JPH06134649A - 工作機械主軸頭の温度制御装置 - Google Patents
工作機械主軸頭の温度制御装置Info
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- JPH06134649A JPH06134649A JP4285794A JP28579492A JPH06134649A JP H06134649 A JPH06134649 A JP H06134649A JP 4285794 A JP4285794 A JP 4285794A JP 28579492 A JP28579492 A JP 28579492A JP H06134649 A JPH06134649 A JP H06134649A
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- Japan
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- spindle head
- temperature
- cooling oil
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 主軸頭の温度上昇及びこれに伴う熱変形を、
比較的簡易な構成で、しかも主軸頭内部の複雑化、大型
化を招くことなく抑制する。 【構成】 主軸頭１の両側壁６の外側壁面６ａに凹部６
ｂを形成すると共に、この凹部６ｂに箱状の外カバー７
を装着し、ボルト等の適宜の手段で固定してある。外側
壁面６ａと外カバー７の内側面との間は空洞になってお
り、この空洞部８は外側壁面６ａと広い範囲にわたって
接している。そして、外カバー７の下端角部および上端
角部に、それぞれ、空洞部８内に開口した給油口７ｂ、
排出口７ａを設け、空洞部８内への冷却油１０の供給並
びに空洞部８からの冷却油１０の排出を可能ならしめて
いる。
比較的簡易な構成で、しかも主軸頭内部の複雑化、大型
化を招くことなく抑制する。 【構成】 主軸頭１の両側壁６の外側壁面６ａに凹部６
ｂを形成すると共に、この凹部６ｂに箱状の外カバー７
を装着し、ボルト等の適宜の手段で固定してある。外側
壁面６ａと外カバー７の内側面との間は空洞になってお
り、この空洞部８は外側壁面６ａと広い範囲にわたって
接している。そして、外カバー７の下端角部および上端
角部に、それぞれ、空洞部８内に開口した給油口７ｂ、
排出口７ａを設け、空洞部８内への冷却油１０の供給並
びに空洞部８からの冷却油１０の排出を可能ならしめて
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸頭にお
いて、主軸回転時の軸受や歯車駆動系の発熱による主軸
頭の温度上昇を抑制し、加工精度の劣化の主要因たる主
軸頭の熱変形を低減するための温度制御装置に関する。
いて、主軸回転時の軸受や歯車駆動系の発熱による主軸
頭の温度上昇を抑制し、加工精度の劣化の主要因たる主
軸頭の熱変形を低減するための温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械の主軸頭において、主軸回転に
伴う軸受や歯車駆動系の摩擦による発熱は、主軸、主軸
ハウジングさらには主軸頭の温度上昇につながる。その
結果、主軸頭部分に温度分布の不均一が生じ、これが熱
応力となって主軸もしくは主軸頭の熱変位誤差を生じさ
せ、加工精度劣化の要因となる。特に、立形主軸頭で
は、主軸の軸線方向とこれに直行する方向との２次元的
な温度場になるため、主軸の軸線方向に１次元的な温度
場となる横型主軸頭に比べ、熱的に構造が複雑であり変
形量も大きい。
伴う軸受や歯車駆動系の摩擦による発熱は、主軸、主軸
ハウジングさらには主軸頭の温度上昇につながる。その
結果、主軸頭部分に温度分布の不均一が生じ、これが熱
応力となって主軸もしくは主軸頭の熱変位誤差を生じさ
せ、加工精度劣化の要因となる。特に、立形主軸頭で
は、主軸の軸線方向とこれに直行する方向との２次元的
な温度場になるため、主軸の軸線方向に１次元的な温度
場となる横型主軸頭に比べ、熱的に構造が複雑であり変
形量も大きい。
【０００３】このため、従来より、主軸頭の熱変位対策
として種々の試みがなされ、その一部はすでに実用化さ
れ、加工精度の向上に大きく寄与している。その代表例
として、主軸頭内部に冷却油の循環通路を形成し、この
循環通路内に、温度制御された冷却油を循環させるよう
にしたものがある。
として種々の試みがなされ、その一部はすでに実用化さ
れ、加工精度の向上に大きく寄与している。その代表例
として、主軸頭内部に冷却油の循環通路を形成し、この
循環通路内に、温度制御された冷却油を循環させるよう
にしたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記手
段では、主軸頭内部の発生熱を均一に取り除くことは不
可能であり、主軸頭の熱変形を効果的に抑制する手段と
しては不十分であるといわざる得ない。というのは、主
軸頭内部に冷却油の循環通路を設けるにしても、スペー
ス上、加工上の理由等から、その形成部位、形状等には
自ずから制約があり、局部的な冷却効果しか期待し得な
いからである。例えば、循環通路は、主軸ハウジングな
どに軸方向の貫通孔形状で形成される場合が通常である
が、仮に、これを円周方向に複数本形成したとしても、
冷却されるのは循環通路の近傍部位にとどまり、依然局
部的なものである。
段では、主軸頭内部の発生熱を均一に取り除くことは不
可能であり、主軸頭の熱変形を効果的に抑制する手段と
しては不十分であるといわざる得ない。というのは、主
軸頭内部に冷却油の循環通路を設けるにしても、スペー
ス上、加工上の理由等から、その形成部位、形状等には
自ずから制約があり、局部的な冷却効果しか期待し得な
いからである。例えば、循環通路は、主軸ハウジングな
どに軸方向の貫通孔形状で形成される場合が通常である
が、仮に、これを円周方向に複数本形成したとしても、
冷却されるのは循環通路の近傍部位にとどまり、依然局
部的なものである。
【０００５】一方、このような問題点を解決すべく、主
軸頭の側壁と歯車駆動系との間に吸熱板を配置し、歯車
駆動系により飛散される内部の潤滑油を吸熱板に当てて
冷却する構成のものが実開平３−７５９５７号公報に記
載されている。吸熱板は、その表裏面に沿って油冷却管
を蛇行配設したもので、この油冷却管に温度制御された
冷却油を循環させるようにしている。別の見方をすれ
ば、この公報記載の装置は、主軸頭内部の広い範囲にわ
たって冷却油の循環通路を構成するためにわざわざ吸熱
板という別部材を配置したものであるということができ
る。この装置によれば、発生熱を比較的広い範囲で均一
に取り除くことが可能になるが、吸熱板という構成要素
が別途付加されるため、主軸頭内部の複雑化、大型化が
不可避である。
軸頭の側壁と歯車駆動系との間に吸熱板を配置し、歯車
駆動系により飛散される内部の潤滑油を吸熱板に当てて
冷却する構成のものが実開平３−７５９５７号公報に記
載されている。吸熱板は、その表裏面に沿って油冷却管
を蛇行配設したもので、この油冷却管に温度制御された
冷却油を循環させるようにしている。別の見方をすれ
ば、この公報記載の装置は、主軸頭内部の広い範囲にわ
たって冷却油の循環通路を構成するためにわざわざ吸熱
板という別部材を配置したものであるということができ
る。この装置によれば、発生熱を比較的広い範囲で均一
に取り除くことが可能になるが、吸熱板という構成要素
が別途付加されるため、主軸頭内部の複雑化、大型化が
不可避である。
【０００６】そこで、本発明の目的は、主軸頭の温度上
昇及びこれに伴う熱変形を、比較的簡単な構成で、しか
も主軸頭内部の複雑化、大型化を招くことなく抑制する
ことにある。
昇及びこれに伴う熱変形を、比較的簡単な構成で、しか
も主軸頭内部の複雑化、大型化を招くことなく抑制する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、工作機械主軸
頭の両側に、この主軸頭の側壁の外側壁面に接した空洞
部を設けると共に、温度制御された冷却油をこの空洞部
に導き入れ、この空洞部内を循環させるようにしたもの
である。
頭の両側に、この主軸頭の側壁の外側壁面に接した空洞
部を設けると共に、温度制御された冷却油をこの空洞部
に導き入れ、この空洞部内を循環させるようにしたもの
である。
【０００８】
【作用】主軸頭の側壁は、この側壁の外側壁面に接した
空洞部を循環する冷却油によって冷却される。
空洞部を循環する冷却油によって冷却される。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を立形の主軸頭１に適用した実
施例について説明する。
施例について説明する。
【００１０】図１に示すように、主軸頭１は、コラム２
に固定された案内装置例えばリニアガイド３に案内さ
れ、送りサーボモータ（図示省略）に連結されたボール
ねじ４によって上下方向に位置決め駆動される。主軸５
は主軸頭１に回転自在に挿通され、これに工具（図示省
略）が装着される。
に固定された案内装置例えばリニアガイド３に案内さ
れ、送りサーボモータ（図示省略）に連結されたボール
ねじ４によって上下方向に位置決め駆動される。主軸５
は主軸頭１に回転自在に挿通され、これに工具（図示省
略）が装着される。
【００１１】この実施例では、主軸頭１の両側壁６の外
側壁面６ａに凹部６ｂを形成すると共に、この凹部６ｂ
に箱状の外カバー７を装着し、ボルト等の適宜の手段で
固定してある。外側壁面６ａと外カバー７の内側面との
間は空洞になっており、この空洞部８は外側壁面６ａと
広い範囲にわたって接している。尚、９は空洞部８の周
囲をシールするシール部材である。そして、外カバー７
の下端角部および上端角部に、それぞれ、空洞部８内に
開口した給油口７ｂ、排出口７ａを設け、空洞部８内へ
の冷却油１０の供給並びに空洞部８からの冷却油１０の
排出を可能ならしめている。
側壁面６ａに凹部６ｂを形成すると共に、この凹部６ｂ
に箱状の外カバー７を装着し、ボルト等の適宜の手段で
固定してある。外側壁面６ａと外カバー７の内側面との
間は空洞になっており、この空洞部８は外側壁面６ａと
広い範囲にわたって接している。尚、９は空洞部８の周
囲をシールするシール部材である。そして、外カバー７
の下端角部および上端角部に、それぞれ、空洞部８内に
開口した給油口７ｂ、排出口７ａを設け、空洞部８内へ
の冷却油１０の供給並びに空洞部８からの冷却油１０の
排出を可能ならしめている。
【００１２】一般に、立形の主軸頭１においては、主軸
５の回転により温度上昇が生じると、主軸頭１の側壁６
の温度分布が不均一となり（通常、主軸頭１の下部が上
部より温度上昇が大きい）、主軸５が軸線Ｚに対して時
計方向に傾く。このように、立形の主軸頭１において
は、主軸５の軸線方向Ｚとこれに直行する方向Ｘとの２
次元的な温度場になるため、主軸の軸線方向に１次元的
な温度場となる横型の主軸頭に比べ、熱的に構造が複雑
であり変形量も大きい。また、立形の主軸頭１におい
て、主軸頭１の側壁６の温度分布が主軸５の傾きに最も
大きな影響を与えることが確認されている。
５の回転により温度上昇が生じると、主軸頭１の側壁６
の温度分布が不均一となり（通常、主軸頭１の下部が上
部より温度上昇が大きい）、主軸５が軸線Ｚに対して時
計方向に傾く。このように、立形の主軸頭１において
は、主軸５の軸線方向Ｚとこれに直行する方向Ｘとの２
次元的な温度場になるため、主軸の軸線方向に１次元的
な温度場となる横型の主軸頭に比べ、熱的に構造が複雑
であり変形量も大きい。また、立形の主軸頭１におい
て、主軸頭１の側壁６の温度分布が主軸５の傾きに最も
大きな影響を与えることが確認されている。
【００１３】そこで、この実施例は、主軸頭１の側壁６
の外側壁面６ａに広い範囲で接する空洞部８を設けると
共に、冷却油温調機（図示省略）で一定温度に温度制御
された冷却油１０をポンプ（図示省略）により給油口７
ｂから空洞部８に導き入れ、空洞部８内を循環させるこ
とにより、側壁６の熱量を外側壁面６ａを介して冷却油
１０で奪い取り（熱交換）、この奪い取った熱量を冷却
油１０と伴に排出口７ａから外部に排出するようにした
ものである。冷却油１０との広範な範囲での熱交換によ
り、主軸頭内部での発生熱が側壁６を介して均一にかつ
効果的に取り除かれる。尚、排出された冷却油１０は冷
却油温調機に戻される。このように、主軸頭１において
熱的に最もネックとなる側壁６に、広い範囲にわたって
冷却油１０を循環接触せしめることによって、主軸頭１
の温度上昇及びこれに伴う熱変形を効果的かつ能率的に
抑制することができる。また、冷却油１０の循環通路と
なる空洞部８は、側壁６の凹部６ａと外カバー７の内側
面とで形成されるものであるから、極めて簡単な構造に
より、側壁６と広い範囲にわたって接する構成とするこ
とができる。前述したような、主軸頭内部に冷却油の循
環通路を形成する従来構成に比べ、スペース上、加工
上、コスト上極めて有利であり、しかも、主軸頭内部の
複雑化、大型化といった弊害を招くこともない。一方、
高精度の温度制御を実現するためには、さらに、主軸頭
１の側壁６と冷却油１０との間の境界熱伝達を考慮する
必要がある。図２ａに示すように、側壁６の断面方向に
おいて、冷却油１０（油温θ０）と接する外側壁面６ａ
（温度θ１）と、主軸頭１の内部１ａ側に位置する内側
壁面６ｂ（温度θ２）との間には、側壁６の厚さＬに応
じた温度勾配が生じる。また、空洞部８内を循環する冷
却油１０の速度Ｖによって熱伝達率が大きく変化する。
そのため、冷却油１０の油温θ０と内・外側壁面の温度
θ１、θ２、側壁６の略中央部の温度θ’、さらには、
主軸頭内部１ａの温度θｉとは必ずしも一致しない。し
たがって、冷却油１０の油温θ０のみを管理しただけで
は（通常、冷却油温調機により油温設定する。）、必ず
しも側壁６、主軸頭内部１ａといった部位の温度を正確
に制御することにはならない。そこで、例えば、冷却油
１０の油温θ０および流速Ｖ、側壁６の略中央部の温度
θ’（例えば、側壁６に穴を穿設し、温度センサ１１を
装着することにより測定可能）との関係を予め実験で求
めておき、この関係に基づいて、冷却油１０の流速Ｖを
制御（油温θ０は一定）することにより、側壁６の温度
θ’並びに主軸頭内部１ａの温度θｉを高精度に管理す
ることができる。これは、具体的には、例えば図２ｂに
示すように、温度センサ１１で測定した温度θ’を、上
記実験により求めた実験式を組み込んだ関数発生器に入
力し、温度θ’が所定温度になるような冷却油１０の流
速Ｖを演算させ、その結果を流量制御弁に出力して流速
Ｖを制御することによって達成することができる。ある
いは、流速Ｖを一定に保ち、温度θ’が所定温度になる
ような冷却油１０の油温θ０を関数発生器から冷却油温
調機に出力し、油温θ０を制御することによって達成す
ることもできる。さらには、油温θ０および流速Ｖの双
方を、上記に準じ制御することによっても達成可能であ
る。
の外側壁面６ａに広い範囲で接する空洞部８を設けると
共に、冷却油温調機（図示省略）で一定温度に温度制御
された冷却油１０をポンプ（図示省略）により給油口７
ｂから空洞部８に導き入れ、空洞部８内を循環させるこ
とにより、側壁６の熱量を外側壁面６ａを介して冷却油
１０で奪い取り（熱交換）、この奪い取った熱量を冷却
油１０と伴に排出口７ａから外部に排出するようにした
ものである。冷却油１０との広範な範囲での熱交換によ
り、主軸頭内部での発生熱が側壁６を介して均一にかつ
効果的に取り除かれる。尚、排出された冷却油１０は冷
却油温調機に戻される。このように、主軸頭１において
熱的に最もネックとなる側壁６に、広い範囲にわたって
冷却油１０を循環接触せしめることによって、主軸頭１
の温度上昇及びこれに伴う熱変形を効果的かつ能率的に
抑制することができる。また、冷却油１０の循環通路と
なる空洞部８は、側壁６の凹部６ａと外カバー７の内側
面とで形成されるものであるから、極めて簡単な構造に
より、側壁６と広い範囲にわたって接する構成とするこ
とができる。前述したような、主軸頭内部に冷却油の循
環通路を形成する従来構成に比べ、スペース上、加工
上、コスト上極めて有利であり、しかも、主軸頭内部の
複雑化、大型化といった弊害を招くこともない。一方、
高精度の温度制御を実現するためには、さらに、主軸頭
１の側壁６と冷却油１０との間の境界熱伝達を考慮する
必要がある。図２ａに示すように、側壁６の断面方向に
おいて、冷却油１０（油温θ０）と接する外側壁面６ａ
（温度θ１）と、主軸頭１の内部１ａ側に位置する内側
壁面６ｂ（温度θ２）との間には、側壁６の厚さＬに応
じた温度勾配が生じる。また、空洞部８内を循環する冷
却油１０の速度Ｖによって熱伝達率が大きく変化する。
そのため、冷却油１０の油温θ０と内・外側壁面の温度
θ１、θ２、側壁６の略中央部の温度θ’、さらには、
主軸頭内部１ａの温度θｉとは必ずしも一致しない。し
たがって、冷却油１０の油温θ０のみを管理しただけで
は（通常、冷却油温調機により油温設定する。）、必ず
しも側壁６、主軸頭内部１ａといった部位の温度を正確
に制御することにはならない。そこで、例えば、冷却油
１０の油温θ０および流速Ｖ、側壁６の略中央部の温度
θ’（例えば、側壁６に穴を穿設し、温度センサ１１を
装着することにより測定可能）との関係を予め実験で求
めておき、この関係に基づいて、冷却油１０の流速Ｖを
制御（油温θ０は一定）することにより、側壁６の温度
θ’並びに主軸頭内部１ａの温度θｉを高精度に管理す
ることができる。これは、具体的には、例えば図２ｂに
示すように、温度センサ１１で測定した温度θ’を、上
記実験により求めた実験式を組み込んだ関数発生器に入
力し、温度θ’が所定温度になるような冷却油１０の流
速Ｖを演算させ、その結果を流量制御弁に出力して流速
Ｖを制御することによって達成することができる。ある
いは、流速Ｖを一定に保ち、温度θ’が所定温度になる
ような冷却油１０の油温θ０を関数発生器から冷却油温
調機に出力し、油温θ０を制御することによって達成す
ることもできる。さらには、油温θ０および流速Ｖの双
方を、上記に準じ制御することによっても達成可能であ
る。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
工作機械主軸頭の両側に、この主軸頭の側壁の外側壁面
に接した空洞部を設けると共に、温度制御された冷却油
をこの空洞部に導き入れ、この空洞部内を循環させるよ
うにしたので、主軸頭の側壁並びに内部の温度上昇、及
び、これに伴う主軸頭の熱変形を効果的かつ能率的に抑
制することができる。また、立形の主軸頭においては、
主軸頭の側壁の温度分布が主軸の傾きに最も大きな影響
を与えることが確認されており、その意味で、本発明
は、特に立形の主軸頭に適用された場合に顕著な効果を
発揮するものである。さらに、冷却油の循環通路となる
空洞部は側壁の外側壁面に接するものであるから、簡単
な構造により、側壁と広い範囲にわたって接する構成と
することができる。したがって、主軸頭内部に冷却油の
循環通路を形成する従来構成に比べ、確実な温度制御を
行なうことができるばかりでなく、スペース上、加工
上、コスト上極めて有利であり、しかも、主軸頭内部の
複雑化、大型化といった弊害を招くこともない。
工作機械主軸頭の両側に、この主軸頭の側壁の外側壁面
に接した空洞部を設けると共に、温度制御された冷却油
をこの空洞部に導き入れ、この空洞部内を循環させるよ
うにしたので、主軸頭の側壁並びに内部の温度上昇、及
び、これに伴う主軸頭の熱変形を効果的かつ能率的に抑
制することができる。また、立形の主軸頭においては、
主軸頭の側壁の温度分布が主軸の傾きに最も大きな影響
を与えることが確認されており、その意味で、本発明
は、特に立形の主軸頭に適用された場合に顕著な効果を
発揮するものである。さらに、冷却油の循環通路となる
空洞部は側壁の外側壁面に接するものであるから、簡単
な構造により、側壁と広い範囲にわたって接する構成と
することができる。したがって、主軸頭内部に冷却油の
循環通路を形成する従来構成に比べ、確実な温度制御を
行なうことができるばかりでなく、スペース上、加工
上、コスト上極めて有利であり、しかも、主軸頭内部の
複雑化、大型化といった弊害を招くこともない。
【図１】本発明の実施例を示す平面図（図ａ：一部断
面）、側面図（図ｂ：一部断面）である。
面）、側面図（図ｂ：一部断面）である。
【図２】側壁の温度勾配を示す断面図（図ａ）、温度制
御回路図（図ｂ）である。
御回路図（図ｂ）である。
１ 主軸頭 ６ 側壁 ６ａ 外側壁面 ８ 空洞部 １０ 冷却油
Claims (1)
- 【請求項１】 工作機械主軸頭の両側に、この主軸頭の
側壁の外側壁面に接した空洞部を設けると共に、温度制
御された冷却油をこの空洞部に導き入れ、この空洞部内
を循環させることを特徴とする工作機械主軸頭の温度制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4285794A JPH06134649A (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 工作機械主軸頭の温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4285794A JPH06134649A (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 工作機械主軸頭の温度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06134649A true JPH06134649A (ja) | 1994-05-17 |
Family
ID=17696167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4285794A Pending JPH06134649A (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 工作機械主軸頭の温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06134649A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140010611A1 (en) * | 2012-07-05 | 2014-01-09 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Precision machine tool |
| JP2016016497A (ja) * | 2014-07-10 | 2016-02-01 | 株式会社ジェイテクト | 工作機械及びその制御方法 |
-
1992
- 1992-10-23 JP JP4285794A patent/JPH06134649A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140010611A1 (en) * | 2012-07-05 | 2014-01-09 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Precision machine tool |
| US9511465B2 (en) * | 2012-07-05 | 2016-12-06 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Precision machine tool |
| US10252391B2 (en) | 2012-07-05 | 2019-04-09 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Precision machine tool |
| JP2016016497A (ja) * | 2014-07-10 | 2016-02-01 | 株式会社ジェイテクト | 工作機械及びその制御方法 |
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