JPWO2008050747A1 - 工作機械用の角度割出し装置 - Google Patents

Abstract

貫通孔を有するハウジングと、一端に回転駆動対象部材が固定されると共に前記ハウジングの貫通孔内で軸受によって回転自在に支持される回転軸と、該回転軸を回転駆動してその角度位置を割り出すための駆動モータと、を備えた工作機械用の角度割り出し装置において、前記軸受を、アキシアル方向及びラジアル方向の荷重を支承可能な複列形式のころ軸受とし、前記回転軸が、その回転軸線方向に離間して配置された２以上の前記軸受によって支持されていることを特徴とする。

Description

本発明は、工作機械に用いられる角度割出し装置に関し、より詳しくは、貫通孔を有するハウジングと、一端に回転駆動対象物が固定されると共に前記ハウジングの貫通孔内で軸受によって回転自在に支持される回転軸と、該回転軸を回転駆動してその角度位置を割り出すための駆動モータとを備えた角度割出し装置に関する。

上記のような角度割出し装置として、例えば、特許文献１あるいは特許文献２に記載されたものが知られている。

特許文献１に記載の装置は、工作機械としての同時５軸制御加工機に用いられるものであって、工具主軸を回転駆動するヘッド（本発明でいう回転駆動対象部材）を支持するヘッド支持部として構成されている。このヘッド支持部は、本体（ハウジング）内に回転自在に支持されて回転駆動される駆動軸（回転軸）を有し、その一端に上記ヘッドが取り付けられている。そして、数値制御によって上記駆動軸を設定に応じた角度だけ回転させ、上記ヘッドの角度位置（回転位置）を割り出すものである。

また、特許文献２に記載の装置は、工作機械に用いられる回転割出テーブルであって、ハウジング内に回転自在に支持されたロータ（回転軸）を有し、そのロータの端部に割出テーブル（本発明でいう回転駆動対象部材）が取り付けられている。そして、数値制御によって上記ロータを設定に応じた角度だけ回転させ、上記割出テーブルの角度位置を割り出すものである。

そして、上記特許文献１及び２に記載の角度割出し装置では、回転駆動対象部材を支持する回転軸は、ハウジングに対し、１つのクロスローラベアリングによって回転自在に支持されている。因みに、このクロスローラベアリングは、アキシアル方向及びラジアル方向の荷重を受けることができるものである。

上記のような回転駆動対象物を支持する回転軸では、ワークの加工時等に大きい負荷が回転軸に掛かるため、高い加工精度を得るためには高い支持剛性が求められる。しかし、上記した従来技術のように、回転軸を単一の軸受（クロスローラベアリング）で支持する構成では、高い支持剛性を得ようとした場合、より大きい径の軸受を採用しなければならない。そして、その結果として、装置が軸受の径方向に大型化してしまう。また、軸受は、径が大きいほど許容回転速度が低くなるため、支持剛性を高めるための軸受の大径化に伴って回転速度がより低い速度に制限され、所望の回転速度による装置の駆動が行えないものとなる。さらには、軸受は、径が大きいほど振れ精度が低下するため、軸受の大径化に伴って加工精度が低下してしまう。
特開平２−１１６１３７号公報 実公平８−１０５０４号公報

従って、本発明の課題は、工作機械用の角度割出し装置において、装置の大型化や加工精度の低下を招くことなく、高い支持剛性によって回転軸を支持する構造を提供することにある。

上記課題のもとに、本発明は、前述の角度割出し装置を前提とし、回転軸を回転自在に支持するための軸受を、アキシアル方向及びラジアル方向の荷重を支承可能な複列形式のころ軸受にすると共に、上記回転軸が、その回転軸線方向に離間して配置された２以上の上記軸受によって支持されている、ことを特徴とする。

また、本発明では、上記軸受を、複合ころ形式の旋回軸受の１つである３列円筒ころ軸受（３列ローラベアリング／アキシアル・ラジアルローラベアリング）としてもよい。

上記した本発明による角度割出し装置によれば、従来において使用されているクロスローラベアリングよりも更に高いアキシアル方向及びラジアル方向の荷重を受けることが可能な複列形式のころ軸受を採用し、しかも、その複列形式のころ軸受を２以上使用して回転軸を支持する構成としたため、軸受を大径化することなく、非常に高い支持剛性を得ることが可能となる。

本発明による角度割出し装置の一実施形態を示す正面断面図。 本発明による角度割出し装置を含む加工用ヘッドを示す正面断面図。 本発明で採用される軸受の一実施形態を示す正面断面図。 本発明の加工用ヘッドが適用される工作機械の一例を示す斜視図。

符号の説明

１ 工作機械
１０ 加工用ヘッド
２０ スピンドルユニット
２１ スピンドル
３０ 第１の支持ヘッド
３０ａ、３０ｂ 脚部
３０ｃ 基部
４４ 回転検出器
５０ 第２の支持ヘッド（角度割出し装置）
５１ ハウジング
５２ 回転軸
５２ａ 軸部材
５２ｂ フランジ部財
５３ ＤＤモータ
５３ａ ステータ
５３ｂ ロータ
５４ クランプスリーブ
５５ ディストリビュータ
６０ ３列円筒ころ軸受
６１ 内輪
６２、６４、６６ 円筒ころ
６３ 外輪

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。

図１〜３に示すのは本発明の一実施例であって、以下では、５軸加工機や多面加工機等の複合加工機（工作機械）の１つである門型工作機械（マシニングセンタ）に搭載される加工用ヘッドであって、工具が取り付けられるスピンドル（主軸）を支持する加工用ヘッドを例として、本発明の角度割出し装置を説明する。

図４に示すのは、本発明が適用される加工用ヘッド１０を搭載する門型工作機械１である。この種の門型工作機械１は、ベッド４上に付設された左右のコラム２、２と、コラム２、２上を上下方向（Ｚ軸方向）に移動するクロスレール６と、クロスレール６上を水平に左右方向（Ｙ軸方向）に移動するサドル７と、サドル７上をＺ軸方向に移動するラム８と、ベッド４上を前後方向（Ｘ軸方向）に移動するテーブル５とを含む。さらに、ラム８には、工具が取り付けられるスピンドルを備えたスピンドルユニット２０を含む加工用ヘッド１０が取り付けられている。

この門型工作機械１は、ワークの加工時において、予め設定されたプログラムに基づく数値制御により、上記テーブル５、クロスレール６、サドル７及びラム８を移動させると共に、加工用ヘッド１０がスピンドルユニット２０の角度位置（回転位置）の割出しを行う。これにより、上記工作機械では、ワークの各加工面に対して工具を最適な角度で当てて加工を行うことができ、複雑な形状のワークの切削加工等を可能としている。

図示の本実施例における加工用ヘッド１０は、工具が取り付けられるスピンドル２１を有するスピンドルユニット２０と、スピンドルユニット２０を支持する第１の支持ヘッド３０と、第１の支持ヘッド３０を支持する第２の支持ヘッド５０とを含む（図２）。そして本実施例では、上記第１の支持ヘッド３０（第１の支持ヘッド３０の基部３０ｃ）が本発明でいう回転駆動対象部材に相当し、第２の支持ヘッド５０が本発明でいう角度割出し装置に相当するものとする。

上記のスピンドルユニット２０は、駆動モータ内蔵型のスピンドルヘッドであって、そのハウジング内に回転自在に支持されたスピンドル２１を、内蔵された駆動モータによって高速回転駆動するものである。

また、第１の支持ヘッド３０は、上記スピンドルユニット２０を支持すると共に、スピンドルユニット２０を、上記スピンドル２１の回転軸線と直交する軸線（以下、「Ａ軸」という）を中心に回転させてその角度位置を割り出すためのものである。

この第１の支持ヘッド３０は、基部３０ｃに対し一対の脚部３０ａ、３０ｂが取り付けられたフォーク形に構成されており、その脚部３０ａ、３０ｂ間で上記のスピンドルユニット２０を支持する。そして、上記スピンドルユニット２０は、脚部３０ａ、３０ｂのそれぞれの内部で回転自在に支持された一対の支持軸によって支持されている。

また、図示の第１の支持ヘッド３０は、スピンドルユニット２０を回転駆動する割出し機構の駆動源として、そのモータステータ及びモータロータがハウジング内に配置されて、モータロータがスピンドルユニットを支持する支持軸に連結された直接駆動型の駆動モータ（以下、「ＤＤモータ」という）を採用したものである（図示せず）。なお、本例では、このＤＤモータは、一対の脚部３０ａ、３０ｂのうちの一方の脚部３０ａ内にのみ設けられている。

次に、本発明が適用された図示の加工用ヘッド１０における第２の支持ヘッド５０について、その詳細を以下に説明する。

この第２の支持ヘッド５０は、ブラケット等により前述の工作機械１に取り付けられると共に、上記した第１の支持ヘッド３０を支持している。すなわち、ワークを加工するための工具が取り付けられるスピンドルユニット２０は、第１の支持ヘッド３０を介して第２の支持ヘッド５０に支持されており、この第２の支持ヘッド５０によって工作機械に支持されている。なお、第２の支持ヘッド５０は、第１の支持ヘッド３０を鉛直方向の軸線（工作機械のＺ軸と平行な軸線／以下、「Ｃ軸」という）を中心に回転させ、その角度位置を割り出すためのものである（図２）。

図１に示すように、第２の支持ヘッド５０は、Ｃ軸方向に貫通する貫通孔５１ａを有するハウジング５１を主体としており、軸部材５２ａが貫通孔５１ａ内に配設されて上記の第１の支持ヘッド３０が取り付けられた回転軸５２を備えている。そして、本実施例では、この回転軸５２をハウジング５１に対し回転自在に支持する軸受として３列円筒ころ軸受６０を採用し、２個の３列円筒ころ軸受６０、６０によって回転軸５２を支持する構成となっている。

また、第２の支持ヘッド５０は、ハウジング５１の貫通孔５１ａ内に、回転軸５２を回転駆動するためのＤＤモータ５３、回転軸５２の回転位置を保持するためのクランプスリーブ５４、及び第１の支持ヘッド３０へ流体を供給するためのロータリジョイント５５を備えている。

ＤＤモータ５３は、ステータスリーブ５３ｃを介してハウジング５１に固定されたステータ５３ａと、スタータ５３ａの内周面に対向する配置で、回転軸５２に固定されたロータ５３ｂとで構成されている。また、ＤＤモータ５３を駆動するための励磁電流の供給は、コネクタ１９ａを介してＤＤモータ５３に接続されたケーブル１９によって行われる。

回転軸５２は、ハウジング５１の貫通孔５１ａ内で前述の３列円筒ころ軸受６０によって回転自在に支持された軸部材５２ａと、軸部材５２ａの第１の支持ヘッド３０側の端部に取り付けられて半径方向（Ｃ軸と直交する方向）へ広がるフランジ部材５２ｂとを含んでいる。また、回転軸５２には、ロータリジョイント５５が挿通される貫通孔５２ｃが形成されている。

軸部材５２ａの外周面には、ＤＤモータ５３のロータ５３ｂが外嵌固定されており、ロータ５３ｂの回転に伴い、軸部材５２ａがＣ軸を中心として回転駆動される。また、フランジ部材５２ｂは、円周方向に配設された複数のネジ部材によって軸部材５２ａに取り付けられており、軸部材５２ａと一体的に構成されている。さらに、フランジ部材５２ｂには、円周方向に複数のネジ部材が螺挿されており、このネジ部材によって第１の支持ヘッド３０の基部３０ｃがフランジ部材５２ｂに取り付けられる。従って、回転軸５２がＤＤモータ５３によって回転駆動されることにより、第１の支持ヘッド３０が回転軸５２と共にＣ軸周りで回転する。

ロータリジョイント５５は、ハウジング５１に固定されたディストリビュータ５５ａと、ディストリビュータ５５ａに形成された貫通孔５５ａ1に回転可能に嵌装され、Ｃ軸に対しディストリビュータ５５ａと同心的に配設されたシャフト５５ｂとで構成されている。

ディストリビュータ５５ａは、回転軸５２の貫通孔５２ｃ内に配置される円筒部５５ａ2と、円筒部５５ａ2の反第１の支持ヘッド３０側の端部で半径方向に広がるように形成されたフランジ部５５ａ3とからなっており、そのフランジ部５５ａ3において、円周方向に配設された複数のネジ部材によりハウジング５１に対し取り付けられている。

また、シャフト５５ｂは、その第１の支持ヘッド３０側の端部に円盤状のフランジ部材５７が取り付けられており、このフランジ部材５７を介して回転軸５２のフランジ部材５２ｂに対し取り付けられている。従って、回転軸５２の回転に伴い、シャフト５５ｂも共に回転する。なお、フランジ部材５７は、第１の支持ヘッド３０の基部３０ｃに形成された円形の凹部３０ｃ1に嵌め込まれる形状となっており、このフランジ部材５７と基部３０ｃの凹部３０ｃ1とにより、第２の支持ヘッド５０に対する第１の支持ヘッド３０の位置決めが行われる。

ディストリビュータ５５ａの円筒部５５ａ2には、外部から流体を取り入れるための流体流路５５ａ4が、円周方向に位置をずらして複数形成されている。一方、シャフト５５ｂにも、ディストリビュータ５５ａの各流体流路５５ａ4に対応する複数の流体流路５５ｂ1が、円周方向に位置をずらして形成されている。そして、各流体流路５５ａ4とそれに対応する各流体流路５５ｂ1とは、ディストリビュータ５５ａとシャフト５５ｂとの嵌合周面に形成された環状溝を介して連通しており、シャフト５５ｂが回転した場合でもその連通状態が維持されるように構成されている。また、シャフト５５ｂに形成された複数の流体流路５５ｂ1は、それぞれ第１の支持ヘッド３０に内蔵された図示しないロータリジョイントに連通されている。従って、外部からロータリジョイント５５のディストリビュータ５５ａに供給された流体は、シャフト５５ｂを介し、第１の支持ヘッド３０のロータリジョイントへ供給され、さらに、第１の支持ヘッド３０のロータリジョイントを通じてスピンドルユニット２０へ供給される。

ハウジング５１に固定されたディストリビュータ５５ａと回転軸５２の軸部材５２ａとの間には、回転軸５２の回転位置を保持するためのクランプスリーブ５４が介装されている。このクランプスリーブ５４は、そのフランジ部５４ａにおいて、円周方向に配設された複数のネジ部材によってディストリビュータ５５ａに取り付けられると共に、回転軸５２との相対回転が許容されるように設けられている。また、クランプスリーブ５４の円筒部５４ｂには、ディストリビュータ５５ａの円筒部５５ａ2側に開口する環状溝５４ｃが形成されており、この環状溝５４ｃとディストリビュータ５５ａの円筒部５５ａ2の外周面とによって形成される空間が圧力室となる。

そして、この圧力室に対し、ディストリビュータ５５ａに形成された流体流路５４ｄを介して圧力流体を供給することにより、円筒部５４ｂの環状溝５４ｃに対応する薄肉部が拡径方向に変形する。その結果、回転軸５２に対し拡径方向の締付け力が作用し、回転軸５２の回転が阻止された状態（クランプ状態）となる。

また、図示の例では、ロータリジョイント５５の上端部に、回転軸５２の回転量、すなわち、第１の支持ヘッド３０の角度位置を検出するための回転検出器４４が設けられている。そして、この回転検出器４４の検出信号は、工作機械の制御装置に送られ、第１の支持ヘッド３０の回転制御に用いられる。

回転軸５２をハウジング５１に対し回転自在を支持する軸受は、前述のように、複合ころ形式の旋回軸受の１つである３列円筒ころ軸受（３列ローラベアリング／アキシアル・ラジアルローラベアリング）６０であり、本実施例では、この３列円筒ころ軸受６０が、回転軸５２の回転軸線方向（Ｃ軸方向）に離間して２個配置されている。

この３列円筒ころ軸受６０は、それ自体は公知のものであるが、詳しく説明すると、基本的には、内輪６１、外輪６３、及び内輪６１と外輪６３の互いに対向する周面の間に配置された複数の円筒ころ６２、６４、６６によって構成されている。

内輪６１は、上下一対の内輪分割体６１Ａ、６１Ｂに分割されており、両内輪分割体６１Ａ、６１Ｂは、回転軸５２の軸部材５２ａに形成された取り付け面５２ａ1に対し、ボルト６９によって締め付けられて一体的に締結されている。また、内輪６１は、その外周面に、外輪６３の軸方向の両側面に対し各々対向する一対の顎部６１ａ、６１ｂが設けられている。そして、外輪６３と両側の顎部６１ａ、６１ｂとの間には、保持部材（図示せず）によって保持されたアキシアル荷重負担用の円筒ころ６２、６４が介装されている。また、外輪６３と内輪６１の外周面との間には、保持部材（図示せず）によって保持されたラジアル荷重負担用の円筒ころ６６が介装されている。

このように、本発明が適用される第二の支持ヘッド５０では、回転軸５２をハウジング５１内で回転自在に支持するための軸受として、アキシアル方向及びラジアル方向の荷重に関して同径のクロスローラベアリングよりも高い荷重を受けることができる３列円筒ころ軸受６０を採用し、且つ、この３列円筒ころ軸受６０をＣ軸方向へ離間して２個配設し、その２個の３列円筒ころ軸受６０よって回転軸５２を支持する構成としている。これにより、第１の支持ヘッド３０を支持してその角度位置を割り出すために回転駆動される回転軸５２の支持を、高い支持剛性のもとで行うことができる。従って、敢えて大径の軸受を採用することなく高い支持剛性を得られる構成となっており、装置の大型化や加工精度の低下を招くことがない。

なお、図示の例では、回転軸５２を支持する軸受として３列円筒ころ軸受を採用しているが、これに代えて、複列円錐ころ軸受を採用することも可能である。すなわち、本発明でいう複列形式のころ軸受は、上記実施例の３列円筒ころ軸受に限定されるものではなく、複列円錐ころ軸受であってもよい。また、アキシアル方向及びラジアル方向の荷重を支承可能な他のころ軸受であってもよい。さらに、上記軸受の数は、上記実施例のような２個の場合に限らず、スペース的に可能であれば３個以上であってもよい。

また、本発明が適用される角度割出し装置は、上記した実施例のものに限らず、例えば、ワークが載置される円テーブルを回転駆動してその角度位置を割り出す回転テーブル装置であってもよい。なお、角度割出し装置が回転テーブル装置の場合、上記した円テーブルが本発明でいう回転駆動対象部材となる。

さらには、本発明は以上で説明したいずれの実施形態にも限定されるものではなく、本発明の請求範囲を逸脱しない限りにおいて種々に変更することが可能である。

Claims (2)

1. 貫通孔（５１ａ）を有するハウジング（５１）と、一端に回転駆動対象部材（３０）が固定されると共に前記ハウジング（５１）の貫通孔（５１ａ）内で軸受（６０）によって回転自在に支持される回転軸（５２）と、該回転軸（５２）を回転駆動してその角度位置を割り出すための駆動モータ（５３）と、を備えた工作機械用の角度割り出し装置（５０）において、
   前記軸受（６０）を、アキシアル方向及びラジアル方向の荷重を支承可能な複列形式のころ軸受とし、前記回転軸（５２）が、その回転軸線方向に離間して配置された２以上の前記軸受（６０）によって支持されている、ことを特徴とする工作機械用の角度割出し装置（５０）。
2. 前記軸受（６０）が、３列円筒ころ軸受である、ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械用の角度割り出し装置（５０）。

Images