JPH06143003A - スピンドルユニット - Google Patents
スピンドルユニットInfo
- Publication number
- JPH06143003A JPH06143003A JP29320192A JP29320192A JPH06143003A JP H06143003 A JPH06143003 A JP H06143003A JP 29320192 A JP29320192 A JP 29320192A JP 29320192 A JP29320192 A JP 29320192A JP H06143003 A JPH06143003 A JP H06143003A
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- JP
- Japan
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- bearing
- preload
- main shaft
- spindle
- displacement
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、熱膨張による主軸の軸方向変位を
無くし、回転に応じて軸受の予圧を切換えるスピンドル
ユニットを提供する。 【構成】 外筒1と主軸4の間に、軸受を軸方向に押圧
する高剛性の弾性部材15と、油圧の圧力制御弁18に
接続する圧力室16を設け、主軸端部の変位検出器20
と回転検出器21を圧力制御弁18に接続する。回転数
上昇に伴ない、圧力室16に油圧を導入して軸受の予圧
を低減し、この予圧変化に応じた主軸4の軸方向変位に
より、熱膨張による主軸の変位を相殺する。
無くし、回転に応じて軸受の予圧を切換えるスピンドル
ユニットを提供する。 【構成】 外筒1と主軸4の間に、軸受を軸方向に押圧
する高剛性の弾性部材15と、油圧の圧力制御弁18に
接続する圧力室16を設け、主軸端部の変位検出器20
と回転検出器21を圧力制御弁18に接続する。回転数
上昇に伴ない、圧力室16に油圧を導入して軸受の予圧
を低減し、この予圧変化に応じた主軸4の軸方向変位に
より、熱膨張による主軸の変位を相殺する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、スピンドルユニット
に関するものである。
に関するものである。
【0002】
【従来の技術及びその課題】工作機械のスピンドルにお
いては、低速回転時で主軸の大きな支持剛性が得られ、
高速回転時では剛性よりも温度上昇を抑制できる特性が
求められる。
いては、低速回転時で主軸の大きな支持剛性が得られ、
高速回転時では剛性よりも温度上昇を抑制できる特性が
求められる。
【0003】従来、このような工作機械の主軸を支持す
る構造には、主軸の軸受を定位置に固定した状態で予圧
を与える定位置予圧方式が採られているが、この予圧方
式では、低速時の予圧を大きくすることができず、剛性
が不足し、逆に高速時では重予圧となって軸受温度が上
昇し、高速化に限界が生じる欠点がある。
る構造には、主軸の軸受を定位置に固定した状態で予圧
を与える定位置予圧方式が採られているが、この予圧方
式では、低速時の予圧を大きくすることができず、剛性
が不足し、逆に高速時では重予圧となって軸受温度が上
昇し、高速化に限界が生じる欠点がある。
【0004】これに対して、スピンドルの内部に軸受の
予圧変換機構を設け、主軸の運転条件に応じて軸受の予
圧を切換えるようにしたスピンドルが考えられている。
しかし、この予圧切換式のスピンドルは、確かに高速化
には適しているが、予圧の切換や回転数の増減(主軸温
度の変化)により、工具に取付けられる主軸端面が軸方
向に変位することを避けることができず、このため、加
工精度を保持するには主軸端面の変位を補正しながら加
工する必要があった。
予圧変換機構を設け、主軸の運転条件に応じて軸受の予
圧を切換えるようにしたスピンドルが考えられている。
しかし、この予圧切換式のスピンドルは、確かに高速化
には適しているが、予圧の切換や回転数の増減(主軸温
度の変化)により、工具に取付けられる主軸端面が軸方
向に変位することを避けることができず、このため、加
工精度を保持するには主軸端面の変位を補正しながら加
工する必要があった。
【0005】そこで、この発明は、上記の問題を解決
し、低速から高速に至る回転域で安定した主軸精度が得
られ、同時に主軸の高速化と高剛性化を図ることができ
るスピンドルユニットを提供することを目的としてい
る。
し、低速から高速に至る回転域で安定した主軸精度が得
られ、同時に主軸の高速化と高剛性化を図ることができ
るスピンドルユニットを提供することを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、外筒の内部に、主軸を軸受を介して軸
方向に所定の範囲内で移動可能となるように設け、上記
外筒と主軸の間に、上記軸受に対する軸方向の押圧力を
変化させる予圧切換機構を設け、上記主軸の軸方向の変
位量に応じて軸受に対する予圧切換機構の押圧力を変化
させる制御手段を備えたのである。
め、この発明は、外筒の内部に、主軸を軸受を介して軸
方向に所定の範囲内で移動可能となるように設け、上記
外筒と主軸の間に、上記軸受に対する軸方向の押圧力を
変化させる予圧切換機構を設け、上記主軸の軸方向の変
位量に応じて軸受に対する予圧切換機構の押圧力を変化
させる制御手段を備えたのである。
【0007】
【作用】上記の構造においては、予圧切換構造により軸
受を押圧し、軸受に初期状態の重予圧を加える。主軸の
回転が増加し、温度上昇による熱膨張により主軸が軸方
向に変位すると、予圧切換機構により上記とは逆方向に
軸受を押圧し、軸受の予圧を減少させると共に、主軸の
軸移動により上記熱膨張の変位分を相殺する。
受を押圧し、軸受に初期状態の重予圧を加える。主軸の
回転が増加し、温度上昇による熱膨張により主軸が軸方
向に変位すると、予圧切換機構により上記とは逆方向に
軸受を押圧し、軸受の予圧を減少させると共に、主軸の
軸移動により上記熱膨張の変位分を相殺する。
【0008】
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1及び図2に示すように、外筒1は、円
筒状の外筒本体2と、その外筒本体2の端部に取付けら
れる蓋部材3、3とから成り、外筒本体2の内部に主軸
4が挿通している。
て説明する。図1及び図2に示すように、外筒1は、円
筒状の外筒本体2と、その外筒本体2の端部に取付けら
れる蓋部材3、3とから成り、外筒本体2の内部に主軸
4が挿通している。
【0009】上記主軸4は、その両端部が、それぞれ間
座5を介して並列に背面組合せの状態で配置されたアン
ギュラ玉軸受6、7及び8、9により回転自在に支持さ
れている。この主軸4は、図1における右側端部4a
が、切削工具の取付け側(加工側)となり、その加工側
に近い軸受6、7は、内輪が主軸4に固定され、外輪
が、軸受6、7と外筒1の間に挿入された軸受箱10の
内側に組込まれている。また、他端側の軸受8、9は、
内輪が主軸4に固定され、外輪が外筒1に固定されてお
り、主軸4は、上記各軸受6〜9の内輪と外輪が相対移
動できる範囲で外筒1に対して軸方向に移動可能となっ
ている。
座5を介して並列に背面組合せの状態で配置されたアン
ギュラ玉軸受6、7及び8、9により回転自在に支持さ
れている。この主軸4は、図1における右側端部4a
が、切削工具の取付け側(加工側)となり、その加工側
に近い軸受6、7は、内輪が主軸4に固定され、外輪
が、軸受6、7と外筒1の間に挿入された軸受箱10の
内側に組込まれている。また、他端側の軸受8、9は、
内輪が主軸4に固定され、外輪が外筒1に固定されてお
り、主軸4は、上記各軸受6〜9の内輪と外輪が相対移
動できる範囲で外筒1に対して軸方向に移動可能となっ
ている。
【0010】上記軸受箱10は、外筒1の内径面に移動
可能に嵌合され、その内径側の段部10aと一方の端部
に取付けた部材11との間で軸受6、7の外輪を挟み込
んでいる。このため、軸受箱10が軸方向に移動すると
軸受6、7の外輪を押し、各軸受6〜9に予圧が与えら
れる。この場合、軸受6、7と軸受8、9間の内輪間寸
法L1 と外輪背面間寸法L0 の寸法差により、軸受の予
圧力が決定される。
可能に嵌合され、その内径側の段部10aと一方の端部
に取付けた部材11との間で軸受6、7の外輪を挟み込
んでいる。このため、軸受箱10が軸方向に移動すると
軸受6、7の外輪を押し、各軸受6〜9に予圧が与えら
れる。この場合、軸受6、7と軸受8、9間の内輪間寸
法L1 と外輪背面間寸法L0 の寸法差により、軸受の予
圧力が決定される。
【0011】また、上記軸受箱10の内径側には、外筒
1の内側端面1aに位置決められる調整部材12が設け
られている。この調整部材12は、内側に弾性部材15
が組込まれるばね支持部品13と、軸受箱10の内径側
に挿入されるリング部品14とから成り、この両部品1
3、14はボルトにより一体に連結されている。
1の内側端面1aに位置決められる調整部材12が設け
られている。この調整部材12は、内側に弾性部材15
が組込まれるばね支持部品13と、軸受箱10の内径側
に挿入されるリング部品14とから成り、この両部品1
3、14はボルトにより一体に連結されている。
【0012】上記弾性部材15は、断面U字形をした円
環状のばねが用いられ、そのばね定数は、各軸受6、
7、8、9の軸方向剛性に比べて大きく設定されてお
り、スピンドルユニットに組付けた状態で各軸受の軸方
向すき間をなくし、大きな初期予圧を各軸受に与えるよ
うになっている。
環状のばねが用いられ、そのばね定数は、各軸受6、
7、8、9の軸方向剛性に比べて大きく設定されてお
り、スピンドルユニットに組付けた状態で各軸受の軸方
向すき間をなくし、大きな初期予圧を各軸受に与えるよ
うになっている。
【0013】また、上記ばね支持部品13の厚み寸法
は、弾性部材15を組込んだ状態で軸受箱10との間で
すき間δが生じる寸法に設定され、このすき間δを弾性
部材15の圧縮弾性限界内で設定することにより、弾性
部材15の塑性変形を防止するようにしている。
は、弾性部材15を組込んだ状態で軸受箱10との間で
すき間δが生じる寸法に設定され、このすき間δを弾性
部材15の圧縮弾性限界内で設定することにより、弾性
部材15の塑性変形を防止するようにしている。
【0014】一方、上記軸受箱10とリング部品14の
間には、圧力室16が形成され、この圧力室16に連通
した外筒1内部の通路17に、圧力制御弁18を介して
高圧油を供給する圧力源19が連結されている。
間には、圧力室16が形成され、この圧力室16に連通
した外筒1内部の通路17に、圧力制御弁18を介して
高圧油を供給する圧力源19が連結されている。
【0015】また、主軸4の加工側端部4aには、その
端部の軸方向変位を検出する変位検出器20が設けら
れ、この変位検出器20と、主軸4の回転数を検出する
回転検出器21からの信号が上記圧力制御弁18に入力
されるようになっている。圧力制御弁18は、この両検
出器20、21から信号が入力されると、その信号に基
づいて所定の予圧を得るための油圧力を算出し、圧力室
16に加える油圧を制御するように設定されている。
端部の軸方向変位を検出する変位検出器20が設けら
れ、この変位検出器20と、主軸4の回転数を検出する
回転検出器21からの信号が上記圧力制御弁18に入力
されるようになっている。圧力制御弁18は、この両検
出器20、21から信号が入力されると、その信号に基
づいて所定の予圧を得るための油圧力を算出し、圧力室
16に加える油圧を制御するように設定されている。
【0016】また、上記軸受箱10の外周面には、その
周面をめぐる円筒溝22、22と螺旋溝23が形成さ
れ、その両溝22、23に切換弁を介して油圧を供給す
る圧力源24が接続されている。この構造では、予圧切
換えのタイミングに合せて両溝22、23に油圧を加え
ると、軸受箱10が縮径して外筒1との嵌合部にすき間
が生じ、軸受箱10の軸方向の移動をスムーズに行なえ
るようになる。
周面をめぐる円筒溝22、22と螺旋溝23が形成さ
れ、その両溝22、23に切換弁を介して油圧を供給す
る圧力源24が接続されている。この構造では、予圧切
換えのタイミングに合せて両溝22、23に油圧を加え
ると、軸受箱10が縮径して外筒1との嵌合部にすき間
が生じ、軸受箱10の軸方向の移動をスムーズに行なえ
るようになる。
【0017】上記の構造で成るスピンドルユニットにお
いて、軸受の初期予圧の設定は、ユニットを組立てた時
点で、弾性部材15が撓んだ状態となるように軸受6〜
7間に外輪背面間寸法L0 を設定する。これにより、弾
性部材15の撓み量に相当した弾性力が軸受6〜9に加
わり、初期予圧量となる。この状態から圧力室16に高
圧油を導入すると、その油圧力により軸受箱10が弾性
部材15を撓ませる方向に移動し、軸受6〜9の予圧量
は減少する。また、この予圧量の変化と共に、軸受箱1
0の移動によって各軸受6〜9の内輪と外輪が軸方向に
相対変位し、主軸4の加工側端部4aが外筒1端部から
後退する方向に移動する。
いて、軸受の初期予圧の設定は、ユニットを組立てた時
点で、弾性部材15が撓んだ状態となるように軸受6〜
7間に外輪背面間寸法L0 を設定する。これにより、弾
性部材15の撓み量に相当した弾性力が軸受6〜9に加
わり、初期予圧量となる。この状態から圧力室16に高
圧油を導入すると、その油圧力により軸受箱10が弾性
部材15を撓ませる方向に移動し、軸受6〜9の予圧量
は減少する。また、この予圧量の変化と共に、軸受箱1
0の移動によって各軸受6〜9の内輪と外輪が軸方向に
相対変位し、主軸4の加工側端部4aが外筒1端部から
後退する方向に移動する。
【0018】図3は、圧力室16に加える油圧力を連続
して変化した場合の各軸受6〜9に加わる予圧量の変化
を示している。また、図4の(a)は、上記の予圧量の
変化による軸受箱10の軸方向変位量を、図4の(b)
は、予圧量の変化による主軸4の加工側端部4aの軸方
向変位量を示したものである。この図3と図4に示すよ
うに、予圧量が回転数の上昇と共に減少すると、それに
比例して主軸4の軸方向変位量はマイナス方向(主軸端
部4aが後退する方向)に増大する。
して変化した場合の各軸受6〜9に加わる予圧量の変化
を示している。また、図4の(a)は、上記の予圧量の
変化による軸受箱10の軸方向変位量を、図4の(b)
は、予圧量の変化による主軸4の加工側端部4aの軸方
向変位量を示したものである。この図3と図4に示すよ
うに、予圧量が回転数の上昇と共に減少すると、それに
比例して主軸4の軸方向変位量はマイナス方向(主軸端
部4aが後退する方向)に増大する。
【0019】一方、主軸4の回転数を上昇させると、そ
の上昇に伴なってスピンドル温度が上昇し、主軸4が熱
膨張により伸びる。このため、図5に示すように主軸4
の加工側端部4aの軸方向変位量は、回転数の上昇に比
例してプラス方向(主軸端部4aが突出する方向)に増
大する傾向がある。
の上昇に伴なってスピンドル温度が上昇し、主軸4が熱
膨張により伸びる。このため、図5に示すように主軸4
の加工側端部4aの軸方向変位量は、回転数の上昇に比
例してプラス方向(主軸端部4aが突出する方向)に増
大する傾向がある。
【0020】そこで、実際のスピンドル運転において
は、高い剛性が必要な低速回転時では圧力室16から油
圧を抜き、弾性部材15の押圧力により軸受6〜9に初
期状態の重予圧を加える。
は、高い剛性が必要な低速回転時では圧力室16から油
圧を抜き、弾性部材15の押圧力により軸受6〜9に初
期状態の重予圧を加える。
【0021】主軸4の回転が中速域まで上昇し、変位検
出器20が熱膨張による主軸端部4の軸方向の伸びを検
出すると、圧力室16に油圧を導入し、軸受を軸方向に
押圧して予圧を中予圧に切換える。これにより、主軸端
部4aがマイナス方向に変位し、熱膨張によるプラス方
向の変位と相殺するため、主軸端部4aの変位量はゼロ
に保持される。
出器20が熱膨張による主軸端部4の軸方向の伸びを検
出すると、圧力室16に油圧を導入し、軸受を軸方向に
押圧して予圧を中予圧に切換える。これにより、主軸端
部4aがマイナス方向に変位し、熱膨張によるプラス方
向の変位と相殺するため、主軸端部4aの変位量はゼロ
に保持される。
【0022】また、主軸4の回転が高速域まで上昇する
と、熱膨張による主軸端部の変位量も大きくなるが、こ
れに応じて圧力室16にさらに大きな油圧を導入し、軸
受の予圧を軽予圧に切換える。これによって主軸端部4
aのマイナス方向の変位量が大きくなり、熱膨張による
プラス方向の変位を相殺する。
と、熱膨張による主軸端部の変位量も大きくなるが、こ
れに応じて圧力室16にさらに大きな油圧を導入し、軸
受の予圧を軽予圧に切換える。これによって主軸端部4
aのマイナス方向の変位量が大きくなり、熱膨張による
プラス方向の変位を相殺する。
【0023】このように変形検出器20で主軸4の変位
量をモニターし、圧力室16に加える油圧力を調整する
ことにより、低速から高速域の広い回転範囲内で主軸端
部4aの変位量をゼロに維持することができ、高い加工
精度を保つことができる。
量をモニターし、圧力室16に加える油圧力を調整する
ことにより、低速から高速域の広い回転範囲内で主軸端
部4aの変位量をゼロに維持することができ、高い加工
精度を保つことができる。
【0024】また、回転数の上昇に伴なって軸受の予圧
を軽減するので、軸受の温度上昇を防止でき、優れた高
速性能を得ることができる。
を軽減するので、軸受の温度上昇を防止でき、優れた高
速性能を得ることができる。
【0025】さらに、この実施例のスピンドルユニット
では、軸受6〜9が高剛性の弾性部材15の押圧力によ
って大きな力で位置決めされるので、定位置予圧に近い
スピンドル剛性を得ることができる。
では、軸受6〜9が高剛性の弾性部材15の押圧力によ
って大きな力で位置決めされるので、定位置予圧に近い
スピンドル剛性を得ることができる。
【0026】なお、上記の実施例では、変位検出器20
により主軸の変位をモニターして油圧力を調整する例を
示したが、図3及び図4に示すような油圧力と予圧及び
主軸の変位量との関係を予め知ることができれば、回転
数と油圧の調整だけで主軸端部の変位量をゼロに制御す
ることが可能であり、変位検出器20を省くことができ
る。
により主軸の変位をモニターして油圧力を調整する例を
示したが、図3及び図4に示すような油圧力と予圧及び
主軸の変位量との関係を予め知ることができれば、回転
数と油圧の調整だけで主軸端部の変位量をゼロに制御す
ることが可能であり、変位検出器20を省くことができ
る。
【0027】また、予圧切換機構として、弾性部材15
と圧力室16の圧力により軸受箱20を押圧する構造を
示したが、弾性部材の部分に圧力室を形成し、2つの圧
力室の圧力により軸受箱を軸方向の反対方向に押圧する
ようにしてもよく、予圧切換機構としては任意の構造の
ものを採用することができる。
と圧力室16の圧力により軸受箱20を押圧する構造を
示したが、弾性部材の部分に圧力室を形成し、2つの圧
力室の圧力により軸受箱を軸方向の反対方向に押圧する
ようにしてもよく、予圧切換機構としては任意の構造の
ものを採用することができる。
【0028】さらに、外筒1と軸受箱10の間に適当な
嵌合すき間を確保できれば、予圧切換え時に軸受箱10
を縮径させるための円筒溝22や螺旋溝23の給油構造
を省略することができる。
嵌合すき間を確保できれば、予圧切換え時に軸受箱10
を縮径させるための円筒溝22や螺旋溝23の給油構造
を省略することができる。
【0029】また、圧力室15や螺旋溝23等へ導入す
る流体は、高圧油に代えて高圧空気やその他のガスとし
てもよい。
る流体は、高圧油に代えて高圧空気やその他のガスとし
てもよい。
【0030】
【効果】以上のように、この発明は、軸受に対する予圧
量を変化させると共に、その予圧の変化に応じて主軸を
軸方向に移動させるので、低速域から高速域までの回転
範囲で主軸の軸方向変化をなくすことができ、スピンド
ルの精度向上を図ることができる。
量を変化させると共に、その予圧の変化に応じて主軸を
軸方向に移動させるので、低速域から高速域までの回転
範囲で主軸の軸方向変化をなくすことができ、スピンド
ルの精度向上を図ることができる。
【0031】また、低速域では重予圧、高速時では軽予
圧というように回転数の変化に応じて軸受の予圧を適切
に変化できるので、スピンドルの高剛性化と高速度化を
図ることができ、多機能のスピンドルを提供できる利点
がある。
圧というように回転数の変化に応じて軸受の予圧を適切
に変化できるので、スピンドルの高剛性化と高速度化を
図ることができ、多機能のスピンドルを提供できる利点
がある。
【図1】実施例を示す断面図
【図2】同上の要部を拡大した断面図
【図3】軸受予圧を回転数の関係を示すグラフ
【図4】予圧変化による主軸の軸方向変位と回転数の関
係を示すグラフ
係を示すグラフ
【図5】温度上昇による主軸の軸方向変位と回転数の関
係を示すグラフ
係を示すグラフ
1 外筒 4 主軸 6、7、8、9 軸受 10 軸受箱 15 弾性部材 16 圧力室 18 圧力制御弁 20 変形検出器 21 回転検出器
Claims (2)
- 【請求項1】 外筒の内部に、主軸を軸受を介して軸方
向に所定の範囲内で移動可能となるように設け、上記外
筒と主軸の間に、上記軸受に対する軸方向の押圧力を変
化させる予圧切換機構を設け、上記主軸の軸方向の変位
量に応じて軸受に対する予圧切換機構の押圧力を変化さ
せる制御手段を備えたスピンドルユニット。 - 【請求項2】 上記予圧切換機構を、軸受を軸方向に押
圧し、軸受の軸方向剛性より大きな弾性力を有する弾性
部材と、その弾性部材とは逆方向に軸受を押圧し、圧力
流体が導入可能な圧力室とから構成した請求項1に記載
のスピンドルユニット。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29320192A JPH06143003A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | スピンドルユニット |
US08/127,608 US5388917A (en) | 1992-10-14 | 1993-09-28 | Spindle unit |
DE4333196A DE4333196C2 (de) | 1992-10-14 | 1993-09-29 | Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29320192A JPH06143003A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | スピンドルユニット |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06143003A true JPH06143003A (ja) | 1994-05-24 |
Family
ID=17791735
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29320192A Pending JPH06143003A (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-30 | スピンドルユニット |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06143003A (ja) |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP29320192A patent/JPH06143003A/ja active Pending
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