JP2007245255A - 工作機械の主軸台装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この工作機械の主軸台装置は，クイルを主軸台にあたかも両持ち支持構造で支持し，ワークの加工においてビビリを発生させず，共振数，減衰性等の不利を防止する。【解決手段】 この主軸台装置を備えた工作機械は，主軸台５０に回転可能に支持された中空部１２を備えたクイル３，クイル３の端部５１に固定されたプーリー６，及びプーリー６をベルト１０を介して回転駆動するモータ４を備えている。主軸台５０は，クイル３を軸受８，９を介して回転自在に支持したスピンドルケース２，スピンドルケース２のチャック側端部３１に設けたフランジ部１５がボルト１６によって軸方向に締め付けて固定されたヘッドストック１，及びヘッドストック１に取付け取外し可能に固定されてスピンドルケース２を支持するすり割りリング５を備えている。
【選択図】 図５

Description

この発明は，例えば，主軸台に回転自在に取り付けられた主軸を構成するスピンドルを主軸台とは別置きのモータによって回転駆動するＮＣ旋盤や旋盤の工作機械の主軸台装置に関する。

通常，工作機械における主軸は，軸受メーカから供給されるユニット（クイル式主軸台）を使用して主軸を構成している。これらのクイル式主軸台は，ほとんどがチャックが装着される負荷側に主軸を構成するクイルを機械本体に取り付けるため，クイルを回転自在に支持するスピンドルケースにフランジ部を設け，該フランジ部を主軸台即ちヘッドストックにボルトで固定する構造を有している。言い換えれば，クイル式主軸台は，クイルを回転自在に支持するスピンドルケースを主軸台に対してフランジ部で固定した片持ち構造に構成されている。このようなクイル式主軸台は，利点として，主軸台に対する熱による変位（熱膨張差）を反負荷側（通常，駆動用ベルトの取り付ける側）に逃がせることである。

また，アルミホイールのディスク部表面を切削加工によって鏡面状に仕上げることができるＮＣ旋盤が知られている。該ＮＣ旋盤は，ベッド，主軸を有する主軸台，主軸を回転させる駆動モータ，主軸の前方端に装着されたチャック，主軸に対して往復動する往復台，及び往復台上で往復移動する刃物台を有し，主軸は駆動モータからの回転力をベルトを介して回転駆動される（例えば，特許文献１参照）。

また，工作機械の主軸装置として，ビルトインモータ式のものが多数知られている。該工作機械の主軸装置は，先端に工具が取り付けられる中空状の主軸，主軸内に主軸に対して回転しない軸方向に移動しうるように同軸上に配され，軸方向の移動により主軸先端への工具の着脱を行うドローバー，ドローバーを主軸に対して工具を掴む方向に付勢する皿ばねとを備えている。主軸は，その両端部が固定ハウジングに軸受を介して回転自在に取り付けられている。主軸を回転駆動するモータは，主軸と固定ハウジングとの間に配設されている。モータは，主軸に取り付けられたロータと固定ハウジングに取り付けられたステータとから構成されている（例えば，特許文献２参照）。
特開平１１−１９７９０３号公報 特開２００１−２６９８０３号公報

ところで，上記のようなビルトインモータ式工作機械の主軸装置では，モータは，主軸の両端を固定ハウジングに回転自在にそれぞれ支持する軸受の間に位置しているので，モータによる回転駆動の運転状態では，主軸は回転駆動力によって共振や撓みを起こすことがなく，切削加工ではワークに対してビビリ等による不具合が発生することがない。

しかしながら，上記のクイル式主軸台は，主軸台に対する熱による変位を反負荷側に逃がせるという利点が有るものの，スピンドルケースの主軸台への取付け構造が片持ち構造であるため，共振数，減衰性等の数値には不利に作用し，旋盤については，突っ切り加工，突っ切り刃物の幅，送り量，端面から加工する場所までの長さ等に対して不利に作用することになり，例えば，くし歯旋盤の加工では，突っ切りバイトの加工においてビビリが発生することになる。

この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，クイルを主軸台に片持ち構造で支持していた従来のクイル式主軸台において切削加工で発生していたビビリ等を防止し，共振数，減衰性等の数値の不利を排除するため，クイルをあたかも両持ち構造で支持したような支持構造に構成し，旋盤における突っ切り加工，突っ切り刃物の幅，送り量，端面から加工する場所までの長さ等に有利になるように改善したことを特徴とする工作機械の主軸台装置を提供することである。

この発明は，主軸台に軸受を介して回転可能に支持された主軸を構成する中空状のクイル，前記クイルの一端部に取り付けられたワークを取り付けるためのチャック，前記クイルの他端部に設けられた動力伝達手段，前記動力伝達手段を回転駆動するモータ，及び前記ワークを加工するバイトを装着するためＸ軸方向とＹ軸方向に往復移動する刃物台を備えた工作機械において，
前記主軸台は，前記クイルを前記軸受を介して回転自在に支持する中空部を備えたスピンドルケース，前記スピンドルケースを中空部に挿通して前記スピンドルケースの端部に設けたフランジ部を第１ボルトによって軸方向に締め付けて固定したヘッドストック，及び前記ヘッドストックに取付け取外し可能に固定されるすり割りリングを備えており，前記ヘッドストックに固定された前記すり割りリングは，前記すり割りリングの内周面が前記スピンドルケースの他端部の外周面に接触状態で，前記スピンドルケースの前記他端部を支持することを特徴とする工作機械の主軸台装置に関する。

この工作機械の主軸台装置において，前記すり割りリングは，前記クイルを運転状態にして，前記ヘッドストックに第２ボルトによって軸方向に締め付けられて前記ヘッドストックに固定される。

更に，前記すり割りリングは，前記スピンドルケースの前記外周面に対して内径を縮径する第３ボルトを備えており，前記第３ボルトによって前記すり割りリングを前記スピンドルケースの前記外周面に締め上げた状態で前記第２ボルトによって前記ヘッドストックに固定される。

また，前記すり割りリングは，前記クイルの運転状態において前記スピンドルケースと前記ヘッドストックとの間の熱膨張差に変動が発生する場合には，前記ヘッドストックから取り外される。

また，前記モータの回転駆動力を前記クイルに伝達する前記動力伝達手段は，前記クイルの前記端部に取り付けたプーリー，前記モータの出力軸に取り付けたプーリー，及び前記両プーリーにかけられたベルトから構成されている。

この工作機械の主軸台装置は，上記のように，クイルがその両端部がボルトとすり割りリングとによってヘッドストックに取り付けられる両持ち支持構造に構成されるので，モータによって回転駆動されるクイルは，撓んだり，振動を発生させることなく，ヘッドストックに安定して強固に支持され，クイルに装着されるワークがバイトによって切削加工される場合に加工精度にビビリ等が発生したり，共振数，減衰数の数値等が不利に作用することがなく，高精度にワークを切削加工することができ，例えば，旋盤において突っ切り加工の工具の幅を大きくすることができ，加工中の工具の送り量を大きく設定できた。また，従来のクイル式主軸台ではビビリ等が出て，チャック爪端面位置での突っ切りしか加工できなかったが，本発明の工作機械の主軸台装置は，例えば，φ６０のＳＣＭ４５材の外径において，幅４．５ｍｍ突っ切りバイトを爪端面から４５ｍｍ離したところでもビビリ等が発生せず，良好に切削加工ができた。

以下，図１〜図５を参照して，この発明による工作機械の主軸台装置の実施例を説明する。この発明による主軸台装置が設けられた工作機械は，特に，ＮＣ旋盤や旋盤に適用して好ましいものであり，概して，ベース２７にベッド１４が配設されると共に，サーボモータ等のモータ４が配設されている。ベッド１４には，ヘッドスペーサ２１を介して主軸台５０を構成するヘッドストック１，及びＺ軸方向に往復動するＺ軸スライド２９が配設されている。Ｚ軸スライド２９には，サドル３０が設置されている。サドル３０には，Ｘ軸方向に往復移動するＸ軸スライド２８が配設されている。Ｘ軸スライド２８には，図示していないが，ワークを切削加工するバイトを取り付ける刃物台やタレットが設置されている。主軸台５０は，主軸台５０に設けられた基準ブロック２５をヘッドスペーサ２１に設けた調整ブロック２４によって位置調整して，ベッド１４に固定されたヘッドスペーサ２１に高精度にセットされるように構成されている。この実施例では，モータ４の回転駆動力をクイル３に伝達する動力伝達手段は，クイル３に取り付けられたプーリー６とモータ４の出力軸５３に取り付けられたプーリー７とにかけられたＶ型ベルト等のベルト１０から構成されている。動力伝達手段は，ベルトに限らず，場合によっては，歯車伝達装置で構成することもできる。また，ヘッドストック１には，ウエイト２３によってバランスが取られるように構成されている。

この工作機械の主軸台装置は，主として，主軸台５０に軸受８，９を介して回転可能に支持された主軸を構成する中空部１２を備えたクイル３，クイル３の一方の端部５２に取り付けられたワーク（図示せず）を取り付けルためのチャック４７，クイル３の他方の端部５１に固定されたプーリー６，及びプーリー６をＶベルト等のベルト１０を介して回転駆動するモータ４を備えており，特に，主軸台５０の構成に特徴を有している。ベルト１０は，モータ４の出力軸に取り付けられたプーリー７にかけられと共に，クイル３の端部に固定されたプーリー６にかけられている。従って，モータ４の回転駆動力は，プーリー７，ベルト１０，及びプーリー６を通じてクイル３に伝達される。また，クイル３の端部に固定されたポジションプーリー５８にはベルト４９がかけられ，クイル３の回転情報は，ベルト４９を通じてポジションコーダ２６に入力されるように構成されている。クイル３の中空部１２は，例えば，ワークを把持するチャックを開閉するためのドローバを通したり，冷却液を供給する通路として機能する。また，ドローバは，クイル３の端部５１に取り付けられた回転シリンダ５４等で作動されるように構成されている。

この工作機械の主軸台装置において，主軸台５０は，特に，クイル３を軸受８，９を介して回転自在に支持する中空部１２を備えたスピンドルケース２，スピンドルケース２のチャック側の端部３１に設けたフランジ部１５がボルト１６（第１ボルト）によって軸方向に締め付けて固定されたヘッドストック１，及びヘッドストック１に取付け取外し可能に固定されるすり割りリング５を備えており，ヘッドストック１に固定されたすり割りリング５は，すり割りリング５の内周面３３がスピンドルケース２のプーリー側端部３２の外周面３４に接触状態で，スピンドルケース２のプーリー側端部３２を支持することを特徴としている。

この工作機械の主軸台装置において，すり割りリング５は，クイル３を運転状態にして，ヘッドストック１にボルト１７（第２ボルト）によって軸方向に締め付けられてヘッドストック１に固定されている。更に，すり割りリング５は，図３又は図４に示すように，スピンドルケース２の外周面３４に対して内径を縮径するボルト１８（第３ボルト）を備えており，ボルト１８によってすり割りリング５をスピンドルケース２の外周面３４に締め上げた状態でボルト１８によってヘッドストック１に固定されている。

この工作機械の主軸台装置は，クイル３の運転状態において，スピンドルケース２の熱膨張とヘッドストック１の熱膨張とに差が無い場合，即ち，熱膨張差に変動が無い場合に，すり割りリング５をヘッドストック１に固定してスピンドルケース２の端部３２を支持し，スピンドルケース２をすり割りリング５とフランジ部１５に挿通したボルト１６とで両持ち構造にし，ワークの加工にビビリ等が発生しないようにする。しかしながら，スピンドルケース２とヘッドストック１との間の熱膨張差が変動する場合には，すり割りリング５をヘッドストック１に固定すると，例えば，スピンドルケース２及び／又はヘッドストック１に撓み等が発生し，ワークの加工精度に悪影響を与えることになるので，スピンドルケース２とヘッドストック１との間の熱膨張差が変動する場合には，すり割りリング５をヘッドストック１から取り外すものである。

また，この工作機械の主軸台装置について，クイル３をヘッドストック１に取り付ける組立の一例を，図５を参照して，説明する。クイル３のチャック側の端部５２は，前カバー３５によって係止するため係止用フランジ部３８が設けられている。また，クイル３の端部５２の端面には，ワーク取付け用チャックを装着する面板を取り付けるためのねじ穴４０が形成されている。クイル３の端部５２側の外周面にねじ５５が形成され，クイル３の端部５１側の外周面にねじ５６が形成されている。クイル３には，軸受押さえ１９を係止用フランジ部３８に当接して嵌入し，そこで，一対の軸受８，スペーサ４５をクイル３の外周面に嵌入し，端部５２側のねじ５５にナット４３を螺入してセットねじ４４で固定し，軸受８をクイル３に固定する。クイル３の外周面に軸受押さえ１９，軸受８，スペーサ４５，及びナット４３を取り付けた後に，クイル３をスピンドルケース２の中空部１３に挿通し，軸受押さえ１９をボルト３６によってスピンドルケース２の前端面に固定する。次いで，クイル３の外周面にスペーサ５９，軸受９，及びスペーサ４２を嵌入し，端部５１側のねじ５６にナット４１を螺入して留めねじ４６で固定し，それによって軸受９をクイル３に固定する。更に，ナット４１とスペーサ４２の外周面に後カバー２０を嵌合し，後カバー２０をボルト５７によってスピンドルケース２の後端面に固定する。また，前カバー３５をクイル３の負荷側の端部５２の係止用フランジ部３８に係止して，前カバー３５をボルト３７によって軸受押さえ１９に固定する。次いで，クイル３に取り付けたスピンドルケース２を，ヘッドストック１の中空部１１に挿通し，スピンドルケース２をボルト１６によってヘッドストック１に固定する。そこで，ヘッドストック１とスピンドルケース２との後端面から後方へ突出しているクイル３の端部５１に，プーリー６を取り付ける。また，クイル３の端部５２の端面に形成されたねじ穴４０には，スピンドルユニット２２を構成する面板等を取り付けるものであり，ワークは，スピンドルユニット２２を構成するチャック等に装着されることは勿論である。

この工作機械の主軸台装置は，ヘッドストック１とスピンドルケース２とに熱膨張差が発生しないタイプでは，特に，ヘッドストック１にすり割りリング５を取り付けることになる。そこで，クイル３をヘッドストック１に取り付けた後に，ヘッドストック１にすり割りリング５を次のようにして固定する。まず，ヘッドストック１の後端面から突出しているスピンドルケース２の外周面３４にすり割りリング５の内周面３３を嵌合し，図３及び図４に示すように，すり割りリング５のすり割り部４８が近接するように，ボルト１８によってすり割りリング５をスピンドルケース２に締め付ける。次いで，すり割りリング５をボルト１７によってヘッドストック１に固定する。この工作機械の主軸台装置は，上記のように構成されているので，スピンドルケース２は，フランジ部１５に挿通したボルト１６とすり割りリング５によって，ヘッドストック１に両持ち構造で支持され，それによって，クイル３がヘッドストック１に両持ち構造で支持されることになる。

この工作機械の主軸台装置は，例えば，工作物をバイトで切削加工する旋盤等の工作機械に使用される。

この発明による工作機械の主軸台装置の一実施例を示す正面図である。 図１の工作機械の主軸台装置を示す平面図である。 図１の工作機械の主軸台装置におけるモータとヘッドストックとの駆動状態を示す部分拡大の正面図である。 図３の工作機械の主軸台装置におけるモータとヘッドストックとの駆動状態を説明する側面図である。 この発明による工作機械の主軸台装置の要部を示す断面図である。

符号の説明

１ ヘッドストック（主軸台）
２ スピンドルケース（主軸台）
３ クイル（主軸）
４ モータ
５ すり割りリング
６，７ プーリー
８，９ 軸受
１０ ベルト
１１，１２，１３ 中空部
１５ フランジ部
１６ ボルト（第１ボルト）
１７ ボルト（第２ボルト）
１８ ボルト（第３ボルト）
３３ 内周面
３４ 外周面
５１，５２ 端部

Claims (5)

1. 主軸台に軸受を介して回転可能に支持された主軸を構成する中空状のクイル，前記クイルの一端部に取り付けられたワークを取り付けるためのチャック，前記クイルの他端部に設けられた動力伝達手段，前記動力伝達手段を回転駆動するモータ，及び前記ワークを加工するバイトを装着するためＸ軸方向とＹ軸方向に往復移動する刃物台を備えた工作機械において，
   前記主軸台は，前記クイルを前記軸受を介して回転自在に支持する中空部を備えたスピンドルケース，前記スピンドルケースを中空部に挿通して前記スピンドルケースの端部に設けたフランジ部を第１ボルトによって軸方向に締め付けて固定したヘッドストック，及び前記ヘッドストックに取付け取外し可能に固定されるすり割りリングを備えており，前記ヘッドストックに固定された前記すり割りリングは，前記すり割りリングの内周面が前記スピンドルケースの他端部の外周面に接触状態で，前記スピンドルケースの前記他端部を支持することを特徴とする工作機械の主軸台装置。
2. 前記すり割りリングは，前記クイルを運転状態にして，前記ヘッドストックに第２ボルトによって軸方向に締め付けられて前記ヘッドストックに固定されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸台装置。
3. 前記すり割りリングは，前記スピンドルケースの前記外周面に対して内径を縮径する第３ボルトを備えており，前記第３ボルトによって前記すり割りリングを前記スピンドルケースの前記外周面に締め上げた状態で前記第２ボルトによって前記ヘッドストックに固定されることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の主軸台装置。
4. 前記すり割りリングは，前記クイルの運転状態において前記スピンドルケースと前記ヘッドストックとの間の熱膨張差に変動が発生する場合には，前記ヘッドストックから取り外されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸台装置。
5. 前記モータの回転駆動力を前記クイルに伝達する前記動力伝達手段は，前記クイルの前記端部に取り付けたプーリー，前記モータの出力軸に取り付けたプーリー，及び前記両プーリーにかけられたベルトから構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械の主軸台装置。

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