JP2010162632A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 主軸支持体に温度が外気温と同程度の冷却用空気を供給することができ、主軸支持体の冷却効果に優れた工作機械を提供する。
【解決手段】 内部に中空部１９を有するベッド４と、このベッド４の上面に支持され、中空部１９に連通して中空部１９の空気を上方の外空間へ排出する冷却用空気通路４４を有する主軸支持体６とを備える。ベッド４の外周面または下面に、外気を中空部に導入する外気導入用吸気ファン１３を設ける。主軸支持体６の近傍の下方に、中空部１９の空気を冷却用空気通路４４に導入する中空部空気導入用吸気ファン２４を設ける。
【選択図】 図３

Description

この発明は、旋盤等の工作機械に関し、特に運転時における主軸の熱変位を軽減させる技術に関する。

旋盤の主軸は、ベッド上に設置した主軸支持体に、複数の軸受により回転自在に支持されている。運転時には、主軸の回転により軸受部分が発熱し、この発熱で主軸支持体が膨張して、加工寸法精度が低下することがある。これを避けるため、主軸支持体には、主軸支持体を冷却する工夫が凝らされている。例えば、特許文献１に記載の主軸支持体は、表面に放熱用のフィンを設けるとともに、下方から取り込んだ空気を前記フィンに沿って上方に流す冷却用空気通路を設け、この冷却用空気通路を流れる空気でフィンからの放熱を促進するようにしている。

特許第３２９３２４２号公報

２軸旋盤の場合、例えば図１のように、ベッド４における互いに対向する側に主軸支持体６が設置されており、２つの主軸支持体６の位置が近い。そのため、両主軸支持体６の周辺は、２つの主軸支持体６から発せられる熱によってかなりの高温になる。また、両主軸支持体間の下方の空間２６には、加工により生じたチップを排出するチップコンベアが設置されることが多く、その場合、チップコンベアから立ち上るクーラントの蒸気により、両主軸支持体６の周辺温度がより一層高くなる。

従来、両主軸支持体６の近傍の下方から冷却用空気を主軸支持体６に取り込んでいたため、冷却用空気の元の温度が高く、主軸支持体６の冷却効果が十分に得られないという問題があった。１軸旋盤の場合も、２軸旋盤ほどではないが、主軸支持体６の周辺が高温になるため、主軸支持体６の近傍の下方から冷却用空気を主軸支持体に取り込む構成であれば、主軸支持体６の冷却効果が十分に得られないということに変わりはない。

この発明の目的は、主軸支持体に外気温と同程度の温度の冷却用空気を供給することができ、主軸支持体の冷却効果に優れた工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、ベッドに難しい加工をすることなく、ベッドの中空部から主軸支持体の冷却用空気通路へ空気を導入するための経路を確保することである。
この発明のさらに他の目的は、効果が顕著に現れる工作機械に適用することである。

この発明の工作機械は、内部に中空部を有するベッドと、このベッドの上面に支持され、前記中空部に連通して中空部の空気を上方の外空間へ排出する冷却用空気通路を有する主軸支持体とを備え、前記ベッドの外周面または下面に、外気を前記中空部に導入する外気導入用吸気ファンを設けると共に、前記主軸支持体の近傍の下方に、前記中空部の空気を前記冷却用空気通路に導入する中空部空気導入用吸気ファンを設けた。

この構成によれば、外気導入用吸気ファンにより、ベッドの外周面または下面から外気がベッドの中空部に導入され、さらに中空部空気導入用吸気ファンにより、前記中空部の空気が主軸支持体の冷却用空気通路に導入される。すなわち、主軸支持体の周辺以外の外気が冷却用空気通路に導入される。それにより、主軸支持体の冷却用空気通路に外気温と同程度の温度の冷却用空気を供給することができ、主軸支持体の冷却効果が高い。結果的に、運転時における主軸の熱変位を軽減して、加工寸法精度の低下を防げる。また、中空部を空気が通り抜ける際にベッドを冷却する効果もある。

この発明において、前記ベッドの前記外周面における前記主軸支持体が支持されている側の側面の上下２箇所に開口を設け、上の開口または下の開口に前記中空部空気導入用吸気ファンを、吐出方向を前記側面の外側から内側または内側から外側に向けて設け、この中空部空気導入用吸気ファンの吸気口、および下の開口または上の開口を覆うカバー部材を前記ベッドの外側に設置して、前記ベッドの中空部と前記主軸支持体の冷却用空気通路とを前記カバー部材内の空間を介して連通させるのがよい。

上下２箇所の開口は、ベッドの外周面に設けられるため、加工が容易である。また、中空部空気導入用吸気ファンは、ベッドの外側から上の開口または下の開口に容易に設けることができる。さらに、カバー部材は、ベッドの外側に位置するので、設置が容易である。よって、ベッドに難しい加工をすることなく、ベッドの中空部から主軸支持体の冷却用空気通路へ空気を導入するための経路を確保することができる。

この発明は、前記ベッドおよび主軸支持体を２つずつ有し、各主軸支持体が互いに隣合って配置された工作機械に良好に適用できる。
上記構成の工作機械は、２つの主軸支持体の位置が近く、両主軸支持体の周辺は、２つの主軸支持体から発せられる熱によってかなりの高温になる。そのため、主軸支持体の近傍から冷却用空気を主軸支持体に導入するのは、冷却用空気の元の温度が高く、主軸支持体の冷却効果が十分に得られない。この発明の構成を適用すれば、主軸支持体の周辺以外から外気が主軸支持体の冷却用空気通路に導入されるため、主軸支持体の周辺の温度に関係なく、冷却用空気の元の温度を低く保つことができ、十分な冷却効果が得られる。

この発明の工作機械は、内部に中空部を有するベッドと、このベッドの上面に支持され、前記中空部に連通して中空部の空気を上方の外空間へ排出する冷却用空気通路を有する主軸支持体とを備え、前記ベッドの外周面または下面に、外気を前記中空部に導入する外気導入用吸気ファンを設けると共に、前記主軸支持体の近傍の下方に、前記中空部の空気を前記冷却用空気通路に導入する中空部空気導入用吸気ファンを設けたため、主軸支持体に外気温と同程度の温度の冷却用空気を供給することができ、主軸支持体の冷却効果に優れる。

前記ベッドの前記外周面における前記主軸支持体が支持されている側の側面の上下２箇所に開口を設け、上の開口または下の開口に前記中空部空気導入用吸気ファンを、吐出方向を前記側面の外側から内側または内側から外側に向けて設け、この中空部空気導入用吸気ファンの吸気口、および下の開口または上の開口を覆うカバー部材を前記ベッドの外側に設置して、前記ベッドの中空部と前記主軸支持体の冷却用空気通路とを前記カバー部材内の空間を介して連通させた場合は、ベッドに難しい加工をすることなく、ベッドの中空部から主軸支持体の冷却用空気通路へ空気を導入するための経路を確保することができる。

工作機械が、前記ベッドおよび主軸支持体を２つずつ有し、各主軸支持体が互いに隣合って配置された構成である場合、この発明の効果が特に顕著に現れる。

この発明の実施形態にかかる工作機械の概略構成を示す斜視図である。 同工作機械の右側のベッドを断面で表した平面図である。 同工作機械の右側のベッドおよび主軸支持体を断面で表した側面図である。 同工作機械の主軸支持体の側面図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 同主軸支持体を斜め上から見た斜視図である。 同主軸支持体を下方から見た斜視図である。 異なる工作機械の右側のベッドおよび主軸支持体を断面で表した側面図である。

この発明の一実施形態を図１〜図７と共に説明する。図１は、この発明が適用された工作機械の斜視図である。この工作機械１はタレット式の２軸旋盤であり、２本の主軸２とこれら主軸２に対応する２個の工具タレット３とが、左右に振り分け配置された各ベッド４に設けられている。主軸２は、主軸チャック５を有し、ベッド４に設置した主軸支持体６に支持されている。工具タレット３は、タレットキャリッジ７に割り出し回転および進退可能に支持される。タレットキャリッジ７は、ベッド４のレール８上に主軸２の軸方向に移動自在に設置されている。各ベッド４は左右対称の配置であり、それぞれのベッド４の主軸支持体６が互いに隣合っている。なお、２個のベッド４は、共通のベース９（図３）上に設置される。但し、このベース９は「ベッド」と用語を異にしているが、ベッドの概念に含まれるものでもよい。さらに、ベース９がベッド４と一体であってもよい。

図２および図３にベッドの構造を示す。図２の右側のベッドは図３のII−II断面を示し、図３の右側のベッドは図２のIII−III断面を示している。各ベッド４は鋳造等により成形されたものであり、上部に前記レール８が設置される本体部４ａと、上部に前記主軸支持体６が設置される張出部４ｂとでなる。

本体部４ａは、内部に本体部空間１１が形成された中空状で、張出部４ｂと反対側の側面に外気取込口１２が形成され、この外気取込口１２に、外気を前記本体部空間１１に導入する外気導入用吸気ファン１３が設けられている。外気導入用吸気ファン１３の吸気側には、外気導入用吸気ファン１３に外気を導くダクト１４が設けられている。
さらに詳しくは、本体部４ａは四側の側壁４ａａ，４ａｂ，４ａｃ，４ａｄと、天壁４ａｅと、底壁４ａｆとを有し、かつ内部に補強用となる仕切り壁状の内部壁４ａｇを有している。内部壁４ａｇには、通気可能な開口１５が設けられている。

張出部４ｂは、内部が上側空間１６と下側空間１７とに分かれており、下側空間１７と本体部空間１１とが下連通孔１８を介して連通している。これら本体部空間１１および下側空間１７で、ベッド４の中空部１９を構成している。上側空間１６は、上連通孔２１を介して主軸支持体６の後記冷却用空気通路４４と連通している。

また、上側空間１６および下側空間１７の外側面には、それぞれ開口２２，２３が設けられている。そして、上の開口２２に、吐出方向を外側壁の外側から内側に向けて中空部空気導入用吸気ファン２４が設けられている。さらに、この中空部空気導入用吸気ファン２４の吸気口２４ａおよび下の開口２３を覆うカバー部材２５が、ベッド４の外側に設置されている。これにより、ベッド４の中空部１９と主軸支持体６の冷却用空気通路４４とが、カバー部材２５内の空間を介して連通している。

上下２箇所の開口２２，２３は、ベッド４の外周面に設けられるため、加工が容易である。また、中空部空気導入用吸気ファン２４は、ベッド４の外側から上の開口２２に容易に設けることができる。さらに、カバー部材２５は、ベッド４の外側に位置するので、設置が容易である。よって、ベッド４に難しい加工をすることなく、ベッド４の中空部１９から主軸支持体６の冷却用空気通路４４へ空気を導入するための経路を確保することができる。

左右のベッド４の本体部４ａ間で、かつ各張出部４ｂの下方に位置する空間２６には、チップコンベア２７が設置される。チップコンベア２７は、加工により生じたチップを排出するためのものである。

図４ないし図７は主軸支持体を示す。図の主軸支持体は一例であって、主軸支持体はこれに限定されない。この主軸支持体６は、ベース部３２と主軸収容部３３とでなる主軸支持体本体３４、およびこの主軸支持体本体３４に取付けられる左右（Ｘ軸方向）一対の側面カバー３５を備える。主軸支持体本体３４は、鋳造等により成形され、ベース部３２および主軸収容部３３は互いに一体である。なお、図４は、側面カバー３５を省略して、主軸支持体本体３４だけを表示してある。

ベース部３２は、四方が外壁３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄで囲まれた函状で、上下に開口している。ベース部３２の内部には、前後（Ｚ軸方向）の外壁３６Ａ，３６Ｂ同士を連結する１箇所の縦リブ３８Ａと左右の外壁３６Ｃ，３６Ｄ同士を連結する２箇所の横リブ３８Ｂとが設けられ、これらリブ３８Ａ，３８Ｂにより、ベース部３２の内部空間は６つの小室３９に分かれている。前後に隣合う小室３９同士は、横リブ３８Ｂに設けた連通孔４０により互いに連通している。ベース部３２の四隅には、ベッド４に固定するためのボルト孔４１が設けられている。

主軸収容部３３は前後に貫通する主軸収容孔４３を有し、この主軸収容孔４３に嵌合させた軸受（図示せず）を介して主軸２（図１）が支持される。主軸収容部３３は、ベース部３２の前記外壁３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄおよびリブ３８Ａ，３８Ｂに下端で繋がっている。主軸収容部３３の下部に、それぞれベース部３２の小室３９の上端に続き主軸収容部３３の両側面に抜ける冷却用空気通路４４が形成されている。冷却用空気通路４４は、各小室３９に対応して左右３つずつある。主軸収容部３３の外側面には、上下に延びる複数のフィン４５が設けられている。これらのフィン４５の下端は、前記冷却用空気通路４４の出口４４ａよりも上方に位置している。

側面カバー３５は、主軸収容部３３の外側面にフィン４５および冷却用空気通路４４の出口４４ａを囲むように設けられたＣ字状の隆起部４７に、ボルト等の固着具４８により取付けられている。主軸収容部３３の外側面と側面カバー３５との間は、冷却用空気通路４４から流出する空気を上方へ導く空気通過空間４９になっている。

この工作機械１は、外気導入用吸気ファン１３および中空部空気導入用吸気ファン２４を駆動した状態で、運転を行う。外気導入用吸気ファン１３により、外気取込口１２から外気がベッド４の中空部１９に導入される。図２および図３において実線で示す矢印５１は、中空部１９内での空気の流れを示す。空気が中空部１９を通り抜ける際に、ベッド４を冷却する。なお、ベッド本体部４ａの外周面および下面の数箇所に内外に通じる孔（図示せず）が開いているため、図２および図３において点線の矢印５２で示すように、中空部１９に導入された空気の一部は前記孔から外部へ漏出する。

中空部１９の空気は、主軸支持体６の冷却用空気として、中空部空気導入用吸気ファン２４により、カバー部材２５内の空間を介して上側空間１６に送られ、さらに上連通孔２１を通って、上側空間１６から主軸支持体６の冷却用空気通路４４に導入される。すなわち、主軸支持体６の周辺以外の外気が冷却用空気通路４４に導入される。中空部１９の空気は、中空部１９を通過する際にベッド４を冷却することで僅かに温度上昇するが、ベッド４の主軸支持体６近傍以外の箇所はあまり温度が高くならないので、中空部１９の空気の温度上昇は小さい。また、カバー部材２５が設置されているため、冷却用空気が中空部１９から冷却用空気通路４４へ至る間に主軸支持体６周辺の高温の空気と接触することがなく、この間にもほとんど温度上昇が生じない。よって、外気温とほぼ同温度の冷却用空気が冷却用空気通路４４に導入される。

主軸支持体６において、中空部１９から導入された冷却用空気が、冷却用空気通路４４を通って主軸収容部３３と側面カバー３５との間の空気通過空間４９に入り、この空気通過空間４９を上方へ流れる。主軸収容部３３の側面にはフィン４５が設けられているため、空気通過空間４９を通過する空気は主軸収容部３３と広い面積で接触し、主軸収容部３３を効率良く冷却する。冷却用空気通路４４の出口４４ａがフィン４５の下端よりも下方に位置するため、空気をより多くフィン４５に接触させられる。導入時の冷却用空気の温度が低いため、主軸支持体６の冷却効果が高い。また、空気通過空間４９では、空気が下から上へ向って流れるため、熱せられた空気を外部に排出しやすい。フィン４５は上下に沿って設けられているため、フィン４５が空気の流れを阻害することはない。空気通過空間４９は主軸収容部３の左右両側にそれぞれあるため、主軸収容部３３を左右均等に冷却できる。

図示は省略するが、ベース９の内部空間とベッド４の本体部空間１１とを連通する開口を形成するとともに、ベース９の側面に外気取込口を形成し、この外気取込口に外気導入用吸気ファン１３を設けてもよい。この場合も、ベッド４の本体部空間１１に外気を導入することができる。

図８は異なる実施形態を示す。この工作機械１は、前記実施形態とは逆に、前記上下の開口２２，２３のうちの下の開口２３に、吐出方向を外側壁の内側から外側に向けて中空部空気導入用吸気ファン２４を設け、この中空部空気導入用吸気ファン２４の吸気口２４ａおよび上の開口２２をカバー部材２５で覆っている。この場合も、前記実施形態と同様に、ベッド４の中空部１９と主軸支持体６の冷却用空気通路４４とが、カバー部材２５内の空間を介して連通している。また、中空部空気導入用吸気ファン２４およびカバー部材２５の設置も容易である。

特に、上記各実施形態の工作機械１は、２軸旋盤であり、ベッド４および主軸支持体６を２つずつ有し、各主軸支持体６が互いに隣合って配置されている。この構成の場合、２つの主軸支持体６の位置が近く、両主軸支持体６の周辺は、２つの主軸支持体６から発せられる熱によってかなりの高温になる。さらに、両主軸支持体６間の下方の空間２６にチップコンベア２７が設置されているため、チップコンベア２７から立ち上るクーラントの蒸気により、両主軸支持体６の周辺温度がより一層高められている。そのため、主軸支持体６の近傍から外気を冷却用空気として主軸支持体６に導入するのは避けるのが望ましく、この発明を適用することの効果が大きい。

１軸旋盤（図示せず）の場合も、２軸旋盤ほどではないが、主軸支持体６の周辺が高温になる。そのため、１軸旋盤にこの発明を適用した場合にも、発明の効果が十分に発揮される。
上記実施形態では工作機械が旋盤であるが、この発明は旋盤以外の工作機械にも適用できる。

１…工作機械
２…主軸
４…ベッド
６…主軸支持体
１３…外気導入用吸気ファン
１９…中空部
２２…上の開口
２３…下の開口
２４…中空部空気導入用吸気ファン
２４ａ…吸気口
２５…カバー部材
４４…冷却用空気通路

Claims (3)

1. 内部に中空部を有するベッドと、このベッドの上面に支持され、前記中空部に連通して中空部の空気を上方の外空間へ排出する冷却用空気通路を有する主軸支持体とを備え、
   前記ベッドの外周面または下面に、外気を前記中空部に導入する外気導入用吸気ファンを設けると共に、前記主軸支持体の近傍の下方に、前記中空部の空気を前記冷却用空気通路に導入する中空部空気導入用吸気ファンを設けた工作機械。
2. 前記ベッドの前記外周面における前記主軸支持体が支持されている側の側面の上下２箇所に開口を設け、上の開口または下の開口に前記中空部空気導入用吸気ファンを、吐出方向を前記側面の外側から内側または内側から外側に向けて設け、この中空部空気導入用吸気ファンの吸気口、および下の開口または上の開口を覆うカバー部材を前記ベッドの外側に設置して、前記ベッドの中空部と前記主軸支持体の冷却用空気通路とを前記カバー部材内の空間を介して連通させた請求項１記載の工作機械。
3. 前記ベッドおよび主軸支持体を２つずつ有し、各主軸支持体が互いに隣合って配置された請求項１または請求項２記載の工作機械。

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