CN102947049B

CN102947049B - 主轴单元、工作台单元以及机床

Info

Publication number: CN102947049B
Application number: CN201080067539.9A
Authority: CN
Inventors: 高桥维玖马
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2030-04-23
Also published as: JP5496323B2; US8899132B2; EP2561956A1; EP2561956B1; EP2561956A4; US20130205947A1; JPWO2011132324A1; WO2011132324A1; CN102947049A

Abstract

主轴单元1，具有倾斜轴，该倾斜轴使主轴头4倾斜旋转进给以使主轴5的姿势变化，该主轴单元的特征在于，具备：主轴头4，其旋转支撑在前端安装工具6a的主轴5；主轴头支撑台17，其具有互相分开的一对侧壁20、21，在该一对侧壁20、21之间将主轴头4能够倾斜旋转地支撑；两个动力传递机构，其沿主轴头支撑台17的侧壁20、21设置，向倾斜轴分别传递旋转驱动力；和两个驱动源装置7、8，其设置成各自的输出轴15a、15b朝向一对侧壁20、21的各一个，与动力传递机构的各一个连接。

Description

主轴单元、工作台单元以及机床

技术领域

本发明涉及具有使主轴头倾斜旋转进给的倾斜轴的主轴单元、具有使工作台倾斜旋转进给的倾斜轴的工作台单元以及具备主轴单元和工作台单元的机床。

背景技术

在用旋转工具来进行工件的切削加工等的机床中，已知有一种具备主轴单元的机床，该主轴单元在主轴头支撑台支撑主轴头且具有使主轴头倾斜旋转进给的倾斜轴，该主轴头旋转驱动在前端安装工具的主轴。

在专利文献1中记载了具备上述主轴单元的机床，公开了以下方式：作为用于旋转驱动上述倾斜轴的驱动电机，在主轴头支撑台的内部配置两台DD电机（直接驱动型电机），不经齿轮等驱动传递装置地将电机转子连结到从主轴头的两侧面延伸的上述倾斜轴而旋转驱动主轴头。此外，在专利文献2中，公开了用一台电机将旋转驱动力以二个系统传递到上述倾斜轴的方式的主轴单元。

但是，在上述现有技术的倾斜轴的驱动方式的结构中，皆存在电机的替换需要很多时间的问题。这是因为，驱动部结构复杂，因此在电机替换时需要拆卸的部件多，当然，组装也就需要很多时间。

在具有使工作台基座倾斜旋转进给的倾斜轴的工作台单元中也存在同样的问题，该工作台基座支撑被安装工件的工作台。

现有技术文献

专利文献1：美国专利第5584621号公报；

专利文献2：日本特开2009－90439号公报。

发明内容

本发明的目的是提供能够容易地进行使主轴头或工作台基座倾斜旋转进给的倾斜轴驱动电机的更换的主轴单元、工作台单元以及具备主轴单元和工作台单元的机床。

根据本发明的一个方式，提供一种主轴单元，具有使主轴头倾斜旋转进给以使主轴的姿势变化的倾斜轴，该主轴单元的特征在于，具备：主轴头，其旋转支撑在前端安装工具的主轴；主轴头支撑台，其具有互相分离的第一及第二侧壁，在该第一及第二侧壁之间将所述主轴头能够倾斜旋转地支撑；第一及第二动力传递机构，其沿所述主轴头支撑台的所述第一及第二侧壁的每个设置，分别向所述倾斜轴传递旋转驱动力；和第一及第二驱动源装置，其设置于所述主轴头支撑台的所述第一及第二侧壁之间，分别输出所述倾斜轴的旋转驱动力，所述第一驱动源装置的输出轴配置成朝向所述第一侧壁，并且与所述第一动力传递机构连接，所述第二驱动源装置的输出轴配置成朝向所述第二侧壁，并且与所述第二动力传递机构连接，所述第一及第二驱动源装置，各自的输出轴错开地并排配置。

根据本发明的另一方式，还提供一种主轴单元，其中，所述第一及第二动力传递机构互相旋转对称地配置于沿所述主轴头支撑台的所述第一及第二侧壁的位置。

根据本发明的另一方式，还提供一种主轴单元，其中，所述第一及第二动力传递机构的每个都具有锥齿轮，该锥齿轮在所述第一及第二驱动源装置的每个的所述输出轴上安装以使较小的外径朝向前端，所述第一驱动源装置的后端面相对的所述主轴头支撑台的所述第二侧壁具有能够使安装有所述锥齿轮的状态的所述第一驱动源装置通过的大小的孔，所述第二驱动源装置的后端面相对的所述主轴头支撑台的所述第一侧壁具有能够使安装有所述锥齿轮的状态的所述第二驱动源装置通过的大小的孔。

根据本发明的另一方式，还提供一种主轴单元，该主轴单元还具备使所述主轴头支撑台旋转进给的、与所述倾斜轴不同的旋转轴。

根据本发明的另一方式，还提供一种机床，具备所述主轴单元，该主轴单元设置成至少能够通过上下方向及水平方向的各一个直动进给轴来移动。

根据本发明的另一方式，提供一种工作台单元，具有使工作台倾斜旋转进给以使工作台的姿势变化的倾斜轴，该工作台单元的特征在于，具备：工作台基座，其支撑被安装工件的工作台；工作台基座支撑台，其具有互相分离的第一及第二侧壁，在该第一及第二侧壁之间将所述工作台基座能够倾斜旋转地支撑；第一及第二动力传递机构，其沿所述工作台基座支撑台的所述第一及第二侧壁的每个设置，分别向所述倾斜轴传递旋转驱动力；和第一及第二驱动源装置，其设置于所述工作台基座支撑台的所述第一及第二侧壁之间，分别输出所述倾斜轴的旋转驱动力，所述第一驱动源装置的输出轴配置成朝向所述第一侧壁，并且与所述第一动力传递机构连接，所述第二驱动源装置的输出轴配置成朝向所述第二侧壁，与所述第二动力传递机构连接，所述第一及第二驱动源装置，各自的输出轴错开地并排配置。

根据本发明的另一方式，还提供一种工作台单元，所述第一及第二动力传递机构互相旋转对称地配置于沿所述工作台基座支撑台的所述第一及第二侧壁的位置。

根据本发明的另一方式，还提供一种工作台单元，所述第一及第二动力传递机构的每个都具有锥齿轮，该锥齿轮在所述第一及第二驱动源装置的每个的所述输出轴上安装以使较小的外径朝向前端，所述第一驱动源装置的后端面相对的所述工作台基座支撑台的所述第二侧壁具有能够使安装有所述锥齿轮的状态的所述第一驱动源装置通过的大小的孔，所述第二驱动源装置的后端面相对的所述工作台基座支撑台的所述第一侧壁具有能够使安装有所述锥齿轮的状态的所述第二驱动源装置通过的大小的孔。

根据本发明的另一方式，还提供一种工作台单元，其进一步具备使所述工作台基座支撑台旋转进给的、与所述倾斜轴不同的旋转轴。

根据本发明的另一方式，还提供一种工作台单元，其进一步具备使所述工作台相对于所述工作台基座旋转进给的、与所述倾斜轴不同的旋转轴。

附图说明

图1是表示本发明涉及的主轴单元的一个实施方式的剖视图，是表示图2中的I-I线处的剖视面。

图2是表示本发明涉及的主轴单元的一个实施方式的示意图，是将图1的第二盖23拆下而从II方向观察的箭头方向图。

图3是表示具备本发明涉及的主轴单元的机床的一个实施方式的示意图。

图4是表示本发明涉及的工作台单元的一个实施方式的示意图。

图5是表示本发明涉及的主轴单元的一个实施方式的示意图，是将图4支撑体37的盖23拆下而从II方向观察的箭头方向图。

具体实施方式

下面，参照图1～5来说明本发明涉及的主轴单元、工作台单元以及机床的实施方式。

图1是表示本发明涉及的主轴单元1的一个实施方式的剖视图，图2是表示本实施方式的示意图。图1表示图2中的I-I线处的剖视图。图2是将图1的第二盖23拆下而从II方向观察的箭头方向图。图3中示出具备本发明涉及的主轴单元1的机床3的一个实施方式。

首先，通过图3来说明具备本发明的主轴单元1的机床3的一个实施方式的结构。

图3所示的机床3是主轴头倾斜、旋转型的五轴控制机床，在床头33上能够在在Z轴（左右）方向上水平移动地立设立柱29，在立柱29上主轴头4能够经由主轴台28、旋转台27及主轴头支撑台17而在Y轴（上下）方向上升降地被支撑。在主轴5的前端安装有工具6a，该主轴5横向旋转地被支撑于主轴头4。这里，从上述主轴台28到主轴5，统称为主轴单元1。

在床头33上，还能够在X轴方向（与纸面垂直的方向）上水平移动地支撑有工作台32，在工作台32上经由直角照准仪31安装有工件30。通过该结构，安装于主轴5上的工具6a和安装于工作台32上的工件30在X轴、Y轴、Z轴方向上相对移动。

在机床的领域中，将主轴头4相对于主轴头支撑台17绕与X轴平行的水平轴倾斜的旋转方向的控制轴称为A轴，将主轴头支撑台17相对于主轴台28绕与Z轴平行的水平轴旋转的旋转方向的控制轴称为C轴。本实施方式的五轴控制机床3，除了主轴头4相对于工件30向X轴、Y轴、Z轴方向相对直线移动的直线移动机构之外，还具备上述A轴方向的倾斜旋转机构及C轴方向的旋转机构。虽然在本实施方式中不存在，但是将绕与Y轴平行的水平轴倾斜的旋转方向的控制轴称为B轴。

也有主轴向下安装在门形的框架的主轴头绕水平轴倾斜、主轴头支撑台绕铅垂轴旋转的类型的五轴控制机床，本发明的主轴单元也能够适用。

此外，本发明在没有C轴的具有X轴、Y轴、Z轴及A轴或B轴的四轴控制机床中也成立。

接下来，用图1及图2来说明在上述那样的机床3的立柱29上安装的主轴单元1的本发明的第一实施方式。

如图1所示，安装有工具夹具6b的主轴5，通过未图示的轴承能够绕中心轴旋转地被支撑于主轴头4。主轴头4配置于主轴头支撑台17的互相远离的一对侧壁20、21之间，能够绕在图1中在上下方向上、在图2中在垂直于纸面的方向上从主轴头4的侧面延伸的两个支撑轴倾斜旋转地、即能够在图2的A轴（倾斜轴）方向上旋转地，安装于侧壁20、21上。下面说明该主轴头4的倾斜旋转的驱动源装置7、8及动力传递机构。

在主轴头支撑台17中，将主轴5的前端方向设为前方，将其相反方向设为后方来进行说明。如图1所示，在主轴头支撑台17在主轴头4的后方设有中间壁19，在该中间壁19与后壁18之间形成有空间。在该空间中分别与第一减速机9及第二减速机10连结地收置有第一电机7a及第二电机8a。下面，将第一电机7a及第一减速机9记为第一驱动源装置7，将第二电机8a及第二减速机10记为第二驱动源装置8。

第一驱动源装置7及第二驱动源装置8在主轴头支撑台17设置于互相之间180°旋转对称的位置。在该图2中，若使旋转台27在C轴方向上旋转而使主轴头支撑台17旋转180°，则第一驱动源装置7与第二驱动源装置8的原位置重叠，第二驱动源装置8与第一驱动源装置7的原位置重叠。

在本实施方式中，第一及第二驱动源装置7、8如上述那样设置于180°旋转对称的位置，但是，并不限于此，也可以使各自的输出轴15a、15b错开地将第一及第二驱动源装置7、8并排配置。这里，并排并不意味着严格意义上的平行。另外，这该情况下，输出轴15a、15b的各自的中心线间的间隔只要是不妨碍后述的第一及第二驱动源装置7、8的安装、拆卸的程度即可。

如图1所示，第一驱动源装置7及第二驱动源装置8在侧壁20及21之间设置成互相朝向相反方向，以使输出轴15a、15b分别朝向侧壁20、21的方向。在各输出轴15a、15b的前端，安装后述的锥齿轮，并与作为动力传递机构的锥齿轮列连接。在侧壁20、21分别设有在将第二驱动源装置8、第一驱动源装置7收置于上述空间中时能够通过的大小的孔24、25。

关于图1中的主轴头4的倾斜旋转的驱动机构，描绘有图2的I-I剖视图。因此，在图1中用实线表示安装于在图2的纸面跟前侧能够看到的第二侧壁21的第二驱动源装置8即第二电机8a及第二减速机10。下面，说明从图1所示的第二驱动源装置8的输出轴15b到主轴头4的动力传递机构。

输出轴15b在前端部具备第二驱动齿轮12a。第二驱动齿轮12a的齿顶形状，如图所示那样制成为越朝向输出轴15a的前端方向则齿顶圆的直径越减小的锥形形状，与第二驱动齿轮12a啮合的第二中间齿轮12b的齿顶形状与第二驱动齿轮12a相反地，制作成越朝向外侧则齿顶圆的直径越增大的锥形形状。进而，与第二中间齿轮12b啮合的、在从主轴头4延伸的支撑轴的前端具备的第二倾斜轴齿轮12c，与第二中间齿轮12b相反地，制成为与第二驱动齿轮12a同向的、越朝向轴的前端则齿顶圆的直径越减小的锥形形状。这些齿轮间的齿隙通过调整调整垫圈14a、14b的厚度而使齿轮在轴向上移动来调整、去除。第二中间齿轮12b的轴12d及主轴头4的支撑轴分别由设置于孔24b、24c中的轴承13a、13b而被轴支撑于第二侧壁21。

通过成为上述锥齿轮列，能够通过上述调整垫圈来容易地进行齿隙的调整。此外，将第二驱动齿轮12a的锥形形状设为上述方向是为了能够在第二驱动齿轮12a安装于输出轴15b的状态下、进行第二驱动源装置8的安装、拆卸。在不需要进行齿隙调整的结构中，也可以采用平齿轮来代替锥齿轮。

进而，如图1及图3所示那样，以上说明了的主轴单元1，也可以具备通过具备例如旋转台27相对于主轴台28旋转的装置而使安装于旋转台27上的主轴头支撑台17旋转进给的、与上述倾斜轴（A轴）不同的旋转轴（C轴）。此外，本实施方式使用齿轮装置作为动力传递机构，但是，也可以使用例如正时带等其他动力传递机构。

接下来，用图1和图2来说明第一电机7a的替换步骤。

图2所示的第一电机7a使输出轴15a朝向纸面进深侧的第一侧壁20地由螺栓16b安装于第一减速机9上。从开设于第二侧壁21的孔25插入工具来拆卸安装螺栓16b，将第一电机7a从第一减速机9拆卸下来并从孔25拉出，将替换用的第一电机7a从孔25插入并用安装螺栓16b将其安装于第一减速机9，从而进行第一电机7a的替换。此外，也能够连同通过安装螺栓16a安装有第一电机7a的第一减速机9在内地将第一驱动源装置7替换。

关于第二电机8a，从开设于第一侧壁20的孔24插入工具来拆卸安装螺栓16b并将第二电机8a从第二减速机10拆卸，能够按完全相同的步骤进行替换。另外，也能够连同第二减速机10在内地将第二驱动源装置8替换。

这样，在本实施方式中，能够用极容易的作业在短时间内进行倾斜轴驱动电机的替换。此时，如图3所示，本发明的机床中，若主轴单元1设置成至少能够通过上下方向（Y轴）及水平方向（Z轴）的各一个直动进给轴来移动，则在进行驱动源装置的更换的情况下，能够在Y轴向下方移动、在Z轴向右方移动，从而在低位置、宽阔的场所进行作业。当然，主轴单元也可以构成为能够在XYZ这三个轴方向上移动。

此外，若主轴单元1具有旋转轴（C轴），则在进行驱动源装置的更换作业的情况下，能够在作业容易进行的方向上将主轴头支撑台旋转定位。例如，能够安全、快速地进行使用起重机来吊装驱动源装置的作业。

现有装置的主轴头的倾斜驱动用电机的替换需要拆卸很多部件，作业需要长时间。在本实施方式的主轴单元1中，通过有效活用了主轴头支撑台17内部的空间的上述结构，来减小上述旋转轴的最大半径，并且通过从设置于侧壁的孔仅直接拆卸、安装驱动源装置，也实现了驱动源装置的容易的替换。

接下来，说明作为本发明的第二实施方式的工作台单元2的结构。

第二实施方式是将与作为上述第一实施方式的主轴头的倾斜旋转驱动方式同等的方式适用于工作台的倾斜旋转驱动方式而成的实施方式。主轴头和工作台为互相之间进行相对运动的关系，因此即使代替使主轴头倾斜旋转而将主轴头固定并使工作台倾斜旋转，也能够使两者进行相对同等的工作。此外，对于与第一实施方式相对应的附图标记，对相同附图标记标注“’”来进行表示。

如图4及图5所示，搭载并固定工件30’的工作台35设置于内装工作台35的驱动机构的工作台基座36上。工作台基座36配置于作为工作台基座支撑台的支撑体37的互相分离的一对侧壁20’、21’之间，能够绕在图4中在左右方向上从工作台基座36的侧面延伸的两个支撑轴倾斜旋转地、即能够在图4的B轴（倾斜轴）方向上旋转地，安装于侧壁20’、21’。这里，从上述支撑体37到工作台35，统称为工作台单元2。下面，说明工作台基座36的倾斜旋转的两个驱动源装置7’、8’及动力传递机构。

驱动源装置7’、8’及动力传递机构的结构与第一实施方式的主轴头支撑台17的结构相同。即、在支撑体37的一对侧壁20’、21’之间的下部空间中，分别与第一减速机9’及第二减速机10’连结地收置有第一电机7a’及第二电机8a’。下面，将第一电机7a’及第一减速机9’记为第一驱动源装置7’，将第二电机8a’及第二减速机10’记为第二驱动源装置8’。

第一驱动源装置7’及第二驱动源装置8’互相180°旋转对称地设置于支撑体37。电机7’及8’的输出轴分别经由减速机9’、10’与驱动齿轮11a’、12a’，这些齿轮再分别经由中间齿轮11b’、12b’而与在上述两个支撑轴的前端安装的倾斜轴齿轮11c’、12c’啮合。各齿轮是锥齿轮，通过垫圈来使齿隙在轴向上移动来进行调整的方面也与第一实施方式相同，因此省略详细说明。在不需要进行齿隙调整的结构中，也可以采用平齿轮来代替锥齿轮。

在本实施方式中，第一及第二驱动源装置7’、8’如上述那样设置于180°旋转对称的位置，但是，并不限于此，也可以使各自的输出轴15a’、15b’错开地将第一及第二驱动源装置7’、8’并排配置。

以上说明的工作台单元2，还如图4所示，可以具备通过具备例如在工作台基座36中内装工作台35的旋转驱动机构而使工作台35相对于工作台基座36旋转进给的、与上述倾斜轴（B轴）不同的旋转轴（C轴）。此外，本实施方式使用齿轮装置作为动力传递机构，但是，也可以使用正时带等其他动力传递机构。

通过设为上述结构，本实施方式的工作台单元2，关于第一电机7a’及第二电机8a’的替换步骤也与第一实施方式相同，例如，第二电机8a’能够从图5的孔24’容易地在短时间内替换。此外，能够将倾斜轴驱动电机及动力传递机构紧凑地配置于支撑体37内部的空间中，因此能够实现节省空间。

图4中示意地表示具备本发明的工作台单元2的机床3’的一个实施方式。支撑体37装载于在床头33’上能够在Y轴方向上水平移动的移动台34。机床3’具备上述工作台单元2，还具备能够在Z轴及X轴方向上移动的主轴头4。也可以采用以下结构：不在工作台基座36中内装工作台35的旋转驱动机构而只在工作台基座36上固定工作台35，在移动台34上设置支撑体37整体在C轴方向上旋转的机构。

附图标记说明：

4主轴头 5、5’主轴 6a、6a’工具 7、7’第一驱动源装置8、8’第二驱动源装置 11a、11a’第一驱动齿轮 11b、11b’第一中间齿轮 11c、11c’第一倾斜轴齿轮 12a、12a’第二驱动齿轮12b、12b’第二中间齿轮 12c、12c’第二倾斜轴齿轮 15a输出轴15b输出轴 16a螺栓 16b螺栓 17主轴头支撑台 20、20’第一侧壁 21、21’第二侧壁 24、24孔 25孔 27旋转台28主轴台 29立柱 30、30’工件 32工作台 33、33’床头34移动台 35工作台 36工作台基座 37支撑体。

Claims

1.一种主轴单元，具有倾斜轴，该倾斜轴使主轴头倾斜旋转进给以使主轴的姿势变化，该主轴单元的特征在于，具备：

主轴头，其旋转支撑在前端安装工具的主轴；

主轴头支撑台，其具有互相分离的第一及第二侧壁，在该第一及第二侧壁之间将所述主轴头能够倾斜旋转地支撑；

第一及第二动力传递机构，其分别沿所述主轴头支撑台的所述第一及第二侧壁设置，分别向所述倾斜轴传递旋转驱动力；和

第一及第二驱动源装置，其设置于所述主轴头支撑台的所述第一及第二侧壁之间，分别输出所述倾斜轴的旋转驱动力，

所述第一驱动源装置的输出轴配置成朝向所述第一侧壁，并且与所述第一动力传递机构连接，

所述第二驱动源装置的输出轴配置成朝向所述第二侧壁，并且与所述第二动力传递机构连接，

所述第一及第二驱动源装置，各自的输出轴错开地并排配置。

2.根据权利要求1所述的主轴单元，其特征在于，

所述第一及第二动力传递机构互相旋转对称地配置于沿所述主轴头支撑台的所述第一及第二侧壁的位置。

3.根据权利要求1所述的主轴单元，其特征在于，

所述第一及第二动力传递机构的每个都具有锥齿轮，该锥齿轮在所述第一及第二驱动源装置的每个的所述输出轴安装以使较小外径朝向前端，所述第一驱动源装置的后端面相对的所述主轴头支撑台的所述第二侧壁，具有能够使安装有所述锥齿轮的状态的所述第一驱动源装置通过的大小的孔，所述第二驱动源装置的后端面相对的所述主轴头支撑台的所述第一侧壁，具有能够使安装有所述锥齿轮的状态的所述第二驱动源装置通过的大小的孔。

4.根据权利要求1所述的主轴单元，其特征在于，

还具备使所述主轴头支撑台旋转进给的、与所述倾斜轴不同的旋转轴。

5.一种机床，其特征在于，

具备权利要求1所述的主轴单元，该主轴单元设置成至少能够通过上下方向及水平方向的各一个直动进给轴来移动。

6.一种工作台单元，具有倾斜轴，该倾斜轴使工作台倾斜旋转进给以使工作台的姿势变化，该工作台单元的特征在于，具备：

工作台基座，其支撑安装工件的工作台；

工作台基座支撑台，其具有互相分离的第一及第二侧壁，在该第一及第二侧壁之间将所述工作台基座能够倾斜旋转地支撑；

第一及第二动力传递机构，其分别沿所述工作台基座支撑台的所述第一及第二侧壁设置，分别向所述倾斜轴传递旋转驱动力；和

第一及第二驱动源装置，其设置于所述工作台基座支撑台的所述第一及第二侧壁之间，分别输出所述倾斜轴的旋转驱动力，

7.根据权利要求6所述的工作台单元，其特征在于，

所述第一及第二动力传递机构互相旋转对称地配置于沿所述工作台基座支撑台的所述第一及第二侧壁的位置。

8.根据权利要求6所述的工作台单元，其特征在于，

所述第一及第二动力传递机构的每个都具有锥齿轮，该锥齿轮在所述第一及第二驱动源装置的每个的所述输出轴安装以使较小外径朝向前端，所述第一驱动源装置的后端面相对的所述工作台基座支撑台的所述第二侧壁具有能够使安装有所述锥齿轮的状态的所述第一驱动源装置通过的大小的孔，所述第二驱动源装置的后端面相对的所述工作台基座支撑台的所述第一侧壁具有能够使安装有所述锥齿轮的状态的所述第二驱动源装置通过的大小的孔。

9.根据权利要求6所述的工作台单元，其特征在于，

还具备使所述工作台基座支撑台旋转进给的、与所述倾斜轴不同的旋转轴。

10.根据权利要求6所述的工作台单元，其特征在于，

还具备使所述工作台相对于所述工作台基座旋转进给的、与所述倾斜轴不同的旋转轴。