JP2011148015A - Main spindle device and machine tool with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主軸装置及びそれを備えた工作機械に関し、より詳細には、門形マシニングセンタの主軸ヘッドに取り付けられる主軸装置及びそれを備えた一般工作機械又は複合加工工作機械に関する。 The present invention relates to a spindle device and a machine tool including the spindle device, and more particularly to a spindle device attached to a spindle head of a portal machining center and a general machine tool or a multi-tasking machine tool including the spindle device.
従来、大物ワークと工具との三次元的な相対移動によって、切削、穴あけ等の加工を行なう複合加工工作機械として、例えば、ワークを取り付けたテーブルを直進往復運動させると共に、工具を有する主軸をX軸、Y軸、Z軸方向に制御する門形マシニングセンタが使用されている。 Conventionally, as a multi-tasking machine tool that performs machining such as cutting and drilling by three-dimensional relative movement between a large workpiece and a tool, for example, a table to which a workpiece is attached is reciprocated linearly, and a spindle having a tool is set to X A portal machining center that controls in the direction of the axis, Y axis, and Z axis is used.
門形マシニングセンタでは、2つのコラムによって支持されたクロスレールにサドルが取り付けられ、サドルに対して上下方向に移動するラムの端部に主軸ヘッドが取り付けられ、さらに、この主軸ヘッドの2本の支持アームにブラケットを介してモータビルトイン式の主軸装置が旋回可能に取り付けられる。 In a portal machining center, a saddle is attached to a cross rail supported by two columns, a spindle head is attached to the end of a ram that moves vertically with respect to the saddle, and two spindle heads are supported. A motor built-in spindle device is pivotally attached to the arm via a bracket.
モータビルトイン式の主軸装置として、図7は、特許文献1に記載の主軸装置100の構造を示している。
FIG. 7 shows a structure of a
図7に示す主軸装置100は、ロータ101が固定される回転軸102と、ステータ103が固定されるハウジング104と、を備える。そして、ハウジング104の周壁の内部に、回転軸102に平行な冷却流体の通路105を形成することで、冷却ジャケットを有するステータスリーブを不要とし、装置の小型化を図っている。また、この主軸装置100では、回転軸102を支持する前側軸受106及び後側軸受107は、ステータ103のエンドコイル103aの内側に配置されている。
A
ところで、マシニングセンタに取り付けられる主軸装置は、旋回しながら使用されるため、旋回半径を小さくするように主軸全長を短くすることが望まれている。また、主軸装置では、交換部品である前側軸受のメンテナンス性を向上することが望まれる。同時に、主軸装置では、高速回転や高速時の振動低減も望まれる。 Incidentally, since the spindle device attached to the machining center is used while turning, it is desired to shorten the entire length of the spindle so as to reduce the turning radius. Further, in the spindle device, it is desired to improve the maintainability of the front bearing which is a replacement part. At the same time, in the spindle device, high-speed rotation and vibration reduction at high speed are also desired.
しかしながら、特許文献1の主軸装置は、前側軸受106及び後側軸受107がステータ103のエンドコイル103aの内側に配置されることで、軸受間のスパンは短くすることはできるが、主軸全長を短くすることについては記載されておらず、また、具体的な前側軸受106及び後側軸受107の組み付けや、前側軸受106のメンテナンスについても記載されていない。
However, in the spindle device of Patent Document 1, the front bearing 106 and the
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸の軸方向長さを短くして、主軸全長の短縮を図るとともに、前側軸受を引き抜く際に良好なメンテナンス性が得られ、高速に回転可能で、且つ高速時の振動低減も図ることができる主軸装置及びそれを備えた工作機械を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the object thereof is to shorten the axial length of the rotating shaft to shorten the entire length of the main shaft, and to maintain good maintenance when pulling out the front bearing. Thus, it is possible to provide a spindle device that can rotate at high speed and can reduce vibration at high speed, and a machine tool including the spindle device.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 回転軸が前側及び後側軸受を介してハウジングに回転自在に支持されるとともに、前記回転軸がビルトインモータによって回転駆動される主軸装置であって、
前記回転軸には、前記前側軸受と前記ビルトインモータのロータ間に肩部が形成され、前記回転軸の肩部と前記前側軸受の内輪との間には内輪間座が配置されており、
前記回転軸の肩部は、前記ビルトインモータのステータのエンドコイルの工具側端面よりステータ寄りに位置し、
前記肩部と前記内輪間座の当接する端面の周囲には、前記内輪間座の端面が臨む空間部が形成されていることを特徴とする主軸装置。
(2)前記内輪間座の外径は、前記肩部の外径より大きいことを特徴とする(1)に記載の主軸装置。
(3) 前記回転軸の肩部には、バランス修正用のタップ穴が斜めに形成されており、前記ハウジングには、該ハウジングの外部から前記タップ穴まで直線状に形成される、バランス修正用工具を挿入可能な工具挿入部が形成されることを特徴とする(1)または(2)に記載の主軸装置。
(4) 前記回転軸は、前記肩部と前記ロータの工具側端面との間に、前記ロータの外径と略等しい外径寸法を有するフランジ部を有し、
前記空間部は、前記フランジ部より小径の前記肩部と、前記内輪間座の工具側端面に形成された小径部の少なくとも一方によって形成されていることを特徴とする(2)又は(3)に記載の主軸装置。
(5) (1)から(4)のいずれかに記載の主軸装置と、該主軸装置を旋回するチルト機構と、を備えることを特徴とする工作機械。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) A main shaft device in which a rotating shaft is rotatably supported by a housing via front and rear bearings, and the rotating shaft is rotationally driven by a built-in motor,
The rotary shaft has a shoulder formed between the front bearing and the rotor of the built-in motor, and an inner ring spacer is disposed between the shoulder of the rotary shaft and the inner ring of the front bearing,
The shoulder of the rotating shaft is located closer to the stator than the tool side end surface of the end coil of the built-in motor stator,
A spindle device characterized in that a space portion is formed around the end surface where the shoulder portion and the inner ring spacer come into contact with each other so as to face the end surface of the inner ring spacer.
(2) The spindle device according to (1), wherein an outer diameter of the inner ring spacer is larger than an outer diameter of the shoulder portion.
(3) A balance correction tap hole is obliquely formed in the shoulder of the rotating shaft, and the housing is formed in a straight line from the outside of the housing to the tap hole. The spindle apparatus according to (1) or (2), wherein a tool insertion portion into which a tool can be inserted is formed.
(4) The rotating shaft has a flange portion having an outer diameter dimension substantially equal to the outer diameter of the rotor between the shoulder portion and the tool side end surface of the rotor.
The space portion is formed by at least one of the shoulder portion having a smaller diameter than the flange portion and a small diameter portion formed on a tool side end surface of the inner ring spacer (2) or (3). Spindle device described in 1.
(5) A machine tool comprising: the spindle device according to any one of (1) to (4); and a tilt mechanism that rotates the spindle device.
本発明によれば、回転軸には、前側軸受とビルトインモータのロータ間に肩部が形成され、回転軸の肩部と前側軸受の内輪との間には内輪間座が配置されている。そして、回転軸の肩部は、ビルトインモータのステータのエンドコイルの工具側端面よりステータ寄りに位置しているので、回転軸の軸方向長さを短くして、主軸全長の短縮を図ることができる。また、肩部と内輪間座の当接する端面の周囲には、内輪間座の端面が臨む空間部が形成されているので、前側軸受を引き抜く際に内輪間座を介して前側軸受の内輪に軸方向の力を与えることができ、良好なメンテナンス性が得られる。
加えて、回転軸の短寸化によって回転軸の固有値が高くなり、また、空間部が形成されることで、回転軸を含めた回転体の質量が減少して固有値がさらに高くなる。これにより、回転軸は、より高速に回転可能となり、また、高速時の振動が小さくなる効果も期待できる。
例えば、上記空間部は、内輪間座の外径を、肩部の外径より大きくすることで与えられる。
According to the present invention, the rotary shaft has a shoulder formed between the front bearing and the rotor of the built-in motor, and the inner ring spacer is disposed between the shoulder of the rotary shaft and the inner ring of the front bearing. And since the shoulder part of the rotating shaft is located closer to the stator than the end surface of the end coil of the built-in motor stator, the axial length of the rotating shaft can be shortened to shorten the entire length of the main shaft. it can. In addition, a space where the end face of the inner ring spacer faces is formed around the end face where the shoulder part and the inner ring spacer abut, so when pulling out the front bearing, it is connected to the inner ring of the front bearing via the inner ring spacer. An axial force can be applied, and good maintainability can be obtained.
In addition, the eigenvalue of the rotating shaft is increased by shortening the rotating shaft, and the mass of the rotating body including the rotating shaft is reduced and the eigenvalue is further increased by forming the space portion. Thereby, the rotating shaft can be rotated at a higher speed, and an effect of reducing vibration at high speed can be expected.
For example, the space is provided by making the outer diameter of the inner ring spacer larger than the outer diameter of the shoulder.
また、回転軸の肩部には、バランス修正用のタップ穴が斜めに形成されており、ハウジングには、該ハウジングの外部からタップ穴まで直線状に形成される、バランス修正用工具を挿入可能な工具挿入部が形成されるので、スピンドル組立後のバランス修正を容易に行うことができる。 In addition, a tapping hole for correcting the balance is formed obliquely on the shoulder of the rotating shaft, and a tool for correcting the balance, which is formed in a straight line from the outside of the housing to the tapped hole, can be inserted into the housing. Since a simple tool insertion part is formed, the balance can be easily corrected after the spindle is assembled.
さらに、回転軸は、肩部とロータの工具側端面との間に、ロータの外径と略等しい外径寸法を有するフランジ部を有するので、回転軸の曲げ剛性を高くでき、固有値を高めることができる。また、空間部は、フランジ部より小径の肩部と、内輪間座の工具側端面に形成された小径部の少なくとも一方によって形成されているので、前側軸受を引き抜く際に該空間部に内輪間座を軸方向に押すための工具を挿入することができる。 Furthermore, since the rotating shaft has a flange portion having an outer diameter approximately equal to the outer diameter of the rotor between the shoulder portion and the tool side end surface of the rotor, the bending rigidity of the rotating shaft can be increased and the eigenvalue can be increased. Can do. In addition, since the space portion is formed by at least one of a shoulder portion having a smaller diameter than the flange portion and a small diameter portion formed on the tool side end surface of the inner ring spacer, the inner space between the inner ring and the outer ring portion is removed when the front bearing is pulled out. A tool for pushing the seat in the axial direction can be inserted.
また、本発明の主軸装置は、チルト機構を有する工作機械に搭載されることで、主軸装置の旋回半径が短くなるとともに、旋回構造がコンパクトになり、工作機械全体のコンパクト化、軽量化も図れる。 In addition, the spindle device of the present invention is mounted on a machine tool having a tilt mechanism, so that the turning radius of the spindle device is shortened, the turning structure is made compact, and the overall machine tool can be made compact and light. .
以下、本発明に係る主軸装置及び工作機械としての門形マシニングセンタについて図面に基づいて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a spindle apparatus and a portal machining center as a machine tool according to the present invention will be described in detail based on the drawings.
図1に示すように、門形マシニングセンタ1では、ベッド2の上にテーブル3がX軸方向へ移動可能に支持されており、ベッド2の両側には一対のコラム4が立設されている。コラム4の上端にはクロスレール5が架設されており、クロスレール5には、サドル6がY軸方向へ移動可能に設けられる。また、サドル6には、Z軸方向に昇降可能なラム7が支持されており、ラム7の下端には、本発明の主軸装置MをY軸回り及びZ軸回りに回転割出し駆動可能に保持する主軸ヘッド8が装着されている。主軸ヘッド8の2本の支持アーム8a内には、図示しないチルト機構が設けられており、主軸装置Mは、このチルト機構によってブラケット9を介してY軸回りに回転割出しされる。
As shown in FIG. 1, in the portal machining center 1, a table 3 is supported on a bed 2 so as to be movable in the X-axis direction, and a pair of
図2に示すように、主軸装置Mは、モータビルトイン式のものであり、ブラケット9に固定される外筒ハウジング10と、外筒ハウジング10の内部に挿入された回転軸80と、外筒ハウジング10の前部に設けられた前側軸受ハウジング20と、外筒ハウジング10の後部に設けられた後側軸受ハウジング30と、前側軸受ハウジング20と回転軸80の前部との間に配置される前側軸受25、26と、後側軸受ハウジング30と回転軸80の後部との間に配置さる後側軸受36,37と、前側軸受26と後側軸受36との間のスペースに配置されたビルトインモータ50と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the spindle device M is of a motor built-in type, and includes an
回転軸80は、前側軸受25,26及び後側軸受36,37を介してハウジングHに回転自在に支持されると共に、ビルトインモータ50によって回転駆動される。前側軸受ハウジング20及び後側軸受ハウジング30は、それぞれ外筒ハウジング10に内嵌され、外筒ハウジング10にねじ締結される。なお、外筒ハウジング10、前側軸受ハウジング20及び後側軸受ハウジング30は、本発明のハウジングHを構成している。また、図2中、左側を前側又は工具側と称し、右側を後側又は反工具側と称す。
The
ビルトインモータ50は、外筒ハウジング10の内周に冷却用溝11aを有する冷却筒11を介して固定されたステータ51と、回転軸80の外周に焼き嵌めされたロータ52と、を有し、ステータ51の軸方向両端部には、ステータコイルのエンドコイル53a,53bが略環状の凸部として突出している。
The built-in
回転軸80の内部には、軸方向に延びるドローバー93と、ドローバー93の先端側に設けられるコレット90と、ドローバー93と回転軸80との間に設けられ、コレット90を反工具側に引き込む皿バネ94と、が組み込まれている。従って、コレット90に装着された工具ホルダ92は、反工具側に引き込まれることで、回転軸80の工具側内周面に形成されたテーパ面80aと嵌合する。また、後側軸受ハウジング30の後方には、回転軸80の内径部に組み込まれた皿バネ94を圧縮して工具ホルダ92をアンクランプするアンクランプユニット91が取り付けられている。
Inside the
図3に拡大して示すように、前側軸受25、26は、それぞれ転動体として複数の玉25b,26bを有するアンギュラ玉軸受であり、これらアンギュラ玉軸受25,26が間座27,28を介して背面組み合わせされている。回転軸80の前側軸受25,26に対して反工具側の外周面には、前側軸受25,26が外嵌される外周面よりも大径のフランジ部81がロータ52の工具側端面近傍まで形成されている。前側軸受25,26の外輪25a,26aは、外輪間座27を介して、前側軸受ハウジング20の反工具側端部に形成された内向き段部22に突き当てて、前側軸受ハウジング20に内嵌され、前側軸受ハウジング20に前蓋40を締結固定することで軸方向に固定される。また、前側軸受25,26の内輪25c,26cは、内輪間座24,28,29を介して、フランジ部81の肩部81aに突き当てて回転軸80に外嵌され、回転軸80の先端寄りに形成されたねじ溝80cに前側軸受固定ナット86を螺合締結することで、前側軸受25,26に予圧を付与しながら、軸方向に固定される。なお、内輪間座24は、前蓋40とともに非接触ラビリンスシールを構成する。
As shown in an enlarged view in FIG. 3, the
また、後側軸受36,37も、図2に示すように、転動体として複数の玉36b,37bを備えたアンギュラ玉軸受であり、間座38,39を介して背面組み合わせされている。後側軸受36,37の外輪36a,37aは、外輪間座38を介して後側軸受ハウジング30に形成された内向き段部30aに突き当てられて、後側軸受ハウジング30に内嵌され、外輪固定部材40を締結固定することで軸方向に固定される。また、内輪36c,37cは、回転軸80に形成された外向き段部80dに内輪間座39,41,42を介して突き当てて回転軸80に外嵌され、回転軸80に形成されたねじ溝80eに後側軸受固定用ナット34を締付けることで、後側軸受36,37に予圧を付与しながら、軸方向に固定される。
Further, as shown in FIG. 2, the
ここで、前側軸受ハウジング20の反工具側端面は内径側に向かって徐々に後方へ傾斜する傾斜面20aを有しており、反工具側端部に形成された内向き段部22の一部は、ステータ51のエイドコイル53aの内側に配置される。また、フランジ部81の肩部81aも、ビルトインモータ50のステータ51のエンドコイル53aの工具側端面53a1よりステータ寄りに位置しており、内輪間座29の一部もステータ51のエイドコイル53aの内側に配置される。
Here, the counter tool side end surface of the
さらに、後側軸受36が内嵌される後側軸受ハウジング30は、工具側に筒状部30bが形成されており、筒状部30bは、ステータ51の反工具側のエンドコイル53bの内周側に入り込んでいる。
このような配置により、回転軸80は前側軸受26と後側軸受36間を短寸化することができ、ドローバー93も短寸化することができる。
Further, the
With such an arrangement, the
また、肩部81aに当接する内輪間座29の外径Dは、肩部81aの外径dより大きくして、肩部81aと内輪間座29が当接する端面の周囲に、内輪間座29の反工具側端面29aが臨む空間部sが形成されている。
Also, the outer diameter D of the
前側軸受25,26を交換するため、前側軸受25,26を工具側から引き抜く際には、外筒ハウジング10と前側ハウジング20とを分離した状態で、前側軸受固定ナット86を外し、空間部sに配置した治具によって内輪間座29を矢印aから押し、前側軸受25,26の内輪25c,26cに軸方向の力を与える。特に、本実施形態のような背面組合せのアンギュラ玉軸受25,26においては、内輪26cに軸方向の力を付与する必要があり、図4に示すように、外輪26aに軸方向の力を付与した場合、玉傷bが生じる可能性がある。
In order to replace the
以上のように、本実施形態の構成の主軸装置Mでは、回転軸80には、前側軸受26とビルトインモータ50のロータ52間に肩部81aが形成され、回転軸80の肩部81aと前側軸受26の内輪26cとの間には内輪間座29が配置されている。そして、回転軸80の肩部81aは、ビルトインモータ50のステータ51のエンドコイル53aの工具側端面53a1よりステータ寄りに位置しているので、回転軸80の軸方向長さを短くして、主軸全長の短縮を図ることができる。また、肩部81aと内輪間座29の対向する端面の周囲には、内輪間座29の端面が臨む空間部sが形成されているので、前側軸受25,26を引き抜く際に内輪間座29を介して前側軸受26の内輪26cに軸方向の力を与えることができ、良好なメンテナンス性が得られる。
加えて、回転軸80の短寸化によって回転軸80の固有値が高くなり、また、空間部sが形成されることで、回転軸80を含めた回転体の質量が減少して固有値がさらに高くなる。これにより、回転軸80は、より高速に回転可能となり、また、高速時の振動が小さくなるという相乗効果も期待できる。
また、本実施形態では、上記空間部sは、内輪間座29の外径を、肩部81aの外径より大きくすることで与えられる。
As described above, in the spindle device M having the configuration of the present embodiment, the
In addition, the eigenvalue of the
In the present embodiment, the space portion s is given by making the outer diameter of the
また、本発明の主軸装置Mは、チルト機構を有する工作機械に搭載されることで、主軸装置Mの旋回半径が短くなるとともに、旋回構造がコンパクトになり、工作機械全体のコンパクト化、軽量化も図れる。 Further, the spindle device M of the present invention is mounted on a machine tool having a tilt mechanism, so that the turning radius of the spindle device M is shortened and the turning structure is made compact, and the entire machine tool is made compact and lightweight. Can also be planned.
図5は、本発明の第1変形例を示す主軸装置の要部拡大断面図である。図5に示すように、回転軸80のフランジ部81には、回転軸80のバランス修正を行うため図示しないバランス修正用錘(止めねじ)が螺合可能な複数のバランス修正用のタップ穴82が回転軸線Lに対して斜めに形成されている。これらのタップ穴82は、内輪間座29と対向する軸方向端面と外周面との間に形成されたテーパ面81bに開口している。また、前側軸受ハウジング20には、ステータ51のエンドコイル53aと干渉しないように、該ハウジング20の外部からタップ穴82までタップ穴82の軸線に沿って直線状に傾斜した工具挿入孔21(工具挿入部)が形成される。これにより、工具挿入孔21から先端にバランス修正用ねじを取り付けた図示しないバランス修正用工具を挿入して、バランス修正用錘をタップ穴82に取り付けることができる。従って、スピンドル組立後のバランス修正を容易に行うことができる。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the spindle device showing a first modification of the present invention. As shown in FIG. 5, a plurality of balance correction tap holes 82 to which a balance correction weight (set screw) (not shown) can be screwed in the
図6(a)及び(b)は、本発明の第2変形例を示す主軸装置の要部拡大断面図である。第2変形例では、回転軸80のフランジ部81は、肩部81aとロータ52の工具側端面との間で、ロータ52の外径d1と略等しい外径寸法d2を有する。これにより、回転軸80の軸径が太い部分が増加し、回転軸の曲げ剛性を高くでき、固有値を高めることができる。
6 (a) and 6 (b) are enlarged cross-sectional views of the main part of the spindle device showing a second modification of the present invention. In the second modification, the
また、図6(a)では、空間部sは、フランジ部81の外径d2より小さい外径dの肩部81aによって形成され、図6(b)では、空間部sは、内輪間座29の反工具側端部に形成された小径部29bによって形成される。これにより、前側軸受25,26を引き抜く際に該空間部sに内輪間座29を軸方向に押すための工具を挿入することができる。
6A, the space portion s is formed by a
また、空間部sは、フランジ部より小径の肩部81aと、内輪間座29の工具側端部に形成された小径部29bの両方によって形成されてもよい。
The space portion s may be formed by both the
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
上述した実施形態は、前側軸受、後側軸受に2列のアンギュラ玉軸受を使用したが、軸受の種類や数はこれに限定されず、使用状態に応じて適宜設計することができる。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably.
In the above-described embodiment, two rows of angular ball bearings are used for the front bearing and the rear bearing, but the type and number of the bearings are not limited to this, and can be appropriately designed according to the state of use.
H ハウジング
M 主軸装置
10 外筒ハウジング
20 前側軸受ハウジング
25,26 前側軸受
29 内輪間座
30 後側軸受ハウジング
36,37 後側軸受
50 ビルトインモータ
51 ステータ
52 ロータ
53a,53b エンドコイル
80 回転軸
81 フランジ部
81a 肩部
86 前側軸受固定用ナット
s 空間部
H housing
Claims (5)
前記回転軸には、前記前側軸受と前記ビルトインモータのロータ間に肩部が形成され、前記回転軸の肩部と前記前側軸受の内輪との間には内輪間座が配置されており、
前記回転軸の肩部は、前記ビルトインモータのステータのエンドコイルの工具側端面よりステータ寄りに位置し、
前記肩部と前記内輪間座の当接する端面の周囲には、前記内輪間座の端面が臨む空間部が形成されていることを特徴とする主軸装置。 A rotary shaft is rotatably supported by the housing via front and rear bearings, and the rotary shaft is driven to rotate by a built-in motor.
The rotary shaft has a shoulder formed between the front bearing and the rotor of the built-in motor, and an inner ring spacer is disposed between the shoulder of the rotary shaft and the inner ring of the front bearing,
The shoulder of the rotating shaft is located closer to the stator than the tool side end surface of the end coil of the built-in motor stator,
A spindle device characterized in that a space portion is formed around the end surface where the shoulder portion and the inner ring spacer come into contact with each other so as to face the end surface of the inner ring spacer.
前記空間部は、前記フランジ部より小径の前記肩部と、前記内輪間座の工具側端部に形成された小径部の少なくとも一方によって形成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の主軸装置。 The rotating shaft has a flange portion having an outer diameter dimension substantially equal to the outer diameter of the rotor between the shoulder portion and the tool side end surface of the rotor,
The said space part is formed by at least one of the said shoulder part smaller diameter than the said flange part, and the small diameter part formed in the tool side edge part of the said inner ring | wheel spacer. Main spindle apparatus of description.
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