WO2012073683A1 - 工作機械における加工対象物の固定装置およびこの固定装置を備えた工作機械 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device for fixing an object to be processed in a machine tool and a machine tool provided with the device, and more particularly to improvement of a state at the time of contact between an operating lever and a sliding member.
- a machine tool such as a lathe is provided with a fixing device (hereinafter referred to as a chucking device) for fixing a workpiece such as a round bar (hereinafter referred to as a workpiece) to a spindle.
- a fixing device hereinafter referred to as a chucking device
- a workpiece such as a round bar (hereinafter referred to as a workpiece)
- This chucking device rotates with the main shaft to fix the workpiece in the closed state, and releases the workpiece to be fixed in the open state, and the displacement to rotate with the main shaft to open and close the fixing portion.
- displacement lever is movable between a first position and a second position along the axial direction of the main shaft, the actuating lever against the actuating lever in the second position of the movable range And a sliding member that rotates together with the operating lever and does not contact the operating lever at the first position.
- the sliding member is hardly rotated when it is not in contact with the operating lever, or is rotated with a slight contact with the outer peripheral surface of the main shaft.
- the rotational difference from the operating lever becomes large, and when the sliding member comes into contact with the operating lever, the sliding member is worn in the rotational direction due to the large rotational speed difference.
- the sliding member is always rotated integrally with the main shaft by the braking member interposed between the main shaft (spindle in Patent Document 1) and the sliding member (shifter in Patent Document 1). Since the operating lever (chuck claw in Patent Document 1) always rotates integrally with the main shaft, the rotational speed of the sliding member matches when the sliding member comes into contact with the operating lever. Directional wear can be prevented or suppressed.
- the actuating lever is provided at a specific angular position (phase) around the axis of the main shaft, and the invention described in the above prior art document is configured so that the sliding member is also integrally formed with the main shaft.
- wear extending in the axial direction is likely to occur.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and wear that extends in the axial direction occurs in a specific angular position (phase) around the axis while preventing or suppressing wear in the rotational direction of the sliding member. It is an object of the present invention to provide a device for fixing a workpiece to be machined in a machine tool and a machine tool provided with the device.
- the sliding member that contacts the operation lever rotates in synchronization with the main shaft, and does not rotate integrally with the main shaft in the range immediately before the operation lever contacts.
- the shaft of the main shaft of the portion of the sliding member that contacts the operating lever while preventing or suppressing wear in the rotational direction by contacting the operating lever while the sliding member is rotated with inertia or rotation Axial wear is prevented or suppressed by preventing the angular position (phase) of the rotation from becoming a specific fixed position.
- the processing object fixing device in the machine tool rotates together with the main shaft, fixes the processing object in a closed state, and releases the fixing of the processing object in an open state;
- An operating lever that rotates with the main shaft and is displaced so as to open and close the fixed portion, and a first lever and a second position along the axial direction of the main shaft are movably provided, and the movement
- a sliding member that rotates with the operating lever while displacing the operating lever in contact with the operating lever at the second position in the second range, and the first of the movable range of the sliding member A rotation transmission member arranged to contact the sliding member at a position and rotating with the main shaft, wherein the sliding member, the rotation transmission member and the operating lever are the first of the sliding member.
- the sliding member at least some range of range between said second position so as not to contact either of the rotation transmission member and the actuating lever, it is arranged or formed and .
- the machine tool according to the present invention is characterized by including the fixing device according to the present invention.
- the sliding member extends in the axial direction at a specific angular position (phase) around the axis while preventing or suppressing wear in the rotational direction. Abrasion can be prevented or suppressed.
- wear extending in the axial direction at a specific angular position (phase) around the axis is prevented while preventing or suppressing wear in the rotational direction of the sliding member in the fixing device. It can be prevented or suppressed from occurring.
- Embodiments of a fixing device for fixing a workpiece (hereinafter referred to as a workpiece) in a machine tool according to the present invention and a machine tool provided with the chucking device will be described below. It explains using.
- FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a chucking device 10 that fixes a workpiece 200 to a rotating spindle 90 of an automatic lathe that is a machine tool.
- the chucking device 10 is a chucking device using a collet chuck, and rotates with the main shaft 90 to fix the workpiece 200 in a closed state and a chuck portion 20 (fixed portion) for releasing the fixation of the workpiece 200 in an opened state.
- a chuck operating claw 40 (operating lever) that rotates with the main shaft 90 and swings around the fulcrum C so as to open and close the chuck portion 20, and a rubber ring 70 (rotation transmitting member, elastic member) that rotates with the main shaft 90.
- the structure of the chuck portion 20 is a known one, and a collet 21 that fastens and fixes the workpiece 200 from the outside of the outer peripheral surface of the workpiece 200 by being bent and closed inside the main shaft 90 in the radial direction; Disposed on the outer periphery of the collet 21 and displaced in the axial direction M of the main shaft 90, the taper formed on the inner peripheral surface of the collet 21 rides on the taper formed on the outer peripheral surface of the collet 21.
- the first sleeve 22 that bends as described above and the second sleeve 23 that pushes the first sleeve 22 in the axial direction M are provided.
- the first sleeve 22 and the second sleeve 23 have a two-body configuration arranged in a straight line along the axial direction MN of the main shaft 90.
- the two sleeves 22, 23 may be integrally formed.
- the collet 21 receives a biasing force pushed in the axial direction M of the main shaft 90 by the coil spring 24, and when the first sleeve 22 and the second sleeve 23 are not displaced in the axial direction M, the first sleeve 22. since the load received from the taper becomes smaller, the opening disappears deflection radially inward of the main shaft 90 by the elastic restoring force of the collet 21 itself, the fixation of the workpiece 200 is released.
- the chuck operating claws 40 rotate integrally with the main shaft 90. As shown in FIG. 2, a plurality of chuck operating claws 40 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the main shaft 90, and each swings around the fulcrum C. Each first end 41 is located on the outer peripheral surface 91 side of the main shaft 90, and the second end 42 opposite to the first end 41 across the fulcrum C faces the rear end surface 23 a of the second sleeve 23. Always touching.
- Each chuck operating claw 40 is urged by an urging force (not shown) so that the first end 41 is in contact with the outer peripheral surface 91 of the main shaft 90, and the first end 41 is applied to the outer peripheral surface 91 of the main shaft 90.
- the sleeves 22 and 23 are moved in the direction of the chuck operating claw 40 by the coil spring 24, and the second end 42 is in contact with the rear end surface 23a of the second sleeve 23, while the first end
- the second end 42 presses the rear end surface 23a of the second sleeve 23 in the axial direction M of the main shaft 90, and the second sleeve 23 Is displaced in the axial direction M.
- the first sleeve 22 By displacement in the axial direction M of the second sleeve 23, the first sleeve 22 integrally displaced in the axial direction M, to deflect the collet 21, thereby fixing the workpiece 200.
- Rubber ring 70 is pressed against the outer peripheral surface 91 of the spindle 90, the chuck actuating pawl 40 sandwiching the bobbin 50 is provided on the opposite side, it rotates integrally with the spindle 90.
- the bobbin 50 is provided on the outer peripheral surface 91 of the main shaft 90 so as to be slidable in the axial direction MN of the main shaft 90, and the length L1 along the axial direction MN is close to the chuck operating claw 40 of the rubber ring 70.
- Side end surface 71 hereinafter referred to as rear end surface 71
- the first end portion 41 of the chuck operating claw 40 are formed slightly shorter than the length L0 (L1 ⁇ L0).
- the cylinder 61 as a drive source shown in FIG. 1 is a shaft 62 that is displaced along the axial direction MN by an external command.
- the shaft 62 is rotatable at one end side.
- the other end of the supported drive lever 63 is supported.
- the drive lever 63 is engaged with the bobbin 50, and the drive lever 63 moves the bobbin 50 along the outer peripheral surface 91 of the main shaft 90 as the shaft 62 of the cylinder 61 is displaced along the axial direction MN. Slide in the axial direction MN.
- the bobbin 50 is loosely fitted to the outer peripheral surface 91 of the main shaft 90. However, since the bobbin 50 may rotate in synchronization with the main shaft 90 as described later, the outer periphery of the main shaft 90 is interposed via a ball bearing. The inner portion 53 and the outer portion 54 that are close to the surface 91 are relatively rotatable, and the non-rotating drive lever 63 is supported by the outer portion 54.
- the inner portion 53 of the bobbin 50 is formed such that a portion closer to the chuck operating claw 40 protrudes toward the chuck operating claw 40, and the outer peripheral surface of the protruding portion is the first end of the chuck operating claw 40.
- the cam surface 51 may come into contact with the portion 41.
- a portion of the cam surface 51 closer to the first end 41 of the chuck operating claw 40 is formed as a tapered surface 51a (tapered surface in the sectional view) on which the first end 41 rides, and the tapered surface 51a.
- a horizontal plane 51b (horizontal plane in the cross section) having a constant height on which the first end portion 41 rides is formed continuously.
- the end surface 52 (hereinafter referred to as the front end surface 52) of the bobbin 50 near the rubber ring 70 in the axial direction M is rubber.
- the first position P1 the position in contact with the bobbin 50 and the rubber ring 70 so as not to slip due to the frictional force caused by the force: hereinafter referred to as the first position P1) and the axial direction N.
- the second position P2 In the range between the cam surface 51 of the bobbin 50 and the position corresponding to the state where the first end 41 of the chuck operating claw 40 rides on the horizontal surface 51b (hereinafter referred to as the second position P2). That.
- the drive lever 63 moves in the axial direction M when the cylinder 61 is instructed to release the workpiece 200 from being fixed. At this time, the bobbin 50 is positioned at the first position P1 (FIG. 2) by the drive lever 63.
- the front end surface 52 of the bobbin 50 is pressed against the rear end surface 71 of the rubber ring 70 rotating integrally with the main shaft 90. That is, it rotates in synchronization with the rotation of the main shaft 90.
- the drive lever 63 is moved in the axial direction N, the bobbin 50 by the drive lever 63, the second position from the first position P1 P2 ( 3), the length L1 along the axial direction MN of the inner portion 53 of the bobbin 50 is between the rear end surface 71 of the rubber ring 70 and the first end 41 of the chuck operating claw 40. Since the length is slightly shorter than the length L0 (L1 ⁇ L0), as shown in FIG. 4, the bobbin 50 starts from a position immediately after the front end surface 52 of the bobbin 50 is separated from the rear end surface 71 of the rubber ring 70.
- Range to a position where the tapered surface 51a of the inner portion 53 contacts the first end 41 of the chuck operating claw 40 (partial range: of the range between the first position P1 and the second position P2 1 near position P1 In the axial direction N from the difference (L0-L1) ranging (see FIG. 2)), the bobbin 50 is in a state to the rubber ring 70 not be in contact with the chuck actuating pawl 40.
- the bobbin 50 rotates with inertia when rotating in synchronization with the rubber ring 70, but is only loosely fitted with the outer peripheral surface 91 of the rotating main shaft 90.
- the rotation speed decreases due to the resistance of the ball bearing of the bobbin 50, and the rotation is slightly slower than the rotation speed of the main shaft 90.
- the bobbin 50 When the bobbin 50 is further displaced in the axial direction N and the tapered surface 51a of the inner portion 53 of the bobbin 50 starts to contact the first end 41 of the chuck operating claw 40 that rotates in synchronization with the main shaft 90, the bobbin 50 , by contact between the first end 41 of the tapered surface 51a and the chuck actuating pawl 40, together with the chuck actuating pawl 40, that is, rotation again synchronized with the rotation of the main shaft 90.
- the rotational speed of the bobbin 50 is slower than the rotational speed of the main spindle 90, that is, the rotational speed of the chuck operating claw 40. This is much smaller than the speed difference when the chuck operating pawl 40 is brought into contact with the chuck operating claw 40 in a stopped state or a state where the main shaft 90 is merely rotated.
- the wear in the rotational direction that occurs at the contact portion between the bobbin 50 and the chuck operating claw 40 is the wear in the rotational direction when the bobbin is in contact with the chuck operating claw while the bobbin is stopped or simply rotating with the main shaft 90. Can be significantly reduced.
- the chucking device 10 of the present embodiment is configured such that the bobbin and the main shaft are interposed between the bobbin and the main shaft by interposing a braking member that prevents relative rotation of both. Unlike what is always rotated integrally, there is no difference in speed between the bobbin 50 and the chuck operating pawl 40, and there is only a slight difference in speed between the two. However, since the speed difference is very small, wear due to the slight speed difference can be extremely reduced.
- the bobbin 50 rotates asynchronously independently of the main shaft 90 until the bobbin 50 moves away from the rubber ring 70 and thereafter the bobbin 50 starts to contact the chuck operating claw 40, the bobbin 50
- the position of the tapered surface 51a that contacts the chuck operating pawl 40 changes with each contact.
- the chucking device 10 of the present embodiment always rotates the bobbin and the main shaft integrally with the bobbin and the main shaft interposed between the bobbin and the main shaft. Unlike the case described above, when the bobbin 50 and the chuck operating claw 40 come into contact with each other, the position (the angular position (phase) around the axis) on the tapered surface 51a with which the first end 41 of the chuck operating claw 40 comes into contact. ) Is not constant, and therefore, it is possible to prevent or suppress the specific portion from being intensively worn.
- the bobbin 50 rotates in the axial direction N by the drive lever 63 while rotating integrally with the main shaft 90, and the contact position of the first end 41 of each chuck operating claw 40 is the tapered surface 51 a of the bobbin 50. moves to the horizontal surface 51b from the bobbin 50 is moved in the axial direction N is stopped at the second position P2 which is set in advance (Fig. 3), operation of fixing the workpiece 200 is completed.
- the drive lever 63 moves in the axial direction M.
- the bobbin 50 is moved by the drive lever 63.
- And is displaced in the axial direction M from the second position P2 toward the first position P1.
- the bobbin 50 is displaced by an operation opposite to the operation displaced in the axial direction N from the first position P1 to the second position P2 described above, and the taper surface 51a of the bobbin 50 is the first of the chuck operating claws 40.
- the bobbin 50 is out of synchronization with the rotation of the main shaft 90 when the bobbin 50 is separated from the end portion 41 of the first ring 41 (FIG. 4), and the front end surface 52 of the bobbin 50 is in contact with the rear end surface 71 of the rubber ring 70, Therefore, the rotation rotates integrally with the rubber ring 70 and is synchronized with the main shaft 90 again.
- the bobbin 50 advances to the first position P1, the movement in the axial direction M is stopped (FIG. 2), and the unlocking operation of the workpiece 200 is completed.
- the wear of the bobbin 50 at the portion in contact with the chuck operating claw 40 can be reduced, and the portion of the bobbin 50 in contact with the chuck operating claw 40 can be reduced. so as not to concentrate on certain parts, the contact portion of the chuck actuating pawl can be dispersed, may be only on a particular portion is prevented or suppressed from being worn intensively.
- the chucking device 10 of the present embodiment applies a rubber ring 70 that is an elastic member as a rotation transmitting member that rotates together with the main shaft 90 and transmits the rotation of the main shaft 90 to the bobbin 50 at the first position P1.
- the fixing device according to the present invention is not limited to the rubber ring 70 as long as it exhibits an action of transmitting the rotation of the main shaft to the sliding member (bobbin 50) in the first position. It may be an elastic member formed of an elastic material other than the above, or a member formed of a material other than the elastic material.
- the chucking device 10 shown in FIG. 5 is a modification of the chucking device 10 of the above-described embodiment, and this modification is also an embodiment of the fixing device of the present invention.
- the chucking device 10 of this modified example has an outer peripheral ring 81 (annular member) on the outer periphery of the rubber ring 70 in the chucking device 10 of the above-described embodiment, which prevents or suppresses elastic deformation of the rubber ring 70 outward. Is added.
- the rotation transmission member a member other than the rubber ring 70 can be applied, but a member to which the rubber ring 70 is applied as in the embodiment, in particular, its radial thickness is thin,
- the rubber ring 70 is affected in the circumferential direction by the influence of centrifugal force acting outward in the radial direction.
- the contact pressure between the inner peripheral surface of the rubber ring 70 and the outer peripheral surface 91 of the main shaft 90 is reduced, and the rubber ring 70 may not be able to properly transmit the rotation of the main shaft 90 to the bobbin 50.
- the outer peripheral ring 81 provided on the outer periphery of the rubber ring 70 prevents or suppresses the elastic deformation of the rubber ring 70 to the outside. there even when rotated at high speed, it is possible to contact pressure between the outer peripheral surface 91 of the inner peripheral surface and the main shaft 90 of the rubber ring 70 is prevented or suppressed to reduce, as a result, the rubber ring 70, The rotation of the main shaft 90 can be appropriately transmitted to the bobbin 50.
- the outer ring 81 may be made of a material that is not easily deformed by the centrifugal force acting by the rotational speed of the main shaft 90, and is typically made of metal, resin, or carbon fiber. Various types such as the prepared FRP can be applied.
- the outer peripheral ring 81 has an inner peripheral surface in contact with the outer peripheral surface of the rubber ring 70 in a state where centrifugal force is not applied. If there is a gap between the inner peripheral surface of the outer peripheral ring 81 and the outer peripheral surface of the rubber ring 70, the rubber ring 70 escapes radially outward by the amount of the gap. If the inner peripheral surface of the outer peripheral ring 81 is in contact with the outer peripheral surface of the rubber ring 70 to which the centrifugal force is not applied, the rubber ring 70 is applied even if the centrifugal force is applied. This is because the contact pressure between the rubber ring 70 and the main shaft 90 can be prevented from being reduced because it cannot escape radially outward.
- end edge 81 a on the rear end surface 71 side of the rubber ring 70 in the length range along the axial direction MN of the outer peripheral ring 81 is formed so as not to protrude from the rear end surface 71 of the rubber ring 70. Is preferred.
- the outer peripheral ring 81 shown in FIG. 5 is a an inner diameter constant and constant outer diameter of the annular body, in place of the outer peripheral ring 81, for example, shown in FIG. 6, the annular body with inner and outer diameters are different stages It is also possible to apply the outer ring 82 which is
- a portion having a relatively large inner diameter and outer diameter is a portion that exhibits the same action and effect as the outer peripheral ring 81 described above, and a portion having a relatively small inner diameter and outer diameter.
- stepped portion may be a rubber ring 70 to function as a wall to prevent the continue to inadvertently move axially M.
- the point it is preferable that the edge 82a is in a state of recessed than the rear end surface 71 of the rubber ring 70 is similar to that of the outer ring 81.
- the chucking device 10 of the above-described embodiment is a collet chuck configured to close the collet 21 (chuck the workpiece 200) by displacing the sleeves 22 and 23 in the axial direction M.
- a draw bar is provided, and the draw bar is displaced in the axial direction N so that the spindle 90 can be applied to a collet chuck configured to close the collet (chuck the workpiece 200). It can also be applied to a chucking device that chucks with a nail.
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Abstract
摺動部材の、軸回りの特定の角度位置(位相)の部分にだけ摩耗が生じるのを防止乃至抑制する。 主軸(90)とともに回転しチャック部(20)を開閉動作させるように変位するチャック作動爪(40)と、主軸(90)とともに回転するゴムリング(70)と、主軸(90)の軸方向(MN)に沿った第1の位置(P1)と第2の位置(P2)との間を移動可能に設けられ、第1の位置(P1)でゴムリング(70)に接してゴムリング(70)とともに回転し、第2の位置(P2)でチャック作動爪(40)に接してチャック作動爪(40)を変位させつつチャック作動爪(40)とともに回転し、第1の位置(P1)と第2の位置(P2)との間の一部範囲では、ゴムリング(70)およびチャック作動爪(40)のいずれにも接しないボビン(50)(摺動部材)とを備える。
Description
本発明は、工作機械における加工対象物の固定装置およびこの固定装置を備えた工作機械に関し、詳細には作動レバーと摺動部材との接触時の状態の改良に関する。
従来、旋盤などの工作機械は、丸棒等の加工対象物(以下、ワークという。)を主軸に固定するための固定装置(以下、チャッキング(chucking)装置という。)を備えている。
このチャッキング装置は、主軸とともに回転し閉じた状態でワークを固定し、開いた状態で加工対象物の固定を解除する固定部と、主軸とともに回転し固定部を開閉動作させるように変位する作動レバーと、主軸の軸方向に沿った第1の位置と第2の位置との間を移動可能に設けられ、この移動可能の範囲のうち第2の位置では作動レバーに接して作動レバーを変位させつつ作動レバーとともに回転し、第1の位置では作動レバーに接しない摺動部材とを備えている。
そして、摺動部材が第2の位置にあるときは固定部が閉じられ、摺動部材が第1の位置にあるときは固定部が開かれる。
ところで、摺動部材は、作動レバーに接していないときはほとんど回転していないか、または主軸の外周面とのわずかな接触による連れ回りで回転している程度であるため、主軸とともに回転している作動レバーとの回転差は大きくなり、この摺動部材が作動レバーに接触するとき、その大きな回転速度差によって摺動部材が回転方向に摩耗するという問題がある。
そこで、摺動部材と主軸との間の相対的な動きを無くすために、両者間に制動部材を介在させて、摺動部材を常に主軸と一体的に回転させることが提案されている(特許文献1)。
この技術によれば、主軸(特許文献1においてスピンドル)と摺動部材(特許文献1においてシフター)との間の介在された制動部材によって、摺動部材は主軸と常に一体的に回転し、一方、作動レバー(特許文献1においてチャック爪)も主軸と常に一体的に回転しているため、摺動部材が作動レバーに接触するとき両者の回転速度は一致しており、速度差が無いため回転方向の摩耗を防止乃至抑制することができる。
ところで、作動レバーは主軸の軸回りの特定の角度位置(位相)に設けられていて、しかも上記先行技術文献記載の発明は、摺動部材も主軸と一体的に構成されているため、摺動部材の、作動レバーに接触する部分の軸回りの角度位置(位相)は常に一定であるため、その作動レバーの接触する角度位置の部分だけが接触を繰り返すことになり、その特定の位相の部分に、軸線方向に延びる摩耗が生じ易くなる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、摺動部材の、回転方向の摩耗を防止乃至抑制しつつ、軸回りの特定の角度位置(位相)の部分に軸線方向に延びる摩耗が生じるのも防止乃至抑制することができる、工作機械における加工対象物の固定装置、およびこの固定装置を備えた工作機械を提供することを目的とするものである。
本発明に係る工作機械における加工対象物の固定装置は、作動レバーに接触する摺動部材を主軸と同期して回転させつつ、作動レバーに接触する手前の範囲では主軸と一体的に回転しないようにして、摺動部材を慣性や連れ回りで回転させた状態で作動レバーに接触させることで回転方向の摩耗を防止乃至抑制しつつ、作動レバーに接触する摺動部材の部分の、主軸の軸回りの角度位置(位相)が特定の一定位置にならないようにして、軸方向に延びる摩耗を防止乃至抑制したものである。
すなわち、本発明に係る工作機械における加工対象物の固定装置は、主軸とともに回転し、閉じた状態で加工対象物を固定し、開いた状態で前記加工対象物の固定を解除する固定部と、前記主軸とともに回転し、前記固定部を開閉動作させるように変位する作動レバーと、前記主軸の軸方向に沿った第1の位置と第2の位置との間を移動可能に設けられ、前記移動可能の範囲のうち前記第2の位置で前記作動レバーに接して前記作動レバーを変位させつつ前記作動レバーとともに回転する摺動部材と、前記摺動部材の移動可能の範囲のうち前記第1の位置で前記摺動部材に接するように配設された、前記主軸とともに回転する回転伝達部材とを備え、前記摺動部材、前記回転伝達部材および前記作動レバーは、前記摺動部材の前記第1の位置と前記第2の位置との間の範囲の少なくとも一部範囲で前記摺動部材が前記回転伝達部材および前記作動レバーのいずれにも接しないように、配置または形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る工作機械は、本発明に係る固定装置を備えたことを特徴とする。
本発明に係る工作機械における加工対象物の固定装置によれば、摺動部材の、回転方向の摩耗を防止乃至抑制しつつ、軸回りの特定の角度位置(位相)の部分に軸線方向に延びる摩耗が生じるのを防止乃至抑制することができる。
また、本発明に係る工作機械によれば、固定装置における摺動部材の、回転方向の摩耗を防止乃至抑制しつつ、軸回りの特定の角度位置(位相)の部分に軸線方向に延びる摩耗が生じるのを防止乃至抑制することができる。
以下、本発明に係る工作機械における加工対象物(以下、ワークという。)を固定する固定装置(以下、チャッキング装置という。)の実施形態およびこのチャッキング装置を備えた工作機械について、図面を用いて説明する。
(構成)
図1は、工作機械である自動旋盤の回転する主軸90にワーク200を固定するチャッキング装置10を表す断面図である。
図1は、工作機械である自動旋盤の回転する主軸90にワーク200を固定するチャッキング装置10を表す断面図である。
このチャッキング装置10はコレットチャックによるチャッキング装置であり、主軸90とともに回転し、閉じた状態でワーク200を固定し、開いた状態でワーク200の固定を解除するチャック部20(固定部)と、主軸90とともに回転し、チャック部20を開閉動作させるように支点C回りに揺動するチャック作動爪40(作動レバー)と、主軸90とともに回転するゴムリング70(回転伝達部材、弾性部材)と、主軸90の軸方向に沿った第1の位置P1(後述)と第2の位置P2(後述)との間を移動可能に設けられ、この移動可能の範囲のうち第1の位置P1でゴムリング70に接してゴムリング70とともに回転し、移動可能の範囲のうち第2の位置P2でチャック作動爪40に接してチャック作動爪40を変位させつつチャック作動爪40とともに回転し、第1の位置P1と第2の位置P2の近傍との間の範囲のうち少なくとも一部範囲では、ゴムリング70およびチャック作動爪40のいずれにも接しないボビン50(摺動部材)と、を備えている。
ここで、チャック部20の構造は公知のものであり、主軸90の半径方向内側に撓んで閉じた状態となることでワーク200の外周面外方からワーク200を締め付けて固定するコレット21と、このコレット21の外周外側に設けられ、主軸90の軸方向Mに変位することで、その内周面に形成されたテーパがコレット21の外周面に形成されているテーパに乗り上げてコレット21を前述したように撓ませる第1スリーブ22およびその第1スリーブ22を軸方向Mに押す第2スリーブ23とを備えている。
なお、本実施形態においては、第1スリーブ22と第2スリーブ23とは主軸90の軸方向MNに沿って一直線上に並んで配設された2体構成であるが、これら2つのスリーブ22,23は一体的に構成されたものであってもよい。
一方、コレット21は、コイルスプリング24により主軸90の軸方向Mに押される付勢力を受けていて、第1スリーブ22および第2スリーブ23が軸方向Mに変位していないときは第1スリーブ22のテーパから受ける荷重が小さくなるため、コレット21自体の弾性復元力により主軸90の半径方向内側への撓みが無くなって開き、ワーク200の固定が解除される。
チャック作動爪40は主軸90と一体的に回転するが、図2に示すように、主軸90の周方向に沿って等間隔に複数設けられていて、それぞれ支点C回りに揺動するが、その各々の第1端部41は主軸90の外周面91側に位置し、支点Cを挟んで第1端部41とは反対側の第2端部42は第2スリーブ23の後端面23aに向き合って常に接している。
そして、各チャック作動爪40は、その第1端部41が主軸90の外周面91に接するように図示しない付勢力によって付勢されていて、第1端部41が主軸90の外周面91に接している状態では、コイルスプリング24によってスリーブ22,23がチャック作動爪40の方向に移動していて、第2端部42は第2スリーブ23の後端面23aに接した状態となり、一方、第1端部41が付勢力に抗して主軸90の外周面91から離れると、第2端部42が第2スリーブ23の後端面23aを主軸90の軸方向Mに押圧し、第2スリーブ23を軸方向Mに変位させる。
この第2スリーブ23の軸方向Mへの変位によって、第1スリーブ22を一体的に軸方向Mへ変位させ、コレット21を撓ませて、ワーク200を固定させることになる。
なお、スリーブ22,23がチャック作動爪40の方向(軸方向N)に移動している状態のときは、コレット21によるワーク200の固定は解除された状態となる。
ゴムリング70は、主軸90の外周面91に圧接して、ボビン50を挟んでチャック作動爪40とは反対側に設けられており、主軸90と一体的に回転する。
ボビン50は、主軸90の外周面91に、主軸90の軸方向MNに摺動可能に設けられていて、その軸方向MNに沿った長さL1は、ゴムリング70のチャック作動爪40に近い側の端面71(以下、後端面71という。)とチャック作動爪40の第1端部41との間の長さL0よりもわずか短く形成されている(L1<L0)。
ここで、図1に示した駆動源としてのシリンダー61は、外部からの指令によって、その軸62を軸方向MNに沿って変位させるものであり、この軸62には、一端側で回転自在に支持された駆動レバー63の他端が支持されている。
そして、駆動レバー63はボビン50と係合しており、シリンダー61の軸62が軸方向MNに沿って変位するのに伴って、駆動レバー63がボビン50を主軸90の外周面91に沿って軸方向MNに摺動させる。
なお、ボビン50は、主軸90の外周面91に緩く嵌め合わされているが、後述するように主軸90と同期して回転する状態となることがあるため、ボールベアリングを介して、主軸90の外周面91に近接した内側部分53と外側部分54とが相対的に回転可能とされていて、回転しない駆動レバー63は外側部分54に支持されている。
ボビン50の内側部分53は、そのチャック作動爪40に近い側の部分がチャック作動爪40に向かって突出して形成されており、その突出した部分の外周面は、チャック作動爪40の第1端部41に接する状態となることがあるカム面51となっている。
そして、カム面51のうちチャック作動爪40の第1端部41に近い側の部分は、第1端部41が乗り上げられるテーパ面51a(断面図においてテーパ面)として形成され、そのテーパ面51aに連続して、第1端部41が乗り上げられる高さが一定の水平面51b(断面において水平面)が形成されている。
ボビン50の摺動可能範囲は、駆動レバー63によって移動される範囲内であるが、軸方向Mにおける、ボビン50のゴムリング70に近い側の端面52(以下、先端面52という。)がゴムリング70の後端面71に圧接した位置(ゴムリング70を僅かに弾性変形させて、その弾性変形による弾性力によりボビン50の先端面52とゴムリング70の後端面71とが密着し、この弾性力に起因した摩擦力によってボビン50とゴムリング70との間で滑りが生じない程度に接した位置:以下、第1の位置P1という。)と、軸方向Nにおける、図3に示すように、ボビン50のカム面51のうち水平面51bにチャック作動爪40の第1端部41が乗り上げられた状態に対応する位置(以下、第2の位置P2という。)との間の範囲である。
そして、チャック作動爪40の第1端部41が、ボビン50のカム面51に乗り上げられると、第1端部41は、主軸90の半径方向外方に変位し、それに伴ってチャック作動爪40は支点C回りに回転して、第2端部42が、第2スリーブ23の後端面23aを押圧し、第2スリーブ23を軸方向Mに変位させるが、その変位量は、テーパ面51aに乗り上げる高さが高くなるのに応じて大きくなり、チャック作動爪40の第1端部41が、ボビン50の水平面51bに乗り上げられた状態で、前述したコレット21によるワーク200の固定動作が完了する。
(作用)
以上のように構成された実施形態のチャッキング装置10によれば、シリンダー61に対してワーク200の固定を解除させる指令がなされた状態のときは、駆動レバー63が軸方向Mに移動しており、このとき、ボビン50は駆動レバー63によって第1の位置P1(図2)に位置した状態となる。
以上のように構成された実施形態のチャッキング装置10によれば、シリンダー61に対してワーク200の固定を解除させる指令がなされた状態のときは、駆動レバー63が軸方向Mに移動しており、このとき、ボビン50は駆動レバー63によって第1の位置P1(図2)に位置した状態となる。
ボビン50は、第1の位置においては、その先端面52が、主軸90と一体的に回転しているゴムリング70の後端面71に圧接されているため、その内側部分53がゴムリング70とともに、すなわち主軸90の回転と同期して回転する。
その後、シリンダー61に対してワーク200を固定させる指令がなされたときは、駆動レバー63が軸方向Nに移動し、ボビン50は駆動レバー63によって、第1の位置P1から第2の位置P2(図3)に向けて変位するが、ボビン50の内側部分53の軸方向MNに沿った長さL1は、ゴムリング70の後端面71とチャック作動爪40の第1端部41との間の長さL0よりもわずかに短く(L1<L0)形成されているため、図4に示すように、ボビン50の先端面52がゴムリング70の後端面71から離れた直後の位置から、ボビン50の内側部分53のテーパ面51aがチャック作動爪40の第1端部41に接する位置までの範囲(一部範囲:第1の位置P1と第2の位置P2との間の範囲のうち、第1の位置P1の近傍位置から軸方向Nに沿って差(L0-L1)(図2参照)までの範囲)では、ボビン50は、ゴムリング70にもチャック作動爪40にも接していない状態となる。
したがって、ボビン50を回転させる駆動力は無くなり、ボビン50は、ゴムリング70と同期して回転していたときの慣性で回転するが、回転する主軸90の外周面91との緩い嵌合のみなので、ボビン50のボールベアリングの抵抗等によって回転速度が低下し、主軸90の回転速度よりわずかに遅い速度で回転した状態となる。
ただし、ボビン50は第1の位置P1においてゴムリング70と圧接していた状態のように主軸90と完全に同期した回転ではないため、回転する主軸90とは位相がずれる。
ボビン50がさらに軸方向Nに変位して、ボビン50の内側部分53のテーパ面51aが、主軸90と同期して回転するチャック作動爪40の第1端部41に接し始めると、ボビン50は、このテーパ面51aとチャック作動爪40の第1端部41との接触により、チャック作動爪40とともに、すなわち主軸90の回転と再び同期した回転となる。
ここで、ボビン50とチャック作動爪40とが接触する瞬間は、ボビン50の回転速度は主軸90の回転速度、すなわちチャック作動爪40の回転速度よりは遅いものの、その速度差は、ボビン50が停止した状態や単に主軸90に連れ回りしている状態でチャック作動爪40に接触する場合の速度差よりも格段に小さいものとなる。
したがって、ボビン50とチャック作動爪40との接触部で生じる回転方向の摩耗を、ボビンが停止した状態や単に主軸90に連れ回りしている状態でチャック作動爪に接触するものにおける回転方向の摩耗よりも著しく低減させることができる。
ここで、本実施形態のチャッキング装置10は、先行技術文献記載の発明のように、ボビンと主軸との間に両者の相対的な回転を阻止する制動部材を介在させてボビンと主軸とを常に一体に回転させるようにしたものとは異なって、ボビン50とチャック作動爪40との接触時に両者間の速度差が全く無い、というものではなく、両者の接触時における両者の速度差はわずかに存在するが、その速度差は非常に小さいため、そのわずかな速度差による摩耗を極めて小さくすることができる。
一方、ボビン50がゴムリング70から離れ、その後にボビン50がチャック作動爪40に接触し始めるまでの範囲では、ボビン50は主軸90とは独立して非同期で回転しているため、ボビン50がチャック作動爪40に接触するテーパ面51aの位置(軸回りの角度位置)は、その接触の都度変化する。
したがって、本実施形態のチャッキング装置10は、先行技術のように、ボビンと主軸との間に両者の相対的な回転を阻止する制動部材を介在させてボビンと主軸とを常に一体に回転させるようにしたものとは異なって、ボビン50とチャック作動爪40とが接触するときの、チャック作動爪40の第1端部41が接触するテーパ面51aにおける位置(軸回りの角度位置(位相))が一定ではなく、よって、その特定の部分だけが集中的に摩耗するのを防止乃至抑制することができる。
なお、ボビン50は、主軸90と一体的に回転しつつ、駆動レバー63によってさらに軸方向Nに移動され、各チャック作動爪40の第1端部41の接触位置は、ボビン50のテーパ面51aから水平面51bに移行し、ボビン50は、予め設定された第2の位置P2において軸方向Nへの移動が停止され(図3)、ワーク200の固定動作が完了する。
ワーク200の固定動作が完了した後に、シリンダー61に対してワーク200の固定を解除させる指令がなされたときは、駆動レバー63が軸方向Mに移動し、このとき、ボビン50は駆動レバー63によって、第2の位置P2から第1の位置P1に向けて軸方向Mに変位される。
このとき、ボビン50は上述した第1の位置P1から第2の位置P2に向けて軸方向Nに変位した動作と反対の動作で変位し、ボビン50のテーパ面51aがチャック作動爪40の第1の端部41から離れたとき(図4)、ボビン50は主軸90の回転と非同期となり、ボビン50の先端面52がゴムリング70の後端面71に接すると、ゴムリング70との摩擦力によりゴムリング70と一体的に回転し、主軸90と再び同期した回転となる。
なお、ボビン50の先端面52がゴムリング70の後端面71に接するとき、ボビン50とゴムリング70との間にはわずかな速度差が存在し、弾性部材であるゴムリング70はボビン50と接した瞬間に、その速度差によって弾性変形するが、ゴムリング70がこのように弾性変形することによって、両者間の速度差による接触時の衝撃を緩和させることができる。
そして、ボビン50は第1の位置P1まで進んで、軸方向Mへの移動は停止され(図2)、ワーク200の固定解除の動作が完了する。
以上の通り、本実施形態のチャッキング装置10によれば、ボビン50の、チャック作動爪40に接する部分での摩耗を低減させることができるとともに、チャック作動爪40が接触するボビン50の部分が一定の部分に集中しないように、チャック作動爪の接触部分を分散させることができ、特定の部分だけが集中的に摩耗するのを防止乃至抑制することができる。
本実施形態のチャッキング装置10は、主軸90とともに回転し、第1の位置P1におけるボビン50に、主軸90の回転を伝達する回転伝達部材として、弾性部材であるゴムリング70を適用したものであるが、本発明の固定装置においては、主軸の回転を第1の位置における摺動部材(ボビン50)に伝達する作用を発揮するものであればゴムリング70に限定されるものではなく、ゴム以外の弾性材料で形成された弾性部材であってもよいし、弾性材料以外の材料で形成された部材であってもよい。
(変形例)
図5に示したチャッキング装置10は、上述した実施形態のチャッキング装置10の変形例であり、この変形例も本発明の固定装置の一実施形態である。
図5に示したチャッキング装置10は、上述した実施形態のチャッキング装置10の変形例であり、この変形例も本発明の固定装置の一実施形態である。
この変形例のチャッキング装置10は、上述した実施形態のチャッキング装置10におけるゴムリング70の外周外側に、ゴムリング70の外方への弾性変形を阻止または抑制する外周リング81(環状部材)が追加されたものである。
前述したように、回転伝達部材としては、ゴムリング70以外のものを適用することはできるが、実施形態のようにゴムリング70を適用したもの、特に、その半径方向の厚さが薄く、その内径が主軸90の外周面91の半径よりわずかに小さいものの場合、主軸90の回転が高速になると、ゴムリング70は、半径方向外方に向けて作用する遠心力の影響を受けて周方向に沿って伸び、この結果、ゴムリング70の内周面と主軸90の外周面91との接触圧力が低減し、ゴムリング70は、主軸90の回転をボビン50に適切に伝達できなくなるおそれがある。
しかし、図5に示した変形例のチャッキング装置10は、ゴムリング70の外周外側に設けられた外周リング81が、ゴムリング70の外方への弾性変形を阻止乃至抑制するため、主軸90が高速に回転した場合であっても、ゴムリング70の内周面と主軸90の外周面91との接触圧力が低減するのを防止乃至抑制することができ、この結果、ゴムリング70は、主軸90の回転をボビン50に適切に伝達することができる。
なお、外周リング81としては、主軸90の回転速度によって作用する遠心力程度では容易に変形しない材料で形成されたものであればよく、代表的には金属製ものや樹脂製、カーボンファイバーで補強されたFRPなど、種々のものを適用することができる。
また、外周リング81は、その内周面が、遠心力の作用していない状態におけるゴムリング70の外周面と接するものであることが好ましい。外周リング81の内周面とゴムリング70の外周面との間に隙間が存在するものであると、ゴムリング70がその隙間分だけ半径方向外方に逃げるため、ゴムリング70と主軸90との間の接触圧力が低減するが、外周リング81の内周面が、遠心力の作用していないゴムリング70の外周面に接するものであれば、遠心力が作用しても、ゴムリング70は半径方向外方に逃げられないため、ゴムリング70と主軸90との間の接触圧力が低減するのを防止することができるからである。
なお、外周リング81の軸方向MNに沿った長さ範囲のうちゴムリング70の後端面71の側の端縁81aは、ゴムリング70の後端面71よりも突出しないように形成されていることが好ましい。
つまり、外周リング81の端縁81aがゴムリング70の後端面71よりも突出していると、ボビン50を軸方向Mに変位させたとき、その突出している端縁81aがゴムリング70も後端面71よりも先にボビン50の先端面52に突き当たるため、ゴムリング70による接触時の衝撃の緩和作用を発揮できなくなるだけでなく、ボビン50をそれ以上軸方向Mに変位できなくなり、ゴムリング70とボビン50との圧着力(接触圧力)が十分に確保できなくなる。
しかし、外周リング81の端縁81aがゴムリング70の後端面71よりも引っ込んでいる状態(図5;端縁81aが後端面71よりも軸方向M側に位置している状態)であれば、ボビン50の先端面52がゴムリング70の後端面71に接触してからも、ゴムリング70の弾性変形範囲で、さらにボビン50を軸方向M側に変位させて第1の位置P1に到達させることで、ゴムリング70とボビン50との圧着力(接触圧力)が十分に確保することができる。
なお、図5に示した外周リング81は、内径一定かつ外径一定の環状体であるが、この外周リング81に代えて、例えば図6に示す、内径および外径が異なる段付きの環状体である外周リング82を適用することもできる。
このような段付きの外周リング82は、内径および外径が相対的に大きい部分が、上述した外周リング81と同じ作用、効果を発揮する部分となり、内径および外径が相対的に小さい部分を介して外周リング82を主軸90に固定することができ、また、段付き部分は、ゴムリング70が軸方向Mに不用意に移動していくのを防止する壁としても機能させることができる。
なお、この外周リング82においても、その端縁82aがゴムリング70の後端面71よりも引っ込んでいる状態であることが好ましい点は、外周リング81の場合と同様である。
また、上述した実施形態のチャッキング装置10は、スリーブ22,23を軸方向Mに変位させることでコレット21が閉じる(ワーク200をチャックする)構成のコレットチャックであるが、スリーブ22,23に代えてドローバーを備え、ドローバーを軸方向Nに変位させることで、主軸90がコレットを閉じさせる(ワーク200をチャックする)構成のコレットチャックにも適用することができ、さらに、コレットチャックではなく、爪でチャックするチャッキング装置にも適用することができる。
本出願は、2010年11月30日に日本国特許庁に出願された特願2010-266375に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。
10 チャッキング装置(固定装置)
20 チャック部(固定部)
21 コレット
22 第1スリーブ
23 第2スリーブ
40 チャック作動爪(作動レバー)
41 第1端部
42 第2端部
50 ボビン(摺動部材)
51 カム面
51a テーパ面
51b 水平面
52 先端面
53 内側部分
54 外側部分
70 ゴムリング(回転伝達部材、弾性部材)
71 後端面
90 主軸
91 外周面
200 ワーク(加工対象物)
20 チャック部(固定部)
21 コレット
22 第1スリーブ
23 第2スリーブ
40 チャック作動爪(作動レバー)
41 第1端部
42 第2端部
50 ボビン(摺動部材)
51 カム面
51a テーパ面
51b 水平面
52 先端面
53 内側部分
54 外側部分
70 ゴムリング(回転伝達部材、弾性部材)
71 後端面
90 主軸
91 外周面
200 ワーク(加工対象物)
Claims (4)
- 主軸とともに回転し、閉じた状態で加工対象物を固定し、開いた状態で前記加工対象物の固定を解除する固定部と、
前記主軸とともに回転し、前記固定部を開閉動作させるように変位する作動レバーと、
前記主軸の軸方向に沿った第1の位置と第2の位置との間を移動可能に設けられ、前記移動可能の範囲のうち前記第2の位置で前記作動レバーに接して前記作動レバーを変位させつつ前記作動レバーとともに回転する摺動部材と、
前記摺動部材の移動可能の範囲のうち前記第1の位置で前記摺動部材に接するように配設された、前記主軸とともに回転する回転伝達部材とを備え、
前記摺動部材、前記回転伝達部材および前記作動レバーは、前記摺動部材の前記第1の位置と前記第2の位置との間の範囲の少なくとも一部範囲で前記摺動部材が前記回転伝達部材および前記作動レバーのいずれにも接しないように、配置または形成されていることを特徴とする工作機械における加工対象物の固定装置。 - 前記回転伝達部材は、弾性部材により形成され、前記第1の位置における前記摺動部材との接触により弾性変形して、その弾性変形によって生じた弾性力に起因した摩擦力により、前記摺動部材を回転させるものであることを特徴とする請求項1に記載の工作機械における加工対象物の固定装置。
- 前記回転伝達部材は、前記主軸の外周面に接して配設され、前記回転伝達部材の外周外側には、前記回転伝達部材の外方への弾性変形を阻止または抑制する環状部材が配設されていることを特徴とする請求項2に記載の工作機械における加工対象物の固定装置。
- 請求項1から3のうちいずれか1項に記載の固定装置を備えたことを特徴とする工作機械。
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