JPH1133876A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸装置のプッシュロッドの振れ回りをなく
して加工精度と寿命を向上させ、また装置をコンパクト
化する。 【解決手段】 主軸１２内に挿通したプッシュロッド１
３を、主軸ヘッド１０のハウジング１１の後部に設けた
シリンダ装置２０により進退移動させて主軸の前端に装
着される工具のクランプ・アンクランプを行い、プッシ
ュロッド内に形成した貫通孔１３ａを通して主軸１２前
部の加工箇所に流体を供給する。シリンダ装置のシリン
ダ２１の後壁より前向きに突出した円筒部２１ａには、
環状に形成されたピストン２５の内周面を液密に嵌合
し、この円筒部の内周面には、プッシュロッドの後端よ
り流体を供給するロータリジョイント３２のハウジング
３２ａを支持するスリーブ３０を、半径方向の動きを拘
束して軸線方向に移動可能に支持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動工具交換装置
を備えたマシニングセンタ等の工作機械に使用する主軸
装置、特にいわゆるスルークーラントタイプの主軸装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の工作機械では、図２に１例を示
すように、工具をクランプ・アンクランプするための把
持部材を前端に設けたプッシュロッド２が主軸１内に軸
線方向移動可能に挿通されている。プッシュロッド２の
後部にねじ込まれたナット２ｃと主軸１前部の間には圧
縮された皿ばね３がカラー３ａと共に介装されて、プッ
シュロッド２を後向きに付勢している。

【０００３】シリンダ装置４のシリンダ４ａは、前部外
周の案内面４ａ１により軸線方向移動可能に主軸ヘッド
ハウジングに支持され、ガイドロッド５に巻回したスプ
リング５ａにより前向きに付勢されている。この付勢状
態では主軸１後部にねじ込み固定した主軸ナット１ａの
フランジ部１ｂとシリンダ４ａの内向きフランジ４ａ２
の間には軸線方向に多少の隙間があるが、シリンダ装置
４に油圧が与えられてピストン４ｂが前進すれば、その
前端部が先ずナット２ｃに当たり、その反力でスプリン
グ５ａが撓んでシリンダ４ａが後方に移動してその内向
きフランジ４ａ２が主軸ナット１ａのフランジ部１ｂと
係合する。ピストン４ｂが更に前進すれば、プッシュロ
ッド２は皿ばね３に抗して主軸１に対し前進し、これに
より把持部材が開いて後端にプルスタッドを設けた工具
は主軸１の前端に着脱可能となる。この状態では、皿ば
ね３よりピストン４ｂに与えられる大きな力の反力は主
軸１、主軸ナット１ａ及び内向きフランジ４ａ２を経て
シリンダ４ａに戻され、主軸１を支持するボールベアリ
ング（後側のみを符号１ｃで示す）を経由しない。従っ
て、このボールベアリングに大きなスラスト荷重が加わ
って主軸１の支持精度が低下するなどの悪影響が生じる
ことはない。シリンダ装置４に逆向きに油圧が与えられ
てピストン４ｂが後退すれば、プッシュロッド２は後退
し把持部材がプルスタッドを掴んで工具をクランプす
る。

【０００４】プッシュロッド２の後端にねじ込み固定し
た延長部２ａはピストン４ｂよりも後方に突出して、そ
の後端部はシリンダ４ａから後方に突出する円筒部に滑
りガイド６及びボールベアリング７を介して支持されて
いる。主軸１前部の加工箇所へのクーラントの供給は、
プッシュロッド２及び延長部２ａに連続する貫通孔２ｂ
により行われ、延長部２ａの後端にはロータリジョイン
ト８のロータ８ａが連結されて、固定部の配管９から回
転部へのクーラントの授受が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術で
は、主軸１と共に回転するプッシュロッド２、特にその
一部である延長部２ａが主軸１より後方に細長く延びて
いるので撓みやすく、従って主軸１の回転時に振れ回り
による振動が発生しやすいので加工精度に悪影響を与
え、また加工能率を向上させるために主軸１の回転速度
を高めることができないという問題がある。またこの延
長部２ａは、シリンダ４ａの本体部分からも大きく後方
に突出しているので、主軸装置が大型化するという問題
がある。

【０００６】上述の従来技術では、この振れ回りによる
振動を解決するために延長部２ａの後端部を滑りガイド
６及びボールベアリング７を介してシリンダ４ａ後部の
円筒部により支持している。しかし、プッシュロッド２
の延長部２ａは、その前後部を支持する２つのボールベ
アリング１ｃと７の間のスパンが長いため固有振動数が
低くなり、共振周波数が低くなるので、結局のところ高
速回転させることができない。またロータリジョイント
８は、ロータ８ａが延長部２ａの先端に片持ち支持され
ているだけなので、配管９を介して加わる外力Ｘやロー
タリジョイント８の自重などによりベアリング７付近に
加わる曲げモーメントが大きくなり、ベアリング７に過
大な偏荷重が加わり、ボールベアリング７の転動面が早
期に摩耗し、これによりベアリング７の拘束力が低下し
て振れ回りによる振動を抑制する作用が不充分となり、
これによっても加工精度や主軸回転速度は低下する。更
にこのような外力Ｘや自重による偏荷重のためロータリ
ジョイント８内部のベアリングが摩耗して寿命が低下す
るという問題もある。本発明はこのような各問題を解決
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による主軸装置
は、主軸ヘッドのハウジング内に回転自在に支持された
主軸内に挿通したプッシュロッドを、主軸と同軸的にハ
ウジングの後部に支持されたシリンダとこのシリンダに
液密かつ移動可能に嵌合されたピストンよりなるシリン
ダ装置により進退移動させて主軸の前端に装着される工
具のクランプ・アンクランプを行い、プッシュロッドの
後端に連結したロータリジョイントを介して同プッシュ
ロッド内に形成した貫通孔内に導入した流体を主軸前部
の工具による加工箇所に供給するようにした主軸装置に
関するものであり、シリンダにはその後壁より主軸と同
軸的に前向きに突出して環状に形成されたピストンの内
周面に液密かつ移動可能に嵌合される円筒部を形成し、
ロータリジョイントのハウジングを支持するスリーブを
シリンダの円筒部の内周面により半径方向の動きを拘束
して主軸の軸線方向に移動可能に支持したことを特徴と
するものである。

【０００８】シリンダの外周面とハウジングの間には同
シリンダを半径方向の動きを拘束して主軸の軸線方向に
移動可能に支持する第１の支持手段を設け、スリーブの
外周面とシリンダの円筒部の間には同スリーブを半径方
向の動きを拘束して主軸の軸線方向に移動可能に支持す
る第２の支持手段を設けることが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に図１に示す実施の形態によ
り本発明の説明をする。主軸ヘッド１０のハウジング１
１は複数の部分を一体的に連結したものであり、その内
部には主軸１２が、前部（図示省略）及び後部のボール
ベアリング１８により回転自在に支持され、主軸１２の
後端部には主軸ナット１４がねじ込み固定されている。
主軸１２の中心孔１２ａ内に軸線方向移動可能に挿通さ
れたプッシュロッド１３は、その前端には主軸１２の前
端部に装着される工具後端のプルスタッドを掴む把持部
材（図示省略）が設けられ、後部はカラー１７により半
径方向の移動が拘束されて中心孔１２ａに支持されてい
る。このプッシュロッド１３の後端にはナット１５がね
じ込み固定され、このナット１５の前部に当接されるカ
ラー１７と主軸１２の前部との間には圧縮された皿ばね
１６が介装され、これによりプッシュロッド１３は後向
きに弾性的に付勢され、その前端の把持部材により主軸
１２の前端に装着された工具をクランプするようになっ
ている。プッシュロッド１３の中心には、後述するロー
タリジョイント３２を介して供給されるクーラントまた
はエアー等の流体を主軸１２前部の工具による加工箇所
に導く貫通孔１３ａが形成されている。主軸１２はビル
トインモータ１９により回転駆動される。

【００１０】次に、皿ばね１６に抗してプッシュロッド
１３を前向きに移動させて、主軸１２前部に装着された
工具をアンクランプするための、シリンダ２１とピスト
ン２５よりなるシリンダ装置２０の説明をする。シリン
ダ装置２０のシリンダ２１は、前部の円筒状の外周面が
第１ストロークボールベアリング（第１の支持手段）２
２を介してハウジング１１の後部に、主軸１２と同軸的
に軸線方向にのみ移動可能で半径方向の動きが拘束され
るように支持されている。シリンダ２１は、ハウジング
１１にねじ込み固定された複数のガイドロッド２３（図
１には１個のみを示す）をシリンダ２１外周のフランジ
部に挿通して回動が拘束され、ガイドロッド２３の頭部
との間に介装したスプリング２３ａにより、通常は図１
に示すように、フランジ部がハウジング１１の後端面と
当接する位置となっている。このシリンダ２１には、そ
の後壁より主軸１２と同軸的に前向きに突出する円筒部
２１ａと、前部より内向きに延びるフランジ（係止部）
２１ｂが一体的に形成されている。

【００１１】シリンダ装置２０のピストン２５は環状
で、その外周面及び内周面はシリンダ２１の内周面及び
円筒部２１ａの外周面に、それぞれ液密に軸線方向移動
可能に嵌合され、シリンダ２１との間に前後の作動室２
６ａ，２６ｂを形成している。シリンダ２１に設けた導
入孔２４ｂより後作動室２６ｂに油圧を導入すればピス
トン２５は前進し、その内向きフランジ２５ａが先ずナ
ット１５のフランジ部１５ａに当接し、その反力でスプ
リング２３ａが撓みシリンダ２１が後退してその内向き
フランジ２１ｂが主軸ナット１４のフランジ部１４ａと
係合する。この係合の後はピストン２５が前進してもシ
リンダ２１が後退することはなく、ナット１５及びプッ
シュロッド１３は皿ばね１６に抗して主軸１２に対し前
進し、これにより前端の把持部材はアンクランプ状態と
なって主軸１２の前端に装着される工具は着脱可能とな
る。この状態で皿ばね１６よりピストン２５に与えられ
る大きな力の反力は、主軸１２、主軸ナット１４及び内
向きフランジ２５ａを経てシリンダ２１に戻され、主軸
１２を支持するボールベアリングを経由しない。従っ
て、このボールベアリングに大きなスラスト荷重が加わ
って主軸１２の支持精度が低下するなどの悪影響が生じ
ることはない。

【００１２】以上と逆に、導入孔２４ａより前作動室２
６ａに油圧を導入すればピストン２５は後退し、プッシ
ュロッド１３は皿ばね１６の押圧力により後退して前端
の把持部材は工具後端のプルスタッドを把持するクラン
プ状態となり、シリンダ２１はスプリング２３ａにより
ハウジング１１に当接されてシリンダ２１の内向きフラ
ンジ２１ｂは主軸ナット１４のフランジ部１４ａから離
れ、ピストン２５の内向きフランジ２５ａもナット１５
のフランジ部１５ａから離れる。主軸１２の回転駆動
は、この状態でのみ行われる。

【００１３】次に、ロータリジョイント３２の支持構造
の説明をする。ロータリジョイント３２のハウジング３
２ａが固定されるスリーブ３０は、その外周面が第２ス
トロークボールベアリング（第２の支持手段）３１を介
して、シリンダ２１の円筒部２１ａの内周面に、主軸１
２と同軸的に軸線方向のみ移動可能で半径方向の動きが
拘束されるように支持される。このスリーブ３０はシリ
ンダ２１より後方に突出することは殆どないのでこれに
支持されたロータリジョイント３２もシリンダ２１から
後方への突出量は少なくなり、主軸装置の後部は小さく
なる。ナット１５の後端部にはロータリジョイント３２
のハウジング３２ａに軸受を介して支持されたロータ３
２ｂの先端部がねじ込み固定され、これにより配管３３
からのクーラントまたはエアー等の流体は、ロータリジ
ョイント３２のロータ３２ｂ中心の貫通孔からナット１
５内及びプッシュロッド１３に形成した貫通孔１３ａを
通って主軸１２前部の工具による加工箇所に供給され、
またナット１５の後端部はロータ３２ｂの支持ベアリン
グ、ハウジング３２ａ及びスリーブ３０を介してシリン
ダ２１により支持されるようになっている。

【００１４】この実施の形態では、シリンダ装置２０の
後作動室２６ｂに油圧を与えてピストン２５によりプッ
シュロッド１３を前進させ、その前端の把持部材をアン
クランプ状態として工具の交換がなされる。また図１に
示すように、シリンダ装置２０の前作動室２６ａに油圧
を与えてピストン２５を後退させ、皿ばね１６によりプ
ッシュロッド１３が後退してその前端の把持部材により
主軸１２の前端に工具をクランプした状態で、ビルトイ
ンモータ１９により主軸１２が回転駆動されて加工がな
される。この加工の際に、配管３３からのクーラントま
たはエアー等の流体は、プッシュロッド１３の貫通孔１
３ａを通って、主軸１２前部の工具による加工箇所に供
給される。このようなシリンダ装置２０の作動に伴い、
シリンダ２１は主軸ヘッド１０のハウジング１１及びロ
ータリジョイント３２を支持するスリーブ３０に対して
軸線方向に多少移動するが、これらの相対移動は第１ス
トロークボールベアリング２２及び第２ストロークボー
ルベアリング３１により吸収される。

【００１５】以上に述べた実施の形態によれば、ロータ
リジョイント３２を支持するスリーブ３０はピストン２
５の内周でシリンダ２１の円筒部２１ａの内周面により
支持されているので、プッシュロッド１３及びこれに一
体的に連結されたナット１５は主軸１２から後方への突
出量が短くなって撓みにくくなる。これによりナット１
５を含むプッシュロッド１３は固有振動数が高くなり、
従って共振周波数が高くなるので、回転速度を高めて加
工能率を向上させることができる。

【００１６】またナット１５の後端は、これにねじ込み
固定されたロータ３２ｂの軸受、ハウジング３２ａ、ス
リーブ３０及び第２ストロークボールベアリング３１を
介して、シリンダ装置２０のシリンダ２１により半径方
向の動きを拘束して支持されているので、振れ回りによ
る振動を抑制することができる。

【００１７】更に、配管３３を介して加わる外力Ｘやロ
ータリジョイント３２の自重などによる偏荷重は、ハウ
ジング３２ａ、スリーブ３０及び第２ストロークボール
ベアリング３１を介して、シリンダ２１により直接支持
され、ロータリジョイント３２内部のベアリングに作用
することはないので、ロータリジョイント３２の寿命を
向上させることができる。

【００１８】なお、シリンダ２１をハウジング１１に支
持するのに以上に述べた実施の形態のような第１ストロ
ークボールベアリング２２を使用すれば、軸線方向の動
きの円滑さを損ねることなく半径方向における支持剛性
を高めることができるので、配管３３を介して加わる外
力Ｘなどにより、スプリング２３ａに抗してシリンダ２
１が傾くことが抑制され、これによりピストン２５によ
りプッシュロッド１３を進退させる際の作動が不円滑に
なるおそれが減少する。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、ロータリジョイントを
支持するスリーブはピストンの内周でシリンダの後壁よ
り前向きに突出する円筒部の内周面により軸線方向移動
可能に支持されているので、プッシュロッド後部はこれ
と一体的に回転する部分を含めて主軸から後方への突出
量が短くなって撓みにくくなる。これにより、固有振動
数，共振周波数が高くなるので主軸の回転速度を高めて
加工能率を向上させることができ、またプッシュロッド
の後端はロータリジョイントに連結されているので振れ
回りにより振動も抑制して加工精度を向上させることが
できる。またロータリジョイントは上述のように、ピス
トンの内周でスリーブを介してシリンダに支持されてい
るので、配管を介して加わる外力やロータリジョイント
の自重などによる偏荷重はシリンダに直接伝達され、ロ
ータリジョイント内部のベアリングに作用することはな
いので、ロータリジョイントの寿命を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による主軸装置の一実施形態の要部を
示す縦断面図である。

【図２】 従来技術による主軸装置の一例の要部を示す
断面図である。

【符号の説明】

１０…主軸ヘッド、１１…ハウジング、１２…主軸、１
３…プッシュロッド、１３ａ…貫通孔、２０…シリンダ
装置、２１…シリンダ、２１ａ…円筒部、２２…第１の
支持手段（第１ストロークボールベアリング）、２５…
ピストン、３０…スリーブ、３１…第２の支持手段（第
２ストロークボールベアリング）、３２…ロータリジョ
イント、３２ａ…ハウジング。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸ヘッドのハウジング内に回転自在に
   支持された主軸内に挿通したプッシュロッドを、前記主
   軸と同軸的に前記ハウジングの後部に支持されたシリン
   ダとこのシリンダに液密かつ移動可能に嵌合されたピス
   トンよりなるシリンダ装置により進退移動させて前記主
   軸の前端に装着される工具のクランプ・アンクランプを
   行い、前記プッシュロッドの後端に連結したロータリジ
   ョイントを介して同プッシュロッド内に形成した貫通孔
   内に導入した流体を前記主軸前部の工具による加工箇所
   に供給するようにした主軸装置において、前記シリンダ
   にはその後壁より前記主軸と同軸的に前向きに突出して
   環状に形成された前記ピストンの内周面に液密かつ移動
   可能に嵌合される円筒部を形成し、前記ロータリジョイ
   ントのハウジングを支持するスリーブを前記シリンダの
   円筒部の内周面により半径方向の動きを拘束して前記主
   軸の軸線方向に移動可能に支持したことを特徴とする主
   軸装置。
2. 【請求項２】 前記シリンダの外周面と前記ハウジング
   の間には同シリンダを半径方向の動きを拘束して前記主
   軸の軸線方向に移動可能に支持する第１の支持手段を設
   け、前記スリーブの外周面と前記シリンダの円筒部の間
   には同スリーブを半径方向の動きを拘束して前記主軸の
   軸線方向に移動可能に支持する第２の支持手段を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。