JPS5914401A - 工作機械の回転軸支持フレ−ム - 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】 本発明は工作機械の回転軸支持フレームに関するもので
あり、特に回転軸の回転に伴って軸受で発生する熱に起
因する膨張ｔによって回転軸支持フレームをはじめ工作
機械のフレームが変形しくヒ これを熱変形と称する）、加工工具ｌ被加工物の相対位
置が変化することをできる限９防止した工作機械の回転
軸支持フレームに関するものである。

工作機械は運転に伴って熱を発生する幾つかの一発熱源
を備えているのが普通であシ、これらの発熱源において
発生させらｆ′した熱が工作機械のフレーム各部に伝え
られてこれら全不拘ヱに熱膨張させ、結局、加工工具と
被加工物との相対位置を狂わせて工作機械の加工精度を
低下させることとなる。

工作機械の発熱源の主なものは、主軸や心神軸の軸受、
主軸、駆動用およびその他の電動機、ならびに油圧ポン
プ等である。このうち電動機や油圧ポンプについては、
こｎらを工作機械のフレームから分離し、更に冷却手段
を講するなどによって、これらにおいて発生した熱がで
きる限りフレームに伝達されないようにすることか行わ
れている。

しかし、主軸や心神軸などの回転軸はフレームによって
直接支持されるのが普通であるため、それらの軸受にお
いて発生した熱がフレームに伝達さルることは避は得す
、しかもこ九ら軸受は工作機械の加工精度に直接影響を
与える主軸や心神軸を支持しているものであるため、熱
変形に基づく工作機械の加工精度低下の最も重要な原因
となるのが普通である。

本発明はこのような事情を背景として、フレームの熱変
形に基づく工作機械の加工精度の低下を有効に防止し得
る回転軸支持フレームを提供することを目的としてなさ
几たものであり、そ′の要旨とするところは全体として
円筒状をなし、工作機械の回転軸を軸受を介して回転可
能に支持する軸受ハウジングをその直径方向に隔たった
２部分において支持台に支持させ、それら２部分以外で
は軸受ハウジングが支持台に接触しないようにし、かつ
、それら２部分の近傍において軸受ハウジングと支持台
との少なくとも一方にヒートパイプを埋設するとともに
、そのヒートパイプの放熱端を外部に露出させたことに
ある。

なお、工作機械においては一般に工作物を回転する主軸
を備えている部分を主軸台と称し、工具を回転する主軸
を備えている部分を主軸頭と称して区別しているが、主
軸の回転に伴う発熱によって工作機械の加工精度が低下
することは主軸台であろうと主軸頭であろうと同じであ
シ、区別する必要はないので、主軸支持フレームなる用
語は工作物を回転する主軸を支持するフレームのみなら
ず、工具を回転する主軸を支持するフレームをも包含す
る用語として使用する。捷た回転軸支持フレームなる用
語は上記主軸支持フレームのみならず心神軸など他の回
転軸を支持するフレームをも包含する更に広い用語とし
て使用する。

前述のように円筒状をなす軸受ハウジングをその直径方
向に隔たった２部分において支持台に支持させ几ば、こ
の支持さｎた２部分を結ぶ直径の両側においては軸受ハ
ウジングが自由に熱膨張することができ、その熱膨張に
よって回転軸軸心の位置が変化することはなくなる。捷
た、軸受ハウジングの放熱面積が増大するとともに軸受
ハウジングと支持台との接触面積が減少するため、軸受
ハウジングから支持台に伝導さ九る熱ｌが減少して支持
袷をはじめとする工作機械フレーム全体の熱変形が低減
させられる。

しかも１．軸受ハウジングと支持台との接触面積はでき
る限り小さくすることが断熱上望ましいにもかかわらず
、軸受ハウジングは加工時における切削力、研削力また
はその他のカに対抗するために充分な剛性をもって支持
台に取り付けられる必要があるため両者の接触面積を一
定以上小さくすることが不可能なのであるが、本発明に
おけるようにこの接触部分の近傍にヒートパイプを埋設
するとともにその放熱端を外部に露出させることとす几
ば、軸受ハウジングから支持台に伝達さ汎るべき熱の一
部を外部に放出し、実際に支持台に伝導さｎる熱版全減
少させ得るため、実質的に両者の接触面積を減少させた
に等しい効果が得られることとなるのである。従って、
工作機械のフレーム本体部に伝導さ九る熱量が著しく低
減し、これらの部分の熱膨張が抑制されて工作機械の加
工精度が向上することとなるのである。

その上、熱容量の比較的小さい軸受ハウジングが熱容量
の大きいフレーム本体部から熱的に分離されることとな
るため軸受ハウジングの温度が定常匝に達するまでに要
する時間が短縮され、一般に加工開始に先立って行われ
る空運転の時間が短かくテスみ、工作機械の稼働率が向
上するのである。

以下、本発明をタレット旋盤の主軸支持フレーム、すな
わち主軸台に適用した場合の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

第１図および第２図において２はフレーム本体であυ、
フレーム本体２は水平なベース４とそ几から垂直に立ち
上がったコラム６とを備えている。

コラム６の前面上端部に水平に設けられた案内面１０に
は第１ヌライド１２が摺動可能に取り付けらｆしておシ
、この第１ヌライド１２に垂直方向に形成さ扛た案内面
１４に第２スライド１６が摺動可能に取り付けらｎてい
る。第１スライド１２はコラム６の左端部に固定さｔＬ
之ヌテッピングモータ１８によって送りねじ２０を介し
て水平方向に移動させら几、一方、第２ヌライド１６は
第１ヌライド１２に固定されたヌテッピングモータ２２
によって図示しない送りねじを介して上下方向に移動さ
せらオ′しる。第２スライド１６にはタレット２４が取
り付けら九でおり、そのタレットヘッド２６はモータ２
８および図示しない割出し機構によって一定角度ずつ回
転さ、ぜら７しるようになっている。前記案内面１０の
下方には案内面３０が案内面１０に平行に設けられてお
り、この案内面３０に心押台３２が摺動可能に取り付け
ら汎ている。

この心押台３２に対抗して主軸台３４が設けら九でいる
。主軸台３４には心押台３２の中心線と同心となるよう
に主軸３６が配設さ几ており、その先端側にはチャック
３８が、また末端側にはプーリ４０がそｎぞｎ取シ付け
らルている。この主軸４２のプーリ４６と上記プーリ４
０との間には■ベルシト４８が巻き掛けら汎ていて、主
軸３６が主軸モータ４２によって回転させられるように
なっている。なお、５０はＶベルト４８の張力を調整す
るためのテンションプーリである。

主軸台８４を拡大して第３図に示す。この図から明らか
なように、主軸台３４は主として円筒状の主軸ハウージ
ング（軸受ハウジング）５２とこれを支持する支持台５
４とからなっている。主軸ハウジング５２の直径方向に
隔たった２部分にはそ・・れぞ九フランジ５６が形成さ
れている。プランジ５６は半径方向外側へ突出し、主軸
ハウジング５２の中心線に平行な方向に長く形成さ几て
いる。

一方、支持台５４は水平面に対して６０度の角度で傾斜
した支持面５８を備えており、この支持面の中央部には
ほぼ半円形断面の凹部６０が形成さノ′シている。そし
て、主軸ハウジング５２のほぼ半分の部分がとの凹部６
０内に収容さ才Ｌｆｃ状態でフランジ５６が支持面５８
に着座させら扛、ボルト６２によって固定さルている。

支持台５４には支持面５８に直角な位置決め面６４が形
成され、一方、主軸ハウジング５２にもこｎに対応した
位置決め面６６が形成されており、こｎら両位置決め面
６４．６６が互に密着するようにポｌレトロ８によって
締め付けらｎて主軸ハウジング５２の支持面５８に平行
な方向め位置決めが行わｎでいる。

このようにして主軸ハウジング５２が支持台５４に固定
さｎた状態において（は、主軸ハウジング５２の外周面
と支持台５４の凹部６０の内面との間には円弧形の隙間
７０が形成される。支持台５４は、背面に設けらｆした
取付フランジ７２によってコラム６の前面に取り付けら
ｎでいる。すなわち。

コラム６の前面には水平方向の溝７４を隔てて２つの支
持面７６．７８が形成さ）ｔてお９、これら支持面７６
．７８に取付フランジ７２の背面が密着させら九、ボル
ト８０によって固定さ扛ているのである。更に、支持面
７６の上下方向中央部には矩形断面の溝８２゛が形成さ
九ており、この溝８２に取付フランジ７２の背面に形成
さｎた台形断面の突条８４が嵌入式せら汎るとともに、
溝８２の側壁（６）と突条１８４の傾斜面との間に形成
さｆした台形断面の隙間に楔部材８６がボルト８８によ
って引き込まれることによって、支持台５４の支持面７
６．７８に平行な方向の位置決めが行わ几ている。

主軸ハウジング５２の各フランジ５６に近い部分にはそ
肛ぞ扛主軸ノ゛ウジング５２の中心線に平行な方向に深
穴９０が形成さ九ている。そして、これら深穴９０には
、第４図に示すようにヒートパイプ９２が挿入されてお
Ｖ、その放熱端９４はそれぞ肛主軸ハウジング５２の外
部へ露出させら几ている。放熱端９４には多数の放熱フ
ィン９６が設けら八で放熱性が増大させら扛るとともに
、ファン９８によって強制冷却し得るようにさ九ている
。ヒートパイプ９２は深穴９０の内面にできる限り密着
するように挿入さ几ることか望ましく、そのために、た
とえば深穴９０の内周面とヒートパイプ９２の外周面と
の間に熱伝導率の高い物質を充填することが推奨さｎる
。ヒートパイプ９２は内部に密封さ汎た液外の蒸発およ
び凝結を利用して熱を伝達するものであり、見かけ上極
めて高い熱伝導率を有するものであるが公知のものであ
るので詳細な説明は省略する。

前記主軸３６は、第４図がら明らかなように複数の軸受
１００．１０２．１０４および１０６を介して主軸ハウ
ジング５２に回転可能かつ軸方向に移動不能に支持さ几
ており、先端部にはチャック３８が取り付けら八るべき
フランジ１０８を備えている。

以上のように構成さｆ′した主軸台３４内において主軸
３６が回転させらｆＬ　ｆＬば、軸受１００乃至１０６
において運動エネルギが熱エネルギに変換さ：Ｉｔ、こ
れが主軸ハウジング５２に伝達さｎる。その結果、主軸
ハウジング５２が熱膨張することとなるが、主軸ハウジ
ング５２は前述のように直径方向に隔にった２部分に設
けらｎたフランジ５６において支持台５４に支持さ江て
おり、外周面の大部分は拘束さ扛ていない之め殆ど自由
に半径方向に膨張することができ、その膨張に基づく主
軸ハウジング５２の中心線の変位はごく僅かで済むので
ある。こｎｆ熱対称構造と称することとする。

また、主軸ハウジング５２の外周面の大部分が大気に接
触しているため大気中への放熱が有効に行わル、更に、
主軸ハウジング５２と支持台５４との接触面積ができる
限り小さくされているため、主軸ハウジング５２からこ
の接触面を経て支持台５４に伝導さ九、これからフレー
ム本体２に伝導される熱量が隙間７０を有しない通常の
主軸台に比較して大幅に低減させら扛る。

以上詳述したように、主軸ハウジング５２を円筒形状と
するとともにその直径方向に隔たった２部分において支
持台５４に支持させることによって、主軸３６の半径方
向の変位置が著しく小さくなる。その状態を第５図に示
す。第５図には比較直交する方向の変位量ＹＣが二屯鎖
線で示されているが、これらに比較して主軸台３４にお
ける主軸軸心の変位置はヒートパイプ９２が設けられな
い場合でも図中ｘｏ　、ｙｏで示すように極めて低くく
なるのである。ただし、変位置ＸＯは支持面７６．７８
に平行な方向の変位量であり、変位置Ｙ　Ｏは支持面７
６．７８に直角な方向の変位置である。変位１ｘ’ｏ、
ｙｏを小さくするために、支持台５４の主軸ハウジング
５２を支持する２部分は勢力学的に対称に構成さｎるこ
とか望°ましい。

上述のように、主軸台３４においてけヒートパイプ９２
が設けらルない場合でも、従来型の主軸台に比較して主
軸軸心の変位置が極めて小さく抑えら扛、短い空運転時
間で安定状態に入るのであるが、第５図から明らかなよ
うに約４時聞手を経過した頃力・ら再び変位が増大する
傾向が現わｎる。

これに対してヒートパイプ９２を配設した場合には各変
位１ｙＨ１ｘｕは第５図に実線で示すようになり、４時
間半経過後の変位駄増犬傾向が解消さｎる、 これらの現象は以下のように説明さｔしる。ヒートパイ
プ９２が配設さｎない場合でも、主軸ハウジング５２が
限ら几た支持面を除いて支持台５４から熱的に絶縁さｎ
ることによって、熱容量の小さい主軸ハウジング５２は
短時間で定常状態に達する。一方、支持台５４およびフ
レーム本体２は限られた面積の接触面から伝導さｆＬる
熱量に対しては無限大の熱容量を有するに等しいため、
支持台５４お工びフレーム本体２の熱膨張に基づく主軸
軸心の変位は無視し得る程度のものとなり、結局、主軸
軸心の変位は第５図に二点鎖線で示すように比較的短時
間で安定状態に達し、以後はほぼ一定に保た几る。しか
しながら、ヒートパイプ９２が配設さｔていない場合に
は主軸ハウジング５２から支持台５４へ伝導さｎる熱ｌ
はまだ十分に少ないとは言えず、はぼ４時間半を経過す
るころからは支持台５４および本体フレーム２の熱膨張
の影響が主軸軸心の変位に現われてくることになる。こ
九に対して、ヒートパイプ９２が配設さｆＴ。

た場合には主軸ハウジング５２から支持台５４に伝導さ
ｎるべき熱の相当の部分がヒートパイプ９２によって空
中に放出さｎるため、実質的に主軸ハウジング５２と支
持台５４との接触面積が減少させら汎たに等しいことと
なり、支持台５４および本体フレーム２の熱容量を無限
とみなし得る時間が延長さｆして、−日の通常の作業時
間である７乃至８時間以内には支持台５４および本体フ
レーム２の熱変形に基づく主軸軸心変位量の増大傾向が
実質的に表わｔないこととなるのである。

なお、木実施例においてｊｒＪ−ヒートパイプ９２は主
軸ハウジング５２に配設さ九ているが、第３図に二点鎖
線で示すように支持台５４Ｃ−配設することも、また両
方に配設することも可能である。まｆｃ、１箇所に複数
本配設することも可能である。

更に、ヒートパイプ９２の放熱端９４はファン９８によ
って強制的に冷却されることが望捷しいが、プーリ４０
や■ベルト４８の近傍にはもともとこ、ｆ−Ｌらの回転
に伴う空気の流へが存在しているものであるから、この
流へを利用して放熱端９４を冷却することも可能である
。そして、この冷却効果を向上させるために、たとえば
プーリ４０の主軸ハウジング５２側の端面や主軸３６の
外周面に羽根を形成して放熱端９４のまわりの空気の流
九を増大させることが推奨さｎる。

また、支持台５４の支持面５８は水平面に対して６０度
の角度全なして形成さｔている。これは主軸ハウジング
５２自体は熱対称構造を有するものであるが、支持台５
４の構造によってこの熱対称性が僅かに損わ几、主軸軸
心が変位するため、この変位が切削精度に直接影響する
刃具の切込Ｈ方向において最も小さくなるようにするた
めである。従って支持面の方向はこれに限定さｎるもの
ではなく工作機械フレーム全体の形状に対応して、たと
えば水平、垂直等任意の方向に形成することができる。

また、主軸ハウジング５２の支持台５４に対する固定の
仕方も上記実施例のものに限定さ扛るわけではなく、要
するにほぼ円筒状をなす主軸ハウジングの直径方向に隔
たった２部分においてできる限り小さい接触面積で支持
台５４に支持させｎば工いのである。更に、支持台５４
は必ずしも本体フレーム２と別体に構成さｎる必要はな
く、フレーム本俸の一部を支持台とすることも可能であ
る。

以上、本発明をタレット旋盤の主軸台に適用した場合に
ついて詳述したが、本発明は、たとえば研削盤の主軸頭
に適用するなど他の工作機械の主軸台または主軸頭にも
適用することが可能であり、更に回転型心押軸全有する
心押台等に適用することも可能である。その他、特許請
求の範囲を逸脱することなく、当業者の知識に基づいて
種々の変形・改良を施した態様で実施し得ることは勿論
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である主軸台を具備したタ
レット旋盤の正面図であり、第２図はその右側面図であ
る。第３図は、第１図および第２図に示さｎた装置にお
ける主軸台をチャック。 主軸および軸受等を除去して示す右側面図（一部断面）
である。第４図は、第３図に示した主軸ハウジングに主
軸およびヒートパイプが組み付けらｎた状態を示す軸方
向断面図である。第５図は、第１図乃至第４図に示した
主軸台の作用効果を説明するためのグラフである。 ２：フレーム本体　　　８４：主軸台 ３６：主軸　　　　　　　８８：チャック４０：プーリ
　　　　　　４２：主軸モータ５２：主軸ハウジング　
　５４：支持台５６：フランジ　　　　　５８：支持面
６０：凹部　　　　　６４，６６：位置決め面７０：隙
間　　　　　　　９０：深穴 ９２：ヒートパイプ　　　９４：放熱端９８：ファン １００．１０２，１０４，１０６：軸受出頭大　　富士
機械製造株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 全体として円筒状をなし、工作機械の回転軸を軸受を介
   して回転可能に支持する軸受ハウジングを該ハウジング
   の直径方向に隔たつ之２部分において支持台に支持させ
   て、該２部分以外では該軸受ハウジングが該支持台に接
   触（−ないようにし、かつ、該２部分の近傍において該
   軸受ハウジングと支持台との少なくとも一方にヒートパ
   イプを埋設するとともに、該ヒートパイプの放熱端を外
   部に露出させたことを特徴とする工作機械の回転軸支持
   フレーム。