JP2002206527A - 主軸装置 - Google Patents

主軸装置

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JP2002206527A
JP2002206527A JP2001004323A JP2001004323A JP2002206527A JP 2002206527 A JP2002206527 A JP 2002206527A JP 2001004323 A JP2001004323 A JP 2001004323A JP 2001004323 A JP2001004323 A JP 2001004323A JP 2002206527 A JP2002206527 A JP 2002206527A
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JP
Japan
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temperature
bearing
collar
spindle
outer ring
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JP2001004323A
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English (en)
Inventor
Yoshinobu Otake
大竹芳宜
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Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Corp
Okuma Machinery Works Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/525Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to temperature and heat, e.g. insulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受内外輪の温度差をあらかじめ設定された
範囲内に押さえることで、高速回転可能な主軸を提供す
ることにある。 【解決手段】 軸受3内輪に接して配置された熱伝導率
に優れた温度測定カラー4と、スリーブ2に配置された
温度測定カラー4の温度を測定する非接触式温度センサ
5と、非接触式温度センサ5の信号から温度測定カラー
4の温度を算出する演算装置7と、軸受3外輪に接して
配置された軸受3外輪の温度を測定する接触式温度セン
サ6と、接触式温度センサ6の信号から軸受3外輪の温
度を算出する演算装置8と、求められた軸受内外輪の温
度から温度差を算出する演算装置9と、主軸冷却器10
の冷却液設定温度を制御する制御装置11とを有するこ
とにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械などの主
軸における高速化技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】主軸を高速に回転させると軸受、電動機
により熱が生じる。軸受の焼き付きを防止するため、ス
リーブに冷却溝を設け、冷却器を用いてあらかじめ設定
した温度に冷却した油などの冷却液を循環させ発生した
熱を奪っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、主軸のさらなる
高速化が求められている。従来のスリーブの冷却では主
軸の熱除去の点では良いが、軸受外輪が内輪に比べて早
く冷却されてしまうため、時に大きな内外輪温度差を生
じる。軸受内外輪に大きな温度差が生じると、軸受隙間
の著しい減少を生じ、軸受予圧の増加、そして軸受焼き
付きに至ってしまう。そのため、軸受内外輪の温度差を
考慮した対策が必要となっている。
【0004】本発明は上述のような事情から成されたも
のであり、本発明の目的は軸受内外輪の温度差をあらか
じめ設定された範囲内に押さえることで、高速回転可能
な主軸を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明による主軸装置は、主軸と、主軸を軸受に
より回転可能に支持するスリーブとを有し、主軸冷却器
から供給された冷却液により軸受外輪を冷却するための
冷却溝を設けた主軸装置において、軸受内輪に接するよ
うに主軸外周に配置された熱伝導率に優れた温度測定カ
ラーと、スリーブに配置され前記温度測定カラーの温度
を測定する非接触式温度測定装置と、スリーブに配置さ
れ軸受外輪の温度を測定する温度測定装置と、前記非接
触式温度測定装置及び温度測定装置の出力から軸受内外
輪の温度差を算出する演算装置と、算出された内外輪温
度差があらかじめ設定された範囲内になるよう主軸冷却
器の冷却液設定温度を制御する制御装置と、を有するこ
とを特徴とするものである。
【0006】ここで、前記温度測定カラーが、主軸との
接触面積を小さくして軸受内輪から伝わる熱が主軸に逃
げにくい形状とされているのが望ましい。また、前記温
度測定カラーの外周表面の軸受寄り位置に断熱カラーを
配し、該断熱カラーの外形よりもわずかに大きい内径を
有する外輪用カラーを軸受外輪側に軸受外輪と接するよ
うに配し軸受潤滑媒体による前記温度測定カラーへの影
響を軽減するのが望ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
好適な実施形態について説明する。
【0008】図1、2は、本発明の第一実施形態を示し
た図である。主軸1と主軸1をスリーブ2に回転可能に
配する軸受3と、軸受3内輪に接して配置された熱伝導
率に優れた温度測定カラー4と、スリーブ2に配置され
た温度測定カラー4の温度を測定する非接触式温度セン
サ5及び非接触式温度センサ5の信号から温度測定カラ
ー4の温度を算出する演算装置7と、軸受3外輪に接し
て配置された軸受3外輪の温度を測定する接触式温度セ
ンサ6及び接触式温度センサ6の信号から軸受3外輪の
温度を算出する演算装置8と、演算装置7及び演算装置
8により求められた軸受内外輪の温度から温度差を算出
する演算装置9と、主軸冷却器10の冷却液設定温度を
制御する制御装置11とで構成される。
【0009】尚、温度測定装置としては個別の温度セン
サと演算装置を組み合わせたものとしているが、これら
が一体化されたものでも良い。或いは演算装置7,8,
9が一体化されたものであっても良い。また、温度セン
サ6は非接触式としても良い。
【0010】上記のように構成された主軸装置において
は、主軸1を有する機械の電源が入れられると、同時に
主軸冷却器10の電源も入り、主軸1を初期設定の冷却
液設定温度にて冷却を始める。次に、スリーブ2に配置
された非接触式温度センサ5にて、軸受3内輪に接して
配置された熱伝導率に優れた温度測定カラー4の温度を
測定、同時に、軸受3外輪に接して配置された接触式温
度センサ6にて、軸受3外輪の温度を測定する。各温度
センサの演算装置7、8からの演算結果より、演算装置
9にて式1に従い、軸受3内外輪温度差Aを計算する。
【0011】
【式1】 A=(軸受3内輪の温度)−(軸受3外輪の温度)
【0012】そして、あらかじめ設定された軸受3内外
輪温度差の許容値Bと演算装置9にて算出された軸受3
内外輪温度差Aを比較し、式2に示す範囲内にすべく、
制御装置11にて主軸冷却器10の冷却液設定温度を制
御する。
【0013】
【式2】0≦A≦B
【0014】すなわち、A<0の時は冷却液設定温度を
下げ、A>Bの時は冷却液設定温度を上げることで実現
する。この動作はあらかじめ設定された時間間隔にて主
軸1を有する機械の電源が切られるまで繰り返される。
【0015】図3は本発明の第二実施形態を示した図で
ある。軸受3内輪に接して配置された熱伝導率に優れた
温度測定カラーが、主軸など軸受内輪以外で接触する部
材との接触面積を小さくなるよう整形されており、軸受
3内輪から伝わった熱が逃げにくい形状となっている。
【0016】このように構成された主軸装置において
は、温度測定カラー12の温度が軸受3内輪の温度と素
早く均一になり、軸受3内輪温度をより正確に測定可能
とする。
【0017】図4は本発明の第三実施形態を示した図で
ある。高速化を要求される主軸装置では、噴霧状の油を
混ぜた空気を軸受3に供給する、いわゆるオイルエア方
式などの潤滑方法を用いる場合がある。その場合、軸受
を潤滑後漏出する空気及び油が温度測定カラー13に接
触し、温度測定カラー13の温度を低下させる怖れが生
じる。
【0018】これに対し、本実施形態では、軸受3内輪
に接して配置された熱伝導率に優れた温度測定カラーの
表面に断熱カラー14を配し、軸受3外輪側に軸受外輪
と接してカラー15を配している。
【0019】このように構成された主軸装置において
は、オイルエアとして軸受3に供給され潤滑後漏出する
油、空気などの潤滑媒体が、軸受3内輪の温度測定を行
う温度測定カラー13に接触することを防止することに
より、これら潤滑媒体の影響を軽減し、軸受3内輪温度
をより正確に測定可能とする。
【0020】尚、本発明は上記の各実施形態に限定され
るものではなく、例えば各温度センサ及び冷却液循環用
の溝は上記実施形態ではスリーブに設けられているがこ
れをスリーブ以外の固定の部材(主軸台など)に直接設
けるなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可
能であることは言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
軸受内輪に接するように主軸外周に配置された熱伝導率
に優れた温度測定カラーと、スリーブに配置され前記温
度測定カラーの温度を測定する非接触式温度測定装置
と、スリーブに配置され軸受外輪の温度を測定する温度
測定装置と、前記非接触式温度測定装置及び温度測定装
置の出力から軸受内外輪の温度差を算出する演算装置
と、算出された内外輪温度差があらかじめ設定された範
囲内になるよう主軸冷却器の冷却液設定温度を制御する
制御装置とを設けたことにより、軸受内輪に接した熱伝
導率に優れたカラーおよび軸受外輪を測定することで正
確な温度測定が可能であり、その正確な軸受内外輪の温
度測定結果から、軸受内外輪の温度差をあらかじめ設定
された範囲内に押さえることで、主軸の高速回転が可能
となる。
【0022】また、主軸固定部からの測定としているこ
とで、回転部に温度測定部を設ける複雑な構造を要さな
い。
【0023】本発明の請求項2の発明によれば、前記温
度測定カラーが、主軸との接触面積を小さくして軸受内
輪から伝わる熱が主軸に逃げにくい形状とされているの
で、温度測定カラー12の温度が軸受3内輪の温度と素
早く均一になり、軸受3内輪温度をより正確に測定可能
とする。
【0024】また、請求項3の発明によれば、前記温度
測定カラーの外周表面の軸受寄り位置に断熱カラーを配
し、該断熱カラーの外形よりもわずかに大きい内径を有
する外輪用カラーを軸受外輪側に軸受外輪と接するよう
に配してなり、軸受潤滑媒体による前記温度測定カラー
への影響を軽減するようになしたので、オイルエアとし
て軸受3に供給され潤滑後漏出する油、空気などの潤滑
媒体が、軸受3内輪の温度測定を行う温度測定カラー1
3に接触することを防止することにより、これら潤滑媒
体の影響を軽減し、軸受3内輪温度をより正確に測定可
能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一実施形態における主軸の構成を
示す詳細図である。
【図2】 本発明の第一実施形態における主軸の構成を
示す全体図である。
【図3】 本発明の第二実施形態における主軸の構成を
示す詳細図である。
【図4】 本発明の第三実施形態における主軸の構成を
示す詳細図である。
【図5】 従来の主軸の構成を示す詳細図である。
【符号の説明】
1・・主軸、2・・スリーブ、3・・軸受、4・・温度
測定カラー、5・・非接触式温度センサ、6・・接触式
温度センサ、7・・演算装置、8・・演算装置、9・・
演算装置、10・・主軸冷却器、11・・制御装置、1
2・・温度測定カラー、13・・温度測定カラー、14
・・断熱カラー、15・・カラー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主軸と、主軸を軸受により回転可能に支
    持するスリーブとを有し、主軸冷却器から供給された冷
    却液により軸受外輪を冷却するための冷却溝を設けた主
    軸装置において、軸受内輪に接するように主軸外周に配
    置された熱伝導率に優れた温度測定カラーと、スリーブ
    に配置され前記温度測定カラーの温度を測定する非接触
    式温度測定装置と、スリーブに配置され軸受外輪の温度
    を測定する温度測定装置と、前記非接触式温度測定装置
    及び温度測定装置の出力から軸受内外輪の温度差を算出
    する演算装置と、算出された内外輪温度差があらかじめ
    設定された範囲内になるよう主軸冷却器の冷却液設定温
    度を制御する制御装置と、を有することを特徴とする主
    軸装置。
  2. 【請求項2】 前記温度測定カラーが、主軸との接触面
    積を小さくして軸受内輪から伝わる熱が主軸に逃げにく
    い形状とされていることを特徴とする請求項1記載の主
    軸装置。
  3. 【請求項3】 前記温度測定カラーの外周表面の軸受寄
    り位置に断熱カラーを配し、該断熱カラーの外形よりも
    わずかに大きい内径を有する外輪用カラーを軸受外輪側
    に軸受外輪と接するように配してなり、軸受潤滑媒体に
    よる前記温度測定カラーへの影響を軽減することを特徴
    とする請求項1または2記載の高速主軸。
JP2001004323A 2001-01-12 2001-01-12 主軸装置 Pending JP2002206527A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007253255A (ja) * 2006-03-22 2007-10-04 Osaka Kiko Co Ltd 工作機械の主軸冷却装置
JP2014223705A (ja) * 2013-05-16 2014-12-04 株式会社ジェイテクト 回転軸装置
CN104482058A (zh) * 2014-12-01 2015-04-01 李旭光 一种总线式玉米收获机轴承智能控制方法
EP3835749A4 (en) * 2018-08-06 2022-04-27 Zhejiang Ute Bearing Co., Ltd INTEGRATED BEARING SEAT FOR ACCURATELY DETECTING THE OPERATIONAL CONDITION OF A BEARING

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