JPH0825174A - 工作機械の主軸頭潤滑冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主軸と主軸頭内部の温度を統合的に温度管理
できるように潤滑油移送手段を用いて主軸頭を潤滑した
油を主軸の冷却油回路の冷却装置に戻すようにして、主
軸頭内の熱変位を抑制するとともに、主軸頭内からの潤
滑油の漏洩を防止する。 【構成】 冷却装置１２の出口側の配管６４を潤滑油回
路と冷却油回路との２系統に分岐させるとともに、冷却
油回路の戻り側の配管にベンチュリ管３８を配設し、ベ
ンチュリ管３８と潤滑油回路のオイルバス１８とを配管
４３、４４により接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸頭内部
の軸受や歯車を潤滑した油を主軸の冷却油回路に回収す
るように構成することにより、主軸頭の潤滑、温度管理
と主軸の冷却とを統合して行えるようにした工作機械の
主軸頭潤滑冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の加工精度を高精度に安定して
維持するためには、主軸の温度管理と、主軸頭内部の軸
受、歯車等への適正な潤滑が不可欠となる。図３は、マ
シニングセンタにおける従来の主軸の冷却油回路を示
す。図において、符合１０は工作機械の主軸を示し、符
合１１は主軸１０を回転駆動する主軸モータを示す。冷
却装置１２は、潤滑油を貯留する貯留用タンク１３と、
タンク１３内の潤滑油を吸引し吐出するポンプ１４とを
備え、ポンプ１４から吐出された潤滑油は冷却器６３を
経て冷却されるようになっている。図４に冷却器６３に
より潤滑油を冷却する冷却回路の構成を示す。この冷却
装置１２では、圧縮機６０の吐出側は、凝縮器６１、キ
ャピラリチューブ６２、冷却器６３と順に接続され、冷
凍サイクルが構成されている。

【０００３】従って、ポンプ１４から吸引された潤滑油
は冷却器６３側に送られ、冷却器６３で熱交換される。
この冷却された油は冷却装置１２の油出口６５から吐出
されて冷却油回路を流れ、工作機械の主軸１０の回りに
配設された油溝１６ならびに主軸モータ１１の回りに設
けられた油溝１７に定常的に流れることにより、これら
の部位から熱を奪うので、主軸１０、主軸モータ１１の
温度上昇を防止することができる。

【０００４】一方、主軸頭内部には、オイルバス１８が
設けられ、このオイルバス１８に溜まった油は、オイル
フィルタ１９を介してオイルポンプ２０で吸込まれ、こ
のオイルポンプ２０から吐出された油がマニフォルド２
１、給油管３０，３１，３２を介して主軸頭内部の軸受
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，歯車３４などの潤滑が必要な
各部に給油する潤滑油回路が配設されている。そしてこ
の給油された油滑油は再びオイルバス１８に回収される
ようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の工
作機械においては、主軸の冷却油回路と、主軸頭の潤滑
油回路が独立して設けられており、主軸頭を潤滑した油
は、オイルパンからオイルバスに戻されても冷却されな
い構成になっていた。このため、主軸を冷却しているに
もかかわらず、発熱箇所としての軸受、歯車が組み込ま
れている主軸頭内部は、工作機械の運転時間の経過とと
もに時間に比例して昇温していた。この発熱のために、
主軸頭から主軸にかけて温度勾配が生じ、機械各部に熱
変位が生じるこの熱変位は、機械各部の温度分布が一定
になるまで継続し、その間は、工作精度が不安定になる
という問題があった。また、オイルパンには加熱された
潤滑油が戻されるため、主軸頭内の空気圧が上昇し、主
軸頭の下部から潤滑油が吹き出すという問題があった。

【０００６】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、主軸と主軸頭内部の温度を統合的に管理
し、主軸頭内の熱変位を少なくすることのできる工作機
械の主軸頭潤滑冷却装置を提供することを目的とする。
また、主軸頭内の圧力の上昇を抑制し、主軸頭下部から
の潤滑油の吹き出しを防止することのできる工作機械の
主軸頭潤滑冷却装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、貯留用タンクに貯留された冷却用油を
冷却して吐出する冷却装置と、冷却装置の出口側配管を
２系統に分岐して構成された、工作機械の主軸頭内部の
要給油部位に潤滑油を供給する潤滑油回路と、工作機械
の主軸を経由し貯留用タンクに戻る工作機械の主軸冷却
用油が循環する冷却油回路と、潤滑油回路から供給され
た潤滑油を回収するオイルバスと、オイルバスに回収さ
れた潤滑油を貯留用タンクに移送する手段と、を備えて
なることを特徴とするものである。

【０００８】また本発明は、潤滑油回路と冷却油回路と
を三方弁を介して冷却装置の出口側配管に接続したこと
を特徴とするものである。

【０００９】また本発明は、三方弁の下流位置に流量調
整手段を配設したことを特徴とするものである。

【００１０】また本発明は、流量調整手段が絞り弁であ
ることを特徴とするものである。

【００１１】また本発明は、オイルバスから貯留用タン
クへの潤滑油の移送手段が、工作機械の主軸を経由した
後の冷却油回路中に配設され、吸込口がオイルバスに連
結されているベンチュリ管であることを特徴とするもの
である。

【００１２】また本発明は、ベンチュリ管が互いに並列
に複数個配設されていることを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、潤滑油回路を流れる油により
主軸頭の軸受、歯車など主軸頭内各部が潤滑され、一
方、冷却油回路を循環する油によって主軸が冷却され
る。主軸頭内各部を潤滑した潤滑油はオイルバスに回収
され、このオイルバスに回収された潤滑油は潤滑油移送
手段により吸引されて冷却装置の貯留用タンクに移送さ
れる。このため、主軸頭を潤滑して温度の上昇した油を
冷却装置で冷却してから再循環させることができるの
で、主軸頭内の温度上昇を防止し、主軸頭から主軸にか
けての熱変位を抑制することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による工作機械の主軸頭潤滑冷
却装置の一実施例について図面を参照して説明する。な
お、以下の説明において、前述した従来例と同一の構成
要素には、同一の参照符合を付して説明する。図１は、
本発明の一実施例を示す配管系統図である。本実施例お
いて、冷却装置１２の油出口６５に接続された出口側配
管６４には三方弁２４が配設され、この三方弁２４を介
して、出口側配管６４が潤滑油回路６６と冷却油回路６
８の２系統に分岐されている。

【００１５】潤滑油回路６６はマニフォルド２１を介し
てさらに主軸頭内の軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、歯車
３４などの潤滑が必要な各部に給油する給油管３０，３
１，３２に分岐されている。また、冷却油回路６８は、
主軸１０の外周囲に形成された油溝１６へ接続され、さ
らに主軸モータ１１の油溝１７を経て、再び冷却装置１
２の貯留用タンク１３に戻るよう構成されている。

【００１６】潤滑油回路６６の三方弁２４とマニフォル
ド２１との間には、流量調整手段、たとえば絞り弁５５
が配設されている。また冷却油回路６８の三方弁２４の
下流位置にも絞り弁５６が配設され、潤滑油回路６６と
冷却油回路６８とをそれぞれ流れる潤滑油の流量が調整
されている。この油の流量調整は、冷却油回路６８を流
れる潤滑油の方が、潤滑油回路６６を流れる量より多く
なるよう調整することが望ましい。

【００１７】潤滑油回路６６から供給される潤滑油は、
主軸頭内の軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、歯車３４など
の潤滑が必要な各部に給油された後、その下方に配設さ
れているオイルパンなどに落下し、さらに主軸頭内部の
オイルバス１８に流入して貯留される。

【００１８】冷却油回路６８の戻り側回路６８ａには、
三方弁３７を用いて並列回路６８ｂが構成され、この並
列回路６８ｂにそれぞれベンチュリ管３８が配設されて
いる。ベンチュリ管３８は、図２にその一例を示すよう
に、ボディ４８の両端に互いに連通する入口部４６と出
口部５０とを有し、この入口部４６と出口部５０との間
に、中間室５２、のど部５３、ディフューザ部４９が形
成されている。中間室５２にはノズル４７が装着され、
のど部５３は流路が絞られた狭隘な流路断面形状を有し
ている。また、ディフューザ部４９は出口部５０に向け
て拡経する形状を有している。さらに、ボディ４８の側
部には吸込口５１が形成され、この吸込口５１は中間室
５２を経てのど部５３に連通している。

【００１９】ベンチュリ管３８の入口部４６、出口部５
０には、それぞれ冷却油回路６８の並列回路６８ｂが接
続され、吸込口５１には、オイルバス１８から引出され
た配管４３，４４が接続されている。

【００２０】次に、このような構成からなる本実施例の
作用について説明する。冷却装置１２のポンプ１４によ
り貯留用タンク１３から吸上げられた潤滑油は、冷却器
６３を経て冷却された後、吐出口６５から吐出される。
三方弁２４を経て潤滑油回路６６へ流れた潤滑油は、さ
らにマニフォルド２１により分岐され、それぞれ主軸頭
内の軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、歯車３４など、潤滑
が必要な箇所に供給れる。そしてこれらの潤滑油は、潤
滑作用を行った後落下して、主軸頭内部のオイルバス１
８に集められる。

【００２１】一方、三方弁２４を経て冷却油回路６８へ
流れた潤滑油は、主軸１０、主軸モータ１１のそれぞれ
の油溝１６，１７に送られ、これらを冷却した後、戻り
側回路６８ａを経て冷却装置１２の貯留用タンク１３へ
戻される。この戻り側回路６８ａを流れる際、潤滑油は
ベンチュリ管３８内を通過するので、ベンチュリ管３８
の作用により、吸込口５１に負圧が生じ、オイルバス１
８の油が吸込口５１に接続されている配管４３，４４を
通してベンチュリ管３８側に吸引される。この吸引され
た潤滑油は冷却油回路６８の戻り側回路６８ａを経て、
冷却装置１２の貯留用タンク１３に戻される。

【００２２】このように、本実施例によれば、冷却油回
路６８を流れる潤滑油だけでなく、潤滑油回路６６を流
れる潤滑油もオイルバス１８から吸引されて、冷却装置
１２の貯留用タンク１３に戻され、冷却器６３を経て冷
却された後、再び循環される。

【００２３】従って、主軸頭内の各部を潤滑する潤滑油
の温度管理を確実に行うことができ、主軸頭内部の温度
を安定化することができる。これにより、主軸１０の熱
変位が抑制され、加工精度の向上を図ることができる。

【００２４】また絞り弁５５，５６を用いて冷却油回路
６８へ流れる潤滑油の流量を調整し、ベンチュリ管３８
による吸引力とオイルバス１８に貯留される油量とのバ
ランスがとられているので、オイルバス１８に所定以上
の潤滑油が溜まることなく、確実に潤滑油回路６６の潤
滑油を循環させることができる。これにより、潤滑油の
温度が上昇し、主軸頭内部の空気圧が上昇しても、主軸
頭下部から潤滑油が吹き出すことを防止できる。

【００２５】さらに、主軸頭内のオイルバス１８の空気
圧力は、常時密閉されているために、歯車や軸受による
回転の影響を受けて常圧以上になるが、ベンチュリ管３
８の吸引作用により潤滑油と同時に空気も回収されるた
め、主軸頭内の空気圧力の上昇を防止し、潤滑油の吹き
出しを防止することもできる。

【００２６】表１及び２は、本実施例の効果を確認する
ために行った温度測定結果を示すもので、表１は、本実
施例を適用した場合を示し、表２は従来例を示してい
る。すなわち、工作機械の主軸を毎分１万回転で５時間
以上連続運転して、主軸頭内各箇所の温度変化を測定比
較した。この表からも明らかなように、温度上昇の最も
大きい、主軸受上部Ｂ（図１，３参照）、主軸支持軸受
３３ａ、モータ軸支持下軸受３３ｂ、モータ軸支持上軸
受３３ｃの各部の温度上昇は、本実施例を適用したもの
のほうが、適用しない従来のものよりも小さく抑えられ
ている。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】 なお本実施例においては、オイルバス１８から貯留用タ
ンク１３へ潤滑油を移送する手段として、ベンチュリ管
３８を用いた例を示したが、ベンチュリ管以外の吸引手
段、例えば油ポンプを用いて潤滑油を移送するようにし
てもよい。

【００２９】また、ベンチュリ管３８を２個並列した例
を示したが、この数はオイルバス１８から回収する潤滑
油量に応じて適宜増減することができる。

【００３０】さらに、冷却油回路６８を主軸１０を経て
主軸モータ１１に流れる回路としたが、主軸１０と主軸
モータ１１に別々に並列して流れる回路としてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷却装置の出口側の配管を前記潤滑油回路と冷却油回路
との２系統に分岐させるとともに、潤滑油回路のオイル
バスと冷却装置の貯留用タンクとを潤滑油移送手段を介
して接続しているので、主軸頭の潤滑油回路を流れた油
を、冷却装置の貯留用タンクに回収し冷却することがで
きる。これにより、主軸頭の潤滑に加えて、主軸および
主軸頭の温度管理を統合して行うことができるので、主
軸頭内の熱変位を抑制して加工精度の安定化を達成する
ことができる。

【００３２】また、オイルバス内の貯留潤滑油量が減少
し、潤滑油とともにオイルバス内の空気も吸引されるの
で、オイルバス内の潤滑油および空気に熱膨張が生じて
も、主軸頭下部から潤滑油が吹き出すことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す配管系統図。

【図２】ベンチュリ管の構成を示す縦断面図。

【図３】従来の主軸冷却回路及び潤滑回路を示す配管系
統図。

【図４】冷却装置の一実施例を示す系統図。

【符号の説明】

１０ 主軸 １１ 主軸モータ １２ 冷却装置 １３ 貯留用タンク １４ ポンプ １８ オイルバス ２４ 三方弁 ３８ ベンチュリ管 ４３，４４ 配管 ５１ 吸込口 ５５，５６ 絞り弁 ６６ 潤滑油回路 ６８ 冷却油回路 ６８ａ 戻り側回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】貯留用タンクに貯留された冷却用油を冷却
   して吐出する冷却装置と、 前記冷却装置の出口側配管を２系統に分岐して構成され
   た、工作機械の主軸頭内部の要給油部位に潤滑油を供給
   する潤滑油回路と、工作機械の主軸を経由し前記貯留用
   タンクに戻る工作機械の主軸冷却用油が循環する冷却油
   回路と、 前記潤滑油回路から供給された潤滑油を回収するオイル
   バスと、 前記オイルバスに回収された潤滑油を前記貯留用タンク
   に移送する手段と、 を備えてなる工作機械の主軸頭潤滑冷却装置。
2. 【請求項２】潤滑油回路と冷却油回路とは三方弁を介し
   て冷却装置の出口側配管に接続されている請求項１記載
   の主軸頭潤滑冷却装置。
3. 【請求項３】前記三方弁の下流位置には流量調整手段が
   配設されている請求項２記載の主軸頭潤滑冷却装置。
4. 【請求項４】流量調整手段が絞り弁であることを特徴と
   する請求項３記載の主軸頭潤滑冷却装置。
5. 【請求項５】オイルバスから貯留用タンクへの潤滑油の
   移送手段は、工作機械の主軸を経由した後の冷却油回路
   中に配設され吸込口が前記オイルバスに連結されている
   ベンチュリ管である請求項１記載の主軸頭潤滑冷却装
   置。
6. 【請求項６】ベンチュリ管は互いに並列に複数個配設さ
   れている請求項５記載の主軸頭潤滑冷却装置。