JP2010064201A - Main spindle device of machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主軸を流体の圧力により支持する工作機械の主軸装置に関する。 The present invention relates to a spindle device of a machine tool that supports a spindle by fluid pressure.
工作機械において、主軸を回転可能に支承するジャーナル軸受と、軸方向に支持するスラスト軸受とを備えた主軸装置に関する従来技術があった(例えば、特許文献1参照)。これは、上下軸を中心に回転する主軸の下端部に対して、スラスト軸受が軸方向に対向し、スラスト軸受の上端面に形成された給気孔からポンプ空気圧が噴出し、主軸を上方に浮揚させて支持している。 In a machine tool, there has been a related art related to a main shaft device including a journal bearing that rotatably supports a main shaft and a thrust bearing that supports the main shaft in an axial direction (see, for example, Patent Document 1). This is because the thrust bearing is axially opposed to the lower end of the main shaft that rotates about the vertical axis, and the pump air pressure is ejected from the air supply hole formed in the upper end surface of the thrust bearing, causing the main shaft to float upward. Let me support you.
またこの主軸装置は、位置検出器により主軸端部の位置を検出し、検出された主軸の位置に基いて、制御装置が圧電素子により形成されたアクチュエータを作動させ、主軸とスラスト軸受との間の距離をフィードバック制御している。
一般に加工中の主軸は、ワークや刃具から様々な振動を受けてその軸方向位置が変動しやすく、主軸の位置変動は加工品の寸法精度を低下させる。このため、上述した従来技術による主軸装置においては、加工品の寸法精度を維持するために、検出した主軸位置に基づき、アクチュエータを作動させてスラスト軸受の位置を変化させ、空気圧によりスラスト軸受から主軸に加えられる付勢力を変化させて、主軸の位置を修正している。
In general, the main shaft being processed is subject to various vibrations from a workpiece or a cutting tool, and its axial position is likely to fluctuate. The fluctuation of the position of the main shaft lowers the dimensional accuracy of the workpiece. Therefore, in the above-described spindle device according to the prior art, in order to maintain the dimensional accuracy of the workpiece, the actuator is operated to change the position of the thrust bearing based on the detected spindle position, and the thrust bearing is moved from the thrust bearing to the spindle by air pressure. The position of the spindle is corrected by changing the urging force applied to.
したがって、主軸位置の修正のためにアクチュエータは頻繁に作動し、アクチュエータを構成する圧電素子は伸縮を繰り返す。圧電素子は作動により発熱を伴い、発生した熱は圧電素子から他部材へと伝わり、スラスト軸受に伝達した熱はスラスト軸受を伸長させる。スラスト軸受が延びると、主軸へ供給される空気圧により主軸に加えられる付勢力が変化するため、主軸の先端に取り付けられた刃具あるいはワークの位置をくるわせる場合がある。特に、昨今は主軸の高速回転化が要求され、高回転に伴い主軸の振動周波数も増大し、アクチュエータの圧電素子は一層頻繁に伸縮を繰り返し、圧電素子による発熱の問題は深刻さを増している。 Therefore, the actuator frequently operates to correct the main shaft position, and the piezoelectric elements constituting the actuator repeatedly expand and contract. The piezoelectric element generates heat by operation, and the generated heat is transmitted from the piezoelectric element to another member, and the heat transmitted to the thrust bearing extends the thrust bearing. When the thrust bearing is extended, the urging force applied to the main shaft is changed by the air pressure supplied to the main shaft, so that the position of the cutting tool or work attached to the tip of the main shaft may be changed. In particular, high-speed rotation of the main shaft has been demanded recently, the vibration frequency of the main shaft has increased with high rotation, and the piezoelectric element of the actuator has repeatedly expanded and contracted, and the problem of heat generation by the piezoelectric element has become more serious. .
この対策として、発熱した圧電素子を冷却することが考えられるが、冷却するための冷却媒体の発生源や供給路を新たに設ける必要があり、主軸装置全体の大型化および高コスト化が避けられなかった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工精度を向上できる工作機械の主軸装置を提供することにある。
As a countermeasure, it is conceivable to cool the piezoelectric element that has generated heat, but it is necessary to newly provide a cooling medium generation source and supply path for cooling, and an increase in the size and cost of the entire spindle device can be avoided. There wasn't.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a spindle device of a machine tool that can improve machining accuracy.
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
(手段1)手段1に係る工作機械の主軸装置は、
主軸と、
該主軸を回転可能に支承する回転軸受と、
前記主軸に対して回転軸方向に対向するとともに、前記主軸との対向面に開口する流体管路を備え、該流体管路に流体圧源からの流体圧を供給することにより、流体圧が前記主軸に向けて噴射され、前記主軸から離れた状態で、前記主軸を回転軸方向に支承するスラスト軸受パッドと、
基体に取り付けられるとともに、前記スラスト軸受パッドに接続された圧電素子であって、電力が印加されることにより伸縮して前記スラスト軸受パッドを前記基体に対して移動させ、前記スラスト軸受パッドの前記主軸に対する距離を変化させることにより、前記主軸に噴射される流体圧による付勢力を増減して前記主軸の軸方向位置を変化させる圧電素子と、
を備えた工作機械の主軸装置において、
前記流体圧源からの流体圧を前記圧電素子の周辺にも流動させることにより、前記圧電素子の作動による発熱を奪い、前記圧電素子の温度を低下させている。
Hereinafter, each means suitable for solving the above-described problems will be described with additional effects and the like as necessary.
(Means 1) A spindle device of a machine tool according to
The spindle,
A rotary bearing for rotatably supporting the main shaft;
A fluid conduit that opposes the main shaft in the direction of the rotation axis and opens on a surface facing the main shaft, and by supplying fluid pressure from a fluid pressure source to the fluid conduit, the fluid pressure is A thrust bearing pad that is injected toward the main shaft and that is separated from the main shaft and supports the main shaft in the rotation axis direction;
A piezoelectric element attached to the base and connected to the thrust bearing pad, which expands and contracts when electric power is applied to move the thrust bearing pad relative to the base, and the main shaft of the thrust bearing pad A piezoelectric element that changes the axial position of the main shaft by increasing or decreasing the biasing force due to the fluid pressure injected to the main shaft by changing the distance to
In the spindle device of a machine tool equipped with
By causing the fluid pressure from the fluid pressure source to flow also around the piezoelectric element, heat generated by the operation of the piezoelectric element is taken away, and the temperature of the piezoelectric element is lowered.
したがって、手段1に係る工作機械の主軸装置によれば、流体圧源からの流体圧を主軸を回転軸方向に支承するために使用するとともに、圧電素子の周辺にも流動させているため、圧電素子が冷却されてスラスト軸受パッドの加熱による伸長が防止され、主軸の位置のくるいが低減されることにより加工精度を向上させることができる。また、冷却媒体の発生源を新たに設ける必要がなく、主軸装置の小型化および低コスト化が可能になる。
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
ここにおいて、流体圧を圧電素子の周辺に流動させるというのは、流体圧を圧電素子に対して直接に触れる状態で流動させる場合と、流体圧と圧電素子との間にスラスト軸受パッドの一部等が介在した状態で、流体圧を圧電素子の近傍に流動させる場合とを含んでいる。すなわち本発明において、流体圧を圧電素子の周辺に流動させるとは、流動する流体圧が直接的であれ間接的であれ圧電素子から熱を奪う状態を意味している。 Here, the fluid pressure is caused to flow around the piezoelectric element when the fluid pressure is caused to flow in a state of direct contact with the piezoelectric element and when a part of the thrust bearing pad is interposed between the fluid pressure and the piezoelectric element. And the like, in which the fluid pressure is caused to flow in the vicinity of the piezoelectric element. In other words, in the present invention, the flow of fluid pressure around the piezoelectric element means a state in which heat is removed from the piezoelectric element regardless of whether the flowing fluid pressure is direct or indirect.
(手段2)手段1に記載の工作機械の主軸装置において、
前記スラスト軸受パッドは、
前記流体管路から分岐して延び、前記圧電素子の周辺に向けて開口する冷却管路と、
前記流体管路上または前記冷却管路上に設けられ、前記流体管路内の流体圧が所定値以下の場合には閉弁することにより、前記圧電素子の周辺への流体圧の供給を遮断し、前記流体管路内の流体圧が前記所定値を超えた場合には開弁して、前記流体圧源からの流体圧を前記流体管路および前記冷却管路を介して前記圧電素子の周辺に流動させる分岐弁と、
を備えている。
(Means 2) In the spindle device of the machine tool according to the
The thrust bearing pad is
A cooling pipe that branches off from the fluid pipe and opens toward the periphery of the piezoelectric element;
Provided on the fluid conduit or the cooling conduit, and shuts off the supply of fluid pressure to the periphery of the piezoelectric element by closing when the fluid pressure in the fluid conduit is a predetermined value or less, When the fluid pressure in the fluid line exceeds the predetermined value, the valve is opened, and the fluid pressure from the fluid pressure source is passed around the piezoelectric element via the fluid line and the cooling line. A branch valve to flow,
It has.
したがって、手段2に係る工作機械の主軸装置によれば、流体管路内の流体圧が所定値以下の場合には分岐弁が閉弁することにより、主軸を付勢する流体圧を確保することができる。また、流体管路内の流体圧が所定値を超えた場合には分岐弁が開弁することにより、所定の流体圧により主軸を付勢するとともに、余剰流体圧を利用して圧電素子を効率的に冷却することができる。
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
(手段3)手段2の工作機械の主軸装置において、
前記スラスト軸受パッドは前記圧電素子の外周面を取り囲む冷却空間を備え、前記冷却空間に前記冷却管路が接続されている。
したがって、手段3に係る工作機械の主軸装置によれば、冷却管路を介して冷却空間に進入した流体が圧電素子の外周面を取り囲むことにより、その冷却性をいっそう向上させることができる。
(Means 3) In the spindle device of the machine tool of
The thrust bearing pad has a cooling space surrounding the outer peripheral surface of the piezoelectric element, and the cooling pipe line is connected to the cooling space.
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
(手段4)手段3の工作機械の主軸装置において、
前記基体は、
前記主軸の回転軸を中心とした場合において、前記スラスト軸受パッドの半径方向外方を覆う導入部と、
該導入部から前記主軸に対して離れる方向へと筒状に延びるブリッジ部と、
該ブリッジ部から半径方向内方へと平板状に延びる排出部とを具備しており、
前記圧電素子は前記スラスト軸受パッドの前記主軸から離れた側の端部と前記排出部の半径方向内端とを連結して、前記主軸の回転軸方向に延びるように取り付けられ、前記圧電素子の外周面と前記ブリッジ部の内周面とが半径方向に対向することにより、前記スラスト軸受パッドの端面、前記ブリッジ部の内周面、前記排出部および前記圧電素子の外周面により筒状の流動空間が形成され、
前記導入部、前記ブリッジ部および前記排出部の少なくとも何れかは、前記流動空間の流体を前記流動空間から前記流動空間の外部へ排出する排出路を有し、
前記冷却空間は前記圧電素子の前記主軸側の端部において前記冷却管路と接続されるとともに、前記圧電素子の外周面に沿って延びて前記流動空間に連通している。
(Means 4) In the spindle device of the machine tool of
The substrate is
In the case where the rotation axis of the main shaft is the center, an introduction portion that covers the radially outer side of the thrust bearing pad;
A bridge portion extending in a tubular shape from the introduction portion in a direction away from the main shaft;
A discharge portion extending in a flat plate shape radially inward from the bridge portion;
The piezoelectric element is attached so as to extend in the rotational axis direction of the main shaft by connecting an end portion of the thrust bearing pad on the side away from the main shaft and a radially inner end of the discharge portion. When the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the bridge portion face each other in the radial direction, the end surface of the thrust bearing pad, the inner peripheral surface of the bridge portion, the discharge portion, and the outer peripheral surface of the piezoelectric element cause a cylindrical flow. A space is formed,
At least one of the introduction part, the bridge part, and the discharge part has a discharge path for discharging the fluid in the flow space from the flow space to the outside of the flow space,
The cooling space is connected to the cooling pipe at the end of the piezoelectric element on the main shaft side, and extends along the outer peripheral surface of the piezoelectric element and communicates with the flow space.
したがって、手段4に係る工作機械の主軸装置によれば、圧電素子の外周面が冷却空間および流動空間により覆われることにより、外周面全体を流体にさらすことができ、その冷却性がさらに向上する。また、冷却管路から圧電素子に対して流体が直射されるため、その冷却性がいっそう向上する。 Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the means 4, since the outer peripheral surface of the piezoelectric element is covered with the cooling space and the flow space, the entire outer peripheral surface can be exposed to the fluid, and the cooling performance is further improved. . Further, since the fluid is directly applied to the piezoelectric element from the cooling conduit, the cooling performance is further improved.
(手段5)手段1または2に記載の工作機械の主軸装置において、
前記基体は、
前記主軸の回転軸を中心とした場合において、前記スラスト軸受パッドの半径方向外方を覆う導入部と、
該導入部から前記主軸に対して離れる方向へと筒状に延びるブリッジ部と、
該ブリッジ部から半径方向内方へと平板状に延びる排出部とを具備しており、
前記圧電素子は前記スラスト軸受パッドの前記主軸から離れた側の端部と前記排出部の半径方向内端とを連結して、前記主軸の回転軸方向に延びるように取り付けられ、前記圧電素子の外周面と前記ブリッジ部の内周面とが半径方向に対向することにより、前記スラスト軸受パッドの端面、前記ブリッジ部の内周面、前記排出部および前記圧電素子の外周面により筒状の流動空間が形成され、
前記導入部は、その内周面に開口し、前記流体圧源による流体圧を前記スラスト軸受パッドの外周面に開口した前記流体管路へ供給する流体導入管路を備え、
前記排出部は、前記スラスト軸受パッドの外周面よりも半径方向内方に位置する部位に開口する排出路を有し、
前記流体導入管路に供給された流体圧の一部は、前記導入部の内周面と前記スラスト軸受パッドの外周面との間を通過して前記流動空間へと進入した後、前記排出路を通って外部へと排出される。
(Means 5) In the spindle device of the machine tool according to the
The substrate is
In the case where the rotation axis of the main shaft is the center, an introduction portion that covers the radially outer side of the thrust bearing pad;
A bridge portion extending in a tubular shape from the introduction portion in a direction away from the main shaft;
A discharge portion extending in a flat plate shape radially inward from the bridge portion;
The piezoelectric element is attached so as to extend in the rotational axis direction of the main shaft by connecting an end portion of the thrust bearing pad on the side away from the main shaft and a radially inner end of the discharge portion. When the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the bridge portion face each other in the radial direction, the end surface of the thrust bearing pad, the inner peripheral surface of the bridge portion, the discharge portion, and the outer peripheral surface of the piezoelectric element cause a cylindrical flow. A space is formed,
The introduction portion includes a fluid introduction conduit that opens to an inner peripheral surface thereof and supplies the fluid pressure from the fluid pressure source to the fluid conduit that opens to the outer peripheral surface of the thrust bearing pad;
The discharge portion has a discharge path that opens to a portion located radially inward from the outer peripheral surface of the thrust bearing pad,
A part of the fluid pressure supplied to the fluid introduction conduit passes between the inner peripheral surface of the introduction portion and the outer peripheral surface of the thrust bearing pad and enters the flow space, and then the discharge passage. It is discharged to the outside through.
したがって、手段5に係る工作機械の主軸装置によれば、導入部の内周面とスラスト軸受パッドの外周面との間を通過して流動空間へと進入した流体圧は、排出路を通るためにスラスト軸受パッドの外周面から半径方向内方へと進んで、流動空間内に露出した圧電素子の外周面へ触れやすくなり、その冷却性をさらに向上させることができる。
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
(手段6)手段5の工作機械の主軸装置において、
前記導入部の内周面と前記スラスト軸受パッドの外周面との間には、前記流体導入管路よりも前記主軸側において、前記導入部と前記スラスト軸受パッドとの間からの流体圧の流出を防ぐシール部材が設けられている。
(Means 6) In the spindle device of the machine tool of
Between the inner peripheral surface of the introduction portion and the outer peripheral surface of the thrust bearing pad, fluid pressure flows out between the introduction portion and the thrust bearing pad closer to the main shaft than the fluid introduction conduit. A seal member is provided to prevent this.
したがって、手段6に係る工作機械の主軸装置によれば、シール部材の働きにより、流体導入管路に供給された流体が、導入部とスラスト軸受パッドとの間を介して流体管路と流動空間のみに流れ込むため、主軸を支承させるとともに圧電素子を冷却する目的のために流体導入管路に供給された流体を有効的に利用できる。
Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the
(手段7)手段7に係る工作機械の主軸装置は、
主軸と、
該主軸を回転可能に支承する回転軸受と、
前記主軸に対して回転軸方向に対向するとともに、前記主軸との対向面に開口する流体管路を備え、該流体管路に流体圧源からの流体圧を供給することにより、流体圧が前記主軸に向けて噴射され、前記主軸から離れた状態で、前記主軸を回転軸方向に支承するスラスト軸受パッドと、
基体に取り付けられるとともに、前記スラスト軸受パッドに接続された圧電素子であって、電力が印加されることにより伸縮して前記スラスト軸受パッドを前記基体に対して移動させ、前記スラスト軸受パッドの前記主軸に対する距離を変化させることにより、前記主軸に噴射される流体圧による付勢力を増減して前記主軸の軸方向位置を変化させる圧電素子と、
を備えた工作機械の主軸装置において、
前記スラスト軸受パッドは、
前記流体管路から分岐して延びて前記圧電素子の周辺に向けて開口するとともに、前記流体管路に供給された流体圧を前記圧電素子の周辺に流動させることにより、前記圧電素子の作動による発熱を奪い、前記圧電素子の温度を低下させる冷却管路と、
前記流体管路上に設けられ、前記流体管路を通過して前記主軸に向けて噴射される流体量を一定に保持する流量調整機構と、
を備えた。
(Means 7) The spindle device of the machine tool according to means 7 is:
The spindle,
A rotary bearing for rotatably supporting the main shaft;
A fluid conduit that opposes the main shaft in the direction of the rotation axis and opens on a surface facing the main shaft, and by supplying fluid pressure from a fluid pressure source to the fluid conduit, the fluid pressure is A thrust bearing pad that is injected toward the main shaft and that is separated from the main shaft and supports the main shaft in the rotation axis direction;
A piezoelectric element attached to the base and connected to the thrust bearing pad, which expands and contracts when electric power is applied to move the thrust bearing pad relative to the base, and the main shaft of the thrust bearing pad A piezoelectric element that changes the axial position of the main shaft by increasing or decreasing the biasing force due to the fluid pressure injected to the main shaft by changing the distance to
In the spindle device of a machine tool equipped with
The thrust bearing pad is
By branching from the fluid pipe line and extending toward the periphery of the piezoelectric element, and by causing the fluid pressure supplied to the fluid pipe line to flow around the piezoelectric element, the piezoelectric element is activated. A cooling line that takes away heat and lowers the temperature of the piezoelectric element;
A flow rate adjusting mechanism that is provided on the fluid conduit and that maintains a constant amount of fluid that passes through the fluid conduit and is ejected toward the main shaft;
Equipped with.
したがって、手段7に係る工作機械の主軸装置によれば、流体管路を通過して主軸に向けて噴射される流体量を一定に保持する流量調整機構を備えているため、主軸を軸方向に支持するために必要な流体量を確保することができる。また、流体管路に供給された流体量のうち流量調整機構を通過しない余剰分を圧電素子の周辺に流動させることにより、所定の流体量により主軸を付勢するとともに、余剰流体を利用して圧電素子を冷却することができる。これにより、流体圧源を複数個設けることなく、スラスト軸受パッドによる主軸の軸方向の軸受作動と圧電素子の冷却作動とを十分に機能させ、双方を両立させることができる。 Therefore, according to the spindle device of the machine tool according to the means 7, since the flow rate adjusting mechanism that keeps a constant amount of fluid that passes through the fluid conduit and is injected toward the spindle is provided, the spindle is axially moved. The amount of fluid required for supporting can be ensured. In addition, the excess amount that does not pass through the flow rate adjusting mechanism out of the amount of fluid supplied to the fluid pipe is caused to flow around the piezoelectric element, thereby energizing the main shaft with a predetermined amount of fluid and using the excess fluid. The piezoelectric element can be cooled. Thereby, without providing a plurality of fluid pressure sources, the axial bearing operation of the main shaft by the thrust bearing pad and the cooling operation of the piezoelectric element can sufficiently function, and both can be achieved.
<実施形態1>
図1乃至図3に基づき、本発明の実施形態1による工作機械の主軸装置について説明する。尚、図1において、流体圧管路は実線による矢印にて表し、電気的接続は破線による矢印にて表している。また、説明中において、図1における上方を主軸装置の上方として説明する。
<
Based on FIG. 1 thru | or FIG. 3, the spindle apparatus of the machine tool by
図1に示すように、本実施形態による工作機械の主軸装置は、図示しない電動モータと接続され、回転軸Cを中心に回転可能な主軸1(本発明の主軸に該当する)を備えている。主軸1の半径方向外方には、主軸1を挟むように互いに対向した一対の回転軸受2(本発明の回転軸受に該当する)が設けられている。各々の回転軸受2は、外周面から半径方向内方へと延びたエア供給路21と、内周面が僅かに削られて形成されエア供給路21と連通する支承室22とを備えている。これにより、図示しないエアポンプから供給されたエア圧がエア供給路21を介して支承室22に導入され、主軸1に対し噴出されることにより、主軸1は回転軸受2から離れた状態でラジアル方向に回転可能に支承される。
As shown in FIG. 1, the spindle device of the machine tool according to the present embodiment includes a spindle 1 (corresponding to the spindle of the present invention) that is connected to an electric motor (not shown) and that can rotate around a rotation axis C. . A pair of rotary bearings 2 (corresponding to the rotary bearing of the present invention) facing each other so as to sandwich the
スラスト軸受パッド3(本発明のスラスト軸受パッドに該当する)は、主軸1の回転軸Cを中心として略ドーナツ状に形成されている。スラスト軸受パッド3は、主軸1に対して回転軸C方向に対向するとともに、所定距離だけ離れており、上下方向に移動可能な状態で設けられている。
The thrust bearing pad 3 (corresponding to the thrust bearing pad of the present invention) is formed in a substantially donut shape around the rotation axis C of the
図2および図3に拡大して示すように、スラスト軸受パッド3の内部には、回転軸受2と同様にエア圧が供給される流体管路31(本発明の流体管路に該当する)が、円周上に等間隔に複数個形成されている。各々の流体管路31はスラスト軸受パッド3内を上下方向に延び、上端において主軸1との対向面3aに開口するとともに、下端においては供給されたエア圧が流出しないように、合成ゴム等により形成された閉蓋32が気密的に装着されている。流体管路31の上端部には、供給されたエアが絞られて高圧で噴出されるように小径部31aが形成されている。それぞれの流体管路31は分岐して、スラスト軸受パッド3の半径方向外方へと延びるインレット部31bを有し、インレット部31bはスラスト軸受パッド3の外周面3bに開口している。
2 and 3, a fluid conduit 31 (corresponding to the fluid conduit of the present invention) to which air pressure is supplied is provided in the
また、少なくともいずれか1つの流体管路31からは、分岐流路33が半径方向内方へと枝分かれしている。分岐流路33にはスラスト軸受パッド3の内周面3cに貫通した空間であるバルブチャンバ34が連通しており、バルブチャンバ34内には、リリーフバルブ4(本発明の分岐弁に該当する)が形成されている。
Further, the
バルブチャンバ34は分岐流路33と接続されたテーパ部34aと、テーバ部34aに接続された円柱状のバルブ収容部34bを有している。テーパ部34aには、リリーフバルブ4を形成する鋼球41が内蔵され、鋼球41には同じくリリーフバルブ4を形成するバルブスプリング42の一端が接続されている。バルブスプリング42の他端にはバルブ栓43が連結されており、バルブスプリング42は鋼球41とバルブ栓43との間で圧縮され、鋼球41を所定の荷重で押圧している。バルブ栓43は合成ゴム等により形成され、バルブ収容部34bの開口部に装着されることにより、バルブチャンバ34を気密的に閉塞している。
The
スラスト軸受パッド3の下端部(主軸1から離れた側の端部)の内方には、所定の容積を備えた空間である素子格納部35が形成されている。素子格納部35には、水晶、ロッシェル塩、圧電セラミックス等の圧電素子により形成された圧電アクチュエータ5(本発明の圧電素子に該当する)の上方側が装着されている。圧電アクチュエータ5は回転軸C方向に延びるように略円筒状を呈しており、およそ下半分がスラスト軸受パッド3の下端面3dから突出している。
An
また、スラスト軸受パッド3において、素子格納部35の周囲には円環状の冷却空間36(本発明の冷却空間に該当する)が形成されている。冷却空間36は、圧電アクチュエータ5の外周面5aの上半部を取り囲むように素子格納部35の外周面全周に形成されている。冷却空間36は、素子格納部35に圧電アクチュエータ5が装着された場合に、圧電アクチュエータ5の外周面5aに沿って延び、後述する流動空間69に連通している。
Further, in the
さらに、バルブチャンバ34と冷却空間36とは噴出路37により接続されている(分岐流路33と噴出路37とを包括して、本発明の冷却管路に該当する)。噴出路37はバルブチャンバ34から斜め下方へと延び、冷却空間36の上端部(主軸1側の端部)に連通しており、素子格納部35に装着された圧電アクチュエータ5の上端部に向けて開口している。
Further, the
上述した構成により、流体管路31内のエア圧がリリーフバルブ4の開弁圧である所定値(バルブスプリング42が鋼球41を押圧する荷重により決定される)以下の場合には、リリーフバルブ4が閉弁した状態となり、流体管路31と噴出路37との間の連通を遮断する。また、流体管路31内のエア圧が所定値を越えると、リリーフバルブ4が開弁することにより噴出路37を流体管路31と連通させる。
With the above-described configuration, when the air pressure in the
一方、固定物である主軸ハウジング6(本発明の基体に該当する)は、回転軸Cを中心とした場合の、スラスト軸受パッド3の半径方向外方を覆う導入部61(本発明の導入部に該当する)と、導入部61から下方へと筒状に延びるブリッジ部67(本発明のブリッジ部に該当する)と、ブリッジ部67から半径方向内方へと平板状に延びる底部68(本発明の排出部に該当する)とを具備している。
On the other hand, the spindle housing 6 (corresponding to the base body of the present invention), which is a fixed object, is an introduction portion 61 (introduction portion of the present invention) that covers the outer side in the radial direction of the
図2および図3に示すように、導入部61はスラスト軸受パッド3の外周面3bから所定距離だけ離れて、その周囲全体を取り囲むようにリング状に形成されている。導入部61には、その外周面61aと内周面61bとを繋ぐように導入管路62(本発明の流体導入管路に該当する)が形成されており、導入管路62はスラスト軸受パッド3と導入部61との間の間隙を介して、スラスト軸受パッド3に形成されたインレット部31bへと連通している。導入部61の内周面61bにおける導入管路62の開口部には、座刳り部63が形成されている。座刳り部63は導入部61の内周面61b全周に渡ってリング状に形成されており、この座刳り部63により、導入部61に対するスラスト軸受パッド3の回転軸C方向への少々の移動にかかわらず、インレット部31bと導入管路62との連通が維持される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
また、スラスト軸受パッド3の外周面3bと対向する導入部61の内周面61bには、導入管路62よりも上方側に位置するように、シール溝64が形成されている。シール溝64は内周面61bの全周に渡ってリング状に形成され、その断面は矩形状を呈している。
シール溝64内にはその底面に気密的に接するように、合成ゴム等により形成されたOリング65が設けられている。さらに、Oリング65とスラスト軸受パッド3の外周面3bとの間には、テフロン等の弾性力を有した合成樹脂材料にて形成された角シールリング66(Oリング65および角シールリング66を包括して、本発明のシール部材に該当する)が設けられており、角シールリング66はOリング65から半径方向内方への付勢力を受けている。Oリング65と角シールリング66は、導入部61の内周面61bとスラスト軸受パッド3の外周面3bとの間の間隙を通過することによる、導入管路62よりも上方へのエア圧の流出を防いでいる。角シールリング66は、スラスト軸受パッド3の外周面3bに対する摩擦抵抗が低いため、スラスト軸受パッド3の導入部61に対する相対移動にかかわらず、双方の間のシール性を確保できる。
In addition, a
An O-
上述したように、主軸ハウジング6を形成するブリッジ部67は導入部61から下方へと筒状に延び、底部68はブリッジ部67から半径方向内方へと平板状に延びている。また、圧電アクチュエータ5の下端部は底部68の半径方向内端に取り付けられている。これにより、圧電アクチュエータ5の外周面5aとブリッジ部67の内周面67aとが半径方向に対向することにより、スラスト軸受パッド3の下端面3d、導入部61の下端面、ブリッジ部67の内周面67a、底部68の上端面68aおよび圧電アクチュエータ5の外周面5aにより筒状の流動空間69(本発明の流動空間に該当する)が形成されている。この場合、ブリッジ部67の内周面67aをもっと小径にし、スラスト軸受パッド3の下端面3d、ブリッジ部67の内周面67a、底部68の上端面68aおよび圧電アクチュエータ5の外周面5aのみにより流動空間69を形成するようにしてもよい。
また、底部68は、スラスト軸受パッド3の外周面3bよりも半径方向内方に位置する部位に、上下方向(主軸1の回転軸C方向)に貫通する排出路70(本発明の排出路に該当する)を有している。
As described above, the
Further, the bottom 68 is disposed in a portion located radially inward of the outer
図1に戻って、導入部61の外周面61aにおける導入管路62の開口には、エアポンプユニットPU(本発明の流体圧源に該当する)が接続されており、導入管路62内にエアポンプユニットPUにより発生されたエア圧が供給可能とされている。エアポンプユニットPUは駆動回路を含んでいるとともに、コントローラECと電気的に接続されており、コントローラECにより発信される駆動信号により回転制御される。
Returning to FIG. 1, an air pump unit PU (corresponding to the fluid pressure source of the present invention) is connected to the opening of the
また、スラスト軸受パッド3の半径方向内方には、非接触式の位置検出器DSが設けられている。位置検出器DSは主軸ハウジング6に対する主軸1の位置を検出するためのものであり、主軸ハウジング6に固定されている。位置検出器DSは渦電流式の位置センサまたは静電容量式の位置センサもしくはレーザー式の位置センサ等が使用され、主軸1に触れることなしに主軸1の位置を検出することができる。位置検出器DSはコントローラECと電気的に接続されており、位置検出器DSによる検出信号はコントローラECに入力される。
また、コントローラECには圧電アクチュエータ5も電気的に接続されており、コントローラECが発信する作動信号により、圧電アクチュエータ5が作動する。
Further, a non-contact type position detector DS is provided inside the
Further, the
次に、本実施形態による主軸装置の作動方法について説明する。回転軸受2のエア供給路21に印加されたエア圧は、支承室22を介して主軸1の外周面に噴出され、電動モータにより回転される主軸1を支承している。
それとともに、導入部61の外周面61aに形成された導入管路62の開口から、エアポンプユニットPUにより発生されたエア圧が供給される。コントローラECはエアポンプユニットPUが吐出するエア圧が一定値となるように、エアポンプユニットPUの作動を制御している。導入管路62に導入されたエア圧の大部分は、導入管路62からスラスト軸受パッド3のインレット部31bを介して流体管路31内へと供給される。
Next, an operation method of the spindle device according to the present embodiment will be described. The air pressure applied to the
At the same time, the air pressure generated by the air pump unit PU is supplied from the opening of the
上述したように、流体管路31内のエア圧が所定値以下の場合にはリリーフバルブ4が閉弁しているため、冷却空間36へのエア圧の供給が遮断される。流体管路31内へ印加されたエア圧は小径部31aから主軸1の下面へと噴出されて主軸1を押圧し、スラスト軸受パッド3は主軸1から離れた状態で主軸1を回転軸C方向に支承する。
As described above, since the relief valve 4 is closed when the air pressure in the
それとともに、コントローラECは、位置検出器DSからの検出信号に基づき主軸1の位置を制御している。例えば、主軸1が加工時に受ける振動等により変位したことを、位置検出器DSからの検出信号に基づいてコントローラECが認識した場合、圧電アクチュエータ5に電力を印加して伸縮させ、スラスト軸受パッド3を主軸ハウジング6に対して移動させ、スラスト軸受パッド3の主軸1に対する距離を変化させることにより、主軸1に噴射されるエア圧による付勢力を増減して主軸1の回転軸C方向の位置を変化させる。
At the same time, the controller EC controls the position of the
また、導入管路62に導入されたエア圧の一部は、導入部61の内周面61bとスラスト軸受パッド3の外周面3bとの間の間隙を通過して、下方へと進み流動空間69へ流入する。流動空間69へ進入したエア圧は、その後、底部68に形成された排出路70を介して外部へと排出される。このとき、排出路70はスラスト軸受パッド3の外周面3bよりも半径方向内方に開口しているため、流動空間69へ流入したエア圧は半径方向内方へと移動し、圧電アクチュエータ5の外周面5aの周囲を通過して圧電アクチュエータ5の作動による発熱を奪い、圧電アクチュエータ5の温度を低下させる。
A part of the air pressure introduced into the
また、流体管路31内のエア圧が所定値を越えた場合、リリーフバルブ4が開弁することにより噴出路37を流体管路31と連通させる。これにより、流体管路31に供給された過剰のエア圧は、流体管路31から分岐流路33、リリーフバルブ4および噴出路37を介して冷却空間36へと流入する。冷却空間36へと進入したエア圧は、圧電アクチュエータ5の外周面5aの周囲を通過して流動空間69へと進入した後、排出路70から外部へと排出される。冷却空間36内へ流入したエア圧は、上述した場合と同様に圧電アクチュエータ5の作動による発熱を奪い、圧電アクチュエータ5の温度を低下させる。
Further, when the air pressure in the
本実施形態によれば、主軸1と、主軸1を回転可能に支承する回転軸受2と、主軸1に対して回転軸C方向に対向するとともに、主軸1との対向面3aに開口する流体管路31を備え、流体管路31にエアポンプユニットPUからのエア圧を供給することにより、エア圧が主軸1に向けて噴射され、主軸1から離れた状態で、主軸1を回転軸C方向に支承するスラスト軸受パッド3を備えている。
According to the present embodiment, the
また、主軸ハウジング6に取り付けられるとともに、スラスト軸受パッド3に接続されて電力が印加されることにより伸縮してスラスト軸受パッド3を主軸ハウジング6に対して移動させ、スラスト軸受パッド3の主軸1に対する距離を変化させることにより、主軸1に噴射されるエア圧による付勢力を増減して主軸1の軸方向位置を変化させる圧電アクチュエータ5を備え、エアポンプユニットPUからのエア圧を圧電アクチュエータ5の周辺にも流動させることにより、圧電アクチュエータ5の作動による発熱を奪い、圧電アクチュエータ5の温度を低下させている。
The
したがって、エアポンプユニットPUからのエア圧を主軸1を回転軸C方向に支承するために使用するとともに、圧電アクチュエータ5の周辺にも流動させているため、圧電アクチュエータ5が冷却されてスラスト軸受パッド3の加熱による伸長が防止され、主軸1の位置のくるいが低減されることにより加工精度を向上させることができる。また、冷却媒体の発生源を新たに設ける必要がなく、主軸装置の小型化および低コスト化が可能になる。
Therefore, since the air pressure from the air pump unit PU is used to support the
また、本実施形態によれば、スラスト軸受パッド3は、流体管路31から分岐して延びる分岐流路33と、圧電アクチュエータ5の周辺に向けて開口する噴出路37と、分岐流路33上に設けられ、流体管路31内のエア圧が所定値以下の場合には閉弁することにより、圧電アクチュエータ5の周辺へのエア圧の供給を遮断し、流体管路31内のエア圧が所定値を超えた場合には開弁して、エアポンプユニットPUからのエア圧を流体管路31、分岐流路33および噴出路37を介して圧電アクチュエータ5の周辺に流動させるリリーフバルブ4とを備えている。
Further, according to the present embodiment, the
したがって、流体管路31内のエア圧が所定値以下の場合にはリリーフバルブ4が閉弁することにより、主軸1を付勢するエア圧を確保することができる。また、流体管路31内のエア圧が所定値を超えた場合にはリリーフバルブ4が開弁することにより、所定のエア圧により主軸1を付勢するとともに、余剰エア圧を利用して圧電アクチュエータ5を効率的に冷却することができる。
Therefore, when the air pressure in the
また、本実施形態によれば、スラスト軸受パッド3は圧電アクチュエータ5の外周面5aを取り囲む冷却空間36を備え、冷却空間36に噴出路37が接続されている。
したがって、噴出路37を介して冷却空間36に進入したエアが圧電アクチュエータ5の外周面5aを取り囲むことにより、その冷却性をいっそう向上させることができる。
Further, according to the present embodiment, the
Therefore, the air that has entered the cooling
また、本実施形態によれば、主軸ハウジング6は、スラスト軸受パッド3の(主軸1の回転軸Cを中心とした場合の)半径方向外方を覆う導入部61と、導入部61から下方へと筒状に延びるブリッジ部67と、ブリッジ部67から半径方向内方へと平板状に延びる底部68とを具備している。また、圧電アクチュエータ5はスラスト軸受パッド3の下端部と底部68の半径方向内端とを連結して、主軸1の回転軸C方向に延びるように取り付けられ、圧電アクチュエータ5の外周面5aとブリッジ部67の内周面67aとが半径方向に対向することにより、スラスト軸受パッド3の下端面3d、ブリッジ部67の内周面67a、底部68および圧電アクチュエータ5の外周面5aにより筒状の流動空間69が形成されている。
Further, according to the present embodiment, the
また、底部68は、流動空間69の流体を流動空間69から外部へ排出する排出路70を有し、冷却空間36は圧電アクチュエータ5の上端部において噴出路37と接続されるとともに、圧電アクチュエータ5の外周面5aに沿って延びて流動空間69に連通している。
したがって、圧電アクチュエータ5の外周面5aが冷却空間36および流動空間69により覆われることにより、外周面5a全体をエア圧にさらすことができ、その冷却性がさらに向上する。また、噴出路37から圧電アクチュエータ5に対してエア圧が直射されるため、その冷却性がいっそう向上する。
The bottom 68 has a
Therefore, since the outer
また、導入部61の導入管路62は内周面61bに開口し、エアポンプユニットPUによるエア圧をスラスト軸受パッド3の流体管路31へ供給し、排出路70は、底部68においてスラスト軸受パッド3の外周面3bよりも半径方向内方に位置する部位に開口している。これにより、導入管路62に供給されたエア圧の一部は、導入部61の内周面61bとスラスト軸受パッド3の外周面3bとの間を通過して流動空間69へと進入した後、排出路70を通って外部へと排出される。
Further, the
したがって、導入部61の内周面61bとスラスト軸受パッド3の外周面3bとの間を通過して流動空間69へと進入したエア圧は、排出路70を通るためにスラスト軸受パッド3の外周面3bから半径方向内方へと進んで、流動空間69内に露出した圧電アクチュエータ5の外周面5aへ触れやすくなり、その冷却性をさらに向上させることができる。
Therefore, the air pressure that has entered the
また、本実施形態によれば、導入部61の内周面61bとスラスト軸受パッド3の外周面3bとの間には、導入管路62よりも主軸1側において、導入部61とスラスト軸受パッド3との間の間隙を通過し、エア圧が流出することを防ぐシール部材としてのOリング65および角シールリング66が設けられている。
したがって、Oリング65および角シールリング66の働きにより、導入管路62に供給されたエア圧が、導入部61とスラスト軸受パッド3との間を介して流体管路31と流動空間69のみに流れ込むため、主軸1を支承させるとともに圧電アクチュエータ5を冷却する目的のために、導入管路62に供給されたエア圧を有効的に利用できる。
Further, according to the present embodiment, the
Therefore, due to the action of the O-
<実施形態2>
次に、図4に基づき、実施形態2による工作機械の主軸装置について説明する。本実施形態による主軸装置においては、スラスト軸受パッド3内にエア空間38が形成されている。エア空間38は実施形態1における冷却空間36とは異なり、圧電アクチュエータ5の外周面5aを直接に取り囲むようには形成されておらず、圧電アクチュエータ5の外周面5aの半径方向外方に壁部3eを介して円環状に形成されている。エア空間38の上端部は噴出路39(分岐流路33と噴出路39とを包括して、本発明の冷却管路に該当する)によりバルブチャンバ34と接続され、下端部は流動空間69に連通している。エア空間38には噴出路39を介してエア圧が供給され、壁部3eを介して間接的に圧電アクチュエータ5を冷却した後、流動空間69へと進入する。その他の構成については、実施形態1の場合と同様であるため説明は省略する。
<
Next, the spindle device of the machine tool according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the spindle device according to the present embodiment, an
<実施形態3>
次に、図5乃至図7に基づき、実施形態3による工作機械の主軸装置について説明する。図5に示すように、スラスト軸受パッド8の外周面からエア圧を供給可能な流体管路81は、実施形態1と同様に上下方向に延び、上端には主軸1に向けてエア圧を噴出可能な開口が形成されているとともに、下端には合成ゴム等により形成された閉蓋82が気密的に装着されている。
<
Next, the spindle device of the machine tool according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the
流体管路81からは分岐流路83が枝分かれしているが、実施形態1とは異なり、分岐流路83上にはリリーフバルブ4は形成されていない。分岐流路83はスラスト軸受パッド8の内周面に貫通しており、内周面の開口は合成ゴム等により形成された封止栓84により気密的に閉塞されている。
分岐流路83上には、後述する定流量弁9のオリフィス孔92aよりも小径の管路を有した絞り孔部材83aが設けられている。絞り孔部材83aの管路径は、固定であっても可変であってもよい。絞り孔部材83aは、主軸1を支承するために、流体管路81に導入されたエア圧のすべてが分岐流路83側へと逃げることを防いでいる。
Although the
On the
実施形態1と同様に、スラスト軸受パッド8の素子格納部85には圧電アクチュエータ5の上方側が装着されており、圧電アクチュエータ5の外周面5aの周囲には冷却空間86が形成されている。分岐流路83の途中からは噴出路87(分岐流路83と噴出路87とを包括して、本発明の冷却管路に該当する)が分岐し、噴出路87は冷却空間86の上端部に連通している。
Similarly to the first embodiment, the upper side of the
流体管路81の上部には、流体管路81を通過して主軸1に向けて噴射されるエア圧の量を一定に保持する公知の定流量弁9(本発明の流量調整機構に該当する)が形成されている。図6において拡大して示すように、定流量弁9は内部に流路孔91aが貫通することにより円筒形をしたバルブスリーブ91と、バルブスリーブ91に取り付けられたバルブ板92により形成されている。バルブ板92は、流路孔91a上に形成された円環状の装着溝91bに嵌着されている。バルブスリーブ91は、その外周面において流体管路81中に気密的に嵌装されている。バルブ板92は、合成ゴム等により円盤状に形成されており、中心部には自然状態で直径Dのオリフィス孔92aが貫通している。バルブ板92の中央部は、エア圧により図の上下方向に撓み可能となっている。
In the upper part of the
通常、流体管路81中において、定流量弁9のインレット側(図6において下側)のエア圧力P1とアウトレット側(図6において上側)のエア圧力P2との間の差圧が小さい場合、バルブ板92の撓みはごく僅かであり、流体管路81中のエア圧はオリフィス孔92aを通過して、スラスト軸受パッド8の上端面の開口から主軸1に向けて噴出される(図6示)。
Usually, in the
一方、定流量弁9のインレット側のエア圧力P1が、アウトレット側のエア圧力P2に対して上昇して、インレット側のエア圧力P1とアウトレット側のエア圧力P2との間の差圧が大きくなった場合、バルブ板92の中央部が差圧によりアウトレット側に向けて付勢されて撓み、オリフィス孔92aの直径がd(d<D)へと小さくなる(図7示)。
On the other hand, the air pressure P1 on the inlet side of the
これにより、エア圧がオリフィス孔92aを通過する場合の流路抵抗が増大され、この結果、インレット側のエア圧力P1の増減にかかわらず、定流量弁9を通過するエアの流量がほぼ一定に保たれる。定流量弁9のインレット側に発生した余剰エア圧は、絞り孔部材83aの管路、分岐流路83および噴出路87を介して、圧電アクチュエータ5の周囲の冷却空間86へと供給される。その他の構成については、実施形態1の場合と同様であるため説明は省略する。
As a result, the flow resistance when the air pressure passes through the
本実施形態によれば、流体管路81を通過して主軸1に向けて噴射されるエア圧の流量を一定に保持する定流量弁9を備えているため、主軸1を軸方向に支持するために必要なエア圧の量を確保することができる。また、流体管路81に供給されたエア圧の量のうち定流量弁9を通過しない余剰分を圧電アクチュエータ5の周辺に流動させることにより、所定のエア圧の流量により主軸1を付勢するとともに、余剰エア圧の流量を利用して圧電アクチュエータ5を冷却することができる。これにより、エアポンプユニットPUを複数個設けることなく、主軸1の軸方向の軸受作動と圧電アクチュエータ5の冷却作動とを十分に機能させ、双方を両立させることができる。
According to the present embodiment, since the
<他の実施形態>
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
主軸1を支承し、圧電アクチュエータ5を冷却するために噴出される流体はエア圧に限られるものではなく、油圧、水圧等のあらゆる流体圧が適用可能である。
スラスト軸受パッド3の外周面3bと導入部61の内周面61bとの間のシール部材として、必ずしもOリング65と角シールリング66の双方を必要とするものではなく、スラスト軸受パッド3と導入部61との間からの主軸1側への流体のリークを防止できるのであれば、角シールリング66のみであってもよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as follows.
The fluid ejected to support the
The seal member between the outer
流体管路81中に設けられる定流量弁9は上述したものに限られず、あらゆる方式のものが適用可能である。
本発明による工作機械の主軸装置は、主軸1の回転軸Cが必ずしも上下方向に延びていなければならないわけではなく、回転軸Cが水平方向または斜め方向に延びていてもよい。
主軸ハウジング6を形成するブリッジ部67と底部68は、一体に形成されていても別体に形成されていてもよい。
主軸1をラジアル方向に支承するためのエア圧と、回転軸C方向に支承するためのエア圧は同一のエア圧源から供給するようにしてもよい。
The
In the spindle device of the machine tool according to the present invention, the rotation axis C of the
The
The air pressure for supporting the
図面中、1は主軸、2は回転軸受、3、8はスラスト軸受パッド、3aはスラスト軸受パッドの主軸との対向面、3dはスラスト軸受パッドの下端面、4はリリーフバルブ(分岐弁)、5は圧電アクチュエータ(圧電素子)、5aは圧電アクチュエータの外周面、6は主軸ハウジング(基体)、9は定流量弁(流量調整機構)、31、81は流体管路、33、83は分岐流路(冷却管路)、36、86は冷却空間、37、87は噴出路(冷却管路)、61は導入部、61aは導入部の外周面、61bは導入部の内周面、62は導入管路(流体導入管路)、65はOリング(シール部材)、66は角シールリング(シール部材)、67はブリッジ部、67aはブリッジ部の内周面、68は底部(排出部)、69は流動空間、70は排出路、Cは主軸の回転軸、PUはエアポンプユニット(流体圧源)を示している。 In the drawings, 1 is a main shaft, 2 is a rotary bearing, 3, 8 is a thrust bearing pad, 3a is a surface facing the main shaft of the thrust bearing pad, 3d is a lower end surface of the thrust bearing pad, 4 is a relief valve (branch valve), 5 is a piezoelectric actuator (piezoelectric element), 5a is an outer peripheral surface of the piezoelectric actuator, 6 is a spindle housing (base), 9 is a constant flow valve (flow rate adjusting mechanism), 31 and 81 are fluid lines, and 33 and 83 are branch flows 36, 86 are cooling spaces, 37 and 87 are ejection paths (cooling pipelines), 61 is an introducing portion, 61a is an outer peripheral surface of the introducing portion, 61b is an inner peripheral surface of the introducing portion, and 62 is Introduction pipe (fluid introduction pipe), 65 is an O-ring (seal member), 66 is a square seal ring (seal member), 67 is a bridge portion, 67a is an inner peripheral surface of the bridge portion, and 68 is a bottom portion (discharge portion). 69 is a flow space, 70 is a discharge path, C is The rotation axis of the shaft, PU indicates the air pump unit (fluid pressure source).
Claims (7)
該主軸を回転可能に支承する回転軸受と、
前記主軸に対して回転軸方向に対向するとともに、前記主軸との対向面に開口する流体管路を備え、該流体管路に流体圧源からの流体圧を供給することにより、流体圧が前記主軸に向けて噴射され、前記主軸から離れた状態で、前記主軸を回転軸方向に支承するスラスト軸受パッドと、
基体に取り付けられるとともに、前記スラスト軸受パッドに接続された圧電素子であって、電力が印加されることにより伸縮して前記スラスト軸受パッドを前記基体に対して移動させ、前記スラスト軸受パッドの前記主軸に対する距離を変化させることにより、前記主軸に噴射される流体圧による付勢力を増減して前記主軸の軸方向位置を変化させる圧電素子と、
を備えた工作機械の主軸装置において、
前記流体圧源からの流体圧を前記圧電素子の周辺にも流動させることにより、前記圧電素子の作動による発熱を奪い、前記圧電素子の温度を低下させることを特徴とする工作機械の主軸装置。 The spindle,
A rotary bearing for rotatably supporting the main shaft;
A fluid conduit that opposes the main shaft in the direction of the rotation axis and opens on a surface facing the main shaft, and by supplying fluid pressure from a fluid pressure source to the fluid conduit, the fluid pressure is A thrust bearing pad that is injected toward the main shaft and that is separated from the main shaft and supports the main shaft in the rotation axis direction;
A piezoelectric element attached to the base and connected to the thrust bearing pad, which expands and contracts when electric power is applied to move the thrust bearing pad relative to the base, and the main shaft of the thrust bearing pad A piezoelectric element that changes the axial position of the main shaft by increasing or decreasing the biasing force due to the fluid pressure injected to the main shaft by changing the distance to
In the spindle device of a machine tool equipped with
A spindle device for a machine tool, wherein fluid pressure from the fluid pressure source is caused to flow also around the piezoelectric element, thereby removing heat generated by the operation of the piezoelectric element and lowering the temperature of the piezoelectric element.
前記流体管路から分岐して延び、前記圧電素子の周辺に向けて開口する冷却管路と、
前記流体管路上または前記冷却管路上に設けられ、前記流体管路内の流体圧が所定値以下の場合には閉弁することにより、前記圧電素子の周辺への流体圧の供給を遮断し、前記流体管路内の流体圧が前記所定値を超えた場合には開弁して、前記流体圧源からの流体圧を前記流体管路および前記冷却管路を介して前記圧電素子の周辺に流動させる分岐弁と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の工作機械の主軸装置。 The thrust bearing pad is
A cooling pipe that branches off from the fluid pipe and opens toward the periphery of the piezoelectric element;
Provided on the fluid conduit or the cooling conduit, and shuts off the supply of fluid pressure to the periphery of the piezoelectric element by closing when the fluid pressure in the fluid conduit is a predetermined value or less, When the fluid pressure in the fluid line exceeds the predetermined value, the valve is opened, and the fluid pressure from the fluid pressure source is passed around the piezoelectric element via the fluid line and the cooling line. A branch valve to flow,
The spindle device for a machine tool according to claim 1, comprising:
前記主軸の回転軸を中心とした場合において、前記スラスト軸受パッドの半径方向外方を覆う導入部と、
該導入部から前記主軸に対して離れる方向へと筒状に延びるブリッジ部と、
該ブリッジ部から半径方向内方へと平板状に延びる排出部とを具備しており、
前記圧電素子は前記スラスト軸受パッドの前記主軸から離れた側の端部と前記排出部の半径方向内端とを連結して、前記主軸の回転軸方向に延びるように取り付けられ、前記圧電素子の外周面と前記ブリッジ部の内周面とが半径方向に対向することにより、前記スラスト軸受パッドの端面、前記ブリッジ部の内周面、前記排出部および前記圧電素子の外周面により筒状の流動空間が形成され、
前記導入部、前記ブリッジ部および前記排出部の少なくとも何れかは、前記流動空間の流体を前記流動空間から前記流動空間の外部へ排出する排出路を有し、
前記冷却空間は前記圧電素子の前記主軸側の端部において前記冷却管路と接続されるとともに、前記圧電素子の外周面に沿って延びて前記流動空間に連通していることを特徴とする請求項3に記載の工作機械の主軸装置。 The substrate is
In the case where the rotation axis of the main shaft is the center, an introduction portion that covers the radially outer side of the thrust bearing pad;
A bridge portion extending in a tubular shape from the introduction portion in a direction away from the main shaft;
A discharge portion extending in a flat plate shape radially inward from the bridge portion;
The piezoelectric element is attached so as to extend in the rotational axis direction of the main shaft by connecting an end portion of the thrust bearing pad on the side away from the main shaft and a radially inner end of the discharge portion. When the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the bridge portion face each other in the radial direction, the end surface of the thrust bearing pad, the inner peripheral surface of the bridge portion, the discharge portion, and the outer peripheral surface of the piezoelectric element cause a cylindrical flow. A space is formed,
At least one of the introduction part, the bridge part, and the discharge part has a discharge path for discharging the fluid in the flow space from the flow space to the outside of the flow space,
The cooling space is connected to the cooling pipe at an end of the piezoelectric element on the main shaft side, and extends along an outer peripheral surface of the piezoelectric element to communicate with the flow space. Item 4. A spindle device for a machine tool according to item 3.
前記主軸の回転軸を中心とした場合において、前記スラスト軸受パッドの半径方向外方を覆う導入部と、
該導入部から前記主軸に対して離れる方向へと筒状に延びるブリッジ部と、
該ブリッジ部から半径方向内方へと平板状に延びる排出部とを具備しており、
前記圧電素子は前記スラスト軸受パッドの前記主軸から離れた側の端部と前記排出部の半径方向内端とを連結して、前記主軸の回転軸方向に延びるように取り付けられ、前記圧電素子の外周面と前記ブリッジ部の内周面とが半径方向に対向することにより、前記スラスト軸受パッドの端面、前記ブリッジ部の内周面、前記排出部および前記圧電素子の外周面により筒状の流動空間が形成され、
前記導入部は、その内周面に開口し、前記流体圧源による流体圧を前記スラスト軸受パッドの外周面に開口した前記流体管路へ供給する流体導入管路を備え、
前記排出部は、前記スラスト軸受パッドの外周面よりも半径方向内方に位置する部位に開口する排出路を有し、
前記流体導入管路に供給された流体圧の一部は、前記導入部の内周面と前記スラスト軸受パッドの外周面との間を通過して前記流動空間へと進入した後、前記排出路を通って外部へと排出されることを特徴とする請求項1または2に記載の工作機械の主軸装置。 The substrate is
In the case where the rotation axis of the main shaft is the center, an introduction portion that covers the radially outer side of the thrust bearing pad;
A bridge portion extending in a tubular shape from the introduction portion in a direction away from the main shaft;
A discharge portion extending in a flat plate shape radially inward from the bridge portion;
The piezoelectric element is attached so as to extend in the rotational axis direction of the main shaft by connecting an end portion of the thrust bearing pad on the side away from the main shaft and a radially inner end of the discharge portion. When the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the bridge portion face each other in the radial direction, the end surface of the thrust bearing pad, the inner peripheral surface of the bridge portion, the discharge portion, and the outer peripheral surface of the piezoelectric element cause a cylindrical flow. A space is formed,
The introduction portion includes a fluid introduction conduit that opens to an inner peripheral surface thereof and supplies the fluid pressure from the fluid pressure source to the fluid conduit that opens to the outer peripheral surface of the thrust bearing pad;
The discharge portion has a discharge path that opens to a portion located radially inward from the outer peripheral surface of the thrust bearing pad,
A part of the fluid pressure supplied to the fluid introduction conduit passes between the inner peripheral surface of the introduction portion and the outer peripheral surface of the thrust bearing pad and enters the flow space, and then the discharge passage. 3. The spindle device for a machine tool according to claim 1, wherein the spindle device is discharged outside through the machine tool.
該主軸を回転可能に支承する回転軸受と、
前記主軸に対して回転軸方向に対向するとともに、前記主軸との対向面に開口する流体管路を備え、該流体管路に流体圧源からの流体圧を供給することにより、流体圧が前記主軸に向けて噴射され、前記主軸から離れた状態で、前記主軸を回転軸方向に支承するスラスト軸受パッドと、
基体に取り付けられるとともに、前記スラスト軸受パッドに接続された圧電素子であって、電力が印加されることにより伸縮して前記スラスト軸受パッドを前記基体に対して移動させ、前記スラスト軸受パッドの前記主軸に対する距離を変化させることにより、前記主軸に噴射される流体圧による付勢力を増減して前記主軸の軸方向位置を変化させる圧電素子と、
を備えた工作機械の主軸装置において、
前記スラスト軸受パッドは、
前記流体管路から分岐して延びて前記圧電素子の周辺に向けて開口するとともに、前記流体管路に供給された流体圧を前記圧電素子の周辺に流動させることにより、前記圧電素子の作動による発熱を奪い、前記圧電素子の温度を低下させる冷却管路と、
前記流体管路上に設けられ、前記流体管路を通過して前記主軸に向けて噴射される流体量を一定に保持する流量調整機構と、
を備えたことを特徴とする工作機械の主軸装置。 The spindle,
A rotary bearing for rotatably supporting the main shaft;
A fluid conduit that opposes the main shaft in the direction of the rotation axis and opens on a surface facing the main shaft, and by supplying fluid pressure from a fluid pressure source to the fluid conduit, the fluid pressure is A thrust bearing pad that is injected toward the main shaft and that is separated from the main shaft and supports the main shaft in the rotation axis direction;
A piezoelectric element attached to the base and connected to the thrust bearing pad, which expands and contracts when electric power is applied to move the thrust bearing pad relative to the base, and the main shaft of the thrust bearing pad A piezoelectric element that changes the axial position of the main shaft by increasing or decreasing the biasing force due to the fluid pressure injected to the main shaft by changing the distance to
In the spindle device of a machine tool equipped with
The thrust bearing pad is
By branching from the fluid pipe line and extending toward the periphery of the piezoelectric element, and by causing the fluid pressure supplied to the fluid pipe line to flow around the piezoelectric element, the piezoelectric element is activated. A cooling line that takes away heat and lowers the temperature of the piezoelectric element;
A flow rate adjusting mechanism that is provided on the fluid conduit and that maintains a constant amount of fluid that passes through the fluid conduit and is ejected toward the main shaft;
A spindle device of a machine tool characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008233717A JP2010064201A (en) | 2008-09-11 | 2008-09-11 | Main spindle device of machine tool |
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JP2008233717A JP2010064201A (en) | 2008-09-11 | 2008-09-11 | Main spindle device of machine tool |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112975553A (en) * | 2021-03-02 | 2021-06-18 | 珠海格力智能装备有限公司 | Gas circuit structure and machine tool with same |
US20220063055A1 (en) * | 2020-08-27 | 2022-03-03 | Disco Corporation | Spindle unit and processing apparatus |
-
2008
- 2008-09-11 JP JP2008233717A patent/JP2010064201A/en active Pending
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