工作機械高速主軸用内部通液回転継手の開発

ファインセラミックスに代表される難削材を高能率に切削,研削加工するための周辺技術の一つに,切削液や研削液を加工機の主軸内を通して工具内側から高圧噴射する方法がある。この場合,高速回転する加工機主軸内に外部より高圧に加圧された切削液や研削液を供給するための回転継手が必要となる。これまでに主軸通液用に使用されている回転継手では,そのほとんどが通液の漏れ防止部分にメカニカルシール等の接触式シールを採用しているが,高速主軸に対しては,磨耗の進行が急速で適用できないのが現状である。本研究では,従来の接触式シールを利用した回転継手では適用不可能な高速回転条件においても十分に使用可能な,新しい機構を有する非接触シールタイプの工作機械主軸通液用高速回転継手を試作し,その理論的ならびに実験的解析を行った。まず非接触回転継手の主要部分である,空気静圧軸受を応用した非接触シール部分の流れの状態を有限要素法により解析し,非接触シール部分の形状・寸法や軸回転速度と通液流体の漏れの関係を明かにした。つぎに,以上の解析結果にもとづいて,非接触シール形回転継手を設計し試作し,これを高速主軸に取付け,性能評価を実施した。その結果,試作開発したスピンドルスルー型回転継手では,従来困難であった主軸回転数3万rpmまでの高速回転において使用可能であることが確認された。また非接触シール部に静圧空気軸受の機構を応用した結果,クーラント漏洩量を供給流量の約5%以下に抑制することができ,シール部分の摩耗も抑制できた。以上の結果から,本研究で開発した主軸通液用高速回転継手は,実用の工作機械に対して十分に適用可能なものと考えられる。

ファインセラミックスに代表される難削材を高能率に切削,研削加工するための周辺技術の一つに,切削液や研削液を加工機の主軸内を通して工具内側から高圧噴射する方法がある。この場合,高速回転する加工機主軸内に外部より高圧に加圧された切削液や研削液を供給するための回転継手が必要となる。これまでに主軸通液用に使用されている回転継手では,そのほとんどが通液の漏れ防止部分にメカニカルシール等の接触式シールを採用しているが,高速主軸に対しては,磨耗の進行が急速で適用できないのが現状である。本研究では,従来の接触式シールを利用した回転継手では適用不可能な高速回転条件においても十分に使用可能な,新しい機構を有する非接触シールタイプの工作機械主軸通液用高速回転継手を試作し,その理論的ならびに実験的解析を行った。まず非接触回転継手の主要部分である,空気静圧軸受を応用した非接触シール部分の流れの状態を有限要素法により解析し,非接触シール部分の形状・寸法や軸回転速度と通液流体の漏れの関係を明かにした。つぎに,以上の解析結果にもとづいて,非接触シール形回転継手を設計し試作し,これを高速主軸に取付け,性能評価を実施した。その結果,試作開発したスピンドルスルー型回転継手では,従来困難であった主軸回転数3万rpmまでの高速回転において使用可能であることが確認された。また非接触シール部に静圧空気軸受の機構を応用した結果,クーラント漏洩量を供給流量の約5%以下に抑制することができ,シール部分の摩耗も抑制できた。以上の結果から,本研究で開発した主軸通液用高速回転継手は,実用の工作機械に対して十分に適用可能なものと考えられる。