TWI328483B - Main spindle device - Google Patents

Description

1328483 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用以夾緊筒夾之主轴裝置。 【先前技術】 為了有效夾箝筒夾，習知之主轴裝置係設置有肘節 .(toggle)或夾持器等構件。由於肘節或夾持器能夠用來抓取 筒夾，所以能夠使此筒夾之直徑收縮，另外，肘節或夾持 器亦能夠用以推壓筒夾，俾能使筒夾之直徑擴大，以放開 工作件。以下將應用肘節或夾持器之方法稱為「肘節法 (toggle method)」° 除上述方法之外，亦有人提出利用圓錐狀盤形彈簧之 驅策力之方法。以下將此種方法稱為「圓錐狀盤形彈簧 法」。舉例而言，日本特開2005-319540號揭露一種加工工 具用之主轴裝置，其係屬於圓錐狀盤形彈簧法之型式。 然而，上述各方法具有以下問題：（1)主軸裝置係難以 高速旋轉；（2)難以縮小主轴裝置尺寸；以及（3)難以微調夾 '頭之夾持力。 肘節法的缺點在於（1)主軸裝置難以高速旋轉，此乃因 為主軸裝置包含數個部件，其容易導致喪失主轴裝置的微 平衡。又，另一缺點（2)難以縮小主轴裝置尺寸係導因於主 轴必須被設置於外部，且必須配合藉由外加的方式所設置 之例如氣壓缸等裝置，因而主轴裝置整體具有大尺寸。再 者，如果藉由此肘節法而緊抓住的話，薄壁管道等等則必 6 調處於破愚碎之風險下。這證明了⑶夹頭夾持力難以微 另外 因9因、i圓錐狀盤形彈簧法的缺點（1)難以高速旋轉的原 遭#f為'又有圓錐狀盤形彈簧被設置於筒夾附近，且其周 寸曰田ΐ部件容易失去平衡。又，另一缺點⑵難以縮小尺 簧力.而圓錐狀盤形彈簧本身必須夠長以提供足夠之彈 問題（3)而且活塞軸承之設置亦使尺寸難以縮小。又，關於 夾頭夹持雖财以藉㈣低®錐狀盤形彈*之數目來減弱 力 但疋，這樣通常難以敏銳地調整夹頭之夾持 因此，如何提供一種能夠在高速旋轉的同時避免工作 之傾斜、且尺寸可縮小之主軸裝置，正是當前的重要課 【發明内容】 有鑑於上述課題，本發明之目的係提供一種能夠 速旋轉的同時㈣工作件之傾斜4尺寸可縮小之主轴裝 置。 緣是，為達上述目的，依據本發明之一種主轴裳 含-主軸！、-夾頭單S1G、—管道單元71以及 :元'其中’-主轴1具有-中空孔;爽頭單元 接至主轴1之一鈿’用以夹緊一工作件w;管道 係^^主轴之=孔中，其中卫作件％係減 凡中，㈣料工作件在與主轴—_轉時產生振動^ 1328483 撐單元72支撐管道單元71於主軸1之一端，以使管道單 元71之一轴線與主軸1之一軸線相同，並使管道單元71 之一端凸出於設置在夾頭單元10之内部之主軸1之一端。 管道單元71之另一端可從主軸1之另一端凸出，而 用以饋入工作件W之一工作件饋送埠可設置於管道單元 71之另一端。 k 另外，為達上述目的，依據本發明之一主轴裝置包含 一主轴1以及一炎頭單元10。其中，主轴1係以主轴之一 軸線為旋轉中心旋轉；夾頭單元10連接至主軸1之一端， 用以夾緊一工作件W。其中，夾頭單元10包含一筒夾6、 一柱體3以及一筒夾夾持構件。其中，筒夾6用以失緊工 作件W ;柱體3包含一活塞311與321，在接受自主軸1 内部之一壓縮流體所提供之壓力時，活塞311與321朝夾 緊工作件W之一方向或釋放工作件W之一方向移動；筒 夾夾持構件5係因應活塞311與321之移動來施加一作用 力至筒夾6以得到其較小直徑。 於柱體3中可能設置至少兩個以上的活塞311與321。 • 位於主轴1之轴線上並面對主轴1之柱體3、活塞311 .與321及筒夾夹持構件5之外形，係可具有大致圓形輪 廓，且大致圓形輪廓之中心可能與主軸1之主軸中心一致。 柱體3可能由包含鋁之材料所構成。 主轴裝置可包含一壓縮流體壓力調節器，用以調節提 供至活塞311與321之壓縮流體之壓力。 如上所述，依據本發明之主轴裝置，能夠儘可能地抑 8 作件可作高速旋轉 工 制工作件之振動。因此， 又 轴之—端包Γ，夹緊筒夹之元件之夹頭單元係設置於主 之端。因此，可縮小主轴裝置整體之尺寸。 【實施方式】 轴裝置y將參照相關式，朗依本發明較佳實施例之主 平之-主軸裝置之 作件W (位於圖!之右二。工二用以夾緊-工 馬連（未如m轉，μ關中工作件轉動 圖作。主機體101具有-子機體105，其設置於 面圖圖顯示依據本發明較佳實施例之主轴裝置之剖 ::。=之各種其他元件。主軸二::2 之輪線延伸之2壓縮氣流路徑11與12，其沿著主轴i 外，主輪〗★ °而形成於主軸1之大致柱形本體中。另 之一工作件於具=沿著轴線延伸之方向而設置於主轴1中 13之軸線延13。更明確而言’此工作件饋送路徑 從上述内容而可：易好二主轴/之轴線延伸方向1。如 在它們之門沾 易見的，壓縮氣流路徑11與12以爲 軸i中。、工作件饋送路徑13係互相平行並設置於主 1328483 一第一軸承102與一第二軸承103係支撐主軸1，俾 使主軸1可轉動。第一轴承102與第二軸承103係分別由 一第一轴承座151與一第二軸承座152握持。這些第一轴 承座151與第二軸承座152係由主機體101所握持。 主轴1係被配置成貼合於由電動馬達104之定子所界 定之一柱形空間。主轴1具有與定子成對之一轉子。主機 . 體101中具有一空間，電動馬達104係容納於此空間中。 電動馬達104驅動主軸1，使得主轴1繞著其軸線旋轉。 以下，將首先說明圖2左側之主軸1之一端之構造， 然後說明圖2右側之主軸1之另一端之構造。 於圖2左側之主轴1之一端設有一壓縮空氣供應/釋放 單元501，其具有用以容納部分主軸1之大致柱形中空部 分。壓縮空氣循環導管502與503係埋入於壓縮空氣供應 /釋放單元501中。壓縮空氣循環導管502與503從壓縮空 氣供應/釋放單元501之内周面貫穿至壓縮空氣供應/釋放 單元501之外周面。 主軸1中之壓縮氣流路徑11係經由與主轴1整合之 • 轉動接合部而連接至壓縮空氣循環導管502。主轴1中之 -壓縮氣流路徑12係經由轉動接合部而連接至壓縮空氣循 環導管503。一壓縮空氣供應裝置520係連接至各個壓縮 空氣循環導管502與503之開口埠504與505。壓縮空氣 供應裝置520與開口埠504及505之間係分別利用管道連 接。這些管道係分別設有降壓閥521與522。 又，於圖2左側之主軸1之一端設有子機體105，其 1328483 係自圖2左側覆蓋壓縮空氣供應/釋放單元501。一穩固支 承管道(steady rest pipe)71係穿過子機體105之内部，並包 覆形成於主軸1中之工作件饋送路徑13。以下將說明穩固 支承管道71。依據本實施例，圖2左側之壓縮空氣供應/ 釋放單元501之一端的位置幾乎與圖2左側之主軸1之一 端的位置一致。 現在將說明圖2右側之主軸1之另一端之構造。夾頭 單元10係經由一凸緣2連接至圖2右側之主軸1之另一 端。夾頭單元10包含一柱體3、活塞311與321、一柱形 構件4，一筒夾夾持構件5、一筒夾6等。 如圖2所示，凸緣2具有大致圓形鐵餅形狀。凸緣2 係藉由一螺栓81連接至圖2右側之主軸1之另一端，以 使凸緣2之軸線與主軸1之軸線一致。壓縮空氣轉運路徑 21〆22係形成於凸緣2中。壓縮空氣轉運路徑21與22 並未彼此連結。壓縮空氣轉運路徑21係連接至形成於主 軸1中之壓縮氣流路徑11。壓縮空氣轉運路徑22係連接 至壓縮氣流路徑12(但是連接之部分並未顯示於圖2中）。 如圖2所示，柱體3係與凸緣2連接。柱體3之外觀 係為大致圓形的柱體。柱體3包含位於其中之活塞311與 321。連接至壓縮空氣轉運路徑22之柱體内氣流路徑31 與32(參見圖2上側），以及連接至壓縮空氣轉運路徑21 之柱體内氣流路徑33(參見圖2下側），係形成於建構柱體 3之柱體壁面内。 圖3顯示依據本發明較佳實施例之主軸裝置之右側部 11 1328483 分之放大剖面圖。柱體内氣流路徑31係連接至一空間 311R，其係接觸活塞311之一右側表面。柱體内氣流路徑 32係連接至一空間321R，其係接觸活塞321之一右側表 面。 柱體内氣流路徑33係連接至一空間321L，其係接觸 活塞321之一左側表面。連結至前述的壓縮空氣轉運路徑 .21之一壓縮空氣轉運路徑23係連接至一空間311L，而空 _ 間311L係接觸活塞311之一左側表面。壓縮空氣轉運路 徑23係類似於其他壓縮空氣轉運路徑21與22而形成於 凸緣2内。 此種構造可使壓縮空氣被提供至位在活塞311與321 之左側或右側之空間中。活塞311與321依據哪一側之空 間被充以壓縮空氣，而產生沿著向左側方向或右側方向之 移動。 於圖3中，壓縮空氣係被提供至此活塞311與321左 側之空間中。因此，所顯示的狀態顯示出活塞311與321 係朝向此圖3之右側方向移動。 • 此時，活塞311與活塞321帶動接觸它們兩者之一部 - 分，如圖3所示（參見位於活塞311右側以及活塞321左側 之間的段差部分）。因此，某一活塞之移動可以促進其他活 塞之移動。舉例而言，如果空氣係被提供至位於活塞321 右側之空間321R中，則活塞321朝左側方向移動。此時， 活塞321之移動能夠施加一作用力至活塞311以帶動活塞 311朝左側方向移動。 12 於圖2中，柱體3之右側端部連接至具有大 狀之柱形構件4。杜λ々+ & ® 工作件甲空開口部與主軸1中之 構件5= 相通。具有^圓柱形狀之筒夾夾持 6仰： 且切合地嵌入中空開口部中。然後，茼夾 係=筒夹夹持構件”。如圖2所示，筒 緊一工作件W。 肉夾夹持構件5之操作係與活塞311與321之

=丄亦即，當活塞311或活塞321朝右側方向移動時， =夾夾持構件5係朝右側方向移動，以朝—閉合方向操 作。因應於此，-朝使筒夾6減少直徑之方向的作用力可 作用於筒夾6上。因此，若以較寬視野來看的話，工作件 w可以被筒夾6或由夾頭單元1〇緊抓住。

相反地，當活塞3H或活塞321朝左側方向移動時， 同夹夾持構件5 _右側方向移動以朝—開啟方向操作。 當筒夾夾持構件5依此方式操作時，筒夾6藉由其本身之 彈性而自動擴張其直徑。因此，如果以較寬視野來看的 話’工作件W係從筒夾6釋放開，或從爽頭單元⑺釋放 =上已經說明圖2中位於主軸1左右兩側之構造。依 據本實施例，主軸1從其—端至其另—端設有穩固支承管 道7卜穩g]支承管道71係設置於主轴i中之工作件饋送 路徑13内。 在圖2中，穩固支承管道71之右側端部之一部分 71L(以下簡單以「最左邊部分nL」表示），係設置於主轴 13 1328483 1之左側末端的左邊。亦即，穩固支承管道71從主軸1之 最左端凸出，並穿過形成於子機體105中之一穿孔。另外， 一套筒110係覆蓋穿孔位在子機體105左侧之開口埠。因 此，穩固支承管道71之最左邊部分71L亦被套筒110覆 蓋，且被套筒110所支撐。形成於套筒110中之一工作件 饋送埠13A係連接至穩固支承管道71之中空空間。一棒 料饋送器（圖未示）係可設置於工作件饋送埠13A左側之 一端。棒料饋送器饋送一棒狀工作件W至工作件饋送埠 13A中。由此可知，此穩固支承管道71具有作為一導孔來 饋送工作件W之功能。因為工作件W係經由穩固支承管 道71之中空孔而饋入，所以可平坦饋送工作件W至筒夾 6。又，因為工作件W係經由穩固支承管道71之中空孔饋 入，所以不需要特定的饋送構件來饋送工作件W。 另一方面，位於圖2右側（亦即，位於主軸1之最右端） 之工作件饋送路徑13之另一端，設有一滾針軸承72(滾針 式軸承）。滾針軸承72包含一外環部、用以支撐穩固支承 管道71之一保持容器以及設置於外環部與保持容器之間 之一滾針。穩固支承管道71係可轉動地被滾針轴承72所 支撐。如圖2所示，穩固支承管道71右側之一端之一部 分71R(以下簡單以「最右邊部分71R」表示）係設置於滾 針軸承72之右側。此種位置係靠近筒夾之工作件緊握部 分，以緊握工作件W。 其次，將參考圖2而說明具有上述構造之主轴裝置之 操作。 14 AO 吁 於此首先，將說明此筒夾6用以夾緊一工作件w之操作。 所2障况下，因為筒夾夾持構件5需要朝閉合方向操作， 兄下土 311與321需要朝右側方向移動。因此，於此情 之壓縮空氣係被提供至壓縮空氣供應/釋放單元501中 处”循環導管502。然後，壓縮氣流首先經由壓縮 轉運循ί導官5〇2，接著經由壓縮氣流路徑11、壓縮空氣

此路彳二21與23以及柱體内氣流路徑33，最後到達位於 32^1之左手邊之活塞M1與321之一側之空間3UL與 因此，活塞311與321在受到各自左側之空間的壓 ^朝向^側方向移動。當活塞311與321朝向右側方向 時筒夾夾持構件5亦朝向右側方向移動。因此，筒 緊抓住筒失失持構件5，且工作件w係同時由筒夹6 緊抓住。 延伸^閥521與522係設置於從壓縮空氣供應裝置520

* $之S道上。藉由調節提供至降壓閥521與522之壓縮 二乳之壓力，可以適當地調節用以箝制筒夾ό或工作件W 之力量。 艮间夾6用以釋放工作件w之操作係與上述相反。亦 此情況下’壓縮空氣係被提供至壓縮空氣供應/釋放 2凡5〇1之壓縮空氣循環導管503中。壓縮空氣流經壓縮 工氣循環導管5G3、壓縮氣流路徑12、壓縮空氣轉運路徑 以及柱體内氣流路經31與32,而最後到達位於活塞311 ^21右側之空間3ur與321尺。在來自右側之空間之壓 活塞311與321朝向左側方向移動。當活塞3ιι與 15 1328483 321朝向左側方向移動時，筒夹夾持構件5朝向左側方向 移動。因此，筒夾6係被釋放，且工作件W亦同時被釋放。 具有上述構造之本實施例之主轴裝置可達成下述效 果。 第一，主軸1可高速旋轉。此乃因為涉及於主軸1之 旋轉之機構係基本上由具有圓柱形狀或圓形鐵餅形狀之 元件所組成。又，因為沒有加上負載於處於夾箝狀態與鬆 開狀態之軸承上，故在這兩種狀態之下可得到高速旋轉。 若依據習知的肘節法，即使肘節係沿著圓形圓周配置成相 等間隔，主軸亦難以高速旋轉，此乃因為在主軸周圍之不 平坦之重量分佈所導致。又，因為即使在此鬆開狀態下， 肘節亦會顫動，所以難以維持它們的平衡，亦難以達成高 速旋轉。即使藉由習知的圓錐狀盤形彈簀法，亦難以達成 高速旋轉，此乃因為沒有圓錐狀磁碟彈簧係設置於筒夾之 附近，俾使不均衡狀態產生。因此，與習知的肘節法與圓 錐狀盤形彈簧法相比較，依據本實施例之主軸裝置能夠有 利於達到高速旋轉。 第二，依據本實施例之主轴裝置，構成用以夾緊筒夾 6之構造之柱體3與活塞311與321，係存在於靠近筒夾6 (如圖2所示，柱體3、活塞311與321、筒夹夾持構件5、 筒夾6等係全部集體被配置於主軸1右側之一端）。這可使 整體裝置變成小型化。特別是當本實施例之主軸裝置與採 用習知的肘節法或圓錐狀盤形彈簧法之主轴裝置比較之 下，此種效果變成更顯清楚。亦即，習知的肘節法需要例 16 1328483 如氣壓缸、連接至氣壓缸之槓桿等構件，其係以所謂的外 加方式裝設，使得其難以使主轴裝置變成小型化。而習知 的圓錐狀盤形彈簧法所需要的圓錐狀盤形彈簧相當長，使 得其尺寸難以縮小。相較於此，本實施例之主軸裝置能夠 有利於達到小型化。 靠近筒夾6之柱體3與活塞311與321之存在意味著 .動力傳輸是有效的。關於這一點，本實施例本身也達成特 有之效果。 第三，依據本實施例之主軸裝置可敏銳地調節筒夾6 之夹持力或工作件W上之夾持力。此乃因為從壓縮空氣供 應裝置5 20提供之壓縮流體能夠敏銳地無段式調節施加至 夾箝工作件W之筒夾6之作用力。關於這一點，本實施例 亦優於難以夾緊薄壁工作件之習知肘節法，且有利於無法 藉由調整圓錐狀盤形彈簧之數目來敏銳地調節夹持力、從 而難以調節圓錐狀盤形彈簀之驅策力之習知圓錐狀盤形 彈簧法。 第四，依據本實施例之主軸裝置係設有滾針軸承72 *來支撐穩固支承管道71，可使穩固支承管道71製作得較 • 長。因此，穩固支承管道71之末端部分（位於圖2右側一 端之最右邊部分71R)，可以靠近筒夾6夾緊工作件W之 部分。因此，可以有效地避免工作件W產生振動。 更明確而言，依據本實施例之主轴裝置係設有穩固支 承管道71，俾能幾乎覆蓋筒夹夹持構件5之所有長度，如 圖2所示。因此，可以抑制筒夾夾持構件5或工作件W產 17 1328483 生振動。 關於這些效果，依據本實施例之主轴裝置可使更精確 與正確的機械加工成為可能。又，如上所述，儘可能避免 工作件W之振動並有效地抑制筒夾夾持構件5之振動之穩 固支承管道71之存在，係有助於主轴1之高速旋轉之實 現。 . 此外，關於第五種效果，兩個活塞311與321係設置 於構成用以夾緊筒夾6之構造之柱體3内。因此，接受壓 縮空氣之作用力處的活塞之剖面積之尺寸係明顯大於只 存在有一個活塞之情況，因此，能夠增加夾緊筒夾6之力 量。 再者，利用這兩個活塞311與321，可以產生足夠之 夾持力。因此，可縮小柱體3之外徑，並可減少整個夾頭 單元10之慣量。這在主軸1待加速或減速時，使加快主 軸1之響應速度成為可能，並使高速旋轉主軸1成為可 能。很明顯地，這亦有助於整體裝置之尺寸縮小。 柱體3可能由具有小比重之材料（例如鋁合金等）所構 ' 成。於此情況下，可更進一步增加在主軸1待加速或減速 - 時之主轴1之響應速度，且可更進一步促進高速旋轉。柱 體3亦可由鈦合金所構成。這可使柱體更輕量化且更耐 久。這亦有助於整體裝置之尺寸縮小。 又，關於第六效果，如參考圖2所作之說明，本實施 例之主轴裝置在主轴1中具有壓縮氣流路徑11與12，包 含壓縮空氣供應/釋放單元501，並具有與轉動接合部整合 18 1328483 在一起之主軸1。因此，不再需要傳統上已經使用之所謂 的空氣管，這導致裝置構造之簡化與成本之減少。 本發明係並未受限於上述實施例，而可依各種方式作 變化。 舉例而言，依據此上述實施例，壓縮空氣係提供活塞 311與321用之動力源。然而，亦可使用任何—般的壓縮 •流體。這包含譬如以水流體動力地驅動此活塞311與321。 .此外，只要壓縮流體之壓力是適當數值的話，亦可能 僅提供一個活塞。 依據上述貫施例，滾針輛承72係被使用作為用以支 撐穩固支承管道71於主軸1之一端之支撐單元。然而， 本發明並未受限於此，用以支撐穩固支承管道71於主軸i 之一端之支樓單元可能譬如為滚珠軸承。又，用以支撐穩 固支承管道71於主軸1之一端之支撐單元亦可能為滑動 袖承。 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離 本發明之精神與範轉，而對其進行之等效修改或變更，均 ’應包含於後附之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 圖1係為顯示依據本發明較佳實施例之一主轴裝置之 平面視圖； 圖2係為顯示依據本發明較佳實施例之主袖裝置之剖 面圖；以及 19 1328483 圖3係為顯示依據本發明較佳實施例之主軸裝置之右 側局部放大剖面圖。

【主要元件符號說明】 1 主軸 10 夾頭單元 ,101 主機體 102 第一轴承 103 第二軸承 104 電動馬達 105 子機體 11 壓縮氣流路徑 110 套筒 12 壓縮氣流路徑 13 工作件饋送路徑 13A 工作件饋送埠 151 第一軸承座 ' 152 第二軸承座 • 2 凸緣 21 壓縮空氣轉運路徑 22 壓縮空氣轉運路徑 23 壓縮空氣轉運路徑 3 柱體 31 柱體内氣流路徑 1328483 311 活塞 311L 空間 311R 空間 32 柱體内氣流路徑 321 活塞 321L 空間 .321R 空間 33 柱體内氣流路徑 4 柱形構件 5 筒夹夾持構件 501 壓縮空氣供應/釋放單元 502 壓縮空氣循環導管 503 壓縮空氣循環導管 504 開口埠 505 開口埠 520 壓縮空氣供應裝置 521 降壓閥 • 522 降壓閥 ，6 筒炎 71 穩固支承管道 71L 部分 71R 部分 72 滚針軸承 81 螺栓 21 1328483 w 工作件

Claims (1)

1. 99年5月14日補充修正-無劃線替換頁 99年5月14日補充修正-無劃線替換頁 彳年Γ月；vp日修復)正本 十、申請專利範圍： 1、 一種主轴裝置，包含： 一主軸，具有一中空孔； 一夾頭單元，其連接至該主軸之一端，用以夾緊一工 作件； 一管道單元，其係插設於該主轴之該中空孔，其中該 工作件係插設於該管道單元中，藉以在該工作件與該 主軸一起旋轉時，避免該工作件振動；以及 一支撐單元，其支撐該管道單元於該主軸之該端，以 使該管道單元之一抽線與該主軸之一輛線一致，並使 該管道單元之一端凸出於設置在該夾頭單元内之該 主軸之該端， 其中該管道單元之另一端從該主軸之另一端凸出，以 及該工作件饋入之一工作件饋送埠係設置於該管道 單元之該另一端。 2、 一種主轴裝置，包含： 一主軸，係以該主轴之一軸線為旋轉中心旋轉；及 一夾頭單元，連接至該主軸之一端，用以夾緊一工作 件，其中該夾頭單元包含： 一筒夾，用以·爽緊該工作件； 一柱體，係内設有一活塞，其中在接受自該主軸内 部之一壓縮流體所提供之一壓力時，該活塞朝用 以夾緊該工作件之一方向或朝用以釋放該工作件 之一方向移動，以及 23 1328483 99年5月14曰補充修正-無劃線替換頁 一筒夾夾持構件，其因應於該活塞之移動，而施加一 作用力至該筒夾以縮小該筒夹之一直徑。 3、 如申請專利範圍第2項所述之主軸裝置，其中該柱體 中係設置有至少兩個以上的活塞。 4、 如申請專利範圍第2項所述之主軸裝置，其中位於該 主軸之該軸線上並面對該主軸之該柱體、該等活塞與 該筒夾夾持構件之外形，係具有大致圓形輪廟，且該 大致圓形輪廓之一中心與該主軸之一主軸中心一致。 5、 如申請專利範圍第2項所述之主軸裝置，其中該柱體 係由包含銘之一材料所構成。 6、 如申請專利範圍第2項所述之主轴裝置，更包含一壓 縮流體壓力調節器，其調節提供至該活塞之該壓縮流 體之該壓力。 24