JPS62173102A - 工作機械の主軸構造 - 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、空気軸受によって支持された主軸を有する工
作機械の主軸構造に係り、特に熱変形を防止するように
した工作機械の主軸構造に関する。

［背景技術とその問題点コ 脆性材料や難削材料の微細加工を行なうスライサやダイ
スのような工作機械においては、タイアモンド砥石を用
いた高速研削が常用され、また極めて高い位置決め精度
が要求されている。このため、主軸をハウジングに支持
する際には、高速回転が可能かつ高精度の軸支が可能な
空気軸受を用い、さらに半径方向に支持するラジアル軸
受と軸線方向に支持するアキシャル軸受とを備えた主イ
１１１構造とされ、主軸および工具の位１′２１精度の
向−ヒを図っている。しかし、高速回転による空気軸受
部の発熱や工作を行う際に発生する摩擦熱あるいはモー
タ等の発熱などにより、主軸やノ＼ウレングが熱膨張し
、工具を取り付ける主軸先端の位置を正確に維持できず
、位置精度が低下するという問題があった。

従来より、このような問題を解決するため、／飄つレン
グを冷却するなどして主軸およびハウジングの温度上昇
を抑えて熱膨張を防止することが行われている。しかし
、このような場合には、ノ＼ウレングに冷却ジャケット
等を設ける必要があるなど製作が困難なうえ、冷却動作
の制御が困難であるという欠点があった。また、アキシ
ャル軸受をハウジングの主軸先端側に設け、主軸先端と
アキシャル軸受間の距離を短くして熱膨張の影響を小さ
くしたものもあるが、主軸先端付近の／＼ウジレン径が
大きくなり、主軸先端および工具の被加工物への接近性
が悪くなり、工作に支障をきたすという欠点があった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、空気軸受の高速回転による発熱および
工作に伴う発熱に起因する主軸の位置精度の低下を防止
しうる工作機械の主軸構造を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明にお
いては、フランジ部を有する円柱状の主軸をラジアルお
よびアキシャル空気軸受を介してハウジングに回転自在
に支持するとともに、前記アキシャル空気軸受に対して
主軸の工具取付端側のハウジング外面に形成したフラン
ジ部によりハウジングを工作機械本体に取付ける。

このような構成からなる本発明によれば、運転に伴って
生じる発熱により、アキシャル空気軸受と主軸先端との
間の主軸部分においてはアキシャル空気軸受に対して主
軸の工具取付端側に向かう熱膨張が生じ、一方、アキシ
ャル空気軸受と／＼ウジレンの工作機械本体への取付面
との間のハウジング部２分においては、前記取付面に対
して主軸の工具取付端と反対側へ向かう熱膨張が生じる
。このとき、前記主軸のフランジ部の中心線と前記ハウ
ジンクのフランジ部の工作機械本体への取付面との距離
をＬＨ１前記中心線と前記主軸の工具取付端面との距離
をＬｓとし、前記ハウジングの線膨張係数をβＨ１前記
主軸の線膨張係数をβＳとして、前記距離ＬＳ　と線膨
張係数βＳとの積と。

前記距＃ＬＨとｍ膨張係数βＨとの積とを、ほぼ等しく
なるように各々の値を適宜選択し、熱膨張による各々の
変位量が等しくなるようにすれば、各々の変位は逆方向
であるために互いに相殺されて、主軸先端の工作機械本
体に対する相対位置は一定となり、工作に伴う発熱によ
る主軸の位置精度の低下を防止することができる０本発
明は、このように前記問題点を解消するものである。

［実施例］ 本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

図において、主軸１は、その工具取付端ｌｌ側の端面が
工具を取付可能に形成されており、図示しないモータ等
の駆動源に取付可能な他端に近い部分にフランジ部１２
が形成されており、このフランジ部１２でアキシャル空
気軸受２１を介して、またこのアキシャル空気軸受２１
に対して工具取付端１１側に配置されたラジアル空気軸
受２２を介して、工具取付端１１を外部に突出させた状
態でハウジング２に回転自在に支持されている。ハウジ
ング２の外面には、そのアキシャル空気軸受２１に対し
て工具取付端ｌｌ側の部分にフランジ部２３が形成され
ており、このフランジ部２３で工作機械本体３に取り付
けられている。

このとき、主軸１および／＼ウジレン２は、例えばハウ
ジング２の材質がステンレス＄　４２０Ｊ２−８（線膨
張係数βＭ　＝　　１．ＯＸ　１０−’　）とされ、主
軸ｌの材質がニッケル含有量３６％のインバー（線膨張
係数βＳ　＝　　１．２Ｘ、１０−’）とされ、さらに
、アキシャル空気軸受２１の中心位置からフランジ部２
３と工作材料本体３とが接する取付は面位置までの間の
距離ＬＨが３０ｍｍとされ、アキシャル空気軸受２１の
中心位置から工具取付端１１の端面位置までの間の距Ｒ
Ｌ　ｓが２５７■とされ、前記距＃ＬＳと線膨張係数β
Ｓとの積と、前記距離ＬＨと線膨張係数βＨとの積とが
、ほぼ等しくなるように設定されている。

このように構成された本実施例においては、工具取付端
１１に所定の工具を取り付けたうえでモータ等により主
軸ｌを駆動して回転させ、所定の被加工物に必要な加工
を行う、このとき、主軸ｌはアキシャル空気軸受２１に
より軸線方向に支持され、ラジアル空気軸受２２により
半径方向に支持されており、工具取付端１１に取り付け
られた工具の位置は正確に維持されるとともに、空気軸
受により高速回転が可能であり、主軸ｌにダイアモンド
カッタ等の工具を取付けて精密な加工を行なうことが可
能である。

ここで、主軸１の回転に伴い、アキシャル空気軸受２１
およびラジアル空気軸受２２の高速回転による発熱やモ
ータ等の発熱あるいは工具による加工時の発熱により、
主軸１およびハウジング２の温度は上昇する０例えば、
主軸１が１２０００ｒｐ−で回転している場合、平均で
ｌθ℃程温層温度昇する。このような温度の上昇により
、主軸ｌおよびハウジング２には熱膨張が生じ、特に、
主軸ｌの温度上昇ΔＴＳによる前記距離ＬＳの膨張代Δ
Ｌ、およびハウジング２の温度上昇ΔＴＨによる１ｔｉ
記距ｊｌ　Ｌ　Ｈの膨張代ΔＬ）は工作機械本体３に対
する工具の位置に影響する。このとき、主軸ｌの膨張代
は ΔＬ、＝ＬＳＸβｓ×ΔＴＺ で表わされ、同様にハウジング２の膨張代はΔＬ１４＝
ＬＮＸβＨ×ΔＴＨ で表わされる。ここで、本実施例のような設定において
は、 ＬＳ　Ｘβｓ＝　　２５７Ｘ１．２　ＸＩＯ”＝　　３
．ＩＸ　１０’ であり、また ＬＨｘβｓ　＝　　３０　Ｘｌ、ＯＸｌ０−’＝　　３
．ＯＸ　１０″ である、このため、前記距離Ｌｓと線膨張係数βＳとの
積Ｌｓ　ＸβＳと、前記距離ＬＨと線膨張係数βＨとの
積ＬＨＸβ問とは、ほぼ等しくなり、主軸ｌの温度上昇
ΔＴｓとハウジング２の温度上昇ΔＴＨがほぼ等しいな
らば、各膨張代ΔＬＳ　。

ΔＬＭの大きさもほぼ等しくなる。このとき、各膨張代
ΔＬＳ　、ΔＬｎは各々は逆向きであるため、互いに相
殺しあい、工作機械本体３に対する工具の位置の変化を
打ち消させることが可能である。

以上のような本実施例によれば、工作に伴う発熱やモー
タ等の発熱、主軸１の回転に伴う熱等により、主軸１や
ハウジング２の温度が上昇して熱膨張した際に生じる工
具位置の変位を防止することができる。また、本実施例
では主軸ｌとハウジング２との各々の熱膨張代を相殺さ
せることで工具の位置精度を維持しており、特別な冷却
装置等は必要でないため、製作や取り扱いが容易であり
、従来のものと全く同様な作業性のまま高精度を実現で
きるという効果がある。

なお１本実施例に示したアキシャル空気軸受２１および
ラジアル空気軸受２２の設置数および位置は、これに限
らず適宜設定してよく、また主軸１の材質もニッケル含
有量が異なるインバーあるいは他の材質でもよく、さら
にハウジング２の材質も　４２０Ｊ２−８以外のステン
レス鋼あるいは他の材質でもよく、要するに本発明は、
フランジ部１２を有する円柱状の主軸ｌをラジアルおよ
びアキシャル空気軸受２１．２２を介してハウジング２
に回転自在に支持するとともに、前記アキシャル空気軸
受２１に対して主軸ｌの工具取付端ｌｌ側のハウジング
２外面に形成したフランジ部２３によりハウジング２を
工作機械本体３に取付け、前記主軸ｌのフランジ部１２
の中心線と前記ハウジング２のフランジ部２３の工作機
械本体３への取付面との距ｆｌｌ　Ｌ　ｎ　、前記中心
線と主軸ｌの工具取付端１１面との距＃Ｌｓ、およびハ
ウジング２の線膨張係数βＨ１主軸の線膨張係数βＳを
、前記距離Ｌ：と線膨張係数βＳとの積と、前記距離Ｌ
Ｈと線膨張係数βＨとの積とをほぼ等しくするなどして
、主軸ｌとハウジング２との各々の熱膨張を相殺させて
、発熱による主軸ｌの工具取付端ｌｌの位８および工具
の位置の変位を防止し、位置精度の低下を防止するとい
うことである。

［発明の効果］ 以上のように１本発明の工作機械の主軸構造によれば、
空気軸受の高速回転による発熱や工作に伴う発熱に起因
する主軸の位置精度の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す断面図である。 ｌ・・・主軸、２・・・ハウジング、３・・・工作機械
本体、１２・・・主軸のフランジ部、２１・・・アキシ
ャル空気軸受、２２・・・ラジアル空気軸受、２３・・
・ハウジングのフランジ部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円柱状の主軸にフランジ部を形成し、この主軸を
   ラジアルおよびアキシャル空気軸受を介してハウジング
   に対して回転自在に支持するとともに、前記ハウジング
   にフランジ部を形成し、このハウジングのフランジ部を
   工作機械本体の固定位置に取付けるようにした工作機械
   の主軸構造において、 前記ハウジングのフランジ部の形成位置を前記アキシャ
   ル空気軸受に対して主軸の工具取付端側に配置したこと
   を特徴とする工作機械の主軸構造。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記主軸のフラ
   ンジ部の中心線と前記ハウジングのフランジ部の工作機
   械本体への取付面との距離をＬ＿Ｈ、前記中心線と主軸
   の工具取付端面との距離をＬ＿Ｓとし、ハウジングの線
   膨張係数をβ＿Ｈ、主軸の線膨張係数をβ＿Ｓとして、
   前記距離Ｌ＿Ｓと線膨張係数β＿Ｓとの積と、前記距離
   Ｌ＿Ｈと線膨張係数β＿Ｈとの積とを、ほぼ等しくした
   ことを特徴とする工作機械の主軸構造。