JP5640635B2 - Bearing device, spindle device of machine tool, and machine tool - Google Patents
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Description
本発明は、軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械に関し、より詳細には、工作機械のスピンドル軸等の回転軸に作用するアキシャル荷重を測定可能な軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械に関する。 The present invention relates to a bearing device, a spindle device of a machine tool, and a machine tool, and more specifically, a bearing device capable of measuring an axial load acting on a rotating shaft such as a spindle shaft of a machine tool, a spindle device of a machine tool, and a machine tool. Related to machinery.
工作機械において、スピンドル軸に作用するアキシャル荷重を測定することは、大きなメリットを有する。即ち、工作機械のスピンドル軸に働くアキシャル荷重は、加工精度、加工効率、工具寿命等に与える影響が大きい重要なパラメータである。従って、アキシャル荷重を知ることにより適正な加工条件の選定が可能となる。例えば、加工条件は、一般的に工具の回転数や、送り速度によって決められているが、摩擦や、加工によって発生する熱等の制御し難い要因の影響も受けるので、回転数や送り速度を一定に設定しても、常に同じ加工精度が得られることはない。加工面の変化に対応する切削荷重(即ち、スピンドル軸のアキシャル荷重)を新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度の向上が期待される。 In a machine tool, measuring an axial load acting on a spindle shaft has a great merit. That is, the axial load acting on the spindle axis of the machine tool is an important parameter having a great influence on machining accuracy, machining efficiency, tool life, and the like. Therefore, it is possible to select an appropriate machining condition by knowing the axial load. For example, machining conditions are generally determined by the rotation speed and feed rate of the tool, but are also affected by factors that are difficult to control, such as friction and heat generated by machining. Even if set to a constant value, the same machining accuracy is not always obtained. By considering the cutting load (that is, the axial load of the spindle shaft) corresponding to the change of the machining surface as a new parameter, it becomes possible to select a more strict machining condition and to improve the machining accuracy.
具体的には、切り屑排出量が同じであれば、切削荷重の小さい加工条件の方が効率的な加工条件であり、省エネルギ、工具寿命の延長に有利となる。また、切削荷重の増加から、工具の切削性(切れ味)の低下や、刃先摩耗等の発生を推測することができ、工具寿命や、工具交換時期を知ることが可能となる。更に、切削荷重の変化の履歴を管理することによって、無理な切削加工条件や工具とワークとの衝突(衝撃荷重)等の軸受損傷要因を推定することができ、また把握した工具の寿命特性から工具の改良、改善が可能となる。 Specifically, if the chip discharge amount is the same, the machining condition with a small cutting load is an efficient machining condition, which is advantageous for saving energy and extending the tool life. Further, from the increase in the cutting load, it is possible to estimate the deterioration of the cutting property (sharpness) of the tool and the occurrence of cutting edge wear and the like, and it becomes possible to know the tool life and the tool replacement time. Furthermore, by managing the history of changes in cutting load, it is possible to estimate bearing damage factors such as unreasonable cutting conditions and collisions (impact load) between the tool and workpiece, and from the grasped tool life characteristics The tool can be improved and improved.
上記したように、工作機械において切削荷重を知ることは重要である。しかし、工具が回転するタイプの工作機械(工具回転型工作機械)において、工具や回転軸に作用する荷重を検出することは、工具が回転しないタイプの工作機械(工具非回転型工作機械)と比較して困難が伴う。 As described above, it is important to know the cutting load in a machine tool. However, in a machine tool of a type in which the tool rotates (tool rotating type machine tool), detecting a load acting on the tool and the rotating shaft is a type of machine tool in which the tool does not rotate (tool non-rotating type machine tool). Compared with difficulties.
工作機械の主軸にかかる荷重を検出することができる従来の装置としては、主軸先端部に軸受型センサを配設した工作機械主軸の荷重検出装置が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に記載の軸受型センサは、ハウジングと主軸間に転がり軸受を配置し、外輪外周に貼付した歪みゲージによって、軸受の転動体が歪みゲージの位置を通過する度に発生する歪みを検出して主軸に加わる荷重の大きさを検出している。 As a conventional device capable of detecting a load applied to a spindle of a machine tool, a load detection device for a machine tool spindle in which a bearing type sensor is disposed at a tip of the spindle is disclosed (for example, see Patent Document 1). ). The bearing type sensor described in Patent Document 1 has a rolling bearing disposed between a housing and a main shaft, and detects strain generated every time the rolling element of the bearing passes through the position of the strain gauge by a strain gauge attached to the outer periphery of the outer ring. Thus, the magnitude of the load applied to the main shaft is detected.
また、軸受ユニットのハブに配置したエンコーダと、このエンコーダの被検出面に近接対向させたセンサとにより、外輪とハブ間に加わる荷重を求めるようにした荷重測定装置付転がり軸受ユニットが知られている(例えば、特許文献2参照。)。 There is also known a rolling bearing unit with a load measuring device in which a load applied between the outer ring and the hub is obtained by an encoder disposed on the hub of the bearing unit and a sensor close to and opposed to the detection surface of the encoder. (For example, refer to Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に開示されている工作機械主軸の荷重検出装置は、軸受の内輪に働く力を、転動体及び軸受外輪を介して間接的に検出する装置であり、回転に伴う発生熱等のように不規則に発生して外輪に作用する外乱(ノイズ)を除去することが困難であり、精度よく荷重を検出することができない問題点があった。また、センサがハウジングの前面側に突出配置されているので、スピンドルの軸長が長くなるばかりでなく、センサ設置のための専用スペースを必要とする問題点があった。 However, the load detecting device for the spindle of the machine tool disclosed in Patent Document 1 is a device that indirectly detects the force acting on the inner ring of the bearing through the rolling elements and the outer ring of the bearing, such as generated heat accompanying rotation. As described above, there is a problem that it is difficult to remove disturbance (noise) that occurs irregularly and acts on the outer ring, and the load cannot be detected with high accuracy. In addition, since the sensor protrudes from the front side of the housing, there is a problem that not only the shaft length of the spindle becomes long but also a dedicated space for installing the sensor is required.
また、特許文献2に記載の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、軸受ユニットのハブにエンコーダを固定すると共に、このエンコーダの被検出面に検出部を近接対向させたセンサを外輪に配置し、検出部の出力信号の変化から外輪とハブとの間に加わる荷重を求めるものであり、工作機械の主軸への適用についても言及されているが、具体的構成については記載されていない。
In addition, the rolling bearing unit with a load measuring device described in
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸に作用するアキシャル荷重を、回転部材から直接、精度よく、且つコンパクトなセンサによって測定することができる軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a bearing device that can measure an axial load acting on a rotating shaft directly from a rotating member with high accuracy and a compact sensor. To provide a spindle device of a machine tool and a machine tool.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側間座によって構成され、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成し、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止部材は、前記大径部に対応する大径穴と、前記小径部に対応する小径穴とを備えるセンサ取付穴を有し、前記静止部材の表面には、前記大径穴の縁に至る凹溝が形成され、
前記センサ取付穴に挿入された前記センサは、前記大径部及び小径部の間の段部が、前記大径穴と前記小径穴との段差に係合し、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端で抑えられて、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が前記エンコーダの被検出面に対向するように前記静止部材に固定されることを特徴とする軸受装置。
(2) 前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されることを特徴とする(1)に記載の軸受装置。
(3) 前記一対の軸受の静止側軌道論間には、静止側間座が配置されており、
前記センサは、該静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする(2)に記載の軸受装置。
(4) 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成すると共に、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止部材は、前記大径部に対応する大径穴と、前記小径部に対応する小径穴とを備えるセンサ取付穴を有し、前記静止部材の表面には、前記大径穴の縁に至る凹溝が形成され、
前記センサ取付穴に挿入された前記センサは、前記大径部及び小径部の間の段部が、前記大径穴と前記小径穴との段差に係合し、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端で抑えられて、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が、前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置するように前記静止部材に固定されることを特徴とする軸受装置。
(5) (1)〜(4)のいずれか1つに記載の軸受装置を備え、前記回転部材であるスピンドル軸のアキシャル荷重が測定可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。
(6) (5)に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする工作機械。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) A stationary side race ring fitted and fixed to a stationary member, a rotation side race ring fitted and fixed to a rotating member, a stationary side race of the stationary side race ring, and a rotational side race of the rotary side race ring A bearing provided with a plurality of rolling elements which are arranged so as to be freely rollable between,
A rotation side spacer that is disposed on the side of the rotation side raceway and rotates together with the rotation side raceway;
An encoder in which the characteristics of the detected surface change alternately in the circumferential direction, and a sensor unit that is arranged opposite to the detected surface of the encoder and detects a change in the characteristics of the detected surface. A bearing device comprising:
The encoder is constituted by the rotating side spacer,
The detected surface of the encoder comprises a single row in the axial direction where the pitch of the characteristic that changes in the circumferential direction continuously changes in the axial direction ,
The sensor has a stepped cylindrical shape composed of a large diameter portion and a small diameter portion, and a detection portion is provided at the tip of the small diameter portion,
The stationary member has a sensor mounting hole including a large-diameter hole corresponding to the large-diameter portion and a small-diameter hole corresponding to the small-diameter portion, and a surface of the stationary member is provided with an edge of the large-diameter hole. A concave groove is formed,
In the sensor inserted into the sensor mounting hole, a step between the large diameter portion and the small diameter portion engages a step between the large diameter hole and the small diameter hole, and an upper surface of the large diameter portion is The stationary member is held by one end of a fixing jig fitted and fixed in the concave groove and positioned in the radial direction so that the detection portion at the tip of the small diameter portion faces the detection surface of the encoder. A bearing device that is fixed .
(2) The bearing includes a pair of bearings arranged to position an axial position of the rotating member,
The bearing device according to (1), wherein the rotation-side spacer constituting the encoder is disposed between the rotation-side races of the pair of bearings.
(3) A stationary side spacer is disposed between the stationary side track theory of the pair of bearings,
The bearing device according to (2), wherein the sensor extends from a through hole formed in the stationary side spacer and is opposed to the detected surface of the encoder.
(4) A stationary side race ring fitted and fixed to a stationary member, a rotational side race ring fitted and fixed to a rotating member, a stationary side race of the stationary side race ring, and a rotational side race of the rotary side race ring A bearing provided with a plurality of rolling elements which are arranged so as to be freely rollable between,
An encoder in which the characteristics of the detected surface change alternately in the circumferential direction, and a sensor unit that is arranged opposite to the detected surface of the encoder and detects a change in the characteristics of the detected surface. A bearing device comprising:
The detected surface of the encoder has a portion in which the pitch of the characteristic that changes in the circumferential direction continuously changes in the axial direction, and is configured in a single row in the axial direction.
The sensor has a stepped cylindrical shape composed of a large diameter portion and a small diameter portion, and a detection portion is provided at the tip of the small diameter portion,
The stationary member has a sensor mounting hole including a large-diameter hole corresponding to the large-diameter portion and a small-diameter hole corresponding to the small-diameter portion, and a surface of the stationary member is provided with an edge of the large-diameter hole. A concave groove is formed,
In the sensor inserted into the sensor mounting hole, a step between the large diameter portion and the small diameter portion engages a step between the large diameter hole and the small diameter hole, and an upper surface of the large diameter portion is The stationary side is held at one end of a fixing jig fitted and fixed in the concave groove and positioned in the radial direction, and the detection portion at the tip of the small diameter portion is disposed on the side of the stationary side race ring. A bearing device, wherein the bearing device extends from a through hole formed in a spacer and is fixed to the stationary member so as to face the detected surface of the encoder.
(5) A spindle device for a machine tool comprising the bearing device according to any one of (1) to (4) and capable of measuring an axial load of a spindle shaft that is the rotating member.
(6) A machine tool comprising the spindle device according to (5) .
本発明の軸受装置によれば、被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、被検出面に対向配置されて特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットを備え、エンコーダが回転側間座によって構成されるので、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。 According to the bearing device of the present invention, it comprises a sensor unit comprising an encoder in which the characteristics of the surface to be detected alternately change in the circumferential direction, and a sensor that is arranged opposite to the surface to be detected and detects a change in the characteristics, Since the encoder is constituted by the rotary spacer, the sensor unit can be arranged in an existing space without providing a new dedicated space, and the sensor-equipped bearing device can be reduced in size.
また、前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成するので、センサを一つの磁気センサのみによって構成することができる。これにより、センサユニットのコスト低減が図られると共に、センサ、及びエンコーダの軸方向幅も狭くすることができる。
さらに、センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、小径部の先端に検出部が設けられ、静止部材は、大径部に対応する大径穴と、小径部に対応する小径穴とを備えるセンサ取付穴を有し、静止部材の表面には、大径穴の縁に至る凹溝が形成され、センサ取付穴に挿入されたセンサは、大径部及び小径部の間の段部が、大径穴と小径穴との段差に係合し、大径部の上面が、凹溝に嵌合固定された固定治具の一端で抑えられて、半径方向に位置決めされ、小径部の先端の検出部がエンコーダの被検出面に対向するように静止部材に固定されるので、センサとエンコーダとのギャップを精度良く設定することができる。また、センサの中心軸周りの位置決めを精確に設定することができる。
In addition, since the detected surface of the encoder has a single row in the axial direction where the pitch of the characteristic that changes in the circumferential direction continuously changes in the axial direction, the sensor is configured by only one magnetic sensor. Can be configured. As a result, the cost of the sensor unit can be reduced, and the axial widths of the sensor and encoder can be reduced.
Further, the sensor has a stepped cylindrical shape composed of a large diameter portion and a small diameter portion, a detection portion is provided at the tip of the small diameter portion, and the stationary member is provided with a large diameter hole corresponding to the large diameter portion and a small diameter portion. A sensor mounting hole having a corresponding small diameter hole is provided, and a concave groove reaching the edge of the large diameter hole is formed on the surface of the stationary member, and the sensor inserted into the sensor mounting hole has a large diameter portion and a small diameter portion. The step between the two is engaged with the step between the large-diameter hole and the small-diameter hole, and the upper surface of the large-diameter portion is held by one end of the fixing jig fitted and fixed in the concave groove to be positioned in the radial direction. And since the detection part of the front-end | tip of a small diameter part is fixed to a stationary member so as to oppose the to-be-detected surface of an encoder, the gap of a sensor and an encoder can be set with a sufficient precision. Further, the positioning around the central axis of the sensor can be set accurately.
また、エンコーダを構成する回転側間座は、回転部材の軸方向位置を位置決めする一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されているので、回転部材の伸縮による影響が抑制され、精度のよい荷重測定が可能となる。 Further, since the rotation side spacer constituting the encoder is arranged between the rotation side races of the pair of bearings for positioning the axial position of the rotation member, the influence of expansion and contraction of the rotation member is suppressed, and the accuracy is high. Load measurement is possible.
更に、センサは、一対の軸受の静止側間座に形成された貫通孔から延出して、エンコーダの被検出面に対向配置されているので、新たな専用スペースを設けることなくセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。 Furthermore, since the sensor extends from the through hole formed in the stationary spacer of the pair of bearings and is opposed to the detection surface of the encoder, the sensor unit is arranged without providing a new dedicated space. Therefore, the sensor-equipped bearing device can be reduced in size.
また、本発明の他の軸受装置によれば、被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、被検出面に対向配置されて特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットを備え、センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、小径部の先端に検出部が設けられ、静止部材は、大径部に対応する大径穴と、小径部に対応する小径穴とを備えるセンサ取付穴を有し、静止部材の表面には、大径穴の縁に至る凹溝が形成され、センサ取付穴に挿入されたセンサは、大径部及び小径部の間の段部が、大径穴と前記小径穴との段差に係合し、大径部の上面が、凹溝に嵌合固定された固定治具の一端で抑えられて、半径方向に位置決めされ、小径部の先端の検出部が、静止側間座に形成された貫通孔から延出して、エンコーダの被検出面に対向配置するように前記静止部材に固定されるので、センサとエンコーダとのギャップを精度良く設定することができるとともに、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。また、センサの中心軸周りの位置決めを精確に設定することができる。 According to another bearing device of the present invention, a sensor comprising: an encoder in which the characteristics of the detected surface are alternately changed in the circumferential direction; and a sensor that is disposed opposite to the detected surface and detects the change in the characteristics. The sensor has a stepped cylindrical shape consisting of a large diameter portion and a small diameter portion, a detection portion is provided at the tip of the small diameter portion, and the stationary member has a large diameter hole corresponding to the large diameter portion and a small diameter A sensor mounting hole having a small-diameter hole corresponding to the portion, a concave groove reaching the edge of the large-diameter hole is formed on the surface of the stationary member, and the sensor inserted into the sensor mounting hole has a large-diameter portion and The step portion between the small diameter portions engages with the step between the large diameter hole and the small diameter hole, and the upper surface of the large diameter portion is held by one end of the fixing jig fitted and fixed in the concave groove, and the radius It is positioned in a direction, detection of the tip of the small diameter portion, extending from the through hole formed in the stationary spacer, encoder Because it is fixed to the stationary member so as to opposed to the detected surface, disposed with a gap between the sensor and the encoder can be precisely set, the sensor unit to the existing space without providing a new dedicated space Thus, the sensor-equipped bearing device can be reduced in size . Further, the positioning around the central axis of the sensor can be set accurately.
また、工作機械の主軸装置や工作機械が上記の軸受装置を備えるので、切削時にスピンドル軸に作用するアキシャル荷重の測定が可能となり、このアキシャル荷重を加工条件の新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度を向上させることができる。更には、工具寿命、工具交換時期、及び軸受損傷要因の推測や、工具の改良、改善が可能となる。 In addition, since the spindle device of a machine tool and the machine tool are provided with the bearing device described above, it is possible to measure the axial load acting on the spindle shaft at the time of cutting, and considering this axial load as a new parameter of the machining conditions, Stricter machining conditions can be selected, and machining accuracy can be improved. Furthermore, it is possible to estimate the tool life, the tool replacement time, and the bearing damage factor, and to improve and improve the tool.
以下、本発明に係る主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, each embodiment of a spindle device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1及び図2に示すように、第1実施形態の工作機械の主軸装置10は、モータビルトイン方式であり、その中心部には、回転部材である中空状の回転軸(スピンドル軸)11が設けられている。回転軸11の軸方向端部(図1において左側)には、不図示の工具が保持されている。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
回転軸11は、その工具側を支承する一対の前側軸受20,30と、反工具側を支承する後側軸受40とによって、静止部材であるハウジング50に回転自在に支持されている。前側軸受20,30と後側軸受40間における回転軸11の外周面には、ロータ51が外嵌されている。また、ロータ51の周囲に配置されるステータ52は、ハウジング50に固定されており、ステータ52に電力を供給することで、ロータ51に回転力を発生させて、回転軸11を回転させる。尚、ハウジング50は、前側軸受30とステータ52との間で軸方向に2分割されたハウジング50aとハウジング50bとから構成されている。
The
前側軸受20,30は、背面組み合わせとなるように配置された略同一寸法の一対のアンギュラ玉軸受であり、静止側軌道輪である外輪21,31と、回転側軌道輪である内輪22,32と、静止側軌道である外輪軌道溝及び回転側軌道である内輪軌道溝間に、接触角を持って配置された転動体としての複数の玉23,33と、を備える。
The
前側軸受20,30の外輪21,31は、ハウジング50に内嵌され、ハウジング50にボルト締結された前側軸受外輪押え53によって静止側間座である外輪間座54を介してハウジング50に固定されている。
The outer rings 21 and 31 of the
また、前側軸受20,30の内輪22,32は、回転軸11に外嵌され、回転軸11に締結されたナット55によって回転側間座である内輪間座81を介して回転軸11に固定されている。前側軸受20,30は、ナット55によって定位置予圧が負荷されており、前側軸受20,30によって回転軸11の軸方向位置が位置決めされる。
Further, the
図3に示すように、エンコーダ84は、磁性金属材からなる内輪間座81の外周面に、複数の被検出用組み合わせ部85、85を、円周方向に亙り等間隔で配置している。これら各被検出用組み合わせ部85、85は、それぞれが他の部分とは特性が異なる1対の個性化部分86、86により構成している。この様な各個性化部分86、86として本実施形態の場合には、長尺の溝を採用している。
As shown in FIG. 3, the
各被検出用組み合わせ部85、85を構成する1対ずつの個性化部分86、86同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部85、85で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。即ち、各被検出用組み合わせ部85、85を構成する1対ずつの個性化部分86、86同士の円周方向に関する間隔が、エンコーダ84の軸方向一端(図3の右上端)程小さくなり、円周方向に隣り合う各被検出用組み合わせ部85、85を構成する個性化部分86、86同士の円周方向に関する間隔が、エンコーダ84の軸方向他端(図3の左下端)程小さくなる方向に傾斜している。このエンコーダ84は、後述するセンサ82と共にセンサユニット80を構成する。
The interval in the circumferential direction between each pair of
図1に戻り、後側軸受40は、円筒ころ軸受であり、外輪41と、内輪42と、転動体としての複数の円筒ころ43と、を有する。後側軸受40の外輪41はハウジング50に内嵌され、ハウジング50にボルト締結された後側軸受外輪押え56によって外輪間座44を介してハウジング50に固定されている。後側軸受40の内輪42は、回転軸11に締結された他のナット57によって内輪間座45を介して回転軸11に固定されている。
Returning to FIG. 1, the
軸方向において前側軸受20,30、及びステータ52に対応するハウジング50の外周面には、円環状の冷却油溝58、59が形成されている。この冷却油溝58、59は、Oリング62、63が装着されてハウジング50に外嵌するリング状の冷却ジャケット60、61によって覆われている。そして、この冷却油溝58,59に供給された冷却油によって前側軸受20,30、及びステータ52が冷却される。
On the outer peripheral surface of the
図4に示すように、ハウジング50及び外輪間座54を径方向に貫通して設けられた一対のノズル穴66,54bには、それぞれ給油ノズル67が配設されている。そして、潤滑装置から供給された潤滑油が、給油ノズル67のノズル(図示せず)から前側軸受20,30に向けて吐出され、前側軸受20,30を潤滑する。潤滑方式は、グリース潤滑、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、直噴潤滑等のいずれであってもよい。
As shown in FIG. 4, an
また、ハウジング50及び外輪間座54には、それぞれセンサ取付穴68及び貫通孔54aが径方向に連続して形成されている。センサ取付穴68は、軸方向において給油ノズル67(ノズル穴66)と略同一位置、且つ円周方向位相が異なる位置に設けられている。センサ取付穴68には、センサユニット80を構成するセンサ82が配設される。
A
センサ取付穴68を、給油ノズル67(ノズル穴66,54b)と軸方向略同一位置に配置することにより、センサ82を配置するための専用スペースが不要となり、小型化が可能となる。尚、給油ノズル67(ノズル穴66,54b)とセンサ82(センサ取付穴68)との円周方向位相は、特に限定されず任意に設定することができる。
By disposing the
図5に示すように、センサ82は、検出部である磁気センサ90を内蔵し、大径部82a及び小径部82bからなる段付円筒状に形成されている。大径部82a及び小径部82bには、それぞれOリング溝87a、87bが設けられ、大径部82aの上面には、U字溝82cが形成されている。U字溝82cには、長円形状の固定治具88の一端が嵌合する。
As shown in FIG. 5, the
図6及び図7に示すように、ハウジング50に設けられたセンサ取付穴68は、大径部68a及び小径部68bを有する段付き穴であり、センサ82の配線83を配索するための第1配索穴70が、小径部68bに連通して軸方向に設けられている。更に、大径部68aと小径部68bとの段部には、長手方向が第1配索穴70に向けられた長円68cが第1配索穴70に連通して設けられている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
また、冷却油溝58の外周面には、一端が大径部68aに連続するU字溝68dが形成されている。U字溝68dには、センサ82を固定するための雌ねじ69が径方向に設けられている。尚、センサ82と給油ノズル67の外形形状を同一形状に設定しておけば、ノズル穴66とセンサ取付穴68(大径部68a及び小径部68b)の加工を同一の加工工程で行うことができ、コストダウンに寄与する。
Further, a
図1を参照して、第1配索穴70は、ハウジング50aの反工具側から加工されており、ハウジング50の外周面から傾斜して径方向に設けられた傾斜穴71、及び第1配索穴70と平行に反工具側に延設する第2配索穴72に連通している。このように第1配索穴70、傾斜穴71、及び第2配索穴72を屈曲形成することにより、センサ82の配線83をステータ52と干渉することなく配索可能としている。第1配索穴70の反工具側端部には、栓74が挿入されて閉鎖されており、モータ側からの異物侵入が阻止される。
Referring to FIG. 1, the
センサ82は、図1及び図8に示すように、Oリング溝87a、87bにOリング91a、91bを装着し、センサ82の配線83を第1配索穴70、傾斜穴71、及び第2配索穴72に挿通させ、ハウジング50のセンサ取付穴68、及び外輪間座54の貫通孔54aに挿入することで組み付けられる。
As shown in FIGS. 1 and 8, the
このとき、センサ取付穴68には、第1配索穴70に連通する長円68cが設けられているので、配線83がセンサ取付穴68とセンサ82の間に挟まれて損傷を受けることはない。また、センサ82に装着されたOリング91a、91bによって、冷却油溝58、及び前側軸受20,30側から第1配索穴70への潤滑油の侵入が防止される。
At this time, since the
尚、第1配索穴70、傾斜穴71、及び第2配索穴72に対する配線83の挿通作業は、上記したように一度に挿通することが困難な場合には、第1配索穴70、及び傾斜穴71に挿通した配線83を一旦傾斜穴71から外に出した後、再び傾斜穴71から第2配索穴72に挿通するようにしてもよい。また、配線83挿通後に、傾斜穴71の開口部に栓(図示せず)を挿入して閉鎖し、異物の侵入を阻止することもできる。このように配索された配線83の一端は、演算装置150に接続されてセンサ82で検出された出力信号が入力される。
In addition, the insertion work of the
そして、固定治具88をセンサ82のU字溝82c、及びハウジング50のU字溝68dに嵌合させて、雄ねじ89をハウジング50の雌ねじ69に螺合させて固定する。これにより、センサ82の先端に設けられた磁気センサ90は、所定の位置に位置決めされて、内輪間座81の外周面に形成されたエンコーダ84の被検出面に対向して配置される。
Then, the fixing
センサ82とエンコーダ84の被検出面との相対位置は、磁気センサ90が被検出面の軸方向中間部に位置する。具体的には、磁気センサ90の位置は、定位置予圧が付与された前側軸受20,30間に配置された内輪間座81の軸方向中間位置となるエンコーダ84の軸方向中間部(仮想線α)と一致するように設定されている。
The relative position between the
第1実施形態の主軸装置10のセンサユニット80の作用を、図9に基づいて説明する。この様なエンコーダ84の被検出面である外周面にその検出部を対向させたセンサ82の出力信号は、各個性化部分86、86に対向する瞬間に変化する。そして、変化する間隔(周期)は、センサ82の検出部が対向する部分の軸方向位置の変化に伴って変化する。例えば、回転軸11(内輪間座81)にアキシャル荷重が作用していない場合、センサ82の検出部は、仮想線αで示した、被検出面の中央部を走査し、出力信号は、図9(c)に示す様に変化する。
The operation of the
ここで、回転軸11、即ち内輪間座81に図9(a)において工具側から反工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、エンコーダ84に対する検出部の位置は、図9(a)に示す仮想線β上に移動し、出力信号は、図9(b)に示す様に変化する。
Here, when an axial load is applied to the
また、回転軸11に反工具側から工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、一対の検出部の位置が図9(a)に示す仮想線γ上に移動し、出力信号は、図9(d)に示す様に変化する。
Further, when an axial load is applied to the
なお、磁気センサ90の構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその形式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用される。また、本実施形態のセンサ82としては、長尺の溝とした個性化部分86のエッジを検出可能なものであればよく、光学センサ等が使用されてもよい。
The structure of the
上記したように、磁気センサ90の出力信号は、回転軸11に作用するアキシャル荷重の方向に応じて、また、アキシャル荷重の大きさに比例して変化する。従って、定位置予圧が負荷されている前側軸受20,30の剛性(ばね定数)を予め測定あるいは計算して、アキシャル荷重の大きさと回転軸11の変位量との関係を求めておけば、磁気センサ90からの出力信号のパターンに基づいて、回転軸11に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが、演算装置150によって求められる。
As described above, the output signal of the
また、エンコーダ84を構成する内輪間座81は、背面組合せで配置された一対のアンギュラ玉軸受である前側軸受20,30間に配置されているので、内輪間座81の軸方向中間位置が回転軸11が熱によって伸縮する場合の軸方向中心となるため、回転軸11の伸縮による影響が抑制され、精度のよい荷重測定が可能となる。
Further, since the
さらに、配線83は、第1配索穴70、傾斜穴71、及び第2配索穴72によってハウジング50の内部を通過するので、別途配線用のカバーを設けることなく、加工時の切り屑や切削油等からコードを防護することができ、省スペース化が図られる。特に旋回型の主軸装置においては、ハウジング50の内部から主軸装置10を支持する旋回アームの内部へ配線を導出するようにすれば、配線を外部へ曝すことなく配索することができる。
Furthermore, since the
また、本実施形態では、エンコーダ84の被検出面は、円周方向に関して変化する特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成しており、センサ82を一つの磁気センサ90のみによって構成することができる。これにより、センサユニットのコスト低減が図られると共に、センサ82、及びエンコーダ84を構成する内輪間座81の軸方向幅も狭くすることができる。これにより、主軸装置10の軸方向長さも短くすることができる。特に、5軸加工機などでスピンドル軸が旋回する(例えば、±120°前後で旋回)方式の工作機械の場合、スピンドル軸長が短くなれば、旋回半径を小さくすることができ、工作機械全体の省スペース化や加工スペースを確保でき、3次元加工を行う場合など、主軸装置10の動作が容易となり、加工プログラム作成の容易性や加工性が向上できるメリットがある。
In the present embodiment, the detected surface of the
図10は本発明の第1実施形態の変形例に係る主軸装置の要部断面図である。この主軸装置10では、ハウジング50に形成される第1配索穴70が工具側から加工され、傾斜穴71と連通している。これにより、第1配索穴70は前側軸受外輪押え53によって塞ぐことができ、栓74を設ける必要がない。また、ハウジング50が軸方向に2分割される構成でなくても容易に加工することができる。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of a spindle device according to a modification of the first embodiment of the present invention. In the
(第2実施形態)
図11は本発明の第2実施形態に係るエンコーダの斜視図である。第2実施形態のエンコーダ84は、磁性金属材からなる内輪間座81の外周面に、互いに異なる特性を有する第1被検出部である凸部93と第2被検出部である凹部94とが円周方向に関して交互に且つ等間隔に形成されている。凸部93及び凹部94は、台形若しくは倒立台形に形成されており、凸部93の幅は、軸方向一端(図11の下端)側程広く、凹部94の幅は、軸方向他端(図11の上端)側程広い。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a perspective view of an encoder according to the second embodiment of the present invention. In the
本実施形態のエンコーダ84を備える主軸装置は、回転軸11にアキシャル荷重が作用していない状態では、センサ82の磁気センサ90は、図12(a)に示す仮想線α上に位置している。従って、磁気センサ90の出力信号(デューティー比)は、図12(c)に示す様に変化する。
In the spindle device including the
ここで、ワーク加工によって、回転軸11に図12(a)において工具側から反工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、内輪間座81、即ち、エンコーダ84の軸方向位置が回転軸11と共に反工具側へ変化する。これにより、エンコーダ84に対する磁気センサ90の位置が、図12(a)に示す仮想線β上に移動し、磁気センサ90の出力信号(デューティー比)は、図12(b)に示すように変化する。
Here, when an axial load is applied to the
また、回転軸11に図12(a)において反工具側から工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、内輪間座81、即ち、エンコーダ84の軸方向位置が回転軸11と共に工具側に変化して、エンコーダ84に対する磁気センサ90の位置が、図12(a)に示す仮想線γ上に移動し、磁気センサ90の出力信号(デューティー比)は、図12(d)に示すように変化する。従って、検出部からの出力信号(デューティー比)に基づいて、回転軸11に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが演算装置150によって求められる。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
また、本実施形態において、エンコーダ84を永久磁石で構成し、S極に着磁した第1被検出部とN極に着磁した第2被検出部を、円周方向に交互に配置する構成としてもよい。
Further, when an axial load is applied to the
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
Further, in the present embodiment, the
図13は本発明の第2実施形態の変形例に係るエンコーダの斜視図である。このエンコーダ84では、その外周面に形成した凸部93、93と凹部94、94との形状を工夫する事により、センサ90の出力信号を安定させるものである。即ち、本実施例の場合には、各凸部93、93及び凹部94、94の軸方向両端部を、それぞれエンコーダ84の円周方向に関する幅寸法がこのエンコーダ84の軸方向に関して変化しない、平行部93a,93b、94a,94bとしている。従って、エンコーダ84の被検出面である外周面の特性が円周方向に関して変化するピッチは、この外周面の軸方向中間部では、軸方向位置により変動するが、軸方向両端部では軸方向位置に拘らず変動しない。
FIG. 13 is a perspective view of an encoder according to a modification of the second embodiment of the present invention. The
本変形例の場合に、各平行部93a、93b、94a、94bを設ける事で、センサ82の出力信号を安定させられる理由は、次の通りである。前述した通り、エンコーダとして磁性材製で被検出面に凹凸部を形成したものを使用する事により、永久磁石製のエンコーダに比べて被検出面の特性変化のピッチを高精度にできる。但し、上述した実施形態の場合には、この特性変化のピッチを短くすべく、凹部と凸部との間隔を短くすると、センサの検出部がエンコーダの被検出面の幅方向両端部(軸方向両端部)近傍に対向する状態で、これら検出部と被検出面との間を流れる磁束の流れが不安定になり、上記センサの出力が不安定になり易い。例えば、図11に示したエンコーダ84で、凸部93、93と凹部94、94とのピッチを短くした場合、円周方向に隣り合う台形の凸部93、93の底辺同士が近接する。特に、エンコーダ84とセンサ82とが軸方向に大きくずれた場合でも回転軸11の回転速度検出を可能とすべく、これらエンコーダ84とセンサ82との間で許容される軸方向に関する相対変位量を確保する為に、台形形状の高さ寸法を大きくした場合に、上述の様に円周方向に隣り合う台形の凸部93、93の底辺同士が近接する傾向が著しくなる。
In the case of this modification, the reason why the output signal of the
これに対して本変形例の場合には、各平行部93a、93b、94a、94bを設ける事に伴って、円周方向に隣り合う台形の凸部93、93の底辺同士が過度に近接する事を防止できる。そして、センサ82の検出部がエンコーダ84の外周面の軸方向端部で凸部93、93の底辺に対応する部分に対向した場合でも、センサ82の検出部とエンコーダ84の被検出面との間を流れる磁束の流れを安定させて、センサ82の出力を安定させる事ができる。また、エンコーダ84とセンサ82との軸方向の変位量が多少大きくなっても、センサ82による、回転軸11の回転速度検出を行なえる。
On the other hand, in the case of this modification, the bases of the trapezoidal
尚、各平行部93a、93b、94a、94bの円周方向両側縁の形状は、直線としているが、この部分の形状は必ずしも直線でなくても良い。例えば、センサ82の感度や感受範囲(スポット径)によって、軸方向に対し多少傾斜させたり、曲率半径の大きな円弧状にする事もできる。
又、エンコーダ84と組み合わせるセンサ82の構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその型式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用できる。但し、図14に示す様に、センサ82の検出部がエンコーダ84の軸方向中間部に対向した状態で、このエンコーダ84の外周面に存在する各凸部93、93及び凹部94、94の、回転方向に関する長さ寸法の比率をセンシングする必要上、センサ82のスポット径は小さい方が、この比率を高精度で求める面から好ましい。
In addition, although the shape of the circumferential direction both-sides edge of each
The structure of the
(第3実施形態)
図15は、本発明に係る第3実施形態の主軸装置の要部断面図である。第3実施形態の内輪間座81は、第1実施形態の内輪間座81(図3)に対して、外周面の軸方向両端部に、軸方向幅La,Lb及び深さHa,Hbの溝部81a,81bを凹設したものである。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a cross-sectional view of the main part of the spindle device according to the third embodiment of the present invention. The
具体的に、図16及び図17に示すように、本実施形態の内輪間座81では、溝部81a,81bの軸方向幅La,Lbはそれぞれ1mm以上に設定されており、エンコーダ84の個性化部分86は、溝部81a,81bの両方の軸方向端面81aS,81bSに開口するように連続的に形成されている。また、溝部81a,81bの深さHa,Hbは、個性化部分86の深さhよりも大きく設定されており、溝部81a,81bの外周面は個性化部分86の外周面よりも内径側に位置している。
Specifically, as shown in FIGS. 16 and 17, in the
この内輪間座81によれば、エンコーダ84の個性化部分86を設ける際、軸方向両端部に個性化部分86よりも内径側にまで切り欠かれた溝部81a,81bが形成されているため、個性化部分86を軸方向に渡って切り通すことが可能となる。
According to this
したがって、溝部81a,81bを有する内輪間座81にエンコーダ84の個性化部分86をミーリング加工機等で切削加工する際、個性化部分86は軸方向に渡って切り通すことで形成することができ、加工性を向上することができる。また、加工機が溝部81a,81bの軸方向端面81aS,81bSを抜ける際に、該軸方向端面81aS,81bS近傍にバリが発生した場合であっても、バリが内輪22,32と当接する内輪間座81の軸方向端面81c,81dに影響を及ぼすことがないので、内輪間座81端面の平行度が向上する。これによって、内輪22,32と内輪間座81を精度良く組み立てることが可能となる。
Therefore, when the
また、個性化部分86は、溝部81a,81bの軸方向端面81aS,81bS間を軸方向に渡って切り通すことで形成されているので、各個性化部分86の軸方向寸法誤差を低減することができる。これによって、各個性化部分86の寸法のアンバランスに起因する主軸装置の振動を抑制することが可能となる。これは、特に、工具を高速回転させる際に、顕著な効果を発揮する。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
Further, since the
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
また、本実施形態の溝部81a,81bを有する内輪間座81の構成は、図18に示すように、第2実施形態の凸部93及び凹部94によってエンコーダ84を構成する内輪間座81にも適用可能であり、また、図19に示すように、第2実施形態の変形例である、平行部93a,93b,94a,94bを持った凸部93及び凹部94によってエンコーダ84を構成する内輪間座81にも適用可能である。
In addition, the configuration of the
(第4実施形態)
図20は本発明の第4実施形態のセンサ取付穴の斜視図、図21はセンサ取付穴の平面図である。第4実施形態のセンサ取付穴68は、第1実施形態のセンサ取付穴68と同様に、センサ82の大径部82a(図5参照)が挿通される大径部68a、及びセンサ82の小径部82bが挿通される小径部68bを有し、更に大径部68aと小径部68bとの間に中径部68eが形成された3段の段付き穴である。中径部68eには、センサ82の配線83を配索するための第1配索穴70が連通して軸方向に設けられている。また、ハウジング50には、第1実施形態と同様に、センサを固定するためのU字溝68d、及び雌ねじ69が設けられる。
(Fourth embodiment)
20 is a perspective view of a sensor mounting hole according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 21 is a plan view of the sensor mounting hole. Similarly to the
このセンサ取付穴68の中径部68eは、センサ取付穴68にセンサ82を挿入する際、配線83とセンサ取付穴68との干渉を防止して組付けを容易にするためのものであり、配線83の干渉が防止可能な範囲で、できるだけ小さいことが望ましい。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
The
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
(第5実施形態)
図22は本発明の第5実施形態の主軸装置の要部断面図である。第5実施形態の主軸装置10には、円環状の冷却油溝58内にセンサ取付穴68と同心円状にリング溝95が形成されている。リング溝95には、Oリング96が装着された円筒状の蓋体97が嵌合している。この主軸装置10によれば、冷却油溝58とセンサ82とが蓋体97で分離され、Oリング96によってシールされているので、冷却油がセンサ82に付着することが防止される。また、センサ82の大径部82aにOリング溝87aを加工する必要がない。 なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
(Fifth embodiment)
FIG. 22 is a cross-sectional view of the main part of the spindle device according to the fifth embodiment of the present invention. In the
(第6実施形態)
図23は本発明の第6実施形態の主軸装置の要部断面図である。第6実施形態の主軸装置10では、センサ82の配線83を配索するため、工具側からセンサ取付穴68(小径部68b)に連通する配索穴98が加工されている。また、前側軸受外輪押え53に配索溝99が設けられると共に、ハウジング50の外周面には、配索溝99が開口する周方向位置を跨いで軸方向に延びる配線カバー100が固定されている。これにより、配索穴98から工具側に向けて導出された配線83は、前側軸受外輪押え53の配索溝99内を通り、配線カバー100で覆われて配索される。
(Sixth embodiment)
FIG. 23 is a cross-sectional view of the main part of the spindle device according to the sixth embodiment of the present invention. In the
この主軸装置10によれば、センサ取付穴68からハウジング50の端部(図中左端部)までの距離が短い場合、ハウジング50の加工量が少なくなり加工上有利である。また、センサ82の配線83が、前側軸受外輪押え53及び配線カバー100で覆われているので、加工中の切り屑等による配線83に与える損傷や切断を防止することができる。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態の主軸装置10と同様である。また、ハウジング50の外部環境によっては、配線カバー100を設けずに配線83が配策されてもよい。
According to the
In addition, about another structure and effect | action, it is the same as that of the main axis |
(第7実施形態)
図24は本発明の第7実施形態の主軸装置の要部断面図である。第7実施形態の主軸装置10では、前側軸受外輪押え53に形成される配索溝99が、ハウジング50の外周面まで開口せずに径方向に延びると共に、冷却ジャケット60には配索溝99に連通する配索穴101が形成されている。配索穴98から工具側に向けて導出された配線83は、前側軸受外輪押え53の配索溝99、及び冷却ジャケット60の配索穴101を通って配索される。これにより、第1実施形態と同様、別途配線用のカバーを設けることなく、加工時の切り屑や切削油等からコードを防護することができ、省スペース化が図られる。
なお、その他の構成及び作用については、第6実施形態のものと同様である。
(Seventh embodiment)
FIG. 24 is a cross-sectional view of the main part of the spindle device according to the seventh embodiment of the present invention. In the
Other configurations and operations are the same as those in the sixth embodiment.
(第8実施形態)
図25は本発明の第8実施形態の主軸装置の要部断面図である。第8実施形態の主軸装置10は、冷却ジャケット60にセンサ82を取り付けるためのセンサ穴102が、ハウジング50のセンサ取付穴68と同心に形成されている。また、センサ82は、大径部82aの長さが長く形成されると共に、配線83が大径部82aの上面から導出されている。大径部82aには、センサ取付穴68、及びセンサ穴102に対応する位置に、それぞれOリング91a、91cが装着されている。
(Eighth embodiment)
FIG. 25 is a cross-sectional view of the main part of the spindle device according to the eighth embodiment of the present invention. In the
センサ82は、冷却ジャケット60のセンサ穴102、ハウジング50のセンサ取付穴68、及び外輪間座54の貫通孔54aに挿入され、固定治具88と雄ねじ89によって冷却ジャケット60に固定される。センサ82と、センサ取付穴68、及びセンサ穴102との間は、それぞれOリング91a、91cによってシールされる。また、センサ82から径方向に導出された配線83は、配線カバー100で覆われて配索される。
The
この主軸装置10によれば、冷却ジャケット60に加工容易なセンサ穴102を形成するだけで、ハウジング50に加工し難い配索穴を設ける必要がなくなり、加工上有利となる。
なお、その他の構成及び作用については、第6実施形態のものと同様である。
According to the
Other configurations and operations are the same as those in the sixth embodiment.
(第9実施形態)
図26は本発明の第9実施形態の主軸装置の要部断面図である。第9実施形態の主軸装置10に組み込まれるセンサ103は、配線直付けタイプのセンサ82と異なり、小径部82bの側面に雌コネクタ104を備えるコネクタ接続タイプのセンサ103である。また、配線83の先端には、雌コネクタ104に嵌合可能な雄コネクタ105が設けられている。
(Ninth embodiment)
FIG. 26 is a cross-sectional view of the main part of the spindle device according to the ninth embodiment of the present invention. The
本実施形態のセンサ103は、冷却ジャケット60が取り外された状態で、配線83を第1配索穴70に挿通し、ハウジング50の外方でセンサ取付穴68から延出された配線83の雄コネクタ105をセンサ103の雌コネクタ104に接続した後、配線83を第1配索穴70に押し込みながらセンサ103をセンサ取付穴68に挿入し、固定治具88と雄ねじ89によって固定することで組み付けられる。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
In the
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
図27は本発明に係る第9実施形態の変形例の主軸装置の要部断面図である。本変形例の主軸装置10に組み込まれるセンサ103は、図26に示すコネクタ接続タイプのセンサ103であり、ハウジング50には、配索穴98が工具側から加工されている。
FIG. 27 is a cross-sectional view of main parts of a main spindle device according to a modification of the ninth embodiment according to the present invention. The
センサ103は、雌コネクタ104を工具側(配索穴98側)に向けた状態で、ハウジング50のセンサ取付穴68、及び外輪間座54の貫通孔54aに挿入されて固定される。これにより、雌コネクタ104は配索穴98に対向して位置する。ここで、配線83の雄コネクタ105を接続治具110に載置して配索穴98の工具側から矢印方向に挿入して、雄コネクタ105と雌コネクタ104とを接続する。ここで、接続治具110の先端部110aは、雄コネクタ105が回転せず、且つ、軸方向後方へ移動しないように位置決めされており、雌コネクタ104との接続を確実に行うことができ、且つ、接続後に接続治具110を取り外すことができる。配索穴98から導出する配線83は、配索溝99内に収容して前側軸受外輪押え53を取り付ける。これにより、センサ103をハウジング50に取り付けた後に、配線83をセンサ103に接続することができる。
The
(第10実施形態)
図28は、本発明に係る第10実施形態の主軸装置の要部断面図である。本実施形態の主軸装置10に組み込まれるセンサ82(即ち、樹脂製のセンサケース)は、その大径部82aの外周面から軸方向両側に向かって延出するフランジ部82d,82dを有する。
(10th Embodiment)
FIG. 28 is a cross-sectional view of the main part of the spindle device according to the tenth embodiment of the present invention. A sensor 82 (that is, a resin sensor case) incorporated in the
フランジ部82dには穴82daが設けられており、その内部には金属製の補強リング120が一体成型されている。補強リング120は、穴82daよりも軸方向に長く、フランジ部82dの表裏面から突出する。そして、雄ねじ89を、補強リング120の内部を通じて、ハウジング50の雌ねじ69に螺合することによって、センサ82は固定される。
A hole 82da is provided in the
このように、固定治具88を使用せずに、センサ82に設けたフランジ部82d,82dによってセンサ82をハウジング50に固定する場合、補強リング120を設けず、フランジ部82dを雄ねじ89で直接締め付けようとすると樹脂製のセンサ82に、強度不足による破損、クリープ変形による緩み、変位による不具合等が発生する可能性がある。
As described above, when the
一方、本実施形態のセンサ82は、金属製の補強リング120を穴82da内部に一体成型したことにより、補強リング120のみで雄ねじ89の締付力を受け、フランジ部82dに締付力が伝わることを防止できる。これによって、フランジ部82dの破損、クリープ変形による緩み、変位による不具合の発生等を防ぐことができる。
On the other hand, in the
なお、本実施形態のセンサ82では、大径部82aから軸方向両側に向かってフランジ部82d,82dが延設されるとしたが、必ずしもこの形状には限定されない。例えば、軸方向一箇所のみにフランジ部82dが設けられてもよい。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
In the
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
尚、本発明は、前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。また、各実施形態及び変形例は、実施可能な範囲において組み合わせて適用することができる。
例えば、図29に示すように、本発明の主軸装置10は、冷却油溝を備えないハウジング50にも同様に適用することができ、この場合、センサ82の大径部82aに装着するOリングを省略することができる。
また、図30に示すように、配線83が大径部82aの上面から導出されるようにすることで、配索穴を設ける必要がなくなり、加工上有利となる。
In addition, this invention is not limited to each embodiment and modification which were mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. Moreover, each embodiment and modification can be applied in combination within a feasible range.
For example, as shown in FIG. 29, the
In addition, as shown in FIG. 30, the
さらに、図31に示すように、配線付のセンサ82、103に代えて、検出信号を無線で出力可能な無線式センサ111を用いれば、ハウジング50への配索穴の加工が不要となる。
Furthermore, as shown in FIG. 31, if a
また、図32に示すように、エンコーダ84は、反工具側に配置された前側軸受30の内輪32と、回転軸11の段部11aとの間に配設されて前側軸受30の軸方向位置を調整する調整用内輪間座112の外周面に設けるようにしてもよい。この場合、センサ82は、前側軸受30の外輪31と、ハウジング50の段部50cとの間に配設された調整用外輪間座113の貫通孔113aを貫通してエンコーダ84の被検出面に対向配置される。
Further, as shown in FIG. 32, the
さらに、上記の各実施形態では、エンコーダ84は内輪間座81によって構成されているが、図33に示すように、内輪間座81の代わりに、工具側に配置された前側軸受20の内輪22を内輪間座81のスペースに延出するように幅広に形成し、内輪22の外周面に直接、上記実施形態と同様のハの字形状のエンコーダ84を形成してもよい。なお、エンコーダ84は、反工具側に配置された前側軸受30の内輪32を内輪間座81と置き換わるように幅広に形成し、内輪32の外周面に直接形成してもよい。
Furthermore, in each of the embodiments described above, the
このような構成においても、センサ82が外輪間座54に形成された貫通孔54aから延出して、エンコーダ84の被検出面に対向配置されるので、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。特に、第1実施形態の図4にも示したように、外輪間座54にノズル穴54bが更に形成され、ノズル穴54bに給油ノズル67が設けられることで、センサ82と給油ノズル67をコンパクトに配置することができる。
Even in such a configuration, the
また、上記の各実施形態及び変形例においてアンギュラ軸受は、背面組合せされたものとして説明したが、これに限定されることはなく正面組合せとすることもできる。また、前側軸受のアンギュラ軸受の列数や組合せの方向等についても限定されるものでない。
さらに、本発明のエンコーダは、回転側間座によって構成されればよく、内輪が静止側軌道輪で、外輪が回転側軌道輪である場合には、回転側間座としての外輪間座に構成されてもよい。また、本発明の軸受装置は、工作機械の主軸装置の他、工作機械の円テーブルや、ボールねじ、鉄道車両、航空機、自動車等の回転部材が軸受によって支持され、該回転部材にアキシャル荷重が作用する箇所に適用可能である。
In each of the above-described embodiments and modifications, the angular bearings are described as being combined on the back surface, but the present invention is not limited to this and may be a front surface combination. Further, the number of rows of angular bearings of the front bearing and the direction of combination are not limited.
Furthermore, the encoder of the present invention only needs to be configured by a rotating spacer, and when the inner ring is a stationary bearing ring and the outer ring is a rotating bearing ring, the encoder is configured as an outer ring spacer as a rotating spacer. May be. The bearing device according to the present invention includes a spindle device of a machine tool, a rotary table of a machine tool, a rotary member such as a ball screw, a railway vehicle, an aircraft, and an automobile supported by a bearing, and an axial load is applied to the rotary member. It is applicable to the place where it acts.
加えて、スピンドル軸のアキシャル荷重を測定可能な、本実施形態の主軸装置10は、工作機械に組み込んで適用可能であり、例えば、図34に示すような門形マシニングセンタ201に装着される。具体的に、門形マシニングセンタ201では、ベッド202の上にテーブル203がX軸方向へ移動可能に支持されており、ベッド202の両側には一対のコラム204が立設されている。コラム204の上端にはクロスレール205が架設されており、クロスレール205には、サドル206がY軸方向へ移動可能に設けられる。また、サドル206には、Z軸方向に昇降可能なラム207が支持されており、ラム207の下端には、主軸装置10をY軸回り及びZ軸回りに回転割出し駆動可能に保持する主軸ヘッド208が装着されている。主軸ヘッド208の2本の支持アーム208a内には、図示しないチルト機構が設けられており、主軸装置10は、このチルト機構によってブラケット209を介してY軸回りに回転割出しされる。
In addition, the
10 主軸装置
11 回転軸(回転部材、スピンドル軸)
20 アンギュラ玉軸受(前側軸受)
21 外輪(静止側軌道輪)
22 内輪(回転側軌道輪)
23 玉(転動体)
30 アンギュラ玉軸受(前側軸受)
31 外輪(静止側軌道論)
32 内輪(回転側軌道論)
33 玉(転動体)
50 ハウジング(静止部材)
54 外輪間座(静止側間座)
54a 貫通孔
80 センサユニット
81 内輪間座(回転側間座)
82 センサ
84 エンコーダ
85 被検出用組み合わせ部
86 個性化部分
93 凸部(第1被検出部)
94 凹部(第2被検出部)
90 磁気センサ(検出部)
103 センサ
111 無線式センサ(センサ)
10
20 Angular contact ball bearing (front bearing)
21 Outer ring (stationary ring)
22 Inner ring (Rotating raceway)
23 balls (rolling elements)
30 Angular contact ball bearing (front bearing)
31 Outer ring (stationary track theory)
32 Inner ring (rotation side trajectory)
33 balls (rolling elements)
50 Housing (stationary member)
54 Outer ring spacer (static side spacer)
54a Through
82
94 Concave portion (second detected portion)
90 Magnetic sensor (detector)
103
Claims (6)
前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側間座によって構成され、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成し、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止部材は、前記大径部に対応する大径穴と、前記小径部に対応する小径穴とを備えるセンサ取付穴を有し、前記静止部材の表面には、前記大径穴の縁に至る凹溝が形成され、
前記センサ取付穴に挿入された前記センサは、前記大径部及び小径部の間の段部が、前記大径穴と前記小径穴との段差に係合し、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端で抑えられて、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が前記エンコーダの被検出面に対向するように前記静止部材に固定されることを特徴とする軸受装置。 The stationary side race ring fitted and fixed to the stationary member, the rotational side race ring fitted and fixed to the rotary member, and the stationary side raceway of the stationary side raceway and the rotational side raceway of the rotary side raceway A bearing provided with a plurality of rolling elements movably arranged;
A rotation side spacer that is disposed on the side of the rotation side raceway and rotates together with the rotation side raceway;
An encoder in which the characteristics of the detected surface change alternately in the circumferential direction, and a sensor unit that is arranged opposite to the detected surface of the encoder and detects a change in the characteristics of the detected surface. A bearing device comprising:
The encoder is constituted by the rotating side spacer,
The detected surface of the encoder comprises a single row in the axial direction where the pitch of the characteristic that changes in the circumferential direction continuously changes in the axial direction ,
The sensor has a stepped cylindrical shape composed of a large diameter portion and a small diameter portion, and a detection portion is provided at the tip of the small diameter portion,
The stationary member has a sensor mounting hole including a large-diameter hole corresponding to the large-diameter portion and a small-diameter hole corresponding to the small-diameter portion, and a surface of the stationary member is provided with an edge of the large-diameter hole. A concave groove is formed,
In the sensor inserted into the sensor mounting hole, a step between the large diameter portion and the small diameter portion engages a step between the large diameter hole and the small diameter hole, and an upper surface of the large diameter portion is The stationary member is held by one end of a fixing jig fitted and fixed in the concave groove and positioned in the radial direction so that the detection portion at the tip of the small diameter portion faces the detection surface of the encoder. A bearing device that is fixed .
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されることを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。 The bearing comprises a pair of bearings arranged to position the axial position of the rotating member;
2. The bearing device according to claim 1, wherein the rotation side spacer constituting the encoder is disposed between the rotation side races of the pair of bearings.
前記センサは、該静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする請求項2に記載の軸受装置。 Between the stationary side track theory of the pair of bearings, a stationary side spacer is disposed,
The bearing device according to claim 2, wherein the sensor extends from a through hole formed in the stationary side spacer and is disposed to face the detected surface of the encoder.
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成すると共に、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止部材は、前記大径部に対応する大径穴と、前記小径部に対応する小径穴とを備えるセンサ取付穴を有し、前記静止部材の表面には、前記大径穴の縁に至る凹溝が形成され、
前記センサ取付穴に挿入された前記センサは、前記大径部及び小径部の間の段部が、前記大径穴と前記小径穴との段差に係合し、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端で抑えられて、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が、前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置するように前記静止部材に固定されることを特徴とする軸受装置。 The stationary side race ring fitted and fixed to the stationary member, the rotational side race ring fitted and fixed to the rotary member, and the stationary side raceway of the stationary side raceway and the rotational side raceway of the rotary side raceway A bearing provided with a plurality of rolling elements movably arranged;
An encoder in which the characteristics of the detected surface change alternately in the circumferential direction, and a sensor unit that is arranged opposite to the detected surface of the encoder and detects a change in the characteristics of the detected surface. A bearing device comprising:
The detected surface of the encoder has a portion in which the pitch of the characteristic that changes in the circumferential direction continuously changes in the axial direction, and is configured in a single row in the axial direction.
The sensor has a stepped cylindrical shape composed of a large diameter portion and a small diameter portion, and a detection portion is provided at the tip of the small diameter portion,
The stationary member has a sensor mounting hole including a large-diameter hole corresponding to the large-diameter portion and a small-diameter hole corresponding to the small-diameter portion, and a surface of the stationary member is provided with an edge of the large-diameter hole. A concave groove is formed,
In the sensor inserted into the sensor mounting hole, a step between the large diameter portion and the small diameter portion engages a step between the large diameter hole and the small diameter hole, and an upper surface of the large diameter portion is The stationary side is held at one end of a fixing jig fitted and fixed in the concave groove and positioned in the radial direction, and the detection portion at the tip of the small diameter portion is disposed on the side of the stationary side race ring. A bearing device, wherein the bearing device extends from a through hole formed in a spacer and is fixed to the stationary member so as to face the detected surface of the encoder.
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