CN106166687B - 主轴构造、电动机、以及机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供主轴构造、电动机、以及机床。一种能够促进流体在转子的贯通孔内流动的主轴构造。主轴构造包括能够旋转的旋转部。旋转部具有设于该旋转部的轴向一端的工具保持部和贯穿旋转部并在轴向一端处开口的贯通孔。另外，主轴构造包括设于贯通孔的叶片。在旋转部进行旋转时，叶片与该旋转部一起旋转，使存在于贯通孔的内部的流体朝向轴向一端流动。能够利用与主轴构造的旋转部一起旋转的叶片提高流体的压力，以使流体向轴向前方流动。因而，能够将自流体供给装置供给过来的流体的供给压力设定为更低的压力。

Description

主轴构造、电动机、以及机床

技术领域

本发明涉及形成有用于使流体流动的贯通孔的主轴构造、电动机、以及机床。

背景技术

已知有一种包括转子的主轴构造和电动机，该转子形成有用于使制冷剂等流体流动的贯通孔(例如，日本特开平6－170690号公报和日本特开平10－146021号公报)。

在这样的装置中，要求一种促进流体在转子的贯通孔内流动的技术。

发明内容

在本发明的一技术方案中，机床的主轴构造包括能够旋转的旋转部。旋转部具有设于该旋转部的轴向一端的工具保持部和贯穿旋转部并在轴向一端处开口的贯通孔。

另外，主轴构造包括设于贯通孔的叶片。该叶片在旋转部旋转时与该旋转部一起旋转，使存在于贯通孔的内部的流体朝向轴向一端流动。

也可以是，叶片以在划分出贯通孔的壁面的周向上整齐排列的方式配置有多个。也可以是，主轴构造包括电动机，该电动机具有定子和转子，该转子以能够旋转的方式配置在该定子的径向内侧而构成旋转部。转子也可以具有贯通孔。

也可以是，主轴构造包括主轴装置，该主轴装置具有主轴壳体和主轴转子，该主轴转子以能够旋转的方式配置于该主轴壳体的内部而构成旋转部。主轴转子也可以具有轴向一端和贯通孔。也可以是，主轴构造还包括环构件，该环构件支承叶片并安装于贯通孔。也可以是，在叶片的表面形成有凹部或凸部。

在本发明的另一技术方案中，电动机包括定子和转子，该转子以能够旋转的方式配置于定子的径向内侧。在转子的轴向一端连接有加工工具。转子具有贯穿该转子并在轴向一端处开口的贯通孔。

另外，电动机包括设于贯通孔的叶片。叶片在转子进行旋转时与该转子一起旋转，使存在于贯通孔的内部的流体朝向轴向一端流动。

在本发明的又一技术方案中，机床包括所述主轴构造或所述电动机。

在本实施方式中，能够利用与主轴构造的旋转部一起旋转的叶片提高流体的压力，以使流体向轴向前方流动。因而，能够将自流体供给装置供给过来的流体的供给压力设定为更低的压力。

附图说明

参照附图说明以下的优选的实施方式，进一步明确本发明的所述或其他目的、特征以及优点。

图1是本发明的一实施方式的主轴构造的侧视图，其以截面示出了主轴构造的一部分。

图2是将图1的区域II放大的放大剖视图。

图3是将图1的区域III放大的放大剖视图。

图4是图1所示的流体流动构件的立体图。

图5是本发明的另一实施方式的主轴构造的侧视图，其以截面示出了主轴构造的一部分。

图6是本发明的又一实施方式的主轴构造的侧视图，其以截面示出了主轴构造的一部分。

图7是本发明的又一实施方式的主轴构造的侧视图，其以截面示出了主轴构造的一部分。

图8是本发明的另一实施方式的流体流动构件的立体图。

图9是本发明的又一实施方式的流体流动构件的侧剖视图。

具体实施方式

以下，根据附图来详细说明本发明的实施方式。首先，参照图1～图3来说明本发明的一实施方式的主轴构造10。此外，在以下的说明中，轴向表示沿图中的轴线O的方向。另外，为了方便，将图1的纸面下方作为轴向前方。另外，径向表示以轴线O为中心的圆的半径方向，周向表示以轴线O为中心的圆的圆周方向。

主轴构造10设于用于加工工件的机床(未图示)。主轴构造10包括电动机12和主轴装置14。电动机12具有定子16、壳体18、以及转子20。

定子16由沿轴向层叠的多个电磁钢板构成，其具有圆筒状的内周面16a。在定子16卷绕有线圈22。壳体18固定于定子16的轴向前端和轴向后端。壳体18与定子16一起划分出内部空间S₁。

转子20以能够旋转的方式配置于定子16的径向内侧。转子20具有沿轴向延伸的旋转轴24和固定于旋转轴24的径向外侧的转子芯26。

旋转轴24是以轴线O为中心轴线的圆形构件，其沿轴向笔直延伸。在旋转轴24的中心部形成有贯通孔28。贯通孔28沿轴向贯穿该旋转轴24。

转子芯26为圆筒状的构件，其以环绕旋转轴24的方式配置。在转子芯26中内置有沿周向排列的多个磁体(未图示)。

转子20的旋转轴24被轴向前侧的轴承30和轴向后侧的轴承32支承为能够旋转。这些轴承30和轴承32嵌装于壳体18。

旋转轴24的轴向后端连结于旋转接头34。旋转接头34以使旋转轴24能够旋转的方式容纳该旋转轴24的轴向后端。在旋转接头34上形成有与旋转轴24的贯通孔28相连通的贯通孔36。

在旋转接头34连结有流体供给管38，该流体供给管38的内部与贯通孔36相连通。该流体供给管38与设置于主轴构造10的外部的流体供给装置(未图示)连结。

流体供给装置经由流体供给管38向贯通孔36的内部供给用于冷却电动机12和主轴装置14的冷却介质或用于将在工件的加工中产生的切屑吹走的压缩气体等流体。

电动机12还具有电动风扇40。电动风扇40借助安装构件42固定于定子16的轴向后侧。电动风扇40向内部空间S₁内送入气流，由此，冷却转子20和定子16等电动机12的构成要素。

主轴装置14具有主轴壳体44、支承基部46、以及主轴转子48。主轴壳体44为筒状的构件，支承于支承基部46。在主轴壳体44的外周面形成有供制冷剂经过的槽44a。

主轴转子48以能够旋转的方式配置在主轴壳体44的径向内侧。主轴转子48具有心轴部52和工具保持机构54。心轴部52是沿轴向延伸的圆筒状的构件。心轴部52借助多个轴承50以能够旋转的方式支承于主轴壳体44的径向内侧。

工具保持机构54容纳在心轴部52的内部且沿轴向笔直延伸。工具保持机构54在其轴向前端具有工具保持部54a，在该工具保持部54a中安装有用于加工工件的加工工具56。在工具保持机构54的中心部形成有贯通孔58。贯通孔58沿轴向贯穿工具保持机构54并在工具保持机构54的轴向前端向外部开口。

转子20的旋转轴24的轴向前端自联轴器60的轴向后侧连结于联轴器60。在联轴器60的中心部形成有与旋转轴24的贯通孔28相连通的贯通孔62。

另一方面，主轴转子48的工具保持机构54的轴向后端自联轴器60的轴向前侧连结于联轴器60。工具保持机构54的贯通孔58与联轴器60的贯通孔62相连通。

这样，转子20和主轴转子48之间借助联轴器60相互连结，从而一体地旋转。换言之，加工工具56借助联轴器60和主轴转子48以机械方式与转子20的轴向前端连接，利用在对线圈22施加电压时由转子20产生的旋转力进行驱动而使加工工具56旋转。

在此，在本实施方式中，在形成于转子20的贯通孔28的内部和形成于主轴转子48的贯通孔58的内部分别配置有多个流体流动构件64。以下，参照图4说明本实施方式的流体流动构件64。

流体流动构件64具有中央轴66、环构件68、以及多个叶片70。中央轴66是沿轴向延伸的圆柱状的构件，其以轴线O为中心轴线的方式配置。

环构件68是具有内周面68a和与该内周面68a相反的一侧的外周面68b的、圆筒状的构件。环构件68以环绕中央轴66的方式配置于中央轴66的径向外侧。

叶片70分别为沿径向延伸的较薄的板，其径向内侧的端部固定于中央轴66的外周面66a，其径向外侧的端部固定于环构件68的内周面68a。

叶片70分别以相对于与轴线O正交的平面倾斜的方式配置。在本实施方式中，共计10个叶片70以在周向上大致等间隔整齐排列的方式配置。

流体流动构件64通过例如利用热套(日文：焼き嵌め)、冷缩(日文：冷やし嵌め)、压入实现的过盈配合等固定于划分出贯通孔28、58的壁面。因此，环构件68的外周面68b被推压在划分出贯通孔28、58的壁面，以相对于该壁面不能移动的方式固定于该壁面。

因而，当转子20和主轴转子48旋转时，分别配置于贯通孔28和贯通孔58的流体流动构件64与转子20和主轴转子48一体地旋转。

流体流动构件64的叶片70配置为，在流体流动构件64向周向一侧旋转时使存在于贯通孔28、58的内部的流体朝向轴向前方流动。

接下来，参照图1～图4说明主轴构造10的功能。在要加工工件的情况下，对电动机12的线圈22施加电压而使旋转轴24向周向一侧旋转。旋转轴24的旋转力经由联轴器60传递至主轴装置14的主轴转子48。

如此，旋转轴24、联轴器60、主轴转子48一体地旋转。这样，在本实施方式中，旋转轴24、联轴器60、以及主轴转子48构成主轴构造10的旋转部72。

保持于工具保持机构54的加工工具56与主轴转子48一起旋转，由此对工件W进行加工。在工件W的加工中，流体供给装置将冷却介质或压缩气体等流体经由流体供给管38导入至旋转接头34的贯通孔36的内部。

导入至贯通孔36内的流体经过旋转轴24的贯通孔28、联轴器60的贯通孔62、以及主轴转子48的贯通孔58自该贯通孔58的轴向前端的开口向外部喷出。

随着主轴构造10的旋转部72向周向一侧旋转，配置在贯通孔28的内部和贯通孔58的内部的多个流体流动构件64与旋转部72一体地旋转。如此，叶片70向周向一侧旋转，由此，在贯通孔28内和贯通孔58内使流体的压力提高，以使流体向轴向前方流动，促进流体朝向轴向前方流动。

这样，在本实施方式中，能够利用与主轴构造10的旋转部72一起旋转的叶片70提高流体的压力，以使流体向轴向前方流动。因而，与没有设置流体流动构件64的情况相比，能够将自流体供给装置供给过来的流体的供给压力设定为更低的压力。

其原因在于，即使将流体的供给压力设定得较低，也能够利用旋转的叶片70来增强流体的压力，因此能够充分地维持自贯通孔58的轴向前端的开口喷出的流体的压力。

这样，由于能够将流体的供给压力设定得较低，因此能够减轻施加于旋转接头34的负担，由此能够延长旋转接头34的寿命。另外，能够防止流体自旋转接头34的贯通孔36向外部漏出。

另外，在本实施方式中，流体流动构件64的环构件68与划分出贯通孔28、58的壁面接触。因而，蓄积在转子20和主轴转子48中的热量经由环构件68向叶片70和中央轴66传递。

并且，能够利用在贯通孔28、58内流动的流体有效地排出热量。这样，流体流动构件64还作为散热元件发挥功能，因此能够提高主轴构造10的冷却能力。

此外，在所述实施方式中，叙述了在转子20的贯通孔28和主轴转子48的贯通孔58这两者内设有流体流动构件64的情况。然而，流体流动构件64也可以设于转子20的贯通孔28和主轴转子48的贯通孔58中的任意一者。

参照图5和图6说明这样的实施方式。此外，在以下说明的各种实施方式中，对于与所述的实施方式相同的要素标注相同的附图标记而省略详细的说明。

在图5所示的主轴构造10’中，仅在转子20的贯通孔28插入多个流体流动构件64。另一方面，在图6所示的主轴构造10”中，仅在主轴转子48的贯通孔58插入多个流体流动构件64。

对于这些主轴构造10’、10”，能够利用与旋转部72一起旋转的流体流动构件64促进流体在贯通孔28、58内朝向轴向前方流动。因而，能够将自流体供给装置供给过来的流体的供给压力设定为更低的压力。

接下来，参照图7说明本发明的又一实施方式的主轴构造80。此外，在以下的说明中，为了方便，将图7的纸面下方作为轴向前方。主轴构造80包括电动机12和主轴装置82。

主轴装置82具有主轴壳体84、支承基部86、以及主轴转子88。主轴壳体84为筒状的构件，其支承于支承基部86。在主轴壳体84的外周面形成有供制冷剂经过的槽84a。

主轴转子88借助多个轴承90以能够旋转的方式配置于主轴壳体84的径向内侧。另外，主轴转子88在其轴向后侧借助轴承92以能够旋转的方式支承于支承基部86。

主轴转子88沿轴向笔直延伸，主轴转子88在其轴向前端具有工具保持部88a。在该工具保持部88a安装有用于加工工件的加工工具56。在主轴转子88的中心部形成有贯通孔94。贯通孔94沿轴向贯穿主轴转子88并在主轴转子88的轴向前端向外部开口。

在主轴转子88的轴向中央部形成有齿轮部96。另一方面，在电动机12的旋转轴24的轴向前端形成有齿轮部98。主轴转子88的齿轮部96和旋转轴24的齿轮部98之间经由齿轮级(日文：歯車段)100相互卡合。

因而，由电动机12产生的旋转力经由旋转轴24的齿轮部98、齿轮级100、以及主轴转子88的齿轮部96传递至主轴转子88。这样，主轴转子88被由电动机12产生的动力驱动而旋转。在本实施方式中，主轴转子88构成主轴构造80的旋转部。

主轴转子88的轴向后端连结于旋转接头102。旋转接头102以使主轴转子88能够旋转的方式容纳该主轴转子88的轴向后端。在旋转接头102中形成有与主轴转子88的贯通孔94相连通的贯通孔104。

流体供给管38与旋转接头102连结，该流体供给管38的内部与贯通孔104相连通。该流体供给管38与设置于主轴构造80的外部的流体供给装置(未图示)连结。

流体供给装置经由流体供给管38向贯通孔104的内部供给用于冷却主轴装置82的冷却介质或用于将在工件的加工中产生的切屑吹走的压缩气体等流体。

在此，在本实施方式中，在形成于主轴转子88的贯通孔94的内部配置有多个所述流体流动构件64。具体而言，流体流动构件64通过例如利用热套、冷缩、压入实现的过盈配合等固定于划分出贯通孔94的壁面。

由此，流体流动构件64的环构件68(图4)的外周面68b被推压在划分出贯通孔94的壁面，以相对于该壁面不能移动的方式固定于该壁面。因此，当主轴转子88旋转时，配置于贯通孔94的流体流动构件64也与主轴转子88一体地旋转。

采用本实施方式，与图1所示的实施方式同样地，能够利用与主轴转子88一起旋转的流体流动构件64的叶片70促进流体在贯通孔94内朝向轴向前方流动。因而，能够将自流体供给装置供给过来的流体的供给压力设定为更低的压力。

接下来，参照图8说明本发明的另一实施方式的流体流动构件110。替代流体流动构件64，能够将流体流动构件110应用于主轴构造10、10’、10”和主轴构造80。

流体流动构件110具有环构件112和多个叶片114。环构件112是以轴线O为中心轴线的方式配置的圆筒状的构件。环构件112具有内周面112a和与该内周面112a相反的一侧的外周面112b。

叶片114分别自环构件112的内周面112a朝向径向内侧延伸，并在内周面112a与轴线O之间的径向位置终止。即，在流体流动构件110中，包含轴线O的中央区域成为不存在任何构件的空洞。

叶片114分别以相对于与轴线O正交的平面倾斜的方式配置。在本实施方式中，共计10个叶片114以在周向上大致等间隔整齐排列的方式配置。

与所述流体流动构件64同样地，流体流动构件110通过例如利用热套、冷缩、压入实现的过盈配合等固定于划分出贯通孔28、58、94的壁面。由此，环构件112的外周面112b被推压在划分出贯通孔28、58、94的壁面，以相对于该壁面不能移动的方式固定于该壁面。

与所述实施方式同样地，流体流动构件110的叶片114配置为，在该流体流动构件110向周向一侧旋转时使存在于贯通孔28、58、94的内部的流体朝向轴向前方流动。

采用本实施方式的流体流动构件110，能够利用旋转的叶片114促进流体在贯通孔28、58、94内朝向轴向前方流动。另一方面，由于流体流动构件110的中央区域成为空洞，因此能够抑制贯通孔28、58、94内的流体的流体阻力因流体流动构件110而上升。

接下来，参照图9说明本发明的又一实施方式的流体流动构件64’。流体流动构件64’与所述流体流动构件64的不同之处在于具有形成于叶片70的表面的多个凸部70a。

具体而言，凸部70a形成为自叶片70的轴向前方的端面和轴向后方的端面分别向轴向前方和轴向后方突出。这些凸部70a作为散热片发挥功能且使叶片70的表面积增大，由此，能够提高流体流动构件64’中的散热效果。

此外，在所述实施方式中，叙述了设有多个叶片70、114的情况。然而，并不限于此，也可以仅设有1个叶片。在该情况下，也能够获得促进流体流动的效果。

另外，在所述实施方式中，叙述了流体流动构件64、64’、110具有环构件68、112且叶片70、114固定于环构件68、112的内周面68a、112a的情况。然而，并不限于此，也可以是，省略环构件68、112，利用粘接或熔接等将叶片直接固定于划分出贯通孔28、58、94的壁面。

另外，叶片只要以相对于划分出贯通孔28、58、94的壁面不能沿周向相对移动的方式设于该壁面即可，例如，也可以是，叶片相对于划分出贯通孔28、58、94的壁面能够沿轴向相对移动。在这样的情况下，叶片也能够与主轴构造的旋转部一起旋转，因此能够获得促进流体流动的效果。

另外，叶片只要能够通过旋转使流体流动即可，叶片也可以具有任意形状。另外，在图9所示的实施方式中，替代具有凸部70a，叶片70也可以具有自该叶片70的表面向内侧凹陷的凹部。在该情况下，也使流体流动构件64’的表面积增大，由此能够提高流体流动构件64’中的散热效果。

以上，通过发明的实施方式说明了本发明，但所述实施方式并不限定权利要求书所保护的技术方案。另外，将在本发明的实施方式中说明的特征组合而得到的形态也能够包含在本发明的保护范围内。但是，这些特征组合的全部并不一定是发明的解决方案所必须的。此外，能够在所述实施方式中施加各种各样的变更或改良，这对于本领域技术人员而言也是显而易见的。

Claims (8)

1.一种主轴构造，其是机床的主轴构造，其中，

该主轴构造包括：

旋转部，其能够旋转，该旋转部具有设于该旋转部的轴向一端的工具保持部和贯穿所述旋转部并在所述轴向一端处沿轴向开口的贯通孔；以及

多个流体流动构件，其设于所述贯通孔的内部，各自具有多个叶片，该叶片在所述旋转部旋转时与该旋转部一起旋转，使存在于所述贯通孔的内部的流体朝向所述轴向一端流动，并自该贯通孔的所述轴向一端的所述开口沿轴向向外部喷出。

2.根据权利要求1所述的主轴构造，其中，

所述叶片以在划分出所述贯通孔的壁面的周向上整齐排列的方式配置有多个。

3.根据权利要求1或2所述的主轴构造，其中，

该主轴构造包括电动机，该电动机具有定子和转子，该转子以能够旋转的方式配置在该定子的径向内侧而构成所述旋转部，

所述转子具有所述贯通孔。

4.根据权利要求1或2所述的主轴构造，其中，

该主轴构造包括主轴装置，该主轴装置具有主轴壳体和主轴转子，该主轴转子以能够旋转的方式配置于该主轴壳体的内部而构成所述旋转部，

所述主轴转子具有所述轴向一端和所述贯通孔。

5.根据权利要求1或2所述的主轴构造，其中，

所述多个流体流动构件各自还具有：

中央轴；以及

环构件，其以环绕所述中央轴的方式配置于该中央轴的径向外侧，与划分出所述贯通孔的壁面抵接，

其中，各个所述叶片的一端被固定于所述中央轴，另一端被固定于所述环构件。

6.根据权利要求1或2所述的主轴构造，其中，

在所述叶片的表面形成有凹部或凸部。

7.一种电动机，其中，

该电动机包括：

定子；

转子，其以能够旋转的方式配置于所述定子的径向内侧，在该转子的轴向一端连接有加工工具，该转子具有贯穿该转子并在所述轴向一端处沿轴向开口的贯通孔；以及

多个流体流动构件，其设于所述贯通孔的内部，各自具有多个叶片，该叶片在所述转子进行旋转时与该转子一起旋转，使存在于所述贯通孔的内部的流体朝向所述轴向一端流动，并自该贯通孔的所述轴向一端的所述开口沿轴向向外部喷出。

8.一种机床，其中，

该机床包括权利要求1至6中任一项所述的主轴构造或权利要求7所述的电动机。

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