研削盤および研削盤のエクステンション・スピンドル交換方法
【課題】研削工具を自動着脱ができる研削盤を提供する。
【解決手段】ワークが保持されるワーク保持部材と、このワーク保持部材に対して移動自在に配設された砥石軸ヘッド３と、この砥石軸ヘッド３に回転自在に軸支された砥石軸３ａと、ワークを加工する研削工具のツールホルダを手動にて砥石軸３ａに着脱する研削盤において、砥石軸３ａに連結部Ｒが設けられて着脱自在に連結され、前記研削工具が装着される延長砥石軸８ａと、この延長砥石軸８ａを回転自在に支持し、前記砥石軸ヘッド３にクランプされる延長外筒８ｅと、を備えたエクステンション・スピンドル８と、延長外筒８ｅを砥石軸ヘッド３にクランプするクランプ装置Ｃと、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄおよび延長外筒８ｅに設けられ、砥石軸３ａと延長砥石軸８ａとの芯出しをする芯出し部Ｂと、を備えたことを特徴とする研削盤である。
【解決手段】ワークが保持されるワーク保持部材と、このワーク保持部材に対して移動自在に配設された砥石軸ヘッド３と、この砥石軸ヘッド３に回転自在に軸支された砥石軸３ａと、ワークを加工する研削工具のツールホルダを手動にて砥石軸３ａに着脱する研削盤において、砥石軸３ａに連結部Ｒが設けられて着脱自在に連結され、前記研削工具が装着される延長砥石軸８ａと、この延長砥石軸８ａを回転自在に支持し、前記砥石軸ヘッド３にクランプされる延長外筒８ｅと、を備えたエクステンション・スピンドル８と、延長外筒８ｅを砥石軸ヘッド３にクランプするクランプ装置Ｃと、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄおよび延長外筒８ｅに設けられ、砥石軸３ａと延長砥石軸８ａとの芯出しをする芯出し部Ｂと、を備えたことを特徴とする研削盤である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥石軸ヘッドと砥石軸に着脱自在に装着され、研削工具の砥石が下端部に回転自在に設けられたエクステンション・スピンドルを有する研削盤、および、研削盤のエクステンション・スピンドルを自動交換するエクステンション・スピンドル交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９の（ａ）は、従来の横形マシニングセンタの工具交換装置を示す斜視図である。図９の（ａ）に示すように、横形マシニングセンタ１００は、３（Ｘ，Ｙ，Ｚ）軸の制御軸を有し、工具マガジン１５０には交換用工具が格納されている。この交換用工具と主軸６１に装着された研削工具のツールホルダ８０は、自動工具交換装置（ＡＴＣ）１４０によって自動交換される（特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１に記載の自動工具交換装置１００は、主軸ヘッド６０の主軸６１が横置きのため、重力による主軸、工具自体のたわみ（変形）が大きく影響し、円筒形状のワークの内径と外径を高精度に研削するには不向きであるという問題があった。
【０００３】
図９の（ｂ）は、従来の回転テーブル形平面研削盤の主軸を示す断面図である。図９の（ｂ）に示すように、立形の主軸５１を有し、円形テーブル５３を配置した研削盤５０は、通称ロータリー研削盤５０と呼ばれている。このロータリー研削盤５０の主軸端５１ａには大径のカップ砥石５２が装着され、円形テーブル５３上には図示しない磁着用マグネットが埋め込まれている。ロータリー形研削盤５０は、大きな円形テーブル５３の上面に薄物のワークＷを磁着できるため、薄物のワークＷの平面研削加工には最適である（特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献２に記載のロータリー研削盤５０は、立て置きにした円筒形状のワークＷの上端面の研削加工ができたとしても、内径と外径を高精度に研削することは不向きであるという問題があった。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決したのが立形研削盤である。この立形研削盤は、３（Ｘ，Ｚ，Ｃ）軸の制御軸を有するＮＣ研削盤であり、これまでにない新しいタイプのＮＣ研削盤である。この立形研削盤において、円筒形状のワーク（以下、円筒ワーク）の内外径を高精度に研削するためには、内径用の中引き砥石と、仕上げ砥石と、外径用の中引き砥石と、仕上げ砥石の少なくとも４種類の研削工具が必要であった。
【０００５】
図１０は、立形研削盤で使用する従来の研削工具のツールホルダを示す説明図である。この研削工具（砥石）のツールホルダはクイルタイプという。
図１０に示すように、ワーク保持部材である円形テーブル４１の上面には円筒ワークＷが固定されている。砥石軸ヘッド４２の砥石軸４２ａの下端部には、研削工具（砥石）を固定したツールホルダ４０が装着されている。従来のツールホルダ４０は、工具本体４４とクイル４５との２ピースで構成されている。工具本体４４の上端のシャンク部４４ａはショートテーパの２面拘束仕様になっており、砥石軸ヘッド４２の主軸４２ａに内蔵されたクランプ・アンクランプ装置により固定されている。
一方、工具本体４４の下端には、縮径された軸４４ｂが突設されている。この軸４４ｂにクイル４５の上部の穴４５ａが嵌合されて装着された後、図示しないビスにより一体に固定されている。また、クイル４５の先端部４５ｃにはボルトによって砥石４５ｄが固定されている。
【０００６】
立形研削盤による円筒ワークの加工方法は、図１０に示すように、砥石軸４２ａを高速回転、回転テーブル４１を低速回転させ、円筒ワークＷの内周面に砥石４５ｄを当接させてから微量の切込みを与え、上下方向へ研削送りを与えることにより、内径の研削加工を行う。また、外周面の研削加工は、同様に円筒ワークＷの外周面に砥石４５ｄを当接させてから微量の切込みを与え、上下方向へ研削送りを与えることにより、外径の研削加工を行う。さらに、円筒ワークの端面の加工方法は、円筒ワークの端面に砥石４５ｄの下面を当接させてから微量の切込みを与え、左右方向へ研削送りを与えることにより、端面の研削加工を行う。
しかしながら、従来の研削工具（砥石）のツールホルダ４０は、容易にワークＷの小径穴の深部まで挿入できるが、ツールホルダ（クイル）自体の剛性が不足し、高精度加工には不向きであるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６９８２９号公報（段落００１１、図１、図５）
【特許文献２】実開昭６３−１３１３５０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、剛性があり、繰り返し精度が高精度で保持できるとともに、短時間で自動着脱ができるエクステンション・スピンドルを備えた研削盤を提供する。さらに、研削盤のエクステンション・スピンドルを自動交換する自動スピンドル交換方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の研削盤（１０）の発明は、ワーク（Ｗ）が保持されるワーク保持部材（２）と、このワーク保持部材（２）に対して移動自在に配設された砥石軸ヘッド（３）と、この砥石軸ヘッド（３）に回転自在に軸支された砥石軸（３ａ）と、前記ワーク（Ｗ）を加工する研削工具のツールホルダを手動にて前記砥石軸（３ａ）に着脱する研削盤（１０）において、前記砥石軸（３ａ）に連結部（Ｒ）が設けられて着脱自在に連結され、前記研削工具が装着される延長砥石軸（８ａ）と、この延長砥石軸（８ａ）を回転自在に支持し、前記砥石軸ヘッド（３）にクランプされる延長外筒（８ｅ）と、を備えたエクステンション・スピンドル（８）と、前記延長外筒（８ｅ）を前記砥石軸ヘッド（３）にクランプするクランプ装置（Ｃ）と、前記砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）および前記延長外筒（８ｅ）に設けられ、前記砥石軸（３ａ）と前記延長砥石軸（８ａ）との芯出しをする芯出し部（Ｂ）と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研削盤（１０）であって、前記ワーク（Ｗ）を加工するエクステンション・スピンドル（８）を収納するマガジン（９）を備え、前記延長砥石軸（８ａ）に前記研削工具（８ｇ）を固定して前記マガジン（９）に収納された前記エクステンション・スピンドル（８）を前記砥石軸（３ａ）に着脱することで、前記砥石軸（３ａ）に装着されて前記研削工具（８ｇ）を自動交換することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の研削盤（１０）であって、前記連結部（Ｒ）は、前記砥石軸（３ａ）の下端部（３ｂ）にワンウェイクラッチ（３ｆ）が装着されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の研削盤（１０）であって、前記芯出し部（Ｂ）は、一方の前記外筒ヘッド（３ｄ）の芯出し面（３ｘ）に対し、他方は前記延長外筒（８ｅ）のフランジ部（８ｒ）の内周面に設けられた芯出し面（８ｘ）であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の研削盤（１０）であって、前記クランプ装置（Ｃ）は、平面視で砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）に複数個が配置され、前記クランプ装置（Ｃ）の本体となる前記スリーブ（３ｈ）の下端部のテーパ穴（３ｐ）には、延長外筒（８ｅ）のフランジ部（８ｒ）に配置されたテーパシャンク部（８ｍ）が嵌合するとともに、前記スリーブ（３ｈ）に挿通されたロッド（３ｉ）を上方向へ引き上げるクランプ機構により、前記テーパシャンク部（８ｍ）の穴部の係合部（８ｔ）と前記スリーブ（３ｈ）に内蔵されたコレット（３ｋ）の先端外周の係合部（３ｎ）とが係合してクランプする、または、前記スリーブ（３ｈ）に挿通されたロッド（３ｉ）を下方に押し下げるクランプ機構により、前記テーパシャンク部（８ｍ）の係合部（８ｔ）と前記コレット（３ｋ）の先端外周の係合部（３ｎ）とを離間させてアンクランプすることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項２に記載の研削盤（１０）であって、前記マガジン（９）は、前記エクステンション・スピンドル（８）を複数格納するマガジンテーブル（９ｄ）と、前記マガジンテーブル（９ｄ）に配置された複数のポット（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と、
前記マガジンテーブル（９ｄ）を回動し、位置を割出す位置割出装置（９ｋ）と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項２ないし請求項６に記載の前記立形研削盤（１０）の前記エクステンション・スピンドル（８）を自動交換する自動スピンドル交換方法であって、１）前記砥石軸ヘッド（３）が原点位置からスピンドルマガジン装置（９）の交換位置（ａ）の真上まで右方向へ移動し、下降してマガジンテーブル（９ｄ）の空きポット（ａ）にエクステンション・スピンドル（８）を挿通してエクステンション・スピンドル（８）のフランジ部（８ｒ）がマガジンテーブル（９ｄ）に当接するまで接近する第１ステップと、２）前記クランプ装置（Ｃ）のアンクランプ指令が入ると、エクステンション・スピンドル（８）の延長外筒（８ｅ）は、複数のクランプ装置（Ｃ）に内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）のクランプ状態が解除される第２ステップと、３）前記砥石軸（３ａ）が上昇し、前記スピンドルマガジン装置（９）のマガジンテーブル（９ｄ）の割出動作の終了まで待機する第３ステップと、４）前記マガジンテーブル（９ｄ）の回動指令により回動し、交換するエクステンション・スピンドル（８’）のポット（ｂ）を割り出す第４ステップと、５）前記砥石軸ヘッド（３）が下降して、前記エクステンション・スピンドル（８’）の芯出し部（Ｂ）によって芯出しが行われ、フランジ部（８ｒ）に突設された前記テーパシャンク部（８ｍ）が前記クランプ装置（Ｃ）のテーパ穴（３ｐ）に挿入され、前記延長砥石軸（８ａ）のマンドレル部（８ｂ）が前記砥石軸（３ａ）のワンウェイクラッチ（３ｆ）に挿入される第５ステップと、６）クランプ指令が入ると、エクステンション・スピンドル（８）の延長外筒（８ｅ）は、複数のクランプ装置（Ｃ）に内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）にクランプされる第６ステップと、７）砥石軸ヘッド（３）がマガジンテーブル（９ｄ）から離間して上昇して、左方向へ移動して、元の位置へもどる第７ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、外筒ヘッドに複数のクランプ装置と芯出し部を備え、エクステンション・スピンドルの延長外筒に、砥石軸ヘッドの外筒ヘッドと芯出しを行う芯出し面を設け、複数のテーパシャンク部を有する延長外筒と、さらに、延長外筒にベアリングを介して軸支され、主軸の連結部にマンドレル部が連結された延長砥石軸とからなるエクステンション・スピンドルと、前記砥石軸ヘッドにクランプするクランプ装置とを備え、エクステンション・スピンドルが着脱自在に交換されることにより、剛性があり、繰り返し精度が高精度で保持できるとともに、短時間でエクステンション・スピンドルを手動にて着脱ができる立形研削盤を提供することができる。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、さらに、このエクステンション・スピンドルを複数格納するスピンドルマガジン装置を備え、延長砥石軸に装着された砥石と、延長外筒とをセットにしたエクステンション・スピンドルが着脱自在に交換されることにより、剛性があり、繰り返し精度が高精度で保持できるとともに、短時間でエクステンション・スピンドルを自動着脱ができる立形研削盤を提供することができる。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、連結部にワンウェイクラッチを設け、芯金のマンドレル部との組み合わせにしたことにより、高精度の動力の伝達ができる。
また、砥石軸と延長砥石軸との芯合わせの精度が向上できるので、円筒ワークの内径と外径を高精度に研削することができる。
【００１９】
請求項４に係る発明によれば、芯出し部は、一方の外筒ヘッドの芯出し面に対し、他方は延長外筒のフランジ部の内周面に設けられた芯出し面としたことにより、エクステンション・スピンドル側の芯出し面の径が大きいため、砥石軸ヘッドの主軸の芯と、エクステンション・スピンドルの延長砥石軸の芯は、さらに、高精度の位置合わせになるため、繰り返し精度は高精度が保証される。
【００２０】
請求項５に係る発明によれば、クランプ装置を砥石軸ヘッドの外筒ヘッドに複数個を配置したテーパ穴と、エクステンション・スピンドルの延長外筒のテーパシャンク部とを嵌合させ、クランプしたことにより、外筒ヘッドと延長外筒とを一体に固定することができる。つまり、剛性の高い砥石軸ヘッドの外筒ヘッドと、下方に延長した剛性の高い延長外筒をこのクランプ装置により一体に固定することができることから、与圧をかけたベアリングを介して挿通されたエクステンション・スピンドルの延長砥石軸の剛性を高めることができる。また、高剛性の延長外筒と複数のクランプ装置によりクランプしたので、延長外筒の剛性は高めることができるとともに、ベアリングによって軸支された延長砥石軸の剛性も高めることができるため、円筒ワークの内径と外径を高精度に研削することができる。
【００２１】
請求項６に係る発明によれば、本発明の研削盤にマガジンを設けたことにより、複数のエクステンション・スピンドルを格納することができる。少なくとも内径用の中引き砥石と、仕上げ砥石と、外径用の中引き砥石と、仕上げ砥石の４種類の砥石の格納ができるため、生産効率が飛躍的に向上できる。また、エクステンション・スピンドルを複数本格納できるマガジンを備えたことにより、短時間で自動着脱ができ、エクステンション・スピンドルを使用したエクステンション・スピンドル交換装置を備えた研削盤を提供することができる
【００２２】
請求項７に係る発明によれば、エクステンション・スピンドルを自動交換する自動スピンドル交換方法の手順に従えば、砥石軸ヘッドのＸ、Ｚ軸方向の移動とマガジンの回動により、エクステンション・スピンドルの自動交換が容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、立形研削盤の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は立形研削盤を示す平面図であり、図２は正面図、図３は右側面図である。工作機械の座標系はＪＩＳＢ６３１０に規定されているが、立形研削盤１０に関しての記載または図示は見当たらない。立形研削盤１０の座標系は、図２に示すように、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａ（図５参照）の上下方向がＺ軸であり、砥石軸ヘッド３の左右方向がＸ軸、ワーク保持部材２の回転する主軸がＣ軸である。立形研削盤１０は、砥石軸ヘッド３の２（Ｘ，Ｚ）軸の制御軸を合せて、２軸制御のＮＣ研削盤である。
なお、研削盤業界では回転テーブル（ワーク保持部材）の回転軸を主軸と呼称し、主軸ヘッドの主軸を砥石軸ヘッドの砥石軸と呼称しているため、研削盤業界の呼称を踏襲して説明する。
【００２４】
立形研削盤は、図３に示すように、基台であるベッド１と、ベッド１に載置されたガイドベース１ａと、ガイドベース１ａに載置され、左右方向に移動するサドル５と、サドル５に載置され、上下方向に移動するクロススライド７と、クロススライド７の正面に固定された砥石軸ヘッド３と、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａ（図５参照）に着脱自在のエクステンション・スピンドル８と、図２に示すエクステンション・スピンドル８を格納するスピンドルマガジン装置９と、円筒ワークＷを保持して回転させるワーク保持部材２等から構成されている。これらの構成を順追って詳細に説明する。
【００２５】
＜ベッドとガイドベースの構成＞
図３に示すように、立形研削盤１０のベッド１は矩形であり、この矩形のベッド１の上面にガイドベース１ａが載置されている。また、ガイドベース１ａの上面と正面には左右（Ｘ軸）方向に２本のＸ軸用の直動ガイド１ｂ，１ｂが配置され、この直動ガイド１ｂ，１ｂには摺動自在の直動ナット１ｃ，１ｃが嵌合されている。
また、図示しないＸ軸用サーボモータとＸ軸用ボールねじ４ｂによるＸ軸駆動装置４がガイドベース１ａの正面に配置されている。さらに、このＸ軸用ボールねじ４ｂにはボールねじ用のナット４ｃが回転可能に螺入されている。
【００２６】
＜サドルの構成＞
図３に示すように、サドル５はＸ軸用ボールねじ４ｂ用のナット４ｃに接続され、Ｘ軸用の直動ナット１ｃ，１ｃ…に摺動自在に載置されている。
また、図１に示すように、サドル５の正面には、上下（Ｚ軸）方向へ２本のＺ軸用の直動ガイド５ａ，５ａが配置され、この直動ガイド５ａ，５ａには摺動自在の直動ナット５ｂ，５ｂが嵌合されている。さらに、Ｚ軸用サーボモータ６ａと図示しないＺ軸用ボールねじによるＺ軸駆動装置６がサドル５の正面に、上下方向に配置されている。また、このＺ軸用ボールねじにはボールねじ用のナットが回転可能に螺入されている。
【００２７】
＜クロススライドの構成＞
図２に示すように、クロススライド７は、サドル５を覆うようにサドル５の正面に設けられ、図１に示すように、前記した上下方向のＺ軸用ボールねじ用のナットに接続され、さらに直動ナット５ｂ，５ｂに摺動自在に載置されている。また、サドル５の左右の両側面に油圧駆動のバランスシリンダ５ｃ，５ｃが配置され、バランスシリンダ５ｃ，５ｃの推力によってクロススライド７と砥石軸ヘッド３の自重分の重さを支持している。
【００２８】
＜砥石軸ヘッドの構成＞
図２に示すように、砥石軸ヘッド３は、クロススライド７の正面の右下隅に固定されている。砥石軸ヘッド３のスピンドルモータはビルトインモータのため、砥石軸ヘッド３に内蔵されている。また、砥石軸ヘッド３は、熱変形しにくい熱対称構造となっている。また、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄ（図５参照）の回りには、等距離の位置に４個のクランプ装置Ｃ（図１参照）が配置され、後記するエクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅを固定する。また、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａ（図５参照）の下端部３ｂにはワンウェイクラッチ３ｆが装着され、後記するエクステンション・スピンドル８の延長砥石軸８ａの上端部８ｂと連結する。なお、クロススライド７の正面の左側の空きスペースに、もう1つの砥石軸ヘッドを増設し、仕上げ用砥石軸ヘッド３′として構わない。この砥石軸ヘッド３に装着するエクステンション・スピンドル８は常時固定としてもよい。
【００２９】
＜ワーク保持部材の構成＞
ワーク保持部材は、立形研削盤では回転テーブル２、横形研削盤ではチャックと呼称されている。以下、立形研削盤の回転テーブル２を例にして説明する。
回転テーブル２は機械正面の左側に配置されている。回転テーブル２の上面には、図示しない治具によって芯出しが行われ、円筒形状のワークＷが固定される。回転テーブル２は、図示しない主軸と一体に形成され、ベッド１の正面の左側面に配置されたサーボモータ２ａにより、ベルトとプーリおよび図示しない減速機構を介して、例えば毎分１０回転の回転速度に制御され、ワークＷを低速回転させる。
【００３０】
＜エクステンション・スピンドルの構成＞
図４は、本発明のエクステンション・スピンドルの構成を示す断面図、図５は、砥石軸ヘッドの砥石軸にエクステンション・スピンドルを接続した接続状態を示す拡大断面図である。図４に示すように、このエクステンション・スピンドル８は、繰り返し精度を高精度に維持し、剛性不足を解消するために、従来の構成に捉われることなく、主軸の剛性本位の抜本的な見直しによって開発された。
このエクステンション・スピンドル８の開発思想は、図５に示すように、剛性の高い砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄを下方に延長することにより、剛性の高い延長外筒８ｅを確保することにある。そして、剛性の高い砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａも下方に延長することにより、高い剛性の延長砥石軸８ａの確保が可能になる。
ここでは、延長砥石軸８ａの軸径も太くして、単体の剛性を高め、さらに、ベアリング８ｄ，８ｄ…に与圧を掛けてベアリング８ｄ自体の剛性を高めるとともに、剛性の高い延長砥石軸８ａが可能になっている。
つまり、エクステンション・スピンドル８は、剛性の高い砥石軸ヘッド３を下方にもう１つ設けた構成になっており、かつ、着脱自在に分離できる構成になっている。
したがって、前記した図９の（ａ）に示す研削工具８０や図１０に示す従来のクイルタイプと呼ばれる研削工具（砥石）を固定したツールホルダでは、回転する砥石軸３ａにだけの連結と固定（クランプ）であるのに対して、本願のエクステンション・スピンドル８は、回転する砥石軸３ａへの連結と、回転しない外筒ヘッド３ｄへの連結と固定であり、剛性の比較では、格段の相違がある。
なお、従来のクイルタイプに対して、エクステンション・スピンドル８は、スピンドルタイプともいう。
【００３１】
このスピンドルタイプのエクステンション・スピンドル８は、図４に示すように、延長外筒８ｅと、延長砥石軸８ａと、ベアリング８ｄとから構成されている。
【００３２】
＜延長外筒の構成＞
エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅは、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄに近い剛性を確保するために、分厚い肉厚の外筒を下方に延長した構成になっている。
延長外筒８ｅの上端部８ｆは、フランジ状に拡径され、このフランジ状の周縁上面には拡径したガイドリング８ｊがボルトによって一体に固定されている。ガイドリング８ｊは断面形状がフランジ状のクランク状になっている。そのフランジ状の周縁部にはエアブロー用のエアを通す孔が穿孔されている。また、このガイドリング８ｊのフランジ状の下面には、サポートリング８ｋがさらに拡径して固定されている。
なお、エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅのフランジ部、ガイドリング８ｊ、サポートリング８ｋを一括して、以下、フランジ部８ｒという。
【００３３】
＜芯出し部の構成＞
芯出し部Ｂは、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄの外周に芯出し面３ｘへ導くガイドとして約１０度のテーパ部が設けられ、その終端にリング状の芯出し面３ｘが配置されている。この芯出し面３ｘの相手部品となるエクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒに設けられたガイドリング８ｊの内周にも芯出し面８ｘが設けられ、例えば、０．０１〜０．０２ｍｍのすきまで芯出しが行われる。この芯出し面３ｘ，８ｘの直径は、例えば、φ１４５．０ｍｍであり、後記する延長砥石軸８ａのマンドレル部８ｂ（例えば、直径φ２５．０ｍｍ）の６倍近く大きい直径である。その比は２５／１４５、約１／６であることから、砥石軸３ａと延長砥石軸８ａの芯合わせの繰り返し精度は、このすきまの１／６となる。つまり、砥石軸３ａに対する延長砥石軸８ａの繰り返し精度は、０．００１６〜０．００３３ｍｍという高精度なものになる。
【００３４】
＜クランプ装置の構成＞
クランプ装置Ｃは、図１の砥石軸ヘッド３の平面図に示すように、砥石軸３ａ回りに４ヵ所、砥石軸３ａ中心から等距離の位置に配置され、図５に示すように、エクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒが砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄに固定される。
エクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒを構成するサポートリング８ｋには、４個のテーパシャンク部８ｍが突設され、皿バネを介してナットで固定されている。この対向する砥石軸３ａ回りの外筒ヘッド３ｄには、４セットのクランプ装置Ｃが配置されている。その１つを縦断面し拡大したのが、つぎの図６である。
図６は、クランプ装置を示し、（ａ）はアンクランプ状態、（ｂ）はクランプ状態を示す拡大断面図である。
図６の（ａ）に示すように、クランプ部材の本体であるスリーブ３ｈは、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄに穿孔された穴３ｇに嵌合され、ビスで固定されている。スリーブ３ｈには貫通孔が設けられ、この貫通孔にはロッド３ｉが挿通されている。また、ロッド３ｉの下端部にはコレット８ｋを拡径するための円筒状のクランパ３ｍが螺入されて接続されている。
一方、ロッド３ｉの中段には複数個の皿ばね３ｒが交互に組み合わされて装着されている。さらに、上端部にはシリンダが配設されており、図示しないシリンダの中のピストンと接続されている。
また、スリーブ３ｈの下端部は、拡径された穴３ｓが設けられ、この穴３ｓにはコレット３ｋの頭部が装着されている。さらに、とば口には、ショートテーパのテーパシャンク部８ｍに合わせて拡径したテーパ穴３ｐが形成されている。
【００３５】
＜延長砥石軸の構成＞
図５に示すように、エクステンション・スピンドル８の延長砥石軸８ａは、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａに連結され、図４に示すように、研削工具の砥石８ｇを回転させる。
延長砥石軸８ａの上端面は３０度の面取りが施され、上端部は棒状のマンドレル部８ｂに形成されている。このマンドレル部８ｂの機能は、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａの芯を拾う芯金であり、ワンウェイウラッチ３ｆを介して砥石軸３ａの回転が伝達される連結部であり、十分な長さを備えている。また、下端の砥石８ｇはテーパ形状の穴を有するホルダ８ｐの外周部に装着され、ナット８ｓによって固定されている。
砥石８ｇのバランス取りは、段取り時にホルダ８ｐとともにバランス取り器（図示せず）に掛けられ、セグメントピース８ｉの位置調整により、回転のバランス取りが行われる。そのバランス取りされた砥石８ｇは、延長砥石軸８ａの下端部８ｃのテーパ部にホルダ８ｐとともに装着され、ナット８ｎによって固定されている。
【００３６】
＜連結部の構成＞
図５に示すように、連結部Ｒは砥石軸３ａの下端部３ｂの穴３ｅにワンウェイクラッチ３ｆが装着されており、砥石軸３ａの回転を延長砥石軸８ａに伝達し回転駆動する。
この連結部Ｒは、例えば、砥石軸３ａの右回転方向の場合にのみ動力が伝達され、逆回転では空転する。
【００３７】
＜ワンウェイクラッチの構成と作動機構＞
図１１はワンウェイクラッチの作動機構を示す説明図であり、（ａ）、（ｂ）はクラッチのかみ合い時を示す模式図、（ｃ）、（ｄ）はクラッチの空転時を示す模式図である。
ワンウェイクラッチ３ｆによる駆動は、図１１の（ａ）に示すように、ワンウェイクラッチ３ｆの外輪（以下、外輪３ｆという）と、ころ３ｙと、ばね３ｚとからなり、外輪３ｆが軸８ｂに対して時計回り方向に回転しようとすると、ばねの付勢力の作用で、（ｂ）に示す矢印のように、ころ３ｙは外輪カム面のかみ合い位置に進む結果、外輪カム面と軸８ｂとのくさび作用により軸８ｂを駆動する。
ワンウェイクラッチ３ｆによる空転は、（ｃ）に示すように、外輪３ｆが軸８ｂに対して反時計回り方向に回転すると、軸８ｂは外輪３ｆに対して相対的に時計回り方向に回転することになり、（ｄ）に示す矢印のように、ころ３ｙは外輪カム面から離れる結果、外輪３ｆは軸８ｂに対して空転する。
【００３８】
＜ベアリング＞
図４に示すように、ベアリング８ｄ，８ｄは、延長外筒８ｅと延長砥石軸８ａとの間には嵌合されている。また、延長砥石軸８ａの砥石８ｇが切削力を受ける場合に備えて、砥石８ｇの近傍にベアリング８ｄを配置することにより、延長砥石軸８ａの曲げに対して踏ん張りが利くようになっている。ベアリング８ｄは、延長砥石軸８ａの上部を２セットのベアリング８ｄ、下端部８ｃはベアリング８ｄによって軸支されている。ベアリング８ｄとベアリング８ｄの間は、カラーまたはスリーブを介して与圧が掛けられており、バックラッシュ（すきま）はない。
【００３９】
図５、図６の（ａ）、（ｂ）を参照して、エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅのクランプをするクランプ装置の動作を説明する。
＜アンクランプの動作＞
図６の（ａ）に示すように、アンクランプ指令によりロッド３ｉと連結された図示しないシリンダのピストンの上方に油圧が供給されると、皿ばね３ｒの付勢力に抗してロッド３ｉと連結されたクランパ３ｍが約４．０ｍｍ下降し、テーパシャンク部８ｍの凹部の底に当る。この動作により、テーパシャンク部８ｍの凹部に設けられた係合部８ｔとコレット３ｋとの係合が外れ、コレット３ｋの弾性変形による縮径によって解除され、テーパシャンク部８ｍのテーパ面と、テーパ穴３ｐのテーパ面同士のクランプ状態が解除する。
【００４０】
＜クランプの動作＞
エクステンション・スピンドル８の装着が図示しない近接ＳＷによって確認されると、ＮＣプログラムのクランプ指令により、図６の（ｂ）に示すように、直ちに、ロッド３ｉと連結された図示しないシリンダのピストンの上方に供給された油圧が遮断される。そうすると、皿ばね３ｒの付勢力によりロッド３ｉと連結されたクランパ３ｍが約４．０ｍｍ上昇する。この上昇によって、テーパシャンク部８ｍの凹部に設けられた係合部８ｔとコレット３ｋとの係合がコレット３ｋの拡径によって係合され、テーパシャンク部８ｍのテーパ面がテーパ穴３ｐに嵌合してクランプ状態になる。これにより、剛性の高い延長外筒８ｅが出現する。
【００４１】
＜マガジンの構成＞
本願発明のマガジンを説明する。図７はマガジンの縦断面図、図８は平面図である。
一般的に、マシニングセンタにおいてツールを格納する装置はツールマガジンと呼称されている。ここでは、研削工具（砥石）を固定したエクステンション・スピンドル８を格納する装置であるから、以下、スピンドルマガジン装置９として説明する。
図２に示すように、スピンドルマガジン装置９は、機械正面の右下に配置されている。図７に示すように、ベッド１の側面にフレーム９ａが固定され、フレーム９ａの上面にはベース９ｂが固定されている。また、このベース９ｂの上面には、両端がフランジ形成した円筒状のスタンド９ｃが立設している。
さらに、このスタンド９ｃの上端部にはベアリング９ｈの外輪が保持され、ボールを介して内輪には回転自在にマガジンテーブル９ｄが載置されている。
マガジンテーブル９ｄは、図８に示すように、４本のエクステンション・スピンドル８を格納できるように花弁状に、４ヵ所の切り欠き状のポットａ，ｂ，ｃ，ｄが形成されている。このポットａ，ｂ，ｃ，ｄには、エクステンション・スピンドル８，８’…が４本まで格納される。
また、マガジンテーブル９ｄの上面には各２個ずつの丸穴９ｐが設けられており、図５に示すエクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒのナットカバーを兼ねたラフ位置決めピン８ｚが、４個中の２個が遊嵌されて位置を決めている。
【００４２】
＜マガジンの回転駆動＞
マガジンであるスピンドルマガジン装置９の回転駆動系を説明する。
図７に示すように、マガジンテーブル９ｄの下面には、前記スタンド９ｃの穴に挿通して設けられたシャフト９ｇが連結され、シャフト９ｇの下端部には、ベース９ｂに固定された減速装置９ｆがカップリング９ｉを介して接続されている。また、この減速装置９ｆの下方にはサーボモータ９ｅが接続されている。
【００４３】
＜その他の機器の構成＞
このほかに、操作盤１０ａ（図２参照）、クーラント水の飛散を防止するスプラッシュカバー１０ｐ、図示しないＮＣ制御装置が格納されている強電パネル１０ｃ（図３参照）、クーラントタンク１０ｄ、油タンク等から構成されている。
【００４４】
ここで、本発明のエクステンション・スピンドルを使用して、エクステンション・スピンドルを自動交換する自動スピンドル交換方法について詳細に説明する。
図１に示すように、加工域Ａでの研削加工（例えば、［０００６］参照）が終了すると、砥石軸ヘッド３は左右方向（Ｘ軸）、上下方向（Ｚ軸）に移動し、原点位置にもどる。
そこで、事前に入力されたＮＣプログラムにより、エクステンション・スピンドル８の交換指令が入ると、図８に示すように、スピンドルマガジン装置９を覆うカバー１０ｂの天井のシャッタ１０ｅ，１０ｅが開き、開口部が形成される。また、この開口部にはマガジンテーブル９ｄの空きポットａが待機している。
１）第１ステップは、砥石軸ヘッド３が原点位置からスピンドルマガジン装置９の交換位置ａの真上まで右方向へ移動し（図２参照）、下降してマガジンテーブル９ｄの空きポットａにエクステンション・スピンドル８を挿通してエクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒがマガジンテーブル９ｄに当接するまで接近する（図７参照）。
【００４５】
２）第２ステップは、クランプ装置Ｃのアンクランプ指令が入ると、エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅは、複数のクランプ装置Ｃに内蔵されたクランプ機構により、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄのクランプ状態が解除される。詳しくは、クランプ装置Ｃ（図６（ａ）参照）のアンクランプ指令により、エクステンション・スピンドル８の延長外筒（８ｅ）は、複数のクランプ装置Ｃに内蔵され、ロッド３ｉの上部に連結されたピストンの上方に油圧が供給されると、複数の皿ばね３ｒの付勢力に抗してロッド３ｉの下部に連結されたクランパ３ｍが約４．０ｍｍ下降し、テーパシャンク部８ｍの凹部の底に当る。そして、テーパシャンク部８ｍの凹部に設けられた係合部８ｔとコレット３ｋとの係合部がコレット３ｋの弾性変形による縮径によって解除される。このとき、前記した当たり、または、叩きは、複数のテーパ面同士のクランプ状態を解除する。
【００４６】
３）第３ステップは、砥石軸３ａが約１００ｍｍ上昇し、前記スピンドルマガジン装置（９）のマガジンテーブル９ｄの割出動作の終了まで待機する
４）第４ステップは、前記マガジンテーブル９ｄの回動指令により回動し、交換するエクステンション・スピンドル８’のポットｂを割り出す（図８参照）。
５）第５ステップは、前記砥石軸ヘッド３が約１００ｍｍ下降して、エクステンション・スピンドル８’の芯出し部Ｂによって芯出しが行われ、フランジ部８ｒに突設された前記テーパシャンク部８ｍがクランプ装置Ｃのテーパ穴３ｐに挿入され、延長砥石軸８ａのマンドレル部８ｂが砥石軸３ａのワンウェイクラッチ３ｆに挿入される。
【００４７】
６）第６ステップは、クランプ指令が入ると、エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅは、複数のクランプ装置Ｃに内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄにクランプされる。詳しくは、前記クランプ装置Ｃ（図６（ｂ）参照）のクランプ指令により、エクステンション・スピンドル８’の延長外筒８ｅは、クランプ装置Ｃに内蔵され、油圧が遮断されると、ロッド３ｉの中段に装着された皿ばね３ｒの付勢力によりクランパ３ｍが約４．０ｍｍ上昇し、テーパシャンク部８ｍの凹部に設けられた係合部８ｔとコレット３ｋとの係合部がコレット３ｋの拡径によって係合され、テーパシャンク部８ｍのテーパ面がテーパ穴３ｐに嵌合してクランプ状態を保持する。
７）第７ステップは、砥石軸ヘッド３が、上昇（Ｚ軸）してマガジンテーブル９ｄから離間し（図２参照）、左（Ｘ軸）方向へ移動し、元の位置へもどる。
そして、カバー１０ｂの扉１０ｅが閉鎖する。
この手順に従えば、剛性のあるエクステンション・スピンドル８の自動交換ができ、かつ、取付けの繰り返し精度が保証できるエクステンション・スピンドル交換方法を提供することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、立形研削盤はもとより、横形の円筒研削盤や専用機の研削装置等にも採用可能であり、剛性アップのエクステンション・スピンドル８によって高精度加工という顕著な効果を発揮することが可能である。また、スピンドルマガジン装置９については、ここでは４本用のとしたが、６，８，１０本用、そして、その他の本数に増減しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の立形研削盤を示す平面図である。
【図２】立形研削盤の正面図である。
【図３】立形研削盤の右側面図である。
【図４】本発明のエクステンション・スピンドルの構成を示す断面図である。
【図５】砥石軸ヘッドの砥石軸にエクステンション・スピンドルを接続した接続状態を示す拡大断面図である。
【図６】クランプ装置を示し、（ａ）はアンクランク状態を示す断面図、（ｂ）はクランク状態を示す拡大断面図である。
【図７】マガジンの縦断面図である。
【図８】マガジンの平面図である。
【図９】（ａ）は、従来の横形マシニングセンタの砥石交換装置を示す斜視図である。（ｂ）は、従来の回転テーブル形平面研削盤の主軸を示す断面図である。
【図１０】従来の研削工具のツールホルダを示す説明図である。
【図１１】ワンウェイクラッチの作動機構を示す説明図であり、（ａ）、（ｂ）はクラッチのかみ合い時を示す模式図、（ｃ）、（ｄ）はクラッチの空転時を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ベッド
１ａ ガイドベース
１ｂ 直動ガイド（Ｘ軸用）
１ｃ 直動ナット（Ｘ軸用）
２ ワーク保持部材（回転テーブル）
２ａ サーボモータ（Ｃ軸用）
３ 砥石軸ヘッド
３ａ 砥石軸
３ｂ 下端部
３ｃ 上端部
３ｄ 外筒ヘッド
３ｅ 穴（主軸の下部）
３ｆ ワンウェイクラッチ
３ｇ 穴（クランプ装置を通す）
３ｈ スリーブ
３ｉ ロッド
３ｋ コレット
３ｍ クランパ
３ｎ 係合部（コレット）
３ｐ テーパ穴
３ｒ 皿ばね
３ｓ 穴（スリーブ）
３ｘ 芯出し面
３ｙ ころ
３ｚ ばね
４ Ｚ軸駆動装置
４ａ Ｚ軸用サーボモータ
４ｂ Ｚ軸用ボールねじ
４ｃ ナット
５ サドル
５ａ 直動ガイド（Ｚ軸用）
５ｂ 直動ナット（Ｚ軸用）
５ｃ 油圧シリンダ
６ Ｘ軸駆動装置
６ａ Ｘ軸用サーボモータ
７ クロススライド
８ エクステンション・スピンドル
８ａ 延長砥石軸
８ｂ 上端部（マンドレル部、軸）
８ｃ 下端部（延長主軸）
８ｄ ベアリング
８ｅ 延長外筒
８ｆ 上端部（延長外筒）
８ｇ 研削工具（砥石）
８ｈ 下端部（延長外筒）
８ｉ セグメントピース
８ｊ ガイドリング
８ｋ サポートリング
８ｍ テーパシャンク部
８ｎ ナット
８ｐ ホルダ
８ｒ フランジ部
８ｓ ナット
８ｔ 係合部（テーパシャンク部）
８ｘ 芯出し面
８ｚ ラフ位置決めピン
９ マガジン（スピンドルマガジン装置）
９ａ フレーム
９ｂ ベース
９ｃ スタンド
９ｄ マガジンテーブル
９ｅ サーボモータ
９ｆ 減速装置
９ｇ シャフト
９ｈ ベアリング
９ｉ カップリング
９ｋ 位置割出装置
９ｐ 丸穴
１０ 立形研削盤
１０ａ 操作盤
１０ｂ カバー
１０ｃ 強電パネル
１０ｄ クーラントタンク
１０ｅ シャッタ
１０ｆ 空圧シリンダ
１０ｐ スプラッシュカバー
ａ 空きポット（交換位置）
ｂ ポット
Ａ 加工域
Ｂ 芯出し部
Ｃ クランプ装置
Ｒ 連結部
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥石軸ヘッドと砥石軸に着脱自在に装着され、研削工具の砥石が下端部に回転自在に設けられたエクステンション・スピンドルを有する研削盤、および、研削盤のエクステンション・スピンドルを自動交換するエクステンション・スピンドル交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９の（ａ）は、従来の横形マシニングセンタの工具交換装置を示す斜視図である。図９の（ａ）に示すように、横形マシニングセンタ１００は、３（Ｘ，Ｙ，Ｚ）軸の制御軸を有し、工具マガジン１５０には交換用工具が格納されている。この交換用工具と主軸６１に装着された研削工具のツールホルダ８０は、自動工具交換装置（ＡＴＣ）１４０によって自動交換される（特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１に記載の自動工具交換装置１００は、主軸ヘッド６０の主軸６１が横置きのため、重力による主軸、工具自体のたわみ（変形）が大きく影響し、円筒形状のワークの内径と外径を高精度に研削するには不向きであるという問題があった。
【０００３】
図９の（ｂ）は、従来の回転テーブル形平面研削盤の主軸を示す断面図である。図９の（ｂ）に示すように、立形の主軸５１を有し、円形テーブル５３を配置した研削盤５０は、通称ロータリー研削盤５０と呼ばれている。このロータリー研削盤５０の主軸端５１ａには大径のカップ砥石５２が装着され、円形テーブル５３上には図示しない磁着用マグネットが埋め込まれている。ロータリー形研削盤５０は、大きな円形テーブル５３の上面に薄物のワークＷを磁着できるため、薄物のワークＷの平面研削加工には最適である（特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献２に記載のロータリー研削盤５０は、立て置きにした円筒形状のワークＷの上端面の研削加工ができたとしても、内径と外径を高精度に研削することは不向きであるという問題があった。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決したのが立形研削盤である。この立形研削盤は、３（Ｘ，Ｚ，Ｃ）軸の制御軸を有するＮＣ研削盤であり、これまでにない新しいタイプのＮＣ研削盤である。この立形研削盤において、円筒形状のワーク（以下、円筒ワーク）の内外径を高精度に研削するためには、内径用の中引き砥石と、仕上げ砥石と、外径用の中引き砥石と、仕上げ砥石の少なくとも４種類の研削工具が必要であった。
【０００５】
図１０は、立形研削盤で使用する従来の研削工具のツールホルダを示す説明図である。この研削工具（砥石）のツールホルダはクイルタイプという。
図１０に示すように、ワーク保持部材である円形テーブル４１の上面には円筒ワークＷが固定されている。砥石軸ヘッド４２の砥石軸４２ａの下端部には、研削工具（砥石）を固定したツールホルダ４０が装着されている。従来のツールホルダ４０は、工具本体４４とクイル４５との２ピースで構成されている。工具本体４４の上端のシャンク部４４ａはショートテーパの２面拘束仕様になっており、砥石軸ヘッド４２の主軸４２ａに内蔵されたクランプ・アンクランプ装置により固定されている。
一方、工具本体４４の下端には、縮径された軸４４ｂが突設されている。この軸４４ｂにクイル４５の上部の穴４５ａが嵌合されて装着された後、図示しないビスにより一体に固定されている。また、クイル４５の先端部４５ｃにはボルトによって砥石４５ｄが固定されている。
【０００６】
立形研削盤による円筒ワークの加工方法は、図１０に示すように、砥石軸４２ａを高速回転、回転テーブル４１を低速回転させ、円筒ワークＷの内周面に砥石４５ｄを当接させてから微量の切込みを与え、上下方向へ研削送りを与えることにより、内径の研削加工を行う。また、外周面の研削加工は、同様に円筒ワークＷの外周面に砥石４５ｄを当接させてから微量の切込みを与え、上下方向へ研削送りを与えることにより、外径の研削加工を行う。さらに、円筒ワークの端面の加工方法は、円筒ワークの端面に砥石４５ｄの下面を当接させてから微量の切込みを与え、左右方向へ研削送りを与えることにより、端面の研削加工を行う。
しかしながら、従来の研削工具（砥石）のツールホルダ４０は、容易にワークＷの小径穴の深部まで挿入できるが、ツールホルダ（クイル）自体の剛性が不足し、高精度加工には不向きであるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６９８２９号公報（段落００１１、図１、図５）
【特許文献２】実開昭６３−１３１３５０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、剛性があり、繰り返し精度が高精度で保持できるとともに、短時間で自動着脱ができるエクステンション・スピンドルを備えた研削盤を提供する。さらに、研削盤のエクステンション・スピンドルを自動交換する自動スピンドル交換方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の研削盤（１０）の発明は、ワーク（Ｗ）が保持されるワーク保持部材（２）と、このワーク保持部材（２）に対して移動自在に配設された砥石軸ヘッド（３）と、この砥石軸ヘッド（３）に回転自在に軸支された砥石軸（３ａ）と、前記ワーク（Ｗ）を加工する研削工具のツールホルダを手動にて前記砥石軸（３ａ）に着脱する研削盤（１０）において、前記砥石軸（３ａ）に連結部（Ｒ）が設けられて着脱自在に連結され、前記研削工具が装着される延長砥石軸（８ａ）と、この延長砥石軸（８ａ）を回転自在に支持し、前記砥石軸ヘッド（３）にクランプされる延長外筒（８ｅ）と、を備えたエクステンション・スピンドル（８）と、前記延長外筒（８ｅ）を前記砥石軸ヘッド（３）にクランプするクランプ装置（Ｃ）と、前記砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）および前記延長外筒（８ｅ）に設けられ、前記砥石軸（３ａ）と前記延長砥石軸（８ａ）との芯出しをする芯出し部（Ｂ）と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研削盤（１０）であって、前記ワーク（Ｗ）を加工するエクステンション・スピンドル（８）を収納するマガジン（９）を備え、前記延長砥石軸（８ａ）に前記研削工具（８ｇ）を固定して前記マガジン（９）に収納された前記エクステンション・スピンドル（８）を前記砥石軸（３ａ）に着脱することで、前記砥石軸（３ａ）に装着されて前記研削工具（８ｇ）を自動交換することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の研削盤（１０）であって、前記連結部（Ｒ）は、前記砥石軸（３ａ）の下端部（３ｂ）にワンウェイクラッチ（３ｆ）が装着されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の研削盤（１０）であって、前記芯出し部（Ｂ）は、一方の前記外筒ヘッド（３ｄ）の芯出し面（３ｘ）に対し、他方は前記延長外筒（８ｅ）のフランジ部（８ｒ）の内周面に設けられた芯出し面（８ｘ）であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の研削盤（１０）であって、前記クランプ装置（Ｃ）は、平面視で砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）に複数個が配置され、前記クランプ装置（Ｃ）の本体となる前記スリーブ（３ｈ）の下端部のテーパ穴（３ｐ）には、延長外筒（８ｅ）のフランジ部（８ｒ）に配置されたテーパシャンク部（８ｍ）が嵌合するとともに、前記スリーブ（３ｈ）に挿通されたロッド（３ｉ）を上方向へ引き上げるクランプ機構により、前記テーパシャンク部（８ｍ）の穴部の係合部（８ｔ）と前記スリーブ（３ｈ）に内蔵されたコレット（３ｋ）の先端外周の係合部（３ｎ）とが係合してクランプする、または、前記スリーブ（３ｈ）に挿通されたロッド（３ｉ）を下方に押し下げるクランプ機構により、前記テーパシャンク部（８ｍ）の係合部（８ｔ）と前記コレット（３ｋ）の先端外周の係合部（３ｎ）とを離間させてアンクランプすることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項２に記載の研削盤（１０）であって、前記マガジン（９）は、前記エクステンション・スピンドル（８）を複数格納するマガジンテーブル（９ｄ）と、前記マガジンテーブル（９ｄ）に配置された複数のポット（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と、
前記マガジンテーブル（９ｄ）を回動し、位置を割出す位置割出装置（９ｋ）と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項２ないし請求項６に記載の前記立形研削盤（１０）の前記エクステンション・スピンドル（８）を自動交換する自動スピンドル交換方法であって、１）前記砥石軸ヘッド（３）が原点位置からスピンドルマガジン装置（９）の交換位置（ａ）の真上まで右方向へ移動し、下降してマガジンテーブル（９ｄ）の空きポット（ａ）にエクステンション・スピンドル（８）を挿通してエクステンション・スピンドル（８）のフランジ部（８ｒ）がマガジンテーブル（９ｄ）に当接するまで接近する第１ステップと、２）前記クランプ装置（Ｃ）のアンクランプ指令が入ると、エクステンション・スピンドル（８）の延長外筒（８ｅ）は、複数のクランプ装置（Ｃ）に内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）のクランプ状態が解除される第２ステップと、３）前記砥石軸（３ａ）が上昇し、前記スピンドルマガジン装置（９）のマガジンテーブル（９ｄ）の割出動作の終了まで待機する第３ステップと、４）前記マガジンテーブル（９ｄ）の回動指令により回動し、交換するエクステンション・スピンドル（８’）のポット（ｂ）を割り出す第４ステップと、５）前記砥石軸ヘッド（３）が下降して、前記エクステンション・スピンドル（８’）の芯出し部（Ｂ）によって芯出しが行われ、フランジ部（８ｒ）に突設された前記テーパシャンク部（８ｍ）が前記クランプ装置（Ｃ）のテーパ穴（３ｐ）に挿入され、前記延長砥石軸（８ａ）のマンドレル部（８ｂ）が前記砥石軸（３ａ）のワンウェイクラッチ（３ｆ）に挿入される第５ステップと、６）クランプ指令が入ると、エクステンション・スピンドル（８）の延長外筒（８ｅ）は、複数のクランプ装置（Ｃ）に内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）にクランプされる第６ステップと、７）砥石軸ヘッド（３）がマガジンテーブル（９ｄ）から離間して上昇して、左方向へ移動して、元の位置へもどる第７ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、外筒ヘッドに複数のクランプ装置と芯出し部を備え、エクステンション・スピンドルの延長外筒に、砥石軸ヘッドの外筒ヘッドと芯出しを行う芯出し面を設け、複数のテーパシャンク部を有する延長外筒と、さらに、延長外筒にベアリングを介して軸支され、主軸の連結部にマンドレル部が連結された延長砥石軸とからなるエクステンション・スピンドルと、前記砥石軸ヘッドにクランプするクランプ装置とを備え、エクステンション・スピンドルが着脱自在に交換されることにより、剛性があり、繰り返し精度が高精度で保持できるとともに、短時間でエクステンション・スピンドルを手動にて着脱ができる立形研削盤を提供することができる。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、さらに、このエクステンション・スピンドルを複数格納するスピンドルマガジン装置を備え、延長砥石軸に装着された砥石と、延長外筒とをセットにしたエクステンション・スピンドルが着脱自在に交換されることにより、剛性があり、繰り返し精度が高精度で保持できるとともに、短時間でエクステンション・スピンドルを自動着脱ができる立形研削盤を提供することができる。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、連結部にワンウェイクラッチを設け、芯金のマンドレル部との組み合わせにしたことにより、高精度の動力の伝達ができる。
また、砥石軸と延長砥石軸との芯合わせの精度が向上できるので、円筒ワークの内径と外径を高精度に研削することができる。
【００１９】
請求項４に係る発明によれば、芯出し部は、一方の外筒ヘッドの芯出し面に対し、他方は延長外筒のフランジ部の内周面に設けられた芯出し面としたことにより、エクステンション・スピンドル側の芯出し面の径が大きいため、砥石軸ヘッドの主軸の芯と、エクステンション・スピンドルの延長砥石軸の芯は、さらに、高精度の位置合わせになるため、繰り返し精度は高精度が保証される。
【００２０】
請求項５に係る発明によれば、クランプ装置を砥石軸ヘッドの外筒ヘッドに複数個を配置したテーパ穴と、エクステンション・スピンドルの延長外筒のテーパシャンク部とを嵌合させ、クランプしたことにより、外筒ヘッドと延長外筒とを一体に固定することができる。つまり、剛性の高い砥石軸ヘッドの外筒ヘッドと、下方に延長した剛性の高い延長外筒をこのクランプ装置により一体に固定することができることから、与圧をかけたベアリングを介して挿通されたエクステンション・スピンドルの延長砥石軸の剛性を高めることができる。また、高剛性の延長外筒と複数のクランプ装置によりクランプしたので、延長外筒の剛性は高めることができるとともに、ベアリングによって軸支された延長砥石軸の剛性も高めることができるため、円筒ワークの内径と外径を高精度に研削することができる。
【００２１】
請求項６に係る発明によれば、本発明の研削盤にマガジンを設けたことにより、複数のエクステンション・スピンドルを格納することができる。少なくとも内径用の中引き砥石と、仕上げ砥石と、外径用の中引き砥石と、仕上げ砥石の４種類の砥石の格納ができるため、生産効率が飛躍的に向上できる。また、エクステンション・スピンドルを複数本格納できるマガジンを備えたことにより、短時間で自動着脱ができ、エクステンション・スピンドルを使用したエクステンション・スピンドル交換装置を備えた研削盤を提供することができる
【００２２】
請求項７に係る発明によれば、エクステンション・スピンドルを自動交換する自動スピンドル交換方法の手順に従えば、砥石軸ヘッドのＸ、Ｚ軸方向の移動とマガジンの回動により、エクステンション・スピンドルの自動交換が容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、立形研削盤の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は立形研削盤を示す平面図であり、図２は正面図、図３は右側面図である。工作機械の座標系はＪＩＳＢ６３１０に規定されているが、立形研削盤１０に関しての記載または図示は見当たらない。立形研削盤１０の座標系は、図２に示すように、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａ（図５参照）の上下方向がＺ軸であり、砥石軸ヘッド３の左右方向がＸ軸、ワーク保持部材２の回転する主軸がＣ軸である。立形研削盤１０は、砥石軸ヘッド３の２（Ｘ，Ｚ）軸の制御軸を合せて、２軸制御のＮＣ研削盤である。
なお、研削盤業界では回転テーブル（ワーク保持部材）の回転軸を主軸と呼称し、主軸ヘッドの主軸を砥石軸ヘッドの砥石軸と呼称しているため、研削盤業界の呼称を踏襲して説明する。
【００２４】
立形研削盤は、図３に示すように、基台であるベッド１と、ベッド１に載置されたガイドベース１ａと、ガイドベース１ａに載置され、左右方向に移動するサドル５と、サドル５に載置され、上下方向に移動するクロススライド７と、クロススライド７の正面に固定された砥石軸ヘッド３と、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａ（図５参照）に着脱自在のエクステンション・スピンドル８と、図２に示すエクステンション・スピンドル８を格納するスピンドルマガジン装置９と、円筒ワークＷを保持して回転させるワーク保持部材２等から構成されている。これらの構成を順追って詳細に説明する。
【００２５】
＜ベッドとガイドベースの構成＞
図３に示すように、立形研削盤１０のベッド１は矩形であり、この矩形のベッド１の上面にガイドベース１ａが載置されている。また、ガイドベース１ａの上面と正面には左右（Ｘ軸）方向に２本のＸ軸用の直動ガイド１ｂ，１ｂが配置され、この直動ガイド１ｂ，１ｂには摺動自在の直動ナット１ｃ，１ｃが嵌合されている。
また、図示しないＸ軸用サーボモータとＸ軸用ボールねじ４ｂによるＸ軸駆動装置４がガイドベース１ａの正面に配置されている。さらに、このＸ軸用ボールねじ４ｂにはボールねじ用のナット４ｃが回転可能に螺入されている。
【００２６】
＜サドルの構成＞
図３に示すように、サドル５はＸ軸用ボールねじ４ｂ用のナット４ｃに接続され、Ｘ軸用の直動ナット１ｃ，１ｃ…に摺動自在に載置されている。
また、図１に示すように、サドル５の正面には、上下（Ｚ軸）方向へ２本のＺ軸用の直動ガイド５ａ，５ａが配置され、この直動ガイド５ａ，５ａには摺動自在の直動ナット５ｂ，５ｂが嵌合されている。さらに、Ｚ軸用サーボモータ６ａと図示しないＺ軸用ボールねじによるＺ軸駆動装置６がサドル５の正面に、上下方向に配置されている。また、このＺ軸用ボールねじにはボールねじ用のナットが回転可能に螺入されている。
【００２７】
＜クロススライドの構成＞
図２に示すように、クロススライド７は、サドル５を覆うようにサドル５の正面に設けられ、図１に示すように、前記した上下方向のＺ軸用ボールねじ用のナットに接続され、さらに直動ナット５ｂ，５ｂに摺動自在に載置されている。また、サドル５の左右の両側面に油圧駆動のバランスシリンダ５ｃ，５ｃが配置され、バランスシリンダ５ｃ，５ｃの推力によってクロススライド７と砥石軸ヘッド３の自重分の重さを支持している。
【００２８】
＜砥石軸ヘッドの構成＞
図２に示すように、砥石軸ヘッド３は、クロススライド７の正面の右下隅に固定されている。砥石軸ヘッド３のスピンドルモータはビルトインモータのため、砥石軸ヘッド３に内蔵されている。また、砥石軸ヘッド３は、熱変形しにくい熱対称構造となっている。また、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄ（図５参照）の回りには、等距離の位置に４個のクランプ装置Ｃ（図１参照）が配置され、後記するエクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅを固定する。また、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａ（図５参照）の下端部３ｂにはワンウェイクラッチ３ｆが装着され、後記するエクステンション・スピンドル８の延長砥石軸８ａの上端部８ｂと連結する。なお、クロススライド７の正面の左側の空きスペースに、もう1つの砥石軸ヘッドを増設し、仕上げ用砥石軸ヘッド３′として構わない。この砥石軸ヘッド３に装着するエクステンション・スピンドル８は常時固定としてもよい。
【００２９】
＜ワーク保持部材の構成＞
ワーク保持部材は、立形研削盤では回転テーブル２、横形研削盤ではチャックと呼称されている。以下、立形研削盤の回転テーブル２を例にして説明する。
回転テーブル２は機械正面の左側に配置されている。回転テーブル２の上面には、図示しない治具によって芯出しが行われ、円筒形状のワークＷが固定される。回転テーブル２は、図示しない主軸と一体に形成され、ベッド１の正面の左側面に配置されたサーボモータ２ａにより、ベルトとプーリおよび図示しない減速機構を介して、例えば毎分１０回転の回転速度に制御され、ワークＷを低速回転させる。
【００３０】
＜エクステンション・スピンドルの構成＞
図４は、本発明のエクステンション・スピンドルの構成を示す断面図、図５は、砥石軸ヘッドの砥石軸にエクステンション・スピンドルを接続した接続状態を示す拡大断面図である。図４に示すように、このエクステンション・スピンドル８は、繰り返し精度を高精度に維持し、剛性不足を解消するために、従来の構成に捉われることなく、主軸の剛性本位の抜本的な見直しによって開発された。
このエクステンション・スピンドル８の開発思想は、図５に示すように、剛性の高い砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄを下方に延長することにより、剛性の高い延長外筒８ｅを確保することにある。そして、剛性の高い砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａも下方に延長することにより、高い剛性の延長砥石軸８ａの確保が可能になる。
ここでは、延長砥石軸８ａの軸径も太くして、単体の剛性を高め、さらに、ベアリング８ｄ，８ｄ…に与圧を掛けてベアリング８ｄ自体の剛性を高めるとともに、剛性の高い延長砥石軸８ａが可能になっている。
つまり、エクステンション・スピンドル８は、剛性の高い砥石軸ヘッド３を下方にもう１つ設けた構成になっており、かつ、着脱自在に分離できる構成になっている。
したがって、前記した図９の（ａ）に示す研削工具８０や図１０に示す従来のクイルタイプと呼ばれる研削工具（砥石）を固定したツールホルダでは、回転する砥石軸３ａにだけの連結と固定（クランプ）であるのに対して、本願のエクステンション・スピンドル８は、回転する砥石軸３ａへの連結と、回転しない外筒ヘッド３ｄへの連結と固定であり、剛性の比較では、格段の相違がある。
なお、従来のクイルタイプに対して、エクステンション・スピンドル８は、スピンドルタイプともいう。
【００３１】
このスピンドルタイプのエクステンション・スピンドル８は、図４に示すように、延長外筒８ｅと、延長砥石軸８ａと、ベアリング８ｄとから構成されている。
【００３２】
＜延長外筒の構成＞
エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅは、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄに近い剛性を確保するために、分厚い肉厚の外筒を下方に延長した構成になっている。
延長外筒８ｅの上端部８ｆは、フランジ状に拡径され、このフランジ状の周縁上面には拡径したガイドリング８ｊがボルトによって一体に固定されている。ガイドリング８ｊは断面形状がフランジ状のクランク状になっている。そのフランジ状の周縁部にはエアブロー用のエアを通す孔が穿孔されている。また、このガイドリング８ｊのフランジ状の下面には、サポートリング８ｋがさらに拡径して固定されている。
なお、エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅのフランジ部、ガイドリング８ｊ、サポートリング８ｋを一括して、以下、フランジ部８ｒという。
【００３３】
＜芯出し部の構成＞
芯出し部Ｂは、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄの外周に芯出し面３ｘへ導くガイドとして約１０度のテーパ部が設けられ、その終端にリング状の芯出し面３ｘが配置されている。この芯出し面３ｘの相手部品となるエクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒに設けられたガイドリング８ｊの内周にも芯出し面８ｘが設けられ、例えば、０．０１〜０．０２ｍｍのすきまで芯出しが行われる。この芯出し面３ｘ，８ｘの直径は、例えば、φ１４５．０ｍｍであり、後記する延長砥石軸８ａのマンドレル部８ｂ（例えば、直径φ２５．０ｍｍ）の６倍近く大きい直径である。その比は２５／１４５、約１／６であることから、砥石軸３ａと延長砥石軸８ａの芯合わせの繰り返し精度は、このすきまの１／６となる。つまり、砥石軸３ａに対する延長砥石軸８ａの繰り返し精度は、０．００１６〜０．００３３ｍｍという高精度なものになる。
【００３４】
＜クランプ装置の構成＞
クランプ装置Ｃは、図１の砥石軸ヘッド３の平面図に示すように、砥石軸３ａ回りに４ヵ所、砥石軸３ａ中心から等距離の位置に配置され、図５に示すように、エクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒが砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄに固定される。
エクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒを構成するサポートリング８ｋには、４個のテーパシャンク部８ｍが突設され、皿バネを介してナットで固定されている。この対向する砥石軸３ａ回りの外筒ヘッド３ｄには、４セットのクランプ装置Ｃが配置されている。その１つを縦断面し拡大したのが、つぎの図６である。
図６は、クランプ装置を示し、（ａ）はアンクランプ状態、（ｂ）はクランプ状態を示す拡大断面図である。
図６の（ａ）に示すように、クランプ部材の本体であるスリーブ３ｈは、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄに穿孔された穴３ｇに嵌合され、ビスで固定されている。スリーブ３ｈには貫通孔が設けられ、この貫通孔にはロッド３ｉが挿通されている。また、ロッド３ｉの下端部にはコレット８ｋを拡径するための円筒状のクランパ３ｍが螺入されて接続されている。
一方、ロッド３ｉの中段には複数個の皿ばね３ｒが交互に組み合わされて装着されている。さらに、上端部にはシリンダが配設されており、図示しないシリンダの中のピストンと接続されている。
また、スリーブ３ｈの下端部は、拡径された穴３ｓが設けられ、この穴３ｓにはコレット３ｋの頭部が装着されている。さらに、とば口には、ショートテーパのテーパシャンク部８ｍに合わせて拡径したテーパ穴３ｐが形成されている。
【００３５】
＜延長砥石軸の構成＞
図５に示すように、エクステンション・スピンドル８の延長砥石軸８ａは、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａに連結され、図４に示すように、研削工具の砥石８ｇを回転させる。
延長砥石軸８ａの上端面は３０度の面取りが施され、上端部は棒状のマンドレル部８ｂに形成されている。このマンドレル部８ｂの機能は、砥石軸ヘッド３の砥石軸３ａの芯を拾う芯金であり、ワンウェイウラッチ３ｆを介して砥石軸３ａの回転が伝達される連結部であり、十分な長さを備えている。また、下端の砥石８ｇはテーパ形状の穴を有するホルダ８ｐの外周部に装着され、ナット８ｓによって固定されている。
砥石８ｇのバランス取りは、段取り時にホルダ８ｐとともにバランス取り器（図示せず）に掛けられ、セグメントピース８ｉの位置調整により、回転のバランス取りが行われる。そのバランス取りされた砥石８ｇは、延長砥石軸８ａの下端部８ｃのテーパ部にホルダ８ｐとともに装着され、ナット８ｎによって固定されている。
【００３６】
＜連結部の構成＞
図５に示すように、連結部Ｒは砥石軸３ａの下端部３ｂの穴３ｅにワンウェイクラッチ３ｆが装着されており、砥石軸３ａの回転を延長砥石軸８ａに伝達し回転駆動する。
この連結部Ｒは、例えば、砥石軸３ａの右回転方向の場合にのみ動力が伝達され、逆回転では空転する。
【００３７】
＜ワンウェイクラッチの構成と作動機構＞
図１１はワンウェイクラッチの作動機構を示す説明図であり、（ａ）、（ｂ）はクラッチのかみ合い時を示す模式図、（ｃ）、（ｄ）はクラッチの空転時を示す模式図である。
ワンウェイクラッチ３ｆによる駆動は、図１１の（ａ）に示すように、ワンウェイクラッチ３ｆの外輪（以下、外輪３ｆという）と、ころ３ｙと、ばね３ｚとからなり、外輪３ｆが軸８ｂに対して時計回り方向に回転しようとすると、ばねの付勢力の作用で、（ｂ）に示す矢印のように、ころ３ｙは外輪カム面のかみ合い位置に進む結果、外輪カム面と軸８ｂとのくさび作用により軸８ｂを駆動する。
ワンウェイクラッチ３ｆによる空転は、（ｃ）に示すように、外輪３ｆが軸８ｂに対して反時計回り方向に回転すると、軸８ｂは外輪３ｆに対して相対的に時計回り方向に回転することになり、（ｄ）に示す矢印のように、ころ３ｙは外輪カム面から離れる結果、外輪３ｆは軸８ｂに対して空転する。
【００３８】
＜ベアリング＞
図４に示すように、ベアリング８ｄ，８ｄは、延長外筒８ｅと延長砥石軸８ａとの間には嵌合されている。また、延長砥石軸８ａの砥石８ｇが切削力を受ける場合に備えて、砥石８ｇの近傍にベアリング８ｄを配置することにより、延長砥石軸８ａの曲げに対して踏ん張りが利くようになっている。ベアリング８ｄは、延長砥石軸８ａの上部を２セットのベアリング８ｄ、下端部８ｃはベアリング８ｄによって軸支されている。ベアリング８ｄとベアリング８ｄの間は、カラーまたはスリーブを介して与圧が掛けられており、バックラッシュ（すきま）はない。
【００３９】
図５、図６の（ａ）、（ｂ）を参照して、エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅのクランプをするクランプ装置の動作を説明する。
＜アンクランプの動作＞
図６の（ａ）に示すように、アンクランプ指令によりロッド３ｉと連結された図示しないシリンダのピストンの上方に油圧が供給されると、皿ばね３ｒの付勢力に抗してロッド３ｉと連結されたクランパ３ｍが約４．０ｍｍ下降し、テーパシャンク部８ｍの凹部の底に当る。この動作により、テーパシャンク部８ｍの凹部に設けられた係合部８ｔとコレット３ｋとの係合が外れ、コレット３ｋの弾性変形による縮径によって解除され、テーパシャンク部８ｍのテーパ面と、テーパ穴３ｐのテーパ面同士のクランプ状態が解除する。
【００４０】
＜クランプの動作＞
エクステンション・スピンドル８の装着が図示しない近接ＳＷによって確認されると、ＮＣプログラムのクランプ指令により、図６の（ｂ）に示すように、直ちに、ロッド３ｉと連結された図示しないシリンダのピストンの上方に供給された油圧が遮断される。そうすると、皿ばね３ｒの付勢力によりロッド３ｉと連結されたクランパ３ｍが約４．０ｍｍ上昇する。この上昇によって、テーパシャンク部８ｍの凹部に設けられた係合部８ｔとコレット３ｋとの係合がコレット３ｋの拡径によって係合され、テーパシャンク部８ｍのテーパ面がテーパ穴３ｐに嵌合してクランプ状態になる。これにより、剛性の高い延長外筒８ｅが出現する。
【００４１】
＜マガジンの構成＞
本願発明のマガジンを説明する。図７はマガジンの縦断面図、図８は平面図である。
一般的に、マシニングセンタにおいてツールを格納する装置はツールマガジンと呼称されている。ここでは、研削工具（砥石）を固定したエクステンション・スピンドル８を格納する装置であるから、以下、スピンドルマガジン装置９として説明する。
図２に示すように、スピンドルマガジン装置９は、機械正面の右下に配置されている。図７に示すように、ベッド１の側面にフレーム９ａが固定され、フレーム９ａの上面にはベース９ｂが固定されている。また、このベース９ｂの上面には、両端がフランジ形成した円筒状のスタンド９ｃが立設している。
さらに、このスタンド９ｃの上端部にはベアリング９ｈの外輪が保持され、ボールを介して内輪には回転自在にマガジンテーブル９ｄが載置されている。
マガジンテーブル９ｄは、図８に示すように、４本のエクステンション・スピンドル８を格納できるように花弁状に、４ヵ所の切り欠き状のポットａ，ｂ，ｃ，ｄが形成されている。このポットａ，ｂ，ｃ，ｄには、エクステンション・スピンドル８，８’…が４本まで格納される。
また、マガジンテーブル９ｄの上面には各２個ずつの丸穴９ｐが設けられており、図５に示すエクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒのナットカバーを兼ねたラフ位置決めピン８ｚが、４個中の２個が遊嵌されて位置を決めている。
【００４２】
＜マガジンの回転駆動＞
マガジンであるスピンドルマガジン装置９の回転駆動系を説明する。
図７に示すように、マガジンテーブル９ｄの下面には、前記スタンド９ｃの穴に挿通して設けられたシャフト９ｇが連結され、シャフト９ｇの下端部には、ベース９ｂに固定された減速装置９ｆがカップリング９ｉを介して接続されている。また、この減速装置９ｆの下方にはサーボモータ９ｅが接続されている。
【００４３】
＜その他の機器の構成＞
このほかに、操作盤１０ａ（図２参照）、クーラント水の飛散を防止するスプラッシュカバー１０ｐ、図示しないＮＣ制御装置が格納されている強電パネル１０ｃ（図３参照）、クーラントタンク１０ｄ、油タンク等から構成されている。
【００４４】
ここで、本発明のエクステンション・スピンドルを使用して、エクステンション・スピンドルを自動交換する自動スピンドル交換方法について詳細に説明する。
図１に示すように、加工域Ａでの研削加工（例えば、［０００６］参照）が終了すると、砥石軸ヘッド３は左右方向（Ｘ軸）、上下方向（Ｚ軸）に移動し、原点位置にもどる。
そこで、事前に入力されたＮＣプログラムにより、エクステンション・スピンドル８の交換指令が入ると、図８に示すように、スピンドルマガジン装置９を覆うカバー１０ｂの天井のシャッタ１０ｅ，１０ｅが開き、開口部が形成される。また、この開口部にはマガジンテーブル９ｄの空きポットａが待機している。
１）第１ステップは、砥石軸ヘッド３が原点位置からスピンドルマガジン装置９の交換位置ａの真上まで右方向へ移動し（図２参照）、下降してマガジンテーブル９ｄの空きポットａにエクステンション・スピンドル８を挿通してエクステンション・スピンドル８のフランジ部８ｒがマガジンテーブル９ｄに当接するまで接近する（図７参照）。
【００４５】
２）第２ステップは、クランプ装置Ｃのアンクランプ指令が入ると、エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅは、複数のクランプ装置Ｃに内蔵されたクランプ機構により、砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄのクランプ状態が解除される。詳しくは、クランプ装置Ｃ（図６（ａ）参照）のアンクランプ指令により、エクステンション・スピンドル８の延長外筒（８ｅ）は、複数のクランプ装置Ｃに内蔵され、ロッド３ｉの上部に連結されたピストンの上方に油圧が供給されると、複数の皿ばね３ｒの付勢力に抗してロッド３ｉの下部に連結されたクランパ３ｍが約４．０ｍｍ下降し、テーパシャンク部８ｍの凹部の底に当る。そして、テーパシャンク部８ｍの凹部に設けられた係合部８ｔとコレット３ｋとの係合部がコレット３ｋの弾性変形による縮径によって解除される。このとき、前記した当たり、または、叩きは、複数のテーパ面同士のクランプ状態を解除する。
【００４６】
３）第３ステップは、砥石軸３ａが約１００ｍｍ上昇し、前記スピンドルマガジン装置（９）のマガジンテーブル９ｄの割出動作の終了まで待機する
４）第４ステップは、前記マガジンテーブル９ｄの回動指令により回動し、交換するエクステンション・スピンドル８’のポットｂを割り出す（図８参照）。
５）第５ステップは、前記砥石軸ヘッド３が約１００ｍｍ下降して、エクステンション・スピンドル８’の芯出し部Ｂによって芯出しが行われ、フランジ部８ｒに突設された前記テーパシャンク部８ｍがクランプ装置Ｃのテーパ穴３ｐに挿入され、延長砥石軸８ａのマンドレル部８ｂが砥石軸３ａのワンウェイクラッチ３ｆに挿入される。
【００４７】
６）第６ステップは、クランプ指令が入ると、エクステンション・スピンドル８の延長外筒８ｅは、複数のクランプ装置Ｃに内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド３の外筒ヘッド３ｄにクランプされる。詳しくは、前記クランプ装置Ｃ（図６（ｂ）参照）のクランプ指令により、エクステンション・スピンドル８’の延長外筒８ｅは、クランプ装置Ｃに内蔵され、油圧が遮断されると、ロッド３ｉの中段に装着された皿ばね３ｒの付勢力によりクランパ３ｍが約４．０ｍｍ上昇し、テーパシャンク部８ｍの凹部に設けられた係合部８ｔとコレット３ｋとの係合部がコレット３ｋの拡径によって係合され、テーパシャンク部８ｍのテーパ面がテーパ穴３ｐに嵌合してクランプ状態を保持する。
７）第７ステップは、砥石軸ヘッド３が、上昇（Ｚ軸）してマガジンテーブル９ｄから離間し（図２参照）、左（Ｘ軸）方向へ移動し、元の位置へもどる。
そして、カバー１０ｂの扉１０ｅが閉鎖する。
この手順に従えば、剛性のあるエクステンション・スピンドル８の自動交換ができ、かつ、取付けの繰り返し精度が保証できるエクステンション・スピンドル交換方法を提供することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、立形研削盤はもとより、横形の円筒研削盤や専用機の研削装置等にも採用可能であり、剛性アップのエクステンション・スピンドル８によって高精度加工という顕著な効果を発揮することが可能である。また、スピンドルマガジン装置９については、ここでは４本用のとしたが、６，８，１０本用、そして、その他の本数に増減しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の立形研削盤を示す平面図である。
【図２】立形研削盤の正面図である。
【図３】立形研削盤の右側面図である。
【図４】本発明のエクステンション・スピンドルの構成を示す断面図である。
【図５】砥石軸ヘッドの砥石軸にエクステンション・スピンドルを接続した接続状態を示す拡大断面図である。
【図６】クランプ装置を示し、（ａ）はアンクランク状態を示す断面図、（ｂ）はクランク状態を示す拡大断面図である。
【図７】マガジンの縦断面図である。
【図８】マガジンの平面図である。
【図９】（ａ）は、従来の横形マシニングセンタの砥石交換装置を示す斜視図である。（ｂ）は、従来の回転テーブル形平面研削盤の主軸を示す断面図である。
【図１０】従来の研削工具のツールホルダを示す説明図である。
【図１１】ワンウェイクラッチの作動機構を示す説明図であり、（ａ）、（ｂ）はクラッチのかみ合い時を示す模式図、（ｃ）、（ｄ）はクラッチの空転時を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ベッド
１ａ ガイドベース
１ｂ 直動ガイド（Ｘ軸用）
１ｃ 直動ナット（Ｘ軸用）
２ ワーク保持部材（回転テーブル）
２ａ サーボモータ（Ｃ軸用）
３ 砥石軸ヘッド
３ａ 砥石軸
３ｂ 下端部
３ｃ 上端部
３ｄ 外筒ヘッド
３ｅ 穴（主軸の下部）
３ｆ ワンウェイクラッチ
３ｇ 穴（クランプ装置を通す）
３ｈ スリーブ
３ｉ ロッド
３ｋ コレット
３ｍ クランパ
３ｎ 係合部（コレット）
３ｐ テーパ穴
３ｒ 皿ばね
３ｓ 穴（スリーブ）
３ｘ 芯出し面
３ｙ ころ
３ｚ ばね
４ Ｚ軸駆動装置
４ａ Ｚ軸用サーボモータ
４ｂ Ｚ軸用ボールねじ
４ｃ ナット
５ サドル
５ａ 直動ガイド（Ｚ軸用）
５ｂ 直動ナット（Ｚ軸用）
５ｃ 油圧シリンダ
６ Ｘ軸駆動装置
６ａ Ｘ軸用サーボモータ
７ クロススライド
８ エクステンション・スピンドル
８ａ 延長砥石軸
８ｂ 上端部（マンドレル部、軸）
８ｃ 下端部（延長主軸）
８ｄ ベアリング
８ｅ 延長外筒
８ｆ 上端部（延長外筒）
８ｇ 研削工具（砥石）
８ｈ 下端部（延長外筒）
８ｉ セグメントピース
８ｊ ガイドリング
８ｋ サポートリング
８ｍ テーパシャンク部
８ｎ ナット
８ｐ ホルダ
８ｒ フランジ部
８ｓ ナット
８ｔ 係合部（テーパシャンク部）
８ｘ 芯出し面
８ｚ ラフ位置決めピン
９ マガジン（スピンドルマガジン装置）
９ａ フレーム
９ｂ ベース
９ｃ スタンド
９ｄ マガジンテーブル
９ｅ サーボモータ
９ｆ 減速装置
９ｇ シャフト
９ｈ ベアリング
９ｉ カップリング
９ｋ 位置割出装置
９ｐ 丸穴
１０ 立形研削盤
１０ａ 操作盤
１０ｂ カバー
１０ｃ 強電パネル
１０ｄ クーラントタンク
１０ｅ シャッタ
１０ｆ 空圧シリンダ
１０ｐ スプラッシュカバー
ａ 空きポット（交換位置）
ｂ ポット
Ａ 加工域
Ｂ 芯出し部
Ｃ クランプ装置
Ｒ 連結部
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク（Ｗ）が保持されるワーク保持部材（２）と、このワーク保持部材（２）に対して移動自在に配設された砥石軸ヘッド（３）と、この砥石軸ヘッド（３）に回転自在に軸支された砥石軸（３ａ）と、前記ワーク（Ｗ）を加工する研削工具のツールホルダを手動にて前記砥石軸（３ａ）に着脱する研削盤（１０）において、
前記砥石軸（３ａ）に連結部（Ｒ）が設けられて着脱自在に連結され、前記研削工具が装着される延長砥石軸（８ａ）と、この延長砥石軸（８ａ）を回転自在に支持し、前記砥石軸ヘッド（３）にクランプされる延長外筒（８ｅ）と、を備えたエクステンション・スピンドル（８）と、
前記延長外筒（８ｅ）を前記砥石軸ヘッド（３）にクランプするクランプ装置（Ｃ）と、前記砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）および前記延長外筒（８ｅ）に設けられ、前記砥石軸（３ａ）と前記延長砥石軸（８ａ）との芯出しをする芯出し部（Ｂ）と、
を備えたことを特徴とする研削盤（１０）。
【請求項２】
前記ワーク（Ｗ）を加工するエクステンション・スピンドル（８）を収納するマガジン（９）を備え、
前記延長砥石軸（８ａ）に前記研削工具（８ｇ）を固定して前記マガジン（９）に収納された前記エクステンション・スピンドル（８）を前記砥石軸（３ａ）に着脱することで、前記砥石軸（３ａ）に装着されて前記研削工具（８ｇ）を自動交換することを特徴とする請求項１に記載の研削盤（１０）。
【請求項３】
前記連結部（Ｒ）は、前記砥石軸（３ａ）の下端部（３ｂ）にワンウェイクラッチ（３ｆ）が装着されたことを特徴とする請求項１に記載の研削盤（１０）。
【請求項４】
前記芯出し部（Ｂ）は、一方の前記外筒ヘッド（３ｄ）の芯出し面（３ｘ）に対し、他方は前記延長外筒（８ｅ）のフランジ部（８ｒ）の内周面に設けられた芯出し面（８ｘ）であることを特徴とする請求項１に記載の研削盤（１０）。
【請求項５】
前記クランプ装置（Ｃ）は、平面視で砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）に複数個が配置され、前記クランプ装置（Ｃ）の本体となる前記スリーブ（３ｈ）の下端部のテーパ穴（３ｐ）には、延長外筒（８ｅ）のフランジ部（８ｒ）に配置されたテーパシャンク部（８ｍ）が嵌合するとともに、前記スリーブ（３ｈ）に挿通されたロッド（３ｉ）を上方向へ引き上げるクランプ機構により、前記テーパシャンク部（８ｍ）の穴部の係合部（８ｔ）と前記スリーブ（３ｈ）に内蔵されたコレット（３ｋ）の先端外周の係合部（３ｎ）とが係合してクランプする、または、前記スリーブ（３ｈ）に挿通されたロッド（３ｉ）を下方に押し下げるクランプ機構により、前記テーパシャンク部（８ｍ）の係合部（８ｔ）と前記コレット（３ｋ）の先端外周の係合部（３ｎ）とを離間させてアンクランプすることを特徴とする請求項１に記載の研削盤（１０）。
【請求項６】
前記マガジン（９）は、前記エクステンション・スピンドル（８）を複数格納するマガジンテーブル（９ｄ）と、
前記マガジンテーブル（９ｄ）に配置された複数のポット（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と、
前記マガジンテーブル（９ｄ）を回動し、位置を割出す位置割出装置（９ｋ）と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の研削盤（１０）。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６に記載の前記研削盤（１０）の前記エクステンション・スピンドル（８）を自動交換するエクステンション・スピンドル交換方法であって、
１）前記砥石軸ヘッド（３）が原点位置からマガジン（９）の交換位置（ａ）の真上まで移動し、下降してマガジンテーブル（９ｄ）の空きポット（ａ）にエクステンション・スピンドル（８）を挿通し、エクステンション・スピンドル（８）のフランジ部（８ｒ）がマガジンテーブル（９ｄ）に当接するまで接近する第１ステップと、
２）前記クランプ装置（Ｃ）のアンクランプ指令により、延長外筒（８ｅ）が複数のクランプ装置（Ｃ）に内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド（３）とのクランプ状態が解除される第２ステップと、
３）前記砥石軸（３ａ）が上昇し、前記マガジン（９）のマガジンテーブル（９ｄ）の割出動作の終了まで待機する第３ステップと、
４）前記マガジンテーブル（９ｄ）の回動指令により、交換するエクステンション・スピンドル（８’）のポット（ｂ）を割り出す第４ステップと、
５）前記砥石軸ヘッド（３）が下降して、前記エクステンション・スピンドル（８’）が芯出し部（Ｂ）によって芯出しが行われ、フランジ部（８ｒ）に突設された前記テーパシャンク部（８ｍ）が前記クランプ装置（Ｃ）のテーパ穴（３ｐ）に挿入され、前記延長砥石軸（８ａ）の上端部（８ｂ）が前記砥石軸（３ａ）のワンウェイクラッチ（３ｆ）に挿入される第５ステップと、
６）クランプ指令により、延長外筒（８ｅ）は複数のクランプ装置（Ｃ）に内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド（３）にクランプされる第６ステップと、
７）前記砥石軸ヘッド（３）がマガジンテーブル（９ｄ）から離間して上昇し、移動して、元の位置へもどる第７ステップと、
を含むことを特徴とする研削盤（１０）のエクステンション・スピンドル（８）を自動交換するエクステンション・スピンドル交換方法。
【請求項１】
ワーク（Ｗ）が保持されるワーク保持部材（２）と、このワーク保持部材（２）に対して移動自在に配設された砥石軸ヘッド（３）と、この砥石軸ヘッド（３）に回転自在に軸支された砥石軸（３ａ）と、前記ワーク（Ｗ）を加工する研削工具のツールホルダを手動にて前記砥石軸（３ａ）に着脱する研削盤（１０）において、
前記砥石軸（３ａ）に連結部（Ｒ）が設けられて着脱自在に連結され、前記研削工具が装着される延長砥石軸（８ａ）と、この延長砥石軸（８ａ）を回転自在に支持し、前記砥石軸ヘッド（３）にクランプされる延長外筒（８ｅ）と、を備えたエクステンション・スピンドル（８）と、
前記延長外筒（８ｅ）を前記砥石軸ヘッド（３）にクランプするクランプ装置（Ｃ）と、前記砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）および前記延長外筒（８ｅ）に設けられ、前記砥石軸（３ａ）と前記延長砥石軸（８ａ）との芯出しをする芯出し部（Ｂ）と、
を備えたことを特徴とする研削盤（１０）。
【請求項２】
前記ワーク（Ｗ）を加工するエクステンション・スピンドル（８）を収納するマガジン（９）を備え、
前記延長砥石軸（８ａ）に前記研削工具（８ｇ）を固定して前記マガジン（９）に収納された前記エクステンション・スピンドル（８）を前記砥石軸（３ａ）に着脱することで、前記砥石軸（３ａ）に装着されて前記研削工具（８ｇ）を自動交換することを特徴とする請求項１に記載の研削盤（１０）。
【請求項３】
前記連結部（Ｒ）は、前記砥石軸（３ａ）の下端部（３ｂ）にワンウェイクラッチ（３ｆ）が装着されたことを特徴とする請求項１に記載の研削盤（１０）。
【請求項４】
前記芯出し部（Ｂ）は、一方の前記外筒ヘッド（３ｄ）の芯出し面（３ｘ）に対し、他方は前記延長外筒（８ｅ）のフランジ部（８ｒ）の内周面に設けられた芯出し面（８ｘ）であることを特徴とする請求項１に記載の研削盤（１０）。
【請求項５】
前記クランプ装置（Ｃ）は、平面視で砥石軸ヘッド（３）の外筒ヘッド（３ｄ）に複数個が配置され、前記クランプ装置（Ｃ）の本体となる前記スリーブ（３ｈ）の下端部のテーパ穴（３ｐ）には、延長外筒（８ｅ）のフランジ部（８ｒ）に配置されたテーパシャンク部（８ｍ）が嵌合するとともに、前記スリーブ（３ｈ）に挿通されたロッド（３ｉ）を上方向へ引き上げるクランプ機構により、前記テーパシャンク部（８ｍ）の穴部の係合部（８ｔ）と前記スリーブ（３ｈ）に内蔵されたコレット（３ｋ）の先端外周の係合部（３ｎ）とが係合してクランプする、または、前記スリーブ（３ｈ）に挿通されたロッド（３ｉ）を下方に押し下げるクランプ機構により、前記テーパシャンク部（８ｍ）の係合部（８ｔ）と前記コレット（３ｋ）の先端外周の係合部（３ｎ）とを離間させてアンクランプすることを特徴とする請求項１に記載の研削盤（１０）。
【請求項６】
前記マガジン（９）は、前記エクステンション・スピンドル（８）を複数格納するマガジンテーブル（９ｄ）と、
前記マガジンテーブル（９ｄ）に配置された複数のポット（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と、
前記マガジンテーブル（９ｄ）を回動し、位置を割出す位置割出装置（９ｋ）と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の研削盤（１０）。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６に記載の前記研削盤（１０）の前記エクステンション・スピンドル（８）を自動交換するエクステンション・スピンドル交換方法であって、
１）前記砥石軸ヘッド（３）が原点位置からマガジン（９）の交換位置（ａ）の真上まで移動し、下降してマガジンテーブル（９ｄ）の空きポット（ａ）にエクステンション・スピンドル（８）を挿通し、エクステンション・スピンドル（８）のフランジ部（８ｒ）がマガジンテーブル（９ｄ）に当接するまで接近する第１ステップと、
２）前記クランプ装置（Ｃ）のアンクランプ指令により、延長外筒（８ｅ）が複数のクランプ装置（Ｃ）に内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド（３）とのクランプ状態が解除される第２ステップと、
３）前記砥石軸（３ａ）が上昇し、前記マガジン（９）のマガジンテーブル（９ｄ）の割出動作の終了まで待機する第３ステップと、
４）前記マガジンテーブル（９ｄ）の回動指令により、交換するエクステンション・スピンドル（８’）のポット（ｂ）を割り出す第４ステップと、
５）前記砥石軸ヘッド（３）が下降して、前記エクステンション・スピンドル（８’）が芯出し部（Ｂ）によって芯出しが行われ、フランジ部（８ｒ）に突設された前記テーパシャンク部（８ｍ）が前記クランプ装置（Ｃ）のテーパ穴（３ｐ）に挿入され、前記延長砥石軸（８ａ）の上端部（８ｂ）が前記砥石軸（３ａ）のワンウェイクラッチ（３ｆ）に挿入される第５ステップと、
６）クランプ指令により、延長外筒（８ｅ）は複数のクランプ装置（Ｃ）に内蔵されたクランプ機構により、前記砥石軸ヘッド（３）にクランプされる第６ステップと、
７）前記砥石軸ヘッド（３）がマガジンテーブル（９ｄ）から離間して上昇し、移動して、元の位置へもどる第７ステップと、
を含むことを特徴とする研削盤（１０）のエクステンション・スピンドル（８）を自動交換するエクステンション・スピンドル交換方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−３００１１（Ｐ２０１０−３００１１Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９７２７５（Ｐ２００８−１９７２７５）
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（５０８１７６０８３）日新工機株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（５０８１７６０８３）日新工機株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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