JP2009214187A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 工作機械において、主軸モータの発熱による主軸ヘッド内の雰囲気温度の上昇を抑制し、主軸の外周部に配設されたベアリングの摺動面に充填されたグリースの耐久性を向上させること。
【解決手段】 工作機械は、主軸ヘッド機枠２０の上端部に設けられたモータ取付部材２３と、主軸モータ２１の下端近傍部に主軸モータ２１とモータ取付部材２３を介して形成されたエア流動通路３０と、エア流動通路３０に加圧エアを供給する為の加圧エア供給口２３ａと、エア流動通路３０に連通したエア排気口２４ａと、モータ取付部材２３の下側に設けられたセラミック製の仕切り部材２４とを備えた。
【選択図】 図４

Description

本発明は、主軸を駆動する主軸モータを有する主軸ヘッドを備えた工作機械において、特に主軸モータの発熱による主軸ヘッド内の雰囲気温度の上昇を抑制するように構成したものに関する。

従来、工作機械は、基台に立設されたコラムと、コラムに対して昇降可能な主軸ヘッド等を備えている。このような工作機械では、加工プログラムに基づいて、工具が装着された主軸を主軸モータにより回転駆動しながら、Ｘ軸モータとＹ軸モータによりテーブルをＸＹ方向に移動させると共にＺ軸モータにより主軸ヘッドを上下に移動させることで、ワークにタップ加工や孔開け、座ぐり加工等多種の加工を施している。

ワークの加工時に、主軸モータで発生する熱により主軸ヘッド内の雰囲気温度が上昇するため、主軸の外周部に配設された上下のベアリングのうち、特に主軸モータの近くに位置する上側のベアリングの温度が上昇する。そのため、このベアリングの摺動面に充填されたグリースの耐久性が低下するという問題がある。

特許文献１に記載の工作機械のヘッド及び工作機械においては、ヘッド本体の連結部に送風機を設け、１つの大きな空洞と８つの小貫通孔とで形成された貫通孔と、連通口と、中空部と、通過孔とからなる流体流路を連結部内に形成し、送風機から送風された空気が流体流路を流動することにより連結部を冷却している。
特開２００６−１４２３８５号公報

ところで、工作機械において切削加工を行う際、金属製のワークの切削部位に切削液を供給しながら工具により切削を行うが、特許文献１においては、ヘッド本体の連結部の下部に８つの小貫通孔が形成されているため、ワークの切削部位に供給された切削液の飛沫がこれらの小貫通孔を介してヘッド本体の連結部内に侵入することが考えられる。
この場合、連結部内に侵入した切削液が主軸内部に侵入すると、主軸のベアリングの摺動面に充填されたグリースが流出するため、主軸の回転によりベアリングが破損する虞がある。

本発明の目的は、工作機械において、主軸モータの発熱による主軸ヘッド内の雰囲気温度の上昇を抑制し、主軸の外周部に配設されたベアリングの摺動面に充填されたグリースの耐久性を向上させることである。

請求項１の工作機械は、主軸と、この主軸を支持する主軸ヘッド機枠と、この主軸ヘッド機枠上に搭載されて主軸を駆動する主軸モータとを有する主軸ヘッドを備えた工作機械において、前記主軸ヘッド機枠の上端部に設けられたモータ取付部材と、前記主軸モータの下端近傍部に前記主軸モータとモータ取付部材を介して形成されたエア流動通路と、前記エア流動通路に加圧エアを供給する為の加圧エア供給口と、前記エア流動通路に連通したエア排気口とを備えたことを特徴としている。

この工作機械では、ワークの加工時に加圧エア供給口から加圧エアが供給されると、この加圧エアが主軸モータと取付部材を介して形成されたエア流動通路に向かって流動する。供給されたエアはエア流動通路を流動した後、エア排気口を介して外部に排気される。エア流動通路をエアが流動している間、主軸モータの下端部が冷却されるため、主軸ヘッド内の雰囲気温度の上昇が抑制される。

請求項２の工作機械は、請求項１の発明において、前記エア流動通路は、主軸モータの下端とモータ取付部材の間の偏平な円環状の第１通路と、この第１通路に連通した環状の第２通路とを含むことを特徴としている。

請求項３の工作機械は、請求項１又は２の発明において、前記モータ取付部材の下側に前記主軸モータ側の熱が前記主軸の方へ移動するのを遮断する為のセラミック製の仕切り部材を設けたことを特徴としている。

請求項４の工作機械は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記加圧エア供給口は、前記モータ取付部材に形成されたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、主軸ヘッド機枠の上端部に設けられたモータ取付部材と、主軸モータの下端近傍部に主軸モータとモータ取付部材を介して形成されたエア流動通路と、エア流動通路に加圧エアを供給する為の加圧エア供給口と、エア流動通路に連通したエア排気口とを備えたので、加圧エア供給口から加圧エアを供給しエア流動通路に加圧エアを流動させることで、主軸モータの下端部を冷却することができる。これにより、主軸ヘッド内の雰囲気温度の上昇を抑制することができ、主軸において上側のベアリングに充填されたグリースの耐久性が向上する。

エア流動通路を流動した後のエアをエア排気口から排気することができるので、主軸モータを冷却した後のエアがエア流動通路内に滞らない。それ故、加圧エアによる冷却効果を一層高めることができる。エア流動通路は主軸モータの下端近傍部に形成されており、エア排気口は主軸ヘッドの上部に設けられるので、切削加工時にワークの切削部位に供給された切削液の飛沫が主軸ヘッド内に侵入しない。

請求項２の発明によれば、エア流動通路は、主軸モータの下端とモータ取付部材の間の偏平な円環状の第１通路と、この第１通路に連通した環状の第２通路とを含むので、主軸モータの下端側の空間を有効利用してエア流動通路を形成することができ、装置が大型化しない。

請求項３の発明によれば、モータ取付部材の下側に主軸モータ側の熱が主軸の方へ移動するのを遮断する為のセラミック製の仕切り部材を設けたので、主軸に対する断熱効果を格段に高めることができ、主軸において上側のベアリングの温度上昇を一層抑制できる。

請求項４の発明によれば、加圧エア供給口は、モータ取付部材に形成されたので、加圧エア供給口からエア流動通路までの距離が短くなり、エア流動通路へ流入する前にエアの温度が上昇するのを防止することができる。それ故、加圧エアによる冷却効果を一層高めることができる。

以下、本発明を実施する為の最良の形態について説明する。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、工作機械１は、ベース２の後部上のコラム座部３の上面に固定され且つ鉛直上方に延びるコラム４と、このコラム４の前面に沿って昇降可能な主軸ヘッド１０と、ベース２の上部に設けられ、ワークを着脱可能に固定するテーブル７とを主体に構成されている。コラム４の背面側には、箱状の制御ボックス５が設けられている。

次に、テーブル７の移動機構について説明する。
図１に示すように、テーブル７は、サーボモータからなるＸ軸モータ（図示略）及びＹ軸モータ（図示略）により、Ｘ軸方向（工作機械１の左右方向）及びＹ軸方向（工作機械１の奥行き方向）に移動制御される。この移動機構は以下の構成からなる。
まず、テーブル７の下側には直方体状の支持台６が設けられている。その支持台６の上面にはＸ軸方向に沿って延びる１対のＸ軸送りガイドが設けられ、１対のＸ軸送りガイド上にテーブル７が移動可能に支持されている。

支持台６は、ベース２の上部に設けられ、そのベース２の長手方向に沿って延びる１対のＹ軸送りガイド上に移動可能に支持されている。こうして、テーブル７は、ベース２上に設けられたＸ軸モータによりＸ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向に移動駆動され、ベース２上に設けられたＹ軸モータによりＹ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に移動駆動される。

次に、主軸ヘッド１０の昇降機構について説明する。
図１、図２に示すように、主軸ヘッド１０は、主軸１１と、主軸１１を支持する主軸ヘッド機枠２０と、主軸ヘッド機枠２０上に搭載された主軸モータ２１等を備えている。
主軸ヘッド機枠２０は、コラム４の前面側で上下方向に延びるガイドレールに対してリニアガイドを介して昇降自在に支持されている。主軸ヘッド機枠２０は、コラム４の前面側の上下方向に延びる送りネジに対してナットで連結されている。その送りネジをＺ軸モータ（図示略）によって正逆方向に回転駆動することで、主軸ヘッド機枠２０が上下方向に昇降駆動される。

図３、図４に示すように、主軸ヘッド機枠２０の上端部には、モータ取付部材２３が設けられ、モータ取付部材２３を介して主軸モータ２１が固定されている。モータ取付部材２３の上端部において内周部には、主軸モータ２１の下端部を受け止め可能な円環状の受け部２３ｂが設けられている。モータ取付部材２３の前記受け部２３ｂの更に内側には、主軸モータ２１とは反対側に凹んだ段部２３ｃが形成されている。段部２３ｃと主軸モータ２３の下端とは、僅かな隙間が形成されている。主軸ヘッド機枠２０の内部には、上下方向に長い円筒状に形成された主軸１１が、主軸１１の外周部において中段部と下端部に配設された２つのベアリング１３，１４を介して回転自在に配設されている。

主軸１１は、主軸モータ２１の出力軸２２にカップリング１５を介して連結され、主軸モータ２１により回転駆動される。主軸ヘッド機枠２０上端部近傍には、主軸モータ２１を冷却する為の加圧エアが流動するエア流動通路３０が形成されている。モータ取付部材２３の側部には、エア流動通路３０に加圧エアを供給する為の加圧エア供給口２３ａが形成され、この加圧エア供給口２３ａは外部の加圧エア供給源とホース等を介して接続されている。

モータ取付部材２３の下側には、主軸モータ２１側の熱が主軸１１の方へ移動するのを遮断する為のセラミック製の仕切り部材２４が設けられている。仕切り部材２４は、上壁部と縦壁部と下壁部とを主体にほぼ環状に構成されている。仕切り部材２４の下壁部の上面には、仕切り部材２４の内周側に延びる円環状の板部材２５が複数のビス２６でもって固定されている。

次に、エア流動通路３０について説明する。
図４に示すように、エア流動通路３０は、第１通路２７と、第２通路２８と、第３通路２９とで構成されている。主軸モータ２１の下端とモータ取付部材２３の段部２３ｃとの間には、加圧エア供給口２３ａと連通する偏平な円環状の第１通路２７が形成され、主軸モータ２１の下端のほぼ全域が外部から供給される加圧エアによって冷却されるようになっている。モータ取付部材２３の内周部と出力軸２２の間には、第１通路２７に連通した環状の第２通路２８が形成されている。

仕切り部材２４の縦壁部とカップリング１５の間には、第２通路２８に連通した第３通路２９が形成されている。仕切り部材２４の縦壁部において加圧エア供給口２３ａと軸心方向に対称な位置には、第３通路２９に連通したエア排気口２４ａが設けられ、このエア排気口２４ａには、エア流動通路３０を流動した後のエアを外部に排気する排気管３１が接続されている。これにより、加圧エア供給口２３ａに供給されたエアは、エア流動通路３０内を流動した後、エア排気口２４ａと排気管３１を介して外部に排気される。

次に、以上説明した工作機械１の作用、効果について説明する。
ワークの加工時に、加圧エア供給口２３ａに供給されたエアは第１通路２７に導入される。導入されたエアが第１通路２７内を流動している間、主軸モータ２１の下端部が冷却されて、主軸ヘッド機枠２０内の雰囲気温度の上昇が抑制される。第１通路２７内を流動した後のエアは、第２，第３通路２８，２９内を流動した後、エア排気口２４ａと排気管３１を介して外部に排気される。

これにより、主軸ヘッド機枠２０の上端部に設けられたモータ取付部材２３と、主軸モータ２１の下端近傍部に主軸モータ２１とモータ取付部材２３を介して形成されたエア流動通路３０と、エア流動通路３０に加圧エアを供給する為の加圧エア供給口２３ａと、エア流動通路３０に連通したエア排気口２４ａとを備えたので、加圧エア供給口２３ａから加圧エアを供給しエア流動通路３０に加圧エアを流動させることで、主軸モータ２１の下端部を冷却することができる。それ故、主軸ヘッド機枠２０内の雰囲気温度の上昇を抑制することができ、主軸１１において上側のベアリング１３に充填されたグリースの耐久性が向上する。

エア流動通路３０を流動した後のエアをエア排気口２４ａから排気することができるので、主軸モータ２１を冷却した後のエアがエア流動通路３０内に滞らない。それ故、加圧エアによる冷却効果を一層高めることができる。エア流動通路３０は主軸モータ２１の下端近傍部に形成されており、エア排気口２４ａは主軸ヘッド機枠２０の上部に設けられるので、切削加工時にワークの切削部位に供給された切削液の飛沫が主軸ヘッド機枠２０内に侵入しない。

モータ取付部材２３に形成されたエア流動通路３０は、主軸モータ２１の下端とモータ取付部材２３の間の偏平な円環状の第１通路２７と、この第１通路２７に連通した環状の第２通路２８と、この第２通路２８に連通した環状の第３通路２９とで構成されるので、主軸モータ２１の下端側の空間を有効利用してエア流動通路３０を形成することができ、装置が大型化しない。

モータ取付部材２３の下側に主軸モータ２１側の熱が主軸１１の方へ移動するのを遮断する為のセラミック製の仕切り部材２４を設けたので、主軸１１に対する断熱効果を格段に高めることができ、主軸１１のベアリング１３の温度上昇を一層抑制できる。
加圧エア供給口２３ａは、モータ取付部材２３に形成されたので、加圧エア供給口２３ａからエア流動通路３０までの距離が短くなり、エア流動通路３０へ流入する前にエアの温度が上昇するのを防止することができる。それ故、加圧エアによる冷却効果を一層高めることができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１］エア流動通路３０を第１通路２７と第２通路２８とで構成してもよい。
この場合、モータ取付部材２３において加圧エア供給口２３ａと軸心方向に対称な位置に、第２通路２８に連通したエア排気口を設けて、このエア排気口に排気管３１を接続する。これにより、第３通路２９が不要になるので、仕切り部材２４において、その内周側の空間を減らすように縦壁部をカップリング１５の近傍まで拡大した形状にすると、主軸１１に対する断熱効果を一層向上させることができる。
２］加圧エア供給口２３ａをモータ取付部材２３に形成する代わりに、主軸ヘッド機枠２０においてモータ取付部材２３の近傍位置に形成してもよい。

本発明の実施例に係る工作機械の正面図である。 主軸ヘッドの斜視図である。 図２のIII-III 線断面図である。 図３における主軸ヘッドと主軸の要部の拡大断面図である。

符号の説明

１ 工作機械
１０ 主軸ヘッド
１１ 主軸
２０ 主軸ヘッド機枠
２１ 主軸モータ
２３ モータ取付部材
２３ａ 加圧エア供給口
２４ 仕切り部材
２４ａ エア排気口
２７ 第１通路
２８ 第２通路
３０ エア流動通路

Claims (4)

1. 主軸と、この主軸を支持する主軸ヘッド機枠と、この主軸ヘッド機枠上に搭載されて主軸を駆動する主軸モータとを有する主軸ヘッドを備えた工作機械において、
   前記主軸ヘッド機枠の上端部に設けられたモータ取付部材と、
   前記主軸モータの下端近傍部に前記主軸モータとモータ取付部材を介して形成されたエア流動通路と、
   前記エア流動通路に加圧エアを供給する為の加圧エア供給口と、
   前記エア流動通路に連通したエア排気口と、
   を備えたことを特徴とする工作機械。
2. 前記エア流動通路は、主軸モータの下端とモータ取付部材の間の偏平な円環状の第１通路と、この第１通路に連通した環状の第２通路とを含むことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記モータ取付部材の下側に前記主軸モータ側の熱が前記主軸の方へ移動するのを遮断する為のセラミック製の仕切り部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 前記加圧エア供給口は、前記モータ取付部材に形成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の工作機械。