TWI454339B - 工作機械的主軸裝置 - Google Patents

Description

工作機械的主軸裝置

本發明是關於：在主軸與主軸殼之間的間隙設置曲徑(Labyrinth)部，作為防止冷卻液滲入之構造的工作機械的主軸裝置。

工作機械，是藉由旋轉驅動安裝於主軸的工具，而對工作物加工。主軸是可自由旋轉地支承於主軸殼。工具是安裝在突出於主軸殼外部之主軸的下端部。工作機械具備：對加工中的工作物供給冷卻液的冷卻液供給裝置。冷卻液可消除產生於旋轉中的工具與工作物之間的摩擦熱，並防止工具及工作物的過熱。工具的壽命及工作物的加工精度，可藉由供給冷卻液而提升。

冷卻液接觸工作物後將回濺。經回濺的冷卻液，將滲入主軸與主軸殼之間的間隙。所滲入的冷卻液，將抵達於主軸殼的內部支承主軸的軸承，而導致該軸承的潤滑用油脂流失。因為這個緣故，而具有軸承耐久性下降的問題。

日本第2002-263982號公開特許公報所記載之工作機械的主軸裝置，是藉由在主軸與主軸殼之間設置曲徑部，並從主軸與主軸殼之間的間隙噴出空氣，而防止冷卻液的滲入。

主軸具備：固定於下端的周緣部的遮蔽板(端面蓋)。主軸殼具備：固定於下端的蓋體(主軸蓋)。遮蔽 板的上面是隔著間隙而面向蓋體的下面。曲徑部是藉由以下的方式形成：在遮蔽板的上面設置複數個環狀突起，而朝蓋體的下面突出。空氣是通過設於主軸殼與蓋體間的通路，而抵達曲徑部的內周側。該空氣是通過曲徑部而朝遮蔽板的外周流動，並從設於遮蔽板之外周緣的開口噴出。

習知的主軸裝置的曲徑部，是形成在：於上下方向中呈相對狀態之遮蔽板的上面與蓋體的下面之間。冷卻液，容易滯留於設在遮蔽板上面的環狀突起之間。習知的主軸裝置，是藉由使大量的空氣通過曲徑部，使所滯留的冷卻液流向遮蔽板的外周側，以避免冷卻液滲入主軸與主軸殼之間。習知的主軸裝置，由於使用大量的空氣(理由)，而具有高運轉成本的問題。

本發明的目的是提供一種：具備冷卻液不易滲入，且冷卻液不易滯留之構造的曲徑部，即使通過該曲徑部的空氣量極少，也能防止冷卻液滲入的工作機械的主軸裝置。

申請專利範圍第1項的工作機械的主軸裝置，是構成：主軸殼將主軸支承成可自由旋轉，並將工具安裝在突出於前述主軸殼外部之前述主軸的下端部的工作機械的主軸裝置，其中具有：固定於前述主軸殼之下端的環狀主軸 蓋、和固定於前述主軸之下端部的外周部分的環狀端面蓋、及設在前述主軸蓋與前述端面蓋上下相對之部分的曲徑部，前述曲徑部具備曲徑室，該曲徑室具有形成於前述端面蓋的第1環狀傾斜部、及形成於前述主軸蓋的第2環狀傾斜部，且經由外周側的環狀間隙而連通於外部；並且具備「固定於前述主軸蓋之下部的環狀的噴嘴形成構件」、及「由該噴嘴形成構件的內周部分、與設於前述主軸蓋的第4環狀傾斜部所形成的V字形環狀溝」，前述第1環狀傾斜部具有將外周側作為下方的傾斜，前述第2環狀傾斜部具有將外周側作為上方的傾斜，前述第4環狀傾斜部具有將外周側作為上方的傾斜，並經由前述環狀間隙連接於曲徑室，在前述端面蓋的外周部，形成有面向前述V字形環狀溝及環狀間隙之下方的遮蔽部。

曲徑部是用來防止冷卻液滲入主軸與主軸殼之間。曲徑室可降低進入曲徑部之冷卻液的壓力，而有效地防止冷卻液滲入主軸與主軸殼之間。已進入曲徑室的冷卻液，是藉由沿著第1環狀傾斜部及第2環狀傾斜部滑動，而回到曲徑部的外側。沿著第2環狀傾斜部滑動的冷卻液，是落入第1環狀傾斜部的內周側而朝外周側滑動。

飛散至主軸裝置周邊之冷卻液的一部份，是撞擊V字形環狀溝而落下。溝是配置於曲徑室的外側。撞擊溝而落下的冷卻液，不會滲入曲徑室，可降低滲入曲徑室之冷卻液的量。

申請專利範圍第2項的工作機械的主軸裝置，前述V 字形環狀溝具備：形成於前述噴嘴形成構件的第3環狀傾斜部，前述第3環狀傾斜部具有將外周側作為下方的傾斜。

V字形環狀溝，是由形成於噴嘴形成構件的第3環狀傾斜部、與形成於主軸蓋的第4環狀傾斜部所形成。第3、第4環狀傾斜部，具有相反方向的傾斜。附著於第3環狀傾斜部的冷卻液，是滑向外周側而落下，附著於第4環狀傾斜部的冷卻液，則滑向內周側而落下，並不會滲入曲徑室。

申請專利範圍第3項的工作機械的主軸裝置，具備形成於該遮閉部之上面的第5環狀傾斜部，該第5環狀傾斜部具有將外周側作為下方之方向的傾斜。

飛散至主軸裝置周邊之冷卻液的一部分，是衝撞形成於端面蓋之外周部的遮閉部而落下。遮閉部可降低抵達V字形環狀溝部分之冷卻液的量，並降低滲入曲徑室之冷卻液的量。衝撞V字形環狀溝而落下至遮閉部上的冷卻液，是沿著第5環狀傾斜部滑動而落下至遮閉部的外周側。

請求項4或請求項5的工作機械的主軸裝置，具有：將安裝於前述噴嘴形成構件下側的蓋構件、和設於該蓋構件下側的開口、及前述曲徑室予以連通的外部氣體導入通路。

曲徑室之內部的壓力，因為外部氣體的導入而形成趨近於大氣壓。冷卻液的壓力，則因為滲入曲徑室而變低。冷卻液難以滲入主軸與主軸殼之間。冷卻液的滲入，可在 不提供壓縮空氣的狀態下被防止。因此，可降低運轉成本。

以下，參考顯示最佳的實施形態的圖面，詳細地說明本發明。

如第1圖所示，本發明的主軸裝置1，具備安裝於主軸頭2之前端部(第1圖中的左側端部)的主軸殼3。主軸頭2，在其基端部(第1圖中的右側端部)具備2個導引部2a、2a及1個螺帽部2b。2個導引部2a、2a，將主軸頭2支承在設於工作機械之上下方向的柱(圖示省略)。螺帽部2b，是旋鎖於設在柱之上下方向的螺旋軸(圖示省略)。

螺旋軸，是藉由Z軸馬達(圖示省略)的驅動而旋轉。具備螺帽部2b的主軸頭2，是藉由螺旋軸的旋轉，而在該螺旋軸的方向(上下方向)上移動。導引部2a、2a，是用來導引主軸頭2於上下方向中的移動。

如第2圖所示，主軸殼3是呈：將主軸11可自由旋轉地支承於其中心部的圓筒形。主軸11是延伸於上下方向的軸。主軸11是藉由主軸馬達(圖示省略)的驅動而旋轉。

主軸殼3的下端，是被環狀的主軸蓋8所覆蓋。主軸蓋8，是由複數支螺栓(圖示省略)固定於主軸殼3的下端面。主軸蓋8之下面的局部(內周部分及外周部分以外 的部份)，是被環狀的噴嘴形成構件12所覆蓋。噴嘴形成構件12，是由複數支螺栓(圖示省略)固定於主軸蓋8的下面。

主軸11，是通過主軸蓋8的中心孔而突出於主軸殼3的下方。主軸11在下端面的中心，具備工具安裝孔11a。工具安裝孔11a，是直徑朝上方縮小的錐孔。工具(圖示省略)是保持於圓錐形的工具承座(圖示省略)。主軸裝置1，可藉由將該工具承座插入工具安裝孔11a，而將工具安裝於主軸11的下端。

噴嘴形成構件12在下面的內周部分，具有複數個噴嘴孔12b、12b…。複數個噴嘴孔12b、12b…是連通於冷卻液室12c。冷卻液是通過冷卻液室12c及噴嘴孔12b、12b…而朝下方噴出。噴嘴孔12b、12b…是朝向主軸11的中心，傾斜地噴出冷卻液。所噴出的冷卻液，是噴向工具所加工的工作物。

如第2圖所示，主軸11具備：由螺栓(圖示省略)固定於下端面之外周部分的環狀端面蓋13。端面蓋13是較主軸11的外周更朝外側伸出。端面蓋13的伸出部分，是隔著間隙而面向主軸蓋8的內周部分。端面蓋13的外周，是隔著間隙而面向噴嘴形成構件12之中心孔的內周。

本發明的主軸裝置1，具備設於端面蓋13與主軸蓋8之相對部分、及端面蓋13與噴嘴形成構件12之相對部分的曲徑部21。

如第3圖、第4圖所示，主軸蓋8，在內周部分具備朝下方突出的環狀部8a。環狀部8a，在最外周側的下端具有傾斜部8b(相當於第4環狀傾斜部)。環狀部8a，在傾斜部8b之內周側的下端具有傾斜部8c(相當於第2環狀傾斜部)。傾斜部8c，是透過垂直的壁部8d而連接於傾斜部8b。傾斜部8b、8c的傾斜方向，是外周側成為上方的方向。

端面蓋13具有：外周的壁13c、及連接於該壁部13c之內周側的傾斜部13d(相當於第1環狀傾斜部)。壁部13c的上部，是隔著小間隙而面向主軸蓋8之壁部8d的下部。壁部13c的下部，是透過傾斜部13b(相當於第5環狀傾斜部)而連接於朝外側伸出的遮閉部13a。傾斜部13d、13b之傾斜的方向，是外周側成為下方的方向。

端面蓋13的傾斜部13d，是面向主軸蓋8之傾斜部8c的下方，而形成曲徑室15。曲徑室15的外側，是連接於「端面蓋13的壁部13c與主軸蓋8的壁部8d之間」的小間隙16a。曲徑室15的內側，是透過小間隙16b而連接於第2曲徑室17。第2曲徑室17是設在：主軸蓋8與端面蓋13間之相對部分的最內周部。

第2曲徑室17，是透過「主軸蓋8的內周面與主軸11的外周面之間」的小間隙18而連接於空氣室19。空氣室19，是形成於主軸蓋8的內周面與主軸11的外周面之間。空氣室19是連結於：在半徑方向上貫穿主軸蓋8的空氣供給孔20。空氣供給孔20，是透過主軸蓋8外周的 開口而連接於壓縮空氣的供給迴路(圖示省略)。壓縮空氣，是通過空氣供給孔20、空氣室19及間隙18而進入第2曲徑室17，通過間隙16b及曲徑室15，而從端面蓋13的外周壁部13c與主軸蓋8的壁部8d間的間隙16a吹出。

曲徑部21是由：曲徑室15、第2曲徑室17、間隙16a、間隙16b、間隙18所構成。

如第3圖所示，噴嘴形成構件12，是嵌合於主軸蓋8之環狀部8a的外側。噴嘴形成構件12，在下部的內周具有傾斜部12a(相當於第3環狀傾斜部)。傾斜部12a，面向主軸蓋8之最外周側的傾斜部8b的外側。如上所述，傾斜部8b的傾斜方向，是外周側成為上方的方向。傾斜部12a的傾斜方向，是外周側成為下方的方向。傾斜部8b及傾斜部12a，在相對部分形成V字形環狀溝14。V字形環狀溝14面向：設於端面蓋13之下端部外周的遮閉部13a的上方。

以下說明本發明之主軸裝置1的作用、效果。

工作機械，是藉由安裝於主軸裝置1之主軸11的工具，對加工室內部的工作物加工。冷卻液供給迴路，是從設於噴嘴形成構件12的噴嘴孔12b、12b…，朝加工中的工作物噴出冷卻液。冷卻液則撞擊工作物而飛散至主軸裝置1的周邊。

本發明的主軸裝置1，具備形成於主軸蓋8與端面蓋13與噴嘴形成構件12之間的曲徑部21。曲徑部21是 由：2個曲徑室15、17；及3個間隙16a、16b、18所構成。

飛散至主軸裝置1周邊之冷卻液的一部分，撞擊設於端面蓋13外周的遮閉部13a而落下，並不會滲入曲徑部21。飛散至主軸裝置1周邊之冷卻液的一部分，則附著於V字形環狀溝14。附著於溝14的冷卻液，是沿著傾斜部8b及傾斜部12a的傾斜滑落，並不會滲入曲徑部21。沿著傾斜部8b滑動的冷卻液，落下至遮閉部13a上。遮閉部13a，在上面具備傾斜部13b。落下至遮閉部13a上的冷卻液，則沿著傾斜部13b滑落而回到加工室的內部。

遮閉部13a及V字形環狀溝14，可藉由遮斷部分的冷卻液，而發揮減少滲入曲徑部21之冷卻液量的作用。

其他的冷卻液，是通過間隙16a而滲入曲徑室15。曲徑室15的尺寸，是充份大於間隙16a。冷卻液的壓力，在滲入曲徑室15時下降。因此，冷卻液難以滲入連接於曲徑室15內側的間隙16b。

曲徑室15，在其上部具有傾斜部8c，在其下部具有傾斜部13d。傾斜部13連接於間隙16a。滲入曲徑室15的冷卻液，是附著於傾斜部8c或傾斜部13d。附著於傾斜部8c的冷卻液，是朝主軸蓋8的內周側滑動，而落下至傾斜部13d上。落下至傾斜部13d上的冷卻液、及附著於傾斜部13d的冷卻液，是朝端面蓋13的外周側滑動並通過間隙16a而回到加工室。冷卻液並不會滯留於曲徑室15的內部，且難以滲入連接於該曲徑室15內側的間隙16b。

主軸裝置1，在曲徑部21的內部流動著壓縮空氣。壓縮空氣，是通過空氣供給孔20而進入空氣室19，並通過間隙18、第2曲徑室17、間隙16b及曲徑室15而流動，而從間隙16a吹出。流過曲徑室15內部的空氣，將該曲徑室15內部的冷卻液朝外側壓出。從間隙16a吹出的空氣，可防止冷卻液通過該間隙16a而滲入，並將附著於傾斜部8b及傾斜部13b的冷卻液朝外側壓出。

本發明的主軸裝置1，具備遮閉部13a及V字形環狀溝14。遮閉部13a及溝14可減少進入曲徑部21之冷卻液的量。曲徑部21能藉由大容積的曲徑室15降低冷卻液的壓力，且藉由設於曲徑室15上下的傾斜部8c、13d防止冷卻液的滯留，故能有效地防止冷卻液的滲入。本發明的主軸裝置1，只需藉由少量的空氣流動於曲徑部21的內部，便能防止冷卻液的滲入。

本發明的主軸裝置1，無需消耗大量的空氣，可降低運轉成本。冷卻液不會抵達支承主軸11的軸承，不會產生該軸承之潤滑用油脂流失的狀況。本發明的主軸裝置1，可提高用來支承主軸11之軸承的耐久性，能長時間以良好的條件持續運轉。

針對將以上所說明之實施形態作部份變更的變更形態進行說明。

1)流入曲徑部21的空氣也可以是外部氣體。在第4圖所示的變更形態中，主軸裝置具備：安裝於噴嘴形成構件12下側的蓋構件30。蓋構件30具備外部氣體導入通路 31。外部氣體導入通路31具有：開口形成於蓋構件30下側的外部氣體導入口31a。外部氣體導入通路31，是貫穿主軸蓋8的環狀部8a而連通於曲徑室15。曲徑室15的內壓，當工作機械於運轉中，是低於外部氣體壓。外部氣體是通過外部氣體導入通路31而進入曲徑室15的內部。曲徑室15的內壓是形成大致等同於大氣壓，使滲入曲徑室15之冷卻液的壓力充分下降。在變更形態中，主軸裝置可在不消耗壓縮空氣的狀態下，有效地防止冷卻液朝主軸與主軸殼間的滲入。因此，可降低運轉成本。

2)在實施形態中，主軸裝置具備串聯地連通於曲徑室15的第2曲徑室17。曲徑室也能以排列成串聯的方式設置3個以上。曲徑室15，也能以排列成串聯的方式設置2個或者2個以上。

由以上的詳細說明可清楚得知，本發明之工作機械的主軸裝置，具備設於主軸蓋與端面蓋之間的曲徑部。曲徑部可防止冷卻液滲入主軸與主軸殼之間。曲徑部具備曲徑室。曲徑室具有：形成於端面蓋的第1環狀傾斜部、及形成於主軸蓋的第2環狀傾斜部。冷卻液的壓力，可藉由進入曲徑室而下降。冷卻液難以滲入主軸與主軸殼之間。冷卻液在曲徑室的內部附著於第1環狀傾斜部或第2環狀傾斜部。附著於第2環狀傾斜部的冷卻液，是沿著傾斜而滑動，並落下至第1環狀傾斜部的內周部分。附著於第2環狀傾斜部的冷卻液、及落下至第1環狀傾斜部之內周部分的冷卻液，是沿著傾斜滑向外周側而落下至曲徑室的外 部。曲徑室能防止冷卻液的滲入，且排出滯留於內部的冷卻液。本發明的主軸裝置，能有效地防止冷卻液滲入主軸與主軸殼之間。通過曲徑部之空氣的量少量即可，能降低運轉成本。

1‧‧‧主軸裝置

2‧‧‧主軸頭

2a‧‧‧導引部

2b‧‧‧螺帽部

3‧‧‧主軸殼

8‧‧‧主軸蓋

8a‧‧‧環狀部

8b‧‧‧傾斜部(相當於第4環狀傾斜部)

8c‧‧‧傾斜部(相當於第2環狀傾斜部)

8d‧‧‧壁部

11‧‧‧主軸

11a‧‧‧工具安裝孔

12‧‧‧噴嘴形成構件

12a‧‧‧傾斜部(相當於第3環狀傾斜部)

12b‧‧‧噴嘴孔

12c‧‧‧冷卻液室

13‧‧‧端面蓋

13a‧‧‧遮閉部

13b‧‧‧傾斜部(相當於第5環狀傾斜部)

13c‧‧‧壁部

13d‧‧‧傾斜部(相當於第1環狀傾斜部)

14‧‧‧溝

15‧‧‧曲徑室

16a‧‧‧間隙

16b‧‧‧間隙

17‧‧‧第2曲徑室

18‧‧‧間隙

19‧‧‧空氣室

20‧‧‧空氣供給孔

21‧‧‧曲徑部

30‧‧‧蓋構件

31‧‧‧外部氣體導入通路

31a‧‧‧外部氣體導入口

第1圖：是顯示本發明之工作機械的主軸裝置的安裝狀態側視圖。

第2圖：為主軸及主軸殼之前端部的剖面圖。

第3圖：為主軸及主軸殼之前端部的放大剖面圖。

第4圖：是顯示主軸及主軸殼之前端部的變更形態的放大剖面圖。

1‧‧‧主軸裝置

3‧‧‧主軸殼

8‧‧‧主軸蓋

8a‧‧‧環狀部

11‧‧‧主軸

11a‧‧‧工具安裝孔

12‧‧‧噴嘴形成構件

12b‧‧‧噴嘴孔

12c‧‧‧冷卻液室

13‧‧‧端面蓋

13a‧‧‧遮閉部

14‧‧‧溝

15‧‧‧曲徑室

19‧‧‧空氣室

20‧‧‧空氣供給孔

21‧‧‧曲徑部

Claims (5)

1. 一種工作機械的主軸裝置，是構成下述的工作機械的主軸裝置：主軸殼將主軸支承成可自由旋轉，並將工具安裝在突出於前述主軸殼外部之前述主軸的下端部，並且在固定於前述主軸殼之下端的環狀主軸蓋、與固定於前述主軸之下端部的外周部分的環狀端面蓋的上下對向之部分設有曲徑部，其特徵為：前述曲徑部具備曲徑室，該曲徑室具有形成於前述端面蓋的第1環狀傾斜部、及環狀形成於前述主軸蓋的第2環狀傾斜部，且經由外周側的環狀間隙而連通至外部，並且具備：固定於前述主軸蓋之下部的環狀的噴嘴形成構件；及由該噴嘴形成構件的內周部分、與設於前述主軸蓋的第4環狀傾斜部所形成的V字形環狀溝，前述第1環狀傾斜部具有將外周側作為下方之方向的傾斜，前述第2環狀傾斜部具有將外周側作為上方的傾斜，前述第4環狀傾斜部，具有將外周側作為上方的傾斜，並經由前述環狀間隙而連接於曲徑室，在前述端面蓋的外周部，形成有面向前述V字形環狀溝及環狀間隙之下方的遮蔽部。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的工作機械的主軸裝置，其中前述V字形環狀溝具備：形成於前述噴嘴形成構件的第3環狀傾斜部，前述第3環狀傾斜部具有將外周側作為下方之方向的傾斜。
3. 如申請專利範圍第1或2項所記載的工作機械的主軸裝置，其中具備：形成於前述遮閉部之上面的第5環狀傾斜部，該第5環狀傾斜，具有將外周側作為下方之方向的傾斜。
4. 如申請專利範圍第1或2項所記載的工作機械的主軸裝置，其中具備：將安裝於前述噴嘴形成構件下側的蓋構件、和設於該蓋構件下側的開口、及前述曲徑室予以連通的外部氣體導入通路。
5. 如申請專利範圍第3項所記載的工作機械的主軸裝置，其中具備：將安裝於前述噴嘴形成構件下側的蓋構件、和設於該蓋構件下側的開口、及前述曲徑室予以連通的外部氣體導入通路。