JP2021016903A

JP2021016903A - 工作機械

Info

Publication number: JP2021016903A
Application number: JP2019131902A
Authority: JP
Inventors: 稔文村松; Toshifumi Muramatsu
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-02-15

Abstract

【課題】主軸ユニットから主軸取付台への振動の伝搬を抑制することができる工作機械を提供する。【解決手段】筒状のハウジング１５と、ハウジング１５に収容される軸受１７Ａ，１７Ｂと、軸受１７Ａ，１７Ｂによってハウジング１５に対して軸線Ｊ回りに回転可能に支持される主軸１９とを備える主軸ユニット９と、主軸ユニット９のハウジング１５を径方向に隙間をあけて収容可能な装着孔１１ａを有し、主軸ユニット９が着脱可能に装着される主軸取付台１１と、装着孔１１ａとハウジング１５との間に全周にわたって隙間をあけた状態で主軸取付台１１とハウジング１５とを固定するボルト２１と、装着孔１１ａとハウジング１５との間の隙間の軸方向の両端を閉塞するＯリング２３とを備え、Ｏリング２３によって閉塞された隙間に液体Ｆが封入または還流される工作機械である。【選択図】図２

Description

本開示は、工作機械に関するものである。

従来、ハウジング、軸受および主軸を備える主軸ユニットを主軸取付台によって支持する工作機械が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の工作機械は、主軸ユニットのハウジングを主軸取付台の装着孔に嵌合状態に挿入することにより、主軸ユニットが主軸取付台に固定される。

特開昭６１−１２１８０２公報

特許文献１の工作機械は、主軸ユニットのハウジングを主軸取付台の装着孔に嵌合状態に挿入することによって固定するため、主軸ユニットのハウジングおよび主軸取付台の装着孔に高い加工精度が要求される。さらに、主軸ユニットにおいて発生した振動が全て主軸取付台に伝搬される。したがって、主軸ユニットおよび主軸取付台の加工精度を緩和し、かつ、主軸ユニットから主軸取付台への振動の伝搬を抑制することができる工作機械が望まれている。

本開示の一態様は、筒状のハウジングと、該ハウジングに収容される軸受と、該軸受によって前記ハウジングに対して軸線回りに回転可能に支持される主軸とを備える主軸ユニットと、該主軸ユニットの前記ハウジングを径方向に隙間をあけて収容可能な装着孔を有し、前記主軸ユニットが着脱可能に装着される主軸取付台と、前記装着孔と前記ハウジングとの間に全周にわたって前記隙間をあけた状態で前記主軸取付台と前記ハウジングとを固定する固定部材と、前記装着孔と前記ハウジングとの間の前記隙間の軸方向の両端を閉塞するシール部材とを備え、該シール部材によって閉塞された前記隙間に流体が封入または還流される工作機械である。

本開示の第１実施形態に係る工作機械の概略構成を示す側面図である。図１の主軸ユニットと主軸ヘッドを示す縦断面図である。本開示の第２実施形態に係る工作機械の主軸ユニットと主軸ヘッドを示す縦断面図である。本開示の第２実施形態の変形例に係る工作機械の主軸ユニットと主軸ヘッドを示す縦断面図である。

〔第１実施形態〕
本開示の第１実施形態に係る工作機械について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係る工作機械１は、図１に示されるように、床面または設置面上に配置されるベッド３と、ベッド３から鉛直上方に延びるコラム５と、ワークＷが固定されるテーブル７と、工具Ｔを軸線Ｊ回りに回転させる主軸ユニット９と、主軸ユニット９を支持する主軸取付台１１と、テーブル７、主軸ユニット９および主軸取付台１１を制御する制御装置１３とを備えている。

テーブル７は、ベッド３上に水平に配置されている。
主軸取付台１１は、テーブル７の上方に配置され、コラム５によって支持されている。テーブル７および主軸取付台１１は、送りモータ（図示略）によって、水平方向および鉛直方向に相対移動可能に構成されている。

主軸取付台１１は、例えば、図２に示されるように、主軸ユニット９を収容可能な装着孔１１ａを有し、主軸ユニット９を着脱可能に装着することができる。装着孔１１ａは主軸取付台１１を鉛直方向に貫通している。

主軸取付台１１には、装着孔１１ａの下端部の開口の周囲に周方向に間隔をあけて複数のネジ孔１１ｂが設けられている。装着孔１１ａの内面には、周方向に延びる２つのＯリング溝１１ｃが形成されている。２つのＯリング溝１１ｃは、装着孔１１ａの深さ方向に間隔をあけて配置されている。

主軸ユニット９は、主軸取付台１１の装着孔１１ａに収容されることによって、軸線Ｊを鉛直方向に向けた姿勢で主軸取付台１１に支持される。主軸ユニット９は、図２に示されるように、筒状のハウジング１５と、ハウジング１５に収容される２つの軸受１７Ａ，１７Ｂと、軸受１７Ａ，１７Ｂによってハウジング１５に対して軸線Ｊ回りに回転可能に支持される主軸１９とを備えている。

ハウジング１５は、主軸取付台１１の装着孔１１ａに挿入される中空の筒部１５ａと、筒部１５ａの開口端に設けられ、径方向外方に拡がる環状のフランジ部１５ｂとを有している。
筒部１５ａは、主軸取付台１１の装着孔１１ａの内径寸法よりも小さい外形寸法を有している。このため、主軸取付台１１の装着孔１１ａに挿入された筒部１５ａと装着孔１１ａとの間には筒部１５ａの径方向に隙間Ｃが生じる。

フランジ部１５ｂは、主軸取付台１１の装着孔１１ａの内径寸法よりも大きい外形寸法を有している。フランジ部１５ｂには、ハウジング１５の長手方向に貫通する複数の貫通孔１５ｃが設けられている。複数の貫通孔１５ｃは、周方向に間隔を開けて配置され、主軸取付台１１の複数のネジ孔１１ｂと同じピッチで配列されている。

軸受１７Ａ，１７Ｂは、例えば、アンギュラ玉軸受である。軸受１７Ａ，１７Ｂは、ハウジング１５の筒部１５ａに収容され、筒部１５ａの長手方向に互いに間隔をあけて配置されている。

主軸１９は、下端部に工具Ｔを保持することができる。主軸１９は、軸受１７Ａ，１７Ｂを介してハウジング１５に軸線Ｊ回りに回転可能に収容されている。主軸１９は、例えば、スピンドルモータ等の主軸モータ（駆動部、図示略）によって軸線Ｊ回りに回転させられる。

また、工作機械１は、主軸ユニット９と主軸取付台１１とを固定する複数のボルト（固定部材）２１と、主軸取付台１１の装着孔１１ａと主軸ユニット９のハウジング１５との間に配置される円環状の２つのＯリング（シール部材）２３とを備えている。

２つのＯリング２３は、主軸取付台１１の装着孔１１ａの内面に形成された２つのＯリング溝１１ｃにそれぞれ一部が収容されることによって位置決めされる。各Ｏリング２３は、ハウジング１５の筒部１５ａの長手方向の両端部付近にそれぞれ配置されることが好ましい。

主軸ユニット９は、ハウジング１５の筒部１５ａが主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間に全周にわたって隙間Ｃをあけた状態で装着孔１１ａに挿入され、かつ、ハウジング１５のフランジ部１５ｂが装着孔１１ａの開口端に突き当てられた状態で、複数のボルト２１がハウジング１５の各貫通孔１５ｃを貫通して主軸取付台１１の各ネジ孔１１ｂにそれぞれ締結されることによって、主軸取付台１１に固定される。

また、ハウジング１５の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間の隙間Ｃの軸方向の両端がそれぞれＯリング２３によって閉塞される。その結果、ハウジング１５の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間に、筒部１５ａのほぼ全長にわたって連続する閉じられた空間が形成される。

２つのＯリング２３によって軸方向の両端が閉塞された隙間Ｃ、すなわち、ハウジング１５の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間の閉じられた空間には、例えば、油または水等の液体（流体）Ｆが封入されている。

制御装置１３は、プロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび不揮発性メモリ等を有する記憶部（いずれも図示略）とを備えている。記憶部には、加工プログラムが格納されている。制御装置１３は、加工プログラムに従って送り軸モータおよび主軸モータに制御指令を送信することにより、テーブル７、主軸ユニット９および主軸取付台１１の動作を制御する。これにより、制御装置１３は、工具ＴによるワークＷの加工を実行させる。

上記構成の主軸取付台１１に主軸ユニット９を取り付ける場合は、まず、主軸取付台１１の装着孔１１ａにハウジング１５の筒部１５ａを挿入し、装着孔１１ａの開口端にハウジング１５のフランジ部１５ｂを突き当てた状態で、ボルト２１によって、ハウジング１５と主軸取付台１１とを仮固定する。

次いで、２つのＯリング２３によって軸方向の両端が閉塞されているハウジング１５の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの隙間Ｃに液体Ｆを封入する。そして、ハウジング１５の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとを径方向に位置決めした状態で、主軸取付台１１のネジ孔１１ｂにボルト２１を締結することによって、主軸ユニット９を主軸取付台１１に固定する。

次に、本実施形態の工作機械１の作用について説明する。
上記構成の工作機械１によれば、制御装置１３によって加工プログラムに従って送り軸モータおよび主軸モータに制御指令が送信されることにより、テーブル７、主軸ユニット９および主軸取付台１１の動作が制御される。

具体的には、主軸ユニット９の主軸１９によって保持されている工具Ｔとテーブル７上のワークＷとが位置合わせされるとともに、主軸ユニット９の主軸１９が軸線Ｊ回りに高速回転する。これにより、主軸１９とともに高速回転する工具ＴによってワークＷが加工される。

本実施形態に係る工作機械１は、ハウジング１５の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間に全周にわたって隙間Ｃが設けられることにより、主軸ユニット９および主軸取付台１１において、主軸取付台１１の装着孔１１ａにハウジング１５を嵌合状態に挿入する場合ほどの加工精度を要しなくて済む。また、隙間Ｃによって形成されるハウジング１５の筒部１５ａのほぼ全長にわたって連続する空間に封入されている液体Ｆの粘性により、主軸ユニット９において発生した振動を吸収することができる。

したがって、本実施形態に係る工作機械１によれば、主軸取付台１１の装着孔１１ａにハウジング１５を嵌合状態に挿入することによって主軸ユニット９を主軸取付台１１に固定する場合と比較して、主軸ユニット９および主軸取付台１１の加工精度を緩和するとともに、主軸ユニット９から主軸取付台１１への振動の伝搬を抑制することができる。

本実施形態においては、主軸取付台１１がＯリング溝１１ｃを有することとした。これに代えて、例えば、ハウジング１５の筒部１５ａの外周面にＯリング溝を設けることとしてもよいし、主軸取付台１１の装着孔１１ａとハウジング１５の筒部１５ａの両方にＯリング溝を設けることとしてもよい。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る工作機械について説明する。
本実施形態に係る工作機械１は、主軸モータを冷却する冷却流体の流路を形成するジャケットを備える点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る工作機械１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態においては、例えば、図３に示されるように、工作機械１が、ハウジング１５に代えて、ジャケットが一体的に形成されたハウジング３１を備えている。
ハウジング３１は、筒部１５ａと、フランジ部１５ｂと、フランジ部１５ｂを長手方向に挟んで筒部１５ａとは反対側に延びる筒状の軸受収容部３１ａとを備えている。軸受収容部３１ａには、軸受１７Ａ，１７Ｂが嵌合状態に収容されている。

ハウジング３１は、筒部１５ａの外周面に全周にわたって窪む凹部３１ｂを有している。凹部３１ｂは、筒部１５ａの長手方向の広範囲に形成されている。凹部３１ｂには、筒部１５ａの中心軸回りに螺旋状に延びる壁３１ｃが設けられており、壁３１ｃによって凹部３１ｂに螺旋状の螺旋溝（流路）３１ｄが形成されている。螺旋溝３１ｄには、冷却流体としての液体Ｆを供給する供給流路および液体Ｆを排出する排出流路（いずれも図示略。）が接続されている。

凹部３１ｂの壁３１ｃは、主軸取付台１１の装着孔１１ａにハウジング３１の筒部１５ａが収容された状態で、装着孔１１ａとの間に隙間Ｇが形成される高さを有している。壁３１ｃと装着孔１１ａとの間の隙間Ｇは、螺旋溝３１ｄよりも流路抵抗が高くなる寸法に設定されている。これにより、ハウジング３１の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間の隙間Ｃが筒部１５ａのほぼ全長にわたって連続する。

本実施形態においては、主軸取付台１１のＯリング溝１１ｃに代えて、ハウジング３１の筒部１５ａの外周面に２つのＯリング溝３１ｅが形成されている。２つのＯリング溝３１ｅは、凹部３１ｂを挟んで筒部１５ａの長手方向に間隔をあけて配置されている。これら２つのＯリング溝３１ｅにそれぞれＯリング２３が配置されることにより、ハウジング３１の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間の隙間Ｃの軸方向の両端が閉塞される。

主軸モータ２５は、ハウジング３１の筒部１５ａと主軸１９との間に設けられ、筒部１５ａの凹部３１ｂの径方向内方に配置されている。主軸モータ２５は、ハウジング３１の筒部１５ａに嵌合状態に固定される円筒状の固定子２５ａと、固定子２５ａに対して軸線Ｊ回りに回転させられる円筒状の回転子２５ｂとを備えている。回転子２５ｂには主軸１９が嵌合状態に固定されており、回転子２５ｂとともに主軸１９が軸線Ｊ回りに回転される。

図３において、符号１９ａは、工具Ｔが装着される主軸１９のテーパ孔を示し、符号３１ｆは、軸受１７Ａ，１７Ｂを冷却する冷却流体を還流させる螺旋状の螺旋溝を示している。図４においても同様である。

本実施形態に係る工作機械１によれば、ハウジング３１に設けられた螺旋溝３１ｄに冷却用の液体Ｆを還流させることにより、主軸モータ２５を冷却することできる。これにより、主軸モータ２５の発熱による主軸１９の熱変位を防ぎ、加工精度の低下を防止することができる。

この場合において、凹部３１ｂの螺旋溝３１ｄを構成する壁３１ｃが主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間に隙間Ｇを有することにより、ハウジング３１の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間の隙間Ｃが筒部１５ａのほぼ全長にわたって連続し、かつ、凹部３１ｂを含む隙間Ｃ全体に液体Ｆが還流される。

したがって、隙間Ｃによって主軸ユニット９および主軸取付台１１の加工精度を緩和するとともに、主軸ユニット９において発生した振動を液体Ｆの粘性によって吸収し、主軸ユニット９から主軸取付台１１への振動の伝搬を抑制することができる。

また、ハウジング３１の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間の隙間Ｃに還流させる液体Ｆの供給源を主軸モータ２５を冷却する冷却流体の供給源と共通にし、装置の複雑化および大型化を抑制することができる。また、ジャケットがハウジング３１と一体的に形成されていることにより、主軸ユニット９の組み立てを容易にすることができる。

本実施形態は以下の構成に変形することができる。
本実施形態においては、ジャケットがハウジング３１と一体的に形成されていることとしたが、ジャケットがハウジング３１とは別体で形成されていてもよい。

本変形例に係る工作機械１は、例えば、図４に示されるように、外周面に螺旋溝３１ｄを有する筒状のジャケット３３を備えている。
ジャケット３３は、ハウジング３１に収容され、ハウジング３１と主軸モータ２５の固定子２５ａとの間に配置されている。ジャケット３３には、固定子２５ａが嵌合状態に固定されている。

ジャケット３３は、外周面に２つのＯリング溝３３ａを有している。２つのＯリング溝３３ａは、螺旋溝３１ｄを挟んでジャケット３３の長手方向に間隔をあけて配置されている。２つのＯリング溝３３ａにそれぞれＯリング２３が配置されることにより、螺旋溝３１ｄの軸方向の両端が閉塞される。螺旋溝３１ｄを構成する壁３１ｃは、ハウジング３１の内周面に接触する高さを有している。

本変形例においては、筒部１５ａの凹部３１ｂに壁３１ｃが設けられておらず、凹部３１ｂによって、筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間に、筒部１５ａの長手方向に連続する空間が形成される。筒部１５ａの外周面に設けられた２つのＯリング溝３１ｅにそれぞれＯリング２３が配置されることにより、凹部３１ｂを含むハウジング３１の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間の隙間Ｃの軸方向の両端が閉塞される。

また、ハウジング３１は、ジャケット３３の螺旋溝３１ｄと筒部１５ａの凹部３１ｂとを繋ぐ筒部貫通孔３１ｇを有している。これにより、螺旋溝３１ｄを流れる液体Ｆが筒部貫通孔３１ｇを経由して凹部３１ｂに流入する。その結果、凹部３１ｂを含むハウジング３１の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間の隙間Ｃ全体に液体Ｆが還流される。

本変形例の構成によっても、螺旋溝３１ｄに液体Ｆを還流させることによって主軸ユニット９の主軸モータ２５を冷却し、主軸モータ２５の発熱による主軸ユニット９の熱変位を防ぐことができる。また、螺旋溝３１ｄから凹部３１ｂを含む隙間Ｃ全体に還流される液体Ｆの粘性によって、主軸ユニット９において発生する振動を吸収し、主軸ユニット９から主軸取付台１１への振動の伝搬を抑制することができる。さらに、ジャケット３３とハウジング３１とが別体で形成されることにより、ジャケット３３およびハウジング３１の構成をシンプルにすることができる。

本変形例においては、ハウジング３１の筒部１５ａが凹部３１ｂを有することとしたが、ハウジング３１の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａとの間に筒部１５ａのほぼ全長にわたって連続する隙間Ｃが設けられていればよく、筒部１５ａが凹部３１ｂを有さなくてもよい。

本変形例においては、ハウジング３１の筒部１５ａがＯリング溝３１ｅを有することとしたが、ハウジング３１の筒部１５ａと主軸取付台１１の装着孔１１ａの少なくとも一方がＯリング溝を有することとすればよい。また、ジャケット３３がＯリング溝３３ａを有することとしたが、ジャケット３３とハウジング３１の筒部１５ａの少なくとも一方がＯリング溝を有することとすればよい。

以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本開示を上記実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。

例えば、上記各実施形態においては、流体として、油および水等の液体Ｆを例示して説明したが、流体は、主軸ユニット９において発生した振動を流体の粘性によって吸収することができるものであればよく、例えば気体であってもよい。

１工作機械
９主軸ユニット
１１主軸取付台
１１ａ装着孔
１５，３１ハウジング
１７Ａ，１７Ｂ軸受
１９主軸
２１ボルト（固定部材）
２３Ｏリング（シール部材）
２５主軸モータ（駆動部）
３３ジャケット
Ｆ液体（流体、冷却流体）

Claims

筒状のハウジングと、該ハウジングに収容される軸受と、該軸受によって前記ハウジングに対して軸線回りに回転可能に支持される主軸とを備える主軸ユニットと、
該主軸ユニットの前記ハウジングを径方向に隙間をあけて収容可能な装着孔を有し、前記主軸ユニットが着脱可能に装着される主軸取付台と、
前記装着孔と前記ハウジングとの間に全周にわたって前記隙間をあけた状態で前記主軸取付台と前記ハウジングとを固定する固定部材と、
前記装着孔と前記ハウジングとの間の前記隙間の軸方向の両端を閉塞するシール部材とを備え、
該シール部材によって閉塞された前記隙間に流体が封入または還流される工作機械。
前記流体が、前記主軸の駆動部を冷却する冷却流体である請求項１に記載の工作機械。
前記ハウジングに収容され、前記主軸を軸線回りに回転駆動させる駆動部と、
該駆動部を冷却する冷却流体の流路を形成するジャケットとを備え、
該ジャケットが前記ハウジングと一体的に形成されている請求項１または請求項２に記載の工作機械。
前記ハウジングに収容され、前記主軸を軸線回りに回転駆動させる駆動部と、
該駆動部と前記ハウジングとの間に配置され、前記駆動部を冷却する冷却流体の流路を形成するジャケットとを備え、
該ジャケットが前記ハウジングとは別体で形成されている請求項１または請求項２に記載の工作機械。