JP3076394U - Ｃｎｃ心出し加工機における高速切削用主軸軸受の周速度切換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸軸受の予圧を変換できて、主軸の低、高
速回転に応じて選択的に主軸軸受の適当な軸受セットで
運転を行い、有効に主軸軸受の周速度を低めて耐用寿命
を長引かせる。 【解決手段】 高速回転時に相対して、大径者の周速度
が小径者よりも絶対に高いことに因んで、主軸軸受（５
０）の大、小軸受セット（５１，５２）をそれぞれ主軸
（４０）の大径段部（４０２）、小径段部（４０２）に
外嵌して、ハウジング（８０）内に大軸受セット（５
１）が嵌挿できるスイッチピストン（６０）を装設し、
該スイッチピストン（６０）の前端外周部を先細テーパ
ー部（６２）に設けて、錐孔（７１）を具えた求心スリ
ーブリング（７０）を該先細テーパー部（６２）に外嵌
させ、更に該主軸（４０）に予圧蓋（５４）を締付けて
大軸受セット（５１）前端に当接させ、該ハウジング
（８０）とスイッチピストン（６０）後端との間に後流
路（８３）を設けて、該ハウジング（８０）とスイッチ
ピストン（８０）前端との間に前流路（８４）を形成す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案はＣＮＣ心出し加工機における高速切削用主軸に関し、特に有効に主軸 軸受の周速度を低めて、主軸軸受の耐用寿命を向上させ得るＣＮＣ心出し加工機 における高速切削用主軸軸受の周速度切換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

因みに、ＣＮＣ工作機械の高速切削（主軸回転速度が１万ｒｐｍ以上）は切削 に必要な時間を短縮して生産効率を高め、且つ切削抵抗を軽減して加工中の熱影 響を低めることができる優点があるので、現在の高速切削加工が主流となってい る時代において、主軸（Ｓｐｉｎｄｌｅ）がバイトを固定して回転させて切削加 工を進める重要部材であることから、主軸がＣＮＣ工作機械における極めて重要 な存在と言える。図９に示す如く、従来例の主軸１０の軸孔１０１には心軸１１ が内挿されて、該心軸１１後端部にディスクばねセット１１１を周設して固定栓 １１２を嵌設し、前端に引棒１１３を螺設して、該引棒１１３外端に中心注水ボ ルト１１４を装設し、且つ該主軸１０の軸孔１０１内に四瓣爪１２を設けて、バ イトホルダ１３を主軸１０前端面外に取付けると共に、その係合部１３１を軸孔 １０１へ伸入させて該四瓣爪１２の肩部１２１に係着させ、該バイトホルダ１３ と主軸１０を牢固緊密に結合させる。また、該主軸１０とハウジング１４との間 には主軸軸受１５が軸装されて、同一規格の前軸受セット１５１、中軸受セット １５２及び（小規格）浮動軸受セット１５３によって形成され、主軸１０をスム ーズに回転させて、最後に該ハウジング１４の前、後端面にそれぞれ前、後キャ ップ１４１、１４２を締付固定させる。該主軸１０が若しも高速回転に設計され ていると、主軸軸受１５の予圧は比較的軽い予圧値に設定されて、主軸１０の低 速回転時に剛性不足の欠陥あり、したがって、主軸軸受セットの予圧調整が可能 な主軸が出現するのである。

【０００３】 図１０に示す従来例は、その主軸２０の構成はほぼ上記主軸１０と同様であり 、異なるところは、主軸軸受２５が前軸受セット２５１及び浮動軸受セット２５ ２を含んで、ハウジング２４内に予めピストン２６を装設し、該ピストン２６は 後保持部材２６１及びヘッド部材２６２により組立てられて、主軸軸受２５の前 軸受セット２５１をその中に収容し、該後保持部材２６１とハウジング２４との 間に後流路２７を設けて、該ヘッド部材２６２とハウジング２４との間に前流路 ２８を取付け、これにより、該主軸２０が低速回転時に、圧力流体を後流路２７ から注入して該後保持部材２６１を前向きに押して前軸受セット２５１の予圧を 高め、該前軸受セット２５１が低速回転時に所定の剛性を具えて、主軸２０が高 速回転時に、圧力流体を前流路２８より注入して前軸受セット２５１の予圧を低 め、該前軸受セット２５１が主軸２０の高速回転に対応できるようにする。

【０００４】 図１１に示すのは、三段予圧調整機能を具えた主軸３０であって、その主な構 成はほぼ上記主軸１０，２０と等しく、異なるところは、その主軸軸受３１の浮 動軸受セット３１１とハウジング３２との間に三つの流通路３３を設けたことで 、圧力流体を異なる流通路３３より注入して浮動軸受セット３１１の予圧を調整 する。

【０００５】 上記主軸１０，２０，３０の主軸軸受１５，２５，３１は何れも主軸１０，２ ０，３０に随って運転できるのであるが、実際上、尚も下記のような欠点がある 。 １． 主軸１０，２０，３０が低速回転或いは高速回転しているを問わず、主 軸軸受１５，２５，３１の軸受セットが皆同一規格の軸受なので、同じ規格の主 軸軸受１５，２５，３１で低速回転、高速回転をするが、軸受の周速度＝軸受の ピッチ円直径（ｄｍ）×主軸の回転速度（Ｎ）であり、主軸軸受１５，２５，３ １の軸受が同一規格、即ちｄｍが固定値にある状況では、主軸軸受１５，２５， ３１の周速度は必然的に主軸１０，２０，３０の回転速度の増加に随って相対的 に高くなり、これにより、主軸１０，２０，３０の高速回転状態において、主軸 軸受１５，２５，３１の周速度が余り高いために高温が生じ易く、耐用寿命が短 縮する問題があると共に、主軸１０，２０，３０が低い回転速度の重切削状態に おいて、主軸軸受１５，２５，３１の剛性不足から切削品質に悪影響をもたらす 問題がある。 ２． 四つのチャック爪１２，２２を分離式に設けたので、高速回転時に把握 力がなく、遠心力作用から四つ爪が片寄り易く、主軸１０、２０の回転バランス が崩れる問題がある。 ３． ディスクばねセット１１１，２１１がかなり長いため、十分に支承する ことができず、高速回転時に主軸１０，２０のアンバランスを招く。 ４． バイトを緩める際に、固定栓１１２，２１２を叩いてディスクばねセッ ト１１１，２１１に対してバイト叩きの力を加えるのであるが、バイト叩きの力 が相当強いため、しばしば後キャップ１４２，２４２に伝わって浮動軸受セット １５３，２５２を傷付け、浮動軸受セット１５３，２５２の耐用寿命が短縮する 問題がある。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記各従来例の主軸における問題点に鑑み、本考案は、主軸軸受の予圧を変換 できて、主軸の低、高速回転に応じて選択的に主軸軸受の適当な軸受セットで運 転を行い、有効に主軸軸受の周速度を低めて耐用寿命を長引かせ得るＣＮＣ中心 加工機における高速切削用主軸軸受の周速度切換構造を提供することを目的とす る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案は、主軸の軸孔に内挿された心軸前端に引棒 を螺設して中心注水ボルトを装設し、該主軸の軸孔内の引棒外に四瓣爪を設けて 、該四瓣爪により主軸前端面に取付けたバイトホルダを主軸に結合させると共に 、該主軸とハウジングとの間に主軸軸受を軸装して、該ハウジングの前、後端面 にそれぞれ前、後キャップを締付固定したＣＮＣ心出し加工機における高速切削 用主軸軸受の周速度切換装置において、 上記主軸前端部を大径段部に設けて、後端向きに小径段部を適当な長さに縮径 延伸させ、上記主軸軸受の大軸受セットを主軸の大径段部に外嵌して、小軸受セ ットを主軸の小径段部に外嵌し、且つ浮動軸受セットを主軸の小径段部後端側に 外嵌して、該ハウジング内に取付けられたスイッチピストン内部に該大軸受セッ トが嵌挿できるリング溝を形成し、該スイッチピストンの前端外周部を先細テー パー部に設けて、内周面がテーパ状の錐孔を具えた求心スリーブリングを該先細 テーパー部に外嵌させ、更に該主軸に予圧蓋を締付けて大軸受セット前端に当接 させ、該ハウジングとスイッチピストン後端との間に後流路を設けて、該ハウジ ングとスイッチピストン前端との間に前流路を形成するように構成される。

【０００８】 そして、上記四瓣爪が一体成形の四瓣爪であって、その把握力により高速回転 時の主軸の回転バランスを確保するようにしたり、上記心軸後端部に圧縮ばねを 周設して、主軸の回転バランスを保持すうようにしたり、 上記後キャップとハウジング後端面との間に間隙を設けて、バイトを緩めるた めのバイト叩きによって浮動軸受セットが傷付くことがないようにしたり、する と一層好ましい。

【０００９】 上記のように構成された本考案は、主軸が低速回転時に、該大軸受セットが予 圧を受けた運転状態を呈し、主軸が高速回転に転じる時は、圧力流体が前流路か ら注入されて、スイッチピストンを押動して大軸受セットを無予圧状態に規制し 、代って常に予圧状態に保持された小軸受セットが運転して、主軸軸受の周速度 を有効に低めて主軸軸受の耐用寿命を向上させることができる。

【００１０】

【考案の実施の形態】

以下、本考案を実施の形態に基づいて具体的に説明するが、本考案はこの例だ けに限定されるものではない。 図１に示す如く、本考案のＣＮＣ中心加工機における高速切削用主軸軸受の周 速度切換構造は、主に主軸４０、主軸軸受５０、スイッチピストン６０、求心ス リーブリング７０及びハウジング８０等部材を含む。

【００１１】 該主軸４０は、その軸孔４１内に心軸４２を貫挿して、該心軸４２前端に引棒 ４３を螺設し、該引棒４３外端に中心注水ボルト４４を取付ける。該心軸４２の 後端には圧縮ばね４５が周装されて、該主軸４０後端にスリーブ４６を設け、該 スリーブ４６内に具えた収容室４６１に該圧縮ばね４５を内装して、定位ブロッ ク４７を該心軸４２後端に嵌め締めて該圧縮ばね４５を定位させる。該主軸４０ は前端部に大径段部４０１を設けられた後、小径段部４０２に縮径されて後端向 きに適当な長さ延伸し、且つ該軸孔４１は前端から後端向きに順に収束する階段 孔に設けられる。また、バイトホルダ９０は主軸４０の前端面外部に装設されて 、その接触部９１が軸孔４１内に伸入して内端部を係着部９２に造られ、図２に 示すように、本実施例の四瓣爪（四弁爪）４８は一体式四瓣爪に形成されて、主 軸４０の軸孔４１内に螺着され、該四瓣爪４８外端が突出肩部４８１を呈して、 該四瓣爪４８が引棒４３周囲に位置付けられて同時にバイトホルダ９０の係着部 ９２内側に定位し、該心軸４１が後方向きに引棒４３を引き動かすと、該四瓣爪 ４８の肩部４８１がバイトホルダ９０の係着部９２を押して、バイトホルダ９０ と主軸４０を緊密に結合させることができる。

【００１２】 該主軸軸受５０は、本実施例では大軸受セット５１、小軸受セット５２及び浮 動軸受セット５３を含み、該大軸受セット５１は主軸４０の大径段部４０１に外 嵌して主軸４０の肩部の制止を受け、該主軸４０の大径段部４０１に予圧蓋５４ を締付けて大軸受セット５１前端に当接させる。該小軸受セット５２は主軸４０ の小径段部４０２に外嵌して主軸４０の肩部に制止され、定位リング５５が主軸 ４０に周設されて該小軸受セット５２後端に抵触する。該浮動軸受セット５３は 主軸４０の小径段部４０２後端側に外嵌して熱膨張の軸延伸を吸収することがで きる。

【００１３】 該スイッチピストン６０は、ハウジング８０の前端孔内に設けられて、断面ほ ぼコ字形状を呈し、その内部にリング溝６１を形成して該大軸受セット５１の外 リングが軸挿でき、該スイッチピストン６０の前端外周部を前向きに縮径する先 細テーパー部６２に設ける。

【００１４】 該求心スリーブリング７０は、ハウジング８０の前端孔内に取付けられて、先 細テーパー部６２に対応して錐孔７１を設け、該先細テーパー部６２に外嵌する 。

【００１５】 該ハウジング８０は、前端面に前キャップ８１を被覆して、該前キャップ８１ に空気吹込路（図示せず）を設けて切屑を吹出し、後キャップ８２をハウジング ８０後端側に取付けて、該ハウジング８０後端面と間に所定間隙δ８２１を残し 、該後キャップ８２をスリーブ４６により締付け固結して、図３、４に示す如く 、該ハウジング８０とスイッチピストン６０後端との間に後流路８３を設け、該 ハウジング８０とスイッチピストン６０前端との間に前流路８４を設ける。 以上本考案の主な構造及びそれらの設置部位について述べたが、次に使用状態 及び原理について述べる。

【００１６】 図３が示すように、本考案の主軸４０が低速回転の重切削状態にある時は、圧 力流体（気圧、油圧の何れであっても良い）が後流路８３から注入されてスイッ チピストン６０を前へ押動変位させ、大軸受セット５１に標準予圧値を具えさせ て、進んで主軸４０に随って運転させるようにし、良好な剛性から主軸４０の低 速回転の重切削に応え得る使用特性を具えており、特に説明することは、圧力流 体の超予圧値はスイッチピストン６０の先細テーパー部６２及び求心スリーブリ ング７０の錐孔７１との組合せにより吸収することができ、大軸受セット５１に 標準予圧値を具えさせることができる。続いて図４に示す如く、本考案の主軸４ ０が高速回転に変換する時は、圧力流体を前流路８４より注入してスイッチピス トン６０を後端向きに押動変位させ、元来の予圧は後流路８３から釈放されて、 この際、大軸受セット５１は無予圧状態となって、該主軸４０が高速回転してい る時に鋼ボールが遠心力の作用から外向きに振られ、該大軸受セット５１が無予 圧状態を呈して自然運転し、同時に、小軸受セット５２が常に予圧を保持して主 軸４０に随って運転ができる。それ故、本考案は大軸受セット５１の予圧を変換 できて、進んで主軸４０の高速回転或いは低速回転に対応して小軸受セット運転 ５２或いは大軸受セット５１運転に切換え得る使用特性を具えており、詳しく言 うと、本考案は大軸受セット５１により主軸４０の低速回転重切削に適用できて 、小軸受セット５２により主軸の高速回転に適用でき、即ち、切削工作が極めて スムーズで、切削品質が至って優れた使用特性を具えている。

【００１７】 更に説明することは、本考案の主軸軸受５０の大軸受セット５１、小軸受セッ ト５２及び浮動軸受セット５３の軸受数量及び軸装方式は組合せ変更することも できて、図１が示すように、第１の実施例の大軸受セット５１は両大軸受によっ て組立てられ、小軸受セット５２は両小軸受によって組立てられて、浮動軸受セ ット５３も両小軸受によって組立てられる。図５に示す第２の実施例の大軸受セ ット５１は１個の大軸受を含み、小軸受セット５２は両小軸受によって組立てら れて、浮動軸受セット５３は一小軸受で形成される。図６の第３の実施例は大軸 受セット５１が一大軸受を含んで、小軸受セット５２が一小軸受を具え、浮動軸 受セット５３が一軸受によって形成される。図７に示す第４の実施例の大軸受セ ット５１は両大軸受セットで組立てられ、小軸受セット５２が両小軸受によって 形成されて、浮動軸受セット５３は両小軸受により組立てられ、第１の実施例と 異なるところは小軸受セット５２の両小軸受の設置方向が異なっただけであり、 異なる圧力流体で所定の予圧を達成できる使用特性を具えている。

【００１８】 尚、図８に示す如く、本考案を直列式に設計して、即ちモータ１００を露呈式 に設計して主軸２０後端部に固定する時は、連結器１１０によって連結伝動する のである。

【００１９】

【考案の効果】

上記のように本考案は、下記のような効果及び優点を得ることができる。 １． 本考案の主軸軸受セット５０の大軸受セット５１、小軸受セット５２は 主軸４０の低速回転、高速回転に対応して変換使用できるので、添付文献が示す ように、有効に主軸軸受５０の周速度を減速して、主軸軸受５０の耐用寿命を長 引かせることができ、且つ良好な剛性で優れた切削品質を得られる効果及び優点 がある。 ２． 本考案の四瓣爪４８は一体式四瓣爪に設計されているので、主軸４０が 高速回転している際に把握力を具えて、遠心力による瓣爪の変移の虞がなく、主 軸４０の回転バランスが優れている効果や優点がある。 ３． 本考案の圧縮ばね４５の長さが従来よりも短く、しかもスリーブ４６の 収容室４６１内に設けられているので、主軸４０が高速回転時に偏心回転するこ となく、主軸４０の回転バランスを確保できる効果や優点がある。 ４． 後キャップ８２とハウジング８０後端との間に間隙８２１を設けている ので、バイトを緩めるために、定位ブロック４７を叩いて圧縮ばね４５に対して バイト叩きの力を加え、該圧縮ばね４５に弾性変形を生じさせてバイト叩き力を 吸収させる際、該間隙８２１が該弾性変形量を吸収できるので、浮動軸受セット ５３を叩き傷付けることがなく、即ち、浮動軸受セット５３の耐用寿命を向上さ せる効果や優点を具えている。 以下に、本考案と従来例の主軸軸受の周速度（ｄｍ×Ｎ）を比較説明をする。 本考案： 本考案の大軸受セットが７０１４軸受と仮定する （外環径Ｏ＝１１０ｍｍ、内環径Ｏ＝７０ｍｍ、ｄｍ＝９０ｍｍ） 小軸受セットが７００９軸受とする （外環径Ｏ＝７５ｍｍ、内環径Ｏ＝４５ｍｍ、ｄｍ＝６０ｍｍ） 主軸が低速回転状態の場合、Ｎ＝８０００ｒｐｍ 大軸受セットの周速度＝（９０ｍｍ×８０００ｒｐｍ）＝７２００００ｍｍｒ ｐｍ 主軸が高速回転状態の場合、Ｎ＝１５０００ｒｐｍ（大軸受セットは無予圧） 小軸受セットの周速度＝（６０ｍｍ×１５０００ｒｐｍ）＝９０００００ｍｍ ｒｐｍ ：したがって、本考案は有効に主軸軸受の周速度を低めることができて、主 軸軸受の耐用寿命を向上させることができ、且つ主軸が低速回転の重切削状態時 に、大軸受セットにより良好な剛性を得られて、該小軸受セットが主軸の高速回 転をより高めることができる。 従来例： 従来例の軸受セットが７０１４軸受であると仮定すると、剛性が比較的良く主 軸の低速回転重切削状態に適用できるが、主軸が高速回転状態では、 Ｎ＝１５０００ｒｐｍで、周速度＝（９０ｍｍ×１５０００ｒｐｍ）＝１３ ５００００ｍｍ ｒｐｍ ：大軸受セットの円周が比較的長いため、高速回転時に高温が生じ易く耐用 寿命が短縮される。 結論： 上記から分かるように、本考案は主軸の高速回転、低速回転に対応して小軸受 セット運転或いは大軸受セット運転に切替えることができる特性を具えているの で、小軸受セット、大軸受セットの耐用寿命を向上させることができ、充分な剛 性の使用特徴を具えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案における比較的好ましい第１の実施例の
側断面図

【図２】上記実施例における四瓣爪を示す側視図

【図３】上記実施例における主軸が低速回転状態にいる
部分側断面図

【図４】上記実施例における主軸が高速回転状態にいる
部分側断面図

【図５】本考案における比較的好ましい第２の実施例の
側断面図

【図６】本考案における比較的好ましい第３の実施例の
側断面図

【図７】本考案における比較的好ましい第４の実施例の
側断面図

【図８】本考案を連結器により伝動モータと連結した状
態の側視図

【図９】従来例の一種の主軸組立状態を示す側断面図

【図１０】従来例のもう一種の主軸組立状態を示す側断
面図

【図１１】従来例の更にもう一種の主軸組立状態を示す
側断面図

【符号の説明】

４０ 主軸 ４０１ 大径段部 ４０２ 小径段部 ５０ 主軸軸受 ５１ 大軸受セット ５２ 小軸受セット ５４ 予圧蓋 ６０ スイッチピストン ６２ 先細テーパー部 ７０ 求心スリーブリング ７１ 錐孔 ８０ ハウジング ８３ 後流路 ８４ 前流路

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸と、主軸の軸孔に内挿された心軸と、
   心軸の前端に螺設された引棒と、引棒の引棒の外端に設
   けられた中心注水ボルトとを有し、 主軸の軸孔内の引棒外方に四弁爪を設け、該四弁爪によ
   り主軸前端面に設けられたバイトホルダを主軸に結合さ
   せると共に、該主軸とハウジングとの間に主軸軸受を軸
   装して、該ハウジングの前、後端面にそれぞれ前、後キ
   ャップを締付固定したＣＮＣ心出し加工機における高速
   切削用主軸軸受の周速度切換装置において、 主軸前端に大径段部に設けて、後端向きに小径段部を適
   当な長さに延伸させ、主軸軸受の大軸受セットを主軸の
   大径段部に外嵌して、小軸受セットを主軸の小径段部に
   外嵌し、且つ浮動軸受セットを主軸の小径段部後端側に
   外嵌して、該ハウジング内に取付けられたスイッチピス
   トン内部に該大軸受セットが嵌挿できるリング溝を形成
   し、 該スイッチピストンの前端外周部を先細テーパー部に設
   けて、内周面がテーパ状の錐孔を有する求心スリーブリ
   ングを該先細テーパー部に外嵌させ、更に該主軸に予圧
   蓋を締付けて大軸受セット前端に当接させ、該ハウジン
   グとスイッチピストン後端との間に後流路を設けて、該
   ハウジングとスイッチピストン前端との間に前流路を形
   成するようにしてなるＣＮＣ心出し加工機における高速
   切削用主軸軸受の周速度切換装置。
2. 【請求項２】上記四弁爪が一体成形の四弁爪であって、
   その把握力により高速回転時の主軸の回転バランスを確
   保するようにしてなる請求項１に記載のＣＮＣ心出し加
   工機における高速切削用主軸軸受の周速度切換装置。
3. 【請求項３】上記心軸後端部に圧縮ばねを周設して、主
   軸の回転バランスを保持するようにしてなる請求項１に
   記載のＣＮＣ心出し加工機における高速切削用主軸軸受
   の周速度切換装置。
4. 【請求項４】上記後キャップとハウジング後端面との間
   に間隙を設けて、バイトを緩めるためのバイト叩きによ
   って浮動軸受セットが傷付くことがないようにしてなる
   請求項１に記載のＣＮＣ心出し加工機における高速切削
   用主軸軸受の周速度切換装置。