JP2009078335A

JP2009078335A - 主軸装置

Info

Publication number: JP2009078335A
Application number: JP2007250661A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sakai; 浩一酒井; Shinji Uetake; 伸二植竹
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-04-16

Abstract

【課題】ツールシャンクに１ランクサイズが上のプルスタッドを結合したツールホルダを、２面拘束によって主軸にクランプするようにした主軸装置を提供する。
【解決手段】ツールホルダのテーパ部を着脱可能に装着するテーパ穴２８を形成した主軸２３を主軸ヘッド２１に回転可能に軸承し、ツールホルダを２面拘束によって主軸にクランプするようにした主軸装置において、ツールホルダ１５は、ある呼び番号のツールシャンク１１のテーパ部を、当該呼び番号の規格より短いショートテーパ部１２とし、かつツールシャンクに対して１ランクサイズが上の呼び番号のプルスタッド１３をツールシャンクに結合した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ツールシャンクを２面拘束によって主軸にクランプするようにした主軸装置に関するものである。

一般にマシニングセンタに用いられる主軸装置においては、例えば、特許文献１に記載されているように、主軸に形成されたテーパ穴に、ツールシャンクのテーパ部が装着され、ツールシャンクに結合されたプルスタッド部に係合する係合部材をドローロッドにより引き込むことにより、テーパ部をテーパ穴に密着させるようにしている。

マシニングセンタは通常、その仕様に応じて、主軸端の呼び番号が定められ、例えば、呼び番号がＢＴ４０あるいはＢＴ３０の主軸には、それに対応した呼び番号のツールシャンクおよびプルスタッドを有するツールホルダが用いられるようになっている。
特開２００５−３１３３１１号公報

この種のマシニングセンタにおいては、ツールホルダの標準品として、ＭＡＳ−ＢＴシャンクが広く用いられている。ところで、設備の小型化、低コスト化および高速化をねらいに、例えば、ＢＴ４０タイプのマシニングセンタに、ＢＴ３０に対応するツールホルダを使用しようとした場合、それに応じてプルスタッドも小さくなるため、ツールホルダのクランプ力を大きくすることができず、例えば、ＢＴ４０タイプと同等のクランプ力でプルスタッドをクランプしようとすると、プルスタッドが損傷する恐れがある。このために、ツールホルダの結合強度が低くなり、切削能力に限界を生ずる問題がある。

本発明は、上記した従来の問題を解消するためになされたもので、ツールシャンクに１ランクサイズが上のプルスタッドを結合したツールホルダを、２面拘束によって主軸にクランプするようにした主軸装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、ツールホルダのテーパ部を着脱可能に装着するテーパ穴を形成した主軸を主軸ヘッドに回転可能に軸承し、前記テーパ部の端部に結合したプルスタッドに係合する係合部材をドローバーにより引き込むことにより、前記ツールホルダのテーパ部の外周面を前記主軸のテーパ穴の内周面に密着させるとともに、前記ツールホルダのフランジ部の端面を前記主軸の端面に密着させ、２面拘束によって前記ツールホルダを前記主軸にクランプするようにした主軸装置において、前記ツールホルダは、ある呼び番号のツールシャンクのテーパ部を、当該呼び番号の規格より短いショートテーパ部とし、かつ前記ツールシャンクに対して１ランクサイズが上の呼び番号の前記プルスタッドを前記ツールシャンクに結合したことである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記主軸は、主軸本体と、該主軸本体の先端部に取付けられ前記テーパ穴を形成した主軸キャップとによって構成されていることである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記主軸本体には、ある呼び番号の第１のツールシャンクのテーパ部に適合する第１の主軸キャップと、前記第１のツールシャンクのテーパ部を短くしたショートテーパ部に適合する第２の主軸キャップが互換可能に取付けられ、前記ドローバーには、前記係合部材が互換可能に取付けられるようになっていることである。

請求項１に係る発明によれば、ツールホルダは、ある呼び番号のツールシャンクのテーパ部を、当該呼び番号の規格より短いショートテーパ部とし、かつツールシャンクに対して１ランクサイズが上の呼び番号のプルスタッドをツールシャンクに結合したので、サイズが小さめのツールシャンクを用いながら、クランプ力を増大することができ、これによって、ツールホルダの結合剛性を高くでき、切削能力の高い主軸装置を得ることができる。しかも、ツールシャンクのサイズを小さくできるため、設備の小型化および高速化に寄与することができる。

請求項２に係る発明によれば、主軸は、主軸本体と、主軸本体の先端部に取付けられテーパ穴を形成した主軸キャップとによって構成されているので、共通のマシン構成で、呼び番号の異なるツールホルダに対応可能な主軸装置を得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、主軸本体には、ある呼び番号の第１のツールシャンクのテーパ部に適合する第１の主軸キャップと、第１のツールシャンクのテーパ部を短くしたショートテーパ部に適合する第２の主軸キャップが互換可能に取付けられ、ドローバーには、係合部材が互換可能に取付けられるようになっているので、主軸キャップおよび係合部材を変更することで、標準テーパ部のツールホルダとショートテーパ部のツールホルダに対応できる汎用性のある主軸装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、ツールホルダ１５を２面拘束によって着脱可能に装着するマシニングセンタの主軸装置２０を示し、実施の形態においては、主軸テーパＢＴ４０タイプのマシニングセンタに用いられる主軸装置２０として構成されている。ツールホルダ１５は、一例として、呼び番号ＢＴ３０のツールシャンク１１のテーパ部を、その規格により定められた回転軸線方向の長さよりも短いショートテーパ部１２とし、かつこのショートテーパ部１２に、ツールシャンク１１に対し１ランクサイズが上の呼び番号４０Ｐのプルスタッド１３を一体的に結合したものである。なお、呼び番号は、ＪＩＳ−Ｂ６３３９に準拠している。

すなわち、本実施の形態においては、呼び番号ＢＴ３０のツールシャンク１１のテーパ部の小径側の一部をカットして、規格より短いショートテーパ部１２とし、このショートテーパ部１２の小径側の端部に、呼び番号４０Ｐのプルスタッド１３のねじ部に適合するねじ穴を形成し、このねじ穴に呼び番号４０Ｐのプルスタッド１３のねじ部を螺合して一体結合することにより、規格外のツールホルダ１５を構成するようになっている。ツールホルダ１５の先端部には、図示してないが、各種工具が取付けられるようになっている。

主軸装置２０は、図略の工作物に対して３次元方向に相対移動可能な主軸ヘッド２１を備え、主軸ヘッド２１には複数の軸受２２を介して主軸２３が回転可能に軸承されている。主軸２３は、軸受２２によって軸承される主軸本体２５と、この主軸本体２５の先端部に着脱可能に装着される主軸キャップ（第１の主軸キャップ）２７からなり、主軸キャップ２７は主軸本体２５の先端部にインローによって芯出しされ、ボルト２６によって取外し可能に固定されるようになっている。主軸キャップ２７には、ツールホルダ１５のショートテーパ部１２に適合するテーパ穴２８、すなわち、ＢＴ３０のテーパ穴２８が形成されている。

主軸本体２５の回転中心部には貫通穴２９が形成され、この貫通穴２９に、主軸キャップ２７の後端に当接するばね受け３５が嵌装されている。ばね受け３５には、呼び番号４０Ｐのプルスタッド１３の頭部１３ａに係脱可能な係合ボール３１を半径方向に移動可能に保持した係合部材３２が、主軸２３の軸線方向に移動可能に挿通されている。また、主軸本体２５の貫通穴２９内には、ＢＴ４０のクランプユニットを構成するドローバー３３が、主軸２３の軸線方向に移動可能に内装され、このドローバー３３の先端部に、係合部材３２がねじ締めによって着脱可能に連結されている。主軸キャップ２７の内周面には、ドローバー３３による係合部材３２の引張りによって、係合ボール３１の外方への移動を制限するカム面２７ａが形成されている。

また、主軸本体２５の貫通穴２９内には、ツールホルダ１５をクランプする方向にドローバー３３を付勢する皿ばねからなるクランプ用ばね３４がばね受け３５とドローバー３３との間に介挿されている。クランプ用ばね３４は、呼び番号ＢＴ４０のツールシャンクをクランプするクランプ力に匹敵する強固な力でツールホルダ１５をクランプできるばね特性を有している。このクランプ用ばね３４の付勢力によって、ショートテーパ部１２の外周面をテーパ穴２８の内周面に密着させてテーパ穴２８を弾性変形させ、ツールシャンク１３のフランジ部１４の端面を主軸キャップ２７の先端面に同時に密着させ、２面拘束でツールホルダ１５を主軸２３にクランプするようにしている。

なお、図１中、３７は主軸キャップ２７の先端面に固定されたキーで、このキー３７は、ツールホルダ１５のフランジ部１４に形成したキー溝に係合して、ツールホルダ１５を回り止めするものである。また、図示してないが、ドローバー３３には、周知のように、例えば、アンクランプ用シリンダが連結され、アンクランプ用シリンダによってドローバー３３をクランプ用ばね３４の付勢力に抗して前進方向に移動させることにより、ツールホルダ１５をアンクランプできるようにしている。

本実施の形態における主軸装置２０は上記したように構成されているので、図略の工具交換装置の把持爪によって、ツールホルダ１５のフランジ部１４を把持し、ツールホルダ１５のショートテーパ部１２を主軸キャップ２７のテーパ穴２８に挿入する。次いで、図略のアンクランプ用シリンダが作動されることにより、クランプ用ばね３４によってドローバー３３が主軸２１の後方に付勢される。これにより、係合部材３２によってツールホルダ１５のプルスタッド１３が引張され、呼び番号ＢＴ３０のツールシャンク１１のショートテーパ部１２の外周面が主軸キャップ２７のテーパ穴２８の内周面に密着されると同時に、ツールシャンク１１のフランジ部１４の端面が主軸キャップ２７の端面に密着され、ツールホルダ１５は２面拘束によって主軸２３（主軸キャップ２７）にクランプされる。

この際、ツールホルダ１５のツールシャンク１１は、呼び番号がＢＴ３０のサイズの小さなものであるので、設備の小型化および高速化に有利となり、また、主軸装置２０がマシニングセンタに用いられた場合には、ツールの総重量（一個当たりのツール重量×ツール本数）を大幅に軽減することが可能となる。

また、ツールシャンク１１には、ツールシャンク１１に対して１ランクサイズが上の呼び番号４０Ｐのプルスタッド１３が結合されているので、ツールの小型化を図りながら同時に、ツールホルダ１５のクランプ力をＢＴ４０並みに増強することが可能となる。これによって、ショートテーパ部１２と主軸２３との結合剛性を高く保つことができ、切削能力を高めることができるようになる。しかも、ツールホルダ１５が２面拘束によって主軸２３にクランプされるので、ショートテーパ部１２と主軸２３との結合剛性をより一層高めることができるようになる。

図２は、呼び番号がＢＴ３０のテーパ部１１２を有するツールシャンク１１１に、このツールシャンク１１１と同じランクの呼び番号３０Ｐのプルスタッド１１３を結合したツールホルダ１１５を装着する主軸装置１２０を示したものである。

図２の主軸装置１２０においても、主軸ヘッド２１、主軸本体２５およびドローバー３３等は、図１に示した主軸装置２０と共通化されており、ツールシャンク１１１のテーパ部１１２に応じてそれに適合したＢＴ３０のテーパ穴１２８をもった主軸キャップ（第２の主軸キャップ）１２７が、主軸本体２５の先端部にボルト２６によって芯出し固定されている。また、ツールシャンク１１１のテーパ部１１２の長さの変化、およびプルスタッド１１３の径の変化等に応じて、長さおよび径の異なる係合部材１３２がドローバー３３にねじ締め固定されるとともに、ばね受け１３５が主軸キャップ１２７とクランプ用ばね１３４との間に配置されるようになっている。

このように、主として、主軸キャップ１２７、係合部材１３２およびばね受け１３５を取り替えるのみで、ＢＴ４０タイプのマシニングセンタにおいて、呼び番号がＢＴ３０のツールホルダ１１５を着脱可能に装着できる主軸装置１２０が得られ、互換性を有する主軸装置（２０、１２０）を容易に得ることができるようになる。

なお、図２に示す主軸装置１２０においては、ツールホルダ１１５のプルスタッド１３の強度に左右され、ツールホルダ１１５のクランプ力をあまり大きくできないが、ドリル加工、リーマ加工およびタップ加工等、あまり大きな切削能力を必要としない工作物の切削加工には特に支障はない。

図３は、呼び番号がＢＴ４０のツールシャンク２１１に、このツールシャンク２１１と同じランクの呼び番号４０Ｐのプルスタッド１３（図１で示したプルスタッド１３と同じもの）を結合したツールホルダ２１５を装着する主軸装置２２０を示したものである。

図３に示した主軸装置２２０においても、上記したと同様に、主軸ヘッド２１、主軸本体２５およびドローバー３３等を図１に示した主軸装置２０と共通化でき、ツールシャンク２１１のテーパ部２１２に応じてそれに適合したＢＴ４０のテーパ穴２２８をもった主軸キャップ２２７（第３の主軸キャップ）が、主軸本体２５の先端部にボルト２６によって芯出し固定され、また、ツールシャンク２１１のテーパ部２１２の長さの変化に応じて、長さの異なる係合部材２３２がドローバー３３にねじ締め固定されるとともに、ばね受け２３５が主軸キャップ２２７とクランプ用ばね３４（図１で示したクランプ用ばね３４と同じもの）との間に配置される。

上記した実施の形態においては、呼び番号ＢＴ３０のツールシャンク１１と、ＢＴ４０に対応する呼び番号４０Ｐのプルスタッド１３とを組合せた例について説明したが、ツールシャンク１１とプルスタッド１３との組合せは、実施の形態で述べたものに限定されるものではなく、要はツールシャンク１１に対して１ランクサイズが上のプルスタッド１３を組合せるものであればよい。従って、例えば、呼び番号ＢＴ４０のツールシャンクと、ＢＴ５０に対応する呼び番号５０Ｐのプルスタッドとを組合せてもよいことは勿論である。

以上、本発明の主軸装置２０を実施の形態に即して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

本発明の実施の形態を示す主軸装置の断面図である。本発明の別の実施の形態を示す主軸装置の断面図である。本発明のさらに別の実施の形態を示す主軸装置の断面図である。

符号の説明

１１、１１１、２１１…ツールシャンク、１２…ショートテーパ部、１１２、２１２…テーパ部、１３、１１３…プルスタッド、１４…フランジ部、１５、１１５、２１５…ツールホルダ、２０、１２０、２２０…主軸装置、２１…主軸ヘッド、２３…主軸、２５…主軸本体、２７、１２７、２２７…主軸キャップ、２８、１２８、２２８…テーパ穴、３２、１３２、２３２…係合部材、３３…ドローバー、３４、１３４…クランプ用ばね。

Claims

ツールホルダのテーパ部を着脱可能に装着するテーパ穴を形成した主軸を主軸ヘッドに回転可能に軸承し、前記テーパ部の端部に結合したプルスタッドに係合する係合部材をドローバーにより引き込むことにより、前記ツールホルダのテーパ部の外周面を前記主軸のテーパ穴の内周面に密着させるとともに、前記ツールホルダのフランジ部の端面を前記主軸の端面に密着させ、２面拘束によって前記ツールホルダを前記主軸にクランプするようにした主軸装置において、
前記ツールホルダは、ある呼び番号のツールシャンクのテーパ部を、当該呼び番号の規格より短いショートテーパ部とし、かつ前記ツールシャンクに対して１ランクサイズが上の呼び番号の前記プルスタッドを前記ツールシャンクに結合したことを特徴とする主軸装置。
請求項１において、前記主軸は、主軸本体と、該主軸本体の先端部に取付けられ前記テーパ穴を形成した主軸キャップとによって構成されていることを特徴とする主軸装置。
請求項１または請求項２において、前記主軸本体には、ある呼び番号の第１のツールシャンクのテーパ部に適合する第１の主軸キャップと、前記第１のツールシャンクのテーパ部を短くしたショートテーパ部に適合する第２の主軸キャップが互換可能に取付けられ、前記ドローバーには、前記係合部材が互換可能に取付けられるようになっていることを特徴とする主軸装置。