專利名稱：裝有冷卻機構的機床的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及裝有用于抑制機械的熱變形的冷卻機構的機床。
背景技術：
在由主軸頭及立柱等來構成機床的結構物上，由主軸電機等發(fā)熱體散發(fā)的熱導致的熱變形是成為加工精度下降原因的一個重要問題。在熱變形問題中，特別是主軸頭或引導該主軸頭移動的立柱等的姿勢變化，由于伴隨著傾斜，所以，在坐標軸上利用矯正平行方向變位的熱變位矯正程序是不可能矯正的。根據(jù)主軸電機等發(fā)熱體產(chǎn)生的熱，如果主軸頭或立柱出現(xiàn)傾斜，那么主軸的軸線也會傾斜，且安裝在主軸上的工具(刀具)也會傾斜，其結果會導致加工精度下降。
為了防止這種姿勢變化，以往所採用的方法是直接冷卻發(fā)熱體、或抑制從發(fā)熱體對周圍結構物的熱傳導。
例如，已經(jīng)公知的有，由機內電機來驅動主軸，沿著該機內電機的定子外圓周約一周、在軸向以一定間隔形成多條截面積較大的空氣通道，從截面積較小的噴出口對各個空氣通道噴射壓縮空氣，通過利用壓縮空氣的絕熱膨脹帶來的溫度下降來來冷卻作為發(fā)熱源的機內電機，這樣，由于防止了來自發(fā)熱源的熱傳導給機床的主軸頭或立柱等其他結構物，因而也就防止了立柱的熱變形。(參照日本特開平5-138493號公報)。
另外，已經(jīng)公知的還有，在內裝了主軸電機的主軸頭與引導該主軸頭的移動的立柱之間配置的主軸頭基體上，設置使被冷卻的冷卻流體進行循環(huán)的冷卻流體用通道，利用該冷卻流體來隔斷主軸電機中產(chǎn)生的熱傳導給其他部件，以此來抑制主軸等的姿勢變化(參照日本實開平5-74749號公報)。
再則，已經(jīng)公知的還有，在主軸電機與安裝了主軸的主軸箱之間安裝一個冷卻法蘭盤，使冷卻油在該冷卻法蘭盤內循環(huán)，以此來隔斷主軸電機中產(chǎn)生的熱傳給主軸座(參照日本實開昭63-179048號公報)。
在直接冷卻主軸電機等發(fā)熱體的情況下，如上述特開平5-138493號公報所示，其冷卻裝置做成包入發(fā)熱體的形狀，具有增大體積的傾向。另外，由于必須除去與發(fā)熱體散發(fā)的熱相同的熱量，所以為防止冷卻劑的溫度過度地上升，有時而則需要具有溫度管理裝置等外圍設備。
另一方面，如上述實開平5-74749號公報及實開昭63-179048號公報所示，為了抑制從發(fā)熱體向周圍結構物的熱傳導，在其傳導的路徑中設置冷卻機構來抑制熱傳導的情況下，由于可以抑制對限定方向的熱傳導，其除去的熱量較少，而且在熱傳導途中若以單純地流過冷卻劑的方法其冷卻效率也低。

發(fā)明內容
本發(fā)明是裝有冷卻機構的機床，該冷卻機構設置在上述機床的從發(fā)熱體向該發(fā)熱體周圍的結構物之熱傳導路徑的途中。該冷卻機構利用氣體的絕熱膨脹形成的冷卻效應來抑制由上述發(fā)熱體對上述結構物的熱傳導。
根據(jù)本發(fā)明，裝有冷卻機構的機床咳采用以下形態(tài)。
上述發(fā)熱體是指主軸電機，上述結構物是指主軸頭，上述主軸電機與主軸頭通過裝有上述冷卻機構的部件結合在一起。
上述機床是指，與其主軸連結的主軸電機內裝于主軸頭內的內裝式機床，上述發(fā)熱體是主軸電機，上述冷卻機構設置在連結上述機床的立柱與主軸頭的主軸底座的、靠近主軸電機的部分上。
上述冷卻機構具有，一端有進氣口、另一端有排氣口的冷卻通道，和利用大氣壓把高壓氣體從上述進氣口通入冷卻通道內的氣體供給裝置。而且，上述冷氣通道隨著從進氣口向排氣口其截面積逐步加大，進入到上述冷卻通道內的氣體在通過冷卻通道時進行絕熱膨脹并被冷卻。
根據(jù)本發(fā)明，由于作為冷卻劑的氣體通過絕熱膨脹來進行冷卻，利用這點來抑制從發(fā)熱體向其他部件的熱傳導，因此，與單純流過冷卻劑氣體相比較能有效地抑制熱傳導，可防止主軸頭或立柱等機床結構物的姿勢變化，從而可提高加工精度。


本發(fā)明上述的及其他目的和特征，可通過參照附圖對以下實施例的說明更加清楚。其中，圖1是表示本發(fā)明的裝有冷卻機構的機床的第1實施例的主要部分的圖。
圖2是圖1的機床的冷卻法蘭盤的截面圖。
圖3是表示本發(fā)明的裝有冷卻機構的機床的第2實施例的主要部分的圖，該機床是機內電機式的機床。
圖4是圖3所示的主軸頭底座的、靠近電機10a部分的截面圖。
具體實施例方式
實施例1以下，參照圖1及圖2說明本發(fā)明的裝有冷卻機構的機床第1實施例。
本實施例的機床是將與主軸做成不同部件來設置的電機作為主軸電機1的自動換刀數(shù)控機床。如圖1所示，主軸頭2的主軸頭底座5被立柱(未圖示)導向，在圖1中的上下方向移動。主軸電機1通過冷卻法蘭盤3安裝在該主軸頭2上，依靠主軸電機1的驅動來驅動主軸頭2內的主軸(未圖示)。
圖2是表示冷卻法蘭盤3的、在與主軸電機1的旋轉軸軸心垂直方向的截面圖。該冷卻法蘭盤3的厚度是20～30mm左右，形成了內部可通過冷卻劑為空氣等氣體的冷卻通道4。該冷卻通道4是螺旋形狀，一端有進氣口4a，另一端有氣體排出口4b，其截面積做成隨著從進氣口4a向氣體排出口4b逐步加大。另外，圖2中的符號6是表示主軸電機1的電機軸(未圖示)通過的孔。另外，用于將高壓氣體從未圖示的壓縮機等的高壓氣體供給源導入到該冷卻通道4內的管子7連接在進氣口4a上。
該機床(自動換刀數(shù)控機床)運轉時，從高壓氣體供給源(未圖示)通過管子7將比大氣壓的壓力高的氣體(空氣等)壓入到冷卻通道4內。在主軸電機1被驅動后由該電機1散發(fā)出的熱通過冷卻法蘭盤傳導給主軸頭2，但進入到冷卻法蘭盤3內的高壓氣體因冷卻通道4的截面積向氣體排出口逐步加大而進行絕熱膨脹使溫度下降，其結果，由冷卻法蘭盤3吸收熱，對由主軸1所產(chǎn)生的熱的傳導路徑進行冷卻。這樣就抑制了對主軸頭2的熱傳導。
如上上述，根據(jù)本實施例，與單純利用使冷卻劑高壓氣體通過冷卻法蘭盤3進行冷卻不同，由于冷卻通道的截面積隨著趨向氣體排出口4b而逐步加大，氣體在絕熱膨脹后被冷卻，利用這點加大了冷卻效果，從而能更可靠地防止由主軸電機1產(chǎn)生的熱傳給主軸頭等其他結構物。
實施例2以下，參照圖3及圖4對本發(fā)明的裝有冷卻機構的機床的第2實施例進行說明。
本實施例的機床是指機內電機式的機床。在機內電機式的機床上，由主軸電機及軸承產(chǎn)生的熱傳給電機軸、主軸頭及立柱后形成熱膨脹。電機軸只是在長度方向延伸，因而很難成為產(chǎn)生傾斜的原因，但是，當熱傳給主軸頭或立柱時，則成為機體傾斜的原因。
因此，本實施例中，如圖3所示，主軸頭10是由主軸電機10a和主軸(未圖示)一體構成的，在其主軸頭10的主軸頭底座11的、靠近電機10a的部分上設置了冷卻通道12。
圖4是將圖3所示的主軸頭底座11的、靠近電機10a的部分沿與主軸電機1的旋轉軸軸心垂直的方向切斷時的截面圖。另一方面，圖4所示的主軸頭底座11(一部分)的A-A截面是用圖3的斜線表示的主軸頭底座11(一部分)。
如圖4所示，設置在主軸頭底座11的靠近電機10a部分上的冷卻通道12是螺旋形狀，一端有進氣口12a，另一端有氣體排出口12b，其截面積做成隨著從進氣口12a趨向氣體排出口12b逐步加大。從未圖示的高壓氣體供給源供給高壓氣體的管子13連接在進氣口12a上。
當機床運轉時，從高壓氣體供給源(未圖示)供給的比大氣壓的壓力高的高壓氣體通過管子13從進氣口12a壓入到冷卻通道12內。由于冷卻通道12其截面積隨著趨向氣體排出口12b而逐步加大，所以冷卻通道12內的氣體在絕熱膨脹后被冷卻。這樣就抑制了機內電機(主軸電機)或軸承所產(chǎn)生的熱對主軸頭底座或立柱的熱傳導。
如上上述，本發(fā)明的冷卻機構利用冷卻劑氣體的絕熱膨脹帶來的溫度下降來抑制熱傳導，在主軸電機、機內電機等發(fā)熱源和機床的其他結構物之間配置的部件上，形成了構成冷卻機構的其截面積逐步加大的冷卻通道，這樣不僅可以使冷卻劑氣體通過該冷卻通道，還能有效地阻止并抑制熱傳導。
另外，在上述的各個實施例中，雖將抑制熱傳導的發(fā)熱體設定為主軸電機，但作為發(fā)熱體不限定于主軸電機，當具有對加工精度等具有影響之類的發(fā)熱體(各種電機等)時，在該發(fā)熱體與其他結構物之間也可以設置本發(fā)明上述的冷卻機構。
權利要求
1.一種裝有冷卻機構的機床，其特征在于，上述冷卻機構設置在從上述機床的發(fā)熱體向該發(fā)熱體周圍的結構物的熱傳導路徑的途中，利用氣體絕熱膨脹形成的冷卻效應來抑制從上述發(fā)熱體對上述結構物的熱傳導。
2.如權利要求1所述的裝有冷卻機構的機床，其特征在于，上述發(fā)熱體是主軸電機，上述結構物是主軸頭，而且，上述主軸電機與上述主軸頭是通過具有上述冷卻機構的部件結合的。
3.如權利要求1所述的裝有冷卻機構的機床，其特征在于，上述機床是與其主軸連結的主軸電機被內裝在主軸頭內的內裝式機床，上述發(fā)熱體是該主軸電機，上述冷卻機構設置在連結上述機床的立柱與主軸頭的主軸底座的靠近主軸電機的部分上。
4.如權利要求1～3中任何一項所述的裝有冷卻機構的機床，其特征在于，上述冷卻機構具有一端有進氣口，另一端有排氣口的冷卻通道；和將比大氣壓的壓力高的氣體從上述進氣口壓入冷卻通道內的氣體供給裝置，上述冷卻通道的截面積隨著從上述進氣口向排氣口逐步加大，進入到上述冷卻通道內的氣體在通過冷卻通道時進行絕熱膨脹而被冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及裝有冷卻機構的機床。作為發(fā)熱體的主軸電機和具有由該主軸電機驅動的主軸的主軸頭通過冷卻法蘭盤進行連結。在該冷卻法蘭盤上，從進氣口到氣體排出口具有截面積逐步加大的冷卻通道。當高壓氣體從進氣口壓入進冷卻通道時，由于該高壓氣體利用截面積逐步增加的冷卻通道進行絕熱膨脹而被冷卻，所以利用該冷卻蘭盤(3)可抑制由主軸電機產(chǎn)生的熱傳導給主軸頭。
文檔編號F28F13/08GK1663742SQ200510008510
公開日2005年9月7日 申請日期2005年2月18日 優(yōu)先權日2004年3月4日
發(fā)明者小島邦夫, 山中惠子 申請人:發(fā)那科株式會社