JP7159647B2 - 旋回主軸装置及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、旋回主軸装置及び工作機械に関するものである。

例えば、特許文献１には、旋回主軸装置を備える工作機械が記載されている。この旋回主軸装置は、旋回軸を４５度に傾斜させた状態で回転可能に支持する固定本体部と、旋回軸と共に回転可能な旋回本体部と、旋回軸回りで旋回本体部に支持される主軸装置とを備える。旋回主軸装置は、主軸装置を旋回軸回りで旋回させて垂直姿勢と水平姿勢の間で旋回割出しを行う。

特開平７－１２０６号公報

上述の工作機械において高精度な加工を実施するためには、オープンタイプやクローズタイプのロータリーエンコーダにより旋回軸の回転角検出を行い、精密な旋回軸の回転制御を行う必要がある。ロータリーエンコーダは、エンコーダヘッドとエンコーダスケールを備え、エンコーダヘッドは、エンコーダスケールの外周に配置されて回転角検出を行う。エンコーダヘッドは、サーボアンプリファイア（サーボアンプ）からの受電、サーボアンプへの送信を実施するために、サーボアンプと電気配線路で接続する必要がある。

ここで、旋回主軸装置の旋回軸は、設計上、中心側に固定部が配置され、外周側に回転部が配置される。このため、エンコーダヘッドは、外周側の回転部に配置され、エンコーダスケールは、内周側の固定部に配置される。このため、エンコーダヘッドには、曲げやねじれに耐久性のある電気配線路を使用する必要があるが、一般的に、エンコーダヘッドにモールドされている電気配線路は可動線ではない。

よって、エンコーダヘッドにモールドされている電気配線路を可動対応電気配線路に中継する必要がある。ところが、エンコーダヘッドのメーカは、ねじれも含めた可動対応電気配線路を延長ケーブルとしてラインナップしていることは稀で、他社の延長ケーブルを使用する場合はサポートの対象外とされる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、可動対応電気配線路が不要なロータリーエンコーダを備える旋回主軸装置及び旋回主軸装置を備える工作機械を提供することを目的とする。

本発明の旋回主軸装置は、固定スリーブ及び前記固定スリーブの外周側に配置される回転スリーブを有する旋回軸と、前記固定スリーブを回転規制して支持し、前記回転スリーブを回転可能に支持する固定本体部と、前記旋回軸の旋回軸線に対し傾斜した主軸を有する主軸装置を有し、前記固定本体部に対し前記旋回軸線の回りで前記回転スリーブと共に回転可能な旋回本体部と、前記固定スリーブに取り付けられ、前記回転スリーブの回転角度を検出するエンコーダヘッドが取り付けられるヘッド取付部材と、を備え、前記固定スリーブには、前記固定スリーブの一端側から他端側にかけて連通する第一溝が形成され、前記第一溝には、前記エンコーダヘッドに接続される第一電気配線路が配置され、さらに、前記固定スリーブの内周側に配置され、内部に前記主軸装置に接続される第二電気配線路が通される空間部を有し、前記第二電気配線路と共に所定位相のねじりが可能なガイド、を備える。

本発明の旋回主軸装置では、固定スリーブにヘッド取付部材を介してエンコーダヘッドが取り付けられる。そして、固定スリーブには、エンコーダヘッドに接続される第一電気配線路が配置される第一溝が形成される。このため、エンコーダヘッドには、可動対応電気配線路を用いる必要はなく、エンコーダヘッドに接続される第一電気配線路は、回転スリーブを経由する必要はなくなる。よって、旋回軸の検出回転角度の信頼性を向上でき、また、旋回主軸装置のコストダウンを図ることができる。

本発明の実施形態の旋回主軸装置を備える工作機械の斜視図である。 旋回主軸装置の斜視図である。 旋回主軸装置における主軸の旋回範囲を旋回軸線方向から見た図である。 エンコーダヘッド及びエンコーダスケールの取付状態をＸ軸線方向に見た断面図である。 図３のエンコーダスケールを取り外してエンコーダヘッドの取付状態を旋回軸線方向に見た図である。 図４Ａのエンコーダヘッド及びエンコーダスケールの取付状態をＶＢ方向に見た断面図である。 図３のエンコーダヘッド及びエンコーダスケールの取付状態を旋回軸線方向に見た図である。

（１．旋回主軸装置を備える工作機械の構成）
本実施形態の旋回主軸装置を備える工作機械を例に挙げて説明する。図１に示すように、工作機械１は、工作物を加工する５軸マシニングセンタであり、ベッド１１、コラム１２、サドル１３、旋回主軸装置２０、スライドテーブル１４及びターンテーブル１５を備える。ベッド１１は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ベッド１１上には、コラム１２が起立して設けられる。

コラム１２の側面には、サドル１３がＸ軸線方向に移動可能に設けられる。サドル１３の側面には、主軸装置３０が取り付けられる旋回主軸装置２０がＹ軸線方向に移動可能に設けられる。また、ベッド１１上には、スライドテーブル１４がＺ軸線方向に移動可能に設けられる。スライドテーブル１４上には、ターンテーブル１５がＹ軸線回り（Ｂ軸）に回転可能に設けられる。ターンテーブル１５には、図略の工作物が治具を介して固定される。

図２Ａ及び図３に示すように、旋回主軸装置２０は、旋回軸２１、旋回本体部２２及び固定本体部２３を備える。本例の旋回主軸装置２０は、固定本体部２３に対して旋回軸２１を旋回本体部２２と共に回転させて、図２Ｂに示すように、主軸装置３０の姿勢（回転軸線Ｒの向き）を水平方向（０度）から垂直方向（１８０度）を経て所定角度θ（例えば、２１０度）までの間で変化させて主軸装置３０の旋回割出しを行う装置である。詳細は後述するが、旋回本体部２２（旋回軸２１）の回転角度は、エンコーダヘッド６１及びエンコーダスケール６２を有するロータリーエンコーダ６０で検出される。

図３に示すように、旋回軸２１は、略中空円筒状の旋回軸本体２１Ａ、中空円筒状の回転スリーブ２４及び中空円筒状の固定スリーブ２５を有し、旋回軸線ＤがＺ軸線に対し４５度傾斜するように固定本体部２３内に配置される。旋回軸本体２１Ａは、固定本体部２３内で図略のモータ及び減速機構により回転駆動可能に支持される。回転スリーブ２４は、旋回軸本体２１Ａの内周に同軸（旋回軸線Ｄ）で挿入され、旋回軸本体２１Ａと共に回転可能に設けられる。固定スリーブ２５は、回転スリーブ２４の内周に同軸（旋回軸線Ｄ）で嵌入され、固定本体部２３に固定され回転規制される。

図２Ａに示すように、旋回本体部２２は、旋回軸線Ｄ方向に見たときに旋回本体部２２よりも径方向に大きいフランジ部２２Ａを備える。すなわち、フランジ部２２Ａは、旋回本体部２２の旋回軸２１側の開口周縁部から径方向外側に張り出すように一体的に設けられる。図３に示すように、旋回本体部２２は、フランジ部２２Ａと略同径の円盤部材４０を介して旋回軸２１の下端に旋回軸線Ｄ回りに回転可能に設けられる。

さらに、図２Ａに示すように、旋回本体部２２には、主軸装置３０が主軸３１の回転軸線Ｒを旋回軸２１の旋回軸線Ｄに対し４５度傾斜させた状態で旋回軸線Ｄ回りに旋回可能に支持される。主軸３１の先端側には、回転工具３２が着脱可能に取り付けられ、主軸３１の後端側には、主軸３１の図略の回転用モータのモータ軸が連結される。

固定本体部２３は、サドル１３の側面にＹ軸線方向に移動可能に設けられる。図３に示すように、固定本体部２３の内部には、主軸装置３０に接続される第二電気配線路２６が設けられる。すなわち、固定スリーブ２５の内周側（中心孔２５ｅ）には、内部に第二電気配線路２６が通される空間部を有する円筒状のガイド５０が配置される。このガイド５０は、旋回本体部２２の回転に追従して第二電気配線路２６と共に所定位相のねじりが可能に構成される。

そして、第二電気配線路２６は、固定本体部２３の内部からガイド５０を通って旋回本体部２２の内部へ至るように設けられる。第二電気配線路２６としては、主軸３１の回転用モータの駆動用の動力線等がある。さらに、固定本体部２３の内部には、油気圧を通す図略の流体配管路が設けられる。なお、クーラントは、旋回主軸装置２０の外部に設けられる図略のノズル等を用いて回転工具３２等に供給される。

（２．ロータリーエンコーダの取付構造）
次に、ロータリーエンコーダの取付構造について図を参照して説明する。図３に示すように、ロータリーエンコーダ６０は、旋回本体部２２（回転スリーブ２４）の回転角度を検出する一般的な装置であり、エンコーダヘッド６１及びエンコーダスケール６２を有する。エンコーダヘッド６１は、光源及び光電変換素子を備える。

エンコーダスケール６２は、一定角度のピッチのスリットを有する格子円盤及びこの格子円盤に重ね合わされる同ピッチのスリットを有する格子スケールを備える。エンコーダヘッド６１は、格子円盤のみが回転し、１ピッチの回転毎にスリットを通過する光源からの光を光電変換素子で検出する。そして、回転の変位を求めてカウンタで加減算することで回転角度を検出する。

図３、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、固定スリーブ２５の下端面には、半円盤状のヘッド取付部材６３が連結される。ヘッド取付部材６３は、軽量化のため半円盤状に形成される。そして、このヘッド取付部材６３の外縁部の下面には、ロータリーエンコーダ６０のエンコーダヘッド６１が取り付けられる。

作業者は、高所に位置するエンコーダヘッド６１に対し下方からアクセス可能となるので、メンテナンス作業等を容易に行うことができる。また、仮に、クーラントが、エンコーダヘッド６１の上方に位置する固定本体部２３と旋回本体部２２の連結部から浸入しても、ヘッド取付部材６３に遮られるため、エンコーダヘッド６１に対するクーラントの影響を抑制できる。

図４Ｂに示すように、固定スリーブ２５の内周には、固定スリーブ２５の下端側（一端側）から上端側（他端側）にかけて軸線方向に連通する第一溝２５Ｄが形成される。この第一溝２５Ｄには、エンコーダヘッド６１に接続される第一電気配線路６４が配置される。

そして、第一電気配線路６４が配置される第一溝２５Ｄは、保護部材６５で覆われる。この保護部材６５は、ガイド５０との間を遮って接触を防止するとともに、回転用モータの駆動用の動力線（第二電気配線路２６）から発生する電磁波を遮蔽してノイズ発生を防止する。よって、電磁波を遮蔽可能な材料、例えば鉄等で形成される。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ヘッド取付部材６３には、第一溝２５Ｄの下端側からエンコーダヘッド６１にかけて連通する第二溝６３Ｄが形成される。第二溝６３Ｄは、ヘッド取付部材６３の内周において第一溝２５Ｄの下端からヘッド取付部材６３の下面にかけて軸線方向に延びるように形成される。さらに、ヘッド取付部材６３の径方向外側に延びた後、ヘッド取付部材６３の外周縁部に沿って円弧状に延びてエンコーダヘッド６１に至るように形成される。

この第二溝６３Ｄには、第一電気配線路６４が配置される。そして、第一電気配線路６４が配置される第二溝６３Ｄは、保護部材６６で覆われる。この保護部材６６は、第一電気配線路６４の垂れ下がりを防止するとともに、回転用モータの駆動用の動力線から発生する電磁波を遮蔽してノイズ発生を防止する。よって、電磁波を遮蔽可能な材料、例えば鉄等で形成される。

図４及び図５に示すように、回転スリーブ２４の下端面には、円盤部材４０及び半円盤状の支持部材６７を介して円盤状のスケール取付部材６８が連結される。支持部材６７は、軽量化のため半円盤状に形成される。そして、スケール取付部材６８の下端面には、ロータリーエンコーダ６０のエンコーダスケール６２が取り付けられる。スケール取付部材６８とエンコーダスケール６２は、インローで一体化される。そして、スケール取付部材６８は、内周面を使って芯出しされる。

本実施形態の旋回主軸装置２０では、固定スリーブ２５にヘッド取付部材６３を介してエンコーダヘッド６１が取り付けられる。そして、固定スリーブ２５には、エンコーダヘッド６１に接続される第一電気配線路６４が配置される第一溝２５Ｄが形成される。このため、エンコーダヘッド６１には、可動対応電気配線路を用いる必要はなく、エンコーダヘッド６１に接続される第一電気配線路６４は、回転スリーブ２４を経由する必要はなくなる。よって、旋回軸２１の検出回転角度の信頼性を向上でき、また、旋回主軸装置２０のコストダウンを図ることができる。

（３．その他）
上述した実施形態では、傾斜した旋回軸２１を有する旋回主軸装置２０に適用する場合を説明したが、水平な旋回軸を有する旋回主軸装置や垂直な旋回軸を有する旋回主軸装置にも同様に適用可能である。また、旋回軸を有するテーブル（トラニオン、チルト）や主軸チルトにも同様に適用可能である。

また、旋回軸２１の旋回軸線ＤがＺ軸線に対し４５度傾斜する旋回主軸装置２０について説明したが、旋回軸の旋回軸線ＤがＺ軸線に対し任意の角度傾斜する旋回主軸装置についても同様に適用可能である。

１：工作機械、 ２０：旋回主軸装置、 ２１：旋回軸、 ２１Ａ：旋回軸本体、 ２２：旋回本体部、 ２３：固定本体部、 ２４：回転スリーブ、 ２５：固定スリーブ、 ２５Ｄ：第一溝、 ２６：第二電気配線路、 ３０：主軸装置、 ３１：主軸、 ３２：回転工具、 ４０：円盤部材、 ５０：ガイド、 ６０：ロータリーエンコーダ、 ６１：エンコーダヘッド、 ６２：エンコーダスケール、 ６３：ヘッド取付部材、 ６３Ｄ：第二溝、 ６４：第一電気配線路、 ６５，６６：保護部材、 ６７：支持部材、 ６８：スケール取付部材、 Ｄ：旋回軸線

Claims (6)

1. 固定スリーブ及び前記固定スリーブの外周側に配置される回転スリーブを有する旋回軸と、
   前記固定スリーブを回転規制して支持し、前記回転スリーブを回転可能に支持する固定本体部と、
   前記旋回軸の旋回軸線に対し傾斜した主軸を有する主軸装置を有し、前記固定本体部に対し前記旋回軸線の回りで前記回転スリーブと共に回転可能な旋回本体部と、
   前記固定スリーブに取り付けられ、前記回転スリーブの回転角度を検出するエンコーダヘッドが取り付けられるヘッド取付部材と、
   を備え、
   前記固定スリーブには、前記固定スリーブの一端側から他端側にかけて連通する第一溝が形成され、
   前記第一溝には、前記エンコーダヘッドに接続される第一電気配線路が配置され、
   さらに、前記固定スリーブの内周側に配置され、内部に前記主軸装置に接続される第二電気配線路が通される空間部を有し、前記第二電気配線路と共に所定位相のねじりが可能なガイド、を備える、旋回主軸装置。
2. 前記第一溝は、前記ガイドとの間を遮る保護部材で覆われる、請求項１に記載の旋回主軸装置。
3. 前記保護部材は、電磁波を遮蔽可能な材料で形成される、請求項２に記載の旋回主軸装置。
4. 前記ヘッド取付部材には、前記第一溝の一端側から前記エンコーダヘッドにかけて連通する第二溝が形成され、
   前記第二溝には、前記第一電気配線路が配置される、請求項１－３の何れか一項に記載の旋回主軸装置。
5. 前記回転スリーブには、前記エンコーダヘッドで検出される前記回転スリーブの回転角度に対応したエンコーダスケールが、前記回転スリーブと共に回転可能に取り付けられる、請求項１－４の何れか一項に記載の旋回主軸装置。
6. 請求項１－５の何れか一項に記載の旋回主軸装置を備え、
   前記主軸装置の主軸には、工作物の加工が可能な回転工具が回転可能に取り付けられる、工作機械。

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