JP7611065B2 - Cooling structure for machine tool spindles - Google Patents
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Description
本発明は、離間した複数の軸受によって回転可能に支持された主軸を有する工作機械における主軸の冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a spindle in a machine tool having a spindle rotatably supported by a number of spaced bearings.
マシニングセンタなどの工作機械では、近年の主軸のさらなる高速回転化への対応として、主軸を冷却する技術が発展してきている。主軸冷却技術は、軸受や電動機ロータの熱が逃げにくい主軸を効果的に冷却できるため、主軸の熱膨張低減効果が大きく、ワークの加工精度が向上する。この主軸冷却では回転部材側の冷却液流路と固定部材側の冷却液流路との間で冷却液漏出を防止する必要があり、これには、一般的にエアシールが用いられている。エアシールは、固定部材と回転部材との間にエアを供給することで外部からの切削液・塵などの侵入を防止する用途で広く利用されている。主軸冷却とエアシールを用いた技術は、特許文献1に記載されているように、主軸に冷却液流路を設けて、固定部材(ハウジングなど)に設けられた固定側冷却液流路と回転部材(主軸など)に設けられた回転側冷却液流路との接続部に設けられた冷却液受け渡し部を挟むようにして間隙にエアを供給することで冷却液の漏出を防止するものが知られている。
In machine tools such as machining centers, spindle cooling technology has been developed in response to the recent trend toward even higher spindle speeds. Spindle cooling technology can effectively cool the spindle, which is difficult to dissipate heat from the bearings and motor rotor, and is therefore highly effective in reducing the thermal expansion of the spindle, improving the machining accuracy of the workpiece. In spindle cooling, it is necessary to prevent leakage of coolant between the coolant flow path on the rotating member side and the coolant flow path on the fixed member side, and an air seal is generally used for this purpose. Air seals are widely used in applications that prevent the intrusion of cutting fluid, dust, etc. from the outside by supplying air between the fixed member and the rotating member. As described in
上記の特許文献1においては、エアシールによって冷却液の漏出が防止され、冷却液は、冷却液供給源に戻される。ここで、冷却液の戻り経路には、エアシール用のエアの一部が流入し、冷却液がエアシール用のエアに混ざった状態である高圧ミストが発生する。この高圧ミストにより、冷却液の戻り経路の圧力が上昇し、シールに必要なエアがより多く必要となる。運転中は常時エアを消費することから、これによってランニングコストが大きくなるという問題が生じる。
In the above-mentioned
この発明の目的は、エアシールで使用する消費エア量を減らすことができるとともに、冷却液戻り経路で発生するミストの量を減らすことができるため、機械の使用環境も改善することができる工作機械主軸の冷却構造を提供することにある。 The object of this invention is to provide a cooling structure for a machine tool spindle that can reduce the amount of air consumed by the air seal and the amount of mist generated in the coolant return path, thereby improving the operating environment of the machine.
この発明による工作機械主軸の冷却構造は、主軸と、主軸を軸受を介して回転可能に支持するハウジングとを備えた工作機械に設けられる主軸の冷却構造であって、ハウジングに設けられた固定側冷却液流路と、主軸に設けられた回転側冷却液流路と、固定側冷却液流路に主軸を冷却するための冷却液を供給する冷却液供給源と、冷却液供給源から固定側冷却液流路の流入路に冷却液を送る送り経路と、固定側冷却液流路の流出路に連通して冷却液を主軸から冷却液供給源に戻す戻り経路と、固定側冷却液流路端と回転側冷却液流路端との間の冷却液受け渡し部と、冷却液受け渡し部からの冷却液の漏出を防止するエアシールと、エアシールにエアを供給するエア供給源とを備えているものにおいて、戻り経路上にタンクが設けられており、主軸を冷却した冷却液と冷却液がエアシール用のエアに混ざった状態である高圧ミストとは、冷却液供給源に送られる前にタンク内に流入し、ミストになっていない冷却液は、自重によってタンクの底壁上に集められ、高圧ミストは、タンク内で広がってタンクの内面に衝突することで動圧を下げて低圧ミストとなり、この際に、冷却液が高圧ミストから分離し、高圧ミストから分離した冷却液は、自重によりミストになっていない冷却液とともにタンクの底壁上に集められ、高圧ミストから分離したものを含む冷却液は、戻り経路を介して冷却液供給源に戻され、低圧ミストは、タンクに設けられたミスト流出口から流出するようになされていることを特徴とするものである。 The cooling structure for a machine tool spindle according to the present invention is a cooling structure for a spindle provided in a machine tool including a spindle and a housing that rotatably supports the spindle via a bearing, the cooling structure comprising: a fixed-side coolant flow passage provided in the housing; a rotating-side coolant flow passage provided in the spindle; a coolant supply source that supplies coolant for cooling the spindle to the fixed-side coolant flow passage; a feed path that sends coolant from the coolant supply source to an inlet passage of the fixed-side coolant flow passage; a return path that communicates with an outlet passage of the fixed-side coolant flow passage and returns the coolant from the spindle to the coolant supply source; a coolant transfer section between an end of the fixed-side coolant flow passage and an end of the rotating-side coolant flow passage; an air seal that prevents leakage of the coolant from the coolant transfer section; and an air supply source that supplies air to the air seal. A tank is provided on top of the tank, and the cooling liquid that has cooled the spindle and the high-pressure mist , which is a mixture of the cooling liquid and the air for the air seal, flow into the tank before being sent to the cooling liquid supply source , and the cooling liquid that has not become a mist is collected on the bottom wall of the tank by its own weight, and the high-pressure mist spreads inside the tank and collides with the inner surface of the tank , reducing the dynamic pressure and becoming a low-pressure mist, at which point the cooling liquid separates from the high-pressure mist, and the cooling liquid separated from the high-pressure mist is collected on the bottom wall of the tank by its own weight together with the cooling liquid that has not become a mist, the cooling liquid including that separated from the high-pressure mist is returned to the cooling liquid supply source via a return path , and the low-pressure mist flows out from a mist outlet provided in the tank .
冷却液は、戻り経路を介して主軸から冷却液供給源に戻される。この戻り経路には、冷却液だけでなく、エアシール用のエアの一部も流入する。これにより、冷却液がエアシール用のエアに混ざった状態である高圧ミストが発生する。従来、冷却液(ミストになっていない冷却液)と高圧ミストとは区別されておらず、両方がタンクを介さずに冷却液供給源に流入していた。 The coolant is returned from the spindle to the coolant supply source via a return path. Not only the coolant but also some of the air for the air seal flows into this return path. This creates a high-pressure mist in which the coolant is mixed with the air for the air seal. Previously, there was no distinction between the coolant (coolant that has not become a mist) and the high-pressure mist, and both flowed into the coolant supply source without going through a tank.
この発明の工作機械主軸の冷却構造によると、冷却液(ミストになっていない冷却液)と冷却液がエアシール用のエアに混ざった状態である高圧ミストとは、冷却液供給源に送られる前に、タンク内に流入する。ミストになっていない冷却液は、自重によってタンクの底壁上に集められる。高圧ミストは、タンク内で広がってタンクの内面に衝突することで動圧を下げて低圧ミストとなり、この際に、冷却液が高圧ミストから分離する。高圧ミストから分離した冷却液は、自重によりミストになっていない冷却液とともにタンクの底壁上に集められる。高圧ミストから分離したものを含む冷却液は、戻り経路を介して冷却液供給源に送られる。低圧ミストは、タンクに設けられたミスト流出口から流出し、好ましくは、気液分離装置によって残留冷却液が除去された気体となって、大気中に排気される。こうして、冷却液の戻り経路の圧力上昇が抑えられることで、エアシールで使用する消費エア量を減らすことができるとともに、戻り経路で発生するミストの量を減らすことができることで、機械の使用環境も改善することができる。 According to the cooling structure for the spindle of a machine tool of the present invention, the coolant (coolant that has not become mist) and the high-pressure mist, which is a mixture of the coolant and the air for the air seal, flow into a tank before being sent to the coolant supply source. The coolant that has not become mist is collected on the bottom wall of the tank by its own weight. The high-pressure mist spreads in the tank and collides with the inner surface of the tank, reducing the dynamic pressure and becoming low-pressure mist, at which point the coolant separates from the high-pressure mist. The coolant separated from the high-pressure mist is collected on the bottom wall of the tank together with the coolant that has not become mist by its own weight. The coolant including the one separated from the high-pressure mist is sent to the coolant supply source via a return path. The low-pressure mist flows out from a mist outlet provided in the tank, and is preferably turned into gas from which residual coolant has been removed by a gas-liquid separator, and is then exhausted to the atmosphere. In this way, the pressure rise in the coolant return path is suppressed, which reduces the amount of air consumed by the air seal, and the amount of mist generated in the return path is reduced, improving the operating environment of the machine.
タンク内に、高圧ミストが衝突することで、高圧ミストからの冷却液の分離を促進するとともに、高圧ミストの動圧の低下を促進する少なくとも1枚の衝立が設けられていることが好ましい。 It is preferable that at least one partition be provided in the tank, which promotes separation of the coolant from the high-pressure mist by collision with the high-pressure mist, and promotes reduction in the dynamic pressure of the high-pressure mist.
このようにすると、タンクに設けられた流入口から流入した高圧ミストは、衝立に衝突し、これにより、より効果的に高圧ミストの動圧が下げられ、エアと冷却液との分離が促進される。 In this way, the high-pressure mist flowing in from the inlet on the tank collides with the partition, which more effectively reduces the dynamic pressure of the high-pressure mist and promotes separation of the air and coolant.
衝立の数は、1枚でもいいし、複数枚でもよい。衝立の形状は、衝立または衝立とタンクとの間に冷却液の通路と高圧ミストの通路とがあるという条件を満たす範囲で種々の形状とすることができる。 The number of partitions may be one or more. The shape of the partition may be of various shapes as long as the condition that there is a passage for the cooling liquid and a passage for the high-pressure mist between the partition or between the partition and the tank is satisfied.
衝立は、下端面とタンク底壁との間に冷却液通路となる間隙を有するようにタンクの頂壁に固定されているか、または、上端面とタンク頂壁との間に高圧ミスト通路となる間隙を有するようにタンクの底壁に固定されていることがある。 The partition may be fixed to the top wall of the tank so that there is a gap between its lower end face and the bottom wall of the tank that serves as a coolant passage, or it may be fixed to the bottom wall of the tank so that there is a gap between its upper end face and the top wall of the tank that serves as a high-pressure mist passage.
このようにすると、衝立には、通路となる貫通孔を設ける加工を行う必要がなく、衝立の形状を簡素化することができる。 In this way, there is no need to process the screen to create through holes for passageways, and the shape of the screen can be simplified.
タンクの底壁に固定されている衝立の下端部に、冷却液通路となる貫通孔が設けられていることがある。 The partition fixed to the bottom wall of the tank may have a through hole at the bottom end to allow the coolant to pass through.
タンクまたは冷却液供給源に、低圧となったミストを冷却液と大気に放出可能な気体とに分離する気液分離装置が設けられていることが好ましい。 It is preferable that the tank or coolant supply source is provided with a gas-liquid separator that separates the low-pressure mist into coolant and gas that can be released into the atmosphere.
このようにすると、低圧ミスト中に含まれている冷却液がエアから分離されて、エア(気体)だけとなり、大気中に排気することが可能となる。 In this way, the cooling liquid contained in the low-pressure mist is separated from the air, leaving only air (gas), which can be exhausted into the atmosphere.
この発明の工作機械主軸の冷却構造によると、エアシールで使用する消費エア量を減らすことができるとともに、冷却液の戻り経路で発生するミストの量を減らすことができるため、機械の使用環境も改善することができる。 The cooling structure for the machine tool spindle of this invention can reduce the amount of air consumed by the air seal and also reduce the amount of mist generated in the coolant return path, improving the operating environment of the machine.
以下、本発明の実施形態例について、図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明において、図1の左側を前側、図1の右側を後側というものとする。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In the following description, the left side of FIG. 1 is referred to as the front side, and the right side of FIG. 1 is referred to as the rear side.
図1に、この発明の主軸の冷却構造を備えた工作機械の主軸装置の断面図および回路図を示す。 Figure 1 shows a cross-sectional view and a circuit diagram of a spindle device of a machine tool equipped with the spindle cooling structure of this invention.
主軸装置(1)は、回転部材である主軸(2)と、固定部材であるハウジング(3)と、主軸(2)を冷却する主軸の冷却構造(4)とを備えている。 The spindle device (1) includes a spindle (2) which is a rotating member, a housing (3) which is a fixed member, and a spindle cooling structure (4) which cools the spindle (2).
主軸(2)は、横形に配置されており、主軸(2)は、前端に工具を装着するためのテーパ孔(2a)を有し、その前側部分が前側の1対の軸受(5)(6)および後側の1対の軸受(7)(8)によってハウジング(3)に回転可能に支持されている。 The main shaft (2) is arranged horizontally and has a tapered hole (2a) at its front end for mounting a tool. The front portion of the main shaft (2) is rotatably supported in the housing (3) by a pair of front bearings (5)(6) and a pair of rear bearings (7)(8).
ハウジング(3)は、ハウジング本体(9)と、ハウジング本体(9)とは別部材とされてハウジング本体(9)の前端に固定された前側流路形成部材(10)と、ハウジング本体(9)とは別部材とされて軸受(5)(6)(7)(8)を介して前側流路形成部材(10)に後側から対向するようにハウジング本体(9)に固定された後側流路形成部材(11)とからなる。 The housing (3) is composed of a housing body (9), a front flow passage forming member (10) that is a separate member from the housing body (9) and fixed to the front end of the housing body (9), and a rear flow passage forming member (11) that is a separate member from the housing body (9) and fixed to the housing body (9) so as to face the front flow passage forming member (10) from the rear side via bearings (5), (6), (7), and (8).
軸受(5)(6)(7)(8)の外輪(5a)(6a)(7a)(8a)間には、外輪間座(12)が配されており、軸受(5)(6)(7)(8)の内輪(5b)(6b)(7b)(8b)間には、内輪間座(13)が配されている。 An outer ring spacer (12) is disposed between the outer rings (5a), (6a), (7a), and (8a) of the bearings (5), (6), (7), and (8), and an inner ring spacer (13) is disposed between the inner rings (5b), (6b), (7b), and (8b) of the bearings (5), (6), (7), and (8).
後端にある軸受(8)の外輪(8a)は、ハウジング本体(9)に設けられた径方向内向きの突出部(9a)の前面で受けられており、前端にある軸受(5)の外輪(5a)は、ハウジング本体(9)前端部にボルト(図示略)で固定された前側流路形成部材(10)によって保持されている。 The outer ring (8a) of the bearing (8) at the rear end is received on the front surface of a radially inward protrusion (9a) provided on the housing body (9), and the outer ring (5a) of the bearing (5) at the front end is held by a front flow passage forming member (10) fixed to the front end of the housing body (9) with a bolt (not shown).
前端にある軸受(5)の内輪(5b)は、主軸(2)に設けられた径方向外向きの突出部(2b)の後面で受けられており、後端にある軸受(8)の内輪(8b)は、主軸(2)にねじ合わされたナット(14)によって保持されている。 The inner ring (5b) of the bearing (5) at the front end is supported by the rear surface of the radially outward protrusion (2b) on the main shaft (2), and the inner ring (8b) of the bearing (8) at the rear end is held by a nut (14) that is screwed onto the main shaft (2).
冷却構造(4)は、固定部材であるハウジング(3)と回転部材である主軸(2)との間で冷却液を受け渡して主軸(2)を冷却するもので、後端の軸受(8)の後側から冷却液を供給して、前端の軸受(5)の前側から排出して回収するようになされている。 The cooling structure (4) cools the main shaft (2) by transferring coolant between the housing (3), which is a fixed member, and the main shaft (2), which is a rotating member. Coolant is supplied from the rear side of the rear end bearing (8) and discharged and collected from the front side of the front end bearing (5).
冷却構造(4)は、冷却液流路(21)として、ハウジング本体(9)に設けられた第1流入路(21a)と、第1流入路(21a)に連なるように後側流路形成部材(11)に設けられた第2流入路(21b)と、前側流路形成部材(10)に設けられた流出路(21c)と、軸方向に平行に前後にのびるように主軸(2)に設けられた主軸内軸方向流路(21d)と、主軸内軸方向流路(21d)に連なり、かつ流出路(21c)の開口に臨まされた主軸内径方向流路(21e)とを有している。主軸内軸方向流路(21d)および主軸内径方向流路(21e)は、周方向に等間隔で4つ設けられている。 The cooling structure (4) has, as the coolant flow passages (21), a first inlet passage (21a) provided in the housing body (9), a second inlet passage (21b) provided in the rear flow passage forming member (11) so as to be connected to the first inlet passage (21a), an outlet passage (21c) provided in the front flow passage forming member (10), a main shaft inner axial flow passage (21d) provided in the main shaft (2) so as to extend back and forth parallel to the axial direction, and a main shaft inner radial flow passage (21e) connected to the main shaft inner axial flow passage (21d) and facing the opening of the outlet passage (21c). Four main shaft inner axial flow passages (21d) and main shaft inner radial flow passages (21e) are provided at equal intervals in the circumferential direction.
冷却構造(4)は、冷却液流路(21)として、さらに、全ての主軸内軸方向流路(21d)の後端部に連通するように主軸(2)に設けられ、かつ各第2流入路(21b)の開口部が連通可能に臨まされた主軸内環状流路(21f)と、全ての流出路(21c)の径方向内側の開口部に連通するように前側流路形成部材(10)に設けられ、かつ各主軸内径方向流路(11e)の径方向外向きの開口が連通可能に臨まされた前側流路形成部材内環状流路(21g)とを有している。 The cooling structure (4) further includes, as coolant flow paths (21), an annular flow path (21f) in the spindle, which is provided in the spindle (2) so as to communicate with the rear ends of all the axial flow paths (21d) in the spindle and to which the openings of each of the second inflow paths (21b) are communicably faced, and an annular flow path (21g) in the front flow path forming member, which is provided in the front flow path forming member (10) so as to communicate with the radially inner openings of all the outflow paths (21c) and to which the radially outward openings of each of the spindle inner radial flow paths (11e) are communicably faced.
第1流入路(21a)、第2流入路(21b)、流出路(21c)および前側流路形成部材内環状流路(21g)が固定側冷却液流路を構成し、主軸内軸方向流路(21d)、主軸内径方向流路(21e)および主軸内環状流路(21f)が回転側冷却液流路を構成している。 The first inlet passage (21a), the second inlet passage (21b), the outlet passage (21c), and the annular passage (21g) in the front passage forming member form the stationary side coolant passage, while the axial passage (21d) in the spindle, the radial passage (21e) in the spindle, and the annular passage (21f) in the spindle form the rotating side coolant passage.
そして、固定側冷却液流路である第2流入路(21b)と回転側冷却液流路である主軸内環状流路(21f)との接続部が後側の冷却液受け渡し部(22)とされるとともに、回転側冷却液流路である主軸内径方向流路(21e)と固定側冷却液流路である前側流路形成部材内環状流路(21g)との間が前側の冷却液受け渡し部(23)とされて、第1流入路(21a)から流入した冷却液は、まず、第2流入路(21b)に流入し、後側の冷却液受け渡し部(22)から主軸内環状流路(21f)に流入し、主軸内軸方向流路(21d)および主軸内径方向流路(21e)を経て、前側の冷却液受け渡し部(23)から前側流路形成部材内環状流路(21g)に至り、流出路(21c)から流出する。 The connection between the second inlet passage (21b), which is the stationary side cooling liquid passage, and the annular passage in the spindle (21f), which is the rotating side cooling liquid passage, is the rear cooling liquid transfer section (22), and the section between the inner radial passage in the spindle (21e), which is the rotating side cooling liquid passage, and the annular passage in the front passage forming member (21g), which is the stationary side cooling liquid passage, is the front cooling liquid transfer section (23). The cooling liquid that flows in from the first inlet passage (21a) first flows into the second inlet passage (21b), then flows from the rear cooling liquid transfer section (22) into the annular passage in the spindle (21f), passes through the axial passage in the spindle (21d) and the inner radial passage in the spindle (21e), reaches the annular passage in the front passage forming member (21g) from the front cooling liquid transfer section (23), and flows out from the outlet passage (21c).
冷却構造(4)は、冷却液回収・供給装置(24)として、冷却液供給源(30)と、冷却液供給源(30)から第1流入路(21a)に冷却液を送る送り経路(30a)と、流出路(21c)に連通して冷却液を回収する戻り経路(30b)とを有している。 The cooling structure (4) has a cooling liquid recovery and supply device (24) including a cooling liquid supply source (30), a feed path (30a) that sends the cooling liquid from the cooling liquid supply source (30) to the first inlet path (21a), and a return path (30b) that communicates with the outlet path (21c) and recovers the cooling liquid.
冷却液回収・供給装置(24)は、さらに、冷却液供給源(30)の上流側に位置するように戻り経路(30b)に設けられたタンク(31)および気液分離装置(32)を有している。 The cooling liquid recovery and supply device (24) further includes a tank (31) and a gas-liquid separator (32) provided in the return path (30b) so as to be located upstream of the cooling liquid supply source (30).
冷却構造(4)は、さらに、主軸(2)の外周面と後側流路形成部材(11)の内周面との間にある間隙を介してエアを後側冷却液受け渡し部(22)の両側から吹き付けることで後側冷却液受け渡し部(22)からの冷却液の漏出を防止する後側エアシール(25)と、主軸(2)の外周面と前側流路形成部材(10)の内周面との間にある間隙を介してエアを前側冷却液受け渡し部(23)の両側から吹き付けることで前側冷却液受け渡し部(23)からの冷却液の漏出を防止する前側エアシール(26)と、後側エアシール(25)および前側エアシール(26)にエアを供給するエア供給装置(27)とを備えている。 The cooling structure (4) further includes a rear air seal (25) that prevents leakage of the cooling liquid from the rear cooling liquid transfer section (22) by blowing air from both sides of the rear cooling liquid transfer section (22) through the gap between the outer circumferential surface of the main shaft (2) and the inner circumferential surface of the rear flow passage forming member (11), a front air seal (26) that prevents leakage of the cooling liquid from the front cooling liquid transfer section (23) by blowing air from both sides of the front cooling liquid transfer section (23) through the gap between the outer circumferential surface of the main shaft (2) and the inner circumferential surface of the front flow passage forming member (10), and an air supply device (27) that supplies air to the rear air seal (25) and the front air seal (26).
後側エアシール(25)は、ハウジング本体(9)に設けられた後側エア流入路(25a)と、後側エア流入路(25a)に一端部がそれぞれ連なるように後側流路形成部材(11)に設けられた後側第1分岐流路(25b)および後側第2分岐流路(25c)とを有している。後側第1分岐流路(25b)および後側第2分岐流路(25c)の各他端部は、後側冷却液受け渡し部(22)を前後両側から挟むように設けられるとともに、主軸(2)の外周面に径方向外側から対向するように開口しており、各開口部には、環状の前側エア吐出部(25d)および後側エア吐出部(25e)が設けられている。 The rear air seal (25) has a rear air inlet passage (25a) provided in the housing body (9), and a first rear branch passage (25b) and a second rear branch passage (25c) provided in the rear passage forming member (11) such that one end of each is connected to the rear air inlet passage (25a). The other ends of the first rear branch passage (25b) and the second rear branch passage (25c) are provided to sandwich the rear cooling liquid transfer section (22) from both the front and rear sides, and open to face the outer circumferential surface of the main shaft (2) from the radial outside, and each opening is provided with an annular front air discharge section (25d) and a rear air discharge section (25e).
前側エアシール(26)は、前側流路形成部材(10)に設けられた前側エア流入路(26a)と、前側エア流入路(26a)に一端部がそれぞれ連なるように前側流路形成部材(10)に設けられた前側第1分岐流路(26b)および前側第2分岐流路(26c)とを有している。前側第1分岐流路(26b)および前側第2分岐流路(26c)の各他端部は、前側冷却液受け渡し部(23)を前後両側から挟むように設けられるとともに、主軸(2)の外周面に径方向外側から対向するように開口しており、各開口部には、環状の前側エア吐出部(26d)および後側エア吐出部(26e)が設けられている。 The front air seal (26) has a front air inlet (26a) provided in the front flow passage forming member (10), and a front first branch flow passage (26b) and a front second branch flow passage (26c) provided in the front flow passage forming member (10) so that one end of each is connected to the front air inlet (26a). The other ends of the front first branch flow passage (26b) and the front second branch flow passage (26c) are provided to sandwich the front cooling liquid transfer section (23) from both the front and rear sides, and open to face the outer circumferential surface of the main shaft (2) from the radial outside, and each opening is provided with an annular front air discharge section (26d) and a rear air discharge section (26e).
エア供給装置(27)は、後側エア流入路(25a)に連通する後側配管(27a)と、前側エア流入路(26a)に連通する前側配管(27b)と、各配管(27a)(27b)にエアを流入させるエア供給源(27c)とを有している。 The air supply device (27) has a rear pipe (27a) that communicates with the rear air inlet passage (25a), a front pipe (27b) that communicates with the front air inlet passage (26a), and an air supply source (27c) that supplies air to each pipe (27a) and (27b).
冷却液回収・供給装置(24)の戻り経路(30b)には、冷却液だけでなく、エアシール用のエアの一部も流入する。これにより、冷却液がエアシール用のエアに混ざった状態である高圧ミストが発生する。これらの冷却液および高圧ミストは、冷却液供給源(30)に至る前にタンク(31)内に流入する。高圧ミストは、タンク(31)内で広がるとともに、タンク(31)の内面に衝突することによって、その圧力(動圧)を下げ、含まれている冷却液が分離されて、分離し切れなかった冷却液を含んだ低圧ミストとなる。冷却液は、冷却液供給源(30)に送られ、低圧ミストは、気液分離装置(32)を経た後、気体となって大気中に排気される。 Not only the cooling liquid but also some of the air for air sealing flows into the return path (30b) of the cooling liquid recovery and supply device (24). This generates a high-pressure mist in which the cooling liquid is mixed with the air for air sealing. The cooling liquid and high-pressure mist flow into the tank (31) before reaching the cooling liquid supply source (30). The high-pressure mist spreads inside the tank (31) and collides with the inner surface of the tank (31), lowering its pressure (dynamic pressure), separating the cooling liquid contained therein and turning into a low-pressure mist containing the remaining cooling liquid. The cooling liquid is sent to the cooling liquid supply source (30), and the low-pressure mist passes through the gas-liquid separator (32) before becoming a gas and being exhausted into the atmosphere.
図2に示すように、タンク(31)は、底壁(31a)、頂壁(31b)および4つの側壁(31c)(31d)を有する直方体状をなしており、タンク(31)内には、複数枚(図示した例では第1から第3までの3枚)の衝立(33)(34)(35)が設けられている。 As shown in FIG. 2, the tank (31) is a rectangular parallelepiped having a bottom wall (31a), a top wall (31b), and four side walls (31c) and (31d). Inside the tank (31), there are multiple partitions (33), (34), and (35) (three in the illustrated example).
側壁(31c)(31d)のいずれか1つ(図2では右の側壁)(31c)に、冷却液およびミストを流入させる流入口(36)が設けられており、これに対向する側壁(図2では左の側壁)(31d)に、低圧ミストを流出させるミスト流出口(37)が設けられている。また、底壁(31a)のミスト流出口(37)に近い側には、冷却液(ドレイン)を流出させる冷却液流出口(38)が設けられている。 An inlet (36) for the inflow of cooling liquid and mist is provided in one of the side walls (31c) and (31d) (the right side wall in FIG. 2) (31c), and a mist outlet (37) for the outflow of low-pressure mist is provided in the opposing side wall (the left side wall in FIG. 2) (31d). In addition, a cooling liquid outlet (38) for the outflow of cooling liquid (drain) is provided on the side of the bottom wall (31a) close to the mist outlet (37).
第1から第3までの衝立(33)(34)(35)は、流入口(36)が設けられた側壁(31c)とミスト流出口(37)が設けられた側壁(31d)との間に、これらの側壁(31c)(31d)に平行となるようにほぼ等間隔で設けられている。 The first to third partitions (33), (34), (35) are provided between the side wall (31c) in which the inlet (36) is provided and the side wall (31d) in which the mist outlet (37) is provided, and are arranged at approximately equal intervals so as to be parallel to these side walls (31c) and (31d).
第1の衝立(33)は、底壁(31a)との間にミストおよび冷却液通過用の間隙が形成されるように、頂壁(31b)に固定されている。第2の衝立(34)は、頂壁(31b)との間にミスト通過用の間隙が形成されるように、底壁(31a)に固定されている。第2の衝立(34)の下端部には、冷却液通過用の貫通孔(39)が設けられている。第3の衝立(35)は、底壁(31a)との間にミストおよび冷却液通過用の間隙が形成されるように、頂壁(31b)に固定されている。 The first partition (33) is fixed to the top wall (31b) so as to form a gap between the first partition (33) and the bottom wall (31a) for the passage of mist and cooling liquid. The second partition (34) is fixed to the bottom wall (31a) so as to form a gap between the first partition (33) and the bottom wall (31a) for the passage of mist. The second partition (34) has a through hole (39) at its lower end for the passage of cooling liquid. The third partition (35) is fixed to the top wall (31b) so as to form a gap between the first partition (33) and the bottom wall (31a) for the passage of mist and cooling liquid.
上記の冷却構造(4)によると、冷却液は、各送り経路(30a)から第1流入路(21a)に供給され、各主軸内軸方向流路(21d)および各主軸内径方向流路(21e)を通ることで、主軸(2)および軸受(5)(6)(7)(8)を冷却し、流出路(21c)を経て各戻り経路(30b)に流入する。冷却液の供給・排出に際し、回転側冷却液流路と固定側冷却液流路との連通部である後側の冷却液受け渡し部(22)および前側の冷却液受け渡し部(23)では、冷却液の漏出の可能性があるが、この漏出は、後側エアシール(25)および前側エアシール(26)によって防止される。 According to the above cooling structure (4), the cooling liquid is supplied from each feed path (30a) to the first inlet path (21a), passes through each spindle inner axial flow path (21d) and each spindle inner radial flow path (21e), thereby cooling the spindle (2) and bearings (5), (6), (7), and (8), and flows into each return path (30b) via the outlet path (21c). When the cooling liquid is supplied and discharged, there is a possibility of leakage of the cooling liquid from the rear cooling liquid transfer part (22) and the front cooling liquid transfer part (23), which are the communication parts between the rotating side cooling liquid flow path and the fixed side cooling liquid flow path, but this leakage is prevented by the rear air seal (25) and the front air seal (26).
エアシールの効果を高めるためにエア圧を高めた場合、発生するミスト量は増加する。仮に、タンク(31)が無く、冷却液供給源(30)に直接冷却液が戻る場合、冷却液供給源(30)内に高圧ミストが充満し、圧力が増加する。これにより、戻り経路(30b)の背圧が上がるため、エア圧をより高めなければ十分なシールができないという問題が発生する。この場合、エア消費量が増加するだけでなく、ミストも多く発生し作業環境が悪化するという問題がある。 If the air pressure is increased to improve the effectiveness of the air seal, the amount of mist generated increases. If there is no tank (31) and the coolant returns directly to the coolant supply source (30), the coolant supply source (30) will be filled with high-pressure mist and the pressure will increase. This will increase the back pressure in the return path (30b), creating a problem in that sufficient sealing cannot be achieved unless the air pressure is increased. In this case, not only will air consumption increase, but more mist will be generated, causing a problem of a worsening work environment.
これに対し、上記の冷却液回収・供給装置(24)によると、冷却液供給源(30)の上流側に位置するように、戻り経路(30b)にタンク(31)が設けられているので、冷却液(ミストになっていない冷却液)と冷却液がエアシール用のエアに混ざった状態である高圧ミストとは、冷却液供給源(30)に送られる前に、流入口(36)からタンク(31)内に流入する。ミストになっていない冷却液は、自重によってタンク(31)の底壁(31a)上に集められる。高圧ミストは、タンク(31)内で広がってタンク(31)の内面に衝突することで動圧を下げて低圧ミストとなり、この際に、冷却液が高圧ミストから分離する。高圧ミストから分離した冷却液は、自重によりミストになっていない冷却液とともにタンク(31)の底壁(31a)上に集められる。高圧ミストから分離したものを含む冷却液は、冷却液流出口(38)から流出して戻り経路(30b)を介して冷却液供給源(30)に送られる。これにより、戻り経路(30b)には、高圧のエアが流入することはなく、戻り経路(30b)の背圧の上昇が抑えられる。低圧ミストは、ミスト流出口(37)から流出し、気液分離装置(32)に送られ、ここで残留冷却液が除去された気体となって、大気中に排気される。こうして、戻り経路(30b)の圧力上昇が抑えられることで、エアシールで使用する消費エア量を減らすことができるとともに、戻り経路(30b)で発生するミストの量を減らすことができることで、機械の使用環境も改善することができる。 In contrast, according to the above-mentioned cooling liquid recovery and supply device (24), the tank (31) is provided in the return path (30b) so as to be located upstream of the cooling liquid supply source (30), so that the cooling liquid (cooling liquid that has not become a mist) and the high-pressure mist in which the cooling liquid is mixed with the air for the air seal flow into the tank (31) from the inlet (36) before being sent to the cooling liquid supply source (30). The cooling liquid that has not become a mist is collected on the bottom wall (31a) of the tank (31) by its own weight. The high-pressure mist spreads within the tank (31) and collides with the inner surface of the tank (31), reducing the dynamic pressure and becoming a low-pressure mist, at which point the cooling liquid separates from the high-pressure mist. The cooling liquid separated from the high-pressure mist is collected on the bottom wall (31a) of the tank (31) together with the cooling liquid that has not become a mist by its own weight. The cooling liquid, including that separated from the high-pressure mist, flows out of the cooling liquid outlet (38) and is sent to the cooling liquid supply source (30) via the return path (30b). This prevents high-pressure air from flowing into the return path (30b), and suppresses an increase in back pressure in the return path (30b). The low-pressure mist flows out of the mist outlet (37) and is sent to the gas-liquid separator (32), where the residual cooling liquid is removed and the gas is exhausted into the atmosphere. In this way, the increase in pressure in the return path (30b) is suppressed, thereby reducing the amount of air consumed by the air seal, and the amount of mist generated in the return path (30b) can be reduced, improving the operating environment of the machine.
タンク(31)内に設けられた複数枚の衝立(33)(34)(35)によると、流入口(36)から流入した高圧ミストは、タンク(31)の内面および衝立(33)(34)(35)に衝突しながら進み、衝立(33)(34)(35)が追加されたことで、動圧を下げて気体と冷却液に分離する作用が促進される。 The multiple partitions (33), (34), and (35) installed inside the tank (31) allow the high-pressure mist flowing in from the inlet (36) to collide with the inner surface of the tank (31) and the partitions (33), (34), and (35) as it moves forward. The addition of the partitions (33), (34), and (35) reduces the dynamic pressure, facilitating the separation of the mist into gas and coolant.
なお、上記において、気液分離装置(32)は、冷却液供給源(30)に設けても同様の効果を得ることができる。 In addition, the same effect can be obtained even if the gas-liquid separator (32) is provided in the cooling liquid supply source (30).
また、衝立(33)(34)(35)の枚数は、複数枚とすることで効果を高めることができるが、1枚であってもよく、限定されるものではない。衝立(33)(34)(35)の形状についても、特に限定されることはなく、種々の形状が可能である。
上記実施形態の衝立(33)(34)(35)によると、タンク(31)の底壁(31a)に固定されている第2の衝立(34)の下端部に貫通孔(39)が設けられているものの、第1および第3の衝立(33)(35)には、通路となる貫通孔を設ける加工を行う必要がなく、衝立(33)(34)(35)の形状を簡素化することができる。
In addition, the effect can be enhanced by using multiple partitions (33), (34), and (35), but the number of partitions is not limited to one and may be one. There is also no particular limitation on the shape of the partitions (33), (34), and (35), and various shapes are possible.
According to the above embodiment of the partitions (33), (34), and (35), although a through hole (39) is provided at the lower end of the second partition (34) fixed to the bottom wall (31a) of the tank (31), there is no need to process the first and third partitions (33), (35) to provide through holes to serve as passageways, and the shape of the partitions (33), (34), and (35) can be simplified.
(2):主軸
(3):ハウジング
(4):主軸の冷却構造
(5)(6)(7)(8):軸受
(21):冷却液流路
(21a):第1流入路(固定側冷却液流路)
(21b):第2流入路(固定側冷却液流路)
(21c):流出路(固定側冷却液流路)
(21d):主軸内軸方向流路(回転側冷却液流路)
(21e):主軸内径方向流路(回転側冷却液流路)
(21f):主軸内環状流路(回転側冷却液流路)
(21g):前側流路形成部材内環状流路(固定側冷却液流路)
(22)(23):冷却液受け渡し部
(24):冷却液回収・供給装置
(25)(26):エアシール
(27c):エア供給源
(30):冷却液供給源
(30b):戻り経路
(31):タンク
(32):気液分離装置
(33)(34)(35):衝立
(39):貫通孔
(2): Main shaft
(3) Housing
(4) Cooling structure of the main shaft
(5)(6)(7)(8): Bearings
(21): Coolant flow path
(21a): First inflow path (fixed side coolant flow path)
(21b): Second inflow path (fixed side coolant flow path)
(21c): Outflow path (fixed side coolant flow path)
(21d): Axial flow passage in the spindle (rotating side coolant flow passage)
(21e): Spindle inner diameter flow passage (rotating side coolant flow passage)
(21f): Annular passage in the spindle (coolant passage on the rotating side)
(21g): Annular flow passage in front flow passage forming member (fixed side coolant flow passage)
(22)(23): Coolant transfer section
(24) Coolant recovery and supply device
(25)(26): Air seal
(27c): Air supply source
(30): Coolant supply source
(30b): Return route
(31): Tank
(32): Gas-liquid separator
(33)(34)(35):Folding screen
(39): Through hole
Claims (5)
ハウジングに設けられた固定側冷却液流路と、主軸に設けられた回転側冷却液流路と、固定側冷却液流路に主軸を冷却するための冷却液を供給する冷却液供給源と、冷却液供給源から固定側冷却液流路の流入路に冷却液を送る送り経路と、固定側冷却液流路の流出路に連通して冷却液を主軸から冷却液供給源に戻す戻り経路と、固定側冷却液流路端と回転側冷却液流路端との間の冷却液受け渡し部と、冷却液受け渡し部からの冷却液の漏出を防止するエアシールと、エアシールにエアを供給するエア供給源とを備えているものにおいて、
戻り経路上にタンクが設けられており、主軸を冷却した冷却液と冷却液がエアシール用のエアに混ざった状態である高圧ミストとは、冷却液供給源に送られる前にタンク内に流入し、ミストになっていない冷却液は、自重によってタンクの底壁上に集められ、高圧ミストは、タンク内で広がってタンクの内面に衝突することで動圧を下げて低圧ミストとなり、この際に、冷却液が高圧ミストから分離し、高圧ミストから分離した冷却液は、自重によりミストになっていない冷却液とともにタンクの底壁上に集められ、高圧ミストから分離したものを含む冷却液は、戻り経路を介して冷却液供給源に戻され、低圧ミストは、タンクに設けられたミスト流出口から流出するようになされていることを特徴とする工作機械主軸の冷却構造。 A cooling structure for a spindle provided in a machine tool including a spindle and a housing that rotatably supports the spindle via a bearing, comprising:
a cooling liquid supply source for supplying cooling liquid to the fixed side cooling liquid flow path for cooling the spindle, a feed path for sending cooling liquid from the cooling liquid supply source to an inlet path of the fixed side cooling liquid flow path, a return path communicating with an outlet path of the fixed side cooling liquid flow path for returning the cooling liquid from the spindle to the cooling liquid supply source, a cooling liquid transfer section between an end of the fixed side cooling liquid flow path and an end of the rotating side cooling liquid flow path, an air seal for preventing leakage of cooling liquid from the cooling liquid transfer section, and an air supply source for supplying air to the air seal,
A tank is provided on the return path, and the coolant that has cooled the spindle and the high-pressure mist , which is a mixture of the coolant and air for an air seal, flow into the tank before being sent to the coolant supply source , and the coolant that has not become a mist is collected on the bottom wall of the tank by its own weight, and the high-pressure mist spreads inside the tank and collides with the inner surface of the tank , reducing the dynamic pressure and becoming a low-pressure mist, at which point the coolant separates from the high-pressure mist, and the coolant separated from the high-pressure mist is collected on the bottom wall of the tank by its own weight together with the coolant that has not become a mist, the coolant including the one separated from the high-pressure mist is returned to the coolant supply source via the return path , and the low-pressure mist flows out from a mist outlet provided in the tank .
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