JP6769030B2 - 主軸装置及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工具を保持する主軸装置及び工作機械に関する。

工作機械は主軸装置を備え、該主軸装置は、主軸と、該主軸の一端部に設けており、工具を把持するチャック機構と、該チャック機構に連結したドローバーと、該ドローバーの周囲に設けてあり、主軸の他端部側にドローバーを付勢するばねとを備える（例えば特許文献１参照）。

ドローバーが主軸の他端部側に位置する場合、チャック機構は工具を把持する。ばねの付勢力に抗して、ドローバーが主軸の一端部側に移動した場合、チャック機構は工具の把持を解除する。

特開２００８−１３７１１０号公報

ドローバーが主軸の一端部側に移動した場合、ばねは短縮し、ばねの軸方向中央部が径方向外向きに拡がるので、ドローバー及びばねの間に隙間が生じる。ドローバーが工具を把持している時、ばねは完全に伸びていない。故にドローバー及びばねの間に隙間が存在する。工具を把持した状態で主軸が高速回転した時、隙間によってばねは振動する。ばねの振動は主軸に伝達し、ワークの加工精度が低下する。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、ドローバーの周囲に設けたばねの振動を抑制する主軸装置及び工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る主軸装置は、一端部にて工具を装着する軸回りに回転可能な筒状の主軸と、該主軸の内側にて軸方向に移動可能なドローバーと、該ドローバーの周囲に位置し、前記ドローバーを前記主軸の他端部側に付勢するばねとを備える主軸装置において、前記ばねは、内径が他の部分よりも小さい小径部を有するか、又は、前記ドローバーは、直径が他の部分よりも大きい大径部を有することを特徴とする。

本発明に係る主軸装置は、前記小径部又は大径部の少なくとも一部は、前記ばねの軸方向中央に位置していることを特徴とする。

本発明に係る主軸装置は、前記ばねはコイルばねを含むことを特徴とする。

本発明に係る主軸装置は、前記小径部及び他の部分の境界に段差を有することを特徴とする。

本発明に係る主軸装置は、前記他の部分は、前記小径部側の外径が前記小径部の反対側よりも小さい錐台状部を有することを特徴とする。

本発明に係る工作機械は、前述したいずれかの主軸装置を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、ばねが小径部を有するか又はドローバーが大径部を有することによって、ばねが短縮した場合に、ばね及びドローバーの間に隙間が発生することを抑制する。

本発明にあっては、最も隙間が発生し易いばねの軸方向中央に小径部又は大径部が位置することによって、隙間の発生を確実に抑制する。

本発明にあっては、コイルばねを使用することによって、皿ばね等を使用する場合に比べて、製造費用を削減することができる。

本発明にあっては、ばねを段状に製造することによって、内径の異なる小径部及び他の部分を製造する時に、芯出しが容易になり、ばねの精度が向上する。

本発明にあっては、ドローバーをばねに挿入する場合に、錐台状をなす部分がドローバーを案内する。

本発明に係る主軸装置及び工作機械にあっては、ばねが小径部を有するか又はドローバーが大径部を有することによって、ばねが短縮した場合に、ばね及びドローバーの間に隙間が発生することを防止し、ばねの振動を抑制することができる。

実施の形態１に係る工作機械を略示する斜視図である。 主軸装置を略示する断面図である。 ドローバー及びコイルばねを略示する断面図である。 コイルばねの構成を一部変更した変更例１に係る工作機械のドローバー及びコイルばねを略示する断面図である。 コイルばねの構成を一部変更した変更例２に係る工作機械のドローバー及びコイルばねを略示する断面図である。 実施の形態２に係る工作機械のドローバー及びコイルばねを略示する断面図である。

（実施の形態１）
以下本発明を実施の形態１に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。以下の説明では図において矢印で示す上下、左右及び前後を使用する。図１は工作機械を略示する斜視図である。

工作機械１００は前後に延びた矩形の基台１を備える。基台１上部の前側にワークを保持するワーク保持部３が設けてある。ワーク保持部３は左右方向を軸方向としたＡ軸及び上下方向を軸方向としたＣ軸回りに回転可能である。

基台１上部の後側に後述するコラム４を支持する為の支持台２が設けてある。支持台２上部に、移動板１６を前後方向に移動するＹ軸方向移動機構１０が設けてある。Ｙ軸方向移動機構１０は、前後に延びた二つのレール１１と、Ｙ軸螺子軸１２と、Ｙ軸モータ１３と、ベアリング１４とを備える。

レール１１は支持台２上部の左右夫々に設けてある。Ｙ軸螺子軸１２は前後に延び、二つのレール１１の間に設けてある。Ｙ軸螺子軸１２の前端部及び中途部夫々にベアリング１４が設けてある。なお中途部に設けたベアリングの図示は省略する。Ｙ軸モータ１３はＹ軸螺子軸１２の後端部に連結している。

Ｙ軸螺子軸１２には転動体（図示略）を介してナット（図示略）が螺合している。転動体は例えばボールである。各レール１１に複数の摺動子１５が摺動可能に設けてある。ナット及び摺動子１５の上部に移動板１６が連結している。移動板１６は水平方向に延びる。Ｙ軸モータ１３の回転によってＹ軸螺子軸１２は回転し、ナットは前後方向に移動し、移動板１６は前後方向に移動する。

移動板１６上面にコラム４を左右方向に移動するＸ軸方向移動機構２０が設けてある。Ｘ軸方向移動機構２０は、左右に延びた二つのレール２１と、Ｘ軸螺子軸２２と、Ｘ軸モータ（図示略）と、ベアリング２３とを備える。

レール２１は移動板１６上面の前後夫々に設けてある。Ｘ軸螺子軸２２は左右に延び、二つのレール２１の間に設けてある。Ｘ軸螺子軸２２の左端部及び中途部夫々にベアリング２３が設けてある。なおＸ軸螺子軸２２の中途部に設けたベアリングの記載は省略する。Ｘ軸モータはＸ軸螺子軸２２の右端部に連結している。

Ｘ軸螺子軸２２には転動体（図示略）を介してナット（図示略）が螺合している。Ｘ軸螺子軸２２にグリスが塗布してある。各レール２１に複数の摺動子２６が摺動可能に設けてある。ナット及び摺動子２６の上部にコラム４が連結している。コラム４は柱状をなす。Ｘ軸モータの回転によってＸ軸螺子軸２２は回転し、ナットは左右方向に移動し、コラム４は左右方向に移動する。

コラム４の前面に主軸ヘッド５を上下方向に移動するＺ軸方向移動機構３０が設けてある。Ｚ軸方向移動機構３０は、上下に延びた二つのレール３１と、Ｚ軸螺子軸３２と、Ｚ軸モータ３３と、ベアリング３４とを備える。

レール３１はコラム４前面の左右夫々に設けてある。Ｚ軸螺子軸３２は上下に延び、二つのレール３１の間に設けてある。Ｚ軸螺子軸３２の下端部及び中途部夫々にベアリング３４が設けてある。なお中途部に設けたベアリングの図示は省略する。Ｚ軸モータ３３はＺ軸螺子軸３２の上端部に連結している。

Ｚ軸螺子軸３２には転動体（図示略）を介してナット（図示略）が螺合している。Ｚ軸螺子軸３２にグリスが塗布してある。各レール３１に複数の摺動子３５が摺動可能に設けてある。ナット及び摺動子３５の前部に主軸ヘッド５が連結している。Ｚ軸モータ３３の回転によってＺ軸螺子軸３２は回転し、ナットは上下方向に移動し、主軸ヘッド５は上下方向に移動する。Ｚ軸モータ３３、Ｚ軸螺子軸３２、ナット及び転動体はボールねじ機構を構成する。

主軸ヘッド５に主軸装置５０が設けてある。主軸装置５０は上下に延びた主軸５１を有する。主軸５１は軸回りに回転する。主軸ヘッド５の上端部に主軸モータ６が設けてある。主軸５１の下端部は工具を装着する。主軸モータ６の回転によって主軸５１が回転し、工具が回転する。回転した工具は、ワーク保持部３に保持したワークを加工する。

工作機械１００は工具を交換する工具交換装置（図示略）を備える。工具交換装置は工具マガジン（図示略）に収容した工具と主軸５１に装着した工具を交換する。

図２は主軸装置５０を略示する断面図である。主軸装置５０は、筒状の主軸５１、工具を保持するチャック機構５２、ドローバー５３及びコイルばね５４を備える。主軸５１の内側に隔壁５１ｃが設けてある。隔壁５１ｃの上側に第一室５１ａが設けてあり、隔壁５１ｃの下側に第二室５１ｂが設けてある。

主軸５１には、軸方向に沿ってドローバー５３が挿入してある。ドローバー５３は軸方向に移動可能である。棒状の本体部５３ａ、連結軸部５３ｂ、フランジ部５３ｃ及びねじ軸部５３ｄを備える。連結軸部５３ｂは、本体部５３ａの一端部から軸方向に突出しており、チャック機構５２に連結する。フランジ部５３ｃは、本体部５３ａ及び連結軸部５３ｂよりも大径であり、連結軸部５３ｂ及び本体部５３ａの連結部分に設けてある。ねじ軸部５３ｄは本体部５３ａの他端部に設けてある。

本体部５３ａ及びフランジ部５３ｃは第一室５１ａに位置する。連結軸部５３ｂは隔壁５１ｃを貫通し、第一室５１ａ及び第二室５１ｂに位置する。チャック機構５２は、第二室５１ｂの端部に設けてある。連結軸部５３ｂはチャック機構５２に連結する。

フランジ部５３ｃの周囲に、ばね受け５９が設けてある。ばね受け５９は第一室５１ａ内に位置する。ばね受け５９は、筒部５９ａ及び環状部５９ｂを備える。環状部５９ｂは筒部５９ａの端部に同軸的に設けてある。環状部５９ｂの開口の直径はフランジ部５３ｃの直径よりも小さい。本体部５３ａは、筒部５９ａ側から環状部５９ｂの開口に挿入してある。

第一室５１ａの上端部に延長部材５７が設けてある。ねじ軸５３ｄは延長部材５７に螺合連結する。第一室５１ａにおいて、コイルばね５４が本体部５３ａの周囲に設けてある。コイルばね５４は延長部材５７及びばね受け５９の間に位置し、コイルばね５４の上下端部は延長部材５７及びばね受け５９に夫々接触する。コイルばね５４は延長部材５７及びドローバー５３を上方に付勢する。

複数のベアリング５５が主軸５１下部の外側に嵌まっており、主軸５１を軸回りに回転可能に支持する。主軸５１上部の外側に非装着筒５６が嵌まっている。非装着筒５６の下端部にフランジ５６ａが設けてある。非装着筒５６は延長部材５７の径方向外側に位置する。

主軸５１上部に、軸方向に伸びた二つの長円孔（図示略）が設けてある。二つの長円孔は径方向に対向する。延長部材５７に径方向に貫通したピン孔５７ａが設けてある。ピン孔５７ａは長円孔に対応した位置にある。ピン５８が長円孔及びピン孔５７ａに挿入してあり、ピン５８の両端部は非装着筒５６に連結する。

主軸装置５０は非装着筒５６を下方に押すアーム（図示略）を備える。アームがフランジ５６ａを下方に押した場合、コイルばね５４の付勢力に抗して、ドローバー５３は下方に移動する。

主軸５１の下端部にチャック機構５２が設けてある。チャック機構５２に装着した工具を交換する場合、主軸ヘッド５は交換位置まで上昇し、ドローバー５３は前記アームがフランジ５６ａを下方に押すことで下降し、コイルばね５４は短縮し、チャック機構５２は工具の保持を解除する。工具交換装置は保持を解除した工具と新たな工具を交換し、アームはフランジ５６ａの押し下げを解除し、コイルばね５４によってドローバー５３は上方に移動し、チャック機構５２は新たな工具を保持する。なおチャック機構５２が工具を保持している場合、コイルばね５４は伸びきっておらず、未だ短縮した状態（工具の保持解除時よりは伸びた状態）を保つ。

図３は、ドローバー５３及びコイルばね５４を略示する断面図である。コイルばね５４は、上端部５４ａ、下端部５４ｂ及び小径部５４ｃを備える。小径部５４ｃは上端部５４ａ及び下端部５４ｂの間に位置し、小径部５４ｃの少なくとも一部はコイルばね５４の軸方向中央に位置する。

上端部５４ａ及び下端部５４ｂの内径は略一定である。小径部５４ｃの内径は上端部５４ａ及び下端部５４ｂの内径よりも小さく、略一定である。即ち、上端部５４ａ及び下端部５４ｂと小径部５４ｃとの境界に夫々段差５４ｓが設けてある。なお小径部５４ｃの内径よりも大きい限り、上端部５４ａ及び下端部５４ｂの内径は異なっていてもよい。例えば上端部５４ａの内径が下端部５４ｂよりも大きいか又は小さくてもよい。

前述したように、チャック機構５２が工具を保持している場合、コイルばね５４は伸びきっておらず、短縮した状態を保つ。実施の形態１に係る主軸装置５０及び工作機械１００にあっては、コイルばね５４が小径部５４ｃを有することによって、コイルばね５４が短縮した場合に、コイルばね５４及びドローバー５３の間に隙間が発生することを抑制し、主軸５１が回転した時に、コイルばね５４の振動を抑制する。

コイルばね５４の上下端部は延長部材５７及びばね受け５９に夫々接触しており、主軸５１の回転時に径方向に拡がり難い。故に、コイルばね５４の軸方向中央部は上下端部に比べて径方向に拡がり易く、ドローバー５３との間で最も隙間が発生しやすい。小径部５４ｃはコイルばね５４の軸方向中央に位置するので、隙間の発生を確実に抑制することができる。

またコイルばね５４を使用することによって、皿ばね等を使用する場合に比べて、製造費用を削減することができる。

またコイルばね５４を段状に製造することによって、内径の異なる小径部５４ｃと上端部５４ａ及び下端部５４ｂとを製造する時に、芯出しが容易になり、コイルばね５４の精度が向上する。

なお上端部５４ａ又は下端部５４ｂの一方の内径が小径部５４ｃよりも大きく、他方の内径が小径部５４ｃと同じでもよい。

図４は、コイルばね５４の構成を一部変更した変更例１に係る工作機械１００のドローバー５３及びコイルばね５４を略示する断面図である。コイルばね５４の上端部５４ｄは、上側の内径が下側よりも大きい錐台状をなす。コイルばね５４の下端部５４ｅは、下側の内径が上側よりも大きい錐台状をなす。上端部５４ｄ及び下端部５４ｅは錐台状部を構成する。

上端部５４ｄ及び下端部５４ｅが錐台状をなすので、ドローバー５３をコイルばね５４に挿入する場合、上端部５４ｄ及び下端部５４ｅはドローバー５３を案内する。なお上端部５４ｄ又は下端部５４ｅの一方が錐台状をなし、他方の内径を一定にしてもよい。

図５は、コイルばね５４の構成を一部変更した変更例２に係る工作機械１００のドローバー５３及びコイルばね５４を略示する断面図である。小径部５４ｃの中途部分には、径方向に突出した二つの突出部５４ｆが設けてある。突出部５４ｆの内径は小径部５４ｃよりも大きい。小径部５４ｃの少なくとも一部はコイルばね５４の軸方向中央に位置する。なお三つ以上の突出部５４ｆを設けてもよい。

（実施の形態２）
以下本発明を実施の形態２に係る工作機械１００を示す図面に基づいて説明する。図６は、ドローバー５３及びコイルばね５４を略示する断面図である。

コイルばね５４の内径は上端から下端まで略一定である。ドローバー５３は、他の部分よりも直径の大きい大径部５３ｅを備えている。ドローバー５３はコイルばね５４に挿入してあり、大径部５３ｅの少なくとも一部はコイルばね５４の軸方向中央に位置する。

実施の形態２に係る主軸装置５０及び工作機械１００にあっては、ドローバー５３が大径部５３ｅを有することによって、コイルばね５４が短縮した場合に、コイルばね５４及びドローバー５３の間に隙間が発生することを抑制することができる。

また最も隙間が発生し易いコイルばね５４の軸方向中央に大径部５３ｅが位置することによって、隙間の発生を確実に抑制することができる。

実施の形態２に係る工作機械の構成の内、実施の形態１と同様な構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

なおコイルばね５４はばねの一例であり、これに限定されない。例えば、ドローバー５３の周囲にて複数の皿ばねを上下に並設してもよい。
工作機械１００はコラム４がＸ方向、Ｙ方向に移動するものであるが、コラム４を支持台２に固定し、ワークを保持するテーブルをＸ方向、Ｙ方向に移動する工作機械でもよい。更に、工作機械１００は主軸ヘッド５が上下に移動する縦型であるが、主軸ヘッド５が前後方向に移動する横型の工作機械でもよい。

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

５０ 主軸装置
５１ 主軸
５２ チャック機構
５３ ドローバー
５３ｅ 大径部
５４ コイルばね（ばね）
５４ｃ 小径部
５４ｄ 上端部（錐台状部）
５４ｅ 下端部（錐台状部）
５４ｓ 段差
１００ 工作機械

Claims (3)

1. 一端部にて工具を装着する軸回りに回転可能な筒状の主軸と、該主軸の内側にて軸方向
   に移動可能なドローバーと、該ドローバーの周囲に位置し、前記ドローバーを前記主軸の
   他端部側に付勢するばねとを備える主軸装置において、
   前記ばねは、内径が他の部分よりも小さい小径部を有し、
   前記小径部の少なくとも一部は、前記ばねの軸方向中央に位置し、
   前記ばねはコイルばねであり、
   前記主軸の内側における前記主軸の他端部側に配置され、前記ドローバーに連結し、前
   記主軸の軸方向に移動可能な部材と、
   前記主軸の内側における前記主軸の一端部側に配置され、前記ドローバーを挿入する開
   口が形成されたばね受けと
   を備え、
   前記ばねは、前記部材及びばね受けの間にて、前記部材から前記一端部側に向けて延びる前記ドローバーの棒状の本体部の周囲に配置され、前記部材及びばね受けに接触し、
   前記工具の装着時に前記ばねは短縮し、
   前記工具を装着した前記主軸の回転時に、短縮した前記ばねは前記主軸及びドローバー
   と一体に回転し、
   前記本体部の外周面に溝が形成されておらず、
   前記小径部における少なくとも二巻き分の内径は一定に設定され、
   前記ばねにおける前記他の部分の内径は一定に設定されていること
   を特徴とする主軸装置。
2. 前記小径部及び他の部分の境界に段差を有すること
   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ること
   を特徴とする工作機械。

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