主轴装置及机床的制作方法

本发明涉及能够保持刀具的主轴装置及具有该主轴装置的机床。

背景技术：

日本特许公开公报第2008－137110号公开了一种具有主轴装置的机床。主轴装置具有主轴、夹持机构、牵引杆和弹簧。夹持机构设于主轴的一端部，用于把持刀具。牵引杆与夹持机构相连结。弹簧设于牵引杆周围，对牵引杆向主轴的另一端部侧施力。

在牵引杆位于主轴的另一端部侧时，夹持机构能够把持刀具。在牵引杆克服弹簧的施力移动到主轴的一端部侧时，夹持机构能够解除对刀具的把持。

在牵引杆移动到主轴的一端部侧时，弹簧收缩，弹簧的轴线方向中央部朝径向外侧扩张。由此，在牵引杆与弹簧之间产生间隙。在牵引杆移动到主轴的另一端部侧，使夹持机构把持着刀具时，弹簧虽然伸展，但未伸展至自由状态。因此，在牵引杆与弹簧之间存在间隙。在主轴在把持刀具的状态下高速旋转时，由于存在有间隙，因此弹簧会振动。弹簧的振动会传递给主轴，导致工件的加工精度降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供能够抑制设置在牵引杆周围的弹簧振动的主轴装置及具有该主轴装置的机床。

技术方案1的主轴装置具有：主轴，其呈筒状，能够绕轴线旋转，能够在该主轴的一端部装配刀具；牵引杆，其能够在所述主轴的内侧沿轴向移动；及弹簧，其位于所述牵引杆周围，对所述牵引杆向所述主轴的另一端部侧施力，其中，所述弹簧具有小径部或所述牵引杆具有大径部，所述小径部的内径小于所述弹簧的其他部分的内径，所述大径部的直径大于所述牵引杆的其他部分的直径。

弹簧具有小径部或牵引杆具有大径部，因此，能够抑制在弹簧收缩时在弹簧与牵引杆之间产生间隙。

技术方案2的主轴装置的小径部的至少一部分或大径部的至少一部分位于弹簧的轴线方向中央处。小径部或大径部位于弹簧的最容易产生间隙的轴线方向中央处，因此，能够可靠地抑制间隙产生。

技术方案3、4的主轴装置在小径部与弹簧的其他部分之间的边界处具有台阶部。与以避免出现台阶部为目的使内径逐渐发生变化的制造弹簧的方法相比，制造具有台阶部的弹簧的方法较为容易。

技术方案5、6的主轴装置的弹簧的其他部分具有截锥形状部，该截锥形状部的靠所述小径部侧的外径小于该截锥形状部的靠与所述小径部所处那一侧相反的一侧的外径。在将牵引杆插入弹簧时，截锥形状部能够引导牵引杆，因此，容易进行组装作业。

技术方案7的主轴装置的弹簧包括螺旋弹簧。与使用碟簧等的情况相比，在使用螺旋弹簧的情况下，能够削减制造费用。

技术方案8的机床具有上述任一技术方案所述的主轴装置。该机床能够获得与技术方案1～7同样的效果。

附图说明

图1是表示实施方式1的机床的立体图。

图2是表示主轴装置的剖视图。

图3是表示牵引杆和螺旋弹簧的剖视图。

图4是表示将螺旋弹簧的结构的一部分变更后得到的变形例1的机床的牵引杆和螺旋弹簧的剖视图。

图5是表示将螺旋弹簧的结构的一部分变更后得到的变形例2的机床的牵引杆和螺旋弹簧的剖视图。

图6是表示实施方式2的机床的牵引杆和螺旋弹簧的剖视图。

具体实施方式

实施方式1

下面，基于附图说明实施方式1的机床。在下面的说明中使用附图中用箭头表示的上下、左右、前后。如图1所示，机床100具有沿前后方向延伸的矩形的基座1。用于保持工件的工件保持部3设于基座1的上部靠前侧的位置。工件保持部3能够绕a轴和c轴旋转，a轴以左右方向为轴向，c轴以上下方向为轴向。

用于支承后述的立柱4的支承台2设于基座1的上部靠后侧的位置。y轴方向移动机构10设于支承台2的上部，能够使移动板16沿前后方向移动。y轴方向移动机构10具有y轴螺杆12、y轴马达13、轴承14和两个沿前后方向延伸的导轨11。

导轨11设于支承台2的上部的靠左侧的位置和靠右侧的位置。y轴螺杆12沿前后方向延伸，设于两个导轨11之间。轴承14设于y轴螺杆12的前端部和中段部(省略图示)。y轴马达13与y轴螺杆12的后端部相连结。

螺母(省略图示)隔着滚动体(省略图示)与y轴螺杆12螺纹接合。滚动体例如为滚珠。多个滑动件15以能够滑动的方式设于各导轨11。移动板16沿水平方向延伸，与螺母和滑动件15的上部相连结。在y轴马达13旋转时，带动y轴螺杆12旋转，从而，螺母沿前后方向移动，移动板16沿前后方向移动。

x轴方向移动机构20设于移动板16的上表面。x轴方向移动机构20能够使立柱4沿左右方向移动。x轴方向移动机构20具有x轴螺杆22、x轴马达(省略图示)、轴承23和两个沿左右方向延伸的导轨21。

导轨21设于移动板16的上表面的靠前侧的位置和靠后侧的位置。x轴螺杆22沿左右方向延伸，设于两个导轨21之间。轴承23设于x轴螺杆22的左端部和中段部(省略图示)。x轴马达与x轴螺杆22的右端部相连结。

螺母(省略图示)隔着滚动体(省略图示)与x轴螺杆22螺纹接合。多个滑动件26以能够滑动的方式设于各导轨21。立柱4与螺母和滑动件26的上部相连结。在x轴马达旋转时，带动x轴螺杆22旋转，从而，螺母沿左右方向移动，立柱4沿左右方向移动。

z轴方向移动机构30设于立柱4的前表面。z轴方向移动机构30能够使主轴头5沿上下方向移动。z轴方向移动机构30具有z轴螺杆32、z轴马达33、轴承34和两个沿上下方向延伸的导轨31。

导轨31设于立柱4的前表面的靠左侧的位置和靠右侧的位置。z轴螺杆32沿上下方向延伸，设于两个导轨31之间。轴承34设于z轴螺杆32的下端部和中段部(省略图示)。z轴马达33与z轴螺杆32的上端部相连结。

螺母(省略图示)隔着滚动体(省略图示)与z轴螺杆32螺纹接合。多个滑动件35以能够滑动的方式设于各导轨31。主轴头5与螺母和滑动件35的前部相连结。在z轴马达33旋转时，带动z轴螺杆32旋转，从而，螺母沿上下方向移动，主轴头5沿上下方向移动。

主轴装置50设于主轴头5。主轴装置50具有沿上下方向延伸的主轴51。主轴51能够绕轴线旋转。主轴马达6设于主轴头5的上端部。能够在主轴51的下端部装配刀具。在主轴马达6旋转时，带动主轴51旋转，从而，刀具旋转。旋转的刀具能够对保持在工件保持部3的工件进行加工。

机床100具有用于更换刀具的换刀装置(省略图示)。换刀装置能够使收纳在刀库(省略图示)中的刀具与当前装配在主轴51上的刀具互换。

如图2所示，主轴装置50具有牵引杆53、螺旋弹簧54、筒状的主轴51和用于保持刀具的夹持机构52。分隔壁51c设于主轴51的内侧。第一室51a设于分隔壁51c的上侧，第二室51b设于分隔壁51c的下侧。

牵引杆53沿着主轴51的轴向插入。牵引杆53能够沿该轴向移动。牵引杆53具有连结轴部53b、凸缘部53c、螺杆部53d和棒状的主体部53a。连结轴部53b自主体部53a的一端部沿轴向突出，与夹持机构52相连结。凸缘部53c的直径大于主体部53a的直径和连结轴部53b的直径。凸缘部53c设于连结轴部53b与主体部53a之间的连结部分。螺杆部53d设于主体部53a的另一端部。主体部53a和凸缘部53c位于第一室51a。连结轴部53b贯穿分隔壁51c，位于第一室51a和第二室51b。夹持机构52设于第二室51b的端部。弹簧座59设于凸缘部53c周围。弹簧座59位于第一室51a内。弹簧座59具有筒部59a和环状部59b，筒部59a和环状部59b形成为一体。环状部59b以与筒部59a同轴的方式设于该筒部59a的端部。环状部59b的开口的直径小于凸缘部53c的直径。主体部53a从筒部59a侧插入环状部59b的开口。延长构件57设于第一室51a的上端部。螺杆53d与延长构件57螺纹接合。在第一室51a中，螺旋弹簧54设于主体部53a周围。螺旋弹簧54位于延长构件57与弹簧座59之间，螺旋弹簧54的上端部与延长构件57相接触，螺旋弹簧54的下端部与弹簧座59相接触。螺旋弹簧54对延长构件57和牵引杆53向上方施力。

多个轴承55嵌在主轴51的下部的外侧，多个轴承55以主轴51能够绕轴旋转的方式支承该主轴51。非装配用筒56嵌在主轴51的上部的外侧，能够相对于主轴51滑动。凸缘56a设于非装配用筒56的下端部。非装配用筒56位于延长构件57的径向外侧位置。两个沿轴向延伸的长圆孔(省略图示)设于主轴51的上部。两个长圆孔在主轴51的径向上相对。沿主轴51的径向贯通的销孔57a设于延长构件57。销孔57a位于与长圆孔相对应的位置。销58插入长圆孔和销孔57a，销58的两端部与非装配用筒56相连结。主轴装置50具有能够向下方按压非装配用筒56的臂部(省略图示)。在臂部向下方按压凸缘56a时，牵引杆53克服螺旋弹簧54的施力向下方移动。

夹持机构52设于主轴51的下端部。在要更换当前装配在夹持机构52上的刀具时，主轴头5上升至换刀位置，所述臂部向下方按压凸缘56a，牵引杆53下降，螺旋弹簧54收缩，夹持机构52解除对刀具的保持。换刀装置使解除了保持的刀具与新刀具互换，臂部解除对凸缘56a的下压，牵引杆53在螺旋弹簧54的回弹力的作用下向上方移动，从而使夹持机构52保持新刀具。在夹持机构52保持刀具时，螺旋弹簧54未伸展至自由状态，保持收缩的状态(与解除对刀具的保持时相比伸展了一些的状态)。

如图3所示，螺旋弹簧54具有上端部54a、下端部54b和小径部54c。小径部54c位于上端部54a与下端部54b之间，小径部54c的至少一部分位于螺旋弹簧54的轴线方向中央处。上端部54a的内径和下端部54b的内径大致恒定。小径部54c的内径小于上端部54a的内径和下端部54b的内径，且小径部54c的内径大致恒定。台阶部54s设于上端部54a与小径部54c之间的边界处和下端部54b与小径部54c之间的边界处。上端部54a、下端部54b的内径只要大于小径部54c的内径即可，上端部54a和下端部54b的内径也可以不同。例如上端部54a的内径既可以大于下端部54b的内径也可以小于下端部54b的内径。

在夹持机构52保持刀具时，螺旋弹簧54未伸展至自由状态，保持收缩的状态。螺旋弹簧54具有小径部54c，因此，主轴装置50和机床100能够抑制在螺旋弹簧54收缩时在螺旋弹簧54与牵引杆53之间产生间隙的情况发生，从而能够抑制在主轴51旋转时螺旋弹簧54振动。

螺旋弹簧54的上端部54a与延长构件57相接触，螺旋弹簧54的下端部54b与弹簧座59相接触，因此，在主轴51旋转时，螺旋弹簧54的上端部54a、下端部54b不易沿径向扩张。因此，与螺旋弹簧54的上端部54a、下端部54b相比，螺旋弹簧54的轴线方向中央部较容易沿径向扩张，从而最容易在螺旋弹簧54的轴线方向中央部与牵引杆53之间产生间隙。小径部54c位于螺旋弹簧54的轴线方向中央处，因此，能够可靠地抑制间隙产生。

主轴装置50和机床100使用了螺旋弹簧54，因此，与使用碟簧等的情况相比，能够削减制造费用。将螺旋弹簧54制造成台阶状，因此，在制造内径不同的小径部54c、上端部54a和下端部54b时，与以避免出现台阶部为目的使内径逐渐发生变化的方法相比，较为容易。

也可以是，上端部54a或下端部54b中的一者的内径大于小径部54c的内径，另一者的内径与小径部54c的内径相同。

对将螺旋弹簧54的结构的一部分变更后得到的变形例1进行说明。如图4所示，螺旋弹簧54的上端部54d呈上侧的内径大于下侧的内径的截锥形状。螺旋弹簧54的下端部54e呈下侧的内径大于上侧的内径的截锥形状。上端部54d和下端部54e构成为截锥形状部。由于上端部54d和下端部54e呈截锥状，因此，在将牵引杆53向螺旋弹簧54插入时，上端部54d和下端部54e能够引导牵引杆53。也可以是，上端部54d或下端部54e中的一者呈截锥状，另一者的内径恒定。

对将螺旋弹簧54的结构的一部分变更后得到的变形例2进行说明。如图5所示，两个沿径向突出的突出部54f设于小径部54c的中段部分。突出部54f的内径大于小径部54c的内径。小径部54c的至少一部分位于螺旋弹簧54的轴线方向中央处。也可以设置三个以上的突出部54f。

实施方式2

基于附图说明实施方式2的机床100。如图6所示，螺旋弹簧54的内径从上端至下端大致恒定。牵引杆53具有大径部53e，该大径部53e是通过将该牵引杆53的中央部分的直径做得大于该牵引杆53的其他部分的直径来做成的。牵引杆53插入螺旋弹簧54，大径部53e的至少一部分位于螺旋弹簧54的轴线方向中央处。

实施方式2的主轴装置50和机床100中的牵引杆53具有大径部53e，因此，能够抑制在螺旋弹簧54收缩时在螺旋弹簧54与牵引杆53之间产生间隙的情况发生。

大径部53e位于与螺旋弹簧54的最容易产生间隙的轴线方向中央相对应的位置，因此，能够可靠地抑制间隙产生。

螺旋弹簧54为弹簧的一例，不限定于此。也可以是，例如在牵引杆53周围沿上下方向排列设置多个碟簧。机床100中的立柱4能够沿x方向、y方向移动，但也可以是，立柱4固定于支承台2，用于保持工件的工作台能够沿x方向、y方向移动。机床100为立式机床，主轴头5沿上下方向移动。机床也可以是卧式机床。卧式机床的主轴头5沿前后方向移动。

对实施方式2的机床100的结构中的与实施方式1同样的结构标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。