JP6417779B2 - Spindle device and machine tool equipped with the same - Google Patents
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本発明は、主軸装置及びそれを備えた工作機械に関し、より詳細には、工作機械や一般産業機械に使用されるビルトインモータタイプの高速回転用主軸装置、及びそれを備えた一般工作機械又は複合加工工作機械に関する。 The present invention relates to a spindle device and a machine tool including the spindle device, and more particularly, to a built-in motor type spindle device for high-speed rotation used in a machine tool or a general industrial machine, and a general machine tool or a composite machine including the spindle device. It relates to processing machine tools.
図6は、特許文献1に記載のビルトインモータタイプの主軸装置の構造を示している。図6では、主軸頭101のハウジングを前部ハウジング102と後部ハウジング103とに分割し、両者をボルト104で締結する。主軸105は、前側軸受106、107を介して前部ハウジング102に支持されるとともに、後側軸受108、109及び軸受ケース110を介して、後部ハウジング103に支持される。また、主軸105は、ビルトインモータのロータ111と、工具をクランプするためのドローバー112等を備える。
FIG. 6 shows the structure of a built-in motor type spindle device described in Patent Document 1. In FIG. 6, the housing of the
ところで、ビルトインモータのステータ113の軸方向両端部には、エンドコイル114と呼ばれるステータコイルの渡り部が突出している。図6の主軸装置では、前側軸受108、109が内嵌される前部ハウジング102は、エンドコイル114の軸方向外側に形成されており、前後軸受106、107、108、109間のスパンが大きくなっている。そのため、主軸105の全長が長くなって、全体寸法が大きくなるという問題があった。
By the way, the transition part of the stator coil called the
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸の前後軸受間スパンを短くすることができ、それにより回転軸の全長を短くして、全体の軸方向寸法の短縮を図るようにした主軸装置及びそれを備えた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 circumstances, and an object of the present invention is to shorten the span between the front and rear bearings of the rotary shaft, thereby shortening the overall length of the rotary shaft and reducing the overall axial dimension. It is an object of the present invention to provide a spindle device and a machine tool provided with the same.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 回転軸が前側及び後側軸受を介してハウジングに回転自在に支持されるとともに、前記回転軸がビルトインモータによって回転駆動される主軸装置であって、
前記ハウジングは、前記ビルトインモータのステータが取付けられる外筒ハウジングと、該外筒ハウジングの前部に設けられ、前記前側軸受の外輪が内嵌される前側軸受ハウジングと、前記外筒ハウジングの後部に設けられ、前記後側軸受の外輪が内嵌、又は、軸受スリーブを介して支持される後側軸受ハウジングと、を有し、
前記前側軸受ハウジングは、外周面が大径外周面と小径外周面とを有する段付き形状に形成され、
前記前側軸受ハウジングの小径外周面の少なくとも一部は、前記ステータのエンドコイルと半径方向から見てオーバーラップするように、前記ステータのエンドコイルの内側に配置され、
前記前側軸受は、前記ビルトインモータ寄りのモータ側軸受と、該モータ側軸受に対して前記ビルトインモータから離れた反モータ側軸受と、を備え、
前記モータ側軸受は、前記反モータ側軸受よりも外径寸法を小さくし、前記前側軸受ハウジングの小径外周面と半径方向から見てオーバーラップする位置で、前記前側軸受ハウジングに内嵌され、
前記前側軸受において、前記モータ側軸受と前記反モータ側軸受との各外輪間には外輪間座が配置され、
前記外輪間座は、反モータ側端部で前記反モータ側端部の外輪に接触すると共に、モータ側端部で前記前側軸受ハウジングの内周面に形成された肩部及び前記モータ側軸受の外輪に接触するように形成されることを特徴とする主軸装置。
(2) 前記モータ側軸受は、前記反モータ側軸受と等しい内径寸法を有することを特徴とする(1)に記載の主軸装置。
(3) 前記モータ側軸受と前記反モータ側軸受とは、互いに背面組合せされて、定位置予圧が付与されるアンギュラ玉軸受であり、
前記モータ側軸受の外輪は、嵌め合いすきまを持って、前記前側軸受ハウジングに内嵌されることを特徴とする(1)または(2)に記載の主軸装置。
(4) 前記モータ側軸受と前記反モータ側軸受とは、互いに背面組合せされて、定位置予圧が付与されるアンギュラ玉軸受であり、
前記モータ側軸受の外輪は、軸方向すきまを持って、前記前側軸受ハウジングに対して軸方向に位置決めされることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の主軸装置。(5) 前記後側軸受の外輪が前記軸受スリーブに内嵌されるとともに、前記軸受スリーブが前記後側軸受ハウジングに内嵌され、
前記軸受スリーブの少なくとも一部は、前記ステータのエンドコイルと径方向から見てオーバーラップするように、前記ステータのエンドコイルの内側に配置されることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の主軸装置。
(6) 前記後側軸受の外輪は、前記後側軸受ハウジングに内嵌され、
前記後側軸受ハウジングの少なくとも一部は、前記ステータのエンドコイルと径方向から見てオーバーラップするように、前記ステータのエンドコイルの内側に配置されることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の主軸装置。
(7) (1)〜(6)のいずれかに記載の主軸装置を備えたことを特徴とする工作機械。
(8) 前記主軸装置がチルト機構又は旋回機構に搭載されていることを特徴とする(7)に記載の工作機械。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) A main shaft device in which a rotating shaft is rotatably supported by a housing via front and rear bearings, and the rotating shaft is rotationally driven by a built-in motor,
The housing includes an outer cylinder housing to which a stator of the built-in motor is mounted, a front bearing housing in which an outer ring of the front bearing is fitted, and a rear part of the outer cylinder housing. A rear bearing housing, wherein the outer ring of the rear bearing is internally fitted or supported via a bearing sleeve,
The front bearing housing is formed in a stepped shape having an outer peripheral surface having a large-diameter outer peripheral surface and a small-diameter outer peripheral surface,
At least a part of the small-diameter outer peripheral surface of the front bearing housing is arranged inside the end coil of the stator so as to overlap with the end coil of the stator when viewed from the radial direction,
The front bearing includes a motor side bearing closer to the built-in motor, and an anti-motor side bearing away from the built-in motor with respect to the motor side bearing,
The motor-side bearing has a smaller outer diameter than the anti-motor-side bearing, and is fitted into the front-side bearing housing at a position overlapping the small-diameter outer peripheral surface of the front-side bearing housing when viewed from the radial direction ,
In the front bearing, an outer ring spacer is disposed between the outer rings of the motor side bearing and the counter motor side bearing,
The outer ring spacer is in contact with the outer ring of the non-motor side end at the non-motor side end, and at the motor side end is a shoulder formed on the inner peripheral surface of the front bearing housing and the motor side bearing. A main shaft device formed so as to contact an outer ring .
(2) The spindle device according to (1), wherein the motor side bearing has an inner diameter dimension equal to that of the anti-motor side bearing.
(3) The motor-side bearing and the anti-motor-side bearing are angular contact ball bearings that are combined with each other on the back and to which a fixed position preload is applied,
The spindle device according to (1) or (2), wherein the outer ring of the motor side bearing is fitted into the front bearing housing with a fitting clearance.
(4) The motor-side bearing and the anti-motor-side bearing are angular contact ball bearings that are combined with each other on the back and to which a fixed position preload is applied,
The spindle device according to any one of (1) to (3), wherein the outer ring of the motor side bearing is positioned in the axial direction with respect to the front bearing housing with an axial clearance. (5) The outer ring of the rear bearing is fitted into the bearing sleeve, and the bearing sleeve is fitted into the rear bearing housing,
(1) to (4), wherein at least a part of the bearing sleeve is disposed inside the end coil of the stator so as to overlap the end coil of the stator when viewed from the radial direction. The spindle device according to any one of the above.
(6) The outer ring of the rear bearing is fitted into the rear bearing housing,
(1) to (4), wherein at least a part of the rear bearing housing is disposed inside the end coil of the stator so as to overlap the end coil of the stator when viewed from the radial direction. ) The spindle device according to any one of the above.
(7) A machine tool comprising the spindle device according to any one of (1) to (6).
(8) The machine tool according to (7), wherein the spindle device is mounted on a tilt mechanism or a turning mechanism.
本発明によれば、前側軸受ハウジングは、外周面が大径外周面と小径外周面とを有する段付き形状に形成され、前側軸受ハウジングの小径外周面の少なくとも一部は、ステータのエンドコイルと半径方向から見てオーバーラップするように、ステータのエンドコイルの内側に配置され、前側軸受は、ビルトインモータ寄りのモータ側軸受と、該モータ側軸受に対してビルトインモータから離れた反モータ側軸受と、を備え、モータ側軸受は、反モータ側軸受よりも外径寸法を小さくし、ハウジングの小径外周面と半径方向から見てオーバーラップする位置で、前側軸受ハウジングに内嵌される。従って、前後軸受間のスパンを短くすることができ、回転軸の全長の短縮に貢献することができ、それにより、主軸装置の軸方向寸法のコンパクト化と軽量化を図ることができる。また、回転軸の前後軸受間スパンの減少により、軸の固有振動数を高くすることができて、最高回転数をより高速にすることも可能となり、動剛性が高くなることで、振動を小さく抑えることも可能となる。また、回転部のイナーシャ減により、急加速性の向上と電力減による省エネ効果も期待できる。また、チルト機構や旋回機構に搭載する場合は、主軸装置のコンパクト化と軽量化により、チルト機構や旋回機構の構造のコンパクト化も図れる。 According to the present invention, the front bearing housing is formed in a stepped shape having an outer peripheral surface having a large-diameter outer peripheral surface and a small-diameter outer peripheral surface, and at least a part of the small-diameter outer peripheral surface of the front bearing housing is an end coil of the stator. The front bearing is arranged inside the end coil of the stator so as to overlap when viewed from the radial direction, and the front bearing is a motor-side bearing near the built-in motor, and the anti-motor-side bearing separated from the built-in motor with respect to the motor-side bearing The motor-side bearing has a smaller outer diameter than the non-motor-side bearing, and is fitted into the front bearing housing at a position overlapping the small-diameter outer peripheral surface of the housing when viewed from the radial direction. Therefore, the span between the front and rear bearings can be shortened, contributing to the shortening of the overall length of the rotary shaft, thereby making it possible to reduce the axial dimension of the spindle device and reduce its weight. In addition, by reducing the span between the front and rear bearings of the rotating shaft, the natural frequency of the shaft can be increased, the maximum rotational speed can be increased, and the dynamic rigidity is increased to reduce vibration. It can also be suppressed. In addition, by reducing the inertia of the rotating part, an improvement in rapid acceleration and an energy saving effect by reducing power can be expected. In addition, when mounted on a tilt mechanism or a turning mechanism, the structure of the tilt mechanism or the turning mechanism can be made compact by making the spindle device compact and lightweight.
以下、本発明の各実施形態に係る主軸装置について図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a spindle device according to each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1に示す、本実施形態の主軸装置Mは、ビルトインモータタイプのものであり、チルト機構や旋回機構を有する工作機械に組み付けて使用される。主軸装置Mは、回転軸80が前側及び後側軸受40、60を介してハウジングHに回転自在に支持されるとともに、回転軸80がビルトインモータ70によって回転駆動される。
(First embodiment)
A spindle device M of the present embodiment shown in FIG. 1 is of a built-in motor type, and is used by being assembled in a machine tool having a tilt mechanism and a turning mechanism. In the spindle device M, the
ハウジングHは、図示しない工作機械のブラケットに固定される外筒ハウジング10と、外筒ハウジング10の前部に設けられた前側軸受ハウジング20と、外筒ハウジング10の後部に設けられた後側軸受ハウジング30と、後側軸受ハウジング30の内側に配置され、後側軸受ハウジング30に対して軸方向に相対移動可能な軸受スリーブ36と、を有する。
The housing H includes an
図2にも示すように、前側軸受40は、前側軸受ハウジング20と回転軸80の前部との間に配置され、ビルトインモータ寄りのモータ側軸受41と、該モータ側軸受41に対してビルトインモータ70から離れた反モータ側軸受42と、を備える。モータ側軸受41と反モータ側軸受42は、前側軸受ハウジング20に内嵌される外輪41a,42aと、回転軸80に外嵌される内輪41c,42cと、外輪41a,42aと内輪41c,42cとの間でそれぞれ接触角を持って転動する転動体として複数の玉41b,42bを有するアンギュラ玉軸受であり、外輪間座43,内輪間座45を介して背面組み合わせされている。
As shown in FIG. 2, the front bearing 40 is disposed between the
また、外輪41a,42aは、以下に詳述するが、前側軸受ハウジング20と、前側軸受ハウジング20に固定される外輪抑え部材47との間で、外輪間座43、44を介して軸方向に位置決めされる。さらに、内輪41c,42cは、回転軸80に形成されたねじ溝80aに軸受固定ナット86を回転軸80の段部80dに向けて締付けることで、内輪間座45、46を介して軸方向に固定され、これにより、軸受41,42には予圧が付与される。
Further, the
なお、軸受固定ナット86は、後述するステータ71のエンドコイル73の内側で、前側軸受ハウジング20の後端部とロータ72(本実施形態では、ロータスリーブ81)の前端部との間に配置される。また、軸受固定ナット86が螺合するねじ溝80aは、前側軸受40が嵌合する回転軸80の外周面に形成され、ロータスリーブ81が嵌合する外周面より大径に形成されている。また、回転軸80の刃物側端部の外周面は、前側軸受40が嵌合する回転軸80の外周面よりも大径に形成され、また、外輪間座44とともにラビリンスシール構造を形成するシール部80eを有する。したがって、回転軸80は、刃物側端部から後方に向かって断続的に外周面が縮径するように形成されている。
The
また、図3に示すように、後側軸受60も、軸受スリーブ36と回転軸80の後部との間に配置され、ビルトインモータ寄りのモータ側軸受61と、該モータ側軸受61に対してビルトインモータ70から離れた反モータ側軸受62と、を備える。モータ側軸受61と反モータ側軸受62は、軸受スリーブ36に内嵌される外輪61a,62aと、回転軸80に外嵌される内輪61c,62cと、外輪61a,62aと内輪61c,62cとの間でそれぞれ接触角を持って転動する転動体として複数の玉61b,62bを有するアンギュラ玉軸受であり、外輪間座63,内輪間座64を介して背面組み合わせされている。
Further, as shown in FIG. 3, the
また、外輪61a,62aは、軸受スリーブ36と、軸受スリーブ36に固定される外輪抑え部材65との間で、外輪間座63を介して軸方向に位置決めされる。また、内輪61c,62cは、回転軸80に形成されたねじ溝80bに軸受固定ナット87を回転軸80の段部80fに向けて締付けることで、内輪間座66及び速度センサ95の被検出部用リング部材67を介して軸方向に固定され、これにより、軸受61,62には、予圧が付与される。
The outer rings 61 a and 62 a are positioned in the axial direction between the bearing
図1に戻って、ビルトインモータ70は、前側軸受40と後側軸受60との間のスペースに配置され、外筒ハウジング10の内周に冷却筒11を介して固定されたステータ71と、回転軸80の外周に設けられたロータスリーブ81に焼き嵌めされたロータ72と、を有し、ステータ71の軸方向両端部には、ステータコイルのエンドコイル73が略環状の凸部として突出している。なお、ロータスリーブ81は、回転軸80の外周上に焼バメ締結されている。
Returning to FIG. 1, the built-in
また、外筒ハウジング10の内周面には、冷却用溝10aが形成され、冷却筒11が内嵌されることで、冷却経路を構成する。さらに、互いに嵌合する外筒ハウジング10の内周面と、前側軸受ハウジング20の外周面との間にも、前側軸受ハウジング20の外周面に冷却油溝20aが形成されることで、他の冷却経路を構成している。
In addition, a cooling
回転軸80の内径部には、軸方向に延びるドローバー93と、ドローバー93の先端側に設けられ、図示しない工具ホルダを回転軸80のテーパ部80cに固定するためのクランピングユニット90と、ドローバー93と回転軸80との間に設けられ、クランピングユニット90を反工具側に引き込む皿バネ94と、が組み込まれている。また、後側軸受ハウジング30の後方には、回転軸80の内径部に組み込まれた皿バネ94を圧縮して工具ホルダをアンクランプする図示しないアンクランプユニットが取り付けられている。
A
ここで、図2に示すように、本実施形態では、前側軸受ハウジング20は、外周面が外筒ハウジング10の内周面と嵌合する大径外周面21と、該大径外周面21より小径の小径外周面22とを有する段付き形状に形成される。また、前側軸受ハウジング20の小径外周面22の少なくとも一部は、ステータ71のエンドコイル73と半径方向から見てオーバーラップするように、ステータ71のエンドコイル73の内側に配置される。
Here, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the
また、前側軸受40において、モータ側軸受41は、反モータ側軸受42よりもサイズの小さなもの、具体的には、反モータ側軸受42よりも外径寸法を小さくする一方、内径寸法を等しくしたものが使用されている。
Further, in the
そして、モータ側軸受41は、前側軸受ハウジング20の小径外周面22と半径方向から見てオーバーラップする位置で、前側軸受ハウジング20に内嵌される。前側軸受ハウジング20の内周面は、モータ側軸受41が内嵌される小径内周面23と、反モータ側軸受42や外輪間座43、44が内嵌される大径内周面24とで段付き形状に形成されている。また、本実施形態では、モータ側軸受41は、ステータ71のエンドコイル73と半径方向から見てオーバーラップするように、ステータ71のエンドコイル73の内側に配置される。
The motor-
なお、本実施形態では、モータ側軸受41は、反モータ側軸受42と等しい内径寸法を有しているが、必要に応じて、モータ側軸受41は、反モータ側軸受42よりも内径寸法を小さくしてもよい。 In the present embodiment, the motor side bearing 41 has the same inner diameter dimension as the anti-motor side bearing 42, but the motor side bearing 41 has an inner diameter dimension larger than that of the anti-motor side bearing 42 as necessary. It may be small.
反モータ側軸受42の外輪外径と前側軸受ハウジング20の内径の嵌め合いすきまL1は、モータ側軸受41の外輪外径と前側軸受ハウジング20の内径の嵌め合いすきまL2より小さくしている(L1<L2)。
The fitting clearance L1 between the outer ring outer diameter of the non-motor side bearing 42 and the inner diameter of the
即ち、反モータ側軸受42の外輪外径と前側軸受ハウジング20の内径の嵌め合いすきまL1は、直径すきまで、0μm〜20μm程度とし、より好ましくは、0μm〜10μm程度としている。
一方、モータ側軸受41の外輪外径と前側軸受ハウジング20の内径の嵌め合いすきまL2は、直径すきまで、10μm〜5mm程度のすきま(=ΔR)程度としている。
That is, the fitting clearance L1 between the outer diameter of the non-motor side bearing 42 and the inner diameter of the
On the other hand, the fitting clearance L2 between the outer diameter of the outer ring of the motor side bearing 41 and the inner diameter of the
モータ側軸受41の外輪外径と前側軸受ハウジング20の内径との嵌め合いすきまL2(=ΔR)を大きくすることで、高速回転中に、遠心力や内外輪温度差により発生する内部予圧の増加により、当該すきま部分で外輪41aが膨張する。該外輪41aの膨張作用は予圧が抜ける方向に作用し、前側軸受40全体としての予圧増加を軽減する効果がある。したがって、モータ側軸受41のみならず、前側軸受40全体の焼付きを防止することができる。
Increasing the internal clearance between the outer ring outer diameter of the motor-
なお、嵌め合いすきまL2が5mmを越えると、軸受内径がφ100mm以下(標準的なスピンドルサイズ)の軸受の場合、反モータ側軸受42の外輪42aを固定する肩部平面が確保できなくなる。
一方、嵌め合いすきまL2が10μmより小さいと、外輪41aが膨張した際、該すきま部分がなくなり、予圧軽減効果が不十分となる。なお、嵌め合いすきまL2は、実用的には、10〜200μm程度が望ましい。
When the fitting clearance L2 exceeds 5 mm, in the case of a bearing having a bearing inner diameter of φ100 mm or less (standard spindle size), it is impossible to secure a shoulder plane that fixes the
On the other hand, if the fitting clearance L2 is smaller than 10 μm, when the
また、本実施形態では、反モータ側軸受42の外輪42aは、一端側が前側軸受ハウジング20の肩部25に外輪間座43を介して接触固定され(または、直接、接触固定されてよい)、他端側が外輪間座44を介して外輪抑え部材47で固定されて、軸方向に位置決めされている。
In the present embodiment, the
一方、モータ側軸受41の外輪41aは、一端部が外輪間座43を介して反モータ側軸受42に固定され(または、反モータ側軸受42に直接接触固定されてもよい)、他端部が前側軸受ハウジング20の他の肩部26との間に軸方向すきま(ΔA)を設けて、配置されている。軸方向すきまΔAは、ΔA>0であれば、特に数値は問わない。
この場合、前側軸受ハウジング20の肩部25に接触する外輪間座43は、両端部の切欠き部分の内径寸法を異ならせており、モータ側端部は、外輪41aと当接するように反モータ側端部よりも小径に形成されている。
On the other hand, one end of the
In this case, the
特に、精密スピンドルの場合、外輪41a,42aの締め付け時の歪な変形を抑えるため、押し付け代の精度管理は、数μm〜十数μmのバラつきに抑える必要が有り、外径寸法が異なる2つの軸受41、42を、それぞれ肩部25、26に同時に適正な押し付け代で固定するのは非常に困難である。
一方、本実施形態のように、軸方向すきま(ΔA)を設ける、つまり、軸受41の外輪単体幅と小径内周面23の幅の各単体部品の加工誤差を考慮して、ΔA>0となるように軸受41の外輪単体幅と小径内周面23の幅の寸法を加工設定しておけば、主軸組立時の後加工や微調整が不要となる。前側軸受40の軸方向の固定は、大径内周面24の幅に対して、軸受42の外輪単体幅、外輪間座43、44との寸法差を確認した後、外輪抑え部材47の幅を調整するのみで可能となる(日常、実施されるスピンドル組込作業と同様)。
仮に、本発明と異なり、軸受41も同時に前側軸受40と同一の押え代で締め付けようとした場合、さらに、軸受41の外輪単体幅に対して、小径内周面23の幅(肩部25、26間の距離)の数μmレベルの調整が必要となり、加工部位が穴の奥部であることから微調整加工が極めて困難である。
In particular, in the case of a precision spindle, in order to suppress distortion deformation when tightening the
On the other hand, as in this embodiment, an axial clearance (ΔA) is provided, that is, ΔA> 0 in consideration of machining errors of individual parts of the outer ring single body width of the
Temporarily, unlike the present invention, when the
なお、通常、固定側軸受となる前側(刃物側)軸受40は剛性及び回転精度確保のため定位置予圧が負荷されているので、モータ側軸受41の外輪41aは、予圧により外輪間座43と密着嵌合している。したがって、反モータ側軸受42が図2にように固定されていれば、上記すきま(ΔR及びΔA)があっても、モータ側軸受41の外輪41aが回転中に内輪41cと共回りすることはない。
また、本構成としても、加工中に主軸に負荷されるラジアル荷重は、サイズが大きく、負荷容量が大きい、反モータ側軸受42によって負荷されるので、支障がない。
Normally, the front side (blade side) bearing 40, which is a fixed side bearing, is loaded with a fixed position preload in order to ensure rigidity and rotational accuracy. Therefore, the
Also in this configuration, the radial load applied to the main shaft during machining is loaded by the non-motor-
以上のように、本実施形態の構成の主軸装置Mでは、前側軸受ハウジング20は、外周面が大径外周面21と小径外周面22とを有する段付き形状に形成され、前側軸受ハウジング20の小径外周面22の少なくとも一部は、ステータ71のエンドコイル73と半径方向から見てオーバーラップするように、ステータ71のエンドコイル73の内側に配置され、前側軸受40は、ビルトインモータ寄りのモータ側軸受41と、該モータ側軸受41に対してビルトインモータ70から離れた反モータ側軸受42と、を備え、モータ側軸受41は、反モータ側軸受42よりも外径寸法を小さくし、前側軸受ハウジング20の小径外周面22と半径方向から見てオーバーラップする位置で、前側軸受ハウジング20に内嵌される。
これにより、外径の小さいモータ側軸受41を、エンドコイル73内に配置でき、スピンドルの短寸化が図れ、回転軸80の全長の短縮に貢献することができ、それにより、主軸装置Mの軸方向寸法のコンパクト化と軽量化を図ることができる。
As described above, in the spindle device M having the configuration of the present embodiment, the
As a result, the motor-
また、回転軸80の前後軸受40、60間スパンの減少により、回転軸80の固有振動数を高くすることができて、最高回転数をより高速にすることも可能となり、動剛性が高くなることで、振動を小さく抑えることも可能となる。また、回転部のイナーシャ減により、急加速性の向上と電力減による省エネ効果も期待できる。また、チルト機構や旋回機構に搭載する場合は、主軸装置Mのコンパクト化と軽量化により、チルト機構や旋回機構の構造のコンパクト化も図れる。
Further, by reducing the span between the front and
また、本実施形態では、モータ側軸受41は、反モータ側軸受42と等しい内径寸法を有しており、即ち、反モータ側軸受(つまり、切削荷重を負荷する刃物側軸受)42に負荷容量の大きい軸受が採用されている。これにより、反モータ側軸受42によって、大きな切削荷重を負荷することができ、軸受の疲れ寿命の延長も確保できる。
さらに、ロータ72の発熱により熱的負荷を受けやすいモータ側軸受41のdmn(dm:玉ピッチ円直径とn:回転数(min-1)との積)値が小さくでき、高速回転時に生じやすいモータ側軸受41の焼付きを防止することができる。
In the present embodiment, the motor-
Further, the dmn (dm: product of ball pitch circle diameter and n: rotation number (min- 1 )) value of the motor-
また、本実施形態では、軸受スリーブ36は、ステータ71のエンドコイル73と径方向から見てオーバーラップするように、ステータ71のエンドコイル73の内側に配置される円筒部37を有するので、回転軸80の全長をさらに短縮することができる。さらに、後側軸受60のモータ側軸受61がステータ71のエンドコイル73の内側に配置されるので、回転軸80の全長をより効果的に短縮することができる。
In the present embodiment, the bearing
なお、本実施形態の変形例として、それぞれ、前側軸受40を並列組合せ軸受、後側軸受60を並列組合せ軸受とし、両者間にコイルばね等を軸方向に荷重が作用するように配置して、定圧予圧(軸方向)を構成する主軸構造(主軸全体として、接触角がハの字となった4列背面組合せ軸受で構成)としてもよい。
As a modification of the present embodiment, the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る主軸装置について図4に基づいて詳細に説明する。なお、第1実施形態と同一または同等部分については、同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, a spindle device according to a second embodiment of the present invention will be described in detail based on FIG. Note that the same or equivalent parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
第1実施形態では、後側軸受60として、組合せアンギュラ玉軸受が使用されていたが、本実施形態では、図4に示すように、後側軸受60として、単列円筒ころ軸受68が使用されている。
In the first embodiment, a combination angular contact ball bearing is used as the
このため、円筒ころ軸受68の外輪68aは、後側軸受ハウジング30に直接内嵌されており、後側軸受ハウジング30に固定される外輪抑え部材65によって軸方向に固定される。また、円筒ころ軸受68の内輪68cは、回転軸80に外嵌され、ねじ溝80bに軸受固定ナット87を締め付けることで、内輪間座69、被検出部用リング部材67を介して、軸方向に固定される。外輪68aと内輪68cとの間には、複数の円筒ころ68bが配置される。
For this reason, the
後側軸受ハウジング30は、ステータ71のエンドコイル73と径方向から見てオーバーラップするように、ステータ71のエンドコイル73の内側に配置される円筒部31を有する。したがって、単列円筒ころ軸受68を用いることで、第1実施形態の主軸装置と比べて、さらに短寸化を図ることができる。
また、本実施形態のように、円筒ころ軸受68の少なくとも一部を、径方向から見て、エンドコイル73とオーバーラップさせることで、さらに、短寸化を図ることができる。
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
Further, as in the present embodiment, at least a part of the
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る主軸装置について図5に基づいて詳細に説明する。なお、第1及び第2実施形態と同一または同等部分については、同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。
(Third embodiment)
Next, a spindle device according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Note that the same or equivalent parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
本実施形態では、図5に示すように、前側軸受40は、反モータ側軸受42を大サイズの2つの並列組合せアンギュラ玉軸受とし、モータ側軸受41を小サイズの2つの並列組合せアンギュラ玉軸受とし、両者を内輪間座45、46および外輪間座43、44を挟んで、4列背面組合せアンギュラ玉軸受で構成している。
また、後側軸受60としては、第2実施形態と同様に、単列円筒ころ軸受68が使用されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
Further, as the
この実施形態においても、4列背面組合せアンギュラ玉軸受のうち、モータ側軸受41の外径寸法を小さくし、モータ側軸受41の少なくとも一部は、前側軸受ハウジング20の小径外周面22と半径方向から見てオーバーラップする位置で、前側軸受ハウジング20に内嵌されるので、短寸化を保持しつつ、軸受の負荷容量増加により、スピンドルの長寿命化を図ることができる。
その他の構成及び作用については、第1及び第2実施形態のものと同様である。
Also in this embodiment, the outer diameter dimension of the motor side bearing 41 of the four-row rear combination angular ball bearing is reduced, and at least a part of the motor side bearing 41 is in the radial direction with the small diameter outer
Other configurations and operations are the same as those in the first and second embodiments.
また、本実施形態では、4列背面組合せアンギュラ玉軸受の各アンギュラ玉軸受間に内輪間座及び外輪間座が配置されているが、各内輪間座及び外輪間座をなくして、さらに短寸化を図ってもよい。 In the present embodiment, the inner ring spacer and the outer ring spacer are arranged between the angular contact ball bearings of the four-row rear combination angular contact ball bearing. You may plan.
また、本実施形態の4列背面組合せアンギュラ玉軸受の構成は、第1実施形態や第2実施形態の前側軸受に適用されてもよく、後側軸受ハウジングや軸受スリーブ、後側軸受をエンドコイル73とオーバーラップさせるように構成してもよい。 Further, the configuration of the four-row back side angular contact ball bearing of this embodiment may be applied to the front bearing of the first embodiment or the second embodiment, and the rear bearing housing, the bearing sleeve, and the rear bearing are connected to the end coil. You may comprise so that it may overlap with 73.
尚、本発明は、上述した実施形態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。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably.
例えば、後側軸受についても、2列以上の組合せアンギュラ玉軸受を適用する場合、前側軸受と同様に、反モータ側軸受外輪外径>モータ側軸受外輪外径とするなど、前側軸受と同様の構成をしてもよい。
また、本発明の前側軸受は、第3実施形態で説明したように、モータ側軸受が複数で構成されてもよく、反モータ側軸受も複数で構成されてもよい。
For example, when two or more rows of angular contact ball bearings are applied to the rear bearing, the same as the front bearing, for example, the outer diameter of the outer ring of the motor-side bearing is larger than the outer diameter of the outer ring of the motor-side bearing. You may make a configuration.
Further, as described in the third embodiment, the front bearing of the present invention may include a plurality of motor-side bearings and may include a plurality of anti-motor-side bearings.
M 主軸装置
10 外筒ハウジング
20 前側軸受ハウジング
21 大径外周面
22 小径外周面
30 後側軸受ハウジング
36 軸受スリーブ
40 前側軸受
41 モータ側軸受
42 反モータ側軸受
60 後側軸受
61 モータ側軸受
62 反モータ側軸受
70 ビルトインモータ
71 ステータ
72 ロータ
73 エンドコイル
80 回転軸
Claims (8)
前記ハウジングは、前記ビルトインモータのステータが取付けられる外筒ハウジングと、該外筒ハウジングの前部に設けられ、前記前側軸受の外輪が内嵌される前側軸受ハウジングと、前記外筒ハウジングの後部に設けられ、前記後側軸受の外輪が内嵌、又は、軸受スリーブを介して支持される後側軸受ハウジングと、を有し、
前記前側軸受ハウジングは、外周面が大径外周面と小径外周面とを有する段付き形状に形成され、
前記前側軸受ハウジングの小径外周面の少なくとも一部は、前記ステータのエンドコイルと半径方向から見てオーバーラップするように、前記ステータのエンドコイルの内側に配置され、
前記前側軸受は、前記ビルトインモータ寄りのモータ側軸受と、該モータ側軸受に対して前記ビルトインモータから離れた反モータ側軸受と、を備え、
前記モータ側軸受は、前記反モータ側軸受よりも外径寸法を小さくし、前記前側軸受ハウジングの小径外周面と半径方向から見てオーバーラップする位置で、前記前側軸受ハウジングに内嵌され、
前記前側軸受において、前記モータ側軸受と前記反モータ側軸受との各外輪間には外輪間座が配置され、
前記外輪間座は、反モータ側端部で前記反モータ側端部の外輪に接触すると共に、モータ側端部で前記前側軸受ハウジングの内周面に形成された肩部及び前記モータ側軸受の外輪に接触するように形成されることを特徴とする主軸装置。 A rotary shaft is rotatably supported by the housing via front and rear bearings, and the rotary shaft is driven to rotate by a built-in motor.
The housing includes an outer cylinder housing to which a stator of the built-in motor is mounted, a front bearing housing in which an outer ring of the front bearing is fitted, and a rear part of the outer cylinder housing. A rear bearing housing, wherein the outer ring of the rear bearing is internally fitted or supported via a bearing sleeve,
The front bearing housing is formed in a stepped shape having an outer peripheral surface having a large-diameter outer peripheral surface and a small-diameter outer peripheral surface,
At least a part of the small-diameter outer peripheral surface of the front bearing housing is arranged inside the end coil of the stator so as to overlap with the end coil of the stator when viewed from the radial direction,
The front bearing includes a motor side bearing closer to the built-in motor, and an anti-motor side bearing away from the built-in motor with respect to the motor side bearing,
The motor-side bearing has a smaller outer diameter than the anti-motor-side bearing, and is fitted into the front-side bearing housing at a position overlapping the small-diameter outer peripheral surface of the front-side bearing housing when viewed from the radial direction ,
In the front bearing, an outer ring spacer is disposed between the outer rings of the motor side bearing and the counter motor side bearing,
The outer ring spacer is in contact with the outer ring of the non-motor side end at the non-motor side end, and at the motor side end is a shoulder formed on the inner peripheral surface of the front bearing housing and the motor side bearing. A main shaft device formed so as to contact an outer ring .
前記モータ側軸受の外輪は、嵌め合いすきまを持って、前記前側軸受ハウジングに内嵌されることを特徴とする請求項1または2に記載の主軸装置。 The motor-side bearing and the anti-motor-side bearing are angular contact ball bearings that are combined with each other on the back to be given a fixed position preload,
3. The spindle device according to claim 1, wherein an outer ring of the motor side bearing is fitted into the front bearing housing with a fitting clearance. 4.
前記モータ側軸受の外輪は、軸方向すきまを持って、前記前側軸受ハウジングに対して軸方向に位置決めされることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の主軸装置。 The motor-side bearing and the anti-motor-side bearing are angular contact ball bearings that are combined with each other on the back to be given a fixed position preload,
4. The spindle device according to claim 1, wherein the outer ring of the motor side bearing is positioned in the axial direction with respect to the front bearing housing with an axial clearance. 5.
前記軸受スリーブの少なくとも一部は、前記ステータのエンドコイルと径方向から見てオーバーラップするように、前記ステータのエンドコイルの内側に配置されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の主軸装置。 An outer ring of the rear bearing is fitted into the bearing sleeve, and the bearing sleeve is fitted into the rear bearing housing;
The at least part of the bearing sleeve is arranged inside the end coil of the stator so as to overlap with the end coil of the stator when viewed from the radial direction. 2. The spindle device according to item 1.
前記後側軸受ハウジングの少なくとも一部は、前記ステータのエンドコイルと径方向から見てオーバーラップするように、前記ステータのエンドコイルの内側に配置されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の主軸装置。 An outer ring of the rear bearing is fitted into the rear bearing housing,
The at least part of the said rear side bearing housing is arrange | positioned inside the end coil of the said stator so that it may overlap with the end coil of the said stator seeing from radial direction. The spindle device according to any one of the preceding claims.
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