JPH0720204U - 加工機械のスピンドル構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 皿バネ相互間および皿バネとドロー・バーと
の間の摩擦力を低減してスピンドルのダイナミックバラ
ンスをとる。 【構成】 中空円筒状のスピンドル１０の内部に、先端
にチャック１４を具備したドロー・バー１２を略同軸に
設け、このドロー・バー１２の長軸部１６に皿バネ１８
を挿通し、ドロー・バー１２の後端に設けたナット２０
を締め付けて皿バネ１８を圧縮状態にセットする。工具
２２のクランプ時は、この皿バネ１８の反発力でドロー
・バー１２を後方に引いてチャック１４を閉じ、アンク
ランプ時はドロー・バー１２を後方から押してチャック
１４を開く。皿バネ１８の表面にはフッ素樹脂コーティ
ングを施していて、これが潤滑剤の役目をなすため、皿
バネ１８の内径とドロー・バー１２の外径との間のクリ
アランスを小さくしても皿バネ１８は自由に摺動でき
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、フライス盤やボール盤等の工作機械に取り付けられ、工具等をクラ ンプして高速で回転させるスピンドル構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

フライス盤やボール盤等の工作機械に用いられるスピンドルは、高速で回転す るためダイナミックバランスがくずれると異常振動を生じ、精密加工が困難とな る。このため、例えば１０，０００ｒｐｍ程度の高速で回転する高速スピンドル におけるダイナミックバランスは、一般に１．０〜１．５（ｇ・ｍｍ）以下のバ ランス取りを必要としている。

【０００３】 従来のスピンドル構造は、図６に示すように、スピンドル１０の内部にこのス ピンドル１０と同軸でかつ先端にチャック１４を具備した引き込み棒（以下、ド ロー・バーという）１２を設け、このドロー・バー１２の長軸部１６に断面皿状 の多数の皿バネ１８を互いに対向するように挿通し、ドロー・バー１２の後端に 設けたナット２０を締め付けることにより、皿バネ１８を圧縮状態にセットして いた。そして、工具（切削工具の他、加工品を含む）２２をクランプするには、 多数の皿バネ１８の反発力でドロー・バー１２を後方に引いてチャック１４を閉 じ、反対に工具２２をアンクランプするには、ナット２０を後方から押して（矢 印Ａ方向の力）ドロー・バー１２を前方に動かし、チャック１４を開く。

【０００４】 なお、皿バネ１８はドロー・バー１２の外径と皿バネ１８の内径との間のクリ アランス分だけ径方向に移動可能であるが、ダイナミックバランスをとるには、 皿バネ１８は回転中心から径方向に移動しないのが望ましい。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

図７のように、内径がｄ₁ の皿バネ１８に荷重を加えて圧縮すると、図８のよ うに内径がｄ₂ （ｄ₁ ＞ｄ₂ ）に変化する。例えば、皿バネ１８の内径ｄ₁ が１ ２（ｍｍ）で、ドロー・バー１２の外径Ｄとのクリアランスが０．１（ｍｍ）以 下の場合は、皿バネ１８が圧縮されて内径ｄ₁ が変化したり、あるいは皿バネ１ ８の偏心等によりドロー・バー１２と皿バネ１８との間に摩擦力が発生する。こ の摩擦力が大きいと、皿バネ１８が軸方向に摺動できなくなって各皿バネ１８が 均一にたわまず、また、チャック１４を開く力も大きな荷重（アンクランプ力） を必要とする。 このため、従来は皿バネ１８の内径ｄ₁ はドロー・バー１２の外径Ｄに対して 少なくとも０．１（ｍｍ）以上のクリアランスが必要であった。また、皿バネ１ ８の外径Ｄ₂ はスピンドル内径Ｄ₁ に対し０．５〜１（ｍｍ）程度のクリアラン スを設けていた。なお、グリース等を塗布して潤滑を良くしようとしても、皿バ ネ１８の圧縮力がかなり高い（約３００ｋｇ・ｆ）ため役に立たない。

【０００６】 本考案は上記の事情に鑑みてなされたもので、皿バネ相互間および皿バネとド ロー・バーとの間の摩擦力を低減することによりダイナミックバランスのとれた 加工機械のスピンドル構造を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記の問題を解決するため、中空円筒状のスピンドルの中空部に該ス ピンドルと同軸でかつ先端にチャックを具備したドロー・バーを設けると共にこ のドロー・バーの外周に互いに対向するように挿通した多数の皿バネを圧縮状態 で取付け、その反発力でドロー・バーを常時後方に引っ張ることにより前記チャ ックを閉じて工具をクランプする形式の加工機械のスピンドル構造において、前 記皿バネの表面に樹脂コーティングを施したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】

上記のように構成された本考案によれば、ドロー・バーの長軸部に挿通した各 皿バネの表面に樹脂コーティングを施したので、このコーティング樹脂が潤滑剤 の役目をなし、皿バネ相互間や皿バネとドロー・バーとの間の摩擦力を低減させ る。このため、皿バネの内径とドロー・バーの外径との間のクリアランスを小に しても皿バネは自由に摺動することができ、皿バネの径方向の移動量は少なくな る。また、この摩擦力の低減によりドロー・バーの外周に多数挿通された皿バネ は均一にたわむほか、チャックを開くときのアンクランプ力も小さくて済む。

【０００９】

【実施例】

以下、図面に基づき本考案の好ましい実施例を説明する。 図１は本考案に係る加工機械のスピンドル構造を示し、従来例と同一又は相当 する部材には同一の符号を付している。同図において、このスピンドル構造は中 空円筒状のスピンドル１０と、該スピンドル１０の中空部にこれと略同軸に設け られ、かつ先端にチャック１４を有するドロー・バー１２と、このドロー・バー １２の長軸部１６に互いに対向するように挿通した多数の皿バネ１８を有してい る。

【００１０】 上記スピンドル１０は先端にテーパ部２４を有し、このテーパ部２４の後方に チャック収容室２６を形成し、このチャック収容室２６の後部にはチャック１４ を開閉するための突状部３０を有している。また、上記ドロー・バー１２は後端 にネジ部３２を有し、先端のチャック１４とこのネジ部３２の中間の長軸部１６ に皿バネ１８を挿通している。更に、前記のネジ部３２にはカラー３４を介して ナット２０を螺合している。

【００１１】 上記チャック１４は、その支点３６を中心として先端の爪３８が開閉可能とな っていて、この支点３６がチャック収容室２６の突状部３０を通過することによ り開閉する。これを簡単に説明すると、支点３６が後方（図の右方向）から前方 （図の左方向）に移動して突状部３０の位置にくると先端の爪３８が開いて工具 ２２をアンクランプし、反対に支点３６が前方から後方に移動して突状部３０の 位置にくると先端の爪３８が閉じて工具２２をクランプする。

【００１２】 次に本考案は、図２に示すように、皿バネ１８の表面に樹脂コーティングを施 したことを特徴とする。 この皿バネ１８の寸法は、外径Ｄ₂ が２５ｍｍ、内径ｄ₁ が１２．２ｍｍ、板 厚ｔが１．２５ｍｍ、自由高さＷが１．９５ｍｍである。そして、この皿バネ１ ８の表面に粉体焼き付けにより全面に４０〜５０μｍの厚さのフッ素樹脂２８を コーティングしている。 このコーティング樹脂２８は潤滑剤の役目をなし、皿バネ１８相互間の潤滑を 良くする他、皿バネ１８の内径部のコーティング樹脂２８とドロー・バー１２の 長軸部１６とが接触して、皿バネ１８とドロー・バー１２との間の潤滑を良くす る。よって、皿バネ１８の内径ｄ₁ とドロー・バー１２の外径Ｄとの間のクリア ランスを小さくしても、皿バネ１８は自由に摺動できるため略均一に変位する。 なお、上記コーティング樹脂２８はフッ素樹脂に限られない。更に、コーティ ング厚さは上記の値以下では潤滑の効果が少なくなり、また上記の値以上では剥 離のおそれが生じる。

【００１３】 次に、このスピンドル構造の動作を説明する。まず、ドロー・バー１２の長軸 部１６に１６０個の皿バネ１８を互いに対向するように挿通し、ナット２０を回 転させて皿バネ１８の全長を自由長よりも２８ｍｍだけ短くする（こうして皿バ ネ１８を圧縮状態にセットする）。チャック１４に工具２２をセットする際、油 圧シリンダー等（図示せず）でナット２０を後方から押してドロー・バー１２を 前方に少し移動させ、チャック１４を開く。この開いたチャック１４にスピンド ル１０の先端のテーパ部２４側から工具２２を差し込み、次にナット２０を押し ていた油圧シリンダー等の荷重を取り去る。これによりチャック１４が閉じて工 具２２をクランプすると共に、皿バネ１８の反発力（略３００ｋｇｆ）でこのク ランプ状態を保持する。

【００１４】 図３は、皿バネ１８にフッ素樹脂コーティングを施さず、かつ皿バネ１８の内 径ｄ₁ とドロー・バー１２の外径Ｄとの間のクリアランスを０．１ｍｍ以下とし た場合（従来の皿バネで、これを標準皿バネという）の荷重−変位特性を示し、 図４は、皿バネ１８にフッ素樹脂コーティングを施し、かつクリアランスを０ ．０４ｍｍ以下とした場合（これをコーティング皿バネ（Ａ）という）の荷重− 変位特性を示し、 図５は、皿バネ１８にフッ素樹脂コーティングを施し、かつクリアランスを０ ．０７ｍｍ程度にした場合（これをコーティング皿バネ（Ｂ）という）の荷重− 変位特性を示す。 なお、図３〜図５の上側の曲線は荷重を付加する場合の特性を示し、下側の曲 線は荷重を取り去る場合の特性を示す。

【００１５】 図３の標準皿バネによれば、たわみが４．５〜６．０（ｍｍ）の部分で荷重の 値が急上昇し、かつ全体的に荷重の値が大である。これは、クリアランスが大き いにもかかわらず標準皿バネのたわみが不均一なためと思われる。 図４のコーティング皿バネ（Ａ）によれば、たわみが６．０（ｍｍ）付近にお いて、標準皿バネが５．８５×１０² （ｋｇ・ｆ）であるのに対し、４．９５× １０² （ｋｇ・ｆ）であり、１５〜１６（％）ほど荷重の値が小さい。また、図 ５のコーティング皿バネ（Ｂ）によれば、たわみが６．０（ｍｍ）付近において ４．６０×１０² （ｋｇ・ｆ）であり、標準皿バネよりも２１（％）ほど荷重の 値が小さい。更に、コーティング皿バネ（Ａ）（Ｂ）では、標準皿バネのような たわみの不均一は見られない。 以上のことから、コーティング皿バネは標準皿バネに対し、皿バネ１８とドロ ー・バー１２との間のクリアランスを半分以下にしても、良好なたわみ特性が得 られる。

【００１６】

【考案の効果】

以上のように、本考案は皿バネの表面に樹脂コーティングを施したので、この コーティング樹脂が潤滑剤の役目をなし、皿バネとドロー・バーとの間のクリア ランスを小さくすることができるため、ダイナミックバランスのとれたスピンド ル構造を得ることができる。また、上記コーティング樹脂により皿バネ相互間お よび皿バネとドロー・バーとの間の摩擦力が小さくなり、皿バネを均一にたわま せることができる。このため、アンクランプ時の荷重は従来よりも小さくて済む 。更に、従来は皿バネ内径とドロー・バー外径とが金属接触してドロー・バーが 摩耗するためドロー・バーを焼き入れて硬化させていたが、本考案によればコー ティング樹脂によりドロー・バー自身が摩耗することはなくドロー・バーの熱処 理は不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る加工機械のスピンドル構造を示す
図である。

【図２】皿バネの外観を示す図である。

【図３】荷重ー変位特性を示す図である。

【図４】荷重ー変位特性を示す図である。

【図５】荷重ー変位特性を示す図である。

【図６】従来のスピンドル構造の縦断面図を示す図であ
る。

【図７】皿バネの内径の変化を示す図である。

【図８】皿バネの内径の変化を示す図である。

【符号の説明】

１０ スピンドル １２ ドロー・バー １４ チャック １６ 長軸部 １８ 皿バネ ２０ ナット ２２ 工具 ２４ テーパ部 ２６ チャック収容室 ２８ フッ素樹脂 ３０ 突状部 ３２ ネジ部 ３６ 支点 ３８ 爪

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空円筒状のスピンドルの中空部に該ス
   ピンドルと同軸でかつ先端にチャックを具備した引き込
   み棒を設けると共にこの引き込み棒の外周に互いに対向
   するように挿通した多数の皿バネを圧縮状態で取付け、
   その反発力で引き込み棒を常時後方に引っ張ることによ
   り前記チャックを閉じて工具をクランプする形式の加工
   機械のスピンドル構造において、 前記皿バネの表面に樹脂コーティングを施したことを特
   徴とする加工機械のスピンドル構造。
2. 【請求項２】 前記皿バネの樹脂コーティング厚さを４
   ０〜５０μｍとしたことを特徴とする請求項１記載の加
   工機械のスピンドル構造。