JP5416364B2

JP5416364B2 - 工作機械の主軸装置

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Publication number: JP5416364B2
Application number: JP2008125025A
Authority: JP
Inventors: 圭吾多田; 友彦林
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: CN101579749B; DE102009020236A1; US8096737B2; US20090279975A1; CN101579749A; JP2009274147A

Description

本発明は、工作機械の主軸装置に関し、詳細には、特に軽金属の加工時に発生する粉塵状の切削粉の回収効率を改善できるようにした主軸装置に関する。

例えばマグネシウム合金を切削加工する場合に発生する粉塵状の切削粉の回収を可能とするフライス工具として特許文献１に記載されたものがある。このフライス工具は、シャンクの軸芯に形成された吸出し開口を有し、該吸出し開口は締付け・供給装置に装着された吸出しホッパに連通している。
特表２００５−５３２９１７号公報

前記従来のフライス工具では、締付け・供給装置に吸出しホッパを装着しているため、構造が複雑であり、しかもその構造上、工具の自動交換ができないといった問題がある。

ここで、本出願人は、前記問題点を解消できる主軸装置として、工具ホルダから主軸内のドローバーを貫通する吸引穴を形成し、該吸引穴により切削粉を吸引するようにしたものを開発している。この吸引穴を形成する構造の場合、ドローバーの構造如何によっては、ドローバーの外径、ひいては主軸の内径が従来のものより大きくなってしまう懸念があり、さらにドローバーを進退駆動する駆動機構との接続部から空気を吸引してしまい、吸引効率が低下するといった懸念がある。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、構造が簡単で、工具の自動交換が可能であり、また主軸内径が大きくなるのを抑え、かつ切削粉の高い吸引効率を確保できる工作機械の主軸装置提供することを課題としている。

請求項１の発明は、主軸頭と、該主軸頭により回転自在に支持され、工具ホルダが装着可能な主軸と、前記工具ホルダを係合爪により主軸にクランプ・アンクランプするクランプ機構とを備えた工作機械の主軸装置において、
前記クランプ機構は、皿ばねによりクランプ方向に付勢されて前記係合爪を前記工具ホルダに係合させるドローバーと、該ドローバーをアンクランプ方向に移動させて前記係合を解除させる駆動機構とを有し、前記ドローバーは、前記皿ばねでクランプ方向に付勢されるドローバー本体と、該ドローバー本体に接続され、前記皿ばねの付勢力によりクランプ方向に移動されたとき前記係合爪を工具ホルダとの係合位置に移動させる係合駆動部とを有し、前記ドローバーには、該ドローバーを軸方向に貫通するドローバー側吸引穴が形成され、該ドローバー側吸引穴は、前記工具ホルダ及び該工具ホルダに装着された刃具を軸方向に貫通するよう形成されたホルダ側吸引穴に連通し、前記ドローバー側吸引穴には吸引装置が接続されていることを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、前記係合駆動部は前記ドローバー本体の内面に螺挿されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の工作機械の主軸装置において、前記駆動機構は、前記ドローバーをアンクランプ方向に移動させるピストンの軸心に挿入配置されたインナパイプを有し、該インナパイプには前記ドローバー本体の後端部が挿入され、かつ該インナパイプは前記ドローバー側吸引穴に連通しており、
前記インナパイプと前記ドローバー本体の後端部との間には、シール部材を前記インナパイプに固定するとともに前記ドローバー本体の外周面に摺接させてなるシール機構が設けられていることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３に記載の工作機械の主軸装置において、前記シール機構は、前記シール部材を前記インナパイプの段部に圧接するよう前記固定方向に付勢する弾性部材を備えていることを特徴としている。

請求項１，２の発明によれば、ドローバーの前部を構成する係合駆動部の後端部を、後部を構成するドローバー本体の前端部内に挿入し、これの内面にねじ込むことにより両者を着脱可能に接続したので、特に係合駆動部部分の主軸内径を大きくすることなくドローバー側吸引穴の径を大きく確保するとこができ、切削粉の吸引効率を高めることができる。

ちなみに、係合駆動部の後端部をドローバー本体の先端部に被せてねじ込む構造とした場合、ドローバー側吸引穴の径を同じとしても、係合駆動部の後端部の径が大きくなり、その外側に係合爪を配設する構造上、主軸の貫通穴径、ひいては主軸外径が大きくなる。

また、請求項３の発明によれば、インナパイプとドローバー本体の後端部との間にシール機構を設けたので、外部から空気がインナパイプ内に吸引されるのを回避することができ、切削粉の回収効率を高めることができる。

請求項４の発明によれば、シール機構を、ドローバー本体の後端部の外周面に摺接するシール部材をインナパイプの段部に圧接させる弾性部材を設けたので、該弾性部材の弾性力により前記シールリングの端面を前記段部に常時圧接させるとともに内周面をドローバー本体の外周面に摺接させることができ、これにより外部空気の進入をより確実に防止できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１〜図８は、本発明の一実施形態に係る工作機械の主軸装置を説明するための図である。

図において、１は縦型あるいは横型マシニングセンタ等の工作機械に備えられた主軸装置である。この主軸装置１は、コラムにより支持された主軸頭２と、該主軸頭２により回転自在に支持された主軸３と、該主軸３の先端部に支持される工具ホルダ４と、該工具ホルダ４を主軸３にクランプ・アンクランプするクランプ機構５とを備えている。

前記主軸３は、軸心に貫通穴３ａを有する筒体である。該主軸３は、これの前部及び後部が前軸受６ａ及び後軸受６ｂを介して前記主軸頭２により回転自在に支持されている。また前記主軸３の貫通穴３ａの前端部にはテーパ穴３ｂが形成され、該テーパ穴３ｂに前記工具ホルダ４が嵌合固定される。なお、図示していないが、前記主軸３と主軸頭２との間には該主軸３を回転駆動する電動モータが配設されている。

前記工具ホルダ４は、刃具１２と、該刃具１２が装着穴１４ｄにコレット１３を介して装着されたホルダ本体１４とを有する。刃具１２の径等に対応したコレット１３により各種の刃具を共通のホルダ本体に取り付けることができる。

前記クランプ機構５は、前記主軸３の貫通穴３ａ内に挿入配置され、前記工具ホルダ４を前記テーパ穴３ｂにクランプし、又はアンクランプするドローバー７と、該ドローバー７をアンクランプ方向に移動させる駆動機構（シリンダ機構）８とを有する。

前記ドローバー７は、筒状の係合駆動部９と、該係合駆動部９に着脱可能に接続された筒状のドローバー本体１０とを含む。前記係合駆動部９の後端部９ｂは、前記ドローバー本体１０の前端部１０ａ内に挿入され、該前端部１０ａの内面に螺挿されている。前記係合駆動部９は、前記テーパ穴３ｂの近傍に配置された複数の係合爪１１内に挿入され、該係合爪１１を前記ホルダ本体１４の後端部に形成され係合段部１４ａに係合させるよう構成されている。

前記係合爪１１はこれの基端部１１ａを中心に前端の爪部１１ｂを径方向に拡開可能に構成されている。前記係合駆動部９の前端にはカム９ａが形成され、該カム９ａは前記爪部１１ｂの内面に摺接しており、後進位置（図１右方位置）にあるとき該爪部１１ｂを係合段部１４ａに係合させ、前進位置（図１左方位置）にあるとき前記係合を解除する。

前記ドローバー本体１０と主軸３の貫通穴３ａとの間には多数の皿ばね１５が介在されている。なお、１５ａは皿ばね１５の軸方向位置を規制するカラー部材である。前記皿ばね１５は前記ドローバー７をクランプ方向（図１右方向）に付勢している。この付勢力により係合駆動部９がクランプ方向に移動すると、前記カム９ａが爪部１１ｂを拡開させて前記係合段部１４ａに係合させ、ホルダ本体１４のテーパ部１４ｂを前記テーパ穴３ｂに強固に嵌合させる。

前記駆動機構８は、前記主軸頭２の後端部にボルト８ａにより締め付け固定されたケーシング１８ａと、蓋部材１８ｂとで形成されたシリンダ穴１８ｃ内にピストン１８ｄを挿入配置した構造のものである。油室ｂに油圧が供給されると、このピストン１８ｄが図１左方に移動し、押圧プレート２４を介して前記ドローバー７を前記皿ばね１５の付勢力に抗してアンクランプ方向（図１左方向）に移動させ、前記ホルダ本体１４のテーパ部１４ｂとテーパ穴３ｂとの嵌合を解除する。

また前記係合駆動部９のカム９ａ内には、連結パイプ１７が同軸をなすように挿入されており、該連結パイプ１７はナット部材１７ａによりホルダ本体１４内に固定されている。

さらにまた前記ドローバー本体１０の後端部１０ｂは、前記駆動機構８のインナパイプ１６の前端部１６ａ内に挿入されている。このインナパイプ１６は前記蓋部材１８ｂ内に挿入され、かつ該蓋部材１８ｂに固定されている。

前記インナパイプ１６と前記ドローバー本体１０の後端部１０ｂとの間には、外部から空気がインナパイプ１６内に吸引されるのを回避するためのシール機構２１が設けられている。このシール機構２１は、前記ドローバー本体１０の後端部１０ｂの外周面に摺接するカーボン製のシールリング２２と、該シールリング２２を前記インナパイプ１６の段部１６ｃにスペーサ２３ａを介在させて圧接させる弾性部材製の押圧リング２３と、該押圧リング２３の軸方向位置を規制する止め輪４とを備えている。

前記弾性部材の弾性力により前記シールリング２２の端面は前記段部１６ｃに圧接し、内周面はドローバー本体１０の外周面に摺接しており、これにより外部空気の進入を防止している。一方、前記シールリング２２の外周面とインナパイプ１６の内周面との間には隙間ｃが設けられている。これによりドローバー本体１０とインナパイプ１６との間を振れによりシールリング２２が破損するのを回避している。

そして前記連結パイプ１７，ドローバー７及びインナパイプ１６の軸芯部には、これらを軸方向に貫通する第４吸引穴ａ４が形成されている。この第４吸引穴ａ４は、前記連結パイプ１７内部分、係合駆動部９内部分、ドローバー本体１０内部分及びインナパイプ１６内部分共に同じ径に設定されている。また、図示していないが、前記インナパイプ１６の後端部１６ｂには、吸引装置が接続されている。なお、本発明では、ドローバー７に形成された吸引穴をドローバー側吸引穴と称し、該ドローバー側吸引穴がホルダ側吸引穴に連通しているとされているが、本発明は、本実施形態のように、ドローバー７の吸引穴が連結パイプ１７を介してホルダ側吸引穴に連通している場合も含む。

また前記工具ホルダ４の刃具１２の軸芯には、第１吸引穴ａ１が軸方向に貫通するように形成されている。また、前記ホルダ本体１４には、第２吸引穴（ホルダ側吸引穴）ａ２が前記第１吸引穴ａ１と連通するように、かつ軸方向に貫通するように形成されている。さらにまた前記ホルダ本体１４には第３吸引穴ａ３が前記第２吸引穴ａ２に連通するように形成されている。この第３吸引穴ａ３は、前記刃具１２の第１吸引穴ａ１からの吸引空気以外の空気を吸引可能に形成され、第２吸引穴ａ２の流速を高めるようになっており、その実質的な通路面積を調整可能に構成されている。

前記第３吸引穴ａ３は、以下のように構成されている。ホルダ本体１４の外周の、前記第２吸引穴ａ２に対応する部分、つまり刃具１２と連結パイプ１７との間の部分には環状をなすリング部材１９が回動可能に、かつ止めねじ２０により所望の角度位置に固定可能に装着されている。該リング部材１９の内面には、軸方向前方に開口する溝状の吸込部１９ａが９０°毎に形成されている。また前記ホルダ本体１４には、連通部１４ｃが前記各吸込部１９ａと前記第２吸引穴ａ２とを連通可能に形成されている。この吸込部１９ａと連通部１４ｃとにより、前記第２吸引穴ａ２に前記第１吸引穴ａ１からの吸引空気以外の空気を吸引可能とし、該第２吸引穴ａ２の流速を高める第３吸引穴ａ３が構成されている。また、前記リング部材１９の角度位置を調整することにより、前記吸込部１９ａと連通部１４ｃとの連通面積、つまり前記第３吸引穴ａ３の実質的な通路面積を調整可能となっている。

このように本実施形態では、刃具１２に第１吸引穴ａ１を、ホルダ本体１４に第２，第３吸引穴ａ２及びａ３を、さらにドローバー７及びインナパイプ１６に第４吸引穴ａ４を形成し、インナパイプ１６に吸引装置を接続したので、粉塵状の切削粉の吸引を簡単な構造で実現できる。

また、ホルダ本体１４に、第２吸引穴ａ２を形成するとともに第３吸引穴ａ３を形成したので、刃具の径が小さいため第１吸引穴ａ１の通路面積を十分に確保できない場合でも、第３吸引穴ａ３により、第１吸引穴ａ１からの吸引空気以外の空気を吸引でき、そのため第２吸引穴ａ２の流速を高めることができ、その結果、切削粉が工具ホルダやドローバー内に堆積するのを防止できる。

また、第３吸引穴ａ３を、ホルダ本体１４に回転可能に装着されたリング部材１９の吸込部１９ａと、該吸込部１９ａと前記第２吸引穴ａ２とを連通可能とする連通部１４ｃとを有するものとしたので、前記リング部材１９の角度位置を調整することにより、前記第３吸引穴ａ３の実質的な通路面積を刃具の径や切削粉の発生量に応じた面積に調整することができ、切削粉の内部堆積を防止できる。

さらにまた本実施形態では、前記ドローバー７の前部を構成する係合駆動部９の後端部９ｂを、後部を構成するドローバー本体１０の前端部１０ａ内に挿入し、これの内面にねじ込むことにより両者を着脱可能に接続したので、特に係合駆動部９部分の主軸内径を大きくすることなく第１吸引穴ａ１の径を大きく確保するとこができ、この点からも切削粉の吸引効率を高めることができる。

ちなみに、係合駆動部９の後端部９ｂをドローバー本体１０の先端部１０ａに被せてねじ込む構造とした場合、第４吸引穴ａ４の径を同じとしても、係合駆動部９の後端部の径が大きくなり、その外側に係合爪１１を配設する構造上、主軸の貫通穴径、ひいては主軸外径が大きくなる。

また、前記インナパイプ１６と前記ドローバー本体１０の後端部１０ｂとの間にシール機構２１を設けたので、外部から空気がインナパイプ１６内に吸引されるのを回避することができ、この点からも切削粉の回収効率を高めることができる。

また前記シール機構２１を、前記ドローバー本体１０の後端部１０ｂの外周面に摺接するシールリング２２を前記インナパイプ１６の段部１６ｃに圧接させる弾性部材製の押圧リング２３を設けたので、該弾性部材の弾性力により前記シールリング２２の端面を前記段部１６ｃに常時圧接させるとともに内周面をドローバー本体１０の外周面に摺接させることができ、これにより外部空気の進入をより確実に防止できる。一方、前記シールリング２２の外周面とインナパイプ１６の内周面との間には隙間ｃを設けたので、ドローバー本体１０とインナパイプ１６との間を振れによりシールリング２２が損傷するのを回避できる。

本発明の一実施形態に係る主軸装置の断面側面図である。前記主軸装置の工具ホルダの断面側面図である。前記工具ホルダの断面側面図（図２のIII-III線断面図）である。前記工具ホルダの斜視図である。前記主軸装置の工具ホルダクランプ部分の断面側面図である。前記主軸装置のドローバーの前部接続部分の断面側面図である。前記主軸装置のドローバーの後部接続部分の断面側面図である。前記ドローバーの後部接続部分のシール機構部分の断面側面図である。

符号の説明

１主軸装置
２主軸頭
３主軸
４工具ホルダ
５クランプ機構
１１係合爪
７ドローバー
８駆動機構
ａ１第１吸引穴
ａ２第２吸引穴
９係合駆動部
１０ドローバー本体
１０ｂドローバーの後端部
１６インナパイプ
２１シール機構
２２シール部材
１６ｃインナパイプの段部
２３弾性部材

Claims

主軸頭と、
該主軸頭により回転自在に支持され、工具ホルダが装着可能な主軸と、
前記工具ホルダを係合爪により主軸にクランプ・アンクランプするクランプ機構とを備えた工作機械の主軸装置において、
前記クランプ機構は、皿ばねによりクランプ方向に付勢されて前記係合爪を前記工具ホルダに係合させるドローバーと、該ドローバーをアンクランプ方向に移動させて前記係合を解除させる駆動機構とを有し、
前記ドローバーは、前記皿ばねでクランプ方向に付勢されるドローバー本体と、該ドローバー本体に接続され、前記皿ばねの付勢力によりクランプ方向に移動されたとき前記係合爪を工具ホルダとの係合位置に移動させる係合駆動部とを有し、
前記ドローバーには、該ドローバーを軸方向に貫通するドローバー側吸引穴が形成され、該ドローバー側吸引穴は、前記工具ホルダ及び該工具ホルダに装着された刃具を軸方向に貫通するよう形成されたホルダ側吸引穴に連通し、前記ドローバー側吸引穴には吸引装置が接続されている
ことを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、
前記係合駆動部は前記ドローバー本体の内面に螺挿されている
ことを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項１又は２に記載の工作機械の主軸装置において、
前記駆動機構は、前記ドローバーをアンクランプ方向に移動させるピストンの軸心に挿入配置されたインナパイプを有し、該インナパイプには前記ドローバー本体の後端部が挿入され、かつ該インナパイプは前記ドローバー側吸引穴に連通しており、
前記インナパイプと前記ドローバー本体の後端部との間には、シール部材を前記インナパイプに固定するとともに前記ドローバー本体の外周面に摺接させてなるシール機構が設けられている
ことを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項３に記載の工作機械の主軸装置において、
前記シール機構は、前記シール部材を前記インナパイプの段部に圧接するよう前記固定方向に付勢する弾性部材を備えている
ことを特徴とする工作機械の主軸装置。