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JP3944375B2 - Tools, tool holders and machine tools - Google Patents
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JP3944375B2 - Tools, tool holders and machine tools - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸に装着されるワークを加工する工具、エンドミル等の加工具を保持する工具ホルダ、この工具または工具ホルダが主軸に着脱される工作機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、マシニングセンタ等の主軸を備えた工作機械では、主軸の最大回転数(単位時間当たり)は主軸を回転自在に保持する主軸受の構造や潤滑方式によって決定されるため、この最大回転数より増速した回転数で工具を回転させたい場合には、たとえば、増速装置を用いている。
増速装置としては、たとえば、工具を保持し主軸に着脱可能となっており、主軸の回転力を遊星歯車機構等の歯車機構によって増速して工具の回転数を増速させるものが知られている。
たとえば、マシニングセンタにおいて、一時的に主軸の最大回転数よりも工具の回転数を増速させたい場合には、上記のような増速装置を主軸に対して通常の工具と同様に装着し、工具を高い回転数で回転させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような歯車機構による増速装置によって工具を主軸の回転数よりも増速する場合に、数万回転〜数十万回転の超高速回転させると、増速装置の発熱が増大し、工具の熱膨張のために加工精度に影響することがある。また、数万回転〜数十万回転の超高速回転では、増速装置からの騒音も増大する。さらに、増速装置は、たとえば、数万回転〜数十万回転の回転に耐えうる信頼性の高い構造にするため、比較的製造コストが高騰するという不利益も存在した。
また、歯車機構による増速装置の場合、歯車や軸受の潤滑が必要であり、潤滑油の供給経路および排出経路を増速装置内に設けるため、装置が大型化し、自動工具交換装置による自動交換が難しいという不利益も存在した。
また、他の増速方法として、工具を駆動するモータに高周波モータを使用し、この高周波モータに特別に用意された制御装置から駆動電流を供給し、工具を高速回転させる方法が採られる場合がある。しかしながら、この方法では、電力を外部から供給するケーブルが存在するため、工具の自動交換を通常の工具と同様に行うことが難しく、また、設備コストが比較的高いという不利益が存在する。
【0004】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、通常の工具と同様に工作機械の主軸に着脱自在に装着され、外部から電力を供給することなく工作機械の主軸よりも高い回転数を得ることができ、外部の電源等と結線することなく駆動可能で、加えて、自動工具交換が可能なように小型化された工具、工具ホルダおよびこれらを備えた工作機械を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の工具は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、ワークを加工する加工具と、前記加工具が装着される回転軸と、前記回転軸とカップリングを介して連結される出力軸と、当該出力軸を第2の軸受を介して軸支する電動機本体とを有し、前記加工具を駆動する電動機と、前記工作機械の主軸から回転力が伝達される入力軸と、前記入力軸を軸支する発電機本体とを有し、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記入力軸に伝達する装着部と、前記装着部を第1の軸受を介して回転自在に保持する第1のケース部材と、前記第1のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体前記工作機械の非回転部分に対して回転不可能に保持する第2のケース部材と、前記第2のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第3の軸受を介して回転自在に保持する第3のケース部材と、を有し、前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第1のケース部材、前記第2のケース部材及び前記第3のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第1の軸受、前記第2の軸受及び前記第3の軸受に潤滑剤が密封された密封軸受が用いられている。
【0006】
好適には、前記第1のケース部材、前記第2のケース部材及び前記第3のケース部材を互いに連結して構成されたケースは、前記工作機械の非回転部分に係合し、回転が規制される
【0007】
好適には、前記発電機は、前記主軸の回転数に応じた周波数の電圧を電動機に供給する交流発電機であり、前記電動機は、前記周波数に応じた回転数で回転する誘導電動機である。
【0008】
本発明の工具ホルダは、ワークを加工する加工具を保持可能で、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、前記加工具が装着される回転軸を有し、前記加工具を回転自在に保持する工具保持部と、前記回転軸とカップリングを介して連結される出力軸と、当該出力軸を第2の軸受を介して軸支する電動機本体とを有し、前記工具保持部を回転させる電動機と、前記工作機械の主軸から回転力が伝達される入力軸と、前記入力軸を軸支する発電機本体とを有し、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記入力軸に伝達する装着部と、前記装着部を第1の軸受を介して回転自在に保持する第1のケース部材と、前記第1のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体前記工作機械の非回転部分に対して回転不可能に保持する第2のケース部材と、前記第2のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第3の軸受を介して回転自在に保持する第3のケース部材と、を有し、前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第1のケース部材、前記第2のケース部材及び前記第3のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第1の軸受、前記第2の軸受及び前記第3の軸受に潤滑剤が密封された密封軸受が用いられている。
【0009】
本発明の工作機械は、主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、ワークを加工する加工具と、前記加工具が装着される回転軸と、前記回転軸とカップリングを介して連結される出力軸及び当該出力軸を第2の軸受を介して軸支する電動機本体を有し、前記加工具を駆動する電動機と、前記主軸から回転力が伝達される入力軸及び前記入力軸を軸支する発電機本体を有し、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記入力軸に伝達する装着部と、前記装着部を第1の軸受を介して回転自在に保持する第1のケース部材と、前記第1のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体前記工作機械本体の非回転部分に対して回転不可能に保持する第2のケース部材と、前記第2のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第3の軸受を介して回転自在に保持する第3のケース部材とを備えた工具と、前記駆動手段および前記制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置とを有する工作機械であって、前記工具において、前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第1のケース部材、前記第2のケース部材及び前記第3のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記第1の軸受、前記第2の軸受及び前記第3の軸受に潤滑剤が密封された密封軸受が用いられている。
【0010】
本発明では、主軸に着脱される工具に発電機および電動機を備え、主軸の回転力を利用して発電し、発電した電力で電動機を駆動して加工具を回転させる。これにより、外部の電源等と結線することなく工具の駆動が可能となり、自動工具交換も可能となる。
このように、本発明の工具は、主軸や外部機器から完全に独立しており、このため、本発明の工具に用いられる軸受の潤滑を、たとえば、主軸や外部からの潤滑剤の供給等によって行うと、潤滑剤の供給路、排出路が必要となり工具を主軸や外部機器から完全に独立させたメリットが失われるとともに、工具が大型化してしまう。
そこで、本発明では、潤滑剤の補充が不要である密封軸受を工具の回転部分にに用いることにより、工具を主軸や外部機器から完全に独立させることが可能となるとともに、小型化が可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械である。
マシニングセンタ1は、工作機械本体2と、数値制御装置(NC装置)250と、プログラマブルコントローラ(PLC)150とを備えている。
図1において、工作機械本体2は、門型のコラム38の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール37を備えており、このクロスレール37上を移動可能に支持されたサドル44を介してラム45が鉛直方向(Z軸方向)に移動可能に設けられている。
【0012】
サドル44には、水平方向にクロスレール37内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸41が螺合している。送り軸41の一端部には、サーボモータ19が接続されており、送り軸41はサーボモータ19によって回転駆動される。
送り軸41の回転駆動によって、サドル44はY軸方向に移動可能となり、これによってラム45のY軸方向の移動および位置決めが行われる。
【0013】
さらに、サドル44には、鉛直方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸42がねじ込まれている。送り軸42の端部には、サーボモータ20が接続されている。
サーボモータ20によって送り軸42が回転駆動され、これによりサドル44に移動可能に設けられたラム45のZ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【0014】
ラム45内には、主軸モータ31が内蔵され、この主軸モータ31はラム45に回転自在に保持された主軸46を回転駆動する。
主軸46の先端には、エンドミルなどの加工具とこの加工具を保持する工具ホルダからなる工具Tが装着され、主軸46の回転によって工具Tが駆動される。
ラム45の下方には、加工すべきワークが固定されるテーブル35がX軸方向に移動可能に設けられている。テーブル35には、図示しないねじ部が形成されており、これにX軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ18が接続されている。
テーブル35は、サーボモータ18の回転駆動によってX軸方向の移動および位置決めが行われる。
【0015】
また、2本の門型コラム38には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸32aをクロスレール昇降用サーボモータ32によって回転駆動することによりクロスレール37は昇降する。
自動工具交換装置(ATC)39は、主軸46に対して各種工具Tを自動交換する。
この自動工具交換装置39は、たとえば、図示しないマガジンにエンドミル、ドリル等の各種加工具を工具ホルダによって保持した工具Tを収納しており、主軸46に装着された工具Tを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Tを主軸46に工具交換アームによって装着する。
【0016】
NC装置250は、上記のサーボモータ18,19,20および、クロスレール昇降用サーボモータ32の駆動制御を行う。
NC装置250は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順にしたがって、サーボモータ18,19,20および32による工具Tとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、NC装置250は、加工プログラムにおいて、たとえば、Sコードで規定された主軸モータ31の回転数(単位時間当りの回転数)を解読することにより主軸46の回転数の制御を行う。
さらに、NC装置250は、NCプログラムにおいて、たとえば、Mコードで規定された工具Tの交換を動作を解読することにより、各種工具Tの自動交換を実行する。
【0017】
PLC150は、NC装置250および操作パネル200と接続されている。このPLC150は、予め決められたシーケンスプログラムにしたがって、マシニングセンタ1の起動、停止を行ったり、操作パネル200の表示部を点灯、消灯する信号を出力する等の各種シーケンス制御を行う。
また、PLC150は、主軸モータ31を駆動制御する主軸モータドライバ157と接続されている。PLC150は、主軸モータ31の起動、停止および速度制御を行うための制御指令を主軸モータドライバ157に出力する。なお、PLC150は各種シーケンス制御を行う。
【0018】
図2は、本発明の工具の一実施形態の構成を示す断面図である。
図2において、工具60は、刃具100と、この刃具100を保持する工具ホルダ61とから構成される。なお、刃具100は本発明の加工具の一実施態様である。また、本実施形態に係る工具60は、上記した通常の工具Tと同様に自動工具交換装置39によって主軸46に着脱される。
【0019】
工具ホルダ61は、装着部62と、ケース部材66,67および68からなるケース65と、発電機70と、電動機80と、工具保持部90と、回り止め部材85とを備えている。
【0020】
装着部62は、把持される把持部62aと、上記の主軸46の先端部に形成されたテーパスリーブ46aに装着されるテーパシャンク部62bと、このテーパシャンク部62bの先端部に形成されたプルスタッド62cと、ケース部材66に回転自在に保持される軸部62dとを備えている。
【0021】
装着部62の把持部62aは、上記した自動工具交換装置39の工具交換アームによって、自動工具交換装置39のマガジンから主軸46に装着される際および主軸46から自動工具交換装置39のマガジンへ搬送される際に把持される。
【0022】
装着部62のテーパシャンク部62bは、主軸46のテーパスリーブ46aに装着されることによって、中心軸が主軸46の中心軸と同心になる。
【0023】
装着部62のプルスタッド62cは、装着部62が主軸46のテーパスリーブ46aに装着されると、主軸46に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。なお、主軸46に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。
【0024】
装着部62の軸部62dは、ケース部材66の内周に複数の軸受72を介して回転自在に保持されている。軸受72には、後述するように密封アンギュラ玉軸受が用いられる。
【0025】
ケース部材67の内周には、保持部材73を介して発電機70および電動機80が保持されている。
発電機70は、入力軸71が装着部62の軸部62dと同心に連結されており、この発電機70には主軸46の回転力が装着部62を介して伝達される。
発電機70には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
【0026】
電動機80は、図示しない導電ケーブルによって、発電機70で発電された電力が供給される。この電動機80は、発電機70から供給される電力によって駆動される。
電動機80には、たとえば、三相誘導電動機を用いることができる。
【0027】
工具保持部90は、回転軸91と、この回転軸91と電動機80の回転軸81とを連結するカップリング93と、回転軸91の先端部に固定された工具装着部材95とを有する。なお、回転軸91および回転軸81が本発明の駆動軸の一実施態様である。
電動機80の回転軸81は、図示しない軸受によって回転自在に保持されているが、この電動機80の回転軸81を支持する図示しない軸受も本発明の軸受の一つである。また、この軸受には後述するように密封アンギュラ玉軸受が用いられる。
【0028】
回転軸91は、ケース部材68の内周に複数の軸受92を介して回転自在に保持されている。軸受92には、後述するように密封アンギュラ玉軸受が用いられる。
回転軸91の先端側は、ケース部材68に抜け止め部材94によって抜け止めされている。
【0029】
刃具100は、工具装着部95に保持されており、この刃具100はワークを加工する。なお、工具装着部95は本発明の工具保持部の一実施態様である。刃具100は、具体的には、ドリル、エンドミル等の各種の刃具である。又、他の加工具としては、研磨、砥石等が挙げられる。
【0030】
ケース部材66、67および68は、たとえば、ボルト等の締結手段によって連結されており、これらケース部材66、67および68がケース65を構成している。
ケース部材66の外周には、回り止め部材85が設けられている。
回り止め部材85は、装着部62が主軸46のテーパスリーブ46aに装着されることにより、主軸46側の、たとえば、ラム45等の非回転部47に形成された嵌合穴47aに先端85aが挿入される。
これにより、ケース部材66、すなわち、ケース65は、主軸46が回転しても回転が規制される。
【0031】
上記した軸部62dの軸受72、回転軸91の軸受92および電動機80の回転軸81の軸受には、密封アンギュラ玉軸受が用いられる。
上記の密封アンギュラ玉軸受は特別品であるが、一般的に密封玉軸受は、JISやISOにおいてキャップ軸受と呼ばれるものであり、シールドタイプ、非接触シールタイプ、接触シールタイプのものが知られている。
図3に示す密封アンギュラ玉軸受300は、接触シールタイプのものである。
図3において、転動体としての複数の玉301は保持器340によって互いに接触しないように配置され、内輪330の軌道溝330aおよび外輪320の軌道溝330aの間に配置されている。内輪330と外輪320の両側面側に環状のシール部材310,311が設けられている。
このシール部材310,311によって密封された空間内に、グリースGが封入されている。
【0032】
グリースGには、たとえば、摩擦力ができるだけ小さく、高速回転時にも長時間にわたりグリースGが軸受内で均等に分配されグリースGの損失が少ないものを用いるのが好ましい。具体的には、FAG社の商品名アルカノールL75等が挙げられる。
【0033】
次に、本実施形態に係る工具60の動作の一例について説明する。
まず、自動工具交換装置39によって、工具装着部95に刃具100を保持した工具60を工作機械本体2の主軸46に装着する。
工具60は、回り止め部材85の先端部85aが非回転部47の嵌合穴47aに嵌合挿入され、ケース65の回転が規制される。
【0034】
この状態から、主軸46を回転数N0 で回転させると、工具60の装着部62が回転し、主軸46の回転力が発電機70に伝達される。
これにより、発電機70は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【0035】
三相同期発電機の発生する三相交流電力の周波数fは、三相同期発電機の極数をP1 とし、主軸46の回転数をN0 〔min-1〕とすると、次式(1)によって表される。
【0036】
【数1】
f=P1 ×N0 /120〔Hz〕 …(1)
【0037】
したがって、主軸46を回転数N0 で回転させると、上記(1)式で表される周波数fの三相交流電力が電動機80に供給される。
【0038】
ここで、電動機80に三相誘導電動機を用いたとすると、この三相誘導電動機の極数がP2 とすると、三相誘導電動機は三相交流の1サイクルで2/P2 回転することから、滑りがない時の三相誘導電動機の同期速度N1 は、次式(2)で表される。
【0039】
【数2】
1 =120×f/P2 〔min-1〕 …(2)
【0040】
したがって、主軸46の回転数N0 に対する工具60の回転数N1 は次式(3)によって表される。
【0041】
【数3】
1 =N0 ×P1 /P2 〔min-1〕 …(3)
【0042】
(3)式からわかるように、主軸46の回転数N0 は、上記(3)式で表される回転数N1 に変速される。
(3)式で示すように、三相同期発電機の極数P1 と三相誘導電動機の極数P2 との比を適宜設定することにより、主軸46の回転数N0 に対する工具60の回転数N1 の変速比を任意に設定できることが分かる。
すなわち、主軸46の回転数N0 を増速したい場合には、極数比P1 /P2 を1より大きくし、減速したい場合には、極数比P1 /P2 を1より小さくなるように、三相同期発電機の極数P1 および三相誘導電動機の極数P2 を予め選択すればよい。
【0043】
たとえば、主軸46の最大回転数Nmax が3000min-1であるとすると、通常の工具を用いたワークの加工では、主軸46の回転数は上記の最大回転数Nmax の範囲で十分である場合が多い。
一方、主軸46の最大回転数Nmax が3000min-1のマシニングセンタ1を使用し、たとえば、ワークにアルミニウム合金材を用いてこれを高速加工したい場合には、工具60の回転数を、たとえば、30000min-1に増速させたいような場合がある。
このような場合のために、マシニングセンタ1の自動工具交換装置39のマガジンに工具60を予め収容しておく。なお、工具60は、増速比が10となるように、上記の極数比P1 /P2 が10である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵させる。
【0044】
自動工具交換装置39によって、主軸46に通常の工具と同様に工具60を自動装着する。
主軸46を主軸モータ31を駆動して回転させるが、工具60に保持された刃具100の回転数は、主軸46の回転数によって制御する。すなわち、NC装置250にダウンロードするNCプログラムにおいて、主軸46の回転数をSコードで指定することにより、工具60の刃具100の回転数を規定しておく。すなわち、NC装置250は、主軸46の回転数を制御することにより、工具60の刃具100の回転数を制御する。
たとえば、工具60の刃具100を30000min-1で回転させたい場合には、NCプログラムにおいてSコードで主軸46の回転数を3000min-1に指定しておく。
【0045】
主軸46を3000min-1で回転させると、発電機70は主軸46の回転数および極数P1 に応じた周波数の三相交流を発生する。
電動機80は、発電機70から供給される三相交流によって駆動され、工具60の刃具100は、略30000min-1の回転数で回転する。
【0046】
上記のように刃具100が増速された状態で、テーブル35に固定されたワークと刃具100(主軸46)とを加工プログラムにしたがって相対移動させることにより、ワークの切削加工が行われる。
【0047】
これにより、たとえば、主軸46の最大回転数が制限されるマシニングセンタ1を使用した場合に、主軸46の最大回転数を越える回転数で刃具100を回転させてワークの高速加工が可能となる。
【0048】
以上のように、本実施形態によれば、通常の工具と同様にユニット化された工具ホルダ61に発電機70および電動機80を内蔵し、発電機70で発生した電力で電動機80を駆動することで、主軸46に対する工具60の回転速度を増速させるため、主軸46を高速回転させても歯車装置のように発熱が増大せず、工具60の熱膨張が抑えられて加工精度の低下が抑制される。
【0049】
さらに、本実施形態によれば、電動機80のイナーシャを主軸46のイナーシャよりも小さくできるため、主軸46を直接に高速回転させる場合に比べて、刃具100の応答性を向上できる。
【0050】
また、本実施形態によれば、主軸46の回転速度を増速させる工具60を主軸46に対して着脱自在とし、かつ、自動工具交換装置39によって通常の工具と同様に交換可能となっているため、通常の回転速度の範囲での加工を行いながら、高速加工の要求に対して即座に対応することができる。
また、本実施形態によれば、主軸46の回転によって発電した電力によって刃具100を駆動するため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この結果、電源供給のための配線が必要ない。
【0051】
さらに、本実施形態によれば、工具60内で用いる軸受に密封アンギュラ玉軸受を用いることにより、潤滑剤を工具60の外部から供給する必要がなく、潤滑剤の供給路、排出路を工具60内に設ける必要がない。このため、工具60を小型化することが可能になり、この結果、工具60は自動工具交換装置39による自動交換に好適なものとなる。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、外部から電力を供給することなく工作機械の主軸よりも高い回転数を得ることができる工具、工具ホルダおよびこれらを備えた工作機械が得られる。
また、本発明によれば、通常の工具と同様に工作機械の主軸に着脱自在に装着され、外部の電源等と結線することなく駆動可能で、自動工具交換が可能なように小型化された工具、工具ホルダおよびこれらを備えた工作機械が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
【図2】本発明の工具の一実施形態の構成を示す断面図である。
【図3】密封アンギュラ玉軸受の一例の断面図である。
【符号の説明】
1…マシニングセンタ
2…工作機械本体
31…主軸モータ
39…自動工具交換装置
46…主軸
60…工具
62…装着部
65…ケース
66,67,68…ケース部材
70…発電機
80…電動機
90…工具保持部
95…工具装着部
100…刃具
250…NC装置
300…密封アンギュラ玉軸受
310,311…シール部材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tool for machining a workpiece mounted on a spindle of a machine tool, a tool holder for holding a processing tool such as an end mill, and a machine tool on which the tool or the tool holder is attached to and detached from the spindle.
[0002]
[Prior art]
For example, in a machine tool equipped with a spindle such as a machining center, the maximum rotation speed (per unit time) of the spindle is determined by the structure of the main bearing that holds the spindle rotatably and the lubrication method. For example, a speed increasing device is used to rotate the tool at a high rotational speed.
As the speed increasing device, for example, a device that holds a tool and can be attached to and detached from the main shaft, and increases the rotational speed of the tool by increasing the rotational force of the main shaft by a gear mechanism such as a planetary gear mechanism is known. ing.
For example, in a machining center, when it is desired to temporarily increase the rotational speed of the tool beyond the maximum rotational speed of the main shaft, the speed increasing device as described above is mounted on the main shaft in the same manner as a normal tool, Is rotating at a high speed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the tool is increased from the rotational speed of the main shaft by the speed increasing device using the gear mechanism as described above, if the tool is rotated at an ultra high speed of several tens of thousands to several hundred thousand, the heat generation of the speed increasing device increases. , Machining accuracy may be affected by thermal expansion of the tool. In addition, at ultra high speed rotation of several tens of thousands to several hundred thousand rotations, noise from the speed increasing device also increases. Furthermore, since the speed increasing device has a highly reliable structure that can withstand, for example, tens of thousands to hundreds of thousands of rotations, there is a disadvantage that the manufacturing cost is relatively increased.
Also, in the case of a speed increasing device using a gear mechanism, the gears and bearings need to be lubricated, and since the lubricating oil supply path and discharge path are provided in the speed increasing apparatus, the size of the apparatus increases and automatic replacement by an automatic tool changer There was also the disadvantage that it was difficult.
As another speed increasing method, there is a case where a high frequency motor is used as a motor for driving the tool, a driving current is supplied from a control device specially prepared for the high frequency motor, and the tool is rotated at a high speed. is there. However, in this method, since there is a cable for supplying electric power from the outside, it is difficult to perform automatic tool change in the same manner as a normal tool, and there is a disadvantage that the equipment cost is relatively high.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to attach a detachable tool spindle to a machine tool in the same manner as a normal tool, and to supply a machine tool without supplying power from the outside. A tool, tool holder, and a machine equipped with these tools that can achieve a higher rotational speed than the main shaft, can be driven without being connected to an external power supply, etc., and can be automatically changed. To provide a machine.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A tool according to the present invention is a tool that is detachably attached to a main spindle of a machine tool, and includes a processing tool for processing a workpiece, a rotating shaft to which the processing tool is mounted, and the rotating shaft and a coupling. an output shaft connected, and a motor main body for rotatably supporting the output shaft via the second bearing, an electric motor for driving the processing tool, the rotational force from the spindle of a machine tool is Ru is transmitted input A generator having a shaft and a generator main body that supports the input shaft; and a generator that generates electric power for driving the electric motor; and a detachably attached to the main shaft, and the rotational force of the main shaft is applied to the input shaft . A mounting portion for transmitting, a first case member for rotatably holding the mounting portion via a first bearing, and a coupling means coupled to the first case member, the generator body and the motor body the non-rotatable relative to the non-rotating portion of the machine tool A second case member that is held by the second case member, and a third case member that is coupled to the second case member by fastening means and rotatably holds the rotating shaft via a third bearing, The mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft, and the first case member, the second case member, and the third case member are Sealed bearings are used which are arranged in order along the longitudinal direction of the main shaft and in which a lubricant is sealed in the first bearing, the second bearing, and the third bearing.
[0006]
Preferably, the first case member, the second case member and the third casing that is constructed by connecting together the casing member is engaged with the non-rotating portion of the machine tool, the rotation is regulated Is done .
[0007]
Preferably, the generator is an AC generator that supplies a voltage having a frequency corresponding to the rotational speed of the main shaft to the electric motor, and the electric motor is an induction motor that rotates at a rotational speed corresponding to the frequency.
[0008]
The tool holder of the present invention is a tool holder that can hold a processing tool for processing a workpiece and is detachably mounted on a main spindle of a machine tool body, and has a rotating shaft on which the processing tool is mounted, has a tool holding portion for holding a processing tool rotatably, an output shaft connected through said rotary shaft and the coupling, and a motor main body for rotatably supporting the output shaft via the second bearing, wherein a an electric motor for rotating the tool holding part, an input shaft rotational force Ru is transmitted from the machine tool spindle, and a generator body for supporting the input shaft to generate power for driving the electric motor A generator, a mounting portion that is detachably mounted on the main shaft, and that transmits the rotational force of the main shaft to the input shaft , and a first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing And connected to the first case member by fastening means Is, the generator and the second case member for holding the body and the motor body non-rotatably relative to the non-rotating portion of the machine tool are connected by fastening means to the second case member, the rotating shaft A third case member that rotatably supports the third bearing, and the mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft. The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft, and the first bearing, the second bearing, and the third case are arranged. A sealed bearing in which a lubricant is sealed is used.
[0009]
A machine tool according to the present invention includes a machine tool body including a spindle, drive means for driving the spindle, at least one control axis for changing the relative position of the spindle and the workpiece, and a processing tool for processing the workpiece. the has a rotation shaft processing tool is attached, the motor body rotatably supporting via a second bearing the output shaft and the output shaft are connected through the rotary shaft and the coupling, the processing tool an electric motor for driving a has a generator body of a rotational force for supporting the input shaft and the input shaft Ru is transmitted from the main shaft, a generator for generating electric power for driving the electric motor, detachably to said main shaft is mounted on a mounting portion for transmitting the rotating force of the main shaft to said input shaft, a first case member for rotatably holding said mounting portion via a first bearing, said first case member are connected by fastening means, the generator present And a second case member for holding the motor main body non-rotatably relative to the non-rotating portion of the machine tool body, wherein connected by fastening means to the second case member, a third bearing the rotary shaft A machine tool having a third case member rotatably held via a tool, and a control device that drives and controls the driving means and the control shaft according to a machining program, The mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft, and the first case member, the second case member, and the third case member are Sealed bearings are used which are arranged in order along the longitudinal direction of the main shaft and in which a lubricant is sealed in the first bearing, the second bearing, and the third bearing.
[0010]
In the present invention, a tool attached to and detached from the main shaft is provided with a generator and an electric motor. Electric power is generated using the rotational force of the main shaft, and the electric motor is driven by the generated electric power to rotate the processing tool. As a result, the tool can be driven without being connected to an external power source or the like, and automatic tool change is also possible.
As described above, the tool of the present invention is completely independent from the main shaft and the external device. Therefore, the lubrication of the bearing used in the tool of the present invention is performed by, for example, supplying the lubricant from the main shaft or the outside. If it does, the supply path and discharge path of a lubricant will be needed, and the merit of making the tool completely independent from the spindle and external equipment will be lost, and the tool will be enlarged.
Therefore, in the present invention, by using a sealed bearing that does not require replenishment of a lubricant for the rotating part of the tool, the tool can be completely independent from the spindle and external equipment, and can be reduced in size. Become.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a machining center as an example of a machine tool to which the present invention is applied. The machining center is a numerically controlled machine tool capable of so-called complex machining.
The machining center 1 includes a machine tool main body 2, a numerical control device (NC device) 250, and a programmable controller (PLC) 150.
In FIG. 1, the machine tool body 2 includes a cross rail 37 supported at both ends by a shaft of a portal column 38 so as to be movable, and a saddle 44 movably supported on the cross rail 37. A ram 45 is provided so as to be movable in the vertical direction (Z-axis direction).
[0012]
A screw portion (not shown) is formed in the saddle 44 through the inside of the cross rail 37 in the horizontal direction, and a feed shaft 41 having a screw portion formed on the outer periphery thereof is screwed to the saddle 44. A servo motor 19 is connected to one end of the feed shaft 41, and the feed shaft 41 is rotationally driven by the servo motor 19.
By the rotational drive of the feed shaft 41, the saddle 44 can be moved in the Y-axis direction, whereby the ram 45 is moved and positioned in the Y-axis direction.
[0013]
Further, the saddle 44 is formed with a screw portion (not shown) in the vertical direction, and a feed shaft 42 having a screw portion formed on the outer periphery thereof is screwed into the screw portion. A servo motor 20 is connected to the end of the feed shaft 42.
The feed shaft 42 is rotationally driven by the servo motor 20, whereby the ram 45 movably provided on the saddle 44 is moved and positioned in the Z-axis direction.
[0014]
A main shaft motor 31 is built in the ram 45, and the main shaft motor 31 rotationally drives a main shaft 46 held rotatably by the ram 45.
A tool T including a processing tool such as an end mill and a tool holder for holding the processing tool is attached to the tip of the main shaft 46, and the tool T is driven by the rotation of the main shaft 46.
Below the ram 45, a table 35 to which a workpiece to be processed is fixed is provided so as to be movable in the X-axis direction. A screw portion (not shown) is formed on the table 35, and a feed shaft (not shown) provided along the X-axis direction is screwed to the table 35, and the servo motor 18 is connected to the feed shaft (not shown). Yes.
The table 35 is moved and positioned in the X-axis direction by the rotational drive of the servo motor 18.
[0015]
The two portal columns 38 are each formed with a thread portion (not shown), and the cross rail 37 is moved up and down by rotationally driving a feed shaft 32a screwed to the cross column lift servo motor 32. To do.
An automatic tool changer (ATC) 39 automatically changes various tools T with respect to the main shaft 46.
The automatic tool changer 39 stores, for example, a tool T in which various processing tools such as an end mill and a drill are held by a tool holder in a magazine (not shown), and a tool change arm (not shown) is attached to the spindle 46. The necessary tool T is mounted on the main shaft 46 by a tool changing arm.
[0016]
The NC device 250 performs drive control of the servo motors 18, 19, 20 and the cross rail lifting / lowering servo motor 32.
Specifically, the NC device 250 performs position and speed control between the tool T and the workpiece by the servo motors 18, 19, 20 and 32 according to a workpiece machining procedure defined in advance by a machining program. Further, the NC device 250 controls the rotational speed of the main spindle 46 by decoding the rotational speed (rotational speed per unit time) of the main spindle motor 31 defined by the S code in the machining program, for example.
Further, the NC apparatus 250 performs automatic exchange of various tools T by decoding the operation of exchanging the tool T defined by the M code in the NC program, for example.
[0017]
PLC 150 is connected to NC device 250 and operation panel 200. The PLC 150 performs various sequence controls such as starting and stopping the machining center 1 and outputting a signal for turning on and off the display unit of the operation panel 200 according to a predetermined sequence program.
The PLC 150 is connected to a spindle motor driver 157 that drives and controls the spindle motor 31. The PLC 150 outputs a control command for starting, stopping, and speed control of the spindle motor 31 to the spindle motor driver 157. The PLC 150 performs various sequence controls.
[0018]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the tool of the present invention.
In FIG. 2, the tool 60 includes a cutting tool 100 and a tool holder 61 that holds the cutting tool 100. The cutting tool 100 is an embodiment of the processing tool of the present invention. Further, the tool 60 according to the present embodiment is attached to and detached from the main shaft 46 by the automatic tool changer 39 in the same manner as the normal tool T described above.
[0019]
The tool holder 61 includes a mounting portion 62, a case 65 including case members 66, 67, and 68, a generator 70, an electric motor 80, a tool holding portion 90, and a rotation preventing member 85.
[0020]
The mounting portion 62 includes a gripping portion 62a to be gripped, a taper shank portion 62b to be mounted on the taper sleeve 46a formed on the tip portion of the main shaft 46, and a pull formed on the tip portion of the taper shank portion 62b. A stud 62c and a shaft 62d that is rotatably held by the case member 66 are provided.
[0021]
The gripping part 62a of the mounting part 62 is transported from the magazine of the automatic tool changer 39 to the spindle 46 by the tool changer arm of the automatic tool changer 39 and from the spindle 46 to the magazine of the automatic tool changer 39. It is gripped when it is done.
[0022]
The taper shank portion 62 b of the mounting portion 62 is mounted on the taper sleeve 46 a of the main shaft 46 so that the central axis is concentric with the central axis of the main shaft 46.
[0023]
When the mounting portion 62 is mounted on the tapered sleeve 46 a of the main shaft 46, the pull stud 62 c of the mounting portion 62 is clamped by a collet of a clamp mechanism (not shown) built in the main shaft 46. The clamping mechanism built in the main shaft 46 is a well-known technique and will not be described in detail.
[0024]
The shaft portion 62 d of the mounting portion 62 is rotatably held on the inner periphery of the case member 66 via a plurality of bearings 72. As the bearing 72, a sealed angular contact ball bearing is used as will be described later.
[0025]
A generator 70 and an electric motor 80 are held on the inner periphery of the case member 67 via a holding member 73.
In the generator 70, the input shaft 71 is concentrically connected to the shaft portion 62 d of the mounting portion 62, and the rotational force of the main shaft 46 is transmitted to the generator 70 via the mounting portion 62.
As the generator 70, for example, a three-phase synchronous generator is used.
[0026]
The electric motor 80 is supplied with electric power generated by the electric generator 70 through a conductive cable (not shown). The electric motor 80 is driven by electric power supplied from the generator 70.
As the electric motor 80, for example, a three-phase induction motor can be used.
[0027]
The tool holding unit 90 includes a rotating shaft 91, a coupling 93 that connects the rotating shaft 91 and the rotating shaft 81 of the electric motor 80, and a tool mounting member 95 fixed to the tip of the rotating shaft 91. The rotating shaft 91 and the rotating shaft 81 are an embodiment of the drive shaft of the present invention.
The rotating shaft 81 of the electric motor 80 is rotatably held by a bearing (not shown). A bearing (not shown) that supports the rotating shaft 81 of the electric motor 80 is also one of the bearings of the present invention. Further, a sealed angular contact ball bearing is used for this bearing, as will be described later.
[0028]
The rotating shaft 91 is rotatably held on the inner periphery of the case member 68 via a plurality of bearings 92. As the bearing 92, a sealed angular contact ball bearing is used as will be described later.
The distal end side of the rotation shaft 91 is prevented from being detached from the case member 68 by a retaining member 94.
[0029]
The cutting tool 100 is held by a tool mounting portion 95, and the cutting tool 100 processes a workpiece. The tool mounting portion 95 is an embodiment of the tool holding portion of the present invention. The cutting tool 100 is specifically various kinds of cutting tools such as a drill and an end mill. Other processing tools include polishing, a grindstone, and the like.
[0030]
Case members 66, 67 and 68 are connected by fastening means such as bolts, for example, and these case members 66, 67 and 68 constitute case 65.
An anti-rotation member 85 is provided on the outer periphery of the case member 66.
When the mounting portion 62 is mounted on the taper sleeve 46a of the main shaft 46, the anti-rotation member 85 has a tip 85a in the fitting hole 47a formed in the non-rotating portion 47 such as the ram 45 on the main shaft 46 side. Inserted.
Thereby, the rotation of the case member 66, that is, the case 65 is restricted even if the main shaft 46 rotates.
[0031]
Sealed angular ball bearings are used as the bearing 72 of the shaft portion 62d, the bearing 92 of the rotating shaft 91, and the bearing of the rotating shaft 81 of the electric motor 80.
The above-mentioned sealed angular contact ball bearings are special products. Generally, sealed ball bearings are called cap bearings in JIS and ISO, and those of shield type, non-contact seal type, and contact seal type are known. Yes.
A sealed angular contact ball bearing 300 shown in FIG. 3 is of a contact seal type.
In FIG. 3, a plurality of balls 301 as rolling elements are arranged so as not to contact each other by a cage 340, and are arranged between the raceway groove 330 a of the inner ring 330 and the raceway groove 330 a of the outer ring 320. Annular seal members 310 and 311 are provided on both side surfaces of the inner ring 330 and the outer ring 320.
Grease G is enclosed in a space sealed by the seal members 310 and 311.
[0032]
As the grease G, it is preferable to use, for example, a grease that has as little frictional force as possible and that evenly distributes the grease G in the bearing over a long period of time even at high speed rotation so that the loss of the grease G is small. Specifically, the trade name alkanol L75 of FAG company etc. is mentioned.
[0033]
Next, an example of the operation of the tool 60 according to the present embodiment will be described.
First, the tool 60 holding the cutting tool 100 on the tool mounting portion 95 is mounted on the spindle 46 of the machine tool main body 2 by the automatic tool changer 39.
In the tool 60, the tip end portion 85a of the rotation preventing member 85 is fitted and inserted into the fitting hole 47a of the non-rotating portion 47, and the rotation of the case 65 is restricted.
[0034]
From this state, when the main shaft 46 is rotated at the rotation speed N 0 , the mounting portion 62 of the tool 60 rotates and the rotational force of the main shaft 46 is transmitted to the generator 70.
Thereby, the generator 70 produces | generates three-phase alternating current power, when a three-phase synchronous generator is used, for example.
[0035]
The frequency f of the three-phase AC power generated by the three-phase synchronous generator is given by the following equation (1), where P 1 is the number of poles of the three-phase synchronous generator and the rotational speed of the main shaft 46 is N 0 [min −1 ]. ).
[0036]
[Expression 1]
f = P 1 × N 0/ 120 [Hz] ... (1)
[0037]
Therefore, when the main shaft 46 is rotated at the rotation speed N 0 , the three-phase AC power having the frequency f expressed by the above equation (1) is supplied to the motor 80.
[0038]
Here, when using the electric motor 80 three-phase induction motor, the number of poles of the three-phase induction motor and P 2, a three-phase induction motor since the 2 / P 2 rotate in one cycle of the three-phase AC, The synchronous speed N 1 of the three-phase induction motor when there is no slip is expressed by the following equation (2).
[0039]
[Expression 2]
N 1 = 120 × f / P 2 [min −1 ] (2)
[0040]
Thus, the rotational speed N 1 of the tool 60 with respect to the rotational speed N 0 of the spindle 46 is represented by the following formula (3).
[0041]
[Equation 3]
N 1 = N 0 × P 1 / P 2 [min −1 ] (3)
[0042]
As can be seen from the equation (3), the rotational speed N 0 of the main shaft 46 is shifted to the rotational speed N 1 represented by the above formula (3).
As shown by the equation (3), by appropriately setting the ratio of the number of poles P 1 of the three-phase synchronous generator and the number of poles P 2 of the three-phase induction motor, the tool 60 with respect to the rotational speed N 0 of the main shaft 46 is set. It can be seen that the speed ratio of the rotational speed N 1 can be set arbitrarily.
That is, when it is desired to increase the rotational speed N 0 of the main shaft 46, the pole number ratio P 1 / P 2 is made larger than 1, and when it is desired to decelerate, the pole number ratio P 1 / P 2 is made smaller than 1. Thus, the number of poles P 1 of the three-phase synchronous generator and the number of poles P 2 of the three-phase induction motor may be selected in advance.
[0043]
For example, assuming that the maximum rotational speed Nmax of the main spindle 46 is 3000 min −1 , in the machining of a workpiece using a normal tool, the rotational speed of the main spindle 46 is often sufficient within the range of the maximum rotational speed Nmax. .
On the other hand, when the machining center 1 having the maximum rotation speed Nmax of the spindle 46 of 3000 min −1 is used and, for example, an aluminum alloy material is used for the workpiece, and the high speed machining is desired, the rotation speed of the tool 60 is set to 30000 min , for example. There are cases where you want to increase the speed to 1 .
For such a case, the tool 60 is previously stored in the magazine of the automatic tool changer 39 of the machining center 1. The tool 60 incorporates a three-phase synchronous generator and a three-phase induction motor having the pole number ratio P 1 / P 2 of 10 so that the speed increasing ratio is 10.
[0044]
The automatic tool changer 39 automatically mounts the tool 60 on the spindle 46 in the same manner as a normal tool.
The main shaft 46 is rotated by driving the main shaft motor 31, and the rotational speed of the cutting tool 100 held by the tool 60 is controlled by the rotational speed of the main shaft 46. That is, in the NC program downloaded to the NC device 250, the rotation speed of the cutting tool 100 of the tool 60 is defined by designating the rotation speed of the main spindle 46 with an S code. That is, the NC device 250 controls the rotational speed of the cutting tool 100 of the tool 60 by controlling the rotational speed of the main shaft 46.
For example, when it is desired to rotate the cutting tool 100 of the tool 60 at 30000 min −1 , the number of rotations of the main shaft 46 is specified as 3000 min −1 with an S code in the NC program.
[0045]
When the main shaft 46 is rotated at 3000 min −1 , the generator 70 generates a three-phase alternating current having a frequency corresponding to the number of rotations of the main shaft 46 and the number of poles P 1 .
The electric motor 80 is driven by the three-phase alternating current supplied from the generator 70, and the cutting tool 100 of the tool 60 rotates at a rotational speed of approximately 30000 min- 1 .
[0046]
In the state where the cutting tool 100 is accelerated as described above, the work is cut by moving the work fixed to the table 35 and the cutting tool 100 (main shaft 46) in accordance with the machining program.
[0047]
Thereby, for example, when the machining center 1 in which the maximum number of rotations of the main shaft 46 is limited is used, the cutting tool 100 is rotated at a number of rotations exceeding the maximum number of rotations of the main shaft 46, thereby enabling high-speed machining of the workpiece.
[0048]
As described above, according to the present embodiment, the generator 70 and the electric motor 80 are built in the tool holder 61 that is unitized in the same way as a normal tool, and the electric motor 80 is driven by the electric power generated by the electric generator 70. In order to increase the rotational speed of the tool 60 with respect to the main shaft 46, even if the main shaft 46 is rotated at a high speed, heat generation does not increase as in the gear device, and thermal expansion of the tool 60 is suppressed, so that deterioration in machining accuracy is suppressed. Is done.
[0049]
Furthermore, according to this embodiment, since the inertia of the electric motor 80 can be made smaller than the inertia of the main shaft 46, the responsiveness of the cutting tool 100 can be improved as compared with the case where the main shaft 46 is directly rotated at a high speed.
[0050]
Further, according to the present embodiment, the tool 60 for increasing the rotational speed of the main shaft 46 can be attached to and detached from the main shaft 46 and can be replaced by the automatic tool changer 39 in the same manner as a normal tool. Therefore, it is possible to immediately respond to the demand for high-speed processing while performing processing within the range of the normal rotation speed.
Moreover, according to this embodiment, since the blade 100 is driven by the electric power generated by the rotation of the main shaft 46, it is not necessary to supply a driving current from the outside, and as a result, wiring for supplying power is not necessary.
[0051]
Furthermore, according to the present embodiment, by using a sealed angular contact ball bearing as the bearing used in the tool 60, it is not necessary to supply the lubricant from the outside of the tool 60, and the lubricant supply path and the discharge path are provided in the tool 60. There is no need to provide it inside. For this reason, the tool 60 can be reduced in size, and as a result, the tool 60 is suitable for automatic change by the automatic tool changer 39.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a tool, a tool holder, and a machine tool including these that can obtain a higher rotational speed than the main spindle of the machine tool without supplying electric power from the outside.
Further, according to the present invention, it is detachably mounted on the spindle of the machine tool in the same manner as a normal tool, can be driven without being connected to an external power source, etc., and is miniaturized so that automatic tool change is possible. A tool, a tool holder, and a machine tool including these are obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a machining center as an example of a machine tool to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the tool of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a sealed angular contact ball bearing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Machining center 2 ... Machine tool main body 31 ... Main shaft motor 39 ... Automatic tool changer 46 ... Main shaft 60 ... Tool 62 ... Mounting part 65 ... Case 66, 67, 68 ... Case member 70 ... Generator 80 ... Electric motor 90 ... Tool holding Part 95 ... Tool mounting part 100 ... Cutting tool 250 ... NC device 300 ... Sealed angular ball bearings 310, 311 ... Seal members

Claims (8)

工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、
ワークを加工する加工具と、
前記加工具が装着される回転軸と、
前記回転軸とカップリングを介して連結される出力軸と、当該出力軸を第2の軸受を介して軸支する電動機本体とを有し、前記加工具を駆動する電動機と、
前記工作機械の主軸から回転力が伝達される入力軸と、前記入力軸を軸支する発電機本体とを有し、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記入力軸に伝達する装着部と、
前記装着部を第1の軸受を介して回転自在に保持する第1のケース部材と、
前記第1のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体前記工作機械の非回転部分に対して回転不可能に保持する第2のケース部材と、
前記第2のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第3の軸受を介して回転自在に保持する第3のケース部材と、
を有し、
前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第1のケース部材、前記第2のケース部材及び前記第3のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第1の軸受、前記第2の軸受及び前記第3の軸受に潤滑剤が密封された密封軸受が用いられている
工具。
A tool that is detachably attached to a spindle of a machine tool,
A processing tool for processing the workpiece;
A rotating shaft on which the processing tool is mounted;
An output shaft connected through said rotary shaft and the coupling, an electric motor and a motor main body for rotatably supporting the output shaft via the second bearing, for driving the processing tool,
A generator from said machine tool spindle and input shaft rotational force Ru is transmitted, and a generator body for supporting the input shaft to generate power for driving the electric motor,
A mounting portion that is detachably mounted on the main shaft, and that transmits a rotational force of the main shaft to the input shaft ;
A first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing;
A second case member connected to the first case member by fastening means and holding the generator main body and the electric motor main body non-rotatably with respect to a non-rotating portion of the machine tool ;
A third case member connected to the second case member by fastening means, and rotatably holding the rotating shaft via a third bearing;
Have
The mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft,
The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially disposed along the longitudinal direction of the main shaft,
A sealed bearing in which a lubricant is sealed is used for the first bearing, the second bearing, and the third bearing.
前記第1のケース部材、前記第2のケース部材及び前記第3のケース部材を互いに連結して構成されたケースは、前記工作機械の非回転部分に係合し、回転が規制される
請求項1に記載の工具。
The case configured by connecting the first case member, the second case member, and the third case member to each other engages with a non-rotating portion of the machine tool, and rotation is restricted. The tool according to 1.
前記発電機は、前記主軸の回転数に応じた周波数の電圧を電動機に供給する交流発電機であり、
前記電動機は、前記周波数に応じた回転数で回転する誘導電動機である
請求項1または2に記載の工具。
The generator is an AC generator that supplies a voltage with a frequency corresponding to the rotational speed of the main shaft to the motor.
The tool according to claim 1, wherein the electric motor is an induction motor that rotates at a rotation speed corresponding to the frequency.
ワークを加工する加工具を保持可能で、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、
前記加工具が装着される回転軸を有し、前記加工具を回転自在に保持する工具保持部と、
前記回転軸とカップリングを介して連結される出力軸と、当該出力軸を第2の軸受を介して軸支する電動機本体とを有し、前記工具保持部を回転させる電動機と、
前記工作機械の主軸から回転力が伝達される入力軸と、前記入力軸を軸支する発電機本体とを有し、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記入力軸に伝達する装着部と、
前記装着部を第1の軸受を介して回転自在に保持する第1のケース部材と、
前記第1のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体前記工作機械の非回転部分に対して回転不可能に保持する第2のケース部材と、
前記第2のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第3の軸受を介して回転自在に保持する第3のケース部材と、
を有し、
前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第1のケース部材、前記第2のケース部材及び前記第3のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第1の軸受、前記第2の軸受及び前記第3の軸受に潤滑剤が密封された密封軸受が用いられている
工具ホルダ。
A tool holder that can hold a processing tool for processing a workpiece and is detachably attached to a spindle of a machine tool body,
A tool holding unit that has a rotating shaft on which the processing tool is mounted, and rotatably holds the processing tool;
An output shaft connected through said rotary shaft and the coupling, and a motor main body for rotatably supporting the output shaft via the second bearing, an electric motor for rotating the tool holder,
A generator from said machine tool spindle and input shaft rotational force Ru is transmitted, and a generator body for supporting the input shaft to generate power for driving the electric motor,
A mounting portion that is detachably mounted on the main shaft, and that transmits a rotational force of the main shaft to the input shaft ;
A first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing;
A second case member connected to the first case member by fastening means and holding the generator main body and the electric motor main body non-rotatably with respect to a non-rotating portion of the machine tool ;
A third case member connected to the second case member by fastening means, and rotatably holding the rotating shaft via a third bearing;
Have
The mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft,
The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially disposed along the longitudinal direction of the main shaft,
A tool holder in which a sealed bearing in which a lubricant is sealed is used for the first bearing, the second bearing, and the third bearing.
前記第1のケース部材、前記第2のケース部材及び前記第3のケース部材を互いに連結して構成されたケースは、前記工作機械の非回転部分に係合し、回転が規制される
請求項4に記載の工具ホルダ。
The case configured by connecting the first case member, the second case member, and the third case member to each other engages with a non-rotating portion of the machine tool, and rotation is restricted. 4. The tool holder according to 4.
前記発電機は、前記主軸の回転数に応じた周波数の電圧を電動機に供給する交流発電機であり、
前記電動機は、前記周波数に応じた回転数で回転する誘導電動機である
請求項4または5に記載の工具ホルダ。
The generator is an AC generator that supplies a voltage with a frequency corresponding to the rotational speed of the main shaft to the motor.
The tool holder according to claim 4, wherein the electric motor is an induction motor that rotates at a rotation speed corresponding to the frequency.
主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、
ワークを加工する加工具と、前記加工具が装着される回転軸と、前記回転軸とカップリングを介して連結される出力軸及び当該出力軸を第2の軸受を介して軸支する電動機本体を有し、前記加工具を駆動する電動機と、前記主軸から回転力が伝達される入力軸及び前記入力軸を軸支する発電機本体を有し、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記入力軸に伝達する装着部と、前記装着部を第1の軸受を介して回転自在に保持する第1のケース部材と、前記第1のケース部材に締結手段により連結され、前記発電機本体及び前記電動機本体前記工作機械本体の非回転部分に対して回転不可能に保持する第2のケース部材と、前記第2のケース部材に締結手段により連結され、前記回転軸を第3の軸受を介して回転自在に保持する第3のケース部材とを備えた工具と、
前記駆動手段および前記制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置とを有する工作機械であって、
前記工具において、
前記装着部、前記発電機、前記電動機及び前記回転軸は前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第1のケース部材、前記第2のケース部材及び前記第3のケース部材は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記第1の軸受、前記第2の軸受及び前記第3の軸受に潤滑剤が密封された密封軸受が用いられている
工作機械。
A machine tool body comprising a main shaft, drive means for driving the main shaft, and at least one control shaft for changing the relative position of the main shaft and the workpiece;
A processing tool for processing a workpiece, and a rotary shaft, wherein the processing tool is attached, the motor main body for rotatably supporting the output shaft and the output shaft are connected through the rotary shaft and coupled via a second bearing has an electric motor for driving the processing tool has a generator body of a rotational force for supporting the input shaft and the input shaft Ru is transmitted from the main shaft, the generator for generating electric power for driving the electric motor A mounting portion that is detachably mounted on the main shaft, and that transmits a rotational force of the main shaft to the input shaft; and a first case member that rotatably holds the mounting portion via a first bearing; A second case member connected to the first case member by fastening means, and holding the generator main body and the electric motor main body non-rotatably with respect to a non-rotating part of the machine tool main body; and the second case member Connected to the case member by fastening means A tool with a third case member for rotatably holding said rotary shaft via a third bearing,
A machine tool having a control device for driving and controlling the driving means and the control shaft according to a machining program,
In the tool,
The mounting portion, the generator, the electric motor, and the rotating shaft are sequentially arranged along the longitudinal direction of the main shaft,
The first case member, the second case member, and the third case member are sequentially disposed along the longitudinal direction of the main shaft,
A sealed bearing in which a lubricant is sealed is used for the first bearing, the second bearing, and the third bearing.
前記工具を前記主軸に対して着脱する自動工具交換装置をさらに有する
請求項7に記載の工作機械。
The machine tool according to claim 7, further comprising an automatic tool changer that attaches and detaches the tool to and from the spindle.
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