JP4163802B2

JP4163802B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP4163802B2
Application number: JP02084699A
Authority: JP
Inventors: 郁夫田辺
Original assignee: Takamatsu Machinery Co Ltd
Current assignee: Takamatsu Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-01-28
Also published as: JP2000218452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工物に切削加工等の加工を施す工作機械、特に主軸台を冷却するようにした工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作機械の代表例であるＮＣ旋盤は、工場の床等に設置される旋盤本体を備えている。この旋盤本体には主軸台が設けられ、主軸台には主軸が回転自在に支持されている。主軸にはチャック手段が装着され、このチャック手段に加工すべき加工物がチャックキング保持される。また、旋盤本体にはＺ軸移動テーブルが移動自在に支持され、このＺ軸移動テーブルにはＸ軸移動テーブルが移動自在に支持されている。Ｚ軸移動テーブルはＺ軸方向に往復動移動され、またＸ軸移動テーブルはＸ軸方向に往復移動される。更に、Ｘ軸テーブルには工具台が設けられ、この工具対には加工工具が着脱自在に取り付けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＮＣ旋盤では、切削加工中、主軸が所定方向に回転駆動されるので、主軸を支持する主軸軸受が発熱し、発生した熱が主軸台に伝達される。この発生する熱によって主軸台の温度が上昇すると、この主軸台が熱変形し、主軸軸受を介して主軸を高精度に支持することが困難になる。この主軸の支持は加工物の加工精度に大きな影響を与え、その支持状態が変化すると高精度な切削加工ができなくなる。
【０００４】
このような熱変形に起因する加工精度の低下は、フライス盤、研削盤、中ぐり盤等のその他の工作機械にも同様に存在する。
本発明の目的は、簡単な構成でもって主軸台の熱変形を抑えることができる工作機械を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、工作機械本体と、前記工作機械本体の主軸台に回転自在に支持され、所定方向に回転駆動される主軸と、前記主軸に装着され、加工物又は加工工具を保持するための保持手段とを具備する工作機械において、
前記主軸台の少なくとも一部には、毛管現象によって液体を保持する液体保持部材が設けられ、前記液体保持部材に関連して、前記主軸台を冷却するための液体を前記液体保持部材に供給する液体供給手段が設けられ、また前記主軸又は前記保持手段には、前記液体保持部材に向う空気流を生成するための羽根が設けられ、前記羽根の回転によって生成される空気流による冷却作用及び前記液体保持部材に保持された液体の気化による冷却作用によって、前記主軸台が冷却されることを特徴とする。
【０００６】
本発明に従えば、主軸台の一部に液体保持部材が設けられ、この液体保持部材は、液体供給手段から供給された液体を毛管現象によって保持する。また、保持手段又は主軸には羽根が設けられ、この羽根は主軸の回転と一体的に回転し、この回転によって液体保持部材に向かう空気流が生成される。従って、主軸台は、液体保持部材に向けて流れる空気流によって冷却されるとともに、液体保持部材に保持された液体の気化熱によっても冷却され、かくして主軸台の温度上昇を抑え、主軸台の熱変形を防止することができる。生成される空気流は液体保持部材に向けて流れるので、液体の気化が促進され、主軸台の温度上昇を一層効果的に抑えることができる。また、羽根は、加工中に回転駆動される保持手段又は主軸に設けられるので、専用の回転駆動源を必要とせず、簡単な構成で主軸台を強制冷却することができる。また、このように構成することによって、主軸の回転数が上昇すると、発生する熱も大きくなるが、このとき羽根の回転数も上昇してその冷却効果が高められ、主軸の回転数が上昇しても主軸台を所望の通りに冷却することができる。
【０００７】
また、本発明では、前記液体保持部材は前記主軸台の正面に設けられ、前記羽根は前記保持手段に設けられ、前記羽根の回転によって、前記主軸台の前記正面に向かう空気流が生成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に従えば、液体保持部材が主軸台の正面に設けられ、羽根がチャック手段に設けられている。それ故に、従来の工作機械に大きな設計変更を施すことなく主軸台を冷却することができ、また工作機械の大きさが実質上大きくなることもない。
【０００９】
更に、本発明では、前記主軸台を冷却するための液体は水であり、前記液体保持部材は吸水性部材であり、また前記液体供給手段は、水が収容された収容器を含み、前記吸水性部材の一部が前記収容器内の水に浸されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、主軸台を冷却する液体として水が利用されるので、工作機械のランニングコスト、メンテナンスコストを低くすることができる。また、収容器から吸水性部材への水の供給は、この吸水性部材による毛管現象を利用しているので、水を送給するための専用の送給機構を必要とせず、工作機械の簡略化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う工作機械の一例としてのＮＣ旋盤の一実施形態について説明する。図１は、本発明を適用したＮＣ旋盤の一実施形態を簡略的に示す正面図であり、図２は、図１のＮＣ旋盤の一部を簡略化して示す斜視図であり、図３は、図１のＮＣ旋盤における冷却状態を説明するための部分簡略斜視図である。
【００１２】
図１及び図２を参照して、この実施形態のＮＣ旋盤は、工作機械本体としての旋盤本体２を有し、この旋盤本体２の左部上端部には主軸台４が設けられている。主軸台４内には主軸軸受（図示せず）を介して主軸（図示せず）が回転自在に支持されており、この主軸は主駆動源を構成する電動モータ（図示せず）によって所定方向に回転駆動される。主軸には、保持手段としてのチャック手段６が装着され、チャック手段６は主軸と一体的に回動する。チャック手段６は複数のチャック爪を有し、これらチャック爪によって、加工すべき加工物８を着脱自在にチャッキング保持する。
【００１３】
旋盤本体２には、また、Ｚ軸移動テーブル１０がＺ軸方向（図１において左右方向であって、上記主軸の軸線方向）に移動自在に支持されている。このＺ軸移動テーブル１０は、例えば図１に実線で示す位置と図１に二点鎖線で示す位置との間を矢印で示すように往復動される。Ｚ軸移動テーブル１０の上端部には、Ｘ軸移動テーブル１２がＸ軸方向（図１において紙面に垂直な方向であって、上記主軸の軸線に対して実質上垂直な方向）に移動自在に支持され、Ｚ軸方向に往復動される。Ｘ軸移動テーブル１２の上端部には工具台１４が装着され、この工具台１４に、加工物８に加工を施すための加工工具、例えば切削工具（図示せず）が着脱自在に取り付けられる。尚、図２及び図３においてＺ軸及びＸ軸移動テーブル１０，１２等を省略して示している。
【００１４】
加工の際には、加工物８がチャック手段６に着脱自在に取り付けられ、主軸が所定方向に回転駆動される。かかる状態にて、Ｚ軸移動テーブル１０及びＸ軸移動テーブル１２が所要の通りに移動され、かく移動することによって、工具台１４の加工工具（図示せず）が、チャック手段６に保持された加工物８に作用し、このようにして加工物８に対する切削加工が施される。
【００１５】
この実施形態のＮＣ旋盤では、加工中の主軸台４の温度上昇を抑えるために、更に、次の通りに構成されている。主軸台４の正面（図１及び図２において右面であって、チャック手段６が設けられている面）に、主軸台４を冷却するための液体を保持する液体保持部材２０が設けられている。液体保持部材２０は、主軸台４の少なくとも一部に設けることによって後述する冷却効果が得られるが、この形態では、主軸台４の上記正面の大部分の領域に設けられ、このように設けることによって冷却効果を高めている。この液体保持部材２０は、毛管現象によって液体を保持し、これによって保持した液体が加工中に周囲に飛散することが防止される。液体保持部材２０は、例えば熱伝導性の良い接着剤２２によって主軸台４の上記正面に貼り付けられる。このような接着剤２２としては、例えばシリコン系接着剤を用いることができる。このように液体保持部材２０を貼り付けることによって、主軸軸受（図示せず）にて発生して主軸台４に伝達された熱は、接着剤２２の層を介して液体保持部材２０に伝達される。
【００１６】
液体としては、例えば水、エタノール等が用いられる。また、液体保持部材２０としては、例えばクロス、不綿布、多孔質樹脂等が用いられ、多孔質樹脂としては、例えばビニロン製スポンジ（ポリビニルアルコールから形成された多孔質材料）が用いられる。クロス、不綿布、ビニロン製スポンジ等の多孔質樹脂は、液体として水を用いた場合にも吸水性部材として好都合である。
【００１７】
この液体保持部材２０に関連して、液体を液体保持部材２０に供給する液体供給手段２４が設けられている（図２参照）。図示の液体供給手段２４は、液体Ｗ（図３）が収容された収容器２６を含み、この収容器２６が、主軸台４に近接して旋盤本体２の上端部に取り付けられている。この実施形態では、液体保持部材２０の下端部には下方に延びる延長部２８が一体的に設けられ、この延長部２８の先端部が収容器２６内の液体Ｗに浸されている。かく構成されているので、収容器２６内の液体Ｗ、例えば水は、毛管現象によって上記延長部２８を通して液体保持部材２０に吸い上げられ、このように毛管現象を利用することによって、専用の液体送給機構を必要とすることなく液体を液体保持部材２０に供給することができる。尚、液体Ｗの吸い上げ量を多くするためには、主軸台４の正面全幅に渡って収容器２６を設け、液体保持部材２０の下端部全体から延長部２８を延ばし、かかる延長部２８の先端部を収容器２６内の液体Ｗに浸すようにすればよい。
【００１８】
また、チャック手段６の外周面には、周方向に間隔を置いて複数枚、この実施形態では４枚の羽根３０が設けられている。これら羽根３０はチャック手段６と一体的に回転し、液体保持部材２０に向かう空気流、即ち矢印３２（図３）で示す方向の空気流を生成する。このように構成することによって、羽根３０を回動させるための専用の駆動源が不要となり、簡単な構成でもって所望の空気流を生成することができる。特に、チャック手段６の回転数が上昇すると、それに伴って主軸台４の温度も上昇するが、このとき羽根３０の回転数も大きくなって生成される空気流も速くなり、これにより主軸台４の温度上昇を所望の通りに抑えることができる。
【００１９】
次に、図１とともに図３を参照して、上述したＮＣ旋盤の主軸台４の冷却について説明する。収容器２６内の液体Ｗは、毛管現象によって延長部２８を通して液体保持部材２０に供給され、供給された液体は毛管現象によって保持される。このような状態にて主軸（図示せず）が回動すると、これと一体的に羽根３０が所定方向に回転され、かかる羽根３０の回転によって矢印３２で示す方向の空気流、即ち主軸台４に設けられた液体保持部材２０に向かう空気流が生成され、かかる空気流は、その大部分が液体保持部材２０の表面に沿って矢印３４で示すように上方に流れ、残りの一部が旋盤本体２の正面側（図１及び図３において手前側）及び背面側（図１及び図３において奥側）に流れる。
【００２０】
このような空気流が生成されると、この空気流によって直接的に液体保持部材２０が冷却される。また、この空気流によって液体保持部材２０に保持された液体の気化が促進され、この液体が蒸発することによって奪われる気化熱によって液体保持部材２０が冷却される。従って、空気流による冷却作用及び液体の気化による冷却作用によって液体保持部材２０、換言すると主軸台４が冷却され、主軸台４の温度上昇が抑えられる。それ故に、温度上昇に伴う主軸台４の熱変形を著しく少なくし、熱変形に伴う加工精度の悪化を防止することができる。
【００２１】
ここで、気化熱による冷却効果を確認するために、エタノール１００％の第１液体、エタノール５０％と水５０％の第２液体及び水１００％の第３液体を用いて、同一条件下におけるそれら液体の蒸発量を測定した。その結果、第１液体の蒸発量は、第３液体の蒸発量の約３．６倍であり、また第２液体の蒸発量は第３液体の蒸発量の約２．０倍であった。例えば、第３液体が１ｋｇ蒸発したとすると、水の気化熱が２２５０ｋＪ／ｋｇであるので、この蒸発によって２２５０ｋＪの熱を除去することができる。一方、第１液体では、同一条件下で３．６ｋｇ蒸発することになり、エタノールの気化熱が８６０ｋＪ／ｋｇであるので、３１００ｋＪの熱を除去することができる。このことから、液体として水を用いた場合にはほとんどコストがかからず、コスト面のメリットは大きいが、コスト面を考慮しなければ、エタノールを用いた場合には、水を用いた場合に比して冷却能率を約１．４倍高めることができる。
【００２２】
以上、本発明を工作機械の一例としてのＮＣ旋盤に適用して説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００２３】
例えば、図示の実施形態では、収容器２６内の液体Ｗを毛管現象を利用して液体保持部材２０に供給しているが、これに代えて、液体供給ポンプを設け、この液体供給ポンプの作用によって液体を液体保持部材２０に供給するようにすることもできる。
【００２４】
また、図示の実施形態では、主軸台４の正面に液体保持部材２０を設けているが、例えば液体保持部材２０を主軸台４の背面（図１〜図３において左面）に設けてもよい。かかる場合、主軸を主軸台４の背面から突出させ、この突出端部に羽根を設ける、或いは羽根を有する羽根体を取り付ければよく、このようにしても同様の効果が達成される。
【００２５】
更に、図示の実施形態では、ＮＣ旋盤に適用して説明したが、これに限定されることなく、フライス盤、研削盤、中ぐり盤等のその他の工作機械にも同様に適用することができる。尚、フライス盤、中ぐり盤等に適用した場合、主軸台に回転自在に支持された主軸に保持手段が設けられ、かかる保持手段に加工を施すための工具が着脱自在に取り付けられる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の請求項１の工作機械によれば、工作機械本体の主軸台が、液体保持部材に向けて流れる空気流によって冷却されるとともに、液体保持部材に保持された液体の気化熱によっても冷却され、かくして主軸台の温度上昇を抑え、主軸台の熱変形を防止することができる。
【００２７】
また、本発明の請求項２の工作機械によれば、従来の工作機械に大きな設計変更を施すことなく主軸台を冷却することができ、また工作機械の大きさが実質上大きくなることもない。
【００２８】
更に、本発明の請求項３の工作機械によれば、主軸台を冷却する液体として水が利用されるので、工作機械のランニングコスト、メンテナンスコストを著しく少なくすることができる。また、水の供給は、この吸水性部材による毛管現象を利用しているので、水を送給するための専用の送給機構を必要とせず、工作機械の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う工作機械の一例としてのＮＣ旋盤の一実施形態を簡略的に示す正面図である。
【図２】図１のＮＣ旋盤の一部を簡略化して示す斜視図である。
【図３】図１のＮＣ旋盤における冷却状態を説明するための部分簡略斜視図である。
【符号の説明】
２旋盤本体（工作機械本体）
４主軸台
６チャック手段（保持手段）
８加工物
１０Ｚ軸移動テーブル
１２Ｘ軸移動テーブル
２０液体保持部材
２２接着剤
２４液体供給手段
２６収容器
３０羽根

Claims

工作機械本体と、前記工作機械本体の主軸台に回転自在に支持され、所定方向に回転駆動される主軸と、前記主軸に装着され、加工物又は加工工具を保持するための保持手段とを具備する工作機械において、
前記主軸台の少なくとも一部には、毛管現象によって液体を保持する液体保持部材が設けられ、前記液体保持部材に関連して、前記主軸台を冷却するための液体を前記液体保持部材に供給する液体供給手段が設けられ、また前記主軸又は前記保持手段には、前記液体保持部材に向う空気流を生成するための羽根が設けられ、前記羽根の回転によって生成される空気流による冷却作用及び前記液体保持部材に保持された液体の気化による冷却作用によって、前記主軸台が冷却されることを特徴とする工作機械。
前記液体保持部材は前記主軸台の正面に設けられ、前記羽根は前記保持手段に設けられ、前記羽根の回転によって、前記主軸台の前記正面に向かう空気流が生成されることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
前記主軸台を冷却するための液体は水であり、前記液体保持部材は吸水性部材であり、また前記液体供給手段は、水が収容された収容器を含み、前記吸水性部材の一部が前記収容器内の水に浸されていることを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械。