JP6948915B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば旋盤等の工作機械に関する。

従来、旋盤等の工作機械として、主軸に保持されたワークに対して複数種類の加工を行い得るようにするために、主軸を軸方向（Ｚ軸方向）だけでなく上下方向（Ｙ軸方向）にも移動可能とした構成のものが知られている。

例えば特許文献１には、支持体の側面に軸線を水平方向に向けた姿勢で片持ち支持された主軸を支持体の側面に沿って上下方向に移動可能な構成として、主軸に保持されたワークの軸線を含む面以外の面にも各種の加工を行うことができるようにした工作機械が記載されている。

一方、工作機械には、主軸等を冷却する構造ないし装置が設けられるのが一般的である。

例えば特許文献２には、支持体の上面に主軸を固定状態で支持した構成において、支持体に、側面と上面との間で支持体を貫通するとともに主軸に向けて開口する通風孔を設け、当該通風孔を通して主軸の下方側から上方側に向けて風を送って主軸を冷却するようにした冷却構造を備える工作機械が記載されている。

特開昭５２−１０８５８８号公報 特許第３２９３２４２号公報

主軸を軸方向だけでなく上下方向にも移動可能とした従来の工作機械では、主軸の周辺に主軸を上下方向に移動させるための移動機構が設けられることになるので、主軸を冷却するための構造ないし装置を設置するためのスペースを確保するのが困難である。そのため、主軸を冷却するための構造ないし装置を設けようとすると工作機械が大型化してしまうという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、工作機械を大型化させることなく主軸を冷却可能な冷却構造を有する工作機械を提供することにある。

本発明の工作機械は、支持体の支持面に該支持面に軸線が沿う姿勢で支持された主軸が、前記支持面に沿うとともに該主軸の軸線に直交する上下方向に移動可能である工作機械であって、前記支持体に、前記支持面と該支持面とは反対側を向く面との間で前記支持体を貫通し、前記主軸に向けて開口する通風孔が設けられ、前記通風孔の、前記反対面の側の開口に配置され、前記通風孔に前記反対面の側から前記支持面の側に向けて強制的に風を流す送風機を備えていることを特徴とする。

本発明の工作機械は、上記構成において、前記主軸を前記支持面に対して上下方向に移動可能とする移動機構が、前記支持体の前記支持面の側に設けられているのが好ましい。

本発明によれば、工作機械を大型化させることなく主軸を冷却可能な冷却構造を有する工作機械を提供することができる。

本発明の一実施の形態である工作機械を模式的に示す斜視図である。 図１に示す背面主軸ユニットの詳細構造を示す斜視図である。 図２に示す背面主軸ユニットの縦断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態の工作機械１は、回転するワークＷを工具で切削加工（旋削加工）する旋盤として構成されている。工作機械１は、基台２の上面に、正面主軸ユニット１０、ガイドブッシュ２０、背面主軸ユニット３０及び背面工具台４０を有している。

正面主軸ユニット１０は、正面主軸台１１と、正面主軸台１１に回転自在に支持された正面主軸１２とを有している。正面主軸１２は、軸線が基台２の上面に平行（水平）となる姿勢で配置されている。

正面主軸１２は、正面主軸台１１の後端側から挿入された長尺で棒状のワークＷを軸線に沿って送出可能な中空形状に形成されるとともにチャック（不図示）によりワークＷを保持可能に構成されている。正面主軸台１１には、例えばビルトイン型の電動モータ等の駆動源（不図示）が内蔵されており、正面主軸１２は当該駆動源により駆動されてワークＷを回転させることができる。

基台２の上面には、正面主軸１２の軸線と平行な方向に延びる一対の正面Ｚ軸レール１３が設けられている。正面主軸台１１は、これらの正面Ｚ軸レール１３にスライド自在に支持されている。正面主軸台１１は、例えばボールネジ機構等を備えた図示しない駆動装置により駆動されて正面Ｚ軸レール１３に沿って移動することができる。正面主軸台１１を正面Ｚ軸レール１３に沿って移動させることで、正面主軸１２を軸線に沿うＺ軸方向に移動させることができる。

ガイドブッシュ２０は基台２に固定されたブッシュ支持台２１に支持され、軸線が正面主軸１２の軸線と一致するように配置されている。正面主軸１２の先端から突出するワークＷの先端側の部分は、ガイドブッシュ２０を貫通し、ガイドブッシュ２０により支持されてガイドされる。

工作機械１は、ガイドブッシュ２０を設けない構成とすることも可能である。

背面主軸ユニット３０は、背面主軸台３１と、背面主軸台３１に回転自在に支持された背面主軸３２とを有している。背面主軸３２は、軸線が正面主軸１２の軸線と平行（水平）となる姿勢で正面主軸１２に対向配置されている。

背面主軸３２は、正面主軸１２と軸線を一致させた状態において正面主軸１２からワークＷを受け取り、当該ワークＷをチャック（不図示）により保持可能に構成されている。背面主軸台３１には、例えばビルトイン型の電動モータ等の駆動源（不図示）が内蔵されており、背面主軸３２は当該駆動源により駆動されてワークＷを回転させることができる。

基台２の上面には、背面主軸３２の軸線に垂直で且つ水平な方向（Ｘ軸方向）に延びる一対の背面Ｘ軸レール３３が設けられている。背面Ｘ軸レール３３にはＸ軸スライドテーブル３４がスライド自在に支持されている。Ｘ軸スライドテーブル３４は、例えばボールネジ機構等を備えた駆動装置Ｄ１（図２参照）により駆動されて背面Ｘ軸レール３３に沿って移動することができる。Ｘ軸スライドテーブル３４を背面Ｘ軸レール３３に沿って移動させることで、背面主軸３２をＸ軸方向に移動させることができる。

Ｘ軸スライドテーブル３４の上面には、背面主軸３２の軸線と平行なＺ軸方向に延びる一対の背面Ｚ軸レール３５が設けられている。背面Ｚ軸レール３５にはＺ軸スライドテーブル３６がスライド自在に支持されている。Ｚ軸スライドテーブル３６は、例えばボールネジ機構等を備えた駆動装置Ｄ２（図２参照）により駆動されて背面Ｚ軸レール３５に沿って移動することができる。Ｚ軸スライドテーブル３６を背面Ｚ軸レール３５に沿って移動させることで、背面主軸３２をＺ軸方向に移動させることができる。

Ｚ軸スライドテーブル３６の上面には支持体３７が固定されている。支持体３７は、Ｚ軸方向に沿って延びる壁状に構成され、Ｘ軸方向を向く一方の側面は支持面３７ａとなっている。支持面３７ａは背面主軸３２の軸線に平行である。

支持面３７ａには上下方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の背面Ｙ軸レール３８が設けられている。背面Ｙ軸レール３８には、上記の背面主軸台３１がスライド自在に支持されている。背面主軸台３１が支持面３７ａに設けられた背面Ｙ軸レール３８に支持されることで、背面主軸３２は、支持面３７ａに軸線が沿う姿勢となって背面主軸台３１及び背面Ｙ軸レール３８を介して支持体３７の支持面３７ａに支持されている。

背面主軸台３１は、例えばボールネジ機構等を備えた駆動装置Ｄ３（図２、図３参照）により駆動されて背面Ｙ軸レール３８に沿って移動することができる。背面主軸台３１を背面Ｙ軸レール３８に沿って移動させることで、背面主軸３２を、支持面３７ａに沿うとともに当該背面主軸３２の軸線に直交する上下方向であるＹ軸方向に移動させることができる。

以上の通り、背面主軸３２は、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向に加えてＹ軸方向にも移動可能となっている。

背面主軸台３１には正面工具台３１ｃが固定され、正面工具台３１ｃには正面加工用工具３９が設置されている。正面加工用工具３９は、正面主軸１２の側に向けて突出しており、正面主軸１２に保持されたワークＷの切削加工に用いることができる。正面加工用工具３９は、背面主軸３２とともに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３方向に移動可能である。

正面工具台３１ｃを介して背面主軸台３１に設置される正面加工用工具３９は、例えば、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向に複数本並べて設けたり、Ｙ軸方向に複数段に並べて設けたりするなど、その本数及び配置は種々変更可能である。

背面工具台４０は、正面主軸ユニット１０に対してＸ軸方向に隣接して基台２の上面に固定されている。背面工具台４０の背面主軸ユニット３０の側を向く面には、複数の背面加工用工具４１が設置されている。図１においては便宜上、上段の１本の背面加工用工具４１と下段の１本の背面加工用工具４１にのみ符号を付している。各背面加工用工具４１は、それぞれ背面主軸３２の側に向けて突出しており、背面主軸３２に保持されたワークＷの切削加工に用いることができる。これらの背面加工用工具４１は、例えば背面工具台４０に内蔵された駆動源により回転駆動される回転工具として構成することもできる。

背面工具台４０に設置する背面加工用工具４１は、その本数及び配置は種々変更可能である。基台２の上面に、さらに他の背面工具台を設けることもできる。

工作機械１は、正面主軸１２を回転駆動する駆動源、背面主軸３２を回転駆動する駆動源、正面主軸１２をＸ軸方向へ移動させる駆動装置、それぞれ背面主軸３２をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる３つの駆動装置Ｄ１〜Ｄ３、ワークＷの送り装置などを統合制御して、正面主軸１２の回転、背面主軸３２の回転、正面主軸１２の位置制御、背面主軸３２の位置制御等を行うことが可能な図示しない制御部を有する。制御部により上記各装置等を統合制御することにより、ワークＷに対して複数種類の切削加工を行うことができる。

例えば、背面主軸台３１を移動させることで何れかの正面加工用工具３９を正面主軸１２に保持されたワークＷと同軸に配置し、正面主軸１２を所定の回転速度で回転させつつＺ軸方向に移動させることで、当該ワークＷの正面側を切削加工することができる。また、背面主軸台３１を移動させることで背面主軸３２に保持されたワークＷを背面工具台４０に設置された何れかの背面加工用工具４１と同軸に配置し、背面主軸３２を所定の回転速度で回転させつつＺ軸方向に移動させることで、当該ワークＷの背面側を切削加工することができる。

図２、図３に示すように、背面主軸台３１に支持された背面主軸３２を上下方向に駆動する駆動装置Ｄ３は、電動モータ５０、ボールネジ機構６０及びプーリー機構７０を有している。

電動モータ５０は、支持体３７の上端に固定されたフレーム５１に支持されて、出力軸５０ａを上方に向けた姿勢で、支持体３７の支持面３７ａとは反対側となる反対面３７ｂに間隔を空けて対向配置されている。

ボールネジ機構６０は、背面主軸台３１の上面に固定されてＹ軸方向と平行に起立する雄ねじ部６１と、一対の軸受６２により支持体３７に回転自在に支持されるとともに多数のボール６３を介して雄ねじ部６１にねじ結合するナット部６４とを有している。ナット部６４は支持体３７に支持されて上下方向への移動が規制されている。

プーリー機構７０は、電動モータ５０の出力軸５０ａに固定されて出力軸５０ａとともに回転する出力側プーリー７１、ナット部６４に固定されてナット部６４とともに回転する入力側プーリー７２及び出力側プーリー７１と入力側プーリー７２との間に掛け渡されたベルト７３を有し、出力軸５０ａの回転をナット部６４に伝達することができる。

電動モータ５０が作動すると、出力軸５０ａの回転がプーリー機構７０を介してナット部６４に伝達され、ナット部６４の回転により雄ねじ部６１が上下方向に移動する。これにより、駆動装置Ｄ３によって背面主軸台３１すなわち背面主軸３２が上下方向に駆動される。背面主軸台３１ないし背面主軸３２の移動方向は電動モータ５０の回転の正逆を切り替えることで変更される。

本実施の形態においては、支持体３７の支持面３７ａの側に設けられている背面Ｙ軸レール３８及びボールネジ機構６０が、背面主軸３２を支持体３７の支持面３７ａに対して上下方向に移動可能とする移動機構を構成している。

支持体３７には、通風孔８０が設けられている。通風孔８０は、支持面３７ａと反対面３７ｂとの間で支持体３７を略水平方向に沿って貫通している。通風孔８０は、支持面３７ａの側において一対の背面Ｙ軸レール３８の間において開口しており、当該開口は背面主軸３２側に向けられている。

支持体３７には、通風孔８０に強制的に風を流すために、送風機９０が装着されている。送風機９０は送風ファンとして構成されており、略円筒状のシュラウド９１と、シュラウド９１の内部に配置されたファン９２とを有している。詳細は図示しないが、ファン９２は、軸心に配置された電動モータ等の駆動源により回転駆動される。送風機９０は、支持体３７の反対面３７ｂに設けられたフランジ部分９３にボルト等で固定されることで、通風孔８０の反対面３７ｂの側の開口に配置されている。シュラウド９１の一部は通風孔８０の内部に挿入されている。

送風機９０が作動すると、支持体３７の反対面３７ｂの側から支持面３７ａの側に向けて通風孔８０に強制的に風の流れが生じ、支持体３７の反対面３７ｂの側から通風孔８０を通して背面主軸台３１の内部の背面主軸３２に向けて冷却風が流れ、背面主軸３２を冷却することができる。

背面主軸台３１には背面主軸３２の外周を覆う円筒状部分３１ａが設けられ、円筒状部分３１ａの外周面には複数のフィン状のヒートシンク（放熱板）３１ｂが一体に設けられている。

通風孔８０から背面主軸台３１の内部に向けて流れる冷却風が、円筒状部分３１ａないしヒートシンク３１ｂに当たることによって、当該円筒状部分３１ａないしヒートシンク３１ｂを介して背面主軸台３１ないし背面主軸３２が冷却される。背面主軸台３１ないし背面主軸３２が冷却されることで、背面主軸３２側の熱による不具合が防止される他、背面主軸台３１ないし背面主軸３２からの熱による工作機械の熱変位が抑制され、背面主軸３２に保持されたワークＷの加工精度の低下が防止される。

背面主軸台３１ないし背面主軸３２のＹ軸方向への移動ストローク及び通風孔８０の大きさは、背面主軸台３１ないし背面主軸３２がＹ軸方向の移動ストロークの範囲内において何れの位置にあっても、常に冷却風が背面主軸台３１の内部に向けて流れるように設定されている。

以上の通り、本実施の形態の工作機械１では、支持体３７の支持面３７ａに支持された背面主軸３２が支持面３７ａに沿って上下方向に移動可能な構成の支持体３７に、支持面３７ａと反対面３７ｂとの間で支持体３７を貫通し、背面主軸３２に向けて開口する通風孔８０を設け、当該通風孔８０を流れる冷却風によって背面主軸３２を冷却するようにしたので、冷却水ジャケット等の冷却装置や大掛かりな冷却構造などを設けることなく背面主軸３２を冷却することができる。したがって、工作機械１を大型化させることなく、背面主軸３２を冷却させることが可能な小型の工作機械１を提供することができる。

本実施の形態の工作機械１では、通風孔８０から背面主軸台３１の内部に向けて流れる冷却風により、背面主軸台３１ないし背面主軸３２だけでなく、支持体３７の支持面３７ａの側に配置された移動機構すなわち背面Ｙ軸レール３８及びボールネジ機構６０をも冷却することができる。すなわち、通風孔８０からの冷却風により、背面主軸３２と移動機構の両方を冷却することができる。

例えば、通風口８０を冷却風により背面Ｙ軸レール３８及びボールネジ機構６０を直接的または間接的に冷却することができる構成としたり、背面Ｙ軸レール３８及びボールネジ機構６０を通風孔８０からの冷却風で冷却された支持体３７や背面主軸台３１を介して間接的に冷却されるように配置することなどができる。

通風孔８０からの冷却風によって背面Ｙ軸レール３８及びボールネジ機構６０が冷却されることで、背面Ｙ軸レール３８ないしボールネジ機構６０の熱変位が抑制され、背面主軸台３１ないし背面主軸３２の位置制御に誤差が生じることを防止される。したがって、背面主軸３２に保持されたワークＷの加工精度の低下が防止される。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

前記実施の形態においては、背面主軸３２を上下方向に移動可能に支持する支持体３７に通風孔８０を設けて背面主軸３２を冷却する場合を示しているが、正面主軸１２を支持体により上下方向に移動可能な構成とし、当該支持体に通風孔を設けて正面主軸１２を冷却する構成としてもよい。

前記実施の形態においては、工作機械１は、正面主軸１２と背面主軸３２とを有する構成とされているが、１つの主軸のみを有する構成のものとしてもよい。この場合、当該１つの主軸が支持体により上下方向に移動可能に支持され、当該支持体に設けられた通風孔により主軸が冷却される構成とされる。

前記実施の形態においては、送風機９０として略円筒状のシュラウド９１と、シュラウド９１の内部に配置されたファン９２とを有する送風ファンを用いるようにしているが、通風孔８０に強制的に風を流すことができるものであれば、他の構成の送風機を用いてもよい。

前記実施の形態においては、送風機９０を通風孔８０の反対面３７ｂの側の開口に配置するようにしているが、例えば通風孔８０の内部に配置するなど、通風孔８０に強制的に風を流すことができれば、その配置場所は種々変更可能である。

前記実施の形態においては、通風孔８０に反対面３７ｂの側から支持面３７ａの側に向けて風を流すようにしているが、通風孔８０に支持面３７ａの側から反対面３７ｂの側に向けて風を流すようにしてもよい。この場合、通風孔８０に生じる負圧により、背面主軸３２の側から通風孔８０に風が流れて背面主軸３２が冷却される。

送風機９０を設けることなく、背面主軸３２の周りの空気が背面主軸３２の熱によって加熱されて生じる対流により通風孔８０に風が流れる構成としてもよい。

背面主軸３２を上下方向に移動させる移動機構ないし駆動装置Ｄ３の構成、他の駆動装置Ｄ１、Ｄ２の構成等も種々変更可能である。

１ 工作機械
２ 基台
１０ 正面主軸ユニット
１１ 正面主軸台
１２ 正面主軸
１３ 正面Ｚ軸レール
２０ ガイドブッシュ
２１ ブッシュ支持台
３０ 背面主軸ユニット
３１ 背面主軸台
３１ａ 円筒状部分
３１ｂ ヒートシンク
３１ｃ 正面工具台３２ 背面主軸
３３ 背面Ｘ軸レール
３４ Ｘ軸スライドテーブル
３５ 背面Ｚ軸レール
３６ Ｚ軸スライドテーブル
３７ 支持体
３７ａ 支持面
３７ｂ 反対面
３８ 背面Ｙ軸レール（移動機構）
３９ 正面加工用工具
４０ 背面工具台
４１ 背面加工用工具
５０ 電動モータ
５０ａ 出力軸
５１ フレーム
６０ ボールネジ機構（移動機構）
６１ 雄ねじ部
６２ 軸受
６３ ボール
６４ ナット部
７０ プーリー機構
７１ 出力側プーリー
７２ 入力側プーリー
７３ ベルト
８０ 通風孔
９０ 送風機
９１ シュラウド
９２ ファン
９３ フランジ部分
Ｗ ワーク
Ｄ１ 駆動装置
Ｄ２ 駆動装置
Ｄ３ 駆動装置

Claims (2)

1. 支持体の支持面に該支持面に軸線が沿う姿勢で支持された主軸が、前記支持面に沿うとともに該主軸の軸線に直交する上下方向に移動可能である工作機械であって、
   前記支持体に、前記支持面と該支持面とは反対側を向く反対面との間で前記支持体を貫通し、前記主軸に向けて開口する通風孔が設けられ、
   前記通風孔の、前記反対面の側の開口に配置され、前記通風孔に前記反対面の側から前記支持面の側に向けて強制的に風を流す送風機を備えていることを特徴とする工作機械。
2. 前記主軸を前記支持面に対して上下方向に移動可能とする移動機構が、前記支持体の前記支持面の側に設けられている、請求項１に記載の工作機械。

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