JPH08294839A - 主軸頭 - Google Patents
主軸頭Info
- Publication number
- JPH08294839A JPH08294839A JP10246795A JP10246795A JPH08294839A JP H08294839 A JPH08294839 A JP H08294839A JP 10246795 A JP10246795 A JP 10246795A JP 10246795 A JP10246795 A JP 10246795A JP H08294839 A JPH08294839 A JP H08294839A
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- JP
- Japan
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- spindle
- pedestal
- spindle head
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱変位による主軸の伸びと、主軸頭および受
台の伸びとを相殺することによる主軸位置精度の向上を
図る。 【構成】 主軸８の後端部を支持するとともに主軸８を
送る送りねじ１８、ナット１６機構を収容する受台１０
が取り付けられた工作機械の主軸頭４において、受台１
０を主軸８および送りねじ１８の材料よりも大きな熱膨
張係数の金属材料から構成する。
台の伸びとを相殺することによる主軸位置精度の向上を
図る。 【構成】 主軸８の後端部を支持するとともに主軸８を
送る送りねじ１８、ナット１６機構を収容する受台１０
が取り付けられた工作機械の主軸頭４において、受台１
０を主軸８および送りねじ１８の材料よりも大きな熱膨
張係数の金属材料から構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、中ぐり盤やマシニング
センタなどの工作機械の主軸頭に関し、特に、主軸頭の
受台の材料に熱膨張係数の大きな材料を用い、主軸の熱
変位と主軸頭および受台の熱変位を相殺できるようにし
た主軸頭に関する。
センタなどの工作機械の主軸頭に関し、特に、主軸頭の
受台の材料に熱膨張係数の大きな材料を用い、主軸の熱
変位と主軸頭および受台の熱変位を相殺できるようにし
た主軸頭に関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械では、さまざまな技術的改良が
加えられ、加工精度の向上が図られているが、この加工
精度に大きな影響を与えるものとして、機械の温度上昇
による熱変位がある。横中ぐり盤やマシニングセンタで
は、位置決め精度の変化は、機械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、主軸送りの精度をい
くら上げても、熱変位があるかぎり実質的な主軸位置精
度の向上に直結しないという問題がある。
加えられ、加工精度の向上が図られているが、この加工
精度に大きな影響を与えるものとして、機械の温度上昇
による熱変位がある。横中ぐり盤やマシニングセンタで
は、位置決め精度の変化は、機械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、主軸送りの精度をい
くら上げても、熱変位があるかぎり実質的な主軸位置精
度の向上に直結しないという問題がある。
【０００３】熱変位に対しては、従来からいろいろな対
策がなされている。例えば、発熱量を少なくするために
主軸頭の潤滑油をクーラで冷却したり、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。
策がなされている。例えば、発熱量を少なくするために
主軸頭の潤滑油をクーラで冷却したり、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱変位
の原因といっても、機械側から発生する熱や、加工によ
って発生する熱が機械の構造との関係で複雑に絡み合っ
ているものであり、その発生防止対策は容易でないのが
実情である。また、工作機械のなかでも、横中ぐり盤や
マシニングセンタでは、主軸頭や、送りねじ・ナットな
どの送り機構が収納された受台の熱変位も主軸位置精度
に影響を与え得るが、従来は受台については、熱変位対
策が講じられていなかった。
の原因といっても、機械側から発生する熱や、加工によ
って発生する熱が機械の構造との関係で複雑に絡み合っ
ているものであり、その発生防止対策は容易でないのが
実情である。また、工作機械のなかでも、横中ぐり盤や
マシニングセンタでは、主軸頭や、送りねじ・ナットな
どの送り機構が収納された受台の熱変位も主軸位置精度
に影響を与え得るが、従来は受台については、熱変位対
策が講じられていなかった。
【０００５】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、熱変位による主軸と送りねじの
伸びと、主軸頭および受台の伸びとを相殺できるように
して主軸位置精度の向上を達成できる主軸頭を提供する
ことにある。
有する問題点を解消し、熱変位による主軸と送りねじの
伸びと、主軸頭および受台の伸びとを相殺できるように
して主軸位置精度の向上を達成できる主軸頭を提供する
ことにある。
【０００６】
【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、本発明は、主軸の後端部を支持するとともに主軸
を送る送りねじ・ナット機構を収容する受台が取り付け
られた工作機械の主軸頭において、前記受台を主軸およ
び送りねじの材料よりも大きな熱膨張係数の金属材料か
ら構成したことを特徴とするものである。
めに、本発明は、主軸の後端部を支持するとともに主軸
を送る送りねじ・ナット機構を収容する受台が取り付け
られた工作機械の主軸頭において、前記受台を主軸およ
び送りねじの材料よりも大きな熱膨張係数の金属材料か
ら構成したことを特徴とするものである。
【０００７】前記受台の材料としては、鉄系金属材料に
較べて熱膨張係数が約２倍の熱膨張係数の、例えば、ア
ルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料を用いるこ
とが好ましい。
較べて熱膨張係数が約２倍の熱膨張係数の、例えば、ア
ルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料を用いるこ
とが好ましい。
【０００８】
【作用】本発明によれば、受台を主軸および／または送
りねじの材料金属よりも熱膨張係数の大きな金属材料を
用いているので、受台の伸びは主軸または送りねじの伸
びに較べて大きく、しかも、主軸頭と受台の伸びる方向
と主軸の伸びる方向とが逆方向であるから、全体として
は、両者の伸びが相殺されるので、主軸位置精度に及ぼ
す熱変位の影響を小さくできる。
りねじの材料金属よりも熱膨張係数の大きな金属材料を
用いているので、受台の伸びは主軸または送りねじの伸
びに較べて大きく、しかも、主軸頭と受台の伸びる方向
と主軸の伸びる方向とが逆方向であるから、全体として
は、両者の伸びが相殺されるので、主軸位置精度に及ぼ
す熱変位の影響を小さくできる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明による主軸頭の一実施例につい
て添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明を適
用した実施例の横中ぐり盤の主軸頭を示す図で、２は主
軸頭４を保持するコラムを示す。
て添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明を適
用した実施例の横中ぐり盤の主軸頭を示す図で、２は主
軸頭４を保持するコラムを示す。
【００１０】主軸頭４には、円筒状のハウジング６が取
り付けられており、このハウジング６の内部には、同軸
的に図示されないクイルが収容されて、このクイルを介
して主軸８が回転自在に支持されている。
り付けられており、このハウジング６の内部には、同軸
的に図示されないクイルが収容されて、このクイルを介
して主軸８が回転自在に支持されている。
【００１１】主軸頭４の後部側には、主軸８と同心的に
主軸８を送るボールねじ機構が組み込まれている受台１
０が取り付けられている。
主軸８を送るボールねじ機構が組み込まれている受台１
０が取り付けられている。
【００１２】図２は、受台１０の断面図で、この受台１
０は、ハウジング６の後端部に固定されており、主軸８
は、受台１０の内部でアンギュラベアリング１２によっ
てスラスト荷重およびラジアル荷重が支持されている。
０は、ハウジング６の後端部に固定されており、主軸８
は、受台１０の内部でアンギュラベアリング１２によっ
てスラスト荷重およびラジアル荷重が支持されている。
【００１３】この受台１０の内部の送り機構では、アン
ギュラベアリング１２と、主軸８の先端に挿着される工
具ホルダをアンクランプする油圧シリンダ１４と、保持
部材１７を介して保持される送りナット１６とは一体的
に組み立てられている。
ギュラベアリング１２と、主軸８の先端に挿着される工
具ホルダをアンクランプする油圧シリンダ１４と、保持
部材１７を介して保持される送りナット１６とは一体的
に組み立てられている。
【００１４】他方、送りナット１６が螺合するボールね
じ１８は、主軸８の内部のドローバー１９に同軸的に組
み込まれており、末端部はベアリング２１によって支持
されている。このボールねじ１８を駆動するモータ２０
の回転は、歯車２２、２３、２４からなる歯車列を介し
て伝達される。従って、ボールねじ１８の回転ともに、
主軸８は、アンギュラベアリング１２に支持されて回転
しながら油圧シリンダ１４と一体に±ｚ方向に送られる
ようになっている。なお、２６は、保持部材１７が摺動
自在に嵌合して送りの案内をするとともに、回止めの機
能を果たすロッドを示す。また、２８は、油圧シリンダ
１４のピストンを示し、このピストン２８は、ドローバ
ー１９の末端に当接して工具ホルダをクランプする図示
されない皿ばねの弾性力に抗してこれを押圧し、工具ホ
ルダをアンクランプするようになっている。
じ１８は、主軸８の内部のドローバー１９に同軸的に組
み込まれており、末端部はベアリング２１によって支持
されている。このボールねじ１８を駆動するモータ２０
の回転は、歯車２２、２３、２４からなる歯車列を介し
て伝達される。従って、ボールねじ１８の回転ともに、
主軸８は、アンギュラベアリング１２に支持されて回転
しながら油圧シリンダ１４と一体に±ｚ方向に送られる
ようになっている。なお、２６は、保持部材１７が摺動
自在に嵌合して送りの案内をするとともに、回止めの機
能を果たすロッドを示す。また、２８は、油圧シリンダ
１４のピストンを示し、このピストン２８は、ドローバ
ー１９の末端に当接して工具ホルダをクランプする図示
されない皿ばねの弾性力に抗してこれを押圧し、工具ホ
ルダをアンクランプするようになっている。
【００１５】以上のような送り機構が収容された受台１
０は、その材質として主軸８およびボールねじ１８の材
料とは異なる材料が用いられている。この実施例では、
主軸８とボールねじ１８は、一般にこの種の部品の材料
として用いられる鋼材などの鉄系金属材料を材質として
いるのに対して、受台１０は、アルミニウムやアルミ合
金を材質としている。
０は、その材質として主軸８およびボールねじ１８の材
料とは異なる材料が用いられている。この実施例では、
主軸８とボールねじ１８は、一般にこの種の部品の材料
として用いられる鋼材などの鉄系金属材料を材質として
いるのに対して、受台１０は、アルミニウムやアルミ合
金を材質としている。
【００１６】図１において、Ａは主軸先端８ａの端面か
ら受台１０内部のボールねじ１８の末端部までの合計長
さを示し、Ｂは受台１０の長さを示す。ここで、コラム
２の前側端面を基準面Ｚ0 として、熱変位による主軸先
端８ａの変位を考える。
ら受台１０内部のボールねじ１８の末端部までの合計長
さを示し、Ｂは受台１０の長さを示す。ここで、コラム
２の前側端面を基準面Ｚ0 として、熱変位による主軸先
端８ａの変位を考える。
【００１７】機械の運転中は、加工によって熱が発生す
るほか、主軸頭４の内部では、主軸８に動力を伝達する
歯車や軸受などが発熱し、また、受台１０では、送り運
動によってボールねじ１８が発熱する。これらを発熱源
として機械各部の温度が上昇し、主軸８、ボールねじ１
８、受台１０に熱変位が発生する。
るほか、主軸頭４の内部では、主軸８に動力を伝達する
歯車や軸受などが発熱し、また、受台１０では、送り運
動によってボールねじ１８が発熱する。これらを発熱源
として機械各部の温度が上昇し、主軸８、ボールねじ１
８、受台１０に熱変位が発生する。
【００１８】主軸８は、送りナット１６を介してボール
ねじ１８と連結されているので、主軸８とボールねじ１
８とを一体として熱変位を考えることができる。熱変位
の方向としては、ボールねじ１８の末端部がベアリング
２１により軸方向に固定されており、従って、図１にお
いて前方の＋ｚ方向に伸びる。
ねじ１８と連結されているので、主軸８とボールねじ１
８とを一体として熱変位を考えることができる。熱変位
の方向としては、ボールねじ１８の末端部がベアリング
２１により軸方向に固定されており、従って、図１にお
いて前方の＋ｚ方向に伸びる。
【００１９】これに対して、受台１０は、後端部が自由
端になり、熱変位により後方の−ｚ方向に伸びる。この
場合、厳密にいうと、受台１０ととともに主軸頭４を含
めた基準面Ｚ0 から受台１０の後端部までの長さＣの部
分が−ｚ方向に伸びる。
端になり、熱変位により後方の−ｚ方向に伸びる。この
場合、厳密にいうと、受台１０ととともに主軸頭４を含
めた基準面Ｚ0 から受台１０の後端部までの長さＣの部
分が−ｚ方向に伸びる。
【００２０】図３は、温度上昇に伴った主軸８とボール
ねじ１８を合計した長さＡの部分の熱変位と、受台１０
と主軸頭４を合計した長さＣの部分の熱変位を定性的に
表わした図である。この図では、Ａの変化はδA の曲線
で、Ｂの変化はδB の曲線で表わされ、基準面Ｚ0 を基
準とした全体の熱変位は、δA ＋δB で表わされる。
ねじ１８を合計した長さＡの部分の熱変位と、受台１０
と主軸頭４を合計した長さＣの部分の熱変位を定性的に
表わした図である。この図では、Ａの変化はδA の曲線
で、Ｂの変化はδB の曲線で表わされ、基準面Ｚ0 を基
準とした全体の熱変位は、δA ＋δB で表わされる。
【００２１】前述したように、主軸頭４と受台１０の伸
びる方向と、主軸８およびボールねじ１８の伸びる方向
とが逆方向であるから、両者の伸びが相殺され、従っ
て、主軸８とボールねじ１８を合計した長さＡの部分の
熱変位δA と、主軸頭４と受台１０の熱変位δB が同じ
量になれば主軸端８ａでの熱変位を極力小さくできるこ
とになる。
びる方向と、主軸８およびボールねじ１８の伸びる方向
とが逆方向であるから、両者の伸びが相殺され、従っ
て、主軸８とボールねじ１８を合計した長さＡの部分の
熱変位δA と、主軸頭４と受台１０の熱変位δB が同じ
量になれば主軸端８ａでの熱変位を極力小さくできるこ
とになる。
【００２２】このため、実施例では、受台１０の材料に
アルミニウム系の材料を用い、主軸８およびボールねじ
１８の材料である鉄系金属よりも熱膨張係数の大きな金
属材料を用いて製作している。
アルミニウム系の材料を用い、主軸８およびボールねじ
１８の材料である鉄系金属よりも熱膨張係数の大きな金
属材料を用いて製作している。
【００２３】仮に、主軸８とボールねじ１８の合計長さ
Ａと、受台１０の長さＢの比が、 Ａ：Ｂ＝２：１ であり、主軸８およびボールねじ１８の材料と、受台１
０の材料の熱膨張係数の比が１：２であるとして、主軸
頭４の伸びを考慮せず、また、温度が一様であるとして
単純化して考えると、両者の伸びは相殺されることにな
る。
Ａと、受台１０の長さＢの比が、 Ａ：Ｂ＝２：１ であり、主軸８およびボールねじ１８の材料と、受台１
０の材料の熱膨張係数の比が１：２であるとして、主軸
頭４の伸びを考慮せず、また、温度が一様であるとして
単純化して考えると、両者の伸びは相殺されることにな
る。
【００２４】しかし、実際には、主軸頭４も−ｚ方向に
伸びることから、受台１０の長さＣはかなり短くできる
反面、主軸頭４および受台１０の内部にある主軸８とボ
ールねじ１８は、外気に放熱できる受台１０に較べて温
度上昇が大きく、伸びも大きいことを考慮すると、 Ａ：Ｂ＝２．５：１ 程度にすることによって、主軸の先端での変位を可及的
に小さくすることが可能となる。
伸びることから、受台１０の長さＣはかなり短くできる
反面、主軸頭４および受台１０の内部にある主軸８とボ
ールねじ１８は、外気に放熱できる受台１０に較べて温
度上昇が大きく、伸びも大きいことを考慮すると、 Ａ：Ｂ＝２．５：１ 程度にすることによって、主軸の先端での変位を可及的
に小さくすることが可能となる。
【００２５】アルミニウムの場合、２０℃における熱膨
張係数は２３．９×１０-6／℃であり、鉄の熱膨張係数
が１１．７×１０-6／℃、高炭素鋼が９．５８〜１０．
８７×１０-6／℃であるから、約２倍の熱膨張係数を有
しており、受台１０の材質には、アルミ系の材料を用
い、主軸８およびボールねじ１８には、従来から一般に
使われている鋼鉄材料を用いるというようにしてすれば
よい。
張係数は２３．９×１０-6／℃であり、鉄の熱膨張係数
が１１．７×１０-6／℃、高炭素鋼が９．５８〜１０．
８７×１０-6／℃であるから、約２倍の熱膨張係数を有
しており、受台１０の材質には、アルミ系の材料を用
い、主軸８およびボールねじ１８には、従来から一般に
使われている鋼鉄材料を用いるというようにしてすれば
よい。
【００２６】受台１０の材質には、この他にも、例え
ば、シルミン（１９．８〜２１．２×１０-6／℃）、ジ
ュラルミン（２２．６×１０-6／℃）などが材料として
適用可能である。また、受台１０の長さＢと、主軸８お
よびボールねじ１８の長さＡとの比は、上述の例に限定
されるものではなく、材料の熱膨張係数の値の比に応じ
て適切な受台１０の長さを設定すればよい。
ば、シルミン（１９．８〜２１．２×１０-6／℃）、ジ
ュラルミン（２２．６×１０-6／℃）などが材料として
適用可能である。また、受台１０の長さＢと、主軸８お
よびボールねじ１８の長さＡとの比は、上述の例に限定
されるものではなく、材料の熱膨張係数の値の比に応じ
て適切な受台１０の長さを設定すればよい。
【００２７】
【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、受台を主軸および送りねじの材料よりも熱膨
張係数の大きな金属材料を用いることによって、主軸頭
と受台の伸びる方向と主軸および送りねじの伸びる方向
とが逆方向であり、かつ受台の伸びは主軸および送りね
じの伸びに較べて大きくなる。このため、全体として
は、両者の伸びは相殺されて、主軸位置精度に及ぼす熱
変位の影響を小さくすることができ、加工精度の向上を
達成できる。しかも、受台は、主軸頭に較べて小型であ
り、材質の変更も手軽に低コストでできるので、熱変位
対策として有効である。
によれば、受台を主軸および送りねじの材料よりも熱膨
張係数の大きな金属材料を用いることによって、主軸頭
と受台の伸びる方向と主軸および送りねじの伸びる方向
とが逆方向であり、かつ受台の伸びは主軸および送りね
じの伸びに較べて大きくなる。このため、全体として
は、両者の伸びは相殺されて、主軸位置精度に及ぼす熱
変位の影響を小さくすることができ、加工精度の向上を
達成できる。しかも、受台は、主軸頭に較べて小型であ
り、材質の変更も手軽に低コストでできるので、熱変位
対策として有効である。
【図１】本発明の一実施例による横中ぐり盤の主軸頭の
側面図。
側面図。
【図２】主軸頭に取り付けられる受台の断面図。
【図３】主軸の熱変位量と、主軸頭と受台の熱変位量の
変化を定性的に示すグラフ。
変化を定性的に示すグラフ。
２ コラム ４ 主軸頭 ８ 主軸 １０ 受台 １６ 送りナット １８ ボールねじ １９ ドローバー ２０ モータ
Claims (2)
- 【請求項１】主軸の後端部を支持するとともに主軸を軸
方向に送る送りねじ・ナット機構を収容する受台が取り
付けられた工作機械の主軸頭において、前記受台を主軸
および送りねじの材料よりも大きな熱膨張係数の金属材
料から構成したことを特徴とする主軸頭。 - 【請求項２】前記受台に用いる材料は主軸材料の鉄系金
属材料に較べて熱膨張係数が約２倍の熱膨張係数の金属
材料からなることを特徴とする請求項１に記載の主軸
頭。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10246795A JPH08294839A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 主軸頭 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10246795A JPH08294839A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 主軸頭 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08294839A true JPH08294839A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=14328266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10246795A Pending JPH08294839A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 主軸頭 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08294839A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0909609A1 (en) * | 1997-10-14 | 1999-04-21 | Kitamura Machinery Co., Ltd. | Drive device for a feed member in a machine tool |
| CN106238753A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-21 | 浙江恒大数控机床制造有限公司 | 一种车床 |
| JP2023509430A (ja) * | 2019-12-31 | 2023-03-08 | セントレ テクニーク デ インダストリーズ メカニークス | 工具ホルダの自動交換と共に統合フィードする電動スピンドル |
-
1995
- 1995-04-26 JP JP10246795A patent/JPH08294839A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0909609A1 (en) * | 1997-10-14 | 1999-04-21 | Kitamura Machinery Co., Ltd. | Drive device for a feed member in a machine tool |
| CN106238753A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-21 | 浙江恒大数控机床制造有限公司 | 一种车床 |
| JP2023509430A (ja) * | 2019-12-31 | 2023-03-08 | セントレ テクニーク デ インダストリーズ メカニークス | 工具ホルダの自動交換と共に統合フィードする電動スピンドル |
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