JP3616499B2

JP3616499B2 - 工作機械の主軸装置

Info

Publication number: JP3616499B2
Application number: JP19513298A
Authority: JP
Inventors: 治幸白石; 隆史星
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: JP2000015541A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣフライス盤やマシニングセンタ等の工作機械の主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主軸が高速回転する工作機械においては、主軸を回転支持する軸受の転がり摩擦熱の伝導、輻射や主軸駆動用モータの発熱等に基づいて主軸が不均一な温度分布で加熱され、軸線方向の伸びが生じ加工精度が損なわれる。
その対策として従来、主軸軸受を外輪側から冷却して前記軸受に発生する転がり摩擦熱を強制回収する手段が施されている。
また、主軸軸心に設けた中空部に主軸後端から冷却液を供給し、主軸を回転支持する軸受近傍にその冷却液を供給、循環させ、主軸を介して間接的に軸受を冷却する方法も採用されている。
しかしながら、その種形式の冷却手段のみでは、軸受の転がり摩擦熱の極めて僅かな部分しか外部に回収することができず、近年要求される主軸の極度な高速回転、加工精度の要求を満たすのに充分ではない。
【０００３】
そこで、特公平２−４６３４５号公報に示すように、主軸１の軸線方向に延設された流入通路１２に冷却液を供給し、前記流入通路１２に連通して主軸前部を支持する軸受の内輪２ａに対応する主軸１の外周部に螺旋状の冷却（液流通）溝１４を形成し、前記冷却溝１４を流通した冷却液を冷却溝１４に連通して主軸１の軸線方向に延設された流出通路１３から回収する、工作機械主軸の支承装置が提案されている。
これによって、軸受内輪に近接した領域から効率的な熱導出が可能となり、主軸及びその軸受部分への熱伝導を回避することができ、ひいては高い加工精度も保証される。
【０００４】
ところで、この主軸の支承装置には、主軸軸線に平行して延設した一対の冷却液の流入通路１２，流出通路１３を主軸それ自体に穿設する構成を必須要件とする。
主軸が中空で内部にドローバーなどが配設されているときには、主軸の肉薄筒体に前記冷却液の流入通路１２、流出通路１３等を穿設することになるから、その加工位置、長さなどに配慮する必要があり、主軸の剛性が低下するおそれもある。
また、主軸後部を支持する軸受、主軸駆動用モータのロータに対応する冷却手段が欠如し、主軸全体に亘る発熱部の冷却を充分に行うことは望むべくもない。
【０００５】
また、実公平７−４６４５０号公報に開示された主軸軸受の冷却構造によれば、主軸６の軸受部位に外筒５を嵌着するとともに、前記外筒５をハウジング２に回転可能に軸受、支持し、前記主軸６または外筒５の少なくとも一方の嵌合面に螺旋溝６ａを形成し、主軸６中心穴に挿通したドローバー８の工具固着用の弾性部材収容筒９の外周と中心穴との間に流路となる隙間９ａを形成して嵌挿し、前記ドローバー８の外周に通じる流路９ｂから前記収容筒９外周の隙間９ａ、前記螺旋溝６ａ及び還流路１ａに連なる流路６ｃを形成して、主軸６中心側から冷却液を通すようにした主軸軸受の冷却構造が提案されている。
前記冷却構造は、軸受を、少なくとも外筒の内周面に削設した螺旋溝６ａもしくはスプライン溝を流通する冷却液により外筒を介して間接的に冷却するようにしているから冷却効率が高いとはいえず、その分、冷却液供給量を多くする必要がある。また、主軸に取り付けた主軸駆動用モータのロータの冷却も、前記弾性部材収容筒の外周と主軸中心穴との間に形成された隙間を流通する冷却液により主軸の肉厚部を介して行われるから、効率的とはいえない。
【０００６】
さらに、特開平５−３０９５４５号公報記載のスピンドル装置及びその製造方法では、先端部に工具ホルダ２を着脱自在に装着可能とした主軸１と、前記主軸１外周面に固着した筒体４０に対応して前記主軸１をハウジング３に回転自在に軸支して主軸１外周面と前記筒体４０との嵌合面の一方に穿設した螺旋溝３７と、前記主軸１に挿入された工具クランプ用のドローバー１６の内部の軸心方向に設けた冷却液供給路４３と、工具ホルダ２に設けた加工液供給路５０と、前記螺旋溝３７の各端をそれぞれ前記冷却液供給路４３と加工液供給路５０とに連結する連通孔４６，４９とから冷却液流路を形成してなり、前記ドローバー１６内部の軸心方向に設けた冷却液供給路４３に供給した冷却液を、前記螺旋溝３７、工具ホルダ２に設けた加工液供給路５０を通して工具２ａ先端部から排出するようにし、主軸１前部を支持する軸受５を筒体４０を通して冷却するようにしたスピンドル装置が開示されている。
このスピンドル装置も、主軸軸受を筒体を介して間接的に冷却し、また、主軸後部を支持する軸受及び主軸駆動用モータのロータに対応する冷却手段が充分に整っているとはいえない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術に内在する問題点に鑑み、本発明の目的は、前部から後部にわたる主軸外周面に連続した冷却液流路を形成して、主軸、主軸軸受、主軸駆動用モータなどを直接的にかつ一度に冷却するようにし、主軸のＺ軸方向の伸びの軽減、主軸高速回転時における予圧増加、熱変位安定時間の短縮を図る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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の工作機械の主軸装置は、次に述べるとおりの各構成要件を具備している。
（１）軸受を介してハウジングに主軸を回転支持する工作機械の主軸装置において、
外部に設けた冷却液源からの冷却液を前記主軸の内部に供給する冷却液供給手段と、
前記主軸の内部に連通して前記主軸の前部から後部にわたる外周部に連続して形成された螺旋状の冷却液流路でなり、前記冷却液供給手段により前記主軸の内部に供給された冷却液を流通させて前記主軸を冷却するとともに、前記主軸の前部軸受、主軸駆動用モータのロータ及び前記主軸の後部軸受の内側に前記冷却液を接触させて直接的に冷却する冷却手段と、
前記冷却手段の冷却液流路を流通した冷却液を、前記冷却液源に回収する冷却液回収手段と、
を具備する工作機械の主軸装置。
【０００９】
（２）前記冷却手段の冷却液流路は、前記主軸に挿入された工具クランプ用ドローバーの軸心に穿設した軸線方向流路と、前記軸線方向流路に連通して前記主軸の半径方向へ冷却液を流通させる半径方向流路と、前記半径方向流路に連通して前記主軸の前部から後部にわたる外周部に連続して形成された螺旋状流路とにより構成した上記第（１）項に記載の工作機械の主軸装置。
【００１０】
（３）前記冷却手段の冷却液流路は、前記主軸に挿入された工具クランプ用ドローバーの外周面と前記主軸の内周面とにより形成される環状間隙と、前記環状間隙に連通して前記主軸の内部に供給され前記主軸の半径方向へ冷却液を流通させる半径方向流路と、前記半径方向流路に連通して前記主軸の前部から後部にわたる外周部に連続して形成された螺旋状流路とにより構成した上記第（１）項に記載の工作機械の主軸装置。
【００１１】
（４）前記冷却手段の冷却液流路は、前記主軸に挿入された工具クランプ用ドローバーに穿設した軸線方向流路と、前記軸線方向流路に連通して前記主軸の半径方向へ冷却液を流通させる第１の半径方向流路と、前記第１の半径方向流路に連通して前記主軸の前部から後部にわたる内周部に連続して形成された第１の螺旋状流路と、前記第１の螺旋状流路に連通して前記主軸の半径方向へ冷却液を流通させる第２の半径方向流路と、前記第２の半径方向流路に連通して前記主軸の前部から後部にわたる外周部に連続して形成された第２の螺旋状流路とにより構成した上記第（１）項に記載の工作機械の主軸装置。
【００１２】
【作用】
本件発明の作用を概略、説明すれば、次のとおりである。
冷却液源から、ドローバーの軸心に穿設した軸線方向流路に向けて冷却液を供給すると、主軸軸孔と主軸前側に配置した工具ホルダ固定部材などとの隙間、直径方向連通孔を通って冷却液が、主軸の前部から後部まで主軸外周面に連続して穿設した螺旋状流路の始端に達する。
前記ドローバーの軸線方向流路が、冷却液とは独立した切削液供給通路に利用されている形式の主軸装置に対しては、前記冷却液源からの冷却液は、主軸後端面の内孔とドローバー外筒との間を通って主軸前側に配置した工具ホルダ固定部材などの隙間に供給され、そこで主軸の前部から後部まで主軸の外周面に連続して穿設した螺旋状流路の始端に達する。
【００１３】
螺旋状流路の始端に達した冷却液は、螺旋状流路を流通して主軸後端方向に流れながら主軸前側を支持する複数の軸受の内輪を、つぎに、主軸駆動用モータのロータを内側から、さらに、主軸後側軸受の内輪を直接冷却し、主軸後端面から冷却液源に排出される。
すなわち、主軸前側に供給した冷却液を後端面から外部に循環・回収する間の冷却液通路構造が簡単で、その間、主軸に係わるすべての発熱部材を効率的に直接冷却する。
これによって、最近要求される主軸の高速回転に対応し、軸受の摩擦熱などに基づく主軸の歪、変位の影響を最小限に止める事ができ、精密加工を施すことが可能となる。
【００１４】
また、冷却液噴射ノズルを軸受内輪または軸受固定用カラーに穿設し、冷却液源からの冷却液を供給するようにして、軸受鋼球、ローラなどの潤滑、内外輪の冷却を行ってもよい。
図示してはないが、当該流路には、冷却液の冷却手段、循環ポンプまたは温度制御手段等、冷却液の定温維持に必要な公知手段が、装備、付設されている。
上記手段は例えば、還流液温度を検知して、温度を調節したり流量を変化させるなどして熱の回収量を変化させ、冷却液温度を可及的に所要の一定温度に維持するよう制御する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について説明するが、本発明の構成要件のうちには、本発明の出願当時の当業界の技術水準の範囲内で、適宜に変更可能な部材を含むから、本実施形態のみに基づいて、発明の要旨を減縮して解することは許されない。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す工作機械の主軸装置の側断面図を、図２は主軸の側面図を示すもので、図中、主軸１の外周面には図２に示すように、その前部から後部にわたって冷却液が流れる連続した螺旋溝３が穿設してある。
本実施形態の場合、前記螺旋溝３は、右ねじ方向に沿って削設されている。
これによって螺旋溝３内を流通する冷却液は、一般的に右回転する主軸１の回転に伴い、液の循環を幇助するような方向の作用を受けることができる。
つまり、主軸１が回転することにより冷却液は螺旋溝３に沿った方向に力を受け、このとき主軸１の回転速度が高くなるほど、冷却液の流通・排出効率がよくなる。
【００１６】
前記螺旋溝３の始端および末端は、図１に示すように、それぞれ主軸１の中心軸線に沿って設けた軸穴５と前記軸穴５に嵌着した工具ホルダのプルスタッド７の固着用コレットチャック部材の案内筒３７外周面との間に設けた冷却液供給路９、及び主軸１後端面に開口した冷却液回収孔１１に連通している。
なお、前記冷却液供給路９と冷却液回収孔１１とが、それぞれ螺旋溝３を介して連通してさえいれば、前記螺旋溝３は二重であっても、三重であっても差し支えはない。
また、前記螺旋溝３は、主軸１の前部から後部にわたって連続していることが必要で、主軸１外周面の軸線方向の中途にフランジなどを設けた際には、それぞれフランジを貫いて連通孔を穿設して、螺旋溝３相互をつなぐようにしている。
【００１７】
ハウジング１３に対する主軸１の支持構造について説明すると、主軸１の前方から後方に向けて、主軸１の前端付近に嵌着したベアリング押え及びカラーに連設して第１のフロントベアリング１５の内輪を、つぎに液溜りを備えたカラーに連設して第２のフロントベアリング１７の内輪を嵌着し、その長手軸方向を第２フロントベアリング１７側のカラーを介してハウジング１３とハウジング１３に固定したベアリング押え１９によってハウジング１３に対し、その直径方向をフロントベアリング１５，１７の外輪をハウジング１３の内筒に嵌着することにより、それぞれ固定している。前記構成において、主軸１の外周面に削設した螺旋溝３の始端は、少なくとも主軸１に対する第１フロントベアリング１５の嵌着位置に重なるか同一であることが好ましい。
主軸１に設けた螺旋溝３の開放面は、それぞれカラー、フロントベアリング１５，１７の内輪、及びフロントベアリング１５，１７間のカラーに設けた液溜り等により外界に対し閉鎖空間を形成しており、そのため、螺旋溝３内を流通する冷却液が、不必要に外部空間に洩れ出すおそれはない。
ここで、フロントベアリング１５，１７間のカラーに設けた液溜りは、主軸１の高速回転時にベアリング１５，１７からカラーに伝わる熱を液溜り中の冷却液により回収して、ベアリング１５，１７の予圧を安定させる役割がある。
【００１８】
要するに、冷却液流路を形成する側壁の一部が前記フロントベアリング１５，１７の内輪等により形成されているから、フロントベアリング１５，１７乃至フロントベアリング１５，１７の内輪は、螺旋溝３内を流通する冷却液と直接接触して効率的に冷却される。
主軸１をハウジング１３に対して軸支するリヤベアリング２１と前記フロントベアリング１５，１７との主軸１の中間には、ハウジング１３に組み付けた主軸駆動用モータのステータに対するロータ２３が嵌着されているが、主軸１の外周面に削設した冷却液流通用の螺旋溝３は前記ロータ２３の嵌合部の下を潜って連続している。したがって、ロータ２３は螺旋溝３内を流通する冷却液と直接に接触して効率的に冷却される。
【００１９】
ここで、ベアリング１５，１７（ハウジング１３）の主軸軸線方向側面から主軸駆動用モータのロータ２３両側面までの主軸１外周面を適宜の手段により被覆して螺旋溝３の開放面を外界に対し閉鎖し、螺旋溝３を流通する冷却液が前記溝を飛び越したり、不必要に空間に洩れ出すことが無いようにしている。
主軸１を軸支する前記リヤベアリング２１とハウジング１３との構造上の関係は、フロントベアリング１５，１７の場合のそれと同一である。ただし、リヤベアリング２１は、主軸１の後端に形成したフランジとハウジング１３の端面に取り付けたブラケット２５とによって、その長手軸方向位置が決められている。
【００２０】
また、螺旋溝３との構造、作用上の関係は、フロントベアリング１５，１７のそれと同一である。リヤベアリング２１乃至リヤベアリング２１の内輪を冷却した冷却液は、主軸１に設けた冷却液回収孔１１を介してハウジング１３の端面に取り付けたブラケット２５の内筒空間に排出され、さらに冷却液源２７に循環する。
冷却液源２７から送り出される冷却液は、後述するロータリジョイント２９、クーラントロッド３１の冷却液供給孔３３を通して、さきの冷却液供給路９に流通する。
【００２１】
つぎに、上記冷却液循環回路に関連する構造を説明する。
前記クーラントロッド３１の冷却液供給孔３３は、一端を前記ロータリジョイント２９に連通し、他端はドローバー３５の直径方向孔を通して、主軸１に設けた軸穴５と工具ホルダのプルスタッド７のコレットチャック部材の外周面との間に設けた冷却液供給路９に連通している。冷却液供給路９と主軸１の外周面に設けた螺旋溝３の一端とが連通していることは、さきに説明した通りである。
工具ホルダのプルスタッド７を固着するコレットチャック部材は、主軸１に設けた軸穴５内に配置されている案内筒３７と、プルスタッド７を係止、開放するコレット爪３９と、前記コレット爪３９を作動するドローバー３５及び前記ドローバー３５に嵌着し、その長手方向に複数枚、重積した皿ばね４１とより構成され、前記皿ばね４１は、外力が作用していないときドローバー３５を引っ張り、それによってコレット爪３９をプルスタッド７に係止し、工具ホルダを主軸１に固着するよう付勢している。
【００２２】
前記クーラントロッド３１は、前記ドローバー３５内に挿入、固定されたブラケット２５に穿設したシリンダ４３内で滑動するアンクランプピストン４５を貫いて配置され、前記ロッド３１外周面とピストン４５の貫通孔との間は、液密で、かつ滑動関係を保持している。
ブラケット２５内に設けたシリンダ４３は、その前後端がそれぞれ油圧源４７に連通しており、機械制御装置などの制御装置４８により油圧源４７を操作し、圧油をシリンダ４３の後側区画に圧入してアンクランプピストン４５を前方に移動させると、前記ピストン４５がドローバー３５の後端面を押圧し、皿ばね４１の付勢に抗して前方に移動させる。
ドローバー３５が前方に移動すると、コレット爪３９が前方に押し出されて、爪３９とプルスタッド７との係止が開放され、これによって工具ホルダの交換が可能となる。
【００２３】
また、油圧源４７を操作して圧油をシリンダ４３の前側区画に圧入し、アンクランプピストン４５を後方に移動させれば、図１に示すように、ドローバー３５はアンクランクピストン４５の押圧から開放されて複数枚の皿ばね４１の付勢により主軸１の軸線方向後方に変位し、再び、コレット爪３９をプルスタッド７に係止して工具ホルダを主軸１に固定する状態となる。
本実施形態の主軸装置における各部材の作用は、上記【作用】の欄に記載してあるので参照されたい。
【００２４】
図３は、本発明の第２の実施形態を示す工作機械の主軸装置の側断面図を示し、図中、第１の実施形態において説明した符号と同一符号を付した部材は、相互に同一名称、構造である。
そこで、第２の実施形態においては、第１の実施形態で説明した構成と異なる部材のみについて説明する。
【００２５】
本実施形態は、切削工具の刃部に切削液を供給する形式の主軸装置であって、そのために工具ホルダ及びプルスタッド７の中心軸を貫通して切削液噴出孔４９が設けてある。ロータリジョイント２９を介して連通するクーラントロッド３１の切削液供給孔５１には切削液源５３が連通しているから、主軸装置の冷却液流路は別に用意しなければならない。
前記クーラントロッド３１の一端のロータリジョイント２９側はラジアルスラストベアリング等を介してクーラントロッドピストン５５に対して回転自在に軸支（長手軸方向には拘束）し、前記ピストン５５をブラケット２５内のシリンダ４３と長手軸方向に連設したシリンダ５７内に滑動自在に嵌入する。
【００２６】
このクーラントロッドピストン５５は、常時、スプリング５９によって長手軸方向前方に付勢されており、それによってクーラントロッド３１の前端面がシール部材を介して工具ホルダのプルスタッド７の後端面に当接され、前記切削液噴出孔４９とクーラントロッド３１の切削液供給孔５１とを水密に連結している。
前記ピストン５５に対し、スプリング５９と反対側のシリンダ５７の区画内に圧油を供給して、ピストン５５をスプリング５９の付勢に抗して長手軸方向後方に移動させるときは、工具交換のため、プルスタッド７をコレット爪３９の係止から解除する場合であり、その際は勿論、切削液源５３からの切削液の供給を停止させている。
【００２７】
切削液の供給、停止の指令は、別に設けた制御装置４８により行われる。
前記シリンダ５７に対する圧油の供給を停止すれば、ピストン５５にスプリング５９の付勢が掛かって、クーラントロッド３１を前進させる。このとき迄には、工具交換が終了して、工具ホルダのプルスタッド７が主軸１の所定位置に固着されている。
切削液源５３からの切削液の供給は、その後に開始するよう制御している。
【００２８】
本実施形態において、螺旋溝３までの冷却液流路は、主軸１に穿設した軸穴５内面とドローバー３５との間に存在する隙間を利用する。すなわち、主軸１の後端面に対し滑動可能に密着するようブラケット２５に固着したブロック６１によって、主軸１の後端面に開口する前記軸穴５をドローバー３５の後端面を除いて密封すると共に、前記ブロック６１を貫いて冷却液供給孔６３を穿設し、その一方端をブラケット２５を貫通して冷却液源２７に、他方端を前記主軸１に穿設した軸穴５内面とドローバー３５との間に存在する隙間６４に連通する。前記隙間６４は、結局、主軸１の軸穴５内面とコレットチャック部材の外周面との間の冷却液供給路９に連通し、それから後の冷却液流路は、第１の実施形態において述べたとおりである。
【００２９】
また、主軸１外周面に設けた螺旋溝３の終端に連通する冷却液回収孔１１は、主軸１の後端面に開口し、回収冷却液は、前記ブロック６１に設けた貫通孔を通ってブラケット２５内の空隙を介して冷却液源２７に循環、回収される。
上記構成のうち、工具ホルダ、プルスタッド７、及びコレットチャック部材、ドローバー３５、アンクランプピストン４５等の動作は、第１の実施形態に述べたとおりである。
なお、制御装置４８は、冷却液源２７、油圧源４７、及び切削液源５３への液または圧油の供給、停止、並びに、それら動作のタイミングを所望通りに制御する。
主軸１、フロントベアリング１５，１７、リヤベアリング２１、及び主軸駆動用モータのロータ等の冷却作用は、第１の実施形態で述べたとおりである。
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本件発明の主軸装置の他の実施形態のフロントベアリング付近の側断面図を示すもので、その構成は、ノズルを用いた冷却液噴射による軸受の冷却手段を除き、第１及び第２の実施形態で述べたとおりである。
第１及び第２の実施形態において、フロントベアリング１５，１７の内輪は直接、冷却液に触れて冷却されるけれども、軸受の転動体（鋼球）、外輪迄を効果的に冷却するという保証はない。主軸１が高速回転したとき軸受に発生する転がり摩擦熱は、鋼球、外輪にも生じ、その熱が伝導して、結局、主軸装置を加熱することになるから、これらの部材も冷却することが望ましい。
図４（ａ）に示すベアリング冷却手段は、主軸１の軸穴５に連通する冷却液供給孔６５を主軸１及びべアリング１５，１７の内輪を半径方向に貫通して穿設し、冷却液供給圧または主軸１の高速回転に基づく遠心力によって当該冷却液を軸受外輪、鋼球側に噴射して、軸受の潤滑、冷却作用を行わせる。
【００３１】
この場合、フロントベアリング１５，１７の内、外輪及び鋼球を潤滑、冷却した冷却液は、ハウジング１３に穿設した排出孔（図示せず）等から外部に回収し、それを冷却液源２７に還流する。
したがって、フロントベアリング１５，１７の内輪は、主軸１外周面の螺旋溝３を流通する冷却液と直接的に接触して効果的に冷却される一方、軸受の鋼球、外輪に発生する熱も噴射冷却液によって回収される。
【００３２】
図４（ｂ）に示すベアリング冷却手段は、ハウジング１３に穿設した冷却液供給ノズル６７を、それぞれ軸受の鋼球に向けて開口し、転動する鋼球に冷却液を噴射して、各軸受に発生する転動摩擦熱を冷却液に回収する。
前記冷却液供給ノズル６７は、オイルエア、オイルミスト潤滑またはジェット潤滑に供することができる。
なお、本実施形態における、その他の構成、作用は、第１及び第２の実施形態において記載したとおりである。
いずれにしても、主軸軸受は、内外輪、転動体のすべてを冷却するようにしたから、軸受の転動摩擦熱を効果的に回収することができる。
【００３３】
一般的に、タップ加工、つまり主軸１を低速で右・左回転（正転方向・逆転方向）に繰り返し回転動作させる加工を除いて、主軸１は右回転（正転方向）でしか使用しない。ここで、本発明の第１及び第２の実施形態で示す工作機械の主軸装置でタップ加工を行うとき、主軸１の逆転方向の回転動作時には、主軸１の外周部に形成した螺旋溝３を主軸１の後部から前部に冷却液を流通させる方向へ力が働き、主軸１の内部に供給された冷却液が螺旋溝３を流通、循環しないことが起こり得る。
しかし、タップ加工の場合には、主軸１を比較的低速で回転動作させることから、螺旋溝３を主軸１の後部から前部に冷却液を流通させる力は小さく、冷却液供給ポンプが発生する吐出圧力により、冷却液を主軸１の前部から後部に向けて螺旋溝３内を流通させることができる。
【００３４】
ミラーイメージ機能を利用して、主軸１を比較的高速で右・左回転（正転方向・逆転方向）に回転動作させる加工を行うことがある。本発明の第１及び第２の実施形態で示す工作機械の主軸装置でこのような加工を行うときは、主軸１の逆転方向の回転動作時には、主軸１の外周部に形成した螺旋溝３を主軸１の後部から前部に冷却液を流通させる方向への力により、主軸１の内部に供給された冷却液が螺旋溝３を流通、循環できない。
このような問題点を解決するものとして、第１及び第２の実施形態とは別の実施形態を以下に示す。
【００３５】
図５は、本発明の第３の実施形態を示す工作機械の主軸装置の側断面図、図６は、図５における主軸の断面図、図７は、図６におけるＡ−Ａ断面図である。
図中、第１及び第２の実施形態で説明した符号と同一符号を付した部材は、相互に同一名称及び構造であるので、第３の実施形態においては第１及び第２の実施形態で説明した名称及び構造と相違する部材について詳細に説明する。
【００３６】
本実施形態は、略説すると第１及び第２の実施形態で示すように、主軸１の前部から後部にわたる外周部に形成された螺旋溝３に加えて、螺旋溝３に連通して主軸１の前部から後部にわたる内周部に、前記螺旋溝３の巻き方向とは逆方向の巻き方向を有する第２の螺旋溝６９を形成したものである。
主軸１の外周面には、主軸１の正転（右回転）方向の巻き方向を有し、主軸１の前部から後部にわたり螺旋溝３が形成され、主軸１の内周部とドローバー３５の外周部との間にはドローバー３５の軸線方向への移動を案内する案内筒７３が嵌入され、案内筒７３の外周部には、主軸１の正転（右回転）方向の巻き方向を有し主軸１の前部から後部にわたり螺旋溝６９が形成されている。ここで、主軸１の内周面に螺旋溝６９を形成し、主軸１の内周部とドローバー３５の外周部との間に螺旋溝６９の開口部を覆うように円筒部材を嵌入してもよいことはいうまでもない。
【００３７】
よつて、主軸１の正転方向への回転時には、冷却液源２７から供給される冷却液は、ブラケット２５及びアンクランクピストン４５に形成された冷却液供給路を介してドローバー３５に形成された冷却液供給孔７１に供給され螺旋溝６９の始端に達し、螺旋溝６９を主軸１の後部から前部に向けて流通し、その終端から螺旋溝３の始端に達する。その後、冷却液は螺旋溝３を主軸１の前部から後部に向けて流通してその終端に達し、図７に示す冷却液回収孔１１または冷却液回収溝７７を経て、冷却液源２７に循環、回収される。
【００３８】
主軸１の逆転方向への回転時には、冷却液源２７と主軸装置との間に設けられた電磁弁７５を切り換えることにより、冷却液源２７から供給される冷却液は、ブラケット２５及びアンクランクピストン４５に形成された冷却液供給路を介して、ドローバー３５に形成された冷却液供給孔７１ではなく、主軸１に形成された冷却液回収孔１１または冷却液回収溝７７に供給され螺旋溝３の始端に達する。その後、冷却液は主軸１の後部から前部に向けて流通し、その終端から螺旋溝６９の始端に達する。
その後、冷却液は螺旋溝６９を主軸１の前部から後部に向けて流通してその終端に達し、ドローバー３５に形成された冷却液供給孔７１を経て、冷却液源２７に循環、回収される。
つまり、主軸１の前部から後部にわたる外周部及び内周部に連続して、巻き方向が相違する螺旋溝３，６９を形成することにより、主軸１の正転方向、逆転方向への回転方向にかかわらず、螺旋溝３，６９に冷却液を流通、回収させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本件発明の工作機械の主軸装置は、
冷却液を軸受内輪に直接接触させて冷却することにより、効率的な冷却効果が得られ、主軸のＺ軸方向の熱変位の軽減に効果が大きく、主軸の高速回転時における予圧の増加を押えることが可能となる。また、主軸回転数の切り替えに応じ、主軸の熱変位安定時間を短縮することができる。
さらに、循環冷却液の液温を検出して、主軸装置の温度変化幅を減縮するのに好適な所望の流量変化、冷却液温の調整をすることも可能である。
等々、従来装置には期待することができない、格別の作用、効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す工作機械の主軸装置の側断面図である。
【図２】図１における主軸の側面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す工作機械の主軸装置の側断面図である。
【図４】本発明の工作機械の主軸装置のフロントベアリング付近の実施形態を示す拡大側断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す工作機械の主軸装置の側断面図である。
【図６】図５における主軸の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図７】図５おけるＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１主軸
３螺旋溝
５軸穴
９冷却液供給路
１１冷却液回収孔
１３ハウジング
１５第１フロントベアリング
１７第２フロントベアリング
２１リヤベアリング
２３ロータ
２７冷却液源
３３冷却液供給孔
３５ドローバー
３７案内筒
４９切削液噴出孔
５１切削液供給孔
５３切削液源
６４隙間
６９螺旋溝
７１冷却液供給孔
７３案内筒
７５電磁弁
７７冷却液供給溝

Claims

軸受を介してハウジングに主軸を回転支持する工作機械の主軸装置において、
外部に設けた冷却液源からの冷却液を前記主軸の内部に供給する冷却液供給手段と、
前記主軸の内部に連通して前記主軸の前部から後部にわたる外周部に連続して形成された螺旋状の冷却液流路でなり、前記冷却液供給手段により前記主軸の内部に供給された冷却液を流通させて前記主軸を冷却するとともに、前記主軸の前部軸受、主軸駆動用モータのロータ及び前記主軸の後部軸受の内側に前記冷却液を接触させて直接的に冷却する冷却手段と、
前記冷却手段の冷却液流路を流通した冷却液を、前記冷却液源に回収する冷却液回収手段と、
を具備することを特徴とした工作機械の主軸装置。
前記冷却手段の冷却液流路は、前記主軸に挿入された工具クランプ用ドローバーの軸心に穿設した軸線方向流路と、前記軸線方向流路に連通して前記主軸の半径方向へ冷却液を流通させる半径方向流路と、前記半径方向流路に連通して前記主軸の前部から後部にわたる外周部に連続して形成された螺旋状流路とにより構成した請求項１に記載の工作機械の主軸装置。
前記冷却手段の冷却液流路は、前記主軸に挿入された工具クランプ用ドローバーの外周面と前記主軸の内周面とにより形成される環状間隙と、前記環状間隙に連通して前記主軸の内部に供給され前記主軸の半径方向へ冷却液を流通させる半径方向流路と、前記半径方向流路に連通して前記主軸の前部から後部にわたる外周部に連続して形成された螺旋状流路とにより構成した請求項１に記載の工作機械の主軸装置。
前記冷却手段の冷却液流路は、前記主軸に挿入された工具クランプ用ドローバーに穿設した軸線方向流路と、前記軸線方向流路に連通して前記主軸の半径方向へ冷却液を流通させる第１の半径方向流路と、前記第１の半径方向流路に連通して前記主軸の前部から後部にわたる内周部に連続して形成された第１の螺旋状流路と、前記第１の螺旋状流路に連通して前記主軸の半径方向へ冷却液を流通させる第２の半径方向流路と、前記第２の半径方向流路に連通して前記主軸の前部から後部にわたる外周部に連続して形成された第２の螺旋状流路とにより構成した請求項１に記載の工作機械の主軸装置。