CN110773758B

CN110773758B - 主轴装置

Info

Publication number: CN110773758B
Application number: CN201910696432.3A
Authority: CN
Inventors: 室田真弘
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: US10882156B2; DE102019005181A1; JP6737846B2; CN110773758A; DE102019005181B4; JP2020019085A; US20200039017A1

Abstract

本发明提供一种主轴装置(20)，其中，作为罩部件的罩部件(28)覆盖从主轴外壳(24)的外周面朝向外侧突出的凸缘部(50)的主轴轴体(22)的前侧的表面和从该表面朝向主轴轴体(22)的前侧延伸的主轴外壳(24)的外周面。在罩部件(28)形成有流通制冷剂的流路(28b)。

Description

主轴装置

技术领域

本发明涉及一种主轴装置，其用于使用工具对加工对象物进行加工的车床(机床)。

背景技术

有时因对工件的加工中产生的热而收纳主轴轴体的主轴外壳等热变形，由于该热变形，加工精度降低。因此，抑制热变形的措施很重要。

例如，在日本特开2011-240428号公报中公开了以下冷却构造：在外壳以及主轴分别设置冷却液通路，在外壳内的冷却液通路与主轴内的冷却液通路之间授受冷却液，从而通过在主轴内流通冷却液而冷却主轴。

发明内容

然而，在日本特开2011-240428号公报的冷却构造中，没有公开固定外壳的部件，但认为该部件与外壳的安装部分等的冷却不足，该安装部分的热变形相比其它部分更容易产生。近年来，有时以纳米单位控制对工件的加工，在该情况下，趋向于即使在加工中产生的热变形是微量的，加工精度的降低也显著化。因此，强烈地需求抑制热变形引起的加工精度的降低的措施。

因此，本发明的目的在于提供一种主轴装置，其能够抑制热变形引起的加工精度的降低。

本发明的方案为一种主轴装置，其具备：主轴外壳；主轴轴体，其在上述主轴外壳的内部能够旋转地被支撑；旋转部件，其与上述主轴轴体的旋转联动而能够旋转地设于上述主轴轴体的一端；主轴安装台，其具有供上述主轴外壳沿上述主轴轴体的轴向插通的插通孔；环状的凸缘部，其能够装卸地固定于上述主轴安装台的上述插通孔的一方的开口侧，且从上述主轴外壳的外周面朝向外侧突出；罩部件，其覆盖上述凸缘部的上述主轴轴体的一端侧的表面和从该表面朝向上述主轴轴体的一端侧延伸的上述主轴外壳的外周面；以及流路，其形成于上述罩部件，且用于流通制冷剂。

根据本发明，即使热传递到主轴外壳，该热也被流动于罩部件的流路的制冷剂吸收。因此，主轴外壳的热难以传递到凸缘部。由此，能够抑制主轴外壳、凸缘部热变形，且抑制该热变形引起的加工精度的降低。

根据参照附图说明的以下的实施方式的说明，将容易了解上述的目的、特征以及优点。

附图说明

图1是表示本实施方式的车床的概略图。

图2是表示图1的主轴装置的截面的概略图。

图3是罩部件的概略立体图。

图4是放大表示图2的一部分的图。

图5是在图4标注上制冷剂的流动的图。

具体实施方式

以下，对于本发明，揭示优选的实施方式，一边参照附图一边详细进行说明。

实施方式

图1是表示车床10的外观结构的图。车床10使用工具对加工对象物进行加工，具有基础床体12、主轴支撑部14、工作台支撑部16、工作台18以及主轴装置20。

主轴支撑部14设置于基础床体12上，且相对于基础床体12可向左右方向移动地支撑主轴装置20。此外，将主轴装置20的主轴轴体22延伸的方向(轴向)设为前后方向，将在与载置该主轴装置20的载置面F平行的面内相对于轴向正交的方向设为左右方向，将相对于该载置面F以及轴向正交的方向设为上下方向。下方向为重力作用的方向。另外，在主轴装置20中，将设置有卡盘部30的主轴轴体22的一端侧设为前侧，将该主轴轴体22的另一端侧设为后侧。

主轴支撑部14具有沿左右方向设置于基础床体12上的第一滑动部14a、可沿第一滑动部14a移动的主轴移动台14b、以及驱动主轴移动台14b的未图示的第一驱动机构。

第一驱动机构包括马达以及将马达的旋转力变换成直进运动的滚珠丝杠等部件。主轴移动台14b通过第一驱动机构沿第一滑动部14a移动，从而设置于该主轴移动台14b上的主轴装置20相对于基础床体12向左右方向移动。

工作台支撑部16设置于基础床体12上，相对于基础床体12可向前后方向移动地支撑工作台18。该工作台支撑部16具有沿前后方向设置于基础床体12上的第二滑动部16a和驱动可沿第二滑动部16a移动的工作台18的未图示的第二驱动机构。

第二驱动机构包括马达以及将马达的旋转力变换为直进运动的滚珠丝杠等部件。工作台18利用第二驱动机构通过第二滑动部16a相对于基础床体12向前后方向移动。工作台18也可以设置为能够以上下方向的轴为旋转轴而旋转。

此外，在本实施方式中，设定为：加工对象物保持于主轴装置20的卡盘部30，工具保持于工作台18。但是，也可以是，工具保持于主轴装置20的卡盘部30，加工对象物保持于工作台18。

图2是表示图1的主轴装置20的截面的图。本实施方式的主轴装置20可旋转地保持加工对象物，使用于以纳米单位控制对加工对象物的加工的情况等。该主轴装置20具备主轴轴体22、主轴外壳24、主轴安装台26以及罩部件28作为主要构成要素。

主轴轴体22为形成为圆筒状形成的部件，且具有沿轴向贯通的圆筒状的贯通孔22H。在图2所示的例子中，贯通孔22H具有前侧贯通孔22Ha和直径比前侧贯通孔22Ha的直径小的后侧贯通孔22Hb。在该主轴轴体22的一端侧(前侧)设置有卡盘部30，在另一端侧(后侧)设置有马达40。

卡盘部30是与主轴轴体22的旋转联动而能够在主轴外壳24的前侧的表面上旋转地设于主轴轴体22的一端的旋转部件，在本实施方式中装卸加工对象物。此外，在图1中，卡盘部30形成为圆盘状，但也可以为其它形状。该卡盘部30具有固定于主轴轴体22的前侧的基座30a和相对于基座30a可装卸地安装的吸附垫30b。在吸附垫30b的吸附面形成有开口OP。在基座30a以及吸附垫30b形成有连通开口OP和主轴轴体22的贯通孔22H的一端的连通路30c。在卡盘部30中，通过未图示的真空泵从开口OP穿过连通路30c向贯通孔22H吸引卡盘部30的外部的空气，从而加工对象物以与吸附面紧密接触的状态被保持。

马达40为主轴轴体22的驱动源，具有安装于主轴外壳24的后侧的马达壳体40a和设置于马达壳体40a内的转子40b及定子40c。主轴轴体22固定于转子40b。因此，主轴轴体22与转子40b的旋转联动而旋转。

主轴外壳24具有大致圆筒状的外壳本体24a和后侧外壳盖24b。在外壳本体24a设置有从外壳本体24a的外周面朝向外侧突出的环状的凸缘部50。凸缘部50也可以与外壳本体24a形成为一体，也可以与外壳本体24a分体，通过预定的夹具固定于外壳本体24a。

在外壳本体24a的后侧以覆盖该外壳本体24a的后侧的开口的方式可装卸地安装有后侧外壳盖24b。在后侧外壳盖24b的表面(后端面)侧固定有马达40的马达壳体40a。

在后侧外壳盖24b和外壳本体24a形成有沿前后方向贯通的大致圆筒状的轴配置空间。在该轴配置空间配置有主轴轴体22，配置于该轴配置空间的主轴轴体22经由轴承60可旋转地支撑。

在本实施方式中，轴承60具有推力轴承60a以及径向轴承60b。在主轴轴体22的左侧和右侧分别设有推力轴承60a，在比推力轴承60a靠主轴轴体22的前侧，在该主轴轴体22的前后分别设有径向轴承60b。此外，轴承60也可以为静压轴承，也可以为滚动轴承。但是，在如上所述地以纳米单位控制对加工对象物的加工的情况下，优选为静压轴承。

主轴安装台26载置于主轴移动台14b的载置面F(图1)上。该主轴安装台26具有供主轴外壳24沿主轴轴体22的轴向插通的插通孔26H。插通于插通孔26H的主轴外壳24的前侧经由设置于外壳本体24a的凸缘部50固定于主轴安装台26的前侧，该主轴外壳24的后侧经由设置于主轴安装台26的后侧的支撑部件70支撑。

具体来讲，凸缘部50相对于主轴安装台26的前侧(插通孔26H的一方的开口侧)通过螺栓等杆状紧固件可装卸地固定。另一方面，支撑部件70以主轴安装台26的后侧(插通孔26H的另一方的开口侧)为基础支撑主轴外壳24。也就是，主轴外壳24相对于主轴安装台26从该主轴外壳24的前后被两点保持。

罩部件28为自身的温度可调整的罩部件。该罩部件28设置于主轴装置20的前侧。具体来讲，罩部件28设置为覆盖凸缘部50的前侧的表面、从该表面向前侧延伸的外壳本体24a的外周面以及卡盘部30的外周面的一部分。此外，罩部件28覆盖卡盘部30的外周面的一部分，但也可以覆盖该外周面的整体。

在罩部件28形成有气体用的流路28a，该气体用的流路28a用于流通对密封部进行密封的密封气体。密封部为卡盘部30与罩部件28之间以及卡盘部30与外壳本体24a之间的间隙。密封气体也可以被压缩到预定压力。具体来讲，例如，可举出空气等。

通过向密封部供给密封气体，能够抑制对加工对象物的加工时产生的碎屑或者加工时使用的冷却液等经由间隙进入主轴外壳24的内部(轴配置空间)。此外，流到密封部的密封气体从主轴装置20的前侧等排出到外部。

另外，在罩部件28形成有供制冷剂流动的流路28b。制冷剂在本实施方式中设定为水等液体，但也可以为气体。在本实施方式的情况下，流路28b形成于罩部件28的左侧和右侧。

图3是罩部件28的概略立体图，图4是放大表示图2的一部分的图。具体而言，图3表示从后侧观察罩部件28的一部分的立体图，图4表示将罩部件28的左侧的流路28b及其周边部分放大后的图。

流路28b具有第一连通部82以及第二连通部84。第一连通部82连通罩部件28的外部和被罩部件28覆盖的凸缘部50的前表面。在本实施方式中，该第一连通部82具有为与被罩部件28覆盖的环状的凸缘部50的前表面相接的状态且遍及该凸缘部50的整个周向呈环状延伸的环状部位82a(参照图3)。

第二连通部84连通罩部件28的外部和被罩部件28覆盖的外壳本体24a的外周面。该第二连通部84和第一连通部82经由中继路86连结。中继路86为形成于从凸缘部50的前表面向前侧延伸的外壳本体24a与罩部件28之间的间隙(空间)。

形成该中继路86的罩部件28的内周面28F(参照图3)呈环状形成。另一方面，在形成中继路86的外壳本体24a的外周面形成有朝向主轴轴体22的前侧环绕的螺旋状的凹部88(参照图4)。

第一连通部82的外部侧的开口和第二连通部84的外部侧的开口经由配置于罩部件28的外部的配管92连结。在配管92设置有泵94。

此外，在罩部件28与外壳本体24a之间的比第一连通部82开口的位置靠罩部件28的外部侧的部位设置有防止制冷剂向外部流动的密封部件96。另外，在罩部件28与外壳本体24a之间的比第二连通部84开口的位置靠罩部件28的外部侧的部位设置有密封部件96。此外，作为密封部件96的具体例子，可举出O型圈等。

图5是在图4标注上制冷剂的流动的图。配管92内的制冷剂通过泵94流入第一连通部82。流入第一连通部82的制冷剂在该第一连通部82流动，穿过第一连通部82的环状部位82a而以一部分和凸缘部50的前表面相接的状态在前侧流动。

在罩部件28与外壳本体24a之间的比第一连通部82开口的位置靠罩部件28的外部侧设置有密封部件96。因此，穿过环状部位82a而在凸缘部50的前侧流动的制冷剂不会流向罩部件28的外部侧，而是流入中继路86。

流入中继路86的制冷剂朝向第二连通部84在中继路86流动。具体而言，流入中继路86的制冷剂在形成于包围中继路86的外壳本体24a的外周面的螺旋状的凹部88内穿过，以朝向主轴轴体22的周向在外壳本体24a的外周面环绕的方式流动。

在罩部件28与外壳本体24a之间的比第二连通部84开口的位置靠罩部件28的外部侧设置有密封部件96。因此，在中继路86流动的制冷剂不会流向罩部件28的外部侧，而是流入第二连通部84。流入第二连通部84的制冷剂在该第二连通部84流动并流出到配管92，通过泵94再次流入第一连通部82。这样，制冷剂在罩部件28的内外循环。

此外，流入形成于罩部件28的左侧的流路28b的第一连通部82的制冷剂和流入形成于该罩部件28的右侧的流路28b的第一连通部82的制冷剂一起在同一个中继路86流动。另外，在该中继路86流动的制冷剂向形成于罩部件28的左侧的流路28b的第二连通部84和形成于该罩部件28的右侧的流路28b的第二连通部84流出。也就是，中继路86在形成于罩部件28的左侧的循环路径和形成于该罩部件28的右侧的循环路径是共通的。

如上所述，在本实施方式的主轴装置20中，设置有覆盖凸缘部50的前侧的表面和从该表面向前侧延伸的外壳本体24a的外周面的罩部件28，在该罩部件28形成有使制冷剂循环的流路28b。

因此，即使由设置于外壳本体24a的径向轴承60b等产生的热传递到外壳本体24a，该热也被流动于罩部件28的流路28b的制冷剂吸收。因此，外壳本体24a的热难以传递到凸缘部50。由此，可抑制外壳本体24a、凸缘部50热变形，抑制主轴安装台26与凸缘部50的紧固松动而主轴外壳24在主轴轴体22的轴向上偏移等。这样，根据本实施方式的主轴装置20，能够抑制外壳本体24a、凸缘部50的热变形引起的加工精度的降低。

变形例

以上，将上述实施方式作为本发明的一例进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。当然，可以对上述实施方式添加各种变更或改良。根据权利要求书的记载可知，这样的添加了变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围内。以下记载对上述实施方式添加了变更或改良的例子。

在上述实施方式中，在罩部件28的左侧和右侧双方形成有流路28b。但是，也可以没有左侧的流路28b或右侧的流路28b。

另外，在上述实施方式中，在罩部件28与外壳本体24a之间设置有中继路86。但是，中继路86也可以设置于罩部件28的内部。但是，在中继路86设于罩部件28与外壳本体24a之间的情况下，制冷剂与外壳本体24a的表面接触，因此，相比设置于罩部件28的内部的情况，罩部件28产生的热的吸收性提高。因此，为了提高罩部件28产生的热的吸收效率，优选在罩部件28与外壳本体24a之间设置中继路86。

另外，在上述实施方式中，在形成中继路86的外壳本体24a的外周面(壁面)形成有朝向主轴轴体22的前侧环绕的螺旋状的凹部88。但是，螺旋状的凹部88也可以设置于形成中继路86的罩部件28的内周面。另外，螺旋状的凹部88也可以互相对置地设置于形成中继路86的外壳本体24a的外周面(壁面)和形成该中继路86的罩部件28的内周面(壁面)双方。

另外，在上述实施方式中，在形成中继路86的外壳本体24a的外周面(壁面)形成有朝向主轴轴体22的前侧环绕的螺旋状的凹部88。但是，也可以在形成中继路86的外壳本体24a的外周面(壁面)沿主轴轴体22的轴向隔开间隔地形成有多个环状的凹部。此外，多个环状的凹部中的在主轴轴体22的轴向上相邻的凹部之间连通。

另外，在上述实施方式中，第一连通部82具有为与被罩部件28覆盖的环状的凸缘部50的前表面相接的状态且遍及该凸缘部50的周向整体呈环状延伸的环状部位82a。但是，环状部位82a也可以不与被罩部件28覆盖的凸缘部50的前表面相接而形成于罩部件28的内部。另外，环状部位82a也可以仅沿环状的凸缘部50的一部分延伸。另外，环状部位82a只要沿凸缘部50延伸，则可以以与凸缘部50的外周面的曲率不同的曲率延伸，也可以以蜿蜒的方式延伸，也可以呈旋涡状延伸。

此外，第一连通部82也可以没有环状部位82a，但是为了相对于凸缘部50扩大罩部件28的流路28b的占有区域，优选第一连通部82具有环状部位82a。

另外，在上述实施方式中，以制冷剂流入第一连通部82，且流入第一连通部82的制冷剂从第二连通部84流出的方式制冷剂循环。但是，制冷剂也可以以制冷剂流入第二连通部84，且流入第二连通部84的制冷剂从第一连通部82流出的方式循环。但是，为了进一步提高凸缘部50的冷却效率，优选制冷剂以制冷剂流入第一连通部82，且流入第一连通部82的制冷剂从第二连通部84流出的方式循环。

另外，在上述实施方式中，凸缘部50和外壳本体24a形成为一体。但是，凸缘部50和外壳本体24a也可以为分体，并通过预定的夹具固定。在凸缘部50和外壳本体24a为分体的情况下，优选在凸缘部50与外壳本体24a之间设置有O型圈等密封部件。

上述的实施方式以及上述变形例可以在不产生矛盾的范围内任意组合。

技术思想

下面，记载根据上述实施方式以及变形例可掌握的技术思想。

主轴装置20具备主轴外壳24、主轴轴体22、旋转部件30、主轴安装台26、凸缘部50、以及罩部件28。

主轴轴体22在主轴外壳24的内部可旋转地被支撑。旋转部件30与主轴轴体22的旋转联动而能够旋转地设于主轴轴体22的一端。主轴安装台26具有供主轴外壳24沿主轴轴体22的轴向插通的插通孔26H。凸缘部50可装卸地固定于主轴安装台26的插通孔26H的一方的开口侧，且从主轴外壳24的外周面朝向外侧突出。罩部件28覆盖凸缘部50的主轴轴体22的一端侧的表面和从该表面朝向主轴轴体22的一端侧延伸的主轴外壳24的外周面。在该罩部件2形成有用于流通制冷剂的流路28b。

在这样的主轴装置20中，即使热传递到主轴外壳24，该热也被流动于罩部件28的流路28b的制冷剂吸收。因此，主轴外壳24的热难以传递到凸缘部50。由此，能够抑制主轴外壳24、凸缘部50热变形，抑制该热变形引起的加工精度的降低。

流路28b具有连通罩部件28的外部和被罩部件28覆盖的凸缘部50的表面的第一连通部82以及连通罩部件28的外部和被罩部件28覆盖的主轴外壳24的外周面的第二连通部84。也可以使从罩部件28的外部流入第一连通部82以及第二连通部84的一方的制冷剂经由罩部件28与主轴外壳24之间的中继路86而流出到第一连通部82以及第二连通部84的另一方。这样，制冷剂与主轴外壳24的表面接触，因此，能够直接冷却该主轴外壳24。因此，能够提高主轴外壳24的冷却效率。

也可以在形成中继路86的罩部件28以及主轴外壳24的至少一方的壁面形成有朝向主轴轴体22的一端侧环绕的螺旋状的凹部88。这样，相比未形成凹部88的情况，能够增多在中继路86流动的制冷剂的量，易于提高冷却效率。此外，在主轴外壳24的壁面形成有凹部88的情况下，能够增大制冷剂相对于主轴外壳24的接触面积，能够提高主轴外壳24的冷却效率。

第一连通部82也可以具有沿凸缘部50呈环状延伸的环状部位82a。这样，相比没有环状部位82a的情况，能够增大罩部件28的流路28b的占有区域，其结果，能够提高主轴外壳24的冷却效率。

也可以设定为，流路28b具有多个第一连通部82以及第二连通部84的组，供流入各个组的第一连通部82以及第二连通部84的一方的制冷剂经过的中继路86在多个组是共通的。这样，通过具有多个第一连通部82以及第二连通部84的组，能够扩大罩部件28的流路28b的占有区域，其结果，能够提高主轴外壳24的冷却效率。另一方面，相比分别设置中继路86的情况，能够增大在中继路86流动的制冷剂的流速，其结果，能够提高主轴外壳24的冷却效率。

也可以设定为，在罩部件28与主轴外壳24之间的比第一连通部82开口的位置靠罩部件28的外部侧和比第二连通部84开口的位置靠罩部件28的外部侧设置有防止制冷剂流向外部的密封部件96。这样，能够抑制流到罩部件28的内部侧的制冷剂从意外的部位泄漏，其结果，能够提高主轴外壳24的冷却效率。

也可以设定为，凸缘部50和主轴外壳24为一体。这样，在罩部件28与主轴外壳24之间流动的制冷剂不会从凸缘部50与主轴外壳24的间隙泄漏。因此，能够提高主轴外壳24的冷却效率。

也可以设定为，制冷剂为液体。这样，相比气体，易于提高热导率。因此，能够提高主轴外壳24的冷却效率。

Claims

1.一种主轴装置，其特征在于，具备：

主轴外壳；

主轴轴体，其在上述主轴外壳的内部能够旋转地被支撑；

旋转部件，其与上述主轴轴体的旋转联动而能够旋转地设于上述主轴轴体的一端；

主轴安装台，其具有供上述主轴外壳沿上述主轴轴体的轴向插通的插通孔；

环状的凸缘部，其能够装卸地固定于上述主轴安装台的上述插通孔的一方的开口侧，且从上述主轴外壳的外周面朝向外侧突出；

罩部件，其覆盖上述凸缘部的上述主轴轴体的一端侧的表面和从该表面朝向上述主轴轴体的一端侧延伸的上述主轴外壳的外周面；以及

流路，其形成于上述罩部件，且用于流通制冷剂，

上述流路具有：第一连通部，其连通上述罩部件的外部和被上述罩部件覆盖的上述凸缘部的上述表面；以及第二连通部，其连通上述罩部件的外部和被上述罩部件覆盖的上述主轴外壳的上述外周面，

从上述罩部件的外部流入上述第一连通部以及上述第二连通部的一方的制冷剂经由上述罩部件与上述主轴外壳之间的中继路而流出至上述第一连通部以及上述第二连通部的另一方。

2.根据权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，

在形成上述中继路的上述罩部件以及上述主轴外壳的至少一方的壁面形成有朝向上述主轴轴体的一端侧环绕的螺旋状的凹部。

3.根据权利要求1或2所述的主轴装置，其特征在于，

上述第一连通部具有沿上述凸缘部呈环状延伸的环状部位。

4.根据权利要求1或2所述的主轴装置，其特征在于，

上述流路具有多个上述第一连通部以及上述第二连通部的组，

流入各个上述组的上述第一连通部以及上述第二连通部的一方的制冷剂所经过的上述中继路在多个上述组是共通的。

5.根据权利要求1或2所述的主轴装置，其特征在于，

在上述罩部件与上述主轴外壳之间的比上述第一连通部开口的位置靠上述罩部件的外部侧和比上述第二连通部开口的位置靠上述罩部件的外部侧设置有防止上述制冷剂流向外部的密封部件。

6.根据权利要求1或2所述的主轴装置，其特征在于，

上述凸缘部和上述主轴外壳为一体。

7.根据权利要求1或2所述的主轴装置，其特征在于，

上述制冷剂为液体。