JP2008023608A

JP2008023608A - 主軸装置

Info

Publication number: JP2008023608A
Application number: JP2006195588A
Authority: JP
Inventors: Shinsaku Yasuda; 新作安田
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】油圧シリンダを利用しない電動であって、スクロール方式電動チャックと比較して、構造が簡単で安価であり、爪開閉動作時の騒音を小さくする。
【解決手段】主軸装置は、主軸駆動モータ21によって駆動されかつ軸孔14を有している主軸15と、主軸15の先端に備えられかつワーク把持用開閉爪16を有しているチャック17と、主軸15に対し軸方向に移動自在であるが、主軸15とともに回転するように軸孔14に通されかつ軸方向の移動によって爪16を開閉させるドローバー18と、主軸15の回転をドローバー18の軸方向の移動に変換する変換手段19とを備えている。
【選択図】図２

Description

この発明は、工作機械の主軸装置、とくに、ワークを把持するための爪を開閉させる機構を備えた主軸装置に関する。

工作機械において、ワークを把持するために爪の開閉動作を行わせるには、通常、高い把持力を得るためと、把持力の調整が容易であることから、油圧シリンダを利用することが多い。

油圧シリンダを利用するためには、油圧ユニットが必要であり、油圧を発生させるために、熱が発生し、機械の安定性に悪い影響を及ぼす。

また、爪の開閉動作を電動で行うスクロール方式電動チャックも知られている（例えば、特許文献１参照。）。

スクロール方式電動チャックは、油圧チャックと比較し、以下の問題点がある。第１に、機構が複雑となるため、メンテナンスが容易でなく、コストが高い。第２に、ワークの把持対象径の幅が油圧チャックに比べて広いが、把持精度は劣る。第３に、機構が複雑であるため、爪開閉動作時の騒音が大きい。
特開昭４８−８１１８２号公報

この発明の目的は、油圧シリンダを利用しない電動であって、スクロール方式電動チャックと比較して、構造が簡単で安価であり、爪開閉動作時の騒音の小さい主軸装置を提供することにある。

この発明による主軸装置は、主軸駆動モータによって駆動されかつ軸孔を有している主軸と、主軸の先端に備えられかつワーク把持用開閉爪を有しているチャックと、主軸に対し軸方向に移動自在であるが、主軸とともに回転するように軸孔に通されかつ軸方向の移動によって爪を開閉させるドローバーと、主軸の回転をドローバーの軸方向の移動に変換する変換手段とを備えており、変換手段が、主軸と同軸状にドローバーに固定されている雄ねじ部材と、雄ねじ部材にねじはめられている雌ねじ部材と、雌ねじ部材の回転を装置ボディに対しロック解除自在にロックする第１ロック手段と、主軸および雌ねじ部材の相対的回転をロック解除自在にロックする第２ロック手段とを備えているものである。

この発明による主軸装置では、主軸駆動モータによって主軸を回転させると、変換手段によって主軸の回転がドローバーの軸方向の移動に変換されて、爪が開閉させられる。したがって、油圧シリンダを利用しない電動であって、スクロール方式電動チャックと比較して、構造が簡単で安価であり、爪開閉動作時の騒音の小さい主軸装置が提供される。

さらに、雌ねじ部材に第１ロック凹所が形成されており、第１ロック手段が、先端を第１ロック凹所に対し進退させうるように配されている第１ロックピンと、第１ロックピンに設けられた第１ピストンを内蔵しかつ装置ボディに支持されている第１流体圧シリンダとを備えていると、雌ねじ部材のロック・ロック解除を、第１流体圧シリンダを作動させるだけの簡単な操作で行うことができる。

また、雌ねじ部材に第２ロック凹所が形成されており、第２ロック手段が、先端を第２ロック凹所に対し進退させうるように配されている第２ロックピンと、第２ロックピンに設けられた第２ピストンを内蔵しかつ主軸に支持されている第２流体圧シリンダと、装置ボディにこれを内外に貫通して内外方向に進退自在に支持されかつ進出時に内端噴出口を第２流体圧シリンダに接続させる流体ノズルとを備えていると、主軸および雌ねじ部材のロック・ロック解除を、第２流体圧シリンダを作動させるだけの簡単な操作で行うことができる。

この発明による他の主軸装置は、主軸駆動モータによって駆動されかつ軸孔を有している主軸と、主軸の先端に備えられかつワーク把持用開閉爪を有しているチャックと、主軸に対し軸方向に移動自在であるが、主軸とともに回転するように軸孔に通されかつ軸方向の移動によって爪を開閉させるドローバーと、主軸駆動モータとは別に装置ボディに装備されているドローバー駆動モータと、ドローバー駆動モータの出力軸の回転をドローバーの軸方向の移動に変換する変換手段とを備えており、変換手段が、主軸と同軸状にドローバーに固定されている雄ねじ部材と、雄ねじ部材にねじはめられている雌ねじ部材と、ドローバー駆動モータの回転を断続して雌ねじ部材に伝達するクラッチと、主軸の回転を装置ボディに対しロック解除自在にロックする第１ロック手段と、主軸および雌ねじ部材の相対的回転をロック解除自在にロックする第２ロック手段とを備えているものである。

この発明による他の主軸装置によっても、油圧シリンダを利用しない電動であって、スクロール方式電動チャックと比較して、構造が簡単で安価であり、爪開閉動作時の騒音の小さい主軸装置が実現される。

さらに、この発明による他の主軸装置において、主軸に第１ロック凹所が形成されており、第１ロック手段が、先端を第１ロック凹所に対し進退させうるように配されている第１ロックピンと、第１ロックピンに設けられた第１ピストンを内蔵しかつ装置ボディに支持されている第１流体圧シリンダとを備えていると、雌ねじ部材のロック・ロック解除を、第１流体圧シリンダを作動させるだけの簡単な操作で行うことができる。

また、この発明による他の主軸装置において、雌ねじ部材に第２ロック凹所が形成されており、第２ロック手段が、先端を第２ロック凹所に対し進退させうるように配されている第２ロックピンと、第２ロックピンに設けられた第２ピストンを内蔵しかつ主軸に支持されている第２流体圧シリンダと、装置ボディにこれを内外に貫通して内外方向に進退自在に支持されかつ進出時に内端噴出口を第２流体圧シリンダに接続させる流体ノズルとを備えていると、主軸および雌ねじ部材のロック・ロック解除を、第２流体圧シリンダを作動させるだけの簡単な操作で行うことができる。

また、ドローバー駆動モータからクラッチまでの動力伝達経路に歯車機構が介在させられており、歯車機構が、雌ねじ部材に回転自在に支持されかつクラッチを介して雌ねじ部材に回転を伝達する従動歯車と、従動歯車と噛み合わされかつドローバー駆動モータの出力軸に固定されている駆動歯車とを備えていると、クラッチによる雌ねじ部材に対するウォーム歯車の回転の伝達を遮断しておけば、通常のワーク加工動作を行えるし、クラッチによる雌ねじ部材に対するウォーム歯車の回転を伝達するようにしておいて、ドローバー駆動モータを作動させると、雄ねじ部材とともにドローバーが軸方向に移動させられる。

この発明によれば、油圧シリンダを利用しない電動であって、スクロール方式電動チャックと比較して、構造が簡単で安価であり、爪開閉動作時の騒音の小さい主軸装置が提供される。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

＜実施の形態１＞
実施の形態１を示す図１において、前後とは、その右側を前、これと反対側を後というものとする。

主軸装置は、箱形状主軸台11と、主軸台11の前後壁に前後軸受12、13を介して支持されかつ軸孔14を有している主軸15と、主軸15の前端に備えられかつワーク把持用開閉爪16を有しているチャック17と、主軸15に対し軸方向に移動自在であるが、主軸15とともに回転するように軸孔14に通されているパイプ状ドローバー18と、主軸15の回転をドローバー18の軸方向の移動に変換する変換手段19とを備えている。

主軸15台11内における前後軸受12、13間に位置するように主軸駆動モータ21が装備されている。主軸駆動モータ21は、主軸台11側に固定されているステータ23と、主軸15側に固定されているロータ22とよりなる。主軸台11の後壁外面には水平後方突出円筒状ハウジング24が主軸15と同軸状に固定されている。ハウジング24の後壁には軸受孔25が形成されている（図２参照）。

変換手段19は、図２詳細に示すように、ハウジング24に装備されている。

ハウジング24の胴壁外面には第１空圧シリンダ31および第２空圧シリンダ32が後前に並んでそれぞれ内外方向を向くように設けられている。第１空圧シリンダ31には第１ピストン33が、第２空圧シリンダ32には第２ピストン34がそれぞれ内外方向に移動しうるように内蔵されている。第１ピストン33にはロックピン35が一体的に設けられている。第２ピストン34には空気ノズル36が一体的に設けられている。第１ロックピン35および空気ノズル36の内端部は、それぞれハウジング24の胴壁を貫通してその内部に進入しうるようになっている。

第１空圧シリンダ31には、第１ピストン33の外側に空気を供給する第１空気パイプ41および第１ピストン33の内側に空気を供給する第２空気パイプ42がそれぞれ接続されている。第２空圧シリンダ32には、第２ピストン34の外側に空気を供給する第３空気パイプ43、第２ピストン34の内側に空気を供給する第４空気パイプ44および空気ノズル36に空気を供給する第５空気パイプ45がそれぞれ接続されている。

主軸15の後端部は、主軸台11からハウジング24内に突出させられており、その突出端部にフランジ部材51が固定されている。フランジ部材51の後側面には水平円筒状ピンキャリヤ52が後方突出状に固定されている。ハウジング24内面およびピンキャリヤ52外面間には軸受53、54が介在させられており、これにより、ピンキャリヤ52は主軸15と同軸を保って回転しうるようになっている。

ピンキャリヤ52の前面から後に向かって、第３空圧シリンダを形成するシリンダ室61が形成されている。シリンダ室61にはピストン62が内蔵されている。ピストン62の後面中央から第２ロックピン63が後向きにのびている。第２ロックピン63は、シリンダ室61の後壁を貫通してその前方に突出させられている。ピストン62の前面中央から有底ばね孔64が前向きにのびている。ばね孔64の底面とこれと相対するフランジ部材51後面との間には圧縮コイルばね65が介在させられている。

シリンダ室61のピストン62後側からピンキャリヤ52外面に向かって後斜め外向きに空気通路66が形成されている。空気通路66の外端は、空気ノズル36先端面と相対する部分で開口させられている。

図３に詳細に示すように、ピンキャリヤ52外面の、空気ノズル36先端面と相対する部分には外カラー71および内カラー72がはめ被せられている。外カラー71には段付外連通孔73が、内カラー72には内連通孔74がそれぞれ半径方向同心状となるように形成されている。外カラー71および内カラー72間には、外連通孔73および内連通孔74を挟んで２つのシールリング75が前後方向に間隔をおいて介在させられており、これにより、外カラー71および内カラー72間には空気溜間隙76が生じている。内カラー72は、常時、内連通孔74を空気通路66と一致させてピンキャリヤ52とともに回転させられる。外カラー71および内カラー72間にはシールリング75による適度な摺動抵抗が存在させられており、これにより、外カラー71に外力が作用させらない場合、外カラー71は、ピンキャリヤ52とともに内カラー72と同位相を保って回転させられるようになっている。

ドローバー18の後部は、主軸15よりも後方に突出させられており、その後方突出部に、外面に雄ねじ81を有する筒状雄ねじ部材82が固定されている。雄ねじ部材82には雌ねじ部材83がねじ嵌められている。雌ねじ部材83は、内面に雌ねじ84を有するボス部85と、これの外面と一体化された垂直円板状部86とよりなる。ボス部85外面の前端およびピンキャリヤ52内面間には軸受87が介在させられている。ボス部85外面の後端と軸受孔25内面間には軸受88が介在させられている。円板状部86外周面には、第１ロックピン35の先端部をはめ入れる前後方向ロック溝91が形成されている。円板状部86の前面には、第２ロックピン63の先端部をはめ入れたロック孔92が形成されている。

ワークの加工時は、図２に示すように、第２ロックピン63の先端部はロック孔92にはめ入れられ、第１ロックピン35および空気ノズル36の先端部はハウジング24内から退去させられた状態で、主軸15、ドローバー18、ピンキャリヤ52、雄ねじ部材82および雌ねじ部材83等は、同位相を保ったままで回転させられる。

ワークの交換をするために爪16を開閉させる場合、主軸15は所定角度の定位置で停止させられる。主軸15が定位置に停止させられると、第１ロックピン35の先端部はロック溝91と相対させられるとともに、空気ノズル36の先端部は外連通孔73と相対させられる。外連通孔73、空気溜間隙76、内連通孔74および空気通路66は、一連に連通させられる。

第１空気パイプ41を通じて第１空圧シリンダ31に圧縮空気を供給すると、第１ロックピン35の先端部は、ハウジング24内に進入させられてロック溝91にはめ入れられる。これにより、ハウジング24に対する雌ねじ部材83の回転が規制される。

ついで、第３空気パイプ43を通じて第２空圧シリンダ32に圧縮空気を供給すると、空気ノズル36の先端部は、ハウジング24内に進入させられて外連通孔73にはめ入れられる。第５空気パイプ45を通じて空気ノズル36に圧縮空気を供給すると、供給された圧縮空気は、シリンダ室61のピストン62後側に流入し、ピストン62をばね65の力に抗して前向きに移動させる。そうすると、ピストン62とともに第２ロックピン63が前向きに移動して、第２ロックピン63の先端部はロック孔92から抜け出る。これにより、雌ねじ部材83に対するピンキャリヤ52の回転規制が解除され、ピンキャリヤ52は主軸15ととも自在に回転できることになる。

主軸駆動モータ21によって主軸15を正方向に回転させると、主軸15とともにピンキャリヤ52が回転させられ、ピンキャリヤ52とともに内カラー72は回転させられるが、外カラー71は空気ノズル36によってその回転が規制される。

主軸15とともにドローバー18が回転し、ドローバー18とともに雄ねじ部材82が回転する。このときに、雌ねじ部材83はその回転が第１ロックピン35によって規制されているため、雄ねじ部材82が回転しながらねじの進む方向に移動させられ、これにより、ドローバー18が前進させられる。ドローバー18の前進により、爪16が開かれる。爪16によって把持されていたワークは、チャック17から取り外せることになる。

ワークを交換した後に、今度は、モータによって主軸15を逆方向に回転させると、ドローバー18が後退し、爪16が閉じられて、爪16によってワークが把持される。このときのワークの把持力は、モータ21の駆動トルクを調整することによって行われる。

ワークの交換が終了し、ワークの加工を再開する場合、空気ノズル36への空気の供給を停止すると、ばね65の力によって第２ロックピン63が後向きに移動させられ、第２ロックピン63の先端部は再びロック孔92にはめ入れられる。これにより、ピンキャリヤ52および雌ねじ部材83の同位相での回転が可能となる。

つぎに、第３空気パイプ43への空気の供給を停止して第４空気パイプ44を通じて第２空圧シリンダ32に圧縮空気を供給すると、空気ノズル36の先端部は外連通孔73から抜け出る。つづいて、第１空気パイプ41への空気の供給を停止して第２空気パイプ42を通じて第１空圧シリンダ31に圧縮空気を供給すると、第１ロックピン35の先端部はロック溝91から抜け出る。これにより、雌ねじ部材83の回転は自由となる。この後、モータ21によって主軸15を回転させてワークの加工を行えばよい。

＜実施の形態２＞
実施の形態２を示す図４において、前後とは、その右側を前、これと反対側を後というものとする。

図４において、実施の形態１と対応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。以下、実施の形態１との相違点について、主に説明する。

主軸装置は、図１に示す実施の形態１と同様に、箱形状主軸台11と、主軸台11の前後壁に前後軸受12、13を介して支持されかつ軸孔14を有している主軸15と、主軸15の前端に備えられかつワーク把持用開閉爪16を有しているチャック17と、主軸15に対し軸方向に移動自在であるが、主軸15とともに回転するように軸孔14に通されているパイプ状ドローバー18とを備えている。

ハウジング24には変換手段19が装備されているが、この実施の形態２による変換手段19は、主軸駆動モータ21とは別にハウジング24に装備されているドローバー駆動モータ101を備えており、ドローバー駆動モータ101の出力軸の回転をドローバー18の軸方向の移動に変換するものである。

第１空圧シリンダ31および第２空圧シリンダ32は、ハウジング24胴壁外面を挟んでその上下の側に設けられている。ロック溝91は、雌ねじ部材83ではなく、ピンキャリヤ52の外面に形成されている。カラー111は、内外の２つではなく、外カラー71に相当するカラー111が１つだけピンキャリヤ52の外面にはめ被せられている。このカラー111は、常時、ピンキャリヤ52とともに回転させられる。カラー111には空気通路66と連通させられた連通孔112が形成されている。

雌ねじ部材83には水平筒状回転伝動体121がはめ被せられている。回転伝動体121外面の前後両端部と、これと相対するハウジング24内面との間には軸受122、123がそれぞれ介在させられている。回転伝動体121内面の後端部と、これと相対する雌ねじ部材83のボス部85外面との間には軸受124が介在させられている。雌ねじ部材83のボス部85外面後端部にはツースクラッチ131が装備されている。ツースクラッチ131は、雌ねじ部材83のボス部85後端面と噛み合わされるツース部132を有している。回転伝動体121外面にはウォーム歯車133が固定されている。ウォーム歯車133にはウォーム134が噛み合わされている。ウォーム134は、ドローバー駆動モータ101の出力軸に連結されている。ワークの交換に際し、爪16を開閉させる場合、主軸15の回転は規制して行われる。それは、第１ロックピン35をロック溝91にはめ入れることによる。

ドローバー駆動モータ101によって、ウォーム134およびウォーム歯車133を回転させると、ウォーム歯車133とともに回転伝動体121が回転させられる。このときに、クラッチ131を伝達状態にしておくと、クラッチ131によって、回転伝動体121の回転は、雌ねじ部材83に伝達される。雌ねじ部材83の回転によって、雄ねじ部材82は、ドローバー18とともに軸方向に移動させられる。

ワークを加工する場合、クラッチ131は遮断状態にしておく。そうすると、雌ねじ部材83の回転は、回転伝動体121に伝動されることはない。

この発明による主軸装置の垂直縦断面図である。同主軸装置の変換手段を詳細に示す垂直縦断面図である。図２の一部を拡大して示す断面図である。同変換手段の変形例を示す図２相当の断面図である。

符号の説明

14 軸孔
15 主軸
16 爪
17 チャック
18 ドローバー
19 変換手段
21 モータ

Claims

主軸駆動モータによって駆動されかつ軸孔を有している主軸と、主軸の先端に備えられかつワーク把持用開閉爪を有しているチャックと、主軸に対し軸方向に移動自在であるが、主軸とともに回転するように軸孔に通されかつ軸方向の移動によって爪を開閉させるドローバーと、主軸の回転をドローバーの軸方向の移動に変換する変換手段とを備えており、変換手段が、主軸と同軸状にドローバーに固定されている雄ねじ部材と、雄ねじ部材にねじはめられている雌ねじ部材と、雌ねじ部材の回転を装置ボディに対しロック解除自在にロックする第１ロック手段と、主軸および雌ねじ部材の相対的回転をロック解除自在にロックする第２ロック手段とを備えている主軸装置。
雌ねじ部材に第１ロック凹所が形成され、第１ロック手段が、先端を第１ロック凹所に対し進退させうるように配されている第１ロックピンと、第１ロックピンに設けられた第１ピストンを内蔵しかつ装置ボディに支持されている第１流体圧シリンダとを備えている請求項１に記載の主軸装置。
雌ねじ部材に第２ロック凹所が形成されており、第２ロック手段が、先端を第２ロック凹所に対し進退させうるように配されている第２ロックピンと、第２ロックピンに設けられた第２ピストンを内蔵しかつ主軸に支持されている第２流体圧シリンダと、装置ボディにこれを内外に貫通して内外方向に進退自在に支持されかつ進出時に内端噴出口を第２流体圧シリンダに接続させる流体ノズルとを備えている請求項１または２に記載の主軸装置
主軸駆動モータによって駆動されかつ軸孔を有している主軸と、主軸の先端に備えられかつワーク把持用開閉爪を有しているチャックと、主軸に対し軸方向に移動自在であるが、主軸とともに回転するように軸孔に通されかつ軸方向の移動によって爪を開閉させるドローバーと、主軸駆動モータとは別に装置ボディに装備されているドローバー駆動モータと、ドローバー駆動モータの出力軸の回転をドローバーの軸方向の移動に変換する変換手段とを備えており、変換手段が、主軸と同軸状にドローバーに固定されている雄ねじ部材と、雄ねじ部材にねじはめられている雌ねじ部材と、ドローバー駆動モータの回転を断続して雌ねじ部材に伝達するクラッチと、主軸の回転を装置ボディに対しロック解除自在にロックする第１ロック手段と、主軸および雌ねじ部材の相対的回転をロック解除自在にロックする第２ロック手段とを備えている主軸装置。
主軸に第１ロック凹所が形成されており、第１ロック手段が、先端を第１ロック凹所に対し進退させうるように配されている第１ロックピンと、第１ロックピンに設けられた第１ピストンを内蔵しかつ装置ボディに支持されている第１流体圧シリンダとを備えている請求項４に記載の主軸装置。
雌ねじ部材に第２ロック凹所が形成されており、第２ロック手段が、先端を第２ロック凹所に対し進退させうるように配されている第２ロックピンと、第２ロックピンに設けられた第２ピストンを内蔵しかつ主軸に支持されている第２流体圧シリンダと、装置ボディにこれを内外に貫通して内外方向に進退自在に支持されかつ進出時に内端噴出口を第２流体圧シリンダに接続させる流体ノズルとを備えている請求項４または５に記載の主軸装置。
ドローバー駆動モータからクラッチまでの動力伝達経路に歯車機構が介在させられており、歯車機構が、雌ねじ部材に回転自在に支持されかつクラッチを介して雌ねじ部材に回転を伝達する従動歯車と、従動歯車と噛み合わされかつドローバー駆動モータの出力軸に固定されている駆動歯車とを備えている請求項４に記載の主軸装置。