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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spindelvorrichtung, welche in einer Werkzeugmaschine oder ähnlichem vorgesehen ist, und welche einen Kühlströmungskanal, der innerhalb der Spindelvorrichtung gebildet ist, enthält, um einem Kühlmedium, wie beispielsweise einem Kühlmittel, zu erlauben, zu strömen.
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Im Allgemeinen kann in Spindelvorrichtungen Wärme in Lagern für eine Spindel, einem Motor, der die Spindel dreht, usw. erzeugt werden, und die Spindel kann unter dem Einfluss von Wärme, die an einem Bearbeitungspunkt erzeugt wird, erwärmt werden. Die erzeugte Wärme kann thermische Ausdehnung der Spindel bewirken, und so die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtern, oder kann die Lager brechen, wenn keine Maßnahmen dagegen unternommen werden. Somit ist in einigen Spindelvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik, eine Struktur zum Kühlen einer Spindel vorgesehen. In einer Spindelvorrichtung, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
JP H06-31585 A beschrieben ist, ist beispielsweise ein Kühlströmungskanal in der Form einer Spiralnut innerhalb der Spindelvorrichtung vorgesehen, und ein Kühlmedium wie beispielsweise ein Kühlmittel wird veranlasst, in den Kühlströmungskanal zu strömen, um die gesamte Spindelvorrichtung gleichmäßig zu kühlen.
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Tatsächlich ist es so, dass der Kühlströmungskanal, der in der Form einer Spiralnut in der Spindelvorrichtung, die in der Anmeldung
JP H06-31585 A beschrieben ist, gebildet ist, dem Kühlmedium ermöglicht, in einer erhöhten Flussrate in den Kühlströmungskanal zu strömen, um die Kühleffizienz zu steigern. Wenn ein kompressibles Fluid, wie beispielsweise Luft, als Kühlmedium verwendet wird, oder wenn ein inkompressibles Fluid, wie beispielsweise ein Kühlmittel, als Kühlmedium verwendet wird, aber der Kühlströmungskanal nicht komplett mit dem Kühlmedium ausgefüllt wird (d. h. Luft oder ähnliches wird im Kühlströmungskanal gemischt), kann ein Fluiddruck jedoch durch den Axialflusspumpvorgang während einer Beschleunigung und Verlangsamung erzeugt werden. Dadurch kann das Kühlmedium beispielsweise an einem drehbaren Verbindungsstück entweichen, wenn der Fluiddruck zunimmt. Ferner kann keine ausreichende Menge des Kühlmediums in die Spindelvorrichtung zugeführt werden, wenn eine große Menge des Kühlmediums an dem drehbaren Verbindungsstück entweicht, oder wenn ein hoher Fluiddruck in der Richtung, in der ein Rückfluss des Kühlmediums verursacht wird, ausgeübt wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorgenannten Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spindelvorrichtung vorzusehen, in die ein Kühlmedium auch während einer Beschleunigung und Verlangsamung zuverlässig zugeführt werden kann, um einen hoch zuverlässigen Kühleffekt zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, sieht ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Spindelvorrichtung vor, die eine Spindel enthält, und einen Kühlströmungskanal, der innerhalb der Spindel gebildet ist, um einem Kühlfluid zu ermöglichen zu strömen, wobei sich der Kühlströmungskanal spiralförmig in eine axiale Richtung der Spindel erstreckt, in welcher der Kühlströmungskanal einen ersten Spiralabschnitt enthält, der sich in einer vorgegebenen Spiralrichtung erstreckt, und einen zweiten Spiralabschnitt, der sich in einer Spiralrichtung entgegengesetzt der vorgegebenen Spiralrichtung erstreckt.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Spindelvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt vor, in welcher der erste Spiralabschnitt und der zweite Spiralabschnitt einander in Führung, Anzahl der Streifen oder Windungen und Länge der axialen Richtung gleichen können.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Spindelvorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt vor, in welcher die Spindel von der Vorderseite gesehen gegen den Uhrzeigersinn in axialer Richtung beschleunigt werden kann, um zu beginnen sich zu drehen, und der Kühlströmungskanal sich von einem hinteren Ende der Spindel in axialer Richtung in einen Raum außerhalb der Spindel, über ein Drehgelenk und einen Dichtungsabschnitt erstreckt, und der erste Spiralabschnitt und der zweite Spiralabschnitt fortlaufend vorgesehen sein können, und einer von dem ersten Spiralabschnitt und von dem zweiten Spiralabschnitt, der näher an dem Drehgelenk und an dem Dichtungsabschnitt ist, eine Spiralrichtung gegen den Uhrzeigersinn hat.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Kühlströmungskanal den ersten Spiralabschnitt, der sich in der vorgegebenen Spiralrichtung erstreckt, und den zweiten Spiralabschnitt, der sich in der Spiralrichtung entgegengesetzt der vorgegebenen Spiralrichtung erstreckt. Deswegen kann ein Fluiddruck, der auf einen der Spiralabschnitte während einer Beschleunigung und Verlangsamung der Spindel ausgeübt wird, zumindest teilweise durch einen Fluiddruck ausgeglichen werden, der auf den anderen Spiralabschnitt ausgeübt wird. Daher wird kein signifikanter Fluiddruck in einer vorgegebenen Richtung auf den gesamten Kühlströmungskanal ausgeübt. Deswegen entweicht ein Kühlmedium nicht einfach an einem Abschnitt an eine Außenseite der Spindel (d. h., ein Drehgelenk, ein Dichtungsabschnitt oder ähnliches), und eine ausreichende Menge an Kühlmedium kann in den Kühlströmungskanal zugeführt werden, was einen hoch zuverlässigen Kühleffekt bietet.
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Gemäß der Erfindung des zweiten Aspekts, gleichen der erste Spiralabschnitt und der zweite Spiralabschnitt einander in Führung, Anzahl der Streifen, und Länge in axialer Richtung. Deswegen kann ein Fluiddruck, der auf einer der Spiralabschnitte ausgeübt wird, vollständig durch einen Fluiddruck, der auf den anderen Spiralabschnitt ausgeübt wird, ausgeglichen werden, was den Effekt eines Unterdrückens eines Entweichens des Kühlmediums und des zuverlässigen Zuführens des Kühlmediums erhöht.
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Gemäß der Erfindung des dritten Aspekts, wird die Spindel von der Vorderseite gesehen gegen den Uhrzeigersinn in axialer Richtung beschleunigt, um zu beginnen sich zu drehen, und der Kühlströmungskanal erstreckt sich von einem hinteren Ende der Spindel in der axialen Richtung in einen Raum außerhalb der Spindel mittels eines Drehgelenks und eines Dichtungsabschnitts, und der erste Spiralabschnitt und der zweite Spiralabschnitt sind fortlaufend vorgesehen, und einer von dem ersten Spiralabschnitt und dem zweiten Spiralabschnitt, der näher an dem Drehgelenk und dem Dichtungsabschnitt ist, hat eine Spiralrichtung gegen den Uhrzeigersinn. Deswegen wird ein Fluiddruck nicht einfach auf das Drehgelenk und den Dichtungsabschnitt zu Beginn der Rotation ausgeübt, wenn ein Fluiddruck langsam erzeugt wird, was insbesondere weiter zuverlässig ein Entweichen des Kühlmediums an dem Drehgelenk und dem Dichtungsabschnitt unterdrücken kann.
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1 zeigt einen Querschnitt einer Spindelvorrichtung, der in axialer Richtung vorgenommen wurde.
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Eine Spindelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert unten mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt einen Querschnitt einer Spindelvorrichtung 1, der in axialer Richtung vorgenommen wurde. Die Links-Rechtsrichtung in 1 ist definiert als die Vorder-Hinterrichtung der Spindelvorrichtung 1 (insbesondere mit der linken Seite definiert als die Vorderseite). Die Richtung gegen den Uhrzeigersinn und die Richtung im Uhrzeigersinn, von der Vorderseite einer Spindel 4 in axialer Richtung gesehen, sind entsprechend als eine Vorwärtsdrehrichtung und eine Rückwärtsdrehrichtung definiert. Die Begriffe ”rechts” und ”links”, welche später erläutert werden, sind ebenso definiert als von der Vorderseite der Spindel 4 gesehen.
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Die Spindelvorrichtung 1 ist in einer Werkzeugmaschine, wie z. B. einem Bearbeitungszentrum, vorgesehen und enthält die Spindel 4, die in einem Gehäuse 2 gelagert ist, um um eine Achse C, über eine Mehrzahl von Lagern 3, 3, ... drehbar zu sein. Ein Rotor 5 und ein Stator 6 sind entsprechend an der äußeren Umfangsfläche der Spindel 4 und an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 2 an einer Position, die gegenüber dem Rotor 5 liegt, vorgesehen. Der Rotor 5 und der Stator 6 bilden eine sogenannte eingebaute Motorstruktur, um die Spindel 4 drehbar zu machen. Ferner ist eine Zugstange 8, welche sich in der Vorder-Hinterrichtung zurück und vor bewegen kann, an dem Axialabschnitt der Spindel 4 vorgesehen. Ein Werkzeug 7 kann an dem vorderen Eende der Spindel 4 durch einen Haltemechanismus (nicht gezeigt) befestigt sein, welcher in Entsprechung mit der Zurück- und Vorbewegung der Zugstange 8 agiert.
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Eine Struktur zum Kühlen der Spindelvorrichtung 1, welche ein essentieller Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird nun beschrieben.
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Ein Gelenkgehäuse 11 ist vorgesehen, um den hinteren Abschnitt der Spindel 4, die oben erläutert wurde, abzudecken. Ein erstes Drehgelenk 9a und ein zweites Drehgelenk 9b sind entsprechend an die hintere Endfläche der Spindel 4 und an die Innenfläche des Gelenkgehäuses 11 an einer Position gegenüber des ersten Drehgelenks 9a mit einem vorgegebenen Spalt in der axialen Richtung angebracht. Ein Raum zwischen den Drehgelenken 9a und 9b ist durch Dichtungsabschnitte 12a abgedichtet, wobei 12a an dem ersten Drehgelenk 9a vorgesehen ist, und Dichtungsabschnitte 12b, wobei 12b an dem zweiten Drehgelenk 9b vorgesehen ist. Ein Kühlmittel zum Kühlen der Spindelvorrichtung 1 wird von außerhalb des Gelenkgehäuses 11 in die Spindelvorrichtung 1 (insbesondere in die Spindel 4) eingespeist und anschließend zurück an die Außenseite des Gelenkgehäuses 11 abgelassen. Das Kühlmittel wird aus einer Versorgungsquelle eingespeist, die durch eine Versorgungsvorrichtung gebildet wird, die außerhalb der Spindelvorrichtung 1 vorgesehen ist.
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Um das Kühlmittel wie oben erläutert einzuspeisen und abzulassen, sind in der Spindelvorrichtung 1 Einspeiseströmungskanäle 13, 14, Spiralnutströmungskanäle 15a, 15b und Ablassströmungskanäle 16, 16 vorgesehen, die als ein Kühlströmungskanal dienen, welcher dem Kühlmittel erlaubt zu strömen. Der erste Einspeiseströmungskanal 13 dringt durch die Mitte des Gelenkgehäuses 11 und die Drehgelenke 9a, 9b, um sich in einen Wellenabschnitt der Zugstange 8, entlang der axialen Richtung an eine Stelle, nahe des vorderen Endes der Zugstange 8, zu erstrecken. Eine Öffnung des Gelenkgehäuses 11 ist mit der Kühlmittelversorgungsquelle (nicht gezeigt) verbunden. Der zweite Einspeiseströmungskanal 14 ist vorgesehen, um sich in radialer Richtung an eine Stelle nahe des vorderen Endes der Zugstange 8 zu erstrecken. Der zweite Einspeiseströmungskanal 14 verbindet den ersten Einspeiseströmungskanal 13 und den Spiralnutströmungskanal 15a miteinander, was später erläutert wird.
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Die Spindel 4 hat eine Doppelstruktur, die durch einen äußeren Teil 4a gebildet wird, welcher einen säulenartigen Gehäuseraum an seinem axialen Abschnitt hat, wobei dessen äußere Umfangsfläche von den Lagern 3, 3, ..., gelagert wird, und einen säulenartigen inneren Teil 4b, der in dem Gehäuseraum des äußeren Teils 4a befestigt ist. Der Spiralnutströmungskanal 15a und der Spiralnutströmungskanal 15b sind fortlaufend zwischen dem äußeren Teil 4a und dem inneren Teil 4b gebildet. Die Spiralnutströmungskanäle 15a, 15b sind so gebildet, dass der äußere Teil 4a Räume zwischen den vorstehenden Streifenabschnitten, die spiralförmig auf der äußeren Umfangsfläche des inneren Teils 4b vorgesehen sind, abdeckt. Die vorstehenden Streifenabschnitte stehen in radialer Richtung vor. Der Spiralnutströmungskanal 15a, der auf der Vorderseite der Spindel 4 vorgesehen ist, ist als eine rechte Spiralnut mit einer Spiralrichtung im Uhrzeigersinn gebildet. Auf der anderen Seite ist der Spiralnutströmungskanal 15b, der auf der Hinterseite der Spindel 4 vorgesehen ist, als eine Links-Spiralnut mit einer Spiralrichtung gegen den Uhrzeigersinn gebildet (d. h. die Spiralrichtung der vorstehenden Streifenabschnitte ist zwischen dem Vorderabschnitt und dem Hinterabschnitt des inneren Teils 4b umgekehrt). Der Spiralnutströmungskanal 15a und der Spiralnutströmungskanal 15b gleichen einander in Führung (Abstände zwischen den vorstehenden Streifenabschnitten in axialer Richtung), Anzahl der Streifen und Länge in axialer Richtung. Ferner sind die Ablassströmungskanäle 16, 16 vorgesehen, um sich parallel mit der axialen Richtung von Lagen entsprechend einer hinteren Endöffnung des Spiralnutströmungskanals 15b zu erstrecken, um durch die Drehgelenke 9a, 9b und das Gelenkgehäuse 11 durchzudringen.
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Gemäß der Spindelvorrichtung 1, die den oben beschriebene Kühlströmungskanal hat, wird das Kühlmittel zuerst durch die Innenseite der Zugstange 8 über den ersten Einspeiseströmungskanal 13 an eine Stelle in der Nähe des vorderen Endes der Spindel 4 eingespeist und anschließend über den zweiten Einspeiseströmungskanal 14 in die radiale Richtung eingespeist. Nach dem Durchgang durch die Spiralnutströmungskanäle 15a, 15b wird das Kühlmittel über die Ablassströmungskanäle 16, 16 an die Außenseite abgelassen. Daher wird ein Druck in der Richtung eines Verursachens eines Rückflusses des Kühlmittels auf den Links-Spiralnutströmungskanal 15b durch den Axialflusspumpvorgang ausgeübt, wenn die Spindel 4 beschleunigt wird, um in Vorwärtsdrehrichtung zu drehen, aber ein Druck in der Vorwärtsrichtung wird durch den gleichen Axialflusspumpvorgang auf den Rechts-Spiralnutströmungskanal 15a ausgeübt, um den Druck, der den oben beschriebenen Rückfluss verursacht, auszugleichen. Wenn die Spindel 4 verlangsamt wird (d. h. die Spindel 4 wird einer Beschleunigung in der Rückwärtsdrehrichtung unterworfen), wird anders als im Fall einer Beschleunigung durch den Axialflusspumpvorgang, ein Druck in der Richtung eines Verursachens eines Rückflusses des Kühlmittels auf den Spiralnutströmungskanal 15a ausgeübt, aber er wird ebenfalls durch einen Druck, der auf den Spiralnutströmungskanal 15b ausgeübt wird, ausgeglichen. Das heißt, gemäß der Spindelvorrichtung 1, wird weder ein signifikanter Fluiddruck in der Vorwärtsrichtung, noch in der Rückwärtsrichtung auf den gesamten Spiralnutströmungskanal 15a, 15b während einer Beschleunigung und einer Verlangsamung der Spindel 4 ausgeübt. Daher entweicht das Kühlmittel nicht einfach an den Drehgelenken 9a, 9b, den Dichtungsabschnitten 12a, 12b oder ähnlichem, und eine ausreichende Menge des Kühlmittels kann in den Kühlströmungskanal, der einen hoch zuverlässigen Kühleffekt vorsieht, zugeführt werden.
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Der Spiralnutströmungskanal 15b, der näher an den Drehgelenken 9a, 9b und den Dichtungsabschnitten 12a, 12b ist, ist links (d. h., sie hat eine Spiralrichtung gegen den Uhrzeigersinn). Daher wird ein Fluiddruck in der Richtung eines Verursachens eines Rückflusses des Kühlmittels (d. h. ein Bewirken, dass das Kühlmittel in Richtung der Seite gegenüber des Drehgelenks 9a strömt) auf den Spiralnutströmungskanal 15b ausgeübt, wenn die Spindel 4 beginnt, sich von einem stationären Zustand zu beschleunigen, wenn Luft oder ähnliches einfach in den Kühlströmungskanal gemischt wird. Daher kann ein Entweichen des Kühlmittels an den Drehgelenken 9a, 9b, den Dichtungsabschnitten 12a, 12b oder ähnlichem, weiterhin effektiv unterdrückt werden.
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Ferner gleichen der Spiralnutströmungskanal 15a und der Spiralnutströmungskanal 15b einander in Führung, Anzahl der Streifen und Länge der axialen Richtung. Daher können die voneinander entgegengesetzten Drücke, die im Spiralnutströmungskanal 15a und dem Spiralnutströmungskanal 15b erzeugt werden, einander vollständig ausgleichen, was den Effekt eines Unterdrückens eines Entweichens des Kühlmittels und eine zuverlässige Zufuhr des Kühlmittels weiter verbessert.
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Die Spindelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in keiner Weise auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es können entsprechende Änderungen in der Gestaltung des Kühlströmungskanal, der Art des Kühlmediums, usw. vorgenommen werden, ganz zu schweigen von der Art der Werkzeugmaschine, in welcher die Spindelvorrichtung vorgesehen ist, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung und dem Erfindungsgedanken abzuweichen.
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Zum Bespiel sind in der oben beschriebenen Ausführungsform der Rechts-Spiralnutströmungskanal 15a und der Links-Spiralnutströmungskanal 15b entsprechend an der Vorderseite und der Hinterseite an der Spindel 4 gebildet. Allerdings können der Rechts-Spiralnutströmungskanal und der Links-Spiralnutströmungskanal entsprechend an der Hinterseite und der Vorderseite der Spindel 4 gebildet sein. Alternativ kann ein Rechts-Spiralnutströmungskanal am vorderen Ende und dem hinten Ende der Spindel 4 gebildet sein, und ein Links-Spiralnutströmungskanal kann im Mittelabschnitt der Spindel 4 gebildet sein. Die Anordnung eines Rechts-Spiralnutströmungskanals und eines Links-Spiralnutströmungskanals kann entsprechend gewechselt werden, in Übereinstimmung mit der Drehrichtung der Spindel 4, den Umständen, unter denen ein Druck aufgrund des Axialflusspumpvorgangs erzeugt wird, usw.
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Der Rechts-Spiralnutströmungskanal 15a und der Links-Spiralnutströmungskanal 15b müssen sich nicht notwendigerweise in Führung, Anzahl der Streifen und Länge der axialen Richtung gleichen, und Gestaltungsänderungen können entsprechend an der Führung, der Anzahl der Streifen und der Länge der axialen Richtung der Spiralnutströmungskanäle vorgenommen werden.
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Ferner kann die Richtung, in welche das Kühlmedium in den Kühlströmungskanal zugeführt wird, entsprechend geändert werden. Das Kühlmedium kann in die Richtung, entgegengesetzt der Richtung in der oben beschriebenen Ausführungsform zugeführt werden, und kann von der Seite des Spiralnutströmungskanals eingespeist werden, um am hinteren Ende der Spindel durch die Mitte der Zugstange abgelassen zu werden.
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In der Spindelvorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform, kann ein Werkzeug an die Spindel 4 befestigt werden. Allerdings ist es selbstverständlich, dass die Gestaltung für den oben beschriebenen Kühlströmungskanal ebenso auf eine Spindelvorrichtung angewendet werden kann, in welcher eine Spindel so gestaltet ist, um ein Werkstück zu greifen. Das Kühlmedium ist ebenfalls nicht beschränkt auf ein Kühlmittel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 06-31585 A [0002, 0003]
