JP4439241B2 - 旋盤の主軸ブレーキ装置 - Google Patents

Description

この発明は、旋盤の主軸の回転を固定し、あるいは回転負荷を与えるために主軸台に設けられるブレーキ装置に関するもので、ディスクブレーキ型の上記装置に関するものである。

刃物台に装着された回転工具を用いて旋盤の主軸に把持されたワークの孔開け加工やキー溝加工を行うときは、加工中にワークが回転しないように主軸の回転を強固に固定しておく必要がある。また、エンドミルを用いてワークの外周に螺旋溝を加工する場合などは、加工中に主軸を低速回転させる必要があるが、この場合には主軸に積極的に回転負荷を与えて、加工負荷が変動しても主軸の回転速度が変化しないようにする必要がある。

この主軸の固定や回転負荷を与えるために、フルブレーキで主軸を固定し、半ブレーキで主軸に回転負荷を与えるブレーキ装置が主軸を軸支している主軸台に装着されている。このブレーキ装置としては、制動力が大きくかつ制動力を正確に制御することができるディスクブレーキが適している。

回転工具でワークの孔開け加工やフライス加工を可能にした旋盤では、刃物台に回転工具の駆動装置を搭載する必要があり、刃物台が大型になる。また、２主軸対向旋盤では、刃物台と主軸台が並置された状態となり、加工時の機械剛性を高くするために、刃物台をできるだけ主軸に接近させる必要があるため、主軸台の幅をできるだけ小さくしたいという要求が生ずる。

周知のようにディスクブレーキは、回転軸に固定したブレーキディスクの両面に油圧シリンダで付勢されるブレーキパッドを押し付けて制動力を発生させるものである。所望の制動力を発生させるためには、それに見合う径の油圧ピストンとブレーキパッドの摺接面積とが必要である。このブレーキ装置側の要求を満足させようとすると、図５に示すように、ブレーキディスク４を主軸２の外周に大きく突出させる必要があり、ブレーキディスク４の径が大きくなって、主軸台１の幅寸法が大きくなり、その分だけ刃物台２１が主軸から遠ざかって、機械剛性が低下する。
特開２０００−２１８４０４号公報

上記の機械剛性の低下の問題を避けるためには、図６に示すように、主軸２からのブレーキディスク４の突出量を小さくして、刃物台２１を主軸２に接近させてやればよいことは明らかである。このときのブレーキパッドの摺接面積は、ブレーキパッドの幅を広くすることによって確保できるが、ブレーキを掛けたときに、ブレーキパッドがディスクから受ける反力の作用線２２がブレーキ力を発生するブレーキピストン６の中心から外れてしまい、そのためにブレーキを掛けたときに、図７に誇張して示すように、ブレーキパッド５及びブレーキピストン６がハの字状に傾いて、ブレーキパッド５とディスク４との摺接面に片当りが生じて、所望の制動力を発生することができなくなると共に、シリンダ内でのピストン６の円滑な摺動が妨げられて、制動力の円滑な制御が不可能になるという問題が発生する。

この発明は、刃物台を主軸に接近させるために、ブレーキディスクを小さくしたときに生ずる上記問題を解決することを課題としており、ブレーキパッドの片当りやブレーキピストンの傾きを生じさせることなく、ブレーキディスクを小径化することが可能な技術手段を得ることを課題としている。

この発明では、ブレーキディスク４を挟んで対向する位置に配置されたブレーキパッド５を付勢するべく主軸２と平行な同一軸線上に配置された一対のピストン６Ａ、６Ｂを貫通して装架されたガイド軸７で、当該一対のピストン６Ａ、６Ｂの軸方向移動をガイドすることにより、上記課題を解決している。

即ち、上記課題を解決した本願請求項１の発明に係る旋盤の主軸ブレーキ装置は、旋盤の主軸に固定されたブレーキディスク４と、当該ディスクを挟んで対向配置されたブレーキピストン６と、当該ピストンの前記ディスクを向く面に固定されて前記ディスクの周縁部を挟圧するブレーキパッド５とを備えた旋盤の主軸ブレーキ装置において、前記ピストンが前記ディスクより外側に偏倚した位置に設けたシリンダ１２に嵌挿して同一軸線上で対向配置され、当該ピストンの軸方向移動を案内すると共に当該ピストンの傾きを防止するガイド軸７が、前記対向配置された対となるピストン６Ａ、６Ｂを貫通してその両端を前記シリンダ１２のシリンダハウジング３で支持されていることを特徴とするものである。

ガイド軸７は、必ずしもピストン６の中心軸と軸心を一致させて設ける必要はない。ピストン６やパッド５を傾けようとする力は、ピストン６に作用する油圧力の作用線２３と、ディスク４からパッド５に作用する反力の作用線２２との距離に比例し、ガイド軸７の位置には関係しないので、ガイド軸７を外側（主軸軸線から離れる方向）に偏倚して設けた方が両作用線２２、２３の距離は小さくなる。ガイド軸７が貫通している部分には、ピストン６に油圧力が作用しないためである。一方、加工の便宜の上では、ガイド軸７をピストン６の軸心に設けるのがよい。

ピストン６に作用する油圧力の作用中心と、ディスク４からの反作用中心２２との偏倚により生ずるモーメントは、ガイド軸７によって受けとめられてブレーキパッド５及びピストン６の傾きを防止する。ガイド軸７がない場合には、ピストン６やブレーキパッド５を傾けようとするモーメントは、ピストン６の外周を案内するシリンダ壁によって受けとめられることとなるが、径の小さいガイド軸７とピストン６との間のクリアランスは、ピストン６の外周とシリンダとの間のクリアランスよりも小さくすることが可能で、かつ一般に軸方向のガイド長さも長く取れるため、同じモーメントが作用したときのピストン６やブレーキパッド５の傾きを小さくすることができ、従って、ピストンやブレーキパッドが傾くことによって生ずるブレーキ力の低下やピストン６の動作不良を防止することが可能になる。

以下、図１ないし４を参照して、この発明の実施形態を説明する。図において、１は主軸台、２は当該主軸台に軸支された主軸、３は主軸台の上部に固定されたシリンダハウジング、４は主軸に固定されたブレーキディスク、５はブレーキパッド、６はブレーキピストン、７はガイド軸である。また、図４に想像線で示す８は主軸軸端、９は主軸を回転駆動するＶベルトプーリである。

シリンダハウジング３は、主軸台１の上部に図示しないボルトで固定して設けられており、内部にブレーキピストン６に油圧を供給するための油孔１０、１１が設けられている。シリンダハウジング３には、主軸と平行な２個のシリンダ１２が設けられており、このシリンダの軸方向中央にブレーキディスク４の上部を挿入し、かつその両側にブレーキパッド５を収容するための下方に開いた空間１３が形成されている。各シリンダ１２の軸心には、ガイド軸７がその両端をシリンダハウジング３に支持された状態で装架されている。

シリンダ１２には、軸心をガイド軸７に挿通して軸方向に案内された状態でブレーキディスク４を挟む両側に対となるピストン６Ａ、６Ｂが嵌挿されている。ガイド軸７とピストンのガイド軸挿通孔とは、高い面精度と嵌め合い精度とを備えており、ピストン６Ａ、６Ｂはガイド軸７によって軸方向にガイドされるようにしてある。ピストン６の前面（ディスク４を向く面）には、図示しないボルトでブレーキパッド５が固定されている。即ち、各側のブレーキパッドは、当該側の２個のピストン６Ａ（６Ｂ）、６Ａ（６Ｂ）によって支持されており、主軸の軸方向に移動自在かつ回動不能である。なお、ブレーキパッド５とピストン６の固定部には、嵌合部１５が設けられて、両者が正確な位置関係で確実に固定されるようになっている。

ピストン６の背面には、シリンダの底面との間に付勢側の油圧室１６が形成されており、油孔１１を通してこの油圧室１６に油圧を供給することにより、ブレーキパッド５がブレーキディスク４の上端部に両側から押し付けられて制動力を発生する。一方、ガイド軸７の両端には段部が形成され、この段部に対応する段部を形成したピストンの軸孔との間に戻り側の油圧室１７が形成されている。ガイド軸７には、この油圧室１６に連通する油孔１０が形成されており、シリンダハウジング３の油孔１０及びガイド軸の油孔１８を通して戻り側の油圧室１７に油圧を供給することにより、ピストン６が両側に後退して、ブレーキパッド５をディスク４から離隔させる。なお、図中の１９ないし２０は、液封用のＯリングである。

図には示してないが、付勢側の油圧室１６に油圧を供給する回路には、圧力調整装置が設けられており、付勢側油圧室１６に高圧の油圧を供給することによって主軸回転が強固に固定され、また何段階かの低圧の油圧を供給することにより、主軸２に所望の回転負荷が与えられる。

図３のＡ部における主軸ブレーキ装置の断面側面図 図３のＢ部における主軸ブレーキ装置の断面側面図 図１のＣ部における主軸ブレーキ装置の断面正面図 主軸ブレーキ装置を備えた主軸ユニットの斜視図 大径のブレーキディスクを設けたときのディスクとブレーキピストンとの位置関係及び主軸台と刃物台の関係を示す説明図 ブレーキディスクの径を小さくしたときの図５と同様な図 ブレーキディスクを小径としたときのブレーキパッド及びピストンの傾きを誇張して示す説明図

符号の説明

４ ブレーキディスク
５ ブレーキパッド
６ ブレーキピストン
７ ガイド軸

Claims (1)

1. 旋盤の主軸に固定されたブレーキディスク(4)と、当該ディスクを挟んで対向配置されたブレーキピストン(6)と、当該ピストンの前記ディスクを向く面に固定されて前記ディスクの周縁部を挟圧するブレーキパッド(5)とを備えた旋盤の主軸ブレーキ装置において、
   前記ピストンが前記ディスクより外側に偏倚した位置に設けたシリンダ(12)に嵌挿して同一軸線上で対向配置され、当該ピストンの軸方向移動を案内すると共に当該ピストンの傾きを防止するガイド軸(7)が、前記対向配置された対となるピストンを貫通してその両端を前記シリンダのシリンダハウジング(3)で支持されていることを特徴とする、旋盤の主軸ブレーキ装置。

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