JP5679742B2 - 工作機械の軸受予圧構造 - Google Patents

Description

本発明は、玉軸受に軸方向の予圧力を作用させる工作機械の軸受予圧構造に関する。

工作機械の主軸装置では、主軸を、玉軸受を介して主軸頭により回転自在に支持しており、前記玉軸受を固定する構造として、従来例えば、特許文献１には、玉軸受を、主軸の軸方向内部に固定したナット部材と、主軸の先端外周の雄ねじ部に螺着した軸受押えとで定位置に固定したものが開示されている。

また、特許文献２には、玉軸受を、主軸の内部に焼き嵌め固定したナットと、主軸の先端部に形成した段部とで位置決め固定したものが開示されている。

特開平７−２４６８７号公報 特開２０００−２３７９０２号公報

ところが、前記特許文献１に記載の構造では、軸受押えの雌ねじと主軸の雄ねじ部とを、その全周にわたって均一に噛合させるのは困難であり、軸受押えの押付力を玉軸受の全周に均一に作用させるのは困難である。押付力が不均一であると主軸が押付力の弱い方向へ曲がるというおそれがあり、組立性に劣るとともに、主軸の振れの問題が生じる。

また、前記特許文献２に記載の構造では、軸受交換時に前記ナットを取り外し可能としておく必要があり、さらに、ビルトインロータについても取り外し可能な特殊構造にしなければならないため、構造が複雑であり、コストが増加するという問題がある。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、押付力を玉軸受の全周に渡って均一に作用させることができる工作機械の軸受予圧構造を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、内輪と外輪との間に複数の玉を介在させてなる第１玉軸受と第２玉軸受を、内輪同士の間に軸方向位置を規制する内輪間座を、外輪同士の間に軸方向位置を規制する外輪間座をそれぞれ介在させると共に、主軸の外周面と主軸頭の内周面との間に配置することにより、主軸を主軸頭により回転自在に支持する工作機械の、前記玉軸受に軸方向の予圧力を作用させる軸受予圧構造において、
前記主軸の外周面の軸受装着部には、該外周面から軸心と反対側に突出し、前記第１玉軸受の内輪の軸方向一端面に当接する第１端面が形成され、前記主軸の外周面の軸受装着部の、前記第２玉軸受の内輪の前記第１軸受と反対側の他端面から軸方向に所定寸法離れた部位に、第２端面が、前記第１端面と平行に、かつ前記外周面から軸心側に段落ちするように形成され、前記第２端面には、フランジ部材が、該フランジ部材の押圧面が該第２端面に密着するように、かつ着脱可能に装着されており、前記第２玉軸受の内輪の前記他端面と前記フランジ部材の押圧面との間に、前記軸受装着部に対してスライド可能のカラー部材が介在されていることを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工作機械の軸受与圧構造において、
前記カラー部材の長さを調整することにより予圧力を調整可能としたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、内輪の軸方向一端面に当接する第１端面と、フランジ部材の押圧面を密着させる第２端面とをワークの着脱を行わない同一工程において加工できるので、第１端面と第２端面との平行度を高くでき、また、フランジ部材の押圧面については、平面研磨のみで精度を確保できる。その結果、簡単な構造で、フランジ部材による押圧力を軸受全周にわたって均一に作用させることができ、組立性を確保できる。

また、軸受を交換する場合は、フランジ部材を取り外すだけで済み、モータやナット部材を取り外す必要が無いため、軸受交換作業が容易である。

請求項２の発明では、２軸受の内輪の他端面とフランジ部材の押圧面との間に介在させたカラー部材の長さを、必要な予圧力に応じた長さに設定することにより、軸受に作用する予圧力を調整可能である。

本発明の実施例１に係る軸受予圧構造を備えた工作機械の主軸装置を示す正面図である。 前記主軸装置の軸受装着部分を示す断面正面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本発明の実施例１による工作機械の軸受予圧構造を説明するための図である。

図において、１は工作機械の主軸装置を示している。該主軸装置１は、主軸２と、該主軸２の軸心に形成されたドロー孔２ａ内に挿入配置されたドローバーユニット３と、前記主軸２を、軸受装置４を介して回転自在に支持する主軸頭５とを備えている。

前記主軸頭５と前記主軸２との間にはビルトインタイプの主軸モータ６が介在されており、前記主軸２はこの主軸モータ６により回転駆動される。

前記ドローバーユニット３は、前記主軸２の前記ドロー孔２ａ内にドローバー３ａを軸方向に進退可能に挿入配置し、該ドローバー３ａの先端で前記ドロー孔２ａの先端部に配置されたコレットチャック７を拡縮させ、もって主軸２のテーパ孔２ｅに工具ホルダ８をクランプ，アンクランプするように構成されている。

前記軸受装置４は、第１玉軸受１０及び第２玉軸受１０′と、両軸受の軸方向位置を規制する内輪間座１５及び外輪間座１６とを有し、前記主軸２の外周面の軸受装着部２ｂと前記主軸頭５の内周面の軸受装着部５ａとの間に介在されている。前記第１，第２玉軸受１０，１０′は互いに逆向きに配置され、同一大きさの許容アキシャル荷重を有する。

前記第１玉軸受１０は、前記主軸２の軸受装着部２ｂに嵌合装着された内輪１１と、前記主軸頭５の軸受装着部５ａに嵌合装着された外輪１２と、前記内輪１１の軌道面１１ａ及び外輪１２の軌道面１２ａ間に配設された複数の玉（転動体）１３と、該複数の玉１３を所定のピッチで保持する保持器１４とを備えている。

前記第２玉軸受１０′は、同様に内輪１１′と、外輪１２′と、軌道面１１ａ′，１２ａ′間の複数の玉１３′と、保持器１４′とを備えている。

また、前記内輪間座１５，外輪間座１６はそれぞれ第１，第２玉軸受１０，１０′の前記内輪１１，１１′同士、前記外輪１２，１２′同士の軸方向位置を規制している。

前記内輪間座１５は、前記内輪１１，１１′と略同じ肉厚の筒状のものであり、該内輪間座１５の軸方向の上端面１５ａは、前記第１玉軸受１０の内輪１１の下端面１１ｂに当接し、前記内輪間座１５の軸方向の下端面１５ｂは、前記第２玉軸受１０′の内輪１１′の上端面１１ｂ′に当接している。

前記外輪間座１６は、前記外輪１２，１２′より厚肉の筒状のものであり、前記外輪間座１６の軸方向の上端面１６ａは、前記第１玉軸受１０の外輪１２の下端面１２ｂに当接し、前記外輪間座１６の軸方向の下端面１６ｂは、前記第２玉軸受１０′の外輪１２′の上端面１２ｂ′に当接している。

前記主軸２の軸受装着部２ｂには、第１端面２ｆが形成されている。この第１端面２ｆは前記主軸２の軸心と反対側に突出し、前記第１玉軸受１０の内輪１１の軸方向上端面（一端面）１１ｄに当接している。

また、前記主軸頭５の軸受装着部５ａには上端面５ｂが軸心側に突出するように、かつ前記主軸２の第１端面２ｆと平行をなすように形成されており、該上端面５ｂには第１軸受１０の外輪１２の上端面１２ｃが当接している。また前記主軸頭５の、前記上端面５ｂと平行に形成された下端面５ｃには、外輪押え２０が複数のボルト２１により着脱可能に装着されている。この外輪押え２０の上端２０ａは、前記第２玉軸受１０′の外輪１２′の下端面１２ｄ′に当接している。このようにして、前記第１，第２玉軸受１０，１０′の外輪１２，１２′は所定の軸方向位置に固定されている。

前記主軸２の軸受装着部２ｂには、第２端面２ｃが形成されている。この第２端面２ｃは前記第１端面２ｆと平行に、かつ前記軸受装着部２ｂから軸心側に段落ちするように形成されている。さらに前記第２端面２ｃは前記第２玉軸受１０′の内輪１１′の下端面１１ｃ′から軸方向下方に所定寸法ｔ離れて位置している。さらにまた、前記第２端面２ｃには、フランジ部材１７を取り付けるためのねじ穴２ｄが形成されている。

前記第２端面２ｃには、前記フランジ部材１７が、複数個のボルト１８で着脱可能に装着されている。前記フランジ部材１７は、リング状のもので、その上端の押圧面１７ａには平面研磨加工が施され、該押圧面１７ａが前記第２端面２ｃに密着している。

そして、前記フランジ部材１７の押圧面１７ａと前記第２玉軸受１０′の内輪１１′の下端面１１ｃ′との間には、カラー部材１９が介在されている。このカラー部材１９は、上端面１９ａ，下端面１９ｂに平面研磨加工が施された円筒状のものであり、前記所定寸法ｔより若干長い軸方向寸法を有する。ここで、前記カラー部材１９の軸方向寸法は、前記軸受装置４を装着した状態での現物合せ、又は、所定の計算により、必要な予圧が与えられるように決定される。

前記カラー部材１９の上端面１９ａは前記第２玉軸受１０′の内輪１１′の下端面１１ｃ′に当接し、前記カラー部材１９の下端面１９ｂは前記フランジ部材１７の押圧面１７ａに当接している。

本実施例において、前記軸受装置４を装着するには、前記外輪押え２０及びフランジ部材１７を外した状態で、第１玉軸受１０，内輪間座１５，外輪間座１６，及び第２玉軸受１０′を、主軸２の軸受装着部２ｂと、主軸頭５の軸受装着部５ａとの間に挿入し、外輪押え２０を主軸頭５の下端面５ｃに装着し、複数個のボルト２１を均一トルクで締め付ける。続いて、主軸２と外輪押え２０との間にカラー部材１９を挿入し、さらに前記フランジ部材１７を装着し、前記複数個のボルト１８を均一且つ、各軸受の内輪及び内輪間座剛性よりも大となるトルクで締め付ける。

すると、前記外輪押え２０による押付力が第２玉軸受１０′の外輪１２′から外輪間座１６を介して第１玉軸受１０の外輪１２に作用する。また前記フランジ部材１７による押付力が前記カラー部材１９を介して前記第２玉軸受１０′の内輪１１′に伝わり、さらに内輪間座１５を介して前記第２玉軸受１０′の内輪１１に作用する。前記ボルト２１及び１８を締め込むに伴って、前記カラー部材、前記第２玉軸受１０′の内輪１１′、内輪間座１５、及び第１玉軸受け１０の内輪１１が軸方向の押圧力を受けて密着する事により固定される。

本実施例によれば、第１玉軸受１０の内輪１１の軸方向上端面（一端面）１１ｄに当接する第１端面２ｆと、フランジ部材１７の押圧面１７ａを密着させる第２端面２ｃとをワークの着脱を行わない同一工程で加工できるので、前記第１端面２ｆと第２端面２ｃとの平行度を高くできる。また、前記フランジ部材１７の押圧面１７ａ及びカラー部材１９の上，下端面１９ａ，１９ｂは平面研磨加工のみで精度を確保できる。そのため、前記フランジ部材１７を、複数個のボルト１８を均一且つ、各軸受の内輪及び内輪間座剛性よりも大となるトルクで締め付けることにより、フランジ部材１７の押圧面１７ａを主軸２の第２端面２ｃに密着固定することができ、前記フランジ部材１７による押付力を前記カラー部材１９を介して第１，第２玉軸受１０，１０′に均一に作用させることができ、必要な予圧力を確保できる。その結果、従来構造のような主軸が曲がるといった問題を回避でき、組立性を確保できるとともに、主軸２ひいては工具ホルダ８の触れの問題を回避できる。

また、前記カラー部材１９の長さを調整することにより、軸受に作用する予圧力を調整することができ、必要な予圧力を確保できる。

さらにまた、前記第１，第２玉軸受１０，１０′を交換する場合は、前記フランジ部材１７及び外輪押え２０を取り外すだけで済み、従来構造のようなモータやナット部材を取り外す必要が無いため、軸受交換作業が容易である。

なお、前記実施例では、第２玉軸受１０′とフランジ部材１７との間にカラー部材１９を設けた場合を説明したが、本発明では、このカラー部材は必ずしも設けなくても良い。カラー部材を設けない場合は、第２玉軸受１０′の内輪１１′の端面１１ｃ′が前記第２端面２ｃから下方に僅かに突出するように構成することにより、フランジ部材１７により第２玉軸受１０′の内輪１１′を直接押圧し、もって予圧力を与えることができる。

また、前記実施例では、第１玉軸受１０及び第２玉軸受１０′を有する場合を説明したが、本発明は、玉軸受を１個又は３個以上有する場合にも適用できる。

さらには、前記フランジ部材１７を固定する複数個のボルト１８の締付けトルクは均一である事が望ましいものの、前記第１端面２ｆと第２端面２ｃとの平行度が確保されている以上、前記フランジ部材を第２端面２ｃに対して十分密着させる事の出来るトルクであれば、そのトルクは必ずしも均一でなくてもよい。

２ 主軸
２ｂ 軸受装着部
２ｃ 第２端面
２ｆ 第１端面
５ 主軸頭
５ａ 軸受装着部
１０，１０′ 第１，第２玉軸受
１１，１１′ 内輪
１２，１２′ 外輪
１３，１３′ 複数の玉
１７ フランジ部材
１７ａ 押圧面
１９ カラー部材

Claims (2)

1. 内輪と外輪との間に複数の玉を介在させてなる第１玉軸受と第２玉軸受を、内輪同士の間に軸方向位置を規制する内輪間座を、外輪同士の間に軸方向位置を規制する外輪間座をそれぞれ介在させると共に、主軸の外周面と主軸頭の内周面との間に配置することにより、主軸を主軸頭により回転自在に支持する工作機械の、前記玉軸受に軸方向の予圧力を作用させる軸受予圧構造において、
   前記主軸の外周面の軸受装着部には、該外周面から軸心と反対側に突出し、前記第１玉軸受の内輪の軸方向一端面に当接する第１端面が形成され、
   前記主軸の外周面の軸受装着部の、前記第２玉軸受の内輪の前記第１軸受と反対側の他端面から軸方向に所定寸法離れた部位に、第２端面が、前記第１端面と平行に、かつ前記外周面から軸心側に段落ちするように形成され、
   前記第２端面には、フランジ部材が、該フランジ部材の押圧面が該第２端面に密着するように、かつ着脱可能に装着されており、
   前記第２玉軸受の内輪の前記他端面と前記フランジ部材の押圧面との間に、前記軸受装着部に対してスライド可能のカラー部材が介在されている
   ことを特徴とする工作機械の軸受予圧構造。
2. 請求項１に記載の工作機械の軸受予圧構造において、
   前記カラー部材の長さを調整することにより予圧力を調整可能とした
   ことを特徴とする工作機械の軸受予圧構造。

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