JP4180476B2 - ワーク押さえを備える主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、押さえ手段でワークをテーブルに押さえ付けてワークを加工するワーク押さえを備える主軸装置に関する。

従来、加工工具であるドリルの移動速度を高速化して、加工能率を向上させたモータ内蔵形スピンドル装置がある（例えば、特許文献１参照。）。このスピンドル装置は、ドリルを保持する主軸であるロータシャフトを本体であるハウジングに回転および昇降自在に支持させ、ワークを加工するときにロータシャフトだけを移動（昇降）させて、ドリルの移動速度すなわち加工速度が速くなるようにしてある。この構成によれば、加工速度を速くすることができるだけでなく、加工に伴って発生する振動を低減することもできる。

特開昭６２−１０７９０３号公報（第１図）

ところで、従来の主軸装置は、ワークをテーブルに押さえ付ける押さえ手段であるプレッシャフットによってワークの被加工部の周辺を加圧して、ドリルを切り込ませると、穴を所定の位置に正確にあけることができる。

従来の主軸装置にプレッシャフットを備えてワークを加工しようとすると、ロータシャフトを移動させる支持手段に加えてプレッシャフットを移動させる別の支持手段を設けて、プレッシャフットとロータシャフトとが個別に移動できるようにする必要がある。この場合、プレッシャフットの支持手段は、プレッシャフットをワークに押し付ける付勢手段の役目もしており、付勢手段に圧縮空気を使用すると、付勢方向を切り換えるときの応答が遅いため、加工能率を向上させることが困難であった。

本発明は、装置を小型にして、付勢手段に圧縮空気を使用する場合であっても、加工能率を向上させることのできるワーク押さえを備える主軸装置を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、本体（４，１６）と、
前記本体（４，１６）に回転自在、かつ軸線（Ｏ）に沿って移動自在に設けられた主軸（１）と、
前記主軸（１）の一端に設けられてワークを加工する加工工具（４０）を取り外し自在に保持する保持手段（コレットチャック）（２）と、
前記主軸（１）を回転自在に接続させて前記本体（４，１６）に、前記軸線（Ｏ）に沿って移動自在に設けられた支持手段（上下接続シャフト、可動子及び連結プレート）（６，１２，２０）と、
前記支持手段（６，１２，２０）を前記主軸（１）とともに前記軸線（Ｏ）に沿って移動させて、前記加工工具（４０）を前記ワークに接近離間させる直線駆動手段（リニアモータ）（１８）と、
前記本体（４，１６）内に設けられて前記主軸（１）を回転させる回転駆動手段（回転モータ）（１７）と、
前記保持手段（２）の先端に臨んで配置されて前記ワークを押圧可能な押さえ手段（プレッシャフット）（５３）と、
前記支持手段（６，１２，２０）と前記押さえ手段（５３）とを所定量相対移動可能に接続するとともに前記押さえ手段（５３）を前記保持手段（コレットチャック）（２）から離れる方向に付勢する付勢手段（５０）と、
前記本体（４，１６）と前記支持手段（６，１２，２０）との間に設けられて、前記主軸（１）と前記押さえ手段（５３）とを前記ワークから遠ざける方向に前記支持手段（６，１２，２０）を付勢する付勢離間手段（ばね）（２２）と、
を備えたワーク押さえを備える主軸装置（１００）である。

請求項２に係る発明は、前記本体（４，１６）の前記主軸（１）を支持している部分が、前記軸線（Ｏ）方向に対して交差する方向に分割可能に形成されている、請求項１に記載のワーク押さえを備える主軸装置（１００）である。
請求項３に係る発明は、前記保持手段（２）がコレットチャックであり、前記支持手段（６，１２，２０）が前記主軸（１）に回転自在及び軸方向に一体に接続する上下接続シャフト（６）と、該上下接続シャフトに一体の可動子（１２）と、該可動子と一体の連結プレート（２０）とであり、前記直線駆動手段（１８）が前記可動子を前記軸線（Ｏ）に沿って移動させるリニアモータであり、前記回転駆動手段（１７）が回転モータであり、前記押さえ手段（５３）がプレッシャフットであり、前記付勢手段（５０）が前記連結プレート（２０）と前記プレッシャフットとの間に配置されたエアシリンダである、請求項１に記載のワーク押さえを備える主軸装置（１００）である。

なお、括弧内の符号は、便宜的に、図面と対照しやすくするために付したものであって、本発明の構成を何ら限定するものではない。

請求項１に係るワーク押さえを備える主軸装置は、付勢手段（エアシリンダ）によって支持手段に接続された押さえ手段と主軸とを共通の直線駆動手段（リニアモータ）によって移動させるようになっているので、押さえ手段を主軸とともに速やかに、かつ同期させて移動させることができ、作業性を向上させることができる。さらに、構造が簡単になり、小型にすることができる。

請求項１に係るワーク押さえを備える主軸装置は、主軸と押さえ手段とをワークから遠ざける方向に支持手段を付勢する付勢離間手段を備えているので、直線駆動手段（リニアモータ）が作動できる状態になっていなくても、保持手段と押さえ手段とが自重により下降して、ワークに損傷を与えたり、或いは加工工具が損傷を受けたりすることを防止することができる。

請求項３に係るワーク押さえを備える主軸装置は、本体の主軸を支持している部分が、軸線方向に対して交差する方向に分割可能に形成されているので、摩耗した主軸を簡単、かつ速やかに交換することができる。

以下、本発明の実施形態のワーク押さえを備える主軸装置を図に基づいて説明する。なお、一連の図を通し、同一の参照符号は同一ないし対応する部分を示す。

図１は、本発明の実施形態のワーク押さえを備える主軸装置の正面一部断面図である。

ワーク押さえを備える主軸装置１００のロータシャフト１の先端部には、コレットチャック２と、コレットチャック２を図の上方に付勢するばね３とを配置してある。コレットチャック２のドリル４０側は、ロータシャフト１の回転中心軸である軸線Ｏに沿って不図示の複数のスリットが形成されて、径方向に縮径可能に構成されている。

そして、ドリル４０は、コレットチャック２の外周に形成されたテーパ面２ａがロータシャフト１の内面に形成されたテーパ面１ａにばね３に付勢されて生じる径方向の力により保持手段であるコレットチャック２に保持されている。

主軸であるロータシャフト１は、ハウジング４の内部に配置した複数のラジアルエア軸受け５により径方向に支持され、端部に形成したフランジ部１ｆを上下接続シャフト６に形成したスラストエア軸受け７に支持させて、軸線Ｏに沿った方向の位置決めをされている。

ロータシャフト１の外周には、銅材を端絡環状に形成したロータ（回転子）８を配置してある。ハウジング４内部のロータ８に対向する面には、コイル（固定子）９を配置してある。そして、コイル９に電流を供給すると、ロータ８すなわちロータシャフト１が回転するようになっている。したがって、コイル９とロータ８は、回転駆動手段である回転モータ１７を構成している。

コレットチャック２の上側には押し棒１０を配置してある。押し棒１０はロータシャフト１の内部を軸線Ｏに沿って移動できるようになっている。ハウジング４はベース１６に固定してある。ハウジング４とベース１６は、装置本体を構成している。

上下接続シャフト６は、ボルト１１により可動子１２に接続してある。上下接続シャフト６と可動子１２と後述する連結プレート２０は、支持手段を構成している。可動子１２の側面にはコイル１３と共にリニアモータ１８を構成するマグネット１４を配置してある。コイル１３はマグネット１４と対向するベース１６に配置してある。そして、コイル１３に電流を供給すると、可動子１２は軸線Ｏに沿って移動する。

可動子１２は、ベアリング１５に支持されて、ベース１６の内部を軸線Ｏに沿って移動できるようになっている。可動子１２は、上端に設けたフランジ部１２ｆがボルト２１により連結プレート２０に固定されて、連結プレート２０と一体化されている。付勢離間手段であるばね２２は連結プレート２０とベース１６との間に配置してあり、連結プレート２０を図の上方に付勢している。

ベース１６の上部にはシリンダ３０を配置してある。シリンダ３０のロッド３１は、軸線Ｏに沿って移動するようにガイド３２に支持されている。ガイド３２は可動子１２に設けてある。ロッド３１が上端にいるとき、ロッド３１の先端部（下端）は、押し棒１０の上端部から離れている。

一対のエアシリンダ５０は、ボルト５１により連結プレート２０に固定してある。プレッシャフット５３は、ボルト５４によりエアシリンダ５０のロッド５２に固定してある。ロッド５２は、エアシリンダ５０を出入りするようになっている。エアシリンダ５０は、両側からエアが注入排出されるようになっている。エアシリンダ５０にエアを注入したり、排出したりしなければ、連結プレート２０とエアシリンダ５０とプレッシャフット５３は、一体に移動するようになっている。しかし、エアシリンダ５０にエアを注入したり、排出したりすると、プレッシャフット５３が連結プレート２０とは個別に昇降するようになっている。ベース１６に保持したガイド５５は、ロッド５２を軸線Ｏに沿って移動できるように支持している。エアシリンダ５０は、付勢手段を構成している。

次に、本実施形態のワーク押さえを備える主軸装置１００の動作を説明する。

始めに、ドリル４０の着脱手順を説明する。

ドリル４０を交換するときには、シリンダ３０を作動させる。すると、ロッド３１が下降して、押し棒１０を介してコレットチャック２をばね３に抗して図の下方に移動させる。コレットチャック２のテーパ面２ａがロータシャフト１のテーパ面１ａから離れると、コレットチャック２のドリル４０保持力が無くなり、ドリル４０をコレットチャック２から取り外すことができる。そして、この状態で新しいドリル４０をコレットチャック２の内部に挿入し、ロッド３１を上昇させて、新しいドリル４０をコレットチャック２に保持させる。

次に、本実施形態のワーク押さえを備える主軸装置１００の加工時の動作を説明する。

ワークの加工を開始するとき、エアシリンダ５０は、シリンダ５７内のエアによって、押さえ手段であるプレッシャフット５３を図の下方に付勢している。軸線Ｏを加工箇所に位置決めした後、コイル１３に電流を流し、ドリル４０の先端が所定の位置に到達するまで、ばね２２に抗して連結プレート２０を下降させる。連結プレート２０が下降することにより、プレッシャフット５３とロータシャフト１は一体になって下降を開始する。そして、プレッシャフット５３は下端がワーク４１に当接すると下降を阻止されてワーク４１を加圧し、下降を継続するロータシャフト１の下端を受け入れる。この間、プレッシャフット５３と連結プレート２０は、エアシリンダ５０を圧縮する。

ドリル４０の先端がワークの所望の深さまで穴をあけると、コイル１３に供給する電流の方向を逆にして、直線駆動手段であるリニアモータ１８によって連結プレート２０を上昇させる。エアシリンダ５０が圧縮されているので、プレッシャフット５３は下方に付勢されている。このため、先ず、ドリル４０がワーク４１から抜け出し、その後、プレッシャフット５３がワーク４１から離れる。

以上の動作において、可動子１２、連結プレート２０、エアシリンダ５０、プレッシャフット５３、ロータシャフト１、及びドリル４０が昇降方向で一体的に連結されているので、リニアモータ１８によって連結プレート２０が下降するとき、エアシリンダ５０にエアを供給することなく、そのままの状態で、連結プレート２０、エアシリンダ５０、プレッシャフット５３等が一体に下降してプレッシャフット５３でワーク４１を押圧することができる。よって、エアシリンダ５０に接続してあるエアの流れを制御する不図示の電磁弁を開閉することなく、可動子１２、連結プレート２０と同時にプレッシャフット５３を速やかに下降させることができて、穴あけ作業の能率を向上させることができる。

また、穴あけ作業が終了して、リニアモータ１８によって連結プレート２０を上昇させるとき、エアシリンダ５０にエアを供給しなくても、連結プレート２０、エアシリンダ５０、プレッシャフット５３等を一体に上昇させることができるが（ただし、プレッシャフット５３は、上昇開始時において、エアシリンダ５０によってワーク４１を押さえ込んでいる分だけ上昇が遅れる。）、この場合、エアシリンダ５０にエアを供給して、プレッシャフット５３をワーク４１から離れる方向に移動させると、プレッシャフット５３をワーク４１から早目に離すことができて、次の穴あけ作業に早く移ることができる。

この実施形態では、連結プレート２０を介してプレッシャフット５３とロータシャフト１を同一の駆動源であるリニアモータ１８によって作動させているので、特別な手段を用意することなく、両者を同期して移動させることができる。

また、付勢離間手段であるばね２２により連結プレート２０を図の上方に付勢するように構成したので、コイル１３に通電がされていない場合でも、ロータシャフト１やプレッシャフット５３が重力により降下してドリル４０あるいはワーク４１を損傷させることがない。

なお、この実施形態では、可動子１２の側面にマグネット１４を配置したが、可動子１２を磁性体材料（例えば鉄）で形成する場合は、マグネット１４を設ける必要がない。

ところで、スピンドル７０は消耗品であるので交換する必要がある。本実施形態のエア押さえ加工主軸装置１００は、スピンドル７０を容易に交換できる構造になっている。スピンドル７０は、ロータシャフト１とハウジング４および上下接続シャフト６とから構成されている。ロータシャフト１に組み込まれているコレットチャック２、ばね３、ロータ８およびハウジング４に組み込まれているラジアルエア軸受け５、コイル９並びに上下接続シャフト６に形成されたスラストエア軸受け７もスピンドル７０に含まれている。

図２は、本実施形態のエア押さえ加工主軸装置１００の正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図で、図３（ａ）はスピンドルがベースに組み込まれている状態を示し、図３（ｂ）はスピンドルをベースから取り外した状態を示す。

ハウジング４はベース１６に形成されたＵ字形の切り欠き６１に嵌合し、押しゴム６３を介してコの字状のカバー６２によりベース１６に固定してある。押しゴム６３は、軸線Ｏに沿って２個配置してあり、ボルト６４によりカバー６２をベース１６に固定すると、ハウジング４との間で圧縮されて、弾性力によりハウジング４をベース１６に押し付けるようになっている。

以上の構成であるので、ボルト６４を外し、カバー６２をベース１６から外すと、図３（ｂ）に示すように、スピンドルをベース１６から取り外すことができる。したがって、スピンドルを容易に交換、あるいは内部の保守を行うことができる。

なお、この場合、プレッシャフット５３を外しておくと、さらに交換作業が容易になる。

本発明の実施形態のワーク押さえを備える主軸装置の正面一部断面図である。 本実施形態のエア押さえ加工主軸装置の正面図である。 図２のＡ−Ａ矢視断面図である。（ａ）スピンドルがベースに組み込まれている状態の図である。（ｂ）スピンドルをベースから取り外した状態の図である。

符号の説明

Ｏ 軸線
１ ロータシャフト（主軸）
２ コレットチャック（保持手段）
４ ハウジング（本体）
６ 上下接続シャフト（支持手段）
１２ 可動子（支持手段）
１６ ベース（本体）
１７ 回転モータ（回転駆動手段）
１８ リニアモータ（直線駆動手段）
２０ 連結プレート（支持手段）
２２ ばね（付勢離間手段）
４０ ドリル（加工工具）
５０ エアシリンダ（付勢手段）
５２ ロッド
５３ プレッシャフット（押さえ手段）
５７ シリンダ
６１ 切り欠き
６２ カバー
６３ 押しゴム
７０ スピンドル
１００ ワーク押さえを備える主軸装置

Claims (3)

1. 本体と、
   前記本体に回転自在、かつ軸線に沿って移動自在に設けられた主軸と、
   前記主軸の一端に設けられてワークを加工する加工工具を取り外し自在に保持する保持手段と、
   前記主軸を回転自在に接続させて前記本体に、前記軸線に沿って移動自在に設けられた支持手段と、
   前記支持手段を前記主軸とともに前記軸線に沿って移動させて、前記加工工具を前記ワークに接近離間させる直線駆動手段と、
   前記本体内に設けられて前記主軸を回転させる回転駆動手段と、
   前記主軸の先端に臨んで配置されて前記ワークを押圧可能な押さえ手段と、
   前記支持手段と前記押さえ手段とを所定量相対移動可能に接続するとともに前記押さえ手段を前記保持手段から離れる方向に付勢する付勢手段と、
   前記本体と前記支持手段との間に設けられて、前記主軸と前記押さえ手段とを前記ワークから遠ざける方向に前記支持手段を付勢する付勢離間手段と、
   を備えたことを特徴とするワーク押さえを備える主軸装置。
2. 前記本体の前記主軸を支持している部分は、前記軸線に対して交差する方向に分割可能に形成されてなる、
   請求項１に記載のワーク押さえを備える主軸装置。
3. 前記保持手段がコレットチャックであり、
   前記支持手段が前記主軸に回転自在及び軸方向に一体に接続する上下接続シャフトと、該上下接続シャフトに一体の可動子と、該可動子と一体の連結プレートとであり、
   前記直線駆動手段が前記可動子を前記軸線に沿って移動させるリニアモータであり、
   前記回転駆動手段が回転モータであり、
   前記押さえ手段がプレッシャフットであり、
   前記付勢手段が前記連結プレートと前記プレッシャフットとの間に配置されたエアシリンダである、
   請求項１に記載のワーク押さえを備える主軸装置。

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