JP5018079B2 - 主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械に関し、より詳細には、門形マシニングセンタの主軸ヘッドに取り付けられる主軸装置及びそれを備えた複合加工工作機械に関する。

従来、大物ワークと工具との三次元的な相対移動によって、切削、穴あけ等の加工を行なう複合加工工作機械として、例えば、ワークを取り付けたテーブルを直進往復運動させると共に、工具を有する主軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に制御する門形マシニングセンタが使用されている。

門形マシニングセンタでは、２つのコラムによって支持されたクロスレールにサドルが取り付けられ、サドルに対してＺ軸方向に移動するラムの端部に主軸ヘッドが取り付けられ、さらに、この主軸ヘッドの２本の支持アームにブラケットを介してモータビルトイン式の主軸が旋回可能に取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第９６／４１６９５号パンフレット（第４図）

ところで、特許文献１に記載の工作機械では、主軸のモータを駆動するための動力線や、信号線等の配索についての記載がない。工作機械の主軸は、常時クーラントに晒されるような環境で使用されているため、これら配線を主軸から主軸ヘッド側へ配索するためにはこれら配線の防水性を考慮することが要求される。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、これら配線の防水性を確保することができる主軸装置及び複合加工工作機械を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 間隔を空けて配置された一対の支持アームに、該支持アームのそれぞれに軸支された一対の旋回シャフトを介して旋回可能に取り付けられ、その旋回軸に対して略垂直な筒部を有するブラケットと、工具が取り付け可能な回転部と、該回転部を回転自在に支持するハウジングとを有し、該ハウジングが前記ブラケットの筒部に挿脱可能に取り付けられるモータビルトイン式の主軸と、を備える主軸装置であって、
前記ブラケットは、前記筒部を有するブラケット本体と、前記ブラケット本体の後端面に取り付けられるカバー部材と、を有し、前記主軸のハウジングは、前記ブラケット本体の筒部に挿入された状態で前記ブラケット本体の前端面に固定されるフランジ部を有し、
前記モータのステータに電力を供給する動力線と、前記主軸に設けられたセンサの信号線とが、前記ブラケット本体の筒部の後端から露出する前記ハウジングの部分より延出して、前記カバー部材内に収容され、
前記動力線は、前記ブラケット本体に形成された第１空間を通って一方の前記旋回シャフトの位置に配索されて、該旋回シャフトの円筒穴から導出され、
前記信号線は、前記ブラケット本体の筒部の中心線に対して前記第１空間と略対称位置に形成された第２空間を通って他方の前記旋回シャフトの位置に配索されて、該旋回シャフトの円筒穴から導出されることを特徴とする主軸装置。
（２） 前記ブラケット本体の後端面と前記カバー部材の前端面との間には、密封部材が配置されることを特徴とする（１）に記載の主軸装置。
（３） （１）又は（２）に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする複合加工工作機械。

本発明によれば、主軸の他端側から延出した配線は、ブラケット本体の後端面に取り付けられたカバー部材に収容されているので、配線は外部に晒されることなく支持アーム側に配索することができ、配線の防水性を確保することができる。

また、ブラケット本体の後端面とカバー部材の前端面との間には、密封部材が配置されるので、配線の防水性をより向上することができる。

以下、本発明に係る主軸装置及び複合加工工作機械としての門形マシニングセンタについて図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、門形マシニングセンタ１では、ベッド２の上にテーブル３がＸ軸方向へ移動可能に支持されており、ベッド２の両側には一対のコラム４が立設されている。コラム４の上端にはクロスレール５が架設されており、クロスレール５には、サドル６がＹ軸方向へ移動可能に設けられる。また、サドル６には、Ｚ軸方向に昇降可能なラム７が支持されており、ラム７の下端には、本発明の主軸装置２０をＹ軸回り及びＺ軸回りに回転割出し駆動可能に保持する主軸ヘッド８が装着されている。

図２及び図３に示すように、主軸ヘッド８には、主軸装置２０のブラケット２１を挟むように一対の支持アーム９が設けられており、支持アーム９の内部には、ブラケット２１の両側面に固定された一対の旋回シャフト１０が複数の軸受１１を介して回転可能に収容されている。また、一方の旋回シャフト１０にはモータ１２が配置されており、これにより、主軸装置２０は一対の支持アーム９にＹ軸（旋回軸Ａ）回りに旋回可能に取り付けられる。なお、主軸装置２０の旋回駆動は、旋回シャフト１０まわりにモータ１２を配置する代わりに、旋回シャフト１０をギア駆動するものであってもよい。

図４に示すように、主軸装置２０のブラケット２１は、旋回シャフト１０がＹ軸方向の両側面に固定され、Ｘ軸方向（旋回軸に対して略垂直）に貫通する筒部２２を有するブラケット本体２３と、ブラケット本体２３のＺ軸方向の両側面に固定される一対の平板カバー２４と、ブラケット本体２３の後端面２３ａに固定される筒状穴付きカバー部材２５と、を備える。そして、このブラケット本体２３の筒部２２には、一端側である先端側に工具Ｗが取り付けられる主軸３０が挿脱可能に取り付けられている。図４及び図５に示すように、カバー部材２５は、筒状の部分２５ｄと、その後端側で穴が形成された底部２５ａとを有する。そして、カバー部材２５は、ブラケット本体２３に装着されてその後端面２３ａから突出する主軸３０の後端部外周面に底部２５ａの内周面２５ｂを外嵌させ、前端面２５ｃをブラケット本体２３の後端面２３ａに対向させて、これらの四隅を締結するボルト２６でブラケット本体２３に固定される。なお、図４中、符号２３ｂは、旋回シャフト１０を取り付けるためのボルト孔である。

主軸３０では、内蔵された図示しないモータの駆動により、工具Ｗを備える回転部３１がハウジング３２に対して図示しない軸受を介して回転自在に支持される。なお、主軸３０は、モータビルトイン式の公知のものが適用可能である。この主軸３０は、ハウジング３２に設けられたフランジ部３２ａをブラケット本体２３の先端面にボルト締結することで、ブラケット２１に固定されている。このため、主軸３０は、複数のボルト３３を外すことで、ブラケット２１から先端側に抜き取られる。

主軸３０の他端側であるハウジング３２の後端部は小径に形成されており、モータのステータに動力を伝送する動力線４１（配線）と、主軸３０に設けられたセンサの信号線４２（配線）がブラケット本体２３の筒部２２と干渉しないように後方へ延出される。なお、本実施形態では、センサとして、回転部３１の回転速度を検出するエンコーダや、クランプ用ピストンの位置を検出する位置検出センサ、工具の有無を検出する工具検出センサが設けられている。

ハウジング３２からカバー部材２５内に導出された動力線４１は、ブラケット本体２３に形成された第１空間Ｓ_１に配索されており、一方、カバー部材２５内の各信号線４２は、ブラケット本体２３の筒部２２の中心軸Ｂに対して第１空間Ｓ_１と略対称位置に形成された第２空間Ｓ_２に配索されている。

ブラケット本体２３の後端面２３ａとカバー部材２５の前端面２５ｃとの間、主軸３０のハウジング３２の後端部外周面とカバー部材２５の底部２５ａの内周面２５ｂとの間には、密封部材であるＯリング５０，５１がそれぞれ配置されており、カバー部材２５の内部を、ブラケット本体２３及びハウジング３２と共に外部から密封する。このため、主軸３０のハウジング３２からブラケット本体２３の各空間Ｓ_１，Ｓ_２へ導入されるこれら配線４１，４２は、カバー部材２５によって確実に密封される。

第１及び第２空間Ｓ_１，Ｓ_２は、互いに略同形状に形成されており、図４及び図５に示すように、ブラケット本体２３には、ブラケット本体２３の旋回軸Ａと筒部２２の中心軸Ｂに垂直な（Ｚ軸方向の）両側面上に形成される溝部７０，７０´と、ブラケット本体２３の後端面から溝部７０，７０´に貫通する開口孔７１，７１´と、溝部７０，７０´の底面から旋回シャフト１０が取り付けられる各取付面に開口し、且つ、部分的に筒部２２の内周面に開口した傾斜孔７２，７２´と、がそれぞれ形成されている。また、溝部７０，７０´の周囲には、図示しないＯリングが装着されるリング溝７３が形成されており、それぞれ一対の平板カバー２４をブラケット本体２３に固定することで、溝部７０，７０´の側面開口は密封される。

また、このように形成された第１及び第２空間Ｓ_１，Ｓ_２内を配索されて各取付面から導出された動力線４１と信号線４２は、それぞれ一対の旋回シャフト１０に形成された円筒面１０ａから取り出され、主軸ヘッド側へ導かれる（図３参照）。図４に示すように、動力線４１及び信号線４２は、それぞれ圧着端子やコネクタ等のジョイント部品７４，７４´によって途中接続されている。ジョイント部品７４，７４´は、ハウジング３２の外面から延出する配線４１，４２の延出部分から所定の長さ離れた位置に設けられており、ジョイント部品７４，７４´は溝部７０内に収容される。なお、ジョイント部品７４，７４´は、カバー部材２５内に収容されてもよい。

このように構成される本実施形態の主軸装置２０によれば、ブラケット２１は、筒部２２を有するブラケット本体２３と、ブラケット本体２３の後端面２３ａ及び主軸３０の後端部外周面に取り付けられ、延出した動力線４１及び信号線４２を収容する筒状穴付きカバー部材２５と、を有するので、これら配線４１，４２はカバー部材２５内に収容されて外部に晒されることなく支持アーム側に配索することができ、これら配線４１，４２の防水性を確保することができる。特に、本実施形態では、配線４１，４２の途中にジョイント部品７４，７４´が設けられているので、この部分からクーラント等の流体が入り込むことをより確実に防止することができる。また、カバー部材２５は主軸３０の後端部外周面に取り付けられているので、主軸装置２０全体を軸方向に伸ばすことなくカバー部材２５が設けられ、コンパクトな構成とすることができる。

また、ブラケット本体２３の後端面２３ａとカバー部材２５の前端面２５ｃとの間、及び主軸３０の後端部外周面とカバー部材２５の底部２５ａの内周面２５ｂとの間には、Ｏリング５０，５１がそれぞれ配置されるので、配線４１，４２の防水性をより向上することができる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、主軸装置２０は、主軸ヘッド８の一対の支持アーム９によって旋回可能に支持されているが、一本の支持アームによって片持ち支持される構成であってもよい。

また、ブラケット本体２３に形成される第１及び第２空間Ｓ_１，Ｓ_２は、本発明が達成されるものであれば任意の形状に変更可能である。
さらに、本実施形態では、カバー部材２５の底部２５ａの内周面２５ｂを主軸３０のハウジング３２の後端部外周面に外嵌させているが、ブラケット本体２３の後端面２３ａから延出して配線４１，４２を収容可能な軸方向位置で外周面に外嵌されればよく、カバー部材２５の後方に主軸３０が突出してもよい。

加えて、本実施形態では、主軸に給排されるクーラントや冷却油などの流体は、ブラケット本体２３や主軸３０のハウジング３２に形成された図示しない流路を介して供給されているが、ブラケット本体２３から主軸３０のハウジング３２に配管を介して供給する場合には、配管をカバー部材２５内に配置することで配管の防水性も確保することができる。

本発明の主軸装置が適用される門形マシニングセンタの概略図である。 図１の主軸ヘッドを示す要部斜視図である。 主軸ヘッドを示す正面図である。 主軸装置の分解斜視図である。 主軸装置の断面図である。

符号の説明

１ 門形マシニングセンタ（複合加工工作機械）
２０ 主軸装置
２１ ブラケット
２２ 筒部
２３ ブラケット本体
２４ 平板カバー
２５ カバー部材
３０ 主軸
４１ 動力線（配線）
４２ 信号線（配線）
５０，５１ Ｏリング

Claims (3)

1. 間隔を空けて配置された一対の支持アームに、該支持アームのそれぞれに軸支された一対の旋回シャフトを介して旋回可能に取り付けられ、その旋回軸に対して略垂直な筒部を有するブラケットと、
   工具が取り付け可能な回転部と、該回転部を回転自在に支持するハウジングとを有し、該ハウジングが前記ブラケットの筒部に挿脱可能に取り付けられるモータビルトイン式の主軸と、を備える主軸装置であって、
   前記ブラケットは、前記筒部を有するブラケット本体と、前記ブラケット本体の後端面に取り付けられるカバー部材と、を有し、
   前記主軸のハウジングは、前記ブラケット本体の筒部に挿入された状態で前記ブラケット本体の前端面に固定されるフランジ部を有し、
   前記モータのステータに電力を供給する動力線と、前記主軸に設けられたセンサの信号線とが、前記ブラケット本体の筒部の後端から露出する前記ハウジングの部分より延出して、前記カバー部材内に収容され、
   前記動力線は、前記ブラケット本体に形成された第１空間を通って一方の前記旋回シャフトの位置に配索されて、該旋回シャフトの円筒穴から導出され、
   前記信号線は、前記ブラケット本体の筒部の中心線に対して前記第１空間と略対称位置に形成された第２空間を通って他方の前記旋回シャフトの位置に配索されて、該旋回シャフトの円筒穴から導出されることを特徴とする主軸装置。
2. 前記ブラケット本体の後端面と前記カバー部材の前端面との間には、密封部材が配置されることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
3. 請求項１又は２に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする複合加工工作機械。

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