JP5329267B2 - 工作機械用割出し回転テーブル - Google Patents

Description

本発明は、マシニングセンタ等の工作機械に用いられる旋回テーブル、割出し円テーブル等と呼ばれている工作機械用割出し回転テーブルに関し、特に、回転軸を所定の回転角度位置で、正確に位置決めできる割出し装置を有する工作機械用割出し回転テーブルに関する。

工作機械用の回転テーブル割出し装置は、駆動モータで、円テーブル連結されている軸を駆動して、所望の角度位置に正確に位置決めしてクランプしなければならない。また、この駆動モータをＤＤ（Direct Drive）モータを使用し、この位置決めクランプ機構を、摩擦ブレーキに加えて、電磁ブレーキを採用したものも知られている（特許文献１）。

一方、クランプ機構の摩擦ブレーキは、例えば、回転軸に一体的に設けられたブレーキディスクと、このブレーキディスクを押圧するクランプ部材とを備え、空気圧で作動するピストンにより、このクランプ部材を駆動してブレーキディスクを加圧して、所定位置角度位置に円テーブルをクランプする円テーブル装置は知られている（特許文献２）。この円テーブル装置は、可動側のクランプ部材を駆動してブレーキディスクに加圧してクランプした後、クランプ部材を解放して元の位置に戻すためにリターンばねを用いている。

特開２００７−１２５６４０号公報 特許第３７１３１９０号

しかしながら、このリターンばねにより、クランプ部材を解放して元の位置に戻すことは、あまり好ましくはない。その理由は、リターンばねの劣化等による金属疲労等からその作動が不安定になったり、又、潤滑不良等の機械的なトラブルで、クランプ部材の作動が遅れたりすることがあるからである。このために、リターンばねのバネ定数を大きくする等の対策も行われているが、機械設計の観点から限界がある。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、クランプ部材を強制的に解放して、クランプ、又はアンクランプの動作を確実にした割出し装置を有する工作機械用割出し回転テーブルを提供することにある。
本発明の他の目的は、クランプ部材を強制的に解放して、クランプ、又はアンクランプ動作の応答速度を速くした割出し装置を有する工作機械用割出し回転テーブルを提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明１の工作機械用割出し回転テーブルは、
本体（２）と、
前記本体（２）に回転自在に軸受で支持されたスピンドル（４）と、
前記本体（２）に固定されるモータ（１２）用のステータ（２１）と、
前記ステータ（２１）に対向して前記スピンドル（４）に固定された前記モータ用のロータ（１３）と、
前記スピンドル（４）に固定された面板（３）と、
前記モータ（１２）で駆動され、割出しされた前記面板（３）の停止角度位置を、前記ロータ（１３）に固定されたブレーキディスク（６６）にフローテングパッド（６０）を押圧して、前記ロータ（１３）を前記本体（２）にクランプするためのクランプ装置（３９，７０）と
を備えた工作機械用の割出し回転テーブルにおいて、
前記クランプ装置（３９，７０）は、
流体圧で駆動されるピストン（４２）及びブレーキハウジング（３０）に形成され前記ピストン（４２）を収容するシリンダ室（４０）とからなるシンリダ駆動手段（３９）と、
前記ピストン（４２）の前進による力を前記ピストン（４２）の前面のカム面（７２）とフローティングパッド（６０）の裏面の間に配置されたボール（７５）により増力して前記フローテングパッド（６０）を駆動するために増力機構（７０）と、
前記ピストンの後退により前記クランプを解除するときに前記フローテングパッド（６０）に係合して、前記フローテングパッド（６０）を強制的にアンクランプ状態にするためのフローティングパッド解除手段とからなり、
前記フローティングパッド（６０）は、その中央部に形成された円筒形の穴（６１）と該穴内に延びる受け板（６４）とを有し、
前記フローティングパッド解除手段は、前記ピストン（４２）に一体に固定され、前記フローティングパッド（６０）の円筒形の穴（６１）内にあって、前記ピストン（４２）の後退時に前記フローテイングパッド（６０）の受け板（６４）に係合可能なフローティングパット引き込み板（６２）を備えており、
前記受け板（６４）はフローティングパット引き込み板（６２）に当接する面が、前記フローティングパッド（６０）のボール（７５）に当接する面（７６）よりもブレーキディスク（６６）側にある
ことを特徴とする。

本発明２の工作機械用割出し回転テーブルは、本発明１の工作機械用割出し回転テーブルにおいて、
前記シンリダ駆動手段（３９）は、前記ピストン（４２）を作動させて前記フローティングパッド（６０）を押圧してクランプした後に、アンクランプ状態にするときに、前記ピストン（４２）を前記押圧前の位置に戻すためのバネ（５４）を含むことを特徴とする。

本発明３の工作機械用割出し回転テーブルは、本発明１の工作機械用割出し回転テーブルにおいて、
前記増力機構（７０）は、
前記ピストン（４２）の前部の外周面に形成された傾斜角度（α）の第１テーパーカム面（７２）と、
ブレーキハウジング（３０）の前部の内周面に形成された、前記第１テーパーカム面の傾斜角度（α）より大きい傾斜角度（β）の第２テーパーカム面（７１）と、
前記第１テーパー面（７２）及び前記第２テーパーカム面（７１）により形成される周状凹部の全周に亘って配置され前記第１及び第２のテーパーカム面と前記フローティングパッド（６０）の後面に接触する複数のボール（７５）と
からなることを特徴とする

本発明４の工作機械用割出し回転テーブルは、本発明３の工作機械用割出し回転テーブルにおいて、
前記第１テーパーカム面（７２）の前側部分に前記傾斜角度（α）より大きい傾斜角度（γ）の予備的テーパー面（７３）が付加的に形成されており、前記ボールは前記ピストン（４２）の前進移動の最初の段階で前記予備的テーパー面（７３）に接触し、また前記ピストン（４２）の前進移動のその後の段階で前記第１テーパーカム面（７２）に接触し、それによって適切なばね力において前記ピストンのストロークを短くするようにしたことを特徴とする。

本発明５の工作機械用割出し回転テーブルは、本発明２の工作機械用割出し回転テーブルにおいて、
前記バネ（５０）は、波状の圧縮板バネであることを特徴とする。

本発明の割出し装置を有する工作機械用割出し回転テーブルは、クランプ部材を強制的に解放して、そのクランプ、又はアンクランプ動作を確実に、かつ速くできるので、割出し位置の精度が良く、しかも確実に動作させることができる。

図１は、本発明の工作機械用割出し回転テーブルの実施の形態であり、その外観図である。 図２は、図１をII−II線で切断した断面図である。 図３は、本体２の後端部の断面拡大図である。 増力機構７０の部分拡大図であり、(Ａ)は環状ピストン４２の移動の前段階を、(Ｂ)は環状ピストン４２の移動の後段階を示している。

図１、２に示すものは、本発明による工作機械用割出し回転テーブルの一実施形態であり、図１は外観を示し、図２は図１をII−II線で切断した断面図である。本発明の工作機械用割出し回転テーブル１は、本体（housing）２と、工作機械で加工されるワークが取り付けられる面板（face plate）３と、本体２に対し回転可能に支持された支持軸としてのスピンドル４等からなる。本体２の下部には、工作機械のテーブルの所定位置にボルト、治具等で固定可能な固定足５を有している。

本体２内のステーター固定フランジ１５は、主軸受（例えば、ローラベアリング）１１によって、スピンドル４を回転可能に支持している。スピンドル４の略中央部の外周には、ＤＤモータ１２を構成するロータ１３が挿入され固定されている。この固定は、複数のボルト１４により固定されており、このボルト１４はスピンドル４の中心線ｃを中心とする外周位置で、等ピッチ角度間隔に配置されている。更に、スピンドル４の前端面には、面板３がこれに等ピッチ角度間隔に形成された貫通孔に挿入されたボルト（図示せず）によって固定されている。

スピンドル４の前部の外周１６には、主軸受１１の内輪１７が挿入され固定されている。また、本体（housing）２の内孔５には、環状の部材であるステーター固定フランジ１５がボルト（図示せず）により固定されている。このステーター固定フランジ１５の最前方の内孔の内周面１８には、主軸受１１の外輪１９が挿入され固定されている。従って、スピンドル４の前部は、主軸受１１を介してステーター固定フランジ１５に回転自在に支持されている。ステーター固定フランジ１５の後部には内孔が形成されており、この内孔の内周面２０には、コイル（図示せず）を有しＤＤモータ１２を構成するステータ２１が挿入され固定されている。

前述したロータ１３及びステータ２１は、ＤＤモータ１２を構成する。ステータ２１の外周面には、螺旋状の冷却溝２２が形成されている。冷却溝２２に冷媒油、水等の冷却媒体が冷却ユニット（図示せず）から流されているので、ステータ２２が一定温度以上にならないように、冷却することができる。ステーター固定フランジ１５の前端面２３には、前面ラビリンス板２５がボルトで固定されている。

前面ラビリンス板２５は、主軸受１１の外輪１９を側面から押さえて、ステーター固定フランジ１５に固定する機能を有している。更に、前面ラビリンス板２５の前面２６は、面板３の後端面２７との間にパッキン、及び僅かな隙間を有して配置されている。この隙間は、いわゆる流体の流路を狭めるラビリンスを構成する隙間であるので、切削中の冷却液等が侵入しにくい構造である。結局のところ、前面ラビリンス板２５は、主軸受１１の固定とラビリンスを形成するための部材である。

図３は、本体２の後端部の部分を拡大した断面図である。他方、本体２の後端部には、円盤状のブレーキハウジング３０が配置されている。ブレーキハウジング３０の前部は、本体２の内孔の内周面３１に挿入されている。ブレーキハウジング３０は、ボルト（図示せず）で、本体２に固定されている。ブレーキハウジング３０の中心部の内孔の内周面３３には、ローラベアリングであるリア軸受３４の外輪３５が挿入され固定されている。

リア軸受３４の内輪３６は、スピンドル４の後端部の外周に挿入されている。従って、スピンドル４の後端部は、ブレーキハウジング３０にリア軸受３４を介して回転自在に支持されている。ブレーキハウジング３０には、中心線ｃを中心として、前部が開口した環状のシリンダ室４０が区画され、形成されている。シリンダ室４０には、環状ピストン４２が挿入されており、環状ピストン４２はスピンドル４の中心線ｃ方向に前後移動自在である。

環状ピストン４２の内周面及び外周面に設けられた環状凹溝にそれぞれＯリング４３，４４が配置され、シリンダ室の内周面及び外周面と環状ピストン４２との隙間を密封し気密を保持している。また、ブレーキハウジング３０と環状ピストン４２との間には、空気室４５を形成している。従って、シリンダ室４０及び環状ピストン４２は、本例では空気圧で駆動されるシリンダ駆動装置３９を構成する。空気室４５には、空気供給口４６から加圧空気が供給され、環状ピストン４２をシリンダ室４０内で駆動する。

環状ピストン４２の前端面には、スピンドル４の中心線ｃを中心として、環状で凹状の溝である環状溝５０が形成されている。この環状溝５０の前面には、この環状溝５０を前面から覆うように、円板状のスプリングリテイナー５１が配置されている。スプリングリテイナー５１は、円周状に配置された複数のボルト５２によりブレーキハウジング３０に固定されている。スプリングリテイナー５１の後端面５３と環状溝５０との間には、環状形状のピストン戻しバネ５４が配置されている。

ピストン戻しバネ５４は、波形形状であり圧縮バネである。従って、このピストン戻しバネ５４は、環状ピストン４２を後方側、即ち空気室４５側に常時押していることになる。環状ピストン４２は、空気供給口４６から加圧空気が供給されたときのみ、前方に駆動される。スプリングリテイナー５１の外周には、円板状のフローティングパッド６０が配置されている。フローティングパッド６０は、一種のブレーキパッドである。フローティングパッド６０はその中央部の前方には円筒状の穴６１が形成され、後側で穴内に延びる受け板を有している。

穴６１内には、環状の円板であるフローティングパッド引込み板６２が配置されている。フローティングパッド引込み板６２は、複数の皿ビス６３で環状ピストン４２に固定されている。フローティングパッド引込み板６２の外周部は、環状ピストン４２が後方に移動するとき、フローティングパッド６０の受け板６４に係合し、フローティングパッド６０を後方に駆動する。本実施の形態では、約０．６ｍｍ程度強制的にフローティングパッド６０を後方に駆動する。

フローティングパッド６０の前面には、円板状のブレーキディスク６６が配置され、このブレーキディスク６６の中心部はスピンドル４にビス（図せず）により固定され、通常はブレーキディスク６６の前面６８がハウジング２に形成された対向する面６９からわずかな距離だけ離れていて、ブレーキディスク６６がスピンドルとともに自由に回転できるようになっている。従って、フローティングパッド６０が環状ピストン４２により、前方向に駆動されると、フローティングパッド６０の前面６５が、ブレーキディスク６６の側面６７側に押される。

この押圧により、ブレーキディスク６６の前側面６８は、本体２に形成された環状の周面６９に接触し、ロックされる。このために、スピンドル４と一体に回転しているブレーキディスク６６は、本体２にロックされ、スピンドル４の回転に制動をかけて回転を止めて、スピンドル４を本体２にロックすることになる。

［増力機構７０］
図４Ａ及び図４Ｂは、増力機構７０の拡大図であり、図４Ａは環状ピストン４２の移動の前段階、図４Ｂは環状ピストン４２の移動の後段階を示している。
フローティングパッド６０は、増力機構７０を介して環状ピストン４２により駆動され、増力機構７０は環状ピストン４２による駆動力を増す作用を有し、以下の構造をもつものである。

ブレーキハウジング３０の前部の内周面には、テーパー穴の内周面である傾斜角度βのテーパーカム面７１が形成されている。また、環状ピストン４２の外周面には、前方向に行くにしたがい直径が小さくなる、テーパーである傾斜角度αのテーパーカム面７２が形成されている。図４Ａ及び図４Ｂに示す実施形態では、テーパーカム面７２の前部により大きい傾斜角の予備的テーパーカム面７３が付加的に形成されている。この予備的テーパーカム面７３の詳細については後述する。

複数のボール７５が前記テーパーカム面７１と７２とで形成される周状凹溝の全周に亘って配置されている。ボール７５は、テーパーカム面７１、７２及びフローティングパッド６０の側面７６に接している。

環状ピストン４２からフローティングパッド６０への動力伝達の過程について説明する。図４Ｂに示すように、環状ピストン４２のある移動過程でボール７５がテーパーカム面７１，７２とフローティングパッド６０の後面とに接している状況を考える。環状ピストンの前方方向の押圧力をＦ_１と仮定すると、テーパーカム面７２とボール７５との当接部Ｐ_１において、押圧力Ｆ_１は、テーパーカム面７２のカム作用により、半径方向の外方に向く力Ｆ_２に増力されてボール７５に伝達される。すなわち、この増力部において、力Ｆ_１から力Ｆ_２に増力される。

次に、ボール７５とフローティングパッド６０との当接部Ｐ_２において、上記力Ｆ_２は、テーパーカム面７１のカム作用により、前方方向の力である押圧力Ｆ_３に増力されてフローティングパッド６０に伝達される。これに伴いフローティングパッド６０は前方向に移動し、ブレーキディスク６６の前側面６８を、本体２の環状面６９に押圧してスピンドル４を本体２にロックすることになる。

カム作用による増力の際に、テーパーカム面７２の傾斜角度αが小さいほどより大きい力がボール７５に伝達されるが、その結果として同じ距離だけフローティングパッド６０を移動させるのに必要なピストンのストロークは増大する。

この状況を改善するために、予備的カム面７３を用いるのがよい。予備的テーパーカム面７３を用いるのは、特にブレーキディスク６６がハウジング２の対向する面６９に接する時、すなわちピストン４２の前進の後半段階において強い力が必要とされ、前段階でフローティングパッドに伝達される力はそれほど強くする必要はないということに基づいている。

そのため、最初に環状ピストン４２が図４Ａに示される位置にあって、ボール７５が環状ピストン４２の前部の予備的テーパーカム面７３、即ち、傾斜角度γであるテーパーカム面７３に接触するように形成されている。この予備的テーパーカム面７３の傾斜角度γと、環状ピストン４２のテーパーである傾斜面の７２の傾斜角度αとの関係は、α＜γの関係がある。この場合、カム面７３からボール７５に伝達される半径方向外方の力はカム面７２により伝達される力より小さいが、フローティングパッド６０は環状ピストン４２の同じストロークでより長い距離だけ移動する。

また環状ピストン４２の後半段階で、ブレーキディスク６６がハウジング２の対向する面６９に接する前に、図４Ｂに示すようにボール７５がテーパーカム面７２に接触するようにしてある。このようにして、環状ピストン４２の前進の後半段階では前述したように強い力がカム面７２からボール７５に伝達される。

また、本発明の工作機械用割出し回転テーブル１は、スピンドル４の回転角度を検出するエンコーダ等の回転位置検出装置８０を備える。この回転位置検出装置８０は、スピンドル４に固定され、このスピンドル４と共に回転する回転部分８１と、本体２に固定されたディスク８２とからなる。ディスク８２は、複数の箇所においてボルトにより本体２に組み付けられており、本体２に対し回転不能となっている。

そして、この回転位置検出装置８０では、スピンドル４が回転すると、それに伴って回転部分８１が回転するため、ディスク８２側のセンサー（図示せず）がその回転量を電気的手段で検出し、その回転量に相当するパルス信号を図示しない工作機械の制御装置（図示せず）等に送り出す。そして、工作機械の制御装置は、この回転位置検出装置８０から出力されるパルス信号に基づいて、回転後のスピンドル４の回転角度を把握する

（実施の形態１の動作）
次に、前述した実施の形態１の動作を説明する。
（１）ＤＤモータ１２のロータ１３は、回転駆動され、これにより面板３上のワークの回転角度が変更される。所定角度回転後、スピンドル４をクランプする場合には、クランプ用空気室４５に空気を圧入すると、環状ピストン４２をクランプ側（前方方向）に移動させる。

（２）図３は、クランプをしようとしている状態であり、ブレーキディスク６６に対してフローティングパッド６０が若干押圧している。この状態から更に、で環状ピストン４２をクランプ側に移動させると、ブレーキディスク６６の前側面６８は、本体２に形成された環状の周面６９に接触し、スピンドル（４）がロックされる。

（３）この環状ピストン４２の前方方向の移動により、押圧力Ｆ_１は、テーパーカム面７２のカム作用により、半径方向の外方に向く力Ｆ_２に増力される（図４参照）。
（４）この力Ｆ_２は、テーパーカム面７１により力Ｆ_３に増力されて、フローティングパッド６０に伝達される。

（５）これに伴いフローティングパッド６０は前方向に移動し、ブレーキディスク６６をブレーキディスク６６の前側面６８に増力された力Ｆ_３で押圧して、スピンドル４を本体２にロックすることになる。
（６）アンクランプする場合は、電磁弁（図示せず）を切替えて、空気室４５の加圧空気を抜いて、環状ピストン４２をフリーにする。

（７）環状ピストン４２をフリーにすることにより、ピストン戻しバネ５４が環状ピストン４２の環状溝５０の面を押すことになる。これにより、環状ピストン４２が後方に後退する。このとき、環状ピストン（４２）に取り付けられたフローティングパッド引込み板６２は、フローティングパッド６０の底面６４に接触し、フローティングパッド６０を後方に駆動する。本実施の形態では、環状ピストン４２を後方に約３mm程度駆動し、約０．６mm程度フローティングパッド６０を後方に駆動している。

（８）このフローティングパッド６０の後方への駆動により、フローティングパッド６０は強制的にブレーキディスク６６から引き離される。
本発明を特定の実施形態について説明したが、本発明は実施例に限定されるものではなく、その思想を逸脱せずに種々の変更がなされよう。

１…工作機械用割出し回転テーブル
２…本体
３…面板
４…スピンドル
１１…主軸受
１２…ＤＤモータ
１３…ロータ
１５…ステーター固定フランジ
２１…ステータ
２５…前面ラビリンス板
３０…ブレーキハウジング
４０…シリンダ室
４２…環状ピストン
６０…フローティングパッド
６２…フローティングパッド引込み板
６６…ブレーキディスク
７０…増力機構
７５…ボール

Claims (5)

1. 本体（２）と、
   前記本体（２）に回転自在に軸受で支持されたスピンドル（４）と、
   前記本体（２）に固定されるモータ（１２）用のステータ（２１）と、
   前記ステータ（２１）に対向して前記スピンドル（４）に固定された前記モータ用のロータ（１３）と、
   前記スピンドル（４）に固定された面板（３）と、
   前記モータ（１２）で駆動され、割出しされた前記面板（３）の停止角度位置を、前記ロータ（１３）に固定されたブレーキディスク（６６）にフローテングパッド（６０）を押圧して、前記ロータ（１３）を前記本体（２）にクランプするためのクランプ装置（３９，７０）と
   を備えた工作機械用の割出し回転テーブルにおいて、
   前記クランプ装置（３９，７０）は、
   流体圧で駆動されるピストン（４２）及びブレーキハウジング（３０）に形成され前記ピストン（４２）を収容するシリンダ室（４０）とからなるシンリダ駆動手段（３９）と、
   前記ピストン（４２）の前進による力を前記ピストン（４２）の前面のカム面（７２）とフローティングパッド（６０）の裏面の間に配置されたボール（７５）により増力して前記フローテングパッド（６０）を駆動するために増力機構（７０）と、
   前記ピストンの後退により前記クランプを解除するときに前記フローテングパッド（６０）に係合して、前記フローテングパッド（６０）を強制的にアンクランプ状態にするためのフローティングパッド解除手段とからなり、
   前記フローティングパッド（６０）は、その中央部に形成された円筒形の穴（６１）と該穴内に延びる受け板（６４）とを有し、
   前記フローティングパッド解除手段は、前記ピストン（４２）に一体に固定され、前記フローティングパッド（６０）の円筒形の穴（６１）内にあって、前記ピストン（４２）の後退時に前記フローテイングパッド（６０）の受け板（６４）に係合可能なフローティングパット引き込み板（６２）を備えており、
   前記受け板（６４）はフローティングパット引き込み板（６２）に当接する面が、前記フローティングパッド（６０）のボール（７５）に当接する面（７６）よりもブレーキディスク（６６）側にある
   ことを特徴とする工作機械用割出し回転テーブル。
2. 請求項１に記載の工作機械用割出し回転テーブルにおいて、
   前記シンリダ駆動手段（３９）は、前記ピストン（４２）を作動させて前記フローティングパッド（６０）を押圧してクランプした後に、アンクランプ状態にするときに、前記ピストン（４２）を前記押圧前の位置に戻すためのバネ（５４）を含むことを特徴とする工作機械用割出し回転テーブル。
3. 請求項１に記載の工作機械用割出し回転テーブルにおいて、
   前記増力機構（７０）は、
   前記ピストン（４２）の前部の外周面に形成された傾斜角度（α）の第１テーパーカム面（７２）と、
   ブレーキハウジング（３０）の前部の内周面に形成された、前記第１テーパーカム面の傾斜角度（α）より大きい傾斜角度（β）の第２テーパーカム面（７１）と、
   前記第１テーパー面（７２）及び前記第２テーパーカム面（７１）により形成される周状凹部の全周に亘って配置され前記第１及び第２のテーパーカム面と前記フローティングパッド（６０）の後面に接触する複数のボール（７５）とからなることを特徴とする工作機械用割出し回転テーブル。
4. 請求項３に記載の工作機械用割出し回転テーブルにおいて、
   前記第１テーパーカム面（７２）の前側部分に前記傾斜角度（α）より大きい傾斜角度（γ）の予備的テーパー面（７３）が付加的に形成されており、前記ボールは前記ピストン（４２）の前進移動の最初の段階で前記予備的テーパー面（７３）に接触し、また前記ピストン（４２）の前進移動のその後の段階で前記第１テーパーカム面（７２）に接触し、それによって適切なばね力において前記ピストンのストロークを短くするようにしたことを特徴とする工作機械用割出し回転テーブル。
5. 請求項２に記載の工作機械用割出し回転テーブルにおいて、
   前記バネ（５０）は、波状の圧縮板バネであることを特徴とする工作機械用割出し回転テーブル。

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