CN108067639B - 机床 - Google Patents

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Abstract

本发明提供利用刀具(12)来进行工件(W)的切削的机床(10)，具有产生热量的主轴马达(24)、支撑主轴马达(24)的主轴头(22)、以及设于主轴马达(24)与主轴头(22)之间的片状的绝热片(46)，减小绝热片(46)的与主轴头(22)的热容量较大的部分接触的面积，来使从主轴马达(24)向主轴头(22)的热容量较大的部分传递的导热量变大，从而使主轴头(22)的温度分布均匀。

Description

机床
技术领域
本发明涉及利用工具来进行工件的切削的机床。
背景技术
在日本特开2005-297076号公报中公开如下装置：在设于马达轴的马达轴爪与设于主轴的主轴爪之间，紧密地压入有具有绝热性的第一部件和第二部件。在日本特开平04-343638号公报中公开如下装置：在将主轴进行旋转驱动的马达的转子与主轴之间设有绝热部件。在日本特开平11-320211号公报中公开如下装置：驱动X轴工作台的滚珠丝杠的滚珠丝杠螺母经由绝热件而固定于滑动件的下表面。在日本特开平02-076601号公报中公开如下装置：在头驱动单元与头之间设有绝热部件。
发明内容
在日本特开2005-297076号公报、日本特开平04-343638号公报、日本特开平11-320211号公报、以及日本特开平02-076601号公报的技术中，通过在发热部与支撑发热部的支撑部之间设置绝热件等，来抑制从发热部向支撑部的导热，从而减少支撑部的热位移。但是，一般不存在金属制的绝热件，将发热部与支撑部以经由绝热件完全分离的方式结合的话，无法确保机床的精度，因而难以实现。其结果，一般地结合部的一部分直接结合发热部与支撑部，并且一般使用金属制螺栓来结合，因而无法完全消除从发热部向支撑部的导热，进而无法避免支撑部的热位移。就支撑部而言，由于根据其形状在其每个部位热容量产生偏差，所以热位移量因支撑部的部位不同而不同。因此，除了支撑部沿轴向的延伸之外，还产生相对于轴向的倾斜，有支撑部的姿态变化而机床的精度恶化的问题。
本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于提供能够抑制因热位移而引起的支撑部的姿态变形的机床。
本发明的方案是一种利用工具来进行工件的切削的机床，其具有：发热部，其产生热量；支撑部，其支撑上述发热部；以及片状的绝热件，其设于上述发热部与上述支撑部之间，减小上述绝热件的与上述支撑部的热容量较大的部分接触的面积，来使从上述发热部向上述支撑部的热容量较大的部分传递的传热量变大，从而减少上述支撑部的温度分布的不均。
根据本发明，能够抑制支撑部的因热位移而引起的姿态变形。
通过以下的参照附图说明的实施方式的说明，上述的目的、特征以及优点会变得容易理解。
附图说明
图1是机床的简要主视图。
图2是机床的简要侧视图。
图3是隔离件的立体图。
图4是绝热片的主视图。
图5是说明主轴头的热位移的图。
图6是说明主轴头的热位移的图。
图7是示出隔离件的变形例的立体图。
图8是示出绝热片的变形例的主视图。
图中符号说明
A—颈部侧，B—热位移量：大，C—热位移量：小。
具体实施方式
举出优选的实施方式，并参照附图在下文中对本发明的机床进行详细说明。
[机床的整体结构]
图1是机床10的简要主视图。图2是机床10的简要侧视图。机床10利用保持于刀具保持工具13的钻头等刀具12来进行工件W的切削加工。机床10具有床身14、工作台16、工作台驱动机构18、主轴20、主轴头22、主轴马达24、立柱26、主轴头驱动机构28以及控制装置30。
在工作台16之上固定工件W。工作台驱动机构18使工作台16沿X轴方向以及Y轴方向移动。X轴以及Y轴是在工作台16的上表面的平面上延伸的轴，X轴与Y轴正交。
工作台驱动机构18设置于床身14之上。工作台驱动机构18具有Y轴轨道34、Y轴马达36、床鞍38、X轴轨道40以及X轴马达42。
Y轴轨道34以沿Y轴方向延伸的方式设于床身14上。床鞍38沿Y轴方向在Y轴轨道34上能够移动地设置。Y轴马达36是伺服马达，经由未图示的滚珠丝杠机构与床鞍38连接。通过驱动Y轴马达36，从而Y轴马达36使床鞍38沿Y轴方向移动。Y轴马达36支撑于床身14。
X轴轨道40以沿X轴方向延伸的方式设于床鞍38上。工作台16沿X轴方向在X轴轨道40上能够移动地设置。X轴马达42是伺服马达，经由未图示的滚珠丝杠机构与工作台16连接。通过驱动X轴马达42，从而X轴马达42使工作台16沿X轴方向移动。X轴马达42支撑于床鞍38。利用工作台驱动机构18，设置于工作台16的工件W能够沿X轴方向以及Y轴方向移动。
主轴头22由铁系金属形成。主轴头22经由未图示的轴承以能够绕Z轴旋转的方式支撑主轴20。主轴20被主轴马达24旋转驱动。主轴马达24同隔离件44以及绝热片46一起由未图示的螺栓紧固于主轴头22。主轴20能够拆装地保持刀具保持工具13。
在主轴头22的背面22a存在颈部52。颈部52与主轴头驱动机构28的Z轴轨道48连接。主轴头22是与颈部52一体的结构。主轴头驱动机构28具有Z轴轨道48、Z轴马达54以及未图示的滚珠丝杠机构。Z轴轨道48以沿Z轴方向延伸的方式设于立柱26上。Z轴马达54是伺服马达，经由滚珠丝杠机构与主轴头22连接。通过驱动Z轴马达54，从而Z轴马达54使主轴头22沿Z轴方向移动。Z轴马达54支撑于立柱26。利用主轴头驱动机构28，主轴20能够沿Z轴方向移动。利用该主轴20的Z轴方向的移动和工作台16的向X轴方向以及Y轴方向的移动，机床10能够将工件W加工成任意三维形状。
控制装置30具有处理装置、存储装置、强电电路等，根据存储于存储装置的程序，或者根据操作人员的操作，计算并输出用于驱动主轴马达24、Y轴马达36、X轴马达42以及Z轴马达54等的控制信号。控制装置30支撑于立柱26的背面。
[隔离件以及绝热片的结构]
图3是隔离件44的立体图。隔离件44由铁系金属形成。隔离件44如图3所示形成为大致长方体。隔离件44形成有沿轴向贯通的贯通孔44a。在贯通孔44a插入主轴马达24的未图示的旋转轴。
在隔离件44的主轴头22侧的表面44k形成有四个脚部44b～44e。脚部44b～44e是形成于隔离件44的主轴头22侧的表面44k的圆柱状的突出部。在脚部44b～44e开口有供未图示的螺栓贯通的螺栓孔44f。在隔离件44紧固于主轴头22的状态下，脚部44b～44e与主轴头22直接接触。金属制的主轴头22与金属制的脚部44b～44e直接接触，从而能够确保从主轴马达24至主轴头22的轴向尺寸的精度。并且，上述脚部44b～44e的形状也可以是圆柱状之外的任意形状。
主轴头22根据形状而在其每个部位热容量产生偏差。由于主轴头22的背面22a侧连接有颈部52，所以传递至主轴头22的热量的一部分向颈部52侧散逸，因而热容量较大。另一方面，主轴头22的前面22b侧没有热量散逸的场所，从而热容量较小。
脚部44b～44e的截面积根据主轴头22的热容量的差异来设定。也就是说，离颈部52较近的一侧的脚部44b、44c的截面积形成为比离颈部52较远的一侧的脚部44d、44e的截面积大。由此，从主轴马达24(隔离件44)传递至主轴头22的热量在主轴头22的背面22a侧变大，在主轴头22的前面22b侧变小，能够使主轴头22的温度分布均匀，并能够使热位移量均匀。
图4是绝热片46的主视图。绝热片46是例如含有二氧化硅等的片状的部件。绝热片46的外形形成为与隔离件44的主轴头22侧的表面44k大致相同。在绝热片46且在与隔离件44的贯通孔44a对应的位置形成有贯通孔46a。在贯通孔46a插入主轴马达24的未图示的旋转轴。在绝热片46且在与隔离件44的脚部44b～44e对应的位置形成有插入孔46b～46e。在插入孔46b～46e插入脚部44b～44e。
插入孔46b～46e的截面积根据主轴头22的热容量来设定。也就是说，离颈部52较近的一侧的插入孔46b、46c的面积形成为比离颈部52较远的一侧的插入孔46d、46e的面积大。由此，离颈部52较近的一侧的绝热片46的面积比离颈部52较远的一侧的绝热片46的面积小。因此，从主轴马达24(隔离件44)传递至主轴头22的热量在主轴头22的背面22a侧变大，并在主轴头22的前面22b侧变小，从而能够使主轴头22的温度分布均匀，并能够使热位移量均匀。
在本实施方式中，使脚部44b～44e的截面积与插入孔46b～46e的截面积形成为大致相同。但是，插入孔46b～46e的截面积能够插入脚部44b～44e即可。并且，上述插入孔46b～46e可以是任意形状。
[作用效果]
图5以及图6是说明主轴头22的热位移的图。图5是从正面观察主轴头22的图，图6是从侧面观察主轴头22的图。在主轴马达24的驱动时产生的热量向主轴头22传递，从而在主轴头22产生热位移。为了抑制主轴头22的热位移，而在主轴马达24与主轴头22之间设置绝热片46，但无法完全切断从主轴马达24向主轴头22的热量传递。
由于主轴头22的背面22a存在颈部52，所以与主轴头22的前面22b侧相比热容量较大。在向主轴头22的前面22b侧和背面22a侧传递了相同的热量的情况下，与主轴头22的背面22a侧的温度相比，主轴头22的前面22b侧的温度较高。因此，主轴头22的前面22b侧的热位移量较大，主轴头22的背面22a侧的热位移量较小。因此，如图5所示，若从正面观察主轴头22时，主轴20的轴不倾斜，但如图6所示，若从侧面观察主轴头22时，有主轴20的轴倾斜的担忧。
此外，即使主轴头22产生了沿Z轴、X轴、Y轴方向伸缩那样的热位移，只要主轴20的轴不倾斜，通过修改Z轴马达54、X轴马达42、Y轴马达36的驱动量就能够消除因主轴头22的热位移而产生的影响。但是，因主轴20的轴的倾斜产生的几何精度的恶化无法利用Z轴马达54、X轴马达42、Y轴马达36的驱动量来进行修正。本实施方式允许主轴头22产生某种程度的热位移，但要抑制主轴20的轴倾斜那样的主轴头22的热位移。
因此，在本实施方式中，具有产生热量的主轴马达24(发热部)、支撑主轴马达24的主轴头22(支撑部)、以及设于主轴马达24与主轴头22之间的片状的绝热片46(绝热件)，减小绝热片46的与主轴头22的热容量较大的部分接触的面积，来使从主轴马达24向主轴头22的导热量变大，使主轴头22的温度分布变得均匀。通过根据主轴头22的热容量来设定绝热片46的面积，从而主轴头22的热位移变得均匀，能够抑制主轴20的轴倾斜。
并且，在本实施方式中，绝热片46具有多个插入孔46b～46e(贯通孔)，并具有插入到插入孔46b～46e且与主轴马达24和主轴头22的双方接触的脚部44b～44e(连结部)，加大脚部44b～44e的与主轴头22的热容量较大的部分接触的截面积，来使从主轴马达24向主轴头22的导热量变大，从而主轴头22的温度分布变得均匀。通过根据主轴头22的热容量来设定脚部44b～44e的截面积，主轴头22的热位移变得均匀，从而能够抑制主轴20的轴倾斜。
〔其它实施方式〕
以上，基于本发明的实施方式进行了说明，但各发明的具体结构并不限定于实施方式，本发明也包括不脱离发明的主旨的范围内的设计变更等。
例如，也可以如图7所示将隔离件44的脚部44g～44j的截面积全部设定为相同大小，如图8所示将绝热片46的插入孔46f～46i的面积全部设定为相同大小。在该情况下，在绝热片46的离颈部52较近的一侧形成新的贯通孔46j即可。由此，能够减小绝热片46的离颈部52较近的一侧的面积。
并且，也可以如图7所示将隔离件44的脚部44g～44j的截面积全部设定为相同大小，如图4所示变更绝热片46的插入孔46b～46e的面积。
并且，在上述的实施方式中，在隔离件44形成有脚部44b～44e，但也可以在主轴头22侧形成脚部。并且，也可以设置与隔离件44分体形成的环状的部件来代替脚部44b～44e。
并且，也可以不设置隔离件44，而经由绝热片46将主轴马达24安装于主轴头22。在该情况下，也可以在主轴马达24和主轴头22的任一方或者双方形成脚部。
并且，在上述的实施方式中说明的结构不仅应用于主轴马达24与主轴头22之间，还能够应用于产生热量的发热部与支撑发热部的支撑部之间。例如，也可以将与在上述的实施方式中说明的结构相同的结构应用于具有强电电路的控制装置30与立柱26之间。另外，也可以将与在上述的实施方式中说明的构造相同的结构应用于Y轴马达36与床身14之间、X轴马达42与床鞍38之间、以及Z轴马达54与立柱26之间。

Claims (5)

1.一种机床，其利用工具来进行工件的切削，其特征在于，具有：
主轴，其保持上述工具；
主轴头，其支撑上述主轴；
发热部，其支撑于上述主轴头的侧面亦即第一侧面，且产生热量，上述第一侧面为与在上述主轴安装上述工具的一侧相反的侧面；
颈部，其安装于第二侧面，该第二侧面为与上述第一侧面交叉的主轴头的侧面；
片状的绝热件，其设于上述发热部和上述主轴头之间，并具有多个贯通孔；以及
多个连结部，其插入上述绝热件的多个上述贯通孔中的至少一部分的上述贯通孔中，并与上述发热部和上述主轴头的双方接触，
设于离上述第二侧面近的一侧的上述贯通孔的面积比设于离上述第二侧面一侧远的一侧的上述贯通孔的面积大，
上述连结部的截面积比上述连结部所插入的上述贯通孔的截面积小，
离上述第二侧面近的一侧的上述连结部的截面积为离上述第二侧面远的一侧的上述连结部的截面积以上。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，
离上述第二侧面近的一侧的上述连结部所插入的上述贯通孔的面积比离上述第二侧面远的一侧的上述连结部所插入的上述贯通孔的面积大，
离上述第二侧面近的一侧的上述连结部的截面积比离上述第二侧面远的一侧的上述连结部的截面积大。
3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，
离上述第二侧面近的一侧的上述连结部所插入的上述贯通孔的面积比离上述第二侧面远的一侧的上述连结部所插入的上述贯通孔的面积大，
离上述第二侧面近的一侧的上述连结部的截面积与离上述第二侧面远的一侧的上述连结部的截面积相等。
4.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，
离上述第二侧面近的一侧的上述连结部所插入的上述贯通孔的面积与离上述第二侧面远的一侧的上述连结部所插入的上述贯通孔的面积相等，
离上述第二侧面近的一侧的上述连结部的截面积与离上述第二侧面远的一侧的上述连结部的截面积相等，
在上述绝热件的离上述第二侧面近的一侧具有不插入上述连接部的上述贯通孔。
5.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，
上述发热部是旋转驱动上述工具的主轴马达。
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