TW201615309A - 旋轉體的防振構造 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可更為有效減輕切削加工時產生之旋轉體的旋轉振動的防振構造。在旋轉體的主體的內部，具備：複數配置於旋轉體的旋轉軸心的長方向的軸構件，及外插於軸構件，在與旋轉軸心同軸複數配置於旋轉軸心的長方向的至少一層的筒構件，鄰接於長方向的軸構件彼此的邊界位置與鄰接於長方向的筒構件彼此的邊界位置是形成沿著長方向不同的位置。

Description

旋轉體的防振構造
本發明是有關防止旋轉加工時的振動之旋轉體的防振構造。
以往，作為金屬等的工件切削加工用的裝置具有保持在前端側固定著切削用刀部之工具架的端部側，使該工具架旋轉的構造。以上的裝置，在前端側的刀部抵接於工件時工具架會彎曲變形，在工具架產生振動而有加工精度降低的問題。此一振動根據工具架的長度與外型尺寸，或構成工具架的材料特性等產生的狀況有所不同。
為此，例如專利文獻1中，揭示有使用將相對於寬幅的振動頻率具有大衰減比之使用於鏜孔作業的鏜桿形成彼此同心狀的複數層的圓筒材所構成的例。以該等鏜桿切削工件時，切削力依序傳達彼此嵌合的圓筒材而到達主軸。此時，在相鄰的圓筒材彼此間有些微的位移產生，顯示在多層構造的構件彼此產生摩擦急速地使能源消散的機序。
又，例如專利文獻2中，揭示為了構成鏜桿 而具備以緊固螺栓連接鏜桿的前端部與基端部的鏜桿頭，及在該等前端部與基端部之間的位置，以上述緊固螺栓外插的狀態多層配置的複數個薄壁中空桿的例。在該等薄壁中空桿的外圍設置外筒，藉著安裝於此外筒的螺絲等緊固上述薄壁中空桿的中央部。藉此緊固，使多層配置的複數個薄壁中空桿彼此接觸，產生摩擦來吸收振動。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利實開昭62-32702號公報
[專利文獻2]日本專利實開平3-36701號公報
[發明概要]
上述專利文獻1記載的工具中，多層構造的圓筒材沿著軸長方向的長度皆相同，又，配置在內外方向的圓筒材彼此是在複數處彼此接合。因此，圓筒材彼此的相對移動受到大幅度的限制。因此，切削加工時在鏜桿產生振動時，鏜桿產生的彎曲變形會因多層構造成一體化的各圓筒材而減輕，此時，僅是藉圓筒材彼此間產生的些微摩擦來吸收振動。
又，專利文獻2是設定藉螺絲等改變複數個 薄壁中空桿的緊固強度使振動吸收功能變化，但是強力緊固時，會使各個薄壁中空桿彼此更為一體化而使得各構件間摩擦的產生變得困難。因此，振動吸收特性降低。另一方面，緊固力弱時，薄壁中空桿彼此的摩擦變得容易產生，但另一方面，各薄壁中空桿變得容易彎曲變形，其結果不能吸收切削部的振動。
本發明是鑒於上述情況所研創而成，提供一種可更為有效減輕切削加工時產生之旋轉體的旋轉振動的防振構造。
本發明之旋轉體的防振構造的特徵構成是構成在旋轉體的主體的內部，具備：複數配置於上述旋轉體之旋轉軸心的長方向的軸構件，及外插於上述軸構件，在與上述旋轉軸心同軸複數配置於上述旋轉軸心的長方向的至少一層的筒構件，鄰接於上述長方向的上述軸構件彼此的邊界位置與鄰接於上述長方向的上述筒構件彼此的邊界位置是形成沿著上述長方向不同位置的點。
有如本構成，使軸構件彼此的邊界位置與筒構件彼此的邊界位置不同，可藉著與軸構件彼此的邊界位置相對的筒構件，或與筒構件彼此的邊界位置相對的軸構件，抑制因旋轉振動使得軸構件彼此或筒構件彼此互相在徑向的相對移動。
例如，在長方向相鄰的軸構件彼此之間欲產生相對移 動的場合，首先其中一方的軸構件推壓位在其外側的筒構件。但是，該被推壓的筒構件是藉另一方的軸構件阻止移動。因此，其結果可抑制鄰接之軸構件彼此的相對移動。此時，軸構件與筒構件的相對位置有些微變化，在兩構件間產生摩擦。藉此摩擦有效吸收旋轉體的振動。
本發明的其他特徵構成是將上述筒構件的總數設定比上述軸構件的總數少的點。
有如本構成，由於上述筒構件的總數比上述軸構件的總數少，使得筒構件中的至少其中之一的長度比軸構件的其中之一長度長的設定變得容易。物體上雖存在有旋轉系的慣性矩，但其大小是與物體的質量與旋轉半徑的二次方成比例而變大。因此，有如本構成，使得位於旋轉半徑之大的外側的筒構件的長度更長，增大筒構件的質量，可使慣性矩加大而提升旋轉的穩定性。相反地設置在內側的軸構件的旋轉半徑小，長方向的長度也較短。因此，可抑制為小的慣性矩。如上述，在軸構件的慣性矩與筒構件的慣性矩設有差異，在旋轉體產生振動時，會積極地產生軸構件與筒構件之間的相對移動，可提高兩構件間產生的摩擦進一步有效吸收旋轉體的振動。
本發明的其他特徵構成是在上述軸構件與上述筒構件之間配置有彈性密封材的點。
有如本構成，在軸構件與筒構件之間配置有彈性密封材時，旋轉體產生振動的場合，軸構件的位移透過彈性片而傳達於筒構件，藉筒構件的旋轉慣性限制軸構 件的移動。藉此，可減輕振動體的振動。
本發明的其他特徵構成是在上述軸構件彼此的邊界位置與上述筒構件彼此的邊界位置之間配置有彈性密封材的點。
有如本構成，配置在軸構件彼此的邊界位置及筒構件彼此的邊界位置的彈性密封材是在軸構件與筒構件之間施加預定的彈性壓縮。因此，例如在旋轉體靜止的狀態，或在安裝於旋轉體的工具不振動地進行工件加工的狀態下，軸構件與筒構件不會彼此相對移動。藉此，可將軸構件及筒構件保持著預定的位置關係。
本發明的其他特徵構成是將上述筒構件的徑向的厚度設定比上述軸構件的徑向的厚度大的點。
有如本構成，將筒構件的質量相對於軸構件的質量相對地增大。藉此，可進一步增大筒構件的慣性矩，穩定筒構件的旋轉狀態。其結果，可強化旋轉體的振動吸收功能。
本發明的其他特徵構成是具備三個上述筒構件，將上述長方向中位在中央的筒構件的徑向的厚度設定比其他筒構件的徑向的厚度大的點。
在工具架等的旋轉體產生振動的場合，長方向的中央的位置中位移量變大。本構成是具備三個筒構件，在長方向中位於中央的筒構件的徑向的厚度比其他筒構件的徑向的厚度大。藉此，提升位於該中央區域之筒構件的慣性矩，因此可強化旋轉體的振動吸收功能。
1‧‧‧工具架(旋轉體)
2‧‧‧主體
7‧‧‧中空部
9‧‧‧栓構件
20‧‧‧軸構件
21、23、33‧‧‧邊界位置
22、32‧‧‧筒構件
24、25、34‧‧‧彈性密封材
50‧‧‧工作機械的主軸(旋轉體)
51‧‧‧主軸主體(主體)
X‧‧‧旋轉軸心
第1圖為具備防振構造之工具架的縱剖視圖。
第2圖為第1圖之Ⅱ-Ⅱ線剖視圖。
第3圖為第1圖之Ⅲ-Ⅲ線剖視圖。
第4圖表示第2實施形態之防振構造的縱剖視圖。
第5圖表示第3實施形態之防振構造的縱剖視圖。
第6圖表示第4實施形態之防振構造的縱剖視圖。
第7圖表示第5實施形態之防振構造的縱剖視圖。
以下根據圖示說明本發明的實施形態。
[第1實施形態]
第1圖~第3圖是表示具備本發明之防振構造的工具架1(旋轉體的一例)。
該工具架1為鏜孔加工用，具有：裝設工具的圓筒形長形的主體2，及把持於工作機械的主軸(未圖示)之錐形的柄部3。
在主體2的內部具有圓筒形的中空部7。該中空部7是以在主體2的前端側大的開口的軸孔8形成。在軸孔8，從中心側呈同軸心狀配置有冷卻管11、軸構件20、筒構件22。
在冷卻管11的外圍側沿著旋轉軸心X的長方向配置複數個圓筒的軸構件20。第1圖表示配置三個軸構件20的例。在軸構件20的更外側，外插有與旋轉軸心X呈同軸心狀的複數個筒構件22。第1圖是表示兩個筒構件22。
在將冷卻管11及軸構件20、筒構件22插入軸孔8之後，以栓構件9固定該等。在栓構件9的外圍面形成外螺紋部，將此栓構件9栓鎖在形成於軸孔8內周圍面的內螺紋部。藉軸孔8的底部與栓構件9，將冷卻管11及軸構件20、筒構件22沿著旋轉軸心X壓接固定。
軸構件20是如第1圖表示，沿著長方向配置有均等長度的三個構件20A~20C。另一方面，筒構件22配置有均等長度的兩個構件22A、22B。軸孔8之軸構件20的設置區域及筒構件22的設置區域為相同的長度，筒構件22的長度變得比軸構件20的長度更長。各總數為筒構件22的一方必然會較少。
藉本構成，彼此鄰接之軸構件20彼此的邊界位置21與筒構件22彼此的邊界位置23成為沿長方向之不同的位置。軸構件20及筒構件22是例如以金屬材料等，具有適當衰減特性的材料構成。軸構件20與筒構件22也可以同種的材料，或不同種材料。
如第1圖表示，在與軸構件20及筒構件22鄰接之軸構件20或筒構件22抵接之處，或者在軸構件20或筒構件22與栓構件9或主體2、冷卻管11抵接之處 配置有彈性密封材24、25。主體2與軸構件20與筒構件22是透過彈性密封材24、25彼此嵌合。
該等彈性密封材24、25是在軸構件20或筒構件22之間施以預定的彈性壓縮，在工具架1靜止的狀態，或不振動進行工件切削加工的狀態下，軸構件20與筒構件22彼此不相對移動地，保持著預定的位置關係。因此，在此通常狀態，配置於軸孔8的構件彼此不會接觸。
但是，在工件的切削加工時工具架1產生振動的場合，彈性密封材24、25會進一步變形，使軸構件20與筒構件22彼此抵接。此時，例如軸構件20的位移是透過彈性密封材24、25傳達至筒構件22，利用筒構件22的旋轉慣性限制軸構件20的移動來減輕振動。又，軸構件20抵接於筒構件22的場合在兩者間產生摩擦，將軸構件20的動作轉換成熱或聲音以降低振動。
再者，第1圖中，雖表示在軸構件20或筒構件22的外面側及內側面配置兩個彈性密封材24、25，但此外，也可使用比軸構件20或筒構件22的厚度略厚的一個彈性密封材。
此外，在冷卻管11與栓構件9的邊界部具備彈性密封材12，在栓構件9與軸構件20的邊界部，及栓構件9與筒構件22的邊界部具備彈性密封材13。該等彈性密封材12、13除了保持構件間之相對位置的功能外，並具有防止冷卻劑進入軸構件20或筒構件22之配置區域的功能。藉著上述冷卻劑的進入，不妨礙軸構件20與筒 構件22的位移，可維持良好的防振效果。
如第1圖表示，軸構件20彼此的邊界位置21與筒構件22彼此的邊界位置23是沿著長方向設定在不同的位置。本構成例如在與長方向鄰接的軸構件20A、20B之中軸構件20A朝著徑向位移的場合，推壓位在軸構件20A外側的筒構件22A。該筒構件22A雖朝著同方向位移，但與軸構件20A鄰接的軸構件20B阻止筒構件22A的動作。如此一來，即使在特定的軸構件20或筒構件22產生靜向的移動時，仍可藉其他的軸構件20及筒構件22阻止移動，其結果，可吸收工具架1的振動。
[第2實施形態]
本發明有關第2實施形態表示於第4圖。在此，設定筒構件22的徑向的厚度比軸構件20的徑向的厚度大。如以上的構成，使筒構件22的質量相對於軸構件20的質量相對地增大。因此，進一步使得筒構件22的慣性矩變大，穩定筒構件22的旋轉狀態的結果，強化工具架1的振動吸收功能。
[第3實施形態]
本實施形態是如第5圖表示，在長方向配置均等長度的四個軸構件20，並在其外側配置均等長度的三個筒構件22。在此，將筒構件22中之中央位置的筒構件22B的厚度設定比其他筒構件22A、22C的厚度大，並針對軸構 件20，兩端的20A、20D的厚度為一定，但設定中央側的20B、20C的厚度比長方向的中央側小。工具架1產生振動的場合，在長方向中央部的位置位移量變大。因此，提升位於該區域之筒構件22B的慣性矩，提升振動吸收功能。
[第4實施形態]
本實施形態是如第6圖表示，在軸構件20的外圍側配置2層的筒構件22、32。針對內側的筒構件22及外側的筒構件32，也使得鄰接於長方向之筒構件22彼此的邊界位置23與鄰接於長方向之筒構件32彼此的邊界位置33沿著長方向而有不同。再者，在以上的邊界位置設有差異亦僅是針對在徑向鄰接之構件的邊界位置，如第6圖表示，位於長方向中央之軸構件20彼此的邊界位置與外側之筒構件32彼此的邊界位置33是沿著長方向位於相同位置尤其不成問題。
本實施形態中，也使得越是外側的筒構件沿著長方向的數量越少，來提升外側筒構件的慣性矩。在外側的筒構件32彼此之間也設有和上述實施形態相同的彈性密封材34。並且，設置在軸構件20外圍側的筒構件的層數也可進一步為三層以上。
[第5實施形態]
上述實施形態雖表示使用工具架1作為旋轉體的例， 但是如第7圖表示，旋轉體也可以是連接有工具架等的工作機械的主軸50。未圖示的工具架等是連接在主軸50的一方(例如第7圖的右側)。
主軸50是配置在外殼60的內側，在主軸主體51的內部具有圓筒狀的中空部52。在該中空部52從中心側呈同軸心狀配置有冷卻管53、軸構件20、筒構件22。
在冷卻管53的外圍側沿著旋轉軸心X的長方向配置複數個圓筒狀的軸構件20。第7圖表示配置三個軸構件20A~20C的例。在軸構件20的進一步外側外插與旋轉軸心X同軸心狀的複數個筒構件22。第7圖是表示配置兩個筒構件22A、22B的例。在抵接於軸構件20及筒構件22鄰接的軸構件20或筒構件22之處，或者軸構件20或筒構件22抵接於主軸主體51、冷卻管53等之處配置彈性密封材24、25。
在主軸主體51與外殼60之間沿著旋轉軸心X的方向設有軸承61、62，在軸承61與軸承62之間配置有間隔片63。在與軸承62的間隔片63的相反側，將螺帽64嵌合於外殼60，並將螺帽65嵌合於主體主軸51。如此一來軸承61、62，藉間隔片63及螺帽64、65定位保持在外殼60的內周圍側。主軸50是藉著軸承61、62穩定地旋轉，以軸構件20及筒構件22吸收振動。
[其他實施形態]
(1)上述實施形態中，雖表示在長方向的構件(軸 構件20、筒構件22、32)間的內周圍側端及外圍側端的雙方設置彈性密封材24、25、34，但可維持構件彼此之非接觸狀態的場合，彈性密封材也可以僅設置在內周圍側端及外周圍側的一方。並且，也可在各構件彼此的間隙透過潤滑劑或黏性材料等取代彈性密封材以使得構件彼此不會直接接觸。
(2)上述實施形態中，軸構件20及筒構件22(32)，雖在長方向配置均等長度，但也可在長方向為不等長度的軸構件20及筒構件22。
(3)上述實施形態中，雖表示內側構件(軸構件20、筒構件22)的總數比和該內側構件鄰接的外側構件(筒構件22、23)的總數多的例。但是，內側構件與外側構件的總數也可以相同。但是，此時有使彼此的邊界位置不同地，在長方向使得內側構件(軸構件20)的端部位置與外側構件(筒構件22)的端部位置不同，或在長方向適當變更內側構件及外側構件的分割尺寸的必要。
(4)根據本發明的防振構造是設置三個以上的軸構件20或筒構件22(32)的場合，與沿著長方向的端部側的軸構件20或筒構件22的剛性比較，也可設定中央側之軸構件20或筒構件22的較高剛性。藉此，軸構件20或筒構件22的長方向中央側的變形變得困難，因此可抑制旋轉體(工具架1、工作機械的主軸50)的振動。
(5)上述實施形態中，作為本發明的防振構 造，雖表示在圓筒狀的冷卻管11、53的周圍配置軸構件20及筒構件22(32)為例，但是對於不需供應冷卻劑的工具架1或工作機械的主軸50，也可在圓柱形構件(實心材)的周圍配置軸構件20及筒構件22來取代圓筒狀構件。
1‧‧‧工具架(旋轉體)
2‧‧‧主體
3‧‧‧柄部
7、8‧‧‧中空部
9‧‧‧栓構件
11‧‧‧冷卻管
12、13‧‧‧彈性密封材
20(20A、20B、20C)‧‧‧軸構件
21‧‧‧邊界位置
22(22A、22B)‧‧‧筒構件
23‧‧‧邊界位置
24、25‧‧‧彈性密封材
X‧‧‧旋轉軸心

Claims (7)

  1. 一種旋轉體的防振構造，其特徵為：在旋轉體的主體的內部，具備：複數配置於上述旋轉體之旋轉軸心的長方向的軸構件，及至少一層筒構件，外插於上述軸構件，在與上述旋轉軸心同軸複數配置於上述旋轉軸心的長方向，鄰接於上述長方向的上述軸構件彼此的邊界位置與鄰接於上述長方向的上述筒構件彼此的邊界位置是形成沿著上述長方向不同位置。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的旋轉體的防振構造，其中，在上述軸構件與上述筒構件之間配置有彈性密封材。
  3. 如申請專利範圍第1項記載的旋轉體的防振構造，其中，在上述軸構件彼此的邊界位置與上述筒構件彼此的邊界位置之間配置有彈性密封材。
  4. 如申請專利範圍第2項記載的旋轉體的防振構造，其中，在上述軸構件彼此的邊界位置與上述筒構件彼此的邊界位置之間配置有彈性密封材。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項記載的旋轉體的防振構造，其中，將上述筒構件的徑向的厚度設定比上述軸構件的徑向的厚度還大。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項記載的旋轉體的防振構造，其中，具備三個上述筒構件，將上述 長方向中位在中央的筒構件的徑向的厚度設定比其他筒構件的徑向的厚度還大。
  7. 如申請專利範圍第5項記載的旋轉體的防振構造，其中，具備三個上述筒構件，將上述長方向中位在中央的筒構件的徑向的厚度設定比其他筒構件的徑向的厚度還大。
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