JP6742208B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば旋盤やマシニングセンタ等の工作機械に用いられる主軸装置に関する。

旋盤やマシニングセンタ等の工作機械は、ワークや工具等の被保持体を保持する主軸装置を備えている。

例えば特許文献１には、被保持体である工具が挿脱可能に挿入される主軸本体と、検知用流路が設けられた着座部とを有し、主軸本体の内部に、流体供給路を備えた切替えロッドを進退移動自在に設け、ロッドの進退移動に応じて流体供給路と検知用流路とが接続されることによって検知用流路に供給される流体の圧力に基づいて被保持体の着座部への着座を検知するようにした主軸装置が記載されている。

特開２０１６−４９５８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される従来の主軸装置では、切替えロッドの外周面に開口する流体供給路を当該切替えロッドの進退移動により、検知用流路の接続口に接続させるようにしているので、流路を接続する際に切替えロッドを正確に位置決めする必要があるという問題点があった。

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、流体供給路から検知用流路に流体を容易に供給することができる工作機械の主軸装置を提供することにある。

本発明の工作機械の主軸装置は、主軸台に軸受によって回転自在に支持され、被保持体が挿脱可能に挿入される筒状の主軸本体と、検知用流路が設けられ、前記主軸本体の先端開口から所定距離だけ内部に入った位置において前記主軸本体に対して軸線方向に固定されている着座部と、を有し、前記主軸本体の内部に、流体供給路を備える切替えロッドが前記主軸本体に対して進退移動自在に設けられ、前記切替えロッドの進退移動に応じて前記流体供給路と前記検知用流路とが接続されることによって前記検知用流路に供給される流体の圧力に基づいて前記被保持体の前記着座部への着座の検知が行われる工作機械の主軸装置であって、前記切替えロッドの先端に、該切替えロッドの進退移動により前記着座部に設けられた係合部に係脱可能に係合する被係合部が設けられ、前記被係合部が前記係合部に係合すると前記流体供給路が前記検知用流路に接続され、前記被係合部の前記係合部への係合が解除されると前記流体供給路が前記主軸本体の内側の所定の主軸内空間に連通して該主軸内空間に流体が供給されることを特徴とする。

本発明の工作機械の主軸装置は、上記構成において、前記主軸本体の前記被保持体が挿入される部分の内側空間に前記主軸内空間を連通させ、前記主軸内空間に供給される流体によって前記主軸本体の前記被保持体が挿入される部分の流体清掃を行うのが好ましい。

本発明の工作機械の主軸装置は、上記構成において、前記着座部が、前記主軸内空間に向けて開口するとともに前記被係合部の前記係合部への係合が解除されたときに前記流体供給路に連通する清掃用流路を備えるのが好ましい。

本発明の工作機械の主軸装置は、上記構成において、前記主軸本体が、前記被保持体を把持するチャックを備え、前記被保持体を前記チャック内に挿入するのが好ましい。

本発明の工作機械の主軸装置は、上記構成において、前記検知用流路を、先端部分を他の部分よりも小径に形成し、前記着座部の前記被保持体との当接部分で開口させているのが好ましい。

本発明によれば、流体供給路から検知用流路に流体を容易に供給することができる工作機械の主軸装置を提供することができる。

本発明の一実施形態である工作機械の主軸装置の要部を示す断面図である。 （ａ）は図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は図１におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図、（ｄ）は図１におけるＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図１に示す主軸装置の着座検知を行っている状態の断面図である。 図１に示す主軸装置のワークの加工を行っている状態の断面図である。 図１に示す主軸装置のチャックの清掃を行っている状態の断面図である。

図１に示す本発明の一実施形態である工作機械の主軸装置１は、旋盤として構成される工作機械に設けられ、加工対象となるワークを保持し、工作機械は、例えば、ワークを所定の回転速度で回転させて、工具によるワークの切削加工を行うことができる。

主軸装置１は、主軸本体１０を備えている。主軸本体１０は円筒状に形成されており、先端には被保持体としてのワークＷが挿脱可能に挿入される。主軸本体１０は、主軸台１１に軸受１２によって回転自在に支持されている。主軸本体１０と主軸台１１との間にはビルトイン型の主軸モータ１３が設けられており、主軸本体１０は主軸モータ１３により回転駆動される。

主軸本体１０の内部にはチャックスリーブ１４が配置され、チャックスリーブ１４の内側にチャック１５が配置されている。チャックスリーブ１４の先端側の内周面には先端に向けて拡径するテーパ面１４ａが設けられ、チャック１５の外周面には先端に向けて拡径するとともにテーパ面１４ａに係合するテーパ面１５ａが設けられている。主軸本体１０の内部には、チャックスリーブ１４に対して軸線方向に並べてチャック操作スリーブ１６が配置され、チャック操作スリーブ１６が軸線方向に向けてスライド移動することでチャック１５が開閉操作される。チャック操作スリーブ１６のスライド移動は、例えばシリンダの出力を、リンク等の部材を介してチャック操作スリーブ１６に伝達して行う構成とすることができる。

主軸本体１０の先端から挿入されるワークＷは、チャック１５の内側に配置される。ワークＷが挿入された状態でチャック１５を閉じることでワークＷをチャック１５により把持して主軸本体１０に保持することができる。ワークＷをチャック１５により把持した状態で主軸本体１０を回転させて、ワークＷの切削加工を行うことができる。チャック１５を開くことでワークＷを主軸本体１０から離脱させることができる。

主軸本体１０の先端にはキャップ１７が装着され、このキャップ１７によりチャック１５が主軸本体１０に対して抜け止めされるとともにチャック１５の軸線方向位置が規定されている。チャック１５とチャックスリーブ１４の間にはスプリング１８が装着され、スプリング１８のバネ力によりチャックスリーブ１４はチャック１５を開く方向に付勢されている。

主軸本体１０の内部には着座部２０が配置されている。着座部２０にはフランジ２１が設けられ、フランジ２１がチャック１５の後端に係合することにより着座部２０は主軸本体１０の内部で軸線方向に位置決めされている。着座部２０の先端にはチャック１５の内径よりも小径に形成されて主軸本体１０の開口側に向けて突出する突出筒２２が一体に設けられ、突出筒２２の先端面が着座面２３となっている。着座面２３は、主軸本体１０の先端開口から所定距離だけ主軸本体１０の内部に入った位置に配置されている。着座面２３は平坦面状に形成され、主軸本体１０に挿入されたワークＷの端面に当接することで、当該ワークＷを軸線方向について位置決めすることができる。主軸本体１０に挿入されたワークＷは、着座面２３に着座することで軸線方向に所定の位置に位置決めされる。

着座部２０には検知用流路２４が設けられている。検知用流路２４は着座部２０の軸心に沿って延びており、一端は着座面２３に開口している。検知用流路２４の着座面２３への開口部分は、検知用流路２４の他の部分よりも小径に形成されている。

着座面２３に着座するワークＷの端面は、着座面２３に当接する当接面となっている。ワークＷが着座面２３に着座すると、検知用流路２４の開口がワークＷによって閉塞される。

着座部２０には係合部２５が設けられている。係合部２５は、先端側に向けて徐々に縮径する内向きのテーパ面に形成されており、図２（ａ）に示すように、軸心に検知用流路２４が開口している。係合部２５は円環状に形成され、検知用流路２４を全周に亘って囲っている。

主軸本体１０の内部には切替えロッド３０が設けられている。切替えロッド３０は円柱状となっており、先端側部分が着座部２０のガイド孔２６に案内された状態で主軸本体１０の軸線方向に沿って進退移動自在となっている。切替えロッド３０には、軸心に沿って流体供給路３１が設けられている。

流体供給路３１には流体供給源４０が接続されている。例えばポンプで構成される流体供給源４０は、流体供給路３１に加圧した流体を供給することができる。流体供給源４０は、流体供給路３１に供給する流体の圧力を変更することもできる。流体供給源４０が流体供給路３１に供給する流体としては、エア等の気体、オイル等の液体等とすることができる。

切替えロッド３０の先端には、被係合部３２が設けられている。被係合部３２は、切替えロッド３０の先端外周縁に外向きのテーパ面として形成されており、切替えロッド３０の先端における流体供給路３１の開口を全周に亘って囲っている。被係合部３２は係合部２５に対応した傾斜を有し、係合部２５に対して全周に亘って当接することができる。

切替えロッド３０は、シリンダ等の駆動源により駆動されて進退移動することができる。切替えロッド３０が着座部２０の側に向けて進出移動すると、被係合部３２が係合部２５に係合して、流体供給路３１が検知用流路２４に接続される。係合部２５と被係合部３２は、検知用流路２４の開口と流体供給路３１の開口の全周を囲うように互いに密に当接するので、流体供給路３１に供給された流体は検知用流路２４を通して着座面２３に向けて供給される。

流体供給路３１には検知部５０が接続されている。検知部５０は、流体供給源４０から検知用流路２４に供給される流体の圧力に基づいてワークＷの着座面２３への着座の有無を検知することができる。例えば、図３に示すように、ワークＷが主軸本体１０に対して所定位置にまで挿入され、着座面２３に着座した状態となったときに、流体供給源４０から流体供給路３１に供給された流体を検知用流路２４に供給すると、着座面２３に開口する検知用流路２４がワークＷにより閉塞されていることから、検知部５０で検知される流体の圧力が高くなる。検知部５０は、従来と同様に、例えば、流体の圧力が予め定められた所定の閾値以上となったときにワークＷが着座面２３に着座したことを検知することができる。ワークＷが主軸本体１０に対して所定位置にまで挿入されず、着座面２３に着座していない場合には、検知用流路２４に供給された流体が外部に漏れ出して流体の圧力は所定の閾値以上とはならず、検知部５０によってワークＷの着座は検知されない。

検知部５０は、例えば、圧力センサと、この圧力センサからの入力を演算処理するマイクロコンピュータを備えた構成とすることができる。

主軸装置１は、ワークＷの着座面２３への着座を検知する着座検知機能を有している。着座検知を行う場合には、切替えロッド３０を進出移動させることにより、係合部２５と被係合部３２とを係合させて流体供給源４０から流体が供給される流体供給路３１を検知用流路２４に接続することができる。

図４に示すように、工具Ｔを用いてワークＷの切削加工（旋削加工）を行う際には、切替えロッド３０を後退移動させて係合部２５と被係合部３２との係合を解除させた状態とすることができる。

着座部２０には、４本の清掃用流路２７が設けられている。図２（ｂ）に示すように、清掃用流路２７は、検知用流路２４の径方向外側に周方向に等間隔に並べて形成されており、各清掃用流路２７の一端は、着座部２０の突出筒２２の根元部分から径方向外側に延びる端面部分において主軸本体１０の内側の主軸内空間Ｓに開口している。それぞれの清掃用流路２７の開口部分は、僅かに外向きに傾斜し、チャック１５の内面に向けられている。

清掃用流路２７は、それぞれ軸線方向に沿って延び、図２（ｃ）に示すように、他端は係合部２５とガイド孔２６との間に形成された円形の切替え空間２８に接続路２９を介して連通している。

主軸装置１は、図５に示すように、工具ＴによるワークＷの切削加工が完了し、チャック１５が開かれてワークＷが主軸本体１０から取り外される際に、チャック１５の流体による清掃つまり流体清掃を行うことができる。

切替えロッド３０が後退移動して係合部２５の被係合部３２との係合が解除されると、流体供給路３１は、切替え空間２８において開口し、切替え空間２８を介して清掃用流路２７に連通する。切替えロッド３０を後退移動させることにより、流体供給路３１を、清掃用流路２７を通して主軸内空間Ｓにも連通させることができる。流体供給路３１を主軸内空間Ｓに連通させることにより、流体供給源４０から流体供給路３１に供給された流体を、清掃用流路２７を介して主軸内空間Ｓに供給することができる。

流体供給路３１が、切替え空間２８と連通することによって、切替え空間２８と検知用流路２４とに流体が供給される。検知用流路２４の開口部分が各々の清掃用流路２７の開口部分よりも小径に形成されることによる絞り効果により、流体供給路３１に供給された流体の大部分を清掃用流路２７から吐出させることができる。流体供給源４０から流体供給路３１に供給する流体の圧力を、着座検知を行う際の流体の圧力よりも高圧とし、検知用流路２４の絞り効果を向上させてもよい。

主軸内空間Ｓは、主軸本体１０のワークＷが挿入される部分となるチャック１５の内側空間に連通しており、各清掃用流路２７はチャック１５の内面に向けて外側に傾斜している。したがって、清掃用流路２７から主軸内空間Ｓに向けて供給ないし吐出された流体により、清掃の対象物に付着した異物等を除去する流体清掃を行うことができる。

流体供給源４０から流体供給路３１に供給される流体を着座部２０に設けた清掃用流路２７を通して主軸内空間Ｓに供給することにより、当該主軸内空間Ｓに連通するチャック１５の内側空間に当該流体を供給して、ワークＷが挿入される部分であるチャック１５を流体によって清掃することができる。切削加工後のワークＷを主軸本体１０から取り外す際に、当該清掃を行うことにより、チャック１５に付着した切粉等の異物を除去して、次にワークＷを主軸本体１０に挿入する際にチャック１５とワークＷとの間に切粉等が挟み込まれることを防止することができる。

ワークＷの着座面２３への着座検知とチャック１５の清掃とを同一の流体供給源４０から供給される流体を用いるようにした構成においても、当該流体の検知用流路２４と清掃用流路２７への切り替えを、切替えロッド３０の進退移動の位置を正確に位置決めすることなく、単に、切替えロッド３０の進退移動により係合部２５と被係合部３２とを係合、離脱させるのみで容易に行うことができる。流体供給路３１から供給される流体の供給先を着座検知用と清掃用とに切り替えるための構成を簡素化することができ、主軸装置１のコストを低減させることができる。

検知用流路２４の開口部分を各々の清掃用流路２７の開口部分よりも小径に形成したことにより、流体供給路３１に供給された流体の大部分を清掃用流路２７から吐出させることができるので、切替えロッド３０を後退移動させて流体供給路３１を清掃用流路２７に連通させたときに、検知用流路２４を閉塞する必要をなくして、流体供給路３１から供給される流体の供給先を着座検知用と清掃用とに切り替えるための構成をさらに簡素化することができる。

本実施の形態においては、着座部２０は第１ブロック２０ａと第２ブロック２０ｂとを軸線方向に一体に組み付けて構成されている。第１ブロック２０ａの第２ブロック２０ｂへの組み合わせ面に清掃用流路２７の第１ブロック２０ａに形成された部分を開口させるとともに、図２（ｄ）に示すように、第２ブロック２０ｂの第１ブロック２０ａへの組み合わせ面に、清掃用流路２７の第２ブロック２０ｂに設けられた部分が連通する円環状の連結空間６０を設け、連結空間６０に第１ブロック２０ａの清掃用流路２７の開口を配置するように構成することができる。第１ブロック２０ａと第２ブロック２０ｂとを組み付ける際にその軸線を中心とした回転方向への位置決めを不要として当該組み付け作業を容易にすることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、係合部２５と被係合部３２とは、切替えロッド３０の進退移動によって係脱自在であるとともに、互いに係合したときに流体供給路３１を検知用流路２４のみに接続し、互いの係合が解除されたときに流体供給路３１を主軸内空間Ｓに連通させることができるものであれば、例えば一方を円柱状の凸部に形成し、他方を当該凸部が挿入されるシリンダ状とするなど、他の形状としてもよい。被係合部３２の面にシール材等を設け、係合部２５と被係合部３２との係合の際の密閉度を向上させることもできる。

前記実施の形態においては、着座部２０に清掃用流路２７を設けるようにしているが、係合部２５と被係合部３２との係合が解除されたときに検知用流路２４とは別の経路で流体供給路３１が主軸内空間Ｓに連通される構成であれば、清掃用流路２７は不要とすることができる。着座部２０に清掃用流路２７を設ける場合には、清掃用流路２７は４本に限らず、本数は適宜変更可能である。

着座部２０は第１ブロック２０ａと第２ブロック２０ｂとを組み合わせた構成に限らず、一体に形成されたものとしてもよい。

本実施の形態においては、主軸装置１を旋盤として構成される工作機械に用いられるものとしたが、主軸装置１は、例えばマシニングセンタ等の他の工作機械に用いることもできる。なお本実施の形態では、チャック１５としてコレットチャックを用いた場合を示しているが、他の形式のチャックを用いることもできる。

１ 主軸装置
１０ 主軸本体
１１ 主軸台
１２ 軸受
１３ 電動モータ
１４ チャックスリーブ
１４ａ テーパ面
１５ チャック
１５ａ テーパ面
１６ チャック操作スリーブ
１７ キャップ
１８ スプリング
２０ 着座部
２０ａ 第１ブロック
２０ｂ 第２ブロック
２１ フランジ
２２ 突出筒
２３ 着座面
２４ 検知用流路
２５ 係合部
２６ ガイド孔
２７ 清掃用流路
２８ 切替え空間
２９ 接続路
３０ 切替えロッド
３１ 流体供給路
３２ 被係合部
４０ 流体供給源
５０ 検知部
６０ 連結空間
Ｗ ワーク（被保持体）
Ｓ 主軸内空間
Ｔ 工具

Claims (5)

1. 主軸台に軸受によって回転自在に支持され、被保持体が挿脱可能に挿入される筒状の主軸本体と、
   検知用流路が設けられ、前記主軸本体の先端開口から所定距離だけ内部に入った位置において前記主軸本体に対して軸線方向に固定されている着座部と、を有し、
   前記主軸本体の内部に、流体供給路を備える切替えロッドが前記主軸本体に対して進退移動自在に設けられ、
   前記切替えロッドの進退移動に応じて前記流体供給路と前記検知用流路とが接続されることによって前記検知用流路に供給される流体の圧力に基づいて前記被保持体の前記着座部への着座の検知が行われる工作機械の主軸装置であって、
   前記切替えロッドの先端に、該切替えロッドの進退移動により前記着座部に設けられた係合部に係脱可能に係合する被係合部が設けられ、
   前記被係合部が前記係合部に係合すると前記流体供給路が前記検知用流路に接続され、
   前記被係合部の前記係合部への係合が解除されると前記流体供給路が前記主軸本体の内側の所定の主軸内空間に連通して該主軸内空間に流体が供給されることを特徴とする工作機械の主軸装置。
2. 前記主軸本体の前記被保持体が挿入される部分の内側空間に前記主軸内空間を連通させ、
   前記主軸内空間に供給される流体によって前記主軸本体の前記被保持体が挿入される部分の流体清掃を行う、請求項１に記載の工作機械の主軸装置。
3. 前記着座部が、前記主軸内空間に向けて開口するとともに前記被係合部の前記係合部への係合が解除されたときに前記流体供給路に連通する清掃用流路を備える、請求項２に記載の工作機械の主軸装置。
4. 前記主軸本体が、前記被保持体を把持するチャックを備え、前記被保持体を前記チャック内に挿入する、請求項２または３に記載の工作機械の主軸装置。
5. 前記検知用流路を、先端部分を他の部分よりも小径に形成し、前記着座部の前記被保持体との当接部分で開口させている、請求項１〜４の何れか１項に記載の工作機械の主軸装置。

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