JP2009154283A - デジタルチャック駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主軸台2の後部には、主軸2aに接続されたフランジ状の第1アダプタ2cと、第1アダプタ2cに接続され、内周面に雌ねじ2eが形成された第2アダプタ2dと、筒状に形成され、第2アダプタ2dの雌ねじ2eに噛み合う雄ねじ4eが形成され、内周面にボール3のリング状の逃がし溝4aが形成された連結チューブ4と、連結チューブ4の内周面に嵌合され、筒状に形成された外周には貫通孔5aが穿設され、この貫通孔5aに前記ボール3が上下方向へ移動自在に保持されたドローリング5と、ドローリング5の内周面に嵌合され、スリーブ状の外周側にくさび角のV溝6aがリング状に形成され、このV溝6aの谷にはボール3を落としこむ凹部6bがリング状に形成されたドローバー6からなる増力機構とを備えたことを特徴とするデジタルチャック駆動装置10である。
【選択図】図1
Description
また、油圧シリンダは、主軸の高速回転により油圧シリンダに圧油を供給するロータリバルブ部からの発熱量が大きくなり、主軸、主軸台等に熱変位を生じさせて工作機械の加工精度を低下させてしまうという問題点があった。さらに、油圧ユニットはポンプを駆動する駆動モータが常時回転して作動油の圧力を維持しているため、電力消費が増加するという問題点もあった。
前記主軸台(2)の後部には、前記主軸(2a)に接続されたフランジ状の第1アダプタ(2c)と、前記第1アダプタ(2c)に接続され、内周面に雌ねじ(2e)が形成された第2アダプタ(2d)と、筒状に形成され、前記第2アダプタ(2d)の雌ねじ(2e)に噛み合う雄ねじ(4e)が形成され、内周面にボール(3)と増力として働くリング状の溝(4a)が形成された連結チューブ(4)と、前記連結チューブ(4)の内周面に嵌合され、筒状に形成された外周には貫通孔(5a)が穿設され、この貫通孔(5a)に前記ボール(3)が上下方向へ移動自在に保持された前記ドローリング(5)と、前記ドローリング(5)の内周面に嵌合され、スリーブ状の外周側にくさび角のV溝(6a)がリング状に形成され、このV溝(6a)の谷には前記ボール(3)を落としこむ凹部(6b)がリング状に形成されたドローバー(6)からなる増力機構と、を備えたことを特徴とする。
主軸台2は二点鎖線で示す。主軸2aは主軸台2にベアリング(図示せず)によって回転自在に支持され、例えば、ビルトインモータ等の主軸モータ(図示せず)によって回転駆動される。
第2アダプタ2dは、第1アダプタ2cのフランジ部に図示しないボルトによって接続されている。また、第2アダプタ2dの後方には縮径した円筒状の筒が延設され、この内周面に雌ねじ2eが形成されている。
図4は、第2アダプタの雌ねじと、後記する連結チューブの雄ねじと噛み合い状態を示す拡大断面図である。図4に示すように、この雌ねじ2eは台形ねじで形成されている。
ドローバー6は、ドローリング5の内周面に嵌合されている。また、スリーブ状の外周側にくさび角αのV溝6aがリング状に形成され、このV溝6aの谷にはボール3を落としこむ凹部6bがリング状に形成されている。
内歯ギヤ7cは、この第1歯付プーリ7aの側面に固定され、連結チューブ4の外周面に刻設された第1ギヤ7bと噛み合っている。前記したドローバー6の後端をさらに、後方へ延設し、ドローバー6に位置決め、固定され、溝8a有するガイド8が回転自在に軸支されている。ガイド8の断面形状は、略U字状であり、この溝8aには、後記するローラフォロア9a,9aが遊嵌される。
このシフタ9は、図2に示すように、左側面視で略V字状に形成され、左右対称となっている。また、このV字状部の左右の中間部にはそれぞれ直動転がりガイド18,18とナット19,19を設け、このナット19,19にそれぞれ固定されて主軸方向への前後移動をガイドしている。
このサーボモータ25の回転は第3ギヤ23から第2ギヤ13に伝え、ボールねじ12aの回転によって、運動変換機構Kによって回転が左右方向の往復動に変換される。この主軸方向への前後移動は、シフタ9の上端部に設けられたローラフォロア9a,9aによって主軸2aの後端部に配置されたガイド8に伝達され、ガイド8が固定されたドローバー6に伝達される。
このデジタルチャック駆動装置10は、図1に示すように、長年の課題を、主軸2a後部の増力機構と、ボールねじ12aと、サーボモータ25と、第1歯付プーリ7a、第2歯付プーリ16と、一歯クラッチ14、トルクリミッタ24等の組み合わせによって解決したものである。
図6の(a)は、動作チャートを示す説明図、図6の(b)は、駆動部の動きを示す説明図、図6の(c)は、チャック爪の駆動部の原点を示す説明図である。
図6の(a)に示すように、動作チャートで説明すると、ワークWの把持(クランプ)は、スタートSからチャック爪が17mm移動(閉)し、それから12mm移動してクランプする。ワークWの開放(アンクランプ)は、12mm移動してアンクランプし、それからするスタートS位置へチャック爪が17mm移動(開)する。
第2軸12のボールねじ12aは、さらに、12mm分まで移動する。
サーボモータ25の逆転により、 第2軸12のボールねじ12aは、12mm進んだ位置からもどり移動する。
ボールねじ12aの1回転分、台形ねじの移動を一歯クラッチ14で遅らせ、連結チューブ4は第1歯付プーリ7aの回転により台形ねじによって移動し、元に位置にもどる。
チャック爪1dがワークWに当たると、連結チューブ4の回転が止まり、駆動側のトルクリミッタ24が外れ、駆動力が断たれる。
一方、ドローバー6は後方(機械に向って左方向)へ動いているので、連結チューブ4が止まった時点でクランプ動作に入る。つまり、ボール3がくさび角αの斜面に乗ることになって増力され、クランプする。
つぎに、図3に示すように、空圧シリンダ20が作動して一歯クラッチ14を軸方向に外す。したがって、主軸2aが回転しても駆動系(ボールねじ、モータ軸)が回転しないようになっている。これはクランプ時の位相を保持するためと、サーボモータ25側に支障を起さないためである。
加工が終わり、主軸2が回転を停止させる時は、定位置停止で止める。
この方法により、一歯クラッチ14の位相が回転前と同じ状態になる。
なお、一歯クラッチ14が空圧シリンダ20で外れている時、サーボモータ25はONしているので、位相がずれることはない。これはギヤを介してモータと連結しているためである。
ところが、ガイド8を回してやらなければならない。ドローリング5、ドローバー6は直進、連結チューブ4は回転しながら動かなければならない。台形ねじは、筒状のカバー7が支持するため、台形ねじをガイドにして連結チューブ4が回転する。連結チューブ4を回ために、第1歯付プーリ7aとインターナルギヤ7bが回転する。
そこで、連結チューブ4のピッチは12mm、このボールねじ12aのピッチも12mmと、両者同じであるため、ずれは生じない。これにより、行き(アンクランプ→クランプ)は連結チューブ4が止まって、ドローバー6が先に行くから、クランプできる。
また、帰り(クランプ→アンクランプ)は連結チューブ4をこのピッチ12mm分だけ遅らせなければならないから、ドローバー6が先に移動してアンクランプにし、チャック爪1dを移動するために連結チューブ4を遅らす必要があり、これを第2軸12、第3軸22の機構で行っている。
そのためには、トルクリミッタ24で逃がしてやることにより、これは一連の動きとしても、ボールねじ12aが動きながら、トルクリミッタ24が外れる。これはうまい具合に、12mmだから、切れて1回転してちょうど戻ってくるようになる。
次のワークWを把持するときは、遊びがないので都合がよい。次の動作の時のトルクリミッタ24が復帰している。
これで、一歯クラッチ14との関係は、一回、外れているから再びクランプした時の噛み合う位置になる。定位置でクランプ、アンクランプを行うから、必ず、定位置にしておけば、この関係はくずれない。ワークWを加工する前の状態に位置を再現する。だから、また戻ってくれば、噛み合って戻せることになる。だから、主軸2aは、M19で定位置停止させる。これにより、メカニズム的に位相合わせが完了する。
1a チャック本体
1b ボルト
1c マスタージョー
1d チャック爪(ソフトジョー、ハードジョー)
1e ボルト
2 主軸台
2a 主軸
2b ドローチューブ
2c 第1アダプタ
2d 第2アダプタ
2e 雌ねじ
2f 穴
2p ピン
3 ボール(鋼球)
4 連結チューブ
4a 溝
4e 雄ねじ
5 ドローリング
5a 貫通孔
6 ドローバー
6a V溝
6b 凹部
7 カバー
7a 第1歯付プーリ
7b 内歯ギヤ
7c 第1ギヤ
8 ガイド
9 大シフタ
9a ローラフォロア
10 デジタルチャック駆動装置
11 ギヤボックス
12 第2軸
12a ボールねじ
12b ナット
12c シフタ
13 第2ギヤ
14 一歯クラッチ
14a 第4ギヤ
14b シフタ溝
14c 一歯
15 内歯一歯ギヤ
15a 穴
15c 一歯
16 第2歯付プーリ
17 歯付ベルト
18 直動転がりガイド
19 ナット
20 空圧シリンダ
21 シフタ軸
21a 小シフタ
22 第3軸
23 第3ギヤ
24 トルクリミッタ
24a 第5ギヤ
25 サーボモータ
K 運動変換機構
W ワーク(工作物)
また、油圧シリンダは、主軸の高速回転により油圧シリンダに圧油を供給するロータリバルブ部からの発熱量が大きくなり、主軸、主軸台等に熱変位を生じさせて工作機械の加工精度を低下させてしまうという問題点があった。さらに、油圧ユニットはポンプを駆動する駆動モータが常時回転して作動油の圧力を維持しているため、電力消費が増加するという問題点もあった。
主軸台2は二点鎖線で示す。主軸2aは主軸台2にベアリング(図示せず)によって回転自在に支持され、例えば、ビルトインモータ等の主軸モータ(図示せず)によって回転駆動される。
第2アダプタ2dは、第1アダプタ2cのフランジ部に図示しないボルトによって接続されている。また、第2アダプタ2dの後方の内周面には雌ねじ2eが形成され、縮径した筒状の連結チューブ4が螺入されている。
図4は、第2アダプタの雌ねじと、後記する連結チューブの雄ねじと噛み合い状態を示す拡大断面図である。図4に示すように、この第2アダプタ2dの雌ねじ2eと連結チューブ4の雄ねじ4eは台形ねじで形成されている。
ドローバー6は、ドローリング5の内周面に嵌合されている。また、スリーブ状の外周側にくさび角αのV溝6aがリング状に形成され、このV溝6aの谷にはボール3を落としこむ凹部6bがリング状に形成されている。
内歯ギヤ7cは、この第1歯付プーリ7aの側面に固定され、連結チューブ4の外周面に刻設された第1ギヤ7bと噛み合っている。
前記したドローバー6の後端をさらに、後方へ延設し、ドローバー6に後端部に溝8a有するガイド8が位置決め、固定され、回転自在に軸支されている。ガイド8の断面形状は、略U字状であり、この溝8aには、後記するシフター9の上端部に固定されたローラフォロア9a,9aが遊嵌される。
このシフタ9は、図2に示すように、左側面視で略V字状に形成され、左右対称となっている。また、このV字状部の左右の中間部にはそれぞれ直動転がりガイド18,18とナット19,19が設けられ、このナット19,19にそれぞれ固定されて主軸方向への前後移動をガイドしている。
このサーボモータ25の回転は第3ギヤ23から第2ギヤ13に伝え、ボールねじ12aの回転によって、運動変換機構Kによって回転が左右方向の往復動に変換される。この主軸方向への前後移動は、シフタ9の上端部に設けられたローラフォロア9a,9aによって主軸2aの後端部に配置されたガイド8に伝達され、ガイド8が固定されたドローバー6に伝達される。
このデジタルチャック駆動装置10は、図1に示すように、長年の課題を、主軸2a後部の増力機構と、ボールねじ12aと、サーボモータ25と、第1歯付プーリ7a、第2歯付プーリ16と、一歯クラッチ14、トルクリミッタ24等の組み合わせによって解決したものである。
図6の(a)は、動作チャートを示す説明図、図6の(b)は、駆動部の動きを示す説明図、図6の(c)は、チャック爪の駆動部の原点を示す説明図である。
図6の(a)に示すように、動作チャートで説明すると、ワークWの把持(クランプ)は、スタートSからチャック爪が17mm移動(閉)し、それから12mm移動してクランプする。ワークWの開放(アンクランプ)は、12mm移動してアンクランプし、それからするスタートS位置へチャック爪が17mm移動(開)する。
第2軸12のボールねじ12aは、さらに、12mm分まで移動する。
サーボモータ25の逆転により、第2軸12のボールねじ12aは、12mm進んだ位置からもどり移動する。
ボールねじ12aの1回転分、台形ねじの移動を一歯クラッチ14で遅らせ、連結チューブ4は第1歯付プーリ7aの回転により台形ねじによって移動し、元の位置にもどる。
チャック爪1dがワークWに当たると、連結チューブ4の回転が止まり、駆動側のトルクリミッタ24が外れ、第1歯付プーリ7aの駆動力が断たれる。
一方、ドローバー6は後方(機械に向って左方向)へ動いているので、連結チューブ4が止まった時点でクランプ動作に入る。つまり、ボール3がくさび角αの斜面に乗ることになって増力され、クランプする。
つぎに、図3に示すように、空圧シリンダ20が作動して一歯クラッチ14を軸方向に外す。したがって、主軸2aが回転しても駆動系(ボールねじ、モータ軸)が回転しないようになっている。これはクランプ時の位相を保持するためと、サーボモータ25側に支障を起さないためである。
加工が終わり、主軸2が回転を停止させる時は、定位置停止で止める。
この方法により、一歯クラッチ14の位相が回転前と同じ状態になる。
なお、一歯クラッチ14が空圧シリンダ20で外れている時、サーボモータ25はONしているので、位相がずれることはない。これはギヤを介してモータと連結しているためである。
ところが、ガイド8を回してやらなければならない。ドローリング5、ドローバー6は直進、連結チューブ4は回転しながら動かなければならない。台形ねじは、筒状のカバー7が支持するため、台形ねじをガイドにして連結チューブ4が回転する。連結チューブ4を回ために、第1歯付プーリ7aとインターナルギヤ7bが回転する。
そこで、連結チューブ4のピッチは12mm、このボールねじ12aのピッチも12mmと、両者同じであるため、ずれは生じない。これにより、行き(アンクランプ→クランプ)はワークWを掴むと連結チューブ4が止まって、ドローバー6が先に進むから、クランプできる。
また、帰り(クランプ→アンクランプ)は連結チューブ4をこのピッチ12mm分だけ遅らせなければならないから、ドローバー6が先に移動してアンクランプにし、チャック爪1dを移動するために連結チューブ4の動作を遅らす必要があり、これを第2軸12、第3軸22の機構で行っている。
る。ワークWにチャック爪1dに当たったとき、トルクリミッタ24のクラッチを、一回外さなければならない。ワークWに当たった時点で、ブレーキをかけられた状態になる。そうすると、ボールねじ12aが止められて、このガイド8が動けなくなってしまうので、トルクリミッタ24で逃がす。ボールねじ12aが動きながら、トルクリミッタ24が切れて1回転してちょうど戻ってくるようにしてある。
次のワークWを把持するときは、遊びがないのでトルクリミッタ24が復帰している。
これで、一歯クラッチ14との関係は、一回、外れているから再びクランプした時の噛み合う位置になる。定位置でクランプ、アンクランプを行うから、必ず、定位置にしておけば、この関係はくずれない。ワークWを加工する前の状態に位置を再現する。だから、また戻ってくれば、噛み合って戻せることになる。だから、主軸2aは、M19で定位置停止させる。これにより、メカニズム的に位相合わせが完了する。
1a チャック本体
1b ボルト
1c マスタージョー
1d チャック爪(ソフトジョー、ハードジョー)
1e ボルト
2 主軸台
2a 主軸
2b ドローチューブ
2c 第1アダプタ
2d 第2アダプタ
2e 雌ねじ
2f 穴
2p ピン
3 ボール(鋼球)
4 連結チューブ
4a 溝
4e 雄ねじ
5 ドローリング
5a 貫通孔
6 ドローバー
6a V溝
6b 凹部
7 カバー
7a 第1歯付プーリ
7b 内歯ギヤ
7c 第1ギヤ
8 ガイド
9 大シフタ
9a ローラフォロア
10 デジタルチャック駆動装置
11 ギヤボックス
12 第2軸
12a ボールねじ(BS)
12b ナット
12c シフタ
13 第2ギヤ
14 一歯クラッチ
14a 第4ギヤ
14b シフタ溝
14c 一歯
15 内歯一歯ギヤ
15a 穴
15c 一歯
16 第2歯付プーリ
17 歯付ベルト
18 直動転がりガイド
19 ナット
20 空圧シリンダ
21 シフタ軸
21a 小シフタ
22 第3軸
23 第3ギヤ
24 トルクリミッタ
24a 第5ギヤ
25 サーボモータ
K 運動変換機構
W ワーク(工作物)
Claims (3)
- 工作機械の主軸台(2)に回転可能に支持された主軸(2a)の先端に設けられ、ワーク(W)を把持するチャック爪(1c)を開閉するための開閉機構が設けられたチャック(1)と、前記主軸(2a)の貫通孔を確保して主軸(2a)に直動可能に設けられ、前記サーボモータ(25)により前記主軸(2a)に対して直動駆動されるドローチューブ(2b)と、前記主軸台(2)の主軸と平行に設けられた第2軸(12)と、前記第2軸(12)に平行に設けられた第3軸(22)と、前記第3軸(22)の軸端に設けられ、前記チャック爪(1c)を開閉駆動するサーボモータ(25)と、前記サーボモータ(25)の回転運動を前記主軸軸線方向の直線運動に変換する運動変換機構Kと、を備え、ドローチューブ(2b)を押し引きしてチャック爪(1c)を開閉させてワーク(W)を把持するとともに、主軸回転中においてもチャック爪(1c)の把持力をデジタルに設定するデジタルチャック駆動装置(10)であって、
前記主軸台(2)の後部には、前記主軸(2a)に接続されたフランジ状の第1アダプタ(2c)と、
前記第1アダプタ(2c)に接続され、内周面に雌ねじ(2e)が形成された第2アダプタ(2d)と、
筒状に形成され、前記第2アダプタ(2d)の雌ねじ(2e)に噛み合う雄ねじ(4e)が形成され、内周面にボール(3)と増力として働くリング状の溝(4a)が形成された連結チューブ(4)と、
前記連結チューブ(4)の内周面に嵌合され、筒状に形成された外周には貫通孔(5a)が穿設され、この貫通孔(5a)に前記ボール(3)が上下方向へ移動自在に保持された前記ドローリング(5)と、
前記ドローリング(5)の内周面に嵌合され、スリーブ状の外周側にくさび角のV溝(6a)がリング状に形成され、このV溝(6a)の谷には前記ボール(3)を落としこむ凹部(6b)がリング状に形成されたドローバー(6)からなる増力機構と、
を備えたことを特徴とするデジタルチャック駆動装置(10)。 - 前記第2アダプタ(2d)の後方には、第1歯付プーリ(7a)を配置され、この第1歯付プーリ(7a)に固定され、前記連結チューブ(4)の外周面に刻設された第1ギヤ(7b)と噛み合うインターナルギヤ(7c)を設けられ、さらに、ドローバー(6)の後端を延設され、溝(8a)有するガイド(8)が固定されるとともに、回転自在に軸支されたことを特徴とする請求項1に記載のデジタルチャック駆動装置(10)。
- 前記第2軸(12)はボールねじ(12a)で形成されて両端が回転自在に軸支され、前記第3軸(22)の第3ギヤ(23)と噛み合う第2ギヤ(13)が固定され、前記第3軸(22)のトルクリミッタ(24)の第5ギヤ(24a)と噛み合う一歯クラッチ(14)の第4ギヤ(14a)が設けられ、さらに、前記ボールねじ(12a)のナット(12b)には前記ガイド(8)の溝(8a)に嵌合された大シフタ(9)が固定されたことを特徴とする請求項1に記載のデジタルチャック駆動装置(10)。
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JP2007341901A JP4251335B1 (ja) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | デジタルチャック駆動装置 |
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JP2007341901A JP4251335B1 (ja) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | デジタルチャック駆動装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP4251335B1 JP4251335B1 (ja) | 2009-04-08 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CN106930693A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-07-07 | 田胜利 | 一种煤矿井下低方位钻孔方法及其液压钻车 |
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2007
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