JP2537158Y2 - Variable preload spindle device - Google Patents

Variable preload spindle device

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JP2537158Y2
JP2537158Y2 JP1819292U JP1819292U JP2537158Y2 JP 2537158 Y2 JP2537158 Y2 JP 2537158Y2 JP 1819292 U JP1819292 U JP 1819292U JP 1819292 U JP1819292 U JP 1819292U JP 2537158 Y2 JP2537158 Y2 JP 2537158Y2
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spacer
preload
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screw groove
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博樹 米山
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NSK Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は、スピンドル軸を支承す
るころがり軸受に付与する予圧を調整する予圧調整手段
を有する予圧可変スピンドル装置の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improved preload variable spindle device having a preload adjusting means for adjusting a preload applied to a rolling bearing for supporting a spindle shaft.

【0002】[0002]

【従来の技術】工作機械の主軸を支承する軸受の予圧
は、重切削を行う低速回転時に合せて通常高剛性となる
ように設定される。このようなスピンドル装置では、高
速回転時に軸受の回転摩擦により軸受が発熱し軸が膨張
する結果、軸受の予圧が過大となり、早期に軸受が焼付
を起こすという問題があるので軸受の予圧が過大となら
ないように軸受に加える予圧力を調整するようにした予
圧可変型のスピンドル装置が提案されている。従来、予
圧力を可変とする為に油圧を用いることも提案されてい
るが、このものは油圧ユニットが必要となりスピンドル
装置が大型化すると共に油温によりスピンドル装置の温
度上昇をもたらし又、精密な油圧のコントロールが難し
いという欠点がある。このような欠点を解消した予圧可
変スピンドル装置としては、ハウジング内に嵌合された
ころがり軸受により主軸の両端が支承され、主軸を支承
する一対のころがり軸受のうち、可動スリーブに嵌合さ
れた一方の軸受がハウジングに対して軸方向に相対移動
可能とされている。そしてハウジングの内面にはめねじ
溝が形成され、このめねじ溝に螺合してすべりねじ係合
するおねじ溝が設けられた可動スリーブが螺合され、こ
の可動スリーブに形成された歯車の歯を、モータによっ
て駆動されるピニオンの歯に噛合させ、モータを駆動す
ることによって可動スリーブを回動させ、可動スリーブ
が嵌合された一方のころがり軸受の外輪を軸方向に付勢
することによって予圧を付与するようにされている。こ
の押圧は可動スリーブを回動させることによって可動ス
リーブが軸方向に移動することによって行われる。(例
えば、特開昭61−223324号公報及び特開昭64
−40203号公報。)
2. Description of the Related Art The preload of a bearing that supports a main shaft of a machine tool is usually set to be high in rigidity at the time of low-speed rotation for performing heavy cutting. In such a spindle device, the bearing generates heat due to the rotational friction of the bearing during high-speed rotation, and the shaft expands.As a result, the preload of the bearing is excessively large, and the bearing is liable to seize at an early stage. A variable preload type spindle device has been proposed in which a preload applied to a bearing is adjusted so as not to be disturbed. Conventionally, it has been proposed to use hydraulic pressure to make the preload variable.However, this requires a hydraulic unit, which increases the size of the spindle device, raises the temperature of the spindle device due to the oil temperature, and increases the precision. There is a disadvantage that it is difficult to control the hydraulic pressure. As a preload variable spindle device that solves such a disadvantage, both ends of a main shaft are supported by rolling bearings fitted in a housing, and one of a pair of rolling bearings that support the main shaft is fitted to a movable sleeve. Are movable relative to the housing in the axial direction. An internal thread groove is formed on the inner surface of the housing, and a movable sleeve provided with an external thread groove that engages with the internal thread groove and engages with a sliding screw is screwed into the housing. Is engaged with the teeth of a pinion driven by a motor, the movable sleeve is rotated by driving the motor, and the outer ring of one of the rolling bearings to which the movable sleeve is fitted is axially urged to preload the preload. Is provided. This pressing is performed by moving the movable sleeve in the axial direction by rotating the movable sleeve. (See, for example, JP-A-61-223324 and JP-A-64
No. -40203. )

【0003】また、従来の予圧可変スピンドル装置とし
ては、可動スリーブの外周にボールねじのねじ溝を形成
し、そのねじ溝に対向するねじ溝をナットの内周に形成
し、両ねじ溝の間にボールを嵌合させナットを直接モー
タで駆動することによって軸受の予圧を可変とするスピ
ンドル装置も知られている。(例えば、特開平3−79
205号公報。)
[0003] Further, as a conventional preload variable spindle device, a thread groove of a ball screw is formed on the outer periphery of a movable sleeve, and a thread groove facing the thread groove is formed on an inner periphery of a nut. There is also known a spindle device in which a preload of a bearing can be varied by fitting a ball into a nut and directly driving a nut by a motor. (For example, see JP-A-3-79.
No. 205 publication. )

【0004】[0004]

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、可動ス
リーブをすべりねじにより移動させ軸受に予圧を与える
ようにした従来の予圧可変スピンドル装置にあっては、
ねじ部の接触が面接触でありねじ部の摩擦が大きい為、
予圧を調整するとき可動スリーブがスティックスリップ
により可動スリーブの微小な調整が得られず、軸受の予
圧を増加させる調整時には可動スリーブを回動するとき
大きく動きすぎてしまい、予圧が過大となりやすく予圧
が過大となったものは早期に軸受の焼付が起きるという
問題があり軸受の予圧を減少させる調整時には同様に可
動スリーブを回転させるとき大きく動きすぎてしまい予
圧が過小となりスピンドル装置の剛性が所定の値よりも
極端にさがってしまい重切削が出来なくなるし、ビビリ
が生じてしまうという問題がある。特開平3−7920
5号公報に示されているような予圧可変スピンドル装置
は可動スリーブを軸方向に移動する手段としてすべりね
じの代りにボールねじを用い、ナットの駆動を駆動モー
タにより直接駆動するようにしているので、ボールねじ
のピッチが大きいことと相まってモータの回転角が直接
ナットの回転角となるものであるからモータの出力が大
きなものが必要となると共に予圧の微調整には高分解能
のモータが必要となる結果モータが大型化すると共にモ
ータが高価なものとなる問題がある。そして軸を支承す
る軸受の外輪は、後部側のハウジング内に嵌合された後
蓋に形成された内孔に嵌合され、同一セットによって加
工されたハウジング内面に嵌合されるのでは無いから、
主軸ハウジングと後蓋とに心ずれが生じやすく、精度の
良いスピンドル装置を製作するのは容易ではなく、又、
コストが高くなってしまうという問題が有る。
However, in a conventional preload variable spindle device in which a movable sleeve is moved by a slide screw to apply a preload to a bearing,
Since the contact of the thread is surface contact and the friction of the thread is large,
When adjusting the preload, fine adjustment of the movable sleeve cannot be obtained due to stick slip of the movable sleeve, and when adjusting to increase the preload of the bearing, the movable sleeve moves too much when rotating the movable sleeve, and the preload tends to be excessive and the preload tends to be too large Excessive ones have the problem of bearing seizure occurring at an early stage.When adjusting to reduce the preload of the bearing, too, when the movable sleeve is rotated too much, the preload becomes too small and the rigidity of the spindle device becomes a predetermined value. In this case, there is a problem in that the cutting becomes extremely extreme and heavy cutting cannot be performed, and chatter occurs. JP-A-3-7920
In the variable preload spindle device as disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 5 (1993) -1995, a ball screw is used instead of a sliding screw as means for moving the movable sleeve in the axial direction, and the driving of the nut is directly driven by a driving motor. In addition to the fact that the pitch of the ball screw is large, the rotation angle of the motor is directly the rotation angle of the nut, so a large motor output is required and a fine resolution motor is required for fine adjustment of the preload. As a result, there is a problem that the motor becomes large and the motor becomes expensive. The outer ring of the bearing that supports the shaft is fitted in the inner hole formed in the rear lid fitted in the rear housing, and is not fitted to the inner surface of the housing processed by the same set. ,
Misalignment is likely to occur between the main shaft housing and the rear lid, and it is not easy to manufacture an accurate spindle device.
There is a problem that the cost increases.

【0005】そこで本考案は、軸受の予圧調整が精密に
出来、コンパクトかつ安価な予圧可変スピンドル装置を
提供することを目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a compact and inexpensive preload variable spindle device which can precisely adjust the preload of a bearing.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この考案の予圧可変スピ
ンドル装置は、ハウジングの内孔に嵌合されたころがり
軸受により主軸の両端が支承され、前記ころがり軸受の
軌道輪が押圧力調整可能な押圧手段により軸方向に押圧
される予圧可変スピンドル装置において、前記押圧手段
は、ボールねじ溝を有し一方の端面が一方のころがり軸
受の軌道輪に当接された円筒状の第1の軸受間座と、該
第1の軸受間座のボールねじ溝とねじれ方向が同一方向
でピッチがわずかに異なるボールねじ溝を有し一方の端
面が他方のころがり軸受の軌道輪に当接された円筒状の
第2の軸受間座と、該第2の軸受間座のボールねじ溝と
前記第1の軸受間座のボールねじ溝にそれぞれ対向する
ボールねじ溝を有する円筒状の予圧調整間座と、前記第
1の軸受間座のボールねじ溝と前記第2の軸受間座のボ
ールねじ溝とに対向する前記予圧調整間座のボールねじ
溝のそれぞれの間に転動自在に嵌合された多数のボール
と、前記第1の軸受間座及び前記第2の軸受間座に対し
て前記予圧調整間座を相対的に回動させる予圧調整間座
駆動手段とを備えた構成とすることによって前記目的を
達成したものである。
According to the preload variable spindle device of the present invention, both ends of the main shaft are supported by a rolling bearing fitted in an inner hole of a housing, and a race of the rolling bearing is capable of adjusting a pressing force. In the preload variable spindle device, which is pressed in the axial direction by means, the pressing means has a ball screw groove, and one end face is in contact with a race of one of the rolling bearings. And a ball screw groove having a slightly different pitch in the same direction as the ball screw groove of the first bearing spacer and having one end face abutting on the race of the other rolling bearing. A cylindrical preload adjusting spacer having a second bearing spacer, a ball screw groove of the second bearing spacer, and a ball screw groove respectively opposed to the ball screw groove of the first bearing spacer; Bore of first bearing spacer A plurality of balls rotatably fitted between each of the ball screw grooves of the preload adjusting spacer facing the screw thread grooves and the ball screw grooves of the second bearing spacer; The object has been achieved by providing a preload adjusting spacer driving means for rotating the preload adjusting spacer relative to the bearing spacer and the second bearing spacer.

【0007】[0007]

【作用】この考案の予圧可変スピンドル装置は第1の軸
受間座及び第2の軸受間座に同一のねじれ方向で互いに
わずかにピッチの異なるボールねじのボールねじ溝を形
成すると共に、そのボールねじ溝にそれぞれ対向するボ
ールねじ溝を有して両軸受間座にボールを介して螺合さ
れ、回動自在とされた予圧調整間座とにより差動ねじ部
を構成しこの予圧調整間座を回動させて両軸受間座同士
の相対位置を変化させる予圧調整間座駆動手段とを設け
ることとした。このような構成となっているので予圧調
整間座を回動させるとボールが両軸受間座のボールねじ
溝と予圧調整間座のボールねじ溝との間を転動しながら
移動すると共にボールの移動に応じ、第2の軸受間座に
対して第1の軸受間座は軸方向に相対移動する。軸受軌
道輪に当接する第1の軸受間座と第2の軸受間座の両端
面間の長さ寸法は、予圧調整間座の回動量に応じて変化
する。本考案の場合、両ボールねじ溝のピッチはわずか
に異なるようにしてあり、差動ねじ部は、すべりねじで
はなくボールねじである為、非常に摩擦が少なく、すべ
りねじを用いた場合に生じやすいスティックスリップが
生じないので、予圧調整間座の単位回転角度当りの両軸
受間座の端面間の寸法変化は、極めて小さく精密にする
ことが出来る。
According to the preload variable spindle device of the present invention, the first bearing spacer and the second bearing spacer are formed with ball screw grooves of ball screws having slightly different pitches from each other in the same torsion direction. The differential screw portion is constituted by a preload adjusting spacer which is screwed to both bearing spacers via a ball having a ball screw groove opposed to each groove via a ball, and is rotatable. Preload adjusting spacer driving means for rotating the bearing to change the relative position between the bearing spacers is provided. When the preload adjusting spacer is rotated, the ball moves while rolling between the ball screw grooves of the both bearing spacers and the ball screw groove of the preload adjusting spacer. In response to the movement, the first bearing spacer moves axially relative to the second bearing spacer. The length dimension between both end surfaces of the first bearing spacer and the second bearing spacer abutting on the bearing race changes in accordance with the amount of rotation of the preload adjustment spacer. In the case of the present invention, the pitch of both ball screw grooves is slightly different.Because the differential screw part is not a slide screw but a ball screw, there is very little friction, and this occurs when a slide screw is used. Since easy stick-slip does not occur, the dimensional change between the end faces of both bearing spacers per unit rotation angle of the preload adjusting spacer can be made extremely small and precise.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本考案の実施例を図と共に説明する。
図1は本考案に係る予圧可変スピンドルの一実施例の縦
断面図であり、角形ブロック状のハウジング2の内孔に
は軸方向の間隔を置いてころがり軸受3、4が介装され
ている。この軸受3、4に主軸1が挿通され、主軸1は
軸受3、4により回転自在に支承されている。軸受3、
4は夫々アンギュラ玉軸受であり前方(図1の左方)の
軸受3の内輪3Aの前側の端面は主軸1の段部1Aに当
接している。軸受4は、間座5を介して主軸1に後方よ
り嵌合され、主軸1に螺合されたナット35により間座
7を介して軸方向に締めつけられ軸受3と軸受4は主軸
1に固定されている。軸受3の外輪3Bの前側の端面は
ハウジング2の端面にボルトB1で取り付けた前蓋6に
当接している。間座7の外径部はハウジング2に形成し
た小径部2Aとごくわずかな隙間を有し軸受4に外部よ
り異物が侵入するのを防止している。軸受4の外輪4B
の後ろ側の端面はハウジング2に設けた段部8に当接し
ている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a variable preload spindle according to the present invention. Rolling bearings 3 and 4 are interposed in the inner hole of a rectangular block-shaped housing 2 at axial intervals. . The main shaft 1 is inserted through the bearings 3 and 4, and the main shaft 1 is rotatably supported by the bearings 3 and 4. Bearing 3,
Numerals 4 denote angular ball bearings, respectively. The front end face of the inner ring 3A of the bearing 3 at the front (left side in FIG. 1) is in contact with the step 1A of the main shaft 1. The bearing 4 is fitted from behind to the main shaft 1 through the spacer 5, and is axially tightened through the spacer 7 by a nut 35 screwed to the main shaft 1, and the bearing 3 and the bearing 4 are fixed to the main shaft 1. Have been. The front end face of the outer ring 3B of the bearing 3 is in contact with a front lid 6 attached to the end face of the housing 2 with bolts B1. The outer diameter portion of the spacer 7 has a very small gap with the small diameter portion 2A formed in the housing 2 to prevent foreign matter from entering the bearing 4 from outside. Outer ring 4B of bearing 4
Is in contact with a step 8 provided in the housing 2.

【0009】第1の軸受間座10は段付きの円筒状部材
で大径部44の端面45は軸受3の外輪3Bの後ろ側の
端面と当接している。この大径部の外周面46は第1の
軸受間座10が軸方向に移動する際の案内面としてハウ
ジング2の内周面に滑合されており、この外周面46に
は凹部が設けられ、センサ11(歪ゲージ)が取り付け
られている。また、第1の軸受間座10の小径部47の
外周面には断面がゴシックアーチ状の溝である第1のボ
ールねじ溝12が設けられている。第2の軸受間座13
は第1の軸受間座10と同様の段付きの円筒状部材で小
径部の端面は第1の軸受間座10の小径部の端面と対向
するように配され、大径部48の端面49は軸受4の外
輪4Bの前側の端面と当接している。
The first bearing spacer 10 is a stepped cylindrical member, and an end face 45 of the large diameter portion 44 is in contact with a rear end face of the outer ring 3B of the bearing 3. The outer peripheral surface 46 of the large-diameter portion is slidably fitted on the inner peripheral surface of the housing 2 as a guide surface when the first bearing spacer 10 moves in the axial direction. The outer peripheral surface 46 is provided with a concave portion. , A sensor 11 (strain gauge) is attached. A first ball screw groove 12 having a Gothic arch-shaped cross section is provided on the outer peripheral surface of the small diameter portion 47 of the first bearing spacer 10. Second bearing spacer 13
Is a stepped cylindrical member similar to the first bearing spacer 10, and the end surface of the small diameter portion is arranged so as to face the end surface of the small diameter portion of the first bearing spacer 10, and the end surface 49 of the large diameter portion 48. Is in contact with the front end surface of the outer ring 4B of the bearing 4.

【0010】第2の軸受間座13の大径部の外周面50
はハウジング2の内周面に滑合されており、この外周面
には等分割に多数の凹溝17が設けられハウジング2に
設けられた貫通穴14に嵌入された回り止めピン15を
所定の位置の凹溝17に係合させることにより回り止め
手段を形成し第2の軸受間座13は回動不能とされてい
る。図示は省略したが第1の軸受間座にも同様な回り止
め手段が設けられている。第2の軸受間座13の小径部
の外周面には断面がゴシックアーチ溝である第2のボー
ルねじ溝16が設けられ、このボールねじ溝16は第1
のボールねじみぞ12と同じねじ方向でピッチが異なる
ようにされている。
The outer peripheral surface 50 of the large diameter portion of the second bearing spacer 13
Is fitted on the inner peripheral surface of the housing 2, and on the outer peripheral surface thereof, a number of concave grooves 17 are provided in equal divisions, and a detent pin 15 fitted in a through hole 14 provided in the housing 2 is fixed to a predetermined position. The second bearing spacer 13 is made non-rotatable by engaging with the groove 17 at the position to form a detent means. Although not shown, the first bearing spacer is also provided with a similar detent means. A second ball screw groove 16 whose cross section is a gothic arch groove is provided on the outer peripheral surface of the small-diameter portion of the second bearing spacer 13, and the ball screw groove 16 is formed of a first ball screw groove.
The pitch is different in the same screw direction as the ball screw groove 12.

【0011】予圧調整間座20は、リング状の部材でそ
の内周面には第1のボールねじ溝12及び第2のボール
ねじ溝16に対向するボールねじ溝36,37を有し、
外周面にはナット駆動レバー21がボルトB2により固
定されている。予圧調整間座のボールねじ溝36と第1
のボールねじ溝12及び予圧調整間座のボールねじ溝3
7と第2のボールねじ溝16との間にはボール23が転
動自在に嵌合されている。ハウジング2の上部には角形
状の開口部が形成されており、その開口部中央にナット
駆動レバー21が位置している。そしてこの開口部に近
接する位置にサポートユニットハウジング25が取り付
けられている。
The preload adjusting spacer 20 is a ring-shaped member and has ball screw grooves 36 and 37 on its inner peripheral surface facing the first ball screw groove 12 and the second ball screw groove 16.
A nut drive lever 21 is fixed to the outer peripheral surface by a bolt B2. The ball screw groove 36 of the preload adjustment spacer and the first
Ball screw groove 12 and ball screw groove 3 of preload adjustment spacer
A ball 23 is rotatably fitted between 7 and the second ball screw groove 16. A square opening is formed in the upper part of the housing 2, and a nut drive lever 21 is located at the center of the opening. The support unit housing 25 is attached at a position close to the opening.

【0012】レバー駆動用ボールねじ軸26は段付のね
じ軸で大径部のねじ部にはレバー駆動用ボールねじナッ
ト27が螺合され中間段付部がサポートユニットハウジ
ング25内に嵌合させたころがり軸受28に挿通され、
ロックナット33によって固定され軸方向の移動不能か
つ回転自在に軸支されている。レバー駆動用ボールねじ
軸26の小径部の軸端はカップリング29を介してサポ
ートユニットハウジング25に固定された駆動モータ3
0(例えばサーボモータ)の出力軸39と連結されてい
る。レバー駆動用ボールねじナット27の対向する両側
面には軸心と直角かつ同一軸心を有して2つのレバー駆
動ピン31、31が固定されている。レバー駆動ピン3
1、31は夫々ナット駆動レバー21に設けた上部に開
口するU字型の切り欠き部32に係合しレバー駆動用ボ
ールねじナット27の直進移動によってナット駆動レバ
ー21が押され予圧調整間座20が回動される。このと
きレバー駆動ピン31はナット駆動レバー21のU溝の
平面と当接しているのでレバー駆動用ボールねじナット
27の直進運動が妨げられることは無い。
The lever driving ball screw shaft 26 is a stepped screw shaft. A lever driving ball screw nut 27 is screwed into the large diameter screw portion, and the intermediate stepped portion is fitted into the support unit housing 25. Is inserted through the rolling bearing 28,
It is fixed by a lock nut 33 and is axially immovable and rotatably supported. The shaft end of the small diameter portion of the ball screw shaft 26 for lever driving is connected to a drive motor 3 fixed to the support unit housing 25 via a coupling 29.
0 (for example, a servo motor). Two lever driving pins 31 are fixed to both opposing side surfaces of the ball screw nut 27 for lever driving, at right angles to the axis and having the same axis. Lever drive pin 3
Numerals 1 and 31 respectively engage with U-shaped cutouts 32 formed at the upper portion of the nut drive lever 21 and open at the top. The nut drive lever 21 is pushed by the linear movement of the lever drive ball screw nut 27, and the preload adjustment spacer is provided. 20 is rotated. At this time, since the lever drive pin 31 is in contact with the plane of the U groove of the nut drive lever 21, the linear movement of the lever drive ball screw nut 27 is not hindered.

【0013】駆動モーター30により回転されるレバー
駆動用ボールねじ軸26に螺合されたレバー駆動用ボー
ルねじナット27を予圧調整間座20に固定されたナッ
ト駆動レバー21に係合させることにより予圧調整間座
20を回動させる予圧調整間座駆動手段が構成される。
第1の軸受間座10及び第2の軸受間座13と予圧調整
間座20をボール23を介して螺合することにより差動
ねじ部が構成され、予圧調整間座20を予圧調整間座駆
動手段により回動させ第2の軸受間座13に対し第1の
軸受間座10を軸方向に所定量移動させて外輪3Bの軸
方向の押圧力を調整し、その結果軸受3及び4に所定の
予圧を与える構成とされている。第1の軸受間座10及
び予圧調整間座20とボール23で構成されるボールね
じ部は右ねじでピッチは10mmであり、第2の軸受間
座13及び予圧調整間座20とボール23で構成される
ボールねじ部は右ねじでピッチは7mmとされている。
ナット駆動レバー21を図1に於いて紙面の手前側とな
る方向、すなわちスピンドルを右方から見た場合、予圧
調整間座20を左回転させる方向に、例えば1°左回転
させると、ボール23の転動を介して第1の軸受間座1
0は予圧調整間座20に対し図1に於いて左へ10mm
×1°÷360°=0.0278mm移動し、予圧調整
間座20は第2の軸受間座13に対して右へ7mm×1
°÷360°=0.0194mm移動する。それゆえ第
1の軸受間座及び第2の軸受間座の端面間の長さ寸法は
0.0278mm−0.0194mm=0.0084m
m増加する。その結果、軸受3と軸受4には夫々4.2
μmに相当する予圧量が加えられる。逆に予圧調整間座
20を1°右回転させると第1の軸受間座10は予圧調
整間座20に対して右へ0.0278mm移動し、予圧
調整間座20は第2の軸受間座13に対して左へ0.0
194mm移動し、結局第1の軸受間座と第2の軸受間
座の両端面間の寸法は0.0084mm減少する。その
結果、軸受3と軸受4には夫々4,2μmづつに相当す
る予圧量が減少することになる。ちなみに、上記の軸受
予圧を軽切削から重切削の範囲で適切に調整するにあた
っては、軸受外輪3B、4Bに加える合計軸方向移動量
として20〜50μm程度の範囲、又その移動量の精度
としては2μm程度が必要になる。この位置決め精度の
2μmは予圧調整間座の回転角度0.24゜に相当し、
特に高い位置決め精度を有する駆動モータでなくても十
分確保出来る精度である。この実施例の場合、予圧調整
間座20の駆動は予圧調整間座20に取り付けられたナ
ット駆動レバー21をボールねじで駆動する構成とされ
ている為、第1の軸受間座10を2μm移動させるのに
必要な駆動モータ30の回転角度はナット駆動レバー2
1を0.24°回転させればよく、レバー駆動用ボール
ねじナット27の移動量に換算すると0.38mmとな
り、レバー駆動用ボールねじのピッチが4mmとなって
いるので駆動モータ30の回転角度は0.38mm÷4
mm×360゜=34.2゜となるので例えば500分
割の駆動モータを使用した場合0.042μmの精度で
軸受間座の位置決めが出来ることになる。
A preload is formed by engaging a lever drive ball screw nut 27 screwed to a lever drive ball screw shaft 26 rotated by a drive motor 30 with a nut drive lever 21 fixed to the preload adjustment spacer 20. Preload adjustment spacer driving means for rotating the adjustment spacer 20 is configured.
The differential screw portion is formed by screwing the first bearing spacer 10 and the second bearing spacer 13 and the preload adjustment spacer 20 via the ball 23, and the preload adjustment spacer 20 is connected to the preload adjustment spacer. The first bearing spacer 10 is axially moved by a predetermined amount with respect to the second bearing spacer 13 by being rotated by the driving means to adjust the axial pressing force of the outer ring 3B. It is configured to apply a predetermined preload. The ball screw portion composed of the first bearing spacer 10, the preload adjustment spacer 20 and the ball 23 has a right-hand thread and a pitch of 10 mm, and the second bearing spacer 13, the preload adjustment spacer 20 and the ball 23 have the same pitch. The formed ball screw portion has a right-hand thread and a pitch of 7 mm.
When the nut drive lever 21 is turned to the near side of the paper surface in FIG. 1, that is, when the spindle is viewed from the right, the preload adjustment spacer 20 is turned counterclockwise, for example, by 1 ° counterclockwise. Of the first bearing spacer 1 through the rolling of
0 is 10 mm to the left in FIG. 1 with respect to the preload adjustment spacer 20.
× 1 ° ÷ 360 ° = 0.0278 mm, and the preload adjustment spacer 20 moves to the right with respect to the second bearing spacer 13 by 7 mm × 1
° ÷ 360 ° = 0.0194 mm. Therefore, the length dimension between the end faces of the first bearing spacer and the second bearing spacer is 0.0278 mm−0.0194 mm = 0.0084 m.
m. As a result, each of the bearings 3 and 4 has 4.2
A preload amount corresponding to μm is applied. Conversely, when the preload adjustment spacer 20 is rotated to the right by 1 °, the first bearing spacer 10 moves 0.0278 mm to the right with respect to the preload adjustment spacer 20, and the preload adjustment spacer 20 becomes the second bearing spacer. 0.0 for 13
After moving 194 mm, the dimension between both end surfaces of the first bearing spacer and the second bearing spacer is reduced by 0.0084 mm. As a result, the preload amount corresponding to each of the bearings 3 and 4 is reduced by 4.2 μm. Incidentally, when appropriately adjusting the above-mentioned bearing preload in the range from light cutting to heavy cutting, the total axial movement amount applied to the bearing outer rings 3B, 4B is in the range of about 20 to 50 μm, and the accuracy of the movement amount is as follows. About 2 μm is required. This positioning accuracy of 2 μm corresponds to a rotation angle of the preload adjustment spacer of 0.24 °,
In particular, it is an accuracy that can be sufficiently secured without using a drive motor having high positioning accuracy. In the case of this embodiment, the preload adjusting spacer 20 is driven by a ball screw on the nut drive lever 21 attached to the preload adjusting spacer 20, so that the first bearing spacer 10 is moved by 2 μm. The rotation angle of the drive motor 30 required for the
1 may be rotated by 0.24 °, which is 0.38 mm in terms of the amount of movement of the ball screw nut 27 for driving the lever, and the pitch of the ball screw for driving the lever is 4 mm. Is 0.38mm ÷ 4
mm × 360 ° = 34.2 °, for example, when a 500-split drive motor is used, the bearing spacer can be positioned with an accuracy of 0.042 μm.

【0014】次に軸受3、4に加えるべき予圧を得る為
の駆動モータ30の必要駆動トルクについて検討する。
この実施例のスピンドル装置に於いて、軽切削から重切
削の範囲での軸受の予圧は30〜300kgf程度の範
囲となる。300kgfの予圧を第1の軸受間座10及
び第2の軸受間座13の軸方向移動によって得るには変
換効率を0.9とすると予圧調整間座20を回転トルク
Tb=300kgf×0.3cm×0.9÷2π=1
2.9kgfcm以上で回転させる必要が有る。予圧調
整間座20を12.9kgfcm以上で回転させるには
レバー駆動ピン31がナット駆動レバー21に対して主
軸1の軸心から半径90mmの位置に作用する為、F×
9cm=12.9kgfcmよりF=1.43kgfの
力がレバー駆動ピン31によってナット駆動レバー21
に加えれば良い。1.43kgfの軸力を得るに必要な
レバー駆動用ボールねじ軸26の回転トルクはTb′=
1.43kgf×0.4cm×0.9÷2π=0.08
19kgfcmとなる。この程度の起動トルクを生じる
サーボモータは外径60mm,全長40mm位の大きさ
で十分であり、したがって予圧可変スピンドル装置自体
をコンパクトかつ安価にすることが出来る。
Next, the required drive torque of the drive motor 30 for obtaining the preload to be applied to the bearings 3 and 4 will be examined.
In the spindle device of this embodiment, the preload of the bearing in the range from light cutting to heavy cutting is in the range of about 30 to 300 kgf. In order to obtain a preload of 300 kgf by axial movement of the first bearing spacer 10 and the second bearing spacer 13, assuming that the conversion efficiency is 0.9, the preload adjusting spacer 20 is rotated at a rotational torque Tb = 300 kgf × 0.3 cm. × 0.9 ÷ 2π = 1
It is necessary to rotate at 2.9 kgfcm or more. In order to rotate the preload adjustment spacer 20 at 12.9 kgfcm or more, the lever drive pin 31 acts on the nut drive lever 21 at a position having a radius of 90 mm from the axis of the main shaft 1.
From 9 cm = 12.9 kgfcm, a force of F = 1.43 kgf is applied to the nut driving lever 21 by the lever driving pin 31.
Should be added to The rotation torque of the lever driving ball screw shaft 26 required to obtain an axial force of 1.43 kgf is Tb '=
1.43 kgf × 0.4 cm × 0.9 ÷ 2π = 0.08
It becomes 19 kgfcm. It is sufficient for the servo motor that generates such a starting torque to have an outer diameter of about 60 mm and an overall length of about 40 mm. Therefore, the preload variable spindle device itself can be made compact and inexpensive.

【0015】また、軸受3と軸受4は同一セットにより
加工されたハウジング2の内径面に嵌合されているの
で、従来のこの種のスピンドルと比べて軸受3と軸受4
の同心度が極めて容易に確保出来、安価にして精度の良
いスピンドル装置を提供出来る。更に第1の軸受間座及
び第2の軸受間座の軸方向の移動は、ボール23の転動
をを介して行われボールには予圧が付加されていると共
にころがり摩擦が非常に小さいので、従来のすべりねじ
を用いた場合のように、スティックスリップにより不具
合が生じる事がなく、軸受間座の移動による予圧調整を
精密に行なうことができる。
Further, since the bearings 3 and 4 are fitted on the inner diameter surface of the housing 2 machined by the same set, the bearings 3 and 4 are different from conventional spindles of this kind.
Can be secured very easily, and a spindle device with low cost and high accuracy can be provided. Further, the axial movement of the first bearing spacer and the second bearing spacer is performed through the rolling of the ball 23, and the ball is preloaded and the rolling friction is very small. Unlike the case of using a conventional slide screw, there is no problem due to stick-slip, and the preload can be precisely adjusted by moving the bearing spacer.

【0016】前蓋6はリング状の部材でハウジング2の
内径面に嵌合する小径部とハウジング2の端面に当接す
るフランジ部を有している。小径部の外面部には半径方
向のスリット38が周方向に形成され、このスリット3
8から軸方向に近接した内面部には半径方向のスリット
が周方向に形成されている。これらの半径方向のスリッ
トは前蓋6の小径部の肉厚の中心よりも深く設けられて
いる。また前蓋6の内径部は主軸1の段部1Aに続く大
径部とごくわずかな隙間を有して異物が軸受3に侵入し
ない様にされている。ハウジング2に固定した前蓋6の
小径部の端面は軸受の外輪3Bに当接している。前蓋6
の軸受3に当接する側の端部は互い違いに形成されたス
リット38、38により軸方向に所定のバネ効果を有し
て軸受3を所定のバネ力により奥側方向に押圧してい
る。軸受3に予圧を加える際、予圧調整間座20により
前蓋に加えられる力以上の力で外輪3Bを押圧すること
により外輪3Bは軸方向に移動させることができる。外
輪3Bの外周面とハウジング2の内周面の嵌合は予圧調
整時にころがり軸受の外輪が移動出来るようにわずかな
隙間が設けられているが軸受3の外輪3Bの外側の端面
は前蓋6により押圧され外輪3Bの半径方向の動きを拘
束されているので軸受3の支持剛性が大きくされてい
る。
The front cover 6 is a ring-shaped member and has a small diameter portion that fits on the inner diameter surface of the housing 2 and a flange portion that contacts the end surface of the housing 2. A radial slit 38 is formed in the outer surface of the small diameter portion in the circumferential direction.
A radial slit is formed in the inner surface portion adjacent to the axial direction from 8 in the circumferential direction. These radial slits are provided deeper than the center of the thickness of the small diameter portion of the front lid 6. The inner diameter of the front lid 6 has a very small gap with the large diameter portion following the step 1A of the main shaft 1 so that foreign matter does not enter the bearing 3. The end face of the small diameter portion of the front lid 6 fixed to the housing 2 is in contact with the outer ring 3B of the bearing. Front lid 6
The end on the side in contact with the bearing 3 has a predetermined spring effect in the axial direction by alternately formed slits 38, 38, and presses the bearing 3 in the depth direction by a predetermined spring force. When a preload is applied to the bearing 3, the outer ring 3B can be moved in the axial direction by pressing the outer ring 3B with a force greater than the force applied to the front lid by the preload adjustment spacer 20. The outer peripheral surface of the outer race 3B and the inner peripheral surface of the housing 2 are fitted with a small gap so that the outer race of the rolling bearing can move during the preload adjustment. As a result, the movement of the outer ring 3B in the radial direction is restrained, so that the support rigidity of the bearing 3 is increased.

【0017】また、軸受間座10を軸受3より遠ざかる
方向に移動して予圧を減少させるとき外輪3Bに前蓋6
による戻り力が付加されているので外輪3Bの移動が外
輪3Bとハウジング2の間の摩擦力によって妨げられる
ことが無く外輪3はスムーズに動くことが出来、軸受の
予圧調整が精密に行える。
When the bearing spacer 10 is moved away from the bearing 3 to reduce the preload, the front ring 6B is attached to the outer ring 3B.
, The movement of the outer ring 3B is not hindered by the frictional force between the outer ring 3B and the housing 2, the outer ring 3 can move smoothly, and the preload adjustment of the bearing can be precisely performed.

【0018】主軸1には後端にプーリ(不図示)が取り
付けられこのプーリを主軸モータ(不図示)により回転
駆動することによって主軸1に回転が伝達される。軸受
3及び軸受4の予圧は一般に低速重切削が行なわれる場
合には、必要な高剛性を得るべく大きな予圧を付与し、
一方、高速で軽切削が行なわれる場合には、軸受の発熱
を抑えるべく小さな予圧に切換えることが行われる。ス
ピンドル使用中に軸受の発熱により予圧が変化した場合
には、圧力センサ11からの信号に応じて予め定められ
ている予圧調整指令が制御手段41から目標位置指令と
してドライブユニット40に入力される。これを受け
て、ドライブユニット40の電流制御部からパワーアン
プ回路を経てモータ駆動電流が駆動モータ30に出力さ
れ、駆動モータ30の出力軸の回転角度が制御される。
かくして駆動モータ30の出力軸にカップリング29を
介して接続されているレバー駆動用ボールねじ軸26が
所定量回転しその回転量に応じてレバー駆動用ボールね
じナット27が軸方向に移動し、ナット駆動用レバー2
1を介して所定角度、予圧調整間座20が回動される。
予圧調整間座20が回動するとボール23の転動を介し
て第1の軸受間座10が第2の軸受間座13に対して軸
方向に所定量移動し、軸受の外輪3Bが前記詳述したよ
うに第1の軸受間座10により軸方向に押圧され所定の
位置で位置決めがなされ、その結果軸受予圧が所定の値
に調整される。このとき、この予圧調整結果は圧力セン
サ11により検出され、その検出値は制御手段41に入
力される。この入力値が予圧調整指令値に対応しない場
合には、必要補正値分再び目標位置指令がドライブユニ
ット40に入力され予圧の調整が行なわれ、この調整の
繰り返しによって高精度な予圧制御が行われる。
A pulley (not shown) is attached to the rear end of the main shaft 1, and rotation is transmitted to the main shaft 1 by driving the pulley to rotate by a main shaft motor (not shown). Generally, when low-speed heavy cutting is performed, a large preload is applied to the bearings 3 and 4 to obtain a necessary high rigidity.
On the other hand, when light cutting is performed at high speed, switching to a small preload is performed to suppress heat generation of the bearing. When the preload changes due to heat generation of the bearing during use of the spindle, a preload adjustment command predetermined according to a signal from the pressure sensor 11 is input from the control means 41 to the drive unit 40 as a target position command. In response to this, the motor drive current is output from the current control unit of the drive unit 40 to the drive motor 30 via the power amplifier circuit, and the rotation angle of the output shaft of the drive motor 30 is controlled.
Thus, the lever driving ball screw shaft 26 connected to the output shaft of the driving motor 30 via the coupling 29 rotates by a predetermined amount, and the lever driving ball screw nut 27 moves in the axial direction according to the rotation amount. Nut drive lever 2
1, the preload adjustment spacer 20 is rotated by a predetermined angle.
When the preload adjustment spacer 20 rotates, the first bearing spacer 10 moves a predetermined amount in the axial direction with respect to the second bearing spacer 13 through the rolling of the ball 23, and the outer ring 3B of the bearing is moved in the aforementioned manner. As described above, the bearing is pressed in the axial direction by the first bearing spacer 10 and is positioned at a predetermined position. As a result, the bearing preload is adjusted to a predetermined value. At this time, the preload adjustment result is detected by the pressure sensor 11, and the detected value is input to the control means 41. If the input value does not correspond to the preload adjustment command value, the target position command is input to the drive unit 40 again by the necessary correction value to adjust the preload, and the preload control is performed with high accuracy by repeating this adjustment.

【考案の効果】本考案は予圧可変スピンドル装置に於い
て、第1の軸受間座及び第2の軸受間座に同一のねじ方
向で互いにわずかにピッチの異なるボールねじのねじ溝
を形成すると共に、そのねじ溝に夫々対応するボールね
じ溝を有して両軸受間座にボールを介して螺合し、回動
自在とされた予圧調整間座と、この予圧調整間座を回動
させて両軸受間座を軸方向に移動させて軸受の予圧を調
整する予圧調整間座駆動手段とを設けた構成とした。そ
の結果、軸受の予圧調整がスピンドル回転中に於いても
簡単且つ精密に出来、コンパクトかつ安価にして主軸の
回転精度の良い予圧可変スピンドル装置が得られるとい
う効果がある。
According to the present invention, in a variable preload spindle device, a first bearing spacer and a second bearing spacer are formed with thread grooves of a ball screw having a slightly different pitch from each other in the same thread direction. A preload adjusting spacer which has a ball screw groove corresponding to each of the screw grooves and is screwed to both bearing spacers via balls, and is rotatable, and the preload adjusting spacer is rotated. A preload adjusting spacer driving means for adjusting the preload of the bearing by moving both bearing spacers in the axial direction is provided. As a result, there is an effect that the preload adjustment of the bearing can be easily and precisely performed even during the rotation of the spindle, and a compact and inexpensive preload variable spindle device with high spindle rotation accuracy can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本考案に係る予圧可変スピンドル装置の縦断面
図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a variable preload spindle device according to the present invention.

【図2】図1のC−C線断面図で右上部はレバー駆動用
ボールねじ軸の中心線に沿った断面となっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 1, and an upper right portion is a cross-section along a center line of a ball screw shaft for lever driving.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主軸 2 ハウジング 3 ころがり軸受 4 ころがり軸受 6 前蓋 10 第1の軸受間座 13 第2の軸受間座 20 予圧調整間座 23 ボール 30 駆動モータ 40 ドライブユニット 41 制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main shaft 2 Housing 3 Rolling bearing 4 Rolling bearing 6 Front lid 10 First bearing spacer 13 Second bearing spacer 20 Preload adjustment spacer 23 Ball 30 Drive motor 40 Drive unit 41 Control means

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 ハウジングの内孔に嵌合されたころがり
軸受により主軸の両端が支承され、前記ころがり軸受の
軌道輪が押圧力調整可能な押圧手段により軸方向に押圧
される予圧可変スピンドル装置において、前記押圧手段
は、ボールねじ溝を有し一方の端面が一方のころがり軸
受の軌道輪に当接された円筒状の第1の軸受間座と、該
第1の軸受間座のボールねじ溝とねじれ方向が同一方向
でピッチがわずかに異なるボールねじ溝を有し一方の端
面が他方のころがり軸受の軌道輪に当接された円筒状の
第2の軸受間座と、該第2の軸受間座のボールねじ溝と
前記第1の軸受間座のボールねじ溝にそれぞれ対向する
ボールねじ溝を有する円筒状の予圧調整間座と、前記第
1の軸受間座のボールねじ溝と前記第2の軸受間座のボ
ールねじ溝とに対向する前記予圧調整間座のボールねじ
溝のそれぞれの間に転動自在に嵌合された多数のボール
と、前記第1の軸受間座及び前記第2の軸受間座に対し
て前記予圧調整間座を相対的に回動させる予圧調整間座
駆動手段とを備えて成る予圧可変スピンドル装置。
1. A preload variable spindle device in which both ends of a main shaft are supported by a rolling bearing fitted into an inner hole of a housing, and a race of the rolling bearing is pressed in an axial direction by a pressing means capable of adjusting a pressing force. The pressing means has a ball screw groove, one end face of which is in contact with a race of one of the rolling bearings; a cylindrical first bearing spacer; and a ball screw groove of the first bearing spacer. A cylindrical second bearing spacer having a ball screw groove having the same torsion direction and a slightly different pitch and having one end face abutting against the race of the other rolling bearing; and the second bearing. A cylindrical preload adjusting spacer having a ball screw groove opposed to the ball screw groove of the spacer and the ball screw groove of the first bearing spacer; a ball screw groove of the first bearing spacer; Opposed to the ball screw groove of the bearing spacer of No. 2 A plurality of balls rotatably fitted between each of the ball screw grooves of the preload adjustment spacer, and the preload adjustment spacer with respect to the first bearing spacer and the second bearing spacer. A preload variable spindle device comprising: a preload adjusting spacer driving means for relatively rotating a seat.
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