(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記主軸端面の吹出口を、工具のキー溝に係合するキーの取り付け部位に開口するように設け、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を形成し、
エアを前記吹出口から前記キーに形成した通路を介して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。
【請求項２】
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請求項１に記載の工作機械の主軸。
【請求項３】
前記主軸端面の吹出口には、絞りが設けら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。
【請求項４】
前記主軸は、中ぐり盤の中ぐり軸であるこ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。
【請求項５】
冷却媒体として、前記エアに替えて主軸軸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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【０００８】
例えば、主軸の外部にホース等を設け、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。
【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。
【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、前記主軸端面の吹出口を、工具のキー溝に係合するキーの取り付け部位に開口するように設け、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を形成し、エアを前記吹出口から前記キーに形成した通路を介して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。
【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。
【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。
【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。
【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１０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。
【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１７の末端部には、プルスタッド１９が取り付けられている。
【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。
【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。
【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。
【００２０】
主軸１０の内径部にあっては、テーパ穴１６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。
【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３１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。
【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。
【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。
【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２６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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【符号の説明】
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
【図１】
0004053331.tif 000002
【図２】
0004053331.tif 000003