JP7431503B2 - 工作機械、特に旋盤に使用するためのスピンドル装置、およびこのようなスピンドル装置を備えた工作機械 - Google Patents

工作機械、特に旋盤に使用するためのスピンドル装置、およびこのようなスピンドル装置を備えた工作機械 Download PDF

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Description

本開示は、工作機械、特に旋盤で使用するためのスピンドル装置、およびそのようなスピンドル装置を備える工作機械、特に旋盤に関する。
例えば旋盤または旋削機、旋削センター、フライス加工センターなどのような、1つまたはそれ以上のワークピース担持スピンドルを有する工作機械は、従来技術において知られている。これは、シングルスピンドル旋盤、ダブルスピンドル旋盤、またはマルチスピンドル旋盤を含むことができる。
例えば、従来技術では回転ドラム(タレットまたはタレット本体)上に支持された複数のワークピーススピンドルを含む、多軸回転機などの工作機械が知られており、回転ドラム/タレット本体はその長手方向軸の周りで回転ドラム/タレット本体を回転/割り出しするように構成されている。
例えば、回転ドラム上に支持された複数のワークピーススピンドルを有する多軸回転機を開示する特許文献１を参照すると、回転ドラムは、その長手方向軸の周りで回転ドラムを回転/割り出しするように構成され、各ワークピーススピンドルに対して、1つ以上のツールを保持するツールアセンブリが提供される。
ワークピーススピンドルに受け入れられたワークピースと工具アセンブリの工具との間の相対運動のために、スピンドルは、それぞれのスピンドル軸とその軸方向と同軸に設定されたZ方向に移動可能である。さらに、工具アセンブリの各々はドラムの長手方向回転軸に対して半径方向X方向に、およびドラムの長手方向回転軸に対して接線方向Y方向に移動するように構成されている。
特許文献１に示されるような工作機械のワークピーススピンドルは、細長いワークピースを受け入れるようにそれぞれ構成された複数のワークピーススピンドルを含むスピンドルアセンブリを有する。各スピンドルは、それぞれのワークピーススピンドルのスピンドル軸を中心とするワークピーススピンドルのスピンドル回転を駆動するためのスピンドルモータを有することができる。典型的には、そのような工作機械で機械加工されるワークピースが異なる断面および直径を有する細長いバーのような細長いワークピースを含んでいる。
バー（棒）のような細長いワークピースの先端部分はスピンドルの受け入れ部分から外に延び、カッター又はミルのような工具によって機械加工され、ワークピースの軸方向に力を加える。長いおよび/または細長いワークピースを機械加工するために、特許文献１は、スピンドルの前に取り付けられたいわゆる回転ガイドブッシュ(または回転ガイドブッシュ)を使用して、そのような長いおよび/または細長いワークピースがスピンドルから延びるときにそれらを支持することを開示している。
ヨーロッパ特許公報EP 2 163 334 B2号明細書
典型的には、このような回転ガイドブッシュがワークピースと共にスピンドル軸の周りを回転する。図1および図2は、背景例による、スピンドル軸の周りを回転するように能動的に駆動される被駆動回転ガイドブッシュのいくつかの概念を説明する。しかしながら、このような被駆動回転ガイドブッシュは、かなり複雑で大型の駆動機構を有する。
上記に鑑みて、本発明の目的は工作機械、特に旋盤、および工作機械、特に旋盤で使用するためのスピンドル装置であって、費用効果が高く、簡単で、コンパクトな方法でスピンドルから延びるときに、そのような長いおよび/または細長いワークピースを支持するための被駆動回転ガイドブッシュを提供する、そのようなスピンドル装置を備えるスピンドル装置を提供することである。
上記目的を解決するために、請求項1に記載の工作機械、特に旋盤で使用するためのスピンドル装置と、請求項15に記載のスピンドル装置を備える工作機械、特に旋盤とが提案される。従属請求項は、好ましい例示的な実施形態に関する。
一態様によれば、工作機械、特に旋盤で使用するためのスピンドル装置が提供され、以下のものを含んでいる、
細長いワークピースを受けるように構成されているワークピーススピンドルおよび/または前記ワークピーススピンドルのスピンドル軸の周りにワークピーススピンドルのスピンドル回転を駆動するためのスピンドルモータを含んでいるスピンドルアセンブリ、および/または
前記スピンドル軸に対して前記ワークピーススピンドルと同軸に配置された回転ガイドブッシュアセンブリであって、前記回転ガイドブッシュアセンブリが好ましくは細長いワークピースを受けるように構成された回転ガイドブッシュを含み、および/または、好ましくは前記スピンドル軸の方向で前記細長いワークピースの移動が可能である間、スピンドル軸の周りでワークピーススピンドルに受け入れられた細長いワークピースと共に回転するように回転ガイドブッシュアセンブリで支持されている。
１つの好ましい態様ではスピンドルアセンブリおよび回転ガイドブッシュアセンブリが好ましくはスピンドル軸に沿ってスピンドルアセンブリと回転ガイドブッシュアセンブリとの間に配置されたトルク伝達接続部によって互いに接続するように構成され、好ましくはスピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを、ワークピーススピンドルの回転の駆動加速または減速と同期して回転ガイドブッシュに伝達するように構成される。
１つの好ましい態様では回転ガイドブッシュアセンブリが好ましくは細長いワークピースをクランプするように構成されたクランプ部を含み、このクランプ部は回転ガイドブッシュおよびワークピーススピンドル内に収容され、好ましくはワークピーススピンドルの回転の駆動加速または減速と同期した回転ガイドブッシュの回転を駆動するために、クランプされた細長いワークピースを通してワークピーススピンドルの回転の駆動加速または減速中にスピンドルモータから加えられる駆動トルクを伝達するように構成される。
１つの好ましい態様では、クランプ部が2つのクランプ状態に切り替えられるように動作可能な回転ガイドブッシュコレットを含んでいる。
１つの好ましい態様では、回転ガイドブッシュコレットがワークピーススピンドルの回転の駆動加速度と同期して回転ガイドブッシュの回転を駆動するために、クランプされた細長いワークピースを通してワークピーススピンドルの回転の駆動加速度の間にスピンドルモータから印加される駆動トルクを伝達することを可能にするように、回転ガイドブッシュコレットが2つのクランプ状態の第1のクランプ状態に切り換えられるときに、回転ガイドブッシュおよびワークピーススピンドル内に収容される細長いワークピースを堅固にクランプするように構成される。
すなわち、第1のクランプ状態では回転ガイドブッシュコレットがクランプ回転ガイドブッシュコレットとクランプされたワークピースとの間のクランプ状態を介してトルク伝達を可能にするように、細長いワークピースを堅固にクランプするように構成され、第1のクランプ状態は細長いワークピースのスピンドル軸の方向への移動を許容しない。
１つの好ましい態様では、回転ガイドブッシュコレットは回転ガイドブッシュコレットが2つのクランプ状態の第2のクランプ状態に切り換えられたときに、回転ガイドブッシュ及びワークピーススピンドル内に受け入れられる細長いワークピースをクランプするように構成され、細長いワークピースをスピンドル軸の方向に移動させることができる。
すなわち、第2のクランプ状態では、回転ガイドブッシュコレットがクランプされたワークピースがスピンドル軸の方向に動くことを可能にするように、例えば、クランプ圧力またはクランプ力がより小さい状態で、第1のクランプ状態よりも強固ではなく、またはより緩く、細長いワークピースをクランプするように構成される。このような第2のクランプ状態では、クランプする回転ガイドブッシュコレットとクランプされたワークピースとの間のクランプ状態を介したトルク伝達が典型的には不可能であるか、または少なくとも小さなトルクに対してのみ可能である。
１つの好ましい態様では、回転ガイドブッシュアセンブリが回転ガイドブッシュコレットを2つのクランプ状態の間で空気圧的、油圧的、電子的、および/または電磁的に切り替えるように構成される。
１つの好ましい態様では、回転ガイドブッシュアセンブリが、2つのクランプ状態の一方または両方と、回転ガイドブッシュ内およびワークピーススピンドル内に受け入れられた細長いワークピースがクランプされることから解放される解放状態との間で、回転ガイドブッシュコレットを空気圧的、油圧的、電子的および/または電磁的に切り換えるように構成される。
１つの好ましい態様では、回転ガイドブッシュアセンブリが2つの圧力レベルの間で選択するように構成された空気圧および/または油圧作動バルブ（弁）を含んでいる。
１つの好ましい態様では2つの圧力レベルの第1の圧力レベルが回転ガイドブッシュコレットを2つのクランプ状態の第1のクランプ状態に切り替えるように選択され、および/または2つの圧力レベルの第2の圧力レベルは回転ガイドブッシュコレットを2つのクランプ状態の第2のクランプ状態に切り替えるように選択される。
１つの好ましい態様では、回転ガイドブッシュアセンブリが回転ガイドブッシュコレットを、回転ガイドブッシュ及びワークピーススピンドル内に受け入れられた細長いワークピースがクランプから解放される解放状態に切り換えるように構成された別の空気圧及び/又は油圧作動バルブを含む。
１つの好ましい態様では、トルク伝達接続部がスピンドルアセンブリおよび回転ガイドブッシュアセンブリに取り付けられた伸張可能なジョイント構造を含み、伸張可能なジョイント構造はスピンドル回転の加速または減速中に駆動トルクを伝達するように構成され、さらに、スピンドル軸の方向に弾性的に伸長および/または短縮するように構成される。
１つの好ましい態様では、伸張可能なジョイント構造がベローズ構造による固定要素によって互いに1つずつ接続された複数のプレート状要素を含む。
１つの好ましい態様ではトルク伝達接続部、特にクランプ部は1つ以上のフリーホイールを含む。
１つの好ましい態様ではトルク伝達接続部、特にクランプ部は対向するロック方向で配置された2つの一方向フリーホイールを含む。
１つの好ましい態様ではトルク伝達接続部、特にクランプ部は1つまたは複数の双方向フリーホイールを含む。
１つの好ましい態様では、1つまたは複数のフリーホイールがクランプされた細長いワークピースを通してワークピーススピンドルの回転の駆動加速または減速中にスピンドルモータから加えられる駆動トルクを伝達するときに、回転ガイドブッシュおよびワークピーススピンドル内に収容される細長いワークピースをクランプするように構成される。
１つの好ましい態様では、1つまたは複数のフリーホイールが回転ガイドブッシュアセンブリの回転ガイドブッシュコレットにおいて、スピンドルアセンブリから離れて面する回転ガイドブッシュアセンブリの前側に配置される。
１つの好ましい態様では、1つ以上のフリーホイールがスピンドルアセンブリに面する前記回転ガイドブッシュアセンブリの後側に配置される。
別の態様では、前述の請求項の少なくとも１つに記載のスピンドル装置を備える工作機械、特に旋盤が提案される。
図1は、例示の背景例による被駆動回転ガイドブッシュを有する例示的なスピンドル装置の概略断面図である。 図2は、例示の背景例による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図である。 図3は、第1の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図である。 図4は、第2の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図である。 第2の例示的な実施形態で使用されるような伸張可能なジョイント構造の異なる図を例示的に示している図である。 第2の例示的な実施形態で使用されるような伸張可能なジョイント構造の異なる図を例示的に示している図である。 第2の例示的な実施形態で使用されるような伸張可能なジョイント構造の異なる図を例示的に示している図である。 図6は、第3の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図である。 図7は、第4の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図である。 例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有するスピンドル装置で使用するための双方向フリーホイール機構の概略断面図を例示的に示している図である。 例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有するスピンドル装置で使用するための双方向フリーホイール機構の概略断面図を例示的に示している図である。 図9は、第5の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図である。 図10は、第6の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図である。 例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有するスピンドル装置で使用するための一方向フリーホイール機構を例示的に示す概略断面図である。 例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有するスピンドル装置で使用するための一方向フリーホイール機構を例示的に示す概略断面図である。 例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有するスピンドル装置で使用するための一方向フリーホイール機構を例示的に示す概略断面図である。
以下では、好ましい態様および実施形態が添付の図面を参照してより詳細に説明される。異なる図面および実施形態における同一または類似の特徴は、類似の参照番号によって参照される。様々な好ましい態様および好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明は、本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
図1は、背景例による被駆動回転ガイドブッシュを有する例示的なスピンドル装置の概略断面図を例示している。
図1は旋盤、例えば、単一スピンドル旋盤、二重スピンドル旋盤、または多重スピンドル旋盤などの工作機械で使用することができるワークピーススピンドル100を含むスピンドル装置を例示的に示している。
参照番号600は例えば旋盤のような工作機械の一部を示し、ワークピース担持スピンドルを含むスピンドルアセンブリを担持/支持する機械フレームまたはその一部であってもよい。
スピンドルは、スピンドル軸130が回転可能に支持されるように配置されるスピンドルハウジング110を含む。さらに、スピンドルハウジング110内のスピンドル軸の周りにスピンドル軸130を回転駆動するために、内蔵のスピンドル駆動装置120(例えば、電磁的に駆動されるスピンドルモータ)が例示的に設けられる。
典型的には、細長いバーBが典型的な細長いワークピースとして、スピンドル軸130の中空部分内であるスピンドル100内に受け入れられ、スピンドル軸についてその軸方向に延びている。
スピンドル100の前側に、必要なとき例えば機械加工プロセス中、バーBをクランプするように構成されたスピンドルコレット140(クランプ機構)をスピンドル100が含んでいる。
クランプ状態ではスピンドルコレット140がバーBをクランプすると、バーBはスピンドル軸130に堅固に固定され、スピンドル駆動装置120がスピンドル軸130をスピンドル軸の周りに回転駆動すると、スピンドル軸の周りに回転する。
さらに、バーBをスピンドル軸の軸方向(以下、Z方向と呼ぶ)に押す/移動するために、例えば、工具がバーBと係合する機械加工領域に向かってバーBの別の部分を移動させるために、スピンドルコレット140を解放することができる(例えば、スピンドルコレット140を作動させてバーBを解放することにより)。
このようなクランプ機能のために、バーBをクランプおよびアンクランプ(解放)するために、スピンドルコレット140は自動的に、例えば、電子的に、電磁的に、空気圧的に、および/または油圧的に作動されることができる。
例示的に、図1において、スピンドル装置は回転ガイドブッシュアセンブリ200(回転ガイドブッシュ)をさらに含み、これは、スピンドル100の前に取り付けられ、特に、例示的なワークピースとしてのバーBが回転ガイドブッシュ200の前側に例示的に配置された回転ガイドブッシュコレット210を通って延びることができるように配置される。前側は、工具がワークピースを加工する機械加工領域に面する側である。
スピンドルコレット140のクランプされていない/解放された状態では、新しいバーBをスピンドル内に、および回転ガイドブッシュを通してZ方向に挿入/供給することができるように、回転ガイドブッシュコレット210はクランプされていない/解放された状態で、回転ガイドブッシュコレット210とワークピース/バーBとの間のクリアランスを可能にするようなサイズを有することにでき、特に、ワークピース直径に関するワークピースの製造ばらつきに対処することができる。
典型的には、このようなクリアランスが回転ガイドブッシュコレット210のワークピース収容部分のサイズ/直径の機械的手動調整によって、ワークピース/バーBの直径に調整され得る。すなわち、このようなクリアランスは一般に、回転ガイドブッシュコレット210のワーク受入れ部分のサイズ/直径の機械的手動調整によってワーク/バーBの直径に調整される。参照番号210は、手動クリアランス調整を有する回転ガイドブッシュコレット210を示す。
いくつかの例ではクリアランスが回転ガイドブッシュコレット210とバーBとの間のクリアランスを最小限にするように手動で調整することができ、それでもなお、バーBの必要なZ移動性を可能にするが、他の例では自動クリアランス調整機構を設けることができる。
さらに、例えば、工具がバーBと係合する機械加工領域に向かってバーBの別の部分を移動させるために、例えば、スピンドルコレット140によってしっかりとクランプされているワークピースと共にスピンドルをZ方向に移動させることによって、バーBをZ方向に押す/移動させることができるようにするために、回転ガイドブッシュコレット210はクランプされた状態で、ワークピースを緩くクランプし、それでもなおバーBのZ方向への移動を可能にすることができる。
例示的に、図1では、回転ガイドブッシュアセンブリ200が回転ガイドブッシュを工作機械に、例えば、工作機械フレームに、専用の支持構造に、または工作機械600のスピンドル担持構造に取り付けるための取り付け構造220を含んでいる。
例えば、初期加速段階の間(例えば、スピンドルがランプアップ（ramp up）しているとき)に、スピンドル駆動装置120がクランプされたバーBで駆動軸130を駆動した後、例示的な長い細長いワークピースとして、バーBがスピンドル軸の周りを一定の回転速度で回転するとき、回転ガイドブッシュ、特にコレット210が、バーBと同じ回転速度で回転することが望ましい。
さらに、例えば、クランプされたワークピース(スピンドルコレット140を介してクランプされた)を有するスピンドル軸130がZ方向に動かされるときに、バーBをZ方向に動かすオプションおよび機能を有するために、バーBは、回転ガイドブッシュコレット210のクランプされた状態で、Z方向に動くことができることが望ましい。
これは特に、Z方向に移動可能なスピンドルを有する工作機械におけるスピンドルアセンブリにおいて(例えば、摺動主軸台を有するスピンドルにおいて)、これはバーBが機械加工動作中に、スピンドルコレット140と共にZ方向に移動し、バーBを堅固にクランプすることを必要とし、一方、回転ガイドブッシュコレット210はスピンドルおよびスピンドルコレット140で堅固にクランプされたワークピースのZ移動を可能にするように、バーBをよりゆるくクランプすることが望まれる。
すなわち、典型的な機械加工作業では、たとえ切削工具または他の工具がバーBの先端に係合しても、バーBがスピンドル100の回転速度でスピンドル軸の周りを確実に回転するように、スピンドルコレット140でのクランプ状態がバーBを堅固にクランプする。
一方、回転ガイドブッシュコレット210におけるクランプ状態はバーBが回転ガイドブッシュコレット210を通ってZ方向に移動できるように、バーBをより緩くクランプする。
しかしながら、ランプアップ段階の間、スピンドル回転がスピンドル駆動装置120によって加速されるとき、回転ガイドブッシュコレット210の上述のより緩いクランプ状態のために、バーBを介して回転駆動スピンドル軸130から回転ガイドブッシュコレット210に伝達されるトルクはないか、またはほんのわずかしか伝達されないので、バーBの回転は、回転ガイドブッシュの回転とスピンドル回転とを同期させることができない。
したがって、スピンドル回転の加速およびその減速の位相のために、スピンドル軸130に隣接するスピンドル軸と平行に配置された回転支持された伝達シャフト310と、スピンドル軸130と伝達シャフト310との間に配置された駆動ベルト320Aとを含む、別個の駆動機構が設けられる。
スピンドル軸130が回転すると、駆動ベルト320Aを介して回転トルクを伝達することができ、伝達シャフト310は、スピンドル駆動装置120によって駆動されるスピンドル軸130の回転速度と同期して加速、回転、および減速する。
さらに、別の駆動ベルト320Bが、伝達シャフト310と回転ガイドブッシュアセンブリ200の回転スリーブとの間に配置される。したがって、伝達シャフト310が回転すると、回転トルクを駆動ベルト320Bを介して伝達することができ、回転ガイドブッシュおよび回転ガイドブッシュコレット210は、伝達シャフト310を介したトルク伝達によってスピンドル駆動装置120によって駆動される伝達シャフト310の回転速度と同期して加速、回転、および減速する。
したがって、このような追加の駆動機構によって、回転ガイドブッシュおよび回転ガイドブッシュコレット210は伝達シャフト310を介したトルク伝達によってスピンドル駆動装置120によって駆動されることによって、スピンドル軸130およびバーBの回転速度と同期して加速、回転、および減速し、回転ガイドブッシュを通るZ方向のバーBの移動は、所望とするのが可能である。
この例では、スピンドルアセンブリ100および回転ガイドブッシュアセンブリ200がスピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200との間の領域の外側に配置され、スピンドル軸に対して半径方向に変位されるトルク伝達接続部によって互いに接続するように構成され、スピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを、回転ガイドブッシュアセンブリ200の回転ガイドブッシュに伝達する。
このようなトルク伝達接続部は、スピンドル軸130に隣接するスピンドル軸と平行に配置された回転支持された伝達シャフト310と、スピンドル軸130と伝達シャフト310との間に配置された駆動ベルト320Aと、伝達シャフト310と回転ガイドブッシュアセンブリ200の回転スリーブとの間に配置された駆動ベルト320Bとを含んでいる。
しかしながら、この背景例はスピンドル駆動装置が回転ガイドブッシュの回転を駆動するためにも使用されるという利点を有するが、スピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200との間の領域の外側に配置され、スピンドル軸に対して半径方向に変位される、上記のトルク伝達接続部による追加の駆動機構が提供される必要があり、その結果、スピンドルアセンブリは費用効果が高く、効率的で、コンパクトな機構として提供することができない。
図2は、背景例による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図を例示している。この例では、外部駆動モータ410を含む追加の駆動機構400も設けられている。
したがって、スピンドルの回転およびその減速の加速段階のために、外部駆動モータ410および駆動ベルト420を含む別個の駆動機構400が、駆動モータ410と回転ガイドブッシュアセンブリ200の回転スリーブとの間に配置される。これにより、駆動モータ410が駆動ベルト420を駆動すると、駆動ベルト420を介して回転トルクを伝達することができ、外部駆動モータ410の駆動により、回転ガイドブッシュ及び回転ガイドブッシュコレット210が加速、回転及び減速する。
外部駆動モータ410を、例えば制御ソフトウェアによって同期されているスピンドル駆動装置120であるマスタ駆動の従属スレーブ駆動として駆動することによって、回転トルクは、回転ガイドブッシュおよび回転ガイドブッシュコレット210がスピンドル軸130およびバーBの回転速度と同期して加速、回転、および減速するように、駆動ベルト420を介して伝達することができる。
したがって、このような追加の駆動機構400によって、回転ガイドブッシュおよび回転ガイドブッシュコレット210は駆動ベルト420を介して同期制御された外部駆動モータ410によって駆動されることによって、スピンドル軸130およびバーBの回転速度と同期して加速、回転、および減速し、回転ガイドブッシュを通るZ方向のバーBの移動は、所望とすることが可能である。
しかし、この例ではスピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200がトルク伝達接続部によって互いに接続されておらず、スピンドル駆動と同期させる必要がある追加の外部駆動モータ410を備えた追加の駆動機構400を設ける必要があり、その結果、スピンドルアセンブリは費用効果が高く、効率的で、コンパクトな機構として提供することができない。
図3は、第１の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図を例示的に示す。
典型的には、スピンドルアセンブリ100を有するスピンドル装置がスピンドルハウジング110と、内蔵のスピンドル駆動装置120と、回転可能に支持されたスピンドル軸130と、スピンドルに受け入れられた、例えばバーBのようなワークピースをクランプするためにスピンドルの前部に配置されたスピンドルコレット140とを含む。
上記の図1および図2と同様に、バーBをスピンドル軸の軸方向(以下、Z方向と呼ぶ)に押す/移動させることができるようにするために、例えば、バーBの別の部分を、工具がバーBと係合する機械加工領域に向かって移動させるために、スピンドルコレット140を解放することができる(例えば、スピンドルコレット140を作動させてバーBを解放することによって)。
このようなクランプ機能のために、バーBをクランプおよびアンクランプ(解放)するために、スピンドルコレット140は自動的に、例えば、電子的に、電磁的に、空気圧的に、および/または油圧的に作動されることができる。
スピンドルの前方には、軸方向に配置された回転ガイドブッシュアセンブリ200Aが設けられており、この回転ガイドブッシュアセンブリ200Aは回転ガイドブッシュを工作機械に、例えば、工作機械フレームに、専用の支持構造に、または工作機械600のスピンドル支持構造に、図1と同様に取り付けるための取り付け構造(図3には図示せず)によって取り付けることができる。
回転ガイドブッシュアセンブリ200Aは例示的に、回転ガイドブッシュアセンブリ200Aの前部に例示的に配置された回転ガイドブッシュコレット210Aを含む。回転ガイドブッシュコレット210Aは、フランジ230の内側に例示的に配置される。
手動クリアランス調整を有する回転ガイドブッシュコレット210を備えた回転ガイドブッシュアセンブリ200とは対照的に、回転ガイドブッシュアセンブリ200Aは例示的に、自動クリアランス調整を有する回転ガイドブッシュコレット210Aを含む。すなわち、210Aは、自動クリアランス調整付きの回転ガイドブッシュコレット210Aである。
さらに、回転ガイドブッシュアセンブリ200Aは、回転ガイドブッシュアセンブリ200Aの回転ガイドブッシュハウジング内のベアリングによって、回転支持された回転ガイドブッシュコレット210Aおよびフランジ230と共に回転支持されたスリーブ240を例示的に含む。
例示的に、図3において、スピンドル装置はスピンドル100の前方に取り付けられた回転ガイドブッシュアセンブリ200A(回転ガイドブッシュ)をさらに含み、特に、例示的なワークピースとしてのバーBが、回転ガイドブッシュ200の前側に例示的に配置された回転ガイドブッシュコレット210Aを通って延びることができるように配置されている。
さらに、バーBをZ方向に押す/移動させるために、例えば、工具がバーBと係合する機械加工領域に向かってバーBの別の部分を移動させるために、例えば、スピンドルコレット140でバーBをクランプ解除することによって、回転ガイドブッシュコレット210Aを解放することができる(例えば、バーBを解放するために回転ガイドブッシュコレット210Aを作動させることにより)。
このようなクランプ機能のために、バーBをクランプおよびアンクランプ(解放)するために、回転ガイドブッシュコレット210Aは自動的に、例えば、電子的に、電磁的に、空気圧的に、および/または油圧的に作動されることができる。
図3の例示的な実施形態では回転ガイドブッシュコレット210Aが例示的には空気圧または油圧制御によって作動され、回転ガイドブッシュアセンブリ200Aはピストン250およびピストンベアリング260を含む。
ピストン250のチャンバは例示的に、ピストン250の両側に接続され、圧力チャネルは、コレット制御バルブセクション230Bの第1のバルブV1に接続される。
好ましくは、第1のバルブV1が電子制御または電磁制御によって作動させることができる。第1のバルブV1は、2つの異なる圧力レベルP1およびP2に接続されるコレット制御バルブセクション230Bの第2のバルブV2に例示的に接続される。好ましくは、第2のバルブV2が電子制御または電磁制御によって作動させることができる。
第2のバルブV2は、2つの異なる圧力レベルP1とP2との間の圧力選択のために例示的に構成され、P1は好ましくは高圧であり、P2は好ましくは低圧(例えば、P2<P1)である。
第1のバルブV1は例えば、第2のバルブV2によって選択された圧力レベルをピストン250のいずれかの側に加えて、回転ガイドブッシュコレット210Aの開放を作動させてバーBを解放するか、または回転ガイドブッシュコレット210Aの閉鎖を作動させてバーBをクランプするように構成される。
選択された圧力レベルに応じて、回転ガイドブッシュコレット210Aのクランプ状態はバーB(ワークピース)をより緩くクランプするか(Z方向へのワークピースの移動を可能にするが、トルク伝達は制限されているか、またはトルク伝達がない)、または堅固にクランプする(トルク伝達を可能にする)。
したがって、高圧レベルP1を選択するためにバルブV2が作動され、ピストン250に高圧レベルP1を加えることによってバルブV1が作動して回転ガイドブッシュコレット210Aを閉じる場合、バーBは、(トルク伝達を可能にするために)回転ガイドブッシュコレット210Aによって堅固にクランプされる。
しかし、バルブV2が低圧レベルP2を選択するように作動され、バルブV1が低圧レベルP2をピストン250に加えることによって回転ガイドブッシュコレット210Aを閉じるように作動する場合、バーBは回転ガイドブッシュコレット210Aによってより緩くクランプされる(Z方向へのワークピースの移動を可能にするが、トルク伝達は制限されているか、またはトルク伝達がない)。
自動クリアランス調整のために、第3の最低レベル圧力レベルは回転ガイドブッシュコレット210Aが第1または第2のクランプ状態のいずれかの代わりにアンクランプ/解放状態にあるときに、ワークピースのサイズ/直径に応じて適切なクリアランスを達成するように調整することができる。これは、回転ガイドブッシュコレット210Aの解放状態におけるクリアランスが製造ばらつきに起因してサイズのわずかなばらつきを有する可能性がある異なるワークピースを機械加工する間であっても、自動的に調整されることができるという利点を有する。
上記の圧力レベルP1とP2との間の圧力選択の結果として、回転ガイドブッシュコレット210Aの作動機構は2つの異なるクランプ状態、すなわち、バーB(ワークピース)が回転ガイドブッシュコレット210Aによって堅固にクランプされる第1のクランプ状態と、バーB(ワークピース)が回転ガイドブッシュコレット210Aによってより緩くクランプされる第2のクランプ状態とを可能にするように構成される。
したがって、スピンドル回転を加速(または減速)するために、スピンドルコレット140はワークピース(バーBなど)を堅固にクランプするように作動され、回転ガイドブッシュアセンブリ200Aの回転ガイドブッシュコレット210AはバーB(ワークピース)が回転ガイドブッシュコレット210Aによって堅固にクランプされる第1のクランプ状態によって作動され、トルク伝達を可能にし、例えば、バルブV2が高圧レベルP1を選択するように作動され、バルブV1がピストン250に高圧レベルを印加することによって回転ガイドブッシュコレット210Aを閉じるように作動され、その結果、バーBは、回転ガイドブッシュコレット210Aによって堅固にクランプされる。
次いで、ランプアップ段階の間、スピンドル回転がスピンドル駆動装置120によって加速されるとき、駆動トルクは回転駆動されるスピンドル軸130から回転ガイドブッシュコレット210AにバーBを介して直接伝達されることができ、その結果、バーB(ワークピース)の回転は、スピンドル回転の加速または減速の間、スピンドル回転を回転ガイドブッシュの回転と同期させるために使用されることができる。
このようなフェーズの間、工具は通常、このフェーズの間、ワークピースと係合せず、機械加工作業は行われないので、ワークピースはZ方向に移動することができないが、これは通常、スピンドルの加速/減速の間、必要とされない。
加工作業のためのスピンドルの目標回転速度が達成されると、スピンドル軸130、バーB、および回転ガイドブッシュがほぼ一定の回転速度で同期して回転するとき、第2のバルブV2を作動させて低圧レベルP2を選択することができ、次いでバルブV1を作動させて、ピストン250に低圧レベルP2を加えることによって回転ガイドブッシュコレット210Aを閉じ、その結果、バーBは、回転ガイドブッシュコレット210Aによってより緩くクランプされて、ワークピースのZ移動を可能にする。
したがって、例示的な細長いワークピースとしてのバーBが一定の回転速度でスピンドル軸の周りを回転する場合、例えば、スピンドル駆動装置120が初期加速段階中にクランプされたバーBで駆動軸130を駆動した後(例えば、スピンドルがランプアップしている場合)、回転ガイドブッシュ、具体的にはコレット210AはバーBと同じ回転速度で回転し、バーBは有利には依然として、スピンドルコレット140が機械加工作業中にバーBを堅固にクランプしながら、スピンドルと共にZ方向に移動することができ、一方で回転ガイドブッシュコレット210AはバーBをより緩くクランプする。
すなわち、典型的な機械加工作業では、たとえ切削工具または他の工具がバーBの先端に係合しても、バーBがスピンドル100の回転速度でスピンドル軸の周りを確実に回転するように、スピンドルコレット140でのクランプ状態がバーBを堅固にクランプする。
一方、回転ガイドブッシュコレット210Aにおけるクランプ状態はバーBが回転ガイドブッシュコレット210Aを通ってZ方向に移動できるように、バーBをより緩くクランプする。
一旦、スピンドル回転の作動速度が減速の加速によって変更される必要があると、第2のバルブV2は、高圧レベルP1を選択するために再び作動されることができ、次いで、バルブV1はピストン250に高圧レベルを適用することによって、回転ガイドブッシュコレット210Aを閉じるように作動し、その結果、バーBはトルク伝達を可能にするために、回転ガイドブッシュコレット210Aによって堅固にクランプされる。
次いで、再び、スピンドル回転がスピンドル駆動装置120によって加速されると、駆動トルクは回転駆動されるスピンドル軸130からバーBを介して回転ガイドブッシュコレット210Aに直接伝達されることができ、その結果、バーB(ワークピース)の回転は、スピンドル回転の加速または減速の間、スピンドル回転を回転ガイドブッシュの回転と同期させるために使用されることができる。
このようなフェーズの間、工具は通常、このフェーズの間、ワークピースと係合せず、機械加工作業は行われないので、ワークピースはZ方向に移動することができないが、これは通常、スピンドルの加速/減速の間、必要とされない。
この例示的な実施形態では、スピンドルアセンブリ100および回転ガイドブッシュアセンブリ200がスピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを、特にトルク伝達接続部500Aを介して、特にワークピース/バーBを介して、回転ガイドブッシュアセンブリ200の回転ガイドブッシュに伝達するように、スピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200との間にスピンドル軸に沿って配置されるトルク伝達接続部500Aによって、特にスピンドル回転の加速または減速の段階中に、互いに接続するように構成される。
例示的に、図3では、トルク伝達接続部500Aがスピンドルコレット140、バーB、および回転ガイドブッシュコレット210Aを含んでいる。
図3の構成では図1及び図2のような追加の駆動機構を設ける必要がないので、スピンドルアセンブリは有利には費用効果が高く、効率的で、コンパクトな機構として提供することができる。
さらなる例示的な実施形態は単独で、または図3の上記の態様と組み合わせて使用することができるさらなる態様に関し、そのような態様は、もはや以下で説明されないことに留意されたい。
図4は、第２の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図を例示的に示す。
図4は上記の例示的な実施形態と同様に配置されたスピンドル100および回転ガイドブッシュ200または200Aを例示的に示し、図面に関連する。具体的にはこの例示的な実施形態が手動クリアランス調整を伴う回転ガイドブッシュコレット210を有する回転ガイドブッシュ200を使用することによって実現されてもよく、または自動クリアランス調整を伴う回転ガイドブッシュコレット210Aを有する回転ガイドブッシュ200Aを使用することによって実現されてもよい。また、この例示的な実施形態は、上記または以下の例示的な実施形態のいずれかと組み合わせることができることに留意されたい。
スピンドル100と回転ガイドブッシュ200A(または200)との間には、一端がスピンドル100の前側に取り付けられ、他端が回転ガイドブッシュアセンブリ200A(または200)の後側に取り付けられた伸張可能なジョイント構造500Bが設けられている。
伸張可能なジョイント構造500Bはスピンドル軸の周りの回転中にトルクを伝達するようにスピンドル100と回転ガイドブッシュ200A(または200)とを接合するが、伸張可能なジョイント構造500Bは回転ガイドブッシュ200A(または200)がZ位置に静止したままで、スピンドル100のZ方向の移動を可能にするように、Z方向に長さが伸びるように構成される。
したがって、伸張可能なジョイント構造500Bはスピンドル100がZ方向に摺動する間に、(好ましくは弾性的に)伸長/短縮するように構成される。
図5A～5Cは、第6の例示的な実施形態で使用されるような伸張可能なジョイント構造の異なる図を例示的に示す。
伸張可能なジョイント構造500Bはスピンドル100(マスタ)から回転ガイドブッシュ200Aまたは200(スレーブ)にトルクを伝達するために高いねじり剛性を保証する「ベローズ」構造解決策を実現するために、例えばねじまたはボルトなどの固定要素503によって互いに1つずつ接続された異なる可能な形状および材料のいくつかの要素501によって例示的に実現される。
各要素501は中心穴502を有し、中心穴502はバーB(ワークピース)が中心穴502を通ってスピンドル100から回転ガイドブッシュ200A(または200)まで延びることができるように、スピンドル軸(Z軸)の軸方向に配置される。
例示的には要素501がZ方向に見て実質的に十字形であり、Z方向に垂直に見て板状であり、例示的にはある要素501の交差部分のうちの1つを一方の側で別の要素501に取り付けることができ、交差部分のうちの他の1つを他方の側で別の要素501に取り付けることができ、要素501がZ方向に積み重ねられた配置で配置されるように、異なる交差角を有する。
この例示的な実施形態では、スピンドルアセンブリ100および回転ガイドブッシュアセンブリ200がスピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを回転ガイドブッシュアセンブリ200の回転ガイドブッシュに伝達するように、スピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200との間にスピンドル軸に沿って配置される伸張可能なジョイント構造500Bによって実現されるトルク伝達接続部によって、特に伸張可能なジョイント構造500Bによって実現されるトルク伝達接続部によって常に互いに接続するように構成される。
例示的に、図4では、トルク伝達接続部が特に、手動クリアランス調整を有する回転ガイドブッシュコレット210を有する回転ガイドブッシュ200が使用される場合、単一のトルク伝達接続部として伸張可能なジョイント構造500Bを含むことができる。
一方、上述のような回転ガイドブッシュコレット210Aを有する回転ガイドブッシュ200Aが使用される場合、例えば、スピンドルアセンブリ100および回転ガイドブッシュアセンブリ200は、スピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200Aとの間にスピンドル軸に沿って配置されたトルク伝達接続部500によって互いに接続するように構成され、スピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを、特にワークピース/バーBを介するトルク伝達接続部500を介して、回転ガイドブッシュアセンブリ200Aの回転ガイドブッシュに伝達する。
例示的に、図4において、手動クリアランス調整を有する回転ガイドブッシュコレット210を有する回転ガイドブッシュ200が図1および図2のように使用される場合、トルク伝達接続部は、伸張可能なジョイント構造500Bによって実現され、一方、回転ガイドブッシュコレット210Aを有する回転ガイドブッシュ200Aが図3のように使用される場合、トルク伝達接続部500は伸張可能なジョイント構造500Bに加えて、特に、スピンドル回転の加速または減速の段階の間、スピンドルコレット140、バーB、および回転ガイドブッシュコレット210Aを含んでいる。
すなわち、図4において、図3のように回転ガイドブッシュコレット210Aを有する回転ガイドブッシュ200Aが使用される場合、スピンドルアセンブリ100および回転ガイドブッシュアセンブリ200Aはスピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを回転ガイドブッシュアセンブリ200Aの回転ガイドブッシュに、特にトルク伝達接続部500を介して、特にワークピース/バーBおよび伸張可能なジョイント構造500Bを介して伝達するように、スピンドル軸に沿ってスピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200Aとの間に配置されるトルク伝達接続部500によって、特にスピンドル回転の加速または減速の段階中に、互いに接続するように構成される。
このような伸張可能なジョイント構造500は、図3の構成だけでなく、以下に説明する例示的な実施形態のすべてにも任意選択で追加することができることに留意されたい。
いずれにしても、図4の構成では図1および図2のような追加の駆動機構を設ける必要がないので、スピンドルアセンブリは有利には費用効果が高く、効率的で、コンパクトな機構として提供することができる。
図6は、第３の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図を例示的に示す。
典型的には、スピンドル装置100がスピンドルハウジング110と、内蔵のスピンドル駆動装置120と、回転可能に支持されたスピンドル軸130と、スピンドルに受け入れられた、例えばバーBのようなワークピースをクランプするためにスピンドルの前部に配置されたスピンドルコレット140とを含む。
上記の図1、図2、および図3と同様に、バーBをスピンドル軸の軸方向(以下、Z方向と呼ぶ)に押す/移動させることができるようにするために、例えば、工具がバーBと係合する機械加工領域に向かってバーBの別の部分を移動させるために、スピンドルコレット140を解放することができる。
このようなクランプ機能のために、バーBをクランプおよびアンクランプするために、スピンドルコレット140は自動的に、例えば、電子的に、電磁的に、空気圧的に、および/または油圧的に作動され得る。
スピンドルの前方には例えば上述したように、軸方向に配置された回転ガイドブッシュアセンブリ200又は200Aが設けられ、これは回転ガイドブッシュを工作機械600、例えば機械フレーム、専用支持構造体、又は図1と同様のスピンドル支持構造体に取り付けるための取付構造体(図4には図示せず)によって取り付けることができる。
回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aは例示的に、回転ガイドブッシュアセンブリ200または210Aの前部に例示的に配置された回転ガイドブッシュコレット210または210A(例えば、上述のような)を含む。回転ガイドブッシュコレット210または210Aは、フランジ230の内側に例示的に配置される。
さらに、回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aは、回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aの回転ガイドブッシュハウジング内のベアリングによって、回転支持された回転ガイドブッシュコレット210または210Aおよびフランジ230と共に回転支持されるスリーブ240を例示的に含む。
例示的に、図6では、回転ガイドブッシュアセンブリ200または200A(回転ガイドブッシュ)が例示的なワークピースとしてのバーBが例示的に回転ガイドブッシュ200または200Aの前側に配置された回転ガイドブッシュコレット210または210Aを通って延びることができるように配置されている。
回転ガイドブッシュコレット210または210Aの位置において、図6の回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aは、フリーホイールアセンブリ270Aをさらに例示的に含んでいる。
このようなフリーホイールアセンブリはいくつかの例示的な実施形態では一方向に構成することができるが、1つのフリーホイールアセンブリのみが例示的に使用される場合、好ましくは双方向フリーホイールとして実現される。
例えば、自転車から知られているように、一方向フリーホイールは被駆動要素がほぼ等しい回転速度(実質的にトルクが伝達されない)または駆動軸よりも速く回転するときに、被駆動要素(例えば、回転ガイドブッシュ、または特に回転ガイドブッシュコレット210または210A)から駆動軸(例えば、バーB/ワーク)を切り離し、被駆動要素(例えば、回転ガイドブッシュ、または特定の回転ガイドブッシュコレット210または210A)と駆動要素(例えば、回転ガイドブッシュ、または特定の回転ガイドブッシュコレット210または210A)と係合する機構で、被駆動要素が駆動軸に比較してほぼ等しい回転速度(トルクが伝達される)で回転するときに係合する。
一方向フリーホイールは、典型的にはロック方向(又は駆動動作方向)及びフリーホイール方向(又はフリーホイール動作方向)を有する。例えば、一方向フリーホイールが時計回りのロック方向を有する場合、それは反時計回りのフリーホイール方向を有し、逆もまた同様である。
一方、２方向(または双方向)フリーホイールは被駆動要素が実質的にトルクが伝達されずにほぼ等しい回転速度で回転するときに被駆動要素(例えば、回転ガイドブッシュまたは特に回転ガイドブッシュコレット210または210A)から駆動軸(例えば、バーB/ワークピース)を係合解除し、被駆動要素がトルクが伝達されてほぼ等しい回転速度で回転するときに駆動軸(例えば、バーB/ワークピース)を被駆動要素(例えば、回転ガイドブッシュまたは特に回転ガイドブッシュコレット210または210A)と係合する、トランスミッション内の機構である。
単純な2方向(または双方向)フリーホイールアセンブリは、反対のロック方向配向で2つの一方向フリーホイールを用いることによって提供することができる。
図6に例示的に見ることができるように、例示的なワークピースとしてのバーBは回転ガイドブッシュコレット210または210Aを通り、フリーホイール270Aを通って延びることができ、フリーホイール270Aは、バーBとロック/係合するか、またはバーBとフリーホイール/係合解除するように配置される。
ランプアップフェーズの間、スピンドル回転がスピンドル駆動装置120によって加速されるとき(フリーホイール270Aが一方向である場合、フリーホイール270Aのロック方向に従って)、駆動トルクは、駆動トルクの発生がバーBをフリーホイール270Aにロック/係合するので、回転駆動スピンドル軸130から210Aの回転ガイドブッシュコレット210にバーBを介して直接伝達され得る。
したがって、バーB(ワークピース)の回転を使用して、スピンドル回転の加速および/または減速中にスピンドル回転を回転ガイドブッシュの回転と同期させることができる。
単一の一方向フリーホイールのみが使用される場合、同期は加速または減速のいずれかの間にのみ達成され得るが、2方向(または双方向)フリーホイールについては同期がスピンドルの加速および減速の両方について達成され得、したがって、図6の構成において、２方向(または双方向)フリーホイール270Aを使用することが好ましいことが留意される。
このような速度変化段階の間、ワークピースはZ方向に移動することができないが、工具は通常、この段階の間、ワークピースと係合せず、機械加工作業は行われないので、これは通常、スピンドルの加速/減速の間、必要とされない。
加工作業のためのスピンドルの目標回転速度が達成されると、スピンドル軸130、バーB及び回転ガイドブッシュが実質的に一定の回転速度で同期して回転するとき、トルクは実質的に加えられず、フリーホイール270Aはロック/係合状態を解放する。
したがって、例示的な細長いワークピースとしてのバーBが一定の回転速度でスピンドル軸の周りを回転するとき、例えば、スピンドル駆動装置120が初期加速段階中にクランプされたバーBで駆動軸130を駆動した後(例えば、スピンドルがランプアップしているとき)、回転ガイドブッシュ、具体的にはコレット210または210AはバーBと同じ回転速度で回転し、なおバーBは有利には機械加工作業中に依然としてバーBを堅固にクランプしているスピンドルコレット140と共にZ方向にスピンドルと共に移動することができ、一方、回転ガイドブッシュコレット210または210AはバーBを緩くクランプしており、フリーホイール270AはバーBをロックしない。
すなわち、典型的な機械加工作業では、たとえ切削工具または他の工具がバーBの先端に係合しても、バーBがスピンドル100の回転速度でスピンドル軸の周りを確実に回転するように、スピンドルコレット140でのクランプ状態がバーBを堅固にクランプする。
一方、回転ガイドブッシュコレット210または210Aにおけるクランプ状態はバーBが回転ガイドブッシュコレット210または210Aを通ってZ方向に移動することが依然として許容されるように、バーBをかなり緩くクランプする。
この例示的な実施形態では、スピンドルアセンブリ100および回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aがスピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを、特にトルク伝達接続部500Cまたは500を介して、特にワークピース/バーBを介して、回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aの回転ガイドブッシュに伝達するように、スピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aとの間にスピンドル軸に沿って配置されたトルク伝達接続部500Cまたは500によって、特にスピンドル回転の加速または減速の段階中に、互いに接続するように構成される。
例示的に、図6において、手動クリアランス調整を有する回転ガイドブッシュコレット210を有する回転ガイドブッシュ200が図1および図2のように使用される場合、トルク伝達接続部500Cは、スピンドルコレット140、バーB、およびフリーホイール270Aを含むか、またはそれによって実現される。一方、図3のような回転ガイドブッシュコレット210Aを有する回転ガイドブッシュ200Aが使用される場合、トルク伝達接続部500は、スピンドルコレット140、バーB、およびフリーホイール270Aを含むか、またはそれらによって実現されるトルク伝達接続部500Cに加えて、バーBを強固にクランプするように切り換えることができる回転ガイドブッシュコレット210Aを含む。
さらに、図4に関連して例示的に説明したような伸張可能なジョイント構造500Bが使用される場合、回転ガイドブッシュコレット210または210Aが使用されるかどうか、および伸張可能なジョイント構造500Bに応じて、トルク伝達接続部500Cまたは500を含むか、またはトルク伝達接続部500Cまたは500によって実現される。
いずれにしても、図6の構成では図1および図2のような追加の駆動機構を設ける必要がないので、スピンドルアセンブリは有利には費用効果が高く、効率的で、コンパクトな機構として提供することができる。
図7は、第４の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図を例示的に示す。
図7の例示的な実施形態は、フリーホイール機構270Aが回転ガイドブッシュコレット210または210Aと比較して、回転ガイドブッシュアセンブリの反対側に配置されるという違いを除いて、図6と同様である。
具体的には、フリーホイール機構270Aが例示的に、ワークピーススピンドルに面する回転ガイドブッシュアセンブリの側(すなわち、回転ガイドブッシュアセンブリの後側)に設けられる。これは、フリーホイール270Aとスピンドルコレット140との間の距離を減少させることができ、そのような態様がスピンドルの加速中のトルク伝達のためのバーBの臨界長さを制限することができ、回転ガイドブッシュの回転を同期して駆動するためにスピンドルの加速中にトルクを伝達するためにより細いバーBを依然として使用することができるという利点を有する。
この例示的な実施形態では、スピンドルアセンブリ100および回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aがスピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを、特にトルク伝達接続部500Dまたは500を介して、特にワークピース/バーBを介して、回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aの回転ガイドブッシュに伝達するように、スピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aとの間にスピンドル軸に沿って配置されたトルク伝達接続部500Dまたは500によって、特にスピンドル回転の加速または減速の段階中に、互いに接続するように構成される。
例示的に、図7において、手動クリアランス調整を有する回転ガイドブッシュコレット210を有する回転ガイドブッシュ200が図1および図2のように使用される場合、トルク伝達接続部500Dは、スピンドルコレット140、バーB、およびフリーホイール270Aを含むか、またはそれによって実現される。一方、図3のような回転ガイドブッシュコレット210Aを有する回転ガイドブッシュ200Aが使用される場合、トルク伝達接続部500は、スピンドルコレット140、バーB、およびフリーホイール270Aを含むか、またはそれらによって実現されるトルク伝達接続部500Dに加えて、バーBを堅固にクランプするように切り換えることができる回転ガイドブッシュコレット210Aを含む。
さらに、図4に関連して例示的に説明したような伸張可能なジョイント構造500Bが使用される場合、トルク伝達接続部全体は、回転ガイドブッシュコレット210または210Aが使用されるか否か、および伸張可能なジョイント構造500Bが使用されるか否かに応じて、トルク伝達接続部500Dまたは500Dを含むかまたはそれによって実現される。
いずれにしても、図7の構成では、図1および図2のような追加の駆動機構を設ける必要がなく、スピンドルアセンブリを、費用効果が高く、効率的で、コンパクトな機構として有利に提供することができる。
上述したように、例えば図6及び図7のような単一のフリーホイールの場合、フリーホイールは、好ましくは双方向フリーホイールとして実現される。
図8Aおよび8Bは、例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有するスピンドル装置で使用するための双方向フリーホイール機構270Aの概略断面図を例示的に示す。
図8Aの例示的なフリーホイール270Aは外側リング271と、外側リング271のそれぞれの対称的な幅の広い溝271Aの内側で外側リング271の内周の周りに配置された複数の球状クランプ要素272とを例示的に含む2方向(または双方向)フリーホイールであり、球状クランプ要素272のわずかな接線方向の移動を可能にし、各溝271Aの中心から接線方向の両方の対称方向に狭くなる。
図8Bの例示的なフリーホイール270Aは外側リング271と、外側リング271のそれぞれの収容穴の内側で外側リング271の内周の周りに配置され、押圧要素273(例えば、ばねまたはゴム要素)によって半径方向内側に押される複数のクランプ要素272とを例示的に含む、2方向(または双方向)フリーホイールである。クランプ要素272は例示的に、外側リング271を通って軸方向に延びるバーBに面する円形断面底部と、バーBの直径よりも大きい円形断面底部の直径とを有する。
図9は、第５の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図を例示的に示す。
図9の例示的な実施形態は、回転ガイドブッシュコレット210または210Aの対向する端部に配置された2つのフリーホイール機構270B1および270B2が設けられている点を除いて、図6と同様である。例えば、2つの一方向フリーホイールが好ましくは対向するロック方向に配置されて提供されてもよく、または、2つの双方向フリーホイールが好ましくは提供されてもよい。
この例示的な実施形態では、スピンドルアセンブリ100および回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aがスピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを、特にトルク伝達接続部500Eまたは500を介して、特にワークピース/バーBを介して、回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aの回転ガイドブッシュに伝達するように、スピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aとの間にスピンドル軸に沿って配置されるトルク伝達接続部500Eまたは500によって、特にスピンドル回転の加速または減速の段階中に、互いに接続するように構成される。
例示的に、図9において、手動クリアランス調整を有する回転ガイドブッシュコレット210を有する回転ガイドブッシュ200が図1および図2のように使用される場合、トルク伝達接続部500Eは、スピンドルコレット140、バーB、ならびにフリーホイール270B1および/または270B2を含むか、またはそれらによって実現される。
ここで、「フリーホイール270B1及び/又は270B2」の手段において、双方向フリーホイールの場合、両フリーホイールはスピンドル加速及びスピンドル減速の間のトルク伝達の機能に関与するが、一方向フリーホイールが反対のロック方向に配置されている場合、フリーホイールの一方のみが、ある回転方向のスピンドル加速の間のトルク伝達の機能に関与し、他方のフリーホイールのみが、ある回転方向のスピンドル減速の間のトルク伝達の機能に関与し、フリーホイールの一方はそれぞれフリーホイールであり、他方の回転方向の加速及び減速に関してはフリーホイールスイッチの役割である。
一方、図3のような回転ガイドブッシュコレット210Aを有する回転ガイドブッシュ200Aが使用される場合、トルク伝達接続部500は、スピンドルコレット140、バーB、ならびにフリーホイール270B1および/または270B2を含むか、またはそれらによって実現されるトルク伝達接続部500Eに加えて、バーBを堅固にクランプするように切り換えることができる回転ガイドブッシュコレット210Aを含む。
さらに、図4に関連して例示的に説明したような伸張可能なジョイント構造500Bが使用される場合、トルク伝達接続部全体は、回転ガイドブッシュコレット210または210Aが使用されるか否か、および伸張可能なジョイント構造500Bが使用されるか否かに応じて、トルク伝達接続部500Eまたは500Eを含むかまたはそれによって実現される。
いずれにしても、図9の構成では図1および図2のような追加の駆動機構を設ける必要がないので、スピンドルアセンブリは費用効果が高く、効率的で、コンパクトな機構として有利に提供することができる。
図10は、第６の例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有する別の例示的なスピンドル装置の概略断面図を例示的に示す。
図10の例示的な実施形態は、2つのフリーホイール270B1および270B2が回転ガイドブッシュコレット210または210Aと比較して、回転ガイドブッシュアセンブリの反対側に配置されるという違いを除いて、図9と同様である。具体的には、2つのフリーホイール270B1および270B2が例示的に、ワークピーススピンドルに面する回転ガイドブッシュアセンブリの側に(すなわち、回転ガイドブッシュアセンブリの後側に)設けられる。
これは、フリーホイールとスピンドルコレット140との間の距離を減少させることができ、このような態様はスピンドルの加速中のトルク伝達のためのバーBの臨界長さを再び制限することができ、回転ガイドブッシュの回転を同期して駆動するために、スピンドルの加速中にトルクを伝達するためにより細いバーBをなお使用することができるという利点を有する。
さらに、2つの一方向フリーホイールが好ましくは対向するロック方向に配置されて提供されてもよく、または2つの双方向フリーホイールが好ましくは提供されてもよい。
この例示的な実施形態では、スピンドルアセンブリ100および回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aがスピンドルモータによって駆動されるスピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを、特にトルク伝達接続部500Fまたは500を介して、特にワークピース/バーBを介して、回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aの回転ガイドブッシュに伝達するように、スピンドルアセンブリ100と回転ガイドブッシュアセンブリ200または200Aとの間にスピンドル軸に沿って配置されるトルク伝達接続部500Fまたは500によって、特にスピンドル回転の加速または減速の段階中に、互いに接続するように構成される。
例示的に、図10において、手動クリアランス調整を有する回転ガイドブッシュコレット210を有する回転ガイドブッシュ200が図1および図2のように使用される場合、トルク伝達接続部500Fは、スピンドルコレット140、バーB、ならびにフリーホイール270B1および/または270B2を含むか、またはそれらによって実現される。
一方、図3のような回転ガイドブッシュコレット210Aを有する回転ガイドブッシュ200Aが使用される場合、トルク伝達接続部500は、スピンドルコレット140、バーB、ならびにフリーホイール270B1および/または270B2を含むか、またはそれらによって実現されるトルク伝達接続部500Fに加えて、バーBを堅固にクランプするように切り換えることができる回転ガイドブッシュコレット210Aを含む。
さらに、図4に関連して例示的に説明したような伸張可能なジョイント構造500Bが使用される場合、回転ガイドブッシュコレット210または210Aが使用されるかどうか、および伸張可能なジョイント構造500Bに応じて、トルク伝達接続部500Fまたは500を含むか、またはトルク伝達接続部500Fまたは500によって実現される。
いずれにしても、図10の構成では図1および図2のような追加の駆動機構を設ける必要がないので、スピンドルアセンブリは費用効果が高く、効率的で、コンパクトな機構として有利に提供することができる。
上述したように、例えば図9及び図10のような2つのフリーホイールの場合、フリーホイールは反対のロック方向(すなわち、時計回りのロック方向及び反時計回りのフリーホイール方向を有する一方向フリーホイールと、反時計回りのロック方向及び時計回りのフリーホイール方向を有する他の一方向フリーホイール)で配置された2つの一方向フリーホイールとして実現することができる。
図11A～11Cは、例示的な実施形態による被駆動回転ガイドブッシュを有するスピンドル装置で使用するための一方向フリーホイール機構270Bの概略断面図を例示的に示す。
図11Aの例示的なフリーホイール270Bは内側バーBに対する外側リングの時計回りのフリーホイール方向および反時計回りのロック方向を有する一方向フリーホイールであり、フリーホイールは例示的に、外側リング271と、外側リング271の内周の周りに配置された複数のクランプ要素272(例えば、スプラグ（sprag）またはローラ)とを含んでいる。
図11Bの例示的なフリーホイール270Bは内側バーBに対する外側リングの時計回りのフリーホイール方向および反時計回りのロック方向を有する一方向フリーホイールであり、フリーホイールは例示的に、外側リング271と、外側リング271のそれぞれの溝271Aの内側の外側リング271の内周の周りに配置された複数の球形クランプ要素272とを含み、クランプ要素272は押圧要素274(例えば、ばねまたはゴム要素)によって押されるピン273によって、それぞれの溝271Aの狭窄部分に向かって接線方向に付勢される。
図11Cの例示的なフリーホイール270Bは内側バーBに対する外側リングの時計回りのフリーホイール方向および反時計回りのロック方向を有する一方向フリーホイールであり、フリーホイールは例示的に、外側リング271と、外側リング271のそれぞれの溝271Aの内側の外側リング271の内周の周りに配置された複数の球形クランプ要素272(1つが示されている)とを含み、クランプ要素272は、ばね部分273によってそれぞれの溝271Aの狭窄部分に向かって接線方向に付勢されている。
上記の例示的な実施形態に加えて、さらなる例示的な実施形態を提供することができ、例えば、図6、7、9、および10に示される好ましい位置に基づいて、複数(2つ、3つ、4つ、またはそれ以上)のフリーホイールを配置することが特に可能である。
上記の例示的な実施形態のすべてにおいて、回転ガイドブッシュコレット140は、好ましくはダブルテーパコレットとして実現されてもよい。
上述のような例示的な実施形態によって、例えば旋盤のワークピース担持スピンドルで使用するための、コンパクトで、費用効果が高く、単純な駆動回転ガイドブッシュアセンブリを提供することによって、機械加工オプションを向上させ、コンパクトで信頼性のある駆動回転ガイドブッシュ概念を提供するための有益な態様および特徴が提案される。
特定の例示的な実施形態が添付の図面に記載され、示されてきたが、そのような実施形態は単に例示的なものであり、広範な発明を限定するものではなく、また、本発明の実施形態は上記の段落に記載されたものに加えて、様々な他の変更、組み合わせ、省略、修正、および置換が可能であるので、示され、説明された特定の構成および配置に限定されない。
当業者は、本発明の開示の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態の様々な適応、修正、および/または組み合わせが構成され得ることを理解するのであろう。当業者はまた、本開示を考慮して、本明細書に記載される本発明の異なる実施形態が、本発明の他の実施形態を形成するために組み合わされてもよいことを理解するのであろう。したがって、本発明は、本明細書で具体的に説明したもの以外で実施することができることを理解されたい。
１００ スピンドル（スピンドルアセンブリ）
１１０ スピンドルハウジング
１２０ スピンドル駆動装置（スピンドルモータ）
１３０ スピンドル軸
１４０ スピンドルコレット
２００、２００A 回転ガイドブッシュアセンブリ
２１０ クランプ部（回転ガイドブッシュコレット）
２３０ フランジ
２４０ スリーブ
２５０ ピストン
２６０ ピストンベアリング
２７０A、２７０B フリーホイール
３１０ 伝達シャフト
３２０A、３２０B 駆動ベルト
４００ 駆動機構
４２０ 駆動ベルト
５００ トルク伝達接続部
６００ 工作機械（旋盤）
Ｂ 細長いワークピース

Claims (14)

  1. 旋盤を下位概念に含む工作機械で使用するためのスピンドル装置であって、
    細長いワークピース(B)を受容するように構成されたワークピーススピンドルと、前記ワークピーススピンドルのスピンドル軸周りに前記ワークピーススピンドルのスピンドル回転を駆動するためのスピンドルモータ(120)とを含むスピンドルアセンブリ(100)と、
    前記スピンドル軸に関して前記ワークピーススピンドルと同軸に配置されている回転ガイドブッシュアセンブリ(200; 200A)であって、前記細長いワークピース(B)を受けるように構成され、前記回転ガイドブッシュアセンブリにおいて支持され、前記細長いワークピース（B）の前記スピンドル軸方向の移動を許容しつつ前記ワークピーススピンドルに受容された前記細長いワークピースとともに前記スピンドル軸の周りを回転する回転ガイドブッシュを含む前記回転ガイドブッシュアセンブリと、
    を備え、
    前記スピンドルモータによって駆動される前記スピンドル回転の加速または減速中の駆動トルクを前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200; 200A)の前記回転ガイドブッシュに伝達するように、前記スピンドルアセンブリ(100)および前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200; 200A)は、前記スピンドル軸に沿って、前記スピンドルアセンブリ(100)と前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200; 200A)との間に配置されているトルク伝達接続部(500; 500A; 500B; 500C; 500D; 500E; 500F)によって、互いに接続するように構成され、
    前記トルク伝達接続部は、前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200; 200A)に配置された1つ以上のフリーホイール(270A; 270B)を含み、その結果、前記回転ガイドブッシュおよび前記ワークピーススピンドルに収容される前記細長いワークピースが、前記1つ以上のフリーホイール(270A; 270B)を通って延在する、ことを特徴とするスピンドル装置。
  2. 前記回転ガイドブッシュアセンブリは前記ワークピーススピンドルの回転の駆動加速または減速と同期して前記回転ガイドブッシュの回転を駆動するために、クランプされた細長いワークピースを通して前記ワークピーススピンドルの回転の駆動加速または減速の間に前記スピンドルモータから加えられる駆動トルクを伝達するように、前記回転ガイドブッシュ内および前記ワークピーススピンドル内に受け入れられる前記細長いワークピースをクランプするように構成されたクランプ部(210A; 270A; 270B)を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
  3. 前記クランプ部は２つのクランプ状態に切り換えられるように動作可能な回転ガイドブッシュコレット(210A)を含み、
    前記回転ガイドブッシュコレット(210A)は、前記２つのクランプ状態のうちの第１のクランプ状態に切り替えられているとき、
    前記ワークピーススピンドルの回転を加速させている間、クランプされた前記細長いワークピース(B)を介した前記スピンドルモータからの駆動トルクの伝達を可能とし前記回転ガイドブッシュの回転をワークピーススピンドルの回転の加速と同期させるように、前記回転ガイドブッシュと前記ワークピーススピンドルとに収容される前記細長いワークピース(B)を堅固にクランプするように構成され、
    前記回転ガイドブッシュコレット(210A)は、前記２つのクランプ状態のうちの第２のクランプ状態に切り替えられているとき、
    前記細長いワークピース(B)のスピンドル軸方向の移動を許容するように、前記回転ガイドブッシュと前記ワークピーススピンドルとに収容される前記細長いワークピース(B)をクランプするように構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のスピンドル装置。
  4. 前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200A)は前記回転ガイドブッシュコレット(210A)を前記２つのクランプ状態の間で自動的に、空気圧的に、油圧的に、電子的に、および/または電磁的に切り替えるように構成されている、ことを特徴とする請求項３に記載のスピンドル装置。
  5. 前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200A)は前記回転ガイドブッシュコレット(210A)を、前記２つのクランプ状態の一方または両方と、前記回転ガイドブッシュ内および前記ワークピーススピンドル内に受け入れられた前記細長いワークピースがクランプされることから解放される解放状態との間で自動的に、空気圧的に、油圧的に、電子的に、および/または電磁的に切り換えるように構成されている、ことを特徴とする請求項３または４に記載のスピンドル装置。
  6. 前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200A)は2つの圧力レベルから選択するように構成された空気圧および/または油圧作動バルブ(V2)を含み、2つの圧力レベルの第1の圧力レベル(P1)は前記回転ガイドブッシュコレット(210A)を2つのクランプ状態の第1のクランプ状態に切り替えるように選択され、2つの圧力レベルの第2の圧力レベル(P2)は前記回転ガイドブッシュコレット(210A)を2つのクランプ状態の第2のクランプ状態に切り替えるように選択される、ことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のスピンドル装置。
  7. 前記回転ガイドブッシュアセンブリは、前記回転ガイドブッシュコレット(210A)を、前記回転ガイドブッシュ及び前記ワークピーススピンドルに受け入れられた前記細長いワークピースがクランプから解放される解放状態に切り換えるように構成された、別の空気圧及び/又は油圧作動バルブ(V1)を含むことを特徴とする、請求項３から６のいずれかに記載のスピンドル装置。
  8. 前記トルク伝達接続部は前記スピンドルアセンブリ(100)および前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200; 200A)に取り付けられた伸張可能なジョイント構造(500B)を含み、前記伸張可能なジョイント構造(500B)は前記スピンドル回転の加速または減速中に駆動トルクを伝達するように構成され、さらに、前記スピンドル軸の方向に弾性的に伸長および/または短縮するように構成されている、ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のスピンドル装置。
  9. 前記伸張可能なジョイント構造(500B)は、ベローズ構造による固定要素(503)によって互いに1つずつ接続された複数の板状要素(501)を含む、ことを特徴とする請求項８に記載のスピンドル装置。
  10. 前記トルク伝達接続部が対向するロック方向で配置された２つの一方向フリーホイール(270B1、270B2)を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
  11. 前記トルク伝達接続部は、１つ以上の双方向フリーホイール(270A)を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
  12. 前記１つ以上のフリーホイール(270A; 270B)はクランプされた前記細長いワークピース(B)を介して前記ワークピーススピンドルの回転の駆動加速または減速中に前記スピンドルモータから加えられる駆動トルクを伝達するときに、前記回転ガイドブッシュおよび前記ワークピーススピンドルに受け入れられる前記細長いワークピースをクランプするように構成されている、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のスピンドル装置。
  13. 前記１つ以上のフリーホイール(270A; 270B)は前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200; 200A)の回転ガイドブッシュコレット(210; 210A)において、前記スピンドルアセンブリから離れて面する前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200; 200A)の前側に配置され、および/または前記1つ以上のフリーホイール(270A; 270B)が前記スピンドルアセンブリに面する前記回転ガイドブッシュアセンブリ(200; 200A)の後側に配置される、ことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のスピンドル装置。
  14. 請求項１から１３のいずれかに記載のスピンドル装置を含む、ことを特徴とする、旋盤を下位概念に含む工作機械。
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