JP5542215B2 - 工作機械のための引き込み可能なシャンク及びこの引き込み可能なシャンクの工作機械における使用 - Google Patents

Description

本発明は、フライス盤（ミリングマシン）及び中ぐり盤（ボーリングマシン）などの工作機械におけるヘッドストック（主軸台）の交換に関連し、そのためにヘッドストックの後方回転シャフトが工作機械の内部に配置されて、様々なヘッドストックを組み付けることを可能にする引き込み可能なシャンクを提供する。

工作機械の分野には、フライス盤及び中ぐり盤などの様々なタイプの機械がある。これらの機械は、機械加工される部分がその上に配置される、地面に固定された水平なテーブルと、キャリッジ又はコンソールがその上で鉛直方向にスライドするコラムとにより形成されており、このキャリッジ又はコンソールの内部に、テーブルの長手方向軸に対して垂直の方向において水平にスライドするツールボックス及び／又はシャンクが配置されている。

これらの機械は、それらの相違する構造部品の運動に応じて様々なタイプの形態を有する。すなわち、機械加工される部品が配置されるテーブルが地面に固定されることができ、この場合、コラムが水平面上で並進移動する。または、テーブルが、水平面にて並進移動を行うテーブルであってもよく、コラムが固定される。あるいは、コラムとテーブルの両方が前記水平面にて並進移動を行う場合もあり得る。

行われるべき機械加工のタイプに応じて、いろいろなタイプのツールが配置される。例えば、穴が開けられるときには、ボーリングツールがシャンクでの部品に面する端部に配置され、この場合、最小機械加工直径がシャンクの直径により決定される。また、最大深さが、シャンクの長さ及び軸方向経路により、又はシャンクの長さとツールボックスの長さ（あるならば）との合計により決定される。一方、そのスペースにおいて様々な角度でフライス加工を行おうとする場合、シャンクはその最も引き込まれた位置に移動され、フライス加工のヘッドストックをツールボックスに、又はツールボックスが無い場合にはキャリッジに連結することができ、そこでシャンクがヘッドストックの後方回転シャフトに接続される。

このタイプの工作機械において、シャンクは、機械のタイプに応じて、ツールボックス又はキャリッジの内部に配置されることができる。しかし、いずれの場合も、シャンクは１又は複数の部品から作られ、これらの部品は互いに固定して取り付けられて機械の作業局面中に分離されることがなく、単一のユニットを形成する。このシャンクは、回転ブッシュにより形成されたユニットの内部に配置され、回転ブッシュは、シャンクと一体的に回転し、且つ機械のツールボックス又はキャリッジに組み込まれた固定されたブッシュにベアリングにより結合されている。あるいは、固定されたブッシュが存在せずに、ベアリングがツールボックス又はキャリッジ内に直接収容され、そこで固定されたブッシュの形状が直接再現される場合もあり得る。

この方法は、フライス加工のヘッドストックがツールボックス又はキャリッジ上に配置されたときに過度に長く、すなわち、ヘッドストックに組み付けられたツールが機械のコラムから遠ざかり、それゆえ、作業領域が失われるという欠点を有する。具体的には、ヘッドストックの「Ｃ」シャフトとして知られるヘッドストックの後方回転シャフトが外側にあり、シャンク、及び回転ブッシュと固定されたブッシュとにより形成されたユニットに突き当たるため、ツールボックス又はキャリッジ内に入ることができない。

従って、ヘッドストックの「Ｃ」シャフトをツールボックス又はキャリッジの内部に組み入れることを可能にし、それによりヘッドストックの作業ツールが機械のコラムに最も近づき、その結果、作業領域を増大させる方法を提供することが必要である。このことは、ヘッドストック又はテーブルの横断経路を最大に利用すること、及び大きい寸法の部品において作業領域を最大に有することに特に関連している。

本発明は、フライス盤及び中ぐり盤などの工作機械のための引き込み可能なシャンクを提供し、このシャンクは、様々なヘッドストックを機械のツールボックス上に組み付けることができ、ヘッドストックの「Ｃ」シャフト、すなわちヘッドストックの後方回転シャフトが、ツールボックスの内部に配置される。本発明を、鉛直方向に移動するキャリッジ内にツールボックス及びシャンクが配置された工作機械に関して記載するが、本発明の概念は、ツールボックスを有さず、シャンクが機械のキャリッジ内に直接組み込まれた機械の場合にも変わらない。

本発明の引き込み可能なシャンクは、後方ユニット及び少なくとも１つの前方ユニットが配置されたシャンクコアから成る。後方ユニットは、回転ブッシュにより形成されている。回転ブッシュは、シャンクコアが回転ブッシュと一体的に回転するように、ベアリングにより直接又はツールボックスに連結された固定されたブッシュを介して、ツールボックスに結合されている。そして、前方ユニットは別の回転ブッシュにより形成され、回転ブッシュは別のベアリングにより、機械構造物の固定部分に対して結合されている。この前方ユニットは、外側への引き出し又は内側への移動により自動的に除去でき、それによりヘッドストックの後方回転シャフトを収容することができる空間をもたらす。

前方ユニットを外側に引き出すことにより前方ユニットが取り外されることができる本発明の好ましい実施形態において、前方ユニットのベアリングにより回転ブッシュに結合された機械構造物の固定された部分は、前方ユニットの一部を形成する固定されたブッシュである。前方ユニット及び後方ユニットの両方の回転ブッシュは、適切なアタッチメント手段を介してそれらの同期回転が保持されるようにして構成される。一方、前方ユニットの固定されたブッシュは、ツールボックスに自動的に連結するための固定手段を有する。

従って、シャンクコアを、ツールボックスの内側におけるシャンクコアの最も引き込まれた位置に移動させ、そして前方ユニットを外側に引き出して前方ユニットを取り外すことにより、ヘッドストックの後方回転シャフトを収容することができる空間がもたらされ、それにより利用可能な作業領域が増大される。

前方ユニットを内側に動かすことにより前方ユニットを移動することができるように、前方ユニットと後方ユニットとを所定距離だけ離すことが考えられる。したがって、ヘッドの後方回転シャフトを収容することができる空間がやはり、シャンクコアをその最も引き込まれた位置に移動させることによってもたらされる。

また、回転ブッシュと固定されたブッシュとの間に配置されたベアリングを、回転速度を増大させ且つ摩擦を最小限にするアンギュラ玉軸受にすることも考えられる。しかし、本発明の概念を変えずに、ベアリングをその他のタイプのベアリング、例えば磁気ベアリング、静圧ベアリング、静圧気体ベアリング、又は摩擦係数が低いその他のタイプのベアリングにすることもできる。

本発明の別の実施形態によれば、シャンクコアは、常にツールボックス内部に配置された後方部分と、前方ユニットと共に外側に引き出すことにより取り外されることができる少なくとも１つの前方部分とに分離されており、それによりヘッドストックの後方回転シャフトを収容するための空間がもたらされる。

こうして、意図される用途のための非常に有利な構造及び機能的特徴を有する、工作機械のための引き込み可能なシャンクが得られ、ヘッドストックの「Ｃ」シャフトの配置の問題を解決する。

図１Ａ〜１Ｄは、様々なタイプの工作機械の概略図を示す。 ヘッドストックの「Ｃ」シャフトを配置することについての従来の技術に関する問題を示す。「Ｃ」シャフトは、機械のツールボックス及びキャリッジの外側にある。 図３Ａ及び３Ｂは、従来の技術に関するシャンクの構成を示し、シャンク、及び回転ブッシュと固定されたブッシュとにより形成されたユニットが、それぞれ単一のユニットから形成されている。 図４Ａ〜４Ｃは、本発明の引き込み可能なシャンクの好ましい実施形態を示し、回転ブッシュ及び固定されたブッシュが、それぞれモジュール型の構造を有し、内側に保持される後方部分と、少なくとももう１つの取り外し可能な前方部分とを含む。 ヘッドストックの「Ｃ」シャフトの配置に関する問題が、本発明の引き込み可能なシャンクによりどのように解決されるかを示す。 様々なタイプのヘッドストックを１つの同一の機械に配置可能であることを示す。 図７Ａ〜７Ｃは、シャンクが、後方部分と、ツールボックスから取り出されることができる少なくとも１つの前方部分とに分離されている、本発明の別の実施形態を示す。 上記の図に示した方法により、様々なタイプのヘッドストック又はシャンクの前方部分を１つの同一の機械に配置可能であることを示す。

本発明の目的は、フライス盤及び中ぐり盤などの工作機械のための引き込み可能なシャンクに関係する。回転ブッシュと固定されたブッシュとにより形成されたユニットが分割されており、少なくとも１つの前方ユニットが存在し、前方ユニットは、外側への引き出し又は内側への移動により除去され、それに伴って、様々なヘッドストックを組み入れることを可能にする空間がツールボックス内に定められる。

図１Ａ〜図１Ｄに、様々なタイプの工作機械が見られる。図１Ａに記載の機械は、地面（２）に取り付けられた水平テーブル（１）と、コラム（４）とを有する。水平テーブル（１）の上には、機械加工される部品（３）が配置される。コラム（４）上を、キャリッジ（５）又はコンソールが鉛直方向にスライドする。このキャリッジ又はコンソールの内部に、テーブル（１）の長手方向軸に対して垂直の方向において水平にスライドするシャンク（６）が配置されている。図１Ｂは、図１Ａに記載したような工作機械を示すが、この図においては、ヘッドストック（７）を連結するためにシャンク（６）が引き込まれている。これらの場合、テーブル（１）が水平面上で並進移動される。

キャリッジ（５）の内部にツールボックス（８）又はＲＡＭが配置され、そしてツールボックスがその内部にシャンク（６）を有する工作機械が、図１Ｃ及び１Ｄに見られる。この場合、ツールボックス（８）が、シャンク（６）の水平面での移動（図１Ｃ）、又は該当する場合にはヘッドストック（７）の水平面での移動（図１Ｄ）を可能にするので、テーブルは水平面上を移動する必要がない。

図２は、従来技術に関連する問題を示し、フライス加工のヘッドストック（７）がツールボックス（８）に配置されたときに距離（Ｘ）で延び、これにより部品（３）上での作業領域が失われる様子が見られる。具体的には、「Ｃ」シャフトとして知られるヘッドストック（７）の後方回転シャフト（９）が外側にあり、後方回転シャフト（９）が、シャンク（６）、及びシャンク（６）を取り囲むブッシュにより形成されたユニットに突き当たるため、ツールボックス（８）内に入ることができない。

従来のシャンク（６）の構造が、図３Ａ及び３Ｂに記載される。一方は、シャンク（６）が引き込まれた位置の図であり、他方は、シャンク（６）が出た位置にある図である。シャンク（６）は、１又は複数の部品から作られ、これらの部品は互いに固定して取り付けられて機械の作業局面中に分離されることがなく、単一のユニットを形成する。作業局面とは、機械が動作している（機械加工や、ヘッドストック、ツールなどを交換している）時間であると理解される。

シャンク（６）は、回転ブッシュ（１０）により形成されたユニットの内部に配置されており、回転ブッシュ（１０）は、ベアリング（１１）により、工作機械のツールボックス（８）に組み込まれて配置された固定されたブッシュ（１２）に結合されている。あるいは、固定されたブッシュ（１２）が存在せずに、ベアリング（１１）がツールボックス（８）内に直接収容され、そこで固定されたブッシュ（１２）の形状がツールボックス（８）にて直接再現される場合もあり得る。

本発明は、工作機械のための引き込み可能なシャンクを提供する。シャンクはシャンクコア（１３）から成り、そこに後方ユニットと、少なくとも１つの前方ユニットとが配置される。後方ユニットは、回転ブッシュ（１４）により形成され、回転ブッシュ（１４）は、シャンクコア（１３）が回転ブッシュ（１４）と一体的に回転するように、ベアリング（１６）により直接又はツールボックス（８）に連結された固定されたブッシュ（１５）を介して、ツールボックス（８）に結合されている。そして、前方ユニットは別の回転ブッシュ（１７）により形成され、回転ブッシュ（１７）は、別のベアリング（１６）により、機械構造物の固定部分に対して結合されている。この前方ユニットは、外側への引き出し又は内側への移動によって自動的に除去でき、それによりヘッドストック（７）の後方回転シャフト（９）が収容されることができる空間（１９）をもたらす。

図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の好ましい実施形態を示す。この実施形態において、前方ユニットは、前方ユニットを外側に引き出すことにより取り外される（図４Ｃを参照）。この場合、ベアリング（１６）により回転ブッシュ（１７）に結合されている機械構造物の固定部分は、前方ユニットの一部を形成している固定されたブッシュ（１８）である。

回転ブッシュ（１４）と回転ブッシュ（１７）とは、アタッチメント手段（２０）を介してそれらの同期回転が保持されるようにして構成されている。一方、固定されたブッシュ（１５）と固定されたブッシュ（１８）とは、これらの間にいずれのタイプのアタッチメントも設けることなく互いに独立している。しかし、後方ユニットの固定されたブッシュ（１５）が存在せず、その形状が、ツールボックス（８）内で直接再現されることもある。一方、固定されたブッシュ（１８）は、ツールボックス（８）に連結するための固定手段（２１）を有する。

これにより、この組立配置に伴って、シャンクコア（１３）はギア（２２）により回転される。ギア（２２）は、シャンクコア（１３）が回転ブッシュ（１４）と一体的に回転するようにして、後方ユニットの回転ブッシュ（１４）の後方部分に連結されている。それにより、回転ブッシュ（１７）は、アタッチメント手段（２０）により確立された回転ブッシュ（１４）との保持によって駆動されて回転する。ツールボックス（８）の後方部分に、シャンクコア（１３）に軸方向移動を伝達する駆動部（２３）、例えばボールねじが配置されている。

シャンクコア（１３）と後方ユニットの回転ブッシュ（１４）との同期回転は、特に、これらの両部材間のキー（２４）によって、シャンクコア（１３）が回転ブッシュ（１４）と共に回転することができ且つ回転ブッシュ（１４）に対して軸方向にスライドすることができるようにして行われることができる。しかし、シャンクコア（１３）の最も外側の部分は、前方ユニットの回転ブッシュ（１７）と直接的に一緒に回転するための結合手段を全く有さず、シャンクコア（１３）のこの最も外側の部分は、半径方向には支持されているが、軸方向には支持されていない。

そして、シャンクコア（１３）の最も外側の部分は円筒状であり、それによりツールボックス（８）外へのシャンクコア（１３）の出口路において、機械加工により生じた様々なごみが、回転に関連して定められたハウジング内に入り込まないようにしている。しかし、シャンクコア（１３）の全体に沿ってキー（２４）が施されることも可能であり、この場合、ゴミがハウジングに入り込むことを防止するための手段又はごみを除去するための手段、例えばスクレーパが設けられなければならない。

従って、シャンクコア（１３）をその最も引き込まれた位置に移動させ、そして前方ユニットを外側に引き出して取り外すことにより空間（１９）がもたらされ、この空間（１９）にヘッドストック（７）の後方回転シャフト（９）を収容することができる。図５に見られるように、ヘッドストック（７）がコラム（４）から最も近い距離（Ｘ'）にあるように、ヘッドストック（７）の後方回転シャフト（９）はツールボックス（８）の内部にあり、これにより、特に利用可能な作業領域が増大される。図６は、様々なタイプのヘッドストック（７）を空間（１９）内に配置可能であることを示す。

前方ユニットを内側に動かすことにより前方ユニットを移動させることができるように、前方ユニットと後方ユニットとを所定距離だけ離すことが考えられる。したがって、シャンクコア（１３）をその最も引き込まれた位置に移動させることで、ヘッドストック（７）の後方回転シャフト（９）が収容されることができる空間（１９）がもたらされる。この場合、後方ユニットの回転ブッシュ（１４）と前方ユニットの回転ブッシュ（１７）とが互いに固定されていないため、シャンクコア（１３）は、回転ブッシュ（１７）と共に一体的に回転するために、その全面において結合されて回転を行う。

また、回転ブッシュ（１４、１７）と固定されたブッシュ（１５、１８）との間に配置されたベアリング（１６）を、回転速度を増大させ且つ摩擦を最小限にするアンギュラ玉軸受にすることも考えられる。しかし、本発明の概念を変えずに、ベアリングをその他のタイプのベアリング、例えば磁気ベアリング、静圧ベアリング、静圧気体ベアリング、又は摩擦係数が低いその他のタイプのベアリングにすることもできる。

図７Ａ〜図７Ｃは、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態において、シャンクコア（１３）は、常にツールボックス（８）内部に配置された後方部分（１３．１）と、少なくとも１つの取り外し可能な前方部分（１３．２）とにより形成されており、これにより前方部分（１３．２）は、前方ユニットと共に外側に引き出すことにより後方部分（１３．１）に対して、作業局面中に分離されることができる。前方ユニットは、回転ブッシュ（１７）により形成され、回転ブッシュ（１７）は、ベアリング（１６）により固定されたブッシュ（１８）に結合されている。これにより、ヘッドストック（７）の後方回転シャフト（９）を収容するための空間（１９）がもたらされる。この場合、シャンクコア（１３）の後方部分（１３．１）と前方部分（１３．２）とは、これらが同期回転するためのアタッチメント手段（２０）を介して組み付けられる。

この方法により、図８に見られるように、様々なヘッド（７）、そして様々な長さ及び直径を有するシャンクコア（１３）の前方部分（１３．２）が、ツールボックス（８）内に定められた空間（１９）内に選択的に配置されることができる。

そして、前方ユニットは、その内部において異なる直径を有するシャンクコア（１３）の前方部分（１３．２）に対応して適用されることができ、あるいはまた、過度の長さを有するシャンクコア（１３）の前方部分（１３．２）を適用するためにモジュール（２６）により前方ユニットが延長されることが考えられる。

１ 水平テーブル
２ 地面
３ 機械加工される部品
４ コラム
５ キャリッジ
６ シャンク
７ ヘッドストック
８ ツールボックス
９ 後方回転シャフト
１０ 回転ブッシュ
１１ ベアリング
１２ 固定されたブッシュ
１３ シャンクコア
１３．１ シャンクコアの後方部分
１３．２ シャンクコアの前方部分
１４ 回転ブッシュ
１５ 固定されたブッシュ
１６ ベアリング
１７ 回転ブッシュ
１８ 固定されたブッシュ
２１ 固定手段
２２ ギア
２３ 駆動部
２４ キー

Claims (14)

1. 機械において使用される工作機械のための引き込み可能なシャンクであって、
   機械加工される部品（３）がその上に配置される水平テーブル（１）と、
   ツールボックス（８）を支持しているキャリッジ（５）がその上を鉛直方向にスライドするコラム（４）と、
   を備え、前記ツールボックス内に前記シャンク（６）が配置され、前記シャンク（６）にヘッドストック（７）が後方回転シャフト（９）により連結され、前記シャンクがシャンクコア（１３）から成り、前記シャンクコア（１３）に少なくとも１つの前方ユニットが配置され、前記前方ユニットは、機械構造物の固定された部分に対してベアリング（１６）により結合された回転ブッシュ（１７）により形成され、前記前方ユニットは、外側への引き出し又は内側への移動により除去されることができ、それにより前記ヘッドストック（７）の前記後方回転シャフト（９）が収容されることができる空間（１９）をもたらすことを特徴とする、工作機械のための引き込み可能なシャンク。
2. 前記ベアリング（１６）により前記回転ブッシュ（１７）に結合された前記機械構造物の前記固定された部分が、固定されたブッシュ（１８）であり、前記固定されたブッシュ（１８）が、前記前方ユニットの一部を形成し且つ前記ツールボックス（８）に連結するための固定手段（２１）を有することを特徴とする、請求項１に記載の工作機械のための引き込み可能なシャンク。
3. 前記シャンクコア（１３）が、前記ツールボックス（８）内に常に配置された後方部分（１３．１）と、前記前方ユニットと共に外側に引き出すことにより取り外されることができる少なくとも１つの前方部分（１３．２）とに分離されていることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械のための引き込み可能なシャンク。
4. 前記前方ユニットが、その中に配置される様々な直径を有する前記シャンクコア（１３）の前記前方部分（１３．２）に対応して適用されることができることを特徴とする、請求項３に記載の工作機械のための引き込み可能なシャンク。
5. 前記前方ユニットが、過度の長さを有する前記シャンクコア（１３）の前記前方部分（１３．２）を適用するためにモジュール（２６）により延長されることを特徴とする、請求項３に記載の工作機械のための引き込み可能なシャンク。
6. 前記ベアリング（１６）が、摩擦係数の低いベアリングであることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械のための引き込み可能なシャンク。
7. 前記ベアリング（１６）が、アンギュラ玉軸受であることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械のための引き込み可能なシャンク。
8. 前記ベアリング（１６）が、磁気ベアリングであることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械のための引き込み可能なシャンク。
9. 前記ベアリング（１６）が、静圧ベアリングであることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械のための引き込み可能なシャンク。
10. 前記ベアリング（１６）が、静圧気体ベアリングであることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械のための引き込み可能なシャンク。
11. 工作機械における引き込み可能なシャンクの使用であって、
    前記シャンクはシャンクコア（１３）を備え、前記シャンクコア（１３）にヘッドストック（７）が後方回転シャフト（９）により連結され、前記シャンクコア（１３）に回転ブッシュ（１７）により形成された少なくとも１つの前方ユニットが配置され、前記回転ブッシュは、機械構造物の固定された部分に対してベアリング（１６）により結合され、前記前方ユニットを除去することにより、前記ヘッドストック（７）の前記後方回転シャフト（９）が収容されることができる空間がもたらされることを特徴とする、工作機械における引き込み可能なシャンクの使用。
12. 前記前方ユニットが、それを外側に引き出すことにより取り外されることを特徴とする、請求項１１に記載の工作機械における引き込み可能なシャンクの使用。
13. 前記前方ユニットが、それを内側に動かすことより移動されることを特徴とする、請求項１１に記載の工作機械における引き込み可能なシャンクの使用。
14. 前記シャンクコア（１３）が、後方部分（１３．１）と、少なくとも１つの前方部分（１３．２）とに分離されており、前記前方部分（１３．２）が、前記前方ユニットと共に外側に引き出すことにより取り外されて、前記ヘッドストック（７）の前記後方回転シャフト（９）を収容するための空間（１９）をもたらすことを特徴とする、請求項１１に記載の工作機械における引き込み可能なシャンクの使用。

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