(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドにワークを支持する加工テーブルと加工具を支持するコラムを装着し、前記ワークと加工具を相対移動させてワークの加工を行うように構成した工作機械において、
前記コラムに支持したサドルに対しフレームを装着し、該フレームの基端に対し筒状のクイルを嵌入固定すると共に、該クイルの内周面に軸受機構を介してスピンドルを支持し、前記スピンドルの回転に伴う軸受機構の発熱によるフレームの熱膨張を均一化する手段を設け、
前記クイルはほぼ円筒状に形成され、該クイルの外周面とフレームの内側面との間には、クイルを冷却する冷却流体を通過させる空間が形成され、該冷却空間には冷却流体を供給する装置が接続され、
前記フレームの基端に前記冷却空間内に供給された冷却流体を外部へ導くための吐出部を設け、
前記吐出部から吐出された使用後の冷却流体の温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づいて、前記使用後の冷却流体の温度が一定となるように前記冷却流体の供給温度を調整する手段とを設けた工作機械におけるスピンドルの支持構造。
【請求項２】
ベッドにワークを支持する加工テーブルと加工具を支持するコラムを装着し、前記ワークと加工具を相対移動させてワークの加工を行うように構成した工作機械において、
前記コラムに支持したサドルに対しフレームを装着し、該フレームの基端に対し筒状のクイルを嵌入固定すると共に、該クイルの内周面に軸受機構を介してスピンドルを支持し、前記スピンドルの回転に伴う軸受機構の発熱によるフレームの熱膨張を均一化する手段を設け、
前記クイルには冷却流体の通路が形成され、該冷却空間には冷却流体を供給する装置が接続され、
前記フレームの基端に前記冷却空間内に供給された冷却流体を外部へ導くための吐出部を設け、
前記吐出部から吐出された使用後の冷却流体の温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づいて、前記使用後の冷却流体の温度が一定となるように前記冷却流体の供給温度を調整する手段とを設けた工作機械におけるスピンドルの支持構造。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記熱膨張の均一化手段は、前記軸受機構を冷却する流体を循環させる機構である工作機械におけるスピンドルの支持構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記軸受機構はラジアルベアリングとスラストベアリングとにより構成されている工作機械におけるスピンドルの支持構造。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記軸受機構は静圧軸受機構である工作機械におけるスピンドルの支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は工作機械におけるスピンドルの支持構造に関し、さらに詳しくはスピンドルの軸線が加工中に傾斜するのを防止するようにした工作機械におけるスピンドルの支持構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、研削盤においては、Ｘ軸方向に往復動する加工テーブル上にワークを載置した状態で、Ｙ軸方向に往復動されるコラムに装着した上下方向に往復動するＺ軸サドルに対しスピンドルを支持すると共に、該スピンドルの先端部に対し砥石を装着している。そして、前記スピンドル及び砥石を回転させて加工テーブル上のワークを研削加工するようになっている。
【０００３】
又、Ｚ軸サドルにはフレームが取り付けられ、該フレームには横円筒状のクイルが挿入固定され、該クイルの内部にはスピンドルがベアリングを介して支持されている。このスピンドルの先端部には砥石が支持され、スピンドルの基端部にはモータの回転軸が連結されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスピンドルの支持構造においては、フレームの上側部と下側部との質量が異なるので、スピンドルが回転してベアリングを介してクイルに伝達される熱の温度が高くなると、フレームの下側部の水平方向の熱膨張率が大きくなり、上側のフレームの熱膨張率よりも下側のフレームの熱膨張率が大きく、フレームが全体として僅かに反り、このため、クイル及びスピンドルが水平線に対し、僅かではあるが傾斜することになる。このスピンドルの傾斜により砥石の回転軸線が偏心するので、ワークの研削面の精度が低下するという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は上記従来の技術に存する問題点を解消して、スピンドルの回転によって生じる軸受機構の発熱によるフレームの歪な熱膨張を抑制して、スピンドルの回転精度を高め、加工具によるワークの加工精度を向上することができる工作機械におけるスピンドルの支持構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、ベッドにワークを支持する加工テーブルと加工具を支持するコラムを装着し、前記ワークと加工具を相対移動させてワークの加工を行うように構成した工作機械において、前記コラムに支持したサドルに対しフレームを装着し、該フレームの基端に対し筒状のクイルを嵌入固定すると共に、該クイルの内周面に軸受機構を介してスピンドルを支持し、前記スピンドルの回転に伴う軸受機構の発熱によるフレームの熱膨張を均一化する手段を設け、前記クイルはほぼ円筒状に形成され、該クイルの外周面とフレームの内側面との間には、クイルを冷却する冷却流体を通過させる空間が形成され、該冷却空間には冷却流体を供給する装置が接続され、前記フレームの基端に前記冷却空間内に供給された冷却流体を外部へ導くための吐出部を設け、前記吐出部から吐出された使用後の冷却流体の温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づいて、前記使用後の冷却流体の温度が一定となるように前記冷却流体の供給温度を調整する手段とを設けている。
請求項２記載の発明では、ベッドにワークを支持する加工テーブルと加工具を支持するコラムを装着し、前記ワークと加工具を相対移動させてワークの加工を行うように構成した工作機械において、前記コラムに支持したサドルに対しフレームを装着し、該フレームの基端に対し筒状のクイルを嵌入固定すると共に、該クイルの内周面に軸受機構を介してスピンドルを支持し、前記スピンドルの回転に伴う軸受機構の発熱によるフレームの熱膨張を均一化する手段を設け、前記クイルには冷却流体の通路が形成され、該冷却空間には冷却流体を供給する装置が接続され、前記フレームの基端に前記冷却空間内に供給された冷却流体を外部へ導くための吐出部を設け、前記吐出部から吐出された使用後の冷却流体の温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づいて、前記使用後の冷却流体の温度が一定となるように前記冷却流体の供給温度を調整する手段とを設けている。
【０００９】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２において、前記熱膨張の均一化手段は、前記軸受機構を冷却する流体を循環させる機構である。
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記軸受機構はラジアルベアリングとスラストベアリングとにより構成されている。
請求項５記載の発明では、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記軸受機構は静圧軸受機構である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を研削盤におけるスピンドルの支持構造に具体化した一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１１】
図３に示すようにベッド１１の上面には支持台１２を介して図示しないＸ軸駆動機構によりＸ軸(紙面と直交する水平方向)に往復動されるワークＷを支持するための加工テーブル１３が配設されている。同じくベッド１１の上面には図示しないＹ軸駆動機構によりＹ軸方向(紙面と平行な水平方向)に往復動されるＹ軸コラム１４が装設され、該Ｙ軸コラム１４にはＺ軸サドル１５が案内レール１６に沿ってＺ軸駆動モータ１７、ボールネジ１８及びボールナット１９によりＺ軸(上下)方向の往復動可能に装設されている。
【００１２】
前記Ｚ軸サドル１５には、工具ヘッドＨが装着されている。この工具ヘッドＨを構成するフレーム２０はＺ軸サドル１５に取り付けられ、該フレーム２０には横円筒状のクイル２１が挿入され、その前端部に一体形成されたフランジ部２１ａがフレーム２０の前端面に図示しないボルトにより固定されている。該クイル２１の内部にはラジアルベアリング２２を介してスピンドル２３が回転可能に支持されている。前記クイル２１の前後両端面には前部ホルダー２４及び後部ホルダー２５を介してスラストベアリング２６が支持され、スピンドル２３の軸方向の移動を規制するようになっている。前記スピンドル２３の先端部には砥石２７が取り外し可能に取り付けられている。又、スピンドル２３の後端部にはモータ２８の回転軸がカップリング２９を介して連結されている。
【００１３】
従って、前記モータ２８が回転されるとカップリング２９を介してスピンドル２３が回転され、砥石２７が回転されてワークＷの表面が研削加工される。
前記フレーム２０の上部には冷却油を供給するための配管３１が取着され、その先端部はフレーム２０の前端部に取り付けた吸入フランジ３２に接続され、後端部はオイルポンプ３３に接続されている。オイルポンプ３３はオイル供給タンク３４に接続されている。前記クイル２１の外周面とフレーム２０の内周面との間には冷却空間３５が形成され、該空間３５には前記吸入フランジ３２からオイルが供給される。又、フレーム２０の基端上部には冷却空間３５内に供給された冷却オイルを外部へ導くための吐出フランジ３６が取り付けられ、該吐出フランジ３６は配管３７を介して前記オイルタンク３４に接続されている。フレーム２０の上側内周面には補強リブを兼用する冷却オイルの流量規制部２０ａ、２０ｂが設けられ、冷却オイルを空間３５の下部に変向するようにしている。
【００１４】
図１、４に示すように、前記吐出フランジ３６付近の配管３７には温度センサ３８が取り付けられ、該センサ３８からの検出信号が制御装置３９に出力されるようになっている。前記オイルポンブ３３の出口側の配管３１には供給オイルの温度調節用のヒータ４０が設けられている。前記ヒータ４０は前記制御装置３９に接続されていて、前記温度センサ３８からの検出温度データに基づいて、ヒータ４０を動作し、供給オイルの温度を調整するようにしている。
【００１５】
次に、前記のように構成した研削盤におけるスピンドル２３の支持構造についてその動作を説明する。
図３においてＸ軸駆動テーブル１３の上面に研削しようとするワークＷを載置し、図示しない把持機構により固定する。そして、このワークＷの上面を研削する場合には、Ｘ軸駆動テーブル１３をＸ軸方向に、Ｙ軸駆動機構によりＹ軸コラム１４をＹ軸方向に移動すると共に、Ｚ軸サドル１５をＺ軸駆動機構によりＺ軸方向に移動調整しワークＷの表面の研削を行う。
【００１６】
この時、オイルポンプによりタンクからの冷却オイルを配管３１から前記冷却空間３５に供給する。この冷却空間３５に供給された冷却油により、クイル２１の外周面が冷却される。このため、スピンドル２３の回転により加熱されたラジアルベアリング２２及びスラストベアリング２６の熱がクイル２１を介してフレーム２０に伝達されるのを防止することができる。このためフレーム２０の加熱が抑制されフレーム２０の局部的な熱変形が抑制されるので、スピンドル２３の回転軸線が傾斜することがない。
【００１７】
次に、上記実施形態の作用効果を構成と共に列記する。
(１)前記実施形態では、クイル２１の外周面とフレーム２０の内周面との間に冷却空間３５を設け、この空間内に冷却オイルを供給し冷却されたオイルを外部へ導くようにした。このため、スピンドル２３の回転によりラジアルベアリング２２及びスラストベアリング２６が加熱されても、その熱によりフレーム２０の下部がフレーム２０の上部よりも熱膨張量が大きくなって変形することが抑制され、スピンドル２３の回転軸線が水平状態のままに保持される。このため砥石２７によるワークの加工精度が一定に保持される。
【００１８】
(２)前記実施形態では冷却空間３５から吐出される温度を温度センサ３８により検出し、この温度データに基づいて冷却空間３５に供給する冷却油の温度を制御装置３９及びヒータ４０により調整するようにした。このため、スピンドル２３の回転数の変動により変動する冷却空間３５の冷却オイルの温度をほぼ一定に保持することができ、安定したスピンドル２３の回転運動を保つことができる。
【００１９】
(３)前記実施形態ではフレーム２０の上側内周面に対し補強リブを兼用する冷却オイルの流量規制部２０ａ、２０ｂを設けたので、冷却オイルが下部の冷却空間３５にも円滑に移動され、冷却空間３５全体の温度をほぼ均一に保持することができる。
【００２０】
なお、前記実施形態は次のように変更して具体化することができる。
・前記実施形態では、軸受機構としてラジアルベアリング２２及びスラストベアリング２６を用いたが、これらに代えて静圧軸受機構を用いてもよい。
【００２１】
・前記実施形態では、クイル２１の外周面とフレーム２０の内側面との間に冷却空間３５を形成したが、これに代えて、図５に示すように、クイル２１の内部に冷却空間３５を設けてもよい。
【００２２】
・上記の別例において、クイル２１の下部には大きい冷却空間３５を形成し、上部には小さい冷却空間３５を形成するようにしてもよい。
・冷却流体として空気や水を用いてもよい。
【００２３】
・図６、７に示すように、フレーム２０の下部に冷却空間３５を設け、この空間に冷却流体を供給するようにしてもよい。
・図示しないが、フレーム２０の上部と下部にそれぞれ独立した冷却空間３５、３５を設け、それらの空間３５、３５内の温度を検出する温度センサ３８をそれぞれ設け、各温度センサ３８により上部の冷却空間３５と下部の冷却空間３５の温度をそれぞれほぼ同一となるように制御するようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明は加工具を回転するスピンドルによる軸受機構の発熱を効率よく抑制してフレームの歪な熱変形を防止し、スピンドル２３の回転精度を保持することができ、ワークの加工精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の研削盤におけるスピンドルの支持構造を示す拡大断面図。
【図２】  図１の工具ヘッドの横面図。
【図３】  研削盤全体を示す右側面図。
【図４】  この発明の別の実施形態を示す略体回路図。
【図５】  この発明の別の実施形態を示す縦断面図。
【図６】  この発明の別の実施形態を示す縦断面図。
【図７】  図６の工具ヘッドの横断面図。
【符号の説明】
１１…ベッド、１２…支持台、１３…Ｘ軸加工テーブル、１４…Ｙ軸コラム、１５…Ｚ軸サドル、２０…フレーム、２２…ラジアルベアリング、２３…スピンドル、２６…スラストベアリング、２７…砥石、３１…配管、３３…オイルボンプ、３５…冷却空間、３８…温度センサ、３９…制御装置、４０…温度調節用のヒータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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