JPH02152702A - 工作機械の主軸頭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加工を行なう加工具を支持する工作機械の主
軸頭に関する。

［従来の技術］ 一般に工作機械は、床に固定されるベツド上に、Ｘ−Ｙ
座標軸平面においてＸ軸方向に移動可能に設けられたテ
ーブル、ベツド上においてＺ軸方向に移動可能に設けら
れたコラム、このコラム上にＺ軸方向（Ｘ、Ｙ軸に直交
する方向）に移動可能に設けられた主軸頭、およびこの
主軸頭に可回転に装着された主軸を有し、前記テーブル
に被加工物を固定し、前記主軸に加工具を取付け、前記
テーブル、コラム、主軸頭をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に！すＲ
動することにより被加工物に対して所期の加工を行なう
構成となっている。このような工作機械における前記主
軸頭の構成を図により説明する。

第３図は従来の主軸頭の断面図である。図で、１は主軸
頭のハウジングであり、図示されていないコラムと係合
する端部１ａおよびこの端部１ａの反対端に形成された
貫通孔１ｂを有する。端部１ａおよびコラムには適宜の
送り機構が構成され、この送り機構によりハウジング１
が図で左右方向（前記の座標軸におけるＺ軸方向）に移
動せしめられる。、２は貫通孔１ｂに挿入された主軸、
２ａは主軸２の主軸端である。主軸端２ａには図示され
ない加工具が取付けられる。３ａは主軸後部軸受１．３
ｂ、３ｃは主軸前部軸受であり、これら軸受により主軸
２はハウジング１に回転可能に装着される。４は主軸２
の後部にキー嵌合されたプーリ、５はプーリ４の抜脱を
阻止するナツトである。

６は主軸２に螺合され主軸前部軸受３ｂ、３ｃを止める
ナツト、７は主軸前部軸受３ｂ、３ｃを押える軸受固定
カバーを示す。以上の各部材により主軸頭８が構成され
ている。

加工実施時においては、主軸端２ａに所定の加工具が取
付けられ、又、図示されないモータによリプーリ４が回
転せしめられ、これにより加工具が回転し、前述のよう
に図示しないテーブル、コラム、および主軸頭８を適切
に移動することにより被加工物に対する所期の加工が行
なわれる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記加工において、主軸２が回転するため各軸受３ａ、
３ｂ、３ｃにおいて熱が発生し、この熱は主軸２および
ハウジング１に伝導される。この伝導された熱により、
ハウジング１の貫通孔１ｂの周辺および主軸は熱膨張を
生じ、主軸端２ａおよび主軸端２ａ側における貫通孔１
ｂの周縁部分は図の左方へ、又、反対側における主軸２
の端部と貫通孔１ｂの周縁部分は図の右方へそれぞれ変
形変位する。図では、主軸端２ａ側の変位のみが２点鎖
線で示されている。即ち、図に示される寸法ΔＡは貫通
孔１ｂ周林部分の熱膨張によるハウジング１の伸びによ
る変位分、寸法ΔＣは主ｌｌｌＩ２自身の熱膨張による
変位分を示す。右側にも同様の変位が生じる。なお、こ
れらの変儂は誇張して描かれている； 今、各軸受３ａ、３ｂ、３ｃに生じる熱の影響を受けな
いハウジング１の端部１ａの左側端面を基準面Ｓとして
考え、発熱前における基準面Ｓと主軸端２ａの端面との
間の間隔ｆ：Ｌとすると、発熱後における変位により当
該間隔は、図示のように（Ｌ−（ΔΔ＋ΔＣ））となる
。これは、加工具先端がテーブル側に寸法（ΔＡ＋ΔＣ
）だけ変位したことを意味する。

ところで、工作機械では、μｍオーダの加工精度を要求
されるものが多い。そして、例えば。

１０ＣＩＩ＋の鉄部材が温度１℃上昇するとほぼ１μｍ
伸長することを考慮すると、主軸頭８における上記変位
（ΔΔ＋ΔＣ）は側底許容し得ない大きさの変位である
。

このような変位を防止するため、従来、ハウジング１内
に流通路を形成し、この流通路に外部から冷却流体を流
入させる手段が提案されていたが、このような手段は構
成が複雑になるとともに、そのための余分のエネルギを
必要とするという問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
簡素な構成で熱による変位の影響を除去することができ
る工作機械の主軸頭を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は、ハウジングと、
このハウジングに軸受を介して回転可能に装着された主
軸とを備えた工作機械の主軸頭において、前記ハウジン
グに、少なくとも一部を当該ハウジングを構成する部材
の熱膨張係数より低い熱膨張係数を有する部材で構成さ
れたスリーブを嵌合し、このスリーブに前記軸受を装着
し、前記スリーブの前記主軸の主軸端と反対側を前記ハ
ウジングに固定したことを特徴とする。

［作用］ 加工時、軸受に発生した熱はハウジングおよび主軸に伝
導してこれらを膨張させる。ここで、主軸は軸受を介し
てスリーブに連結され、このスリーブはハウジングに嵌
合されるとともに主軸端と反対側のスリーブ端は同じ側
のハウジング端部に固定されているので、ハウジングの
主軸端側の端一部が膨張しても、この膨張は主軸端の変
位とは無関係となる。さらに、主軸が膨張して主軸端が
変位しても、主軸端と反対側のハウジング端部が膨張し
て主軸端の変位と反対方向に変位するので、この変位に
伴ってそれに固定されているスリーブも変位し、この変
位により前記主軸端の膨張による変位が相殺され、基準
面と主軸端との間隔はみかけ上何等の変化も生じない。

［実施例コ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る主軸頭の１ｆｎ面図であ
る。図で、第３図に示す部分と同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。８′は本実施例の主軸頭を示す
。ｌｂ’はハウジング１に形成された貫通孔であり、第
３図に示す貫通孔１ｂより大径に形成されている。１０
は貫通孔１ｂ’内に摺動可能に嵌合挿入されたスリーブ
である。スリーブ１０は３つの円筒部１０ａ　、　１０
ｂ　、　１０ｃで一体に構成されている。主軸後部軸受
３ａは主軸２と円筒部１０ａとの間に装着され、主軸前
部軸受３ｂ、３ｃは主軸２と円筒部１０ｃとの間に装着
される。円筒部１０ａ、１０ｃは軸受３ａ、３ｂ。

３ｃの部材と同一部材又は当該部材の熱膨張係数と同−
又は近（以の熱膨張係数を有する部材で構成され、又１
円筒部１０ｂはハウジング１の熱膨張係数より低い熱膨
張係数を有する部材で構成されている。１１はスリーブ
１０の円筒部１０ａの端部をハウジング１の貫通孔１ｂ
’の周縁部に固定するねじ、１２はスリーブ１０の円筒
部１０Ｃの端部を軸受固定カバー７に固定するねじであ
る。

なお、図中、Ａはハウジング１の主軸端２ａ側の側面と
その反対側の側面との間の距離、Ｃは主軸端２ａの端面
と軸受３ｂの端面との間の距離。

Ｄは軸受３ｂの端面と貫通孔１ｂ’　との間の距離を示
す。

次に、本実施例の動作を第２図に示す主軸頭の側面断面
図を参照しながら説明する。第２図で、第１図に示す部
分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。テ
ーブルに被加工物が載置固定され、主軸端に加工具が取
付けられて加工が開始されると、主軸２の回転により各
軸受３ａ、３ｂ。

３ｃが発熱し１発熱した熱はスリーブ１０を介して主軸
２およびハウジング１に伝達される。この結果、ハウジ
ング１の貫通孔１ｂ’の周縁部は膨張して、第２図に示
すように両側に寸法ΔＡだけ変形変位し、又、主軸２の
寸法Ｃも主軸端２ａ側においてΔＣだけ伸長変位し、か
つ１寸法りも主軸端２ａと反対側において伸長する。た
だし、寸法りの伸びは前述のように間隔りには無関係で
ある。

主軸２に生じる伸長変位により、基準面Ｓと主軸端２ａ
端面との間隔は上記のように寸法ΔＣだけ小さくなる。

ところで、主軸２の伸長変位と同時に、主軸端２ａの反
対側におけるハウジング１の側面も第２図に示すように
寸法ΔＡだけ変形変位し、しかも、その変位の方向は主
軸端２ａの変位の方向と反対方向である。そして、スリ
ーブ１０がハウジング１の当該側面に固定されているこ
と、および円筒部１０ｂの熱膨張係数がハウジング１の
熱膨張係数より低いことにより、スリーブ１０は主軸端
２ａの変位の方向と反対方向に変位する。このため、各
軸受３ａ、３ｂ、３ｃを介してスリーブ１０に結合され
ている主軸２もスリーブ１０と一緒に同じく反対方向に
変位する。したかって、主軸２およびハウジング１の変
位量を考慮して、円筒部１０の材質（熱膨張係数）およ
び寸法を適切なものに選択すれば、スリーブ１ｏを主軸
端２ａの伸長変位方向と反対方向に当該伸長変位分と同
量だけ変位させることができ、その結果、各部に熱膨張
による変位が生じているにもかかわらず、基準面Ｓと主
軸端２ａとの間隔りを不変とすることができる。

このように、本実施例では、ハウジングの貫通孔に一部
がハウジングより低熱膨張部材で構成されたスリーブを
摺動自在に嵌合し、このスリーブに軸受を介して主軸を
装着し、主軸、端と反対側のハウジング側面にスリーブ
を固定するようにしたので、加工中、軸受に発生する熱
により主軸およびハウジングが変位しても、基準面と主
軸端との間隔は変化せず、したがって、加工具の変位も
なく、高精度の加工を実施することができる。

又、軸受を装着するスリーブの円筒部分は軸受の部材と
同一部材で構成されているので、軸受部分が熱膨張して
もこれと同一の熱膨張を生じ、これにより軸受を円滑に
機能させることができる。

なお、上記実施例の説明では、スリーブを、軸受以外の
部分のみ低熱膨張部材で構成する例について説明したが
、加工時の温度等柱々の条件によってはスリーブの他の
部分又はスリーブ全体を低熱膨張係数の部材で構成する
こともできる。又、低熱膨張係数の部材としては、剛性
を満足できれば全屈以外の材料を用いることもできる。

さらに又、熱膨張に方向性を有する部材を径方向に膨張
するような形態にしてスリーブに用いることもでき、こ
れにより軸受の予圧の変化を防止し、ひいては軸受にお
ける発熱量の増大を防止することができる。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明では、少なくとも一部をハウ
ジングより低熱膨張係数を有する部材で構成されたスリ
ーブをハウジングに摺動自在に嵌合し、主軸端と反対側
においてスリーブをハウジングに固定し、当該スリーブ
に軸受を介して主軸を装着するようにしたので、加工時
の熱によりハウジングおよび主軸に変位が生じても、基
準面に対し主軸端が変位しないようにすることができ、
ひいては、高精度の加工を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は本発明の実施例に係る主軸頭の一
部断面側面図、第３図は従来の主軸頭の一部断面側面図
である。 １・・・・・・ハウジング、２・・・・・・主軸、２ａ
・・・・・・主軸端、３ａ、３ｂ、３ｃ・・・・・軸受
、８′・・・・・・主軸頭、ＩＱ・・・・・・スリーブ
、１０　ａ　ｙ　１０　ｂ　＋　１０　ｃ・・・・・・
円筒部、Ｓ・・・・・・基準面。 第１図 第２図 ８ル ハウジング ２二主軸 ２ｑ：主軸端 １０ニスリーブ １０ａ〜１０Ｃ；円筒部 Ｓ：基準面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジングと、このハウジングに軸受を介して回
   転可能に装着された主軸とを備えた工作機械の主軸頭に
   おいて、前記ハウジングに、少なくとも一部を当該ハウ
   ジングを構成する部材の熱膨張係数より低い熱膨張係数
   を有する部材で構成されたスリーブを嵌合し、このスリ
   ーブに前記軸受を装着し、前記スリーブの前記主軸の主
   軸端と反対側を前記ハウジングに固定したことを特徴と
   する工作機械の主軸頭。
2. （２）請求項（１）において、前記スリーブは、前記軸
   受の装着部分以外の部分が前記低い熱膨張係数を有する
   部材で構成されていることを特徴とする工作機械の主軸
   頭。