JPH0661402U - 工作機械の高速回転用スピンドル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 １０，０００ＲＰＭ〜３０，０００ＲＰＭで
高速回転させても、工具ホルダをテーパ嵌合によって結
合するテーパ部の口元が拡がらず、高精度の加工ができ
る、工作機械の高速回転用スピンドルを提供する。 【構成】 先端部内周面に緩やかなテーパ１１を形成し
たスピンドル本体１の先端部内に、外周面に緩やかなテ
ーパ２１を形成した内部スリーブ２を、スピンドル本体
１に焼嵌めし、この本体１に対し圧力を加えて結合し
た。 【効果】 内部スリーブ２からの圧力によって、スピン
ドル本体１の先端部が拡げられ、この先端部が金属の弾
性復元力によって中心側に常に戻ろうとしているので、
スピンドルを高速回転させても、遠心力によってテーパ
２２部の口元が外側に拡がらず、テーパ部２２に結合し
た工具ホルダが振れ回りしない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、工作機械のスピンドル、特に１０，０００ＲＰＭ〜３０，０００ ＲＰＭで回転する高速回転用スピンドルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、工作機械のスピンドルは、先端部の内周面に工具ホルダを着脱可能に結 合するテーパ部を設けた一体型のものが一般に使用されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

近時、アルミニウムやプラスチックなどの工作物に切削加工を施す場合、工作 機械のスピンドルを１０，０００ＲＰＭ〜３０，０００ＲＰＭで高速回転させる ことで、加工能率を高めているが、一体型のスピンドルで、例えばナショナルテ ーパ＃４０のテーパ部を設けたものではテーパ部の口元が０．００５〜０．００ ６ｍｍ拡がるなど、高速回転時に遠心力によってテーパ部が拡がり、加工精度が 低くなるという問題点があった。

【０００４】 この考案は、前述した問題点を解決して、１０，０００ＲＰＭ〜３０，０００ ＲＰＭで高速回転させても、工具ホルダを結合するテーパ部の口元が拡がること を防止し、高精度の加工ができるようにした、工作機械の高速回転用スピンドル を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この考案に係る工作機械の高速回転用スピンドルは、先端部内周面に緩やかな テーパを形成したスピンドル本体と、内周面に工具ホルダが結合するテーパを形 成し外周面に緩やかなテーパを形成した内部スリーブとを備え、この内部スリー ブを、前記スピンドル本体の先端部内に焼嵌めして、この本体に対し圧力を加え て結合したものである。

【０００６】

【作用】

この考案による高速回転用スピンドルは、内部スピンドルを、焼嵌めによって スピンドル本体に対し圧力を加えて結合し、この圧力によってスピンドル本体の 先端部が拡げられ、この先端部が、スピンドル本体を構成する金属の弾性変形に よって中心側に常に戻ろうとしているので、スピンドルを１０，０００ＲＰＭ〜 ３０，０００ＲＰＭで高速回転させても、遠心力によって、工具ホルダがテーパ 嵌合によって結合されている、内部スピンドル内周面の先端部の口元が拡がらな い。このため、前記工具ホルダおよびこれに装着した工具が振れ回りせず、工作 物に対し、切削などの加工を高精度に行うことができる。

【０００７】

【実施例】

以下、この考案の実施例につき図を参照して説明する。 図１は、この考案の第１実施例による工作機械の高速回転用スピンドルを示す 。図１において、１は浸炭焼入れしたＳＣＭ２１などの焼入れ鋼からなるスピン ドル本体である。スピンドル本体１は、先端部外周にフランジ部１１を形成し、 先端部内周面に末端側に向かって小内径となる２°〜３°程度の緩やかなテーパ １２を形成すると共に、テーパ１２の末端側に中心側に突出した環状の突出部１ ３を形成し、さらに突出部１３の末端側にこの部分の内径より若干大内径の孔部 １４を連設してある。

【０００８】 また、図１において、２はＳＮＣＭ２３などの焼入れ鋼からなる内部スリーブ で、外周面に末端側に向かって小外径となる２°〜３°程度の緩やかなテーパ２ １を全長にわたって形成し、内周面に末端側に向かって小内径となるナショナル テーパ＃４０すなわち１６°３５′４０″のテーパ２２を全長にわたって形成し てある。

【０００９】 前記内部スリーブ２をスピンドル本体１の加熱により周方向に０．０１ｍｍ〜 ０．１５ｍｍ伸ばした先端部内に焼嵌めし、内部スリーブ２の末端面をスピンド ル本体１の突出部１３の先端面に当接させ、内部スリーブ２とスピンドル本体１ との先端面を一致させ、内部スリーブ２によってスピンドル本体１に対し圧力を 加えて、これらを結合し、金属の弾性復元力による張り圧力をスピンドル本体１ の先端部に常に発生させ、スピンドル本体１の外周面および内部スリーブ２の内 周面に研摩加工を施し、高速回転用スピンドルを構成する。

【００１０】 前述のように構成した第１実施例の高速回転用スピンドルは、スピンドル本体 １の先端部に常に中心側に戻ろうとする力が発生し、この力がスピンドルの使用 時に生じる遠心力より大きいので、使用時にスピンドル本体１が１０，０００Ｒ ＰＭ〜３０，０００ＲＰＭの高速で回転しても、内部スリーブ２内周面の口元の 内径が拡がらない。

【００１１】 すなわち、スピンドルが３０，０００ＲＰＭで回転する場合に、内部スリーブ ２の口元の外径をφ６５ｍｍ、内径φ４５ｍｍにすると、 σｔ＝ｒ／ｇ・υ² ・・・・・・・・・・・・（１） ただし、σｔ：応力 ｒ：輪の単位体積の動さ（ｋｇ／ｃｍ³ ） ｇ：重力の加速度（９８０ｃｍ／ｓｅｃ² ） υ：周速ｃｍ／ｓｅｃ 前記式１で計算すると、φ６．５ｍｍでは、応力σｔが約８．４ｋｇ／ｍｍ² 、φ４．５ｍｍでは、約４ｋｇ／ｍｍ² となる。 このため、３０，０００ＲＰＭでのφ６５ｍｍ、φ４５ｍｍ部での変形は、前 者が直径０．０２５ｍｍ、後者が０．００８ｍｍとなる。

【００１２】 スピンドル本体１に内部スリーブ２を１８０℃の温度で焼嵌めすると、 ２（ξ₁ −ξ₂ ）＝２Ｐｒ₁ ／Ｅ・｛（ｒ₂ ²＋ｒ₁ ²／ｒ₂ ²−ｒ₁ ²） ＋（ｒ₁ ²＋ｒ₀ ²／ｒ₁ ²−ｒ₀ ²）｝ ・・・・・（２） ただし、ξ₁ ：スピンドル本体の内径ｒ₁ の伸び ξ₂ ：内部スリーブの外径ｒ₁ の縮み Ｐ：スピンドル本体と内部スリーブとの接合部の面圧 Ｅ：ヤング率２．１×１０⁴ ｋｇ／ｍｍ² ｒ₂ ：スピンドル本体の外径 ｒ₁ ：スピンドル本体と内部スリーブとの接合部の径 ｒ₀ ：内部スリーブの内径 となり、式２で計算すると、面圧Ｐ＝９．７３ｋｇ／ｍｍ² となる。

【００１３】 内部スリーブに発生する応力σｔは、 σｔ＝−２Ｐ・ｒ₂ ²／（ｒ₂ ²−ｒ₁ ²） ・・・・・・・・・・・・（３） となり、式３で計算すると、σｔ＝３７．４ｋｇ／ｍｍ² となる。 スピンドル本体に発生する応力σは、 σ＝Ｐ・｛（１＋（ｄ／Ｄ）² ）／（１−（ｄ／Ｄ）² ）｝・・・（４） ただし、Ｄ：外径ｍｍ ｄ：内径ｍｍ となり、式４で計算すると、σ＝３１ｋｇ／ｍｍ² となる。

【００１４】 したがって、３０，０００ＲＰＭで回転するスピンドルの内部応力は、スピン ドル本体が３１ｋｇ／ｍｍ² ＋８．４ｋｇ／ｍｍ² ＝３９．４ｋｇ／ｍｍ² の引 張り、内部スリーブが３７．４ｋｇ／ｍｍ² −４ｋｇ／ｍｍ² ＝３３．４ｋｇ／ ｍｍ² の圧縮となる。

【００１５】 前述のように構成した第１実施例の高速回転用スピンドルは、工作機械に主軸 などとして組み込み、自動工具交換装置によって切削工具が取付られた工具ホル ダを内部スリーブ２に着脱可能にテーパ嵌合させ、前記ホルダを従来公知の機構 により末端側に引張って前記スピンドルに装着し、これを１０，０００ＲＰＭ〜 ３０，０００ＲＰＭの高速で回転させ、この回転を前記工具に伝達してアルミニ ウムなどからなる工作物に切削加工を行う。

【００１６】 次に、この考案の第２実施例による高速回転用スピンドルを図２について説明 する。 スピンドル本体１は、内周面にテーパ１２を設けた先端部分の末端側に段部１ ５を介してストレート孔の中内径部１６を連設し、さらに段部１７を介して小内 径のストレート孔部１４を形成してある。

【００１７】 また、内部スリーブ２は、先端部を大外径にして、その肉厚を厚くすると共に 、大外径部２３の外周面に２°〜３°程度の緩やかなテーパ２１を形成し、大外 径部２３の末端側に段２４を介して外周面がストレートの小外径部２５を連設し 、内部スリーブ２の内周面にはその全長にわたってナショナルテーパ＃４０のテ ーパ２２を形成してある。

【００１８】 そして、内部スリーブ２をスピンドル本体１の先端部に焼嵌めし、内部スリー ブ２外周面のテーパ２１によってスピンドル本体１内周面のテーパ１２に対し圧 力を加えて、これらを結合したものである。なお、第２実施例の前述した以外の 構成、作用は第１実施例と同様であり、図２中の図１と同符号は対応する部分を 示している。

【００１９】 この考案において、内部スリーブの内周面に形成したテーパは必ずしも１６° ３５′４０″のナショナルテーパ＃４０に限られるものではなく、例えば１２° など工具ホルダの自動交換が可能な範囲で角度を１１°程度まで小さくできる。 また、この考案において、スピンドル本体および内部スリーブを構成する金属材 料、焼嵌め条件も適宜変更できる。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、この考案に係る工作機械の高速回転用スピンドルは、先 端部内周面に緩やかなテーパを形成したスピンドル本体と、内周面に工具ホルダ が結合するテーパを形成し外周面に緩やかなテーパを形成した内部スリーブとを 備え、この内部スリーブを、前記スピンドル本体の先端部内に焼嵌めして、この 本体に対し圧力を加えて結合したので、次の効果が得られる。

【００２１】 すなわち、この考案による高速回転用スピンドルは、内部スピンドルを、焼嵌 めによってスピンドル本体に対し圧力を加えて結合し、この圧力によってスピン ドル本体の先端部が拡げられ、この先端部がスピンドル本体を構成する金属の弾 性変形によって中心側に常に戻ろうとしているので、スピンドルを１０，０００ ＲＰＭ〜３０，０００ＲＰＭで高速回転させても、遠心力によって、工具ホルダ がテーパ嵌合によって結合されている、内部スピンドル内周面の先端部の口元が 拡がらない。このため、前記工具ホルダおよびこれに装着した工具が振れ回りせ ず、工作物に対し、切削などの加工を高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の第１実施例に係る工作機械の高速回
転用スピンドルを示した要部の縦断面図

【図２】この考案の第２実施例に係る工作機械の高速回
転用スピンドルを示した要部の縦断面図

【符号の説明】

１ スピンドル本体 ２ 内部スリーブ １２ 先端部内周面に形成した緩やかなテーパ １３ 突出部 ２１ 外周面に形成した緩やかなテーパ ２２ 内周面に形成したテーパ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部内周面に緩やかなテーパを形成し
   たスピンドル本体と、内周面に工具ホルダが結合するテ
   ーパを形成し外周面に緩やかなテーパを形成した内部ス
   リーブとを備え、この内部スリーブを、前記スピンドル
   本体の先端部内に焼嵌めして、この本体に対し圧力を加
   えて結合したことを特徴とする工作機械の高速回転用ス
   ピンドル。