JP5311253B2 - Machine tool spindle drive - Google Patents
Machine tool spindle drive Download PDFInfo
- Publication number
- JP5311253B2 JP5311253B2 JP2008259846A JP2008259846A JP5311253B2 JP 5311253 B2 JP5311253 B2 JP 5311253B2 JP 2008259846 A JP2008259846 A JP 2008259846A JP 2008259846 A JP2008259846 A JP 2008259846A JP 5311253 B2 JP5311253 B2 JP 5311253B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- speed
- gear
- winding
- shaft
- main shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Structure Of Transmissions (AREA)
- Induction Machinery (AREA)
Description
本発明は、電動機の駆動軸の回転を工作機械の主軸に伝達して該主軸を回転させる工作機械の主軸駆動装置に関する。 The present invention relates to a spindle drive device for a machine tool that transmits rotation of a drive shaft of an electric motor to a spindle of a machine tool to rotate the spindle.
工作機械の中でも特にマシニングセンタは切削対象とする加工品が多種にわたっており、その主軸には、鋼を重切削する高いトルクからアルミ等の軽合金を高速で加工する高い回転速度まで、広範囲のトルク及び回転速度を実現することが要求される。
近年、このマシニングセンタにおいては、主軸と電動機とが直結されたものや主軸内に電動機を一体的に搭載したビルトイン型のものが主流となっており、広範囲のトルク及び回転速度を実現するために電動機自体を大容量のものとする傾向にある。ところが、この場合、電動機の容量増加に伴い消費エネルギーも増大するため、省エネルギー化の観点からは好ましくない。
Machining centers, in particular machine tools, have a wide variety of workpieces to be cut, and the main spindle has a wide range of torques from high torque for heavy cutting of steel to high rotational speed for machining light alloys such as aluminum at high speed. It is required to realize the rotation speed.
In recent years, in this machining center, the main shaft and the motor are directly connected or the built-in type in which the motor is integrated in the main shaft has become the mainstream, and in order to realize a wide range of torque and rotation speed, the motor It tends to make itself large. However, in this case, energy consumption increases as the capacity of the motor increases, which is not preferable from the viewpoint of energy saving.
そこで、電動機の容量を低く抑えつつも広範囲のトルク及び回転速度を実現すべく、従来、例えば電動機(三相誘導電動機)の固定子側の巻線方式を切り換えることにより極数を変更する巻線切り換え方式や、電動機の回転をギヤを介して主軸に伝達する構成とし該ギヤを複数段に切り換え可能とするギヤ切り換え方式の主軸駆動装置が提案されている。 Therefore, in order to realize a wide range of torque and rotational speed while keeping the capacity of the motor low, conventionally, for example, a winding whose number of poles is changed by switching the winding method on the stator side of the motor (three-phase induction motor). There has been proposed a spindle driving device of a switching system or a gear switching system in which the rotation of the electric motor is transmitted to the main shaft via a gear and the gear can be switched in a plurality of stages.
前者の巻線切り換え方式の主軸駆動装置は、例えば特許文献1に示すように、各相の巻線を低速時には並列に接続することでY結線とし、高速時には直列に接続することでΔ結線につなぎ換え、極数を増減させることによって、電動機のトルク及び回転速度を変化させるものである。これにより、電動機に直結された主軸のトルク及び回転速度の取り得る範囲を2段階で切り換えることができる。
For example, as shown in
後者のギヤ切り換え方式の主軸駆動装置は、例えば特許文献2に示すように、主軸及び電動機の駆動軸のそれぞれにギヤが取り付けられており、これら主軸と電動機の駆動軸との間に、歯数の異なる2つの中間ギヤが取り付けられた中間軸が設けられている。そして、この中間軸を軸方向に移動させることで、いずれかの中間ギヤが主軸及び電動機の駆動軸と噛み合うことにより、ギヤ比に応じて主軸のトルク及び回転速度の取り得る範囲を2段階で切り換えることができる。
ところで、例えば航空機に用いられるチタンやインコネル等の難削材を切削対象とする場合、マシニングセンタの主軸には工具の性能向上に対応した非常に大きなトルクが要求される。
しかしながら、上記巻線切り換え方式の主軸駆動装置では、2段階でしかトルク及び回転速度の切り換えをすることができないため、そのトルクの範囲は狭く、難削材を切削するのに見合った所望のトルクを得ることができないという問題があった。
By the way, when difficult-to-cut materials such as titanium and inconel used for aircraft are to be cut, a very large torque corresponding to the improvement in tool performance is required for the spindle of the machining center.
However, in the above-mentioned main shaft drive device of the coil switching method, since the torque and the rotational speed can be switched only in two stages, the range of the torque is narrow and a desired torque suitable for cutting difficult-to-cut materials. There was a problem that could not get.
また、ギヤ切り換え方式の主軸駆動装置ならば、中間軸を複数設けて複数段の切り換え方式とすることによりトルク及び回転速度の取り得る範囲を拡大することができ、これにより高いトルクを得ることができるとも考えられる。ところがこの場合、複数の中間軸の存在により主軸駆動装置自体が大掛かりなものとなり、構成が複雑になるのみならず重量が増加してしまうという問題があった。 Further, in the case of a gear switching type spindle drive device, the range that can be taken by the torque and the rotational speed can be expanded by providing a plurality of intermediate shafts and a multi-stage switching method, thereby obtaining a high torque. It can also be considered possible. In this case, however, the existence of a plurality of intermediate shafts makes the spindle drive device itself large, and there is a problem that not only the configuration becomes complicated but also the weight increases.
さらに、上記の巻線切り換え方式及びギヤ切り換え方式の主軸駆動装置においては、それぞれ巻線方式及びギヤの切り換えの際に回転速度及びトルクが低下することにより一時的に出力が低下してしまい、スムーズな切り換えを行うことができないという問題があった。 Furthermore, in the above spindle switching device of the winding switching system and the gear switching system, the output temporarily decreases due to a decrease in the rotational speed and torque when switching the winding system and the gear, respectively. There was a problem that it was not possible to perform a proper switching.
この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、装置自体の軽量コンパクト化を図りつつも、多段切り換えを可能としてトルク及び回転速度の範囲を拡大することができる工作機械の主軸駆動装置を提供することを目的とする。
また、切り換え時にトルク及び回転速度が一時的に低下するのを防止して出力を一定に保ったままスムーズな切り換えを可能とする工作機械の主軸駆動装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and is intended for spindle driving of a machine tool capable of expanding the range of torque and rotational speed by enabling multi-stage switching while reducing the weight and compactness of the apparatus itself. An object is to provide an apparatus.
It is another object of the present invention to provide a spindle driving device for a machine tool that can prevent a torque and a rotational speed from being temporarily reduced at the time of switching and can perform a smooth switching while keeping the output constant.
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る工作機械の主軸駆動装置は、三相誘導電動機の駆動軸の回転を、工作機械の主軸に伝達して、該主軸を回転駆動させる工作機械の主軸駆動装置において、前記三相誘導電動機は、固定子側の三相巻線の巻線方式が、Y結線とされて前記駆動軸を低速回転させる低速巻線と、Δ結線とされて前記駆動軸を高速回転させる高速巻線とで切り換え可能とされており、前記駆動軸の外周面に、駆動ギヤが前記駆動軸と一体に設けられ、前記主軸の外周面に、大径主軸ギヤ及び小径主軸ギヤが互いに該主軸の軸線方向に間隔を空けて前記主軸と一体に設けられ、前記駆動軸と前記主軸の間に中間軸が配置され、該中間軸の外周面には、小径中間ギヤ及び大径中間ギヤが互いに該中間軸の軸線方向に隣接して一体に設けられており、前記中間軸が、前記大径中間ギヤを前記駆動ギヤに噛合させるとともに前記小径中間ギヤを前記大径主軸ギヤに噛合させる低速位置と、前記大径中間ギヤを前記駆動ギヤ及び前記小径主軸ギヤの両方に噛合させる高速位置とに切り換え可能とされ、前記三相巻線の巻線方式及び前記中間軸の位置の組み合わせを、低速巻線−低速位置とした第1段階、高速巻線−低速位置とした第2段階、低速巻線−高速位置とした第3段階、高速巻線−高速位置とした第4段階と、順次切り換えるに連れて、前記主軸の回転速度が増加するように構成されており、回転速度を上昇させた際に出力が一定となる境界における回転速度を基底回転速度と定義するとともに、該基底回転速度よりもさらに回転速度を上昇させた際に出力が低下し始める境界における回転速度を出力減少速度と定義し、前記三相誘導電動機の低速巻線時の基底回転速度をN 0 、出力減少速度をN 1 とするとともに、高速巻線時の基底回転速度をN 2 、出力減少速度をN 3 とし、さらに、前記大径中間ギヤの歯数をZ 1 、前記小径中間ギヤの歯数をZ 2 、前記大径主軸ギヤの歯数をZ 3 、前記小径主軸ギヤの歯数をZ 4 とした際に、
の関係が成立することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
That is, the spindle driving device for a machine tool according to the present invention is the above-described three-axis spindle driving device for a machine tool that transmits the rotation of the driving shaft of the three-phase induction motor to the spindle of the machine tool and rotationally drives the spindle. In the phase induction motor, the winding method of the three-phase winding on the stator side is a Y-connection, a low-speed winding that rotates the drive shaft at a low speed, and a Δ-connection, a high-speed winding that rotates the drive shaft at a high speed. The drive shaft is integrally provided with the drive shaft on the outer peripheral surface of the drive shaft, and the large-diameter main shaft gear and the small-diameter main shaft gear are mutually connected to the main shaft on the outer peripheral surface of the main shaft. An axial shaft is provided integrally with the main shaft, an intermediate shaft is disposed between the drive shaft and the main shaft, and a small-diameter intermediate gear and a large-diameter intermediate gear are mutually attached to the outer peripheral surface of the intermediate shaft. It is integrally provided adjacent to the axial direction of the intermediate shaft. The intermediate shaft engages the large-diameter intermediate gear with the drive gear and the small-diameter intermediate gear meshes with the large-diameter main shaft gear, and the large-diameter intermediate gear is both the drive gear and the small-diameter main shaft gear. A first stage in which the combination of the winding method of the three-phase winding and the position of the intermediate shaft is a low-speed winding-low-speed position, and a high-speed winding-low-speed position. The rotation speed of the spindle increases as the second stage, the third stage with the low-speed winding—the high-speed position, and the fourth stage with the high-speed winding—the high-speed position are sequentially switched. The rotation speed at the boundary where the output becomes constant when the rotation speed is increased is defined as the base rotation speed, and the rotation at the boundary where the output starts decreasing when the rotation speed is further increased than the base rotation speed. The speed is defined as the output reduction speed, the base rotation speed at the low-speed winding of the three-phase induction motor is N 0 , the output reduction speed is N 1 , the base rotation speed at the high-speed winding is N 2 , and the output The reduction speed is N 3 , the number of teeth of the large diameter intermediate gear is Z 1 , the number of teeth of the small diameter intermediate gear is Z 2 , the number of teeth of the large diameter main shaft gear is Z 3 , and the number of teeth of the small diameter main shaft gear is the number upon a Z 4,
The relationship is established .
このような特徴の工作機械の主軸駆動装置によれば、三相誘導電動機の固定子側の三相巻線をY結線とした低速巻線とΔ結線とした高速巻線との2段階での切り換えが可能であるとともに、中間軸を低速位置と高速位置との間でスライドさせることにより、ギア比に応じて2段階での切り換えが可能となるため、これらを組み合わせることによって計4段階での速度切り換えがを行うことができる。これにより、トルク及び回転速度の取り得る範囲を拡大することが可能となる。 According to the spindle driving device of the machine tool having such characteristics, the three-phase winding on the stator side of the three-phase induction motor is in two stages of a low-speed winding having a Y connection and a high-speed winding having a Δ connection. In addition to being able to switch, it is possible to switch in two steps according to the gear ratio by sliding the intermediate shaft between the low speed position and the high speed position. Speed switching can be performed. Thereby, it is possible to expand the range that the torque and the rotation speed can take.
しかも、第1段階から第2段階への切り換え時、第2段階から第3段階への切り換え時及び第3段階から第4段階への切り換え時において、主軸のトルク及び回転速度が変動することはない。これにより、切り換え時において電動機の出力を維持し、スムーズな切り換えを行うことが可能となる。
In addition, the torque and rotational speed of the spindle fluctuate when switching from the first stage to the second stage, when switching from the second stage to the third stage, and when switching from the third stage to the fourth stage. Absent. Thereby, the output of the electric motor can be maintained at the time of switching, and smooth switching can be performed.
本発明に係る工作機械の主軸駆動装置によれば、巻線切り換え方式とギヤ切り換え方式を併用した構成とすることにより、中間軸を複数設けなくとも4段切り換えを行うことができるため、軽量コンパクトを図りつつ、トルク及び回転速度の取り得る範囲を拡大することが可能となる。
また、切り換え時において主軸のトルク及び回転速度が変動することがないため、電動機の出力を維持したスムーズな切り換えを行うことができる。
According to the spindle driving device for a machine tool according to the present invention, a structure using both the coil switching method and the gear switching method enables four-stage switching without providing a plurality of intermediate shafts, and thus is lightweight and compact. It is possible to expand the possible range of torque and rotational speed while achieving the above.
Further, since the torque and the rotational speed of the main shaft do not fluctuate at the time of switching, it is possible to perform smooth switching while maintaining the output of the electric motor.
以下、本発明の実施形態に係る工作機械の主軸駆動装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は実施形態に係る主軸駆動装置の概略を示す側断面図である。
図1に示すように、主軸駆動装置1は、主軸ユニット10、電動機ユニット20及び中間軸ユニット40が、それぞれの軸線O、P、Qを互いに平行にしてハウジング2内に独立して配置されており、電動機ユニット20の回転が中間軸ユニット40を介して主軸ユニット10に伝達される構成とされている。
Hereinafter, a spindle drive device for a machine tool according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing an outline of a spindle driving device according to an embodiment.
As shown in FIG. 1, the
主軸ユニット10は、軸線Oに沿って延びる略円筒状をなす主軸11を有し、該主軸11は、ハウジング2内に設けられた複数のベアリング12によって先端側(図1における左側)及び後端側(図1における右側)が軸支され、軸線O回りに回転可能とされている。
The
主軸11の先端には、該先端側に向かうに従って漸次拡径するテーパ状をなすテーパ孔13が軸線Oに沿って開口されている。このテーパ孔13には、図示しない工具がテーパ嵌合される。
また、主軸11内部には、テーパ孔13に連続するようにして該主軸11を軸線Oに沿って貫通する貫通孔14が穿設されている。この貫通孔14内には、軸線Oに沿ってスライド可能なスライドシャフト15が挿通されており、該スライドシャフト15の後端には、工具の開放を行うためのアンクランプシリンダー16のピストンロッド17が連結されている。これによって、スライドシャフト15は、アンクランプシリンダ16のピストンロッド17の作動時に先端側に向かってスライドすることとなる。
A tapered hole 13 having a tapered shape that gradually increases in diameter toward the distal end side is opened along the axis O at the distal end of the
In addition, a
上記スライドシャフト15の先端にはクランプ爪15aが設けられており、該クランプ爪15aがテーパ孔13に嵌め込まれた工具を挟み込むことで主軸11に工具を強固に取り付けることができるようになっている。また、スライドシャフト15が先端側に向かってスライドした際には上記クランプ爪15a、15aが開き、工具を開放すると同時に主軸11のテーパ孔13から押し出すようになっている。
A
一方、主軸11の外周面の軸線O方向中央からやや後端側の位置には、大径主軸ギヤ18が主軸11と一体に取り付けられている。
さらに、主軸11の外周面における上記大径主軸ギヤ18のさらに後端側には、該大径主軸ギヤ18よりも小径とされた小径主軸ギヤ19が一体に取り付けられている。この小径主軸ギヤ19は大径主軸ギヤ18とは軸線O方向に一定の間隔を空けて設置されており、小径主軸ギヤ19のギヤ歯19aの歯数Z4は大径主軸ギヤ18のギヤ歯18aの歯数Z3よりも少なく設定されている。
On the other hand, a large-diameter main shaft gear 18 is integrally attached to the
Further, a small diameter main shaft gear 19 having a smaller diameter than the large diameter main shaft gear 18 is integrally attached to the rear end side of the large diameter main shaft gear 18 on the outer peripheral surface of the
電動機ユニット20は、三相誘導電動機21と、該三相誘導電動機21内の回転子(図示省略)に接続されて軸線Pに沿って先端側に向かって延びるとともに軸線P回りに回転可能とされた駆動軸22とを有している。
The
この駆動軸22の先端外周には、歯数Z0のギヤ歯24aを有する駆動軸ギヤ24が一体に取り付けられており、該駆動軸ギヤ24はその先端側及び後端側がハウジング2内のベアリング25、25によって軸支されている。これにより、駆動軸22が回転した際には、駆動軸ギヤ24も一体に軸線P回りに回転するようになっている。
A
次に、この電動機ユニット20の三相誘導電動機21内に設けられた固定子(図示省略)側の三相巻線30の巻線方式について図2及び図3を用いて説明する。図2(a)はY結線とされた三相巻線の模式図、図2(b)はΔ結線とされた三相巻線の模式図、図3は巻線方式の切り換え回路の概略図である。
Next, the winding method of the three-phase winding 30 on the stator (not shown) side provided in the three-
三相巻線30は、第1層巻線群Ph1、第2層巻線群Ph2、第3層巻線群Ph3の3つの巻線群を有している。
第1層巻線群Ph1はコイルC1、C2、C3、C4がこの順で直列に接続されるとともに、コイルC2とC3との間に端子U1が設けられており、コイルC4側の端部に端子U2が設けられている。
また、第2層巻線群Ph2はコイルC5、C6、C7、C8がこの順で直列に接続されるとともに、コイルC6とC7との間に端子V1が設けられており、コイルC8側の端部に端子V2が設けられている。
同様にして、第3相巻線群Ph3はコイルC9、C10、C11、C12がこの順で直列に接続されるとともに、コイルC10とC11との間に端子W1が設けられており、コイルC12側の端部に端子W2が設けられている。
The three-phase winding 30 has three winding groups, a first layer winding group Ph1, a second layer winding group Ph2, and a third layer winding group Ph3.
First Somaki line group Ph1 coil C1, C2, C3, together with the C4 are connected in series in this order, the coils C2 and terminals U 1 is provided between the C3, the ends of the coil C4 side terminal U 2 is provided.
The second Somaki line group Ph2 are together with the coil C5, C6, C7, C8 are connected in series in this order, the terminal V 1 is provided between the coils C6 and C7, the coils C8 side terminal V 2 is provided at the end.
Similarly, the third phase winding groups Ph3 are together with the coil C9, C10, C11, C12 are connected in series in this order, the terminal W 1 is provided between the coil C10 and C11, the coil C12 terminal W 2 is provided on the end side.
そして、第1相巻線群Ph1のコイルC4の端部が第2相巻線群Ph2のコイルC5側の端部に接続され、第2相巻線群Ph2のコイルC8側の端部が第3相巻線群Ph3のコイルC9側の端部に接続され、第3相巻線群Ph3のコイルC12側の端部が第1相巻線群Ph1のコイルC1側の端部に接続されている。これにより、コイルC1〜C12が直列に接続された閉回路が構成される。 The end of the coil C4 of the first phase winding group Ph1 is connected to the end of the second phase winding group Ph2 on the coil C5 side, and the end of the second phase winding group Ph2 on the coil C8 side is The end of the third phase winding group Ph3 on the coil C9 side is connected, and the end of the third phase winding group Ph3 on the coil C12 side is connected to the end of the first phase winding group Ph1 on the coil C1 side. Yes. Thereby, the closed circuit where the coils C1-C12 were connected in series is comprised.
三相巻線30を図2(a)に示すY結線とする際には、図3に示す切り換え回路において、電磁開閉器MCC1をオンとし電磁開閉器MCC2をオフとする。これにより、三相交流電源50から端子U1、V1、W1にそれぞれU相、V相、W相の三相電力が供給されるとともに、三相巻線30における端子U2、V2、U2がそれぞれ互いに接続されて中性点をなし、Y結線の三相巻線30が構成される。
When the Y-connection shown in FIG. 2 (a) is used for the three-phase winding 30, the electromagnetic switch MCC1 is turned on and the electromagnetic switch MCC2 is turned off in the switching circuit shown in FIG. Thereby, three-phase power of U-phase, V-phase, and W-phase is supplied from the three-phase
一方、三相巻線30を図2(b)に示すΔ結線とする際には、図3に示す切り換え回路において、電磁開閉器MCC1をオフとし電磁開閉器MCC2をオンとする。これにより、三相交流電源50から端子U2、V2、W2にそれぞれU相、V相、W相の三相電力が供給されるΔ結線の三相巻線30が構成される。
なお、図3は電磁開閉器MCC1がオフ、電磁開閉器MCC2がオンの状態を示している。
On the other hand, when the three-phase winding 30 has the Δ connection shown in FIG. 2B, the electromagnetic switch MCC1 is turned off and the electromagnetic switch MCC2 is turned on in the switching circuit shown in FIG. Thereby, a three-phase winding 30 of Δ connection is configured in which three-phase power of U-phase, V-phase, and W-phase is supplied from the three-phase
FIG. 3 shows a state in which the electromagnetic switch MCC1 is off and the electromagnetic switch MCC2 is on.
上記のようなY結線の場合の極数は8極になり、Δ結線の場合の極数は4極になる。そして、三誘導電動機20の回転速度は極数に反比例するため、三相巻線30をY結線とすることにより駆動軸22は低速回転し、Δ結線とすることで駆動軸22は高速回転する。
即ち、本実施形態の誘導電動機20においては、固定子側の三相巻線30の巻線方式を、Y結線となる低速巻線とΔ結線となる高速巻線とで切り換えることにより、駆動軸20のトルク及び回転速度の取り得る範囲が2段階で切り換えられるようになっている。
The number of poles in the case of Y connection as described above is eight, and the number of poles in the case of Δ connection is four. Since the rotation speed of the three-
That is, in the
中間軸ユニット40は、図1に示すように、主軸ユニット10と電動機ユニット20の間に配置されており、中間軸41と、中間ギヤ部42と、シリンダ部43とを有している。
中間軸41は、軸線O及び軸線Pに平行な軸線Qに沿って延びる円柱状をなす部材であり、軸線Q方向に沿って移動可能となるようにハウジング2内に設置されている。この中間軸41の外周面には、上記中間ギヤ部42が一体に取り付けられており、これら中間軸41の周りを中間ギヤ部42が中間軸軸受46を介して回転するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
The
この中間ギヤ部42は、それぞれ外径の異なる大径中間ギヤ44及び小径中間ギヤ45が軸線Q方向に隣接するように一体とされることで構成されている。また、小径中間ギヤ45のギヤ歯45aの歯数Z2は大径中間ギヤ44のギヤ歯44aの歯数Z1よりも少なく設定されており、大径中間ギヤ44の方が小径中間ギヤ45よりも後端側に配置されている。
The
また、シリンダ部43は、中間軸41の後端に接続されたロッド43aを備えており、該ロッド43aが前進及び後退することで中間軸41を軸線Qに沿ってスライド移動させるようになっている。
The
ここで、ロッド43aが前進した場合(図1の状態の場合)、中間軸41は、図1に示す位置、即ち、大径中間ギヤ44のギヤ歯44aが駆動軸ギヤ24のギヤ歯24aに噛合するとともに、小径中間ギヤ45が大径主軸ギヤ18に噛合する低速位置に置かれる。この際の主軸11の駆動軸22に対するギヤ比は、(Z0/Z1)×(Z2/Z3)となる。
一方、ロッド43aが後退した場合には、中間軸41は、図1の矢印に示すように後端側に移動し、大径中間ギヤ44のギヤ歯44aが駆動ギヤ24のギヤ歯24a及び小径主軸ギヤ19のギヤ歯19aに噛合する高速位置に置かれる。この際の主軸11の駆動軸22に対するギヤ比は、(Z0/Z1)×(Z1/Z4)となる。
Here, when the
On the other hand, when the
ここで、Z3>Z4であることから、低速位置に置かれた場合に比べて高速位置に置かれた場合の方が上記ギヤ比が小さくなる。したがって、中間軸41が低速位置に置かれた際には、主軸11の回転速度が小さなるとともにトルクが大きくなり、高速位置に置かれた際には、主軸11の回転速度が大きくなるとともにトルクが小さくなることになる。即ち、本実施形態の主軸駆動装置1においては、中間軸41の位置を低速位置と高速位置との間で移動させることにより、回転速度及びトルクが取り得る範囲を2段階で切り換えることができるのである。
Here, since Z 3 > Z 4 , the gear ratio is smaller when placed at the high speed position than when placed at the low speed position. Accordingly, when the
以上のような構成の主軸駆動装置1によれば、電動機ユニット20の固定子側の三相巻線30をY結線とした低速巻線と、Δ結線とした高速巻線との2段階での切り換えが可能であるとともに、中間軸41を低速位置と高速位置との2段階で切り換え可能であるため、これらを組み合わせることにより、回転速度及びトルクの取り得る範囲を計4段階で切り換えることができる。
これにより、例えば図4に示すように、三相巻線30の巻線方式と中間軸41の位置の組み合わせを、低速巻線−低速位置とした第1段階、高速巻線−低速位置とした第2段階、低速巻線−高速位置とした第3段階、高速巻線−高速位置とした第4段階と順次切り換えるに連れて主軸ユニット10の回転速度が増加するとともにトルクが低下するように構成することができる。
即ち、本実施形態の主軸駆動装置1によれば、巻線切り換え方式とギヤ切り換え方式を併用した構成とすることにより、中間軸ユニット40を複数設けなくとも4段切り換えを行うことができることから、軽量コンパクトを図りつつ、トルク及び回転速度の範囲を拡大して難削材の切削加工を容易に行うことが可能となるのである。
According to the
As a result, for example, as shown in FIG. 4, the combination of the winding method of the three-phase winding 30 and the position of the
That is, according to the
さらに、本実施形態の主軸駆動装置1においては、上記第1段階から第2段階への切り換え時、第2段階から第3段階への切り換え時及び第3段階から第4段階への切り換え時のそれぞれにける主軸11の回転速度及びトルクの変動を抑え、電動機の出力の位置したまま切り換えを行うことができる。以下、この点について説明する。
Further, in the
図5(a)に、三相巻線30が低速巻線(Y結線)とされた際の運転時における三相誘導電動機21の回転速度と出力の関係を示す。
回転速度が0から上昇するに連れて出力も増加し、回転速度がN0より大きくなった場合には出力は一定となり、さらに回転速度がN1より大きくなると出力が低下し始める。即ち、この三相誘導電動機30の低速巻線時においては、回転速度がN0〜N1の範囲(低速巻線安定領域)においては出力を最大限に発揮した安定運転を行うことができる。上記N0を低速巻線基底回転速度、N1を低速巻線出力減少速度をと定義する。
FIG. 5A shows the relationship between the rotational speed and output of the three-
As the rotational speed increases from 0, the output also increases. When the rotational speed becomes higher than N 0 , the output becomes constant, and when the rotational speed becomes higher than N 1 , the output starts to decrease. That is, at the time of the low-speed winding of the three-
また、図5(b)に、三相巻線30が高速巻線(Δ結線)とされた際の運転時における三相誘導電動機21の回転速度と出力の関係を示す。
上記図5(a)と同様に、回転速度が0から上昇するに連れて出力も増加し、回転速度がN2より大きくなった場合には出力は一定となり、さらに回転速度がN3より大きくなると出力が低下し始める。即ち、この三相誘導電動機30の高速巻線時においては、回転速度がN2〜N3の範囲(高速巻線安定領域)においては出力を最大限に発揮した安定運転を行うことができる。上記N2を高速巻線基底回転速度、N3を高速巻線出力減少速度と定義する。
FIG. 5B shows the relationship between the rotational speed and output of the three-
As in FIG. 5A, the output increases as the rotational speed increases from 0. When the rotational speed becomes greater than N 2 , the output is constant and the rotational speed is greater than N 3. Then the output begins to drop. That is, at the time of high-speed winding of the three-
以上を踏まえて、切り換え時に主軸11の回転速度及びトルクが変動しない条件を見出すことにより、切り換え時において出力の位置を図ることができる。
なお、回転速度の値が定まればトルクの値も一義的に定まるため、回転速度のみに着目して上記条件を求める。
Based on the above, by finding a condition that the rotational speed and torque of the
Since the torque value is uniquely determined when the rotational speed value is determined, the above condition is obtained by paying attention only to the rotational speed.
図4に示したように、第1段階から第2段階への切り換えは、三相巻線30を低速巻線(Y結線)から高速巻線(Δ結線)に切り換えるものである。
よって、第1段階における低速巻線安定領域から第2段階の高速巻線安定領域にスムーズに移行するためには、図5(a)に示した低速巻線出力減少速度N1における主軸11の回転速度と、図5(b)に示した高速巻線基底回転速度N2における主軸11の回転速度とを一致させればよい。なお、第1段階から第2段階への切り換えにおいてはギヤ比が変化することはない。
したがって、第1段階から第2段階への切り換えをスムーズに行うためには、下記(1)式の関係が成り立つことが条件となる(図6におけるA点)。
As shown in FIG. 4, the switching from the first stage to the second stage is to switch the three-phase winding 30 from the low-speed winding (Y connection) to the high-speed winding (Δ connection).
Therefore, in order to shift from the low speed winding stable region in the first stage smoothly at a high speed winding stable region of the second stage, the
Therefore, in order to smoothly switch from the first stage to the second stage, it is a condition that the relationship of the following expression (1) is satisfied (point A in FIG. 6).
また、第2段階から第3段階への切り換えは、三相巻線30を高速巻線(Δ結線)から低速巻線(Y結線)に切り換えるとともに、中間軸41を低速位置から高速位置に切り換えるものである。
この場合に、第2段階における高速巻線安定領域から第3段階の低速巻線安定領域に主軸の回転速度を維持したまま移行するには、ギア比の変動を踏まえた上で、高速巻線出力減少速度N3における主軸11の回転速度と、低速巻線基底回転速度N0における主軸11の回転速度が一致すればよい。
Further, switching from the second stage to the third stage switches the three-phase winding 30 from the high speed winding (Δ connection) to the low speed winding (Y connection) and switches the
In this case, in order to shift from the high-speed winding stable region in the second stage to the low-speed winding stable region in the third stage while maintaining the rotational speed of the main shaft, the high-speed winding is taken into consideration in consideration of the gear ratio variation. It is only necessary that the rotational speed of the
ここで、三相誘導電動機30の回転速度が高速巻線出力減少速度N3の際の主軸11の回転速度の値は、
一方、三相誘導電動機30の回転速度が低速巻線基底回転速度N0の際の主軸11の回転速度はの値は、
On the other hand, when the rotation speed of the three-
したがって、第2段階から第3段階への切り換えをスムーズに行うためには、上記2つの値が一致すればよいので、結果として下記(2)式の関係が成り立つことが条件となる(図6におけるB点)。
また、第3段階から第4段階への切り換えは、三相巻線30を低速巻線(Y結線)から高速巻線(Δ結線)に切り換えるものであるため、上記(1)式の関係を満たすことにより、第3段階から第4段階への切り換えをスムーズに行うことができる(図6におけるC点)。 The switching from the third stage to the fourth stage is to switch the three-phase winding 30 from the low speed winding (Y connection) to the high speed winding (Δ connection). By satisfying, it is possible to smoothly switch from the third stage to the fourth stage (point C in FIG. 6).
よって、本実施形態における主軸駆動装置1においては、上記(1)式及び(2)式の関係を満たすように各パラメータ(N0〜N3、Z1〜Z4)を設定することによって、第1段階から第2段階への切り換え時、第2段階から第3段階への切り換え時及び第3段階から第4段階への切り換え時における主軸11の回転速度及びトルクの変動をなくすことができる。これにより、図6に示すように、各段階の切り換え時である切り換えポイントA、B、Cにおける主軸11の出力を一定とすることができ、出力が減少することがない滑らかな切り換えを行うことが可能となる。
Therefore, in the
以上から本実施形態の主軸駆動装置1によれば、巻線切り換え方式とギヤ切り換え方式を併用した構成とすることにより、中間軸40を複数設けなくとも多段切り換えを行うことができるため、軽量コンパクトを図りつつ、トルク及び回転速度の範囲を拡大することが可能となる。また、各段階での切り換え時におけるトルク及び回転速度を同一とすることによりスムーズな切り換えが可能となり、電動機の出力を最大限に発揮した運転を行うことが可能となる。
As described above, according to the
以上、本発明である主軸駆動装置1の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
As mentioned above, although embodiment of the
1 主軸駆動装置
10 主軸ユニット
11 主軸
18 大径主軸ギア
18a ギア歯
19 小径主軸ギア
19a ギア歯
20 電動機ユニット
21 三相誘導電動機
22 駆動軸
24 駆動軸ギア
24a ギア歯
30 三相巻線
40 中間ユニット
41 中間軸
42 中間ギア部
44 大径中間ギア
44a ギア歯
45 小径中間ギア
45a ギア歯
O 軸線
P 軸線
Q 軸線
1
Claims (1)
前記三相誘導電動機は、固定子側の三相巻線の巻線方式が、Y結線とされて前記駆動軸を低速回転させる低速巻線と、Δ結線とされて前記駆動軸を高速回転させる高速巻線とで切り換え可能とされており、
前記駆動軸の外周面に、駆動ギヤが前記駆動軸と一体に設けられ、
前記主軸の外周面に、大径主軸ギヤ及び小径主軸ギヤが互いに該主軸の軸線方向に間隔を空けて前記主軸と一体に設けられ、
前記駆動軸と前記主軸の間に中間軸が配置され、該中間軸の外周面には、小径中間ギヤ及び大径中間ギヤが互いに該中間軸の軸線方向に隣接して一体に設けられており、
前記中間軸が、前記大径中間ギヤを前記駆動ギヤに噛合させるとともに前記小径中間ギヤを前記大径主軸ギヤに噛合させる低速位置と、前記大径中間ギヤを前記駆動ギヤ及び前記小径主軸ギヤの両方に噛合させる高速位置とに切り換え可能とされ、
前記三相巻線の巻線方式及び前記中間軸の位置の組み合わせを、低速巻線−低速位置とした第1段階、高速巻線−低速位置とした第2段階、低速巻線−高速位置とした第3段階、高速巻線−高速位置とした第4段階と、順次切り換えるに連れて、前記主軸の回転速度が増加するように構成されており、
回転速度を上昇させた際に出力が一定となる境界における回転速度を基底回転速度と定義するとともに、該基底回転速度よりもさらに回転速度を上昇させた際に出力が低下し始める境界における回転速度を出力減少速度と定義し、
前記三相誘導電動機の低速巻線時の基底回転速度をN 0 、出力減少速度をN 1 とするとともに、高速巻線時の基底回転速度をN 2 、出力減少速度をN 3 とし、さらに、前記大径中間ギヤの歯数をZ 1 、前記小径中間ギヤの歯数をZ 2 、前記大径主軸ギヤの歯数をZ 3 、前記小径主軸ギヤの歯数をZ 4 とした際に、
の関係が成立することを特徴とする工作機械の主軸駆動装置。 In the spindle driving device of a machine tool that transmits the rotation of the drive shaft of the three-phase induction motor to the spindle of the machine tool and rotationally drives the spindle.
In the three-phase induction motor, the winding method of the three-phase winding on the stator side is a Y-connection and a low-speed winding that rotates the drive shaft at a low speed, and a Δ-connection that rotates the drive shaft at a high speed. It can be switched with high-speed winding,
A drive gear is provided integrally with the drive shaft on the outer peripheral surface of the drive shaft,
A large-diameter main shaft gear and a small-diameter main shaft gear are provided integrally with the main shaft at an interval in the axial direction of the main shaft on the outer peripheral surface of the main shaft,
An intermediate shaft is disposed between the drive shaft and the main shaft, and a small-diameter intermediate gear and a large-diameter intermediate gear are integrally provided adjacent to each other in the axial direction of the intermediate shaft on the outer peripheral surface of the intermediate shaft. ,
The intermediate shaft engages the large diameter intermediate gear with the drive gear and the small diameter intermediate gear meshes with the large diameter main shaft gear; and the large diameter intermediate gear is connected to the drive gear and the small diameter main shaft gear. It is possible to switch to a high-speed position that meshes with both ,
The combination of the winding method of the three-phase winding and the position of the intermediate shaft is a first stage with a low speed winding-low speed position, a second stage with a high speed winding-low speed position, a low speed winding-high speed position, The third stage, the high-speed winding-the fourth stage as a high-speed position, and the rotational speed of the main shaft is increased with the sequential switching,
The rotation speed at the boundary where the output is constant when the rotation speed is increased is defined as the base rotation speed, and the rotation speed at the boundary where the output starts to decrease when the rotation speed is further increased than the base rotation speed. Is defined as the output decrease rate,
The base rotational speed at the time of low-speed winding of the three-phase induction motor is N 0 , the output reduction speed is N 1 , the base rotational speed at the time of high-speed winding is N 2 , and the output reduction speed is N 3 , the large-diameter intermediate Z 1 the number of teeth of the gear, the number of teeth of the small-diameter intermediate gear Z 2, the number of teeth of the large径主shaft gear Z 3, the number of teeth of the small-diameter spindle gear upon a Z 4,
A spindle drive device for a machine tool, characterized in that
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008259846A JP5311253B2 (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Machine tool spindle drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008259846A JP5311253B2 (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Machine tool spindle drive |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010089195A JP2010089195A (en) | 2010-04-22 |
JP5311253B2 true JP5311253B2 (en) | 2013-10-09 |
Family
ID=42252413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008259846A Active JP5311253B2 (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Machine tool spindle drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5311253B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019124771A1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-06-27 | 두산공작기계 주식회사 | Apparatus for operating main shaft of machine tool |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6154620B2 (en) * | 2013-02-13 | 2017-06-28 | 株式会社アマダホールディングス | Press brake and bending method using press brake |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06296350A (en) * | 1993-04-06 | 1994-10-21 | Fanuc Ltd | Switching method for winding in three-phase induction motor |
JP3060833B2 (en) * | 1994-05-12 | 2000-07-10 | 日立工機株式会社 | Drilling machine speed changer |
JPH10225839A (en) * | 1997-02-10 | 1998-08-25 | Makino Milling Mach Co Ltd | Spindle device of machine tool |
JP2001334436A (en) * | 2000-05-30 | 2001-12-04 | Okuma Corp | Spindle control method |
-
2008
- 2008-10-06 JP JP2008259846A patent/JP5311253B2/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019124771A1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-06-27 | 두산공작기계 주식회사 | Apparatus for operating main shaft of machine tool |
US11897072B2 (en) | 2017-12-22 | 2024-02-13 | Dn Solutions Co., Ltd. | Apparatus for operating main shaft of machine tool |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010089195A (en) | 2010-04-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1894683A1 (en) | Industrial robot | |
US6216798B1 (en) | Work unit for machine tool, with linear electric motor for axial movement of the spindle | |
KR20190002518A (en) | Variable Torque Motor / Generator / Transmission | |
CN107078678B (en) | Multi-phase motor, driver and control | |
CN1382560A (en) | Machine tool | |
US20130274053A1 (en) | Drive device for a motor vehicle | |
SE1451650A1 (en) | Procedure for unlocking planetary gear when driving vehicles | |
JPH05502627A (en) | Spindle drives for driving machine tools or other machines | |
CN103433580B (en) | A kind of mariages cylinder Wire-conveying mechanism of quick walk of screw gear motion row silk mode | |
TW201204506A (en) | Rotary spindle head for machine tool | |
JP5311253B2 (en) | Machine tool spindle drive | |
SE1250720A1 (en) | Procedure for changing the gear of a vehicle | |
JP2006300101A (en) | Lubricating device of rotary electric machine | |
JP2002257228A (en) | Automobile | |
CN104653726A (en) | Secondary planetary transmission | |
CN106523600B (en) | A kind of fixed shaft type birotor driving device | |
US20070204712A1 (en) | Series of power transmission devices and series of geared motors | |
CN109417332A (en) | Rotating electric machine | |
CN100563919C (en) | Direct driving type mainshaft head assembly and manufacture method thereof and comprehensive machine | |
JP2013066946A (en) | Power tool | |
JP6673260B2 (en) | Gear member and method of manufacturing the same | |
CN104759651B (en) | A kind of axial power cutter tower of built-in power motor | |
JP2010014225A (en) | Gear head and gear change method | |
EP2302771A1 (en) | Electric speed changing device for machine tools | |
EP2133194B1 (en) | Power transmission apparatus for press machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110801 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130219 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130417 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130604 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130621 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5311253 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |