机床用的加工用头的制作方法

专利名称：机床用的加工用头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机床用的加工用头，更详细地，涉及使用于5轴加工机(同时可控 制5轴的加工机)或多面加工机等的复合加工机(机床)的具备转位机构的加工用头。
背景技术：
图6，作为上述复合加工机的一例，表示龙门铣床(加工中心)1。这种龙门铣床1， 包括在床4上付设的左右圆柱2、2 ；在圆柱2、2上朝上下方向(Z轴方向)移动的横轨6 ； 在横轨6上朝左右方向(Y轴方向)水平移动的床鞍7;在床鞍7上朝Z轴方向移动的随机 存取存储器8;在床4上朝前后方向(X轴方向)移动的工作台5。而且，在随机存取存储器 8安装有，包含具备安装工具的主轴的主轴单元20的加工用头10。上述龙门铣床1，在加工工件时，通过根据提前设定的程序的数值控制，使上述工 作台5、横轨6、床鞍7及随机存取存储器8移动的同时，加工用头10进行主轴单元20的角 度位置(旋转位置)的转位。由此，在上述机床，对于工件的各加工面能以最佳角度加工工 具，从而，可以进行复杂形状的工件的切削加工等。为此，上述加工用头具备，用于将主轴单元20的角度位置转位的转位机构。并且， 作为此转位机构的驱动手段，公知的有，其电机定子及电机转子配置在加工用头10的壳体 内，采用转子与支撑主轴单元的支撑轴连接的直接驱动型的驱动电机(以下，称为「DD电 机」)的加工用头(例如，后述的专利公报)。而且，在上述的加工用头，由于藉由上述数值控制进行主轴单元20的角度转位， 有检测主轴单元20的角度位置(支撑轴的旋转位置)的必要。因此，加工用头具备用于此 的旋转检测器(例如，译码器)系为一般的，此旋转检测器系在加工用头的壳体内被附设在 上述支撑轴，又，上述加工用头系具备上述DD电机以及旋转检测器加上，将保持角度被转 位的主轴单元的位置用的夹紧机构作为必要的构成，且更具备对于主轴单元供给后述的加 工用流体用的旋转接头。在日本特开平2-116437号公报(以下，称专利文献1)所述的加工用头，由主轴单 元(头)及支撑主轴单元的支撑头(头支撑部)而构成，作为驱动手段，在支撑头内具备有 转子相对于定子的内周面的内转子型的DD电机。(此外，在上述括号内所记载的各部的名 称是在其专利文献中使用的对应的各部的名称，下述的专利文献2乃至4的相关记载也相 同。)然而，在此专利文献1所述的加工用头，用于将支撑主轴单元的支撑轴(驱动轴) 可旋转地支撑的轴承配置于在支撑轴的轴线方向的上述DD电机的存在范围的外侧。其结 果，关于加工用头的支撑轴的轴线方向的尺寸增大，而加工用头成为大型化。另一方面，在于由DD电机而驱动旋转轴的机床用的转位机构，在旋转轴的轴线方向的DD电机的存在范围内配置支撑旋转轴的轴承的构成记载于日本特开平4-2443号公报 (以下，称专利文献2)。在此专利文献2所述的转位机构，采用转子相对于定子的外周面的外转子型的DD 电机。并且，此转位机构，通过外嵌固定于转子的轴承，成为对于本体旋转自如地支撑旋转 轴(传达轴)的构成。然而，在此专利文献2所述的转位机构的情况，由于轴承围绕DD电机的构成，因此 必须采用大径的轴承。这时，通过轴承的大径化而振动精度下降，并转位精度，再加上加工 精度下降。而且，由于轴承的直径越大价格也越高，因此支撑头的制造成本会上升。日本特开2004-520944号公报(以下称专利文献3)记载的加工用头(主轴头)方 面，主轴单元(密封主轴)系藉由透过上述DD电机被旋转驱动的单一旋转轴(第二半头) 被支撑。亦即，在此专利文献1的加工用头，主轴单元的支撑构造系成为悬臂梁式的支撑。然而，根据此类悬臂梁的支撑构造的情形，由于支撑刚性低，震动容易发生，藉此， 加工精度降低的问题发生。因此，代替此类的悬臂梁支撑构造，考虑采用如在日本特开 2003-48135号公报(以下，称专利文献4)记载的支撑构造。在此专利文献4记载的加工用头(操作头)中，支撑主轴单元(密封架)的支撑 头(第一支撑部)系具有以夹持主轴单元而被相对配置的支撑部(一对臂)，主轴单元系在 各支撑部内，自由旋转地被支撑，藉由相互使轴心一致，而被相对配置的一对支撑轴在两侧 被支撑。根据此构成的话，与上述悬臂梁支撑构造的加工用头相比，由于支持刚性变高，伴 随着上述般的震动的发生而加工精度降低的问题系不会发生。然而，在此专利文献4记载的加工用头中，加工用头大型化，伴随与此，加工精度 降低等的新问题会发生。亦即，在习知的加工用头中，如专利文献3记载的加工用头也是如此般，采用与主 轴单元的支撑轴对应，DD电机被设置的构成，在专利文献4记载的加工用头也成为使其对 应于各支撑轴，在两支撑部分别设置DD电机的构成。此类构成的情形，在加工用头的上述支撑部内，在用以自由旋转地支撑上述DD电 机以及上述支撑轴的轴承加上，由于不得不设置上述般的旋转检测器、夹紧机构、旋转接头 等，设计上，必然在各支撑部的支撑轴的轴线方向的尺寸变大。又，作为此结果，加工用头本 身会大型化。若加工用头为大型化，例如，上述龙门铣床的情况，为了确保其移动领域，机床本 身不得不为大型化或在机床上的工作空间受限制。并且，伴随大型化的重量的增加，不能顺 利地进行加工用头的移动，而带给工作性坏影响，或由于加工用头的重量而造成横梁弯曲， 加工精度下降等的原因。专利文献1日本专利公开平2-116437号公报专利文献2日本专利公开平4-2443号公报专利文献3日本特开2004-520944号公报专利文献4日本特开2003-48135号公报

发明内容
因此，本发明的课题是提供一种，在于具备转位机构的机床用加工用头，不必大型化其加工用头本身，也能得到高加工精度的构成。根据上述课题，本发明将机床用加工用头作为前提，该机床用加工用头具备包含 安装工具的主轴的主轴单元和；为支撑该主轴单元的支撑头，该支撑头包含以与上述主轴 的旋转轴线直交的轴线为中心旋转主轴单元，而转位该主轴单元角度位置的转位机构。并且，在第一本发明，其特征在于，上述转位机构，具备固定于主轴单元的同时， 在支撑头的壳体内旋转自如地设置的支撑轴和；由在支撑头的壳体内被同轴配置在支撑轴 周围的电机转子及为了相对于该电机转子的外周围绕电机转子而设置的电机定子而成的 驱动电机；在支撑轴的旋转轴线方向的驱动电机的存在范围内，用于旋转自如地支撑支撑 轴的轴承的至少一部分配置于上述电机转子的半径方向内侧。而且，在第一本发明，上述支撑轴具有上述电机转子外嵌固定的大径部和通过上 述轴承而旋转自如地支撑的轴部，并且，上述壳体具有在上述大径部和轴部之间配设的圆 筒部，上述轴承介设在上述圆筒部和支撑轴之间也可以。而且，在第二本发明，其特征在于，上述支撑头系包含分别包含在上述旋转轴线使 轴心一致的状态被配设、以夹持上述主轴单元而被相对配置的第一以及第二支撑轴的第一 以及第二支撑部；上述转位机构系除了在上述支撑头的壳体内，包含由在支撑轴周围被同 轴配置并围绕支撑轴的电机转子及电机定子而成的驱动电机，且仅在上述第一以及第二支 撑部的任一方被配置。并且，在第二本发明中，上述支撑头系具备检测支撑轴的旋转位相用的旋转检测 器，此旋转检测器即使在上述第一以及第二支撑部的上述驱动电机被设置侧的另一方被配 设也可，又，上述支撑头系具备保持上述主轴单元的角度位置的夹紧机构，此夹紧机构即使 在上述第一以及第二支撑部的上述驱动电机被设置侧的另一方被配设也可。发明效果根据由上述第一发明的机床用的加工用头，作为转位机构的驱动手段采用内转子 型的DD电机，且由于用于旋转自如地支撑上述支撑轴的轴承配置在，为在上述支撑轴的轴 线方向的上述DD电机存在的范围内的上述DD电机的半径方向内侧，因此，能够避免在加工 用头的上述支撑轴的轴线方向的尺寸增大而加工用头本身成为大型化的同时，可以采用更 小径的轴承，且能够有效地防止机床的大型化或加工精度的下降。另外，根据由上述第二发明的机床用的加工用头，作为转位机构的驱动手段被作 用的DD电机系由于仅被内装在构成支撑头的主要部份的第一以及第二支撑部的任一方， 在另一方，只有那部份有充裕的空间。藉此，藉由将其它部材(支撑轴、旋转检测器、夹紧机 构、旋转接头等)在上述第一以及第二支撑部的任一个适当地配设，可防止支撑头(加工用 头)的大型化，可有效地防止伴随加工用头的大型化的上述问题。并且，在第二本发明中，藉由在上述第一以及第二支撑部的DD电机被配设侧的另 一方配设旋转检测器及/或夹紧机构，可更容易地实现防止支撑头的大型化的旋转检测器 及/或夹紧机构。


图1表示本发明的加工用头的支撑头的一实施方式的正面部分截面图。图2表示本发明的加工用头的支撑头的一实施方式的侧面图。
图3表示本发明的加工用头的一实施方式的正面部分截面图。图4表示上述实施方式的支撑头的变形例的部分截面图。图5表示本发明的加工用头的支撑头的其他实施方式的正面部分截面图。图6表示适用本发明的加工用头的机床的一例的斜视图。主要组件符号说明1 机床；10 加工用头；20 主轴单元；21 主轴；25 驱动电机；25a 转子；25b 定子；30 支撑头(第一支撑头)；30a、30b 脚部；30c 支撑部；3la、3Ib 壳体；32 旋转轴；33 DD 电机；33a 转子；33b 定子；34 夹紧机构；34a 夹紧套筒；35、36 轴承；37 旋转接头；37a 分配器；37b 轴；38 旋转接头；38a 分配器；38b 轴；39 旋转轴；41、44 旋转检测器；41a、44a 检测器定子；41b,44b 检测器转子；50 第二支撑头；51 壳体；52 旋转轴；53 DD 电机；53a 定子；53b 转子；
54 夹紧套筒；55 分配器；56 轴承(三列圆筒滚子轴承)。60 支撑头；61 壳体；62 旋转轴；63 DD 电机；63a 定子；63b 转子；65 轴承；67 旋转接头；67a、67b 分配器；67c 轴；68 旋转检测器；70 轴承支架；70al 圆筒部；70a2 凸缘部；70a4 贯通孔；70b 制动部件；70c 螺丝部件。
具体实施例方式以下，根据附图详细说明第一发明及第二发明的实施方式。图1 3所示的是第一发明的一实施方式，图示的加工用头10包含，具有安装工 具的主轴21的主轴单元20、支撑主轴单元20的第1支撑头30(相当于本发明的「支撑 头」)、支撑第1支撑头30的第2支撑头50 (图3)。主轴单元20，为驱动电机内装型的主轴头，是由内装的驱动电机高速旋转驱动主 轴21。在此主轴单元20的壳体23内，插通配置有主轴21，使得围绕此主轴21而内装驱 动电机25。驱动电机25由外嵌固定于主轴21的转子25a和、与转子25a的外周面相对而 设置的定子25b而成。主轴21，通过在驱动电机25的前后(图的上下)排列配置的多个轴 承(例如，角接触轴承)27，而旋转自如地支撑。并且，若给定子25b供给励磁电流，则在与 转子25a的之间发生励磁力，由其励磁力旋转转子25a，而旋转驱动主轴21。第1支撑头30是用于，支撑上述主轴单元20的同时，以与上述主轴21的旋转轴 线直交的轴线(以下，称为「A轴」)为中心旋转主轴单元20而转位其角度位置。该第1支撑头30构成为，在支撑部30c组装相当于本申请发明的第一及第二支承 部的一对脚部30a、30b的叉子形状，在其脚部30a、30b之间支撑上述主轴单元20。上述主 轴单元20，通过分别在脚部30a、30b的内部旋转自如地组装的支撑轴而支撑。又，在本实施例中的支撑头(第一支撑头30)，用于将主轴单元20旋转驱动的DD电机(相当于本发明的「驱动电机」)33仅设置在上述一对脚部30a、30b中的一方的脚部 30a(第一支撑部)内的构成。因此，在以下，上述一对的支撑轴中，将脚部30a侧的支撑轴 称为驱动支撑轴，将脚部30b侧的支撑轴称为从动支撑轴。而且，在本实施例的支撑头，后 述的旋转检测器以及夹紧机构系被配设在与DD电机33被配设的脚部30a为另一方的脚部 30b (第二支撑部)的内部。以下，详细说明有关DD电机33被配设的脚部30a(第一支撑部)的构成。脚部30a，以壳体31a为主体，在其壳体31a的内部组装有，构成DD电机33的转子 (电机转子)33a及定子(电机定子)33b、支撑主轴单元20的驱动支撑轴、用于旋转自如地 支撑此驱动支撑轴的轴承(例如，交叉滚子轴承)35、及用于将加工用的流体(以下，简称 「流体」)供给到主轴单元20的旋转接头37等。壳体31a，为了插入DD电机33及后述的旋转轴，脚部30b侧为大开口。而且，在 壳体31a，形成有从脚部30b相反侧的侧面朝A轴方向延伸的圆筒部31al。并且，在圆筒部 31al，形成有向A轴方向插入旋转接头37的贯通孔31a2。而且，在壳体31a的脚部30b相 反侧的端面，形成有后述的流体供给用的管或用于供给电流的电缆通过的凹部31a3。还有， 在脚部30a的脚部31b相反侧，安装有侧面盖子18a，凹面31a3由该侧面盖子18a覆盖。另 外，图2表示拆除此侧面盖子18a的状态。旋转接头37由固定于壳体31a的分配器37a和可旋转地嵌装在分配器37a的圆 筒部37al的外侧的轴37b而构成。分配器37a，以插入于壳体31a的贯通孔31a2的状态下，在于其凸缘部37a2，通过 配设在圆周方向的多个螺丝部件37c而安装在壳体31a。而且，在分配器37a的中心形成 有，用于容许电缆等朝向主轴单元20通过的贯通孔37a4。而且，在分配器37a，用于将流体供给或排出的多个流体流路37a3向圆周方向偏 移位置而形成。另一方面，在轴37b，形成有对应于分配器37a的各流体流路37a3的多个流 体流路37bl。另外，在图1，代表性地表示多个流体流路37a3及流体流路37bl中的只有一 个。并且，各流体流路37a3和与此对应的各流体流路37bl被构成为，通过形成在分配 器37a和轴37b的嵌合周面的环状沟而连通，即使旋转轴37b时也能保持其连通状态。而 且，流体流路37bl，连通于主轴单元20的流体供给用或排出用的端口 24。还有，在分配器 37a和轴37b之间，在各环状沟之间介设有密封用的密封部件。还有，在分配器37a，向圆周方向偏移位置，而形成有多个流体供给用或排出用的 端口 37d，在各端口 37d连接有流体供给用或排出用的管12。并且，从供给用管12供给的 流体通过端口 24从旋转接头37供给到主轴单元20。而且，在使流体循环时，在主轴单元 20内循环的流体通过旋转接头37而排出到排出用管12。顺便，作为供给到此主轴单元20 的流体，例如有，用于冷却高速旋转的驱动电机25或主轴21的冷却用油、用于防止向主轴 单元20 (主轴21的旋转部分)的切粉的侵入的密封用空气、在加工时用于冷却旋转工具等 的冷却用水等。DD电机33由，对于壳体31a固定配设的定子33b和、使得与定子33的内周面相对 而配设的转子33a而构成。S卩，图示的DD电机33，作为内转子型的电机而被构成。定子33b，内嵌固定在固定于壳体31a的定子套筒33c的内周面。而且，在此定子套
8筒33c的外周面，形成有环状沟33cl。另一方面，在壳体31a，形成有连通于此环状沟33cl 的流体供给路31a4及流体排出路31a5。并且，对于此环状沟33cl，从流体供给路31a4供 给用于冷却DD电机33的冷却用流体(例如，油)，控制伴随转子33a的旋转的DD电机33 的发热。另外，环状沟33cl形成为，使得从流体供给路31a4供给的流体循环环状沟33cl 而从流体排出路31a5排出的螺旋状(省略图示)。转子33a外嵌固定于，可旋转地设置在壳体31a内的旋转轴32的外周面。此旋转 轴32，对于上述旋转接头37的轴37b以同心配置在其旋转轴线上，通过向圆周方向配设的 多个螺丝部件而在轴37b被组装。并且，转子33a，其外周面与定子33b的内周面相对配置， 外嵌固定在形成于旋转轴32的圆筒部32a的外周面，对于旋转轴32被设置成不能相对旋转。而且，在旋转轴32，对于其脚部30b侧的端面32b，由向圆周方向配设的多个螺丝 部件14而固定主轴单元20。S卩，主轴单元20，通过对于旋转轴32的端面32b而固定，被旋 转轴32支撑。因此，在脚部30a侧，旋转轴32及与此一体旋转的旋转接头37的轴37b构 成用于主轴单元20的驱动支撑轴。旋转轴32的圆筒部32a，被形成为以在旋转接头37的轴37b组装旋转轴32的状 态，通过微小的间隙而围绕上述壳体31a的圆筒部31al。换而言之，以在轴37b组装旋转轴 32的状态，在圆筒部32a的内周面的内侧，即，外嵌固定于圆筒部32a的转子33a的半径方 向内侧，存在壳体31a的圆筒部31al。另一方面，在壳体31a的圆筒部31al和位于圆筒部31al的贯通孔31a2内的旋转 接头37的轴37b的之间，介设有轴承35。并且，由轴承35轴37b成为对于壳体31a旋转 自如地支撑的状态。因此，藉由这些构成，上述的驱动支撑轴(旋转接头37的轴37b+被组 装于轴37b的旋转轴32)系，对于壳体31a旋转自如地被支撑，且藉由DD电机33被旋转驱动。如此，在图示例，驱动支撑轴(在旋转接头37的轴37b+轴37b组装的旋转轴32) 具有，DD电机33的转子33a外嵌固定的大径部(旋转轴32的圆筒部32a)和在此大径部 的半径方向内侧由轴承35而旋转自如地支撑的轴部(旋转接头37的轴37b)。并且，在此 大径部和轴部之间配设在壳体31a形成的圆筒部31al，成为在此圆筒部31al和支撑轴之间 介设轴承35的构成。由此，支撑轴成为对于壳体31a由旋转自如地支撑的构成。更且，如 图示，关于轴承35的A轴方向的配置，成为在A轴方向的DD电机33的存在范围内。接着，以下对于在与脚部30a相对位置支撑主轴单元20的脚部30b (第二支撑部) 的构成，进行详细说明。脚部30b，以壳体31b为主体，在其内部组装有，保持主轴单元20的角度位置的夹 紧机构34、支撑主轴单元20的从动支撑轴(38b、39b)、用于将此从动支撑轴(38b、39b)旋 转自如地支撑的轴承36、及旋转接头38等。壳体31b，形成有向A轴方向贯通的贯通孔31bl，在其贯通孔31bl内组装有上述 夹紧机构34、从动支撑轴、轴承36、及旋转接头38。而且，在壳体31b的脚部30a相反侧的 端面，与脚部30a同样地形成有凹部(省略图示)，由侧面盖子18b而被覆盖。旋转接头38，为与脚部30a侧的旋转接头37同样者，由固定于轴承支架70的圆筒 部70al的分配器38a和、在分配器38a的外侧旋转自如地嵌装的轴38b而构成。
分配器38a以插入轴承支架70的贯通孔70a4的状态，在其凸缘部38a2通过沿圆 周方向配设的多个螺丝部件70c安装于轴承支架70。另外，在分配器38a的中心形成有用 于使朝向主轴单元20的电缆等通过的贯通孔38a4。另外，在分配器38a，用于供给或排出流体的多个流体流路38a3沿圆周方向错开 位置而形成。另一方面，在轴38b形成与分配器38a的各流体流路38a3对应的多个流体流 路38b 1。此外，在图1中，多个流体流路38a3及流体流路38b 1仅代表地表示其中一个。并且，各流体流路38a3和与其对应的各流体流路38b 1通过在分配器38a和轴38b 的嵌合周面形成的环状槽连通，并构成为即使在轴38b旋转的情况下也维持该连通状态。 另外，流体流路38bl与主轴单元20的流体供给用或排出用的端口 24连通。进而，在分配 器38a与轴38b之间，在各环状槽之间夹设有密封用的密封部件。轴承支架70由上述圆筒部70al和、使得在圆筒部70al的脚部30a相反侧的端部 向半径方向扩大而形成的凸缘部70a2而构成。并且，轴承支架70，在于此凸缘部70a2，通 过向圆周方向配设的多个螺丝部件38c而组装在壳体31b。而且，在轴承支架70的中心，形 成有向A轴方向贯通的贯通孔70a4。在于脚部30b，对应于脚部30a的旋转轴32的旋转轴39，由于收容轴承36，因此， 由轴部件39a和凸缘部件39b的2个部件而构成。此旋转轴39 (凸缘部件39b+旋转接头 38的轴38b)，配设成使得其旋转轴线与脚部30a的旋转轴32的旋转轴线(=A轴)一致。而且，凸缘部件39b，在脚部30a侧具有与脚部30a的旋转轴32的端面32b平行的 端面39bl，对于此端面39bl，通过向圆周方向配设的多个螺丝部件15而固定主轴单元20。 因此，此旋转轴39 (凸缘部件39b+旋转接头38的轴38b)，作为脚部30b的主轴单元20的 从动支撑轴而起作用。另外，旋转轴39，在于凸缘部件39b的外周部，固定于圆筒状的制动 部件70b，制动部件70b与旋转轴39 —体旋转。因此，制动部件70b也相当于从动支撑轴的 一部分。用于保持主轴单元20的旋转位置(角度位置)的夹紧机构34，主要由夹紧套筒 34a而构成。夹紧套筒34a，由形成有为压力室的环状沟34al的圆筒部34a2和、在此圆筒 部34a2的脚部30a侧的端部使得向半径方向扩大而形成的凸缘部34a3而构成。而且，圆 筒部34a2，在容许其旋转的状态下，围绕制动部件70b。在夹紧套筒34a的圆筒部34a2和壳体31b的之间，介设有环状的受压部件34b。 更详细地，在壳体31b的贯通孔31bl内嵌固定有受压部件34b，而且，在此受压部件34b的 内周面内嵌固定有夹紧套筒34的圆筒部34a2。并且，通过在凸缘部34a3螺合插入的螺丝 部件，夹紧套筒34固定在壳体31b，并且，对于凸缘部34a3固定受压部件34b。而且，在夹紧套筒34a，对于圆筒部34a2，形成有在受压部件34b侧开口的环状沟 34al，由该环状沟34al和受压部件34b的内周面而形成压力室。还有，在此压力室，连通有 在受压部件34b所形成的流体流路34bl。此流体流路34bl，通过在夹紧套筒34a的凸缘部 34a3所形成的流体流路34a4，连通于在壳体31b所形成的流体流路31b2。并且，在此夹紧机构34，通过这些流体流路向压力室供给压力流体(例如，压油)， 对应于夹紧套筒34a的圆筒部34a2的环状沟34al的薄肉部变形到缩径方向。其结果，对 于制动部件70b作用向缩径方向缔紧力，制动部件70b及组装于此的旋转轴39的旋转成为 被阻止的状态(夹紧状态)。而且，通过停止向压力室供给的压力流体，而消除圆筒部34a2的薄肉部的变形状态，对于制动部件70b的缔紧力消失而解除夹紧状态。还有，在图示例，在脚部30b内设置有，用于检测旋转轴39的旋转角度(=主轴单 元20的角度位置)的旋转检测器41。旋转检测器41由在轴38b的外周面的规定位置安装的检测器定子41b和在与检 测器转子41a的外侧对置配置，安装于轴38b的检测器转子41a构成。由该旋转检测器41 的主轴单元20的角度位置的检测信号，发送到装载有本发明的加工用头10的机床的控制 装置(未图示)，而使用于主轴单元20的旋转控制(数值控制)。然而，本发明中的旋转检 测器不限于此构成的对象，其它习知的对象也可。接着，以下对于图示的加工用头10的第2支撑头50，进行详细说明。如上述，在于本实施例的加工用头10，除上述说明的第1支撑头30外，具备支撑此 第1支撑头30的第2支撑头50。并且，第1支撑头30，通过第2支撑头50而支撑在机床 的主轴头等。为了使第1支撑头30以铅直方向的轴线(与机床的Z轴平行的轴线/以下， 称为「C轴」)为中心旋转驱动而设置此第2支撑头50(图3)。第2支撑头50，以具有向C轴方向贯通的贯通孔51a的壳体51为主体，具备在贯 通孔51a内配设轴部52a的旋转轴52。并且，通过此旋转轴52对第2支撑头50组装第1 支撑头30。而且，通过在壳体51被安装的环状的支撑体71，而在机床的主轴头等安装第2 支撑头50。第2支撑头50具备在壳体51的贯通孔51a内，用于旋转驱动旋转轴52的DD电 机53、用于保持旋转轴52的旋转位置的夹紧套筒54及用于将流体供给到第1支撑头30的 旋转接头55。DD电机53由通过定子套筒53c而固定在壳体51的定子53a和；与定子53a的 内周面相对配置，固定在旋转轴52的转子53b而构成。而且，用于驱动DD电机53的励磁 电流的供给，由通过连接器17a而连接在DD电机53的电缆17而进行。旋转轴52包含可旋转地设置于壳体51的贯通孔51a内的轴部件52a和；安装于 轴部件52a的第1支撑头30侧的端部而向半径方向(与C轴直交的方向)扩大的凸缘部 件52b。而且，在旋转轴52，形成有旋转接头55被插通的贯通孔52c。另外，在图示例，在旋转轴52的轴部件52a和凸缘部件52b之间形成有轴承壳体 52d。并且，在此轴承壳体52d和壳体51之间介设轴承56，由该轴承56，旋转轴52对壳体 51成为旋转自如地支撑的状态。顺便，在图示例的轴承56，为复合滚的摆动轴承的一个的 3列圆筒滚轴承(3列滚子轴承/轴向 径向滚筒轴承)，可能会受到轴向方向及径向方向 的大荷重。在轴部件52a的外周面，外嵌固定有DD电机53的转子53b，伴随转子53b的旋转 以C轴为中心旋转驱动轴部件52a。而且，凸缘部件52b，由向圆周方向配设的多个螺丝部 件52e而组装在轴部件52a，与轴部件52a —体旋转。还有，在凸缘部件52b，向圆周方向螺 合插入多个螺丝部件19，由该螺丝部件19，第1支撑头30的支撑部30c组装于凸缘部件 52b。因此，通过旋转轴52由DD电机53而旋转驱动，从而，第1支撑头30与旋转轴52 — 起旋转。旋转接头55，为与第1支撑头30的旋转接头37、38同样的，由固定于壳体51的分 配器55a和；在分配器55a所形成的贯通孔55al内可旋转地嵌装，对C轴与分配器55a同
11心配设的轴55b而构成。分配器55a由在旋转轴52的贯通孔52c内配置的圆筒部55a2和、在圆筒部55a2 的第1支撑头30相反侧的端部向半径方向扩大的方式形成的凸缘部55a3而成，在于其凸 缘部55a3，由向圆周方向配设的多个螺丝部件而组装在壳体51。而且，在轴55b，在第1支撑头30侧的端部，组装圆盘状的凸缘部件57，轴55b，通 过此凸缘部件57组装在旋转轴52的凸缘部件52b。因此，伴随旋转轴52的旋转，轴55b也 一起旋转。另外，凸缘部件57，成为嵌入于在第1支撑头30的支撑部30c所形成的圆形的 凹部30cl的形状，通过此凸缘部件57和支撑部30c的凹部30cl，决定组装第1支撑头30 和第2支撑头50时的位置。在分配器55a，向圆周方向偏移位置形成用于从外部引进流体的多个流体流路 55a4。另一方面，在轴55b，也向圆周方向偏移位置形成对应于分配器55a的各流体流路 55a4的多个流体流路55b 1。并且，各流体流路55a4和与此对应的各流体流路55bl被构成为，通过在分配器 55a和轴55b的嵌合周面所形成的环状沟而连通，在轴55b旋转时，也保持其连通状态。而 且，在轴55b所形成的多个流体流路55bl，分别连通于在第1支撑头30的旋转接头37或 38的分配器37a、38a所形成的对应的流体流路37a3或38a3。因此，从外部供给到旋转接 头55的分配器55a的流体，通过轴55b供给到第1支撑头30的旋转接头37、38。在固定于壳体51的分配器55a和旋转轴52的轴部件52a之间，设置有用于保持 旋转轴52的旋转位置的夹紧套筒54。此夹紧套筒54，在其凸缘部54a，由多个螺丝部件而 组装在分配器55a的同时，设置成容许与旋转轴52的相对旋转。而且，在夹紧套筒54的圆 筒部54b，形成有在分配器55a的圆筒部55a2侧开口的环状沟54c，由该环状沟54c和分配 器55a的圆筒部55a2的外周面而形成压力室。并且，对于此压力室，通过在分配器55a所形成的流体流路54d而供给压力流体， 对应于圆筒部54b的环状沟54c的薄肉部向扩径方向变形。其结果，对于旋转轴52施加扩 径方向的缔紧力，旋转轴52的旋转成为被阻止的状态(夹紧状态)。而且，在图示例，在旋转接头55的上端部，设置有用于检测旋转轴52的旋转量， 即，第1支撑头30的旋转量的旋转检测器44。此旋转检测器44由，配置于分配器55a上 的规定位置的一对检测器头44a、44b和；在与此检测头44a、44b相对配置，安装于与旋转轴 52 一起旋转的轴55b的检测环44b而构成。此旋转检测器44的检测信号，与在第1支撑头 30的旋转检测器41同样，发送到机床的控制装置，使用于第1支撑头30的旋转控制。在由以上构成而成的加工用头10，支撑主轴单元20的支撑头(第1支撑头30)， 在一对脚部30a、30b的各支撑轴夹入主轴单元20的状态，相对不能旋转地固定支撑在两支 撑轴。并且，主轴单元20通过由DD电机33而旋转驱动脚部30a侧的驱动支撑轴，而以支 撑轴的旋转轴线(=与主轴21的旋转轴线直交的轴线/A轴)为中心朝向所希望的角度位 置旋转驱动主轴单元20。DD电机33的驱动，按照根据提前设定的程序的数值控制而进行，由转子33a的旋 转控制，通过驱动支撑轴而控制主轴单元20的角度位置。因此，在图示例，设在脚部30a内 的DD电机33及连接在DD电机33的驱动支撑轴(旋转轴32+轴37b)作为用于主轴单元 20的转位机构起作用。另外，用于驱动DD电机33的励磁电流，通过由连接器16a连接在DD电机33的电缆16而供给。并且，在根据第一发明的上述第1支撑头30，如上述，作为支撑主轴单元20的支撑 轴，用于由DD电机33而旋转驱动的支撑轴(驱动支撑轴)的轴承35，配设在于A轴方向 的DD电机33的存在范围内的内转子型DD电机33的转子33a的半径方向内侧的构成，轴 承35成为收容于DD电机33的半径方向内侧的空间的状态，不会增大脚部30a的A轴方向 的尺寸。而且，对于脚部30b，其A轴方向的尺寸是，根据支撑轴(从动支撑轴)的长度(A 轴方向的尺寸)而决定的，其支撑轴的长度，鉴于加工时施加负荷的平衡，与脚部30a的支 撑轴长度更接近为理想。因此，脚部30b的A轴方向的尺寸，决定于脚部30a，通过将脚部 30a的A轴方向的尺寸更缩小，而脚部30b的A轴方向的尺寸也能够更缩小。其结果，第1 支撑头30的整体地A轴方向的尺寸缩小，而能够谋求加工用头10的紧凑化。更且，根据第一本发明，轴承35可以采用更小径者。轴承，直径越大振动精度越降 低，而成为加工精度降低的要因，但是，根据此本实施例的构成，不发生伴随这种轴承的大 径化的加工精度的降低的问题。另外，在以上说明的第1支撑头30，对于在脚部30a的支撑轴和壳体31a的圆筒 部31al之间的轴承35的配置，作为在旋转接头37的轴37b和壳体31a的圆筒部31al之 间设置轴承35的构成，但是代替于此，也可以在旋转轴32的圆筒部32a和壳体31a的圆筒 部31al之间设置轴承35(图4a。此外，在基于本发明的加工用头中，并不限于如上述第一 支承头30那样，轴承35配置在A轴方向的DD电机的存在范围内，轴承35的配置只要其至 少一部分位于A轴方向的DD电机的存在范围内即可。而且，在上述第1支撑头30，构成为在最A轴侧配置旋转接头37，在旋转接头 37 (轴37b)的外周面外嵌固定轴承35，但是代替于此，也可以作为在轴承35的外周面侧设 置旋转接头37的构成(图4b)。S卩，在上述第1支撑头30，支撑轴(旋转接头37的轴37b+旋转轴39)具有，DD电 机33的转子33a被外嵌固定的大径部和；在此大径部的半径方向内侧由轴承35而旋转自 如地支撑的轴部，上述大径部由旋转轴32的圆筒部32a而形成，轴部以旋转接头37的轴 37b所形成，但是代替于此，将上述大径部以旋转接头37的轴37b形成，在其外周面外嵌固 定DD电机33的转子33a也可以。接着，说明第二发明。在根据第二发明的上述第一支撑头30，如上述般，旋转驱动 主轴单元20用的DD电机33系成为仅在一对脚部30a、30b中的一方的脚部30a被配设的 构成。亦即，在根据本发明的支撑头，不是如习知般将支撑主轴单元的一对支撑轴一起作为 驱动轴，而是仅将一方的支撑轴作为驱动轴，有关另一方的支撑轴系作为仅具有支撑主轴 单元的功能。又，在本实施例，将检测和主轴单元20 —体地旋转的一对支撑轴的旋转位相(主 轴单元20的角度位置)用的旋转检测器41、以及用以保持被转位的主轴单元20的角度位 置用的夹紧机构34作为配置在DD电机33不被配置的另一方的脚部30b的内部的构成。亦 即，在根据本发明的支撑头，如上述般，仅在一对支撑部(脚部30a、30b)的一方内装DD电 机，在藉由不配置DD电机而空间充裕的另一方的支撑部(脚部30b)侧，将旋转检测器以及 夹紧机构归纳配置。
又，根据此类构成的话，即使在为了提高支撑刚性、将主轴单元藉由一对支撑轴夹 入般支撑的支撑头中，与在习知的各支撑轴分别对应而配设驱动电机的构成相比，在支撑 轴的轴线方向中的支撑头的尺寸变大系可被避免，可防止加工用头的大型化。特别是如本实施例般，在将旋转接头配设在各支撑部内的支撑头中，由于伴随着 DD电机、轴承以及旋转接头的配设，在其它部件的配置方面受到限制，在一个支撑部内配设 DD电机和旋转检测器及夹紧机构的话，在其支撑轴的轴线方向中的尺寸不得不变大。对此， 根据本发明，由于在任一方的支撑部内不配设DD电机，藉由将旋转检测器或夹紧机构的至 少一方配设在此DD电机不被配设侧的支撑部内，与习知支撑头相比，可将支撑轴的轴线方 向中的尺寸缩小。又，在根据以上说明的第二发明的加工用头中，虽然支撑头(第一支撑头30)系成 为旋转检测器及夹紧机构被配设在DD电机不被配设的支撑部(第二支撑部/脚部30b)内 的构成，但本发明并不限于此，旋转检测器或夹紧机构的一方系被配设在DD电机被配设的 支撑部(第一支撑部/脚部30a)侧也可。即使在此构成的情形，与在两支撑部内配设DD 电机的支撑头相比，可将支撑轴的轴线方向中的尺寸缩小。接着，根据图5进行说明第一发明的其他实施方式。在上述的实施例，对在适用第一发明的加工用头的支撑头(第1支撑头30)，支撑 主轴单元20的一对脚部中的只有一方的脚部具备用于旋转驱动主轴单元20的转位机构 (DD电机)，但是代替于此，如图5所示，对于在两脚部具备转位机构(DD电机)的支撑头的 两转位机构也可以适用第一发明。在图5所示的支撑头60，分别对于支撑主轴单元20的一对脚部60a、60b，设置有 包含DD电机63的转位机构。另外，在图示例，脚部60a和60b的内部结构几乎相同。因此， 在以下，只对脚部60a进行说明，对于脚部60b，省略其说明及附图的符号。脚部60a由，以形成有向A轴方向贯通的贯通孔61a的壳体61为主体而成，在其 贯通孔61a内组装有，DD电机63、支撑主轴单元20的支撑轴、用于旋转自如地支撑支撑轴 的轴承65、及旋转接头67等。而且，在脚部60a，设置有与上述实施例同样的旋转检测器 68 (旋转检测器68只设在脚部60a侧)。在图示例，旋转接头67的分配器，由2个部件67a(第1分配器)及67b (第2分 配器)而构成。并且，第2分配器67b在其凸缘部67b2组装于第1分配器67a，第1分配器 67a通过在其凸缘部67a2组装于壳体61，而第1、2分配器67a、67b成为对壳体61固定的 状态。而且，旋转接头67的轴67c，由在第1分配器67a的圆筒部67al和第2分配器67b 的圆筒部67bl之间可旋转地嵌装的大径部67cl和、轴承65被外嵌固定的轴部67c2而构 成。并且，在此旋转接头67，在第1、第2分配器67a、67b的各自形成的多个流体流路 67a3、67b3和；对应于各流体流路67a3、67b3形成在轴67c的多个流体流路67c3，通过在第 1、第2分配器67a、67b的各圆筒部67al及67bl和轴67c的大径部67cl的嵌合周面形成 的环状沟而连通。在轴67c的轴部67c2，组装有在脚部60b侧，对于壳体61可旋转地设置的旋转轴 62。此旋转轴62，具有围绕旋转接头67的第1分配器67a的圆筒部67al的圆筒部62a。而且，在旋转轴62形成有，分别与形成在旋转接头67的轴67c的各流体流路67c3连通的多 个流体流路62c，各流体流路67c3，通过此流体流路62c与主轴单元20的端口 24连通。如图示，在固定于壳体61的旋转接头67的第1分配器67a的圆筒部67al和轴 67c的轴部67c2之间，介设轴承65。并且，由该轴承65，轴67c对于壳体61成为旋转自如 地支撑的状态。而且，旋转轴62，由该轴承65组装在旋转自如地被支撑的轴67c的同时，在 其脚部60b侧的端面62b安装有主轴单元20。因此，旋转接头67的轴67c及旋转轴62相 当于对壳体61旋转自如地被设置的支撑主轴单元20的支撑轴。DD电机63由通过定子套筒63c而固定在壳体61的定子63a和；与定子63a的内 周面相对配置，在旋转轴62的圆筒部62a的外周面被外嵌固定的转子63b而构成，是内转 子型的DD电机。如此，在图示的支撑头60，内转子型的DD电机63的转子63b，外嵌固定在围绕第 1分配器67a的圆筒部67al的旋转轴62的圆筒部62a，另一方面，用于旋转自如地支撑上 述支撑轴的轴承65，介设在第1分配器67a的圆筒部67al和比此圆筒部67al更位于半径 方向内侧的轴67c的轴部67c2之间。S卩，在于本实施例，支撑轴(旋转轴62+旋转接头67的轴67c)具有，DD电机63的 转子63b被外嵌固定的大径部(旋转轴62的圆筒部62a)和在此大径部的半径方向内侧由 轴承65旋转自如地被支撑的轴部(旋转接头67的轴67c)。并且，在此大径部和轴部之间 配设，在壳体61固设的圆筒部件(第1分配器67a的圆筒部67al/相当于第一发明的「圆 筒部」)的同时，在该圆筒部件和支撑轴之间介设轴承65，成为支撑轴对于壳体61旋转自如 地支撑的构成。因此，用于旋转自如地支撑支撑轴的轴承65成为，配设在用于旋转驱动支撑轴的 DD电机63的转子63b的半径方向内侧的构成。而且，其轴承65的A轴方向的配置，如图 示，成为在A轴方向的DD电机63的存在范围内。因此，由本实施例，也能得到与上述图1 等的实施例相同的效果。尤其，如本实施例的支撑头60，在一对脚部60a、60b分别设置包含 DD电机33的转位机构时，比由图1等的实施例的支撑头，A轴方向的尺寸变为更大，从而， 本发明，在这种支撑头时更加有效。另外，第一发明及第二发明不限定于上述任一实施方式，在不脱离各权利要求的 范围内，可以进行各种变更。
1权利要求
一种机床用的加工用头，包括包含安装工具的主轴的主轴单元；以及作为支撑该主轴单元的支撑头，该支撑头包含以与上述主轴的旋转轴线直交的轴线为中心旋转上述主轴单元，而转位该主轴单元角度位置的转位机构，所述机床用的加工用头中，上述支撑头包含第一以及第二支撑部，该第一以及第二支撑部分别包含在与上述主轴的旋转轴线直交的轴线上使轴心一致的状态配设、且夹持上述主轴单元而相对配置的第一以及第二支撑轴；上述转位机构系在上述支撑头的壳体内，包含由被同轴配置在上述支撑轴周围并围绕上述支撑轴的电机转子及电机定子而构成的驱动电机，且仅在上述第一以及第二支撑部的任一方被配置。
2.根据权利要求1项所述的机床用的加工用头，其中上述支撑头系具备检测上述支撑 轴的旋转位相用的旋转检测器，上述旋转检测器系在上述第一以及第二支撑部的上述驱动电机被设置侧的另一方被 配设。
3.根据权利要求1或2所述的机床用的加工用头，其中上述支撑头系具备保持上述主 轴单元的角度位置的夹紧机构，上述夹紧机构系在上述第一以及第二支撑部的上述驱动电机被设置侧的另一方被配设。
全文摘要
本发明提供一种在具备转位机构的机床用的加工用头，不必大型化其加工用头本身，而能得到高加工精度的构成。在于机床用的加工用头，具备包含安装工具的主轴的主轴单元和；包含以至少与主轴的旋转轴线直交的轴线为中心使主轴单元旋转，而转位其角度位置的转位机构的支撑头，上述转位机构，具备固定于主轴单元而旋转自如地设置的支撑轴和；配置在支撑头的壳体内，由与支撑轴连接的转子及为了相对于该转子的外周围绕电机转子而设置的定子而成的驱动电机，用于旋转自如地支撑上述支撑轴的轴承，在支撑轴的旋转轴线方向的驱动电机的存在范围内，配置在上述转子的半径方向内侧。
文档编号B23Q1/70GK101913088SQ20101025450
公开日2010年12月15日 申请日期2007年8月13日 优先权日2006年8月23日
发明者辰田好教 申请人:津田驹工业株式会社