JP2009285777A - Spindle device - Google Patents

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Hironori Kameno
浩徳 亀野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spindle device which is high in rigidity, capable of suppressing chatter vibration, simple in structure, less in the number of components, and miniaturized. <P>SOLUTION: The spindle device is rotatingly supported at two parts in the axial direction of a spindle 2 by radial bearings 4, 6 to a housing 1, and a tool 3 is fitted to one end of the spindle 2 projected from the housing 1. The radial bearing 4 on the side close to the tool 3 is a hydrostatic bearing, and the radial bearing 6 on the other side is a control type radial magnetic bearing. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、工作機械用スピンドル装置に関する。   The present invention relates to a spindle device for machine tools.

工作機械用スピンドル装置では、ハウジング内に配置されたスピンドルの軸方向2箇所がラジアル軸受によって回転支持されている。このラジアル軸受として、一般に、転がり軸受、静圧軸受、動圧軸受など、高剛性、高精度の受動型軸受が使用される。   In a spindle device for machine tools, two axial directions of a spindle disposed in a housing are rotatably supported by radial bearings. As this radial bearing, generally, a highly rigid and highly accurate passive bearing such as a rolling bearing, a hydrostatic bearing, and a hydrodynamic bearing is used.

このような従来のスピンドル装置の場合、工具によるワークの加工中に、加工条件によってはびびり振動と呼ばれるスピンドル振動の発生することがある。このびびり振動は、ワークの仕上げ面の精度劣化などの問題を引き起こす。びびり振動は加工力の周波数とスピンドルの共振周波数が一致したときに発生すると考えられ、従来の防止対策は、スピンドルの回転数をびびり振動の発生しない領域まで低下させることが主流であった。このため、加工能率が低下するという問題があった。   In the case of such a conventional spindle device, spindle vibration called chatter vibration may occur during machining of a workpiece by a tool depending on machining conditions. This chatter vibration causes problems such as deterioration in accuracy of the finished surface of the workpiece. Chatter vibration is considered to occur when the frequency of the machining force and the resonance frequency of the spindle coincide with each other, and the conventional preventive measure is to reduce the rotation speed of the spindle to a region where chatter vibration does not occur. For this reason, there existed a problem that processing efficiency fell.

一方、スピンドルの軸方向2箇所を能動型軸受である制御型ラジアル磁気軸受で回転支持するスピンドル装置も提案されている。制御型ラジアル磁気軸受を用いたスピンドル装置の場合、制御によりダンピング効果を付与できるので、びびり振動を抑制することが可能であるが、受動型軸受と比較して剛性劣化は避けられないという問題があった。   On the other hand, a spindle apparatus has also been proposed in which two axial positions of the spindle are rotationally supported by a control type radial magnetic bearing which is an active type bearing. In the case of a spindle device using a control type radial magnetic bearing, a damping effect can be imparted by control, so chatter vibration can be suppressed, but there is a problem that rigidity deterioration is unavoidable compared to a passive type bearing. there were.

このような問題を解決するため、空気静圧軸受と制御型ラジアル磁気軸受を一体化した静圧磁気複合軸受を2組用いて、スピンドルの軸方向2箇所を回転支持するものが提案されている(たとえば特許文献1参照)。
特許第3609613号公報
In order to solve such a problem, there has been proposed one that uses two sets of hydrostatic magnetic compound bearings in which an aerostatic bearing and a control type radial magnetic bearing are integrated to rotate and support two axial directions of the spindle. (For example, refer to Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3609613

ところが、静圧磁気複合軸受は、構造が複雑で、部品点数が多く、装置が大型化するという問題がある。   However, the hydrostatic magnetic composite bearing has a problem that the structure is complicated, the number of parts is large, and the apparatus is enlarged.

この発明の目的は、上記の問題を解決し、高剛性で、びびり振動を抑制でき、しかも構造が簡単で、部品点数が少なく、小型化が可能なスピンドル装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a spindle device that solves the above problems, has high rigidity, can suppress chatter vibration, has a simple structure, has a small number of parts, and can be miniaturized.

この発明によるスピンドル装置は、スピンドルの軸方向2箇所がハウジングに対してラジアル軸受によって回転支持され、ハウジングより突出したスピンドルの一端部に工具が取り付けられるスピンドル装置において、工具に近い側のラジアル軸受が油静圧軸受であり、反対側のラジアル軸受が制御型ラジアル磁気軸受であることを特徴とするものである。   The spindle device according to the present invention is a spindle device in which two axial directions of the spindle are rotatably supported by a radial bearing with respect to the housing, and the tool is attached to one end of the spindle protruding from the housing. The hydrostatic bearing is characterized in that the radial bearing on the opposite side is a controlled radial magnetic bearing.

この発明のスピンドル装置において、加工力は高剛性の油静圧軸受で支持し、びびり振動は制御型ラジアル磁気軸受で抑制させることが可能である。   In the spindle device of the present invention, the machining force is supported by a highly rigid hydrostatic bearing, and chatter vibration can be suppressed by a control type radial magnetic bearing.

この発明のスピンドル装置では、油静圧軸受と制御型ラジアル磁気軸受を1組ずつ備えているだけであり、静圧磁気複合軸受を2組用いる場合に比べて、構造が簡単で、部品点数が少なくてすみ、装置の小型化が可能である。   The spindle device of the present invention has only one set of hydrostatic bearing and control type radial magnetic bearing, and has a simpler structure and a smaller number of parts than the case of using two sets of hydrostatic magnetic compound bearings. Less is required and the apparatus can be miniaturized.

好ましくは、油静圧軸受が、スピンドルをラジアル方向およびアキシアル方向に回転支持するものである。   Preferably, the hydrostatic bearing is configured to rotatably support the spindle in the radial direction and the axial direction.

このようにすれば、アキシアル軸受を別に設ける必要がなく、構造の簡単化および装置の小型化が可能である。   In this way, it is not necessary to separately provide an axial bearing, and the structure can be simplified and the apparatus can be downsized.

この発明のスピンドル装置によれば、上記のように、高剛性で、びびり振動を抑制でき、しかも構造が簡単で、部品点数が少なく、小型化が可能である。   According to the spindle device of the present invention, as described above, it is highly rigid, can suppress chatter vibration, has a simple structure, has a small number of parts, and can be miniaturized.

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、工作機械用スピンドル装置の主要部を示す縦断面図である。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of a spindle device for machine tools.

以下の説明において、図1の上下を上下とし、同図の左側を前、右側を後とし、後から前を見たときの左右を左右とする。   In the following description, the top and bottom of FIG. 1 is the top and bottom, the left side of the figure is the front, the right side is the back, and the left and right when viewing the front from the back is the left and right.

スピンドル装置は、水平なハウジング(1)の内側で水平なスピンドル(2)が回転する横型のものであり、スピンドル(2)の向きが前後方向となるように配置されている。   The spindle device is a horizontal type in which the horizontal spindle (2) rotates inside the horizontal housing (1), and is arranged so that the orientation of the spindle (2) is the front-rear direction.

スピンドル(2)の軸方向すなわち前後方向の軸(アキシアル軸)をZ軸、Z軸と直交するとともに互いに直交する2つの径方向(ラジアル方向)の制御軸(ラジアル制御軸)のうち、上下方向の制御軸をX軸、左右方向の制御軸をY軸とする。   The axial direction of the spindle (2), that is, the longitudinal axis (axial axis) is the Z axis, the vertical direction of the two radial (radial direction) control axes (radial control axes) orthogonal to the Z axis and orthogonal to each other The X axis is the control axis, and the Y axis is the left and right control axis.

スピンドル(2)の前部はハウジング(1)から前方に突出し、その前端部に工具(3)が固定されるようになっている。   The front part of the spindle (2) protrudes forward from the housing (1), and the tool (3) is fixed to the front end part thereof.

ハウジング(1)内に、油静圧軸受(4)、ビルトイン型電動機(5)、制御型ラジアル磁気軸受(6)、ラジアル変位センサユニット(7)および保護軸受(タッチダウン軸受)(8)が設けられている。   The hydrostatic bearing (4), built-in type electric motor (5), control type radial magnetic bearing (6), radial displacement sensor unit (7) and protective bearing (touchdown bearing) (8) are housed in the housing (1). Is provided.

油静圧軸受(4)は、スピンドル(2)をラジアル方向およびアキシアル方向に非接触支持するものであり、スピンドル(2)の前部の工具(3)に最も近い側に配置されている。油静圧軸受(4)は、前側のラジアル軸受部(10)および後側のスラスト軸受部(11)を備えている。ラジアル軸受部(10)の内周面(12)は、スピンドル(2)の外周面に対向する円筒面となっており、この内周面を周方向に等分する複数箇所にリセス(13)が形成されている。図示は省略したが、油流路を通じてこれらのリセス(13)に油が供給され、それにより、スピンドル(2)がラジアル方向に非接触支持される。スラスト軸受部(11)は、スピンドル(2)に形成されたフランジ部(14)の外周寄りの前後両端面に対向する2つのスラスト面(15)を備えており、各スラスト面(15)を周方向に等分する複数箇所に、リセス(16)が形成されている。図示は省略したが、油流路を通じてこれらのリセス(16)に油が供給され、それにより、スピンドル(2)がアキシアル方向に非接触支持される。   The hydrostatic bearing (4) supports the spindle (2) in a non-contact manner in the radial direction and the axial direction, and is disposed on the front side of the spindle (2) closest to the tool (3). The hydrostatic bearing (4) includes a front radial bearing (10) and a rear thrust bearing (11). The inner peripheral surface (12) of the radial bearing portion (10) is a cylindrical surface facing the outer peripheral surface of the spindle (2), and the recess (13) is provided at a plurality of locations that equally divide the inner peripheral surface in the circumferential direction. Is formed. Although illustration is omitted, oil is supplied to these recesses (13) through the oil flow path, so that the spindle (2) is supported in a non-contact manner in the radial direction. The thrust bearing portion (11) includes two thrust surfaces (15) facing the front and rear end surfaces near the outer periphery of the flange portion (14) formed on the spindle (2). Recesses (16) are formed at a plurality of locations equally divided in the circumferential direction. Although illustration is omitted, oil is supplied to these recesses (16) through an oil flow path, and thereby the spindle (2) is supported in a non-contact manner in the axial direction.

ラジアル磁気軸受(6)は、スピンドル(2)をラジアル方向に非接触支持するものであり、油静圧軸受(4)より工具(3)から遠い側のスピンドル(2)の後部に配置されている。ラジアル磁気軸受(6)は、スピンドル(2)をX軸方向の両側から挟むように配置された上下1対のラジアル電磁石(17)、およびスピンドル(2)をY軸方向の両側から挟むように配置された左右1対のラジアル電磁石(図示略)を備えている。   The radial magnetic bearing (6) supports the spindle (2) in a non-contact manner in the radial direction, and is disposed at the rear of the spindle (2) farther from the tool (3) than the hydrostatic bearing (4). Yes. The radial magnetic bearing (6) has a pair of upper and lower radial electromagnets (17) arranged so as to sandwich the spindle (2) from both sides in the X-axis direction, and the spindle (2) from both sides in the Y-axis direction. A pair of left and right radial electromagnets (not shown) are provided.

ラジアル変位センサユニット(7)は、スピンドル(2)の浮上目標位置からのラジアル方向の変位を検出するためのものであり、ラジアル磁気軸受(6)のすぐ後側に配置されている。ユニット(7)は、X軸方向のラジアル電磁石(17)の近傍においてX軸方向の両側からスピンドル(2)を挟むように配置された上下1対のラジアル変位センサ(18)、およびY軸方向のラジアル電磁石の近傍においてY軸方向の両側からスピンドル(2)を挟むように配置された左右1対のラジアル変位センサ(図示略)を備えている。   The radial displacement sensor unit (7) is for detecting a radial displacement of the spindle (2) from the flying target position, and is disposed immediately behind the radial magnetic bearing (6). The unit (7) includes a pair of upper and lower radial displacement sensors (18) arranged so as to sandwich the spindle (2) from both sides in the X axis direction in the vicinity of the radial electromagnet (17) in the X axis direction, and the Y axis direction. A pair of left and right radial displacement sensors (not shown) are provided in the vicinity of the radial electromagnet so as to sandwich the spindle (2) from both sides in the Y-axis direction.

X軸方向の1対のラジアル変位センサ(18)の出力より、スピンドル(2)のX軸方向の変位が検出され、Y軸方向の1対のラジアル変位センサの出力より、スピンドル(2)のY軸方向の変位が検出される。そして、これらの変位に基づいて、X軸方向の1対のラジアル電磁石(17)およびY軸方向の1対のラジアル電磁石に供給する励磁電流を制御することにより、スピンドル(2)が浮上目標位置に非接触支持される。   The displacement of the spindle (2) in the X-axis direction is detected from the output of the pair of radial displacement sensors (18) in the X-axis direction, and the output of the spindle (2) is detected from the output of the pair of radial displacement sensors in the Y-axis direction. A displacement in the Y-axis direction is detected. Based on these displacements, the spindle (2) is moved to the target position by controlling the excitation current supplied to the pair of radial electromagnets (17) in the X-axis direction and the pair of radial electromagnets in the Y-axis direction. Is supported in a non-contact manner.

電動機(5)は、スピンドル(2)を高速回転させるためのものであり、油静圧軸受(4)とラジアル磁気軸受(6)の間に配置されている。電動機(5)は、ハウジング(1)側のステータ(19)と、スピンドル(2)側のロータ(20)とから構成されている。   The electric motor (5) is for rotating the spindle (2) at a high speed, and is disposed between the hydrostatic bearing (4) and the radial magnetic bearing (6). The electric motor (5) includes a stator (19) on the housing (1) side and a rotor (20) on the spindle (2) side.

保護軸受(8)は、スピンドル(2)をラジアル磁気軸受(6)で支持していないときにスピンドル(2)を機械的に支持するためのものであり、ラジアル変位センサユニット(7)の後側に配置されている。保護軸受(8)は、転がり軸受、この例では2個のアンギュラ玉軸受よりなり、各軸受の外輪がハウジング(1)に固定され、内輪がスピンドル(2)の外周面に所定の間隔をあけて配置されている。   The protective bearing (8) is for mechanically supporting the spindle (2) when the spindle (2) is not supported by the radial magnetic bearing (6), and is provided after the radial displacement sensor unit (7). Arranged on the side. The protective bearing (8) consists of a rolling bearing, in this example two angular ball bearings. The outer ring of each bearing is fixed to the housing (1), and the inner ring is spaced apart from the outer peripheral surface of the spindle (2). Are arranged.

上記のスピンドル装置において、加工力は高剛性の油静圧軸受(4)で支持し、びびり振動は制御型ラジアル磁気軸受(6)で抑制させることが可能である。   In the above spindle apparatus, the processing force is supported by the highly rigid hydrostatic bearing (4), and chatter vibration can be suppressed by the control type radial magnetic bearing (6).

そして、油静圧軸受(4)と制御型ラジアル磁気軸受(6)を1組ずつ備えているだけであり、静圧磁気複合軸受を2組用いる場合に比べて、構造が簡単で、部品点数が少なくてすみ、装置の小型化が可能である。   And it has only one set of hydrostatic bearing (4) and control type radial magnetic bearing (6), and the structure is simpler than the case of using two sets of hydrostatic magnetic compound bearings. Therefore, the apparatus can be miniaturized.

また、油静圧軸受(4)がスピンドル(2)をラジアル方向およびアキシアル方向に回転支持するものであるから、アキシアル軸受を別に設ける必要がなく、さらに構造の簡単化および装置の小型化が可能である。   In addition, the hydrostatic bearing (4) supports the spindle (2) in the radial and axial directions, so there is no need to provide a separate axial bearing, and the structure can be simplified and the device can be downsized. It is.

しかしながら、油静圧軸受を、スピンドル(2)をラジアル方向にのみ回転支持するものとして、アキシアル軸受を別に設けることも可能である。   However, it is also possible to separately provide an axial bearing as a hydrostatic bearing that rotatably supports the spindle (2) only in the radial direction.

スピンドル装置の全体構成あるいは各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。   The overall configuration of the spindle device or the configuration of each unit is not limited to that of the above embodiment, and can be changed as appropriate.

図1は、この発明の実施形態を示すスピンドル装置の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a spindle apparatus showing an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

(1) ハウジング
(2) スピンドル
(3) 工具
(4) 油静圧軸受
(6) 制御型ラジアル磁気軸受



依頼書に添付の図面が小さくて、わかりにくかったので、図面およびそれに関する説明に誤りがあるかもしれません。十分にチェックをお願いします。
(1) Housing
(2) Spindle
(3) Tool
(4) Hydrostatic bearing
(6) Control type radial magnetic bearing



Since the drawings attached to the request form were small and difficult to understand, the drawings and their descriptions may be incorrect. Please check carefully.

Claims (2)

スピンドルの軸方向2箇所がハウジングに対してラジアル軸受によって回転支持され、ハウジングより突出したスピンドルの一端部に工具が取り付けられるスピンドル装置において、
工具に近い側のラジアル軸受が油静圧軸受であり、反対側のラジアル軸受が制御型ラジアル磁気軸受であることを特徴とするスピンドル装置。
In a spindle apparatus in which two axial directions of the spindle are rotatably supported by a radial bearing with respect to the housing, and a tool is attached to one end of the spindle protruding from the housing.
A spindle device characterized in that the radial bearing on the side close to the tool is a hydrostatic bearing and the radial bearing on the opposite side is a control type radial magnetic bearing.
油静圧軸受が、スピンドルをラジアル方向およびアキシアル方向に回転支持するものであることを特徴とする請求項1のスピンドル装置。   2. The spindle apparatus according to claim 1, wherein the hydrostatic bearing is configured to rotatably support the spindle in a radial direction and an axial direction.
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