JP3615779B2 - Hydrostatic bearing spindle - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動工具交換機構付きスピンドル等の中空主軸を備えたスピンドルにおいて、この中空主軸のスラスト力による変位を検出するための手段に関する。
【0002】
【従来の技術】
小径の穴加工では、工具の径が小さいため加工時に折損しやすいという問題がある。このため、従来から、加工状態を常時監視することにより工具の折損を検出あるいは予知しようとする試みがなされており、その一手段として、スピンドル内に変位センサを組込み、加工反力を主軸のスラスト変位によって検出するものがある。特に、主軸を静圧気体軸受等で非接触支持する場合には、軸受に起因する回転時の振動が非常に小さいので、微小な加工反力でも主軸のスラスト変位として検出することが可能である。
【0003】
このような主軸のスラスト変位を変位センサによって精度良く検出するためには、主軸の形状誤差や振れ回りの等の影響を避けることが必要であり、そのためには、変位を検出する変位センサは主軸と同軸に配置するのが好ましい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、NCボール盤等に用いられるスピンドルでは、ドリル等の工具を精度良くかつ自動的に交換することができるように、自動工具交換機構を備えたものが多い。例えば、図9に示すスピンドル(主軸部分のみを示している)は、主軸31の貫通穴31aの先端(工具側)に設けたテーパ穴部31a1にコレットチャック32を前後動自在に装着すると共に、貫通穴31aの後端(反工具側)からプッシュロッド33の先端を挿入し、コレットチャック32をその後端に連結したドローバー34を介してプッシュロッド33で前後動させることにより、工具35の握持・開放を自在に行なうものである。すなわち、プッシュロッド33が圧縮エアー圧等を受けて前進すると、ドローバー34を介してコレットチャック32が前方へ押し出され、工具35が開放される。一方、プッシュロッド33が後退すると、コレットチャック32が弾性体36の弾性力によってドローバー34を介して後方に引き込まれ、工具35が握持される。
【0005】
上記のような自動工具交換機構を備えたスピンドルにおいては、主軸の貫通穴内に配置された部材(図9ではドローバー34)に反工具側(後方)から押圧力を付与するための押圧手段(図9ではプッシュロッド33であるが、圧縮エアー等を用いる場合もある)を主軸の後方に同軸配置することが必須である。したがって、このようなスピンドルでは、通常使用される変位センサでは主軸との同軸配置が不可能であり、そのため、主軸のスラスト変位を精度良く検出することができなかった。
【0006】
そこで、本発明は、上記のような中空主軸を有するスピンドルにおいて、変位センサの主軸との同軸配置を可能にし、主軸のスラスト力による変位の検出精度を高めることをその目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の静圧軸受スピンドルは、ハウジングに静圧流体軸受でラジアル方向およびスラスト方向に非接触支持された中空主軸と、中空主軸の貫通穴の先端部に設けられたテーパ穴部に前後動自在に装着されたコレットチャックと、貫通穴内に配置され、コレットチャックの後端に連結されたドローバーと、貫通孔の後端開口から該貫通穴内に挿入され、ドローバーに後方から押圧力を付与可能なプッシュロッドと、中空主軸のスラスト力による変位を検出するための非接触変位センサとを備えたものであって、非接触変位センサは、ナイロン、フッ素樹脂、及びポリアセタールの中から選択される合成樹脂材又はセラミック材で形成された中空円筒状のセンサコアと、導電材料で形成され、このセンサコアの外径に装着されたコイルとからなる渦電流型のものであり、非接触変位センサは、中空主軸と同軸に、かつ、中空主軸における検出のターゲットとする部位に対向させて配置され、かつ、センサコアの内径面でプッシュロッドを前後動自在に案内するものである。
【0008】
非接触変位センサには、ダミーセンサとダミーターゲットとを一体に具備させても良い。この場合、ダミーセンサは、導電材料で形成され、上記(非接触変位センサの)センサコアの後端外径に装着されたダミーコイルを備えた渦電流型のものとし、ダミーターゲットは、導電材料で形成され、上記センサコアの後端面に装着されたものとすると良い。
【0009】
さらに、中空主軸をハウジングに対しスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受の軸受面に、このスラスト軸受の絞り孔に連通し、無負荷時のスラスト軸受隙間よりも浅い円周溝または部分円周溝を形成しても良い。
【0010】
【作用】
非接触変位センサを中空円筒状のものとすることにより、中空主軸の場合でも、非接触変位センサを主軸と同軸に配置することが可能となる。したがって、主軸の形状誤差や、振れ等が非接触変位センサの出力に影響しなくなり、外部から加わるスラスト力による主軸のスラスト変位を精度良く検出することができる。
【0011】
また、非接触変位センサとして、ナイロン、フッ素樹脂、及びポリアセタールの中から選択される合成樹脂材又はセラミック材で形成された中空円筒状のセンサコアと、導電材料で形成され、このセンサコアの外径に装着されたコイルとからなる渦電流型のものを用いることにより、センサ部を単純なセンサコアとコイルとで構成することができるので、コンパクトでかつ中空状にしやすい。さらに、プッシュロッドを耐摩耗性、摺動性に優れた上記の合成樹脂材又はセラミック材で形成されたセンサコアの内径面で前後動自在に案内する構成とすることにより、プッシュロッドの円滑な前後動作を可能にすることができると同時に、構造の簡単化を図ることができる。
【0012】
一般に、渦電流型変位センサはセンサ部および検出回路部の温度変化によってセンサ出力がドリフトする可能性があるが、非接触変位センサにダミーセンサとダミーターゲットとを一体に具備させ、非接触変位センサとダミーセンサとの出力差をとることにより、ドリフトによる影響を消去することができる。
【0013】
スラスト軸受の軸受面に絞り孔に連通した円周溝を設けることにより、絞り孔からスラスト軸受隙間に流入する圧縮気体の多くが円周溝に沿って流通し、中空主軸を全周にわたって支持するので、スラスト方向の負荷容量が無負荷時に比べ顕著に増大する。スラスト軸受の軸受面積や円周溝の溝深さ等の条件によりエアハンマの発生が予測される場合には、絞り孔ごとに独立した部分円周溝を設け、溝全体の容積を小さくすることによりこれを防止することができる。
【0014】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
【0015】
図1に示すように、ハウジング1に回転自在に挿通された主軸2の外径面は、軸受スリーブ3および軸受スリーブ4の内径面とジャーナル軸受隙間を介して対向し、また、主軸2の後端に設けられたスラスト板5の端面は、軸受スリーブ4の端面およびスラスト軸受6の軸受面とスラスト軸受隙間を介して対向している。ハウジング1に設けられた軸受給気口7から圧縮気体(圧縮空気等)を供給すると、この圧縮気体が、ハウジング1に設けられた給気通路8を介して、軸受スリーブ3、4およびスラスト軸受6の絞り孔3a、4aおよび4b、6aからジャーナル軸受隙間およびスラスト軸受隙間に流入し、主軸2をハウジング1に対しラジアル方向およびスラスト方向に非接触支持する。ジャーナル軸受隙間およびスラスト軸受隙間から流出する軸受排気は、ハウジング1に設けられた排気通路(図示省略)を介してスピンドル外部に排出される。
【0016】
主軸2は、その軸中心に貫通穴2aを備えた中空状のものである。貫通穴2aの先端部はテーパ穴部2a1で、このテーパ穴部2a1の内径にコレットチャック9が前後動自在に装着されている。コレットチャック9の先端部は軸線に沿った複数のスリット(図示省略)によって複数部分に分割されており、また、その外径面はテーパ穴部2a1の内径面に適合したテーパ面9aになっている。そのため、コレットチャック9は後方に引き込まれるとテーパ穴部2a1の内径面から圧迫されてその先端部が縮径し、テーパ穴部2a1に沿って前方に押し出されるとその先端部が拡径する。コレットチャック9は、常時は、その後端に連結されたドローバー10を介して皿バネ等の弾性体11の弾性力によって後方に付勢され、テーパ穴2a1部内に引き込んでいる。
【0017】
主軸2の貫通穴2aの後端は開口しており、この開口を貫通してプッシュロッド12の先端部が貫通穴2a内に入り込んでいる。プッシュロッド12は、常時は、圧縮バネ13の弾性力によって後方に付勢され、その先端がドローバー10の後端と接触しない位置に保持されている。ハウジング1の後端に設けられた給気口14から圧縮気体を供給すると、プッシュロッド12が圧縮バネ13の弾性力に抗して前進してドローバー10の後端に当接し、さらに、圧縮バネ13および弾性体11の弾性力に抗して前進することにより、ドローバー10を介してコレットチャック9を前方へ押し出す。これにより、コレットチャック9が拡径し、これに握持された工具15が開放されて着脱可能となる。給気口14からの圧縮気体の供給を止めると、プッシュロッド12は圧縮バネ13の弾性力によってドローバー10と接触しない位置まで後退する。そして、コレットチャック9が弾性体11の弾性力によってドローバー10を介して後方に引き込まれる。これにより、コレットチャック9が縮径し、工具15が握持される。
【0018】
また、主軸2にはかご形のロータ16が一体に設けられ、ハウジング1の内径にはロータ16に対向して、ステータ17が固定されている。ステータ17に電流を通じると主軸2が高速で回転し、これにより、コレットチャック9、工具15、ドローバー10、弾性体11が主軸2と一体となって高速回転する。
【0019】
主軸2のスラスト力による変位を検出する中空円筒状の非接触変位センサ20は、主軸2と同軸で、かつ、主軸2に設けられたスラスト板5の後端面と対向する位置に配置されている。コレットチャック9を前後動させるプッシュロッド12の先端は、非接触変位センサ20の中空部を貫通して主軸2の貫通穴2aに挿入される。この実施例では、非接触変位センサ20として、合成樹脂材等の絶縁材料で形成された円筒状のセンサコア20aと、導電材料で形成され、センサコア20aの外径に装着されたコイル20bとからなる渦電流型のものを用いている。尚、センサコア20aはハウジング1にビス等で固定される。このような非接触変位センサ20を用いることによって、中空状の主軸2(後端からプッシュロッド12が挿入される)の場合でも、非接触変位センサ20を主軸2と同軸に配置することが可能となる。したがって、スラスト軸受6に対するスラスト板5の傾き等の形状誤差や、主軸2の振れ等が非接触変位センサ20の出力に影響しなくなり、外部から加わるスラスト力による主軸2のスラスト変位を精度良く検出することができる。また、非接触変位センサ20として上記のような渦電流型のものを用いることにより、センサ部を単純なセンサコア20aとコイル20bとで構成することができるので、コンパクトでかつ中空状にしやすい。
【0020】
図2に示す実施例は、図1におけるスラスト軸受6の軸受面に、絞り穴6aに連通した円周溝6bを設けたものである。円周溝6bを設けたのは次の理由による。一般に、変位計の出力をスラスト力の検出に用いる場合、スラスト力に対する分解能は(スラスト軸受の剛性×変位計の変位に対する分解能)で決まるので、スラスト力を精度良く検出するためには、スラスト軸受の剛性(スラスト剛性)は小さい方が良い。スラスト剛性を低減する手段としては、絞り孔の径を小さくする、絞り孔の個数を少なくする、さらに、スラスト軸受隙間を大きくする手段等が考えられる。しかし、絞り孔を小径化しあるいは個数を減少すると、負荷容量が必要以上に低下し、加工時のスラスト力によって主軸とスラスト軸受とが接触する可能性がある。また、スラスト軸受隙間をあまり大きくすると、圧縮空気の消費量の増加が問題になる。そこで、この実施例では、スラスト軸受6の軸受面に円周溝6bを設けることにより、加工時の負荷容量の低下、圧縮空気消費量の増加を招くことなくスラスト剛性を低減することを可能にしたものである。
【0021】
円周溝6bの溝深さは、無負荷時のスラスト軸受隙間よりも浅くし、また、スラスト軸受隙間は、スラスト剛性が比(必要な力の分解能)/(変位計の変位に対する分解能)よりも小さくなるような値に設定する。絞り孔6aの個数は通常(7〜8個程度)よりも少なく3〜6個程度(この実施例では4個)である。無負荷時には、円周溝6bの溝深さがスラスト軸受隙間に比べ相対的に小さいため円周溝6bによる影響は少ないが、外部からスラスト力が加わってスラスト軸受隙間が小さくなると、円周溝6bの溝深さがスラスト軸受隙間に比べ相対的に大きくなるため、円周溝6bによる効果が顕著になる。すなわち、スラスト軸受6の絞り孔6aからスラスト軸受隙間に流入する圧縮気体の多くが円周溝6bに沿って流通し、スラスト板5を全周にわたって支持することにより、スラスト方向の負荷容量が無負荷時に比べ顕著に増大する。一方、絞り孔6aの個数は通常よりも少ないので、気体消費量の増加も少ない。したがって、この実施例の構成によれば、スラスト剛性を低減することによって微小なスラスト力を精度良く検出でき、しかも、負荷容量の減少、気体消費量の増加といった弊害を生じさせる心配もない。
【0022】
図3〜図5は、上記の円周溝6bの効果を計算結果によって示したものである。図3〜図5において、Aは本実施例品(円周溝:あり、絞り穴:4個)、B、Cは比較品についての結果をそれぞれ示している。比較品Bは(円周溝:なし、絞り孔:4個)、比較品Cは(円周溝:なし、絞り孔:24個)である。無負荷時のスラスト軸受隙間はいずれもSである。
【0023】
図3に示すように、本実施例品Aのスラスト負荷容量は、スラスト軸受隙間が所定値よりも小さくなった付近から急速に増大し、比較品Cと同等以上の値を示した。また、図4および図5に示すように、本実施例品Aのスラスト剛性および気体消費量は比較品Bよりも僅かに大きい程度であり、比較品Cと比べるとかなり少なかった。
【0024】
尚、絞り孔6aの個数を減らし、円周溝6bを設けると不安定な自励振動(エアハンマ)が発生しやすくなる場合がある。スラスト軸受6の軸受面積や円周溝6bの溝深さ等の条件によりエアハンマの発生が予測される場合には、図6に示すように、絞り孔6aごとに独立した部分円周溝6b’を設け、溝全体の容積を小さくすることによりこれを防止することができる。
【0025】
図7に示す実施例は、別体のセンサターゲット21を主軸2のスラスト板5の後端面に一体に装着すると共に、非接触変位センサ20にダミーセンサ20’とダミーターゲット22とを一体に具備させたものである。センサターゲット21は、渦電流型変位センサのターゲットとして好適な物性を有する材料例えばSUS310S材等で形成されたものである。ダミーセンサ20’は、非接触変位センサ20と共通のセンサコア20aと、センサコア20aの後端外径に装着されたダミーコイル20b’とからなる。ダミーターゲット22はセンサターゲット21と同じ材料からなり、センサコア20aの後端面に取付けられている。尚、センサコア20aの内径には、プッシュロッド12を前後動自在に案内する中空円筒状のガイド25が装着されている。
【0026】
主軸2はかご形のロータ16を一体に設けるため磁性材料でなければならないが、これは渦電流型変位センサのターゲットとして必ずしも好適ではなく、材質のムラによってセンサ出力の変動を生じたり、電気抵抗が大きく変位センサの感度が低下したりする懸念がある。センサターゲット21を主軸2とは別部品とし、材料を自由に選択可能とすることにより、非接触変位センサ20の感度を高めることができる。また、渦電流型変位センサはセンサ部および検出回路部の温度変化によってセンサ出力がドリフトする可能性があるが、非接触変位センサ20とダミーセンサ20’のそれぞれに検出回路をつなぎ、その出力差をとることにより、ドリフトによる影響を消去することができる。
【0027】
図8に示す実施例は、センサコア20aの内径面でプッシュロッド12を前後動自在に案内する構成としたものである。この場合、センサコア20aの材料は絶縁体で、かつ、耐摩耗性、摺動性に優れたものであることが必要で、セラミックやナイロン、フッ素樹脂、ポリアセタール等の合成樹脂が適している。
【0028】
尚、本発明は、中空状の主軸を備えた構成の(主軸の貫通穴内に配置された部材に反工具側から押圧力を付与する手段を有する)スピンドル一般に適用することができ、実施例の構成に限定されるものではない。例えば、上記のプッシュロッド12に代えて圧縮エアー等を用いる構成(主軸の貫通穴に反工具側から圧縮エアー等を供給してドローバーを作動させる構成)のスピンドル等にも同様に適用できる。また、主軸のハウジングに対する支持手段として、静圧流体軸受、磁気軸受等の非接触支持手段、あるいは、一般ベアリング等の接触支持手段を用いたスピンドルにも同様に適用できる。そして、これらの場合にも、上記と同様の作用効果を奏する。
【0029】
【発明の効果】
本発明は、以下に示す効果を有する。
【0030】
(1)非接触変位センサを中空円筒状のものとしたので、中空主軸の場合でも、非接触変位センサを主軸と同軸に配置することが可能となる。したがって、主軸の形状誤差や、振れ等が非接触変位センサの出力に影響しなくなり、外部から加わるスラスト力による主軸のスラスト変位を精度良く検出することができる。
【0031】
(2)非接触変位センサとして、ナイロン、フッ素樹脂、及びポリアセタールの中から選択される合成樹脂材又はセラミック材で形成された中空円筒状のセンサコアと、導電材料で形成され、このセンサコアの外径に装着されたコイルとからなる渦電流型のものを用いたことにより、センサ部を単純なセンサコアとコイルとで構成することができるので、コンパクトでかつ中空状にしやすい。また、プッシュロッドを耐摩耗性、摺動性に優れた上記の合成樹脂材又はセラミック材で形成されたセンサコアの内径面で前後動自在に案内する構成としたことにより、プッシュロッドの円滑な前後動作を可能にすることができると同時に、構造の簡単化を図ることができる。
【0032】
(3)非接触変位センサにダミーセンサとダミーターゲットとを一体に具備させ、非接触変位センサとダミーセンサとの出力差をとることにより、ドリフトによる影響を消去することができる。
【0033】
(4)スラスト軸受の軸受面に絞り孔に連通し、無負荷時のスラスト軸受隙間よりも浅い円周溝または部分円周溝を設けることにより、負荷容量の減少、気体消費量の増加といった弊害を生じさせることなくスラスト剛性を低減させて、微小なスラスト力を精度良く検出することができる。尚、スラスト軸受の軸受面積や円周溝の溝深さ等の条件によりエアハンマの発生が予測される場合には、絞り孔ごとに独立した部分円周溝を設け、溝全体の容積を小さくすることによりこれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わるスピンドルを示す断面図である。
【図2】本発明の他の実施例に係わるスピンドルのスラスト軸受面を示す平面図である。
【図3】図2に示すスピンドルにおけるスラスト軸受隙間ースラスト負荷容量の関係を比較試験した結果を示す図である。
【図4】図2に示すスピンドルにおけるスラスト軸受隙間ースラスト剛性の関係を比較試験した結果を示す図である。
【図5】図2に示すスピンドルにおけるスラスト軸受隙間―気体消費量の関係を比較試験した結果を示す図である。
【図6】本発明の他の実施例に係わるスピンドルのスラスト軸受面を示す平面図である。
【図7】本発明の他の実施例に係わるスピンドルを示す断面図である。
【図8】本発明の他の実施例に係わるスピンドルを示す断面図である。
【図9】従来のスピンドル装置における主軸部分を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ハウジング
2 中空主軸
3 軸受スリーブ
4 軸受スリーブ
5 スラスト板
6 スラスト軸受
6a 絞り孔
6b 円周溝
6b’部分円周溝
20 非接触変位センサ
20a センサコア
20b コイル
20’ ダミーセンサ
20b’ ダミーコイル
22 ダミーターゲット[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a means for detecting a displacement due to a thrust force of a hollow main shaft in a spindle having a hollow main shaft such as a spindle with an automatic tool change mechanism.
[0002]
[Prior art]
In small diameter drilling, there is a problem that the tool is easily broken because of the small diameter of the tool. For this reason, attempts have been made to detect or predict tool breakage by constantly monitoring the machining state. As one means, a displacement sensor is incorporated in the spindle, and machining reaction force is applied to the thrust of the spindle. Some are detected by displacement. In particular, when the main shaft is supported in a non-contact manner by a static pressure gas bearing or the like, vibration during rotation caused by the bearing is very small, so even a small machining reaction force can be detected as a thrust displacement of the main shaft. .
[0003]
In order to accurately detect the thrust displacement of the main shaft with the displacement sensor, it is necessary to avoid the influence of the main shaft shape error, run-out, etc. For this purpose, the displacement sensor for detecting the displacement is the main shaft. Are preferably arranged coaxially with each other.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, many spindles used for NC drilling machines are equipped with an automatic tool changing mechanism so that a tool such as a drill can be exchanged accurately and automatically. For example, in the spindle shown in FIG. 9 (only the main shaft portion is shown), the collet chuck 32 is mounted in a tapered hole portion 31a1 provided at the tip (tool side) of the through
[0005]
In a spindle equipped with an automatic tool change mechanism as described above, a pressing means for applying a pressing force from the side opposite to the tool (rear side) to a member (
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to allow a spindle having a hollow main shaft as described above to be arranged coaxially with the main shaft of a displacement sensor and to increase the detection accuracy of displacement due to the thrust force of the main shaft.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The hydrostatic bearing spindle of the present invention is movable back and forth in a hollow main shaft that is supported in a radial and thrust non-contact manner by a hydrostatic bearing on a housing, and a tapered hole provided at the tip of a through hole of the hollow main shaft. The collet chuck mounted on the through hole, the draw bar disposed in the through hole and connected to the rear end of the collet chuck, and inserted into the through hole from the rear end opening of the through hole, can apply a pressing force to the draw bar from the rear. A push rod and a non-contact displacement sensor for detecting displacement due to the thrust force of the hollow main shaft, wherein the non-contact displacement sensor is selected from nylon, fluororesin, and polyacetal A hollow cylindrical sensor core made of a material or a ceramic material, and a coil formed of a conductive material and attached to the outer diameter of the sensor core. The eddy current type non-contact displacement sensor is arranged coaxially with the hollow main shaft and facing the detection target portion of the hollow main shaft, and moves the push rod back and forth on the inner diameter surface of the sensor core. It will guide you freely.
[0008]
The non-contact displacement sensor may be integrally provided with a dummy sensor and a dummy target. In this case, the dummy sensor is formed of a conductive material, and is an eddy current type including a dummy coil attached to the outer diameter of the rear end of the sensor core (of the non-contact displacement sensor), and the dummy target is formed of a conductive material. is formed, it may be deemed to have been attached to the end plane of the sensor core.
[0009]
Furthermore, the circumferential surface of the thrust bearing that supports the hollow main shaft in a non-contact manner in the thrust direction with respect to the housing is communicated with the throttle hole of the thrust bearing, and the circumferential groove or partial circumferential groove is shallower than the thrust bearing clearance at no load. May be formed.
[0010]
[Action]
By making the non-contact displacement sensor have a hollow cylindrical shape, the non-contact displacement sensor can be arranged coaxially with the main shaft even in the case of a hollow main shaft. Therefore, the main shaft shape error, vibration, and the like do not affect the output of the non-contact displacement sensor, and the main shaft thrust displacement due to the thrust force applied from the outside can be detected with high accuracy.
[0011]
Further, as a non-contact displacement sensor, a hollow cylindrical sensor core made of a synthetic resin material or ceramic material selected from nylon, fluororesin, and polyacetal, and a conductive material, the outer diameter of the sensor core By using an eddy current type composed of a mounted coil, the sensor unit can be composed of a simple sensor core and coil, so that it is easy to make it compact and hollow. In addition, the push rod can be moved back and forth smoothly on the inner surface of the sensor core made of the above-mentioned synthetic resin material or ceramic material, which has excellent wear resistance and slidability. The operation can be made possible, and at the same time, the structure can be simplified.
[0012]
In general, an eddy current type displacement sensor may cause the sensor output to drift due to temperature changes in the sensor unit and the detection circuit unit. However, a non-contact displacement sensor is provided with a dummy sensor and a dummy target as a unit. By taking the output difference between the sensor and the dummy sensor, the influence of drift can be eliminated.
[0013]
By providing a circumferential groove communicating with the throttle hole on the bearing surface of the thrust bearing, most of the compressed gas flowing from the throttle hole into the thrust bearing gap flows along the circumferential groove and supports the hollow main shaft over the entire circumference. Therefore, the load capacity in the thrust direction is remarkably increased as compared with the no load state. If air hammer is expected to occur depending on conditions such as the bearing area of the thrust bearing and the groove depth of the circumferential groove, an independent partial circumferential groove is provided for each throttle hole, and the volume of the entire groove is reduced. This can be prevented.
[0014]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0015]
As shown in FIG. 1, the outer diameter surface of the main shaft 2 that is rotatably inserted into the
[0016]
The main shaft 2 has a hollow shape with a through
[0017]
The rear end of the through
[0018]
A squirrel-
[0019]
A hollow cylindrical
[0020]
In the embodiment shown in FIG. 2, a
[0021]
The groove depth of the
[0022]
3 to 5 show the effect of the
[0023]
As shown in FIG. 3, the thrust load capacity of the product A of this example rapidly increased from the vicinity where the thrust bearing gap became smaller than a predetermined value, and showed a value equal to or higher than that of the comparative product C. Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the thrust rigidity and gas consumption of the product A of this example were slightly larger than those of the comparative product B, and were considerably smaller than those of the comparative product C.
[0024]
If the number of
[0025]
In the embodiment shown in FIG. 7, a
[0026]
The main shaft 2 must be made of a magnetic material in order to integrally provide the squirrel-
[0027]
The embodiment shown in FIG. 8 is configured to guide the
[0028]
The present invention can be applied to general spindles having a hollow main shaft (having means for applying a pressing force from the side opposite to the tool to a member arranged in the through hole of the main shaft). The configuration is not limited. For example, the present invention can be similarly applied to a spindle or the like having a configuration in which compressed air or the like is used instead of the push rod 12 (a configuration in which compressed air or the like is supplied to the through hole of the main shaft from the side opposite to the tool to operate the draw bar). Further, the present invention can be similarly applied to a spindle using a non-contact support means such as a hydrostatic fluid bearing and a magnetic bearing, or a contact support means such as a general bearing as a support means for the housing of the main shaft. In these cases, the same effects as described above are obtained.
[0029]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
[0030]
(1) Since the non-contact displacement sensor has a hollow cylindrical shape, the non-contact displacement sensor can be arranged coaxially with the main shaft even in the case of a hollow main shaft. Therefore, the main shaft shape error, vibration, and the like do not affect the output of the non-contact displacement sensor, and the main shaft thrust displacement due to the thrust force applied from the outside can be detected with high accuracy.
[0031]
(2) As a non-contact displacement sensor, a hollow cylindrical sensor core formed of a synthetic resin material or ceramic material selected from nylon, fluororesin, and polyacetal, and an outer diameter of the sensor core formed of a conductive material By using an eddy current type composed of a coil mounted on the sensor, the sensor unit can be composed of a simple sensor core and coil, so that it is easy to make it compact and hollow. In addition, the push rod can be moved back and forth smoothly on the inner surface of the sensor core made of the above-mentioned synthetic resin material or ceramic material with excellent wear resistance and slidability. The operation can be made possible, and at the same time, the structure can be simplified.
[0032]
(3) A dummy sensor and a dummy target are integrally provided in a non-contact displacement sensor, and the influence of drift can be eliminated by taking an output difference between the non-contact displacement sensor and the dummy sensor.
[0033]
(4) Disadvantages such as reduction of load capacity and increase of gas consumption by providing a circumferential groove or partial circumferential groove that is shallower than the thrust bearing gap at the time of no load, and is connected to the throttle hole on the bearing surface of the thrust bearing. It is possible to reduce the thrust rigidity without causing the occurrence of a small thrust force with high accuracy. If the occurrence of an air hammer is predicted depending on conditions such as the bearing area of the thrust bearing and the groove depth of the circumferential groove, an independent partial circumferential groove is provided for each throttle hole to reduce the overall volume of the groove. This can be prevented.
[Brief description of the drawings]
[1] Ru Ah a sectional view showing a spindle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a thrust bearing surface of a spindle according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a result of a comparative test of a relationship between a thrust bearing gap and a thrust load capacity in the spindle shown in FIG. 2. FIG.
4 is a diagram showing the results of a comparative test of the relationship between thrust bearing clearance and thrust stiffness in the spindle shown in FIG. 2;
5 is a diagram showing a result of a comparative test of a relationship between a thrust bearing gap and a gas consumption amount in the spindle shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 6 is a plan view showing a thrust bearing surface of a spindle according to another embodiment of the present invention.
[7] Ru Ah a sectional view showing a spindle according to another embodiment of the present invention.
[8] Ru Ah a sectional view showing a spindle according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a main shaft portion in a conventional spindle device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記非接触変位センサは、ナイロン、フッ素樹脂、及びポリアセタールの中から選択される合成樹脂材又はセラミック材で形成された中空円筒状のセンサコアと、導電材料で形成され、このセンサコアの外径に装着されたコイルとからなる渦電流型のものであり、
上記非接触変位センサは、上記中空主軸と同軸に、かつ、上記中空主軸における検出のターゲットとする部位に対向させて配置され、かつ、上記センサコアの内径面で上記プッシュロッドを前後動自在に案内することを特徴とする静圧軸受スピンドル。A hollow main shaft supported non-contactingly in a radial direction and a thrust direction by a hydrostatic bearing in a housing; a collet chuck mounted in a taper hole provided at a tip of a through hole of the hollow main shaft so as to be movable back and forth; A draw bar disposed in the through hole and connected to the rear end of the collet chuck; a push rod inserted into the through hole from the rear end opening of the through hole, and capable of applying a pressing force to the draw bar from behind; A non-contact displacement sensor for detecting displacement due to a thrust force of the hollow main shaft,
The non-contact displacement sensor is formed of a hollow cylindrical sensor core made of a synthetic resin material or ceramic material selected from nylon, fluororesin, and polyacetal, and a conductive material, and is attached to the outer diameter of the sensor core. Eddy current type consisting of a coil,
The non-contact displacement sensor is arranged coaxially with the hollow main shaft and opposed to a detection target portion of the hollow main shaft, and guides the push rod to move back and forth on the inner diameter surface of the sensor core. A hydrostatic bearing spindle.
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