CN101178093B - 轴承单元及具有该轴承单元的机床的主轴装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供能够以简单的构造承受较大的轴方向力的轴承单元及具有该轴承单元的机床的主轴装置。本发明的轴承单元具备：轴承(10)，具有装配于内侧构件(2)的内环(13)、装配于外侧构件(6)的外环(14)、及配置于该外环(14)与内环(13)之间的多个转动体(15)；以及传递方向变换装置A，当从前述内侧构件(2)传递至前述内环(13)的轴方向力F变为预定值以上时，将该轴方向力F从内环(13)传递至外侧构件(6)。

Description

轴承单元及具有该轴承单元的机床的主轴装置
技术领域
本发明涉及轴承单元及具有该轴承单元的机床的主轴装置，该轴承单元具备，配置多个转动体于内环、外环间而成的轴承、与变换轴方向力传递路径的轴力方向变换装置。
背景技术
在装配于旋转轴的内环与装配于外壳(housing)侧的外环之间配置有多个转动体类型的轴承，例如，斜角滚珠轴承(angular ball bearing)中，作用于前述旋转轴的轴方向力从旋转轴经由内环、转动体(滚珠)、外环而传递至外壳侧。此时，当前述轴方向力超过预定的容许轴向负载时，便会发生在轨道面产生压痕等问题。
在机床的主轴用轴承中，由于工具交换等作业而作用有较大的轴方向力(释放工具(unclamp)力)。当该释放工具力超过前述容许轴向负荷时，便有可能发生前述问题。因此，为了避免前述问题，在现有的机床的主轴装置中，具备在工具交换时用来避免作用于主轴的释放工具力作用于前述内环、外环与转动体之间的释放工具力支撑机构(参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开平4-19413号公报
发明内容
支撑前述释放工具力的机构，由于需要做成在通常运转时不会对主轴旋转造成妨碍，且能够在工具交换时确实地支撑对主轴的释放工具力的构造，因此会产生构造复杂使成本变高，同时需要比较大的配置空间的问题。
本发明鉴于前述现有问题点而制成，其目的在于提供能够以简单的构造承受较大轴方向力的轴承单元及具有该轴承单元的机床的主轴装置。
本发明的轴承单元具备：轴承，其具有装配于内侧构件的内环、装配于外侧构件的外环、以及配置于该外环与内环之间的多个转动体；以及传递方向变换装置，当从前述内侧构件或外侧构件传递至前述内环或外环的轴方向力变为预定值以上时，将该轴方向力从内环传递至外侧构件或从外环传递至内侧构件。
在本发明中，由于具备传递方向变换装置，所以当从前述内侧构件或外侧构件传递至前述内环或外环的轴方向力变为预定值以上时，该轴方向力便从内环传递至外侧构件或从外环传递至内侧构件，而能够避免过大的轴方向力作用于转动体，因此而能够防止在内环或外环的轨道面形成有转动体的压痕的问题。
此外，本发明的传递方向变换装置仅为将从前述内侧构件或外侧构件传递至前述内环或外环的轴方向力变换为从内环传递至外侧构件或从外环传递至内侧构件的构造，与前述的在工具交换时支撑作用于主轴的释放工具力的释放工具力支撑机构的现有机构相比，构造较为简单，且不会发生配置空间变大的问题。
在本发明的较佳实施例中，前述内侧构件为旋转轴；前述外侧构件为外壳；前述传递方向变换装置的构成为：具备配置于旋转轴侧且限制内环的轴方向移动的内环隔座、与配置于外壳侧且限制外环的轴方向移动的外环隔座，当作用于内环的轴方向力变为预定值以上时，前述内环、外环、转动体与内环隔座的弹性变形量为前述内环抵接至外环隔座的大小。
在说明有前述特征的实施例中，由于将传递方向变换装置构成为，当作用于内环的轴方向力变为预定值以上时，内环、外环、转动体与内环隔座的弹性变形量为前述内环抵接至外环隔座的大小，所以能够将轴方向力的传递方向变换为从内环侧至外环隔座侧，而能够提供可实现本发明的作用效果的具体结构。
在本发明的其它较佳实施例中，前述内侧构件为固定轴；前述外侧构件为旋转筒体；前述传递方向变换装置的构成为：具备配置于固定轴侧且限制内环的轴方向移动的内环隔座、与配置于旋转筒体侧且限制外环的轴方向移动的外环隔座，当作用于外环的轴方向力变为预定值以上时，前述内环、外环、转动体与外环隔座的弹性变形量为前述外环抵接至内环隔座的大小。
在说明有前述特征的实施例中，由于将传递方向变换装置构成为，当作用于外环的轴方向力变为预定值以上时，内环、外环、转动体与外环隔座的弹性变形量为前述外环抵接至内环隔座的大小，所以能够将轴方向力的传递方向变换为从外环侧至内环隔座侧，而能够提供可实现本发明的作用效果的具体结构。
在本发明的其它较佳实施例中，具有两组本发明的轴承，并于该两轴承之间配置有传递方向变换装置，该传递方向变换装置是由内环隔座与外环隔座所构成，且构成为当作用于内环的轴方向力变为预定值以上时，前述内环、外环、转动体与内环隔座的弹性变形量为前述内环抵接至外环隔座的大小。
在说明有前述特征的实施例中，由于具有两组本发明的轴承，且在该两轴承之间配置有由前述内环隔座与外环隔座构成的传递方向变换装置，所以在具有一对轴承时，能够将轴方向力的传递方向从一方的轴承的内环侧通过外环隔座传递至另一方的轴承的外环，并再传递至外壳侧。
本发明的其它较佳实施例的机床的主轴装置具备：主轴，旋转驱动装配于其前端部的工具；拉杆单元，配置于该主轴内，并进行前述工具在该主轴前端部的夹持、释放；外壳，支撑前述主轴；以及轴承单元，其为本发明的轴承单元，并配置于该外壳与前述主轴之间。
在说明有前述特征的实施例的机床的主轴装置中，当构成为以外壳支撑主轴，并且配置拉杆单元在该主轴内，在工具交换时使释放工具力作用于拉杆时，由于在前述主轴与外壳之间具备有本发明的轴承单元，所以能够将从主轴传递至轴承的释放工具力从内环通过外环隔座传递至外环，并再传递至外壳。所以，能够以简单的构造、且不需扩大配置空间，而切实地避免释放工具力直接传递至轴承的轨道面与转动体的情形，从而能够防止因释放工具力而使轴承寿命变短。
附图说明
图1是概括地表示具备本发明的一实施例的轴承单元的主轴装置的剖面侧视图。
图2是概括地表示前述主装置的轴承单元部分的剖面侧视图。
图3是前述轴承单元的剖面侧视图。
图4是前述轴承单元的内、外环隔圈的正视图。
图5是用来说明前述轴承单元的轴力传递方向变换装置的放大图。
图6是表示前述轴承单元的变化例的剖面侧视图。
图7是表示前述轴承单元的其它变化例的剖面侧视图。
元件符号说明
1   主轴装置
2   主轴(内侧构件)
2a  拉杆孔
2b  大径部
2d  紧固构件
2e、3c、6c  台阶部
3   拉杆单元
3a  拉杆
3b  卡止构件
4、5、5’  轴承单元
6   外壳(外侧构件)
6a  滑动筒体
6b  滑动筒体的端面
7   主轴马达
8   拾取夹头
9   盘形弹簧
10、10’  轴承(滚珠轴承)
11、11’、11”内环隔座
11a 内环隔座的后端面
11b 内环隔座的前端面
12、12’、12”外环隔座
12a 外环隔座的后端面
12b 外环隔座的前端面
12c  凸部
12d  油孔
13、13’内环
13a  内环的前端面
13b  内环的后端面
13s、14s  轨道面
14、14’  外环
14a  外环的前端面
14b  外环的后端面
15   转动体(滚珠)
16   保持器
17   弹推弹簧
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的实施例。图1至图5是用来说明具备有本发明的第1实施例的轴承单元的机床的主轴装置的图。
图中，符号1为机床的主轴装置，该主轴装置1具备：主轴2；拉杆单元(draw bar unit)3，插入配置在形成于该主轴2的轴芯的拉杆孔2a内；以及外壳6，隔着前部轴承单元4与后部轴承单元5而可旋转自如地支撑前述主轴2。还有，符号7为介于外壳6与主轴2之间的内置型主轴马达，前述主轴2通过此主轴马达7而被旋转驱动。
前述拉杆单元3将拉杆3a以能够在轴方向进退的方式插入配置至前述主轴2的前述拉杆孔2a内，并以装配于该拉杆3a前端的卡止构件3b使配置于前述拉杆孔2a前端部的拾取夹头(collet chuck)8扩大缩小的构造。当使前述拉杆3a往夹持工具(clamp)方向(图1右方)后退，前述拾取夹头8便卡合于工具(未图示)的卡止沟而将该工具夹持于主轴2的前端部，当使前述拉杆3a往释放工具(unclamp)方向(图1左方)前进，前述卡合便解除，而将该工具从主轴2释放。
此处，前述拉杆3a的台阶部3c与前述主轴2的拉杆孔2a的大径部2b的台阶部2e之间设有对前述拉杆3a朝前述夹持工具方向以所需要的夹持工具力施加弹推力的盘形弹簧9。所以，在释放前述工具时，必须使比前述盘形弹簧9的夹持工具力大的释放工具力F往前进方向作用于前述拉杆3a。该释放工具力F同时做为前进方向的轴方向力而作用于主轴2。
在本实施例，设成可支撑作用于前述主轴2的轴方向力的构造被使用于前述后部轴承单元5。该后部轴承单元5具备两组斜角滚珠轴承的后侧滚珠轴承10、前侧滚珠轴承10’、与配置于该两滚珠轴承10、10’间的内环隔座11及外环隔座12。
前述后侧、前侧滚珠轴承10、10’为相同的构造，具有相同大小且相同方向的容许轴向负载。该各滚珠轴承10、10’具备：内环13，嵌合装配于前述主轴2的外周面；外环14，嵌合装配于配置成能够沿轴方向移动于前述外壳6内的滑动筒体6a的内周面；多个滚珠(转动体)15，配置于该外环14、内环13的轨道面13s、14s间；以及保持器16，将该各滚珠15以预定间隔保持。此处，前述滑动筒体6a的端面6b与外壳6的台阶部6c之间设有由填充弹簧构成、且对前述滑动筒体6a朝箭头c方向施加弹推力的弹推弹簧17。如此，前述后部轴承单元5被施加所需要的加压。
前述内环隔座11为厚度比前述内环13稍薄的环状物，其轴方向的后端面11a抵接前述后侧滚珠轴承10的内环13的前端面13a，内环隔座11的前端面11b抵接前述前侧滚珠轴承10’的内环13的后端面13b。另外，前述内环隔座11形成为其后端面11a侧外径比前端面11b侧外径小。
另一方面，前述外环隔座12为厚度比前述外环14厚的环状物，其轴方向的后端面12a抵接前述后侧滚珠轴承10的外环14的前端面14a，前端面12b抵接前述前侧滚珠轴承10’的外环14的后端面14b。
前述外环隔座12的内径设定为比前述内环13的外径稍小，因此，该外环隔座12的后端面12a侧的内周缘部为相对向于前述后侧滚珠轴承10的内环13的前端面13a的外周缘部。并且，在该相对向的面中，凸部12c形成为环状。
如图5的放大显示，前述凸部12c与前述后侧滚珠轴承10的内环13的前端面13a的间隙δ设定成：小于当比前述容许轴向负载小的预定轴方向力f作用时、前述内环隔座11的轴方向的弹性变形量的值，例如，0.06至0.07mm左右。此外，前述凸部12c的与前述内环13的前端面13a在径方向的实质重叠(overlap)量a设定成满足必要强度的程度。此外，实质重叠量主要指除了角(corner)部分的曲线状取面部b1、b2之外的直线部分彼此的重叠量。另外，在图3与图4中，符号12d为用以将润滑油供给至前述滚珠15与轨道面之间的油孔。
当如上述构成而传递至前述主轴2的释放工具力超过预定值f时，便通过外环隔座12将该释放工具力从后侧滚珠轴承10的内环13传递至前侧滚珠轴承10’的外环14，并再传递至外壳6，因此而构成防止过大的负载作用于后侧滚珠轴承10的滚珠15、轨道面间的轴力方向变换装置A。
在本实施例中，当从释放工具机构而来的释放工具力F施加于前述拉杆3a时，该拉杆3a便压缩盘形弹簧9并且前进，并解除与前述拾取夹头8的工具的卡合，而释放该工具。
此时，前述释放工具力F为经由前述盘形弹簧9传递至主轴2，并从固定于该主轴2的紧固构件2d传递至后侧轴承单元5的后侧滚珠轴承10的内环13。随着前述释放工具力增加，该内环13、外环14的轨道面与滚珠15之间的面压也增加，然后，内环、外环、转动体与内环隔座11往轴方向弹性变形。然后，当前述释放工具力F的大小达到前述预定轴方向力f时，内环、外环、转动体与内环隔座11的弹性变形量便达到前述间隙δ，内环13的前端面13a便抵接外环隔座12的凸部12c。所以，接下来，前述释放工具力便通过外环隔座12传递至前侧滚珠轴承10’的外环14，从此处通过前述滑动筒体6a传递至前述外壳6。在此，由于前述后侧、前侧滚珠轴承10、10’的容许轴向负载设定为比前述的预定轴方向力f大，所以不会因前述释放工具动作而在内环13、外环14的轨道面产生压痕等。
如此，依据本实施例，由于设有变换释放工具力的传递路径的机构，所以当传递至前述内环13的释放工具力F变为前述预定值f以上时，该释放工具力便通过外环隔座12、前侧的外环14而从后侧的内环13传递至外壳6，而能够避免内环13、外环14的轨道面与滚珠15之间的面压变得过大的情形，所以，能够防止在内环13、外环14的轨道面形成有滚珠15的压痕的问题。
此外，在本实施例，传递方向变换装置以下述方式构成：使内环13的前端面13a与外环隔座12的凸部12c隔开有间隙δ并相对向，当作用于内环13的轴方向力变为预定值f以上时，内环、外环、转动体与内环隔座11的弹性变形量便达到前述间隙δ，内环13的前端面13a便抵接外环隔座12的凸部12c。因此，能够将轴方向力的传递方向变换为从内环13至外环隔座12的路径，而能够以简单的构造实现前述的作用效果，并能够避免如前述现有装置的构造变得复杂、成本增加、配置空间需扩大的问题。
此外，在前述实施例中，虽然是说明轴承单元5为完全相同的构造的后侧滚珠轴承10与前侧滚珠轴承10’的组合的情形，但本发明也能够适用于如图6所示，后侧滚珠轴承10与前侧滚珠轴承10’包挟着内、外环隔座11、12的轴方向中央线L而构成为前后对称形式的情形，也即，也可适用于容许轴向负载方向为相反方向的轴承单元5’。这样，此时内环隔座11、外环隔座12也构成为前后对称形式，外环隔座12在前端面、后端面两侧都具有凸部12。
此外，在前述实施例虽然是说明由两组滚珠轴承10、10’构成的轴承单元的情形，但本发明当然也适用于具备一组滚珠轴承的情形。此外，本发明的适用范围与滚珠轴承的组数无关，当然也适用于例如图7所示的具备有4组滚珠轴承的轴承单元。该图7示例的情形，轴承10、10’包挟着轴方向中央线L而构成为前后对称形式。
再且，在前述实施例中，虽然是说明滚珠轴承的情形，但本发明的适用范围并非以此为限，例如，也能够适用于内环与外环之间配置有滚子(roller)的滚子轴承。
此外，在前述实施例中，虽然是说明配置于旋转轴与外壳之间的轴承单元的情形，但本发明也能够适用于配置于固定轴与旋转筒体之间的轴承，此时，轴方向力被变换为从旋转筒体到外环、内环隔座、内环的路径。

Claims (6)

1.一种轴承单元，其特征在于，具备：
轴承，其具有装配于内侧构件的内环、装配于外侧构件的外环、以及配置于该外环与内环之间的多个转动体；以及
传递方向变换装置，当从前述内侧构件或外侧构件传递至前述内环或外环的轴方向力变为预定值以上时，将该轴方向力从内环传递至外侧构件或从外环传递至内侧构件；
前述传递方向变换装置的构成为：具备配置于前述内侧构件侧且限制内环的轴方向移动的内环隔座、与配置于前述外侧构件侧且限制外环的轴方向移动的外环隔座，当作用于内环的轴方向力变为预定值以上时，前述内环、外环、转动体与内环隔座的弹性变形量为前述内环抵接至外环隔座的大小。
2.根据权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，前述内侧构件为旋转轴；前述外侧构件为外壳。
3.根据权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，前述内侧构件为固定轴；前述外侧构件为旋转筒体。
4.一种轴承单元，其特征在于，具有两组权利要求1中所记载的轴承，并在该两轴承之间配置有权利要求1中所记载的由内环隔座与外环隔座构成的传递方向变换装置。
5.一种机床的主轴装置，其特征在于，具备：
主轴，旋转驱动装配于其前端部的工具；
拉杆单元，配置于该主轴内，并将前述工具夹持在该主轴前端部、或从该主轴前端部予以释放；
外壳，支撑前述主轴；以及
轴承单元，配置于前述外壳与前述主轴之间；
前述轴承单元具备：
轴承，其具有装配于前述主轴的内环、装配于前述外壳的外环、以及配置于该外环与内环之间的多个转动体；以及
传递方向变换装置，当从前述主轴或前述外壳传递至前述内环或外环的轴方向力变为预定值以上时，将该轴方向力从内环传递至前述外壳或从外环传递至前述主轴；
前述传递方向变换装置的构成为：具备配置于前述主轴侧且限制内环的轴方向移动的内环隔座、与配置于前述外壳侧且限制外环的轴方向移动的外环隔座，当作用于内环的轴方向力变为预定值以上时，前述内环、外环、转动体与内环隔座的弹性变形量为前述内环抵接至外环隔座的大小。
6.一种机床的主轴装置，其特征在于，具备：
主轴，旋转驱动装配于其前端部的工具；
拉杆单元，配置于该主轴内，并将前述工具夹持在该主轴前端部、或从该主轴前端部予以释放；
外壳，支撑前述主轴；以及
轴承单元，配置于前述外壳与前述主轴之间；
前述轴承单元具备：
两组的轴承，该轴承具有装配于前述主轴的内环、装配于前述外壳的外环、以及配置于该外环与内环之间的多个转动体；以及
传递方向变换装置，配置在该两轴承之间，当从前述主轴或前述外壳传递至前述内环或外环的轴方向力变为预定值以上时，将该轴方向力从内环传递至前述外壳或从外环传递至前述主轴；
前述传递方向变换装置的构成为：具备配置于前述主轴侧且限制内环的轴方向移动的内环隔座、与配置于前述外壳侧且限制外环的轴方向移动的外环隔座，当作用于内环的轴方向力变为预定值以上时，前述内环、外环、转动体与内环隔座的弹性变形量为前述内环抵接至外环隔座的大小。
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