旋转台装置和设置有该旋转台装置的机床的制作方法

本发明的一方面涉及一种旋转台装置和配备有该旋转台装置的机床。

背景技术

在大型机床比如加工中心中，存在包括用于安装工件或刀具的旋转台的机床。旋转台以可旋转的方式安装并被支承在作为基部的支承件上。此外，旋转台可以通过活塞构件的作用力而相对于支承件上的旋转方向被抓持(例如，参见专利文献1)。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：jp-a-2008-114306

技术实现要素：

本发明要解决的问题

图6示出了设置在加工中心中的旋转台装置118的示例。如图6所示，如观察到的，支承件122设置在下部处，并且旋转台120设置在上部处。支承件122的中心部分是旋转基部轴辅助构件140。旋转台120的内周筒形部分由旋转基部轴辅助构件140经由轴承143支承，并且能够绕旋转基部轴辅助构件140旋转。旋转方向由箭头b表示。

在支承件122的外周部分的位置处设置有滑动表面146，该滑动表面146在旋转台120旋转时在布置状态下滑动和旋转。此外，在支承件122的旋转基部轴辅助构件140与外周部分的滑动表面146之间，在支承件122与旋转台120之间设置有通过工作油的供应而上下移动的活塞构件152。当工作油供应至活塞构件152的下部的下工作油室164时，活塞构件152向上移动，并且当工作油供应至活塞构件152的上部的上工作油室162时，活塞构件152向下移动。竖向移动范围约为1mm。

活塞构件152的向下力传递至通过螺栓158与旋转台120结合的旋转传动辅助构件128的肋部128a，以使整个旋转台120和128向下降低。

利用上述构型，由空心箭头指示的作用力f通过活塞构件152的向下移动运动被传递至旋转传动辅助构件128的肋部128a。该作用力f传递至与旋转传动辅助构件128结合的旋转台120，并且还作为由空心箭头表示的作用力f传递至支承件122的外周部分的位置处的滑动表面146。通过传递至滑动表面146的作用力f在滑动表面146上产生摩擦力，从而阻止旋转台120旋转。也就是说，旋转台120被支承件122限制和夹持。

此外，在上述构型中，活塞构件152设置成相对于支承构件122侧的构件和旋转台120侧的构件在旋转方向上不受约束的状态。为此，当向下作用力作用在活塞构件152上并且与旋转传动辅助构件128的肋部128a摩擦接合时，活塞构件152变为与旋转台120一体移动的状态。也就是说，在旋转台120的旋转状态下，活塞构件152也与旋转台120一体地旋转。

在旋转台装置118中，为了提高旋转台120的旋转效率，降低支承件122的滑动表面146与旋转台120的接触表面之间的摩擦系数是必需的。另一方面，为了提高抵抗旋转台120的旋转方向上的外力的夹持力，增大部件之间的摩擦系数是必需的。换言之，旋转台120的高旋转效率与高夹持力之间的相容性是矛盾的。

此外，鉴于以上几点，设计了本发明的一个方面，并且本发明的目的是使得能够约束活塞构件与旋转台之间的相对旋转，从而实现旋转台的高旋转效率和高夹持力两者。

解决问题的手段

为了解决上述问题，发明人专注于将活塞构件152与支承件122在旋转方向上结合在一起，其中，在图6所示的旋转台装置118中，活塞构件152处于在旋转方向上不受约束的状态。因此，设想的是，在将活塞构件152的作用力传递至旋转台120的路径中的旋转台120的旋转被阻止并且用于获得夹持力。本发明的各方面采用以下方法。

根据本发明的一方面的旋转台装置的基本构型包括：支承件，该支承件用作旋转台装置的基部；旋转台，该旋转台设置在形成在支承件上的滑动表面上，以便能够相对于支承件旋转和滑动；以及活塞构件，该活塞构件设置在旋转台上，以便能够沿旋转台的旋转轴线方向按压旋转台，其中，通过由活塞构件施加至旋转台的压力而产生在旋转方向上抵抗支承件的滑动表面与旋转台之间的旋转滑动的限制力。

旋转台装置还包括连接支承件和活塞构件的连接构件，连接构件具有能够在旋转台的旋转轴线方向上弯曲但在旋转方向上具有刚性的结构，并且当通过活塞构件压靠旋转台时，在活塞构件的按压部与旋转台之间也产生旋转台的旋转方向上的限制力。在此，连接构件在旋转方向上具有刚性的事实意味着连接构件在沿旋转方向施加载荷时基本上不会弹性变形，并且支承件与活塞构件之间的相对旋转被约束。

根据本发明的一方面，首先，当通过活塞构件的沿阻止和限制旋转的方向的作用力施加至旋转台时，在旋转台与支承件的滑动表面之间产生阻止和限制旋转台的旋转的作用力。因此，首先，执行支承件上的旋转台的夹持动作。

此外，根据本发明的一方面，旋转台的夹持动作还如下进行。换言之，根据本发明的一方面，支承件和活塞构件经由连接构件连接并且在旋转台的旋转方向上彼此结合，并且活塞构件可以在旋转轴线方向上移位。通过使活塞构件与作为旋转台装置的基部的支承件结合并使活塞构件成为非旋转构件，在利用活塞构件按压旋转台的按压部表面之间产生用于阻止和限制旋转台的旋转的作用力。因此，即使利用该作用力，也可以执行旋转台至支承件的夹持动作。

根据本发明的一方面，如上所述，可以在两个不同的位置处执行阻止和限制旋转台的旋转的动作，并且可以获得支承件上的较高的夹持力。

根据本发明的一方面，当在用上述活塞构件按压旋转台的按压部表面之间没有施加通过活塞构件的沿限制旋转的方向的作用力时，按压部表面之间的空间变为浮动状态。也就是说，连接构件的弯曲动作返回，并且在按压部表面之间产生间隙。因此，旋转台可以以较小的滑动阻力旋转，从而导致较高的旋转效率。

上述本发明的一方面的旋转台装置可以具有以下构型。

在上述旋转台装置中，连接支承件和活塞构件的连接构件可以包括：第一连接部，该第一连接部连接至活塞构件；第二连接部，该第二连接部连接至支承件；以及薄壁部分，该薄壁部分设置在第一连接部与第二连接部之间，并且构造成便于连接构件相对于旋转台的旋转轴线方向弯曲。通过这种构型，由于活塞构件的竖向运动的相对于支承件的相对移位和移动可以通过由于薄壁部分的较小阻力而容易地减小。

连接构件的薄壁部分可以具有在连接构件弯曲时不与支承件干涉的形状。在这种情况下，薄壁部分可以在连接构件的薄壁部分相对于旋转轴线方向与支承件分离的方向上形成为凹陷形状。通过形成这种形状的连接构件，当连接构件弯曲时，连接构件不与支承件干涉，并且连接构件可以长时间使用而不会损坏。

疲劳寿命改善方法可以应用于上述旋转台装置中的连接构件。通过应用疲劳寿命改善方法，可以改善连接构件的疲劳寿命。

上述疲劳寿命改善方法可以包括喷丸处理。由于喷丸处理通常是常用方法，因此可以获得稳定的性能。

在上述旋转台装置中，当通过活塞构件压靠旋转台时，活塞构件的按压部与旋转台之间的摩擦系数可以设定为大于形成在支承件上的接触表面与旋转台的滑动表面的之间的摩擦系数。当以这种方式设定摩擦系数时，可以令人满意地实现旋转台的较高的旋转效率与较高的夹持力之间的相容性。

在上述旋转台装置中，可以在形成在支承件上的滑动表面与旋转台的接触表面之间应用摩擦减轻方法。当以这种方式应用摩擦减轻方法时，可以减小部件的旋转滑动阻力，并且可以提高较高的旋转效率。

摩擦减轻器材可以包括由浸油树脂制成的滑动材料。通过使用由油浸树脂制成的滑动材料，可以有效地减轻摩擦并有助于获得较高的旋转效率。

应当指出的是，上述旋转台装置可以设置在各种机床中。

本发明的优点

根据本发明的该方面，活塞构件与旋转台相对旋转的旋转滑动部设置在将活塞构件的作用力传递至旋转台的路径中，并且通过阻止和限制活塞构件的相对旋转，可以实现旋转台的较高的旋转效率和较高的夹持力。

附图说明

图1是示出了包括根据本发明的实施方式的旋转台装置的加工中心的整体立体图。

图2是示出了根据本发明的实施方式的旋转台装置的半剖视图。

图3是根据本发明的实施方式的连接构件的平面图。

图4是沿着图3的线iv-iv截取的剖视图。

图5是图4中的箭头v的放大图。

图6是示出了旋转台装置的示例的半剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的实施方式进行描述。在本实施方式中，将对设置在加工中心中的旋转台装置进行描述。

图1示出了包括旋转台装置18的四轴加工中心10。加工中心10是包括三个直行轴和一个旋转轴的机床。加工中心10包括床身11、z轴移动柱12、y轴移动体13、套管主轴14、刀具15、x轴移动台16和旋转台20。

床身11呈肩状t形并且安装在地板表面上。z轴移动柱12在床身11上设置成能够在床身11上沿z轴方向移动。y轴移动体13在z轴移动柱12上设置成能够相对于z轴移动柱12沿y轴方向移动。套管主轴14在y轴移动体13上设置成能够相对于y轴移动体13在a旋转方向上摆动(旋转)。该套管主轴14包括可旋转主轴。刀具15固定至套管主轴14的主轴的端部并且随主轴的旋转而旋转。

x轴移动台16在床身11上设置成能够在床身11上沿x轴方向移动。x轴移动台16包括能够在b旋转方向上旋转的旋转机构。旋转台20固定至x轴移动台16的旋转机构的上端部。也就是说，旋转台20能够相对于x轴移动台16在b旋转方向上旋转。工件w安装在旋转台20的上表面上。图1中所示的x轴、y轴和z轴彼此正交，并且y轴方向表示竖向向上的方向。

接下来，将参照图2对旋转台装置18的实施方式进行描述。应当注意的是，图1中的旋转台装置18的图示示出了作为图像的示意性设置状态，并且具体地是图2所示的构型。作为图2所示的旋转台装置18的基部的支承件22是与图1所示的加工中心的x轴移动台16相对应的构件。

在图2中，旋转台20由支承件22以可旋转的方式支承，并且旋转台20的旋转以使得旋转台20由支承件22夹持的方式被限制。

旋转台20由台主体构件24和旋转传动辅助构件28构成。这些构件24和28中的每一者围绕旋转台装置18的旋转轴线c环状地布置。旋转传动辅助构件28布置在台主体构件24的下表面侧位置上。旋转传动辅助构件28通过螺栓34连结并结合至台主体构件24。

支承件22由支承主体构件38、旋转基部轴辅助构件40和气缸辅助构件42构成。这些构件38、40和42中的每一者围绕旋转台装置18的旋转轴线c环状地布置。旋转基部轴辅助构件40设置在旋转台装置18的旋转轴线c的位置处并设置在支承主体构件38的内周侧位置处。气缸辅助构件42布置在支承主体构件38的上表面侧位置处并且布置在旋转台20的旋转基部轴辅助构件40与稍后描述的活塞构件52之间。

辅助构件40和42中的每一者通过螺栓等与支承主体构件38连结并结合。旋转基部轴辅助构件40通过紧固装置(未示出)与支承主体构件38连结并结合。气缸辅助构件42通过螺栓39连结并结合至支承主体构件38。

在上述旋转台20和支承件22中，支承件22的旋转基部轴辅助构件40形成为轴状，并且旋转台20和支承件22经由轴承43配装至构件40，并且旋转台20是可旋转的。具体地，轴承43布置在旋转基部轴辅助构件40的上端轴部40a上，使得旋转台20的旋转可以平稳地进行。

在图2中，支承主体构件38的位于台主体构件24的右侧位置的下部处的上表面是与台主体构件24一起滑动和旋转的滑动表面46。旋转台20在支承件22的滑动表面46上滑动和旋转。

旋转台20的旋转由蜗轮装置48和蜗轮50的动力传递机构提供，蜗轮装置48和蜗轮50如图2所示设置在旋转传动辅助构件28的右下侧位置处。旋转动力源比如电动马达(未示出)的旋转动力传递至蜗轮装置48。

活塞构件52配装并布置到气缸辅助构件42的外周位置。如在图2中观察到的，活塞构件52和气缸辅助构件42通过位于活塞构件52和气缸辅助构件42两者的上表面位置处的连接构件60连接。连接构件60通过螺栓55连结至气缸辅助构件42，并通过螺栓56连结至活塞构件52。尽管稍后将对连接构件60的详细结构进行描述，连接构件60在旋转方向上刚性地连结，并且连结至旋转台装置18以在旋转轴线方向(如图2中所观察到的竖向方向)c上能够柔性地变形。因此，活塞构件52能够相对于气缸辅助构件42在旋转轴线方向上相对移位。在本实施方式中，相对移位及移动量约为1mm。

活塞构件52形成为截面是阶梯形状的。在阶梯形状的中间水平高度的位置处和最下表面的位置处形成上工作油室62和下工作油室64。中间阶梯的位置是上工作油室62。工作油通过形成在气缸辅助构件42中的油通道66供应至上工作油室62。附图标记54表示油通道66的封闭止挡件。

活塞构件52的最下表面的位置是下工作油室64位于。工作油通过形成在支承主体构件38中的油通道70供应至下工作油室64。应当注意的是，通过切换阀等来切换上工作油室62和下工作油室64的供应和排出。另外，就在本实施方式中的上工作油室62和下工作油室64的面积而言，上工作油室62的面积大于下工作油室64的面积。

因此，根据活塞构件52的上述布置，在活塞构件52上产生以下作用力(按压力)。首先，在工作油供应至上工作油室62且下工作油室64中的工作油被排出的状态下，在活塞构件52中产生向下(由图2的空心箭头在活塞构件52上指示的方向)的作用力(按压力)f。相反，当工作油供应至下工作油室64且上工作油室62中的工作油被排出时，在活塞构件52中产生向上的作用力。向下方向上的作用力设定为由于上工作油室62与下工作油室64之间的面积差异而在上下方向上较大。

图3至图5示出了连接构件60的构型。如图3所示，连接构件60呈盘的形式，该盘带有具有环状截面形状的中空中央部。如图4和图5所示，环状形状中的内周部分60a和外周部分60b在相对于彼此观察时形成在厚壁部分60x中，但内周部分60a与外周部分60b之间的中间部分60c形成在薄壁部分60y中。薄壁部分60y通过在内周与外周上的厚壁部分60x之间形成凹陷形状而形成。因此，可以容易地执行连接构件60在旋转轴线方向上的弯曲变形。薄壁部分60y的凹陷形状通过切割而形成。

如上所述，连接构件60包括作为厚壁部分60x的内周部分60a和外周部分60b以及作为薄壁部分60y的中间部分60c。该构型有利于连接构件60的特性，连接构件60能够在旋转轴线方向上弯曲但在旋转方向上具有刚性。在此，连接构件60在旋转方向上具有刚性意指下述状态：在该状态下，当旋转方向上的载荷施加至连接构件60时，连接构件60以在旋转方向上没有显著弹性变形的方式旋转。该状态意味着，连接构件60在旋转方向上的弹性变形量具有刚性，该刚性在设计旋转方向最大载荷施加至连接构件60时落在旋转方向上的容许变形量内。

如图2所示，薄壁部分60y的凹陷形状布置成使得凹陷形状面向气缸辅助构件42。因此，当活塞构件52移位并向下移动时，可以避免连接构件60与气缸辅助构件42的上表面的干涉。因此，连接构件60可以长时间使用而不会被损坏。

连接构件60可以在旋转台装置18的旋转轴线的方向上弯曲，但是连接构件60根据对在旋转方向上具有刚性以及对成本的特殊要求而由钢材料制成。在本实施方式中，使用s45c。另外，随着活塞构件52移动和移位，连接构件反复弯曲并移位，从而导致疲劳，因此需要改善疲劳寿命。因此，在本实施方式中，作为改善疲劳寿命方式，喷丸处理s被应用于连接构件60的内周部分和外周部分的薄壁部分60y。应用喷丸处理s的位置由图5中的虚线示出。为了便于加工，喷丸处理s可以应用于连接构件60的整个表面上，但由于喷丸处理s的加工成本与面积成比例，因而从成本的角度考虑，优选地缩减必要的部分。

作为用于改善连接构件60的疲劳寿命的方法，存在其他方法，比如精炼淬火硬化、以及使连接构件60的材料成为具有高疲劳强度的材料。例如，该材料可以是烘烤轴承钢、碳复合材料。

如图3和图5中清楚地示出的那样，在连接构件60中，在内周部分60a中以相等的间隔形成有螺栓55所插入的多个螺栓插入孔51。类似地，在外周部分60b中以相等的间隔形成有螺栓56所插入的多个螺栓插入孔57。在本实施方式中，形成有二十个螺栓插入孔51和57。如在图3中仅在一个位置中所示的，内周部分60a的螺栓插入孔51和外周部分60b的螺栓插入孔57位于距中心位置o相同的径向位置处。

返回图2，将对活塞构件52与旋转台20之间的互连关系进行描述。在旋转台20的旋转传动辅助构件28上，形成有如图2所示向左突出的肋部28a。活塞构件52的右下端部52a设置成以预定宽度与肋部28a接触。因此，向下作用在活塞构件52上的作用力(由空心箭头指示的作用力f)经由两个构件28a和52a的抵接部k传递至旋转传动辅助构件28(旋转台20)。

两个构件28a和52a的抵接部k是可切换部分，该可切换部分用于取决于两个构件28a和52a之间是否存在接触而限制旋转或允许旋转。在接触状态下限制旋转，并且在非接触状态下允许旋转。也就是说，由于活塞构件52通过连接构件60与非旋转气缸辅助构件42进入结合状态，因此在旋转台20的旋转状态下，活塞构件52成为相对旋转部分。当接触的作用力施加在相应的抵接部k上时，该作用力用以阻止旋转台20旋转。因此，活塞构件52的向下作用力用作用于阻止并限制相对于旋转台20的旋转的旋转的作用力。

此外，如图2所示，作为由箭头指示的作用力f，传递至旋转台20的向下作用力作用在形成在台主体构件24的右下表面部分上的支承主体构件38的滑动表面46上，以作为用于限制旋转台20的旋转的作用力。滑动构件72和74分别布置在滑动表面46与台主体构件24的下表面之间的抵接部m上。第一滑动构件72布置在滑动表面46上，并且第二滑动构件74布置在台主体构件24的下表面上。

在本实施方式中，抵接部k和抵接部m的摩擦系数配置成使得抵接部k的摩擦系数大于抵接部m的摩擦系数。因此，抵接部m通过摩擦减轻方法形成，并且抵接部k和m中的每一者如下配置。首先，在抵接部k中，活塞构件52的主体部由钢制成。另一方面，包括肋部28a的旋转传动辅助构件28由球墨铸铁制成。接下来，在通过摩擦减轻方法形成的抵接部m中，滑动表面46的第一滑动构件72由滑动材料、油浸树脂制成。第一滑动构件72的厚度为1mm至1.2mm。台主体构件24的第二滑动构件74由钢制成。另外，作为基部的支承件22由铸铁制成。作为上述构型的结果，在本实施方式中，抵接部k的摩擦系数为0.1至0.3，并且抵接部m的摩擦系数为0.02至0.05。

接下来，将参照图2对根据上述实施方式的旋转台装置18的操作进行描述。

首先，在使放置有工件w的旋转台20旋转的状态下，工作油通过油通道70供应至活塞构件52下方的下工作油室64。在这种状态下，在活塞构件52上方的上工作油室62中的工作油进入通过油通道66排出的状态。对工作油的供应和排出的控制由未示出的油通道切换阀执行。在这种状态下，通过供应至下工作油室64的工作油在活塞构件52中产生向上作用力。

通过在活塞构件52中产生的向上作用力，活塞构件52处于该活塞构件52不与旋转台20接触的浮动状态。也就是说，活塞构件52通过向上作用力向上移动。该移动由于连接构件60能够沿旋转轴线方向弯曲的事实而容易地进行。由于该向上移动，活塞构件52与旋转传动辅助构件28的肋部28a之间的抵接部k处于分离状态。因此，尽管旋转台20放置在支承主体构件38的滑动表面46上，但由于向下作用力没有施加至旋转台20，因而旋转台20处于旋转方向相对于支承件22不受限制的具有低摩擦系数的可自由旋转的状态。

在旋转台20的自由旋转状态下，通过驱动未示出的旋转动力源比如电动马达，借助于蜗轮装置48和蜗轮50的旋转传动机构而使旋转台20旋转。因此，放置在旋转台20上的工件w可以具有预定相位。

此外，在旋转台20的自由旋转状态下，旋转台20在旋转台20放置在支承主体构件38的滑动表面46上的状态下在滑动表面46上旋转和滑动。然而，由于滑动表面46上的摩擦系数设定得较低，因而旋转台20的旋转以高旋转效率进行。

接下来，将对阻止旋转台20旋转并将旋转台20限制并夹持至支承件22的动作进行描述。在旋转台20由支承件22限制并夹持的状态下，工作油通过油通道66供应至活塞构件52上方的上工作油室62。相反，在这种状态下，活塞构件52下方的下工作油室64中的工作油被排出。因此，由供应至上工作油室62的工作油在活塞构件52中产生由空心箭头指示的向下作用力f。

由于在活塞构件52中产生的向下作用力f，旋转传动辅助构件28的肋部28a经由抵接部k被向下按压。此时，阻止并限制旋转传动辅助构件28、即旋转台20旋转的动作被执行。也就是说，在抵接部k处，非旋转活塞构件52旋转并通过作用力f而与处于旋转状态的肋部28a滑动接触，并且因此施加阻止旋转的摩擦力。因此，旋转台20的旋转被阻止并被约束，并且由支承件22夹持旋转台20。

特别地，在本实施方式中，抵接部k的摩擦系数设定为大于抵接部m的摩擦系数，并且上工作油室62的面积形成为大于下工作油室64的面积。因此，可以在抵接部k处产生用于阻止旋转的较大摩擦力，并且可以限制并夹持旋转台20。

此外，当旋转传动辅助构件28被抵接部k向下推动时，整个旋转台20也向下移动。由于旋转台20的向下移动，上述抵接部m也阻止旋转台20的旋转。通过该动作，旋转台20被支承件22限制并夹持。也就是说，在抵接部m处，相对于非旋转支承件22处于旋转状态的旋转台20旋转并通过作用力f进行滑动接触，并且因此施加阻止旋转的摩擦力。因此，旋转台20的旋转被阻止并被限制，并且旋转台20被支承件22夹持。

如上所述，在本实施方式中，阻止旋转台20旋转并将旋转台20限制并夹持在支承件22上的动作在两个位置：抵接部k和抵接部m处执行。因此，可以利用较高的夹持力来限制旋转台20。

尽管已经关于特定实施方式对本发明进行了描述，但是本发明可以以各种其他形式实现。

例如，在上述实施方式中，加工中心10已被描述为机床的代表性示例。根据本发明的实施方式的旋转台装置18还可以应用于各种机床，比如磨床。

另外，在上述实施方式中，抵接部k的位置是内周位置，并且抵接部m的位置是外周侧的位置，但是也可以采用相反的布置。

另外，尽管在上述实施方式中用于结合各个部件的方法是利用诸如螺栓之类的紧固工具来执行的，但是可以使用诸如焊接或粘结的其他方法。

另外，在上述实施方式中，工作油用作用于使活塞构件52竖向移动的工作压力，但是也可以使用空气。

本申请基于2016年3月9日提交的日本专利申请(日本专利申请no.2016-045099)，该日本专利申请的内容通过引用并入本文中。

附图标记说明

10：加工中心

11：床身

12：z轴移动柱

13：y轴移动体

14：套管主轴

15：刀具

16：x轴移动台(支承件)

18：旋转台装置

20：旋转台

22：支承件

24：台主体构件

28：旋转传动辅助构件

28a：肋部

30：盖辅助构件

38：支承主体构件

40：旋转基部轴辅助构件

42：气缸辅助构件

43：轴承

46：滑动表面

48：蜗轮装置

50：蜗轮

52：活塞构件

54：封闭止挡件

60：连接构件

60a：内周部分

60b：外周部分

60c：中间部分

60x：厚壁部分

60y：薄壁部分

62：上工作油室

64：下工作油室

66：油通道

70：油通道

72：第一滑动构件

74：第二滑动构件

b：旋转台的旋转方向

c：旋转台的旋转轴线方向

w：工件

k：抵接部

m：抵接部

s：喷丸处理