JP2004195587A - Main spindle device - Google Patents

Main spindle device Download PDF

Info

Publication number
JP2004195587A
JP2004195587A JP2002366873A JP2002366873A JP2004195587A JP 2004195587 A JP2004195587 A JP 2004195587A JP 2002366873 A JP2002366873 A JP 2002366873A JP 2002366873 A JP2002366873 A JP 2002366873A JP 2004195587 A JP2004195587 A JP 2004195587A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bearing sleeve
housing
spindle device
sleeve
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002366873A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sumio Sugita
澄雄 杉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2002366873A priority Critical patent/JP2004195587A/en
Publication of JP2004195587A publication Critical patent/JP2004195587A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Turning (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a main spindle device having superior damping performance, sliding performance, and a bearing sleeve having high rigidity. <P>SOLUTION: This main spindle device 10 has: the bearing sleeve 14 movably arranged in the axial direction in the rear side of a housing 11; a sleeve housing 15 out-fitted to the bearing sleeve 14; rear stage bearings 12 and 13 fitted in the bearing sleeve 14 and arranged in the rear side of the housing 11; a rotatably supported shaft 19 fitted in the rear stage bearings 12 and 13; and a preload means 16 for applying a preload to the rear stage bearings 12 and 13. Axial dampers 17 and 18 are arranged between the bearing sleeve 14 and the sleeve housing 15 for generating damping force in at least the shaft direction. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械主軸等に用いられる高速主軸に関し、定圧予圧された転がり軸受をもつ主軸装置の定圧予圧機構の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、高速回転する主軸を支持するために、図6に示すようなマシニングセンタ等に使用される定圧予圧の主軸装置が広く知られている。
図6に示した主軸装置100は、前部カバー62,外筒63,後部カバー64,内ハウジング(固定)67,後述するスリーブハウジング71とからなる固定部材であるハウジング61と、ハウジング61の前側に配された前段の一組の組み合わせアンギュラ玉軸受(並列組み合わせ)である軸受65,66と、ハウジング61の後側に支持された後段の一組の組み合わせアンギュラ玉軸受(並列組み合わせ)である軸受68,69とを備えている。
【0003】
また、後段の軸受68,69に外嵌された軸受スリーブ70と、軸受スリーブ70の外周に支持されたスリーブハウジング71と、軸受スリーブ70に装着された予圧ばね72と、軸受65,66,68,69に内嵌された軸73と、軸73にロータ75が固定され、外筒63にステータ76が固定されたモータ74と、軸73内に支持されたドローバー77とから構成される。
また、軸受スリーブ70は、スリーブハウジング71の内径面71aにスライド可能に支持されている。
【0004】
軸受65,66の外輪は、内ハウジング67に外輪押え79によって固定されている。また、軸受68,69の外輪は、軸受スリーブ70に外輪押え78によって固定されている。また、軸受65,66,68,69の内輪は軸73に所定間隔に固定されている。
予圧ばね72は、外輪押え78を介して、軸受スリーブ70を後方に引っ張り、後段の軸受68,69に予圧をかける。その予圧は、軸73を後方に引っ張る方向にも作用するので、軸受65,66にも加わる。
また、軸73に挿入されたドローバー77とクランプユニット77’は、クランプユニット77’先端に工具(不図示)を保持するための機構であるが、公知のため説明は省略する。
【0005】
このような主軸装置100では、モータ74によって軸73が回転する際に、モータ74のロータ75や軸受65,66,68,69が発熱して熱膨張したり、遠心力による作用で軸受の内外輪に相対変位を生じる場合においても、予圧ばね72により軸受スリーブ70が、スリーブハウジング71の内径面71aに対し軸線方向にスライド移動することによって、軸受65,66,68,69に作用する予圧を一定に保つようにしている。
このような定圧予圧機構をもつ主軸装置は、定位置予圧の主軸装置にくらべて高速回転においても予圧荷重が増大しない特徴を有するため、高速回転に使用される。
【0006】
軸受スリーブのスライド方式としては、滑り面方式の他に、ボールを用いたスライド方式(下記特許文献1)や、静圧式スリーブ方式(下記特許文献2)が挙げられる。
【0007】
ところで、高速回転する主軸用の軸受スリーブに要求される機能としては、上述したスライド性の他に、ラジアル剛性及び、振動の減衰性(特にアキシャル方向減衰)が挙げられる。
滑り面方式では、滑り面での摺動であるため、減衰性は良好であるが、ハウジング(スリーブハウジング)と軸受スリーブの外径とが、ある程度の隙間をもって支持されることから、軸受スリーブの傾き等によってスライド不良を起こすことがあった。スライド不良が起きた場合、転がり軸受の予圧荷重に変動が生じ、その結果、焼付きの原因になり得る。
【0008】
また、ボールを用いたスライド方式では、ボール支持のため、スライド性は良好であるが、ラジアル剛性が低く、減衰性が低い。
一方、静圧式スリーブ方式では、スライド性やラジアル剛性について問題点はないが、アキシャル方向の減衰性が低いことがわかった。
そして、軸受スリーブのダンピング性に関しては、下記特許文献3、特許文献4等において開示されている。
【0009】
【特許文献1】
特開昭62−278311号公報
【特許文献2】
特開昭58−46223号公報
【特許文献3】
特開平10−238538号公報
【特許文献4】
特開平8−166018号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した高速回転する主軸装置100においては、軸受スリーブ70のアキシャル共振周波数が軸73,ドローバー77の最高回転数よりも低い場合が多く、アキシャル減衰が弱いと、軸受スリーブ70が軸方向に大きく自励振動し、運転不能状態に陥ってしまう可能性がある。
また、主軸装置100を工作機械用とする場合、軸受スリーブ70の減衰性が悪く、振動を吸収できないと、工作機械における加工面の品質を劣化させてしまう心配がある。
【0011】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、良好な減衰性能及びスライド性能をもち、高い剛性をもつ軸受スリーブを有する主軸装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の主軸装置は、回転自在な軸と、該軸前部に内輪内径面が嵌合した外輪がハウジングに固定の前段軸受と、前記軸後部に内輪内径面が嵌合した後段軸受と、該後段軸受の外輪外径面に外嵌された軸受スリーブに定圧予圧を与える予圧手段と、を備えた主軸装置において、
前記軸受スリーブは前記ハウジング内径に静圧支持されており、前記軸受スリーブと前記ハウジングとの間に、前記軸受スリーブに軸方向の減衰力を発生させるアキシャルダンパを配したことを特徴とする。
【0013】
前記構成の主軸装置によれば、軸受スリーブは静圧軸受構造で支持されているので、軸受スリーブはハウジングの軸線中央に浮くため、良好なスライド性が得られる。
また、静圧軸受における油粘度、圧力、絞り、ポケット等の寸法、軸受隙間等の諸条件を適切に設計することにより、必要なラジアル剛性を確保することができる。そして、アキシャルダンパにより、軸受スリーブがアキシャル方向の減衰性を有するものとなるため、アキシャル方向の自励振動が発生することがない。その結果、良好な減衰性能及びスライド性能をもち、高い剛性をもつ軸受スリーブを有する主軸装置を得ることができる。
【0014】
本発明の請求項2記載の主軸装置は、前記アキシャルダンパが、前記軸受スリーブに装着され、予め定められた潰れ量でもって、前記ハウジングに対して摺動自在に配されたオーリングであることを特徴とする請求項1に記載の主軸装置である。
【0015】
前記構成の主軸装置によれば、アキシャルダンパとしてオーリングを用いれば、オーリングは加工性や汎用性に富むため、複雑な生産工程を必要とせずに、主軸装置を製造することができる。
また、オーリングが予め定められた潰れ量でもってハウジングに摺動自在に配されれば、より大きなアキシャル減衰性能及びスライド性が得られるため、より高い減衰性能及びスライド性能をもち、高い剛性をもつ軸受スリーブを有する主軸装置が得ることができる。
【0016】
本発明の請求項3記載の主軸装置は、前記予圧手段及び前記アキシャルダンパは、油圧ピストンと、該油圧ピストンに圧力を供給する油圧ポンプと、該油圧ポンプと前記油圧ピストンの間に絞りと、を備えた油圧ピストン機構であることを特徴とする請求項1に記載の主軸装置である。
【0017】
前記構成の主軸装置によれば、予圧手段及びアキシャルダンパが、油圧ピストン,油圧ポンプ,油圧ポンプと油圧ピストン間の絞りとを備えた油圧ピストン機構であるので、一層良好な減衰性能及びスライド性能をもち、高い剛性をもつ軸受スリーブを有する主軸装置を得ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の主軸装置の実施形態を図1乃至図5に基づいて詳細に説明する。図1(a)は本発明に係る第1実施形態の主軸装置の要部断面図、図1(b)は図1に示す主軸装置における軸受スリーブ回りの断面図、図2は図1におけるオーリングの潰れ量と減衰率との関係を調べたグラフ、図3(a)は図1におけるオーリングを用いない場合の周波数応答を調べたグラフ、図3(b)は図1におけるオーリングを用いた場合の周波数応答を調べたグラフ、図4(a)は本発明に係る第2実施形態の主軸装置の要部半断面図、図4(b)は図4における主軸装置の要部拡大図である。図5は本発明に係る第3実施形態の主軸装置の断面図である。なお、図1(a)及び図4(a)において、主軸装置の前部は図6に示すものと同様であるため、前部の図示は省略する。また、第2実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号を付すことにより説明を簡略化或いは省略する。
【0019】
図1(a)に示すように、本発明の第1実施形態の主軸装置10は、ハウジング11の後部側に配された後段の一組の転がり軸受12,13と、後段の転がり軸受12,13に外嵌され軸線方向に移動可能に配された軸受スリーブ14と、軸受スリーブ14に外挿されたスリーブハウジング15と、軸受スリーブ14に予圧を与える予圧ばね16と、軸受スリーブ14に装着された第1,第2アキシャルダンパであるOリング17,18と、転がり軸受12,13に内嵌された回転自在に支持された軸19とを備える。
【0020】
ハウジング11のうちの後部ハウジング21及びスリーブハウジング15には、一端部がスリーブハウジング15の内径部に連通しているとともに、他端部が後部ハウジング21の側部に形成された給油口22に連通した給油流路23が形成されている。給油口22には、給油管24が連通接続されている。給油管24は、絞り25、分配器26を通じて油圧ポンプ27に接続されている。
【0021】
後部ハウジング21及びスリーブハウジング15には、給油流路23とは別経路で、一端部がスリーブハウジング15の内径部に連通しているとともに、他端部が後部ハウジング21の側部に形成された排油口28に連通した排油流路29が形成されている。排油口28には、排油管30が連通接続されている。排油管30は、大気圧に開放されたオイルタンク31に接続されている。
【0022】
予圧ばね16は、スリーブハウジング15の後部側の端部に係止されている。予圧ばね16は、外輪押え部材32に当接している。外輪押え部材32は、軸受スリーブ14の後部側端部及び転がり軸受13の外輪に当接しているため、転がり軸受12,13に対して予圧をかける機能を有する。
【0023】
軸受スリーブ14は、静圧軸受として構成される。軸受スリーブ14は、外径がスリーブハウジング15の内径に所定の隙間をもって隙間ばめされている。具体的には、軸受スリーブ14の外径がφ150mmに対し、直径隙間を30〜40μmとしている。
【0024】
軸受スリーブ14の外径面には、ほぼ軸方向中央部において円周上の4個所に第1,第2,第3,第4静圧ポケット33,34,35,36が等配に設けられているとともに、軸受スリーブ両端部において円周方向に凹溝状をなす2個の排油溝37,38が形成されている。
また、4個所の静圧ポケット33,34,35,36は、スリーブハウジング15の給油流路23に対応して配されている。また、各給油経路には、それぞれ絞り25を通じて油圧ポンプ27からの作動油が供給される。供給された作動油は、軸受スリーブ14とスリーブハウジング15との隙間を通り、排油溝37,38から排油流路29を通って排油口28へと流れ、オイルタンク31へ戻される。
【0025】
軸受スリーブ14の外径面には、排油溝37,38の軸方向外側に2個のダンパ取付溝39,40が形成されており、ダンパ取付溝39,40に、第1,第2アキシャルダンパ17,18が装着されている。第1,第2アキシャルダンパ17,18は、円環形状に形成されたオーリング( Oリング)であって、例えば、ニトリルゴム等の合成ゴムを素材として成形されている。
第1,第2アキシャルダンパ17,18は、静圧軸受用の作動油が軸19の内部へ浸入しないように遮断する役目をする他、アキシャル減衰性を得るためのダンパとしての役割を果たすものである。アキシャルダンパ17,18は、Oリングの線径に対して4〜15%のシメ代で装着されている。
【0026】
軸受スリーブ14におけるアキシャル方向の減衰力は、静圧軸受だけでは十分な値を得ることができず、軸受スリーブ14が軸方向に動いた時の流体のせん断応力として、以下の式のように近似した値となる。
アキシャル減衰力 F≒μ・A・v/Δd(N)
ここで、μ:流体の粘性係数(Pa・s)
A:軸受スリーブ14の外径の面積(m2
v:軸受スリーブ14の軸方向速度(m/s)
Δd:軸受スリーブ14の半径隙間(mm)
上記の式により算出した結果、アキシャル減衰力の値は、非常に小さく、実際の高速主軸においては、軸受スリーブ14にアキシャル方向の自励振動が発生する可能性があることがわかったため、アキシャルダンパ17,18の減衰特性を用いている。
【0027】
軸受スリーブ14には、径方向に貫通したノズル取付孔41,42が形成されており、ノズル取付孔41,42にノズル駒43,44が固定されている。ノズル駒43,44は、転がり軸受12,13の軸受空間内に潤滑剤を噴射する。ノズル駒43,44が固定されたノズル取付孔41,42には、ノズル駒43
,44の外側に空間部45,46が形成される。
【0028】
軸受スリーブ14の外径面には、排油溝37,38の内側であって空間部45,46の逆位相の位置に2個のダミー穴47,48が形成されている。ダミー穴47,48が設けられているのは、軸受スリーブ14にノズル駒43,44が挿着されることによって、軸受スリーブ14の外径に空間部45,46が形成され、空間部45,46により静圧軸受の圧力バランスが崩れて軸受スリーブ14がスリーブハウジング15の中央に浮かなくなることがあるので、ノズル駒43,44の逆位相の位置に、空間部45,46と同じ直径のダミー穴47,48を設けて圧力バランスを保つようにするためである。
【0029】
図1(b)に示すように、給油流路23は、後部ハウジング21の側部において周方向の4個所に略等間隔で配されており、4個の静圧ポケット33,34,35,36は、軸受スリーブ14の外径面において給油流路23に対応して円周上の4個所に等間隔に配されている。排油流路29は、第2静圧ポケット34と第3静圧ポケット35との間に配され、ダミー穴47,48は、空間部45,46の逆位相の位置に配されている。なお、排油流路29は、どの位相に設けても良い。
【0030】
このような主軸装置10において、外力等の影響で軸受スリーブ14が第1静圧ポケット33側へ寄せられたとする。そのとき、第1静圧ポケット33側におけるスリーブハウジング15との隙間は小さくなるため、第1静圧ポケット33に流れる油流量が減る。流量が減った結果、絞り25での圧力降下が小さくなるため、第1静圧ポケット33内の圧力が上昇する。
【0031】
これに対して、対向位置の第3静圧ポケット35へ流れる油流量は増えるので、絞りでの圧力降下が大きくなり、第3静圧ポケット35内の圧力は下がり、軸受スリーブ14は寄せられた第1静圧ポケット33とは反対の第4静圧ポケット36方向への力を受ける。この力の作用により、軸受スリーブ14は、常にスリーブハウジング15の中央に浮いた状態を保つことになる。その結果、強いラジアル剛性と、優れたスライド性を保つことができる。
【0032】
なお、絞り25は、軸受スリーブ14が中立の状態(外力のない状態)において、各静圧ポケット33,34,35,36内の圧力が油圧ポンプ27の供給圧力のほぼ50%になるように設定されている。更には、高速回転中は、温度やスリーブの隙間が変化するので、高速回転中に50%の絞り状態となるように絞りを調整することが望ましい。
具体的には、油圧ポンプ27の供給圧力を1.5〜5MPaとし、使用油をVG15〜68のグレードとし、絞り25として内径φ0.3〜1.0mmのステンレス製パイプ(所定の長さに切断したもの)を用いている。このとき、絞り25としてステンレス製パイプを用いることが一般的に安価となるが、静圧軸受の剛性は、絞り25の性能によって大きく左右されるため、高い剛性を必要とする場合には、種々の制御絞りを用いても良い。
【0033】
図2は、アキシャルダンパ17,18の潰れ量を線径(直径)に対するシメ代(%)で換算し、シメ代に対応した減衰率(%)を調べることによって、アキシャルダンパ17,18のしめ代によるアキシャル減衰性能試験のグラフである。
図2の試験では、軸受スリーブ14に対し加振器により軸方向の外力振動を与え、加振力と振動変位の伝達関数を実験的に求め、アキシャル1次モードでの減衰率を算出した。減衰率が大きくなれば、振動の減衰効果が大きくなることを意味する。
【0034】
図2の試験により明らかなように、シメ代(0)に相当するアキシャルダンパ(オーリング)無しの場合、減衰率は3%程度と低くなり、減衰効果はほとんどない。
シメ代を上げていくに従い減衰効果が高くなることがわかる。しかし、シメ代を極端に上げると、減衰効果は大きくなる反面、スライド移動時の摺動抵抗が大きくなってスライド性が低下する。したがって、シメ代としては、Oリング直径の4〜10%とするのが望ましいことが判明した。
【0035】
図3(a),(b)は、アキシャルダンパの減衰効果を確認するため、伝達関数(周波数応答)を調べた試験のグラフである。
図3(a)は、アキシャルダンパ無しの場合であり、図3(b)はしめ代を5%にしたアキシャルダンパを用いた場合である。
試験の結果、アキシャルダンパ無しの場合に比べ、シメ代を5%(0.15mm)にしたアキシャルダンパを用いた場合が、共振点での振動が約12dB(約1/4程度)低くなることが判明した。
【0036】
第1実施形態の主軸装置10によれば、軸線方向に移動可能に配された軸受スリーブ14とスリーブハウジング15との間に、少なくとも軸方向に減衰力を発生させるアキシャルダンパ17,18が配されている。
更に、軸受スリーブ14は、静圧軸受構造により支持されている。これにより、軸受スリーブ14はスリーブハウジング15の軸線中央に浮くため、良好なスライド性が得られる。また、静圧軸受における油粘度、圧力、絞り、ポケット等の寸法、軸受隙間等の諸条件を適切に設計することにより、必要なラジアル剛性を確保することができる。そして、アキシャルダンパ17,18により、軸受スリーブ14が、減衰性を有するものとなるため、アキシャル方向の自励振動が発生することがない。その結果、良好な減衰性能及びスライド性能をもち、高い剛性をもつ軸受スリーブを有する主軸装置が得ることができる。
【0037】
また、アキシャルダンパ17,18としてオーリングを用いていることにより、加工性や汎用性に富むため、複雑な生産工程を必要とせずに、主軸装置を製造することができる。そして、アキシャルダンパ17,18となるオーリングが、予め定められた潰れ量でもってスリーブハウジング15に摺動自在に配されれば、より大きなアキシャル減衰性能及びスライド性が得られるため、より高い減衰性能及びスライド性能をもち、高い剛性をもつ軸受スリーブを有する主軸装置が得ることができる。
【0038】
次に、本発明の第2実施形態の主軸装置について説明する。
図4(a)に示す主軸装置50は、第1実施形態の主軸装置10のアキシャルダンパ17,18に、滑り摩擦式のアキシャルダンパ51を付加したものである。
図4(b)に示すように、滑り摩擦式のアキシャルダンパ51は、外輪押え部材32の外径面に配された板部材52と、後部ハウジング21の円周上に等間隔で4個所配されていて後部ハウジング21の径方向に配されたプランジャ53とからなる。
【0039】
板部材52は、円周上の複数箇所に配されて、後部ハウジング21の内径面にねじ54によって固定されている。外輪押え部材32は軸受スリーブ14に固定されている。
プランジャ53は、付勢ばね55を介してケース56内に収容されており、付勢ばね55に蓄積された所定の弾性反発力により、板部材52を外輪押え部材32の径方向に押圧する。これにより、軸受スリーブ14が軸方向に振動すると、板部材52と外輪押え部材32が相対変位し、プランジャの押圧による板部材52と外輪押え部材32間の固体摩擦力によって、スリーブ14に減衰力が生じる。
【0040】
滑り摩擦式のアキシャルダンパ51は、板部材52と、プランジャ53とから、少ない部品点数で簡潔に構成されるため、比較的安価に、軸受スリーブ14におけるスライド性を妨げることなく、優れた減衰特性を得ることができる。
ここで、板部材52と外輪押え部材32の外径面との間には、滑りが生じるので、その摩耗対策として、板部材52を工具鋼の焼入れ品とし、外輪押え部材32に対して耐摩耗性のための鍍金やコーティングを施すことが望ましい。本実施形態においては、板部材52として、厚さ0.3mmのSK材(Hrc50)薄板を用い、付勢ばね55の付勢力を10〜200Nとした。
【0041】
第2実施形態の主軸装置50によれば、軸線方向に移動可能に配された軸受スリーブ14とスリーブハウジング15との間に、少なくとも軸方向に減衰力を発生させるアキシャルダンパ17,18が配され、更に滑り摩擦式のアキシャルダンパ51が配されている。
したがって、付加されたアキシャルダンパ51により、アキシャル方向の減衰特性をさらに向上させるため、良好な減衰性能及びスライド性能をもち、高い剛性をもつ軸受スリーブを有する主軸装置を得ることができる。
なお、本アキシャルダンパは、外部より容易にばねの押し付け力を変えることができるため、減衰力を最適な値に調整し易いという特徴も持つ。
【0042】
次に、本発明の第3実施形態の主軸装置について説明する。
図5に示す主軸装置70は、ハウジング11前部を形成する外筒9の内径面に内ハウジング7が内嵌されており、内ハウジング7の内径面に軸線方向に移動可能に配された軸受スリーブ14が内挿されている。
そして、図中左側から1,2列目の組み合わせアンギュラ玉軸受12,12と、3,4列目の組み合わせアンギュラ玉軸受13,13が、軸受スリーブ14内径面で定圧予圧されている。
【0043】
第3実施形態の主軸装置70によれば、軸受スリーブ14と内ハウジング7との間に、少なくとも軸方向に減衰力を発生させるオーリングであるアキシャルダンパ17a,17b,18が配されている。
また、軸受スリーブ14は、静圧軸受構造で支持されている。これにより、軸受スリーブ14は内ハウジング7の軸線中央に浮くため、良好なスライド性が得られる。また、静圧軸受における油粘度、圧力、絞り、ポケット等の寸法、軸受隙間等の諸条件を適切に設計することにより、必要なラジアル剛性を確保することができる。そして、アキシャルダンパ17a,17b,18により、軸受スリーブ14が、減衰性を有するものとなるため、アキシャル方向の自励振動が発生することがない。その結果、良好な減衰性能及びスライド性能をもち、高い剛性をもつ軸受スリーブを有する主軸装置が得ることができる。
【0044】
一方、円筒ころ軸受57は、軸19の後端部をサポートして軸19を安定に回転させ、かつモータローラ発熱等による軸19の伸びを吸収する。
軸受スリーブ14は、静圧ポケット等を図示していないが、上記第1実施形態と同様に内ハウジング7内面に対して静圧軸受をなしている。
また、軸受スリーブ14は、油圧ピストンを兼ねている。油圧ポンプ27の圧力が絞り25を介してスリーブ受圧面58に作用する構成となっており、スリーブ受圧面58に作用した油圧により軸受スリーブ14を後方に押して、軸受12,12,13,13に予圧を付与する構成である。
なお、油圧ポンプ27が全く作動しなくなった場合においても、予圧を与えてある程度の回転性能を維持するため、補助用予圧ばね16によって必要な予圧荷重が与えられている。
【0045】
油圧ポンプ27からの油圧は、絞り25を介してスピンドル外部及び内部に設けられた給油管24を通してスリーブ油圧室59に伝わる。軸受スリーブ14が速度をもって移動しない場合、油(作動油)は流れず押圧されるだけであるから、絞り25での圧力変化はなく、油圧ポンプ27の圧力とスリーブ油圧室59の圧力とは等しくなる。これにより、所望の予圧を得るための必要圧力の算出は容易である。
仮に、軸受スリーブ14が振動を受けて、図中左側に急激に動いたときを考える。このとき、スリーブ油圧室59の容積は減るため、油圧室内の作動油は押し出されて油圧ポンプ27方向に逆戻りしようとする。その際、作動油は絞り25を通過しなければならないため、スリーブ油圧室59の圧力が上がる。つまり、軸受スリーブ14は左側に動かされないように左側方向から抵抗力を受ける。
同様に、軸受スリーブ14が右側に動こうとするときは、右側方向から抵抗を受ける。すなわち、軸受スリーブ14にはアキシャル減衰力が働き、アキシャルダンパを兼ねた予圧付与機構となっている。
この構成により、シンプルで強力な減衰をもち、ラジアル剛性が高く、スライド性の良い軸受スリーブ構造が可能となり、低振動でかつ高速回転が可能な主軸装置を得ることができる。
【0046】
上記第1,2実施形態のOリングや摩擦式ダンパの場合、摩擦力より大きな減衰力を得ることができないため、大きな振動が発生した際、減衰が不十分となる場合もあるが、本実施形態では振動の大きさに略比例した大きな減衰力を得ることができる。反面、小さな振動に対しては減衰力が殆ど発生しない。
そこで、小さな振動でも固体摩擦力の減衰力を発生させられる上記第2実施形態と組み合わせると、さらに好適な主軸装置を得ることができる。
【0047】
なお、油圧ポンプ27の圧力は、受圧面の面積及び必要とされる予圧荷重の関係から、通常0.05〜0.5MPaと低い圧力で済むため、油圧ポンプとして圧縮エアを油圧に変換するピストン式の安価なポンプを用いることができる。
また、絞り25は上記第1実施形態の静圧軸受に用いるのと同様な低コストな細径のステンレスパイプを用いることができる。この絞り25の設計に際しては、絞りが強い程得られる減衰が高くなるが、通常の運転における軸受スリーブ14の運動を妨げない程度とするのが良い。つまり、軸19が停止から最高回転まで最大加速(又は逆の急減速)するのに要する時間(通常数秒)と、その際に遠心力の作用によって軸受スリーブ14が移動する移動量(本実施形態では、φ70mmのアンギュラ玉軸受で30000rpmの場合、約0.15mm)から算出される軸受スリーブ14の移動速度において、予圧荷重に比して大きな力を発生しないよう絞り25を設計するのが好ましい。
また、本実施形態では、軸受スリーブ14と油圧ピストンは一体であったが、油圧ピストンを別に設けて軸受スリーブ14を押す構成としても良い。
【0048】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。例えば、給油流路、排油流路及び静圧ポケットの数については限定されず、4個の他、6個や8個の複数個設けても良い。
また、第1実施形態に示したアキシャルダンパの数についても限定しない。例えば、軸受スリーブの両端部に2個づつのアキシャルダンパを配置しても良い。
また、第1実施形態に示したアキシャルダンパの素材として、ニトリルゴムに代えて、アクリルゴム,シリコンゴム,フッ素ゴム等の合成ゴム等や天然ゴムを用いても良い。更に、長期未使用時のOリングの凝着を防ぐためのコーティングを施したOリングを用いても良い。
また、第2実施形態に示したアキシャルダンパとして、付勢ばねに代えて、密閉したケース内に油や空気等を封入した流体ダンパを用いても良い。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の主軸装置によれば、軸線方向に移動可能に配された軸受スリーブとハウジングとの間に、軸方向に減衰力を発生させるアキシャルダンパが配されるので、軸受スリーブは静圧軸受の構造とされる。したがって、軸受スリーブはハウジングの軸線中央に浮くため、良好なスライド性が得られる。
また、静圧軸受における油粘度、圧力、絞り、ポケット等の寸法、軸受隙間等の諸条件を適切に設計することにより、必要なラジアル剛性を確保することができる。そして、アキシャルダンパにより、軸受スリーブがアキシャルダンパ機能を有するものとなるため、アキシャル方向の自励振動が発生することがなく、良好な減衰性能及びスライド性能をもち、高い剛性をもつ軸受スリーブを有する主軸装置が得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明に係る第1実施形態の主軸装置の要部断面図、(b)は(a)における軸受スリーブ回りの断面図である。
【図2】図1におけるオーリングの潰れ量と減衰率との関係を調べたグラフである。
【図3】(a)は主軸装置においてオーリングを用いない場合の周波数応答を調べたグラフ、(b)は図1におけるオーリングを用いた場合の周波数応答を調べたグラフである。
【図4】(a)は本発明に係る第2実施形態の主軸装置の要部断面図、(b)は(a)における主軸装置の要部拡大図である。
【図5】本発明に係る第3実施形態の主軸装置の断面図である。
【図6】従来の主軸装置の断面図である。
【符号の説明】
9 外筒(第1ハウジング)
10,50 主軸装置
11 ハウジング
12,13 転がり軸受(後段軸受)
14 軸受スリーブ
15 スリーブハウジング(第2ハウジング)
16 予圧ばね(予圧手段)
17,17a,17b,18,51 アキシャルダンパ
19 軸
25 絞り
27 油圧ポンプ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-speed spindle used for a machine tool spindle or the like, and relates to an improvement in a constant-pressure preload mechanism of a spindle device having a rolling bearing that has been pre-pressed at a constant pressure.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a constant-pressure preload spindle device used for a machining center or the like as shown in FIG. 6 for supporting a spindle rotating at a high speed is widely known.
The spindle device 100 shown in FIG. 6 includes a housing 61 as a fixing member including a front cover 62, an outer cylinder 63, a rear cover 64, an inner housing (fixed) 67, and a sleeve housing 71 described later, and a front side of the housing 61. The bearings 65 and 66 are a set of combined angular contact ball bearings (parallel combination) arranged in the front stage, and the bearings are a set of combined angular contact ball bearings (parallel combination) supported on the rear side of the housing 61. 68 and 69 are provided.
[0003]
Further, a bearing sleeve 70 externally fitted to the subsequent bearings 68, 69, a sleeve housing 71 supported on the outer periphery of the bearing sleeve 70, a preload spring 72 mounted on the bearing sleeve 70, and bearings 65, 66, 68. , 69, a motor 74 in which a rotor 75 is fixed to the shaft 73 and a stator 76 is fixed to the outer cylinder 63, and a drawbar 77 supported in the shaft 73.
Further, the bearing sleeve 70 is slidably supported on the inner diameter surface 71 a of the sleeve housing 71.
[0004]
The outer rings of the bearings 65 and 66 are fixed to the inner housing 67 by an outer ring retainer 79. The outer rings of the bearings 68 and 69 are fixed to the bearing sleeve 70 by an outer ring retainer 78. The inner rings of the bearings 65, 66, 68, 69 are fixed to the shaft 73 at predetermined intervals.
The preload spring 72 pulls the bearing sleeve 70 rearward through the outer ring retainer 78 to apply a preload to the bearings 68 and 69 at the subsequent stage. The preload acts on the bearings 65 and 66 because the preload acts in the direction of pulling the shaft 73 backward.
Further, the draw bar 77 and the clamp unit 77 'inserted into the shaft 73 are mechanisms for holding a tool (not shown) at the tip of the clamp unit 77', but their description is omitted because they are known.
[0005]
In such a spindle device 100, when the shaft 73 is rotated by the motor 74, the rotor 75 and the bearings 65, 66, 68, and 69 of the motor 74 generate heat and thermally expand. Even in the case where a relative displacement occurs in the wheel, the preload acting on the bearings 65, 66, 68, 69 is reduced by the bearing sleeve 70 sliding in the axial direction with respect to the inner diameter surface 71 a of the sleeve housing 71 by the preload spring 72. I try to keep it constant.
A spindle device having such a constant-pressure preload mechanism is used for high-speed rotation because it has a feature that the preload does not increase even at high-speed rotation as compared with a spindle device of fixed-position preload.
[0006]
As the sliding method of the bearing sleeve, in addition to the sliding surface method, a sliding method using a ball (Patent Document 1 below) and a hydrostatic sleeve method (Patent Document 2 below) are exemplified.
[0007]
By the way, the functions required of the bearing sleeve for the main shaft rotating at high speed include, besides the above-mentioned slidability, radial rigidity and vibration damping property (particularly, axial damping).
In the sliding surface method, since the sliding is performed on the sliding surface, the damping property is good. However, since the housing (sleeve housing) and the outer diameter of the bearing sleeve are supported with a certain gap, the bearing sleeve is not supported. Sliding failure may occur due to inclination or the like. When a slide failure occurs, the preload of the rolling bearing fluctuates, and as a result, seizure may be caused.
[0008]
Further, in the sliding method using a ball, since the ball is supported, the sliding property is good, but the radial rigidity is low and the damping property is low.
On the other hand, in the static pressure type sleeve system, it was found that there was no problem in the sliding property and the radial rigidity, but the damping property in the axial direction was low.
The damping properties of the bearing sleeve are disclosed in Patent Documents 3 and 4 below.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-62-278311
[Patent Document 2]
JP-A-58-46223
[Patent Document 3]
JP-A-10-238538
[Patent Document 4]
JP-A-8-166018
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the main shaft device 100 that rotates at a high speed, the axial resonance frequency of the bearing sleeve 70 is often lower than the maximum rotation speed of the shaft 73 and the draw bar 77. If the axial damping is weak, the bearing sleeve 70 moves in the axial direction. There is a possibility that large self-excited vibrations will occur and the vehicle will fall into an operation impossible state.
Further, when the spindle device 100 is used for a machine tool, if the bearing sleeve 70 has poor damping properties and cannot absorb vibration, there is a concern that the quality of the machined surface of the machine tool may be degraded.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a spindle device having a high-rigidity bearing sleeve having good damping performance and sliding performance.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a spindle device, wherein a rotatable shaft, a front stage bearing in which an outer ring having an inner ring inner surface fitted to a front portion of the shaft is fixed to a housing, and an inner ring inner surface being fitted to the rear portion of the shaft. A main shaft device comprising: a rear-stage bearing, and a preload means for applying a constant-pressure preload to a bearing sleeve externally fitted to an outer-diameter outer surface of the rear-stage bearing.
The bearing sleeve is statically supported by the inner diameter of the housing, and an axial damper for generating an axial damping force in the bearing sleeve is disposed between the bearing sleeve and the housing.
[0013]
According to the spindle device having the above-described configuration, since the bearing sleeve is supported by the hydrostatic bearing structure, the bearing sleeve floats at the center of the housing axis, so that good slidability is obtained.
In addition, necessary radial rigidity can be secured by appropriately designing various conditions such as the oil viscosity, pressure, the size of the throttle, the pocket, and the like, and the bearing clearance in the hydrostatic bearing. Further, the axial damper causes the bearing sleeve to have an axial damping property, so that self-excited vibration in the axial direction does not occur. As a result, it is possible to obtain a spindle device having a high-rigidity bearing sleeve having good damping performance and sliding performance.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the spindle device, the axial damper is an O-ring mounted on the bearing sleeve and slidably disposed with respect to the housing with a predetermined amount of collapse. The spindle device according to claim 1, wherein:
[0015]
According to the spindle device having the above-described configuration, when the O-ring is used as the axial damper, the O-ring is rich in workability and versatility, so that the spindle device can be manufactured without requiring a complicated production process.
In addition, if the O-ring is slidably disposed on the housing with a predetermined amount of crushing, greater axial damping performance and slidability can be obtained. A spindle device having a bearing sleeve having the same can be obtained.
[0016]
The spindle device according to claim 3 of the present invention, wherein the preload means and the axial damper are a hydraulic piston, a hydraulic pump for supplying pressure to the hydraulic piston, a throttle between the hydraulic pump and the hydraulic piston, The spindle device according to claim 1, wherein the main shaft device is a hydraulic piston mechanism provided with:
[0017]
According to the spindle device having the above configuration, the preload means and the axial damper are hydraulic piston mechanisms each including a hydraulic piston, a hydraulic pump, and a throttle between the hydraulic pump and the hydraulic piston. In addition, a spindle device having a bearing sleeve having high rigidity can be obtained.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a spindle device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1A is a sectional view of a main part of a spindle device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a sectional view around a bearing sleeve in the spindle device shown in FIG. 1, and FIG. 3A is a graph showing the relationship between the amount of crushing of the ring and the damping rate, FIG. 3A is a graph showing the frequency response when the O-ring in FIG. 1 is not used, and FIG. 3B is a graph showing the O-ring in FIG. FIG. 4A is a half-sectional view of a main part of a spindle device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is an enlarged view of a main part of the spindle device in FIG. FIG. FIG. 5 is a sectional view of a spindle device according to a third embodiment of the present invention. 1 (a) and 4 (a), the front part of the spindle device is the same as that shown in FIG. 6, so that illustration of the front part is omitted. Further, in the second embodiment, members and the like having the same configurations and operations as the members and the like already described are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be simplified or omitted.
[0019]
As shown in FIG. 1A, a spindle device 10 according to a first embodiment of the present invention includes a pair of rear-stage rolling bearings 12 and 13 disposed on the rear side of a housing 11 and a pair of rear-stage rolling bearings 12 and 13. A bearing sleeve 14 externally fitted to the sleeve 13 and movably arranged in the axial direction, a sleeve housing 15 extrapolated to the bearing sleeve 14, a preload spring 16 for applying a preload to the bearing sleeve 14, and mounted on the bearing sleeve 14. O-rings 17 and 18 as first and second axial dampers, and a rotatably supported shaft 19 fitted inside the rolling bearings 12 and 13.
[0020]
One end of the rear housing 21 and the sleeve housing 15 of the housing 11 communicates with the inner diameter of the sleeve housing 15, and the other end communicates with an oil supply port 22 formed on a side of the rear housing 21. A refueling flow path 23 is formed. An oil supply pipe 24 is connected to the oil supply port 22. The oil supply pipe 24 is connected to a hydraulic pump 27 through a throttle 25 and a distributor 26.
[0021]
One end of the rear housing 21 and the sleeve housing 15 is communicated with the inner diameter of the sleeve housing 15 and the other end is formed on a side of the rear housing 21 in a path different from the oil supply passage 23. An oil discharge passage 29 communicating with the oil discharge port 28 is formed. An oil drain pipe 30 is connected to the oil drain port 28. The oil drain pipe 30 is connected to an oil tank 31 opened to the atmospheric pressure.
[0022]
The preload spring 16 is locked at the rear end of the sleeve housing 15. The preload spring 16 is in contact with the outer ring pressing member 32. Since the outer ring holding member 32 is in contact with the rear end of the bearing sleeve 14 and the outer ring of the rolling bearing 13, it has a function of applying a preload to the rolling bearings 12 and 13.
[0023]
The bearing sleeve 14 is configured as a hydrostatic bearing. The outer diameter of the bearing sleeve 14 is fitted to the inner diameter of the sleeve housing 15 with a predetermined gap. Specifically, the outer diameter of the bearing sleeve 14 is φ150 mm, and the diameter gap is 30 to 40 μm.
[0024]
On the outer diameter surface of the bearing sleeve 14, first, second, third, and fourth static pressure pockets 33, 34, 35, and 36 are provided at four locations on the circumference at a substantially central portion in the axial direction and are evenly provided. In addition, two oil drain grooves 37 and 38 are formed at both ends of the bearing sleeve in a circumferential groove shape.
The four static pressure pockets 33, 34, 35, 36 are arranged corresponding to the oil supply passage 23 of the sleeve housing 15. In addition, hydraulic oil from a hydraulic pump 27 is supplied to each oil supply path through a throttle 25. The supplied hydraulic oil flows through the gap between the bearing sleeve 14 and the sleeve housing 15, flows from the oil drain grooves 37 and 38 to the oil drain 28 through the oil drain channel 29, and returns to the oil tank 31.
[0025]
On the outer diameter surface of the bearing sleeve 14, two damper attachment grooves 39, 40 are formed axially outside the oil drain grooves 37, 38, and the first and second axials are formed in the damper attachment grooves 39, 40. Dampers 17 and 18 are mounted. The first and second axial dampers 17 and 18 are O-rings (O-rings) formed in an annular shape, and are formed using, for example, synthetic rubber such as nitrile rubber.
The first and second axial dampers 17 and 18 not only serve to block the working oil for the hydrostatic bearing from entering the inside of the shaft 19 but also serve as dampers for obtaining axial damping. It is. The axial dampers 17 and 18 are mounted with a shim allowance of 4 to 15% of the wire diameter of the O-ring.
[0026]
The axial damping force in the bearing sleeve 14 cannot be sufficiently obtained only by the hydrostatic bearing. The shear stress of the fluid when the bearing sleeve 14 moves in the axial direction is approximated by the following equation. Value.
Axial damping force F ≒ μ ・ A ・ v / Δd (N)
Here, μ: viscosity coefficient of fluid (Pa · s)
A: Area of outer diameter of bearing sleeve 14 (m Two )
v: axial velocity of bearing sleeve 14 (m / s)
Δd: Radial gap of bearing sleeve 14 (mm)
As a result of the calculation using the above equation, it was found that the value of the axial damping force was very small, and in an actual high-speed spindle, there was a possibility that self-excited vibration in the axial direction would occur in the bearing sleeve 14. 17 and 18 are used.
[0027]
The bearing sleeve 14 is formed with nozzle mounting holes 41 and 42 penetrating in the radial direction, and the nozzle pieces 43 and 44 are fixed to the nozzle mounting holes 41 and 42. The nozzle pieces 43 and 44 inject lubricant into the bearing spaces of the rolling bearings 12 and 13. Nozzle pieces 43, 44 are fixed to the nozzle mounting holes 41, 42, respectively.
, 44 are formed with spaces 45, 46 outside.
[0028]
Two dummy holes 47 and 48 are formed on the outer diameter surface of the bearing sleeve 14 inside the oil drain grooves 37 and 38 and at the opposite phase positions of the spaces 45 and 46. The reason why the dummy holes 47 and 48 are provided is that the space portions 45 and 46 are formed in the outer diameter of the bearing sleeve 14 by the nozzle pieces 43 and 44 being inserted into the bearing sleeve 14. Since the pressure balance of the hydrostatic bearing may be lost due to 46 and the bearing sleeve 14 may not float at the center of the sleeve housing 15, a dummy having the same diameter as the space portions 45 and 46 may be provided at the opposite phase positions of the nozzle pieces 43 and 44. This is because holes 47 and 48 are provided to maintain pressure balance.
[0029]
As shown in FIG. 1B, the oil supply passages 23 are arranged at substantially equal intervals at four circumferential positions on the side of the rear housing 21, and the four static pressure pockets 33, 34, 35, Reference numerals 36 are arranged at equal intervals at four locations on the circumference corresponding to the oil supply passage 23 on the outer diameter surface of the bearing sleeve 14. The oil drain passage 29 is disposed between the second static pressure pocket 34 and the third static pressure pocket 35, and the dummy holes 47 and 48 are disposed at positions in opposite phases of the spaces 45 and 46. The oil drain passage 29 may be provided at any phase.
[0030]
In such a spindle device 10, it is assumed that the bearing sleeve 14 is moved toward the first static pressure pocket 33 due to the influence of an external force or the like. At this time, the gap between the first static pressure pocket 33 and the sleeve housing 15 is reduced, so that the flow rate of the oil flowing through the first static pressure pocket 33 is reduced. As a result of the decrease in the flow rate, the pressure drop in the throttle 25 is reduced, so that the pressure in the first static pressure pocket 33 is increased.
[0031]
On the other hand, since the flow rate of the oil flowing to the third static pressure pocket 35 at the opposed position increases, the pressure drop at the throttle increases, the pressure in the third static pressure pocket 35 decreases, and the bearing sleeve 14 is moved. It receives a force in the direction of the fourth static pressure pocket 36 opposite to the first static pressure pocket 33. By the action of this force, the bearing sleeve 14 always keeps floating in the center of the sleeve housing 15. As a result, strong radial rigidity and excellent slidability can be maintained.
[0032]
The restrictor 25 is arranged so that the pressure in each of the static pressure pockets 33, 34, 35, 36 becomes approximately 50% of the supply pressure of the hydraulic pump 27 when the bearing sleeve 14 is in a neutral state (in a state where there is no external force). Is set. Furthermore, since the temperature and the gap between the sleeves change during high-speed rotation, it is desirable to adjust the aperture so as to achieve a 50% aperture state during high-speed rotation.
Specifically, the supply pressure of the hydraulic pump 27 is set to 1.5 to 5 MPa, the oil used is set to a grade of VG15 to 68, and the throttle 25 is a stainless steel pipe having an inner diameter of 0.3 to 1.0 mm (to a predetermined length). Cut). At this time, it is generally inexpensive to use a stainless steel pipe as the throttle 25, but the rigidity of the hydrostatic bearing is greatly affected by the performance of the throttle 25. May be used.
[0033]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of crushing of the axial dampers 17 and 18 in terms of the shrinkage (%) with respect to the wire diameter (diameter), and examining the attenuation rate (%) corresponding to the amount of shrinkage. It is a graph of the axial damping performance test according to a substitute.
In the test shown in FIG. 2, an external force vibration in the axial direction was applied to the bearing sleeve 14 by a vibrator, the transfer function of the vibrating force and the vibration displacement was experimentally obtained, and the damping rate in the axial primary mode was calculated. The higher the damping rate, the greater the vibration damping effect.
[0034]
As is clear from the test of FIG. 2, when there is no axial damper (O-ring) corresponding to the shrinkage allowance (0), the attenuation rate is as low as about 3%, and there is almost no attenuation effect.
It can be seen that the damping effect increases as the shrinkage increases. However, when the shrinkage is extremely increased, the damping effect is increased, but the sliding resistance during the sliding movement is increased, and the sliding property is reduced. Therefore, it was found that it is desirable to set the shrinkage margin to 4 to 10% of the O-ring diameter.
[0035]
FIGS. 3A and 3B are graphs of tests for examining a transfer function (frequency response) in order to confirm the damping effect of the axial damper.
FIG. 3A shows a case without an axial damper, and FIG. 3B shows a case using an axial damper with a staking allowance of 5%.
As a result of the test, the vibration at the resonance point is lower by about 12 dB (about 1/4) when the axial damper having the shim allowance of 5% (0.15 mm) is used than the case without the axial damper. There was found.
[0036]
According to the spindle device 10 of the first embodiment, the axial dampers 17, 18 that generate a damping force at least in the axial direction are arranged between the bearing sleeve 14 and the sleeve housing 15 that are arranged to be movable in the axial direction. ing.
Further, the bearing sleeve 14 is supported by a hydrostatic bearing structure. As a result, the bearing sleeve 14 floats at the center of the axis of the sleeve housing 15, so that good slidability is obtained. In addition, necessary radial rigidity can be secured by appropriately designing various conditions such as the oil viscosity, pressure, the size of the throttle, the pocket, and the like, and the bearing clearance in the hydrostatic bearing. Further, the axial dampers 17 and 18 cause the bearing sleeve 14 to have a damping property, so that self-excited vibration in the axial direction does not occur. As a result, it is possible to obtain a spindle device having a bearing sleeve having high rigidity, which has good damping performance and sliding performance.
[0037]
In addition, since the O-rings are used as the axial dampers 17 and 18, the workability and versatility are enhanced, so that the spindle device can be manufactured without requiring a complicated production process. If the O-rings serving as the axial dampers 17 and 18 are slidably disposed on the sleeve housing 15 with a predetermined crush amount, greater axial damping performance and slidability can be obtained, so that higher damping is achieved. A spindle device having a bearing sleeve having high rigidity, having high performance and sliding performance can be obtained.
[0038]
Next, a spindle device according to a second embodiment of the present invention will be described.
The spindle device 50 shown in FIG. 4A is obtained by adding a sliding friction type axial damper 51 to the axial dampers 17 and 18 of the spindle device 10 of the first embodiment.
As shown in FIG. 4B, four sliding friction axial dampers 51 are provided at equal intervals on a plate member 52 disposed on the outer diameter surface of the outer ring pressing member 32 and on the circumference of the rear housing 21. And a plunger 53 arranged in the radial direction of the rear housing 21.
[0039]
The plate members 52 are arranged at a plurality of locations on the circumference and are fixed to the inner diameter surface of the rear housing 21 by screws 54. The outer ring holding member 32 is fixed to the bearing sleeve 14.
The plunger 53 is housed in a case 56 via an urging spring 55, and presses the plate member 52 in the radial direction of the outer ring pressing member 32 by a predetermined elastic repulsive force accumulated in the urging spring 55. As a result, when the bearing sleeve 14 vibrates in the axial direction, the plate member 52 and the outer ring pressing member 32 are relatively displaced, and the damping force is applied to the sleeve 14 by the solid frictional force between the plate member 52 and the outer ring pressing member 32 due to the pressing of the plunger. Occurs.
[0040]
The axial friction damper 51 of the sliding friction type is simply composed of a plate member 52 and a plunger 53 with a small number of parts, so that it is relatively inexpensive and has excellent damping characteristics without hindering the slidability of the bearing sleeve 14. Can be obtained.
Here, since slippage occurs between the plate member 52 and the outer diameter surface of the outer ring pressing member 32, as a countermeasure against the wear, the plate member 52 is made of a quenched product of tool steel and is resistant to the outer ring pressing member 32. It is desirable to apply plating or coating for abrasion. In the present embodiment, a 0.3 mm thick SK material (Hrc50) thin plate is used as the plate member 52, and the biasing force of the biasing spring 55 is set to 10 to 200N.
[0041]
According to the spindle device 50 of the second embodiment, the axial dampers 17, 18 that generate a damping force at least in the axial direction are arranged between the bearing sleeve 14 and the sleeve housing 15 that are arranged to be movable in the axial direction. Further, an axial damper 51 of a sliding friction type is provided.
Therefore, the added axial damper 51 further improves the axial damping characteristics, so that it is possible to obtain a spindle device having a high-rigidity bearing sleeve having good damping performance and sliding performance.
The axial damper also has a feature that the pressing force of the spring can be easily changed from the outside, so that the damping force can be easily adjusted to an optimum value.
[0042]
Next, a spindle device according to a third embodiment of the present invention will be described.
The main shaft device 70 shown in FIG. 5 has a bearing in which the inner housing 7 is fitted inside the inner diameter surface of the outer cylinder 9 forming the front part of the housing 11, and is movably arranged in the axial direction on the inner diameter surface of the inner housing 7. Sleeve 14 is inserted.
The combined angular contact ball bearings 12 and 12 in the first and second rows and the combined angular contact ball bearings 13 and 13 in the third and fourth rows from the left side in the drawing are preloaded with a constant pressure on the inner surface of the bearing sleeve 14.
[0043]
According to the spindle device 70 of the third embodiment, the axial dampers 17a, 17b, 18 which are O-rings for generating a damping force at least in the axial direction are arranged between the bearing sleeve 14 and the inner housing 7.
The bearing sleeve 14 is supported by a hydrostatic bearing structure. As a result, the bearing sleeve 14 floats at the center of the axis of the inner housing 7, so that good slidability is obtained. In addition, necessary radial rigidity can be secured by appropriately designing various conditions such as the oil viscosity, pressure, the size of the throttle, the pocket, and the like, and the bearing clearance in the hydrostatic bearing. And, the axial dampers 17a, 17b, 18 make the bearing sleeve 14 have a damping property, so that self-excited vibration in the axial direction does not occur. As a result, it is possible to obtain a spindle device having a bearing sleeve having high rigidity, which has good damping performance and sliding performance.
[0044]
On the other hand, the cylindrical roller bearing 57 supports the rear end of the shaft 19, stably rotates the shaft 19, and absorbs the elongation of the shaft 19 due to heat generated by a motor roller.
The bearing sleeve 14 does not show a static pressure pocket or the like, but forms a static pressure bearing on the inner surface of the inner housing 7 as in the first embodiment.
The bearing sleeve 14 also serves as a hydraulic piston. The pressure of the hydraulic pump 27 is applied to the sleeve pressure receiving surface 58 via the throttle 25, and the oil pressure applied to the sleeve pressure receiving surface 58 pushes the bearing sleeve 14 backward, so that the bearings 12, 12, 13, and 13 are pressed. This is a configuration for applying a preload.
Even if the hydraulic pump 27 does not operate at all, a necessary preload is applied by the auxiliary preload spring 16 in order to maintain a certain rotational performance by applying a preload.
[0045]
The hydraulic pressure from the hydraulic pump 27 is transmitted to the sleeve hydraulic chamber 59 through the throttle 25 through the oil supply pipe 24 provided outside and inside the spindle. When the bearing sleeve 14 does not move at a high speed, the oil (hydraulic oil) does not flow and is merely pressed. Therefore, there is no pressure change at the throttle 25, and the pressure of the hydraulic pump 27 and the pressure of the sleeve hydraulic chamber 59 are equal. Become. This makes it easy to calculate the pressure required to obtain the desired preload.
Suppose that the bearing sleeve 14 is suddenly moved to the left in the drawing due to the vibration. At this time, since the volume of the sleeve hydraulic chamber 59 is reduced, the hydraulic oil in the hydraulic chamber is pushed out and tends to return toward the hydraulic pump 27. At that time, since the hydraulic oil must pass through the throttle 25, the pressure in the sleeve hydraulic chamber 59 increases. That is, the bearing sleeve 14 receives a resistance force from the left side so as not to be moved to the left side.
Similarly, when the bearing sleeve 14 moves to the right, it receives resistance from the right. That is, an axial damping force acts on the bearing sleeve 14, and the bearing sleeve 14 is a preload applying mechanism that also serves as an axial damper.
With this configuration, a bearing sleeve structure having simple and strong damping, high radial rigidity, and good slidability can be obtained, and a spindle device capable of low-vibration and high-speed rotation can be obtained.
[0046]
In the case of the O-rings and the friction dampers of the first and second embodiments, since a damping force larger than the frictional force cannot be obtained, the damping may be insufficient when a large vibration occurs. In the embodiment, a large damping force substantially proportional to the magnitude of the vibration can be obtained. On the other hand, almost no damping force is generated for a small vibration.
Therefore, when combined with the second embodiment in which the damping force of the solid frictional force can be generated even with a small vibration, a more suitable spindle device can be obtained.
[0047]
Note that the pressure of the hydraulic pump 27 can be normally as low as 0.05 to 0.5 MPa due to the relationship between the area of the pressure receiving surface and the required preload, so a piston that converts compressed air into hydraulic pressure as a hydraulic pump can be used. Inexpensive pumps of the type can be used.
The throttle 25 can be a low-cost, small-diameter stainless steel pipe similar to that used for the hydrostatic bearing of the first embodiment. In designing the throttle 25, the attenuation obtained is higher as the throttle is stronger, but it is preferable that the damper 25 does not hinder the movement of the bearing sleeve 14 in normal operation. That is, the time (usually several seconds) required for the shaft 19 to perform the maximum acceleration (or the reverse rapid deceleration) from the stop to the maximum rotation, and the movement amount in which the bearing sleeve 14 moves by the action of the centrifugal force (this embodiment) In this case, it is preferable to design the throttle 25 so that a large force is not generated as compared with the preload at the moving speed of the bearing sleeve 14 calculated from an angular ball bearing having a diameter of 70 mm in the case of 30,000 rpm (about 0.15 mm).
Further, in the present embodiment, the bearing sleeve 14 and the hydraulic piston are integrated, but a configuration in which a hydraulic piston is separately provided to push the bearing sleeve 14 may be adopted.
[0048]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate modifications and improvements can be made. For example, the numbers of the oil supply passages, the oil discharge passages, and the static pressure pockets are not limited, and may be six or eight other than four.
Further, the number of the axial dampers shown in the first embodiment is not limited. For example, two axial dampers may be arranged at both ends of the bearing sleeve.
Further, as the material of the axial damper shown in the first embodiment, synthetic rubber such as acrylic rubber, silicon rubber, fluorine rubber or the like, or natural rubber may be used instead of nitrile rubber. Further, an O-ring provided with a coating for preventing adhesion of the O-ring when not used for a long period of time may be used.
Further, as the axial damper shown in the second embodiment, a fluid damper in which oil, air, or the like is sealed in a sealed case may be used instead of the biasing spring.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the spindle device of the present invention, the axial damper that generates the damping force in the axial direction is disposed between the housing and the bearing sleeve movably disposed in the axial direction. Is a structure of a hydrostatic bearing. Therefore, since the bearing sleeve floats at the center of the axis of the housing, good slidability can be obtained.
In addition, necessary radial rigidity can be secured by appropriately designing various conditions such as the oil viscosity, pressure, the size of the throttle, the pocket, and the like, and the bearing clearance in the hydrostatic bearing. The axial damper allows the bearing sleeve to have the axial damper function, so that self-excited vibration in the axial direction does not occur, and the bearing sleeve has good damping performance and sliding performance, and has a high rigidity. A spindle device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
1A is a sectional view of a main part of a spindle device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view around a bearing sleeve in FIG.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of collapse of the O-ring and the attenuation rate in FIG.
3A is a graph illustrating a frequency response when an O-ring is not used in a spindle device, and FIG. 3B is a graph illustrating a frequency response when an O-ring is used in FIG. 1;
FIG. 4A is a sectional view of a main part of a spindle device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is an enlarged view of a main part of the main spindle device in FIG.
FIG. 5 is a sectional view of a spindle device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a conventional spindle device.
[Explanation of symbols]
9 outer cylinder (first housing)
10,50 spindle device
11 Housing
12,13 Rolling bearing (later stage bearing)
14 Bearing sleeve
15 Sleeve housing (second housing)
16 Preload spring (preload means)
17, 17a, 17b, 18, 51 Axial damper
19 axes
25 Aperture
27 Hydraulic pump

Claims (3)

回転自在な軸と、該軸前部に内輪内径面が嵌合した外輪がハウジングに固定の前段軸受と、前記軸後部に内輪内径面が嵌合した後段軸受と、該後段軸受の外輪外径面に外嵌された軸受スリーブに定圧予圧を与える予圧手段と、を備えた主軸装置において、
前記軸受スリーブは前記ハウジング内径に静圧支持されており、前記軸受スリーブと前記ハウジングとの間に、前記軸受スリーブに軸方向の減衰力を発生させるアキシャルダンパを配したことを特徴とする主軸装置。
A rotatable shaft, a front-stage bearing in which an outer ring with an inner ring inner surface fitted to the front portion of the shaft is fixed to the housing, a rear-stage bearing with an inner ring inner surface fitted in the rear portion of the shaft, and an outer ring outer diameter of the rear-stage bearing A preload means for applying a constant preload to the bearing sleeve externally fitted on the surface,
A spindle device wherein the bearing sleeve is supported by the inner diameter of the housing under a static pressure, and an axial damper for generating an axial damping force in the bearing sleeve is provided between the bearing sleeve and the housing. .
前記アキシャルダンパは、前記軸受スリーブに装着され、予め定められた潰れ量でもって、前記ハウジングに対して摺動自在に配されたオーリングであることを特徴とする請求項1に記載の主軸装置。2. The spindle device according to claim 1, wherein the axial damper is an O-ring mounted on the bearing sleeve and slidably disposed with respect to the housing with a predetermined amount of collapse. 3. . 前記予圧手段及び前記アキシャルダンパは、油圧ピストンと、該油圧ピストンに圧力を供給する油圧ポンプと、該油圧ポンプと前記油圧ピストンの間に絞りと、を備えた油圧ピストン機構であることを特徴とする請求項1に記載の主軸装置。The preload means and the axial damper are a hydraulic piston mechanism including a hydraulic piston, a hydraulic pump that supplies pressure to the hydraulic piston, and a throttle between the hydraulic pump and the hydraulic piston. The spindle device according to claim 1.
JP2002366873A 2002-12-18 2002-12-18 Main spindle device Pending JP2004195587A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002366873A JP2004195587A (en) 2002-12-18 2002-12-18 Main spindle device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002366873A JP2004195587A (en) 2002-12-18 2002-12-18 Main spindle device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004195587A true JP2004195587A (en) 2004-07-15

Family

ID=32763946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002366873A Pending JP2004195587A (en) 2002-12-18 2002-12-18 Main spindle device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004195587A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009028803A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 Nsk Ltd Main spindle apparatus
CN103506637A (en) * 2012-06-19 2014-01-15 株式会社捷太格特 Spindel unit
JP2015178167A (en) * 2014-02-28 2015-10-08 日本精工株式会社 Main spindle device
JP2015178168A (en) * 2014-02-28 2015-10-08 日本精工株式会社 Main spindle device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009028803A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 Nsk Ltd Main spindle apparatus
CN103506637A (en) * 2012-06-19 2014-01-15 株式会社捷太格特 Spindel unit
CN103506637B (en) * 2012-06-19 2017-09-01 株式会社捷太格特 Main shaft device
JP2015178167A (en) * 2014-02-28 2015-10-08 日本精工株式会社 Main spindle device
JP2015178168A (en) * 2014-02-28 2015-10-08 日本精工株式会社 Main spindle device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106062395B (en) Main shaft device
EP0214505B1 (en) Spindle support systems
US5052694A (en) Hydrostatic face seal and bearing
US20100215475A1 (en) Vacuum Pump
JP5767119B2 (en) Lance unit and spindle with lance unit
EP1104504A1 (en) Hydrodynamic journal bearing
CA2383530C (en) Combined radial-axial slide bearing
US20110299806A1 (en) Spindle, shaft supporting device and method of supporting a rotatable shaft
JP2012117659A (en) Self-compensating hydrostatic journal bearing
JP4835484B2 (en) Spindle device
JP2004195587A (en) Main spindle device
JP2005076858A (en) Rotary distribution valve and lubricating device
JP2010276197A (en) Hydraulic end float regulator
JP2002130589A (en) Spindle lubrication device
JP2000237902A (en) Main shaft device
JPH06341431A (en) Variable pre-load device of rolling bearing
JP2001315041A (en) Main-spindle device
JP6779349B1 (en) Rotary work head using sliding thrust bearing device and sliding thrust bearing device
JP4853419B2 (en) Spindle device
JPH0681835A (en) Rotary machine with automatic retreating axial abutting mechanism by flexible film receiving action of fluid pressure
KR100246309B1 (en) Pre-pressure change device of main shaft bearing
JP6824349B1 (en) A method of attaching a sliding member to the bearing ring of a sliding radial bearing device, a sliding radial bearing device, and a rotary work head using the sliding radial bearing device.
JPH05240250A (en) Static pressure fluid bearing device
JP2000280102A (en) Damper device of spindle
US9194425B2 (en) Device of the axial-directional oil chamber of hydrostatic spindle

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20051031

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060325

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Effective date: 20071128

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

A977 Report on retrieval

Effective date: 20081208

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20081216

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Effective date: 20090202

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090324