JP4676093B2 - 工作機械内の主軸 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械内の主軸に関する。たとえば、本発明は、軸線とこの軸線上にある、工具ホルダのシャンク用装着部とシャンクを装着部内で軸方向で固定するためのクランプ機構とを備えており、クランプ機構が、軸方向で摺動可能な締付マンドレルと締付マンドレルの周面に配置される少なくとも1つの切片とを含み、この切片が、締付マンドレルの軸方向摺動時に、締付マンドレルと切片との間で作用する第1ガイドによって半径方向第1動作位置と半径方向第2動作位置との間で半径方向に移動可能であり、第1動作位置のときシャンクを装着部内で形状結合式に固定する、工作機械内の主軸に関する。
【0002】
【従来の技術】
このようなクランプ機構を備えた主軸は例えば本出願人の“FZ”型マシニングセンタから公知である。
【0003】
公知のクランプ機構では工具ホルダがその外部テーパを主軸頭の相補的内部円錐形装着部に押し込まれる。クランプ機構の締付マンドレルは次に工具ホルダのシャンクに設けられる相応の装着部に入れられる。締付マンドレルは軸方向に配置されるドローバーによって軸方向で移動可能である。工具ホルダを挟持するために締付マンドレルは前進した動作位置にある。締付マンドレルの外周面に周方向で分散して複数の切片が配置されている。切片は前端が厚肉頭部となって成端し、頭部はこの動作位置のとき半径方向内側にある。シャンクが主軸頭の装着部に押し込まれたのちにドローバーが引き入れられるとき、締付マンドレルが連行される。次に、滑り斜面の系を介して切片が半径方向外側に移動する。次に切片の厚肉頭部が工具ホルダのシャンクに設けられる相応の突起の背後に入り込み、工具ホルダは形状結合式に軸方向で固定される。
【0004】
軸方向で締付マンドレルの背後にある冠体は周面に配設される複数の凹部を備えており、切片の後端が凹部内で保持されている。冠体は他の案内斜面を介して切片に当接している。クランプ機構をクランプするとき冠体はばねの力に抗して後方にずらされる。クランプ機構を弛緩させるときばねが冠体を再び前方に押す。冠体と切片との間の傾斜ガイドによって、切片は再びそれらの半径方向内側の動作位置に達する。
【0005】
ところでこの従来のクランプ機構では、切片がその半径方向内側の動作位置でも(クランプ機構弛緩時)、両方の動作位置の間の中間位置でも、未定義な位置を占めることによって、誤機能が現れることがある。これは特に切片の軸方向前端にあてはまる。例えば、ばね力を受けて移動する冠体によって切片が後端の方から相応に動かされるのではあるが、切片はそれらの半径方向内側の動作位置に戻ることができないことがある。こうして切片の前端が未定義な位置にあると、次の工具ホルダを装入したとき誤機能が生じることがある。特に、工具ホルダと主軸装着部との間に形状結合はすでに実現することができ、この結合によって、すでにこの時点に工具ホルダは緩慢なカップリング回転数で回転する主軸措置部によって連行されることになる。しかしその場合挿入舌片と溝との間の従来の結合は装着部と工具ホルダとの間に入り込むことができず、工具ホルダと主軸との間に動作可能な結合は実現されない。
【0006】
さらに、このような未定義な状況の場合切片が破損することがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、発明の属する技術分野に指摘した種類の主軸を改良して前記問題が防止され、主軸内への工具ホルダの確実な装着を達成でき、クランプ機構の諸要素の破損を防止できるようにすることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、発明の属する技術分野に指摘した種類の主軸において、第2ガイドが設けられており、このガイドによって少なくとも1つの切片が第2動作位置と第1、第2動作位置間の各中間位置とにおいて限定的に保持されることによって解決される。
【0009】
本発明の根底にある課題がこうして完全に解決される。
【0010】
本発明の解決手段を例示すると、各請求項に記載の主軸である。
【0011】
【発明の実施の形態】
第2ガイドは、すべての切片がつねに定義された位置にあり、つまり半径方向端位置に相当する両方の動作位置にまさにあることを保証する。新たな工具ホルダがつねに定義された条件のもとでそのシャンクを主軸の装着部に挿入することができ、そこでカップリング回転数で主軸装着部の短い探索動作後に挿入舌片と溝との間に形状結合も実現され、工具ホルダが正しい角度位置で緊締されているだけでなく、円錐形座の領域でシャンクと装着部との間に確実な摩擦結合も実現されていることは、こうして確保される。
【0012】
本発明による主軸の好ましい1構成では、少なくとも1つの切片が軸線に沿って延びており、第1ガイドがこの切片の両方の軸方向末端に作用し、第2ガイドが一方の軸方向末端にのみ作用する。
【0013】
この措置の利点として、第2ガイドは不可欠な最小限に限定することができ、単純な構造の安価な解決策がこれによって可能となる。
【0014】
前記実施例の好ましい1構成では、第2ガイドが少なくとも1つの切片の装着部から離れる方を向く軸方向末端に作用する。
【0015】
この措置の利点として、第2ガイドの諸要素は後方に主軸内へと移すことができ、前側領域には障害となる組込み物が必要ではない。
【0016】
本発明の他の好ましい1実施例では、第1ガイドが、第2動作位置のとき、少なくとも1つの切片の装着部から離れる方を向く軸方向末端に作用する。
【0017】
先行技術に一致するこの特徴群は実際においてその価値を示したのであり、本発明により設けられる諸措置が、その他の点では従来どおりのクランプ機構においても利用することができ、場合によってはこれに追加装備することもできることを意味する。
【0018】
本発明の他の1実施形態では、ガイドが傾斜ガイドとして構成されており、少なくとも1つの切片は好ましくは半径方向断面で実質円弧形の形状を有し、傾斜ガイドが円錐形斜面によって形成される。
【0019】
この措置の利点として、それ自体公知の定評ある要素を傾斜ガイド用に利用することができる。こうして、軸方向を向く単一の力によってあらゆるガイド運動を生成しもしくは導き出すことができる。
【0020】
本発明の枠内でそれ自体公知の如くに、多数の切片が締付マンドレルの外周面に分散配置されていることが好ましい。
【0021】
その場合、やはり公知の配置と一致して、切片が装着部から離れた方のその末端を共通の冠体内で保持されており、この冠体が第1円錐形斜面を備えており、この斜面が、第1ガイドの構成要素としての切片の第2円錐形斜面と協動することが好ましい。
【0022】
本発明では有利なことに多数の定評ある構造要素を維持することができることが、ここでも妥当する。
【0023】
これは特に、締付マンドレルの軸方向摺動時に冠体がばねの力に抗して軸方向で緊締されることにも妥当し、その際好ましくはさらに、ばねが第2動作位置で弛緩されている。
【0024】
最後に、このような冠体において本発明によれば、冠体が、ばねを保持する円筒形部分と軸方向に突出する多数のシューとを有し、これらのシューに第1円錐形斜面が形成されている。
【0025】
本発明の枠内で有利にはさらに、冠体の軸方向領域内に、冠体と同軸に形成されるスリーブが配置されており、このスリーブが第3円錐形斜面を備えており、この斜面が第2ガイドとしての切片の第4円錐形斜面と協動する。
【0026】
この措置の利点として、このような冠体を備えた従来の配置よりも構造寸法を大きくする必要のない特別コンパクトな配置が得られる。こうして、公知のシステムを本発明によって追加装備することが可能である。
【0027】
これに関連してさらに、第1/第2斜面が第3/第4斜面とは逆向きに傾いていることが好ましい。
【0028】
この措置の利点として、さまざまな方向を向く力によって中間位置および第2動作位置で諸要素の希望する保持を保証することができる。
【0029】
これに関連して、スリーブが軸方向で固定して配置されていることが特別好ましい。
【0030】
この措置の利点として、第2ガイド用に特別な力源または力の導入が必要でないので、特別単純な運動経過が得られ、むしろ、スリーブを主軸で支えることができれば十分である。
【0031】
この実施例の2つの好ましい変更形態によれば、冠体が半径方向外側にあり、スリーブが半径方向内側にあり、またはその逆とすることができる。両方の実施変種は、それ自体として見て設計上の利点を有し、利用事例に応じてそれらは利用することができる。
【0032】
さらに冠体が半径方向外側にある場合、この種の従来の配置の方からすでに知られているように冠体が主軸の穴のなかで案内されていることが好ましい。
【0033】
その他の利点は添付図面の説明から明らかとなる。前記特徴および以下になお説明する特徴はその都度記載した組合せにおいてだけでなく、本発明の枠から逸脱することなく他の組合せや単独でも勿論適用可能である。
【0034】
【実施例】
本発明の実施例が図面に示してあり、以下に詳しく説明される。
【0035】
図中符号10は、プログラム制御式中ぐり加工、フライス加工およびその他の作業を実施するのに利用される工作機械、例えばマシニングセンタの主軸全体である。この主軸10が主軸頭12を含み、図示実施例の場合主軸頭は下を向いている。しかし、主軸の軸線を水平にした工作機械も公知であるので、これはそれに限定されるものと理解されるべきではない。
【0036】
主軸頭12内で工具ホルダ14が保持されているが、図1と図2では工具ホルダの上端が一点鎖線で示唆されているにすぎない。工具ホルダ14を引き入れて保持するのに役立つコレットチェック16が下端に締付マンドレル18を有する。締付マンドレル18が下端に第1装着部20を有し、この装着部内に工具ホルダ14のピン22が係合する。
【0037】
図1に示す解除位置のとき工具ホルダ14と主軸頭12との間に強固な結合はまだ存在しておらず、締付マンドレル18の前端24は工具ホルダ14の第2上向き装着部28内の底26にちょうど当接している。
【0038】
工具ホルダ14が上端に外部テーパ付きシャンクを有し、外部テーパ30が首部32の円錐形外周面を形成する。首部32がアンダカット33を備えている。
【0039】
これに対して相補的に主軸頭12がその下向き末端に第3装着部を備えており、この装着部は内部テーパ34によって形成される。
【0040】
内部テーパ34を備えた第3装着部内に工具ホルダ14がそのシャンクおよび外部テーパ30を下から押し込まれるとき、これは、工具ホルダ14と主軸頭12が半径方向平面36で互いに突接するまで行われる。この半径方向平面36の領域に、挿入舌片と溝とを備えた割出し装置38もあり、通常、挿入舌片は主軸頭12に設けられ、溝は工具ホルダ14に設けられている。工具ホルダ14を主軸頭12内に装着するとき主軸頭12は従来どおり僅かな回転数で、いわゆるカップリング回転数で回転し、挿入舌片が溝内に入り込むことになる。こうして工具ホルダ14は周方向で割出し位置において固定されている。
【0041】
コレットチャック16がその後部領域40に雌ねじ42を備えており、この雌ねじにドローバー41がねじ込まれている。
【0042】
前記要素はすべて、主軸10の軸線46を基準に、実質回転対称に構成されている。
【0043】
ドローバー44は、矢印48で示唆したように、それ自体周知の如くに軸線46の方向に移動させることができる。
【0044】
締付マンドレル18は図1、図2でその下端が多少厚肉となっており、厚肉部に移行する領域に第1斜面50が設けられている。第1斜面50からコレットチャック16は次に軸方向上方で円筒形領域52となり、次に第2斜面54を介して再び先細となっている。
【0045】
本願の枠内で“斜面”に言及されるとき、これは、使用される要素の実質回転対称な構成に基づいて、しかし少なくとも円弧状構成に基づいて、好ましくはそれぞれ円錐面のことと理解されねばならない。
【0046】
図1に示す動作位置のときコレットチャック16の円筒形領域52と斜面50、54とに切片60が載置されている。この種の切片はそれ自体公知である。実際には多数のこのような切片が締付マンドレル18の周面に均一に分散させて設けられる。
【0047】
切片60はそれらの下端に厚肉頭部62を備えている。その内面に第3斜面64が形成されており、この斜面は第1斜面50に対して相補的に構成されている。次に切片60で上側に中間部分65が続いており、この部分は半径方向で比較的薄肉に構成されている。次にこの中間部分65に上側で案内部分66が続いており、この案内部分は再び半径方向で厚肉に構成されている。
【0048】
本発明の理解を助けるために、案内部分66が図3に拡大して斜視図で示してある。
【0049】
それによれば案内部分66が第4斜面68を有し、この斜面は切片60の外面にあり、図示実施例の場合軸方向上方、外側へと延びている。
【0050】
これに対して相補的に主軸頭12のケースに第5斜面70が形成されている。
【0051】
案内部分66の上面に第6斜面72が設けられており、この第6斜面72は第4斜面68とは逆向きであり、すなわち上方、内側を向いている。
【0052】
すでに触れたように、複数の切片60が締付マンドレル18の周面に分散させて設けられている。それゆえに各切片60は半径方向断面で円弧形状を有する。案内部分66はその上端でいま一度フォーク状に分割されており、すでに触れた第6斜面72はフォークの底にあり(図3参照)、第6斜面72の左右でほぞ状延長部74が上方に延び、これらの延長部が上端に第7斜面76を備えている。
第7斜面76はやはり上方、外側を向いている。
【0053】
最後に、案内部分66の内側下面にそれぞれなお第8斜面78が設けられており、この斜面は上方に半径方向内側へと延びている。この第8斜面78はコレットチャック16の上端に設けられる第2斜面54に対して相補的に構成されている。
【0054】
切片60を周方向で固定しかつ軸方向で案内するために主軸頭12の装着開口部の後部領域になお冠体80が設けられている。冠体80が周面に軸方向条溝を備えており、これらの条溝内に切片60の案内部分66が係合し、部分的にそのなかを移動する。
【0055】
冠体80は上に向って円筒部分82を備えており、この円筒部分は主軸頭12の装着開口部の上端に設けられる相補的穴84のなかを動く。
【0056】
軸方向下方で冠体80は多数の第1シュー86によって形成される。戻しばね88が軸方向で第1シュー86の背面と鍋体90との間で保持されており、この鍋体は主軸頭12の装着穴の上端を形成する。
【0057】
軸方向下方で第1シュー86が第9斜面92を備えており、この斜面は第6斜面72に対して相補的に構成されている。
【0058】
最後に、冠体80の軸方向領域になおスリーブ96があり、このスリーブは軸方向で固定されて上方で鍋体90で支えられる。スリーブ96が下方に多数の第2シュー98を備えており、シューは下方に第10斜面100を有する。第10斜面100は第7斜面76に対して相補的に構成されている。
【0059】
図示実施例ではスリーブ96が半径方向内側にあり、冠体80が半径方向外側にある。しかし、半径方向順序において機能を取り替え、冠体を半径方向内側に設け、スリーブを半径方向外側に設けることも可能である。
【0060】
主軸10の機能様式を以下に説明することにする。
【0061】
すでに上で触れたように、図1が示す主軸10の状態のとき工具ホルダ14はまだ装着されていない。工具ホルダ14はむしろ単に緩く下から主軸頭12の装着開口部に挿入されて、工具ホルダ14と主軸頭12が半径方向平面36で当接しているだけである。
【0062】
図1からはっきり認めることができるように、切片60はコレットチャック16に周面に密着している。それゆえに、コレットチャック16および切片60の半径方向障害輪郭は首部32の内径よりも小さい。
【0063】
従って、工具ホルダのシャンクまたは外部テーパ30を上向きに主軸頭12の装着開口部に導入することが可能であり、するとコレットチャック16は切片60とともに工具ホルダ14の上端に設けられた第2装着部28内に係合する。
【0064】
この状態のときばね88は弛緩しており、冠体80は下側動作位置にある。そのことが図1の右上に距離Dで具体的に示してあり、冠体80の円筒部分82の後端は主軸頭12の装着開口部の上端からこの距離を保つ。
【0065】
工具ホルダ14を主軸頭12内でクランプするためにいまやドローバー44が矢印48の方向で引き上げられる。
【0066】
この引張運動によって、切片60が軸方向で締付マンドレル18に対して相対的に摺動することになる。つまり切片60は軸方向で締付マンドレル18に対して相対的に運動可能である。ところで締付マンドレル18が引き上げられると、切片60の厚肉頭部62は斜面50/64のガイドを介して滑動して締付マンドレル18の厚肉下端に乗り上げ、従って半径方向外方に動く。その結果、厚肉頭部62がアンダカット33内に入り、こうして工具ホルダ14を主軸頭12内で固定する。
【0067】
同時に切片60はその軸方向上端でも半径方向外方に動かされる。一方で、締付マンドレル18がその軸方向後端の第2斜面54で案内部分66の下側内端の第8斜面78上を移動し、同時に案内部分66がその下側外の第4斜面68で主軸頭12のケース内の第5斜面70に乗り上げることによって、これは引き起こされる。
【0068】
同時に、第6斜面72によって第9斜面92と一緒に形成される他のガイドを介して冠体80は軸方向で上方に、しかもばね88の力に抗して、動かされる。それゆえに、円筒部分82の後端で維持される距離D(図1)がdに減少する(図2)。
【0069】
主軸10がいまや図2に示す第2動作位置にあり、この位置において工具ホルダ14は主軸頭12内でしっかり緊締されている。
【0070】
ところで次の解除操作のためにドローバー44が再び、図2に矢印102で示唆したように押し下げられると、これはさしあたり、コレットチャック16が軸方向で下方に摺動されることを意味するにすぎない。
【0071】
切片60も図2の動作位置から図1の動作位置に戻るように、ばね88が弛緩して冠体80を押し下げ、それを受けて切片60は斜面72/92のガイドを介して軸方向下方に、同時に半径方向内方に動かされる。
【0072】
先行技術においてそれ自体知られているこのステップは切片60の下端、特に厚肉頭部62が中間位置で膠着し得ることがあるので必ずしも完璧には成功しないので、本発明によれば付加的ガイドが設けられており、このガイドは図1の第1動作位置でも、図2の第2動作位置に至るすべての中間位置でも作用する。
【0073】
この他のガイドは第7斜面76によって第10斜面100と一緒に形成される。
【0074】
つまり図1と図2からはっきり認めることができるように、このガイドは両方の動作位置の間の全作業過程の間係合しており、第10斜面100が設けられているスリーブ96は軸方向で固定支承されている。
【0075】
切片60が図2の緊締動作位置から図1の解除動作位置に戻るときガイド72/92を介して送り力が加えられるので、安定のために他のガイド76/100は逆方向に向けられており、こうして、切片60の下端が望ましくないことに半径方向で傾くことは確実に防止される。つまりガイド72/92は下向きに開口したテーパ上にあり、付加的ガイド76/100は上向きに開口したテーパを定義する。
【図面の簡単な説明】
【図1】配置のクランプ機構が未クランプ状態にある第1動作位置における本発明による主軸の1実施例の軸方向断面図である。
【図2】工具ホルダが主軸内に装着されている第2動作位置について図1と同様に示す図である。
【図3】図1、図2の主軸において使用される切片の細部を拡大斜視図で示す。
【符号の説明】
10 主軸
12 主軸頭
14 工具ホルダ
16 コレットチェック
18 締付マンドレル
22 ピン
24 前端
26 底
28 第2上向き装着部
30 外部テーパ
32 首部
33 アンダカット
34 内部テーパ
36 半径方向平面
38 割出し装置
40 後部領域
41、44 ドローバー
42 雌ねじ
46 軸線
48、102 矢印
50 第1斜面
52 円筒形領域
54 第2斜面
60 切片
62 厚肉頭部
64 第3斜面
65 中間部分
66 案内部分
68 第4斜面
70 第5斜面
72 第6斜面
74 延長部
76 第7斜面
78 第8斜面
80 冠体
82 円筒部分
84 相補的穴
86 第1シュー
88 戻しばね
90 鍋体
92 第9斜面
96 スリーブ
98 第2シュー
100 第10斜面

Claims (16)

  1. 工作機械の主軸であって、軸線(46)とこの軸線(46)上にある、工具ホルダ(14)のシャンク(30)用装着部(34)とシャンク(30)を装着部(34)内で軸方向で固定するためのクランプ機構とを備えており、クランプ機構が、軸方向で摺動可能な締付マンドレル(18)と締付マンドレル(18)の周面に配置される少なくとも1つの切片(60)とを含み、この切片が、締付マンドレル(18)の軸方向摺動時に、締付マンドレル(18)と切片(60)との間で作用する第1ガイド(50/64、54/78、68/70、72/92)によって半径方向第1動作位置と半径方向第2動作位置との間で半径方向に移動可能であり、第1動作位置のときシャンク(30)を装着部(34)内で形状結合式に固定するものにおいて、第2ガイド(76/100)が設けられており、このガイドによって少なくとも1つの切片(60)が第2動作位置と第1、第2動作位置間の各中間位置とにおいて保持され、かつ、切片(60)が装着部(34)から離れた方のその末端を共通の冠体(80)で保持されており、この冠体(80)が第1円錐形斜面(92)を備えており、この第1円錐形斜面(92)が、第1ガイド(50/64、54/78、68/70、72/92)の構成要素としての切片(60)の第2円錐形斜面(72)と協動することを特徴とする主軸。
  2. 少なくとも1つの切片(60)が軸線(46)に沿って延びており、第1ガイド(50/64、54/78、68/70、72/92)がこの切片(60)の両方の軸方向末端に作用し、第2ガイド(76/100)が一方の軸方向末端にのみ作用することを特徴とする、請求項1記載の主軸。
  3. 第2ガイド(76/100)が少なくとも1つの切片(60)の軸方向末端に作用することを特徴とする、請求項記載の主軸。
  4. 第1ガイド(50/64、54/78、68/70、72/92)が、第2動作位置のとき、少なくとも1つの切片(60)の軸方向末端に作用することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載の主軸。
  5. 第1ガイド(50/64、54/78、68/70、72/92;76/100)が傾斜ガイドとして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項記載の主軸。
  6. 少なくとも1つの切片(60)が半径方向断面で実質円弧形の形状を有し、傾斜ガイド(50/64、54/78、68/70、72/92;76/100)が円錐形斜面(50、54、64、68、70、72、76、78、92、100)によって形成されることを特徴とする、請求項5記載の主軸。
  7. 多数の切片(60)が締付マンドレル(18)の外周面に分散配置されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項または複数項記載の主軸。
  8. 締付マンドレル(18)の軸方向摺動時に冠体(80)がばね(88)の力に抗して軸方向で緊締されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項記載の主軸。
  9. ばね(88)が第2動作位置で弛緩されていることを特徴とする、請求項記載の主軸。
  10. 冠体(80)が、ばね(88)を保持する円筒形部分(82)と軸方向に突出する多数のシュー(86)とを有し、これらのシューに第1円錐形斜面(92)が形成されていることを特徴とする、請求項または記載の主軸。
  11. 冠体(80)の軸方向領域内に、冠体(80)と同軸に形成されるスリーブ(96)が配置されており、このスリーブ(96)が第3円錐形斜面(100)を備えており、この斜面が第2ガイド(76/100)としての切片(60)の第4円錐形斜面(76)と協動することを特徴とする、請求項10のいずれか1項記載の主軸。
  12. 第1/第2斜面(92/72)が第3/第4斜面(100/76)とは逆向きに傾いていることを特徴とする、請求項11記載の主軸。
  13. スリーブ(96)が軸方向で固定して配置されていることを特徴とする、請求項11または12記載の主軸。
  14. 冠体(80)が半径方向外側にあり、スリーブ(96)が半径方向内側にあることを特徴とする、請求項1113のいずれか1項記載の主軸。
  15. 冠体(80)が主軸(10)の穴(84)のなかで案内されていることを特徴とする、請求項14記載の主軸。
  16. 冠体が半径方向内側にあり、スリーブが半径方向外側にあることを特徴とする、請求項1113のいずれか1項記載の主軸。
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