JPH0560703U - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】出力軸の回転方向に強制的に振動を生じさせる
ことができ、また装置全体をきわめてコンパクトに構成
できるスピンドル装置を提供することを目的とする。 【構成】同芯状に配置された内側，外側の各軸が互いに
周方向に部分的に重なるように両軸の周部に凹部と凸部
を形成し、この凹部と凸部の間に振動発生素子を介在さ
せ、一方の軸の回転駆動力がこの凹凸部と振動発生素子
を介して他方の軸に伝わるようにした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、旋削工作機械の工具等を保持して回転するスピンドル装置、特に回 転方向に強制的に振動を発生して回転動作する振動回転スピンドル装置に関する 。

【０００２】

【従来の技術】

従来から切削中の工具に、該工具が切削動作する方向に或る周波数の振動を与 えると、切削面のビレ（表面のうねり）やむしれが緩和され、面粗度が向上する ことが知られている。回転工具による振動切削装置としては、工具スピンドル装 置の回転軸の後端に振動子を取り付け、この振動子を外部の振動発生装置に接続 したものがある。工具に与える振動は、前記振動発生装置からの電気的振動を前 記振動子に供給して機械的振動に変換し、前記回転軸を介して回転工具に与えら れる。また他の例として工具回転軸を５軸制御磁気軸受で浮上支持し、この磁気 軸受の制御装置に信号加算端子を設け、振動発生装置の電気振動波形出力を振動 形態のモード切替回路を通して前記信号加算端子に与え、前記磁気軸受の制御信 号と振動波形信号とを重畳して工具回転軸に振動を発生させるようにした振動切 削装置も開示されている（特開昭５８−７１００３号公報）。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

回転工具の回転軸を玉軸受で支持するとともに該回転軸の後端に振動子を連結 した工具スピンドル装置は、軸方向の振動は比較的容易であるものの、切削力の 主成分の方向、つまり工具の回転方向に振動を加えるのが難しく効果的な振動回 転切削が得られない欠点がある。また振動子が回転軸の後部に突出して設けられ るのでスピンドル装置全体をコンパクトに構成する上で難点がある。上述の５軸 制御磁気軸受を利用した振動切削装置は工具回転軸が磁気軸受により非接触支持 されるために、加工精度に限界があり、また前述の工具スピンドル装置と同様に 回転工具に回転方向の振動を与え得るかどうか疑問があり、さらに磁気軸受の制 御装置が複雑，高価となる問題がある。

【０００４】 本考案は、装置全体をきわめてコンパクトに構成でき、既存のスピンドル装置 にもわずかな構造変更で簡単に適用可能であり、確実に工具の回転方向に振動を 与えることのできる振動回転スピンドル装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案によるスピンドル装置は、同芯状に配置された内外２重軸に、両軸が互 いに周方向に部分的に重なるように凹部および凸部を形成し、この周方向に重な り合う凹凸部間に周方向に振動を発生する素子を介在させ、一方の軸の回転駆動 力を前記凹凸部および前記素子を介して他方の軸に伝達するようにしたものであ る。

【０００６】

【作用】

本考案においては、同芯状に２重に配置された入力軸と出力軸とが振動発生素 子を介して周方向に突き当るように係合しているので、外部の回転駆動源により 前記入力軸を回転駆動すると、前記振動発生素子とともに前記出力軸が回転され 、この回転中に適当なスリップリング等を介して電気的な振動エネルギを前記振 動発生素子に与えることにより、該振動発生素子の振動は該素子と前記出力軸と の突当部を通して該出力軸に伝達され、これによって前記出力軸は回転方向に強 制的に振動する。前記出力軸の先端に回転工具を装着することにより、回転方向 に振動する工具スピンドル装置が得られる。

【０００７】

【実施例】

次に本考案を実施例について図面を参照して説明する。図１は本考案の実施例 によるスピンドル装置の振動発生部の横断面図である。中空の入力軸１内に同芯 に出力軸２が挿入され、これらの入出力軸１，２がそれぞれ回転可能に図示しな いハウジングに軸支されている。入力軸１の内周壁には直径方向に対向した一対 の凹部３が形成され、出力軸２の外周面には入力軸１の凹部３に対応して直径方 向両側に一対の凸部４が形成されている。入出力軸１，２は凹部３に凸部４が周 方向に或る間隙を有して挿入されるように同芯状に組み付けられ、この凹凸部３ ，４間の周方向間隙内に例えば圧電素子５等の振動発生素子が嵌挿される。入力 軸１が図示しない回転駆動源により回転されると、圧電素子５を介在した凹部３ と凸部４の周方向の係合により、入力軸１の回転力が出力軸２に伝達されて出力 軸２が入力軸１および圧電素子５とともに軸線まわりに回転される。このとき外 部電源により制御装置を介して圧電素子５に該素子を回転方向に振動させる振動 エネルギが印加されると、この圧電素子５の機械的振動が凸部４を介して出力軸 ２に伝達され、出力軸２は回転方向に或る周波数で振動しつつ回転駆動される。 なお、上記の実施例で外側の軸を出力軸とし、内側の軸を入力軸として内側軸を 外部動力により回転駆動するようにしてもよい。

【０００８】 図２および図３は本考案を自動工具交換装置付き工作機械（マシニングセンタ ）のスピンドル装置に適用した場合の縦断面図および横断面図である。中空の出 力軸１４は工作機械の本体部１０に固定されたスピンドル装置ハウジング１１内 に挿入され、該ハウジング１１の前後部でころがり軸受１２，１３によって回転 可能に軸支されている。この中空出力軸１４の後端部１４ａはハウジング１１の 後部から突出し、その突出部の外周にスリーブ１５が加締嵌合され、これによっ てスリーブ１５と出力軸１４は一体で回転されるようになっている。スリーブ１ ５の外周部には図３に拡大して示すように直径方向の両側に一対の凸部１６が形 成され、さらに該スリーブ１５の外側にプーリ１７が装着されている。プーリ１ ７はその内周部に直径方向に対向した一対の凹部１８が形成されている。凹部１ ８にはスリーブ１５の凸部１６が周方向に間隙を有して挿入され、この間隙内に 振動発生素子となる圧電素子５が挟み込まれている。圧電素子５には出力軸１４ の後端周部に装着したスリップリング１９を介して外部電源に接続される。２０ はスリップリング１９を出力軸１４の後端周部に保持するためのナットである。

【０００９】 出力軸１４の前端部１４ｂは、先端にエンドミルやフライス等の工具を備えた 工具ホルダのテーパ軸部が交換可能に嵌合されるテーパ孔２１が形成されている 。また出力軸１４の中心孔には、該出力軸１４のテーパ孔２１に挿入された工具 ホルダの後端部と係合して該工具ホルダをテーパ孔２１に緊密にテーパ嵌合させ るためのホルダ抜止用ロッド２２が挿入されている。このホルダ抜止用ロッド２ ２は出力軸１４内に設けられた皿ばね等の圧縮ばね２３により若干後方へ押圧移 動可能となっている。２７はハウジング１１の外周に形成された螺旋状の冷却水 循環溝である。

【００１０】 出力軸後端部１４ａのプーリ１７と工作機械本体部１０に搭載した電動機２４ との間に伝動ベルト２５が掛けられ、該電動機２４によりプーリ１７が回転され ると、図１の実施例でも述べたようにプーリ内周部の凹部１８とスリーブ外周部 の凸部１６およびその間の圧電素子５を介してスリーブ１５が、したがって出力 軸１４が回転される。したがってこの実施例ではプーリ１７はスピンドル装置の 入力軸となる。外部電源２６および制御装置によりスリップリング１９を介して 圧電素子５に該素子を回転方向に振動させると、この振動がスリーブ１５の凸部 １６を介して該スリーブ１５から出力軸１４に伝わり、出力軸に装着した工具ホ ルダ先端の回転工具が回転方向に振動しつつ旋削動作がなされる。なお交換する 工具によって振動切削でなく通常の切削を行うときは圧電素子５の電源を切るだ けでよい。

【００１１】 通常の切削では、切削中の工具刃先は切削抵抗によりワークから押し戻され、 或るレベルに達すると工具保持台の反発力で元に戻ろうとし、これの繰り返しで ワークの切削面は切削抵抗の大きな振巾変動により表面のビレ，面粗れが生じる 。しかし工具刃先に、切削抵抗の主成分の働く方向、即ち工具の回転方向に微細 な振動を強制的に与えることで切削抵抗の振巾変動は小さくなり、切削面に反復 して現れるせん断深さが浅くなり、面粗度が向上する。また、工具に対する負荷 の変動も小さくなり、工具破損、工具ピッチングを防げる。図４（ａ）は振動切 削を行わない場合の切削抵抗の振巾変動を示し、図４（ｂ）は振動切削の場合の 振巾変動を示したものである。通常の切削における切削抵抗の最大値Ｆ₁ に対し 振動切削の場合は切削抵抗の最大値Ｆ₂ は小さくなっており、またその振巾変動 も微少となるのが分る。なお本考案はエンドミル加工に限らずフライス加工，ド リル加工，タップ加工その他旋削加工を行う一般の工作機械のスピンドル装置に 適用できる。また、この装置を組み込んだツールホルダも可能であり、これを従 来のスピンドルを装備した工作機械に装着すれば、現有の工作機械でも容易に回 転方向の振動が得られる。振動発生素子も上述の圧電素子に限定されず、例えば フェライトを用いた振動発生素子でもよい。

【００１２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、装置本体内に組み込まれる入力軸と出力 軸とを回転方向に係合するようにし、この係合部に振動発生素子を介在させたの で、前記入力軸から出力軸への回転伝達中に確実に回転方向の振動を出力軸に生 じさせることができ、工作機械の工具スピンドル装置に応用することにより、切 削面の面精度向上，工具の折損や摩耗の防止を図ることができる。振動発生素子 は入出力軸間に挟み込まれるので全体の構造がきわめてコンパクトになり、しか も確実な回転振動を与えることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例によるスピンドル装置の振動
発生部の横断面図である。

【図２】本考案を自動工具交換装置付きの工作機械用工
具スピンドル装置として構成した場合の縦断面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った拡大横断面図である。

【図４】振動切削を行わない通常の切削における切削抵
抗の振巾変動および本考案による振動回転切削の場合の
切削抵抗の振巾変動を示した図である。

【符号の説明】

１ 入力軸 ２，１４ 出力軸 ３，１８ 凹部 ４，１６ 凸部 ５ 圧電素子 １１ ハウジング １５ スリーブ １７ プーリ １９ スリップリング ２４ 電動機 ２５ 伝動ベルト ２６ 外部電源

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】同芯状に配置された内外２重軸に、両軸が
   互いに周方向に部分的に重なるように凹部および凸部を
   形成し、この周方向に重なり合う凹凸部間に周方向に振
   動を発生する素子を介在させ、一方の軸の回転駆動力を
   前記凹凸部および前記素子を介して他方の軸に伝達する
   ようにしたことを特徴とするスピンドル装置。