CN105817994A - 工作部件的轴向支承装置、以及具备该支承装置的机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工作部件的轴向支承装置以及具备该支承装置的机床，砂轮轴(102)被静压轴承在轴向支承。限制来自流体兜孔部(96)的流通的第1节流部(92)与第2节流部(94)以相互成为直角关系的方式配设。流体兜孔部(96)形成为跨越第1节流部(92)与第2节流部(94)的第1形成面(70)与第2形成面(75)的边界部。第1节流部(92)的流通方向形成为与砂轮轴(102)的轴向呈直角方向，通过砂轮轴(102)向轴向作用方向的移动来对该节流部进行节流。

Description

工作部件的轴向支承装置、以及具备该支承装置的机床
技术领域
本发明涉及工作部件的轴向支承装置、以及具备该支承装置的机床。特别是，涉及将旋转轴等工作部件支承于轴向轴承金属等轴向轴承部件并通过流体的静压支承来支承轴向的作用力的轴向支承装置。
背景技术
作为机床的工作部件的旋转轴的轴向作用力通常被静压轴向轴承支承。参照日本特开2005－66719号公报、日本特开平9－150336号公报。
例如，磨床的砂轮轴(主轴)利用静压轴向轴承非接触支承其轴向的轴向力。图6表示其静压轴向支承装置100的示意剖面结构。该静压轴向支承装置100利用静压轴承结构将作为旋转轴而配设的砂轮轴102支承为能够相对于作为轴向轴承部件的轴向轴承金属104沿轴向相对移动。对于该静压轴承结构而言，砂轮轴102形成为大径轴部102A与小径轴部102B呈带阶梯形状的凹剖面形状，并构成为向该凹剖面形状的凹部内插入轴向轴承金属104，利用该轴向轴承金属104支承砂轮轴102。而且，经由被供给至带阶梯形状部的轴向轴承金属104与砂轮轴102之间的轴承油进行静压支承来进行该该轴向轴承金属104对砂轮轴102的支承。
通过向带阶梯形状的轴向轴承金属104的侧面104S与砂轮轴102的侧面102S之间的微小间隙106供给轴承油来进行静压轴向轴承支承。通过形成于轴承金属104的油路98来进行轴承油向该间隙106的供给。而且，在轴向轴承金属104的侧面104S开口的油路98的端部形成于圆环状的流体兜孔部96，暂时将轴承油存积于该流体兜孔部96。被供给至该流体兜孔部96的轴承油通过形成于相比形成有该流体兜孔部96的位置更靠径向内侧与径向外侧的流通间隙92、94被排出。即，通过轴向轴承金属104与砂轮轴102的两侧面102S、104S间的间隙92、94被排出。该两间隙92、94形成为间隙由于砂轮轴102相对于轴向轴承金属104向轴向的相对动作而变动的节流部，径向外侧的间隙92成为第1节流部，径向内侧的间隙94成为第2节流部。此外，形成为与第2节流部94连接的砂轮轴102的小径轴部102B与轴向轴承金属104的间隙116形成为与该第2节流部94相比间隙间隔更宽，成为与形成于其中央部位置的排出路90连接的排出路径。
在图6中，在砂轮轴102作用有轴向的轴向力，若砂轮轴102相对于轴向轴承金属104向左右方向的一个方向相对移动，则轴向轴承金属104的左右两侧位置的间隙中的一侧位置的间隙(第1节流部以及第2节流部)被节流而变窄，另一侧位置的间隙(第1节流部以及第2节流部)变宽。其结果是，限制通过被节流的间隙的轴承油的液流。通过限制该液流而利用存积于该位置侧的容纳槽的轴承油的静压来承受砂轮轴102的轴向力并被轴向轴承金属104的侧面104S支承。
最近，要求机床的小型化。在具备旋转轴的机床，例如，具备砂轮轴的磨床中，在其砂轮轴设置有静压轴向轴承的情况下，在径向需要充分的空间，因此难以实现小型化。即，在上述的静压轴向轴承支承装置100的结构中，为了承受轴向力而形成的第1节流部92与第2节流部94一起直线地排列于轴向轴承金属104与砂轮轴102的大径轴部102A的侧面。因此，与砂轮轴102的小径轴部102B的外形尺寸相比大径轴部102A的外形尺寸增大。因此，小型化较困难。此外，在基于小型化的要求而单纯地使大径轴部102A的外形尺寸小径化时，小径轴部102B的外形尺寸不得不过度变得小径，从而存在导致砂轮轴102的刚性降低的可能性。
发明内容
本发明的目的之一在于通过将用于承受轴向力的第1节流部与第2节流部配置为交叉的配置关系而实现承受轴向力的结构的小型化。
作为本发明的一个方式的工作部件的轴向支承装置具备：轴向轴承部件；和工作部件，其在推力作用方向被所述推力轴承部件静压支承并被配设为相对于所述推力轴承部件能够相对移动。
在所述推力轴承部件与所述工作部件分别形成有作为在所述推力作用方向发挥功能的面而形成的第1形成面，并且各自的所述第1形成面对置配置，并且在所述推力轴承部件与所述工作部件分别形成有与所述第1形成面呈直角的第2形成面，各自的所述第2形成面对置配置，通过被供给至在所述推力轴承部件的第1形成面形成的流体兜孔部的流体压力对工作部件进行静压支承。而且，上述流体兜孔部以跨越所述推力轴承部件的所述第1形成面与所述第2形成面的边界部的方式形成，对从所述流体兜孔部朝向所述第1形成面流出的流体的流量进行节流的第1节流部由上述对置配置的第1形成面间的流通间隙形成，对从所述流体兜孔部朝向所述第2形成面流出的流体的流量进行节流的第2节流部由上述对置配置的第2形成面间的流通间隙形成，所述第1节流部与第2节流部配设为如下状态：在所述工作部件的无负荷状态下在所述第1节流部产生来自所述流体兜孔部的液体流动。
根据上述方式的工作部件的轴向支承装置，形成于轴向轴承部件与工作部件之间的第1节流部与第2节流部被配置为直角的配置关系，以跨越形成该第1节流部与第2节流部的轴向轴承部件的第1形成面与第2形成面的直角部位位置的方式设置有流体兜孔部。而且，第1节流部与第2节流部在工作部件的无负荷状态下将第1节流部配设为产生来自流体兜孔部的液流的状态。形成该第1节流部的间隙方向(流体的流动方向)形成为相对于工作部件的轴向作用方向呈直角地交叉的方向。由此，在工作部件作用有轴向力，相对于轴向轴承部件向轴向作用方向移动，若向使第1节流部变窄的方向相对移动，则第1节流部被节流而通过存积于流体兜孔部的流体的静压承受轴向力并被支承。此外，第2节流部的间隙方向(流体的流动方向)形成为与轴向作用方向相同方向，因此即便工作部件移动，其间隙也不会变动，从而使来自流体兜孔部的流体的流动阻力始终相同。根据本方式，工作部件的厚度方向所需的厚度能够仅形成为用于形成第1节流部的厚度、以及用于形成流体兜孔部的厚度，从而能够实现工作部件以及包围工作部件的结构的小型化。
在上述方式的工作部件的轴向支承装置中，所述第1节流部与第2节流部也可以形成为如下状态：在所述工作部件的无负荷状态下使所述第2节流部的流通阻力大于或等于所述第1节流部的流通阻力，从而在所述第1节流部产生来自所述流体兜孔部的液体流动。
根据上述方式，能够更良好地进行轴向力的支承。
在上述方式的工作部件的轴向支承装置中，也可以使工作部件为旋转轴，使上述第2形成面为圆筒面。
上述结构例如为应用于磨床的砂轮轴的情况的结构。
在上述方式的工作部件的轴向支承装置中，向所述流体兜孔部供给的静压流体的供给路形成于所述推力轴承部件，该供给路在所述流体兜孔部的底面开口也可以。
由此，供给路能够与以往同样容易形成。
在作为本发明的其他方式的磨床中，也可以具有上述方式的工作部件的轴向支承装置，磨床的主轴为上述工作部件，利用上述的各轴向支承装置构成该磨床的主轴的轴向支承结构。
由此，能够实现磨床的小型化。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的其它特征、构件、过程、步骤、特性及优点会变得更加清楚，其中，对于相同的元件标注相同的要素。
图1是表示作为应用了工作部件的轴向支承装置的机床的一个例子的磨床的整体结构的俯视图。
图2是图1所示的磨床的侧视图。
图3是示意地表示磨床中的砂轮轴支承结构的示意图。
图4是表示本发明的实施方式的静压轴向轴承结构的示意图。
图5是表示流体兜孔部的变形例的图。
图6是表示现有的静压轴向轴承结构的示意图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式涉及作为一种机床的磨床所具备的砂轮轴。在本实施方式中，砂轮轴102相当于工作部件，轴向轴承金属104相当于轴向轴承部件。
使用图1以及图2对磨床10的示意结构进行说明。此外，图1以及图2所示的X轴、Y轴、Z轴的关系如下。X轴、Y轴以及Z轴相互正交，Y轴方向表示垂直向上。另外，Z轴方向表示与砂轮轴线L1平行的方向，X轴方向表示与砂轮轴线L1正交的方向，表示砂轮132切入工件W的方向。并且，砂轮轴线L1、工件旋转轴线L2以及修整器旋转轴线L3均与Z轴方向平行。
图1以及图2所示的磨床10进行使砂轮132相对于工件W向X轴方向以及Z轴方向相对移动的控制来研磨工件W。在平面形状形成为矩形的基台110上的大致中央部，配设有被向Z轴方向延伸的一对Z轴方向导轨111引导滑动的Z轴方向滑动台112。Z轴方向滑动台112通过以由控制装置180(NC控制装置等)控制工作的Z轴方向驱动马达114(相当于Z轴方向移动机构)为驱动源的Z轴方向进给丝杠113的旋转动作而向Z轴方向滑动。另外，为了确认Z轴方向滑动台112的Z轴方向的位置，在Z轴方向驱动马达114设置有检测Z轴方向驱动马达114的输出轴的旋转角度并将其检测信号输送至控制装置的编码器等Z轴方向位置检测器115(相当于Z轴相对移动量检测器)。控制装置180使用Z轴方向驱动马达114使砂轮132相对于修整器177相对向Z轴方向移动，并能够基于来自Z轴方向位置检测器115的检测信号来检测砂轮132相对于修整器177向Z轴方向的相对移动量。
在Z轴方向滑动台122上配设有被向X轴方向延伸的一对X轴方向导轨121引导滑动的X轴方向滑动台(砂轮滑动台)122。该滑动台122相当于上述的图1以及图2所示的实施方式的砂轮台12。作为该砂轮台12的X轴方向滑动台122通过以由控制装置180控制工作的X轴方向驱动马达124(相当于X轴方向移动机构)为驱动源的X轴方向进给丝杠123的旋转动作而向X轴方向滑动。另外，为了确认X轴方向滑动台122的X轴方向的位置，在X轴方向驱动马达124设置有检测X轴方向驱动马达124的输出轴的旋转角度并将其检测信号输送至控制装置的编码器等X轴方向位置检测器125(相当于X轴相对移动量检测器)。控制装置180使用X轴方向驱动马达124使砂轮132相对于修整器177相对向X轴方向移动，并能够基于来自X轴方向位置检测器125的检测信号来检测砂轮132相对于修整器177向X轴方向的相对移动量。
在X轴方向滑动台122上分别配设有砂轮驱动马达126与砂轮轴支架130，在砂轮驱动马达126的输出轴设置有驱动带轮127。另一方面，在被砂轮轴支架130支承为可旋转并且在一端部设置有大致圆筒状的砂轮132的砂轮轴102(绕与Z轴方向平行的砂轮轴线L1旋转的砂轮轴)的另一端设置有从动带轮128。而且，在驱动带轮127与从动带轮128之间架设有带129，由此，砂轮驱动马达126的输出轴的扭矩经由带129传递至砂轮轴102(参照图3)。
在基台110上，一边使轴状的工件W绕Z轴方向的工件旋转轴线L2旋转一边将其保持于设定位置的第1主轴装置140与第2主轴装置150配设于与Z轴方向平行的工件旋转轴线L2上。第1主轴装置140具备：固定于基台110上的主轴台141、能够相对于主轴台141在工件旋转轴线L2上往复运动的主轴壳体142、以及能够绕工件旋转轴线L2旋转地支承于该主轴壳体142内的主轴143，在主轴143的前端设置有对工件W的一方的端面的中心部进行支承的中央部件144。另外，主轴143以由控制装置180控制工作的主轴马达(省略图示)为驱动源以任意的角速度被控制旋转至任意的角度。另外，即便在第2主轴装置150，也与第1主轴装置140同样，构成为具备主轴台151、主轴壳体152、主轴153以及中央部件154。并且，在主轴壳体142设置有具备被支承为能够绕修整器旋转轴线L3旋转的修整器177的修整装置160。此外，如图2所示，砂轮轴线L1、工件旋转轴线L2、以及修整器旋转轴线L3均处于与X轴方向以及Z轴方向平行的平面亦即假想平面VM上。
图3是将砂轮轴102支承于砂轮轴支架130的位置的支承装置的示意图。砂轮轴102向砂轮轴支架130的支承被径向支承机构80与轴向支承机构85这两个支承机构支承。在本实施方式中，向两支承机构80、85这两处位置均供给共用的轴承油，并采用静压支承的结构。对轴向支承机构85作为静压轴向轴承支承装置100进行后述，但由于径向支承机构80为本实施方式中公知的结构所以省略详细说明。
图4表示本实施方式的静压轴向轴承支承装置100的示意结构，并与图6所示的现有结构对比地进行图示。图4示出了在图3中示出了其配置位置的静压轴向轴承支承装置100的一个示意结构，为了容易理解，而夸张地图示供轴承油流通的通路间隙。
在图4中，作为旋转轴的砂轮轴102配设为将大径轴部102A与小径轴部102B形成为带阶梯形状的凹剖面形状。在该砂轮轴102的轴向的一端安装配设有砂轮132(参照图1)。向另一端传递驱动源的马达等的旋转，从而旋转砂轮轴102。砂轮轴102的旋转被轴向轴承金属104旋转支承。这意味着，图4的轴向轴承金属104构成图3所示的砂轮轴支架130的一部分。轴向轴承金属104被配设为对砂轮轴102的小径轴部102B进行支承的结构，并被配置为向砂轮轴102的凹剖面形状的凹部内插入有轴向轴承金属104的状态。此外，砂轮轴102被支承为能够在轴向以及径向略微移动，并构成为其轴向支承由本实施方式的静压轴向轴承支承装置100支承，径向支承由图3所示的静压径向轴承支承装置支承，形成为分担的结构。
如图4所示，通过经由了轴承油的静压支承来进行本实施方式的砂轮轴102被轴向轴承金属104的轴向支承。构成为利用砂轮轴102的带阶梯形状的两侧的阶梯部x、y来进行轴向支承。阶梯部x、y是将第1形成面70与第2形成面75配设为呈直角而形成的。第1形成面70由形成于轴向轴承金属104侧的第1形成面70A与形成于砂轮轴102侧的第1形成面70B构成。两者70A、70B对置配置，形成流通间隙。该流通间隙成为第1节流部92。此外，该第1形成面70形成为相对于砂轮轴线处于垂直方向，第1节流部92通过砂轮轴102的轴向移动而变动其节流状态。
第2形成面75由形成于轴向轴承金属104侧的第2形成面75A与形成于砂轮轴102侧的第2形成面75B构成。两者75A、75B对置配置，形成流通间隙。由于本实施方式的砂轮轴102为旋转轴，所以该流通间隙形成为圆筒形状的间隙。该流通间隙成为第2节流部94。形成有该第2节流部94的第2形成面75形成为与砂轮轴线相同方向。因此，第2节流部94也通过砂轮轴102的轴向移动而变动节流状态。
通过形成于轴向轴承金属104的供给路98与流体兜孔部96来进行轴承油向第1形成面70的流通间隙(第1节流部92)与第2形成面75的流通间隙(第2节流部94)的供给。流体兜孔部96形成为以跨越轴向轴承金属104的第1形成面70与第2形成面75的直角形成部位位置的方式缺肉，形成为圆环状。流体兜孔部96具有：在第1形成面70开口的第1形成面开口部71、与在第2形成面75开口的第2形成面开口部76。流体兜孔部96的剖面形状在本实施方式中形成为在轴向形成为长边，在径向形成为短边的长方形，但只要是能够加工的形状即可。例如，也可以为图5中变形例所示的剖面L字形的流体兜孔部96a。供给路98与该流体兜孔部96的底面部连接，从供给路98向流体兜孔部96供给轴承油。
针对第1形成面70的第1节流部92与第2形成面75的第2节流部94供给而排出流体兜孔部96的轴承油。在第2节流部94中流通并排出的轴承油经由轴向轴承金属104的图4中观察时设置于中央部位置的排出路90排出。本实施方式的排出路90构成为两侧的第2节流部94、94共用的排出路。通过从第1节流部92向外侧放出来进行在第1节流部92中流通的轴承油的排出。
第1节流部92与第2节流部94的关系被设定为，在本实施方式中，以砂轮轴102的轴向(轴线方向)的无负荷状态使第1节流部92的流通阻力与第2节流部94的流通阻力成为相同的流通抵阻力。因此，若对砂轮轴102作用一个方向的轴向力使之向一个方向移动，例如，若图4观察时对砂轮轴102作用向右方的轴向力使之向右方移动，则基于左侧位置的第1形成面70而产生的第1节流部92从无负荷状态成为被节流的状态，从而与流通阻力不变动的第2节流部94的流通阻力相比流通阻力增大。由此，经由存积于在轴向轴承金属104的第1形成面70A形成的流体兜孔部96的轴承油的静压而由轴向轴承金属104承受并支承。此外，对于右侧的阶梯部y的第1节流部92的节流状态而言，与无负荷状态时相比流通阻力XR、XL减小，作为承受左侧位置的轴向力的作用的反作用，容易进行砂轮轴102向左方的复原动作。在砂轮轴102产生了左方的轴向力的情况下，进行与之相反的动作。
根据上述的实施方式，作为决定静压轴向轴承支承装置100的大小的重要因素的阶梯部的大小(径向的长度)由形成第1节流部92的第1形成面70的径向的长度、与流体兜孔部96的径向的长度决定。由此，与如图6所示的现有结构那样第2节流部94也形成于第1形成面的情况相比，能够以减小大致第2节流部94大小的方式实现径向的小型化。因此，在使砂轮轴102的小径轴部102B的外形尺寸形成为与图6所示的现有结构相同的情况下，能够维持砂轮轴102的刚性不变地，实现大径轴部102A的外形尺寸的小型化。此外，在能够使大径轴部102A的外形尺寸形成为与图6所示的现有结构相同的尺寸时，能够实现小径轴部102B的大径化，从而能够实现整体的刚性提升。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，本发明还能够以其他各种方式来实施。例如，上述的实施方式为进行轴向支承的结构是支承旋转轴的结构的情况。但是，本发明还能够应用于平面状地工作的工作部件的情况，能够实现小型化。
此外，第1节流部与第2节流部的关系为在工作部件的无负荷状态下轴承油在第1节流部流通的关系状态即可。
此外，能够广泛应用于利用静压轴向轴承对承受轴向力的工作部件进行支承的装置。

Claims (5)

1.一种工作部件的推力支承装置，所述推力支承装置包括：
推力轴承部件；和
工作部件，其在推力作用方向被所述推力轴承部件静压支承并被配设为相对于所述推力轴承部件能够相对移动，其中，
在所述推力轴承部件与所述工作部件分别形成有作为在所述推力作用方向发挥功能的面而形成的第1形成面，并且各自的所述第1形成面对置配置，并且在所述推力轴承部件与所述工作部件分别形成有与所述第1形成面呈直角的第2形成面，各自的所述第2形成面对置配置，
通过被供给至在所述推力轴承部件的第1形成面形成的流体兜孔部的流体压力对工作部件进行静压支承，
所述流体兜孔部以跨越所述推力轴承部件的所述第1形成面与所述第2形成面的边界部的方式形成，
对从所述流体兜孔部朝向所述第1形成面流出的流体的流量进行节流的第1节流部由上述对置配置的第1形成面间的流通间隙形成，对从所述流体兜孔部朝向所述第2形成面流出的流体的流量进行节流的第2节流部由上述对置配置的第2形成面间的流通间隙形成，
所述第1节流部与第2节流部配设为如下状态：在所述工作部件的无负荷状态下在所述第1节流部产生来自所述流体兜孔部的液体流动。
2.根据权利要求1所述的工作部件的推力支承装置，其中，
所述第1节流部与第2节流部形成为如下状态：在所述工作部件的无负荷状态下使所述第2节流部的流通阻力大于或等于所述第1节流部的流通阻力，从而在所述第1节流部产生来自所述流体兜孔部的液体流动。
3.根据权利要求1或2所述的工作部件的推力支承装置，其中，所述工作部件为旋转轴，所述第2形成面为圆筒面。
4.根据权利要求1或2所述的工作部件的推力支承装置，其中，向所述流体兜孔部供给的静压流体的供给路形成于所述推力轴承部件，该供给路在所述流体兜孔部的底面开口。
5.一种机床，其具有权利要求1或2所述的工作部件的推力支承装置，其中，包括砂轮的主轴，所述砂轮的主轴为所述工作部件，该砂轮的主轴的推力支承装置为所述工作部件的推力支承装置。
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