JP7016787B2

JP7016787B2 - 回転工具用主軸

Info

Publication number: JP7016787B2
Application number: JP2018204597A
Authority: JP
Inventors: 敏夫真壁
Original assignee: 日精ホンママシナリー株式会社
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2022-02-07
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: US20200130070A1; CN111112651B; US11213896B2; JP2020069565A; CN111112651A

Description

本発明は、複合旋盤回転工具用主軸（以下、回転工具用主軸と略記する。）に関する。

バイトやフライスなどの工具（刃具とも呼ばれる。）を、主軸周りに回転させつつ被切削物を切削する複合旋盤が広く普及している。
複合旋盤では、回転工具を適宜交換する。そのために、コレットチャックと称する工具つかみ部を備えている旋盤が多い。ドローバーと呼ばれる引き棒で操作すると、コレットが縮径して回転工具をつかむ。このようなドローバーとコレットを備える複合旋盤が広く知られている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

図４は従来の技術の基本構成を説明する図である。
ラム１０１に、軸受１０２を介して駆動軸１０３が取付けられている。
また、ラム１０１の先にアタッチメント１０４が取付けられ、このアタッチメント１０４に主軸ハウジング１０５が嵌められ、この主軸ハウジング１０５に軸受１０６を介して中空主軸１０７が回転自在に取付けられている。

この中空主軸１０７は、先端に円錐形の工具取付穴１０８を有し、この工具取付穴１０８の近傍にコレット１０９を内蔵し、このコレット１０９から駆動軸１０３側へ延びるドローバー１１１を内蔵している。
このドローバー１１１は駆動軸１０３にカップリング１１２で機械的に連結されている。
駆動源で駆動軸１０３が回されると、カップリング１１２を介してドローバー１１１が回される。ドローバー１１１の回転力は、キー１１３を介して中空主軸１０７へ伝達される。キー１１３により、ドローバー１１１は中空主軸１０７と一緒に回る。

回転工具１１５は、雄テーパー部１１６を有する工具ホルダ１１７に取付けられている。工具ホルダ１１７は尾部にプルスタッド１１８を有する。
工具ホルダ１１７を工具取付穴１０８に挿入し、プルスタッド１１８をコレット１０９へ差し入れる。この状態でドローバー１１１を引くと、雄テーパー部１１６が工具取付穴１０８に密着し、所定の摩擦力が発生する。
以降、駆動軸１０３で工具ホルダ１１７を回し、回転工具１１５で切削加工を実施することができる。

ところで、ドローバー１１１の前進は、主軸ハウジング１０５に嵌められている油圧シリンダ１１９及びこの油圧シリンダ１１９に収納されるピストン１２１により、実施される。すなわち、油圧シリンダ１１９に圧油を供給すると、ピストン１２１が前進し、このピストン１２１でドローバー１１１が前進側に押される。ピストン１２１の前進により、皿ばね１２２が圧縮される。

ドローバー１１１の後進は、皿ばね１２２による。すなわち、油圧シリンダ１１９の圧油が抜かれると、皿ばね１２２がドローバー１１１を後進（引き側）へ移動させる。皿ばね１２２の力で、工具ホルダ１１７が中空主軸１０７に保持されている。

ところで、構造的や機構的には、ドローバー１１１の前進と後進との両方を、油圧シリンダ１１９に委ねることができる。しかし、油圧シリンダ１１９でドローバー１１１を後進させると、停電などで油圧が失われると、工具ホルダ１１７の保持に問題が起こる。この点、皿ばね１２２は停電の影響を受けない。

このような理由により、皿ばね１２２が使用される。
ドローバー１１１のストローク（前進量）は、コレット１０９の構造で定められる。コレット１０９の構造によっては、ストロークの増加が求められる。
皿ばね１２２は、１枚当たりの軸方向変位量に制限があるため、ドローバー１１１のストロークを増加には、皿ばね１２２の枚数を増やす必要がある。
特許文献１では、皿ばね１２２は、６枚であるが、これを２０枚～３０枚に変更することが求められる。

特許文献１の構造では、キー１１３が存在するため、皿ばね１２２は、カップリング１１２側に増やすことになる。すると、ドローバー１１１が長くなり、回転工具用主軸が大形になる。
回転工具用主軸の小型化が求められる中、ドローバー１１１を長くすることなく、皿ばね１２２の枚数を増やすことができる構造が求められる。

特許第２５５７９１５号公報

本発明は、ドローバーを長くすることなく、皿ばねの枚数を増やすことができる構造の回転工具用主軸を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、回転工具を収納し、雄テーパー部を有すると共に尾部にプルスタッドを有する工具ホルダを、回転する回転工具用主軸であり、
中空ラムと、この中空ラムに回転自在に収納され先端に前記雄テーパー部に対応する円錐穴を有する中空主軸と、この中空主軸に収納され前記プルスタッドに係合するコレットと、前記中空主軸に収納され前記コレットを軸方向へ移動するドローバーと、このドローバーを前進させる油圧シリンダと、前記ドローバーを後進させる皿ばねとを有する回転工具用主軸において、
前記ドローバーは、前記中空主軸に移動可能に収納され、前記皿ばねを受けるばね受け部を有し、
前記皿ばねは、前記中空主軸内に配置され、且つ前記ドローバーの先端から前記ばね受け部までの軸方向距離の少なくとも半分の距離に配置され、
前記中空主軸は、前記雄テーパー部へ吹き出す空気を流す流体通路を有しており、
前記流体通路については、
前記皿ばねを囲う部位では、前記皿ばねの外周と、前記皿ばねを収納するばね収納室の壁面との間に流体通路が形成され、
前記皿ばねを囲う部位を外れて前記円錐穴に至るまでの部位では、前記中空主軸の肉厚内に流体通路が形成され、
この肉厚内の流体通路は、少なくとも２本形成され、
前記肉厚内の流体通路の入口は、前記ばね収納室の円筒面に設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の回転工具用主軸であって、
前記ドローバーは、前記ばね受け部を有するバー本体と、このバー本体の先端に軸方向移動可能に取付けられたノズルと、前記バー本体に収納され前記ノズルを前方へ付勢するスプリングとからなり、
前記バー本体及び前記ノズルに、クーラントを流すクーラント流路が設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、皿ばねを、ドローバーの先端からばね受け部までの軸方向距離の半分以上の距離に配置した。皿ばねを、前方（円錐穴側）に増加した。
これにより、ドローバーを長くすることなく、皿ばねの枚数を増やすことができる構造の回転工具用主軸が提供される。
加えて、皿ばねの外周と中空主軸側のばね収納室の壁面との間に、隙間を設け、この隙間に空気を流すようにした。仮に、中空主軸に流体通路を形成すると、中空主軸の肉を厚くする必要がある。この点、本発明では、流体通路に代わる隙間を中空主軸外に設けたため、中空主軸の肉を厚くする必要がない。
また、皿ばねは、多数枚を重ねるため、隣り同士の皿ばね間で、僅かではあるが発熱や微量のコンタミが発生する。皿ばねの外周側に空気を流すことにより、この空気で冷却やコンタミの除去を図ることができる。
加えて、肉厚内の流体通路は、少なくとも２本形成され、肉厚内の流体通路の入口は、ばね収納室の円筒面に設けられている。

請求項２に係る発明では、バー本体及びノズルに、クーラントを流すクーラント流路が設けられている。クーラントを回転工具に供給することで、高負荷切削が可能となる。

本発明に係る回転工具用主軸の断面図である。回転工具用主軸の作用図である。流体通路及び流体を吹き出す開口の作用図である。従来の技術の基本構成を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、工具ホルダ１０は、刃具とも呼ばれる回転工具１１を収納し、雄テーパー部１２を有すると共に尾部にプルスタッド１３を有する。
回転工具用主軸２０は、工具ホルダ１０を、設定された速度で回転する役割を果たす。

回転工具用主軸２０は、中空ラム２１と、この中空ラム２１に軸受２２、２３、２４を介して回転自在に収納される中空主軸３０と、この中空主軸３０に収納されるコレットチャック機構４０と、このコレットチャック機構４０を操作するドローバー５０と、このドローバー５０を前進させる油圧シリンダ６０と、ドローバー５０を後進させる皿ばね６１とを有する。

中空主軸３０は、先端に雄テーパー部１２に対応する円錐穴３１を有し、後半部分３７に、ばね収納室３２を有する。
コレットチャック機構４０は、中空主軸３０に収納されるコレット収納筒４１と、このコレット収納筒４１に内蔵される蟹鋏み状のコレット４２と、ドローバー５０に固定されコレット４２を開閉するコレット駆動部材４３とからなる。

ドローバー５０は、中空主軸３０に収納され、皿ばね６１を受けるばね受け部５１を有する。
皿ばね６１は、ばね収納室３２にて、ドローバー５０と中空主軸３０との間に配置される。

従来の技術で採用したキー（図４、符号１１３）が、本発明では存在しない。
キーが存在しないので、皿ばね６１を前方に配置することができるようになり、結果、皿ばね６１は、ドローバー５０の先端からばね受け部５１までの軸方向距離Ｌ１の少なくとも半分の距離Ｌ２に配置するようにした。皿ばね６１の枚数を増やすことで、ドローバー５０のストロークを増やすことができる。

ドローバー５０は、ばね受け部５１を有するバー本体５２と、このバー本体５２の先端に軸方向移動可能に取付けられた管状のノズル５３と、バー本体５２に収納されノズル５３を前方へ付勢するスプリング５４とからなる。この例では、ノズル５３の前進限は、コレット駆動部材４３で規定される。

バー本体５２及びノズル５３に、白抜き矢印で示すクーラント５５を流すクーラント流路５６が形成されている。クーラント５５は冷却液を兼ねた切削液を意味する。
工具ホルダ１０を介して回転工具１１にクーラント５５を供給すると、回転工具１１が効率よく冷却され且つ被切削物との間が効果的に潤滑され、高負荷切削が可能となる。

雄テーパー部１２が円錐穴３１に正しく取付けられていることを検出するための流体通路３３及び流体を吹き出す開口３４が、中空主軸３０の前半部分３５に設けられている。流体通路３３へは、矢印で示す流体３６が供給される。流体３６は空気が好適であるが、窒素などの不活性ガスやその他の液体であってもよい。

ところで、中空主軸３０の後半部分３７の肉厚内に、流体通路３３を設けることは差し支えないが、そうすると後半部分３７の肉厚を大きくする必要がある。本実施例では、皿ばね６１の外周と、ばね収納室３２の壁面との間に、隙間６２を設け、この隙間６２に流体３６を流すようにした。
これにより、中空主軸３０の後半部分３７は、肉を薄くすることができ、その分、皿ばね６１の外径を大きくすることができた。

実施例では、皿ばね６１の外径は、コレット収納筒４１の外径より大きく設定した。
皿ばね６１は、外径が大きくなると、許容撓みを大きくすることができ、比較的少ない枚数で大きなストロークを得ることができる。又は、枚数が決まっている場合には、応力が小さくなり、皿ばね６１への負担を軽減することができる。

別の観点から、本実施例によれば、ばね収納室３２の長さ（軸方向長さ）を小さくすることができると言える。
仮に、外径が小さい皿ばねは、１枚当たりの許容撓みが小さく、ばね力も小さい。所望の総撓み（ストローク）と所望のばね力を得るには、外径が小さい皿ばねの枚数を増やす必要がある。増やすと、ばね収納室３２が長くなる。
この点、本実施例のように、外径が大きな皿ばね６１を使用すると、皿ばね６１は、１枚当たりの許容撓みが大きく、ばね力も大きくなる。所望の総撓み（ストローク）と所望のばね力を得るには、皿ばね６１の枚数は少なくて済む。少なくなると、ばね収納室３２の長さが小さくなる。

次に、円錐穴３１に、雄テーパー部１２を当てるようにして、工具ホルダ１０を中空主軸３０に取付ける。プルスタッド１３は、コレット４２の間に挿入される。挿入されるプルスタッド１３がノズル５３に当たり、スプリング５４に抗してノズル５３を後退させる。

次に、油圧シリンダ６０の油圧をゼロにする。すると、皿ばね６１の弾発力により、ドローバー５０が図右（円錐穴３１から離れる方向）へ移動する。この移動により、コレット４２が縮径する。

図２に示すように、工具ホルダ１０が中空主軸３０に保持される。ノズル５３は、スプリング５４によりプルスタッド１３に付勢されているため、クーラント５５がコレット４２側に漏れることはない。
中空主軸３０が回されると、工具ホルダ１０を介して回転工具１１が回される。このときには、工具ホルダ１０でコレットチャック機構４０を介してドローバー５０が回される。すなわち、ドローバー５０と中空主軸３０とが一緒に回る。

ドローバー５０と中空主軸３０とを、キーなどの連結機構で機械的に連結していない。
図１においては、工具ホルダ１０が円錐穴３１に取付けられていないため、中空主軸３０を回しても、ドローバー５０は、一緒に回らない。図１では、原則として中空主軸３０を回さない。試験的に回す必要があるときは、工具ホルダ１０に相当するダミーホルダを、取付ければ、中空主軸３０とドローバー５０とを一緒に回すことができる。

次に、雄テーパー部１２が円錐穴３１に正しく取付けられていることを検出する機構及び検出する手順を説明する。
図３（ａ）は、図１の３ａ部拡大図である。
好ましくは、図３（ａ）に示すように、円錐穴３１の小径端３１ａから円筒部３８を延ばし、この円筒部３８に、開口３４を設ける。開口３４が円錐穴３１から外れた位置に設けられているため、開口３４が雄テーパー部１２で傷められる心配はない。

流体源６４から供給される流体（例えば空気）は、電磁弁６５で遮断されているため、流体通路３３の圧力は大気圧となる。
次に、図３（ｂ）に示すように、電磁弁６５を開くと、流体３６が流体通路３３を通り、開口３４から吹き出す。開口３４から吹き出すため、流体通路３３での圧力は高くならない。

次に、図３（ｃ）に示すように、円錐穴３１へ工具ホルダ１０を挿入すると、挿入完了直前において、開口３４の軸線が雄テーパー部１２と交差する。
すると、吹き出した流体３６が、雄テーパー部１２に衝突し、流れ方向を変えて円錐穴３１と雄テーパー部１２との間の隙間を高速で流れる。この高速の流れにより、円錐穴３１と雄テーパー部１２とを清掃する。このときも流体通路３３での圧力は高くならない。

図３（ｄ）は、図２の３ｄ部拡大図である。
図３（ｄ）に示すように、円錐穴３１に雄テーパー部１２が完全に挿入された状態であっても、開口３４は雄テーパー部１２で塞がれない。流体３６は、プルスタッド１３周りの閉空間６７に溜まる。

流体３６が漏れないため、閉空間６７及び流体通路３３での圧力は高くなる。そのことを圧力スイッチ６６で検出する。圧力スイッチ６６が切り替わることで、円錐穴３１に正しく雄テーパー部１２が取付けられたことを検出する。
圧力スイッチ６６は、圧力を測定する圧力センサであってもよい。しかし、圧力センサは高価である。この点、圧力スイッチ６６は、２接点スイッチであるため、安価である。

ところで、回転工具１１を頻繁に交換すると、図１と図２とが繰り返され、多数枚の皿板６１が、伸縮される。ある皿ばね６１と隣りの皿ばね６１とは直接接触しており、擦れ合うため僅かであるが発熱し、微量であるがコンタミ（ごみ）が発生する。
皿ばね６１の外周の隙間６２に流体を流すようにしたので、この流体で冷却し、コンタミの除去を図ることができる。

尚、実施例では、皿ばね６１の外径は、コレット収納筒４１の外径より大きくしたが、コレット収納筒４１の外径より小さくしてもよい。
また、実施例では、バー本体５２にクーラント流路５６を設けたが、クーラント流路５６を省略してもよい。省略した場合は、ノズル５３及びスプリング５４が不要となるため、ドローバー５０はバー本体５２だけで構成することができる。

本発明は、工具ホルダを、回転する回転工具用主軸に好適である。

１０…工具ホルダ、１１…回転工具、１２…雄テーパー部、１３…プルスタッド、２０…回転工具用主軸、２１…中空ラム、３０…中空主軸、３１…円錐穴、３２…ばね収納室、４１…コレット収納筒、４２…コレット、５０…ドローバー、５１…ばね受け部、５２…バー本体、５３…ノズル、５４…スプリング、５５…クーラント、５６…クーラント流路、６０…油圧シリンダ、６１…皿ばね、６２…隙間、Ｌ１…ドローバーの先端からばね受け部までの軸方向距離、Ｌ２…少なくとも半分の距離。

Claims

回転工具を収納し、雄テーパー部を有すると共に尾部にプルスタッドを有する工具ホルダを、回転する回転工具用主軸であり、
中空ラムと、この中空ラムに回転自在に収納され先端に前記雄テーパー部に対応する円錐穴を有する中空主軸と、この中空主軸に収納され前記プルスタッドに係合するコレットと、前記中空主軸に収納され前記コレットを軸方向へ移動するドローバーと、このドローバーを前進させる油圧シリンダと、前記ドローバーを後進させる皿ばねとを有する回転工具用主軸において、
前記ドローバーは、前記中空主軸に移動可能に収納され、前記皿ばねを受けるばね受け部を有し、
前記皿ばねは、前記中空主軸内に配置され、且つ前記ドローバーの先端から前記ばね受け部までの軸方向距離の少なくとも半分の距離に配置され、
前記中空主軸は、前記雄テーパー部へ吹き出す空気を流す流体通路を有しており、
前記流体通路については、
前記皿ばねを囲う部位では、前記皿ばねの外周と、前記皿ばねを収納するばね収納室の壁面との間に流体通路が形成され、
前記皿ばねを囲う部位を外れて前記円錐穴に至るまでの部位では、前記中空主軸の肉厚内に流体通路が形成され、
この肉厚内の流体通路は、少なくとも２本形成され、
前記肉厚内の流体通路の入口は、前記ばね収納室の円筒面に設けられていることを特徴とする回転工具用主軸。
請求項１記載の回転工具用主軸であって、
前記ドローバーは、前記ばね受け部を有するバー本体と、このバー本体の先端に軸方向移動可能に取付けられたノズルと、前記バー本体に収納され前記ノズルを前方へ付勢するスプリングとからなり、
前記バー本体及び前記ノズルに、クーラントを流すクーラント流路が設けられていることを特徴とする回転工具用主軸。