主轴装置以及具备该主轴装置的机床的制作方法

本发明涉及一种主轴装置以及具备该主轴装置的机床，所述主轴装置相对于主轴可拆装地装接有刀具或装配有刀具的刀架，能通过空气来进行刀具或刀架的就位状态的检测以及就位部的清洗。

背景技术：

在机床中，在更换装接于主轴的刀具或装配有刀具的刀架时，有时由加工所产生的切屑会附着于刀具或刀架与主轴的就位部。在切屑如此地咬入就位部的状态下，主轴与刀具或刀架未正确地靠紧，因此无法准确地进行刀具相对于主轴的定位，即机床中刀具的定位。由此，当以此状态进行加工时，恐怕会对加工精度造成不良影响，对刀具、主轴造成损伤。

因此，开发了一种能检测刀具或刀架是否靠紧并装接于主轴的就位检测单元(参照专利文献1)。该单元向刀具或刀架与主轴的就位部供给空气，根据该空气的压力变化，检测刀具或刀架与主轴的就位状态。

此外，为了防止就位部中的切屑的咬入，开发了一种去除附着于就位部的切屑等的清洗单元。该单元向刀具或刀架与主轴的就位部供给空气，将该空气喷于就位部，由此将附着于就位部的切屑等吹走并去除。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-241187号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，在具备上述的就位检测单元和清洗单元的以往的机床中，以同一系统设有用于检测就位状态的空气供给通道和用于清洗就位部的空气供给通道，就位状态的检测以及就位部的清洗恐怕无法通过适当流量的空气供给来进行。

在检测刀具或刀架与主轴的就位状态时，只要能检测空气的压力变化即可，因此所供给的空气的流量少量就足矣。由此，当考虑到环境时，优选以小流量的空气来检测刀具或刀架与主轴的就位状态。

另一方面，在去除附着于刀具或刀架与主轴的就位部的切屑等时，通过大力地喷出空气，能可靠地去除切屑等。由此，为了使主轴与刀具或刀架正确地靠紧，优选以大流量的空气来去除附着于就位部的切屑等。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，能以适当的空气流量分别进行主轴装置与刀具的靠紧状态的检测以及主轴装置与刀具的靠紧部的空气清洗。

技术方案

解决上述问题的第一发明的主轴装置的特征在于，具备：主轴，在就位面可拆装地装接对被加工物进行规定加工的刀具、或装配有所述刀具的刀架；杆，可滑动地支承于所述主轴，通过滑动动作使所述刀具或所述刀架相对于所述主轴进行拆装；流体流道，形成于所述杆；流体供给单元，向所述流体流道供给流体；就位检测用流体流道，用于检测所述主轴与所述刀具或所述刀架的就位状态，以在所述杆通过滑动动作位于第一位置的情况下与所述流体流道连通的方式形成于所述主轴；以及清洗用流体流道，用于清洗所述主轴与所述刀具或所述刀架的就位部，以在所述杆通过滑动动作位于与所述第一位置不同的第二位置的情况下与所述流体流道连通的方式形成于所述主轴。

解决上述问题的第二发明的主轴装置的特征在于，在第一发明的主轴装置中，所述第一位置是位于所述刀具或所述刀架被松开的松开位置与所述刀具或所述刀架被可靠地夹紧的夹紧位置之间的中间位置，所述第二位置是所述松开位置。

解决上述问题的第三发明的主轴装置的特征在于，在第一或第二发明的主轴装置中，所述就位面具有：正交面，与所述主轴正交；以及锥面，与所述主轴以及所述正交面方向不同，所述就位检测用流体流道在所述正交面开口，所述清洗用流体流道在所述锥面开口。

解决上述问题的第四发明的主轴装置的特征在于，在第一至第三的任一个发明的主轴装置中，所述就位检测用流体流道和所述清洗用流体流道在所述主轴的周向上分离规定角度地交替形成。

解决上述问题的第五发明的机床具备：主轴装置，可拆装地装接对被加工物进行规定加工的刀具、或装配有所述刀具的刀架，其特征在于，所述主轴装置是第一至第四的任一个发明的主轴装置。

有益效果

根据第一发明的主轴装置，由于以不同的两个系统设有就位检测用流体流道和清洗用流体流道，因此，例如通过以彼此不同的流道截面积来形成就位检测用流体流道和清洗用流体流道，能改变检测就位状态时的流体流量和清洗就位面时的流体流量。就是说，能以适当的流体流量分别进行主轴装置与刀具或刀架的靠紧状态的检测以及主轴装置与刀具或刀架的靠紧部的清洗。

此外，由于使就位检测用流体流道与流体流道的连通、清洗用流体流道与流体流道的连通分别在杆的滑动动作中的不同位置连通，因此，例如能通过具备使杆滑动的驱动器等的方向切换阀来控制位于杆的滑动动作中的第一位置的定时和位于第二位置的定时，并且能通过减压阀分别调整向就位检测用流体流道和清洗用流体流道进行供给的流体的压力并切换流体流量。就是说，能以适当的流体流量分别进行主轴装置与刀具的靠紧状态的检测以及主轴装置与刀具的靠紧部的清洗。

根据第二发明的主轴装置，在刀具或刀架被松开的状态与被可靠地夹紧的夹紧状态之间，即在刀具或刀架就位于主轴的状态时，能进行主轴装置与刀具的靠紧状态的检测，在刀具或刀架被松开的状态时，能进行主轴装置与刀具的靠紧部的清洗。

根据第三发明的主轴装置，由于就位检测用流体流道在正交面开口，因此能准确地检测主轴装置与刀具的靠紧状态。此外，由于清洗用流体流道在锥面开口，因此能可靠地清洗主轴装置与刀具的靠紧部。

根据第四发明的主轴装置，能在周向上大致均匀地进行主轴装置与刀具的靠紧状态的检测以及主轴装置与刀具的靠紧部的清洗。

根据第五发明的机床，在机床中，能以适当的空气流量分别进行主轴装置与刀具的靠紧状态的检测以及主轴装置与刀具的靠紧部的空气清洗。

附图说明

图1是表示实施例1的主轴装置的构造的说明图。

图2是表示实施例1的主轴装置的构造的说明图。

图3是表示实施例1的主轴装置的构造的说明图。

图4是表示实施例1的主轴装置中的空气通道的剖面图(图2中的IV-IV向视剖面图)。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的主轴装置的实施例详细地进行说明。当然，本发明并不限定于以下的实施例，不言而喻，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。

实施例1

参照图1至图4，对本发明的实施例1的主轴装置的构造进行说明。

如图1至图3所示，机床的主轴装置1可拆装地装接对未图示的工件(被加工物)进行规定加工的刀具100。当然，主轴装置1也可以可拆装地装接装配有刀具的未图示的刀架。

在主轴装置1设有圆筒状的主轴箱10，在该主轴箱10内可旋转地支承有主轴20。在主轴20的轴心上连续地形成有锥孔(就位面)21以及轴孔22。锥孔21形成为：其顶端侧(图1至图3中的左方侧)在顶端面(就位面)23开口，并且其后端侧(图1至图3中的右方侧)连通于轴孔22，随着从顶端侧朝向后端侧，其内径逐渐变小。

在主轴20的轴孔22，可在其轴向(图1至图3中的左右方向)上滑动地支承有杆30。该杆30形成的状态是：与主轴20牵连转动，并且通过设于主轴20的大致中央的、作为弹性单元(施力单元)的碟形弹簧40被施力至主轴20的后端侧。此外，在主轴箱10的后端侧设有气缸部11，在该气缸部11可在主轴20的轴向上滑动地支承有活塞50。

在由活塞50和气缸部11所形成的空间12，压力油通过未图示的压力油给排单元被供给以及排出。由此，当向空间12供给压力油时，能使活塞50向顶端侧滑动。向顶端侧移动的活塞50的顶端侧与杆30的后端侧接触，能使杆30克服碟形弹簧40的施加力向主轴20的顶端侧移动。

此外，在主轴20的顶端侧设有夹头60，通过杆30在轴向移动，该夹头60在主轴20的径向移动。如此，通过夹头60在主轴20的径向上移动并形成全开状态或全闭状态，刀具100相对于主轴装置1进行拆装。

如图1至图3所示，刀具100是双面约束型的刀具，在其后端侧(图1至图3中的右方侧)设有作为与主轴装置1的靠紧面(就位部)的端面101以及锥部102。端面101与主轴20的顶端面23靠紧。此外，锥部102与主轴20的锥孔21靠紧，并形成为：随着从顶端侧朝向后端侧，其外径逐渐变小。

主轴装置1的刀具100的更换通过相对于气缸部11的空间12给排压力油来进行。当未图示的工件的加工结束、主轴20的旋转停止时，压力油被供给至气缸部11的空间12(参照图3)。通过供给至空间12的压力油，向主轴20的顶端侧的按压力作用于活塞50，通过此按压力，活塞50向顶端侧移动。当活塞50向顶端侧移动，其顶端侧与杆30的后端侧接触时，被供给至空间12的压力油所产生的按压力介由活塞50作用于杆30(参照图2)。然后，当进一步供给压力油时，通过其按压力，活塞50以及杆30克服碟形弹簧40的施加力移动至主轴20的顶端侧(参照图1)。

如图1所示，当杆30向主轴20的顶端侧的松开位置移动时，夹头60向主轴20的径向内侧移动并进入全闭状态，夹头60与刀具100的卡合部103的卡合解除，就是说，形成刀具100相对于主轴20被松开的状态。然后，该松开状态的刀具100从主轴20脱离，更换为其他刀具100。

重新装接于主轴装置1的其他刀具100被输送至主轴20的顶端侧。然后，当刀具100的锥部102开始嵌入(装接)至主轴20的锥孔21时，供给至气缸部11的空间12的压力油被排出，活塞50以及杆30通过碟形弹簧40的施加力而移动至主轴20的后端侧。

当杆30经过比松开位置(参照图1)更靠近主轴20后端侧的中间位置(就位位置)(参照图2)，进一步向主轴20后端侧的夹紧位置移动时，夹头60移动至主轴20的径向外侧并进入全开状态，夹头60与刀具100的卡合部103形成卡合。就是说，形成刀具100相对于主轴20被夹紧的状态。

杆30由未图示的驱动器以及方向切换阀进行控制，按顺序在上述的松开位置、中间位置以及夹紧位置移动。在此，杆30的松开位置是夹头60全闭的位置，即进行刀具100的更换的位置，杆30的夹紧位置是夹头60全开的位置，即进行由刀具100实现的加工的位置，杆30的中间位置是松开位置与夹紧位置之间的位置。

在主轴装置1设有：清洗单元，在拆装刀具100时清洗主轴装置1与刀具100的靠紧面；以及，就位检测单元，检测主轴装置1与刀具100是否以靠紧的方式可靠地装接。

对于活塞50，在其后端侧中央部装接有空气供给装置(流体供给单元)70，形成有从其轴的中心通过的第一空气通道51。在杆30，以在其后端侧与活塞50的顶端侧接触时与活塞50的第一空气通道51连通的方式形成有一端在杆30的后端侧中央部开口的第二空气通道32。

第二空气通道32的另一端以在杆30的外周表面31的多个部位开口的方式形成，由在杆30的后端侧中央部开口并在轴向延伸的轴向延伸设置部32a和从该轴向延伸设置部32a的顶端侧开始在径向延伸并在杆30的外周表面31开口的多条(本实施例中为八条)径向延伸设置部32b构成。如图4所示，第二空气通道32的径向延伸设置部32b在杆30的周向以等角度(本实施例中为45°)间隔设置。

在主轴20，可与杆30的第二空气通道32连通地设有多条(本实施例中为四条)就位检测用空气通道24(参照图2以及图4)以及多条(本实施例中为四条)清洗用空气通道25(参照图1以及图4)。如图4所示，多条就位检测用空气通道24与清洗用空气通道25在主轴20的周向上以等角度(本实施例中为45°)间隔交替设置。

就位检测用空气通道24的一端在主轴20的内周表面26的规定位置开口，在杆30位于上述中间位置的情况下与第二空气通道32连通。此外，就位检测用空气通道24的另一端在主轴20的顶端面23开口，在杆30位于中间位置的情况下，从空气供给装置70所供给的规定压力的空气介由活塞50的第一空气通道51、杆30的第二空气通道32以及主轴20的就位检测用空气通道24，从主轴20的顶端面23喷射。

由此，在杆30位于中间位置的情况下，根据从空气供给装置70所供给的空气的压力变化，能检测主轴装置1与刀具100的就位状态。就是说，在顶端面23与端面101靠紧的情况下，就位检测用空气通道24的开口部(空气喷射孔)24a处于被刀具100的端面101堵住的状态，因此，并不喷射空气，空气压力上升，能检测出主轴装置1与刀具100处于可靠地靠紧的状态(已就位)的情况。

另一方面，在顶端面23与端面101未靠紧的情况下，就位检测用空气通道24的开口部(空气喷射孔)24a是未被刀具100的端面101堵住的状态，因此，即使喷射空气，空气压力也不上升，能检测出主轴装置1与刀具100未处于可靠地靠紧的状态(未就位)的情况。

清洗用空气通道25的一端在主轴20的内周表面26的规定位置开口，在杆30位于上述松开位置的情况下与第二空气通道32连通。就是说，在主轴20的周向以及轴向上，清洗用空气通道25的一端的开口部25b形成于与就位检测用空气通道24的一端的开口部24b不同的位置。此外，清洗用空气通道25的另一端在主轴20的锥孔21开口，在杆30位于松开位置的情况下，从空气供给装置70所供给的规定压力的空气介由活塞50的第一空气通道51、杆30的第二空气通道32以及主轴20的清洗用空气通道25，从在主轴20的锥孔21开口的开口部25a朝向刀具100的锥部102喷射。

由此，在杆30位于松开位置的情况下，通过从空气供给装置70供给空气，主轴装置1与刀具100的靠紧面被清洗。就是说，在刀具100处于松开状态、锥孔21与锥部102未靠紧的情况下，由于从清洗用空气通道25的开口部25a喷射规定压力的空气，因此能吹走附着于刀具100的锥部102的切屑等，并且通过所喷射的空气的动量也能吹走附着于刀具的端面101、主轴20的锥孔21以及顶端面23的切屑等。

接着，参照图1至图4，对本实施例的主轴装置1的动作进行说明。

在具备主轴装置1的机床中，当未图示的工件的加工结束、主轴20的旋转停止时，压力油通过未图示的压力油给排装置被供给至气缸部11的空间12(参照图3)。通过供给至空间12的压力油，向主轴20的顶端侧的按压力作用于活塞50，通过此按压力，活塞50向顶端侧移动。

活塞50向顶端侧移动，当其顶端侧与杆30的后端侧接触时，由供给至空间12的压力油所产生的按压力介由活塞50作用于杆30。然后，当进一步供给压力油时，通过其按压力，活塞50以及杆30克服碟形弹簧40的施加力移动至主轴20的顶端侧。

活塞50以及杆30向顶端侧移动，当杆30到达中间位置时，杆30的第二空气通道32与主轴20的就位检测用空气通道25a连通(参照图2)。由此，从装接于活塞50的后端侧的空气供给装置70所供给的规定压力的空气介由活塞50的第一空气通道51和杆30的第二空气通道32被供给至主轴20的就位检测用空气通道24。

此时，虽然刀具100未处于可靠地装接于主轴装置1的状态，即夹紧状态，但是主轴装置1与刀具100处于在靠紧面靠紧的状态。由此，主轴20的就位检测用空气通道24的开口部(空气喷射孔)24a处于被刀具100的端面101堵住的状态，因此并不喷射空气。

而且，压力油被供给至气缸部11的空间12，当作用于活塞50的向主轴20的顶端侧的按压力通过被供给至空间12的压力油而增加时，活塞50以及杆30克服碟形弹簧40的施加力进一步移动至主轴20的顶端侧，形成杆30的第二空气通道32与主轴20的就位检测用空气通道24不连通的状态。

活塞50以及杆30进一步向顶端侧移动，当杆30到达松开位置时，杆30的第二空气通道32与主轴20的清洗用空气通道25连通。由此，从装接于活塞50的后端侧的空气供给装置70所供给的规定压力的空气介由活塞50的第一空气通道51和杆30的第二空气通道32，被供给至主轴20的清洗用空气通道25。

此时，夹头60处于全闭状态，刀具100处于可相对于主轴装置1脱离的松开状态。然后，刀具100从主轴20脱离，并且从空气供给装置70所供给的规定压力的空气介由活塞50的第一空气通道51、杆30的第二空气通道32以及主轴20的清洗用空气通道25，从主轴20的清洗用空气通道25的开口部(空气喷射孔)25a喷射。

通过从清洗用空气通道25的开口部25a喷射的规定压力的空气，附着于刀具100的锥部102的切屑等被吹走，并且通过所喷射的空气的动量，由此，附着于刀具的端面101、主轴20的锥孔21以及顶端面23的切屑等也被吹走，主轴装置1与刀具100的靠紧面被清洗。

然后，从主轴20脱离的刀具100被更换为其他刀具100。

接着，重新装接于主轴装置1的其他刀具100被输送至主轴20的顶端侧。当刀具100的锥部102与主轴20的锥孔21接近时，通过从空气供给装置70供给，并介由活塞50的第一空气通道51、杆30的第二空气通道32以及主轴20的清洗用空气通道25从清洗用空气通道25的开口部25a喷射的规定压力的空气，重新装接的其他刀具100的锥部102以及主轴20的锥孔21被清洗。

然后，当刀具100的锥部102开始嵌入(装接)至主轴20的锥孔21时，被供给至气缸部11的空间12的压力油通过未图示的压力油给排装置排出，当作用于杆30以及活塞50的向主轴20的顶端侧的按压力减少时，活塞50以及杆30通过碟形弹簧40的施加力移动至主轴20的后端侧。

而且，压力油被排出至气缸部11的空间12，当活塞50以及杆30通过碟形弹簧40的施加力进一步移动至主轴20的后端侧时，杆30的第二空气通道32与主轴20的清洗用空气通道25形成不连通的状态。

活塞50以及杆30进一步向后端侧移动，当杆30到达中间位置时，杆30的第二空气通道32与主轴20的就位检测用空气通道24连通。由此，从装接于活塞50的后端侧的空气供给装置70所供给的规定压力的空气介由活塞50的第一空气通道51和杆30的第二空气通道32被供给至主轴20的就位检测用空气通道24。

此时，虽然刀具100未处于可靠地装接于主轴装置1的状态，即夹紧状态，但是主轴装置1与刀具100处于在靠紧面靠紧的状态。由此，主轴20的就位检测用空气通道24的开口部(空气喷射孔)24a处于被刀具100的端面101堵住的状态，从空气供给装置70所供给的空气并不喷射，因此，所供给的空气的压力上升，由此，能够检测出主轴装置1与刀具100处于可靠地靠紧的状态、即夹紧状态的情况。

在检测到正常的夹紧状态的情况下，进而，压力油被排出至气缸部11的空间12，作用于活塞50的向主轴20的顶端侧的按压力减少，活塞50以及杆30通过碟形弹簧40的施加力进一步移动至主轴20的后端侧。当杆30到达夹紧位置时，夹头60形成全开状态，刀具100向主轴装置1的装接结束。

需要说明的是，在主轴装置1与刀具100的靠紧面咬入了切屑等的情况下，不形成主轴装置1与刀具100在靠紧面靠紧的状态。由此，主轴20的就位检测用空气通道24的开口部(空气喷射孔)24a不处于被刀具100的端面101堵住的状态，从空气供给装置70所供给的空气从由切屑等的咬入所形成的间隙漏出，因此所供给的空气的压力不上升，能检测出主轴装置1与刀具100未处于可靠地靠紧的状态、即处于夹紧异常的情况。

在本实施例中，通过向气缸部11的空间12供给压力油，使活塞50以及杆30克服碟形弹簧40的施加力移动至主轴20的顶端侧，使杆30位于中间位置，并使第二空气通道32与就位检测用空气通道24连通。当然，本发明的主轴装置并不限定于如本实施例那样通过压力油的供给使空气通道连通的装置。例如，也可以另行设置克服碟形弹簧40的施加力的未图示的碟形弹簧、弹簧等弹性单元，在该弹性单元与碟形弹簧40的施加力均衡的杆30的位置，使第二空气通道32与就位检测用空气通道24连通。

此外，在本实施例中，使第二空气通道32、就位检测用空气通道24以及清洗用空气通道25各自的开口部对应地连通。当然，本发明的主轴装置并不限定于如本实施例那样通过使空气通道的开口的孔的位置对齐来连通。例如，可以在杆30的外周表面31或主轴20的内周表面26的至少一方设置在周向延伸的槽部。

根据本发明的主轴装置，由于以不同的两个系统设置就位检测用流体流道和清洗用流体流道，因此，例如通过以彼此不同的流道截面积形成就位检测用空气通道24和清洗用空气通道25，能改变检测就位状态时的空气流量和清洗就位面时的空气流量。就是说，能以适当的空气流量分别进行主轴装置1与刀具100的靠紧状态的检测以及主轴装置1与刀具100的靠紧部的空气清洗。

此外，根据本发明的主轴装置，由于使就位检测用流体流道与流体流道的连通、清洗用流体流道与流体流道的连通分别在杆的滑动动作中的不同位置连通，因此，例如能通过具备使杆滑动的驱动器等的方向切换阀来控制就位检测用空气通道24与第二空气通道32连通的定时(杆30位于中间位置的定时)和清洗用空气通道25与第二空气通道32连通的定时(杆30位于松开位置的定时)，并能通过减压阀来调节压力，从而通过减压阀等来切换空气供给装置70的空气流量。就是说，能以适当的空气流量分别进行主轴装置1与刀具100的靠紧状态的检测以及主轴装置1与刀具100的靠紧部的空气清洗。

符号说明

1 主轴装置

10 主轴箱

11 气缸部

12 气缸部的空间

20 主轴

21 锥孔(锥面)

22 轴孔

23 顶端面(正交面)

24 就位检测用空气通道(就位检测用流体流道)

24a 开口部

24b 开口部

25 清洗用空气通道(清洗用流体流道)

25a 开口部

25b 开口部

26 内周表面

30 杆

31 外周表面

32 第二空气通道(流体流道)

32a 轴向延伸设置部

32b 径向延伸设置部

40 碟形弹簧

50 活塞

51 第一空气通道(流体供给单元)

60 夹头

70 空气供给装置(流体供给单元)

100 刀具(刀架)

101 端面

102 锥部

103 卡合部