JPH06226506A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

工作機械の主軸装置

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JPH06226506A
JPH06226506A JP1635893A JP1635893A JPH06226506A JP H06226506 A JPH06226506 A JP H06226506A JP 1635893 A JP1635893 A JP 1635893A JP 1635893 A JP1635893 A JP 1635893A JP H06226506 A JPH06226506 A JP H06226506A
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main shaft
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machine tool
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Isato Mikami
勇人 三上
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高速回転時における主軸の膨張を抑制するよう
にした工作機械の主軸装置を提供する。 【構成】工作機械の主軸頭1に、空気軸受2介して回転
可能に支持された主軸3の先端部に溝3aが形成されて
いる。この溝3aに、比重が小さく、縦弾性係数が大き
い繊維に合成樹脂を含浸させ、僅かな(炭素繊維に弛み
が発生しない程度の)張力を与えながら、複数層巻き付
けた後、合成樹脂を硬化させて繊維層4を形成した。そ
して、この繊維層4で、高速回転時の主軸の膨張を抑制
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸装置に
かかり、特に、主軸を高速回転させるのに好適な主軸装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マシニングセンタ等の工作機械において
は、その主軸の回転速度の高速化が進められている。こ
のため、主軸の小径化や、流体軸受の採用など、いろい
ろな対策が行なわれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、軸端の直径が
50mmの主軸を、50000rpmの高速回転させる
と、その回転によって作用する遠心力によって主軸が膨
張し、軸心に形成されたテーパ穴の径が、軸端で、約8
μm拡がってしまう。
【0004】このため、実加工時には、主軸先端に装着
された工具ホルダへの保持力が低下し、工具ホルダに傾
きにより回転バランスが低下することがあった。また、
工具ホルダを引き込んでスラスト方向の位置精度を低下
させたり、あるいは、主軸を停止させたとき、主軸と工
具ホルダが喰い付きを起こし、工具交換に支障を来すこ
とがある。
【0005】また、主軸を転がり軸受で支持している場
合には、遠心力による主軸の膨張により、主軸を支持す
る転がり軸受の予圧が上がり、軸受が焼き付きを起こす
ことがある。
【0006】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、高速
回転時における主軸の膨張を抑制するようにした工作機
械の主軸装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、工具取り付け側端部の外周面に
環状の溝が形成され、この溝内に比重が小さく、縦弾性
係数が大きい繊維を巻き付けた主軸を設けた。
【0008】また、工具取り付け側端部および転がり軸
受取り付け位置の両側の外周面にそれぞれ環状の溝が形
成され、これらの溝内に比重が小さく、縦弾性係数が大
きい繊維を巻き付けた主軸を設けた。
【0009】
【作用】そして、高速回転時の遠心力により主軸が膨張
するとき、主軸の溝に巻かれた比重が小さく、縦弾性係
数が大きい繊維によって、その膨張を抑制する。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説
明する。◆図1は、本発明の第1の実施例を示すもの
で、同図において、1は工作機械の主軸頭。2は空気軸
受で、主軸頭1に固定されている。3は主軸で、空気軸
受2を介して主軸頭1に回転可能に支持されている。3
aは溝で、主軸3の先端部に形成されている。4は比重
が小さく、縦弾性係数が大きい繊維で形成した繊維層
で、繊維に合成樹脂を含浸させ、僅かな(炭素繊維に弛
みが発生しない程度の)張力を与えながら、溝3aに複
数層巻き付けた後、合成樹脂を硬化させて形成してあ
る。5はコレットで、主軸3の軸心に、その軸方向に移
動可能に支持されている。
【0011】6は工具ホルダで、フランジ部6aの一端
にテーパ部6bが形成され、その一端にはコレット5に
着脱可能に保持されるプルスタッド6cが形成されてい
る。また、フランジ部6aの他の一端には、工具取付部
6dが形成され、その外周にねじが形成されている。7
はナットで、工具ホルダ6の工具取付部6dのねじに螺
合する。8はコレットで、工具ホルダ6の工具取付部6
dの軸心に形成されたテーパ穴に嵌合する。9は工具
で、コレット8に装着される。
【0012】このような構成において、主軸3の溝3a
に形成する繊維層4を炭素繊維で形成すると、炭素繊維
の比重(2.0)は、鋼の比重(7.8)の約1/3で
あるから、主軸3に作用する遠心力を軽減できる。ま
た、炭素繊維の縦弾性係数(6×104kgf/mm2
は、鋼の縦弾性係数(2.1×104kgf/mm2)の
約3倍であり、遠心力による主軸3の膨張が炭素繊維層
4により抑制される。
【0013】図2は、30番テーパを形成した直径50
mmの主軸を、50000rpmで回転させたときの遠
心力による主軸の半径方向の膨張を有限要素法で解析し
た結果を示すもので、同図において、◆A1は、炭素繊
維層4のない主軸3を回転させたときの主軸外周面の変
位量。◆B1は、炭素繊維層4のない主軸3を回転させ
たときの主軸内周面の変位量。◆A2は、先端から、8
mmから15mmの位置に幅7mm、深さ3mmの溝3
aを形成し、この溝3aに炭素繊維層4を形成した主軸
3を回転させたときの主軸外周面の変位量。◆B2は、
先端から、8mmから15mmの位置に幅7mm、深さ
3mmの溝3aを形成し、この溝3aに炭素繊維層4を
形成した主軸3を回転させたときの主軸内周面の変位
量。◆A3は、先端から、8mmから15mmの位置に
幅7mm、深さ6mmの溝3aを形成し、この溝3aに
炭素繊維層4を形成した主軸3を回転させたときの主軸
外周面の変位量。◆B3は、先端から、8mmから15
mmの位置に幅7mm、深さ6mmの溝3aを形成し、
この溝3aに炭素繊維層4を形成した主軸3を回転させ
たときの主軸内周面の変位量。◆を示す。同図からも明
らかなように、遠心力による軸3の膨張を炭素繊維層4
で抑制することができる。
【0014】図3は、本発明の第2の実施例を示すもの
で、同図において、図1と同じものは、同じ符号を付け
て示してある。主軸3は、転がり軸受10を介して主軸
頭1に支持され、その先端部と、転がり軸受10の取り
付け部の両側に溝3a、3bが形成され、これらの溝3
a、3bに炭素繊維層4、4aが形成されている。
【0015】11は外輪間座で、転がり軸受10の外輪
に接するように配置されている。12は内輪間座で、転
がり軸受10の内輪に接するように配置されている。1
3はドローバで、主軸3の軸心に摺動可能に配置され、
その一端がコレット5に固定されている。
【0016】このような構成にすることにより、主軸3
の転がり軸受10の取り付け部の遠心力による膨張を抑
制し、転がり軸受10の予圧の上昇を小さくして、焼き
付きなどの危険性を軽減することができる。
【0017】上記実施例においては、炭素繊維を用いた
場合について説明したが、炭素繊維以外でも、炭化珪素
繊維(比重3.0、弾性係数4.3×104)、ボロン
繊維(比重2.57、弾性係数4.1×104)、アル
ミなナセラミックス繊維(比重3.8、弾性係数3.9
×104)等のほか、合成樹脂系の繊維など比重が小さ
く、弾性係数の大きな繊維で繊維層を構成することによ
り同様の効果を得ることができる。
【0018】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、工具
取り付け側端部の外周面に環状の溝が形成され、この溝
内に比重が小さく、縦弾性係数が大きい繊維を巻き付け
た主軸を設けたので、高速回転時における主軸の膨張を
抑制することができ、主軸の膨張に起因するトラブルを
軽減することができる。
【0019】また、工具取り付け側端部および転がり軸
受取り付け位置の両側の外周面にそれぞれ環状の溝が形
成され、これらの溝内に比重が小さく、縦弾性係数が大
きい繊維を巻き付けた主軸を設けたので、高速回転時に
おける主軸の膨張を抑制することができ、主軸の膨張に
起因するトラブルや、転がり軸受のトラブルの危険性を
軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す工作機械の主軸装
置の正面断面図。
【図2】高速回転時の遠心力による主軸の膨張状態を示
す特性図。
【図3】本発明の第2の実施例を示す工作機械の主軸装
置の正面断面図。
【符号の説明】
3 主軸 3a、3b 溝 4、4a 繊維層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】工具取り付け側端部の外周面に環状の溝が
    形成され、この溝内に比重が小さく、縦弾性係数が大き
    い繊維を巻き付け、繊維層を形成した主軸を設けたこと
    を特徴とする工作機械の主軸装置。
  2. 【請求項2】工具取り付け側端部および転がり軸受取り
    付け位置の両側の外周面にそれぞれ環状の溝が形成さ
    れ、これらの溝内に比重が小さく、縦弾性係数が大きい
    繊維を巻き付け、繊維層を形成した主軸を設けたことを
    特徴とする工作機械の主軸装置。
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