JP7423032B2 - 工具主軸構造 - Google Patents

Description

本発明は、ドリル，フライス，エンドミル等の回転工具を用いて、機械加工が行われるこの回転工具を装着する工具主軸構造に関する。

回転工具でワークを機械加工する際に、ドリル，フライス，エンドミル等の各種工具が使用される。
このような工具を交換可能に装着する工具主軸構造が公知である。
例えば、従来は図２に示すようにハウジング１２の内側にビルトインモーターにより、回転制御された工具主軸１１が内装されている。
工具主軸１１は、軸心側が貫通孔になっていて、クランプロッド（プルロッド等とも称されている。）１３が挿通されている。
工具主軸１１の先端側に工具のシャンクを装着する装着孔１３ｂを有し、装着されたシャンクをクランプロッド先端側の係止具１３ａにて引き込むことで、この工具が装着クランプされる。
従ってクランプロッド１１は、クランプバネ１４により引き込み方向の付勢力が働いている。
工具をアンクランプする際には、クランプロッド１１を後端側からピストン等のアンクランプロッド１７にて押し出すことで、実行される。
従来は、このアンクランプロッド１７の押し出し方向の推力を工具主軸１１と、ハウジング１２との間の軸受（アンギュラ軸受）１５のみにて受ける構造になっていた。
これでは、クランプロッド１３のアンクランプ方向の推力をアンギュラ軸受に許容されるアキシャル荷重以下にしなければならず、設計上の大きな制限条件になっていた。

特許文献１には、下向き状態の主軸がベアリングを介して回転自在に支承され、この主軸が抜け落ちないように抜止体を取り付けた工具主軸構造を開示する。
しかし、同公報に開示する工具主軸構造は、ドローバーの押下げによりクランパーが左右に開き、工具の係止が解除される構造になっており、ベアリングにはドローバーの押下げよりアキシャル方向に力が加わるものになっていない。
よって、同公報に開示する抜止体は、単に主軸（工具主軸）の自由落下を防止したものに過ぎない。

特開昭６３－５２９４７号公報

本発明は、工具主軸における工具のアンクランプ機構の設計自由度が高い工具主軸構造の提供を目的とする。

本発明に係る工具主軸構造は、ハウジングと、前記ハウジング内に軸受にて支持し回転制御された工具主軸と、前記工具主軸の軸心に挿通したクランプロッドとを備え、前記工具主軸の先端側に前記クランプロッドの引き込みにより工具をクランプ装着する工具装着部を有し、前記工具主軸の後端側に前記クランプロッドを押し出す方向に推力を加えるアンクランプ手段を有し、前記アンクランプ方向の推力による前記工具主軸の変位量を所定内に抑えるストッパー部材を有することを特徴とする。
ここで工具装着部は、回転工具のシャンクを嵌合装着する部位をいう。

本発明において、ストッパー部材は前記ハウジング側に固定してあり、前記ストッパー部材と前記工具主軸との間に所定のクリアランス（δ）を設けてあるのが好ましく、さらには軸受はアンギュラ軸受であり、前記クリアランス（δ）は前記アンギュラ軸受が受けるアキシャル荷重が許容範囲内に納まるように設定されているのが望ましい。

工具主軸は、ワークを機械加工する際には回転制御されているので、この主軸が回転している状態ではストッパー部材と摺接さてもよいが、ストッパー部材と工具主軸との間に所定のクリアランス（隙間）（δ）を設けることで、工具主軸に回転方向の抵抗が加わるのを防止することができる。
工具のアンクランプ時には、工具主軸は静止した状態になっているので、クランプロッドに押し出し方向の推力が加わると、工具主軸側に設けた接触面がストッパー部材に当接し、それ以上変位するのを抑えることができる。

本発明に係る工具主軸構造にあっては、工具のアンクランプ時におけるクランプロッドの押し出し方向の推力を軸受でも分担するが、軸受に所定以上の変位が加わるとそれ以上変位しないように、そのアンクランプ推力をストッパー部材で受けることになる。
アンギュラ軸受は、転動体が転がる内周面に所定の接触角を有し、受ける荷重はラジアル荷重とアキシャル荷重に分散されるが、アキシャル荷重が大きくなるとそれに伴い、アキシャル変位が大きくなるが、いわゆるバネ定数に似た荷重－変位量曲線を描く。
よって、本発明に係るストッパー部材を設けた構造にあっては、工具のアンクランプ時にクランプロッドに加わるアンクランプ方向の推力が大きくてもアンギュラ軸受に所定以上の変位が加わると、それ以上変位しないようにその推力をストッパー部材にて受けることになり、アンギュラ軸受を採用する選択技やクランプバネ、アンクランプのシリンダー仕様等の設計自由度が高くなる。

本発明に係る工具主軸構造を模式的に示す。 従来の工具主軸構造を模式的に示す。

本発明に係る工具主軸構造の例を以下図に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されない。
なお、図１は本発明係る構造例であるが、従来の構造例図２との相違点が分かりやすいように、それぞれ模式化して表現してある。

工具主軸１１は、ハウジング１２の内側にビルトインモーターにより、回転自在（回転制御）に内装されている。
図１に示した構造例では、モーターを内装したハウジング１２の前側に軸受ハウジング１２ａを固定し、後側にシリンダーハウジング１２ｂを固定した分割構造になっているが、ハウジング構造に制限はない。

工具主軸１１は、前方側の軸受１５と後方側の軸受１１５にて、回転自在に支承されている。
前方側の軸受１５は、アンギュラ軸受になっていて、軸受ハウジング１２ａ側に固定した外輪１５ａと、工具主軸１１側に固定した内輪１５ｂと、外輪１５ａと内輪１５ｂとの間に設けた転動体１５ｃからなる。
モーター部は、工具主軸１１側の回転子１９ａとハウジング１２側の固定子１９ｂとからなる。

工具主軸１１は、軸心側が貫通孔になっていて、クランプロッド１３が挿通されている。
クランプロッド１３は、板バネ等のクランプバネ１４により引き込み方向（クランプ方向）に付勢されている。
工具主軸１１の前方側は、工具のシャンクの装着孔１３ｂを有し、係止具１３ａの引き込み方向の力で工具をクランプ保持する。
工具を交換する際には、工具主軸１１の回転が止まり静止した状態になり、クランプロッド１３の後端部をアンクランプロッド１７にて押圧し、クランプロッド１３が押し出される方向のアンクランプ推力が働くようになっている。
本実施例は、シリンダー機構によるアンクランプ手段になっていて、シリンダー部１８に設けたアンクランプロッド（ピストン）１７の両側の流体室１８ａ，１８ｂの油圧操作により、アンクランプロッド１７が前進及び後退制御されている。
工具主軸１１が回転している状態では、アンクランプロッド１７が接触しないように、所定の隙間を有するように後退位置にある。

工具をアンクランプ操作する際には、工具主軸１１の回転を止め、静止状態でアンクランプロッド１７を前進させ、クランプロッド１３が前方に押し出されるようにアンクランプ推力を作用させる。
これにより、係止具１３ａが前進し、工具がアンクランプ状態になる。
この際に、アンクランプ推力が軸受１５にも伝わり、それにより工具主軸１１が前方に向けて変位する。
工具主軸が回転している状態では、図１（ｂ）に拡大図を示すように工具主軸の端部１１ａの端面と軸受ハウジング１２ａ側に固定したリング状のストッパー部材１６との間に当所のクリアランス（δ）からなる隙間を有している。
アンクランプ時には軸受にアキシャル荷動が加わり、このクリアランス（δ）の分だけ変位すると、図１（ｃ）に示すように工具主軸１１の端部１１ａ側の端面がこのストッパー部材１６に当接し、それ以上変位するのを抑える。
なお、ストッパー部材１６及び軸受ハウジング１２ａの前面側は、カバー１２ｃにて覆ってある例となっている。

１１ 工具主軸
１２ ハウジング
１２ａ 軸受ハウジング
１２ｂ シリンダーハウジング
１２ｃ カバー
１３ クランプロッド
１３ａ 係止具
１３ｂ 装着孔
１４ クランプバネ
１５ 軸受
１５ａ 外輪
１５ｂ 内輪
１５ｃ 転動体
１６ ストッパー部材
１７ アンクランプロッド
１８ シリンダー部
１８ａ 流体室
１８ｂ 流体室
１９ａ 回転子
１９ｂ 固定子
（δ） クリアランス

Claims (2)

1. ハウジングと、前記ハウジング内に前方側の軸受と後方側の軸受にて支持し回転制御された工具主軸と、前記工具主軸の軸心に挿通したクランプロッドとを備え、
   前記工具主軸は先端側の筒状の端部とその内側に前記クランプロッドの引き込みにより工具をクランプ装着する工具装着部を有し、
   前記工具主軸の後端側に前記クランプロッドを押し出す方向に推力を加えるアンクランプ手段を有し、
   前記アンクランプ手段のアンクランプ方向の推力による前記工具主軸の変位量を所定内に抑えるストッパー部材を有し、
   前記ストッパー部材は前記ハウジング側に固定してあり、
   前記ストッパー部材と前記工具主軸の端部との間に所定のクリアランス（δ）を設けてあり、
   前記前方側の軸受はアンギュラ軸受であり、外輪は前記ハウジング側に固定してあり、内輪は工具主軸側に固定してあり、前記外輪と内輪との間に転動体を有し、前記クリアランス（δ）は前記アンギュラ軸受が受けるアキシャル荷重が許容範囲内に納まるように設定されていることを特徴とする工具主軸構造。
2. 前記ストッパー部材はハウジング側に固定したリング状のストッパー部材であり、
   前記リング状のストッパー部材と前記工具主軸の端部との間に前記クリアランス（δ）を設けてあることを特徴とする請求項１記載の工具主軸構造。

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