JP6957274B2 - 工作機械の主軸 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の主軸に関する。

旋盤等の工作機械の主軸にチャックされた材料を加工する際、材料の回転中の振れを防止又は抑制するために、案内部材としてフィラーチューブが用いられる場合がある。フィラーチューブは、内部に材料の外形輪郭形状に対応して材料を通す空間である案内部が形成されている。フィラーチューブを材料と一体的に回転させることで、材料の振れを防止又は抑制し、フィラーチューブを介したチャックの先端から突出した材料を精度よく加工することができる（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６４−２０２０１号公報

フィラーチューブの先端から突出した材料は、主軸の先端に設けられたチャックによって把持される。断面の外形輪郭形状が円ではない異形の材料を加工する場合は、チャックの把持部分の形状は、フィラーチューブの案内部と同様に材料の外形輪郭形状に対応している必要がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、異形の材料を案内部材で振れを防止又は抑制しながら加工を行うことができる工作機械の主軸を提供することを目的とする。

本発明は、異形の断面輪郭形状を有する材料を把持するチャックと、前記材料を案内する案内部材と、軸心に沿って進退することにより前記チャックを開閉操作する操作部材と、を備え、前記案内部材が、前記操作部材と一体的に移動するように取り付けられ、前記材料の前記断面輪郭形状に対応した断面輪郭形状で形成されて、前記材料を通過させる案内部が、前記チャック及び前記案内部材にそれぞれ形成され、前記チャックに対する前記案内部材の進退を許容しつつ、前記チャックの案内部と前記案内部材の案内部との軸心回りの位相関係を一定に維持する位相連係機構が設けられた工作機械の主軸である。

本発明に係る工作機械の主軸によれば、チャックで適切に把持された異形の材料を案内部材によって振れを防止又は抑制しながら加工を行うことができる。

本発明の一実施形態であるＮＣの自動旋盤（工作機械）の主軸を示す要部縦断面図である。 図１に示したコレットチャックを示す正面図である。 図１に示した主軸の先端部分の詳細を示す図である。 フィラーチューブの横断面を示す断面図である。 図４に示したフィラーチューブを分割した状態で示した図である。

以下、本発明に係る工作機械の主軸の実施形態について説明する。図１に示されるように、主軸１００は、軸心Ｃを中心に回転駆動自在に主軸台に支持されている。

主軸１００内には中空筒状のドローバー２２と操作スリーブ２１とが挿入されている。ドローバー２２は、主軸１００に一体的に設けられたシリンダ装置４０のピストン４１に連結されている。ピストン４１は軸心Ｃに沿って進退する。シリンダ装置４０により、ドローバー２２はピストン４１と一体的に軸心Ｃに沿って進退移動することができる。

操作スリーブ２１は一端側がドローバー２２と接続している。操作スリーブ２１の他端側内にコレットチャック１０が挿入されている。コレットチャック１０は主軸１００の前端に配置されている。コレットチャック１０は、図２に示すように、３つの爪１１，１２，１３を有する。操作スリーブ２１の前端内側に形成されたテーパ面と各爪１１，１２，１３の外周に形成されたテーパ面とが互いに当接する。

シリンダ装置４０の駆動によりドローバー２２を前進させることによって、図３に示すように、ドローバー２２が操作スリーブ２１を前方に押圧する。ドローバー２２の押圧により操作スリーブ２１が前進する。操作スリーブ２１の前進によって、操作スリーブ２１のテーパ面が各爪１１，１２，１３のテーパ面を押圧し、爪１１，１２，１３が径方向内側に押圧され、コレットチャック１０は縮径して閉じる。シリンダ装置４０の駆動によるドローバー２２の後退によって、操作スリーブ２１による爪１１，１２，１３の押圧が解除され、コレットチャック１０は拡径して開く。操作スリーブ２１とドローバー２２によって、軸心に沿って進退することによりコレットチャック１０を開閉操作する操作部材２０が構成されている。

爪１１の内側の面１１ａ、爪１２の内側の面１２ａ，１２ｂ及び爪１３の内側の面１３ａ，１３ｂによって、材料２００の断面輪郭形状に対応して略矩形の空間が形成されている。この空間は、材料２００の断面輪郭形状に対応して形成され、案内部１８として、コレットチャック１０内の材料２００の通過を案内することができる。材料２００は、断面の外形輪郭形状が円ではない、いわゆる異形の外形輪郭の断面を有する長尺棒状をなし、本実施形態においては、横長矩形の部分と、その横長矩形の部分の上の横方向中央部から上方に矩形状に突出した部分とが結合した外形輪郭の断面を有する。

案内部１８に材料２００を挿入した状態でコレットチャック１０が閉じることにより、面１１ａが材料２００の上方に突出した部分の上面に接し、面１２ａ及び面１３ａが材料２００の横長矩形の部分の各側面に接し、面１２ｂ及び面１３ｂが材料２００の横長矩形の部分の下面に接する。

各爪１１，１２，１３が材料２００を押圧することによって、コレットチャック１０は材料２００を把持する。コレットチャック１０によって材料２００を把持した状態で、主軸１００が回転駆動し、材料２００を主軸１００と一体的に回転させることによって、材料２００の加工を行う。主軸１００の回転に際して、コレットチャック１０、ドローバー２２、操作スリーブ２１、シリンダ装置４０が主軸１００と一体的に回転する。

コレットチャック１０が開いた状態では、各面１１ａ，１２ａ，１３ａ，１２ｂ，１３ｂによる材料２００の押圧が解除されて、コレットチャック１０内の案内部１８を材料２００が自由に通過する。

ドローバー２２内には軸心Ｃに沿って延びた中空筒状のフィラーチューブ５０が挿入されている。フィラーチューブ５０は、図１，３に示すように、操作部材２０の内側の空間に中心Ｃ１が軸心Ｃに一致するように配置されている。フィラーチューブ５０は、前端がコレットチャック１０内に至り、後端が主軸１００の後方に突出するように、シリンダ装置４０のピストン４１に一体的に固定されている。

フィラーチューブ５０は、シリンダ装置４０の駆動によってドローバー２２と一体的に軸心Ｃに沿って進退移動するとともに、主軸１００、操作部材２０及びコレットチャック１０と一体に軸心Ｃ回りに回転する。フィラーチューブ５０は、図４に示すように、外周面５３の断面輪郭形状が略円形であり、中空の孔は材料２００の断面輪郭形状に対応する断面形状を有する。

フィラーチューブ５０は中空の孔を案内部５５とし、案内部５５を介して材料２００の移動を許容して案内することができる。フィラーチューブ５０は、案内部５５によって、フィラーチューブ５０に対する中心Ｃ１回りの位相を一定の状態に維持して、材料２００を軸心Ｃに沿って案内する。

フィラーチューブ５０は、図５に示すように、中心Ｃ１を通る鉛直面を挟んで右側半分の略半円状の断面となる第１部材５１と、左側半分の略半円状の断面となる第２部材５２と、これら２つの部材５１，５２とを結合する六角穴付きボルト５９と、第１部材５１と第２部材５２との間に介設されるスペーサ５６とで形成されている。フィラーチューブ５０は、第１部材５１と、第２部材５２と、六角穴付きボルト５９とに分割することができる。六角穴付きボルト５９により、スペーサ５６を介して第１部材５１と、第２部材５２とを対向させて固定することによってフィラーチューブ５０をなす。

フィラーチューブ５０の外周面側に、周方向に比べて軸心Ｃ方向に長く、前端面５８に至る溝６３が形成されている。操作スリーブ２１の前端付近には、周方向に比べて軸心Ｃ方向に長い長孔２３が形成されている。

コレットチャック１０の爪１１には、半径方向に貫通して形成された孔６２が形成されていて、主軸本体７０に形成された締結孔７１及び操作スリーブ２１に形成された長孔２３を半径方向の外側から貫通したボルト６１が通され、そのボルト６１の先端は、フィラーチューブ５０の溝６３に緩く挿入される。孔６２と溝６３とにボルト６１が挿入された状態で、コレットチャック１０とフィラーチューブ５０とは、軸心Ｃ回りの相対的な位相が固定されて維持され、コレットチャック１０とフィラーチューブ５０との相対的な回転が阻止される。

ボルト６１が、主軸本体７０の締結孔７１から操作スリーブ２１の長孔２３及びコレットチャック１０の孔６２を通してフィラーチューブ５０の溝６３に挿入された状態では、コレットチャック１０の案内部１８で把持される材料の軸心Ｃ回りの位相と、ドローバー２２の内側に配置されたフィラーチューブ５０の案内部５５で案内される材料２００の中心（フィラーチューブ５０の中心Ｃ１）回りの位相とが一致する。

したがって、材料２００をフィラーチューブ５０の後端から主軸１００内に挿入し、フィラーチューブ５０の先端からコレットチャック１０の爪１１に挿入することができる。従来と同様、材料２００を連続的に加工する場合に、フィラーチューブ５０を介してコレットチャック１０に順次、材料２００を送り出すことができる。

ボルト６１、コレットチャック１０の孔６２及び溝６３は、コレットチャック１０に対するフィラーチューブ５０の軸心Ｃに沿った進退を許容しつつ、コレットチャック１０の案内部１８とフィラーチューブ５０の案内部５５との軸心Ｃ回りの位相関係を一定に維持する位相連係機構６０を構成している。

長孔２３及び溝６３は、コレットチャック１０の開閉動作に対応した操作スリーブ２１の軸心Ｃ方向の変位に対応した軸心Ｃ方向の長さを有する。ボルト６１が挿入された状態で、コレットチャック１０の開閉動作のために、操作スリーブ２１及びフィラーチューブ５０を、軸心Ｃ方向に前進又は後退させることができる。

なお、図２，３において、フィラーチューブ５０は、軸心Ｃより図示の上側において、材料２００をコレットチャック１０で把持した前進した状態を示し、図示の下側において、材料２００をコレットチャック１０から離した後退した状態を示す。また、図３において、フィラーチューブ５０が前進した状態における前端面５８の位置とフィラーチューブ５０が後退した状態における前端面５８の位置との軸心Ｃ方向の差が、コレットチャック１０を開閉するのに対応したフィラーチューブ５０のストロークＳＴに相当する。

以上のように構成された自動旋盤の主軸１００によれば、操作スリーブ２１及びフィラーチューブ５０は、位相連係機構６０を介してコレットチャック１０と一体に軸心Ｃ回りに回転駆動されるため、断面輪郭形状が真円ではない異形の材料２００であっても、外周面５３の断面輪郭形状が略円形のフィラーチューブ５０で、材料２００をフィラーチューブ５０と一体的に回転させながら安定して案内することができる。自動旋盤の主軸１００は、材料２００とフィラーチューブ５０とからなる被回転体の重心（中心Ｃ１）を主軸１００の軸心Ｃに略一致させることができるため、重心ずれによる回転中の振れを防止又は抑制することができる。

また、本実施形態の主軸１００によれば、コレットチャック１０の案内部１８とフィラーチューブ５０の案内部５５との軸心Ｃ回りの位相関係が一定に維持されて相対的な回転が阻止され、案内部１８で案内された材料２００の軸心Ｃ回りの姿勢で、コレットチャック１０の案内部１８を通すことができ、円形でない異形の材料２００を適切にチャックすることができる。

また、フィラーチューブ５０が、案内部５５を外面に臨んだ２つの溝５５ａ，５５ｂに分け２つの部材５１，５２で形成することにより、断面輪郭形状が閉じている案内部５５を、分割した面（割面）に臨んで開放されている２つの溝５５ａ，５５ｂで形成することができ、案内部５５の形成が容易になる。第１部材５１と第２部材５２との対向した固定によって、２つの溝５５ａ，５５ｂにより案内部５５が形成される。

本実施形態の主軸１００は、異形の材料２００として上下非対称の断面輪郭形状を有するものを適用したが、本発明に係る工作機械の主軸は、実施形態に示した断面輪郭形状の材料２００を把持するものに限定されない。つまり、本発明に係る工作機械の主軸は、断面輪郭形状が円形でない材料を把持するものであればよく、特に、断面輪郭形状が、軸心Ｃに対して左右非対称の材料や軸心Ｃに対して回転非対称の材料を把持するものにおいて、より効果的である。

本実施形態の主軸１００は、ＮＣの自動旋盤における主軸を適用したものであるが、本発明に係る工作機械の主軸は、自動旋盤以外の工作機械の主軸であってもよい。

１０ コレットチャック
１８ 案内部
２０ 操作部材
２１ 操作スリーブ
２２ ドローバー
４０ シリンダ装置
５０ フィラーチューブ
５５ 案内部
６０ 位相連係機構
６１ ボルト
６２ 孔
６３ 溝
７０ 主軸本体
１００ 主軸
２００ 材料
Ｃ 軸心
Ｃ１ 中心

Claims (5)

1. 異形の断面輪郭形状を有する材料を把持するチャックと、
   前記材料を案内する案内部材と、
   軸心に沿って進退することにより前記チャックを開閉操作する操作部材と、を備え、
   前記案内部材が、前記案内部材が前記操作部材の内側に設けられて、前記操作部材と一体的に移動するように取り付けられ、
   前記材料の前記断面輪郭形状に対応した断面輪郭形状で形成されて前記材料を通過させる案内部が、前記チャック及び前記案内部材にそれぞれ形成され、
   前記チャックに対する前記案内部材の進退を許容しつつ、前記チャックの案内部と前記案内部材の案内部との軸心回りの位相関係を一定に維持する位相連係機構が設けられた工作機械の主軸。
2. 前記操作部材を前記軸心に沿って進退させるシリンダを備え、
   前記案内部材が前記シリンダのピストンに取り付けられて、前記操作部材の内側に配置されている請求項１に記載の工作機械の主軸。
3. 前記チャックが前記軸心を中心に回転駆動され、
   前記操作部材及び前記案内部材が前記位相連係機構を介して前記チャックと一体的に回転駆動される請求項１又は２に記載の工作機械の主軸。
4. 前記案内部材の断面の外形輪郭形状が略円形である請求項１から３のうちいずれか１項に記載の工作機械の主軸。
5. 前記案内部材が複数の分割片からなり、
   各前記分割片の割面に案内部の一部が形成されている請求項１から４のうちいずれか１項に記載の工作機械の主軸。

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