JPH04201155A

JPH04201155A - 工作機械主軸のバランス装置

Info

Publication number: JPH04201155A
Application number: JP2336827A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Ariyoshi; 有吉　幸彦
Original assignee: Ariyoshi Kikoshudan KK
Current assignee: Ariyoshi Kikoshudan KK
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-22
Also published as: KR940002681B1; US5154554A; EP0488774A1; KR920009509A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、主軸端部に装着した工具を主軸半径方向に移
動可能とした工作機械において、主軸端部の重心の偏在
を矯正するためのバランス装置に関する。

（従来の技術）一般に使用されている工作機械により工作物を円柱状に
切削するには、工作機械主軸に工作物を装着して高速回
転させ、バイト等の工具の刃先を徐々に接近させて工作
物を切削する。しかし円柱状でない工作物の一部を円柱
状に仕上げたい場合には、この工作物を高速で回転させ
ると主軸上の重量の不均衡が生じるため、工作精度及び
主軸の耐久性は低下し、特に工作物が大きい場合には、
装着強度によっては工作物が主軸から外れる危険もある
。

そこで、逆に工作物を工作台上に固定し、主軸には工具
を装着して回転させれば、この問題は解決できる。この
ような工作機械において、従来主軸端部に工具を装着す
る方法としては、第９図に示すような構成のものが代表
的である。すなわち、主軸１端部に円錐孔７１を穿設し
、装着すべき工具Ｅ側には円錐部材７２を突設し、円錐
孔７１に円錐部材７２を挿入したのちに、円錐部材７２
の先端に設けたグリップ７３をコレットチャックにより
把持して牽引固定する。この方法は、工具Ｅの挿入が容
易であるという利点がある。しかし、作業にあたり工具
Ｅの切削半径を増減変更するときには、主軸１の回転を
停止し、工具Ｅ先端の切削刃７４の基部の調節ネジ７５
を回動して刃先位置を微調節しなければならず、この微
調節は熟練を要し極めて煩わしい作業であった。

そこで、第１０図に示すように、筒状の主軸１の端部に
設けた送り台７にバイト等の工具Ｃを装着し、該送り台
７を主軸１の回転軸線上から外方に向け半径方向に移動
可能とし、主軸１に挿通した工具駆動軸（図示しない）
を回転させることにより、切削半径を自在に調節できる
ようにしたものが考えられる。この種の工作機械は、切
削加工を行いながら切削半径を自在に変更できるという
点で、きわめて作業性か良いものであるように思われる
。

しかし、工具Ｃの移動に従い、工具Ｃを装着した送り台
７の重心が主軸１の回転軸線から大きく外れるために、
とくに１０００　＋ｐｍ以上の高速で回転させる場合に
は、回転軸線から送り台７の重心の方向に著しい遠心力
が生し、回転精度・加工精度および主軸の耐久性が悪化
するため、この種の工作機械は実際には使用に耐えない
ものであるか、低速域においてのみ利用しうるにすぎな
いであろう。

この重心の偏在を矯正するためには、第１１図に示すよ
うに、主軸端部に回転台２を固着し、回転台２上に送り
台７を移動自在に取り付け、送り台７と工具０９重量の
合計の半分の重量を有するバランサ４６．４６を送り台
７を挟んで上下に配置し、回転台２に回転自在に軸着し
たピニオン４７に送り台７及びバランサ４６．４６を噛
合することにより、送り台７を半径方向に移動するとバ
ランサ４６．４６が逆方向に移動するようにしたバラン
ス装置を考えることができる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、このようなバランス装置にあっては、バランサ
４６．４６が送り台７の移動距離と同じ長さだけ逆方向
に突出するので、装置が大型化するという難点がある。

加えて、主軸の回転に伴い送り台７は外方に突出しよう
とするが、このとき上下のバランサ４６．４６は逆方向
に突出しようとする結果、ピニオン４７．４７を介して
送り台７の突出を助長してしまう。このためピニオン４
７のみでは送り台の移動距離を保ち難く、工作精度が低
下しやすいという問題点があった。

そこで本発明は、これら上記の問題点を解決すべくなさ
れたものであって、第１の目的として、バランス装置を
小型に形成でき、作動中に遠心力により送り台が外方へ
突出することを防止しうる装置を得るにあり、第２の目
的として、回転中心より工具を太き（離れた位置に取付
けた際、該バランス装置の不均衡をさらに是正して高速
回転駆動時の工作精度をより向上させつる装置を得るに
ある。

（課題を解決するための手段）この目的を達成する手段として、本発明は第１発明とし
て、主軸の先端部に円盤状の回転台を設け、該回転台に
は主軸軸心より左右方向に移動可能な送り台を備え、一
方前記回転台上には支持杆の先端にウェイトを固設して
成る１次バランサの中間部を回動自在に枢着すると共に
、上記送り台の裏面中央に穿設した縦溝に上記支持杆の
基端を摺動自在に連結したこと、さらには第２発明とし
て、上記回転台の外端より内方に向けフランジを突設し
、該フランジの内端面に２次バランサを回動自在に当接
すると共に、該２次バランサに穿設した誘導溝に上記１
次バランサ先端を摺動自在に連繋したことを特徴とする
ものである。

（作用）第１発明においては、送り台を右方向に移動すると、送
り台背面の溝に嵌合した支持杆下端が右方向に回動する
ので、支持杆上端のウェイト側は逆に左方向に旋回し、
回転台上のバランスを維持する。

このとき１次バランサの移動軌跡は円弧状なので、従来
のようにバランサが大きく突出することがない。

またこの状態で主軸を高速で回転すると、１次バランサ
のウェイトは中央に向け戻ろうとし、この力は支持杆下
端を介して送り台の移動を阻止する方向に働くため、送
り台の移動距離を確実に保持でき、工作精度が低下する
ことはない。

また第２発明においては、送り台を右方向に移動すると
、１次バランサの先端のウェイトが左に旋回すると共に
、１次バランサの連動ピンと２次バランサの誘導溝との
噛合により、２次バランサはフランジの形状に倣って左
方向に旋回する。

送り台についての遠心力は、移動距離に比例して直線的
に増大するため、移動距離が大きくなるに従い送り台に
ついての遠・心力が１次バランサの遠心力の合力より大
きくなる８いう不均衡が生ずる。

これに対し、１次バランサの旋回半径は回転台の回転半
径より小さいため、１次バランサのウェイトの重心と主
軸の中心との間の距離は、１次バランサの旋回に伴って
徐々に縮小する。このため主軸の旋回に伴って発生する
１次バランサのウェイトについての遠心力Ｓ＝ｍｒω２
　　（ｍ・・・質量、ｒ・・・回転半径、ω・・・角速
度）は徐々に小さくなる。

ここで、２次バランサは旋回したときにも回転半径（主
軸との間の距離）が減少しないので遠心力の大きさは増
減変化せず、遠心力の方向のみが変化するため、このよ
うな送り台と１次バランサの不均衡を補填するように働
く。従って、送り台が移動しても回転台上の不均衡は事
実上無視できる程度に小さくなり、主軸を高速で回転駆
動しても工作精度や主軸の耐久性の低下が生ずることは
ない。

また、このとき２次バランサは遠心力によりフランジに
強く押し付けられるため、１次バランサが中央に向け旋
回しようとするのを連動ピンを介して阻止し、１次バラ
ンサの傾斜状態を維持するように働く。

（実施例）この発明の具体的構成を図面に示す実施例について以下
詳細に説明する。

まず本発明の第１発明を第１図及び第２図に示す第１実
施例について説明する。まず筒状の主軸１の先端に、円
盤状の回転台２を主軸１に対し垂直に取付ける。この回
転台２の前面上下にはそれぞれスライド受（図示しない
）を平行に突設する。

また前方に突出した略直方体の工具取付部５及び平坦な
基部６とにより一体に形成した送り台７を、上記回転台
２前面の上下のスライド受の間に嵌合すると共に、前方
より押え板３．３を前記スライド受に螺着することによ
り、送り台７が左右に自在に摺動できるようにする。

前記主軸１の内孔９には工具駆動軸１０を挿通し、主軸
１及び工具駆動軸１０を駆動すべき適宜な駆動手段を設
ける。とくに工具駆動軸１ｏは、通常は主軸１と同速度
同方向で回転し、送り台７を左右に移動させるときにの
み主軸１と異なる速度で回転するように、主軸１の駆動
手段との間に適宜なミッションを介装する。

送り台７の背面図中左側には、横方向に穿設した孔の内
面に雌ネジを刻設したナツト１１を固着し、該ナツト１
１にはボルト１２を挿通し、ボルト１２の中間部の外周
に設けた傘歯車１３を、後方より前方に向け突出する工
具駆動軸１０の先端に取付けた傘歯車１４に噛合する。

また回転台２には２本の平行な押えし′ヤフト４，４を
左右方向に配設し、送り台７背面に該押えシャフト４，
４を挿通すると共に、押えシャフト４．４の先端にはバ
ネ（図示しない）を介装して、送り台７を図中右方向に
常時付勢する。

一方、支持杆１５の先端にウェイト１６を固着して１次
バランサＡを構成し、該支持杆１５の中間部を、回転台
２の前面にピン１５ａで回動自在に枢着す名。支持杆１
５の下端には四角頭ピン１７を前方より挿通する。そし
て、送り台７の背面中央に縦方向の溝２４を穿設し、該
溝２４に１次パランサＡの四角頭ピン１７の四角頭部２
５を摺動自在に嵌合する。

そして第２図に示すように、回転台２の外周及び前面上
下はケース８により被覆し、装置内への異物の侵入を防
止する。

一方、工具取付部５の前面に工具Ｃを装着するための構
造につき以下に示す。

第８図に示すように、送り台７の工具取付部５の前面中
央に突設したガイド突起部３２の両側に、蟻溝３３を上
下方向に沿って穿設し、その両側に遊架状の平坦な嵌合
面３４を設けると共に、その上下両端に嵌合面３４に向
かって上り斜面を形成した誘導斜面３５ａ、３５ｂを対
設する。

またガイド突起部３２には係止ピン嵌入口３６を穿設し
、該係止ピン嵌入口３６に外周の一部が平坦面３７ａの
欠円柱状の係止ピン３７を嵌入し、その後端にピニオン
３８を取付け、ピニオン３８の左右にラック３９ａ、３
９ｂを上下方向に挿通して、ピニオン３８に噛合する。

ラック３９ａの背面上下２か所には係止溝７６．７７を
穿設すると共に、工具取付部５内よりラック３９ａに向
け突出するように付勢した突出杆７８を該係止溝７６に
向け突出当接させる。

また鋼材を下端に向かうに従い太く形成し、その上端に
Ｌ型突起４８を設けて成るクサビ４９を、蟻溝３３内に
介装すると共に、工具取付部５上面に突出方向に付勢し
た突出杆４７の上面に、上記し型突起４８を係止する。

一方、工具取付部５に取付けるアダプタ３１には、ガイ
ド突起部３２に対応する摺動溝４０とその両側に蟻溝３
３に嵌入するＶ字型突起４１を突設し、両端部に上記嵌
合面３４と同一形状の接合面４２と、誘導斜面３５ａ、
３５ｂに対応する誘導斜面４３ａ、４３ｂを形成し、さ
らに摺動溝４０に係止ピン３７を嵌入する円弧状凹部４
４を穿設する。

そしてアダプタ３１を工具取付部５に装着するには、ま
ずクサビ４９のＬ型突起４８を油圧装置等の適宜の押圧
手段により押圧してクサビ４９を下方に解除すると共に
、ラック３９．ａを押圧して係止ピン３７を回転し、係
止ピン３７の平坦面３７ａとガイド突起部３２の側面と
を同一平面に構成する。すると突出杆７８の先端はラッ
ク背面の係止溝７７に突入し、ラック３９ａの適正位置
を保持することにより係止ピン３７の回転を防止する。

このときラック３９ｂはピニオン３８に噛合しているの
で、ラック３９ａと逆に上方に押し出される。

そしてアダプタ３１を工具取付部５に向け下降し、Ｖ字
型突起４１を蟻溝３３に嵌入することにより両部材を結
合する。

このとき、アダプタ３１の誘導斜面４３ａは工具取付部
５の嵌合面３４に摺接しつつ下降し、接合面４２が嵌合
面３４上に接するため、Ｖ字型突起４１は蟻溝３３に高
精度に摺接される。そこでラック３９ｂを押圧してピニ
オン３８を逆転し、係止ピン３７を円弧状凹部４４に嵌
入すれば、アダプタ３１は工具取付部５に確実に位置決
めされる。このとき突出杆７８の先端はラック３９ａ背
面の係止溝７６に突入し、ラック３９ａの適正位置を保
持することにより係止ピン３７の回転を防止する。そし
て、クサビ４９の押圧を解除すると、突出杆４７が内装
するバネの付勢力により突出し、クサビ４９を押し上げ
るため、工具取付部５とアダプタ３１は強力に結合され
る。

このように、工具Ｃを固着したアダプタ３１を送り台７
の工具取付部５に嵌合して装着し、主軸１を回転して切
削加工に供する。

第３図は、送り台７を移動していない状態の回転台２を
示す。このとき工具Ｃを装着した送り台７の重心は、主
軸１の回転軸線の延長上に位置している。このとき、回
転軸線を挟んで上下に位置する１次バランサＡは中央に
位置しているため、回転台２上の各部材の重心（即ち送
り台７及び１次バランサＡの遠心力の合力）は主軸１の
回転軸線上に位置している。従ってこのときは、主軸１
の回転軸線上において工具Ｃが回転することになる。

次に、主軸１の回転と異なる速度で工具駆動軸１０を回
転すると、傘歯車１４がボルト１２を回転させ、ボルト
１２はナツト１１を第１図中左右方向に駆動する結果、
送り台７は左右方向に移動する。こうして送り台７を図
中右方向にやや移動させた状態を第４図に示す。このと
き、送り台７が図中右方向に移動すると、送り台７の裏
面の溝２４に嵌合したピン１７が右方向に移動すること
により、１次バランサＡは先端のウェイト１６部分を、
送り台７の移動と反対方向の左方向に旋回し、回転台上
のバランスを概ね維持する。

また１次バランサＡの移動軌跡は円弧状なので、従来の
ようにバランサが大きく突出することはない。

またこの状態で主軸１を高速で回転すると、１次バラン
サＡのウェイト１６は遠心力により中央に向け戻ろうと
し、この力は支持杆１５下端を介して送り台７の移動を
阻止する方向に働くため、送り台７の移動距離が拡大し
てしまうおそれはない。

なお送り台７はその背面に挿通した押えシャフト４，４
先端のバネ（図示しない）により常時第１図中右方向に
常時付勢されているので、ナツト１１とボルト１２との
間の遊びによる移動距離の誤差は生じない。

次に本発明の第２発明を説明する。ところで、第４図に
示すように、上記した第１発明を示す第１実施例におい
ては、ウェイト１６の重心Ｗの旋回半径（重心Ｗとビン
１５ａ間の距離）は、主軸１の中心と重心Ｗ間の距離ｒ
ユよりも小さいため、１次バランサＡの旋回にともなっ
て、重心Ｗと主軸１の中心間の距離は徐々に減少する。

このためウェイト１６についての遠心力Ｓ＝ｍｒω２　
　（ｍ・・・質量、ｒ・・・回転半径、ω・・・角速度
）の大きさは徐々に小さくなる。

これに対し、送り台７についての遠心力は移動距離Ｔに
比例して増大するため、移動距離Ｔが大きくなるに従い
、送り台７についての遠心力が上下の１次バランサＡ、
Ａの遠心力の合力よりも大きくなるという若干の、不均
衡が生ずる。

この不均衡を是正すべく、１次バランサＡの遠心力の不
足を補填せんとしたのが第２発明であって、第５図乃至
第７図に示す第２実施例について説明する。

上記第１実施例の回転台２の外端より内方に向けフラン
ジ２３を突出させ、該フランジ２３を挟んで扇形のウェ
イト１９．１９を前後に対向させて１対とし、その下端
同士を左右のローラ２１゜２１の回転軸により接続し、
２枚１対のウェイト１９の前面に、円弧を２個対向させ
略■字形とした誘導溝２２を穿設して２次バランサＢを
構成する。この２次バランサＢは、フランジ２３の内端
にローラ２１，２１を当接させることにより、フランジ
２３の内端形状に沿って２次バランサＢが自在に回動す
るように、回転台２の上下位置に１対ずつ配置する。

しかして、この第２実施例のバランス装置を装着した主
軸１を回転駆動して切削加工に供する。

第６図は、送り台７を移動していない状態の回転台２を
示す。この時工具Ｃを装着した送り台７の重心は、主軸
１の回転軸線の延長上に位置している。このとき、回転
軸線を挾んで上下に位置する１次バランサＡ及び２次バ
ランサＢは、いずれも中央に位置しているため、回転台
２上の各部材の重心（すなわち送り台７．１次バランサ
Ａ及び２次バランサＢの遠心力の合力）は主軸１の回転
軸線上に位置している。従ってこのときは、主軸１の回
転軸線上において工具Ｃが回転することになる。

次に、主軸１の回転と異なる速度で工具駆動軸１０を回
転すると、傘歯車１４がボルト１２を回転させ、ボルト
１２はナツト１１を第５図中左右方向に駆動する結果、
送り台７は左右方向に移動する。こうして送り台７を図
中右方向にやや移動した状態を第７図に示す。このとき
、送り台７が図中右方向に移動すると、送り台７の裏面
の溝２４に嵌合したピン１７が右方向に移動することに
より、１次バランサＡは先端のウェイト１６部分を、送
り台７の移動と反対方向の左方向に旋回する。又２次バ
ランサＢは、１次バランサＡのウェイト１６の裏面の連
動ピン１８．１８により、２次バランサ表面の誘導溝２
２の形状にしたがって左方向に駆動され、回転台２のフ
ランジ２３の形状に倣って旋回し、左方向に張り出す。

ここで各バランサと送り台との均衡関係を説明する。

送り台７についての遠心力Ｓ＝ｍｒω２は、移動距離Ｔ
に比例して増大する。これに対し、１次バランサＡの旋
回半径（枢着部１５ａからの距離）は、ウェイト１６の
重心Ｗの回転半径ｒ１すなわち重心Ｗと主軸１との間の
距離よりも小さいので、１次バランサＡの旋回にともな
って、重心Ｗの回転半径は徐々に減少する。このため回
転台２の旋回に伴って発生するウェイト１６についての
遠心力Ｓ、＝ｍ１　ｒ、ω２は徐々に小さくなり、上下
の１次バランサＡについての遠心力の合力は送り台７の
移動距離Ｔに比例しない。

ここで、２次バランサＢは回転台２のフランジ２３に沿
って旋回するため主軸１の中心からの距離ｒ２が一定な
ので、上下の２次バランサＢについての遠心力の合力は
、旋回角度にかかわらず一定であり、方向のみが変化す
る。従って、送り台７を移動したときにも回転台２上の
１次バランサＡ、Ａ、２次バランサＢ、　　Ｂ及び送り
台７のそれぞれの遠心力は常に均衡を保つ。

つまり、送り台７の移動距離が小さい域では１次バラン
サＡが、大きい域では２次バランサＢがそれぞれ主とし
て作用することにより、両バランサＡ、　　Ｂについて
の遠心力の合力の変遷は、送り台７についての遠心力の
変遷にきわめて近い特性を持ち、かつ送り台７の移動方
向と逆の方向に働くので、送り台７の移動に伴う回転台
２上の重心の偏在を、常時矯正するものである。

又２次バランサＢは遠心力によりフランジ２３の内端に
強く押し付けられるため、１次バランサＡが中央へ旋回
しようとするのを連動ピン１８を介して阻止し、１次バ
ランサＡの傾斜状態を維持するように働く。

（発明の効果）本発明は、送り台の移動にともない該移動と反対方向に
１次バランサが旋回するようにしたので、バランス装置
を小型に形成できると共に、工具を主軸の回転軸から外
方に移動したときに生ずる不均衡を小さく押えることが
できるという効果を生ずる。

また回転半径が一定な２次バランサを上記１次バランサ
と連動させるようにしたので、主軸の回転に伴って生ず
る不均衡をさらに小さく押さえることができると共に、
このように従来に比し格段に良好なバランスが得られる
結果、１１０００ｒｐ乃至１５００ｒｐｍ程度の高速回
転切削に使用しても主軸の回転精度が低下したり、耐久
性が悪化することがない。

さらに、１次バランサと２次バランサの連動が機械的に
行われるようにしたので、構成が簡易であるという効果
を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す正面図、第２図はそ
のＧ−Ｇ線断面図、第３図及び第４図はその作動を示す
正面図、第５図は第２実施例を示す正面図、第６図及び
第７図はその作動を示す正面図、第８図は工具取付部と
アダプタとの接合部分を示す斜視図、第９図及び第１０
図は従来の工具装着方式を示す側面図及び斜視図、第１
１図は従来のバランス装置の例を示す正面図である。１・・・主軸、２・・・回転台、７・・・送り台、１５
・・・支持杆、１６・・・ウェイト、１８・・・連動ピ
ン、２１・・・ローラ、２２・・・誘導溝、２３・・・
フランジ、２４・・・縦溝、Ａ・・・１次バランサ、Ｂ
・・・２次バランサ、Ｃ・・・工具特許出願人　　株式会社　有吉機工集団代理人　　牧　
口部（ほか３名）綜綜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主軸の先端部に円盤状の回転台を設け、該回転台
には主軸軸心より左右方向に移動可能な送り台を備え、
一方前記回転台上には支持杆の先端にウェイトを固設し
て成る１次バランサの中間部を回動自在に枢着すると共
に、上記送り台の裏面中央に穿設した縦溝に上記支持杆
の基端を摺動自在に連結したことを特徴とする工作機械
主軸のバランス装置。
（２）上記回転台の外端より内方に向けフランジを突設
し、該フランジの内端面に２次バランサを回動自在に当
接すると共に、該２次バランサに穿設した誘導溝に上記
１次バランサ先端を摺動自在に連繋したことを特徴とす
る請求項１記載の工作機械主軸のバランス装置。