JP2003291048A - Main shaft for machine tool - Google Patents
Main shaft for machine toolInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、横中ぐりフライス
盤などの工作機械の主軸に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a spindle of a machine tool such as a horizontal boring and milling machine.
【0002】[0002]
【従来の技術】工作機械の加工精度に大きな影響を与え
るものとして、主軸や主軸頭などの温度上昇による熱変
位がある。2. Description of the Related Art Thermal displacement due to a temperature rise of a spindle and a spindle head has a great influence on the machining accuracy of a machine tool.
【0003】NC工作機械における位置決め精度の変化
は、主軸や主軸頭のの熱変位によるものがほとんどであ
る。また、主軸の位置精度は、ワークと工具との相対的
な関係でもあるので、主軸位置決め精度をいくら上げて
も、熱変位が生じるかぎり実質的な加工精度の向上に直
結しないという問題がある。Most of the changes in positioning accuracy in NC machine tools are due to thermal displacement of the spindle and spindle head. Further, since the position accuracy of the spindle is also a relative relationship between the work and the tool, there is a problem that no matter how much the spindle positioning accuracy is increased, the machining accuracy is not substantially improved as long as thermal displacement occurs.
【0004】また、主軸は、軸方向に熱膨張するばかり
でなく、半径方向にも膨張する。軸方向の熱膨張は、上
記のように加工精度に悪影響を及ぼすが、横中ぐりフラ
イス盤の主軸の場合、フライス軸との間のわずかな隙間
が存在することで主軸を繰り出すことができる構造にな
っており、その主軸に半径方向の熱膨張が生じると、主
軸を軸方向に移動させることが不可能になって機械が停
止し、自動運転ができなくなる。The main shaft expands not only in the axial direction but also in the radial direction. The thermal expansion in the axial direction adversely affects the machining accuracy as described above, but in the case of the main shaft of a horizontal boring and milling machine, the structure that allows the main shaft to be extended due to the existence of a slight gap between the main shaft and the milling shaft. When thermal expansion occurs in the main shaft in the radial direction, it becomes impossible to move the main shaft in the axial direction, the machine stops, and automatic operation cannot be performed.
【0005】主軸の熱変位、熱膨張に対しては、従来か
らいろいろな対策が行われている。例えば、主軸に冷却
油を循環して冷却したり、あるいは、主軸に熱膨張係数
の小さな材料を用いるなど、種々の試みが行われてい
る。Various measures have conventionally been taken against the thermal displacement and thermal expansion of the spindle. For example, various attempts have been made to circulate cooling oil in the main shaft to cool it, or to use a material having a small thermal expansion coefficient in the main shaft.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱変
位、熱膨張の原因となる熱は、主軸のベアリングなどの
ほか、切削剤を使用しないで連続切削を長時間行ったと
きの切削熱が考えられ、この切削熱が工具から主軸に伝
わり主軸を熱膨張させる。However, the heat that causes thermal displacement and thermal expansion is considered to be cutting heat when performing continuous cutting for a long time without using a cutting agent in addition to the bearing of the main shaft and the like. This cutting heat is transmitted from the tool to the spindle, causing the spindle to thermally expand.
【0007】切削剤を使用して切削する場合には、切削
剤によって工具が直接冷却されるので問題は少ないが、
近年では、環境への負荷の大きい切削剤の使用をできる
だけ控えるようになってきている傾向があり、したがっ
て、切削剤を使用しない切削中に生じる切削熱が主軸に
伝わることによる熱膨張に対する対策がますます重要に
なってきているが、十分な対策が講じられていないのが
現状である。When cutting with a cutting agent, the cutting agent directly cools the tool, so there are few problems,
In recent years, there has been a tendency to refrain from using cutting agents that have a large impact on the environment as much as possible.Therefore, measures against thermal expansion due to the transfer of cutting heat generated during cutting without using cutting agents to the spindle Although it is becoming more and more important, the current situation is that sufficient measures have not been taken.
【0008】例えば、主軸の外部にホース等の設け、こ
のホースの先のノズルからエアを工具に吹き付けて工具
を冷却することが行われているが、横中ぐり盤の場合に
は、主軸を繰り出す動きに追従できず工具を十分に冷却
できないと言う問題がある。For example, a hose or the like is provided outside the main shaft, and air is blown to the tool from a nozzle at the tip of the hose to cool the tool. However, in the case of a horizontal boring machine, the main shaft is There is a problem that the tool cannot be sufficiently cooled because it cannot follow the feeding movement.
【0009】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、主軸の先端部から直接エアを工
具に吹き付けるようにすることにより、工具を冷却して
切削熱が主軸に伝わるのを防止するようにした工作機械
の主軸を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to blow air directly to the tool from the tip of the spindle, thereby cooling the tool and transmitting cutting heat to the spindle. It is to provide a spindle of a machine tool designed to prevent
【0010】[0010]
【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、請求項1に係る発明は、主軸先端部に工具のツー
ルシャンクが装着されるテーパ穴を有する工作機械の主
軸において、前記主軸の前記テーパ穴に沿って延び主軸
端面に吹出口を有する冷却エア通路を主軸先端部の内部
に形成し、主軸内部のエア通路からエアを前記冷却エア
通路に導入し、エアを前記吹出口から工具に向けて噴出
させるようにしたことを特徴とするものである。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a spindle of a machine tool having a taper hole in which a tool shank of a tool is mounted at the tip of the spindle. A cooling air passage extending along the taper hole and having an outlet on the end face of the spindle is formed inside the tip of the spindle, and air is introduced from the air passage inside the spindle into the cooling air passage, and air is introduced from the outlet. It is characterized in that it is designed to be ejected toward a tool.
【0011】また、請求項2に係る発明は、請求項1の
発明において前記主軸内部のエア通路は、主軸内部に収
容されるドローバーとコレットの中心部に軸方向に延
び、主軸外部から供給されるエアを前記コレットに開口
する吹出口から前記テーパー穴に向けて噴出するための
エアブロー通路であることを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the air passage inside the main shaft extends axially in the center of the draw bar and collet housed inside the main shaft, and is supplied from outside the main shaft. Is an air blow passage for ejecting the air to the taper hole from the air outlet opening to the collet.
【0012】さらに、請求項3に係る発明は、請求項1
の発明において主軸端面の吹出口は、工具のキー溝に係
合するキーの取り付け部位に開口し、前記キーには、前
記吹出口から吹き出されたエアを工具に導く通路が形成
されていることを特徴としている。Further, the invention according to claim 3 is the same as claim 1.
In the invention described above, the outlet on the end face of the spindle is opened at a mounting portion of a key that engages with a key groove of the tool, and the key is formed with a passage for guiding the air blown from the outlet to the tool. Is characterized by.
【0013】上記の発明においては、前記主軸端面の吹
出口には、断熱膨張により冷却効果を高めるために絞り
が設けられていることが好ましい。In the above invention, it is preferable that a throttle is provided at the air outlet of the main shaft end face in order to enhance the cooling effect by adiabatic expansion.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明による工作機械の主
軸の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説
明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a spindle of a machine tool according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0015】第1実施形態
図1は、本発明を横中ぐりフライス盤の主軸に適用した
第1の実施形態を示す縦断面図である。これらの図にお
いて、参照符号10は主軸(中ぐり軸)を示し、12
は、主軸10が嵌合しているフライス軸である。主軸1
0はフライス軸12に対して軸方向に摺動自在に嵌合す
ることで主軸10を繰り出すことができるようになって
いる。フライス軸12は軸受を介してラムのハウジング
13において回転自在に支持されている。First Embodiment FIG. 1 is a vertical sectional view showing a first embodiment in which the present invention is applied to a main shaft of a horizontal boring and milling machine. In these drawings, reference numeral 10 indicates a main shaft (boring shaft), and 12
Is a milling shaft with which the main shaft 10 is fitted. Spindle 1
No. 0 is adapted to be able to pay out the main shaft 10 by being slidably fitted in the milling shaft 12 in the axial direction. The milling shaft 12 is rotatably supported in a ram housing 13 via bearings.
【0016】主軸10の先端部には、工具14を装着す
るためのテーパ穴16が形成されている。工具14は、
アーバー部15とツールシャンク部17を含み、アーバ
ー部15には、自動工具交換装置のアームによって把持
可能なように溝の形成されたフランジ部15aが形成さ
れている。この実施形態では、アーバー部15に図示し
ないエンドミルが保持されている。ツールシャンク部1
7の末端部には、プルスタッド19が取り付けられてい
る。A taper hole 16 for mounting the tool 14 is formed at the tip of the main shaft 10. Tool 14
The arbor portion 15 includes an arbor portion 15 and a tool shank portion 17, and the arbor portion 15 is formed with a flange portion 15a having a groove so that the arbor portion 15 can be gripped by an arm of an automatic tool changing device. In this embodiment, the arbor unit 15 holds an end mill (not shown). Tool shank part 1
A pull stud 19 is attached to the end of 7.
【0017】主軸10の内部には、ドローバー20が同
軸に収納されており、このドローバー20の先端部に
は、スリ割り形のコレットチャック22が連結されてい
る。このコレットチャック22は、一般に工作機械の主
軸で工具のプルスタッドを把持するのに用いられる公知
の構造のものである。ドローバー20の先端部には、ロ
ッド部材23が挿着され、このロッド部材23はコイル
ばね24によって先端側に付勢されている。A draw bar 20 is coaxially housed inside the main shaft 10, and a slit type collet chuck 22 is connected to the tip of the draw bar 20. The collet chuck 22 has a known structure generally used for gripping a pull stud of a tool by a spindle of a machine tool. A rod member 23 is inserted and attached to the tip of the draw bar 20, and the rod member 23 is biased toward the tip by a coil spring 24.
【0018】しかして、ドローバー20の内部には、軸
方向に延びるエア通路26が形成されている。このエア
通路26は、ロッド部材23まで延びていて、ロッド部
材23の先端部にはエアの吹出口27が開口している。
なお、吹出口27は、ロッド部材23の先端部の側部に
形成された図示しない切欠部を含んでいる。An air passage 26 extending in the axial direction is formed inside the drawbar 20. The air passage 26 extends to the rod member 23, and an air outlet 27 is opened at the tip of the rod member 23.
The air outlet 27 includes a not-shown notch formed on the side of the tip of the rod member 23.
【0019】このエア通路26は、従来から設けられて
いるもので、図示しない主軸頭のエア回路から所定圧の
エアが導入され、本来は、工具14を取り外した時に、
吹出口27からテーパ穴16のテーパ面にエアをブロー
し、このテーパ面に異物が付着しないようにするエアブ
ローするためのものである。このようにエアをブローす
ることで、次の工具に交換するときに、ツールシャンク
17とテーパ穴のテーパ面との間に異物を噛み込むのを
未然に防止することができる。This air passage 26 has been conventionally provided, and air of a predetermined pressure is introduced from an air circuit of the spindle head (not shown), and originally, when the tool 14 is removed,
The air is blown from the air outlet 27 to the tapered surface of the tapered hole 16 to prevent foreign matter from adhering to the tapered surface. By blowing the air in this way, it is possible to prevent foreign matter from being caught between the tool shank 17 and the tapered surface of the tapered hole when the tool is replaced with the next tool.
【0020】主軸10の内径部にあっては、テーパ穴1
6に隣接して段付き内径部28がプルスタッド19を囲
むように形成されている。In the inner diameter portion of the main shaft 10, the tapered hole 1
A stepped inner diameter portion 28 is formed adjacent to 6 to surround the pull stud 19.
【0021】本発明の実施形態では、主軸10の先端部
には、テーパ穴16に沿って延びる工具冷却用エア通路
30が2本(図1ではひとつのみ図示している)形成さ
れている。この工具冷却用エア通路30のエア導入口3
1は、前記段付き内径部28に開口し、吹出口32は、
主軸端面に形成される。この吹出口32は、図1に示す
ように、主軸端面において、キー34の取付部位の着座
面に開口することが好ましい。他方、キー34には、吹
き出されたエアを工具14に導く通路35が形成されて
いる。In the embodiment of the present invention, two tool cooling air passages 30 (only one is shown in FIG. 1) extending along the tapered hole 16 are formed at the tip of the main shaft 10. The air inlet 3 of this tool cooling air passage 30
1 is open to the stepped inner diameter portion 28, and the outlet 32 is
It is formed on the end face of the spindle. As shown in FIG. 1, it is preferable that the blowout port 32 be opened at the seating surface of the mounting portion of the key 34 at the end face of the spindle. On the other hand, the key 34 is formed with a passage 35 for guiding the blown air to the tool 14.
【0022】以上のように構成される本実施形態の冷却
作用について説明する。The cooling action of the present embodiment configured as described above will be described.
【0023】主軸10に工具14を交換するときには、
ドローバー20の内部のエア通路26に供給されるエア
はロッド部材23の先端の吹出口27からテーパ穴16
に吹き出され、これにより、そのテーパ面にある異物が
吹き飛ばされ、新しい工具14に交換するときに、ツー
ルシャンク部17との間に異物が噛み込まれないように
清浄に保たれる。When exchanging the tool 14 for the spindle 10,
The air supplied to the air passage 26 inside the drawbar 20 is fed from the outlet 27 at the tip of the rod member 23 to the tapered hole 16
Thus, the foreign matter on the tapered surface is blown away, and when the tool 14 is replaced with a new tool 14, the foreign matter is kept clean so as not to be caught in the tool shank portion 17.
【0024】これに対して、工具14が主軸10に装着
され、工具14による切削加工が行われている状態で
は、工具14のプルスタッド19にロッド部材23の先
端部が当接した状態にある。ドローバー20の内部のエ
ア通路29に供給されるエアは、吹出口27から側面の
図示しない切欠部から段付内径部28に噴出し、この段
付内径部28に開口しているエア導入口31に導入され
る。したがって、エアは、工具冷却用エア通路30を流
れて吹出口32から工具14に向けて噴き出される。On the other hand, when the tool 14 is mounted on the spindle 10 and is being cut by the tool 14, the pull stud 19 of the tool 14 is in contact with the tip of the rod member 23. . The air supplied to the air passage 29 inside the drawbar 20 is jetted from the blowout port 27 to the stepped inner diameter portion 28 from a notch portion (not shown) on the side surface, and the air introduction port 31 opened to the stepped inner diameter portion 28. Will be introduced to. Therefore, the air flows through the tool cooling air passage 30 and is ejected from the outlet 32 toward the tool 14.
【0025】この時、切削剤を使用せずにワークを加工
したとすると、加工中にエンドミルのチップの切刃から
発生する切削熱がアーバー部15に伝わってくることに
なるが、上記のように吹出口32から工具14のアーバ
部15に直接エアが吹き付けられ、熱が奪われるため、
従来のように外部にエアノズル等を設けることなく、主
軸10に熱が伝わるのを防止することができる。したが
って、主軸10の軸方向の延びによる熱変位を防ぐ上で
効果的であるとともに、この実施形態のように、中ぐり
軸である主軸10であれば、主軸10が半径方向に膨張
してその外側のフライス軸12との間に主軸10の繰り
出し動作に必要な隙間がなくなるというような問題が生
じるの防止できる。At this time, if the workpiece is processed without using a cutting agent, the cutting heat generated from the cutting edge of the tip of the end mill is transferred to the arbor portion 15 during the processing. Since air is blown directly from the air outlet 32 to the arbor portion 15 of the tool 14 to remove heat,
It is possible to prevent heat from being transferred to the main shaft 10 without providing an air nozzle or the like outside as in the conventional case. Therefore, it is effective in preventing thermal displacement due to the axial extension of the main shaft 10, and if the main shaft 10 is the boring shaft as in this embodiment, the main shaft 10 expands in the radial direction, and It is possible to prevent a problem that a gap required for the unwinding operation of the main shaft 10 from the outer milling shaft 12 disappears.
【0026】また、本実施形態によれば、吹出口32は
キー34の座面に開口するとともに、キー43自体にエ
アを工具14に導く通路35を形成しているため、この
通路35により導かれたエアが工具14の周囲に放散す
ることなく工具14のアーバ部15に集中して吹き付け
られるので、より冷却効率を高めることができる。しか
も、主軸側に加工することなく、キーに通路35を細工
すればよいので、主軸端面に施す加工を最小限にするこ
とができる。Further, according to the present embodiment, the air outlet 32 is opened to the seating surface of the key 34, and the key 43 itself has a passage 35 for guiding air to the tool 14. The blown air is concentrated and blown on the arbor portion 15 of the tool 14 without being scattered around the tool 14, so that the cooling efficiency can be further enhanced. Moreover, since the passage 35 may be worked in the key without processing on the main shaft side, the processing applied to the end surface of the main shaft can be minimized.
【0027】第2実施形態
次に、本発明の第2の実施形態について、図2を参照し
ながら説明する。Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0028】この第2実施形態が第1実施形態と異なる
点は、工具冷却用エア通路30の吹出口32に絞り40
を設けた点である。その他のの構成要素は、第1実施形
態と同一であり、同一の構成要素には、同一の参照符号
を付してその説明は省略する。The second embodiment is different from the first embodiment in that the throttle 40 is provided at the air outlet 32 of the tool cooling air passage 30.
That is the point. The other components are the same as those in the first embodiment, and the same components are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【0029】この第2実施形態によれば、工具冷却用エ
ア通路30の吹出口32からエアが吹き出されるとき
に、絞り40を通ることで断熱膨張して温度が低下する
ので、より一層工具14の冷却効果を高めることができ
る。According to the second embodiment, when the air is blown out from the air outlet 32 of the tool cooling air passage 30, the temperature is lowered due to adiabatic expansion by passing through the restrictor 40, so that the tool is further improved. The cooling effect of 14 can be enhanced.
【0030】また、工具14に向けて吹き出す冷却媒体
としては、図示しない主軸軸受を潤滑並びに冷却するた
めに主軸軸受に送られるオイルミストを用いるようにし
てもよい。この場合、ドローバー20の内部のエア通路
29にエアを供給する主軸頭内の回路にオイルミストユ
ニットを電磁切換弁で接続すればよい。オイルミストを
冷却媒体として用いることで、工具14の冷却と同時に
刃先の潤滑をも行うことができる。As the cooling medium blown out toward the tool 14, an oil mist sent to the main shaft bearing for lubricating and cooling the main shaft bearing (not shown) may be used. In this case, the oil mist unit may be connected to the circuit in the spindle head that supplies air to the air passage 29 inside the drawbar 20 by an electromagnetic switching valve. By using the oil mist as the cooling medium, the blade edge can be lubricated at the same time when the tool 14 is cooled.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、主軸の先端部から直接エアを工具に吹き付け
工具を冷却して切削熱が主軸に伝わるのを防止すること
ができるので、切削剤を使用しないで行う切削中に生じ
る切削熱が主軸に伝わるのを効果的に防止することがで
きる。As is apparent from the above description, according to the present invention, air can be blown directly from the tip of the spindle to the tool to cool the tool and prevent the cutting heat from being transmitted to the spindle. It is possible to effectively prevent the cutting heat generated during cutting performed without using a cutting agent from being transmitted to the spindle.
【図1】本発明の一実施形態による横中ぐりフライス盤
の主軸の縦断面図。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a main shaft of a horizontal boring and milling machine according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施形態による横中ぐりフライス盤
の主軸の縦断面図。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a main shaft of a horizontal boring and milling machine according to an embodiment of the present invention.
10 主軸 12 フライス軸 13 ラムハウジング 14 工具 15 アーバー部 17 ツールシャンク部 19 プルスタッド 20 ドローバー 22 コレットチャック 23 ロッド部材 26 エア通路 27 吹出口 30 工具冷却用エア通路 32 吹出口 34 キー 35 通路 40 絞り 10 spindles 12 milling axes 13 Ram housing 14 tools 15 Arbor 17 Tool shank 19 pull studs 20 drawbars 22 Collet chuck 23 Rod member 26 Air passage 27 Outlet 30 Tool cooling air passage 32 outlet 34 key 35 passage 40 aperture
Claims (6)
されるテーパ穴を有する工作機械の主軸において、 前記主軸の前記テーパ穴に沿って延び主軸端面に吹出口
を有する冷却エア通路を主軸先端部の内部に形成し、主
軸内部のエア通路からエアを前記冷却エア通路に導入
し、エアを前記吹出口から工具に向けて噴出させるよう
にしたことを特徴とする工作機械の主軸。1. A spindle of a machine tool having a taper hole in which a tool shank of a tool is mounted at a tip of a spindle, wherein a cooling air passage extending along the taper hole of the spindle and having a blowout port on an end face of the spindle is provided at the tip of the spindle. A spindle of a machine tool, wherein the spindle is formed inside the portion, and air is introduced into the cooling air passage from an air passage inside the spindle so that the air is ejected toward the tool from the blowout port.
容されるドローバーとコレットの中心部に軸方向に延
び、主軸外部から供給されるエアを前記コレットに開口
する吹出口から前記テーパー穴に向けて噴出するための
エアブロー通路であることを特徴とする請求項1に記載
の工作機械の主軸。2. An air passage inside the main shaft extends axially in a central portion of a draw bar and a collet housed inside the main shaft, and air supplied from outside the main shaft is opened to the collet from a taper hole. The spindle of a machine tool according to claim 1, wherein the spindle is an air blow passage for ejecting the air toward the shaft.
係合するキーの取り付け部位に開口し、前記キーには、
前記吹出口から吹き出されたエアを工具に導く通路が形
成されていることを特徴とする請求項2に記載の工作機
械の主軸。3. The outlet on the end face of the spindle is opened at a mounting portion of a key that engages with a key groove of a tool, and the key has:
The spindle of a machine tool according to claim 2, wherein a passage is formed to guide the air blown out from the outlet to the tool.
れていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかの項
に記載の工作機械の主軸。4. The spindle of a machine tool according to claim 1, wherein a throttle is provided at the air outlet of the spindle end surface.
とを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの項に記載の
工作機械の主軸。5. The spindle of a machine tool according to claim 1, wherein the spindle is a boring shaft of a boring machine.
受潤滑用のオイルミストを利用することを特徴とする請
求項1に記載の工作機械の主軸。6. The spindle of a machine tool according to claim 1, wherein an oil mist for lubricating the spindle bearing is used as the cooling medium instead of the air.
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