JP2017221995A - Spindle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、切削加工を行う際に用いられる主軸装置に関する。 The present invention relates to a spindle device used when cutting.
旋盤、ボーリング加工機、歯車加工機等、ワークをスピンドル(「主軸」の意味である)によって保持してそのスピンドルを回転させつつ切削加工を行う加工機が存在する。例えば、下記特許文献に示す歯車加工装置は、その一種である。切削加工は、切削屑(いわゆる「切り粉」,「切り屑」)の発生を伴うものであり、例えば、その切削屑の処理が問題となる。例えば、切削屑が加工面に付着して残存すると、加工の妨げになったり、加工面を傷付けるといった問題にも繋がる。 There are processing machines such as a lathe, a boring machine, and a gear processing machine that hold a workpiece by a spindle (meaning “main shaft”) and perform cutting while rotating the spindle. For example, the gear processing apparatus shown in the following patent document is one type. Cutting involves generation of cutting waste (so-called “chip” and “chip”). For example, processing of the cutting waste becomes a problem. For example, if the cutting waste adheres to the processed surface and remains, this may cause problems such as hindering the processing or damaging the processed surface.
上記問題を解決するため、例えば、スピンドルに貫通穴を設けて、発生する切削屑をその貫通穴から排出することも検討されている。上記特許文献に記載の歯車加工装置においてもスピンドルに貫通穴が設けられているように思われるが、その真意は定かではない。たとえ貫通穴から切削屑を排出するように構成したとしても、その排出が適切に行われなければ、充分な技術とはなり得ない。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用的な主軸装置を提供することを課題とする。 In order to solve the above-mentioned problem, for example, it has been studied to provide a through hole in the spindle and discharge the generated cutting waste from the through hole. In the gear machining apparatus described in the above-mentioned patent document, it seems that a through hole is provided in the spindle, but the true meaning is not certain. Even if the cutting waste is configured to be discharged from the through-hole, it cannot be a sufficient technique unless the discharge is properly performed. The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a practical spindle device.
本発明の主軸装置は、
ワークに対して切削加工を行う際に用いられる主軸装置であって、
前記ワークを一端部において保持するスピンドルと、そのスピンドルをそれの軸線まわりに回転可能に保持するホルダと、駆動源を有して前記スピンドルを前記軸線まわりに回転させる回転駆動機構とを備え、
前記スピンドルが、前記軸線に沿って延びる貫通穴を有する中空構造とされ、
前記スピンドルの他端部に取り付けられて前記スピンドルとともに回転し、前記貫通穴内の流体に前記一端部から前記他端部に向かう方向の流れを生じさせるためのインペラを備えたことを特徴とする。
The spindle device of the present invention is
A spindle device used when cutting a workpiece,
A spindle that holds the workpiece at one end, a holder that holds the spindle rotatably about its axis, and a rotation drive mechanism that has a drive source and rotates the spindle around the axis;
The spindle has a hollow structure having a through hole extending along the axis;
An impeller is provided that is attached to the other end portion of the spindle and rotates together with the spindle to cause the fluid in the through hole to flow in a direction from the one end portion toward the other end portion.
本発明の主軸装置によれば、切削屑がスピンドルの貫通穴を通って排出される際に、インペラによって生じる流体の流れ、つまり、例えば、クーラントの流れ、空気の流れ等によって、切削屑が効率的に排出されることになる。そのような機能を有することで、本発明の主軸装置は、実用的な主軸装置となる。 According to the spindle device of the present invention, when the cutting waste is discharged through the through hole of the spindle, the flow of the fluid generated by the impeller, i.e., the flow of the coolant, the flow of air, etc. Will be discharged. By having such a function, the spindle device of the present invention becomes a practical spindle device.
本発明の主軸装置は、上述した機能に鑑みれば、スピンドルの一端部から切削屑が貫通穴に受け入れられる状態で使用されることが望ましい。なお、スピンドルは、ワークを直接保持するものであってもよく、チャック,治具等が一端部に取り付けられる場合において、それらチャック,治具等を介してワークを間接的に保持するものであってもよい。 In view of the above-described function, the spindle device of the present invention is preferably used in a state where cutting waste is received in the through hole from one end of the spindle. The spindle may directly hold the workpiece. When the chuck or jig is attached to one end, the spindle indirectly holds the workpiece via the chuck or jig. May be.
インペラによって流れが生じることとなる流体は、湿式で加工が行われる場合においては、ワークに掛けられるクーラント,切削油等の液体であってもよく、乾式で加工が行われる場合においては、貫通穴に存在する若しくは受け入れられる空気等の気体であってもよい。例えば、特に、大量のクーラントがワークに掛けられる場合には、そのクーラントが貫通穴を通って効率よく排出させることが望まれる。詳しく言えば、例えば、クーラントが勢いよく流れない場合には、クーラントの一部が貫通穴に入りきらずに溢れ出し、その溢れ出したクーラントによって、切削屑がワークに付着してしまうことも予想される。そのようなことに鑑みれば、本発明の主軸装置は、加工の際にワークに掛けられるクーラントが貫通穴にスピンドルの一端部から受け入れられる状態で使用される主軸装置に好適である。 The fluid that is caused to flow by the impeller may be a liquid such as coolant or cutting oil that is applied to the workpiece when processing is performed in a wet manner. It may be a gas such as air present or accepted in For example, particularly when a large amount of coolant is applied to the workpiece, it is desired that the coolant be efficiently discharged through the through hole. More specifically, for example, when the coolant does not flow vigorously, a part of the coolant overflows without entering the through hole, and the overflowing coolant is expected to cause cutting waste to adhere to the workpiece. The In view of such a situation, the spindle device of the present invention is suitable for a spindle device that is used in a state where coolant that is hung on a workpiece during machining is received from one end of the spindle in the through hole.
スピンドルの貫通穴を通って切削屑を排出させることは、ワークに設けられた穴の内周面、詳しく言えば、その穴の軸線がスピンドルの軸線と一致させられた状態においてその穴の内周面を切削するような際に、好適である。そのことに鑑みれば、本発明の主軸装置は、そのようなワークのそのような内周面を加工する際に用いる場合に、充分なメリットが発揮されることになる。 Cutting chips through the through hole of the spindle means that the inner peripheral surface of the hole provided in the workpiece, more specifically, the inner periphery of the hole when the axis of the hole is aligned with the axis of the spindle. This is suitable when cutting a surface. In view of that, the spindle device of the present invention will exhibit sufficient merit when used when machining such an inner peripheral surface of such a workpiece.
また、貫通穴を通って切削屑を排出させる場合、流体がクーラント等の液体である場合、重力をも利用できることを考慮すれば、本発明の主軸装置は、スピンドルが、それの軸線が上下方向に若しくは上下方向に対して傾斜した方向に延び、かつ、ワークを保持する一端部が上方に、インペラが設けられた他端部が下方に位置する姿勢となるようにして用いられることが望ましい。いわゆる縦型の加工機に用いられることが望ましいのである。なお、その場合、見方を変えれば、インペラは、重力による液体の流れを、助長し、若しくは、推進するという作用を発揮することになる。 In addition, when the cutting waste is discharged through the through hole, if the fluid is a liquid such as a coolant, considering that gravity can also be used, the spindle device of the present invention has a spindle whose axis is in the vertical direction. Further, it is desirable to use such a posture that extends in a direction inclined with respect to the vertical direction, and that one end holding the workpiece is positioned upward and the other end provided with the impeller is positioned downward. It is desirable to use it for a so-called vertical processing machine. In this case, if the view is changed, the impeller exerts an action of promoting or propelling the flow of liquid due to gravity.
本発明の主軸装置は、用いられる加工機の種類が限定されるものではない。旋盤を始め、ボーリング盤,歯切り盤等、種々の加工機に用いることができるが、特に、スカイビング加工機に用いる場合に、好適である。スカイビング加工機による切削加工、つまり、歯を形成するための加工においては、その切削屑は、比較的小さな片状のものとなることから、例えば、先に述べたように、クーラントが貫通穴から適切に排出されない場合に、そのような切削屑は、溢れ出したクーラントによってワークに付着してしまうことが予想される。そのような事象が発生する可能性を考慮した場合、本発明の主軸装置は、スカイビング加工機、特に、リングギヤの加工等、内周面に内歯を形成するようなスカイビング加工機に配備される場合に、極めて有効である。 The spindle device of the present invention is not limited to the type of processing machine used. Although it can be used for various processing machines such as a lathe, a boring machine, a gear cutting machine, etc., it is particularly suitable when used for a skiving machine. In cutting by a skiving machine, that is, processing for forming teeth, the cutting waste is a relatively small piece, so for example, as described above, the coolant is a through hole. If it is not properly discharged from the machine, such cutting waste is expected to adhere to the workpiece due to the overflowing coolant. In consideration of the possibility of such an event, the spindle device of the present invention is installed in a skiving machine, particularly a skiving machine that forms internal teeth on the inner peripheral surface, such as ring gear machining. It is extremely effective when used.
なお、スカイビング加工機等のようにギヤ歯を形成するような加工機では、主軸をカッターに対して傾けることが行われる。種々のワークに対してそのような加工を行うことを考えた場合には、本発明の主軸装置は、スピンドルの軸線の傾きを変更するための軸線傾斜変更機構を備えることが望ましいのである。 In a processing machine such as a skiving machine that forms gear teeth, the main shaft is tilted with respect to the cutter. In consideration of performing such machining on various workpieces, it is desirable that the spindle device of the present invention includes an axis inclination changing mechanism for changing the inclination of the spindle axis.
インペラの構造,形状に関しては特に限定されるものではない。例えば、インペラを、i)基板と、ii)その基板と間隔を隔ててその基板と対向し、前記スピンドルの貫通穴に繋がる穴が中央に設けられた対向板と、iii)基板と対向板との間において、それら基板と対向板とに渡され、放射状に延びる複数の羽根板とを含んで構成されたようなインペラを採用することが可能である。そのようなインペラは、羽が3次元的に曲がるようなインペラと異なり、簡単な板金加工によって形成することが可能であり、インペラの製造コストの低減に繋がるものとなる。 The structure and shape of the impeller are not particularly limited. For example, an impeller includes: i) a substrate, ii) a counter plate that is spaced from the substrate and is opposed to the substrate, and a hole connected to the through hole of the spindle is provided in the center; iii) the substrate and the counter plate It is possible to employ an impeller configured to include a plurality of blades extending between the substrates and the counter plate and extending radially. Such an impeller can be formed by simple sheet metal processing unlike an impeller whose wings bend three-dimensionally, leading to a reduction in the manufacturing cost of the impeller.
以下に、本発明の一実施例となる主軸装置を、図面を参照しつつ、その主軸装置が配備されたスカイビング加工機を簡単に説明した上で、説明する。なお、本発明の主軸装置は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。 Hereinafter, a spindle device according to an embodiment of the present invention will be described with a simple description of a skiving machine provided with the spindle device with reference to the drawings. The spindle device of the present invention can be implemented in various forms in addition to the following embodiments, various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.
[A]スカイビング加工機の全体構成
実施例の主軸装置が配備されているスカイビング加工機は、図1に示すように、(a) 本体10と、(b) 本体10の前面に配設された実施例の主軸装置12と、(c) 概して円筒状のワークWに内歯を形成するためのカッタ14を回転可能に保持するとともに、そのカッタ14を回転させるカッタ回転機構を有する加工ヘッド16と、(d) 本体10に支持されて、加工ヘッド16を上下,左右に移動させるヘッド移動機構18とを含んで構成される。
[A] Overall configuration of skiving machine The skiving machine in which the spindle device of the embodiment is provided is arranged as shown in FIG. 1 (a) a
本スカイビング加工機は、ワークWに歯を成形することが可能であり、そのために、主軸装置12は、自身の軸線、つまり、後に説明するスピンドルの軸線を前後方向に延びる軸線まわりに任意の角度だけ傾斜させ、かつ、その角度を変更するための軸線傾斜変更機構20を備えている。ワークWは、後に詳しく説明するように、主軸装置12の上端部、詳しく言えば、スピンドルの上端部に保持される。図示を省略するが、主軸装置12に保持されたワークWに対して加工時にクーラントを上方から掛けるためのノズルが、設けられている。
The present skiving machine can form teeth on the workpiece W. For this reason, the
[B]主軸装置の構成
主軸装置12は、図2に示すように、大まかには、スピンドル30と、スピンドル30をそれの軸線Lまわりに回転可能に保持するホルダ32と、スピンドル30を回転させるためにスピンドル30とホルダ32との間に設けられた主軸モータ34と、スピンドル30の上端部に取り付けられてワークWを保持するチャック36とを含んで構成されている。なお、それらスピンドル30,ホルダ32,主軸モータ34,チャック36は、複数の部材が締結されて構成されているが、それら部材どうしの締結構造については、図では、省略されている。
[B] Configuration of Spindle Device As shown in FIG. 2, the
スピンドル30は、軸線Lに沿って延びる貫通穴40が設けられた中空構造、つまり、筒状のものとされており、上端部にフランジが設けられている。ホルダ32は、スピンドル30を回転可能に支持する筐体として機能し、ころ軸受け44および玉軸受け46を介して、スピンドル30を、軸線Lの延びる方向(以下、「軸線方向」と言う場合がある)に移動不能に、かつ、回転可能に支持している。ちなみに、上述の軸線傾斜変更機構20は、ホルダ32を回転させることによって、スピンドル30の軸線Lを任意の角度だけ回転させるように構成されている。したがって、一端部である上端部においてチャック36を介してワークWを保持するスピンドル30は、軸線Lが上下方向に若しくは上下方向に対して傾斜した方向に延び、かつ、一端部が上方に、他端部である下端部が下方に位置する姿勢とされるのである。
The
主軸モータ34は、スピンドル30を軸線Lまわりに回転させる回転駆動機構の駆動源として機能するものであり、ホルダ32に保持されたコイル50と、スピンドル30の外周に付設された磁石52とを含んで構成されている。主軸モータ34は、図示を省略するエンコーダからの信号に基づいて、当該主軸モータ34の回転速度,回転位置、すなわち、スピンドル30の回転速度,回転位置が制御されるようになっている。
The
チャック36は、大まかには、ハウジング56と、ピストン58と、把持筒60とを含んで構成されている。ハウジング56は、上下2つの部材が締結されてなる概ね有底円筒形状をなしている。ピストン58は、ハウジング56の内部に配設されている。詳しく言えば、ピストン58は、フランジを有する円筒形状をなしており、そのフランジがハウジング56に形成された円環状の溝に収容されるようにして、配設されている。ピストン58のフランジの上下には、それぞれ、作動液が収容される液室62,64が形成されており、それら液室62,64に対して作動液が導入・排出されることにより、ピストン58が上下に動くようになっている。ピストン58には、ハウジング56を貫通してフランジから上方に延び出す複数の掛合ロッド66が付設されている。把持筒60は、ハウジング56の上端側に内装されており、掛合ロッド66は、把持筒60に掛合している。ピストン58が下方に移動すると、ハウジング56に形成された傾斜面の作用により、把持筒60は、縮径してワークWを把持する。逆に、ピストン58が上方に移動すると、把持筒60は自身の弾性力で拡径して、ワークWの把持が解除される。そのような構造のチャック36を介して、スピンドル30は、自身の一端部である上端部においてワークWを保持するのである。なお、液室62,64に対する作動液の導入・排出のための液通路は、図では省略されている。
The
チャック36のハウジング56の底部には、中央に穴が形成されており、その穴によって、本主軸装置12では、スピンドル30の貫通穴40とチャック36の内部とが繋がっている。つまり、チャック36とスピンドル30とを貫くようにして、上下に延びる流体の流路が形成されている。
A hole is formed in the center of the bottom of the
ここで、本主軸装置12が保持するワークW、つまり、スカイビング加工に供されるワークWは、図に2点鎖線で示すように、概して円筒形状のものであり、内周面に歯を形成するための加工が行われる。つまり、ワークWは、穴を有し、その穴の軸線を上記軸線Lと一致させた状態で保持され、その穴の内周面に切削加工が施されるのである。
Here, the work W held by the
本主軸装置12では、スピンドル30の他端部である下端部に、インペラ70が取り付けられている。インペラ70は、図3に示すように、(A) 基板72と、(B) その基板72と間隔を隔ててその基板72と対向し、スピンドル30の貫通穴40に繋がる穴74が中央に設けられた対向板76と、(C) 基板72と対向板76との間において、それら基板72と対向板76とに渡され、放射状に延びる複数の羽根板78a,78b,78cとを含んで構成されている。ちなみに、図3(a)は、図3(b)におけるIIIa−IIIa断面である。
In the
羽根板78a,78b,78cは、それぞれに長さが異なるものの、外周端が、基板72,対向板76の外周端と一致している。そのため、羽根板78a,78b,78cの内周端の位置は、それぞれに異なっている。詳しく言えば、最も長い4枚の羽根板78aが、等角度ピッチで配設されており、中間の長さの4枚の羽根板78bが、羽根板78aのちょうど中間に、最も短い羽根板78cが、羽根板78aと羽板板78bとのちょうど中間に、それぞれ配設されている。
Although the
羽根板78a,78b,78cは、いずれも、内周端側の部分が環状部80として形成されている。各羽根板78a,78b,78cは、基板72と対向板76との両者に接合されて、基板72と対向板76とを互いに固定するものとなっているが、基板72と対向板76は、短い羽根板78cの環状部80を利用して、ボルト82およびナット84によって締結されている。また、インペラ70は、長い羽根板78aの環状部80を利用して、ボルト86によって、スピンドル30の下端に取り付けられている。
Each of the
上述のような構造のインペラ70であることで、本主軸装置12では、スピンドル30の貫通穴40と、インペラ70の外周とが、羽根板78a,78b,78cの間の空間を介して繋がり、流体の流路が形成されている。インペラ70は、スピンドル30の回転により、スピンドル30と一体的に回転する。
With the
[C]インペラによる作用
本スカイビング加工機では、ワークWの内周面に歯切り加工を行う際、多くの量のクーラントがワークWに向かって放出され、図2から解るように、その放出されたクーラントの大部分は、スピンドル30の貫通穴40を通って、下方に排出される。加工によって生じる切削屑は、小片のものであり、その切削屑は、クーラントとともに貫通穴40を通って下方に排出されるべきである。しかしながら、クーラントの量が相当に多くなる場合には、貫通穴40を通るクーラントの流れが充分ではないことが予想される。極端に言えば、クーラントがワークWの上方に溢れ出ることも考えられるのである。そのような場合には、切削屑は、特にそれが小片状である場合には、ワークWの内部に漂ったり、ワークWの内周面、つまり、加工面に付着する虞がある。その場合、その切削屑が原因して、切削された歯の表面等に傷が付くこともあり得るのである。
[C] Action by Impeller In this skiving machine, when gear cutting is performed on the inner peripheral surface of the work W, a large amount of coolant is discharged toward the work W, and as shown in FIG. Most of the coolant thus discharged passes through the through
上述のような事態を回避するために、インペラ70は効果的である。具体的に言えば、図2において太矢印で示すように、スピンドル30が回転してインペラ70が回転すると、インペラ70内部のクーラントが遠心力によってインペラ70の外周から勢い良く放出され、それによって、貫通穴40の内部のクーラントが下方に吸い寄せられる。その結果、貫通穴40の内部のクーラントの流れ、詳しく言えば、流速が推進されることになる。そのことによって、クーラントは勢い良く下方に流れ、そのクーラントの流れによって、切削屑も、適切に、換言すれば、効率的に排出されることになるのである。
In order to avoid the above situation, the
上述のように、スピンドル30の他端部(下端部)に取り付けられたインペラ70は、貫通穴40内の流体、具体的には、クーラントに、一端部(上端部)から他端部に向かう方向の流れを生じさせるために有効な手段となる。換言すれば、その流れを助長するために有効な手段となるのである。したがって、本主軸装置12、つまり、上述のような作用を発揮するインペラ70がスピンドル30に取り付けられた主軸装置12を採用することで、本スカイビング加工機によって加工されたワークは、加工による傷が抑制されたものとなるのである。
As described above, the
12:主軸装置 20:軸線傾斜変更機構 30:スピンドル 32:ホルダ 34:主軸モータ〔回転駆動機構〕〔駆動源〕 36:チャック 40:貫通穴 70:インペラ 72:基板 74:穴 76:対向板 78a,78b,78c:羽根板 W:ワーク L:スピンドルの軸線
12: Spindle device 20: Axis tilt changing mechanism 30: Spindle 32: Holder 34: Spindle motor [rotation drive mechanism] [drive source] 36: Chuck 40: Through hole 70: Impeller 72: Substrate 74: Hole 76:
Claims (8)
前記ワークを一端部において保持するスピンドルと、そのスピンドルをそれの軸線まわりに回転可能に保持するホルダと、駆動源を有して前記スピンドルを前記軸線まわりに回転させる回転駆動機構とを備え、
前記スピンドルが、前記軸線に沿って延びる貫通穴を有する中空構造とされ、
前記スピンドルの他端部に取り付けられて前記スピンドルとともに回転し、前記貫通穴内の流体に前記一端部から前記他端部に向かう方向の流れを生じさせるためのインペラを備えたことを特徴とする主軸装置。 A spindle device used when cutting a workpiece,
A spindle that holds the workpiece at one end, a holder that holds the spindle rotatably about its axis, and a rotation drive mechanism that has a drive source and rotates the spindle around the axis;
The spindle has a hollow structure having a through hole extending along the axis;
A main shaft comprising an impeller attached to the other end portion of the spindle and rotating together with the spindle to cause the fluid in the through hole to flow in a direction from the one end portion toward the other end portion. apparatus.
基板と、
その基板と間隔を隔ててその基板と対向し、前記スピンドルの貫通穴に繋がる穴が中央に設けられた対向板と、
前記基板と前記対向板との間において、それら基板と対向板とに渡され、放射状に延びる複数の羽根板と
を含んで構成された請求項1に記載の主軸装置。 The impeller is
A substrate,
Opposite plate that is opposed to the substrate at a distance from the substrate and has a hole connected to the through hole of the spindle in the center;
2. The spindle device according to claim 1, comprising a plurality of blades extending radially between the substrate and the counter plate and extending between the substrate and the counter plate.
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