JP5262410B2 - 工作機械の主軸装置、および工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法 - Google Patents

工作機械の主軸装置、および工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法 Download PDF

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Description

本発明は、主軸スリーブを介して、スピンドルをハウジングに対し回転可能に支持する工作機械の主軸装置、および工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法に関する。
工作機械において、複数の転がり軸受を介してスピンドルを軸受ハウジングに対して回転可能に支承する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)。これは研削盤等に使用され、軸受ハウジングに回転可能に支承されたスピンドルの一端に砥石等が取り付けられるとともに、スピンドルの他端には伝達ベルトが架けられ、電動モータによる駆動力が伝達ベルトを介してスピンドルに入力され、ワークの研磨等に使用されている。
ところで、こういった主軸装置においては、使用にともないスピンドルと軸受ハウジングとの間に介装された転がり軸受の経年劣化が発生する。転がり軸受は加工精度を向上させるために、スピンドルの芯振れを低減する重要な構成であり、主軸装置の一定の作動時間の経過により、その交換を必要とする。
このような軸受等の部品交換のためのメンテナンス性を向上させることを目的として、スピンドルを複数の転がり軸受を介して主軸スリーブに回転可能に取り付け、主軸スリーブをスピンドルとともにハウジングに対して取り外し可能に取り付けた主軸装置があった。これは、主軸スリーブ、軸受およびスピンドルにより形成された主軸ユニットをハウジングの取付孔内に挿入した後、主軸スリーブの前端をハウジングに対して固定している。
特開2006−22952号公報
ここで上述した主軸装置は、主軸ユニットをハウジングに対して脱着しやすくするために、主軸スリーブの外周面とハウジングの取付孔との間に、若干の間隙を設けている。すなわち、主軸スリーブはハウジングに対して前端のみにおいて支持されており、実質的には後方部位が支持されていない片持ち状態となっている。したがって、ハウジングに対する主軸スリーブの支持剛性が不足しがちとなり、延いてはハウジングによるスピンドルの支持剛性も不足する。特に、スピンドルはその端部に架けられる伝達ベルトから偏荷重を受けたリ、先端に取り付けられた砥石等から、加工時の振動を受ける場合が多く、これらがスピンドルの芯振れを一層増大させる。
これを解消するために、従来は主軸スリーブのハウジングに対する取付部位の肉厚を増やして、その剛性を向上させる等の手段が採られていたが、このために主軸装置の大型化および重量化をもたらしていた。
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、スピンドルの支持剛性を向上させることのできる工作機械の主軸装置、および工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法を提供することにある。
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における主軸スリーブのハウジングへの取付方法は、
軸方向に延びる支持孔を有することにより筒状を呈した主軸スリーブであって、ハウジングに形成された取付孔内に軸方向に挿入され、外周面が前記取付孔の内周面と対向した状態で、締結手段により軸方向の端部において前記ハウジングに対して固定される主軸スリーブと、
前記主軸スリーブの前記支持孔内において、複数の軸受を介して回転可能に支持されるスピンドルとを備え、
前記締結手段を解除することにより、前記スピンドルが取り付けられた前記主軸スリーブを前記ハウジングから取り外すことが可能な工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記主軸スリーブを前記ハウジングの前記取付孔内に挿入する挿入工程と、
前記挿入工程の後に、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を前記取付孔に対して少なくとも2か所で当接させる相対移動工程と、
前記相対移動工程後の状態において、前記締結手段により前記主軸スリーブの端部を前記ハウジングに固定する固定工程と、
を備えている。
したがって、手段1に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、主軸スリーブの外周面取付孔に対して当接した状態で主軸スリーブをハウジングに固定できるため、ハウジングによる主軸スリーブの支持剛性を向上させ、主軸スリーブの振動を抑制することにより、延いてはスピンドルの支持剛性を向上させて、その芯振れを低減することができる。
また、主軸スリーブの外周面が取付孔と一体となって主軸スリーブの片持ち状態を解消でき、ハウジングによる主軸スリーブの支持剛性を一層向上させることができる。
また、主軸スリーブをハウジングの取付孔に出し入れする際には、主軸スリーブの外周面と取付孔との間に十分な隙間を設けることにより、主軸スリーブの取付孔への出し入れを容易に行うことができる。
また、スピンドルと主軸スリーブとは互いに相対回転可能に取り付けられているため、スピンドルに駆動ベルト等が係合していて回転不能であっても、主軸スリーブのみを軸回りに回転させることにより、ハウジングに対する相対移動を容易に行うことができる。
(手段2)手段1に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記相対移動工程は、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を互いに対向する2か所において前記取付孔に対して当接させる。
したがって、手段2に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、主軸スリーブは互いに対向する2か所において取付孔に支持されるため、ハウジングによりバランスよく安定して支持されることができる。
(手段3)手段2に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記主軸スリーブの外周面および前記取付孔の内周面は、ともに軸方向に垂直な断面形状が楕円形状をしており、
前記取付孔の内周面による楕円の長径は、前記主軸スリーブの外周面による楕円の長径に対して大きく形成され、
前記取付孔の内周面による楕円の短径は、前記主軸スリーブの外周面による楕円の短径に対して大きく形成され、
前記主軸スリーブの外周面による楕円の長径は、前記取付孔の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されている。
したがって、手段3に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、主軸スリーブと取付孔はともに断面形状が楕円形状をしており、主軸スリーブのハウジングへの取り付けの際に双方が互いに滑らかに係合することができ、主軸スリーブと取付孔の当接時の変形、損傷を防ぐことができる。
(手段4)手段2または3に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記スピンドルの回転中に、前記支持孔が前記スピンドルから荷重を受ける位置と、前記主軸スリーブの外周面において前記取付孔に対して当接する位置とが、円周上において互いに一致している。
したがって、手段4に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、支持孔がスピンドルから受ける荷重を、主軸スリーブの外周面と取付孔との当接部位が受けとめることができるため、スピンドルの回転中に発生する外乱等による主軸スリーブの振動を低減できる。
(手段5)手段4に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記スピンドルの一端部には加工用刃具が取り付けられ、他端部には駆動モータの駆動力が伝達されるベルトが張架されており、被加工材が当接する前記加工用刃具の位置および前記ベルトが係合する前記スピンドルの位置のうちの少なくともいずれかと、前記主軸スリーブの外周面において前記取付孔に対して当接する位置とが、円周上において互いに一致している。
したがって、手段5に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、スピンドルが加工用刃具を介して被加工材から受ける荷重を主軸スリーブの外周面と取付孔との当接部位が受けとめ、これらの荷重による主軸スリーブのがたつきを低減できる。
また、スピンドルが受けるベルトの張力による荷重を、主軸スリーブの外周面と取付孔との当接部位が受けとめ、ベルトのテンションによりスピンドルが芯ずれすることを防ぐことができる。
(手段6)手段6に係る工作機械の主軸装置は、
軸方向に延びる支持孔を有することにより筒状を呈した主軸スリーブであって、ハウジングに形成された取付孔内に軸方向に挿入され、外周面が前記取付孔の内周面と対向した状態で、締結手段により軸方向の端部において前記ハウジングに対して固定される主軸スリーブと、
前記主軸スリーブの前記支持孔内において、複数の軸受を介して回転可能に支持されるスピンドルと、
を備え、
前記締結手段を解除することにより、前記スピンドルが取り付けられた前記主軸スリーブを前記ハウジングから取り外し可能な工作機械の主軸装置において、
前記主軸スリーブを前記ハウジングの前記取付孔内に挿入した後に、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を前記取付孔に対して少なくとも2か所で当接させることができるように前記取付孔と前記スリーブの外周形状は非真円形状に形成されており、
前記取付孔内において、前記主軸スリーブを前記ハウジングに対して軸回りに回転させた後の状態で、前記締結手段によって前記主軸スリーブを前記ハウジングに固定する固定手段を備える。
したがって、手段6に係る工作機械の主軸装置によれば、主軸スリーブの外周面取付孔に対して当接した状態で主軸スリーブをハウジングに固定できるため、ハウジングによる主軸スリーブの支持剛性を向上させ、主軸スリーブの振動を抑制することにより、延いてはスピンドルの支持剛性を向上させて、その芯振れを低減することができる。
また、主軸スリーブの外周面が取付孔と一体となって主軸スリーブの片持ち状態を解消でき、ハウジングによる主軸スリーブの支持剛性を一層向上させることができる。
また、主軸スリーブをハウジングの取付孔に出し入れする際には、主軸スリーブの外周面と取付孔との間に十分な隙間を設けることにより、主軸スリーブの取付孔への出し入れを容易に行うことができる。
また、主軸スリーブをハウジングに取り付ける場合に、主軸スリーブの外周面と取付孔とを嵌合させる必要がないため、双方の寸法精度や表面粗度を向上させる必要がなく、低コストの主軸装置にすることができる。
<実施形態1>
図1乃至図4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。説明中において、図1における左方を主軸装置の前方とし、右方を後方とする。また、図1における断面形状は、図4におけるP−P断面においてカットした場合のものである。
図1に示すように、本実施形態による主軸装置は、軸方向に延びる軸受孔21(本発明の支持孔に該当する)を有し、ほぼ筒状を呈する軸受箱2(本発明の主軸スリーブに該当する)と、回転軸Xを中心に軸受箱2に対して回転可能に支持されたスピンドル1(本発明のスピンドルに該当する)を備えている。尚、本発明による軸受箱2は、内部に軸受孔21を備えることにより、およそ筒状を呈しておればよく、厳密な意味での筒形状の軸受箱2に限定されるものではない。
スピンドル1は、複数の軸受3(本発明の軸受に該当する)により軸受孔21内に回転可能に支持された主軸11と、主軸11の後端部に嵌着された従動プーリ12から形成されている。各々の軸受3は、主軸11の外周面に嵌着された内輪31、軸受孔21の内周面に圧入された外輪32および内輪31と外輪32との間において転動可能なボール33とを備えており、内輪31が主軸11とともに外輪32に対して回転可能とされている(図4示)。
軸受箱2の前端部には半径方向外方へと延びたフランジ部22が形成されており、フランジ部22には、後述する複数の締付ボルト5(本発明の締結手段に該当する)が挿通可能な貫通孔(図示せず)が設けられている。軸受箱2は主軸ハウジング4(本発明のハウジングに該当する)のハウジング孔41(本発明の取付孔に該当する)内に軸方向に挿入され、フランジ部22を主軸ハウジング4の前端面42に当接させた状態で、複数の締付ボルト5を主軸ハウジング4に螺合させることにより固定される。
電動モータ6(本発明の駆動モータに該当する)の出力軸61には駆動用プーリ62が固定されている。電動モータ6の駆動用プーリ62とスピンドル1の従動プーリ12との間には伝達ベルト63(本発明のベルトに該当する)が張架され、電動モータ6により伝達ベルト63を介してスピンドル1が回転駆動される(図2示)。また、主軸11の前端部に形成されたチャック11aには、グラインダー加工用の砥石車GR(本発明の加工用刃具に該当する)が脱着可能に取り付けられている。
図3に示すように、本実施形態による主軸装置は軸受3の補修等の際、伝達ベルト63を従動プーリ12から取り外し、さらに砥石車GRを主軸11から取り外した状態で締付ボルト5を緩めることにより、スピンドル1および軸受3と一体となった軸受箱2(以下、包括して主軸ユニット7という)を、ハウジング孔41から軸方向前方に引き出して主軸ハウジング4から取り外すことができる。
また、補修後に再び主軸ハウジング4に装着する際、主軸ユニット7をハウジング孔41に対して軸方向後方に向けて挿入して、軸受箱2の外周面23(後述する)がハウジング孔41の内周面と対向した状態で、締付ボルト5により主軸ハウジング4に固定することができる。尚、主軸ユニット7の主軸ハウジング4に対する脱着方法については後に詳述する。
図4に示すように軸受箱2の外周面23は、軸方向に垂直な断面形状が回転軸Xを中心とした楕円形状であり非真円形状をしている。一方、主軸ハウジング4のハウジング孔41の内周面も、軸方向に垂直な断面形状が楕円形状であり非真円形状をしている。ハウジング孔41の内周面による楕円形状は、軸受箱2の外周面23による楕円形状よりも一回り大きく、ハウジング孔41の内周面による楕円の長径は、軸受箱2の外周面23による楕円の長径に対して大きく、かつハウジング孔41の内周面による楕円の短径は、軸受箱2の外周面23による楕円の短径に対して大きく形成されている。さらに、軸受箱2の外周面23による楕円の長径は、ハウジング孔41の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されている。
主軸ユニット7を主軸ハウジング4に取り付ける場合、主軸ハウジング4に対して軸受箱2を、図示しない取付治具で位置決めすることにより、軸受箱2の外周面23による楕円形状(図4において破線にて示す)の向きを、ハウジング孔41の内周面による楕円形状の向きに合わせた状態で、軸受箱2を主軸ハウジング4のハウジング孔41内に挿入する(本発明の挿入工程に該当する)。このとき、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41とは同心上に位置している。また、このとき、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41の内周面との間には、相当の隙間を有しているため、主軸ユニット7は支障なくハウジング孔41内に挿入することができる。
次に、ハウジング孔41内において、軸受箱2を主軸ハウジング4に対して回転軸X回り(図4においては時計回り)に回転させる(本発明の相対移動工程に該当する)。上述したように、軸受箱2の外周面23による楕円の長径は、ハウジング孔41の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されているため、ハウジング孔41内において軸受箱2を回転させることにより、外周面23は互いに対向する2か所においてハウジング孔41の内周面に当接する。図4において、回転後の軸受箱2が実線にて示されており、水平軸Hと交差する外周面23上の対向する2点を中心に、外周面23がハウジング孔41の内周面に当接している。軸受箱2の外周面23がハウジング孔41の内周面に当接した状態で、締付ボルト5によって軸受箱2を主軸ハウジング4に固定する(本発明の固定工程および固定手段に該当する)ことにより、主軸ユニット7の主軸ハウジング4への取り付けが完了する。
また、上述した場合とは逆に、主軸ユニット7を主軸ハウジング4から取り外す場合、締付ボルト5を緩めて取り外した後、軸受箱2を主軸ハウジング4に対して回転軸X回り(図4において反時計回り)に回転させる。ハウジング孔41内における軸受箱2の回転により、軸受箱2の外周面23のハウジング孔41の内周面への当接が解除された後、双方の間において隙間を有した状態で、主軸ユニット7をハウジング孔41から引き出して、主軸ユニット7の主軸ハウジング4からの取り外しを行う。
図2に示すように、電動モータ6からの駆動力を伝える伝達ベルト63は、従動プーリ12の外周面に対して水平軸Hとの交点(図2においてTにて示す)を中心に係合しており、軸受箱2の軸受孔21は円周上のこの位置において、スピンドル1から伝達ベルト63の張力による荷重を受けている。この位置は、上述したように軸受箱2の外周面23がハウジング孔41に対して当接する位置と円周上において一致している。
また、ワーク(被加工材)は、研削のために砥石車GRに対して、水平軸H上において右方から当接しており、軸受箱2の軸受孔21は円周上のこの位置において、スピンドル1からワークとの当接による荷重を受けている。したがって、砥石車GRがワークに当接する位置も、軸受箱2の外周面23がハウジング孔41に対して当接する位置と円周上において一致している。
本実施形態によれば、軸方向に延びる軸受孔21を有することによりほぼ筒状を呈した軸受箱2であって、主軸ハウジング4に形成されたハウジング孔41内に軸方向に挿入され、外周面23がハウジング孔41の内周面と対向した状態で、締付ボルト5により前端部のフランジ部22において主軸ハウジング4に対して固定される軸受箱2と、軸受箱2の軸受孔21内において、複数の軸受3を介して回転可能に支持されるスピンドル1を備え、締付ボルト5を緩めることにより、スピンドル1が取り付けられた軸受箱2を主軸ハウジング4から取り外し可能な工作機械の主軸装置において、スピンドル1が取り付けられた軸受箱2を主軸ハウジング4に取り付ける場合、軸受箱2を主軸ハウジング4のハウジング孔41内に挿入し、ハウジング孔41内において、軸受箱2を主軸ハウジング4に対して軸方向と異なる方向である回転軸X回りに回転させることにより、ハウジング孔41内において、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41とが当接した状態で、締付ボルト5によって軸受箱2を主軸ハウジング4に固定する。
したがって、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41との間のがたを消滅させた状態で、軸受箱2を主軸ハウジング4に取り付けることができるため、主軸ハウジング4による軸受箱2の支持剛性を向上させ、軸受箱2の振動を抑制することにより、延いてはスピンドル1の支持剛性を向上させて、その芯振れを低減することができる。
また、軸受箱2を主軸ハウジング4のハウジング孔41に出し入れする際には、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41との間に十分な隙間を設けることにより、軸受箱2のハウジング孔41への出し入れを容易に行うことができる。
また、軸受箱2を主軸ハウジング4に取り付ける場合に、軸受箱2の外周面23と主軸ハウジング4のハウジング孔41とを嵌合させる必要がないため、双方の寸法精度や表面粗度を向上させる必要がなく、低コストの主軸装置にすることができる。
また、軸受箱2の外周面23がハウジング孔41に対して当接した状態で軸受箱2を主軸ハウジング4に固定できるため、軸受箱2の外周面23がハウジング孔41と一体となって軸受箱2の片持ち状態を解消でき、主軸ハウジング4による軸受箱2の支持剛性を一層向上させることができる。
また、スピンドル1と軸受箱2とは互いに相対回転可能に取り付けられているため、スピンドル1に伝達ベルト63等が係合していて回転不能であっても、軸受箱2のみを回転軸X回りに回転させることにより、主軸ハウジング4に対する相対移動を容易に行うことができる。
また、本実施形態によれば、軸受箱2の外周面23およびハウジング孔41の内周面は、ともに軸方向に垂直な断面形状が楕円形状をしており、ハウジング孔41の内周面による楕円の長径は、軸受箱2の外周面23による楕円の長径に対して大きく、かつハウジング孔41の内周面による楕円の短径は、軸受箱2の外周面23による楕円の短径に対して大きく、さらに軸受箱2の外周面23による楕円の長径は、ハウジング孔41の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されており、軸受箱2を主軸ハウジング4のハウジング孔41内に挿入し、ハウジング孔41内において軸受箱2を回転軸X回りに回転させることにより、軸受箱2の外周面23が互いに対向する2か所においてハウジング孔41に対して当接した状態で、締付ボルト5によって軸受箱2を主軸ハウジング4に固定する。
したがって、軸受箱2とハウジング孔41はともに断面形状が楕円形状をしており、軸受箱2の主軸ハウジング4への取り付けの際に双方が互いに滑らかに係合することができ、軸受箱2とハウジング孔41の当接時の変形、損傷を防ぐことができる。
尚、本実施形態による軸受箱2の外周面23およびハウジング孔41の内周面は、軸方向に垂直な断面形状がほぼ楕円形状を呈しておればよく、厳密な楕円形状の外周面23およびハウジング孔41の内周面に限定されるものではない。
また、軸受箱2は互いに対向する水平軸H上の2か所においてハウジング孔41に支持されるため、主軸ハウジング4によりバランスよく安定して支持されることができる。
また、本実施形態によれば、スピンドル1の前端部には研削加工用の砥石車GRが取り付けられ、後端部には電動モータ6の駆動力が伝えられる伝達ベルト63が張架されており、ワークが当接する砥石車GRの位置および伝達ベルト63が係合するスピンドル1の位置と、軸受箱2の外周面23においてハウジング孔41に対して当接する位置とが、円周上において互いにほぼ一致している。
したがって、スピンドル1が砥石車GRを介してワークから受けた荷重が、軸受3を介して軸受箱2の軸受孔21へと印加されるのであるが、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41との当接部位がこの荷重を受けとめ、スピンドル1に加わる外乱等による軸受箱2の振動やがたつきを低減できる。
また、スピンドル1が受ける伝達ベルト63の張力による荷重が、軸受3を介して軸受箱2の軸受孔21へと印加されるのであるが、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41との当接部位がこの荷重を受けとめ、伝達ベルト63のテンションにより、スピンドル1が芯ずれすることを防ぐことができる。
尚、本発明において、軸受箱2の外周面23がハウジング孔41に対して当接する位置は、伝達ベルト63が従動プーリ12の外周面に対して係合する位置、あるいはワークが砥石車GRに対して当接する位置と円周上において完全に一致していなければならないわけではない。すなわち、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41との当接部位が、スピンドル1が受ける伝達ベルト63の張力による荷重、またはスピンドル1が砥石車GRを介してワークから受ける荷重を受けとめることができる範囲内にあれば、互いの間に若干の位置ずれがあってもよい。
<実施形態2>
次に、図5に基づき、本発明の実施形態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軸受箱2Aの外周面24は、軸方向に垂直な断面が回転軸Xを中心とした正四角形状を呈している。一方、主軸ハウジング4Aのハウジング孔43の内周面は、軸方向に垂直な断面が軸受箱2Aの外周面24による正四角形状よりも大きい正四角形状を呈している。また、図5に示すように、軸受箱2Aの外周面24の隅部24aは、それぞれ小さな曲面により形成されている。
本実施形態による軸受箱2A(スピンドル1および軸受3と一体の状態となっている)を主軸ハウジング4Aに取り付ける場合、主軸ハウジング4Aに対して軸受箱2Aを、図示しない取付治具で位置決めすることにより、軸受箱2Aの外周面24による正四角形状(図5において破線にて示す)の向きを、ハウジング孔43の内周面による正四角形状の向きに合わせた状態で、軸受箱2Aを主軸ハウジング4Aのハウジング孔43内に挿入する(本発明の挿入工程に該当する)。
詳細には図示していないが、このとき、ハウジング孔43は軸受箱2Aの外周面24に対して、図5において右斜め上方へ偏心している。また、このとき、軸受箱2Aの外周面24とハウジング孔43の内周面との間には、相当の隙間を有しているため、軸受箱2Aは支障なくハウジング孔43内に挿入することができる。
次に、ハウジング孔43内において、軸受箱2Aを主軸ハウジング4Aに対して回転軸X回り(図5においては時計回り)に回転させる(本発明の相対移動工程に該当する)。上述したように、ハウジング孔43は軸受箱2Aの外周面24に対して、図5において右斜め上方へ偏心しているため、ハウジング孔43内において軸受箱2Aを回転させることにより、外周面24は互いに隣り合う2か所の隅部24a(図5において下方に位置する)において、ハウジング孔43の内周面に当接する(図5において、回転後の軸受箱2Aを実線にて示す)。軸受箱2Aの外周面24がハウジング孔43の内周面に当接した状態で、締付ボルト5によって軸受箱2Aを主軸ハウジング4Aに固定する(本発明の固定工程および固定手段に該当する)ことにより、軸受箱2Aの主軸ハウジング4Aへの取り付けが完了する。
本実施形態による軸受箱2Aを主軸ハウジング4Aから取り外す方法、およびその他の構成は実施形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、軸受箱2Aの外周面24の隅部24aは曲面により形成されているため、軸受箱2Aの外周面24がハウジング孔43の内周面に当接する時、双方は円滑に係合するとともに、双方における損傷の発生を低減することができる。
本実施形態において、軸受箱2Aの外周面24とハウジング孔43とを同心上に置き、ハウジング孔43内において軸受箱2Aを回転させることにより、外周面24のすべての隅部24aにおいて、ハウジング孔43の内周面に当接するようにしてもよい。
<実施形態3>
次に、図6に基づき、本発明の実施形態3による工作機械の主軸装置について説明する。本実施形態による主軸装置において軸受箱2Bの外周面25は、軸方向に垂直な断面が回転軸Xを中心とした正六角形状を呈している。一方、主軸ハウジング4Bのハウジング孔44の内周面は、軸方向に垂直な断面が軸受箱2Bの外周面25による正六角形状よりも大きい正六角形状を呈している。また、図6に示すように、軸受箱2Bの外周面25の隅部25aは、それぞれ小さな曲面により形成されている。
本実施形態による軸受箱2B(スピンドル1および軸受3と一体の状態となっている)を主軸ハウジング4Bに取り付ける場合、主軸ハウジング4Bに対して軸受箱2Bを、図示しない取付治具で位置決めすることにより、軸受箱2Bの外周面25による正六角形状(図6において破線にて示す)の向きを、ハウジング孔44の内周面による正六角形状の向きに合わせた状態で、軸受箱2Bを主軸ハウジング4Bのハウジング孔44内に挿入する(本発明の挿入工程に該当する)。このとき、軸受箱2Bの外周面25とハウジング孔44とは同心上に位置している。また、このとき、軸受箱2Bの外周面25とハウジング孔44の内周面との間には、相当の隙間を有しているため、軸受箱2Bは支障なくハウジング孔44内に挿入することができる。
次に、ハウジング孔44内において、軸受箱2Bを主軸ハウジング4Bに対して回転軸X回り(図6においては時計回り)に回転させる(本発明の相対移動工程に該当する)。上述したように、軸受箱2Bの外周面25による正六角形状の中心と、ハウジング孔44の内周面による正六角形状の中心は、回転軸Xに対して同心上に位置しているため、ハウジング孔44内において軸受箱2Bを回転させることにより、外周面25はすべての隅部25aにおいて、ハウジング孔44を形成する各々の面に当接する(図6において、回転後の軸受箱2Bを実線にて示す)。軸受箱2Bの外周面25がハウジング孔44の内周面に当接した状態で、締付ボルト5によって軸受箱2Bを主軸ハウジング4Bに固定する(本発明の固定工程および固定手段に該当する)ことにより、軸受箱2Bの主軸ハウジング4Bへの取り付けが完了する。
本実施形態による軸受箱2Bを主軸ハウジング4Bから取り外す方法、およびその他の構成は実施形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、軸受箱2Bの外周面25の隅部25aは曲面により形成されているため、軸受箱2Bの外周面25がハウジング孔44の内周面に当接する時、双方は円滑に係合するとともに、双方における損傷の発生を低減することができる。
本実施形態においては、軸受箱2Bの外周面25とハウジング孔44とを同心上に位置させて、軸受箱2Bを主軸ハウジング4Bのハウジング孔44内に挿入し、ハウジング孔44内において軸受箱2Bを回転軸X回りに回転させることにより、軸受箱2Bの外周面25のすべての隅部25aが、ハウジング孔44を形成する各々の面に対して当接することができるため、軸受箱2Bが隅部25aを介してハウジング孔44に均等に支持され、主軸ハウジング4Bに対して安定して保持される。
本実施形態による軸受箱2Bの外周面25およびハウジング孔44の内周面は、軸方向に垂直な断面が回転軸Xを中心とした厳密な正六角形状を呈している必要はなく、軸受箱2Bが隅部25aを介してハウジング孔44に均等に支持されるのであれば、多少の形状の変更は許容される。
<関連発明1>
次に、図7に基づき、本発明の関連発明1による工作機械の主軸装置について説明する。本関連発明による主軸装置において、軸受箱2Cの外周面26は軸方向に垂直な断面が正六角形状を呈している。一方、主軸ハウジング4Cのハウジング孔45の内周面は、軸方向に垂直な断面が軸受箱2Cの外周面25による正六角形状を含むことが可能な異形の六角形状を呈している。
関連発明による軸受箱2C(スピンドル1および軸受3と一体の状態となっている)を主軸ハウジング4Cに取り付ける場合、主軸ハウジング4Cに対して軸受箱2Cを、図示しない取付治具で位置決めすることにより、軸受箱2Cの外周面26による正六角形状(図7において破線にて示す)の向きを、ハウジング孔45の内周面による六角形状の向きに合わせた状態で、軸受箱2Cを主軸ハウジング4Cのハウジング孔45内に挿入する(本発明の挿入工程に該当する)。このとき、軸受箱2Cの外周面26とハウジング孔45の内周面との間には、相当の隙間を有しているため、軸受箱2Cは支障なくハウジング孔45内に挿入することができる。
次に、ハウジング孔45内において、軸受箱2Cを回転軸Xに対する直交方向(図7において左方)に移動させる(本発明の相対移動工程に該当する)。これにより、軸受箱2Cは主軸ハウジング4Cに対して相対移動するため、軸受箱2Cの外周面26中の図7において左方に位置する2面が、ハウジング孔45の内周面を構成する2面に面当たりする(図7において、移動後の軸受箱2Cを実線にて示す)。軸受箱2Cの外周面26がハウジング孔45の内周面に面当たりした状態で、締付ボルト5によって軸受箱2Cを主軸ハウジング4Cに固定する(本発明の固定工程および固定手段に該当する)ことにより、軸受箱2Cの主軸ハウジング4Cへの取り付けが完了する。
また、上述した場合とは逆に、主軸ユニット7を主軸ハウジング4Cから取り外す場合、締付ボルト5を緩めて取り外した後、軸受箱2Cを主軸ハウジング4Cに対して図7において右方に移動させる。ハウジング孔45内における軸受箱2Cの移動により、軸受箱2Cの外周面26とハウジング孔45の内周面との間に十分な隙間が形成された後、主軸ユニット7をハウジング孔45から引き出して、主軸ユニット7の主軸ハウジング4Cからの取り外しを行う。その他の構成は実施形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
関連発明においては、軸受箱2Cを主軸ハウジング4Cのハウジング孔45内に挿入し、ハウジング孔45内において軸受箱2Cを回転軸Xに対する直交方向に移動させることにより、軸受箱2Cの外周面26とハウジング孔45の内周面とが面当りした状態で、軸受箱2Cを主軸ハウジング4Cに固定するため、軸受箱2Cの取り付け時の主軸ハウジング4Cに対する位置決めを確実に行うことができる。また、軸受箱2Cが主軸ハウジング4Cに対して安定して保持され、スピンドル1からの振動等による軸受箱2Cの位置ずれを低減することができる。
関連発明2
次に、図8に基づき、本発明の関連発明2による工作機械の主軸装置について説明する。本関連発明による主軸装置において、軸受箱2の外周面23および主軸ハウジング4のハウジング孔41の内周面は、その形状および大きさが実施形態1の場合と同様に形成されている。
関連発明において、主軸ユニット7を主軸ハウジング4に取り付ける場合、実施形態1の場合と同様に、軸受箱2を主軸ハウジング4のハウジング孔41内に挿入する(本発明の挿入工程に該当する)。軸受箱2をハウジング孔41内に挿入したときの外周面23の形状を、図8において破線にて示している。次に、ハウジング孔41内において、軸受箱2を主軸ハウジング4に対して回転軸X回り(図8においては時計回り)に回転させる(本発明の相対移動工程に該当する)。軸受箱2の回転により、外周面23がハウジング孔41の内周面に当接する前に、締付ボルト5によって軸受箱2を主軸ハウジング4に固定する(本発明の固定工程および固定手段に該当する)。
これにより、ハウジング孔41内において、軸受箱2の回転後における軸受箱2の外周面23とハウジング孔41との間の最少距離が、軸受箱2の回転前における軸受箱2の外周面23とハウジング孔41との間の最少距離よりも小さくなった状態(外周面23がハウジング孔41の内周面と対向した状態)で、軸受箱2は主軸ハウジング4に固定される(図8において、回転後の軸受箱2を実線にて示す)。
また、上述した場合とは逆に、主軸ユニット7を主軸ハウジング4から取り外す場合、締付ボルト5を緩めて取り外した後、軸受箱2を主軸ハウジング4に対して回転軸X回り(図8において反時計回り)に回転させる。ハウジング孔41内における軸受箱2の回転により、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41の内周面との間に十分な隙間が形成された後、主軸ユニット7をハウジング孔41から引き出して、主軸ユニット7の主軸ハウジング4からの取り外しを行う。その他の構成は実施形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
関連発明によれば、軸受箱2の外周面23とハウジング孔41との間の最少距離を小さくして、双方の間のがたを低減した状態で軸受箱2を主軸ハウジング4に取り付けることができるため、主軸ハウジング4による軸受箱2の支持剛性を向上させ、軸受箱2の振動を抑制することにより、延いてはスピンドル1の支持剛性を向上させて、その芯振れを低減することができる。
<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。
軸受箱2をハウジング孔41内に挿入した後、軸受箱2を主軸ハウジング4に対して軸回りに回転させることにより、ハウジング孔41内において、軸受箱2の外周面23がハウジング孔41の内周面に当接した状態で、軸受箱2を主軸ハウジング4に固定するのであれば、軸受箱2を主軸ハウジング4に対してどのように回転させてもよい。
すなわち、軸受箱2をハウジング孔41内において、スピンドル1の回転軸X回りに回転させる場合、回転方向は時計回りでも反時計回りでもよい。また、軸受箱2をスピンドル1の回転軸X以外の軸回りに回転させてもよい。また、回転軸X回りの回転と回転軸Xに対する直交方向への移動とを併用して、軸受箱2を移動させてもよい。
軸受箱2を主軸ハウジング4に対して移動させる場合に、軸受箱2の外周面23が、ハウジング孔41の内周面に当接する箇所の数はいくつでもよい。
軸受箱2を主軸ハウジング4に対して移動させる場合に、互いに当接する軸受箱2の外周面23の位置およびハウジング孔41内の位置も限定されるものではない。
スピンドル1の先端に取り付けられる刃具は、砥石車に限られるものではなく、あらゆる加工用刃具が取り付け可能である。また、スピンドル1には、刃具の代わりにワークを取り付けてもよい。
軸受箱2の外周面23およびハウジング孔41の内周面の軸方向に垂直な断面形状は、あらゆる形状が適用可能である。
本発明の実施形態1による工作機械の主軸装置の軸方向断面図 図1に示した主軸装置の部分側面図 図1に示した主軸装置において主軸ユニットの脱着方法を示した図 図1の軸方向に垂直な方向にカットした場合の部分断面図 実施形態2による主軸装置において、ハウジング孔内における軸受箱の回転前後の状態を軸方向から見た図 実施形態3による主軸装置において、ハウジング孔内における軸受箱の回転前後の状態を軸方向から見た図 関連発明1による主軸装置において、ハウジング孔内における軸受箱の移動前後の状態を軸方向から見た図 関連発明2による主軸装置において、ハウジング孔内における軸受箱の回転前後の状態を軸方向から見た図
符号の説明
図面中、1はスピンドル、2,2A,2B,2Cは軸受箱(主軸スリーブ)、3は軸受、4,4A,4B,4Cは主軸ハウジング(ハウジング)、5は締付ボルト(締結手段)、6は電動モータ(駆動モータ)、21は軸受孔(支持孔)、23,24,25,26は軸受箱の外周面、24a,25aは外周面の隅部、41,43,44,45はハウジング孔(取付孔)、63は伝達ベルト(ベルト)、Xは回転軸、GRは砥石車(加工用刃具)を示している。

Claims (6)

  1. 軸方向に延びる支持孔を有することにより筒状を呈した主軸スリーブであって、ハウジングに形成された取付孔内に軸方向に挿入され、外周面が前記取付孔の内周面と対向した状態で、締結手段により軸方向の端部において前記ハウジングに対して固定される主軸スリーブと、
    前記主軸スリーブの前記支持孔内において、複数の軸受を介して回転可能に支持されるスピンドルとを備え、
    前記締結手段を解除することにより、前記スピンドルが取り付けられた前記主軸スリーブを前記ハウジングから取り外すことが可能な工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
    前記主軸スリーブを前記ハウジングの前記取付孔内に挿入する挿入工程と、
    前記挿入工程の後に、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を前記取付孔に対して少なくとも2か所で当接させる相対移動工程と、
    前記相対移動工程後の状態において、前記締結手段により前記主軸スリーブの端部を前記ハウジングに固定する固定工程と、
    を備えることを特徴とする工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
  2. 前記相対移動工程は、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を互いに対向する2か所において前記取付孔に対して当接させ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における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
  3. 前記主軸スリーブの外周面および前記取付孔の内周面は、ともに軸方向に垂直な断面形状が楕円形状をしており、
    前記取付孔の内周面による楕円の長径は、前記主軸スリーブの外周面による楕円の長径に対して大きく形成され、
    前記取付孔の内周面による楕円の短径は、前記主軸スリーブの外周面による楕円の短径に対して大きく形成され、
    前記主軸スリーブの外周面による楕円の長径は、前記取付孔の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されることを特徴とする請求項2に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
  4. 前記スピンドルの回転中に、前記支持孔が前記スピンドルから荷重を受ける位置と、前記主軸スリーブの外周面において前記取付孔に対して当接する位置とが、円周上において互いに一致していることを特徴とする請求項2または3に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
  5. 前記スピンドルの一端部には加工用刃具が取り付けられ、他端部には駆動モータの駆動力が伝達されるベルトが張架されており、被加工材が当接する前記加工用刃具の位置および前記ベルトが係合する前記スピンドルの位置のうちの少なくともいずれかと、前記主軸スリーブの外周面において前記取付孔に対して当接する位置とが、円周上において互いに一致していることを特徴とする請求項4に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
  6. 軸方向に延びる支持孔を有することにより筒状を呈した主軸スリーブであって、ハウジングに形成された取付孔内に軸方向に挿入され、外周面が前記取付孔の内周面と対向した状態で、締結手段により軸方向の端部において前記ハウジングに対して固定される主軸スリーブと、
    前記主軸スリーブの前記支持孔内において、複数の軸受を介して回転可能に支持されるスピンドルと、
    を備え、
    前記締結手段を解除することにより、前記スピンドルが取り付けられた前記主軸スリーブを前記ハウジングから取り外し可能な工作機械の主軸装置において、
    前記主軸スリーブを前記ハウジングの前記取付孔内に挿入した後に、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を前記取付孔に対して少なくとも2か所で当接させることができるように前記取付孔と前記スリーブの外周形状は非真円形状に形成されており、
    前記取付孔内において、前記主軸スリーブを前記ハウジングに対して軸回りに回転させた後の状態で、前記締結手段によって前記主軸スリーブを前記ハウジングに固定する固定手段を備えることを特徴とする工作機械の主軸装置
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