JP2010058206A - Spindle device of machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主軸をハウジングに対して回転可能に支持する工作機械の主軸装置に関する。 The present invention relates to a spindle device of a machine tool that rotatably supports a spindle with respect to a housing.
加工用の工作機械の主軸装置に関する従来技術として、主軸を複数の軸受によりハウジングに支承し、主軸の軸受間に駆動モータ(ビルドインモータ)を設けたものがあった(例えば、特許文献1参照)。これは、主軸の軸受間に駆動モータが形成されているため、回転時の主軸の芯振れが少ないという特長を有する。 As a conventional technique related to a spindle device of a machine tool for machining, there is one in which a spindle is supported on a housing by a plurality of bearings and a drive motor (build-in motor) is provided between the bearings of the spindle (for example, refer to Patent Document 1). . This is characterized in that since the drive motor is formed between the bearings of the main shaft, there is little runout of the main shaft during rotation.
しかしながら、その一方でビルドインモータを使用した主軸装置においては、主軸に対して駆動モータのロータから誘導電流による発熱が伝わりやすいという問題がある。主軸における加熱は、主軸の伸長に伴う刃具やワークの位置のばらつきを招き、加工精度を低下させることになる。 However, on the other hand, in a spindle device using a built-in motor, there is a problem that heat generated by an induced current is easily transmitted from the rotor of the drive motor to the spindle. The heating in the main shaft causes variations in the position of the cutting tool and the workpiece along with the extension of the main shaft, and lowers the processing accuracy.
また、主軸を支持する軸受が加熱されることにより、軸受の内輪または外輪が伸長すれば、軸受を介してハウジングから主軸に印加されていた予圧荷重が低下し、主軸の支持剛性の悪化にもつながる。したがって、上述した従来技術においても、主軸の内部に設けた管路や主軸の外周面に形成した螺旋溝に冷却用流体を流動させて、主軸、軸受の内輪およびロータ等を冷却している。 In addition, if the inner ring or outer ring of the bearing is extended by heating the bearing that supports the main shaft, the preload applied from the housing to the main shaft via the bearing is reduced, and the support rigidity of the main shaft is also deteriorated. Connected. Therefore, also in the above-described prior art, the cooling fluid is caused to flow through a pipe provided inside the main shaft or a spiral groove formed on the outer peripheral surface of the main shaft, thereby cooling the main shaft, the inner ring of the bearing, the rotor, and the like.
しかしながら、このような冷却装置を設けることは主軸装置の大型化を招き、コスト高にもつながる。また、昨今の主軸装置の高回転化のニーズにより、主軸等への熱の伝播がさらに著しく、従来からある冷却方法では発熱を十分に抑制することは困難であった。
こういった課題を解消するために、複数の軸受により支承された主軸に対して、駆動モータを主軸の端部に設けたダイレクトドライブモータ方式による主軸装置があった。これによれば、駆動モータの誘導電流に起因する発熱による主軸の熱変位や曲がりが、複数の軸受よりも軸方向先端側にある加工点の振れに影響しにくいという利点がある。 In order to solve these problems, there has been a spindle device of a direct drive motor system in which a drive motor is provided at an end of the spindle with respect to a spindle supported by a plurality of bearings. According to this, there is an advantage that the thermal displacement and the bending of the main shaft due to the heat generated due to the induced current of the drive motor are less likely to affect the deflection of the machining point on the front end side in the axial direction than the plurality of bearings.
しかしながら、この構成による主軸装置の場合、駆動モータが主軸の端部であって、複数の軸受間外に取り付けられている関係上、回転時の主軸に振動が発生しやすく、主軸の芯振れにつながるといった問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転時の主軸の振動を低減可能な工作機械の主軸装置を提供することにある。
However, in the case of the spindle device of this configuration, the drive motor is the end of the spindle and is attached to the outside of the plurality of bearings. There was a problem of being connected.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a spindle device of a machine tool that can reduce vibration of the spindle during rotation.
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
(手段1)手段1に係る工作機械の主軸装置は、
主軸と、
該主軸をハウジングに対して回転可能に支承する回転軸受と、
前記主軸を前記ハウジングに対して回転させるために、前記ハウジングに取り付けられたステータと前記主軸の一端の外周面に取り付けられたロータを有する駆動モータと、
を備えた工作機械の主軸装置において、
前記主軸は前記ロータの取付部位の内部に中空部を有し、該中空部は前記主軸の一端に開口しており、
前記ハウジングには支承部材が固定され、該支承部材の軸部は前記主軸の一端から前記中空部内に挿入されることにより、前記軸部の外周面が前記中空部の内周面と対向しているとともに、前記支承部材には外部から前記軸部の外周面へと連通した流体供給路が形成されており、
流体圧源からの流体が前記流体供給路を介して前記軸部の外周面に供給され、前記軸部と前記中空部との間において流体軸受を形成している。
Hereinafter, each means suitable for solving the above-described problems will be described with additional effects and the like as necessary.
(Means 1) A spindle device of a machine tool according to
The spindle,
A rotary bearing that rotatably supports the main shaft with respect to the housing;
A drive motor having a stator attached to the housing and a rotor attached to an outer peripheral surface of one end of the main shaft to rotate the main shaft with respect to the housing;
In the spindle device of a machine tool equipped with
The main shaft has a hollow portion inside the mounting portion of the rotor, and the hollow portion opens at one end of the main shaft;
A supporting member is fixed to the housing, and the shaft portion of the supporting member is inserted into the hollow portion from one end of the main shaft so that the outer peripheral surface of the shaft portion faces the inner peripheral surface of the hollow portion. And the support member is formed with a fluid supply path communicating from the outside to the outer peripheral surface of the shaft portion,
Fluid from a fluid pressure source is supplied to the outer peripheral surface of the shaft portion via the fluid supply path, and a fluid bearing is formed between the shaft portion and the hollow portion.
したがって、手段1に係る工作機械の主軸装置によれば、主軸のロータ取付部位に中空部を有しているため駆動モータ内部を軽量化することができ、主軸の共振周波数を増大させることにより主軸に発生する振動を低減でき、主軸をより高速回転化できる。
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
また、供給される流体により、駆動モータのロータを軸部を介して内方から冷却することができ、主軸および回転軸受への熱の伝播による伸長を防止して、加工精度の向上を図ることができる。
また、駆動モータ内部に流体軸受が形成されることにより、主軸の軸方向長さを短縮でき、主軸装置の小型化が可能になる。
Also, the rotor of the drive motor can be cooled from the inside through the shaft portion by the supplied fluid, and the elongation due to the propagation of heat to the main shaft and the rotary bearing can be prevented to improve the processing accuracy. Can do.
Further, since the hydrodynamic bearing is formed inside the drive motor, the axial length of the main shaft can be shortened, and the main shaft device can be downsized.
(手段2)手段1に記載の工作機械の主軸装置において、
前記流体軸受は、
軸方向に互いに離れて設けられ、それぞれの前記中空部の内周面と前記軸部の外周面との径方向間隙が全周に亘って所定の間隙を有するように形成された一対の隙間部と、
前記主軸の軸方向において前記隙間部同士の間に形成され、前記中空部の内周面と前記軸部の外周面との径方向間隙が前記隙間部の前記所定の間隙よりも大きく形成された流体貯留部と、
前記主軸の軸方向において、前記隙間部のうちの少なくとも一方を挟んで前記流体貯留部の反対側に形成され、前記中空部の内周面と前記軸部の外周面との径方向間隙が前記隙間部の前記所定の間隙よりも大きく形成された流体排出部と、
を備え、
前記支承部材の前記軸部は、
該流体貯留部に開口するとともに、前記流体供給路と連通し前記流体圧源から供給された流体を噴出させる吐出口と、
該流体排出部に開口した排出口と、
該排出口と連通し外部へと延びた流体回収路と、
を備える。
(Means 2) In the spindle device of the machine tool according to the
The fluid bearing is
A pair of gap portions provided apart from each other in the axial direction so that the radial gap between the inner circumferential surface of each hollow portion and the outer circumferential surface of the shaft portion has a predetermined gap over the entire circumference. When,
It is formed between the gaps in the axial direction of the main shaft, and the radial gap between the inner peripheral surface of the hollow part and the outer peripheral surface of the shaft is larger than the predetermined gap of the gap. A fluid reservoir,
In the axial direction of the main shaft, the gap is formed on the opposite side of the fluid storage portion across at least one of the gap portions, and the radial gap between the inner peripheral surface of the hollow portion and the outer peripheral surface of the shaft portion is A fluid discharge part formed larger than the predetermined gap of the gap part;
With
The shaft portion of the support member is
A discharge port that opens to the fluid reservoir and that ejects fluid supplied from the fluid pressure source in communication with the fluid supply path;
An outlet opening in the fluid outlet;
A fluid recovery path communicating with the discharge port and extending to the outside;
Is provided.
したがって、手段2に係る工作機械の主軸装置によれば、流体圧源から供給された流体が、隙間部を通過して流体軸受として機能するとともに、主軸から授熱した流体が流体排出部へと進入して、排出口から流体回収路を介して外部へと滞りなく排出され、駆動モータ内部を十分に冷却することができる。
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
(手段3)手段1または2に記載の工作機械の主軸装置において、
前記主軸は、
前記回転軸受により前記ハウジングに回転可能に支承されたスピンドル部と、
一端部において前記スピンドル部の端部と連結されたスリーブ部材とを有しており、
前記中空部は、前記スリーブ部材において前記スピンドル部へ連結された側と反対側の端部が開口するように形成されており、
前記スピンドル部と前記スリーブ部材は、いずれか一方に形成されたテーパ状の内孔に、他方に設けられたテーパ状の突部を嵌合させることにより互いに連結されている。
したがって、手段3に係る工作機械の主軸装置によれば、スピンドル部とスリーブ部材とがテーパ状の内孔と突部とを嵌合させることにより互いに連結されているため、双方をかしめ、焼き嵌め、螺子止め等せずに、容易に結合することができる。
(Means 3) In the spindle device of the machine tool according to the
The main shaft is
A spindle portion rotatably supported on the housing by the rotary bearing;
A sleeve member connected to the end portion of the spindle portion at one end portion;
The hollow portion is formed such that an end of the sleeve member opposite to a side connected to the spindle portion is opened.
The spindle portion and the sleeve member are connected to each other by fitting a tapered protrusion provided on the other into a tapered inner hole formed on one of them.
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
(手段4)手段3の工作機械の主軸装置において、
前記スピンドル部の前記スリーブ部材との連結部は、前記主軸の軸方向において、前記ロータよりも前記回転軸受の近くに形成されている。
したがって、手段4に係る工作機械の主軸装置によれば、ロータの取付部位の内部にスピンドル部が存在しないため、ロータによる発熱がスピンドル部に伝播しにくく、スピンドル部の伸長を低減することができる。
(Means 4) In the spindle device of the machine tool of
The connecting portion of the spindle portion with the sleeve member is formed closer to the rotary bearing than the rotor in the axial direction of the main shaft.
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
(手段5)手段1乃至4のいずれかの工作機械の主軸装置において、
前記ハウジングあるいは前記支承部材は、
前記中空部の開口下方に位置して、前記軸部と前記中空部との間に供給された流体を受けとめる流体ポケットを備え、該流体ポケットは前記支承部材または前記ハウジングに形成されたドレン流路により外部へと連通している。
したがって、手段5に係る工作機械の主軸装置によれば、中空部内に残存した流体を流体ポケットにより回収し、ドレン流路により確実に排出することができる。
(Means 5) In the spindle device of the machine tool according to any one of
The housing or the support member is
A fluid pocket is provided under the opening of the hollow portion and receives a fluid supplied between the shaft portion and the hollow portion, and the fluid pocket is a drain channel formed in the support member or the housing. Communicates with the outside.
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
(手段6)手段5の工作機械の主軸装置において、
前記中空部内と前記流体ポケットとは、前記ハウジングと前記支承部材との間に形成された流出路により接続され、該流出路はラビリンス状を呈している。
したがって、ハウジングと支承部材との間に形成された流出路はラビリンス状を呈しているため、流体の通過を抑制することができ、過剰な流体の流入により流体ポケットが溢れることを防止している。
(Means 6) In the spindle device of the machine tool of
The hollow portion and the fluid pocket are connected by an outflow passage formed between the housing and the support member, and the outflow passage has a labyrinth shape.
Therefore, since the outflow path formed between the housing and the support member has a labyrinth shape, the passage of fluid can be suppressed, and the fluid pocket is prevented from overflowing due to excessive inflow of fluid. .
図1乃至図3に基づき、本発明の一実施形態による工作機械の主軸装置について説明する。尚、図1および図2において、左方を主軸装置の前方とし右方を後方とする。図1に示すように、本実施形態による主軸装置の主軸ハウジング1(本発明のハウジングに該当する)は、メインハウジング11、モーターカバー12および固定蓋13を備えている。
A spindle device for a machine tool according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIGS. 1 and 2, the left side is the front of the spindle device and the right side is the rear. As shown in FIG. 1, the spindle housing 1 (corresponding to the housing of the present invention) of the spindle device according to the present embodiment includes a
メインハウジング11とモーターカバー12は、ともに主軸装置の回転軸方向に延びるほぼ筒状を呈しており、メインハウジング11の後端面11aとモーターカバー12の前端面12aとは、図示しない締付ボルトにより互いに当接された状態で固定されている。また、固定蓋13はほぼ円環状に形成されており、その外周端13aはモーターカバー12の後端部に形成された段部12bに嵌着されている。さらに固定蓋13の内周縁には、段部13bが形成されている。
Both the
メインハウジング11の内周面には、大小一対の支持部11b、11c(前方支持部11b、後方支持部11c)が形成されている。前方支持部11bおよび後方支持部11cは、ともに半径方向内方へと突出した小径部であり、それぞれメインハウジング11の前端と後端とに互いに離隔した状態で設けられ、各々軸方向に延びている。
A pair of large and
前方支持部11bの内周面には、公知の転がり軸受により形成された第1軸受2(後述する第2軸受3とともに、それぞれ本発明の回転軸受に該当する)が嵌着されている。第1軸受2は、外周面21を前方支持部11bの内周面に嵌合させて固定されている。第1軸受2は前端にフランジ部22を備えており、このフランジ部22をメインハウジング11の前端面11dに当接させることにより、メインハウジング11に対する軸方向の位置決めがなされている。
A first bearing 2 (which corresponds to a rotary bearing of the present invention together with a
また、後方支持部11cの内周面には、第1軸受2と同様の転がり軸受により形成された第2軸受3が嵌着されている。第2軸受3は第1軸受2と同様に、外周面31を後方支持部11cの内周面に嵌合させて固定されている。第2軸受3は後端にフランジ部32を備えており、このフランジ部32をメインハウジング11の後端面11aに当接させることにより、メインハウジング11に対する軸方向の位置決めがなされている。
A
一方、固定蓋13の内周縁には、流体軸部材4(本発明の支承部材に該当する)が嵌着固定されている。流体軸部材4は、固定蓋13に固定された円板状の取付部41と、取付部41から前方へと延びたほぼ円柱状の軸支部42(本発明の軸部に該当する)を備えている。取付部41は外周部にステップ部41aが形成されており、取付部41の外周面を固定蓋13の内周縁に嵌合させて、半径方向の位置決めを行うとともに、ステップ部41aを固定蓋13の段部13bに当接させて軸方向の位置決めを行っている。
On the other hand, a fluid shaft member 4 (corresponding to a support member of the present invention) is fitted and fixed to the inner peripheral edge of the fixed
第1軸受2および第2軸受3の内周側には主軸5(本発明の主軸に該当する)が嵌着されており、主軸5は主軸ハウジング1に対して第1軸受2および第2軸受3を介して回転可能に支承されている。主軸5は第1軸受2および第2軸受3の内周面に嵌合したスピンドル6(本発明のスピンドル部に該当する)と、その前端においてスピンドル6の後端に連結された主軸スリーブ7(本発明のスリーブ部材に該当する)とを備えている。
A main shaft 5 (corresponding to the main shaft of the present invention) is fitted on the inner peripheral sides of the
スピンドル6は、それぞれ第1軸受2および第2軸受3に嵌合するための、互いに離れた一対の小径部61、62を備えている。小径部61、62の間には大径部63が形成されており、大径部63の前端面64を第1軸受2の後端面23に当接させることにより、スピンドル6の軸方向の位置決めを行っている。また、スピンドル6の先端には、加工用刃具またはワークを取り付けるためのチャック65が形成されている。
The
スピンドル6の後端にはテーパ状に突出した挿入部66(本発明の突部に該当する)が形成されている。また、主軸スリーブ7の前端においては、挿入部66と対応するようにテーパ状に窪んだ凹部71(本発明の内孔に該当する)が形成されている。スピンドル6の挿入部66を主軸スリーブ7の凹部71に圧入することにより、スピンドル6と主軸スリーブ7とが互いに相対移動不能なように連結されている。
An insertion portion 66 (corresponding to the protrusion of the present invention) protruding in a tapered shape is formed at the rear end of the
主軸スリーブ7の外周面には、電動モータ8(本発明の駆動モータに該当する)のロータ81(本発明のロータに該当する)が取り付けられている。また、モーターカバー12の内周面には、電動モータ8のステータ82(本発明のステータに該当する)が取り付けられている。図1に示すように、ロータ81は主軸5の後端外周面にステータ82と半径方向に対向するように取り付けられており、電動モータ8が駆動されると、主軸5は主軸ハウジング1に対して回転される。
A rotor 81 (corresponding to the rotor of the present invention) of the electric motor 8 (corresponding to the drive motor of the present invention) is attached to the outer peripheral surface of the
図1に示されているように、スピンドル6の挿入部66と主軸スリーブ7の凹部71との連結部は、主軸5の軸方向においてロータ81よりも第1軸受2および第2軸受3に近い前方に形成されている。
As shown in FIG. 1, the connecting portion between the
主軸スリーブ7において、ロータ81の取付部位の内部には、後端に開口し軸方向に延びた軸支孔72(本発明の中空部に該当する)が形成されている。詳細には、軸支孔72は、ロータ81の取付部位の軸方向全長に亘って形成されている。流体軸部材4の軸支部42は、主軸スリーブ7の後端から軸支孔72の内部へと挿入されることにより、軸支部42の外周面は軸支孔72の内周面と対向している。
In the
図1に示すように、流体軸部材4の軸支部42においては、その外周面上に前方ランド部42aおよび後方ランド部42b(以下において双方を総称する場合はランド部42a、42bと言う)が設けられている。一対のランド部42a、42bは互いに軸方向に離れて環状に形成されており、それぞれが軸支孔72の内周面との間で全周にわたってわずかな間隙を有して、半径方向に対向するように形成されている(ランド部42a、42bと軸支孔72の内周面との間は、本発明の隙間部に該当する)。また、ランド部42a、42bは、軸支部42の外周面上に等間隔に形成された複数の橋梁部42cにより、軸方向に連結されている。
As shown in FIG. 1, in the
軸方向におけるランド部42a、42b同士の間には、橋梁部42cにより円周方向に複数に分割された流体貯留部42d(本発明の流体貯留部に該当する)が形成されている。流体貯留部42dはランド部42a、42bよりも小径に形成されており、これにより、流体貯留部42dと軸支孔72の内周面との間の径方向の間隙は、ランド部42a、42bと軸支孔72の内周面との間の間隙よりも大きく、流体貯留部42dと軸支孔72の内周面との間には貯留室TCが形成される。また、各々の流体貯留部42d上には吐出口42e(本発明の吐出口に該当する)が開口している。
Between the
前方ランド部42aの前方には前方ガイド部42fが形成されている。前方ガイド部42fは、前方ランド部42aと同様に環状に形成されており、軸支孔72の内周面との間でわずかな間隙を有して、半径方向に対向するように形成されている。また、軸方向における前方ランド部42aと前方ガイド部42fとの間(前方ランド部42aを挟んで流体貯留部42dの軸方向反対側に位置している)には前方流体排出部42g(後述する後方流体排出部42jとともに、本発明の流体排出部に該当する)が形成されている。
A
前方流体排出部42gは流体貯留部42dと同様に、前方ランド部42aおよび前方ガイド部42fよりも小径に形成されており、これにより、前方流体排出部42gと軸支孔72の内周面との間の径方向の間隙は、ランド部42a、42bと軸支孔72の内周面との間の間隙よりも大きく、前方流体排出部42gと軸支孔72の内周面との間には前方回収室FCが形成される。また、前方流体排出部42g上には複数の前方排出口42h(後述する後方排出口42kとともに、本発明の排出口に該当する)が開口している。
The front
一方、後方ランド部42bの後方には後方ガイド部42iが形成されている。後方ガイド部42iは、前方ガイド部42fと同様に環状に形成されており、軸支孔72の内周面との間でわずかな間隙を有して、半径方向に対向するように形成されている。また、軸方向における後方ランド部42bと後方ガイド部42iとの間(後方ランド部42bを挟んで流体貯留部42dの軸方向反対側に位置している)には後方流体排出部42jが形成されている。
On the other hand, a
後方流体排出部42jは前方流体排出部42gと同様に、後方ランド部42bおよび後方ガイド部42iよりも小径に形成されており、これにより、後方流体排出部42jと軸支孔72の内周面との間の径方向の間隙は、ランド部42a、42bと軸支孔72の内周面との間の間隙よりも大きく、後方流体排出部42jと軸支孔72の内周面との間には後方回収室RCが形成される。また、後方流体排出部42j上には複数の後方排出口42kが開口している。
The rear
図2および図3に示すように、流体貯留部42d上に形成された各々の吐出口42eは、流体軸部材4の内部に形成された流体供給路43(本発明の流体供給路に該当する)と連通している。流体供給路43は、吐出口42eを介して軸支部42の外周面と主軸装置外部の油圧ポンプHU(本発明の流体圧源に該当する)とを接続している。油圧ポンプHUは油圧管路により外部リザーバRVと接続され、油圧ポンプHUは外部リザーバRVから作動油を吸引して、流体供給路43を介して吐出口42eから噴出させる。
As shown in FIGS. 2 and 3, each
一方、前方排出口42hおよび後方排出口42kは、それぞれ流体軸部材4の内部に形成された流体回収路44(本発明の流体回収路に該当する)と連通している。流体回収路44は前述の外部リザーバRVへと接続されている。
主軸スリーブ7の後端に位置する軸支孔72の開口部には、半径方向外方へと延びたスリーブフランジ73が形成されている。スリーブフランジ73は、流体軸部材4の取付部41の前面41bと対向している。また、軸支孔72の開口部には、軸支孔72よりも大径の流体流出部74が設けられている。流体流出部74はスリーブフランジ73へと接続されるとともに、流体軸部材4の後方ガイド部42iと半径方向に対向している。これにより軸支孔72の開口部においては、主軸スリーブ7と流体軸部材4との間にラビリンス状の流出路EX(本発明の流出路に該当する)が形成される。
On the other hand, the
A
さらに、固定蓋13の内周縁には、スリーブフランジ73の半径方向外方に位置するように内方へ延びた受部13cが形成されている。これにより、受部13cと取付部41の前面41bとの間には、軸支孔72の開口部下方に位置するように、所定の容積を備えた流体ポケットHD(本発明の流体ポケットに該当する)が形成される。流体ポケットHDは流出路EXにより軸支孔72内と接続され、軸支孔72と軸支部42との間に供給された油圧流体が流出路EXを介して排出される場合に、それを受け止めることが可能とされている。流体ポケットHDは取付部41の内部を貫通したドレン流路45(本発明のドレン流路に該当する)により、外部リザーバRVと接続されている。
Further, a receiving
次に、本実施形態による主軸装置の作動方法について説明する。電動モータ8が作動してロータ81がステータ82に対して駆動されることにより、主軸5が主軸ハウジング1に対して回転される。
それとともに、油圧ポンプHUにより発生された油圧流体が、流体供給路43を介して吐出口42eから噴出し、軸支部42の外周面上に形成された貯留室TC内に供給される。貯留室TC内に供給された油圧流体は、前方ランド部42aと軸支孔72の内周面との間を通過して、前方回収室FCへと流入する。前方回収室FCへ流入した油圧流体は、前方排出口42hから流体回収路44へと流入して外部リザーバRVへと還流する。
Next, an operation method of the spindle device according to the present embodiment will be described. When the
At the same time, the hydraulic fluid generated by the hydraulic pump HU is ejected from the
また、貯留室TC内に供給された油圧流体は、後方ランド部42bと軸支孔72の内周面との間を通過して、後方回収室RCへも流入する。後方回収室RCへ流入した油圧流体も、後方排出口42kから流体回収路44へと流入して外部リザーバRVへと還流する。
油圧ポンプHUからの油圧流体が、ランド部42a、42bと軸支孔72の内周面との間を通過することにより、流体軸部材4の軸支部42と主軸スリーブ7の軸支孔72との間において流体軸受が形成される。
Further, the hydraulic fluid supplied into the storage chamber TC passes between the
The hydraulic fluid from the hydraulic pump HU passes between the
また、油圧ポンプHUにより軸支部42の外周面上に供給された油圧流体のうち、前方排出口42hおよび後方排出口42kから回収されなかった油圧流体は、主軸スリーブ7の軸支孔72内に残留した後、流出路EXを通過して流体ポケットHDへと流入し、流体ポケットHD内において一時的に貯留される。流体ポケットHDへと流入した油圧流体は、流体軸部材4に形成されたドレン流路45を介して外部リザーバRVへと回収される。
Of the hydraulic fluid supplied to the outer peripheral surface of the
本実施形態によれば、主軸5と、主軸5を主軸ハウジング1に対して回転可能に支承する第1軸受2および第2軸受3と、主軸5を主軸ハウジング1に対して回転させるために、主軸ハウジング1に取り付けられたステータ82と主軸5の後端の外周面に取り付けられたロータ81を有する電動モータ8とを備えた工作機械の主軸装置において、主軸5はロータ81の取付部位の内部に軸支孔72を有し、軸支孔72は主軸5の後端に開口しており、主軸ハウジング1には流体軸部材4が固定され、流体軸部材4の軸支部42は主軸5の後端から軸支孔72内に挿入されることにより、軸支部42の外周面が軸支孔72の内周面と対向しているとともに、流体軸部材4には外部から軸支部42の外周面へと連通した流体供給路43が形成されており、油圧ポンプHUからの油圧流体が流体供給路43を介して軸支部42の外周面に供給され、軸支部42と軸支孔72との間において流体軸受を形成している。
したがって、主軸5のロータ81の取付部位に軸支孔72を有しているため電動モータ8の内部を軽量化することができ、主軸5の共振周波数を増大させることにより主軸5に発生する振動を低減でき、主軸5をより高速回転化できる。
According to the present embodiment, in order to rotate the
Therefore, since the
また、供給される油圧流体により、電動モータ8のロータ81を軸支部42を介して内方から冷却することができ、主軸5、第1軸受2および第2軸受3への熱の伝播による伸長を防止して、加工精度の向上を図ることができる。
また、電動モータ8内部に流体軸受が形成されることにより、主軸5の軸方向長さを短縮でき、主軸装置の小型化が可能になる。
また、第1軸受2、第2軸受3および流体軸受により、主軸5を3点により支持することができ、主軸5の支持剛性を向上させることができる。
In addition, the supplied hydraulic fluid can cool the
Further, since the fluid bearing is formed inside the
Moreover, the
また、流体軸部材4の軸支部42は、外周面上において互いに離れて環状に設けられ、それぞれが軸支孔72の内周面との間で間隙を有して半径方向に対向するように形成された一対のランド部42a、42bと、主軸5の軸方向においてランド部42a、42b同士の間に形成され、ランド部42a、42bよりも小径の流体貯留部42dと、流体貯留部42d上に開口するとともに、流体供給路43と連通し油圧ポンプHUから供給された油圧流体を噴出させる吐出口42eと、主軸5の軸方向において、ランド部42a、42bのそれぞれを挟んで流体貯留部42dの反対側に形成された小径の流体排出部42g、42jと、流体排出部42g、42j上に開口した排出口42h、42kと、排出口42h、42kと連通し外部へと延びた流体回収路44とを備える。
Further, the
したがって、油圧ポンプHUから供給された油圧流体が、ランド部42a、42bの外周面と軸支孔72の内周面との間を通過して流体軸受として機能するとともに、主軸スリーブ7から授熱した油圧流体が流体排出部42g、42jへと進入して、排出口42h、42kから流体回収路44を介して外部へと滞りなく排出され、電動モータ8内部を十分に冷却することができる。
Therefore, the hydraulic fluid supplied from the hydraulic pump HU functions as a fluid bearing by passing between the outer peripheral surfaces of the
また、主軸5は、第1軸受2および第2軸受3により主軸ハウジング1に回転可能に支承されたスピンドル6と、その前端部においてスピンドル6の後端部と連結された主軸スリーブ7とを有しており、軸支孔72は主軸スリーブ7の後端部に形成されており、スピンドル6に設けられたテーパ状に突出した挿入部66を、主軸スリーブ7に挿入部66と対応するように形成されたテーパ状に窪んだ凹部71に圧入することにより、スピンドル6と主軸スリーブ7は互いに連結されている。
The
したがって、テーパ状の挿入部66を凹部71に圧入することにより、スピンドル6と主軸スリーブ7とが互いに連結されているため、双方をかしめ、焼き嵌め、螺子止め等せずに、容易に結合することができる。
Therefore, since the
また、スピンドル6の主軸スリーブ7との連結部は、主軸5の軸方向において、ロータ81よりも第1軸受2および第2軸受3の近くに形成されている。
したがって、ロータ81の取付部位内部にスピンドル6が存在しないため、ロータ81による発熱がスピンドル6に伝播しにくく、スピンドル6の伸長を低減することができる。
The connecting portion of the
Therefore, since the
また、軸支孔72の開口部下方には、軸支部42と軸支孔72との間に供給された油圧流体を受けとめる流体ポケットHDが形成され、流体ポケットHDは軸支部42に形成されたドレン流路45により外部へと連通している。
したがって、軸支孔72内に残存した油圧流体を流体ポケットHDにより回収し、ドレン流路45により確実に排出することができる。
A fluid pocket HD for receiving the hydraulic fluid supplied between the
Therefore, the hydraulic fluid remaining in the
また、軸支孔72内と流体ポケットHDとは、主軸ハウジング1と流体軸部材4との間に形成された流出路EXにより接続され、流出路EXはラビリンス状を呈している。
したがって、主軸ハウジング1と流体軸部材4との間に形成された流出路EXはラビリンス状を呈しているため、流体の通過を抑制することができ、過剰な流体の流入により流体ポケットHDが溢れることを防止している。
The inside of the
Therefore, since the outflow path EX formed between the
<他の実施形態>
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
第1軸受2および第2軸受3は転がり軸受に限定されるものではなく、第1軸受2および第2軸受3の双方、またはいずれか一方を流体軸受にしてもよい。
また、第1軸受2を設けていれば、第2軸受3は必ずしも設けなくてもよく、電動モータ8内部の流体軸受と合わせて主軸5を2点支持にしてもよい。
前方流体排出部42gおよび後方流体排出部42jのうちの、いずれかのみを設けてもよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as follows.
The
If the
Only one of the front
軸支部42と軸支孔72との間に供給される圧力媒体は、流体であれば油圧でもエア圧でもよい。
スピンドル6と主軸スリーブ7との締結方法は、テーパ面による圧入に限られるものではなく、圧入後、双方の端面同士が当接するような圧入方法であってもよい。
流体ポケットHDを形成する受部13cは、流体軸部材4に形成してもよい。また、流体ポケットHDを外部と接続するドレン流路45は、固定蓋13に形成してもよい。
ランド部42a、42bは軸支部42の外周面に設ける代わりに、軸支孔72の内周面において、半径方向内方に突出するように形成してもよい。
The pressure medium supplied between the
The method of fastening the
The receiving
The
図面中、1は主軸ハウジング(ハウジング)、2は第1軸受(回転軸受)、3は第2軸受(回転軸受)、4は流体軸部材(支承部材)、5は主軸、6はスピンドル(スピンドル部)、7は主軸スリーブ(スリーブ部材)、8は電動モータ(駆動モータ)、42は軸支部(軸部)、42aは前方ランド部、42bは後方ランド部、42dは流体貯留部、42eは吐出口、42gは前方流体排出部(流体排出部)、42jは後方流体排出部(流体排出部)、42hは前方排出口(排出口)、42kは後方排出口(排出口)、43は流体供給路、44は流体回収路、45はドレン流路、66は挿入部(テーパ状の突部)、71は凹部(テーパ状の内孔)、72は軸支孔(中空部)、81はロータ、82はステータ、EXは流出路、HDは流体ポケット、HUは油圧ポンプ(流体圧源)を示している。 In the drawings, 1 is a spindle housing (housing), 2 is a first bearing (rotating bearing), 3 is a second bearing (rotating bearing), 4 is a fluid shaft member (supporting member), 5 is a spindle, and 6 is a spindle (spindle). Part), 7 is a main shaft sleeve (sleeve member), 8 is an electric motor (drive motor), 42 is a shaft support part (shaft part), 42a is a front land part, 42b is a rear land part, 42d is a fluid storage part, 42e is 42 g is a front fluid outlet (fluid outlet), 42 j is a rear fluid outlet (fluid outlet), 42 h is a front outlet (discharge outlet), 42 k is a rear outlet (discharge outlet), and 43 is a fluid. Supply path, 44 is a fluid recovery path, 45 is a drain flow path, 66 is an insertion part (tapered protrusion), 71 is a recess (tapered inner hole), 72 is a shaft support hole (hollow part), 81 is Rotor, 82 is stator, EX is outflow path, HD is fluid pocket , HU represents a hydraulic pump (fluid pressure source).
Claims (6)
該主軸をハウジングに対して回転可能に支承する回転軸受と、
前記主軸を前記ハウジングに対して回転させるために、前記ハウジングに取り付けられたステータと前記主軸の一端の外周面に取り付けられたロータを有する駆動モータと、
を備えた工作機械の主軸装置において、
前記主軸は前記ロータの取付部位の内部に中空部を有し、該中空部は前記主軸の一端に開口しており、
前記ハウジングには支承部材が固定され、該支承部材の軸部は前記主軸の一端から前記中空部内に挿入されることにより、前記軸部の外周面が前記中空部の内周面と対向しているとともに、前記支承部材には外部から前記軸部の外周面へと連通した流体供給路が形成されており、
流体圧源からの流体が前記流体供給路を介して前記軸部の外周面に供給され、前記軸部と前記中空部との間において流体軸受を形成していることを特徴とする工作機械の主軸装置。 The spindle,
A rotary bearing that rotatably supports the main shaft with respect to the housing;
A drive motor having a stator attached to the housing and a rotor attached to an outer peripheral surface of one end of the main shaft to rotate the main shaft with respect to the housing;
In the spindle device of a machine tool equipped with
The main shaft has a hollow portion inside the mounting portion of the rotor, and the hollow portion opens at one end of the main shaft;
A supporting member is fixed to the housing, and the shaft portion of the supporting member is inserted into the hollow portion from one end of the main shaft so that the outer peripheral surface of the shaft portion faces the inner peripheral surface of the hollow portion. And the support member is formed with a fluid supply path communicating from the outside to the outer peripheral surface of the shaft portion,
In a machine tool, fluid from a fluid pressure source is supplied to the outer peripheral surface of the shaft portion via the fluid supply path, and a fluid bearing is formed between the shaft portion and the hollow portion. Spindle device.
軸方向に互いに離れて設けられ、それぞれの前記中空部の内周面と前記軸部の外周面との径方向間隙が全周に亘って所定の間隙を有するように形成された一対の隙間部と、
前記主軸の軸方向において前記隙間部同士の間に形成され、前記中空部の内周面と前記軸部の外周面との径方向間隙が前記隙間部の前記所定の間隙よりも大きく形成された流体貯留部と、
前記主軸の軸方向において、前記隙間部のうちの少なくとも一方を挟んで前記流体貯留部の反対側に形成され、前記中空部の内周面と前記軸部の外周面との径方向間隙が前記隙間部の前記所定の間隙よりも大きく形成された流体排出部と、
を備え、
前記支承部材の前記軸部は、
該流体貯留部に開口するとともに、前記流体供給路と連通し前記流体圧源から供給された流体を噴出させる吐出口と、
該流体排出部に開口した排出口と、
該排出口と連通し外部へと延びた流体回収路と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の工作機械の主軸装置。 The fluid bearing is
A pair of gap portions provided apart from each other in the axial direction so that the radial gap between the inner circumferential surface of each hollow portion and the outer circumferential surface of the shaft portion has a predetermined gap over the entire circumference. When,
It is formed between the gaps in the axial direction of the main shaft, and the radial gap between the inner peripheral surface of the hollow part and the outer peripheral surface of the shaft is larger than the predetermined gap of the gap. A fluid reservoir,
In the axial direction of the main shaft, the gap is formed on the opposite side of the fluid storage portion across at least one of the gap portions, and the radial gap between the inner peripheral surface of the hollow portion and the outer peripheral surface of the shaft portion is A fluid discharge part formed larger than the predetermined gap of the gap part;
With
The shaft portion of the support member is
A discharge port that opens to the fluid reservoir and that ejects fluid supplied from the fluid pressure source in communication with the fluid supply path;
An outlet opening in the fluid outlet;
A fluid recovery path communicating with the discharge port and extending to the outside;
The spindle device for a machine tool according to claim 1, comprising:
前記回転軸受により前記ハウジングに回転可能に支承されたスピンドル部と、
一端部において前記スピンドル部の端部と連結されたスリーブ部材とを有しており、
前記中空部は、前記スリーブ部材において前記スピンドル部へ連結された側と反対側の端部が開口するように形成されており、
前記スピンドル部と前記スリーブ部材は、いずれか一方に形成されたテーパ状の内孔に、他方に設けられたテーパ状の突部を嵌合させることにより互いに連結されたことを特徴とする請求項1または2に記載の工作機械の主軸装置。 The main shaft is
A spindle portion rotatably supported on the housing by the rotary bearing;
A sleeve member connected to the end portion of the spindle portion at one end portion;
The hollow portion is formed such that an end of the sleeve member opposite to a side connected to the spindle portion is opened.
The spindle part and the sleeve member are connected to each other by fitting a tapered protrusion provided on the other into a tapered inner hole formed on one of the spindle part and the sleeve member. A spindle device of a machine tool according to 1 or 2.
前記中空部の開口下方に位置して、前記軸部と前記中空部との間に供給された流体を受けとめる流体ポケットを備え、該流体ポケットは前記支承部材または前記ハウジングに形成されたドレン流路により外部へと連通していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の工作機械の主軸装置。 The housing or the support member is
A fluid pocket is provided under the opening of the hollow portion and receives a fluid supplied between the shaft portion and the hollow portion, and the fluid pocket is a drain channel formed in the support member or the housing. The spindle device for a machine tool according to any one of claims 1 to 4, wherein the spindle device is communicated with the outside by means of the above.
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