CN102802847B - 机床的主轴装置 - Google Patents

Abstract

一种机床的主轴装置。机床的主轴装置（5），将牵引杆（22）插入在可旋转地支承在壳体（12）上的主轴（20）内，将牵引杆（22）由碟簧（23）的弹性力向主轴（20）后方加载而将刀具保持架（51）向主轴（20）夹紧。具备松开装置（60），该松开装置（60）具有设置在主轴（20）和牵引杆（22）的环状空间（55）内，由流体压力使牵引杆（22）反抗弹性力而向主轴（20）前方移动的活塞（63）。

Description

机床的主轴装置

技术领域

本发明涉及使用牵引杆将刀具保持架安装在主轴上的机床的主轴装置。

背景技术

立铣刀、钻头、镗孔刀等刀具，经刀具保持架被安装在机床的主轴装置上，通过相对于固定在工作台上的工件一边以规定的旋转速度旋转一边相对地移动，将工件加工成所希望的形状。主轴装置具备可旋转地支承在壳体内的筒状的主轴、设置在主轴内并通过向主轴后方移动将刀具保持架拉入主轴的前端而夹紧的牵引杆。在专利文献1及2中公开了主轴装置的以往的一例。

专利文献1公开的主轴装置，具备了通过使牵引杆向主轴前方移动松开夹紧的刀具保持架的松开装置（牵引杆驱动组件）。在专利文献1的编号0014的段落中，记载了松开装置具有牵引杆驱动缸体和将牵引杆向主轴前方推压的牵引杆驱动活塞。

在专利文献2中，公开了具有能够在后方放出主轴的伸长的轴承的机床的主轴装置。在专利文献2的编号0015的段落中，记载了主轴的前端侧的主要部分由一对角接触球轴承旋转自由地支承、主轴的后端侧的延长部由径向球轴承旋转自由地支承的情况。另外，在编号0018的段落中，记载了在径向球轴承的外环的内周面上形成了轨道槽，在内环的外周面上形成了没有轨道槽的平坦面，内环可以在轴向移动的情况。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2005-288609号公报

专利文献2:日本专利第3080253号

发明内容

发明所要解决的课题

在依靠牵引杆的拉入力经刀具保持架将刀具安装在主轴前端的以往的主轴装置中，如在专利文献1中公开的那样，为了松开夹紧的刀具保持架，在主轴的后部的外侧配置了向主轴前方推压牵引杆的松开装置。即，串联地配置了主轴和松开装置。专利文献2也同样。

可是，如果松开装置被配置在主轴的后部的外侧，则存在主轴装置的全长仅因该松开装置的量而变长的问题。如果主轴装置的全长长，则存在主轴装置的支承点和作用在安装在主轴前端的刀具上的切削力的作用点的距离变长，作用在主轴装置的支承部上的力矩负荷变大，能够进行稳定的加工的加工条件被制限在狭窄的范围内的担心。特别是，在主轴装置向A轴、B轴、C轴方向倾斜或旋转的形式的机床中此问题变得显著。

本发明的目的在于提供一种全长短，在广泛的加工条件下也能够进行稳定的加工的机床的主轴装置。

为了解决课题的手段

为了达到上述目的，根据本发明，提供一种机床的主轴装置，具有可旋转地支承在壳体上的筒状的主轴，和沿着主轴的旋转轴线设置并将刀具保持架向主轴的前端部拉入而夹紧的牵引杆，具备松开装置，该松开装置支承在上述壳体上，设置在上述主轴的内周和上述牵引杆的外周之间的环状空间内。

这样，根据本发明，因为在主轴和牵引杆之间的环状空间内设置了松开装置，所以松开装置被安装在主轴内，不像以往的主轴装置的那样，松开装置设置在主轴的外侧，主轴和松开装置串联地配置。因此，能够缩短主轴装置的全长。

另外，根据本发明，提供一种机床的主轴装置，上述松开装置具有由流体压力使上述牵引杆向主轴前方移动的活塞。

这样，根据本发明，因为松开装置具有由流体压力向主轴前方可移动地驱动的活塞，所以能够将松开装置做成紧凑的结构，能够在主轴内安装松开装置。

另外，根据本发明，提供一种机床的主轴装置，上述松开装置的上述活塞由第一径向轴承旋转支承在上述主轴的内周面上，上述第一径向轴承被构成为内环或外环没有轨道槽，以便上述活塞能够在上述主轴的轴线方向移动。

另外，根据本发明，提供一种机床的主轴装置，上述牵引杆的后方部由第二径向轴承旋转支承在上述松开装置的上述活塞上，上述第二径向轴承被构成为内环或外环没有轨道槽，以便上述活塞能够在上述主轴的轴线方向移动。

另外，根据本发明，提供一种机床的主轴装置，具有可旋转地支承在上述松开装置的活塞的内周上，与设置在上述牵引杆的后端的花键孔或多边形孔嵌合的花键轴或多边形轴，还具备与上述牵引杆一起旋转，相对于上述牵引杆在上述主轴的轴线方向可相对移动的支承轴。

附图说明

本发明的上述及其他目的、特征及优点，通过与附图有关的以下的合适的实施方式的说明变得更加明显。在附图中，

图1是本发明的机床的主轴装置的第一实施方式的剖视图，中心轴线的上部侧表示刀具保持架的夹紧状态，下部侧表示松开状态。

图2是表示适用了图1所示的机床的主轴装置的卧式的加工中心的主视图。

图3是用于说明可移动地支承第一实施方式的松开装置的活塞的第一径向轴承及第二径向轴承的结构的剖视图。

图4是本发明的机床的主轴装置的第二实施方式的剖视图，是仅表示与第一实施方式不同的后部的图。

具体实施方式

为了实施发明的方式

下面使用附图详细地说明本发明的实施方式的具体例。

本发明的主轴装置是经刀具保持架将刀具保持在主轴前端的主轴装置，具有设置在筒状的主轴内，用于将刀具保持架拉入主轴的前端的牵引杆；用于使拉入力作用在刀具保持架上将牵引杆向主轴后方加载的弹性组件；设置在主轴和牵引杆之间的环状空间内，通过反抗弹性组件的弹性力向主轴前方推牵引杆解除拉入力，松开夹紧的刀具保持架的松开装置。

适用了本发明的主轴装置的机床，不是被限定于在图2中所示的卧式加工中心的机床，也包含立式加工中心、具有旋转的主轴的其他机床。

本实施方式的卧式加工中心1，如在图2中表示了其基本的结构的那样，具备了具有正交3轴的直线进给轴X、Y、Z和2轴的旋转进给轴A、C的机械主体和使机械主体根据加工程序动作的未图示的数值控制装置。在图2中，旋转进给轴B没有被表示，但通过使C轴旋转90°，A轴作为B轴发挥功能。

卧式加工中心1的作为三个直线进给轴的X轴，Y轴及Z轴和作为两个旋转进给轴的A轴及C轴，与通常的卧式加工中心同样地被确定，将与主轴装置5（主轴20）的轴线正交并与纸面垂直的方向作为X轴方向，将与主轴装置5的轴线正交的高度方向作为Y轴方向，将与主轴装置5的轴线一致的前后方向作为Z轴方向。作为两个旋转进给轴的A轴及C轴，将绕与X轴平行的轴线的旋转作为A轴，将绕与Z轴平行的轴线的旋转作为C轴。

加工中心1，具备设置在地面2上的第一底座3；在第一底座3上在Z轴方向可直线运动地直立设置的立柱4；沿着设置在立柱4的铅直壁面上的导向轨道在Y轴方向可直线运动的主轴台13、在A轴方向旋转支承主轴装置5的旋转台6；在第二底座7上直立设置在与主轴装置5相向的位置，在作为与纸面垂直的方向的X轴方向可直线运动的工作台8。在工作台8上，经角铁9保持着工件11。在第一底座3和第二底座7之间配设了切屑输送装置14。

如图1所示，第一实施方式的主轴装置5具有在前后两端具有开口端的壳体12和安装在壳体12内的筒状的主轴20，经在C轴方向可旋转进给地设置的旋转台6（图2），被悬臂支承在主轴台13（图2）上。另外，主轴装置5被设置成在A轴方向由伺服马达进行可旋转进给。在主轴装置5的壳体12的内部，由机内马达旋转驱动的主轴20，由配置在此主轴20的长度方向的前后的多个轴承30、31、32进行旋转支承。机内马达具备固定侧的定子40和可动侧的转子41，定子40被固定在壳体12的内周面上，经半径方向的微小间隙与定子40相向的转子41，经未图示的热装套管热装在主轴20的外周面上。

主轴20的前方部分，由一对轴承30、31旋转支承。一对轴承30、31，其内环30a、31a夹着内环用轴环34固定在主轴20上，其外环30b、31b夹着外环用轴环35固定在壳体12上。左侧的轴承30，由安装在壳体12的前端开口部的轴承壳体36压住，以便不脱落。主轴20的后部20a由一个轴承32旋转支承。

主轴20具有用于将刀具保持架51夹紧在主轴20的前端的牵引杆22。在牵引杆22的长度方向的大致中间部分的外周面上，插入了多个碟簧23。碟簧23的大小及个数，以使规定的拉入力作用在刀具保持架51上的方式设定，在本实施方式中被调整成产生30KN（3000kgf）的拉入力。多个碟簧23设置在螺纹固定在牵引杆22上的右侧的碟簧压板25和牵引杆止转件26之间。牵引杆止转件26被固定成牵引杆22和主轴20一体地旋转，而且容许牵引杆22的轴向的移动。牵引杆22通常由碟簧23的弹性力向后方加载，以规定的拉入力夹紧刀具保持架51。通过由后述的松开装置60向前方推压牵引杆22，碟簧压板25与牵引杆22一起向前方移动而压缩碟簧23，刀具保持架51被卸下。

主轴20，在前方部分中，为了可装卸地安装刀具保持架51，具有形成了圆锥孔27a的刀具安装部27。在圆锥孔27a中，多个有缝夹套28作为在半径方向可扩大缩小的紧固夹具被等分配置在圆周方向。有缝夹套28，其基端被嵌入在突出设置在主轴20的内周面上的凸缘29和牵引杆止转件26的前端面之间。在有缝夹套28的中央贯通孔28a内穿插牵引杆22。在牵引杆22的前端侧形成了粗头部22a，通过由碟簧23的弹性力向后方移动牵引杆22，有缝夹套28扩大其内径，插入在圆锥孔27a中的刀具保持架51的圆锥面和法兰后端面（未图示）与圆锥孔27a的圆锥面和主轴20的前端面20a抵接，刀具保持架51由所谓的双面约束固定在刀具安装部27。本实施方式的刀具安装部27，作为刀具保持架51，以安装1／10短锥度的HSK柄的方式构成，但也能够以安装7／24锥度的BT柄的方式构成。在BT柄的情况下，刀具安装部27以有缝夹套28夹持被固定在柄的后端部的螺纹拉杆的方式构成。在刀具保持架51上，保持具有规定的突出长度和规定的直径的刀具50。

在主轴20的后方部分，在主轴20的贯通孔21内插入了松开装置60。松开装置60，具有在主轴20和牵引杆22之间的环状空间55内在牵引杆22的轴线方向可往复移动的活塞63、在主轴20和牵引杆22之间的环状空间55内在前端具有可往复移动地对活塞63进行导向的环状卡合部75的固定侧的缸体70、向通过活塞63和缸体70进行卡合形成的第一压力室77和第二压力室78供给规定压力的流体的未图示的流体供给装置。

活塞63具有大直径部64和从大直径部64呈凸台状地突出的小直径部65。在小直径部65的内周部，形成了与牵引杆22的肩部22b抵接的抵接部65a，在大直径部64上形成了缸体70的环状卡合部75移动自由地嵌入的环状槽66。活塞63的小直径部65，由将不具有轨道槽的内环80a固定在小直径部65的外周面上、将具有轨道槽的外环80b固定在配备在主轴20的内周面上的轴承支承部84的第一径向轴承80旋转支承在主轴20上，在半径方向的移动被限制的状态下，向主轴20的轴线方向的移动被容许。活塞63的大直径部64，由将不具有轨道槽的内环82a固定在牵引杆22的外周面上、将具有轨道槽的外环82b固定在大直径部64的内周面上的第二径向轴承82旋转支承牵引杆22的后部，在半径方向的移动被限制的状态下，向主轴20的轴线方向的移动被容许。

在图3中，表示了用于说明由不具有轨道槽的内环80a、82a和具有轨道槽的外环80b、82b构成的第一径向轴承80和第二径向轴承82的结构的剖视图。在本实施方式中，在第一径向轴承80中，内环80a被固定在活塞63的小直径部65的外周面上，但也可以不设置内环80a，由高硬度材料构成小直径部65，将小直径部65的外径制作成与内环80a的外径相同程度的尺寸。同样，在第二径向轴承82中，内环82a被固定在牵引杆22的外周面上，但也可以不设置内环82a，由高硬度材料构成牵引杆22，将牵引杆22的外径制作成与内环82a的外径相同程度的尺寸。

另外，即使由具有轨道槽的内环和不具有轨道槽的外环构成第一、第二径向轴承80、82，活塞63也能够相对于主轴20及牵引杆22在轴线方向移动。

缸体70具有固定在轴承壳体37的开口端部的大直径的法兰部73；与法兰部73连续，插入在主轴22的贯通孔21中的主体部74；与主体部74连续，与活塞63的环状槽66卡合的环状卡合部75。在环状卡合部75的前端，形成了将活塞63的环状槽66内的空间分隔成活塞63往复移动的方向的前后的隔壁部75a。

在缸体70的环状卡合部75卡合在活塞63的环状槽66中的状态下，在隔壁部75a的前方形成了第一压力室77，在隔壁部75a的后方形成了第二压力室78。通过经未图示的油压口从流体供给装置向第二压力室78以规定压力充填压力油，并扩大第二压力室78而缩小第一压力室77，活塞63向主轴20后方后退，牵引杆22由碟簧23的弹性力向主轴20后方移动。由此，刀具保持架51被拉入刀具安装部27的圆锥孔27a中被夹紧。相反地，通过向第一压力室77以规定压力充填压力油，扩大第一压力室77而缩小第二压力室78，活塞63向主轴20前方前进，设置在活塞63的小直径部65的抵接部65a与牵引杆22的肩部22b抵接，牵引杆22反抗碟簧23的弹性力而向主轴20前方移动。由此，刀具保持架51被松开。

在穿插于松开装置60的活塞63及缸体70内的牵引杆22的延长部分22c的后端，固定了具有中心孔的密封环85。牵引杆22的密封环85与旋转接头90的具有中心孔的密封环91抵接，由此，切削液经旋转接头90向牵引杆22的油孔45供给，以贯穿主轴的方式导出到刀具50的前端。

旋转接头90具有配设在缸体70的主体部74的内部空间的接头缸体93和在接头缸体93内在主轴20的轴线方向可往复移动地设置的接头活塞94。接头活塞94具有在内部具有油孔95a的活塞主体95和在与活塞主体95的轴线方向正交的方向突出设置的凸缘部96。凸缘部96将接头缸体93的内部空间分隔成空压室98和弹簧室99。在弹簧室99内配设了将接头活塞94向后方加载的线圈弹簧101。在空压室98上连接了供给压缩空气的空压口98a。在空压口98a上连接了外部空压源（未图示），能够从空压源将压缩空气向空压室98内供给，将空压室98的空气排出。在供给切削液时，向空压室98供给空气，反抗线圈弹簧101的加载力而使接头活塞94向左移动，使旋转接头90的密封环91与牵引杆22的密封环85抵接。通过这样做，旋转接头90的油孔95a和牵引杆22的油孔45连通，将切削液向刀具50的切削刃和工件11之间的加工区域供给。另一方面，通过从空压室98排出空气，由线圈弹簧101的加载力使接头活塞94向右移动，旋转接头90的密封环91和牵引杆22的密封环85分离，不进行切削液的供给。

如上所述，根据本实施方式的主轴装置，因为松开装置60安装在主轴20的后方部分的贯通孔21内，所以能够缩短主轴装置5的全长。由此，作为主轴装置5的支承点的A轴的旋转中心或立柱4的主轴台13的导向面和刀具50的切削力的作用点的距离变短，作用在主轴装置的支承部的力矩负荷变得比较小，能够进行稳定的加工。另外，全长短的主轴装置5，其切削力作用时的主轴装置自身的挠度变小，工件的加工精度提高。进而，全长短的主轴装置5，也能够适合于在主轴装置侧具有A轴或B轴的倾斜进给轴、C轴的旋转进给轴的形式的机床，扩大主轴20的可动范围。

接着，通过图4说明本发明的机床的主轴装置5的第二实施方式。图4是仅表示第二实施方式的主轴装置5的后部的剖视图，未图示的部分由于是与第一实施方式相同的部分所以省略。从中心轴线算起上部侧表示刀具保持架51的夹紧状态，下部侧表示松开状态。另外，与第一实施方式同样的构件，赋予与图1相同的符号。

在主轴后部20a和牵引杆22的环状空间55内，松开装置60的缸体110从法兰部73突出，活塞111嵌合在缸体110的内侧。活塞111，通过向压力室112供给压力油，向主轴后方移动，通过向设置在法兰部73的压力室113供给压力油，向主轴前方移动。在活塞111的内侧，经一对轴承114安装了支承轴115，支承轴115的前部与牵引杆22后部的内侧嵌合。此支承轴115和牵引杆22的嵌合部116进行花键结合或多边形结合，不能够相互旋转但可在轴线方向移动。在支承轴115的后端固定了密封环85，沿着中心轴形成了油孔115a。支承轴115与牵引杆22一起旋转，经轴承114支承活塞111。

另一方面，旋转接头90被构成在活塞111的内部。在活塞111的内部后方部，接头活塞94与活塞111不相对旋转而在轴线方向可移动地嵌合，形成了空压室98。另外，在设置于活塞111的内周的弹簧壳体117内，收纳了将接头活塞94向后方加载的线圈弹簧101。在接头活塞94的前端面上固定了密封环91，沿着中心轴线形成了油孔94a。当不从法兰部73的油孔73a供给切削油时，不向空压室98供给压缩空气，接头活塞94由线圈弹簧101的加载力向后方移动，密封环85和91离开，但在供给切削油时，向空压室98供给压缩空气，使密封环85和91抵接而使油孔73a、94a、115a、45连通。

接着，说明本实施方式的松开装置60的动作。如果向压力室112供给压力油而使活塞111离开牵引杆22的后端22d，则牵引杆22由碟簧23的加载力向主轴后方移动，夹紧刀具保持架51。如果向压力室113供给压力油而使活塞111的突起部111a与牵引杆22的后端22d抵接，进而向主轴前方推压牵引杆22，则松开刀具保持架51。由于主轴20、碟簧压板25、牵引杆22、支承轴115、密封环85进行旋转，法兰部73、缸体110、活塞111、弹簧壳体117、线圈弹簧101、接头活塞94不旋转，所以在主轴20的贯通孔21的内周和缸体110的外周之间存在间隙。由于密封环85和91一边接触一边相对地旋转，所以能够由难以摩擦的陶瓷形成。

符号说明：

1：卧式加工中心

5：主轴装置

20：主轴

22：牵引杆

27：刀具安装部

51：刀具保持架

60：松开装置

63：活塞

66：环状槽

70：缸体

75：环状卡合部

77：第一压力室

78：第二压力室

80：第一径向轴承

82：第二径向轴承

Claims (2)

1.一种机床的主轴装置，具有可旋转地支承在壳体上的筒状的主轴；沿着主轴的旋转轴线设置并由弹性组件将刀具保持架向主轴的前端部拉入而夹紧的牵引杆；和反抗上述弹性组件的弹性力地使上述牵引杆向主轴前方移动，松开刀具保持架的松开装置，其特征在于，

上述松开装置支承在上述壳体上，具有被插入在主轴后方的内周和上述牵引杆的外周之间的环状空间内的缸体；和由向该缸体供给的流体压力在主轴的轴线方向进行往复移动，在松开时与上述牵引杆抵接而使上述牵引杆向主轴前方移动的活塞，上述活塞的前方部由第一径向轴承旋转支承在上述主轴的内周面上，上述第一径向轴承被构成为内环或外环没有轨道槽，以便上述活塞能够在上述主轴的轴线方向移动。

2.如权利要求1记载的机床的主轴装置，其特征在于，

上述牵引杆的后方部由第二径向轴承旋转支承在上述活塞上，上述第二径向轴承被构成为内环或外环没有轨道槽，以便上述活塞能够在上述主轴的轴线方向移动。