JP6400405B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の主軸装置に関し、詳細には主軸軸受部への冷却液供給系，加工ポイントへのクーラント供給系及び工具ホルダロック用テーパ穴へのパージエア供給系を備えた主軸装置に関する。

工作機械の主軸装置は、主軸頭内に主軸を回転自在に配設し、該主軸内にドローバーを、皿バネで工具ホルダのロック方向に付勢して配設した構造となっている。この主軸装置では、主軸の径方向の熱膨張が大きくなると主軸軸受の耐久性が低下するので、これを防止するために、従来から主軸を冷却し、また、加工ポイントにクーラントを供給し、さらに工具ホルダロック用テーパ穴に付着した切屑を除去するようにしている。

例えば、前記皿バネ配置空間やドローバー軸心穴を冷却液やクーラントの流路としたもの（特許文献１〜３参照）、主軸側面から前記テーパ穴に連通するようにエア経路を設けたもの（特許文献１参照）、ドローバー軸心穴のクーラント流路から前記テーパ穴に連通するように洗浄用通路を分岐させたもの（特許文献４，５参照）が開示されている。

特開平０７−０２４６８７号公報 特開平０１−０９２０４８号公報 特開平１０−０８０８３９号公報 特開２００７−３０７６５１号公報 特開２００７−３０７６７９号公報

工作機械の主軸装置では、主軸軸受部冷却用冷却液，加工ポイント冷却用クーラント，及び切屑除去用エアの３系統の通路を設けるのが望ましい。前記各公報記載の構成を組み合わせることで３系統の通路を備えた主軸装置を実現できる。しかし組み合わせ構造の如何によっては主軸装置が大型化することが懸念される。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、大型化を来すことなく前記３系統の通路を備えたコンパクトな工作機械の主軸装置を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、主軸頭と、該主軸頭内に配置され、主軸軸受を介して主軸頭に回転自在に軸支され、先端部に工具ホルダが嵌合するテーパ穴を有する主軸と、該主軸の軸心穴内に配置され、前記工具ホルダを前記テーパ穴にロック・アンロックするドロ−バ−と、該ドロ−バ−と前記軸心穴との間のバネ部材配置空間に配置され、前記ドロ−バ−をロック方向に付勢するバネ部材とを備えた工作機械の主軸装置において、
前記ドローバーの貫通穴内に、ドローバーインナパイプを挿入して該ドローバーインナパイプ内を、クーラントを加工ポイントに供給するクーラント通路とし、該ドローバーインナパイプと前記貫通穴との隙間を、前記テーパ穴に付着した切屑を除去するためのパージエアを供給するエア通路とし、前記バネ部材配置空間内を、前記主軸の軸受部に形成された冷却ジャケットに冷却液を供給する冷却液供給通路とし、前記主軸の軸心穴内に、前記ドローバーとで前記バネ部材配置空間を構成する主軸インナパイプを挿入して該主軸インナパイプと主軸との隙間を前記冷却ジャケットに供給された冷却液を排出する冷却液排出通路としたことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、
前記クーラント通路及び冷却液供給通路の回転体側部分と非回転体側部分とは、軸方向に接続されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項２に記載の工作機械の主軸装置において
前記冷却液供給通路の回転体側部分と非回転体側部分との接続部分にチャンバを設けたことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の工作機械の主軸装置において
前記冷却液排出通路は、ポンプにより吸引されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、前記ドローバーの貫通穴内に挿入したドローバーインナパイプ内をクーラント通路とし、ドローバーインナパイプとドローバーの貫通穴との隙間をエア通路とし、バネ部材配置空間内を冷却液供給通路としたので、つまりクーラント通路、エア通路、冷却液供給通路の３系統の通路を全て主軸内に形成したので、主軸装置を大型化することなく３系統の通路を設けることができる。

また、前記主軸の軸心穴内に挿入した主軸インナパイプと主軸の軸心穴との隙間を冷却液排出通路としたので、つまり４系統の通路を全て主軸内に形成したので、主軸装置を大型化することなく４系統の通路を設けることができる。

また冷却液供給通路を径方向内側に、冷却液排出通路を径方向外側に配設したので、冷却液供給通路内の冷却液が受ける遠心力は小さく、冷却液排出通路内の冷却液が受ける遠心力は大きくなり、従って冷却液の供給，排出をスムーズに行うことができる。

請求項２の発明によれば、クーラント通路及び冷却液供給通路の回転体側部分と非回転体側部分とを軸方向に接続したので、径方向に接続した場合に比較して遠心力の影響を受けにくいことから、比較的低い圧力でもってクーラント及び冷却液を供給できる。

請求項３の発明によれば、前記冷却液供給通路の回転体側部分と非回転体側部分との接続部分にチャンバを設けたので、該接続部分において冷却液に発生する剪断抵抗を抑制でき、この点からも低い圧力でもって冷却液を供給できる。

請求項４の発明によれば、前記冷却液排出通路をポンプにより吸引したので、冷却液供給通路，及び排出通路内の圧力が低くなり、一層低い圧力で冷却液を供給できる。

本発明の実施例１に係る工作機械の主軸装置の断面側面図である。 前記主軸装置のアンロック機構回りの断面側面図である。 前記主軸装置の主軸軸受部回りの断面側面図である。 前記主軸装置の断面正面図（図１のIV-IV線断面図）である。 前記主軸装置の冷却液供給源のブロック構成図である。 本発明の実施例２に係る工作機械の主軸装置の断面側面図である。 前記実施例２に係る主軸装置のアンロック機構回りの断面側面図である。 前記実施例２に係る主軸装置の断面正面図（図６のVIII-VIII線断面図）である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図５は本発明の実施例１に係る工作機械の主軸装置を説明するための図である。

図において、１は工作機械の主軸装置である。この主軸装置１は、例えばベッド上に立設されたコラムに軸方向に移動可能に支持される主軸頭２と、該主軸頭２内に回転自在に挿入配置された主軸３と、該主軸３の大径部３ａ′と小径部３ａ′′とからなる軸心穴３ａ内に該主軸３と共に回転可能にかつ軸方向に移動可能に挿入配置され、工具ホルダＴをロック・アンロックするドローバー４と、該ドロ−バ−４と前記主軸３の軸心穴３ａの大径部３ａ′とで形成されたバネ部材配置空間５内に配置され、前記ドローバー４をロック方向に付勢する皿バネ６とを有する。

前記主軸頭２の前部には前部軸受部２ａが形成され、後部には後部軸受部２ｂが形成され、さらに該後部軸受部２ｂには通路形成プレート２ｄ及びアンロックケーシング２ｃが接続されている。

前記主軸３は、前記軸心穴３ａを有する筒状のもので、前部３ｃの先端には工具ホルダＴが嵌合するテーパ穴３ｂが形成されており、該前部３ｃは前部軸受７ａを介して前記前部軸受部２ａで軸支され、後部３ｄは後部軸受７ｂを介して後部軸受部２ｂで軸支されている。

また、前記主軸３の前部３ｃには、冷却ジャケットを構成する複数の供給側冷却孔３ｅ及び複数の排出側冷却孔３ｆが軸方向に延びるように形成されている。該供給側冷却孔３ｅと排出側冷却孔３ｆは、主軸３の前端部に形成された環状溝３ｈを介して互いに連通し、さらに排出側冷却孔３ｆは主軸頭２と主軸３との境界に形成された環状溝３ｇに接続されている。

また前記主軸３の前部３ｃには、複数のパージエア孔３ｉが軸方向に延びるように形成されており、該各パージエア孔３ｉは分岐孔３ｊにより前記テーパ孔３ｂに開口している。

前記ドローバー４は、貫通孔４ａを有する筒状をなしており、該ドローバー４の先端部に固定された接続パイプ４ｂは、前記主軸３の前部に配設された前部サポート部材４ｄにより軸方向に移動可能に支持されている。この前部サポート部材４ｄと前記接続パイプ４ｂとで中継空間４ｆが形成されており、該中継空間４ｆは前記パージエア孔３ｉに連通している。さらにまた前記接続パイプ４ｂには、前記工具ホルダＴを前記テーパ穴３ｂに対してロック・アンロックするロック部材４ｃが接続されている。

また、前記ドローバー４の後部は、前記主軸３の後端部に固定された後部サポート部材３ｋの筒部３ｍにより軸方向に移動可能に支持されており、該筒部３ｍは、前記通路形成プレート２ｄに形成された支持穴２ｊ内に回転可能の挿入されている。

また前記ドローバー４の後端部４ｇにはロータリージョイント９が接続されている。このロータリージョイント９は、前記ドローバー４の後端部４ｇに嵌合挿入されて該ドローバー４と共に回転するキャップ９ａと、前記アンロックケーシング２ｃに非回転状態に支持され前記キャップ９ａの後端面に摺接するジョイント本体９ｂとで構成されている。該ロータリージョイント９には、後述するドローバーインナパイプ８の軸心孔８ｂに連通する連通孔９ｃが貫通形成されている。

また、前記アンロックケーシング２ｃ内には、アンロック機構１０が配設されている。このアンロック機構１０は、前記アンロックケーシング２ｃに形成されたシリンダ穴１０ａ内にピストン１０ｂを挿入配置し、該ピストン１０ｂの先端に押圧板１０ｃを固定した構造を有する。前記押圧板１０ｃは前記アンロックケーシング２ｃ内に形成された可動空間２ｅ内にて前記ドローバー４の後端部に固定された環状部材４ｈに対向している。前記ピストン１０ｂが前進すると、前記押圧板１０ｃが前記ドローバー４をアンロック方向に移動させる。

また前記ドローバー４の貫通孔４ａ内には、ドローバーインナパイプ８が隙間ａをあけて挿入配置されている。該ドローバーインナパイプ８の先端は前記ドローバー４の接続パイプ４ｂ内に挿入され、該ドローバーインナパイプ８の軸心孔８ｂは前記接続パイプ４ｂの軸心孔４ｅに連通している。また、前記ドローバーインナパイプ８の軸心孔８ｂの後端は前記ロータリージョイント９のキャップ９ａに摺接して前記連通孔９ｃに連通している。

また、前記ドローバーインナパイプ８の外周には前記隙間ａを保持するための複数の凸部８ａが周方向及び軸方向に間隔を開けて形成されている。

前記隙間ａの、前端部は前記前部サポート部材４ｄの中継空間４ｆに連通し、該中継空間４ｆは前記主軸３の前部３ｃに形成されたエアパージ孔３ｉに連通している。

前記主軸３の軸心穴３ａの小径部３ａ′′の前端部は、該主軸３に径方向に形成された連通孔３ｂを介して前記供給側冷却孔３eに連通接続されている。また前記軸心穴３ａの大径部３ａ′の後端部は、前記ドローバー４の後部に軸方向に形成された連通孔４ｉ，前記後サポート部材３ｋに形成された連通孔３ｎ及び前記通路形成プレート２ｄに形成された連通孔２ｆを介して前記アンロックケーシング２ｃに形成された冷却液供給口２ｇに連通している。前記通路形成プレート２ｄの連通孔２ｆは、軸方向に延びる軸方向孔２ｈと径方向に延びる径方向孔２ｉとで構成されている。

そして前記ドローバーインナパイプ８の軸心孔８ｂは、クーラントを加工ポイントに供給するクーラント通路Ａとされている。該クーラント通路Ａの後端は前記ロータリージョイント９内の連通孔９ｃを介してクーラント供給口９ｄに接続されており、該供給口９ｄはクーラント供給源に接続されている。また、前記クーラント通路Ａの前端は前記接続パイプ４ｂの軸心孔４ｅを介して前記工具ホルダＴの軸心孔に連通している。

また、前記ドローバーインナパイプ８と前記ドローバー４の貫通穴４ａとの隙間ａは、前記テーパ穴３ｂに付着した切り屑を除去するためのパージエアを供給するエア通路Ｂとされている。該エア通路Ｂの後端はドローバー４に形成された連通孔４ｉを介して可動空間２ｅに開口し、ここから前記押圧板１０ｃ，ピストン１０ｂ,アンロックケーシング２ｃに形成された連通孔１０ｄ，１０ｅ，２ｋを介してエア供給源に接続されている。

さらにまた、前記バネ部材配置空間５は、前記主軸３の前部軸受７ａ部分に冷却液を供給する冷却液供給通路Ｃとされている。該冷却液供給通路Ｃの前部は、前記軸心穴３ａの小径部３ａ′′と前記ドローバー４の貫通孔４ａとの隙間ｂで構成されている。そしてこの隙間ｂの前端部は主軸３に径方向に形成された連通孔３ｐにより前記供給側冷却孔（冷却ジャケット）３ｅに接続されている。

ここで前記クーラント通路Ａの、回転体側部分、つまりロータリージョイント９のキャップ９ａに形成された部分と、非回転体側部分、つまり前記ロータリージョイント９のジョイント本体９ｂに形成された部分とは軸方向に接続されている。

また、前記ドローバーインナパイプ８と前記ドローバー４の貫通穴４ａとの隙間ａは、前記テーパ穴３ｂに付着した切屑を除去するためのパージエアを供給するエア通路Ｂとされている。該エア通路Ｂの後端はドローバー４に径方向に形成された連通孔４ｉを介して可動空間２eに開口し、ここから前記押圧板１０ｃ，ピストン１０ｂ,後端部材２ｃに形成された連通孔１０ｄ，１０ｅ，２ｋを介してエア供給源に接続されている。

さらにまた、前記バネ部材配置空間５は、前記主軸３の前部軸受７ａ部分に冷却液を供給する冷却液供給通路Ｃとされている。該冷却液供給通路Ｃの前部は前記軸心穴３ａの小径部３ａ′′と前記ドローバー４との隙間bで構成されている。そしてこの隙間ｂは、主軸３に径方向に形成された連通孔３ｐにより前記供給側冷却孔３eに連通している。

そして前記冷却液供給通路Ｃの後端部の回転体側部分、即ち後部サポート部材３ｋに形成された連通孔３ｎと、非回転体側部分、即ち通路形成プレート２ｄに形成された連通孔２ｆの軸方向孔２ｈとは軸方向に接続されている。また、この接続部には、比較的大きな容積を有するチャンバｃｈが形成されている。

ここで、図５において、符号１２は冷却液供給装置であり、該供給装置１２は、冷却液供給量や供給圧あるいは吸引圧を制御する冷却液コントローラ１２ｂを備え、貯留タンク１２ａ内の冷却液を、吐出ポンプ１２ｃで加圧し、リリーフ弁１２ｅにより吐出圧を調整しつつ前記冷却液供給口２ｇに供給する。また前記主軸３の前端部に形成された環状溝３ｇを排出通路Ｄを介して前記貯留タンク１２ａに連通させ、該排出通路Ｄに介在されたサクションポンプ１２ｄにより該排出通路Ｄを介して前記排出側冷却孔３ｆを吸引するようになっている。なお、１２ｆはエキゾーストクリーナであり、該エキゾーストクリーナ１２ｆは、貯留タンク１２ａの内圧上昇を避けるためにタンク内雰囲気の油分を取り除いて大気に開放すると共に、油分を前記貯留タンク１２ａ内に戻すように作用する。

本実施例１によれば、ドローバー４の貫通穴４a内に挿入したドローバーインナパイプ８内をクーラント通路Aとし、ドローバーインナパイプ8とドローバー4の貫通穴４aとの隙間aをエア通路Bとし、バネ部材配置空間５を冷却液供給通路Cとしたので、つまりクーラント通路A、エア通路B、冷却液供給通路Cの３系統の通路を全て主軸3内に形成したので、３系統の通路を設けながら主軸装置1が大型化するのを回避できる。

また、クーラント通路Ａ及び冷却液供給通路Ｃの回転体側部分と非回転体側部分とは、軸方向に接続されているので、径方向に接続されている場合に比較して遠心力の影響を受けにくいことから、比較的低い圧力でもってクーラント及び冷却液を供給できる。

さらにまた、前記クーラント通路Ａ及び冷却液供給通路Ｃの回転体側部分と非回転体側部分との接続部分にチャンバｃｈを設けたので、該接続部分においてクーラント，冷却液に発生する剪断抵抗を抑制でき、この点からも比較的低い圧力でもってクーラント及び冷却液を供給できる。

また、前記冷却液排出通路Ｄがポンプ１２ｄにより吸引されているので、より一層低い圧力で冷却液を供給できる。

図６〜図８は、本発明の実施例２に係る工作機械の主軸装置を説明するための図である。図中、図１〜図５と同一符号は同一又は相当部分を示す。

本実施例２では、主軸３の軸心穴３ａ内に、ドローバー４とでバネ部材配置空間５を構成する主軸インナパイプ１３を挿入し、該主軸インナパイプ１３と主軸３の軸心穴３ａとの隙間を供給側冷却孔（冷却ジャケット）３ｅに供給された冷却液を排出側冷却孔（冷却ジャケット）３ｆを介して排出する冷却液排出通路Ｄとしている。

そして前記冷却液供排出通路Ｄの後端部の回転体側部分、即ち後部サポート部材３ｋに形成された連通孔３ｎ′と、非回転体側部分、即ち通路形成プレート２ｄに形成された連通孔２ｆ′の軸方向孔２ｈ′とは軸方向に接続されている。また、この接続部には、比較的大きな容積を有するチャンバｃｈ′が形成されている。

本実施例２では、前記主軸３の軸心穴３ａ内に挿入した主軸インナパイプ１３と主軸３との隙間を冷却液排出通路Ｄとしたので、つまり４系統の通路を全て主軸３内に形成したので、４系統の通路を設けながら主軸装置が大型化するのを回避できる。

また、本実施例２では、冷却液供給通路Ｃが径方向内側に、冷却液排出通路Ｄが径方向外側に配設されているので、冷却液排出通路Ｄ内の冷却液がより大きな遠心力を受け、これにより冷却液は供給通路Ｃから排出通路Ｄ側に押し出されることとなり、その結果、冷却液の供給，排出が円滑となる。

１ 主軸装置
２ 主軸頭
２ｆ 連通孔（非回転体側部分）
３ 主軸
３ａ 軸心穴
３ｂ テーパ穴
３ｅ，３ｆ 供給側，排出側冷却孔（冷却ジャケット）
３ｎ 連通孔（回転体側部分）
４ ドロ−バ−
４ａ ドローバーの貫通穴
５ バネ部材配置空間
６ 皿バネ（バネ部材）
７ａ，７ｂ 主軸軸受
８ ドローバーインナパイプ
１２ｄ ポンプ
１３ 主軸インナパイプ
Ａ クーラント通路
ａ ドローバーインナパイプとドローバーの貫通穴との隙間
Ｂ エア通路
Ｃ 冷却液供給通路
ｃ 主軸インナパイプと軸心穴との隙間
ｃｈ チャンバ
Ｄ 冷却液排出通路
Ｔ 工具ホルダ

Claims (4)

1. 主軸頭と、該主軸頭内に配置され、主軸軸受を介して主軸頭に回転自在に軸支され、先端部に工具ホルダが嵌合するテーパ穴を有する主軸と、該主軸の軸心穴内に配置され、前記工具ホルダを前記テーパ穴にロック・アンロックするドロ−バ−と、該ドロ−バ−と前記軸心穴との間のバネ部材配置空間に配置され、前記ドロ−バ−をロック方向に付勢するバネ部材とを備えた工作機械の主軸装置において、
   前記ドローバーの貫通穴内に、ドローバーインナパイプを挿入して該ドローバーインナパイプ内を、クーラントを加工ポイントに供給するクーラント通路とし、
   前記ドローバーインナパイプと前記ドローバーの貫通穴との隙間を、前記テーパ穴に付着した切屑を除去するためのパージエアを供給するエア通路とし、
   前記バネ部材配置空間内を、前記主軸の軸受部に形成された冷却ジャケットに冷却液を供給する冷却液供給通路とし、
   前記主軸の軸心穴内に、前記ドローバーとで前記バネ部材配置空間を構成する主軸インナパイプを挿入して該主軸インナパイプと主軸の軸心穴との隙間を前記冷却ジャケットに供給された冷却液を排出する冷却液排出通路とした
   ことを特徴とする工作機械の主軸装置。
2. 請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、
   前記クーラント通路及び冷却液供給通路の回転体側部分と非回転体側部分とは、軸方向に接続されている
   ことを特徴とする工作機械の主軸装置。
3. 請求項２に記載の工作機械の主軸装置において
   前記冷却液供給通路の回転体側部分と非回転体側部分との接続部分にチャンバを設けた
   ことを特徴とする工作機械の主軸装置。
4. 請求項１ないし３の何れかに記載の工作機械の主軸装置において
   前記冷却液排出通路は、ポンプにより吸引されている
   ことを特徴とする工作機械の主軸装置。

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