JP2009107037A - 旋盤の主軸構造 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸の高速回転により、生産性の向上を図り、かつ円筒形ワークの加工精度が高いヤトイ構造を提供する。
【解決手段】本発明のヤトイユニット２０を装着した旋盤の主軸構造は、旋盤の主軸１４と同一軸線上に配置した、ヤトイを圧力流体でワークをアンクランプし、ワークをスプリング力でクランプするシリンダ機構Ｍと、旋盤の主軸内を通過してシリンダ機構Ｍ側に圧力流体を供給する流体供給手段Ｐと、ワークＷをクランプするヤトイ機構Ｎから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヤトイユニットを備えた旋盤の主軸構造に関する。

図５は、ヤトイユニットを装着した従来の旋盤の主軸構造を示す断面図で、図６は、主軸先端部の拡大図である。
図５、図６に示すように、ＮＣ旋盤の主軸１は、主軸台の内部に複数の軸受２を介して回転自在に保持されている。主軸１の内部の軸中心には、ワーク３をヤトイ４でクランプするための栓５をその先端部に着脱自在に保持するためのワーククランプ用ドローバー６と、このワーククランプ用ドローバー６の後端にそのシリンダピストン８を連結されて軸方向に進退せしめるワーククランプ用シリンダ７とを備えている。さらに、前記主軸１の内部には、前記のワーククランプ用ドローバー６を外囲してこれと同心の管状に設けられ、ヤトイ４をその先端部に着脱自在に保持するためのチャッククランプ用ドローバー９と、このチャッククランプ用ドローバー９の後端にそのシリンダピストン１１を連結されて軸方向に進退せしめるチャッククランプ用シリンダ１０とを備えている。

したがって、アンクランプにするには、ワーククランプ用シリンダ７のシリンダピストン８を作動し、ワーククランプ用ドローバー６を図面の右方向へ前進させる。そうすると、栓５が図面の右方向へ前進し、開きヤトイ４は元の位置にとどまったままであるので、開きヤトイ４が弾性により縮径する。この状態で、ワーク３を図面の右方向へ抜き取る。この状態で、新たなワーク３を図面の右側から縮径した開きヤトイ４に外嵌する。シリンダ７のシリンダピストン８を作動し、ワーククランプ用ドローバー６を図面の左方向へ後退させる。そうすると、栓５が図面の左方向へ後退し、開きヤトイ４は元の位置にとどまったままであるので、開きヤトイ４が栓５により拡径される。その結果、開きヤトイ４の大径円筒部４の外周がワーク３の内周面に圧接され、ワーク３が開きヤトイ４にクランプされ、主軸１の前端部に、開きヤトイ４を自動的着脱自在に保持するように構成されている。

特開２００１−１７０８０２（図１、図２）

しかしながら、従来のヤトイユニットは、円筒形のワークを主軸先端部に着脱するためには、主軸１の貫通穴にドローバー６を通し、そのドローバー６を主軸内で支持し、常にドローバー６で軸方向に常に引張らなければならなかった。
そのため、高速回転時にドローバー６が半径方向に撓んで振動を発生させ、ワークにビビリマークを生じ、加工精度に影響を与え、品質の向上が図れないという問題があった。
そこで、本発明は、これらの問題点を解決するため、円筒形ワークの加工精度が高く、かつ、主軸の高速回転を可能として生産性の向上を図るようにしたヤトイユニットを提供することを課題する。

請求項１に係る発明の旋盤の主軸構造であって、主軸の先端部に装着され、円筒形のワークＷを内側から把持するヤトイユニットと、前記主軸の後端部から先端部まで貫通して穿設された中空穴と、この中空穴に前記後端部から圧縮空気を供給する流体供給装置と、を備えた旋盤の主軸構造であって、
前記ヤトイユニットは、前記主軸の先端部に固定された円盤状のフランジと、前記フランジに固定された筒状のシリンダと、前記シリンダの先端部に固定され、中央に貫通穴を有する基台と、前記シリンダの内周面に摺動自在に支持され、前記基台の貫通穴に挿通させて突出させたボス部を有するピストンと、前記基台と前記ピストンに挟持され、前記ピストンを前記主軸側に付勢するスプリングと、前記基台に固定され、ワークの内周面を把持するために外周面に設けられた把持部と、先端側が拡径されたテーパ穴と、前記ボス部に固定され、前記テーパ穴に係合して前記把持部を拡径させるテーパガイドと、を備えたことを特徴とする。
なお、流体供給装置に用いられ最良の形態は、流体として空気、作動油を使用でき、空圧、油圧を利用して、ヤトイユニットを作動するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の旋盤の主軸構造であって、前記流体供給装置は、前記主軸の後端開口部に接離するように圧縮空気を移送する管を配設し、前記管の先端に設けられたノズルを設け、前記ノズルを進退自在に支持する駆動手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の旋盤の主軸構造によれば、従来のように、主軸の内部にドローバーを装着せずに、空圧でヤトイユニットを操作できるので、主軸の高速回転に伴う振動を抑えながら、加工精度の向上および生産性の向上を図ることができる。
また、本発明のヤトイユニットは、円筒形ワークを確実にクランプし、円筒形ワークの全周面の加工を行うことができる。
また、ヤトイをクランプ、アンクランプとも空圧または、油圧シリンダで動作させる場合に比べて、本発明のように片側にスプリングを用いて、クランプするように構成したので、何らかのトラブル例えば、停電により、旋盤に電気が供給されなくなり機械が停止した場合であっても、ワークのクランプは、継続して維持することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
旋盤の主軸全体構成
図１は本発明に係るヤトイユニットを装着した旋盤の主軸の縦断面を示す。
旋盤の主軸台１０は、図１に示すように、旋盤図示省略のベッド１１上に固定され、主軸１４は、長尺の中空部材で軸線方向に中空穴１４ｃが貫通し、主軸台１０の本体１０ａに設けたハウジング１０ｃ、１０ｄに軸受１２を介して回転自在に水平に支持され、右端の軸受１２は、軸受押え１８で支持している。主軸１４の外周には、主軸１４の外周側に装着したロータ１５ａと、本体１０ａに装着した冷却用のスリーブ１０ｂの内周面に嵌合したステータ１５ｂとによって構成されたビルトインモータ１５により、直接回転駆動することができる。さらに、主軸１４の後端部には、主軸１４にアダプタ１４ａを螺合している。

（ヤトイユニット）
ヤトイユニットは、旋盤の主軸１４と同一軸線上に配置した、ヤトイを圧力流体でワークをアンクランプし、ワークをスプリング力でクランプするシリンダ機構Ｍと、旋盤の主軸内を通過してシリンダ機構Ｍ側に圧力流体を供給する流体供給手段Ｐと、ワークＷをクランプするヤトイ機構Ｎから構成される。

なお、このヤトイユニットは、内側からワークＷをクランプするため、一般的にＡＬ製の円筒形部材の全周面を加工するような軽切削用または軽研削加工用に使用される。
また、本実施態様においては、ヤトイユニット２０の流体供給装置Ｐに用いられる流体として空気を用いた。

ヤトイユニット２０を構成する部品、機構について、図２（ａ）、（ｂ）に示す分解組立図および、動作状態を示す断面図、図３、図４を参照して、詳細に説明を行う。
（シリンダ機構）
シリンダ機構Ｍは、主軸１４端面にボルト２１ｆで固定されたフランジ２１と、シリンダ２２と、ボス部２５ａをボルト２５ｌで固定したピストン２５およびシリンダ２２と締結した基台２９から構成される。
すなわち、フランジ２１は、シリンダ２２の一端を形成し、円盤状に形成され、ボルト２１ｆを介して主軸１４に固定されている。主軸１４の側端面には、フランジ２１と主軸１４との芯合わせをするための凹部図示省略が形成されており、前記凹部図示省略と主軸１４の端面の外周部が嵌合され、ボルト２１ｆによって固定されている。

また、シリンダ２２は、円筒状に形成され、基台２９にボルト１７によって固定されている。ピストン２５には、図２（a）、（ｂ）に示すように、スプリング２６を位置決めする止り穴２５ｊが８箇所、基台２９の端面には、止り穴２９ｊが８箇所、それぞれ対向して設けられ、スプリング２６は、止り穴２５ｊ、止り穴２９ｊに上下端を挿入して、基台２９とピストン２５の間で狭持され、ボルト１６で締結され固定されている。
また、ピストン２５の外周にＯリング溝２５ｃを成形し、Ｏリング溝２５ｃにＯリング２５ｂを装着し、主軸１４にも同様にＯリング溝図示省略を成形し、Ｏリング１４ｂを装着し、圧縮空気の機密性を保持することができる。

なお、シリンダ２２の内周面２２ａは、ピストン２５のＯリング２５ｂが摺動可能とするため、滑らかに仕上げられている。また、このシリンダ２２は、切削加工により、前記したフランジ２１と一体化した部品として構成してもよい。
また、基台２９は、シリンダ２２を介して、フランジ２１の端面にボルト１６によって固定されている。
したがって、圧縮空気が停止された時点ワークＷのクランプ時点で、ピストン２５および中空穴１４ｃ側の圧縮空気は、大気に開放される。このとき、ピストン２５は、スプリング２６のスプリング力により、主軸１４と反対の先端部方向に移動することができる。

（流体供給装置）
流体供給装置Ｐは、図１に示すように、主軸１４後端部より主軸１４の中空穴１４ｃを通過して、シリンダ２２とピストン２５により形成した空間に圧縮空気を供給し、スプリング力より強い加圧力でピストン２５を移動させる装置である。
主軸１４の後部には、本体１０ａに取付けステー３８を固定し、その先端に、駆動手段としてのエアシリンダ３５を支持し、そのピストン３５ａの先端には、クッション３７付ノズル３４を設けている。クッション３７付ノズル３４は、エアシリンダ３５の作動により、主軸１４後端面のアダプタ１４ａ部と接離自在に移動することができる。
クッション３７の材料は、耐油性のゴムなどの弾性力のある素材が好ましい。

（ヤトイ機構）
基台２９は、円盤状に形成され、シリンダ２２の他端部を形成している。基台２９の中央には、ピストン２５のボス部２５ａが摺動可能な貫通穴２９ａが設けられ、さらに、ヤトイ３０との芯合わせをするための凹部２９ｃが形成されており、この凹部２９ｃとヤトイ３０のフランジ３０ｆが嵌合され、ボルト１８によって固定されている。
ヤトイ３０は、ワークＷの内周面を直接押圧して、ワークＷを保持するチャックの一種であり、開ヤトイとも言う。ヤトイ３０の後端部にはフランジ３０ｆが形成されており、このフランジ３０ｆが基台２９の端面に設けられた凹部２９ｃに嵌合されて位置を決め、ボルト１８によって固定されている。ヤトイ３０の把持部３０ｄは、先端部に設けられた把持部３０ｄまでの間は、外径を細くした逃げが施され、変形し易くしている。
さらに、中心部にはピストン２５のボス部２５ａを嵌合した穴部３０ｇが設けられ、先端部にはテーパ穴３０ｃが形成されている。
テーパガイド３３は、図２に示すように、ヤトイ３０のスリット溝３０ｅを形成した把持部３０ｄに弾性変形を生じさせて、把持部３０ｄを拡径する機能を有する。なお、ヤトイ３０の把持部３０ｄの外側に、弾性体としてゴム製のリングを装着して、摩擦力を向上させるようにしてもよい。

テーパガイド３３のテーパ角を微調整できるようにテーパ角微調整機構Ｃが設けられている。この機構Cは、テーパガイド３３の中心に穴部３０ｆを設け、その奥に、メねじ３３ｅをねじ切りし、このねじにさら小ねじ３３ｆが螺合している。さらに、ボス部２５ａにメねじ２５ｆを形成し、メねじ２５ｆにテーパガイド３３のねじ３３ｇが螺合している。
したがって、さら小ねじ３３ｄをドライバー工具で回転すると、このさら小ねじ３３ｆの頭部のテーパ面がテーパ穴３０ｃに接触し、テーパガイド３３のテーパ部を調整して、把持部３０ｄの拡径を調整できるようになっている。

（ヤトイユニットの動作）
次に、ヤトイユニット２０による円筒形状のワークＷの着脱動作について、以下に詳細に述べる。
ワークＷの主軸１４への装着は、図３（ａ）に示すように、図１に示す方向切換弁３９を切換えて、図３（ｂ）に示すように、クッション３７付ノズル３４を主軸１４端に設けたアダプタ１４ａの端面に密着し、主軸１４の後端側から主軸１４の中空穴１４ｃ内に圧縮空気を供給し、この圧縮空気の圧力により、スプリング２６のスプリング力に抗してピストン２５を前進させる。すると、ピストン２５が右行前進し、ピストン２５の移動に追従して、テーパ穴３０ｃとテーパガイド３３の係合が解かれ、把持部３０ｄが弾性力により縮径し、ワークＷを装着可能な状態にする。

ワークＷの主軸１４への装着は、ワークＷを把持部３０ｄへ装着後、図３（ｂ）に示すように、方向切換弁３９を切替えて、ノズル３４をアダプタ１４ａ端から離間し、空気の供給を遮断し、主軸１４内の中空穴１４ｃ内の圧縮空気を大気に開放する。その結果、スプリング２６のスプリング力により、ピストン２５が左行する。ピストン２５の移動に追従して、テーパ穴３０ｃとテーパガイド３３がテーパ面で係合し、把持部３０ｄが半径方向に拡径し、ワークＷを内側からクランプする。
したがって、ワークＷは、ヤトイ３０の先端の把持部３０ｄでクランプがなされる。ワークＷの外周面の加工が終わると、ワークＷの取り外し作業を行う。
ワークＷの加工後、取外しは、図１に示すように状態で、方向切換弁３９を切替えて、図３（ｂ）に示すように、ノズル３４に設けたクッション３７を介して、主軸１４端に密着し、主軸１４の中空穴１４ｃ内に圧縮空気を供給し、この圧縮空気の圧力により、ピストン２５をスプリング２６に抗して前進させる。そして、ピストン２５が右行すると、ピストン２５の移動に追従して、テーパ穴３０ｃとテーパガイド３３の係合が解かれ、スプリング２６を介して、テーパガイド３３が右方向に移動して、把持部３０ｄが弾性力により縮径し、ワークＷはアンランプされる。この状態で、ワークＷを図面右方向へ抜き取り、すべての作業を完了する。

以上、本発明の一実施の形態の構成とその作用について説明したが、本発明はこの実施の形態に限られるものではない。
例えば、前記実施の形態においては、ヤトイを閉じ、ワークＷをアンランプにする圧縮空気供給手段は、空圧または油圧を付与する空圧または油圧回路を設けるようにしてもよい。
また、上記実施態様においては、圧縮空気は、主軸１４後部より主軸１４の中空穴１４ｃ内に圧縮空気を供給したが、また、別の態様として、空気供給手段Ｐは、シリンダ部に側面から、空圧または油圧を付勢する空圧回路または油圧回路を接続することもできる。
さらに、シリンダ機構Ｍに設けたピストン２５に対して、主軸１４の前部側面から中空穴を通過して、主軸１４後部より圧縮空気を供給し、その圧力により作動するようにしてもよい。
上述したヤトイは、これ以外に、閉めヤトイやサンドイッチクランプ方式のチャック等他のチャック類にも適用可能である。閉めヤトイとは、通常コレットチャックと呼ばれ、ドリル、リーマ等の工具を取り付けるためのチャックである。

本発明に係るヤトイユニットを装着した旋盤の主軸構造を示す断面図である。 （ａ）は、本発明に係るヤトイユニットを表わす分解組立図である。（ｂ）は、２図（ａ）のＡ−Ａ矢視図を表す。 本発明のヤトイユニットを装着可能とした旋盤の主軸先端部を示す拡大断面図で、（ａ）は、ヤトイユニットのクランプ状態を示す。（ｂ）は、同じくヤトイユニットのアンクランプ状態を示す。 本発明のヤトイユニットを装着可能とした旋盤の主軸構造後端部を示す拡大断面図で、（ａ）は、エアシリンダと主軸側の空圧回路との開放状態を示す。（ｂ）は、エアシリンダと主軸側の空圧回路との接続状態を示す。 特許文献１に示す図１を表す断面図である。 特許文献１に示す図２を表す拡大図である。

符号の説明

Ｍ シリンダ機構
Ｎ ヤトイ機構
Ｐ 流体供給手段
１０ 主軸台
１０ａ 本体
１４ 主軸
１４ｃ 中空穴
１５ ビルトインモータ
２０ ヤトイユニット
２１ フランジ
２２ シリンダ
２２ａ 内周面
２５ ピストン
２５ａ ボス部
２６ スプリング
２９ 基台
３０ ヤトイ
３０ｃ テーパ穴
３０ｄ 把持部
３０ｆ フランジ
３３ テーパガイド
３５ エアシリンダ駆動手段

Claims (2)

1. 主軸の先端部に装着され、円筒形のワークＷを内側から把持するヤトイユニットと、前記主軸の後端部から先端部まで貫通して穿設された中空穴と、この中空穴に前記後端部から圧縮空気を供給する流体供給装置と、を備えた旋盤の主軸構造であって、
   前記ヤトイユニットは、
   前記主軸の先端部に固定された円盤状のフランジと、
   前記フランジに固定された筒状のシリンダと、
   前記シリンダの先端部に固定され、中央に貫通穴を有する基台と、
   前記シリンダの内周面に摺動自在に支持され、前記基台の貫通穴に挿通させて突出させたボス部を有するピストンと、
   前記基台と前記ピストンに挟持され、前記ピストンを前記主軸側に付勢するスプリングと、
   前記基台に固定され、ワークの内周面を把持するために外周面に設けられた把持部と、先端側が拡径されたテーパ穴とを有するヤトイと、
   前記ボス部に固定され、前記テーパ穴に係合して前記把持部を拡径させるテーパガイドと、
   を備えたことを特徴とする旋盤の主軸構造。
2. 前記流体供給装置は、
   前記主軸の後端開口部に接離するように、圧縮空気を移送する管を配設し、前記管の先端に設けられたノズルと、
   前記ノズルを進退自在に支持する駆動手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の旋盤の主軸構造。

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