JP4460402B2 - 自動旋盤の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、刃物台に装着した工具で回転するワークの加工を行う自動旋盤の冷却構造に関する。

自動旋盤でワークの加工を行う場合に、加工中に発生する温度上昇が主軸やワークを熱変位させ、加工精度に悪影響を及ぼすことがよく知られている。そのため、例えば精度が要求される自動旋盤の主軸において、主軸駆動用のモータや軸受の発熱による熱変位をさけるための冷却構造が種々提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００１−２１９３３９号公報 特開平６−１５５２２８号公報

ところで、例えば、自動旋盤で長尺棒状のワークを連続加工する場合、主軸の前方に設けたガイドブッシュ装置に、前記ワークの先端を支持させて加工を行うことが一般的に行われている。このようなガイドブッシュ装置においては、ガイドブッシュが回転しない固定形のものと、ガイドブッシュがワークとともに回転する回転形のものとがあるが、近年では、主軸の高速回転や高い切削負荷に適した回転形のガイドブッシュが主流になりつつある。また、前記回転形のガイドブッシュの中には、主軸の回転速度に同期させて前記ガイドブッシュを回転させるタイプのものがある（以下、このようなガイドブッシュを「駆動形」と記載する）。

このようなガイドブッシュ装置を用いてワークの加工を行う場合に、ワーク加工中の摩擦によるガイドブッシュ及びその周囲の温度上昇が問題となることがある。特に、基台に刃物台が取り付けられているような自動旋盤においては、ガイドブッシュ及びその周囲の温度上昇に伴って基台の温度が上昇し、基台が熱変形して工具の刃先とワークとの位置関係がずれ、加工精度に悪影響を及ぼすことになる。

そのため、このようなガイドブッシュの温度上昇を抑制しようとする提案がいくつかなされている（例えば、特許文献３，特許文献４参照）。
特許文献３に記載の技術では、ガイドブッシュを用いた棒状のワーク（丸棒材）を加工するに際して、前記ワークの外周面に予め所定厚さの固体潤滑層を形成することで、加工中におけるワークとガイドブッシュとの摩擦を低減させ、加工時のガイドブッシュの温度上昇を抑制しようとしている。
また、特許文献４に記載の技術では、ガイドブッシュの先端部のスリ割に潤滑油を噴射するようにして、加工中におけるワークとガイドブッシュとの摩擦を低減させ、加工時のガイドブッシュの温度上昇を抑制しようとしている。
特開平１０−１８０５０１号公報 特開２０００−２１８４６号公報

しかし、特許文献３に記載の技術のように、棒状のワークの一つ一つに固体潤滑層を形成するのは面倒で、ワークの準備工程として固体潤滑層を形成する工程や設備を増設しなければならず、コスト高になると問題がある。
また、特許文献３及び特許文献４に記載の技術は、いずれも固定形のガイドブッシュを前提とするもので、ワークとガイドブッシュとの摩擦低減を主目的としており、回転形や駆動形のガイドブッシュに適用しても、温度上昇の抑制効果はほとんど期待することができない。

すなわち、回転形や駆動形のガイドブッシュにおいては、ガイドブッシュを回転自在に支持する軸受部分が摩擦により発熱する。特に、駆動形のガイドブッシュにおいては、ガイドブッシュを回転させるモータ等の駆動体の熱が、ベルトや歯車等の駆動伝達機構を介してガイドブッシュに伝えられて、ガイドブッシュやその周囲の部材の温度を上昇させる。このような温度上昇は、固定形のガイドブッシュを前提とする上記の特許文献３，４に記載の技術では抑制することができないという問題がある。
また、上記のような駆動体、駆動伝達機構、軸受等に起因する温度上昇の問題は、ワークを把持して主軸とともに回転させる主軸チャックのように、回転するワークの支持を行う他の支持体においても同様に存在する。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたもので、ガイドブッシュや主軸チャックのように、ワークを回転自在に支持する支持体において、この支持体やその周囲の部材の温度上昇を効果的に抑制することでワークの高精度加工を可能にする自動旋盤の冷却構造の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の自動旋盤の冷却構造は、ワークを支持する回転駆動自在な支持体と、この支持体を支持する基台とを備えた自動旋盤の冷却構造であって、
前記基台に形成された冷却用流体の流路と、この流路に前記冷却用流体を供給する流体供給手段とを有し、前記流路の内部に前記支持体と前記支持体に回転駆動力を伝達する駆動伝達機構とを配置した構成としてある。
この構成によれば、前記流体供給手段によって供給された冷却用流体が、基台の流路を流れる過程で、支持体及びその周囲の冷却だけでなく、駆動体から駆動伝達機構を介して支持体に伝えられる熱量を減少させることができるので、支持体，その周囲及び駆動伝達機構の温度上昇による加工精度の低下を抑制することができる。

本発明においては、前記流路が、前記基台を貫通して形成され、前記支持体を挟んで、前記基台の前記流路の一方側に、前記流路に前記冷却用流体を供給する流体供給手段を配置し、前記基台の前記流路の他方側に、前記支持体を回転駆動させる駆動体を設けた構成としてもよい。

上記した支持体としては、前記ワークを回転させる主軸に設けられた主軸チャックやガイドブッシュを挙げることができる。
本発明の冷却構造はガイドブッシュや主軸チャックに適用することで、その効果が大きい。

また、前記支持体を装着する円筒状の回転体と、この回転体を基台に対して回転自在に支持する軸受とを有する場合において、前記回転体及び前記軸受の少なくとも一部を前記流路に配置するようにしてもよい。
このようにすることで、加工中における軸受の温度上昇を抑制することができる。この場合、前記流路から前記回転体の貫通孔に連通する孔を形成し、前記冷却用流体の少なくとも一部が前記貫通孔内に供給されるようにしてもよい。
このように構成することで、前記貫通孔の内外から前記回転体の冷却を行うことが可能になる。また、回転体の貫通孔を挿通するワークの温度上昇も抑制することができる。

また、前記基台に、前記基台を冷却するための孔状の流路又はフィン状の流路を形成してもよい。
このようにすることで、前記基台の温度上昇を効果的に抑制することができる。さらに、一つ又は複数の刃物台が前記基台に設けられている場合には、前記流体の流路が前記基台の前記刃物台を設けた部分を通過するように形成するとよい。このようにすることで、前記基台から刃物台への熱の伝達を抑制することができ、かつ、刃物台を取り付けた基台の所定部位の温度上昇を抑制して、加工精度を高く維持することができる。

本発明によれば、駆動体、駆動伝達機構、軸受等に起因する加工中の支持体，その周囲の部材及び支持体の温度上昇を効果的に抑制して、高精度加工を可能にすることができる。
特に、基台に刃物台が取り付けられている場合において、基台の温度上昇による熱変形を効果的に抑制することで、加工精度を高く維持することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明において「前」というときには図１の紙面左側を指すものとし、「後」というときには同右側を指すものとする。
また、以下の説明では、支持体として特にガイドブッシュを例に挙げて説明するが、本発明はガイドブッシュに限らず主軸チャック等、ワークを回転自在に支持する他の支持体にも適用が可能である。また、回転形のガイドブッシュのうち、主軸の回転速度と同期した回転速度でガイドブッシュを回転させる専用の駆動体を有するガイドブッシュを例に挙げて説明するが、本発明は、このような駆動形に限らず、駆動体を有しない他の回転形のガイドブッシュや固定形のガイドブッシュにも適用が可能である。

図１は、本発明の一実施形態にかかり、ガイドブッシュ装置の断面平面図、図２は図１のガイドブッシュ装置におけるガイドブッシュ部分の拡大図、図３は図２のＩ−Ｉ方向断面拡大図である。
この実施形態の自動旋盤は、図１に示すように、主軸４０１を回転自在に支持する主軸台４が、主軸軸線Ｃと同方向に設けられたガイド４０３に案内されながら、主軸４０１の前方に設けられたガイドブッシュ装置１に対して進退移動する主軸移動型の自動旋盤である。

ガイドブッシュ装置１は、この自動旋盤の主軸軸線Ｃ上に配置されたガイドブッシュ１００と、前記自動旋盤の図示しないベッドに設けられ、ガイドブッシュ１００を回転自在に支持する基台１０１と、この基台１０１の一方の側部に設けられ、ワークＷの加工時にガイドブッシュ１００を主軸４０１と同期した回転速度で回転させるための駆動部３と、基台１０１の他方の側面に設けられ、ガイドブッシュ１００に向けて冷却用のエアを供給する流体供給手段としての送風機５とを有している。

基台１０１の前面には、主軸軸線Ｃの両側の対向位置に、二つの櫛歯形の刃物台２が設けられている。
この刃物台２は、基台１０１の前面に設けられたＸ方向ガイド２０１に沿ってＸ方向（図１の紙面上下方向）に進退移動自在なサドル２０２と、前記Ｘ方向と直交するＹ方向（図１の紙面に直交する方向）に設けられたＹ方向ガイド２０３と、このＹ方向ガイド２０３に案内されながらＹ方向に進退移動する工具装着部２０４とを有している。ワークＷを加工するための図示しない複数の工具は、Ｙ方向に櫛歯状に配置して工具装着部２０４に装着される。
ワークＷの加工に使用される工具は、工具装着部２０４のＹ方向の移動によって所定位置に割り出され、工具装着部２０４のＸ方向の移動と、主軸４０１の主軸軸線Ｃ方向（Ｚ方向）の移動との組み合わせによって、前記工具によるワークＷの加工が行われる。

［ガイドブッシュの構成］
基台１０１には、主軸軸線Ｃ上に貫通孔１０１ａが形成されている。この貫通孔１０１ａには、円筒状のガイドスリーブ１０２が挿入して取り付けられている。このガイドスリーブ１０２の貫通孔には、主軸軸線Ｃと同一の軸線上で回転する円筒状の回転体１０６が挿入されている。回転体１０６の貫通孔の前方部分は、ガイドブッシュ１００を挿入して装着するガイドブッシュ挿入孔１０６ａとして形成され、後方部分は、主軸４０１の先端が挿入可能な主軸挿入孔１０６ｂとして形成されている。この回転体１０６は、前方部分と後方部分で軸受１０３，１０４により支持されていて、ガイドスリーブ１０２に対して回転自在である。

［駆動部の構成］
駆動部３は、基台１０１の一方の側面に取り付けられたモータ３０１と、このモータ３０１の回転軸に取り付けられたプーリ３０２と、回転体１０６の後方部分の外周面にキー３０５又はスプラインによって取り付けられたプーリ３０４と、プーリ３０２とプーリ３０４との間に巻き掛けられたベルト３０３とを有している。モータ３０１の駆動は、プーリ３０２、ベルト３０３及びプーリ３０４を経て回転体１０６に伝達されるが、モータ３０１のロータの熱は、これと同じ経路を辿って回転体１０６に伝達される。

この実施形態では、モータ３０１を取り付けた基台１０１の一方の側面から貫通孔１０１ａまで連通する直線状のエア流路１０８を形成し、このエア流路１０８の内部にベルト３０３を挿通させている。
そして、基台１０１の他方の側面から貫通孔１０１ａまで連通する直線状のエア流路１０７を形成して、貫通孔１０１ａを介してエア流路１０７とエア流路１０８とを直線状に連通し、冷却用流体であるエアがエア流路１０７から貫通孔１０１ａ及びエア流路１０８を経て、外気中に放出されるようにしている。
なお、貫通孔１０１ａには、回転体１０６が挿入されているが、図２に示すように、貫通孔１０１ａの内周面と回転体１０６との間に隙間を形成することで、エア流路１０７に供給されたエアが、この隙間を通ってエア流路１０８に流れるようになっている。

送風機５は、エア流路１０７が形成された基台１０１の他側の側面に取り付けられている。この送風機５は、漏斗状のハウジング５０１と、このハウジング５０１の内部に収容されたファン５０２と、このファン５０２を回転させる図示しないモータ等の駆動体とを有している。ハウジング５０１の頂部に形成された開口５０１ａが、エア流路１０７の入口部分に挿入されていて、ファン５０２の回転によって、冷却用のエア（外気）がエア流路１０７にエアが供給される。

送風機５からエア流路１０７に供給されたエアは、貫通孔１０１ａ及びエア流路１０８を経て外気中に放出されるが、この過程で、回転体１０６，プーリ３０４及びベルト３０３の冷却が行われる。
また、図示するように、エア流路１０７を流れるエアに軸受１０４の少なくとも一部が曝されるようにすることで、軸受１０４の冷却を行うことが可能になる。
なお、送風機５からエア流路１０７に冷却用のエアを送り込むかわりに、ファン５０２を逆転させてエア流路１０８から外気を吸気し、貫通孔１０１ａ及びエア流路１０７を経て、送風機５からエアを排気させるようにしてもよい。

本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記の説明では、冷却用のエアとして外気を例に挙げて説明したが、予め所定温度に設定された冷却用のエアをエア流通孔１０７，１０８及び貫通孔１０１ａに供給するようにしてもよい。
また、冷却用流体は、エアに限らず窒素ガス等の不活性ガスを用いてもよいし、オイルミストを混入させたエアを用いてもよい。オイルミストを混入させたエアを供給することで、軸受１０３，１０４やその他の摩擦部分の潤滑性を高め、これら摩擦部分の発熱抑制を図り、温度上昇抑制効果をさらに高めることが可能になる。

さらに、エア等の気体に代えて、クーラントオイル等の液体を冷却用流体として用いることも可能である。
また、上記の説明では、櫛歯形の刃物台２を基台１０１の前面に取り付けた自動旋盤を例に挙げて説明したが、刃物台は櫛歯形に限らずタレット形であってもよいし、刃物台が基台１０１とは別体に設けられているものであってもよい。

さらに、上記の説明では流体供給手段としての送風機５を基台１０１に一体に設けているが、送風機５の代わりにコンプレッサ等の他の流体供給手段を用いてもよく、ガイドブッシュ装置１と流体供給手段とは別体であってもよい。
また、孔状のエア流路（冷却用流体の流路）１０７，１０８に代えて、フィン状の流路を基台１０１に形成してもよく、このようにすることで、基台１０１の冷却効果を高めることが可能になる。

さらに、回転体１０６の外周面から主軸挿入孔１０６ｂに貫通する孔を形成し、この孔を通して、エア流路１０７から貫通孔１０１ａに供給されたエアの一部が主軸挿入孔１０６ｂに流れるようにしてもよい。このようにすることで、回転体１０６を主軸挿入孔１０６ｂの内外から冷却することができるだけでなく、主軸挿入孔１０６ｂを挿通するワークＷの温度上昇も抑制することができる。

またさらに、上記の説明では駆動体であるモータ３０１の駆動をベルト・プーリからなる駆動伝達機構を介してガイドブッシュ（支持体）１００に伝達するようにしているが、本発明は、支持体に駆動体を一体に取り付けたもの、例えば、ビルトインモータ形の支持体にも適用が可能である。この場合は、冷却用流体の流路１０７，１０８の内部に前記駆動体を設ければよい。

本発明は、ガイドブッシュや主軸チャックのような支持体を利用してワークの加工を行うあらゆる種類の自動旋盤の冷却構造に適用が可能で、支持体についても、支持体が基台に固定されたもの、支持体が基台に回転自在に支持されたもの、支持体が駆動体の駆動により回転されるもの、駆動体の駆動を駆動伝達機構を介して支持体に伝達するものに適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかり、ガイドブッシュ装置の断面平面図である。 図１のガイドブッシュ装置におけるガイドブッシュ部分の拡大断面図である。 図２のＩ−Ｉ方向断面図である。

符号の説明

１：ガイドブッシュ装置
１００：ガイドブッシュ（支持体）
１０１：基台
１０２：ガイドスリーブ
１０３，１０４：軸受
１０６：回転体
１０６ａ：ガイドブッシュ挿入孔
１０６ｂ：主軸挿入孔
１０７，１０８：エア流路（冷却用流体の流路）
２：刃物台
２０１：Ｘ方向ガイド
２０２：サドル
２０３：Ｙ方向ガイド
２０４：工具装着部
３：駆動部
３０１：モータ（駆動体）
３０２：プーリ
３０３：ベルト
３０４：プーリ
４：主軸台
４０１：主軸
５：送風機
５０１：ハウジング
５０１ａ：開口
５０２：ファン

Claims (8)

1. ワークを支持する回転駆動自在な支持体と、この支持体を支持する基台とを備えた自動旋盤の冷却構造であって、
   前記基台に形成された冷却用流体の流路と、
   この流路に前記冷却用流体を供給する流体供給手段とを有し、
   前記流路の内部に前記支持体と前記支持体に回転駆動力を伝達する駆動伝達機構とを配置したこと、
   を特徴とする自動旋盤の冷却構造。
2. 前記流路が、前記基台を貫通して形成され、前記支持体を挟んで、前記基台の前記流路の一方側に、前記流路に前記冷却用流体を供給する流体供給手段を配置し、前記基台の前記流路の他方側に、前記支持体を回転駆動させる駆動体を設けたこと、
   を特徴とする請求項１に記載の自動旋盤の冷却構造。
3. 前記基台が主軸台で、前記支持体が、前記ワークを回転させる主軸に設けられた主軸チャックであることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動旋盤の冷却構造。
4. 前記支持体が前記ワークを支持するガイドブッシュであることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動旋盤の冷却構造。
5. 前記支持体を装着する円筒状の回転体と、この回転体を基台に対して回転自在に支持する軸受とを有する場合において、前記流路に前記回転体及び前記軸受の少なくとも一部を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動旋盤の冷却構造。
6. 前記流路から前記回転体の貫通孔に連通する孔を形成し、前記流体の少なくとも一部が、前記孔を通って前記貫通孔内に供給されるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の自動旋盤の冷却構造。
7. 前記基台に、前記基台を冷却するための孔状の流路又はフィン状の流路を形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の自動旋盤の冷却構造。
8. 一つ又は複数の刃物台を前記基台に設け、前記冷却用流体の流路が前記基台の前記刃物台を設けた部分を通過するように形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の自動旋盤の冷却構造。

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