイングバー１７とクーラント供給管４６との接合部のシールを行うようにしている。
【００２１】
一方、図２に示すように前記ドローイングバー１７の前端外周面には環状溝１７ａが形成され、該溝には第２シールリングとしてのシールリング５３が収容されている。そして、ドローイングバー１７の前端外周面と主軸１５の貫通孔１５ａの内周面との間の気密を保持するようになっている。
【００２２】
前記主軸１５の貫通孔１５ａの内周面とドローイングバー１７の外周面とにより形成された前記バネ１９の収容室２０は、シールリング５１，５３により気密保持されている。このバネ１９の密閉収容室２０内には、防錆気体としてのアルゴン、窒素等の不活性ガスが封入されている。前記皿バネ１９には防錆剤としてグリースが付着されている。
【００２３】
上記実施形態の主軸装置１１の作用について以下に説明する。
図２は主軸１５に工具ホルダ３２が装着されたクランプ状態の主軸装置１１を示す。この状態において、工具ホルダ３２を交換する場合には、まず、主軸１５がオリエンテーションされる。図３に示されるようにこの状態で主軸装置１１各部の動作を制御する図示しない制御装置の制御により、クーラント供給管４９が左方へ前進されると、可動部材４４、クーラント供給管４６、ストローク規制部材４５及びドローイングバー１７が皿バネ１９の付勢力に抗して前進される。このとき、ドローイングバー１７前端部の第二凹部２７に係合されていた一対のボール２５は、いずれもカラー２３の外周面よりも内方に移動されて第一凹部２６と係合され、図１に示されるようなアンクランプ状態になる。
【００２４】
次に、図示しない工具交換装置の工具交換アームにより工具ホルダ３２を主軸１５の前端部から引き抜くことによって、工具ホルダ３２のテーパシャンク３３がテーパ孔２８から離間される。
【００２５】
その後、図示しない工具交換アームにより交換用の別の工具ホルダ３２のテーパシャンク３３をテーパ孔２８内に挿入した後、皿バネ１９の付勢力を利用してドローイングバー１７を後方に摺動させる。このとき、カラー２３前端部の両第一凹部２６と係合されていた一対のボール２５は、ドローイングバー１７の摺動に伴って、第二凹部２７と係合されるとともに、テーパシャンク３３の固定孔３４と係合されることによって、工具ホルダ３２を主軸１５の前端部に抜け止め係止することができる。
【００２６】
その結果、主軸装置１１は再び図２に示されるようなクランプ状態になる。この交換された工具３１を装着したクランプ状態の工具ホルダ３２を、主軸１５によって回転させてワークを加工する場合には、図示しない制御装置により、図２に矢印で示されるように、ドローイングバー１７、工具ホルダ３２及び工具３１のクーラント通路１８内に、クーラントを供給しながら主軸１５を回転させる。
【００２７】
上記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１）前記実施形態では、ドローイングバー１７と主軸１５との間に形成された皿バネ１９の収容室２０の後端部側をシールリング５１によりシールし、前端側をシールリング５３によりシールし、密閉収容室とした。又、皿バネの密閉収容室２０内にアルゴン、窒素等の不活性ガスを封入し、皿バネ１９にグリースを付着した。このため、外気の侵入が阻止されて皿バネ１９が酸素により錆び付くことを防止でき、皿バネ１９の損傷を未然に防止することができる。又、クランプ状態とアンクランプ状態の切り換え動作を長期にわたって安定して行うことができる。
【００２８】
（２）前記実施形態では、可動部材４４の環状溝４４ａにシールリング５１を係合し、ドローイングバー１７の環状溝１７ａにシールリング５３を係合するシール構造を採用した。このため、バネ密閉収容室２０の密封構造を簡単かつ安価に構成することができる。
【００２９】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。なお、前記実施形態と同様の機能を有する部材は同一の符号を付して説明を省略する。
○図４に示す主軸装置１１に具体化してもよい。この主軸装置１１は工具ホルダ３２のテーパシャンク３３の後端部にプルスタッド５５が設けられている。ドローイングバー１７の前端部にはボール２５を収容する凹部５６が設けられている。そして、ドローイングバー１７を左方に押動することによりボール２５が凹部５６から外方に退避してボール２５とプルスタッド５５との係合が外れ、工具ホルダ３２がアンクランプ状態となる。反対に、工具ホルダ３２が主軸１５に押し込まれた状態で、皿バネ１９の付勢力によりドローイングバー１７が左方のアンクランプ位置から右方に移動されると、プルスタッド５５に凹部５６内のボール２５が係合され、図４に示すように工具ホルダ３２がクランプされる。なお、この別例の基本構造は例えば特開平１１−２１６６３２号公報に開示されている。
【００３０】
この別例も前記実施形態と同様の効果を有する。
○図５に示すように、前記ドローイングバー１７に対しバネ受け部材４１と可動部材４４を一体に形成してもよい。この場合には密閉収容室２０の後端部側のシールリング５１により気密を保持することができる。
【００３１】
○図示しないが、前記バネ受け座４３を省略し、主軸１５の段差部１５ｂに皿バネ１９を当接してもよい。
○バネの密閉収容室２０に不活性ガスを封入する機構として、主軸１５に対し外部と収容室２０を連通する二つの通路を設け、一方の通路により空気を外部に放出し、他方の通路から不活性ガスを注入するようにしてもよい。この場合には両通路にそれぞれ逆止弁を設けるとよい。
【００３２】
○防錆油等の防錆液体を収容室２０に収容してもよい。
○皿バネ１９に代えてコイルバネを用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明はクランプ機構のドローイングバーを付勢する付勢部材の錆び付きを防止してその破損を防止でき、耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の工作機械の主軸装置を示す縦断面図。
【図２】工具ホルダのクランプ状態を示す縦断面図。
【図３】アンクランプ状態を示す縦断面図。
【図４】この発明の別例を示す縦断面図。
【図５】この発明の別例を示す部分断面図。
【符号の説明】
１１…主軸装置、１２…主軸頭、１５…主軸、１７…ドローイングバー、２０…密閉収容室、４４…可動部材、４４ａ…環状溝、４５…ストローク規制部材、４７…位置規制筒体、５１…第１シールリングとしてのシールリング、５３…第２シールリングとしてのシールリング。

Claims

主軸頭の内部に主軸を回転可能に支持し、該主軸の前端部に工具ホルダをクランプするクランプ機構を装着し、主軸の貫通孔に前記クランプ機構のクランプ動作又はアンクランプ動作を行うドローイングバーを収容し、前記ドローイングバーの外周面と主軸の貫通孔の内周面との間に該ドローイングバーをクランプ方向に付勢する付勢部材を収容した主軸装置において、
前記付勢部材の後端はドローイングバーの後端部に設けたバネ受け部材に係止され、付勢部材の前端は、主軸の貫通孔の内周面に形成した段差部に係止され、前記バネ受け部材に接合した可動部材の外周面と主軸の貫通孔の内周面との間には第１シールリングが介在され、前記ドローイングバーの前端寄り外周面と主軸の貫通孔の内周面との間には第２シールリングが介在され、前記両シールリングの間に前記付勢部材の収容室を密閉状態に保持する密閉収容室が形成され、該密閉収容室には防錆剤、防錆液体又は防錆気体が封入されていることを特徴とする主軸装置。
主軸頭の内部に主軸を回転可能に支持し、該主軸の前端部に工具ホルダをクランプするクランプ機構を装着し、主軸の貫通孔に前記クランプ機構のクランプ動作又はアンクランプ動作を行うドローイングバーを収容し、前記ドローイングバーの外周面と主軸の貫通孔の内周面との間に該ドローイングバーをクランプ方向に付勢する付勢部材を収容した主軸装置において、
前記ドローイングバーの後端部にはバネ受け部材が一体に形成され、該バネ受け部材の外周面と主軸の貫通孔内周面との間には第１シールリングが介在され、前記ドローイングバーの前端寄り外周面と主軸の貫通孔の内周面との間には第２シールリングが介在され、前記両シールリングの間に前記付勢部材の収容室を密閉状態に保持する密閉収容室が形成され、該密閉収容室には防錆剤、防錆液体又は防錆気体が封入されている主軸装置。
請求項１または請求項２において、前記ドローイングバーの中心部には軸心方向にクーラント通路が形成されている主軸装置。
請求項１〜３のいずれか一項において、前記付勢部材は、皿バネ又はコイルバネである主軸装置。