JP7059830B2

JP7059830B2 - 旋回主軸装置

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Publication number: JP7059830B2
Application number: JP2018124113A
Authority: JP
Inventors: 善昭安藤; 直矢若杉
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: DE102019117183A1; JP2020001132A

Description

本発明は、旋回主軸装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、旋回主軸装置を備える工作機械が記載されている。この旋回主軸装置は、旋回軸を４５度に傾斜させた状態で回転可能に支持する固定本体部と、旋回軸と共に回転可能な旋回本体部と、旋回軸回りで旋回本体部に支持される主軸装置とを備える。旋回主軸装置は、主軸装置を旋回軸回りで旋回させて垂直姿勢と水平姿勢の間で旋回割出しを行う。

特開平７－１２０６号公報

旋回主軸装置の旋回本体部は、４５度姿勢での主軸装置の保持や旋回運動に必要な部品（ベアリング、エンコーダ等）の結合等、重要な機能を多く受け持っている。特に、旋回本体部の旋回軸に対する締結構造においては、設計要件（組付性、メンテナンス性等）と品質（剛性、コスト等）を両立させることが重要である。旋回本体部の旋回軸に対する締結構造は、例えば、固定本体部の内側からボルトを挿入して締結する構造や、旋回本体部から旋回軸にかけて貫通ボルト穴を穿孔し、旋回本体部の外側から貫通ボルト穴にボルトを挿入して締結する構造がある。

しかし、前者の構造では、ボルトは固定本体部の内蔵部品に隠れるため、ボルト締結の作業性が非常に悪く、組付性やメンテナンス性に劣るという問題がある。また、後者の構造では、主軸装置の近傍の貫通ボルト穴は、主軸装置のハウジングを旋回本体部とは別部品にしないと加工できない。このため、旋回本体部は、形状自由度が低下して低剛性となり、また、上記別部品化によるコスト高になるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、設計要件及び品質を両立できる旋回本体部の旋回軸に対する締結構造を有する旋回主軸装置を提供することを目的とする。

本発明の旋回主軸装置は、旋回軸を回転可能に支持する固定本体部と、前記旋回軸の旋回軸線に対し傾斜した主軸を有する主軸装置を有し、前記固定本体部に対し前記旋回軸線の回りで回転可能な旋回本体部と、前記旋回本体部に一体化又は連結され、前記旋回軸線の方向に見たときに前記旋回本体部よりも径方向に大きく形成され、前記旋回軸に連結されるフランジ部と、を備え、前記フランジ部は、前記旋回軸と連結するために連結部材がそれぞれ差し込まれる第一連結部及び第二連結部を有し、前記第一連結部は、前記主軸装置に対し比較的遠方の位置に設けられ、前記第二連結部は、前記主軸装置に対し比較的近傍の位置に設けられ、前記旋回本体部の外部から前記第二連結部に前記連結部材を差し込むための空間部が、前記第二連結部と前記固定本体部の間に形成される。

従来の旋回主軸装置では、旋回本体部と旋回軸の連結作業は、旋回本体部における主軸装置側に作業スペースを設け難いため困難であったが、本発明の旋回主軸装置では、旋回本体部における主軸装置側に旋回本体部の外部から第二連結部に連結部材を差し込むための空間部を設けているので、旋回本体部の組立性やメンテナンス性を向上できる。

本発明の実施形態の旋回主軸装置を備える工作機械の斜視図である。旋回主軸装置の斜視図である。旋回主軸装置における主軸の旋回範囲を旋回軸線方向から見た図である。旋回主軸装置の旋回本体部と旋回軸及び固定本体部との連結状態のみをＸ軸線方向に見た断面図である。旋回本体部及び主軸装置をフランジ部側から旋回軸線方向に見た図である。

（１．旋回主軸装置を備える工作機械の構成）
本実施形態の旋回主軸装置を備える工作機械を例に挙げて説明する。図１に示すように、工作機械１は、５軸マシニングセンタであり、ベッド１１、コラム１２、サドル１３、旋回主軸装置２０、スライドテーブル１４及びターンテーブル１５を備える。ベッド１１は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ベッド１１上には、コラム１２が起立して設けられる。

コラム１２の側面には、サドル１３がＸ軸線方向に移動可能に設けられる。サドル１３の側面には、主軸装置３０が取り付けられる旋回主軸装置２０がＹ軸線方向に移動可能に設けられる。また、ベッド１１上には、スライドテーブル１４がＺ軸線方向に移動可能に設けられる。スライドテーブル１４上には、ターンテーブル１５がＹ軸線回り（Ｂ軸）に回転可能に設けられる。ターンテーブル１５には、図略の工作物が治具を介して固定される。

図２Ａ及び図３に示すように、旋回主軸装置２０は、旋回軸２１、旋回本体部２２及び固定本体部２３を備える。本例の旋回主軸装置２０は、固定本体部２３に対して旋回軸２１を旋回本体部２２と共に回転させて、図２Ｂに示すように、主軸装置３０の姿勢（回転軸線Ｒの向き）を水平方向（０度）から垂直方向（１８０度）を経て所定角度θ（例えば、２１０度）までの間で変化させて主軸装置３０の旋回割出しを行う装置である。

図３に示すように、旋回軸２１は、略中空円筒状の旋回軸本体２１Ａ、中空円筒状の回転スリーブ２４及び中空円筒状の固定スリーブ２５を有し、旋回軸線ＤがＺ軸線に対し４５度傾斜するように固定本体部２３内に配置される。旋回軸本体２１Ａは、固定本体部２３内で図略のモータ及び減速機構により回転駆動可能に支持される。回転スリーブ２４は、旋回軸本体２１Ａの内周に同軸（旋回軸線Ｄ）で挿入され、旋回軸本体２１Ａと共に回転可能に設けられる。固定スリーブ２５は、回転スリーブ２４の内周に同軸（旋回軸線Ｄ）で嵌入され、固定本体部２３に固定され回転規制される。

旋回本体部２２は、旋回軸線Ｄ方向に見たときに旋回本体部２２よりも径方向に大きいフランジ部２２Ａを備える。すなわち、フランジ部２２Ａは、旋回本体部２２の旋回軸２１側の開口周縁部から径方向外側に張り出すように一体的に設けられる。旋回本体部２２は、フランジ部２２Ａと略同径の円盤部材４０を介して旋回軸２１の下端に旋回軸線Ｄ回りに回転可能に設けられる。このフランジ部２２Ａは、設計要件及び品質を両立できる旋回本体部２２の旋回軸２１に対する締結構造を実現する部材であり、詳細構成は後述する。

さらに、旋回本体部２２には、主軸装置３０が主軸３１の回転軸線Ｒを旋回軸２１の旋回軸線Ｄに対し４５度傾斜させた状態で旋回軸線Ｄ回りに旋回可能に支持される。主軸３１の先端側には、回転工具３２が着脱可能に取り付けられ、主軸３１の後端側には、主軸３１の図略の回転用モータのモータ軸が連結される。

固定本体部２３は、サドル１３の側面にＹ軸線方向に移動可能に設けられる。固定本体部２３の内部には、主軸装置３０への電気を通す図略の電気配線路が設けられる。さらに、固定本体部２３の内部には、油気圧を通す図略の流体配管路が設けられる。なお、クーラントは、旋回主軸装置２０の外部に設けられる図略のノズル等を用いて回転工具３２等に供給される。

（２．旋回本体部の旋回軸に対する締結構造）
次に、旋回本体部２２の旋回軸２１に対する締結構造について図を参照して説明する。図３に示すように、回転スリーブ２４の下端には、軸受部材２４Ａの内輪２４ＡＡがベアリング用ボルトＢ１で連結される。なお、軸受部材２４Ａの外輪２４ＡＢは、固定本体部２３に対してベアリング用ボルトＢ０で連結される。

そして、旋回軸本体２１Ａの下端及び軸受部材２４Ａの内輪２４ＡＡには、円盤部材４０が円盤用ボルトＢ２及びＢ３でそれぞれ連結される。そして。円盤部材４０には、旋回本体部２２のフランジ部２２Ａがフランジ用ボルトＢ４，Ｂ５（本発明の「連結部材」に相当）で連結される。これにより、旋回本体部２２は、固定本体部２３に対して旋回軸線Ｄ回りに回転可能となる。

図３及び図４に示すように、フランジ部２２Ａには、円盤部材４０と連結するためにフランジ用ボルトＢ４，Ｂ５がそれぞれ差し込まれる第一ボルト穴２２Ｂ（第一連結部）及び第二ボルト穴２２Ｃ（第二連結部）が設けられる。第一ボルト穴２２Ｂは、第一ピッチ円Ｐｃ１の円周上であって主軸装置３０に対し比較的遠方の位置に複数（本例では、１７か所）設けられる。第二ボルト穴２２Ｃは、第二ピッチ円Ｐｃ２の円周上であって主軸装置３０に対し比較的近傍の位置に複数（本例では、６か所）設けられる。第一ボルト穴２２Ｂの第一ピッチ円Ｐｃ１の直径Ｄ１は、第二ボルト穴２２Ｃの第二ピッチ円Ｐｃ２の直径Ｄ２よりも小径である。よって、第一ボルト穴２２Ｂに差し込まれるフランジ用ボルトＢ４による連結の剛性を向上できる。

第一ボルト穴２２Ｂにおけるフランジ用ボルトＢ４の差し込み方向は、第二ボルト穴２２Ｃにおけるフランジ用ボルトＢ５の差し込み方向と異なるように設けられる。すなわち、第一ボルト穴２２Ｂにおいては、フランジ用ボルトＢ４は旋回本体部２２側（図４の矢印ｄで示す下方側）から差し込まれて、円盤部材４０に穿孔される第一メネジ穴Ｈ４（第一連結部）に締結される。一方、第二ボルト穴２２Ｃにおいては、フランジ用ボルトＢ５は固定本体部２３側（図４の矢印ｕで示す上方側）から差し込まれて、旋回本体部２２に穿孔される第二メネジ穴Ｈ５（第二連結部）に締結される。

第一ボルト穴２２Ｂは、旋回本体部２２の外壁よりも外側に設けられているため、第一ボルト穴２２Ｂの下方側には大きな作業空間が存在する。これにより、作業者は、旋回本体部２２の外部において、フランジ用ボルトＢ４を第一ボルト穴２２Ｂの下方側から容易に差し込んで第一メネジ穴Ｈ４に締結することができる。よって、旋回本体部２２の円盤部材４０に対する組立性やメンテナンス性を向上できる。

また、第二ボルト穴２２Ｃは、第二ピッチ円Ｐｃ２の直径Ｄ２が第一ボルト穴２２Ｂの第一ピッチ円Ｐｃ１の直径Ｄ１よりも大径となるように設けられているため、第二ボルト穴２２Ｃと固定本体部２３の間に空間部Ｓ（図４の一点鎖線で示す円形部）が形成される。これにより、作業者は、旋回本体部２２の外部において、フランジ用ボルトＢ５を第二ボルト穴２２Ｃの上方側の空間部Ｓから容易に差し込んで第二メネジ穴Ｈ５締結することができる。よって、旋回本体部２２の円盤部材４０に対する組立性やメンテナンス性を向上できる。

ここで、上述のように、旋回本体部２２のフランジ部２２Ａは、第一ボルト穴２２Ｂ及び第二ボルト穴２２Ｃにおいて円盤部材４０にフランジ用ボルトＢ４，Ｂ５で連結される。そして、円盤部材４０は、旋回軸本体２１Ａの下端に円盤用ボルトＢ２で連結され、軸受部材２４Ａの内輪２４ＡＡに円盤用ボルトＢ３で連結される。

このため、旋回本体部２２の外部において加工時に供給されるクーラント液は、フランジ部２２Ａの上端面と円盤部材４０の下端面との接合面間を通って、旋回本体部２２の内部に浸入するおそれがある。また、上述のクーラント液は、円盤部材４０の上端面と軸受部材２４Ａの内輪２４ＡＡの下端面との接合面間を通って、旋回本体部２２の内部に浸入するおそれがある。また、上述のクーラント液は、第一メネジ穴Ｈ４及び第二メネジ穴Ｈ５を通って、旋回本体部２２の内部に浸入するおそれがある。

そこで、円盤部材４０の下端面には、第一メネジ穴Ｈ４よりも外周側であって第二メネジ穴Ｈ５よりも内周側に、Ｏリング４１（本発明の「シール」に相当）が嵌め込まれる環状溝部４１ａ（本発明の「シール」に相当）を設ける。そして、第二メネジ穴Ｈ５は、旋回本体部２２における肉厚が比較的厚くなっている主軸装置３０側に穿孔されるため、止まり穴（有底穴）とする。

このように、フランジ部２２Ａの上端面と円盤部材４０の下端面との接合面間は、Ｏリング４１により封止され、また、フランジ部２２Ａの上端面に穿孔される第二メネジ穴Ｈ５は、止まり穴（有底穴）となって封止されている。これにより、フランジ部２２Ａの上端面と円盤部材４０の下端面との接合面間においては、旋回本体部２２の内部へのクーラント液の浸入を防止できる。

また、円盤部材４０及び軸受部材２４Ａ（固定本体部２３）の外周には、ラビリンス構造のシール部材４２を設ける。また、円盤部材４０は、厚さを可能な限り薄くして軽量化を図るため、第一メネジ穴Ｈ４は、止まり穴にはできず、貫通穴となっている。そこで、第一メネジ穴Ｈ４におけるフランジ用ボルトＢ４の締結部よりも上部は、閉塞部材Ｆ４（本発明の「シール」に相当）で塞ぐ。

ここで、シール部材４２は、Ｖリング４３、内側目隠し部材４４及び外側目隠し部材４５を備える。固定本体部２３の下端面には、軸受部材２４Ａよりも外周側に、Ｖリング４３が嵌め込まれる段差部２３ａが設けられる。内側目隠し部材４４は、円管状であって径がＶリング４３の径よりも大径に形成される。そして、内側目隠し部材４４は、Ｖリング４３を外側から覆うように、一端側（上端側）が固定本体部２３の下端側の外周に嵌入固定され、他端側（下端側）が円盤部材４０の上端側の外周に嵌入される。

外側目隠し部材４５は、円管状であって径が内側目隠し部材４４の径よりも大径に形成され、一端側（下端側）が内側に折り曲げられた形状、すなわち周面の断面形状がＬ字状に形成される。そして、外側目隠し部材４５は、内側目隠し部材４４を外側から覆うように、一端側（下端側）がフランジ部２２Ａ及び円盤部材４０の外周から僅かに離間するように配置され、他端側（上端側）が固定本体部２３の下端側の外周縁部に嵌入固定される。

これにより、外側目隠し部材４５の内周とフランジ部２２Ａ及び円盤部材４０の外周との間の空隙は、ラビリンスシール構造となる。そして、第二ボルト穴２２Ｃ側の旋回本体部２２と固定本体部２３の間には、空間部Ｓが形成されているので、この空間部Ｓを上述のラビリンスシール構造として利用できる。

上述のように、円盤部材４０の上端面と軸受部材２４Ａの内輪２４ＡＡの下端面との接合面間は、ラビリンスシール構造及びＶリング４３により封止され、また、第一メネジ穴Ｈ４は、閉塞部材Ｆ４で封止されている。これにより、円盤部材４０の上端面と軸受部材２４Ａの内輪２４ＡＡの下端面との接合面間においては、旋回本体部２２の内部へのクーラント液の浸入を防止できる。

従来の旋回主軸装置では、旋回本体部と旋回軸の連結作業は、旋回本体部における主軸装置側に作業スペースを設け難いため困難であったが、本発明の旋回主軸装置２０では、旋回本体部２２における主軸装置３０側に旋回本体部２２の外部から第二ボルト穴２２Ｃにフランジ用ボルトＢ５を差し込むための空間部Ｓを設けている。よって、旋回本体部２２の組立性やメンテナンス性が向上する。そして、主軸装置３０は、旋回本体部２２と一体化して連結部品を削減できるので、主軸装置３０の高剛性化や低コスト化が可能となる。

（３．その他）
上述した実施形態では、フランジ部２２Ａは、旋回本体部２２と一体的に設ける構成としたが、フランジ部２２Ａと旋回本体部２２を別体で設ける構成としてもよい。

また、傾斜した旋回軸２１を有する旋回主軸装置２０に適用する場合を説明したが、水平な旋回軸を有する旋回主軸装置や垂直な旋回軸を有する旋回主軸装置にも同様に適用可能である。また、旋回軸を有するテーブル（トラニオン、チルト）や主軸チルトにも同様に適用可能である。

また、旋回軸２１の旋回軸線ＤがＺ軸線に対し４５度傾斜する旋回主軸装置２０について説明したが、旋回軸の旋回軸線ＤがＺ軸線に対し任意の角度傾斜する旋回主軸装置についても同様に適用可能である。

１：工作機械、２０：旋回主軸装置、２１：旋回軸、２１Ａ：旋回軸本体、２２：旋回本体部、２２Ａ：フランジ部、２２Ｂ：第一ボルト穴、２２Ｃ：第二ボルト穴、２３：固定本体部、２４：回転スリーブ、２４Ａ：軸受部材、２５：固定スリーブ、３０：主軸装置、３１：主軸、３２：回転工具、４０：円盤部材、４１：Ｏリング、４１ａ：環状溝部、４２：シール部材、４３：Ｖリング、４４：内側目隠し部材、４５：外側目隠し部材、Ｈ４：第一メネジ穴、Ｈ５：第二メネジ穴、Ｓ：空間部、Ｐｃ１：第一ピッチ円、Ｐｃ２：第二ピッチ円、Ｂ４，Ｂ５：フランジ用ボルト、Ｄ：旋回軸線

Claims

旋回軸を回転可能に支持する固定本体部と、
前記旋回軸の旋回軸線に対し傾斜した主軸を有する主軸装置を有し、前記固定本体部に対し前記旋回軸線の回りで回転可能な旋回本体部と、
前記旋回本体部に一体化又は連結され、前記旋回軸線の方向に見たときに前記旋回本体部よりも径方向に大きく形成され、前記旋回軸に連結されるフランジ部と、
を備え、
前記フランジ部は、前記旋回軸と連結するために連結部材がそれぞれ差し込まれる第一連結部及び第二連結部を有し、
前記第一連結部は、前記主軸装置に対し比較的遠方の位置に設けられ、前記第二連結部は、前記主軸装置に対し比較的近傍の位置に設けられ、
前記旋回本体部の外部から前記第二連結部に前記連結部材を差し込むための空間部が、前記第二連結部と前記固定本体部の間に形成される、旋回主軸装置。
前記第一連結部における前記連結部材の差し込み方向は、前記第二連結部における前記連結部材の差し込み方向と異なるように設けられる、請求項１に記載の旋回主軸装置。
前記第一連結部は、第一ピッチ円の円周上に設けられ、前記第二連結部は、前記第一ピッチ円の直径よりも大径の第二ピッチ円の円周上に設けられる、請求項１又は２に記載の旋回主軸装置。
前記第一連結部は、前記連結部材の連結位置よりも外周に設けられるシールにより封止され、前記第二連結部は、前記連結部材が差し込まれる有底穴により封止される、請求項１－３の何れか一項に記載の旋回主軸装置。
前記空間部は、前記フランジ部と前記旋回軸との間を封止するラビリンスシール構造として利用される、請求項１－４の何れか一項に記載の旋回主軸装置。