JP5439159B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Description

この発明は、主軸にバイト等旋削工具を取付ての旋削加工と、エンドミル等回転工具を取付ての転削加工との両加工が可能な工作機械の主軸装置に関し、さらに詳しくは、主軸軸受の保護を目的とする主軸装置に関する。

この種の工作機械の主軸装置としては、図３に示すように、中空状主軸111と、主軸111に通されかつ主軸111の前端部に取付られる工具Tをコレット112を介してクランプ・アンクランプするためのドローバー113と、ドローバー113をクランプ方向に付勢しているバネ114と、主軸111を軸受116、117を介して取囲んでいる筒状ハウジング115と、ハウジング115に対し主軸111の回転をロックおよびアンロックするロック手段121と、クランプ時に、ドローバー113をクランプ方向に移動させ、アンクランプ時に、バネ114のバネ力に抗してドローバー113をアンクランプ方向に移動させるシリンダ131とを備えており、シリンダ131が、軸方向に移動自在にハウジング115に支持されかつバネ132によってアンクランプ方向に付勢されているシリンダチューブ133と、シリンダチューブ133に内蔵されているピストン134とを備えており、主軸回転時には、主軸111およびピストン134間に主軸回転用隙間eが確保されるようになされるとともに、アンクランプ時に、シリンダチューブ133およびピストン134によって、主軸111およびドローバー113を軸方向に挟み付け、これにより、シリンダ131によるアンクランプ時の油圧力が軸受116、117に作用することを防止するようにしたものが知られている。

この従来技術によれば、シリンダ131を軸方向に移動自在とする構造を採用する必要があり、そのため、構造が複雑になりコスト高になったり、大きいスペースを必要とする等の問題点があった。

また、他の工作機械の主軸装置としては、主軸の基端部側にクランプシリンダが装備され、主軸の先端部側にバランスシリンダが装備されており、クランプシリンダおよびバランスシリンダによって、主軸全体を軸方向から挟み付け、クランプシリンダによるアンクランプ力が軸受に作用することを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この従来技術では、クランプシリンダおよびバランスシリンダの２つの油圧ユニットを独立して、別々に設置する必要があるため、主軸の全長が長くなり、これにともない、機械幅が大きくならざるを得なかった。このことは、機械省スペースの観点から大きい問題であった。

実公平４−５３８４３号公報

この発明の目的は、簡単な構造およぴ低コストで、機械の省スペースを図ることのできる工作機械の主軸装置を提供することにある。

この発明による工作機械の主軸装置は、中空状主軸と、主軸に通されかつ主軸の前端部に取付られる工具をクランプ・アンクランプするためのドローバーと、ドローバーをクランプ方向に付勢している弾性手段と、主軸を軸受を介して取囲んでいる筒状ハウジングと、ハウジングに対し主軸の回転をロックおよびアンロックするロック手段と、クランプ時に、ドローバーをクランプ方向に移動させ、アンクランプ時に、弾性手段の弾性力に抗してドローバーをアンクランプ方向に移動させるクランプシリンダと、ロック手段がロック時に主軸をロックし、アンロック時に主軸をアンロックするようにロック手段を作動させるロックシリンダと、元圧源と、クランプシリンダのアンクランプ側およびロックシリンダのロック側を連通させる油圧回路網とを備えているものである。

この発明による工作機械の主軸装置では、アンクランプ時に、クランプシリンダおよびロックシリンダに同時に作用させられる油圧によって、主軸に作用させられるアンクランプ力をバランスさせることができる。したがって、簡単な構造およぴ低コストを達成することができ、機械の省スペースを図ることができる。

このときに、アンクランプ時に、元圧源をクランプシリンダのアンクランプ側およびロックシリンダのロック側に同時に連通させ、アンクランプ時からクランプ時に切替る際に、元圧源をクランプシリンダのクランプ側に連通させ、これと同時に、元圧源をその圧力を減圧した設定圧でロックシリンダのロック側に連通させるように油圧回路網を切替る切替手段を備えていると、アンクランプ状態からクランプ状態に切替た際に、適性油圧によって、主軸をロックすることができる。

また、油圧回路網が、元圧源をクランプ切替弁を介してクランプシリンダのクランプ側およびアンクランプ側にそれぞれ接続しているクランプ回路およびアンクランプ回路と、元圧源をロック切替弁を介してロックシリンダのロック側およびアンクロック側にそれぞれ接続しているロック回路およびアンロック回路と、アンクランプ回路およびロック回路を短絡させているカウンターバランス回路とよりなり、カウンターバランス回路にカウンターバランス弁が備えられており、カウンターバランス弁は、ロック回路からアンクランプ回路に向かう流れに対しては設定圧によって規制するが、その反対方向の流れに対しては自由流れとするものであると、クランプおよびアンクランプと、ロックおよびアンロックとを切替るための油圧回路網をシンプルに構成することができる。

また、元圧源およびロック切替弁間に減圧弁が備えられており、カウンターバランス弁および減圧弁の設定圧が同一であると、ロック時に主軸に作用させられる油圧を、最適に設定することができる。

この発明によれば、簡単な構造およぴ低コストで、機械の省スペースを図ることのできる工作機械の主軸装置が提供される。

この発明による工作機械の主軸装置の垂直縦断面図である。 同工作機械の主軸装置の油圧回路網の構成図である。 従来技術による工作機械の主軸装置の垂直縦断面図である。

図１に示す半断面図において、工具クランプ状態がその上半分に、工具アンクランプ状態がその下半分にそれぞれ示されている。

工具Tは、中空状主軸11の前端部にコレット12によってクランプされている。主軸11には、前端部をコレット12に連結したドローバー13が通されている。ドローバー13は、バネ14によってクランプ方向、すなわち、後向きに付勢されている。主軸11は、筒状ハウジング15によって取囲まれている。主軸11およびハウジング15間には２つの前ラジアル軸受16および１つの後ラジアル軸受17が前後方向に間隔をおいて介在させられている。

ハウジング15の後端部にこれと一体的にクランプシリンダ23が設けられている。クランプシリンダ23にはクランプピストン24が内蔵されている。クランプシリンダ23にはクランプ側ポート25およびアンクランプ側ポート26が連通させられている。

ハウジング15の前端部にこれと一体的にロックシリンダ31が設けられている。ロックシリンダ31にはロックピストン32が内蔵されている。ロックピストン32にはロック手段33が備えられている。

ロック手段33は、カービック機構を構成する噛合せ歯付の面クラッチであって、固定ロック部材34、回転ロック部材35および結合ロック部材36よりなる。固定ロック部材34は、主軸11をこれと同心状に取囲みかつハウジング15に固定されている前面歯付大径円環板体よりなる。回転ロック部材35は、固定ロック部材34の内面より僅かに小径でかつ主軸11をこれと同心状に取囲みかつ主軸11に固定されている前面歯付小径円環板体よりなる。結合ロック部材36は、固定ロック部材34および回転ロック部材35の前向き歯に同時に噛み合いうる半径方向幅を有する後向き歯付円環板体よりなりかつハウジング15に前後動自在に支持されて、ロックピストン32と一体化されいる。ロックシリンダ31にはロック側ポート37およびアンロック側ポート38が連通させられている。

結合ロック部材36の前後動にともなう、固定ロック部材34および回転ロック部材35の歯と、結合ロック部材36の歯との噛合せにより、ハウジング15に対する主軸11の回転がロックされ、同噛合せ解除により、同回転がアンロックされるようになっている。

主軸11の回転がロックされた状態で、旋削加工が行われ、同アンロックされた状態で、転削加工が行われる。

つぎに、クランプシリンダ23およびロックシリンダ31を作動させるための油圧回路網について、図２を参照しながら説明する。

油圧回路網は、元圧源Pをクランプ切替弁41を介してクランプ側ポート25およびアンクランプ側ポート26にそれぞれ接続しているクランプ回路42およびアンクランプ回路43と、元圧源Pをロック切替弁44を介してロック側ポート37およびアンクロック側ポート38にそれぞれ接続しているロック回路45およびアンロック回路46と、アンクランプ回路43およびロック回路45を短絡させているカウンターバランス回路47とよりなる。 クランプ切替弁41は、クランプ位置、アンクランプ位置および中立位置の３つの開口位置を有するものである（アンクランプ位置でのONを図示）。ロック切替弁44は、ロック位置およびアンロック位置の２つの開口位置を有するものである（ロック位置でのONを図示）。

カウンターバランス回路47にカウンターバランス弁51が備えられている。カウンターバランス弁51は、ロック回路45からアンクランプ回路43に向かう流れに対しては設定圧Bによって規制するが、その反対方向の流れに対しては自由流れとするものである。元圧源Pおよびロック切替弁44間に減圧弁52が備えられている。減圧弁52は、カウンターバランス弁51の設定圧Bと同じ設定圧Bに設定されている。ロック切替弁44と、ロック回路45およびカウンターバランス回路47合流点との間に逆止弁53が備えられている。

旋削加工を行う場合、クランプ切替弁41は、中立位置とされ、ロック切替弁44は、ロック位置とされる。元圧源Pの元圧Cは、減圧弁52によって設定圧Bに減圧され、ロック回路45を通じて、ロックシリンダ31のロック側に作用させられる。主軸11には設定圧Bに対応する油圧力が作用し、この油圧力が軸受16、17を破損させないように、設定圧Bは適正値に設定されている。

上記旋削加工を停止し、工具Tを交換する場合、クランプ切替弁41は、アンクランプ位置に切替られる。ロック切替弁44は、ロック位置のままである。元圧源Pの元圧Cは、クランプ切替弁41およびアンクランプ回路43を通じて、アンクランプ側ポート26に作用させられ、同時に、アンクランプ回路43から分岐させられたカウンターバランス回路47およびカウンターバランス弁51を通じて、ロック側ポート37に作用させられる。これにより、クランプピストン24およびロックピストン32に元圧Cが、同時に、かつ、前後逆向きに作用させられる（図１中、矢印D、E）。このときにクランプピストン24に作用させられる油圧力は、バネ14の力よりも大である。クランプピストン24は、バネ14を圧縮して、前進させられ、ドローバー13を前向きに押動する。ドローバー13の前進によって、コレット12が開かれて、工具Tの交換可能となる。

一方、ロックピストン32に作用させられる油圧力は、クランプピストン24に作用させられる油圧力の反力となる。双方の油圧力の差が主軸11を介して軸受16、17に作用させられる。このときに軸受16、17に作用させられる力の大きさは、軸受16、17の許容荷重以下でなければならない。この条件を満たすように、クランプピストン24およびロックピストン32の油圧面積が設定されている。

上記のアンクランプ状態から、再びクランプ状態に切替るには、クランプ切替弁41を、アンクランプ位置からクランプ位置に切替る。そうすると、元圧Cは、クランプ切替弁41およびクランプ回路42を通じて、クランプ側ポート25に作用させられ、クランプピストン24は、後退させられる。同時に、元圧Cは、減圧弁52を通過し、設定圧Bに減圧されるた後に、ロック回路45を通じて、ロック側ポート37に作用させられる。ロック回路45内の油圧は、カウンターバランス弁51によって、その設定Bに保持される。主軸11は、設定Bによって旋削加工時のロック状態に保持される。

この発明による工作機械の主軸装置は、主軸に取付られた工具を交換する際に、工具をアンクランプするためのアンクランプ力によって主軸軸受が破損することを防止することを達成するのに適している。

11 主軸
13 ドローバー
15 ハウジング
16、17 軸受
23 クランプシリンダ
31 ロックシリンダ
P 元圧源

Claims (4)

1. 中空状主軸と、主軸に通されかつ主軸の前端部に取付られる工具をクランプ・アンクランプするためのドローバーと、ドローバーをクランプ方向に付勢している弾性手段と、主軸を軸受を介して取囲んでいる筒状ハウジングと、ハウジングに対し主軸の回転をロックおよびアンロックするロック手段であってロック時における移動方向がアンクランプ時におけるドローバーの移動方向と対向するロック手段と、クランプ時に、ドローバーをクランプ方向に移動させ、アンクランプ時に、弾性手段の弾性力に抗してドローバーをアンクランプ方向に移動させるクランプシリンダと、ロック手段がロック時に主軸をロックし、アンロック時に主軸をアンロックするようにロック手段を作動させるロックシリンダと、元圧源と、クランプシリンダのアンクランプ側およびロックシリンダのロック側を連通させる油圧回路網とを備えている工作機械の主軸装置。
2. アンクランプ時に、元圧源をクランプシリンダのアンクランプ側およびロックシリンダのロック側に同時に連通させ、アンクランプ時からクランプ時に切替る際に、元圧源をクランプシリンダのクランプ側に連通させ、これと同時に、元圧源をその圧力を減圧した設定圧でロックシリンダのロック側に連通させるように油圧回路網を切替る切替手段を備えている請求項１に記載の工作機械の主軸装置。
3. 油圧回路網が、元圧源をクランプ切替弁を介してクランプシリンダのクランプ側およびアンクランプ側にそれぞれ接続しているクランプ回路およびアンクランプ回路と、元圧源をロック切替弁を介してロックシリンダのロック側およびアンクロック側にそれぞれ接続しているロック回路およびアンロック回路と、アンクランプ回路およびロック回路を短絡させているカウンターバランス回路とよりなり、カウンターバランス回路にカウンターバランス弁が備えられており、カウンターバランス弁は、ロック回路からアンクランプ回路に向かう流れに対しては設定圧によって規制するが、その反対方向の流れに対しては自由流れとするものである請求項１または２に記載の工作機械の主軸装置。
4. 元圧源およびロック切替弁間に減圧弁が備えられており、カウンターバランス弁および減圧弁の設定圧が同一である請求項３に記載の工作機械の主軸装置。

Images