JP4679493B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents
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Description
本発明は、主軸及びハウジングの冷却を適切に行い、高速化、高精度化に対応した工作機械の主軸装置を提供することを目的としている。
更に本発明は、ハウジングの冷却を最適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を目的としている。
図2において、工作機械101は、工場の床面に固定されるベッド103、ベッド103の上面に固定されたコラム105、ベッド103の上面において、2つの直交する水平方向(X、Y軸方向)に往復移動可能に取り付けられワークWを固定するテーブル107を具備している。主軸頭201がコラム105に垂直方向(Z軸方向)に上下動可能に設けられている。テーブル107はベッド103内に配設されたX、Y軸送り装置(図示せず)により駆動され、主軸頭201はコラム105内に配設されたZ軸送り装置(図示せず)により駆動される。また、X、Y、Z軸送り装置の各々は、X、Y、Zの各軸方向に延設されたねじ軸(図示せず)と、該ねじ軸を回転駆動するサーボモータ(図示せず)を具備している。各ねじ軸を駆動するサーボモータおよび主軸205を駆動する主軸駆動モータ(図3の参照符号223)は、機械制御装置113により制御される。機械制御装置113は、NC装置を含んで成り、上記サーボモータや主軸駆動モータの制御に加え、工作機械101により実施される加工プロセス全般を制御する。
請求項1に記載の第1の冷却手段は、軸心冷却液通路211及び第1の冷却液供給装置109を含むものであり、第2の冷却手段は、ハウジング冷却液通路215及び第2の冷却液供給装置111を含むものである。
機械制御装置113からの指令により主軸205の主軸駆動モータ223が起動すると、主軸205が回転し、軸受207、209が発熱する。主軸駆動モータ223の起動と同時に或いはそれに先だって第1と第2の冷却液供給装置109、111は、軸心冷却液通路211とハウジング冷却液通路215へ冷却液を供給する。第1の冷却液供給装置109は、ベッド温度センサ115および内輪温度センサ119が測定したベッド103および内輪207aの各々の温度Tb、Tiに基づき、内輪207aの温度Tiがベッド103の温度Tbに等しくなるように、冷却液の温度を制御する。ここで、内輪207aの温度Tiが室温やその他の設定温度になるように制御してもよい。
図4に示す実施形態では、内輪207aおよび外輪207bの各々の温度Ti、Toを測定する内輪温度センサ117および外輪温度センサ119が機械制御装置113に接続されている。第1の冷却液供給装置109は機械制御装置113から主軸205の回転速度N(min-1)と内輪207aの温度Tiを受信し、ベッド温度センサ115からベッド103の温度Tbを受信し、内輪207aの温度Tiがベッド103の温度Tbに等しくなるように、冷却液の温度を制御する。内輪207aの温度Tiが室温やその他の設定温度になるように制御してもよいことは言うまでもない。
図5において、主軸装置301は、ハウジング303、319、321内に軸受307、309を介して回転自在に支持された主軸305を具備している。図1に示したように、主軸305の先端側を大径、後端側を小径に形成し先端大径部をラジアル軸受(軸受307)で、後端小径部を1対のアンギュラ玉軸受(軸受309)で、回転支持するようにしてもよい。ハウジング303、319、321は、ハウジング本体部分303と、ハウジング本体部分303の先端側開口部を閉鎖するフロントカバー319と、ハウジング本体部分303の後端側開口部を閉鎖するリアカバー321とを有している。主軸305は、その中心軸線に沿って延びる軸心冷却液通路311と、主軸305の先端側において軸心冷却液通路311から主軸305を半径方向に横断する先端側出口ポート311aと、主軸305の後端側において軸心冷却液通路311から主軸305を半径方向に横断する後端側出口ポート311bとが形成されている。
また、主軸及びハウジングの冷却を行うようにしたので、主軸及びハウジングを適切に冷却し回転軸及びハウジングの熱変位を小さくすることができ、高速回転かつ高精度な主軸装置を実現することができる。
そして、軸受の外輪の温度が内輪の温度より所定温度高くなるように、主軸の冷却液通路及びハウジングの冷却液通路に供給する冷却液の温度を制御するようにしたので、内輪の膨張による軸受の予圧の増大を小さくして、軸受の外輪と転動体との摩擦による発熱を低下させ軸受の破損を防止することができる。そのため、より精密に軸受の予圧を適正に保ち主軸のより高速回転が可能となる。
13 ハウジング(ハウジング本体部分)
15 ハウジング(後端カバー)
17 主軸
17a 主軸の先端部分
17b 主軸の後端部分
17c 主軸の中間部分
19 軸受(ラジアル軸受)
19a 内輪
19b 外輪
19c 転動体
21 軸受(アンギュラ玉軸受)
21a 内輪
21b 外輪
21c 転動体
23 駆動モータ
23a ロータ
23b ステータ
109 第1の冷却液供給装置
111 第2の冷却液供給装置
113 機械制御装置
115 ベッド温度センサ
117 内輪温度センサ
119 外輪温度センサ
205 主軸
205a 中心孔
205b 螺旋溝
207 軸受
207a 内輪
207b 外輪
207c 転動体
209 軸受
209a 内輪
209b 外輪
209c 転動体
211 軸心冷却液通路
215 ハウジング冷却液通路
217a 冷却液供給通路
217b 出口ポート
221a 連絡通路
223 主軸駆動モータ
301 主軸装置
303 ハウジング(ハウジング本体部分)
319 ハウジング(フロントカバー)
321 ハウジング(リアカバー)
307 軸受
309 軸受
305 主軸
311 軸心冷却液通路
311a 先端側出口ポート
311b 後端側出口ポート
317 駆動モータ
317a ロータ
317b ステータ
313 螺旋溝
315 ハウジング冷却液通路
319a 出口通路
323 冷却液供給装置
323a タンク
323b 冷却液循環ポンプ
325 冷却液供給管路
325a 軸心冷却液供給管路
327 冷却液戻り管路
331 冷却液供給管路
Claims (1)
- ハウジングに主軸を回転可能に支持し、前記主軸に工具を装着してワークを加工する工作機械の主軸装置において、
前記工具を装着するため所望の外径を有する前部と、前記前部と反対側の後部と、前記前部と前記後部の間の中間部とから成り、前記前部、前記中間部、前記後部の順に外径が細くなるように形成された主軸と、
前記主軸の前部と前記ハウジングとの間に設けられ、所望の回転速度における前記主軸に作用する半径方向の負荷を支持する円筒ころ軸受又はラジアル玉軸受と、
前記円筒ころ軸受又はラジアル玉軸受の内径より小さな内径を有し、前記主軸の後部と前記ハウジングとの間に設けられ、前記所望の回転速度における前記主軸に作用する半径方向及び軸線方向の負荷を支持するアンギュラ玉軸受と、
前記主軸の中間部の外周に取り付けられたロータと、前記ロータと対向させて前記ハウジングに取り付けられたステータとで成り、前記主軸を回転駆動する駆動モータと、
前記主軸の中心軸線に沿って軸心冷却液通路を設け、前記軸心冷却液通路に冷却液を供給して前記主軸並びに前記主軸を介して前記円筒ころ軸受又はラジアル玉軸受、前記アンギュラ玉軸受及び前記駆動モータのロータを冷却する第1の冷却手段と、
前記ハウジングと前記ステータとの間にモータ冷却液通路を形成し、前記モータ冷却通路に冷却液を供給して前記駆動モータのステータを冷却するとともに、前記モータ冷却液通路を包囲するように前記ハウジングにハウジング冷却液通路を設け、前記ハウジング冷却液通路に冷却液を供給して前記ハウジング並びに前記ハウジングを介して前記円筒ころ軸受又はラジアル玉軸受及び前記アンギュラ玉軸受を冷却する第2の冷却手段と、
を具備することを特徴とする工作機械の主軸装置。
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