JP3687802B2

JP3687802B2 - Rotary joint device for machine tools

Info

Publication number: JP3687802B2
Application number: JP9796895A
Authority: JP
Inventors: 龍夫入江; 秀雄岩淵
Original assignee: 株式会社森精機ハイテック
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: JPH08267339A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機械の主軸に嵌挿されたドローバーに形成された流路にクーラント等を供給するためのロータリージョイント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動工具交換装置（以下、ＡＴＣと記載）を備えたマシニングセンタ（以下、ＭＣと記載）等工作機械では、主軸の前端に取付けられる工具をクランプ，アンクランプするために、工具後端に設けられたプルスタッドを掴むための係合部材が先端に設けられたドローバーが主軸の内部の貫通孔に嵌挿され、このドローバーが軸線方向に往復移動することにより工具の着脱ができるようになっている。
一方、高速切削している工具及び被加工物の被加工部にクーラントを確実に供給するため、主軸内部を経由して工具先端よりクーラントを噴出させる主軸スルークーラント方式を採用したＭＣが増加する傾向にある。
【０００３】
このようなＭＣのドローバーの内部には、クーラントなど流体を供給するための流路が軸線方向に形成されている。固定側と回転運動側はロータリージョイント装置により接続されており、このロータリージョイント装置内の流路を流れるクーラントが、前記ドローバー内流路から、高速回転する工具による被加工部に連続的に供給されることにより、加工時に発生する切削熱を除去している。
工具のクランプ，アンクランプを行うためのドローバーは、細長い形状を有し且つ皿ばね等付勢部材により強いばね力で後方向に常に付勢されているので、曲がりが生じやすくなっている。このドローバーは、組立て調整時に、各部品の加工精度等により種々の方向に変形してしまう。
【０００４】
特開平４−１９１５８７号公報には、ドローバー用ロータリージョイントに関する技術が開示されており、このロータリージョイントの固定側部材は主軸頭側に固定され、回転側部材はドローバーの後端部に取付けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる構成の従来技術の場合には、後端部に取付けられたロータリージョイントの回転側部材が固定側部材に摺接するシール面において、ドローバーの変形によりシール端面部に振れが生じシール面の密着性が悪くなり、このシール面からクーラントが漏れ出るおそれがある。
ロータリージョイントが、クーラント自体の流体圧で回転側部材と固定側部材とを互いに圧接させる構造を有している場合には、前記シール面からの漏れが一旦始まるとクーラントの流体圧が下がってしまい、前記シール面の密封性を維持することが困難になる。
【０００６】
これとは別に、回転側ジョイント部材がドローバーに取付けられ、固定側ジョイント部材がシリンダ装置のピストンに取付けられた構成のロータリージョイントの場合には、主軸に対する工具のクランプ，アンクランプ動作時におけるドローバーの軸線方向ストロークよりアンクランプ手段のピストンのストロークの方が大きくなっている。
そのため、両ストロークの差を吸収して、固定側ジョイント部材を回転側ジョイント部材に追従させるための複雑な機構が必要になり、ロータリージョイント装置全体の構造が複雑になっていた。また、取付け部の剛性が不足しがちで、脈動等により振動したりすることもあった。
【０００７】
また、ドローバーに曲げ等変形が生じると、ロータリージョイントのシール面が密着しにくくなる。その結果、クーラントの漏れが生じやすくなるとともにシール面の摩耗が進行し、損傷又は破損することがあり、ロータリージョイントの耐用年数が短くなっていた。
【０００８】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、ロータリージョイントの摺接部の密封性が良好で長寿命化でき、構造が簡単な工作機械のロータリージョイント装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明にかかる工作機械のロータリージョイント装置は、主軸頭内で回転する主軸の貫通孔内に軸線方向に進退移動自在に嵌挿されたドローバーの内部の第１の流路に流体を供給する工作機械のロータリージョイント装置において、摺接部を介して回転側ジョイント部材及び固定側ジョイント部材が対向配置されるとともに内部に第２の流路が形成されたロータリージョイントと、前記回転側ジョイント部材を支持するとともに前記ドローバーが前記軸線方向に摺動自在に嵌合し、このドローバーの前記第１の流路と前記ロータリージョイントの前記第２の流路とを連通させる回転側支持部材と、前記ドローバーに設けられた後方突出部を前方向に押圧するように前記主軸頭に取付けられた押圧手段の中心部に配設されるとともに前記主軸頭に取付けられて前記固定側ジョイント部材を支持し、前記第２の流路に連通する第３の流路を有する固定側支持部材とを備え、前記ロータリージョイントの前記回転側ジョイント部材は、この回転側ジョイント部材を支持する前記回転側支持部材を介して前記主軸に取付けられている。
【００１０】
好ましくは、前記回転側支持部材には、断面円形の第１の嵌合孔が中心位置に、この第１の嵌合孔と同心の複数の孔が前記中心位置より離れた位置に、それぞれ形成されている。
そして、前記ドローバーの後端部が前記第１の嵌合孔に嵌合し、前記ドローバーの後部に取付けられたドローバー用移動部材に形成された複数の前記後方突出部が前記複数の孔を貫通し、前記ドローバー及び前記ドローバー用移動部材が前記軸線方向に移動自在になっている。
【００１１】
前記押圧手段はシリンダ本体が前記主軸頭に取付けられたツールアンロックシリンダ装置であり、前方向に摺動して前記後方突出部を押圧するピストンが前記シリンダ本体内に嵌合し、前記固定側支持部材が前記ピストンの中心位置に形成された中空内周面に嵌合することが好ましい。
【００１２】
【作用】
ドローバーの曲がり等変形を避けるのは極めて困難であるので、本発明においては、主軸に取付けられた回転側支持部材に、ロータリージョイントの回転側ジョイント部材を支持している。
回転運動をする主軸は軸線方向には移動しないので、回転側支持部材を介して主軸に取付けられた回転側ジョイント部材も、回転運動はするが軸線方向には移動しない。一方、ロータリージョイントの固定側ジョイント部材は、主軸頭側に取付けられた固定側支持部材に支持されている。したがって、ロータリージョイントは軸線方向には移動しないことになる。
ドローバーは回転側支持部材に軸線方向に摺動自在に嵌合しているので、工具をクランプ，アンクランプする際には、ドローバーは押圧手段により押圧されて回転側支持部材に嵌合しながら軸線方向に往復移動する。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１乃至図３を参照して説明する。
図１は本実施例に係るロータリージョイント装置を含む断面図、図２は図１の拡大断面図、図３は図２のIII−III線拡大断面図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、多数の工具を順次使用するＭＣ等工作機械には主軸頭１が設けられており、主軸頭１には主軸２が軸受３及び他の軸受（図示せず）によって回転自在に軸支されている。
ロータとステータが主軸２と主軸頭１との間に配設されたビルトインモータ４により主軸２が回転駆動される。なお、ビルトインモータ４の代わりに、ベルト，プーリ又は歯車等伝達機構を介してモータの駆動力を主軸２に伝達する場合であってもよい。
主軸２の前端には、工具を着脱自在に装着するための工具装着部（図示せず）が設けられており、ＡＴＣにより工具貯蔵マガジンと主軸２との間で工具交換動作が行われて、工具が工具装着部に装着される。
【００１５】
主軸２の軸線Ｃ方向に形成された貫通孔５内には、ドローバー６が軸線Ｃ方向に進退移動自在に嵌挿されている。ドローバー６は、このドローバー６に嵌め込まれて貫通孔５内に配設された複数の皿ばね又はコイルばねなど付勢部材７によって、常時後方（図１の右方）に付勢されている。
ドローバー６の前方端には、図示しないが、工具に固定されたプルスタッドの被係合部を掴んで引っ張る係合部材が設けられている。この係合部材が工具の被係合部を掴んだ状態でドローバー６が後方に移動すると、工具が主軸２にクランプされる。
ドローバー６の内部には、クーラントや圧縮空気など流体を工具及び被加工部に流すための第１の流路１０が軸線Ｃ方向に貫通形成されている。クーラントが主軸２の内部を流れて被加工部に供給されるこのような方式は、「主軸スルークーラント方式」と呼ばれている。
【００１６】
主軸２の後部には、ドローバー６の流路１０にクーラントを供給するためのロータリージョイント装置１１が配設されている。ロータリージョイント装置１１は、ロータリージョイント１２と、ロータリージョイント１２の回転側を支持するように前方側に設けられた回転側支持部材１３と、ロータリージョイント１２の固定側を支持するように後方側に設けられた固定側支持部材１４とを備えている。
ロータリージョイント１２には、摺接部１５を介して回転側ジョイント部材１６及び固定側ジョイント部材１７が対向配置されるとともに、内部に第２の流路１８が形成されている。流路１８は、両ジョイント部材１６，１７が対向する摺接部１５で接続離隔可能になっている。
【００１７】
このロータリージョイント１２にはシール自動開閉機構が採用されている。この機構は、クーラントが流路１８を流れていない時には摺接部１５が非接触となり、クーラントが流れているとクーラント自身の流体圧により摺接部１５が自動的に接触して外部へのクーラントの漏れを防止するとともに発熱を防止するようになっている。
なお、ロータリージョイント１２は、ボールベアリング等軸受を内蔵する構成であってもよいが、軸受は高速回転時の耐用年数が比較的短いことから、軸受の代わりに端面部がすべり軸受を兼ねるメカニカルシールを使用すれば、高速回転と長寿命化が実現できて好ましい。
【００１８】
回転側支持部材１３は、主軸２の後端部にねじ込まれて止めねじ等締結部材２０により回り止めがなされている。ドローバー６は、回転側支持部材１３に軸線Ｃ方向に摺動自在に嵌合している。回転側支持部材１３は、回転側ジョイント部材１６を支持し、ドローバー６の流路１０とロータリージョイント１２の流路１８とを連通させている。
すなわち、図２及び図３に示すように、回転側支持部材１３には、断面円形の第１の嵌合孔２１が中心位置に、この第１の嵌合孔２１と同心、且つ、対称形状の複数（本実施例では一対）の孔としての長孔２２が中心位置より離れた位置に円周方向に均等に、それぞれ形成されている。ドローバー６の後端部２３が、第１の嵌合孔２１に嵌合して軸線Ｃ方向に自在に摺動する。
第１の嵌合孔２１と後端部２３との間には、Ｏリング，リップパッキン，オイルシール等シール部材２３ａが設けられており、このシール部材２３ａによりクーラントの漏れを防止している。
【００１９】
ドローバー６の後部外周面６ａには、略円筒形のドローバー用移動部材（以下、移動部材と記載）２４が螺合し且つ止めねじ２４ａにより回り止めがなされて取付けられている。移動部材２４は、貫通孔５の内周面５ａを軸線Ｃ方向に摺接するとともに、付勢部材７の付勢力を受けてドローバー６を常に後方に引張っている。
ドローバー６と移動部材２４との間，及び移動部材２４と主軸２との間には、Ｏリング，リップパッキン，オイルシール等シール部材６ｂ，２４ｂがそれぞれ設けられており、これらシール部材によりクーラントの漏れを防止している。
【００２０】
移動部材２４には、長孔２２と略同じか又はわずかに小さい断面形状を有する複数（例えば一対）の後方突出部２５が、後方に向けて一体的に突出形成されるとともに長孔２２内を軸線Ｃ方向に移動自在になっている。後方突出部２５は、回転側支持部材１３の後面２６より後方に常に突出している。
なお、本実施例の後方突出部２５は対称位置に配置されて一対設けられているが、これら突出部２５を主軸２の回転バランスをくずさないように３個以上設け、長孔２２をこれと同数設けてもよい。
【００２１】
図１及び図２に示すように、移動部材２４には軸線Ｃに直交するストッパ面２７が形成されており、このストッパ面２７が、回転側支持部材１３の前方底面２８に当接して位置決めされるようになっている。この当接動作により、ドローバー６の後方への移動動作が規制されている。
回転側支持部材１３には、軸線Ｃと同心の円筒状突出部３０が後面２６から後方に向けて一体的に突出形成されている。突出部３０の内方中心部には、第１の嵌合孔２１に連通する係合孔３１が貫通形成されており、この係合孔３１には雌ねじ３２が形成されている。
回転側ジョイント部材１６が雌ねじ３２にねじ込み固定されている。また、突出部３０と回転側ジョイント部材１６との間にも、Ｏリング，リップパッキン，オイルシール等シール部材３０ａが設けられており、このシール部材３０ａによりクーラントの漏れを防止している。
これにより、係合孔３１及び第１の嵌合孔２１を介して、ロータリージョイント１２の流路１８とドローバー６の流路１０とが連通されている。
【００２２】
主軸頭１の後部には、ドローバー６の後方突出部２５を前方向に押圧するための押圧手段４０が取付けられている。固定側支持部材１４は、押圧手段４０の中心部に配設されるとともに主軸頭１側に取付けられている。
固定側支持部材１４は固定側ジョイント部材１７を支持しており、ロータリージョイント１２の流路１８に連通する第３の流路４１が、固定側支持部材１４内に軸線Ｃ方向に形成されている。固定側支持部材１４には流路４１に連通する配管４１ａが接続されている。
【００２３】
本実施例では、押圧手段としてツールアンロックシリンダ装置（以下、シリンダ装置と記載）４０が使用されており、シリンダ本体４２が取付け部材７１等を介して主軸頭１に固定されている。
シリンダ本体４２の内部にはピストン４３が軸線Ｃ方向に往復移動自在に嵌合しており、ピストン４３が前方向（矢印Ｄ）に摺動することにより、その前端面５０がドローバー６の後方突出部２５を前方向に押圧するようになっている。
主軸２の回転中は、前端面５０と後方突出部２５とを離隔させる必要があるので、ピストン４３のストロークの方がドローバー６のストロークよりも大きく設定されている。
【００２４】
シリンダ本体４２には、後方のシリンダ室４７に連通してここに圧油を供給するための一方の油路４６と、前方のシリンダ室４８に連通してここに圧油を供給するための他方の油路４９が、それぞれ取付けられている。油路４６，４９は、図示しない油圧回路により切替え制御され圧油が供給されている。
シリンダ本体４２に軸線Ｃと平行に取付けられたガイドピン４３ａが、ピストン４３に形成されたガイド孔４３ｂに摺動自在に係合することにより、ピストン４３の回転方向への回り止めがなされている。符号４２ａはシリンダカバーであり、シリンダ本体４２とともに、後方のシリンダ室４７を構成している。
ピストン４３の移動の確認は後端部４３ｃの移動を図示しない検知手段にて検知することにより行い、クランプ，アンクランプ動作の確認をしている。
【００２５】
固定側支持部材１４は、取付け部材７０を介してシリンダ本体４２に固定されることにより主軸頭１側に取付けられている。ピストン４３の中心部には軸線Ｃと同心の断面円形の中空内周面４４が形成されており、この中空内周面４４に固定側支持部材１４が嵌合している。
中空内周面４４と固定側支持部材１４との間には、Ｏリング，リップパッキン，オイルシール等シール部材４４ａが設けられており、このシール部材４４ａによりクーラントの漏れを防止している。
【００２６】
主軸２と一緒に回転する回転部と、主軸頭１側の非回転部（固定部）との間には、ラビリンス４５ａ，４５ｂ，４５ｃが設けられている。万一、摺接部１５からクーラントが漏れ出ても、三重のラビリンス４５ａ，４５ｂ，４５ｃがビルトインモータ４及びその後方の軸受３とロータリージョイント１２との間に配設されているので、クーラントは軸受３やビルトインモータ４内には浸入しない。
【００２７】
次に、工具着脱動作について説明する。
主軸２の工具装着部に装着されている旧工具と工具貯蔵マガジンに貯蔵されている新工具とを工具交換する例で説明を行う。
初めに、主軸２に旧工具が装着されて、ドローバー６が図１及び図２に示すように後退位置にあると仮定する。まず、ＡＴＣの交換アームを主軸２の工具装着部側に移動させ、工具装着部に装着されている旧工具の被把持部を交換アームの一方の把持部に把持させる。この交換アームは例えばツインアーム形式のものであり、他方の把持部には新工具が把持されている。
【００２８】
次に、シリンダ装置４０を作動させてピストン４３を前進位置に移動させる。すなわち、油圧回路から供給された圧油を一方の油路４６から後方のシリンダ室４７に供給するとともに、前方のシリンダ室４８及びこれに連通する他方の油路４９を大気圧に開放する。
すると、ピストン４３が、シリンダ本体４２及び固定側支持部材１４に摺接しながら主軸２の方向に前進移動するので、ピストン４３の前端面５０がドローバー６の後方突出部２５を前方に押圧する。
この押圧力により、後方突出部２５が長孔２２内を前方に摺動するとともに、移動部材２４が貫通孔内周面５ａ内を付勢部材７の付勢力に抗して前方に摺動してドローバー６を前進させる。このとき、ドローバー６の後端部２３は第１の嵌合孔２１内を前方に摺動する。このドローバー６の前方向への移動動作により、旧工具が工具装着部から離脱可能になる。
【００２９】
次いで、交換アームを移動させて、旧工具を工具装着部より離脱させる。交換アームを１８０度旋回させ、旧工具と新工具との位置を入れ替えて、新工具が工具装着部と対向するように位置決めする。交換アームを主軸２の工具装着部側に移動させる。
【００３０】
次いで、シリンダ装置４０を作動させてピストン４３を後退位置にする。すなわち、後方のシリンダ室４７及び一方の油路４６を大気圧に開放するとともに、圧油を他方の油路４９から前方のシリンダ室４８に供給する。
すると、ピストン４３はシリンダ本体４２及び固定側支持部材１４に摺接しながら後方に移動する。このピストン４３の移動動作により、移動部材２４は付勢部材７のばね力で押されて貫通孔内周面５ａ内を後方に移動するとともに、後方突出部２５も長孔２２内を後方に摺動する。
こうして、ドローバー６は移動部材２４と一緒に後方に移動するので、後端部２３は第１の嵌合孔２１内を後方に摺動する。ピストン４３のストロークのほうがドローバー６のストロークよりも大きいので、やがてピストン４３の前端面５０は後方突出部２５から離れて、図示する状態に戻る。
【００３１】
ドローバー６が付勢部材７の付勢力により後退することにより、新工具は工具装着部に密着し、新工具のプルスタッドの被係合部が付勢部材７の強いばね力により後方向に引っ張られてクランプされる。
最後に、交換アームが新工具の把持を解除したのち工具装着部より離れ、これにより一連の工具着脱動作が完了する。
【００３２】
この着脱動作完了後、新工具により切削加工を行う場合には、高速回転中の工具にクーラントを連続的に供給して被加工部を冷却する。すなわち、配管４１ａから供給されたクーラントは、固定側支持部材１４の流路４１，ロータリージョイント１２の流路１８，回転側支持部材１３の係合孔３１，及びドローバー６の流路１０を介して工具に供給される。
クーラントが流路１８を流れると、クーラント自体の流体圧によりシール自動開閉機構が作動して回転側ジョイント部材１６と固定側ジョイント部材１７とが摺接部１５で良好に密着するので、クーラントは摺接部１５から外方に漏れ出ることはなく、シール面の密封性を維持できる。
【００３３】
本発明では、上述のようなロータリージョイント１２の保持構造にして、ロータリージョイント１２の回転側ジョイント部材１６を、ドローバー６の代わりに主軸２側にしっかりと取付けた。
したがって、工具のクランプ，アンクランプ時にドローバー６が前後方向に移動しても、ロータリージョイント１２を支持する回転側支持部材１３及び固定側支持部材１４のいずれも前後方向には移動せずドローバー６の進退移動動作とは分離されている。そのため、ドローバー６の移動動作や曲げ等の変形によって、ロータリージョイント１２が影響を受けることはない。
【００３４】
本発明によれば、摺接部１５の振れが極めて少なくなるので、シール面の摩耗の進行，損傷，破損等がなくなり、密封性が良好になる。よって、主軸２の高速回転時においてもシール性能を充分に発揮してロータリージョイント１２の長寿命化を実現できる。
ドローバー６の組立時にドローバー６が多少曲がっても、主軸２は変形しないので、回転側支持部材１３は、ドローバー６の変形の影響を受けず、摺接部１５の密封性を良好な状態に維持できる。
また、ロータリージョイント１２を組み込む時や新しいものに交換する場合、調整を行わなくても振れが所定精度内におさまるので調整作業を行う必要はなくなる。
【００３５】
ロータリージョイント１２は前後方向に移動動作をしないので、ドローバー６とピストン４３とのストロークの差を吸収するための機構を設ける必要がない。したがって、ロータリージョイント装置１１の構造が従来よりも簡略化され、また、ロータリージョイント１２も所定位置にソリッドに固定されるので、クーラントの脈動などに強く、クーラントが摺接部１５から漏れ出ることはない。
【００３６】
従来は、曲がりやすいドローバー６にロータリージョイントの一方の部材を取付けていたので精度のよい取付けが困難であった。これに対して本発明では、直径が大きく剛性も大きな主軸２側にロータリージョイント１２を取付けたので、精度のよい取付けができることになり、摺接部１５の密封性がよくなりクーラントの漏れがなくなる。
なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上述のように、ロータリージョイントの回転側ジョイント部材を、ドローバーの代わりに主軸側にしっかりと取付けた保持構造にしたので、工具のクランプ，アンクランプ時にドローバーが前後方向に移動しても、ロータリージョイントを支持する回転側支持部材及び固定側支持部材のいずれも前後方向には移動せずドローバーの進退移動動作とは分離されている。そのため、ドローバーの移動動作や曲げ等の変形によって、ロータリージョイントが影響を受けることはない。
また、本発明では、摺接部の振れが極めて少なくなるので、シール面の摩耗の進行，損傷，破損等がなくなり、密封性が良好になり、主軸の高速回転時においてもシール性能を充分に発揮してロータリージョイントの長寿命化を実現できる。
ドローバーの組立時にドローバーが多少曲がっても、主軸は変形しないので、回転側支持部材は、ドローバーの変形の影響を受けず、摺接部の密封性を良好な状態に維持できる。
ロータリージョイントは前後方向に移動動作をしないので、ロータリージョイント装置の構造が従来よりも簡略化される。
直径が大きく剛性も大きな主軸側にロータリージョイントを取付けたので、精度のよい取付けができることになり、摺接部の密封性がよくなりクーラントの漏れがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１乃至図３は本発明の一実施例を示す図で、図１はロータリージョイント装置を含む断面図である。
【図２】図１の拡大断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【符号の説明】
１主軸頭
２主軸
５貫通孔
６ドローバー
１０ドローバーの第１の流路
１１ロータリージョイント装置
１２ロータリージョイント
１３回転側支持部材
１４固定側支持部材
１５摺接部
１６回転側ジョイント部材
１７固定側ジョイント部材
１８ロータリージョイントの第２の流路
２１第１の嵌合孔
２２複数の長孔（複数の孔）
２３ドローバーの後端部
２４ドローバー用移動部材
２５後方突出部
４０ツールアンロックシリンダ装置（押圧手段）
４１固定側支持部材の第３の流路
４２シリンダ本体
４３ピストン
４４中空内周面
Ｃ軸線[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a rotary joint device for supplying coolant or the like to a flow path formed in a draw bar inserted into a main shaft of a machine tool.
[0002]
[Prior art]
In a machine tool such as a machining center (hereinafter referred to as MC) equipped with an automatic tool changer (hereinafter referred to as ATC), it is provided at the rear end of the tool for clamping and unclamping a tool attached to the front end of the spindle. A draw bar provided with an engagement member for gripping the pull stud is fitted into a through hole inside the main shaft, and the draw bar reciprocates in the axial direction so that the tool can be attached and detached.
On the other hand, in order to reliably supply coolant to the machined part of the tool and workpiece to be cut at high speed, there is a tendency to increase the MC that adopts the spindle through-coolant system in which coolant is jetted from the tool tip via the inside of the spindle It is in.
[0003]
A flow path for supplying a fluid such as a coolant is formed in the axial direction inside the MC draw bar. The fixed side and the rotary motion side are connected by a rotary joint device, and the coolant flowing through the flow path in this rotary joint device is continuously supplied from the flow path in the draw bar to the part to be processed by the tool that rotates at high speed. Thus, cutting heat generated during processing is removed.
Since the draw bar for clamping and unclamping the tool has an elongated shape and is always urged rearward by an urging member such as a disc spring with a strong spring force, bending tends to occur. The draw bar is deformed in various directions depending on the processing accuracy of each component during assembly adjustment.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-191877 discloses a technique related to a rotary joint for a draw bar. A fixed side member of the rotary joint is fixed to the spindle head side, and a rotary side member is attached to a rear end portion of the draw bar. Yes.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the prior art having the above configuration, Oite the sealing surface where the rotating-side member of the rotary joint attached to the rear end sliding contact with the stationary member, shake the seal end face by the deformation of the drawbar occurs sealing surface Adhesion may deteriorate, and coolant may leak from this sealing surface.
When the rotary joint has a structure in which the rotating side member and the stationary side member are pressed against each other by the fluid pressure of the coolant itself, once the leakage from the sealing surface starts, the fluid pressure of the coolant decreases. It becomes difficult to maintain the sealing performance of the sealing surface.
[0006]
Separately from this, in the case of a rotary joint in which the rotation side joint member is attached to the draw bar and the fixed side joint member is attached to the piston of the cylinder device, the draw bar at the time of clamping and unclamping of the tool with respect to the spindle is operated. The piston stroke of the unclamping means is larger than the axial stroke.
Therefore, a complicated mechanism for absorbing the difference between both strokes and causing the fixed side joint member to follow the rotary side joint member is required, and the structure of the entire rotary joint device is complicated. Further, the rigidity of the mounting portion tends to be insufficient, and vibration may occur due to pulsation or the like.
[0007]
Further, when deformation such as bending occurs in the draw bar, the seal surface of the rotary joint becomes difficult to adhere. As a result, leakage of the coolant is likely to occur and wear of the seal surface may progress, resulting in damage or breakage, and the service life of the rotary joint is shortened.
[0008]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a rotary joint device of a machine tool having a simple structure with a good sealability of a sliding contact portion of the rotary joint, which can extend the life. And
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a rotary joint device for a machine tool according to the present invention includes a first inside a draw bar that is inserted into a through hole of a main shaft that rotates within the main shaft head so as to be movable back and forth in the axial direction. In a rotary joint device of a machine tool for supplying fluid to a flow path, a rotary joint in which a rotation side joint member and a fixed side joint member are arranged to face each other via a sliding contact portion, and a second flow path is formed inside , to support the front Symbol rotation-side joint member and the drawbar is fitted slidably in the axial direction, for communicating the second flow path of the rotary joint and the first flow path of the drawbar Arranged at the center of the pressing means attached to the spindle head so as to press the rotation-side support member and the rear protrusion provided on the draw bar forward. Said attached to the spindle head supporting the fixed-side joint member with which, a fixing-side supporting member having a third flow path communicating with the second flow path, the rotating side of the rotary joint The joint member is attached to the main shaft via the rotation side support member that supports the rotation side joint member.
[0010]
Preferably, in the rotation side support member, a first fitting hole having a circular cross section is formed at a center position, and a plurality of holes concentric with the first fitting hole are formed at positions away from the center position. Has been.
A rear end portion of the draw bar is fitted into the first fitting hole, and a plurality of the rear protrusions formed on the draw bar moving member attached to the rear portion of the draw bar penetrate the plurality of holes. The draw bar and the draw bar moving member are movable in the axial direction.
[0011]
The pressing means is a tool unlock cylinder device in which a cylinder body is attached to the spindle head, and a piston that slides forward and presses the rearward projecting portion is fitted in the cylinder body, and the fixed side It is preferable that the support member is fitted to a hollow inner peripheral surface formed at the center position of the piston.
[0012]
[Action]
Since it is extremely difficult to avoid deformation such as bending of the draw bar, in the present invention, the rotation-side joint member of the rotary joint is supported by the rotation-side support member attached to the main shaft.
Since the rotating main shaft does not move in the axial direction, the rotating joint member attached to the main shaft via the rotating support member also rotates but does not move in the axial direction. On the other hand, the fixed-side joint member of the rotary joint is supported by a fixed-side support member attached to the spindle head side. Therefore, the rotary joint does not move in the axial direction.
Since the draw bar is slidably fitted to the rotation side support member in the axial direction, when the tool is clamped or unclamped, the draw bar is pressed by the pressing means while being fitted to the rotation side support member. Move back and forth in the direction.
[0013]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
1 is a sectional view including a rotary joint device according to the present embodiment, FIG. 2 is an enlarged sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line III-III of FIG.
[0014]
As shown in FIGS. 1 and 2, a machine head such as an MC that sequentially uses a large number of tools is provided with a spindle head 1, and the spindle head 1 includes a spindle 2 and a bearing 3 and other bearings (not shown). ).
The main shaft 2 is rotationally driven by a built-in motor 4 in which a rotor and a stator are disposed between the main shaft 2 and the main shaft head 1. Note that, instead of the built-in motor 4, the driving force of the motor may be transmitted to the main shaft 2 via a transmission mechanism such as a belt, a pulley, or a gear.
A tool mounting portion (not shown) for detachably mounting a tool is provided at the front end of the main shaft 2, and a tool changing operation is performed between the tool storage magazine and the main shaft 2 by the ATC. The tool is mounted on the tool mounting portion.
[0015]
A draw bar 6 is fitted into a through hole 5 formed in the direction of the axis C of the main shaft 2 so as to be movable back and forth in the direction of the axis C. The draw bar 6 is always urged rearward (to the right in FIG. 1) by a plurality of urging members 7 such as disc springs or coil springs fitted in the draw bar 6 and disposed in the through hole 5.
At the front end of the draw bar 6, an engagement member (not shown) that grips and pulls the engaged portion of the pull stud fixed to the tool is provided. When the draw bar 6 moves rearward with the engaging member grasping the engaged portion of the tool, the tool is clamped to the main shaft 2.
Inside the draw bar 6, a first flow path 10 is formed penetratingly formed in the direction of the axis C for flowing a fluid such as coolant or compressed air to the tool and the workpiece. Such a system in which the coolant flows through the main shaft 2 and is supplied to the workpiece is referred to as a “main shaft through coolant system”.
[0016]
A rotary joint device 11 for supplying coolant to the flow path 10 of the draw bar 6 is disposed at the rear portion of the main shaft 2. The rotary joint device 11 is provided on the rear side so as to support the rotary joint 12, the rotation side support member 13 provided on the front side so as to support the rotation side of the rotary joint 12, and the fixed side of the rotary joint 12. The fixed side support member 14 is provided.
A rotary joint member 16 and a fixed joint member 17 are opposed to the rotary joint 12 via a sliding contact portion 15, and a second flow path 18 is formed inside. The flow path 18 can be connected and separated at the sliding contact portion 15 where the joint members 16 and 17 face each other.
[0017]
The rotary joint 12 employs an automatic seal opening / closing mechanism. In this mechanism, when the coolant is not flowing through the flow path 18, the sliding contact portion 15 is not in contact. When the coolant is flowing, the sliding contact portion 15 is automatically contacted by the fluid pressure of the coolant itself and the coolant to the outside. This prevents leakage of heat and prevents heat generation.
The rotary joint 12 may be configured to incorporate a bearing such as a ball bearing. However, since the bearing has a relatively short service life during high-speed rotation, a mechanical seal whose end face portion also serves as a slide bearing instead of the bearing. Is preferable because high speed rotation and long life can be realized.
[0018]
The rotation-side support member 13 is screwed into the rear end portion of the main shaft 2 and is prevented from rotating by a fastening member 20 such as a set screw. The draw bar 6 is fitted to the rotation side support member 13 so as to be slidable in the direction of the axis C. The rotation-side support member 13 supports the rotation-side joint member 16 and makes the flow path 10 of the draw bar 6 communicate with the flow path 18 of the rotary joint 12.
That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the rotation-side support member 13 has a first fitting hole 21 having a circular cross section at the center, concentric with the first fitting hole 21 and symmetrical. A plurality of (a pair in this embodiment) long holes 22 are formed equally in the circumferential direction at positions away from the center position. The rear end portion 23 of the draw bar 6 is fitted in the first fitting hole 21 and slides freely in the direction of the axis C.
A seal member 23a such as an O-ring, a lip packing, and an oil seal is provided between the first fitting hole 21 and the rear end portion 23, and coolant leakage is prevented by the seal member 23a.
[0019]
A substantially cylindrical drawbar moving member (hereinafter referred to as a moving member) 24 is screwed onto the rear outer peripheral surface 6a of the drawbar 6 and is attached with a rotation stop by a set screw 24a. The moving member 24 slidably contacts the inner peripheral surface 5a of the through-hole 5 in the direction of the axis C and receives the urging force of the urging member 7 to always pull the draw bar 6 rearward.
Seal members 6b and 24b, such as O-rings, lip packings, and oil seals, are provided between the draw bar 6 and the moving member 24 and between the moving member 24 and the main shaft 2, respectively. Prevents leakage.
[0020]
A plurality of (for example, a pair) rear projecting portions 25 having a cross-sectional shape that is substantially the same as or slightly smaller than the long hole 22 are formed on the moving member 24 so as to integrally protrude rearward, and inside the long hole 22 It is movable in the direction of the axis C. The rear protrusion 25 always protrudes rearward from the rear surface 26 of the rotation side support member 13.
In addition, although the back protrusion part 25 of a present Example is arrange | positioned in a symmetrical position and is provided with one pair, three or more of these protrusion parts 25 are provided so that the rotation balance of the main shaft 2 may not be damaged, and the long hole 22 is provided with this The same number may be provided.
[0021]
As shown in FIGS. 1 and 2, the moving member 24 is formed with a stopper surface 27 orthogonal to the axis C, and this stopper surface 27 is positioned in contact with the front bottom surface 28 of the rotation-side support member 13. It has become so. Due to this contact operation, the backward movement of the draw bar 6 is restricted.
A cylindrical protrusion 30 concentric with the axis C is integrally formed on the rotation side support member 13 so as to protrude rearward from the rear surface 26. An engagement hole 31 that communicates with the first fitting hole 21 is formed through the center of the projecting portion 30 in the center, and a female screw 32 is formed in the engagement hole 31.
The rotation side joint member 16 is screwed and fixed to the female screw 32. Further, a seal member 30a such as an O-ring, a lip packing, and an oil seal is also provided between the protruding portion 30 and the rotation side joint member 16, and leakage of the coolant is prevented by the seal member 30a.
Thereby, the flow path 18 of the rotary joint 12 and the flow path 10 of the draw bar 6 are communicated with each other via the engagement hole 31 and the first fitting hole 21.
[0022]
A pressing means 40 for pressing the rear protrusion 25 of the draw bar 6 forward is attached to the rear portion of the spindle head 1. The stationary support member 14 is disposed at the center of the pressing means 40 and is attached to the spindle head 1 side.
The fixed side support member 14 supports the fixed side joint member 17, and a third flow path 41 communicating with the flow path 18 of the rotary joint 12 is formed in the fixed side support member 14 in the direction of the axis C. . A pipe 41 a communicating with the flow path 41 is connected to the fixed side support member 14.
[0023]
In this embodiment, a tool unlock cylinder device (hereinafter referred to as a cylinder device) 40 is used as the pressing means, and the cylinder body 42 is fixed to the spindle head 1 via an attachment member 71 and the like.
A piston 43 is fitted inside the cylinder body 42 so as to be reciprocally movable in the direction of the axis C. When the piston 43 slides in the forward direction (arrow D), its front end surface 50 protrudes rearward of the draw bar 6. The part 25 is pressed forward.
While the main shaft 2 is rotating, the front end face 50 and the rear protrusion 25 need to be separated from each other, so that the stroke of the piston 43 is set larger than the stroke of the draw bar 6.
[0024]
The cylinder main body 42 has one oil passage 46 for communicating with the rear cylinder chamber 47 and supplying pressure oil thereto, and the other for communicating with the front cylinder chamber 48 and supplying pressure oil thereto. The oil passages 49 are respectively attached. The oil passages 46 and 49 are controlled by a hydraulic circuit (not shown) and supplied with pressure oil.
A guide pin 43 a attached to the cylinder body 42 in parallel with the axis C is slidably engaged with a guide hole 43 b formed in the piston 43, thereby preventing rotation of the piston 43 in the rotation direction. . Reference numeral 42 a denotes a cylinder cover, which constitutes a rear cylinder chamber 47 together with the cylinder body 42.
The movement of the piston 43 is confirmed by detecting the movement of the rear end portion 43c by a detection means (not shown), and the clamping and unclamping operations are confirmed.
[0025]
The fixed-side support member 14 is attached to the spindle head 1 side by being fixed to the cylinder body 42 via an attachment member 70. A hollow inner peripheral surface 44 having a circular cross section concentric with the axis C is formed at the center of the piston 43, and the fixed-side support member 14 is fitted to the hollow inner peripheral surface 44.
A seal member 44a such as an O-ring, a lip packing, and an oil seal is provided between the hollow inner peripheral surface 44 and the fixed support member 14, and the seal member 44a prevents coolant leakage.
[0026]
Labyrinths 45a, 45b, and 45c are provided between a rotating portion that rotates together with the main shaft 2 and a non-rotating portion (fixed portion) on the main shaft head 1 side. Even if the coolant leaks out from the sliding contact portion 15, the triple labyrinth 45a, 45b, 45c is disposed between the built-in motor 4 and the bearing 3 behind it and the rotary joint 12. It does not enter the bearing 3 or the built-in motor 4.
[0027]
Next, a tool attaching / detaching operation will be described.
An example will be described in which the old tool mounted on the tool mounting portion of the spindle 2 and the new tool stored in the tool storage magazine are exchanged.
First, it is assumed that an old tool is mounted on the spindle 2 and the draw bar 6 is in the retracted position as shown in FIGS. First, the replacement arm of the ATC is moved to the tool mounting portion side of the main spindle 2, and the gripped portion of the old tool mounted on the tool mounting portion is gripped by one gripping portion of the replacement arm. This exchange arm is of a twin arm type, for example, and a new tool is held by the other holding portion.
[0028]
Next, the cylinder device 40 is operated to move the piston 43 to the forward movement position. That is, the pressure oil supplied from the hydraulic circuit is supplied from one oil passage 46 to the rear cylinder chamber 47, and the front cylinder chamber 48 and the other oil passage 49 communicating therewith are opened to atmospheric pressure.
Then, the piston 43 moves forward in the direction of the main shaft 2 while being in sliding contact with the cylinder body 42 and the fixed-side support member 14, so that the front end surface 50 of the piston 43 presses the rearward projecting portion 25 of the draw bar 6 forward.
With this pressing force, the rear protrusion 25 slides forward in the long hole 22, and the moving member 24 slides forward in the through hole inner peripheral surface 5 a against the biasing force of the biasing member 7. To move the draw bar 6 forward. At this time, the rear end portion 23 of the draw bar 6 slides forward in the first fitting hole 21. By the movement operation of the draw bar 6 in the forward direction, the old tool can be detached from the tool mounting portion.
[0029]
Next, the replacement arm is moved, and the old tool is detached from the tool mounting portion. The exchange arm is turned 180 degrees, the positions of the old tool and the new tool are changed, and the new tool is positioned so as to face the tool mounting portion. The exchange arm is moved to the tool mounting part side of the spindle 2.
[0030]
Next, the cylinder device 40 is operated to move the piston 43 to the retracted position. In other words, the rear cylinder chamber 47 and one oil passage 46 are opened to atmospheric pressure, and the pressure oil is supplied from the other oil passage 49 to the front cylinder chamber 48.
Then, the piston 43 moves rearward while making sliding contact with the cylinder body 42 and the fixed-side support member 14. By the movement of the piston 43, the moving member 24 is pushed by the spring force of the urging member 7 and moves rearward in the inner peripheral surface 5a of the through hole, and the rear protrusion 25 also slides backward in the elongated hole 22. Move.
Thus, since the draw bar 6 moves rearward together with the moving member 24, the rear end portion 23 slides backward in the first fitting hole 21. Since the stroke of the piston 43 is larger than the stroke of the draw bar 6, the front end face 50 of the piston 43 is eventually separated from the rear protrusion 25 and returns to the state shown in the figure.
[0031]
When the draw bar 6 is retracted by the urging force of the urging member 7, the new tool is brought into close contact with the tool mounting portion, and the engaged portion of the pull stud of the new tool is pulled backward by the strong spring force of the urging member 7. And clamped.
Finally, after the replacement arm releases the grip of the new tool, it is separated from the tool mounting portion, thereby completing a series of tool attaching / detaching operations.
[0032]
When cutting with a new tool after completion of this attachment / detachment operation, the workpiece is cooled by continuously supplying coolant to the tool rotating at high speed. That is, the coolant supplied from the pipe 41 a passes through the flow path 41 of the fixed side support member 14, the flow path 18 of the rotary joint 12, the engagement hole 31 of the rotation side support member 13, and the flow path 10 of the draw bar 6. Supplied to the tool.
When the coolant flows through the flow path 18, the automatic seal opening / closing mechanism is activated by the fluid pressure of the coolant itself, and the rotation-side joint member 16 and the fixed-side joint member 17 are in good contact with each other at the sliding contact portion 15. It does not leak outward from the contact portion 15, and the sealing performance of the sealing surface can be maintained.
[0033]
In the present invention, the rotary joint 12 holding structure as described above is used, and the rotary side joint member 16 of the rotary joint 12 is firmly attached to the main shaft 2 side instead of the draw bar 6.
Therefore, even if the draw bar 6 moves in the front-rear direction during clamping or unclamping of the tool, neither the rotation-side support member 13 that supports the rotary joint 12 nor the fixed-side support member 14 moves in the front-rear direction. It is separated from the forward / backward movement operation. Therefore, the rotary joint 12 is not affected by the movement of the draw bar 6 or deformation such as bending.
[0034]
According to the present invention, since the vibration of the sliding contact portion 15 is extremely reduced, the progress, damage, breakage, and the like of the seal surface are eliminated, and the sealing performance is improved. Therefore, even when the main shaft 2 rotates at high speed, the sealing performance can be sufficiently exhibited and the life of the rotary joint 12 can be extended.
Even if the draw bar 6 is bent slightly when the draw bar 6 is assembled, the main shaft 2 is not deformed. Therefore, the rotation-side support member 13 is not affected by the deformation of the draw bar 6 and maintains the sealing performance of the sliding contact portion 15 in a good state. it can.
In addition, when the rotary joint 12 is assembled or replaced with a new one, since the runout is within a predetermined accuracy without adjustment, there is no need to perform adjustment work.
[0035]
Since the rotary joint 12 does not move in the front-rear direction, there is no need to provide a mechanism for absorbing the stroke difference between the draw bar 6 and the piston 43. Therefore, the structure of the rotary joint device 11 is simplified as compared with the conventional one, and the rotary joint 12 is also fixed in a solid position at a predetermined position. Absent.
[0036]
Conventionally, since one member of the rotary joint is attached to the draw bar 6 which is easy to bend, it is difficult to attach with high accuracy. On the other hand, in the present invention, since the rotary joint 12 is attached to the side of the main shaft 2 having a large diameter and a large rigidity, the attachment can be performed with high accuracy, the sealing performance of the sliding contact portion 15 is improved, and the leakage of the coolant is eliminated. .
In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0037]
【The invention's effect】
In the present invention, as described above , the rotary joint member of the rotary joint has a holding structure firmly attached to the main shaft side instead of the draw bar. Therefore, even when the draw bar moves in the front-rear direction during tool clamping and unclamping The rotating side support member and the stationary side support member that support the rotary joint do not move in the front-rear direction and are separated from the forward / backward movement operation of the draw bar. Therefore, the rotary joint is not affected by the movement of the draw bar or deformation such as bending.
Further, in the present invention, the sliding contact portion is extremely less shaken, so that the seal surface is not worn out, damaged or broken, and the sealing performance is improved, and the sealing performance is sufficient even when the spindle rotates at high speed. It can be used to extend the life of rotary joints.
Even if the draw bar is bent slightly when the draw bar is assembled, the main shaft is not deformed. Therefore, the rotation-side support member is not affected by the deformation of the draw bar, and the sealing property of the sliding contact portion can be maintained in a good state.
Since the rotary joint does not move in the front-rear direction, the structure of the rotary joint device is simplified as compared with the prior art.
Since the rotary joint is attached to the main shaft side having a large diameter and high rigidity, it can be attached with high accuracy, and the sealing property of the sliding contact portion is improved and the leakage of the coolant is eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 to FIG. 3 are views showing an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional view including a rotary joint device.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main shaft head 2 Main shaft 5 Through-hole 6 Draw bar 10 Draw bar 1st flow path 11 Rotary joint apparatus 12 Rotary joint 13 Rotation side support member 14 Fixed side support member 15 Sliding contact part 16 Rotation side joint member 17 Fixed side joint member 18 Second flow path 21 of rotary joint First fitting hole 22 Plural long holes (plural holes)
23 Drawbar rear end 24 Drawbar moving member 25 Rear protrusion 40 Tool unlock cylinder device (pressing means)
41 Third flow path 42 of stationary support member Cylinder body 43 Piston 44 Hollow inner peripheral surface C Axis

Claims

In a rotary joint device of a machine tool that supplies a fluid to a first flow path inside a draw bar that is inserted in a through hole of a main shaft that rotates in a main shaft head so as to be movable back and forth in an axial direction.
A rotary joint in which the rotation-side joint member and the fixed-side joint member are arranged to face each other via the sliding contact portion, and the second flow path is formed therein ;
Rotation to support the front Symbol rotation-side joint member and the drawbar is fitted slidably in the axial direction, for communicating the second flow path of the rotary joint and the first flow path of the drawbar A side support member;
It is disposed at the center of the pressing means attached to the spindle head so as to press the rearward projecting portion provided on the draw bar forward, and is attached to the spindle head to support the fixed-side joint member. A fixed-side support member having a third flow path communicating with the second flow path ,
The rotary joint device of a machine tool, wherein the rotary side joint member of the rotary joint is attached to the main shaft via the rotary side support member that supports the rotary side joint member .

In the rotation side support member, a first fitting hole having a circular cross section is formed at the center position, and a plurality of holes concentric with the first fitting hole are formed at positions away from the center position, respectively.
The rear end portion of the draw bar is fitted into the first fitting hole, and the plurality of rear protrusions formed on the draw bar moving member attached to the rear portion of the draw bar penetrates the plurality of holes, The rotary joint device of a machine tool according to claim 1, wherein the draw bar and the draw bar moving member are movable in the axial direction.

The pressing means is a tool unlock cylinder device in which a cylinder body is attached to the spindle head,
A piston that slides forward and presses the rearward projecting portion is fitted into the cylinder body, and the fixed-side support member is fitted to a hollow inner peripheral surface formed at a central position of the piston. The rotary joint device for a machine tool according to claim 1, wherein the rotary joint device is a machine tool.