專利名稱：機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以將刀具架保持以及摘取于主軸上的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
要連結(jié)安裝了切削刀具等刀具的刀具架與機(jī)床的主軸，首先將設(shè)置在刀具架的端面上的凸形圓錐部嵌合到形成于主軸頂端部上的凹形圓錐部中。然后，通過設(shè)置在主軸一側(cè)的牽引桿把設(shè)置在刀具架的凸形圓錐部的頂部上的牽引螺栓往上牽引，使刀具架的凸形圓錐部(圓錐面)與主軸的凹形圓錐部(圓錐面)相接觸。
但是，這樣一來，刀具架與主軸通過圓錐面間的接觸而形成的這種結(jié)合有如下的不足。當(dāng)在刀具架上施加外力時(shí)，容易發(fā)生大的傾斜；并且，當(dāng)進(jìn)行刀具交換時(shí)，會(huì)造成刀具長度參差不齊；再有，當(dāng)主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)凹形圓錐部會(huì)擴(kuò)大，刀具架將被過度地牽引到主軸的內(nèi)部。
對此，近年來，除了使刀具架的圓錐面與主軸的圓錐面相接觸，還實(shí)行了使刀具架的端面與主軸的端面相接觸，刀具架和主軸連結(jié)的二面約束方式的主軸結(jié)構(gòu)被廣泛地采用。采用這種方式彌補(bǔ)了上述的不足，能夠利用刀具進(jìn)行更高質(zhì)量的加工。
作為兩面約束方式的主軸結(jié)構(gòu)公知的有，使刀具架的凸形圓錐部嵌合到主軸的凹形圓錐部中，而且使主軸的端面以及刀具架的端面都延伸出來相互接合(參照日本特開平5-285715號(hào)公報(bào))。
在這種結(jié)構(gòu)中，使凸形圓錐部的外徑比凹形圓錐部的內(nèi)徑更大，并預(yù)置了過盈量，當(dāng)?shù)毒呒鼙粻恳街鬏S中時(shí)，利用刀具夾緊力產(chǎn)生的彈性變形性質(zhì)，使得主軸及刀具架雙方的端面緊密接觸。本刀具架被牽引到主軸中的量隨著刀具夾緊力的增加而增加。
然而，由于牽引螺栓的強(qiáng)度、非夾緊裝置的負(fù)擔(dān)等問題，不能隨意地增大刀具夾緊力。因此，為使圓錐面及端面同時(shí)緊密接觸，必須在很小的誤差范圍內(nèi)精密地確定主軸圓錐面與主軸端面的位置關(guān)系，這就增大了主軸制作的成本。
并且，介于主軸與刀具架的圓錐面之間的油膜使得兩者間產(chǎn)生浮游狀態(tài)，不能完全地獲得傳遞轉(zhuǎn)矩，其結(jié)果不能使工作能力得到充分發(fā)揮。
再有，主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其凹形圓錐部在離心力作用下向外擴(kuò)展。由于此擴(kuò)展比刀具架的凸形圓錐部的擴(kuò)展要大，造成刀具夾持狀態(tài)的不穩(wěn)定。
圖8表示的是伴隨主軸旋轉(zhuǎn)數(shù)的變化的凸形圓錐部及凹形圓錐部的變形(擴(kuò)展)。主軸靜止時(shí)，預(yù)置了2μm的過盈量(凸形圓錐部的外徑與凹形圓錐部的內(nèi)徑之差)，此過盈量隨著主軸旋轉(zhuǎn)數(shù)的增加而減少，大約超過17,000min-1時(shí)可發(fā)現(xiàn)兩者間出現(xiàn)了空隙。
作為其他的兩面約束式主軸結(jié)構(gòu)公知的有，通過在刀具架的圓錐面與主軸的圓錐面之間裝入套筒狀的可動(dòng)部件，使得刀具的牽引量隨著刀具的牽引力的增加而增加，同時(shí)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)也發(fā)生同等程度的變形(參照日本特開2000-158270號(hào)公報(bào)、日本特開2002-172534號(hào)公報(bào)、日本實(shí)開昭60-143628號(hào)公報(bào))。
但是，上述的結(jié)構(gòu)都有以下缺點(diǎn)由于主軸和刀具架之間的傳遞轉(zhuǎn)矩小，所以不能充分發(fā)揮刀具的性能，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)，通過使刀具架的凸形圓錐部和刀具架的端面與主軸的凹形圓錐部和端面相接觸以及分離，使得所述刀具架可以被保持在所述主軸上以及從所述主軸取下，在所述主軸凹形圓錐部的主軸中心軸方向上的一處或多處一體設(shè)置圓環(huán)狀圓錐部分，使該圓環(huán)狀圓錐部分的直徑比所述刀具架的凸形圓錐部與所述圓環(huán)狀圓錐部分相接觸的那部分的直徑更小。
采用本發(fā)明，既不需要可動(dòng)零件也無需精密的加工精度，以圓錐面以及端面這兩面就能夠使刀具架和主軸穩(wěn)定并互相約束，從而能夠獲得較高的傳遞轉(zhuǎn)矩，使刀具穩(wěn)定并夾持。
采用本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)，由于是圓錐面彼此的接觸為圓環(huán)狀圓錐部分處的局部接觸，所以接觸部分容易發(fā)生彈性變形，刀具架和主軸的圓錐面彼此接觸后能夠進(jìn)一步被充分地牽引。因此，在獲得穩(wěn)定的兩面約束狀態(tài)的同時(shí)，能夠使主軸的圓錐面和端面的位置關(guān)系的容許誤差范圍變大，從而可以降低所要求的加工精度，降低制造成本。
還有，能夠加大刀具架和主軸間的過盈量的設(shè)定，圓錐面上產(chǎn)生的表面壓力升高的同時(shí)，由于圓錐面彼此的接觸面積縮小，不會(huì)因介于兩者間的油膜而產(chǎn)生浮游狀態(tài)，所以主軸和刀具架之間可獲得較高的傳遞轉(zhuǎn)矩。
再有，由于能夠加大預(yù)置的過盈量，主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)即使主軸的凹形圓錐部發(fā)生了擴(kuò)展，過盈量也不會(huì)完全消失，能夠維持穩(wěn)定的刀具夾持狀態(tài)。
本發(fā)明的上述以及其它目的和特征，可參照附圖由以下的實(shí)施例來闡明。


圖1是本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的第1實(shí)施方式剖面圖。
圖2為圖1的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)中關(guān)于過盈量的說明剖面圖。具體來說，使主軸的凹形圓錐部上形成的圓環(huán)狀圓錐部分的直徑略小于刀具架的凸形圓錐部上和所述圓環(huán)狀圓錐部分相接的部位的直徑，由此給出了過盈量。
圖3是對與刀具牽引力相對應(yīng)的刀具牽引量、過盈量和公差幅度通過以往的主軸結(jié)構(gòu)與圖1的主軸結(jié)構(gòu)來對比的表。
圖4A是表示以往的主軸結(jié)構(gòu)中表面壓力分布狀態(tài)的圖；圖4B為圖1的主軸結(jié)構(gòu)中表面壓力分布狀態(tài)的圖。
圖5為本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的第2實(shí)施方式的剖面圖。
圖6為本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的第3實(shí)施方式的剖面圖。
圖7為本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的第4實(shí)施方式的剖面圖。
圖8為以往的主軸結(jié)構(gòu)中隨著主軸旋轉(zhuǎn)數(shù)的改變而發(fā)生的凸形圓錐部及凹形圓錐部的變形的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1對本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的第1實(shí)施方式加以說明。
圖1所示的主軸結(jié)構(gòu)中，安裝了切削刀具等刀具(無圖示)的刀具架1被安裝在機(jī)床的主軸2上，將刀具連結(jié)到主軸2上，便可將主軸2的運(yùn)動(dòng)傳遞到刀具上。
在刀具架1的端面1a的中央部位，一體設(shè)有凸形圓錐部3，其中心軸與刀具架1的中心軸一致。在該凸形圓錐部3的頂部，沿著凸形圓錐部3的中心軸方向豎立設(shè)置了牽引螺栓4。
在主軸2的端面2a的中央部位，形成了凹形圓錐部5，其中心軸與主軸2的中心軸一致。在凹形圓錐部5的底部，配置有拆裝自如地把持刀具架1的牽引螺栓4的牽引桿6。并且，在主軸中心軸方向的中間位置，一體形成有圓環(huán)狀圓錐部分7。該圓環(huán)狀圓錐部分7具有從凹形圓錐部5的表面向內(nèi)突起的突出部樣式，該突出部的內(nèi)周面形成與凹形圓錐部5的表面平行的圓錐形的面(圓錐面)。
然后，將刀具架1的凸形圓錐部3插入主軸2的凹形圓錐部5，使其接觸到圓環(huán)狀圓錐部分7的圓錐面后，由牽引桿6把刀具架1的牽引螺栓4牽引上來，刀具架1的端面1a就和主軸2的端面2a吻合在一起。
再者，如圖2所示，使形成于凹形圓錐部5上的圓環(huán)狀圓錐部分7的直徑(內(nèi)徑)A略小于凸形圓錐部3上和所述圓環(huán)狀圓錐部分7相接的部位的直徑(外徑)B，由此給出了過盈量。并且，當(dāng)把刀具架1牽引到主軸2中時(shí)(即由牽引桿6把牽引螺栓4牽引上來時(shí))，凸形圓錐部3以及凹形圓錐部5發(fā)生彈性變形，凸形圓錐部3(圓錐面)與圓環(huán)狀圓錐部分7的內(nèi)周面(圓錐面)吻合在一起。
這樣，刀具架1的圓錐面(凸形圓錐部3)與主軸2的圓錐面(圓環(huán)狀圓錐部分7的內(nèi)周面)的接觸為局部的，容易產(chǎn)生彈性變形。因此，加以等同的刀具牽引力時(shí)的刀具牽引量，比起使凸形圓錐部的圓錐面全面和凹形圓錐部的圓錐面全面相接觸的以往結(jié)構(gòu)能夠更大，從而能夠預(yù)置更大的過盈量(凸形圓錐部3的直徑B與圓環(huán)狀圓錐部分7的直徑A的差)。
因此，主軸2的凸形圓錐部3(圓錐面)和端面2a在軸方向上的位置關(guān)系的容許誤差范圍，即公差幅度可以加大，與以往的結(jié)構(gòu)相比可以降低所要求的加工精度。
不讓刀具架的端面和主軸的端面接觸而使刀具牽引力發(fā)生作用的情況下，對于該刀具牽引力與圓錐面間接觸后刀具架被牽引到主軸內(nèi)部的刀具牽引量、能夠預(yù)置的過盈量、以及公差幅度之間的關(guān)系，以本發(fā)明的主軸結(jié)構(gòu)與以往的主軸結(jié)構(gòu)做比較，其結(jié)果示于圖3。
例如，刀具牽引力為2.0kN時(shí)，以往的主軸結(jié)構(gòu)中的刀具牽引量不超過8μm，而在本發(fā)明的主軸結(jié)構(gòu)中則為20μm。這樣，通過得到大的牽引量，相對于以往的主軸結(jié)構(gòu)中2μm的公差幅度，而本發(fā)明的主軸結(jié)構(gòu)中的公差幅度為10μm的話，能夠擴(kuò)大5倍。
并且，由于主軸2的圓錐面(圓環(huán)狀圓錐部分7的內(nèi)周面)其接觸面積小，不會(huì)因介于圓錐面彼此的接觸部之間的油膜而出現(xiàn)浮游狀態(tài)，而且，因?yàn)榘夹螆A錐部5的其他部分與凸形圓錐部3不接觸，介于這部分之間的油膜不影響傳遞轉(zhuǎn)矩，由此，可以獲得較高的傳遞轉(zhuǎn)矩。
刀具架處于被安裝在主軸上的狀態(tài)時(shí)，有關(guān)施加在圓錐面和端面上的表面壓力，以本發(fā)明的主軸結(jié)構(gòu)與以往的主軸結(jié)構(gòu)所做的比較結(jié)果表示在圖4A和圖4B中。
在圖4A所示的以往的兩面約束方式的主軸結(jié)構(gòu)中，因?yàn)橹鬏S的凹形圓錐部和刀具架的凸形圓錐部全面緊密接觸，所以，較低的表面壓力作用于接合面全體上。另一方面，在圖4B所示的本發(fā)明的主軸結(jié)構(gòu)中，較高的表面壓力集中作用于圓環(huán)狀圓錐部分7的內(nèi)周面上。
產(chǎn)生于圓錐面上的表面壓力和產(chǎn)生于端面上的表面壓力有交換關(guān)系，當(dāng)產(chǎn)生于圓錐面上的表面壓力非常高時(shí)，可以通過調(diào)整預(yù)置的過盈量，使作用于端面上的表面壓力升高，就能夠達(dá)到良好的平衡。
圖1所示的主軸結(jié)構(gòu)可以有多種變型。
例如，在圖5所示的例子(本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的第2實(shí)施方式)中，在凹狀圓錐部5的主軸中心軸方向的上方位置形成圓環(huán)狀圓錐部分7。
在圖6所示的例子(本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的第3實(shí)施方式)中，在凹形圓錐部5的主軸中心軸方向的下端位置形成圓環(huán)狀圓錐部分7。
還有，在圖7表示的例子(本發(fā)明的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的第4實(shí)施方式)中，使圓環(huán)狀圓錐部分7形成于凹形圓錐部5在主軸中心軸方向的上方位置以及下端位置這兩方。
而且，不是在主軸2一側(cè)、而是在刀具架1的凸形圓錐部3的外周面上設(shè)置圓環(huán)狀圓錐部分7，也能夠獲得同樣的效果。即，在刀具架1的凸形圓錐部的中心軸方向上，在一處或多處一體設(shè)置圓環(huán)狀圓錐部分，而且，使該圓環(huán)狀圓錐部分的直徑比主軸2的凹形圓錐部5與圓環(huán)狀圓錐部分接觸的部位的直徑更大。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)，使刀具架的凸形圓錐部和刀具架的端面與主軸的凹形圓錐部和主軸的端面相接觸以及分離，將所述刀具架可以保持在所述主軸上以及從所述主軸上拆卸下，其特征在于在所述主軸凹形圓錐部的主軸中心軸方向上的一處或多處一體設(shè)置圓環(huán)狀圓錐部分，使所述圓環(huán)狀圓錐部分的直徑比所述刀具架的凸形圓錐部與所述圓環(huán)狀圓錐部分接觸的部分的直徑更小。
2.一種機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)，使刀具架的凸形圓錐部和刀具架的端面與主軸的凹形圓錐部和主軸的端面相接觸以及分離，將所述刀具架可以保持在所述主軸上以及從所述主軸上拆卸下，其特征在于在所述主軸凸形圓錐部的主軸中心軸方向上的一處或多處一體設(shè)置圓環(huán)狀圓錐部分，使所述圓環(huán)狀圓錐部分的直徑比所述主軸凹形圓錐部與所述圓環(huán)狀圓錐部分接觸的部分的直徑更大。
全文摘要
本發(fā)明涉及可以將刀具架保持以及摘取于主軸上的機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)。通過使刀具架的凸形圓錐部及端面分別與主軸的凹形圓錐部及端面相接觸，將刀具架安裝在主軸上。使圓環(huán)狀圓錐部分在主軸的凹形圓錐部的內(nèi)側(cè)面上向里面突起。使圓環(huán)狀圓錐部分的直徑比刀具架的凸形圓錐部與該圓環(huán)狀圓錐部分接觸的部位的直徑更小。
文檔編號(hào)B23B31/00GK1654146SQ200510001668
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日
發(fā)明者渡邊訓(xùn)夫, 藤元明彥, 室田真弘 申請人:發(fā)那科株式會(huì)社