JP2001062654A - 主軸ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸ユニットを前端と後端の離れた２カ所で
支持しても寸法差の影響を受けず取付剛性と振動減衰性
にすぐれた主軸ユニットを提供する。 【解決手段】 主軸ユニットの前端側を主軸頭の前側取
付面に固定し、ハウジング後端に設けた後方取付面と主
軸頭の後方端面とをリング状弾性板で一体に固定する。
更に効果を高めるために主軸ユニットの挿通穴の隙間に
円筒弾性材を重点し更に断熱板で主軸ユニットから主軸
頭への伝熱を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械で高精度・
高剛性が要求される主軸ユニットに関するもので詳しく
は主軸ユニットの固定を適切にすることにより主軸剛性
と振動減衰性が向上する主軸ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来技術における主軸ユニット１
０１の主軸頭１０２への固定例である。図３において、
主軸ユニット１０１のフランジ１０３を直接主軸頭１０
２の前側取付面１０２ａに固定している。この場合、主
軸ハウジング１０５の外周面１０５ｂと主軸頭１０２の
挿通穴の内周面１０２ｃとの隙間１０４は軽い締まり嵌
めから若干の隙間を設ける場合等がある。また長手の取
り付けは主軸ユニット１０１の前端部のフランジ１０３
を主軸頭１０２の前側取付面１０２ａに固定することに
より主軸ユニット前端部の剛性が維持される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術で述べたよう
に主軸ユニット１０１の長手方向取り付けをフランジ１
０３で主軸頭１０２の前側取付面の１か所のみに固定す
る場合は支持剛性が不足するという問題がある。即ち加
工精度低下および振動発生により、仕上げ面粗さの低
下、加工時のびびり発生および工具寿命の低下を招く。
更にフライス加工のような断続切削加工では上記が大き
く増幅される。また主軸ユニット１０１を片持ち固定と
することにより負荷時の振動減衰性が低下し、前述の仕
上げ面粗さ、加工時びびり発生および工具寿命の点でさ
らに事態を悪化させる。隙間１０４を締まり嵌合にした
場合はハウジング１０５の内部の軸受に悪影響を及ぼす
という問題がある。

【０００４】更に主軸ユニット１０１の支持剛性を高め
るためフランジ１０３による固定に加えてこの主軸ユニ
ットの後端側で主軸頭１０２に固定することが考えられ
る。主軸頭１０２の前側取付面１０２ａと主軸頭後側取
付面１０２ｂとの間の寸法と主軸ユニット１０１のフラ
ンジ１０３の取付端面１０３ａから主軸ハウジング１０
５のハウジング後側取付面１０５ａとを等しく揃えるの
は製作上困難を伴う。

【０００５】本発明は従来技術の有するこのような問題
に鑑みなされたものであり、その目的するところは軸方
向の離れた２位置で固定して支持剛性が大きく負荷時の
振動減衰性が向上する主軸ユニットの提供である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、主軸頭の穿設穴に主軸ハウジングを挿通し
て該主軸頭の前側取付面に主軸ユニットの前端部分を固
定し、該主軸ユニットの後端部分を前記主軸頭の後側取
付面と前記主軸ハウジングの後端側に設けたハウジング
後側取付面との寸法差を一般公差内に入るように加工形
成してリング状弾性板の外縁部を前記主軸頭の後側取付
面に内縁部を前記ハウジングの後側取付面にそれぞれに
ねじで固定した際に二つの前記後側取付面の寸法差に対
応して内周部分が軸方向に変位して寸法差を吸収するよ
うにしたものである。

【０００７】請求項１の発明によれば主軸ユニットの支
持剛性と振動減衰性を高めるため、片持ち固定でなく主
軸ユニットの後端側の主軸ハウジング部を主軸頭後側取
付面へも固定する。この場合２位置固定でも問題の起き
ないように後端側の取り付けに際し主軸頭後側取付面と
主軸ユニットのハウジング後側取付面を公差内において
揃った平面となるようにし、この両端面にリング状弾性
板を固定する。これによりラジアル方向の支持剛性が強
化され、更に軸方向で当初僅少な寸法差がある場合弾性
板の軸方向の変形で吸収できるので２位置固定に伴う問
題を解消することができる。

【０００８】請求項２の発明は、前記穿設穴に挿通して
形成された隙間に弾性材若しくは断熱材を注入充填し円
筒状充填物体で該主軸ユニットと該主軸頭とを一体に構
成したものである。請求項１の発明に請求項２の発明内
容を付加することにより主軸ユニットの支持剛性と振動
減衰性の向上を一層効果良く達成できる。主軸頭に穿設
された挿通穴の内周と主軸ハウジングの外周との隙間に
弾性材料を入れることにより振動の節をかえて振動を効
率良く減衰させ支持剛性の向上にも寄与し、高精度加工
が可能となる。

【０００９】請求項３の発明は、前記主軸ハウジングの
フランジの両側及び前記リング状弾性板の両側にリング
状断熱材を介装して前記主軸ユニットの前端部と後端部
とを前記主軸頭に固定してなり、主軸ユニットと主軸頭
とを断熱するようにしたものである。

【００１０】請求項１または２記載の発明による効果に
より支持剛性と振動減衰性を高めることが出来る。しか
しながら主軸ユニットで発生する熱が微量であって主軸
ユニットから空間に徐々に放熱される場合であっても、
更に主軸ユニットから主軸頭へ伝熱される場合は主軸頭
に設けられた機構部品にも伝熱され、加工精度に影響を
及ぼすこととなる。そのため主軸ユニットから主軸頭へ
の伝熱を遮断するようにして主軸ユニットを主軸頭に設
けるようにしたものである。そこで本発明は主軸頭側へ
伝わるのを防止するために、取付フランジ部分とリング
状の弾性板の前後若しくは片側に断熱板を使用すること
により、また、ハウジング外周と主軸頭の穿設穴内周と
の隙間に断熱材を充填することにより、断熱を達成する
ものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
もとづいて説明する。図１は本発明の主軸ユニットの断
面説明図、図２はＡ−Ａ視図である。

【００１２】図１において、主軸ユニット１は主軸頭２
の穿設穴に挿通され、フランジ３により穴の内周面２ｃ
と主軸ハウジング５の外周面５ｂとの間に隙間４を形成
して主軸頭２の前側取付面２ａに固定されている。主軸
ハウジング５の後端部分には、ハウジング後方取付面５
ａが形成されている。ハウジング後側取付面５ａと主軸
頭後側取付面２ｂとは各々の取付面の加工の際に一般公
差で加工して両取付面の寸法差を０．０５ｍｍ以内に納
めることは可能である。このような場合には両取付面若
しくはリング状弾性板６のいずれかの面を修正すること
により段差を０．０１ｍｍ以下にすることができる。寸
法差が僅少になればリング状弾性板６の外縁部を前記主
軸頭の後側取付面に、内縁部を前記ハウジングの後側取
り付けにそれぞれ固定することにより、外縁部と内縁部
の中間部分の形状を弾性変形可能な形状にして形成して
リング状弾性板６の弾性変形で吸収させることができ
る。

【００１３】前述した両取付面の組立段階での追加工は
実際上困難を伴うことが多い。この場合、独立したリン
グ状弾性板６を追加するのは容易であり、リング状弾性
板６を平板でなく予めハウジング後側取付面５ａと主軸
頭後側取付面２ｂとに当接するリング状弾性板６側の面
に段差を設け中間部分を皿ばね形状のリングに形成して
おき突出面を研削加工して寸法差を少なくして固定する
ことも可能である。また他の方法として調整用スペーサ
による寸法差調整も可能である。

【００１４】リング状弾性板６の材料として鉄鋼材料，
非鉄金属材料，非金属材料のいずれもが使用可能であ
り、例えば、炭素鋼，特殊鋼，鋳鉄，アルミニューム合
金，銅合金，炭素繊維若しくはガラス繊維等の充填材で
強化されたエンジニアリングプラスチック等が使用でき
る。リング状弾性板６はハウジング後方端面５ａとは小
さいピッチ円で、主軸頭２の後側取付面２ｂとは大きい
ピッチ円で固定される。従ってリング状弾性板６を固定
金具例えばボルト１３，１４で固定していない部分はハ
ウジング後方取付面５ａの軸心方向の寸法差により弾性
変形する。従って板厚が薄い場合にはボルト１３とボル
ト１４の径方向の間隔を小さくすること、板厚が厚い場
合は前記間隔を大きくする必要があり、主軸ユニット１
の主軸ハウジング５と主軸頭２の設計寸法からリング状
弾性板６の形状寸法が決定される。

【００１５】リング状弾性板６によるラジアル方向の支
持剛性を高くするために板厚寸法を大きくした場合にス
ラスト方向の変形に対し抵抗が大きくなる傾向がある。
これを解消するためにハウジング後方取付面５ａと主軸
頭後側取付面２ｂにボルトで固定する個所を除いてリン
グ状弾性板６の余肉を任意に削除して弾性板６の形状自
体を成形することにより変形しやすくすることが可能で
ある。薄い板厚のリング状弾性板６を使用して支持剛性
を高くするにはボルトによって多点でリング状弾性板６
を支えのではなく、リング状のバックアップリングで弾
性板を押さえて固定することにより主軸ユニットのラジ
アル方向の支持剛性を高め、かつスラスト方向の変位が
容易な支持構成とすることができる。またリング状弾性
板６の他の実施形状として、取り付けボルト３と取り付
けボルト１４の各ピッチ径の中間に片面または両面を凹
形状の薄肉部分を設け、この薄肉部分で変形しやすいよ
うに成形することも可能である。

【００１６】更に図１において、穴の内周面２ｃと主軸
ハウジング５の外周面５ｂとが形成する円筒状の隙間４
を振動減衰性のある弾性材若しくは断熱材で充填するこ
とにより、主軸ハウジング５は目的に応じて選定した充
填材料により主軸頭２の穿設穴に強固に保持される。充
填する弾性材若しくは断熱材は隙間４に注入する必要が
あるため充填時には流動性が要求される。弾性材として
発泡性樹脂、発泡性ウレタンゴム，ウレタンゴム，シリ
ンコンダム等が使用される。ゴム状弾性材は振動減衰性
にすぐれたいる。また発泡性樹脂は断熱性に優れてい
る。主軸ハウジング５から主軸頭２への熱伝導う遮断す
る場合や、ある程度の振動減衰性を必要とする場合は後
者の発泡性樹脂が適している。

【００１７】また図１には主軸ユニット１と主軸頭２と
を断熱する断熱板７乃至１２が図示されている。図１に
おいてフランジ３の両側面にリング状の断熱板７，８が
主軸頭後側取付面２ｂ及びハウジング後側取付面５ａに
接するリング状弾性板６の両側にそれぞれリング状の断
熱板９，１０，１１，１２が設けられている。断熱板
９，１０の隙間１６と、断熱板１１，１２の隙間１７の
大きさが弾性板６の変形のしやすさと関係するので適切
な選択が必要である。断熱板の材料として、耐クリープ
性と耐熱性があるカーボン繊維やアラシド繊維等を充填
材とする複合素材が用いられる。

【００１８】図２において、主軸１５は主軸ユニット１
の主軸ハウジング５の軸受に支承されておりリング状弾
性板６にはリング状の断熱板１１，１２が載置されボル
ト１３，１４で主軸頭２と主軸ユニット１のハウジング
後側取付面５ａにそれぞれ固定されている。図示しない
断熱板９，１０はリング状弾性板６の裏面に設けられて
おり断熱板１１，１２と併設することにより断熱の効果
は向上する。

【００１９】以上のように構成した本発明の主軸ユニッ
ト１は以下に述べる作用を有する。主軸ユニット１の前
端部は先ず主軸頭２の前側取付面にその取付フランジ３
で一端が強固に固定されるのみでなく、主軸ユニット１
の他端も、主軸頭後側取付面２ｂとハウジング後側取付
面５ａの両平面間の寸法差が僅少になるよう設計数値が
付与されて加工された面に、リング状弾性板６が橋設さ
れている。リング状弾性板６の外縁部と内縁部との中間
部分の形状は軸方向に変形可能な形状に形成されてお
り、そのため組立当初において通常の経済的加工に起因
する寸法差が存在していてもリング状弾性板６を介し主
軸ユニット１を主軸頭２に他端を固定することが可能で
ある。

【００２０】リング状弾性板６の主軸軸線方向の変形を
容易にするために板厚を薄くしたり、リング状弾性板６
を固定するボルト１３とボルト１４の径方向の寸法間隔
を大きくすると主軸ユニットの前記他端での支持剛性が
低下する。他方板厚を大にしたり、固定用ボルト１３，
１４の前記寸法間隔を小さくすると支持剛性は大になる
か軸線方向の変位が困難となり主軸ユニット１の軸線方
向の寸法差を弾性板６の軸線方向変位に変換することが
不可能となる。従ってリング状弾性板６の板厚とボルト
の径方向寸法間隔の選定は、支持剛性と振動減衰性を向
上させる場合に重要である。

【００２１】隙間４に弾性材料を充填することにより主
軸ユニット１と主軸頭２を一体化して主軸ユニット１の
支持剛性と振動減衰性を向上させることができる。主軸
ユニットから発生する振動の節を変化させることにより
主軸頭２へ振動が伝わるのを抑制する。このためには注
入可能な樹脂材を使用する。

【００２２】主軸ユニット１で発生した熱を主軸頭２を
経由して他の主軸機構に伝えないようにするために、断
熱材７乃至１２は全てを必ずしも使用しなくても断熱の
効果は得られる。隙間４の充填材に気泡を含まないゴム
状弾性材として例えばウレタンゴムを選定した場合には
振動減衰の一面は達成できるが、発泡性樹脂例えば発泡
ウレタンゴムを選定した場合には振動減衰と断熱の両面
で効果が期待できる。従って隙間４の充填材の選定は、
支持剛性・振動減衰性及び断熱性のいずれにも影響を与
えるので重要である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は前記のように構成し作用するの
で次に記載する効果を奏する。請求項１の発明は、主軸
ユニット１の主軸頭２への固定を主軸ユニットの前端側
では強固に、後端側では軸方向にのみ変位する弾性板を
介して行ったので主軸ユニットの取付剛性が向上し片持
ち取り付けによる減衰性の低さを補償することが可能と
なり、高精度加工及び主軸の高速化にも寄与するもので
ある。

【００２４】請求項２の発明は、請求項１の発明の効果
に加え、更に主軸ユニット１を主軸頭２に挿通して形成
される主軸ハウジング５の外周面５ｂと挿入穴の内径面
２ｃの隙間４を弾性材で充填し前記請求項１の効果を顕
著にし、更なる高精度加工の達成に貢献する。

【００２５】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明の効果により支持剛性と振動減衰性を向上させた
主軸ユニット１の運転中に発生する熱を、主軸頭２へ伝
えないために断熱板を使用することにより、断熱して主
軸頭若しくは主軸頭に設けられた他の要素への熱の影響
を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の主軸ユニットの断面説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ視図である。

【図３】従来技術の主軸ユニットの断面説明図である。

【符号の説明】

１ 主軸ユニット ２ 主軸頭 ３ フランジ ４ 隙間 ５ 主軸ハウジング ６ リング状弾性板 ７，８，９，１０，１１，１２ 断熱板 １３，１４ ボルト １５ 主軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸頭の穿設穴に主軸ハウジングを挿通
   して該主軸頭の前側取付面に主軸ユニットの前端部分を
   固定し、該主軸ユニットの後端部分を前記主軸頭の後側
   取付面と前記主軸ハウジングの後端側に設けたハウジン
   グの後側取付面との寸法差を一般公差内に入るように加
   工形成してリング状弾性板の外縁部を前記主軸頭の後側
   取付面に内縁部を前記ハウジングの後側取付面にそれぞ
   れにねじで固定した際に二つの前記後側取付面の寸法差
   に対応して内周部分が軸方向に変位して寸法差を吸収す
   るようにしてなり、主軸ユニットの支持剛性と振動減衰
   性の向上を特徴とする主軸ユニット。
2. 【請求項２】 前記穿設穴に挿通して形成された隙間に
   弾性材若しくは断熱材を注入充填し円筒状充填物体で該
   主軸ユニットと該主軸頭とを一体に構成してなり主軸ユ
   ニットの支持剛性と振動減衰性の向上を特徴とする請求
   項１に記載の主軸ユニット。
3. 【請求項３】 前記主軸ハウジングのフランジの両側及
   び前記リング状弾性板の両側にリング状断熱材を介装し
   て前記主軸ユニットの前端部と後端部とを前記主軸頭に
   固定してなり、主軸ユニットと主軸頭とを断熱すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の主軸ユニット。