JPH04294959A - Support device for spindle of machine tool - Google Patents

Support device for spindle of machine tool

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Publication number
JPH04294959A
JPH04294959A JP8360791A JP8360791A JPH04294959A JP H04294959 A JPH04294959 A JP H04294959A JP 8360791 A JP8360791 A JP 8360791A JP 8360791 A JP8360791 A JP 8360791A JP H04294959 A JPH04294959 A JP H04294959A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spindle
column
spindle head
rotational speed
vibration
Prior art date
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Pending
Application number
JP8360791A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiko Fukami
靖彦 深見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Machinery Ltd
Original Assignee
Murata Machinery Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Machinery Ltd filed Critical Murata Machinery Ltd
Priority to JP8360791A priority Critical patent/JPH04294959A/en
Publication of JPH04294959A publication Critical patent/JPH04294959A/en
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Abstract

PURPOSE:To restrain the vibration level of a spindle lower with the vibration frequency based on the rotation number of the spindle conformed to the proper vibration number of the whole spindle device being evaded. CONSTITUTION:One part of the spindle head 3 installed movably to a column 1 is engaged in a press-fitting state to the column 1 by engageable connection devices 6, 7. To this connection device 6, 7 an engaging drive command is given according to the rotation number of a spindle 4 from a rotation number responding engaging command means 10.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、マシニングセンタや
、ターニングセンタ、旋盤等に適用される工作機械のス
ピンドル支持装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spindle support device for a machine tool that is applied to machining centers, turning centers, lathes, and the like.

【0002】0002

【従来の技術】従来、スピンドルの高速回転化に対応す
べく、図4および図5に平面図および側面図で示すよう
に、モータ32をスピンドル31と一体化したビルトイ
ンモータ形式のスピンドルヘッド33が提案されている
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to cope with higher speed rotation of the spindle, a built-in motor type spindle head 33 in which a motor 32 is integrated with a spindle 31, as shown in plan and side views in FIGS. 4 and 5, has been used. Proposed.

【0003】このスピンドルヘッド33は、その両側部
に突出するフランジ33aとコラム34との間に設けた
リニアガイド17で上下移動自在に案内され、昇降駆動
源(図示せず)によって上下に移動可能とされている。 スピンドル31を包む形でモータ32が一体化されてい
るので、モータハウジング35はスピンドルヘッド33
の後部においてスピンドル31の軸線方向に延びており
、全体的にスピンドルヘッド33は片持ち状態でコラム
34に支持された構造となっている。
The spindle head 33 is guided in a vertically movable manner by a linear guide 17 provided between a flange 33a protruding from both sides thereof and a column 34, and is movable vertically by an elevating drive source (not shown). It is said that Since the motor 32 is integrated so as to surround the spindle 31, the motor housing 35 is attached to the spindle head 33.
The spindle head 33 extends in the axial direction of the spindle 31 at the rear thereof, and the spindle head 33 is generally supported by a column 34 in a cantilevered manner.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかし、スピンドル3
1の最高回転数の上昇に伴い、回転領域が拡大し、スピ
ンドルヘッド33の固有振動数とスピンドル31の回転
基本周波数とが一致し、共振により振動レベルがピーク
となる回転数が存在するようになった。そのためスピン
ドルヘッド33の後部つまりモータハウジング35側が
振動し、加工精度を低下させるという問題点がある。
[Problem to be solved by the invention] However, the spindle 3
As the maximum rotational speed of the spindle 31 increases, the rotational range expands, and the natural frequency of the spindle head 33 and the basic rotational frequency of the spindle 31 match, so that there is a rotational speed at which the vibration level reaches its peak due to resonance. became. Therefore, there is a problem in that the rear part of the spindle head 33, that is, the side of the motor housing 35 vibrates, reducing machining accuracy.

【0005】図6は、上記従来例におけるスピンドル3
1の回転数と、その振動レベルとの対応関係を示したグ
ラフであり、横軸は回転数を、縦軸は振動レベルをそれ
ぞれ表している。この図から明らかなように、スピンド
ル31の回転数がArpmおよびBrpmの付近で、振
動レベルのピークが現れている。つまり、これらの回転
数において、スピンドル31の回転基本周波数とスピン
ドルヘッド33の固有振動数とが一致し共振している。
FIG. 6 shows the spindle 3 in the above conventional example.
1 is a graph showing the correspondence between the number of rotations and its vibration level, where the horizontal axis represents the number of rotations and the vertical axis represents the vibration level. As is clear from this figure, the peak of the vibration level appears when the rotational speed of the spindle 31 is around Arpm and Brpm. That is, at these rotational speeds, the basic rotational frequency of the spindle 31 and the natural frequency of the spindle head 33 match and resonate.

【0006】このように、スピンドルの回転数に応じた
振動周波数が、スピンドルヘッドの固有振動数と一致し
て、スピンドルの振動レベルがピークになる現象は、上
述したビルトインモータ形式のスピンドル装置に限らず
、伝達機構を介してモータの回転をスピンドルに伝達す
る構成のスピンドル装置などにおいても、程度の差こそ
あれ同様に生じる。
[0006] As described above, the phenomenon in which the vibration frequency corresponding to the rotation speed of the spindle matches the natural frequency of the spindle head and the vibration level of the spindle reaches its peak is limited to the above-mentioned built-in motor type spindle device. The same problem occurs in spindle devices configured to transmit the rotation of a motor to a spindle via a transmission mechanism, although there are differences in degree.

【0007】この発明の目的は、スピンドルの回転数に
基づく振動周波数が、スピンドルヘッドの固有振動数と
一致するのを回避して、スピンドルの振動レベルを低く
抑えることのできるスピンドル支持装置を提供すること
である。
An object of the present invention is to provide a spindle support device that can suppress the vibration level of the spindle to a low level by preventing the vibration frequency based on the rotational speed of the spindle from matching the natural frequency of the spindle head. That's true.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明の構成を実施例
に対応する図1と共に説明する。この発明は、コラム(
1)にスピンドルヘッド(3)を設置したスピンドル支
持装置であって、スピンドルヘッド(3)の一部をコラ
ム(1)に圧接状態に係合させる係脱駆動可能な連結装
置(6),(7)を設ける。また、スピンドル(4)の
回転数に応じて連結装置(6),(7)に係脱駆動指令
を与える回転数応答係脱指令手段(10)を別に設ける
[Means for Solving the Problems] The structure of the present invention will be explained with reference to FIG. 1 corresponding to an embodiment. This invention is based on the column (
1) is a spindle support device in which a spindle head (3) is installed, and a coupling device (6), ( 7). Further, a rotational speed responsive engagement/disengagement command means (10) is separately provided which gives an engagement/disengagement drive command to the coupling devices (6), (7) according to the rotational speed of the spindle (4).

【0009】[0009]

【作用】スピンドル(4)の回転数が、スピンドルヘッ
ドの固有振動数と共振する回転数になると、回転数応答
係脱指令手段(10)から連結装置(6),(7)に対
して係脱駆動指令が与えられる。この指令を受けて、連
結装置(6),(7)はスピンドルヘッド(3)の一部
をコラム(1)に圧接状態に係合させる。その結果、ス
ピンドルヘッドの固有振動数は、このときのスピンドル
(4)の回転数と共振しない値に変えられ、振動レベル
が低く抑えられる。
[Operation] When the rotational speed of the spindle (4) reaches a rotational speed that resonates with the natural frequency of the spindle head, the rotational speed responsive engagement/disengagement command means (10) engages the coupling devices (6) and (7). A de-drive command is given. In response to this command, the coupling devices (6), (7) engage a part of the spindle head (3) with the column (1) in a press-contact state. As a result, the natural frequency of the spindle head is changed to a value that does not resonate with the rotational speed of the spindle (4) at this time, and the vibration level is suppressed to a low level.

【0010】0010

【実施例】この発明の一実施例を図1ないし図3に基づ
いて説明する。図1はマシニングセンタのコラム部を示
す斜視図であり、図2はその水平断面図を示す。これら
の図において、コラム1は両側に側板2を有する逆U字
形に形成され、スピンドルヘッド3は、その両側部に突
出するガイドフランジ3a(図2)と側板2との間に設
けたリニアガイド17により、コラム1に昇降自在に設
置されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a perspective view showing a column section of a machining center, and FIG. 2 is a horizontal sectional view thereof. In these figures, a column 1 is formed in an inverted U-shape with side plates 2 on both sides, and a spindle head 3 has a linear guide provided between the side plates 2 and guide flanges 3a (Fig. 2) protruding from both sides. 17, it is installed in the column 1 so as to be able to rise and fall freely.

【0011】スピンドル4を駆動するモータ(図示せず
)は、スピンドルヘッド3の後部に一体に組み込んだビ
ルトイン形式のモータであり、図ではそのモータハウジ
ング5が示されている。
A motor (not shown) for driving the spindle 4 is a built-in type motor integrated into the rear part of the spindle head 3, and the motor housing 5 is shown in the figure.

【0012】前記モータハウジング5の外周面の、コラ
ム1の両側の各側板2と対向する一部には、側板2に向
けてラチェット6を出没させるアクチュエータ7がそれ
ぞれ設けられている。また、コラム1の各側板2の内向
面の、前記アクチュエータ7のラチェット6と対向する
部分には、ラチェット6と係合する係合溝2bがそれぞ
れ縦に形成されている。
Actuators 7 for moving the ratchets 6 in and out toward the side plates 2 are provided on portions of the outer peripheral surface of the motor housing 5 facing the side plates 2 on both sides of the column 1, respectively. Furthermore, engagement grooves 2b that engage with the ratchets 6 are vertically formed in the inward surfaces of each side plate 2 of the column 1, in portions that face the ratchets 6 of the actuator 7.

【0013】前記各アクチュエータ7には、これらを駆
動する油圧または空気圧が図2に示すように圧力源8か
ら給圧ホース9を経て供給されると共に、その駆動を制
御する制御回路10が図1に示すように電気的に接続さ
れている。
Hydraulic pressure or air pressure for driving each actuator 7 is supplied from a pressure source 8 through a pressure supply hose 9 as shown in FIG. 2, and a control circuit 10 for controlling the drive is provided as shown in FIG. electrically connected as shown.

【0014】制御回路10は、スピンドル4の回転数を
検出する回転数検出部11と、検出された回転数を、予
め設定した回転数、つまりコラム1およびスピンドルヘ
ッド3を含めたスピンドル装置全体の固有振動数と共振
する回転数と比較して、これらが略一致するかどうかを
判定する回転数比較部12と、回転数が一致すると判定
されたとき前記アクチュエータ7に対して、ラチェット
6を対向する側板2の係合溝2bに圧接状態に係合させ
る指令を与える信号生成部13とで構成されている。
The control circuit 10 includes a rotation speed detection unit 11 that detects the rotation speed of the spindle 4, and converts the detected rotation speed into a preset rotation speed, that is, the rotation speed of the entire spindle device including the column 1 and the spindle head 3. A rotation speed comparing unit 12 compares the natural frequency with the resonant rotation speed and determines whether these substantially match, and when it is determined that the rotation speeds match, the ratchet 6 is opposed to the actuator 7. and a signal generating section 13 that gives a command to engage the engaging groove 2b of the side plate 2 in a press-contact state.

【0015】次に、上記構成の動作を説明する。スピン
ドル4が回転停止状態にあるとき、ラチェット6はアク
チュエータ7内に没入しており、スピンドルヘッド3の
後部のモータハウジング5とコラム1の側板2との間は
切り離されている。スピンドル4は、スピンドルヘッド
3に一体に組み込まれたモータにより回転駆動され、ス
ピンドル4先端の工具取付穴(図示せず)に装着された
工具(図示せず)により、切削加工が行われる。
Next, the operation of the above configuration will be explained. When the spindle 4 is in a non-rotating state, the ratchet 6 is recessed into the actuator 7, and the motor housing 5 at the rear of the spindle head 3 and the side plate 2 of the column 1 are separated. The spindle 4 is rotationally driven by a motor integrated into the spindle head 3, and cutting is performed by a tool (not shown) installed in a tool attachment hole (not shown) at the tip of the spindle 4.

【0016】スピンドル4の回転数が増大して、スピン
ドル4がスピンドルヘッド3の固有振動数と共振する回
転数に達すると、制御回路10からアクチュエータ7に
対して係合駆動指令が与えられる。これを受けて、アク
チュエータ7からラチェット6が突出し、そのラチェッ
ト6はコラム1の側板2の係合溝2bに圧接状態となる
ように係合する。これにより、ラチェット6を介してコ
ラム1とスピンドルヘッド3の後部つまりモータハウジ
ング5の間が連結される。
When the rotational speed of the spindle 4 increases and reaches a rotational speed at which the spindle 4 resonates with the natural frequency of the spindle head 3, an engagement drive command is given from the control circuit 10 to the actuator 7. In response to this, the ratchet 6 protrudes from the actuator 7, and the ratchet 6 engages with the engagement groove 2b of the side plate 2 of the column 1 so as to be in pressure contact. Thereby, the column 1 and the rear part of the spindle head 3, that is, the motor housing 5 are connected via the ratchet 6.

【0017】その結果、スピンドルヘッド3の固有振動
数が変化し、スピンドル4の回転数はスピンドルヘッド
3の固有振動数と共振しなくなり、このときの振動レベ
ルは大幅に低減されることになる。
As a result, the natural frequency of the spindle head 3 changes, the rotational speed of the spindle 4 no longer resonates with the natural frequency of the spindle head 3, and the vibration level at this time is significantly reduced.

【0018】図3は上記固有振動数の切り替わりに伴う
振動レベルの変化を示すグラフであり、横軸はスピンド
ル4の回転数を、縦軸はスピンドル4に生じる振動のレ
ベルをそれぞれ示す。また、破線のグラフは前記ラッチ
ェット6によるコラム1とモータハウジング5の間の連
結が行われない場合の振動レベルを、実線のグラフは実
施例のようにラチェット6による連結が行われた場合の
振動レベルをそれぞれ示している。
FIG. 3 is a graph showing changes in the vibration level as the natural frequency changes, with the horizontal axis representing the rotational speed of the spindle 4, and the vertical axis representing the level of vibration occurring in the spindle 4. The broken line graph shows the vibration level when the column 1 and the motor housing 5 are not connected by the ratchet 6, and the solid line graph shows the vibration level when the ratchet 6 is connected as in the example. Each level is indicated.

【0019】同図において、スピンドル4の回転数がN
a になると、本来ならスピンドルヘッド3の固有振動
数と共振して破線のグラフで示すように振動レベルはピ
ーク値Va となるところ、この実施例ではラチェット
6による連結作用でスピンドルヘッド3の固有振動数が
変化して、振動特性は実線のグラフで示すように変化す
る。 つまり、このときの振動レベルはピーク値Va よりも
充分低いV’aに抑えられる。
In the figure, the number of rotations of the spindle 4 is N.
a, the vibration level would normally resonate with the natural frequency of the spindle head 3 and the vibration level would reach a peak value Va as shown by the broken line graph, but in this embodiment, the natural vibration of the spindle head 3 is reduced by the coupling action of the ratchet 6. As the number changes, the vibration characteristics change as shown by the solid line graph. That is, the vibration level at this time is suppressed to V'a, which is sufficiently lower than the peak value Va.

【0020】スピンドル4の回転数がNa よりもさら
に増大すると、制御回路10からアクチュエータ7に対
して、ラチェット6の係合を解く係合解除指令が与えら
れ、これによってコラム1の側板2とモータハウジング
5との間は元の状態に切り離される。したがって、図3
において実線のグラフがピーク値となる回転数Nbに増
大しても、振動レベルはこの回転数Nbでの破線のグラ
フの振動レベルV’bに抑えられることになる。
When the rotation speed of the spindle 4 further increases above Na, a disengagement command is given to the actuator 7 from the control circuit 10 to disengage the ratchet 6, thereby causing the side plate 2 of the column 1 and the motor to be disengaged. The housing 5 is separated back to its original state. Therefore, Figure 3
Even if the rotational speed Nb increases to the peak value of the solid line graph in , the vibration level is suppressed to the vibration level V'b of the broken line graph at this rotational speed Nb.

【0021】なお、上記実施例では、ビルトインモータ
形式のスピンドルヘッド3に適用した場合を説明したが
、外部モータの回転を伝達機構を介してスピンドルに伝
達する形式のものなど、他の形式のものに適用してもよ
い。さらに、実施例ではマシニングセンタのスピンドル
ヘッド3の場合について説明したが、フライス盤、ター
ニングセンタなどの他の工作機械のスピンドルヘッドに
適用してもよい。スピンドルヘッドは、位置固定のもの
であってもよい。
[0021] In the above embodiment, a case was explained in which the spindle head 3 is of a built-in motor type, but other types such as a type in which the rotation of an external motor is transmitted to the spindle via a transmission mechanism are also applicable. May be applied to Further, in the embodiment, the case of the spindle head 3 of a machining center has been described, but the present invention may be applied to a spindle head of other machine tools such as a milling machine and a turning center. The spindle head may be fixed in position.

【0022】[0022]

【発明の効果】この発明の工作機械のスピンドル支持装
置は、スピンドルの回転数が、スピンドルヘッドの固有
振動数と共振する回転数になると、回転数応答係脱指令
手段から連結装置に対して係脱駆動指令を与え、その指
令で連結装置がスピンドルヘッドの一部をコラムに圧接
状態に係合させようにしたので、スピンドルヘッドの固
有振動数は、このときのスピンドルの回転数と共振しな
い値に変えられる。そのため、広い範囲の回転数に対し
て振動レベルを低く抑えることができるという効果があ
る。
Effects of the Invention In the spindle support device for a machine tool of the present invention, when the rotational speed of the spindle reaches a rotational speed that resonates with the natural frequency of the spindle head, the rotational speed responsive engagement/disengagement command means engages the coupling device. A disengagement command was given, and in response to that command, the coupling device engaged a part of the spindle head in pressure contact with the column, so the natural frequency of the spindle head was set to a value that did not resonate with the rotational speed of the spindle at this time. can be changed to Therefore, there is an effect that the vibration level can be suppressed to a low level over a wide range of rotational speeds.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】この発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】その実施例の水平断面図である。FIG. 2 is a horizontal sectional view of the embodiment.

【図3】その実施例による振動特性を示すグラフである
FIG. 3 is a graph showing vibration characteristics according to the example.

【図4】従来例を示す破断平面図である。FIG. 4 is a cutaway plan view showing a conventional example.

【図5】その従来例の破断側面図である。FIG. 5 is a cutaway side view of the conventional example.

【図6】その従来例による振動特性を示すグラフである
FIG. 6 is a graph showing vibration characteristics according to the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…コラム、2…側板、2b…係合溝、4…スピンドル
、5…モータハウジング、6…ラチェット、7…アクチ
ュエータ、10…制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Column, 2... Side plate, 2b... Engagement groove, 4... Spindle, 5... Motor housing, 6... Ratchet, 7... Actuator, 10... Control circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  コラムにスピンドルヘッドを設置し、
前記スピンドルヘッドの一部を前記コラムに圧接状態に
係合させる係脱駆動可能な連結装置を設け、スピンドル
の回転数に応じて前記連結装置に係脱駆動指令を与える
回転数応答係脱指令手段を設けた工作機械のスピンドル
支持装置。
[Claim 1] A spindle head is installed in the column,
A rotation speed-responsive engagement/disengagement command means for providing a coupling device capable of engagement and disengagement for engaging a part of the spindle head with the column in a press-contact state, and giving an engagement/disengagement driving command to the coupling device according to the rotation speed of the spindle. Spindle support device for machine tools equipped with
JP8360791A 1991-03-22 1991-03-22 Support device for spindle of machine tool Pending JPH04294959A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011235364A (en) * 2010-05-06 2011-11-24 Jtekt Corp Spindle device of machine tool
JP5963292B2 (en) * 2013-07-01 2016-08-03 国立大学法人名古屋大学 End mill processing equipment, CAM equipment and NC program

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