JP2011235403A - 工作機械の軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング、軸受及び主軸の冷却を適正に行うことができる工作機械の主軸装置を提供する。
【解決手段】円筒状をなすフレーム２０の内部にハウジング２１を収容固定する。該ハウジング２１の内周面に前後一対のラジアルベアリング２２を介して主軸２３を回転可能に支持し、前記ハウジング２１の前後両側面に前部及び後部ホルダー２４，２５を配設する。前記ハウジング２１の内周面と、主軸２３の外周面との間に冷却用空間３０を形成し、前記フレーム２０及びハウジング２１に前記冷却用空間３０に潤滑油を供給する油供給フランジ３１を設けるとともに、潤滑油を排出する油排出フランジ３５を設ける。前記主軸２３の外周面に螺旋溝３７を形成する。前記主軸２３が回転されると、螺旋溝３７によって冷却用空間３０の内部に供給された潤滑油が油供給フランジ３１側から油排出フランジ３５側に強制的に流動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の軸装置に係り、詳しくは軸の冷却効率を向上することができる軸装置に関する。

工作機械の主軸装置においては、ベッドに昇降可能に設けられたフレームに筒状のハウジングが固着され、該ハウジングの内部に前後一対の軸受を介して主軸が回転可能に支持され、主軸の基端部に電動モータが連結され、主軸の先端部に工具が装着されている。工具によってワークの加工が行われると、軸受が摩擦熱によって加熱され、その熱がハウジングや主軸に伝わると、工具の座標位置が変化し、ワークの加工精度が低下する。この問題を解消するため、ハウジング、軸受及び主軸を冷却する冷却機構が提案されている。この冷却機構を備えた工作機械の主軸装置として、従来、特許文献１に開示されたものが提案されている。この主軸装置においては、ハウジングに軸受を介して主軸が支持されるとともに、前記ハウジングに対し、前記軸受及び主軸に潤滑油を供給する油供給口が設けられ、同じくハウジングに冷却に供給された潤滑油を回収するための油排出口が設けられている。

又、主軸クイル冷却装置として、特許文献２に開示されたものが提案されている。この冷却装置は、筒状のハウジングの内周面に軸受を介して主軸が支持され、前記ハウジングの内部に形成された螺旋状の循環路に冷却油を供給して、ハウジング、軸受及び主軸を冷却するようになっている。

特開２００７−３０７６４７号公報（要約書参照） 特開平７−３１４２８３号公報（要約書参照）

ところが、特許文献１に開示された工作機械の主軸装置は、油供給口及び排出口と対応する軸受及び主軸は、効率よく冷却されるが、前記両ノズルから離隔した位置にある軸受及び主軸は冷却されにくいという問題があった。

一方、特許文献２に開示された主軸クイル冷却装置は、ハウジング内に設けられた循環路に冷却油が供給されることによって、ハウジング、軸受及び主軸等を均等に冷却することができる。しかし、ハウジングの内周面と、主軸の外周面との間の隙間には、空気が存在しているため、主軸を効率的に冷却することが難しいという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、ハウジング、軸受及び主軸の冷却を適正に行うことができる工作機械の主軸装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、筒状のハウジングの内周面に前後一対の軸受を介して主軸を回転可能に支持するとともに、ハウジングの内周面と軸の外周面との間に冷却用空間を形成し、前記ハウジングに前記冷却用空間に冷却流体を供給するための供給口及び冷却に用いられた冷却流体を冷却用空間から排出するための排出口を設け、前記軸の外周面に、該軸の回転運動を利用して、冷却流体を供給口側から排出口側へ流動させるための流動手段を設けたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記流動手段は軸の外周面に設けられた螺旋溝又は螺旋突条であることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記流動手段は軸の外周面に設けられ、かつ供給口側から排出口側へ行くに従って直径寸法が増大するテーパ面であることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記両軸受はベアリンクであって、該ベアリングは前記供給口と排出口との間に設けられていることを要旨とする。

（作用）
この発明は、軸が回転され、工具によってワークが加工されている最中に、前記軸の回転によって、流動手段が作動され、冷却用空間に供給された冷却流体が流動手段によって、供給口側から排出口側に流動される。このため、ハウジング、軸受及び軸の冷却効率が向上する。

本発明によれば、ハウジング、軸受及び軸の冷却を適正に行うことができる。

この発明の工作機械の主軸装置の中央部縦断面図。 図１の１−１線拡大断面図。 研削装置の右側面図。 この発明の別の実施形態を示す主軸装置の中央部縦断面図。 この発明の別の実施形態を示す主軸装置の中央部縦断面図。 この発明の別の実施形態を示す主軸装置の中央部縦断面図。

以下、この発明を研削盤における主軸の支持構造に具体化した一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図３に示すように、ベッド１１の上面には支持台１２を介して図示しないＸ軸駆動機構によりＸ軸方向に往復動され、該支持台１２にはワークＷを支持するためのテーブル１３が配設されている。同じくベッド１１の上面には図示しないＹ軸駆動機構によりＹ軸方向に往復動されるＹ軸コラム１４が装設され、該Ｙ軸コラム１４にはＺ軸サドル１５が案内レール１６に沿ってＺ軸駆動モータ１７、ボールネジ１８及びボールナット１９によりＺ軸方向に往復動可能に装設されている。

前記Ｚ軸サドル１５には、工具ヘッドＨが装着されている。この工具ヘッドＨを構成するフレーム２０はＺ軸サドル１５に取り付けられ、図１に示すように該フレーム２０には横円筒状のハウジング２１が挿入され、その前端部に一体形成されたフランジ部２１ａがフレーム２０の前端面に図示しないボルトにより固定されている。該ハウジング２１の内部には前後一対のラジアルベアリング２２を介して主軸２３が回転可能に支持されている。前記ハウジング２１の前後両端面には前部ホルダー２４及び後部ホルダー２５を介してスラストベアリング２６が支持され、主軸２３の軸方向の移動を規制するようになっている。前記主軸２３の先端部には砥石２７が取り外し可能に取り付けられている。又、主軸２３の後端部にはモータ２８の回転軸がカップリング２９を介して連結されている。

従って、前記モータ２８が回転されると、カップリング２９を介して主軸２３が回転されるとともに、砥石２７が回転されてワークＷの表面が研削加工される。
前記ハウジング２１の内周面と、前記主軸２３の外周面との間には、横円筒状の冷却用空間３０が形成されている。前記フレーム２０及びハウジング２１には、前記冷却用空間３０の前端部に冷却流体としての潤滑油を供給するための油供給口３１ａを有する油供給フランジ３１が貫通支持されている。前記フレーム２０の下部には、潤滑油を前記油供給フランジ３１に供給するための配管３２が取着され、該配管３２の基端部は、油ポンプ３３に接続されている。油ポンプ３３は油供給タンク３４に接続されている。又、フレーム２０及びハウジング２１の後端部には、前記冷却用空間３０内に供給された潤滑油を外部へ排出するための油排出口３５ａを有する油排出フランジ３５が取り付けられ、該油排出フランジ３５は配管３６を介して前記油供給タンク３４に接続されている。

前記主軸２３の外周面には、前記油供給フランジ３１から油排出フランジ３５の間に位置するように、前記冷却用空間３０内の潤滑油を油供給フランジ３１から油排出フランジ３５側に流動させるための流動手段としての螺旋溝３７が形成されている。そして、前記主軸２３が回転されると、螺旋溝３７が旋回され、油供給フランジ３１から冷却用空間３０内に供給された潤滑油が、螺旋溝３７によって油排出フランジ３５側に流動されるようになっている。

次に、前記のように構成した研削盤の作用を説明する。
図３において、Ｘ軸駆動テーブル１３の上面に研削しようとするワークＷを載置し、図示しない把持機構により固定する。そして、このワークＷの上面を研削する場合には、Ｘ軸駆動テーブル１３をＸ軸方向に、Ｙ軸駆動機構によりＹ軸コラム１４をＹ軸方向に移動させるとともに、Ｚ軸サドル１５をＺ軸駆動機構によりＺ軸方向に移動調整しワークＷの表面の研削を行う。

このとき、油ポンプ３３によりタンク３４からの潤滑油が配管３２及び油供給フランジ３１を通して前記冷却用空間３０に供給される。この冷却用空間３０に供給された潤滑油により、ハウジング２１の内周面、主軸２３の外周面及びラジアルベアリング２２等が冷却される。従って、フレーム２０、ハウジング２１及び主軸２３の加熱が抑制され、それらの熱変形が抑制されるので、砥石２７の座標位置が変化するのが抑制され、砥石２７によるワークＷの研削精度を向上することができる。

次に、上記実施形態の作用効果を構成と共に列記する。
（１）前記実施形態では、ハウジング２１の内周面と主軸２３の外周面との間に冷却用空間３０を設け、油供給フランジ３１から前記空間３０内に潤滑油を供給し、油排出フランジ３５から冷却された油を外部へ導くようにした。又、前記主軸２３の外周面に螺旋溝３７を形成した。このため、主軸２３の回転にともなって、前記螺旋溝３７が旋回され、該螺旋溝３７の旋回運動によって冷却用空間３０内に供給された潤滑油が油供給フランジ３１側から油排出フランジ３５側に流動され、熱を効率的に吸収することができ、フレーム２０、ハウジング２１及び主軸２３等の熱による変形が抑制される。従って、砥石２７の座標位置が変化するのが抑制され、砥石２７によるワークＷの研削精度を向上することができる。

（２）前記実施形態では、主軸２３の外周面に螺旋溝３７を形成するという簡単な構成によって、冷却用空間３０内の潤滑油を油供給フランジ３１側から油排出フランジ３５側に積極的に流動させることができる。このため、主軸２３の回転による螺旋溝３７の旋回運動がポンプ機能を発揮し、前記油ポンプ３３の容量を増大しなくても潤滑油の循環を適正に行って、主軸装置の冷却性能及び潤滑性能を向上することができる。

なお、前記実施形態は次のように変更して具体化することができる。
・図４に示すように、前記主軸２３の外周面に前記油供給フランジ３１から油排出フランジ３５に行くに従って直径寸法が増大するテーパ面２３ａを形成してもよい。この実施形態においては、前記主軸２３が回転されると、テーパ面２３ａの大径部の表面の周速度が小径部の表面の周速度よりも速いので、小径部側の圧力よりも大径部側の圧力が低くなり、冷却用空間３０内において、潤滑油が油供給フランジ３１側から油排出フランジ３５側に強制的に流動される。

・図５に示すように、前記主軸２３の外周面に螺旋突条３８を形成してもよい。この場合にも螺旋突条３８によって冷却用空間３０内の潤滑油が油供給フランジ３１側から油排出フランジ３５側に強制的に流動されるので、ハウジング２１、ベアリング２２及び主軸２３等の潤滑が適正に行われる。

・図６に示すように、ラジアルベアリング２２とスラストベアリング２６との間の冷却用空間３０に油供給フランジ３１（油供給口３１ａ）及び油排出フランジ３５（油排出口３５ａ）が連通されるようにしてもよい。この場合にはスラストベアリング２６が効率的に冷却されるとともに、油供給口３１ａと油排出口３５ａとの間に両ラジアルベアリング２２が存在するので、ラジアルベアリング２２の隙間を潤滑油が流れることになり、ラジアルベアリング２２の冷却と潤滑をより適正に行うことができる。

・前記実施形態では、軸受機構としてベアリング２２及びベアリング２６を用いたが、これらに代えて静圧軸受機構を用いてもよい。
・冷却流体として空気や水を用いてもよい。
（技術的思想）
前記実施形態から把握される請求項以外の技術的思想について以下に説明する。

請求項４において、油供給口及び油排出口はラジアルベアリングとスラストベアリンクとの間の冷却用空間にそれぞれ連通されていることを特徴とする工作機械の軸装置。
この軸装置においては、ラジアルベアリング及びスラストベアリンクの冷却効率を向上することができる。

２１…ハウジング、２２，２６…ベアリング、２３…主軸、２３ａ…テーパ面、３０…冷却用空間、３５ａ…油排出口、３７…螺旋溝、３８…螺旋突条。

Claims (4)

1. 筒状のハウジングの内周面に前後一対の軸受を介して主軸を回転可能に支持するとともに、ハウジングの内周面と軸の外周面との間に冷却用空間を形成し、前記ハウジングに前記冷却用空間に冷却流体を供給するための供給口及び冷却に用いられた冷却流体を冷却用空間から排出するための排出口を設け、前記軸の外周面に、該軸の回転運動を利用して、冷却流体を供給口側から排出口側へ流動させるための流動手段を設けたことを特徴とする工作機械の軸装置。
2. 請求項１において、前記流動手段は軸の外周面に設けられた螺旋溝又は螺旋突条であることを特徴とする工作機械の軸装置。
3. 請求項１において、前記流動手段は軸の外周面に設けられ、かつ供給口側から排出口側へ行くに従って直径寸法が増大するテーパ面であることを特徴とする工作機械の軸装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記両軸受はベアリングであって、該ベアリングは前記供給口と排出口との間に設けられていることを特徴とする工作機械の軸装置。

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