JP4984881B2 - 主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械に関し、より詳細には、門形マシニングセンタの主軸ヘッドに取り付けられる主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械に関する。

従来、大物ワークと工具との三次元的な相対移動によって、切削、穴あけ等の加工を行なう複合加工工作機械として、例えば、ワークを取り付けたテーブルを直進往復運動させると共に、工具を有する主軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に制御する門形マシニングセンタが使用されている。

門形マシニングセンタでは、２つのコラムによって支持されたクロスレールにサドルが取り付けられ、サドルに対してＺ軸方向に移動するラムの端部に主軸ヘッドが取り付けられ、さらに、この主軸ヘッドの２本の支持アームにブラケットを介してモータビルトイン式の主軸が旋回可能に取り付けられる。

また、一般的な工作機械の主軸装置では、工具に冷却液などの流体を供給するための回転継手が主軸内に設けられており、該流体は配管によって装置外の流体供給装置から回転継手に供給される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２８７１０２号公報（第４図）

ところで、特許文献１に記載の主軸装置を上述した複合加工工作機械に適用する場合、流体を回転継手に供給する配管のためのスペースをブラケット内に設ける必要があり、主軸装置が大型になってしまうという問題がある。

また、主軸のメンテナンスを行なう際、主軸をブラケットから分解又は組付ける時には、配管も分解・組立しなければならず、メンテナンスに時間がかかる。メンテナンス中は、機械を止める必要があるため、ダウンタイムが増大し、生産性が低下するという問題がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトな構成で回転継手を配置することができ、メンテナンス時のダウンタイムが短く生産性の高い主軸装置及び複合加工工作機械を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 一対の支持アームに旋回可能に取り付けられ、前部に工具を装着可能な主軸装置であって、
該主軸装置は、
前記一対の支持アームに旋回可能に設けられた旋回シャフトと、
該旋回シャフトが取り付けられ、該旋回シャフトの旋回軸に対して略垂直な筒部を有するブラケット本体と、前記ブラケット本体の後端面に固定される後蓋と、を備えるブラケットと、
先端に工具を装着可能な回転部と、前記ブラケット本体の筒部に挿脱可能に取り付けられるハウジングと、前記回転部と前記ハウジングとの間に配置され、前記回転部を前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、前記後蓋に覆われた前記ハウジングの後部に取り付けられ、前記回転部に流体を供給する回転継手と、を有するモータビルトイン式の主軸と、
を有し、
前記主軸装置には、前記旋回シャフト内を前記ブラケットまで伸び、該ブラケット内を貫通したのち前記ハウジング内を前記主軸装置の後部に向かって伸び、前記回転継手に至るまで連通して形成された第１流路と、該回転継手内を貫通し、前記主軸装置の前部に向かって折り返され前記回転部まで伸びる第２流路とが形成され、
前記第１流路と前記第２流路とは互いに連通され、
前記旋回シャフトから前記主軸に供給される流体の前記第１流路及び前記第２流路は、前記旋回シャフトから前記ブラケット、前記ハウジング、及び前記回転継手を介して前記回転部まで、配管無しで連結されていることを特徴とする主軸装置。
（２） 前記回転継手は、
前記ハウジングの後端面と対向し、前記回転継手に供給される前記流体の流路開口が形成されるフランジ部を有する継手ケースと、
前記継手ケースに対して２つの軸受を介して相対回転可能に配置される回転管軸と、 前記回転管軸の後端と対向するように前記継手ケースに固定された継手カバーに装着されるフローティングシートと、
前記回転管軸の後端部と前記フローティングシートの先端部にそれぞれ装着されるシールリングを有するシール部と、
を備え、
前記回転管軸の内部に形成された通孔により、回転側流路が構成され、
前記フローティングシートの内部に形成され、前記継手カバーに形成された孔部と連通する通孔により、固定側流路が構成され、
前記回転管軸の通孔と前記フローティングシートの通孔とを、前記シール部を介して連通することで、前記回転側流路と前記固定側流路とを連結させることを特徴とする（１）に記載の主軸装置。
（３）（１）または（２）に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする複合加工工作機械。

本発明によれば、回転部に流体を供給する回転継手は、ハウジングの後部端面と対向し、回転継手に供給される流体の流路開口が形成されるフランジ部を有するので、流体が配管なしで回転継手に供給され、配管のためのスペースをブラケット内に設ける必要がなくなり、コンパクトな主軸装置を構成することができる。また、回転継手をハウジングに組付けると同時に回転継手に供給される流体の流路が接続されるため、主軸をブラケットから分解又は組み付ける時に、配管を分解・組み立てる必要がなく、メンテナンス時のダウンタイムが短く生産性の高いものとなる。

以下、本発明に係る主軸装置及び複合加工工作機械としての門形マシニングセンタについて図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、門形マシニングセンタ１では、ベッド２の上にテーブル３がＸ軸方向へ移動可能に支持されており、ベッド２の両側には一対のコラム４が立設されている。コラム４の上端にはクロスレール５が架設されており、クロスレール５には、サドル６がＹ軸方向へ移動可能に設けられる。また、サドル６には、Ｚ軸方向に昇降可能なラム７が支持されており、ラム７の下端には、本発明の主軸装置２０をＹ軸回り及びＺ軸回りに回転割出し駆動可能に保持する主軸ヘッド８が装着されている。

図２及び図３に示すように、主軸ヘッド８には、主軸装置２０のブラケット２１を挟むように一対の支持アーム９が設けられており、支持アーム９の内部には、ブラケット２１の両側面に固定された一対の旋回シャフト１０が複数の軸受１１を介して回転可能に収容されている。また、一方の旋回シャフト１０にはモータ１２が配置されており、これにより、主軸装置２０は一対の支持アーム９にＹ軸（旋回軸Ａ）回りに旋回可能に取り付けられる。なお、主軸装置２０の旋回駆動は、旋回シャフト１０まわりにモータ１２を配置する代わりに、旋回シャフト１０をギア駆動するものであってもよい。

図４及び図５に示すように、主軸装置２０のブラケット２１は、旋回シャフト１０がＹ軸方向の両側面に固定され、Ｘ軸方向（旋回軸に対して略垂直）に貫通する筒部２２を有するブラケット本体２３と、ブラケット本体２３の後端面に固定される後蓋２５と、を備える。そして、このブラケット本体２３の筒部２２には、主軸３０のハウジング３２が挿脱可能に取り付けられている。なお、図４中、符号２３ａは、旋回シャフト１０を取り付けるためのボルト孔である。

図５に示すように、主軸３０は、モータビルトイン式であり、先端に工具Ｗを装着可能な回転部３１と、ブラケット本体２３の筒部２２に挿脱可能に取り付けられるハウジング３２と、回転部３１とハウジング３２との間に配置され、回転部３１をハウジング３２に対して回転自在に支持する前側及び後側軸受５０，５１と、を有する。

ハウジング３２は、ステータ３４が取り付けられる中間ハウジング３５、スリーブハウジング３６、後側ハウジング３７、リヤカバー３８を有する外筒３９と、外筒３９と一体に形成される前側ハウジング４０と、前側ハウジング４０の前方に取り付けられる前蓋４１及びフロントカバー４２とを、有する。なお、中間ハウジング３５とスリーブハウジング３６とは一体構造としてもよい。また、外筒３９と前側ハウジング４０は別体に形成されてもよい。

回転部３１は、ロータ４３を有する回転自在な回転軸４４と、回転軸４４の内部で、回転軸４４に軸方向に相対移動可能に装着されるドローバー４５と、ドローバー４５が工具ホルダ４６を固定するコレット部４７を軸方向内方に引き込むように、ドローバー４５に外装され、軸方向において回転軸４４とドローバー４５の大径部４５ａとの間に圧縮可能に配置されるばね４８と、が配置される。なお、ばね４８としては、皿ばねを使用しているが、コイルばねや螺旋皿ばね等を使用してもよい。

前側軸受５０は、外輪が前側ハウジング４０に固定されると共に内輪が回転軸４４の一端側に外嵌する組合せアンギュラ玉軸受によって構成される。また、回転軸４４の他端側に配設されたスリーブハウジング３６には、回転軸４４の軸方向に移動可能な軸受スリーブ４９が嵌合されており、後側軸受５１は、外輪が軸受スリーブ４９に固定されると共に内輪が回転軸４４の他端側に外嵌する一対のアンギュラ玉軸受によって構成され、前側軸受５０と共働して回転軸４４を回転自在に支持する。

ドローバー４５の後端側には、工具交換のためのピストン機構６０のピストン６１に装着されたピストン押圧部６２によって押圧されるピストン当接部６３が設けられている。ピストン機構６０は、往動側圧力導入部６４に油、水、空気等の圧力媒体が導入されることにより、ピストン６１が往動され、ピストン６１のピストン押圧部６２がピストン当接部６３を押圧し、ドローバー４５を軸方向に押圧移動させて工具Ｗを押し出して工具アンクランプ状態とする（図５の上部位置参照）。一方、往動側圧力導入部６４の圧力を抜き、復動側圧力導入部６５に圧力媒体が導入されることにより、ピストン６１が復動され、ドローバー４５を軸方向に戻り移動させて工具クランプ状態とする（図５の下部位置参照）。

リヤカバー３８には、ピストン機構６０のピストン６１の位置を検出する位置検出センサ６６や、工具Ｗの有無を検出する工具検出センサ６７が固定されており、後側ハウジング３７の内側には、回転軸４４の回転速度を検出するエンコーダ６８が配置されている。

さらに、リヤカバー３８の後部には、回転部３１のドローバー４５内にクーラントを供給する回転継手７０が設けられている。回転継手７０は、図７に示すように、リヤカバー３８の後端面に対向して取り付けられるフランジ部７１ａを有する継手ケース７１と、この継手ケース７１に対して２つの軸受７２を介して相対回転可能に配置される回転管軸７３と、回転管軸７３の後端と対向するように継手ケース７１に固定された継手カバー７４に装着されるフローティングシート７５と、回転管軸７３の後端部とフローティングシート７５の先端部にそれぞれ装着されるシールリングを有するシール部７６と、を備える。

回転管軸７３には、回転軸４４の後端と連結される連結部材７７が装着されて（図５参照）、回転軸４４と共に回転すると共に、内部に通孔７３ａが形成され、連結部材７７に形成された図示しない孔部と連通して回転側流路を構成する。また、フローティングシート７５の内部にも、継手カバー７４に形成された孔部７４ａと連通する通孔７５ａが形成され、固定側流路を構成する。そして、回転管軸７３の通孔７３ａとフローティングシート７５の通孔７５ａをシール部７６を介して連通することで、回転側流路と固定側流路を連結する。

外筒３９は、中間ハウジング３５のフランジ部３５ａをブラケット本体２３の先端面にボルト締結することで、ブラケット２１に固定されている。このため、外筒３９は、ボルト９６を外すことで、主軸３０をブラケット２１から先端側に抜き取り可能に構成される。

また、ブラケット本体２３の先端面と対向する中間ハウジング３５のフランジ部３５ａの取付面３５ｂには流路開口が設けられており、主軸３０に供給されるすべての流体は、この取付面３５ｂに形成された流路開口から供給或は排出される。図８に示すように、フランジ部３５ａの取付面３５ｂには、軸受及びモータ用の冷却油の入口側流路開口８０、ピストン６１のクランプ用圧油の流路開口８１、フラッドクーラントの流路開口８２、テーパエアブローの流路開口８３、エアシールエアの流路開口８４、ピストン６１のアンクランプ用圧油の流路開口８５、軸受及びモータ用の冷却油の出口側流路開口８６がそれぞれ形成されている。なお、図８の符号３２ｂは、中間ハウジング３２のフランジ部３２ａに形成された、ボルト９６が挿通するボルト孔（本実施形態では、６つ）である。

例えば、図５に示すように、アンクランプ用圧油は、ブラケット側の流路９４から中間ハウジング３５の取付面３５ｂに形成された流路開口８５に導かれ、さらに、中間ハウジング３５、スリーブハウジング３６、後側ハウジング３７、リヤカバー３８内に形成された各流路８７を通過して、復動側圧力導入部６５に供給される。また、図６に示すように、軸受及びモータ用の冷却油も、ブラケット側の流路９４から中間ハウジング３５の取付面３５ｂに形成された流路開口８０に導かれる。その後、この流路開口８０から延びる流路８８は、中間ハウジング３５内で分岐され、冷却油の一部は、中間ハウジング３５の後方に延びる流路８９によって、冷却筒９０へ供給され、また、他の冷却油は、前側ハウジング４０に形成された流路９２により、冷却部９３へ供給される。なお、その他の流体も、中間ハウジング３５から各ハウジングに形成された流路を通って所望の位置に供給され、或は、各ハウジングに形成された流路を通って中間ハウジング３５からブラケット側へ排出される。

また、図５に示すように、中間ハウジング３５、スリーブハウジング３６、後側ハウジング３７、リヤカバー３８内に形成された各流路８７´を通過するテーパエアブローは、リヤカバー３８の後端面に取り付けられる継手ケース７１のフランジ部７１ａに形成された流路開口７１ｂを介して、継手ケース７１及び継手カバー７４の各流路７７に供給される。そして、供給圧力により、フローティングシート７５を下流側に押圧させた状態で、シール部７６が密着し、テーパエアブローが固定側流路から回転側流路に導かれ、回転部３１に供給される。

一方、各流体のブラケット側の流路９４は、ブラケット本体２３に形成され、ブラケット本体２３の先端面に形成された開口９４ａと、旋回シャフト１０のフランジ１０ａ（図３参照）と対向する取付面２３ｂに形成された開口９４ｂとを連通する。この取付面２３ｂに開口した流路９４は、旋回シャフト１０のフランジ１０ａに形成された図示しない流路と配管無しで連通する。これにより、主軸３０に供給される流体の流路は、旋回シャフト側からブラケット本体２３、中間ハウジング３５を介して主軸３０の所望の位置まで配管無しで連通されており、旋回シャフト１０とブラケット本体２３、或はブラケット本体２３と中間ハウジング３５を分解すると同時に各部材間の流体の流路が切り離される。また、旋回シャフト１０とブラケット本体２３、或はブラケット本体２３と中間ハウジング３５を組み付けると同時に各部材間の流体の流路が組み立てられる。なお、これら各部材の対向面間で各流路開口の周囲にはＯリングが配置されており、対向面に形成された流路開口からの流体の漏洩を防止している。

従って、本実施形態の主軸装置２０によれば、回転部３１に流体を供給する回転継手７０は、リヤカバー３８の後端面と対向し、回転継手７０に供給される流体の流路開口が形成されるフランジ部７１ａを持った継手ケース７１を有するので、流体が配管なしで回転継手７０に供給され、配管のためのスペースをブラケット内に設ける必要がなくなり、コンパクトな主軸装置２０を構成することができる。また、回転継手７０をリヤカバー３８に組付けると同時に回転継手７０に供給される流体の流路が接続されるため、主軸３０をブラケット２１から分解又は組み付ける時に、配管を分解・組み立てる必要がなく、メンテナンス時のダウンタイムが短く生産性の高いものとなる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、主軸装置２０は、主軸ヘッド８の一対の支持アーム９によって旋回可能に支持されているが、一本の支持アームによって片持ち支持される構成であってもよい。

本発明の主軸装置が適用される門形マシニングセンタの概略図である。 図１の主軸ヘッドを示す要部斜視図である。 主軸ヘッドを示す正面図である。 主軸装置の分解斜視図である。 主軸装置の断面図である。 図５のVI−VI線に沿った主軸装置の部分断面図である。 回転継手の拡大断面図である。 ブラケットから取り外された主軸を図５の矢視VII方向からみた背面図である。

符号の説明

１ 門形マシニングセンタ（複合加工工作機械）
２０ 主軸装置
２１ ブラケット
２２ 筒部
２３ ブラケット本体
２５ 後蓋
３０ 主軸
３１ 回転部
３２ ハウジング
５０ 前側軸受
５１ 後側軸受
７０ 回転継手
７１ 継手ケース
７１ａ フランジ部
７１ｂ 流路開口
７２ 軸受
７３ 回転管軸
７５ フローティングシート
７６ シール部

Claims (3)

1. 一対の支持アームに旋回可能に取り付けられ、前部に工具を装着可能な主軸装置であって、
   該主軸装置は、
   前記一対の支持アームに旋回可能に設けられた旋回シャフトと、
   該旋回シャフトが取り付けられ、該旋回シャフトの旋回軸に対して略垂直な筒部を有するブラケット本体と、前記ブラケット本体の後端面に固定される後蓋と、を備えるブラケットと、
   先端に工具を装着可能な回転部と、前記ブラケット本体の筒部に挿脱可能に取り付けられるハウジングと、前記回転部と前記ハウジングとの間に配置され、前記回転部を前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、前記後蓋に覆われた前記ハウジングの後部に取り付けられ、前記回転部に流体を供給する回転継手と、を有するモータビルトイン式の主軸と、
   を有し、
   前記主軸装置には、前記旋回シャフト内を前記ブラケットまで伸び、該ブラケット内を貫通したのち前記ハウジング内を前記主軸装置の後部に向かって伸び、前記回転継手に至るまで連通して形成された第１流路と、該回転継手内を貫通し、前記主軸装置の前部に向かって折り返され前記回転部まで伸びる第２流路とが形成され、
   前記第１流路と前記第２流路とは互いに連通され、
   前記旋回シャフトから前記主軸に供給される流体の前記第１流路及び前記第２流路は、前記旋回シャフトから前記ブラケット、前記ハウジング、及び前記回転継手を介して前記回転部まで、配管無しで連結されていることを特徴とする主軸装置。
2. 前記回転継手は、
   前記ハウジングの後端面と対向し、前記回転継手に供給される前記流体の流路開口が形成されるフランジ部を有する継手ケースと、
   前記継手ケースに対して２つの軸受を介して相対回転可能に配置される回転管軸と、 前記回転管軸の後端と対向するように前記継手ケースに固定された継手カバーに装着されるフローティングシートと、
   前記回転管軸の後端部と前記フローティングシートの先端部にそれぞれ装着されるシールリングを有するシール部と、
   を備え、
   前記回転管軸の内部に形成された通孔により、回転側流路が構成され、
   前記フローティングシートの内部に形成され、前記継手カバーに形成された孔部と連通する通孔により、固定側流路が構成され、
   前記回転管軸の通孔と前記フローティングシートの通孔とを、前記シール部を介して連通することで、前記回転側流路と前記固定側流路とを連結させることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
3. 請求項１または２に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする複合加工工作機械。

Images