车床主轴单元及车床装置 相关申请的引用
本申请要求2003年12月25日申请的日本专利申请No.2003-429626的优先权，在此引入作为参考。
【技术领域】
本发明涉及车床主轴单元及车床装置。
背景技术
车床装置作为典型的机床已是公知。车床装置具有：一车床主轴单元，其设有一具有用于夹持工件的夹持部的可旋转主轴，以及一用于旋转驱动主轴的驱动源；一用于支承车床主轴单元的底板；以及一用于加工工件的刀具。(例如参见JP 07-100711A.)
通过这种车床装置，当主轴由驱动源的驱动力旋转驱动时，由主轴的夹持部所夹持的工件转动，并且用刀具来切割加工转动着的工件。
上述车床主轴单元通常设有一用于将驱动源的驱动力通过齿轮等传送至主轴的机构，但是设有这种机构的车床主轴单元存在例如如下问题，例如，由于齿轮中存在侧隙，所以可能无法获得要求的加工精度。还有一个问题便是，由于皮带轮沿转轴方向设置在主轴的端部，主轴在其转轴方向变长，从而导致元件变得较大。
【发明内容】
本发明基于上述问题提出，目的在于获得一种车床主轴单元和车床装置，其具有用于将驱动源的驱动力传送至主轴的新颖而合适的机构。
本发明的主要方面在于一种车床主轴单元，设有：一可旋转主轴，其具有一凸轮从动件、以及一用于夹持工件的夹持部；一用于旋转驱动主轴的驱动源；以及一从动转轴，其具有一凸轮并由驱动源旋转驱动，从动转轴利用凸轮和凸轮从动件旋转驱动主轴。
通过附图和下面的描述将更加清楚本发明的其它特征。
【附图说明】
图1为一实施方案的车床装置1地结构简图；
图2为由图1中的空白箭头方向所视的图1中所示车床装置1的结构简图；
图3为本实施方案的车床主轴单元2的内部结构视图；
图4为沿图3的线X-X所取的剖面图；
图5为图4中所示的十字滚珠轴承30的放大视图；
图6为接近图5中所示的滚动体60的滚动体60的视图；
图7为第一变型实施例的车床主轴单元2的视图；
图8为沿图7的线X-X所取的剖面图；
图9为第二变型实施例的车床主轴单元2的视图；
图10为描述第二实施方案的车床主轴单元102等的说明图；
图11为描述第三实施方案的车床主轴单元202等的说明图；
图12为描述第三实施方案的车床主轴单元202等的说明图；
图13为描述第三实施方案的车床主轴单元202等的说明图；
图14为描述第三实施方案的车床主轴单元202等的说明图；
图15为描述第四实施方案的车床主轴单元302等的说明图；
图16为描述第四实施方案的车床主轴单元302等的说明图；
图17为描述第五实施方案的车床主轴单元402等的说明图；以及
图18为描述第五实施方案的车床主轴单元402等的说明图；
【具体实施方式】
通过本说明书的说明和附图的描述将清楚至少如下内容。
一种车床主轴单元，设有：一可旋转主轴，其具有一凸轮从动件、以及一用于夹持工件的夹持部；一用于旋转驱动主轴的驱动源；以及一从动转轴，其具有一凸轮并由驱动源旋转驱动，从动转轴利用凸轮和凸轮从动件旋转驱动主轴。
这样可获得一种车床主轴单元，其具有用于将驱动源的驱动力传送至主轴的新颖且合适的机构。
此外，在上述车床主轴单元中，凸轮可为球面凸轮。
这样可获得加工精度得以提高的紧凑型车床主轴单元。
此外，车床主轴单元可设有一用于旋转支承所述主轴的支承部；第一V形槽沿主轴的转动方向直接形成于主轴上，以及支承部可设有与第一V形槽相对的第二V形槽；以及一十字滚柱轴承可通过插入方式形成于主轴与支承部之间，若干滚动体在与第一V形槽和第二V形槽接触时滚动，并且使得相邻滚动体的滚动轴相互垂直。
这样可获得加工精度得以提高的紧凑型车床主轴单元。
此外，在上述车床主轴单元中，可沿主轴的转轴方向在其前端和后端设置夹持部。
这样可获得工件得以有效加工的紧凑型车床主轴单元。
此外，在上述车床主轴单元中，主轴在沿其转轴方向上可设有一空心部。
通过该车床主轴单元，可阻止刀具与主轴接触。
此外，一种车床装置，其设有：一车床主轴单元，设有一具有一凸轮从动件以及一用于夹持一工件的夹持部的可旋转主轴，一用于旋转驱动主轴的驱动源，以及一从动转轴，该从动转轴具有一凸轮并由驱动源旋转驱动，从动转轴利用凸轮和凸轮从动件旋转驱动主轴；一用于支承车床主轴单元的底板；以及一用于加工工件的刀具。
这样可获得一种设有车床主轴单元的车床装置，其具有用于将驱动源的驱动力传送至主轴的新颖且合适的机构。
此外，在上述车床装置中，凸轮可为球面凸轮。
这样可获得一种设有加工精度得以提高的紧凑型车床主轴单元的车床装置。
此外，在上述车床装置中，车床主轴单元可设有一用于旋转支承所述主轴的支承部；第一V形槽可沿主轴的转动方向直接形成于主轴上，以及支承部可设有与第一V形槽相对的第二V形槽；以及，一十字滚柱轴承可通过插入方式形成于主轴与支承部之间，若干滚动体在与第一V形槽和第二V形槽接触时滚动，并且使得相邻滚动体的滚动轴相互垂直。
这样可获得加工精度得以提高的车床装置。
此外，在上述车床装置中，可沿主轴的转轴方向在其前端和后端设置夹持部。
这样可获得工件得以有效加工的车床装置。
此外，在上述车床装置中，主轴在其转轴方向上可设有一空心部。
通过该车床装置，可阻止刀具与主轴接触。
此外，在上述车床装置中，刀具可穿过空心部，并且由夹持部夹持的工件可用该刀具进行加工。
通过这种车床装置可以提高工件加工方式的机动性。
此外，在上述车床装置中，工件可按如下方式由夹持部夹持，即，刀具穿过空心部，并且工件由该刀具进行加工。
通过这种车床装置，即便对于长工件而言也可对工件进行合适的加工。此外，不仅可加工由夹持部夹持的工件部分，还可加工位于空心部内的工件部分。
此外，在上述车床装置中，车床主轴单元可能会沿主轴的转轴方向移动。
通过这种车床装置，不仅可加工由夹持部夹持的工件部分，还可加工位于空心部内的工件部分。此外，可能减小由于会出现同心度降低等的情况而使加工精度降低的问题的可能性，从而获得较高的加工精度。
此外，在上述车床装置中，底板可旋转地对车床主轴单元进行支承。
通过这种车床装置可以提高工件加工方式的机动性。
＝＝＝车床装置的构造实施例＝＝＝
下面通过图1和图2来描述车床装置1的构造实施例。图1示意性地示出了本实施方案的车床装置1的构造。图2为由图1中的空白箭头方向所视的图1中所示车床装置1的结构简图。应当注意，图1和图2中的箭头表示垂直方向。举例来说，尾架14布置于底板16的上部。
举例来说，车床装置1设有一具有主轴4的车床主轴单元2、一用于加工工件W的刀具8、一刀架10、一尾架14、以及底板16。
车床主轴单元2为一种设置有可转动的主轴4的元件。主轴4设有一卡盘22，该卡盘为用于夹持工件W的夹持部的一个实施例。当主轴4转动时，由卡盘22夹持的工件W与其联合转动。下面将对车床主轴单元2的结构等作更为详细的描述。
刀具8由如下文所述的刀架10支承，它的作用是切割加工工件W。工件W通过将刀具8沿例如主轴4的转轴方向(图1中字母A所示的方向)进给而被切割加工，此时，刀具8与工件W以一种合适的状态相接触，而工件W正在转动着。
刀架10的作用是支承刀具(一个以上的刀具)8。如下文所述，刀架10的结构使其可相对于底板16沿主轴4的转轴方向(图1中字母B所标明的方向)、以及该方向的垂直方向(图2中的字母A所标明的方向)移动。通过使刀架10沿上述方向移动，支承于刀架10上的刀具8与工件W的合适位置相接触，并且被进给以加工工件W。
刀架10具有旋转部10a，多个不同刀具8可与其连接或与其分开。当有安装在旋转部10a的多个不同刀具8时，通过转动旋转部10a(图2中的字母B示出了转动方向的一个实施例)，可从多个不同刀具8中选择一个用于切削工件W的所希望的刀具8。
尾架14具有防止当加工杆状物一类的长工件W时出现的偏离中心的作用。尾架14设有顶针(center)14a，和用于沿主轴4的转轴方向(图1中的字母C所标示的方向)移动顶针14a的把手14b，以及通过操纵把手14b，使顶针14a沿上述方向移动，并且使顶针14a的前端插入预先设置于工件W的中心部内的中心孔。结果，位于由卡盘22夹持的侧面的相反侧面上的工件W的端部开始由顶针14a夹持。之后，当转动工件W时，顶针14a协同工件W的转动而转动，并防止在加工工件W的过程中出现中心偏移。应当指出，中心偏移对于长工件W是较为显著的，而对于短工件W而言，并非绝对必须用尾架14的顶针14a来支承工件。
底板16是用于支承上述车床主轴单元2的底板。此外，底板16还支承着刀架10和尾架14。
下面描述具有这种构造的车床装置1的操作方式。
首先，将工件W安装在车床装置1上，用卡盘22夹持住工件W，如果工件W较长，则操纵尾架14的把手14b以将顶针14a的前端插入预先设置在工件W的中心部中的中心孔内。
在这种状态下，当转动主轴4时，由卡盘22夹持的工件W随着该转动一起转动。此外，如果工件W正由顶针14a夹持时，则顶针14a也协同工件W的转动而转动。
然后，转动刀架10的旋转部10a以便从多个不同刀具8中选取一种希望用于工件W的刀具8，并且由于刀架10的移动作用，已选取的刀具8与工件W上一合适的点相接触。当工件W正在转动时，由于刀架10的移动作用，实现紧靠在工件W上的刀具8的进给，从而切削及加工工件W。
＝＝＝车床主轴单元的构造实施例＝＝＝
下面，通过图3和图4描述车床主轴单元2的构造实施例。图3为本实施方案的车床主轴单元2的内部结构视图。图4为沿图3的线X-X所取的剖面图。
举例来说，车床主轴单元2设有：作为旋转驱动主轴4的驱动源的一个实施例的马达24，由马达24旋转驱动的从动轴44，由从动轴44旋转驱动的主轴4，以及用于旋转支承主轴4的支承部28。
从动轴44由一对滚珠轴承46支承，从而可相对于壳体21转动。从动轴44沿其轴向在一端侧处经联接构件26与马达24相连，以及从动轴44因马达24的驱动力而被旋转驱动。从动轴44设有一凸轮。该凸轮具有一凸轮面48a，其相位通过旋转从动轴44而沿轴向被移动。这里，将不仅在停止时而且在换位过程中均无侧隙的球面凸轮(globoidal cam)48用作凸轮。
主轴4由十字滚柱轴承30支承，从而可相对于支承部28转动。如上所述，主轴4设有用于夹持工件W的卡盘22，当转动主轴4时，由卡盘22夹持的主轴4随其一起转动。若干沿圆周方向等间距布置的多个凸轮从动件50设置于主轴4的外周面上，其设置于与设置卡盘22的一侧相对的一侧。凸轮从动件50与上述球面凸轮48的凸轮面48a啮合，从而，将从动轴44的旋转力经球面凸轮48和凸轮从动件50传送至主轴4。换言之，主轴4利用球面凸轮48和凸轮从动件50由从动轴44旋转驱动。注意，下面将对十字滚柱轴承30的构造等作更为详细的描述。
支承部28经十字滚柱轴承30旋转支承主轴4。支承部28与主轴4的外周面之间布置成隔开一非常小的间距，并通过螺栓40固定于壳体21上。
下面描述具有这种构造的车床主轴单元2的操作。
当从动轴44曲马达24驱动时，从动轴44相对于壳体21旋转。当转动从动轴44时，球面凸轮48也旋转，并且与球面凸轮48啮合的凸轮从动件50依次与凸轮面48a接合，从而将旋转驱动力传送至主轴4上并使得主轴绕主轴4的旋转轴旋转。当转动主轴4时，由卡盘22夹持的工件W随着主轴4一起转动。
<<<十字滚柱轴承的构造实施例>>>
下面通过图4至图6描述十字滚柱轴承30的一个构造实施例。图5为图4中所示的十字滚柱轴承30的放大视图。图6为接近图5中所示的滚动体60的滚动体60的视图。
上面描述的支承部28具有两个环形构件52a和52b，并且通过这些构件形成一外环环形体52。环形构件52a和52b的主轴4侧上的边缘部已在整个圆周范围内成45°倒角。环形构件52a和52b彼此重叠布置并由螺栓54固定，它们之间的间距非常小，并且它们的倒角部形成在主轴4侧上开口的第二V形槽56。
朝外环环形体52开口的第一V形槽58在与第二V形槽56相对的一位置处形成于主轴4的整个圆周上。
在第一V形槽58与第二V形槽56之间插入若干圆柱形滚动体60。每一滚动体60在圆柱形滚动面60a的每一端上具有一对平端面60b，并且滚动体沿主轴4的圆周方向等间距布置。滚动体60的结构使得它们在与内部轨道部62和外部轨道部64接触时滚动，其中，内部轨道部形成在内侧设置于主轴4中的第一V形槽58，外部轨道部形成在外侧设置于支承部28中的第二V形槽56。滚动体60布置成使它们的滚动轴线x1朝主轴4的旋转轴线倾斜，并且如图5和图6所示，将相邻滚动体60的滚动轴线x1的倾斜方向布置成相互垂直。
注意，主轴4与支承部28侧上的外环环形体52之间具有一环形间隙，并且沿该间隙在该间隙内设置一薄的圆柱形支架66。滚动体60由支架66夹持。若干用于分别安装滚动体60的凹形孔68按照滚动体60的布置间距形成于支架66的圆周面内。
如上所述，本实施方案的车床装置1和车床主轴单元2具有由马达24旋转驱动的从动转轴44，从动转轴44具有一凸轮，主轴4具有凸轮从动件50，以及利用凸轮和凸轮从动件50，主轴4由从动转轴44旋转驱动。这样便获得一种车床主轴单元2和车床装置1，其具有用于将马达24的驱动力传送至主轴4的新颖且合适的机构。
＝＝＝其他的实施方案＝＝＝
在上文中，基于上述实施方案描述了本发明的车床主轴单元等。不过，本发明的上述实施方案是为了解释本发明，而不是作为限制本发明的解释。当然，在不背离其大意的前提下，也可对本发明进行改变和改善，并且包括与之相当的实施方式。
上述实施方案描述了一种实施例，其中选定使用凸轮和凸轮从动件50的机构作为将马达24驱动力传送至车床主轴单元2的主轴4上的机构，该车床主轴单元设有一具有夹持工件W的卡盘22的可旋转主轴4，以及用于旋转驱动主轴4的马达24。
下面，利用图7至图9描述该实施例的变化。图7为第一变型实施例的车床主轴单元2的视图；图8为沿图7的线X-X所取的剖面图。图9为第二变型实施例的车床主轴单元2的视图。
首先，通过图7和图8描述第一变型实施例。第一变型实施例与上述实施方案不同，其中，壳体21具有一朝主轴4伸出的凸出部72，并且主轴4设有一凹槽74，从而使得凸出部72装配于其内，二者之间留有一缝隙。另外，还可选定上述利用凸轮和凸轮从动件50的机构作为用于将马达24的驱动力传送至该车床主轴单元2主轴4上的机构。
下面通过图9描述第二变型实施例。第二变型实施例不同于第一变型实施例，其中，设置在主轴4上的凸轮从动件50与设置于从动转轴44中的凸轮的凸轮面48a啮合的位置是不同的。同样利用第二变型实施例，还可选定上述利用凸轮和凸轮从动件50的机构作为用于将马达24的驱动力传送至主轴4上的机构。换言之，对于主轴4的凸轮从动件与设置于从动转轴44中的凸轮的凸轮面48a的啮合位置并无限制。
此外，在上述实施方案中，凸轮为球面凸轮48，但并不限于此，也可为其他凸轮。
不过，由于当凸轮为球面凸轮48时具有下列优点，因此上述实施方案更为可取。举例来说，当主轴4利用球面凸轮48和凸轮从动件50由从动转轴44旋转驱动时，可排除由于存在间隙而在齿轮中不能取得期望加工精度的问题。此外，因为可采用球面凸轮48与若干设置于主轴4的外圆周面上的凸轮从动件50啮合的构造，所以可不必在主轴4转轴方向的端部处设置皮带轮一类的构件，并且可使得主轴4在其转轴方向上较短。换言之，可获得一种加工精度得以提高的紧凑型车床主轴单元2，以及具有这种车床主轴单元2的车床装置1。
此外，在上述实施方案中，第一V形槽58沿转轴方向直接形成于主轴4上，支承部28具有与第一V形槽58相对的第二V形槽56，若干在与两个V形槽56和58接触时滚动的滚动体60被插入主轴4与支承部28之间，并且十字滚柱轴承30由相邻滚动体60的滚动轴相互垂直的滚动体60组成。不过，并不限于此。举例来说，通过在主轴上安装具有第一V形槽的构件可获得十字滚柱轴承，而不是在主轴上直接形成第一V形槽。
在通过在主轴上安装具有第一V形槽的构件获得十字滚柱轴承的情况下，例如，当将该构件安装至主轴上时可能存在着安装误差，该连接误差可能导致轴承结构的精度下降。相反，对于本实施方案的十字滚柱轴承(cross roller bearing)30而言，第一V形槽58直接形成于主轴4上，因此不存在此类问题。因此，从可能获得加工精度得以提高的车床主轴单元2以及具有该车床主轴单元2的车床装置1的观点来看，上述实施方案的构造更为可取。
如上所述，因为可能获得球面凸轮48与设置在主轴4的外圆周面上的凸轮从动件50啮合的构造，所以主轴4在转轴方向上变得较短。此外，因为若干凸轮从动件50设置于主轴4的外圆周面内，所以主轴4在径向上变得较长。可利用这些特征来获得不同于上述实施方案(下面也可称为“第一实施方案”)的其他实施方案的车床主轴单元、以及具有该车床主轴单元的车床装置。
下面利用图10至18描述其他实施方案(第二实施方案至第五实施方案)。图10为描述第二实施方案的车床主轴单元102等的说明图。图11至14为描述第三实施方案的车床主轴单元202等的说明图。图15与图16为描述第四实施方案的车床主轴单元302等的说明图。图17以及图18为描述第五实施方案的车床主轴单元402等的说明图。
首先，利用图10描述第二实施方案。与仅在主轴4的一端设有卡盘22的第一实施方案的车床主轴单元2不同，第二实施方案的车床主轴单元102在主轴4的两端上均设有卡盘122和123。在车床主轴单元102中，卡盘122和123分别沿主轴4的转轴方向设置于其前端和后端。由于主轴4沿转轴方向上的长度较短，所以易于获得这种构造。
在设有具有这种构造的车床主轴单元102的车床装置中，当转动主轴4时，由卡盘122和123夹持的工件W1和W2随着该转动一起转动。然后，刀具108和109分别紧靠在工件W1和W2上，并对工件W1和W2进行切割加工。用这种方法，两个工件W1和W2可同时加工，并因此可获得工件W1和W2得以有效加工的车床主轴单元102、以及具有该车床主轴单元102的车床装置。
下面，利用图11至14描述第三实施方案。如图11所示，与具有一实心主轴4的第一实施方案的车床主轴单元2不同，第三实施方案的车床主轴单元202具有一空心主轴204。在上述车床主轴单元202中，主轴204在沿主轴204的转轴方向上设有一空心部204a。因为主轴204在径向上较长，故容易获得这种构造。
当使用设有具有这种构造的车床主轴单元202的车床装置加工工件W时，具有如下优点。
首先，如图11所示，即使当刀具紧靠在工件W上并且被进给以切削并加工工件W时刀具8切透工件W(图11中的虚线示出了通过压出刀具8而使得刀具8切透工件W)，也可防止刀具8与主轴204接触，也就是说，空心部204a具有防止因主轴204与刀具8相互接触而受到损坏的作用。
此外，如图12所示，由卡盘22夹持的工件W可由业已通过主轴204的空心部204a的刀具8进行加工，因而提高了工件加工方式的机动性。
另外，如图13所示，在工件W业已通过主轴204的空心部204a的状态下，也可使用刀具8加工由卡盘22夹持的工件W。因此，即使是长工件W也可对其进行适当的加工，并从而无需使用尾架。此外，如图14所示，杆状物一类的长工件W可通过实施下列步骤加工，即，加工→劈开并取下→进给工件→加工→劈开并取下→进给工件，从而可增加工件加工方式的变化的种类数。此外，因为该过程包含工件的进给步骤，所以也可加工由卡盘22夹持的工件W的部分，以及通过进给工件W来加工空心部204a内的部分。
下面，通过图15和图16描述第四实施方案。如图15所示，第四实施方案的车床主轴单元302与第三实施方案的车床主轴单元202类似之处在于主轴304具有一空心部304a，但是与第三实施方案的车床主轴单元202的不同之处在于，车床主轴单元302的结构使其能够相对于车床装置的底板16沿主轴304的转轴方向移动，即，底板16设有一用于将车床主轴单元302沿主轴304的转轴方向移动的驱动机构(未示出)，并且由于该驱动机构的作用，车床主轴单元302可以被移动。举例来说，该驱动机构可通过使用滚珠丝杠的机构获得。
当使用设置有具有这种构造的车床主轴单元302的车床装置时，工件W可按如下方式进行加工。使用图16描述该加工过程。
首先，将工件W安放在车床装置上，更具体地说，工件W由卡盘22和顶针14a夹持在穿过空心部304a的状态。
接着，将刀具8紧靠在工件W的一纵向端上。然后，进给紧靠在工件W上的刀具8(刀具8沿图16中空心箭头所示的方向进给)，并且切割加工旋转着的工件W(图16的上图)。
然后，松开卡盘22，并沿主轴304的转轴方向移动车床主轴单元302(图16中的实心箭头示出了此方向)(参见图16的上图，之后参见图16的下图)。当车床主轴单元302完成移动时，再次由卡盘22夹持工件W。
之后，将刀具8紧靠在工件W的纵向的另一端上并予以进给(图16的下图中的空心箭头示出了刀具8的进给方向)，以切割加工旋转着的工件W(图16的下图)。
按如上所述的方式，使用可相对于底板16沿主轴304的转轴方向移动的、设有车床主轴单元302的车床装置来加工工件W具有下列优点。同图14所示的实施例类似，由卡盘22夹持的部分以及由工件W的空心部304a内的部分均可通过移动车床主轴单元302进行加工。
相反，与图14所示的实施例不同，工件W沿纵向不移动。因此，工件W的中心始终夹持在固定的位置处，并且因此，例如因同心度降低而出现的加工精度降低的问题的可能性较小，因此实现了较高的加工精度。
下面通过图17和图18描述第五实施方案。如图17所示，第五实施方案的车床主轴单元402由车床装置的底板16旋转支承，也就是说，底板16设有一用于转动车床主轴单元402的回转机构(未示出)，并且由于该回转机构的作用，车床主轴单元402可被旋转。举例来说，回转机构可通过使用齿轮或凸轮的机构获得。
当使用设有具有这种构造的车床主轴单元402的车床装置时，工件W可按如下方式进行加工。如图18所示，工件W1和工件W2可安放在车床装置上，并且可首先加工工件W1，并且当加工完工件W1时，可将车床主轴单元402旋转180°，从而可加工工件W2。在旋转完车床主轴单元402之后，同时加工工件W2，由于工件W1已加工完，因此也可换上新的工件W3。
如上所述，通过利用可相对于底板16转动并设有车床主轴单元402的车床装置，提高了工件W加工方式的机动性。
注意，上述车床主轴单元402在主轴4的两端上设有卡盘422和423，但并不限于此，也可获得仅在主轴的一端上具有卡盘的可转动车床主轴单元。