JPH05177406A - 軸受予圧方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械のスピンドルユニットにおいて、軸
受予圧設定後の減衰特性を改善する。 【構成】 油圧シリンダ室２１に圧油供給部２３から圧
油を供給し、押圧子２２を介して軸受３に所定の予圧を
与える。この予圧負荷状態において、圧油供給路２４に
設けられた切替え弁３０を切替え操作して、圧油供給路
２４を密閉状態に閉塞し、油圧シリンダ室２１内に所定
予圧値の圧油を封入する。この封入した圧油は軸受３よ
りも減衰特性が高く、軸受３を軸方向に保持して、ダン
パの役割をする。この結果、軸受３の強いばね的性格は
前記圧油により吸収抑制されて、スピンドルユニットの
すぐれた減衰特性が確保される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スピンドルユニット
の軸受予圧方法およびその装置に関し、さらに詳細に
は、フライス盤や研削盤等の工作機械のスピンドルユニ
ットにおいて、主軸を支承する軸受に所定の予圧を与え
るとともに、予圧設定後の減衰特性を改善する技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近時の工作機械は、駆動モータや刃具な
どを含めた構成機器の高性能化に伴って、主軸の高速化
による生産性および仕上げ精度の大幅な向上が図られて
おり、この主軸を支承する軸受の予圧設定にも高い精度
が要求されるに至っている。

【０００３】この種のスピンドルユニットは一般に、図
９(a) に示すように、主軸ａが前後の軸受ｂ，ｃを介し
てスピンドルケースｄ内に回転可能に支承されてなり、
軸受ｂ，ｃの内輪ｅ，ｆが主軸ａの外周面に固定される
とともに、その外輪ｇ，ｈが前記スピンドルケースｄに
支持されている。

【０００４】そして、軸受ｂ，ｃの予圧設定にあたって
は、これらの間に設けられた間座ｉ，ｊの軸方向幅の差
（差幅）によって、内輪ｅ，ｆ間の軸方向距離と外輪
ｇ，ｈ間の軸方向距離に寸法差を設けて、この状態で両
外輪ｇ，ｈを固定するようにされていた（定位置予
圧）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな定位置予圧方式による予圧設定方法では、スピンド
ルユニットの静剛性が強い反面、動剛性および減衰特性
に劣るという問題があった。

【０００６】特に、ワーク加工時における減衰特性、つ
まり、主軸の振動のおさまりの程度はそのまま加工精度
に影響を与えるため、この減衰特性の悪さは、加工精度
さらには生産性の向上を阻害する大きな要因となってい
た。このような状況は、刃具にてワークを切削加工する
フライス盤のように、切削抵抗の変動が大きく変わる場
合に顕著に表れていた。

【０００７】本発明はかかる従来の問題点に鑑みなされ
たものであって、予圧設定後における減衰特性に優れる
軸受予圧方法およびその装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明者は種
々の試験・研究を行って、この種のスピンドルユニット
における加工時の振動のおさまりが悪い（減衰特性が悪
い）原因を追求した。その結果、定位置予圧方式による
予圧設定方法では、図９(b) に示すように、前記軸受
ｂ，ｃが主軸ａとスピンドルケースｄに対して、軸方向
の強いばね的性格を呈しており、これが減衰特性の低下
を招いていることを突き止めるに到り、さらには、この
減衰特性を改善する技術を開発するに到ったのである。

【０００９】しかして、本発明の軸受予圧方法は、主軸
を支承する軸受に所定の予圧を付与した後、この予圧負
荷状態にある軸受を、該軸受構成材料よりも減衰特性に
優れる予圧保持手段により保持することを特徴とする。

【００１０】また、本発明の軸受予圧装置は、主軸を支
承する軸受の内輪が主軸の外周面に固定されるととも
に、軸受の外輪がスピンドルケースに軸方向へ移動可能
に支持され、該スピンドルケース側に、前記軸受の外輪
を押圧する予圧設定手段と、該予圧設定手段による予圧
負荷状態を保持する予圧保持手段とが設けられ、該予圧
保持手段は、前記軸受の外輪よりも減衰特性に優れる構
成材料からなることを特徴とする。

【００１１】前記予圧保持手段としては、具体的には油
圧設定用の圧油が適用される。

【００１２】

【作用】本発明により軸受に予圧を与えるには、まず、
油圧シリンダ装置等からなる予圧設定手段により、主軸
を支承する軸受に所定の予圧を付与し、この後、予圧負
荷状態にある軸受を、その構成材料よりも減衰特性に優
れる予圧保持手段例えば一定圧力の圧油によって保持す
る。

【００１３】このような支持構成とすることにより、予
圧保持手段が軸受に対するダンパの役割をして、軸受の
強いばね的性格を吸収抑制し、加工時におけるスピンド
ルユニットの減衰特性を改善する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。

【００１５】実施例１ 本発明に係る軸受予圧装置を備えた工作機械のスピンド
ルユニットを図１に示し、該スピンドルユニットは具体
的にはフライス盤のものであって、主軸１が前後一対の
軸受２，３を介してスピンドルケース４の支持穴５内に
回転可能に軸承されてなり、後側の軸受３を含んでなる
軸受予圧装置６を備える。

【００１６】主軸１は、その先端部１ａがテーパ状の刃
具取付穴とされて、この刃具取付穴１ａに、図示しない
フェイスミル等の刃具が着脱可能に取り付けられる構造
とされている。また、主軸１の後端部１ｂは、前記スピ
ンドルケース４の後方へ突出されており、ここにベルト
車７が固定的に取り付けられている。図示しないが、該
ベルト車７は、伝動ベルトを介して、駆動源である駆動
モータに連係されている。また、前後両軸受２，３間に
は、前記軸受予圧装置６が設置されている。

【００１７】前記一対の軸受２，３は複列アンギュラ玉
軸受であって、前側の軸受２は、内輪２ａ，２ａが主軸
１の外周面に固定されるとともに、外輪２ｂ，２ｂがス
ピンドルケース４の支持穴５の前端部５ａに固定され、
これら内外輪間に多数の鋼球２ｃ，２ｃ，…が転動可能
に装填されている。８は上記外輪２ｂ，２ｂを固定する
ための固定部材である。

【００１８】一方、後側の軸受３は、内輪３ａ，３ａが
主軸１の外周面に固定されるとともに、外輪３ｂ，３ｂ
が軸受ケース９の内周面９ａに一体的に固定されてお
り、これら内外輪間に多数の鋼球３ｃ，３ｃ…が転動可
能に装填されている。該軸受３は、前述したように前記
軸受ケース９と共に軸受予圧装置６の主要部を構成して
いる。

【００１９】軸受ケース９は、図２に示すように、軸受
３の軸受ケースとして機能するのみならず、スライド軸
受としての機能、つまり軸方向への円滑なスライド機能
も備える。

【００２０】すなわち、該軸受ケース９の内周面９ａは
係止段部１０を備えた円筒面とされて、ここに上記軸受
３の外輪３ｂ，３ｂが間座１１および締付ナット１２を
介して一体的に固定されている。一方、軸受ケース９の
外周面９ｂは円筒面とされるとともに、その前後両端部
に、一対の環状溝１３，１３が円周方向へ全周にわたり
平行して設けられている。

【００２１】これら環状溝１３，１３内には、多数の鋼
球１４，１４…が装填されており、これら鋼球１４，１
４…は、上記環状溝１３とスピンドルケース４の支持穴
５の後端部５ｂとの間で転動可能に配列され、これによ
り、軸受ケース９は、上記外輪３ｂ，３ｂと一体となっ
て、スピンドルケース４に対して軸方向へ移動可能とさ
れている。１５，１６は、前後軸受２，３の内輪２ａ，
３ａ間に介装された間座である。

【００２２】軸受予圧装置６は後側の軸受３の予圧を与
えるためのもので、具体的には油圧シリンダ装置２０を
主要部として備えてなる。

【００２３】油圧シリンダ装置２０は、軸受３の予圧設
定手段および予圧保持手段として機能するもので、前記
支持穴５の中央部分に設けられた油圧シリンダ室２１
と、この油圧シリンダ室２１内を軸方向へ移動可能な押
圧子２２と、油圧シリンダ室２１に圧油を供給する圧油
供給部２３とを備えてなる。

【００２４】油圧シリンダ室２１は、具体的には図示の
ごとく前記支持穴５と押圧子２２との間に区画形成され
るとともに、スピンドルケース４内に形成された圧油供
給路２４を介して前記圧油供給部２３に連通されてい
る。

【００２５】押圧子２２は、軸受３の外輪３ｂを軸方向
へ押圧するもので、図２に示すように、大径部２５と小
径部２６とからなる段付円筒状とされてなり、大径部２
５が前記支持穴５の中央大径部５ｃ内を摺動可能とされ
るとともに、小径部２６が支持穴５の中央小径部５ｄ内
を摺動可能とされている。

【００２６】これに関連して、前記大径部２５の外周部
にＯリング２７が嵌着されるとともに、支持穴５の中央
小径部５ｄの内周部にＯリング２８が嵌着されて、押圧
子２２と支持穴５間つまり油圧シリンダ室２１の密封状
態が確保されている。

【００２７】また、前記押圧子２２の大径部２５は、そ
の後面２５ａが前記軸受ケース９の受圧面９ｃに当接さ
れる押圧面とされるとともに、その前面２５ｂが油圧シ
リンダ室２１内の圧油を受ける受圧面とされている。

【００２８】圧油供給部２３は、圧油を溜める油タンク
２３ａと、圧油を油圧シリンダ室２１へ供給する油圧ポ
ンプ２３ｂと、圧油の圧力（予圧力）を測定する油圧ゲ
ージ２３ｃとを含んでなり、その構成および動作は従来
周知の圧油供給装置と同様である。

【００２９】また、前記油圧シリンダ室２１内の圧油
は、油圧シリンダ装置２０により付与された軸受３の予
圧負荷状態を保持する予圧保持手段としても機能する。
この目的のため、前記圧油供給路２４の途中には、圧油
封入手段として切替え弁３０が設けられており、この切
替え弁３０を適宜切替え操作することにより、圧油供給
路２４が密閉状態に閉塞される構成とされている。

【００３０】次に、以上のように構成された軸受予圧装
置６による予圧設定方法を説明する。

【００３１】Ｉ．予圧の付与：油圧シリンダ装置２０の
油圧シリンダ室２１に圧油供給部２３から圧油が供給さ
れる。すると、押圧子２２の受圧面２５ｂに圧力が加わ
り、押圧子２２が軸方向後方へ移動して、軸受３の外輪
３ｂ，３ｂも軸受ケース９と共に軸方向後方へ移動さ
れ、所定の予圧が軸受３に与えらたところで、圧油の供
給が停止される。なお、この圧油の圧力は油圧ゲージ２
３ｃにより測定され、所定の予圧値になったところで、
油圧ポンプ２３ｂを手動もしくは自動で停止される。

【００３２】II. 予圧の保持：軸受３に所定の予圧が付
与されたら、この予圧負荷状態において、圧油供給路２
４に設けられた切替え弁３０が切替え操作され、圧油供
給路２４が密閉状態に閉塞される。これにより、油圧シ
リンダ室２１内に前記予圧値の圧油が封入されて、この
圧油により前記軸受３が軸方向に保持されることとな
る。

【００３３】しかして、このときの支持構造は、図３に
示すように、直列に接続された軸受３と油圧シリンダ室
２１の圧油Ｐが、主軸１とスピンドルケース４に対し
て、軸方向を支持している。しかも、強いばね的性格を
呈する軸受３に対して、これよりも減衰特性の高い前記
圧油Ｐが軸方向のダンパの役割をする。この結果、軸受
３の強いばね的性格が前記圧油Ｐにより吸収抑制され
て、スピンドルユニットのすぐれた減衰特性が確保さ
れ、加工時のスピンドルユニットの振動のおさまりが良
好となる。

【００３４】実施例２ 本例は図４に示し、実施例１の切替え弁３０に代えて、
油圧調整ねじ３５が圧油封入手段として適用されたもの
である。

【００３５】この油圧調整ねじ３５は、図５に示すよう
に、雄ねじ部３５ａとシール部３５ｂとからなる。前記
雄ねじ部３５ａは、スピンドルケース４の圧油供給路２
４の入口雌ねじ部２４ａに螺進退可能に螺合されるとと
もに、前記シール部３５ｂは、前記圧油供給路２４の内
径面２４ｂを摺動可能とされている。また、シール部３
５ｂの外周溝３６にはＯリング３７が嵌着されて、シー
ル部３５ｂと圧油供給路２４間の密封状態が確保されて
いる。

【００３６】しかして、実施例１で述べた要領で軸受３
に所定の予圧が付与されたら、この予圧負荷状態におい
て、前記油圧調整ねじ３５により圧油供給路２４が密閉
状態に閉塞され、油圧シリンダ室２１内に前記予圧値の
圧油が封入される。

【００３７】または、予め前記圧油供給路２４と油圧シ
リンダ室２１内に圧油が封入された状態（予圧付与前）
から、前記油圧調整ねじ３５が螺進されることにより、
所定の予圧値が得られるようにしても良く、このような
構成とした場合、実施例１における圧油供給部２３は不
要となる。

【００３８】その他の構成および作用は実施例１と同様
である。

【００３９】続いて、本発明の軸受予圧装置６の特性に
ついて、従来の軸受予圧装置と比較して行った試験結果
について説明する。

【００４０】図６は減衰特性についての試験結果を示し
ており、この図から、本発明装置（実施例１および実施
例２の構造）の方が、従来装置（図９に示す定位置予圧
方式の構造）よりもはるかに減衰率が高く、特に、予圧
量が１５０ｋｇｆを超えると、従来装置の減衰率が２％
からそれ以下に低下するのに対して、本発明装置の減衰
率は逆に６％からそれ以上となることが分かる。

【００４１】これら両者の減衰率の差を減衰波形で視覚
的に比較してみると図７に示すようになる。つまり、図
７(a) に示す本発明装置に振動を与えた時の振動のおさ
まりは、図７(b) に示す従来装置のそれの半分程度の時
間になっていることが分かる。

【００４２】また、図８はスラスト動剛性についての試
験結果を示しており、この図から、スラスト剛性につい
ても、前記本発明装置の方が前記従来装置よりもはるか
に高いことが分かる。以上二つの特性試験結果より、本
発明装置は従来装置に比較して加工時のびびり振動の抑
制に大きな効果が得られることが判明した。

【００４３】なお、本発明は図示例に限定されることな
く種々設計変更である。例えば、図示例においては、軸
受３の予圧保持手段として、油圧シリンダ装置２０の作
動油である圧油が適用されているが、これに限定される
ものではなく、軸受３の構成材料よりも減衰特性に優れ
る構成材料からなる他の液体、金属，非金属等の固体、
あるいはグリース等の半固体なども適用することができ
る。

【００４４】また、圧油封入手段も、圧油供給路２４を
密閉状態に閉塞し得るものであれば、図示例のものに限
定されない。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
工作機械のスピンドルユニットにおいて、油圧シリンダ
装置等からなる予圧設定手段により、主軸を支承する軸
受に所定の予圧を付与した後、この予圧負荷状態にある
軸受を、その構成材料よりも減衰特性に優れる一定圧力
の圧油等の予圧保持手段によって保持するように構成さ
れているから、予圧保持手段が軸受に対するダンパの役
割をする。これにより、軸受の強いばね的性格が予圧保
持手段により吸収抑制され、加工時におけるスピンドル
ユニットの減衰特性が大幅に改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１である軸受予圧装置を備えた
工作機械のスピンドルユニットを、その上半部を断面で
示す側面図である。

【図２】同スピンドルユニットの軸受予圧装置を拡大し
て示す側面断面図である。

【図３】同軸受予圧装置の軸方向の支持構造を模式的に
示す側面断面図である。

【図４】本発明の実施例２である軸受予圧装置を備えた
工作機械のスピンドルユニットを、その上半部を断面で
示す側面図である。

【図５】同スピンドルユニットの軸受予圧装置の油圧調
整ねじ部の構造を拡大して示す側面断面図である。

【図６】軸受予圧装置の減衰特性についての試験結果を
示す線図である。

【図７】軸受予圧装置の減衰波形を示す図で、図７(a)
は本発明装置の振動のおさまりを示し、図７(b) は従来
装置の振動のおさまりを示す。

【図８】軸受予圧装置のスラスト動剛性についての試験
結果を示す線図である。

【図９】従来の定位置予圧方式の軸受予圧装置を示す図
であり、図９(a) は同軸受予圧装置の上半部を示す側面
断面図、図９(b) は同軸受予圧装置の軸方向の支持構造
を模式的に示す側面断面図である。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ 前側の軸受 ３ 後側の軸受 ３ａ 後側の軸受の内輪 ３ｂ 後側の軸受の外輪 ４ スピンドルケース ６ 軸受予圧装置 ９ 軸受ケース １３ 軸受ケースの環状溝 １４ 鋼球 ２０ 油圧シリンダ装置（予圧設定手段，予圧保
持手段） ２１ 油圧シリンダ室 ２２ 押圧子 ２３ 圧油供給部 ２３ａ 油タンク ２３ｂ 油圧ポンプ ２３ｃ 油圧ゲージ ２４ 圧油供給路 ２７，２８ Ｏリング ３０ 切替え弁（圧油封入手段） ３５ 油圧調整ねじ（圧油封入手段） ３７ Ｏリング

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸が複数の軸受に支承されてなるスピ
   ンドルユニットにおいて、前記軸受に所定の予圧を付与
   した後、この予圧負荷状態にある軸受を、該軸受構成材
   料よりも減衰特性に優れる予圧保持手段により保持する
   ことを特徴とする軸受予圧方法。
2. 【請求項２】 前記予圧保持手段が予圧設定用の圧油で
   あって、 該予圧設定用の圧油を供給して、押圧子により前記軸受
   に所定の予圧を付与した後、この予圧負荷状態におい
   て、前記圧油の供給路を密閉状態に閉塞して前記圧油を
   封入し、この圧油にダンパ効果を付与するようにした請
   求項１に記載の軸受予圧方法。
3. 【請求項３】 主軸が複数の軸受を介してスピンドルケ
   ース内に回転可能に支承されてなるスピンドルユニット
   において、 前記軸受は、その内輪が前記主軸の外周面に固定される
   とともに、その外輪が前記スピンドルケースに軸方向へ
   移動可能に支持され、 該スピンドルケース側に、前記軸受の外輪を押圧する予
   圧設定手段と、該予圧設定手段による予圧負荷状態を保
   持する予圧保持手段とが設けられ、 該予圧保持手段は、前記軸受の構成材料よりも減衰特性
   に優れる構成材料からなることを特徴とする軸受予圧装
   置。
4. 【請求項４】 前記予圧設定手段が油圧シリンダ装置で
   あって、 該油圧シリンダ装置は、前記スピンドルケース内に設け
   られた油圧シリンダ室と、該油圧シリンダ室内に軸方向
   へ移動可能に設けられた前記押圧子と、前記油圧シリン
   ダ室に圧油を供給する圧油供給部を備える請求項３に記
   載の軸受予圧装置。
5. 【請求項５】 前記予圧保持手段が前記油圧シリンダ装
   置の圧油を含み、該圧油を供給する圧油供給路に、この
   圧油供給路を密閉状態に閉塞する圧油封入手段が設けら
   れている請求項４に記載の軸受予圧装置。