JPH071289A - 軸変位制御スピンドル - Google Patents
軸変位制御スピンドルInfo
- Publication number
- JPH071289A JPH071289A JP16957393A JP16957393A JPH071289A JP H071289 A JPH071289 A JP H071289A JP 16957393 A JP16957393 A JP 16957393A JP 16957393 A JP16957393 A JP 16957393A JP H071289 A JPH071289 A JP H071289A
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- JP
- Japan
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- shaft part
- shaft
- displacement
- axial
- piezoelectric actuator
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】軸部が熱膨張等で軸方向に変位しても軸部を片
側へ移動させて軸部片端における軸位置精度を維持でき
るようにする。 【構成】外筒に対して軸部を回転可能かつ軸方向移動可
能に支承するころがり軸受と、外筒内に設けられかつこ
の外筒に対して軸部の軸方向位置を規制するスラスト付
勢部とを有し、このスラスト付勢部が軸方向に伸縮制御
される。スラスト付勢部としては圧電制御される圧電ア
クチュエータあるいはばね部材と圧電アクチュエータの
組み合せが好適に採用可能である。
側へ移動させて軸部片端における軸位置精度を維持でき
るようにする。 【構成】外筒に対して軸部を回転可能かつ軸方向移動可
能に支承するころがり軸受と、外筒内に設けられかつこ
の外筒に対して軸部の軸方向位置を規制するスラスト付
勢部とを有し、このスラスト付勢部が軸方向に伸縮制御
される。スラスト付勢部としては圧電制御される圧電ア
クチュエータあるいはばね部材と圧電アクチュエータの
組み合せが好適に採用可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えば工作機械の工具主
軸等に用いられるスピンドル装置に関し、特に軸部の軸
方向変位位置を制御可能とした軸変位制御スピンドルに
関する。
軸等に用いられるスピンドル装置に関し、特に軸部の軸
方向変位位置を制御可能とした軸変位制御スピンドルに
関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械の工具主軸用スピンドルユニッ
トは工作機械本体に固定される外筒と、該外筒内に少な
くともその前後部２箇所でころがり軸受を介して支承さ
れた中空の軸部とを有し、該軸部は前記外筒を貫通して
その前端に工具が装着され、後端側に固着したプーリを
介して軸部の回転駆動がなされる。前記ころがり軸受は
通常外筒と軸部の間に締代を有して嵌挿されるが、前記
軸部は前記外筒内で前端側の大径段差部と前側ころがり
軸受との接当および後端側の軸受締付ナットおよび内輪
間座によって前記外筒に対し軸方向に移動不能に前後側
ころがり軸受で支承されている。
トは工作機械本体に固定される外筒と、該外筒内に少な
くともその前後部２箇所でころがり軸受を介して支承さ
れた中空の軸部とを有し、該軸部は前記外筒を貫通して
その前端に工具が装着され、後端側に固着したプーリを
介して軸部の回転駆動がなされる。前記ころがり軸受は
通常外筒と軸部の間に締代を有して嵌挿されるが、前記
軸部は前記外筒内で前端側の大径段差部と前側ころがり
軸受との接当および後端側の軸受締付ナットおよび内輪
間座によって前記外筒に対し軸方向に移動不能に前後側
ころがり軸受で支承されている。
【０００３】近年のマシニングセンタ等の工作機械用ス
ピンドルでは主軸回転の高速化が著しく、これに伴なっ
て軸受の発熱による軸部の熱膨張や軸受の遠心作用によ
る予圧増大が問題となっている。従来、この回転部分の
発熱による熱膨張に対してはもっぱら強制冷却の手段が
とられ、外筒の外周と機械本体部の間に水冷または油冷
ジャケットを設け、また前記外筒を通して軸受の外輪に
冷却油を噴射したり、軸部に挿入されるドローバの後端
から該ドローバ内に潤滑油を給送し、軸部を通して軸受
内輪側から軸受の転動体軌道面を潤滑する、いわゆるア
ンダレース潤滑方式による冷却を行って軸部の熱変位を
防止している（例えば特願平５−１９３１１号，特願平
５−１９３１０号等）。
ピンドルでは主軸回転の高速化が著しく、これに伴なっ
て軸受の発熱による軸部の熱膨張や軸受の遠心作用によ
る予圧増大が問題となっている。従来、この回転部分の
発熱による熱膨張に対してはもっぱら強制冷却の手段が
とられ、外筒の外周と機械本体部の間に水冷または油冷
ジャケットを設け、また前記外筒を通して軸受の外輪に
冷却油を噴射したり、軸部に挿入されるドローバの後端
から該ドローバ内に潤滑油を給送し、軸部を通して軸受
内輪側から軸受の転動体軌道面を潤滑する、いわゆるア
ンダレース潤滑方式による冷却を行って軸部の熱変位を
防止している（例えば特願平５−１９３１１号，特願平
５−１９３１０号等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の工作機械用スピ
ンドルユニットは軸部が外筒に対して軸方向に拘束され
ており、作動中の軸受部の発熱により軸部が軸方向に熱
膨張する。特にこの種のスピンドルユニットでは軸部が
前端側へ軸変位を起すと、軸部先端に装着した工具の位
置が変化し、加工精度に問題が出る。また軸部の熱膨張
に伴なって軸受予圧も変化し、これによる新たな発熱や
焼付を誘起する。しかし前述した軸部の回転による発熱
を抑えるジェット潤滑あるいはアンダレース潤滑スピン
ドルは装置が大がかりとなり、また潤滑油の供給動力の
消費が大きく、ランニングコストが嵩む。
ンドルユニットは軸部が外筒に対して軸方向に拘束され
ており、作動中の軸受部の発熱により軸部が軸方向に熱
膨張する。特にこの種のスピンドルユニットでは軸部が
前端側へ軸変位を起すと、軸部先端に装着した工具の位
置が変化し、加工精度に問題が出る。また軸部の熱膨張
に伴なって軸受予圧も変化し、これによる新たな発熱や
焼付を誘起する。しかし前述した軸部の回転による発熱
を抑えるジェット潤滑あるいはアンダレース潤滑スピン
ドルは装置が大がかりとなり、また潤滑油の供給動力の
消費が大きく、ランニングコストが嵩む。
【０００５】そこで本発明は、軸部が熱膨張その他の原
因で軸方向に変位しても軸部を片側へ移動させて軸部の
片端における軸位置精度に影響が出ないようにした軸変
位制御スピンドルを提供することにある。
因で軸方向に変位しても軸部を片側へ移動させて軸部の
片端における軸位置精度に影響が出ないようにした軸変
位制御スピンドルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る軸変位制御
スピンドルは、外筒に対して軸部を回転可能かつ軸方向
移動可能に支承するころがり軸受と、前記外筒内に設け
られ該外筒に対して前記軸部の軸方向位置を規制しかつ
軸方向に伸縮制御されるスラスト付勢部とを有してい
る。
スピンドルは、外筒に対して軸部を回転可能かつ軸方向
移動可能に支承するころがり軸受と、前記外筒内に設け
られ該外筒に対して前記軸部の軸方向位置を規制しかつ
軸方向に伸縮制御されるスラスト付勢部とを有してい
る。
【０００７】
【作用】前記軸部は前記ころがり軸受を介して前記外筒
に対して軸方向に移動可能に軸支されており、前記軸部
の軸方向位置は、該軸部と前記外筒との間でこれらとス
ラスト方向に接当するスラスト付勢部の軸長さにより定
められる。前記スラスト付勢部は軸部の軸変位検出信号
により軸方向に伸縮制御され、したがって前記軸部が熱
膨張で軸変位を起したとき、前記スラスト付勢部で軸部
を外筒に対して軸移動させることにより、片側の軸端位
置を調整して作動中の軸端の位置精度を上げ、該軸端に
装着された工具による加工精度を上げることができる。
前記スラスト付勢部としては圧電素子から成る圧電アク
チュエータあるいは圧電アクチュエータとばね部材の組
み合せ等が採用可能である。
に対して軸方向に移動可能に軸支されており、前記軸部
の軸方向位置は、該軸部と前記外筒との間でこれらとス
ラスト方向に接当するスラスト付勢部の軸長さにより定
められる。前記スラスト付勢部は軸部の軸変位検出信号
により軸方向に伸縮制御され、したがって前記軸部が熱
膨張で軸変位を起したとき、前記スラスト付勢部で軸部
を外筒に対して軸移動させることにより、片側の軸端位
置を調整して作動中の軸端の位置精度を上げ、該軸端に
装着された工具による加工精度を上げることができる。
前記スラスト付勢部としては圧電素子から成る圧電アク
チュエータあるいは圧電アクチュエータとばね部材の組
み合せ等が採用可能である。
【０００８】
【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。この実施例はマシニングセンタの主軸スピンドルと
して構成した例である。外筒２内に軸方向に離隔した前
側円筒ころ軸受３および後側円筒ころ軸受４を介して中
空の軸部１が外筒２を貫通する如く軸支されている。軸
部１の前端部には工具取付用のテーパ部５が形成される
とともに、軸芯部分にはテーパ部５に続いて軸部後端へ
抜ける貫通孔６が形成され、該貫通孔６内に工具の固
定、解放を行う公知のドローバ７および該ドローバ７を
後方へ付勢する皿ばね８が設けられている。ドローバ７
を軸部１に対して前方へ押動することによりドローバ先
端のボールが開いて工具の固定が解放され、ドローバ７
の押動を解除すれば前記皿ばね８のばね力でドローバ７
および前記ボールが軸部１に対して後方へ引き込まれ、
工具が固定される。軸部１は後部外周に固着された駆動
用プーリ９を介して図示しない駆動源により回転駆動さ
れる。
る。この実施例はマシニングセンタの主軸スピンドルと
して構成した例である。外筒２内に軸方向に離隔した前
側円筒ころ軸受３および後側円筒ころ軸受４を介して中
空の軸部１が外筒２を貫通する如く軸支されている。軸
部１の前端部には工具取付用のテーパ部５が形成される
とともに、軸芯部分にはテーパ部５に続いて軸部後端へ
抜ける貫通孔６が形成され、該貫通孔６内に工具の固
定、解放を行う公知のドローバ７および該ドローバ７を
後方へ付勢する皿ばね８が設けられている。ドローバ７
を軸部１に対して前方へ押動することによりドローバ先
端のボールが開いて工具の固定が解放され、ドローバ７
の押動を解除すれば前記皿ばね８のばね力でドローバ７
および前記ボールが軸部１に対して後方へ引き込まれ、
工具が固定される。軸部１は後部外周に固着された駆動
用プーリ９を介して図示しない駆動源により回転駆動さ
れる。
【０００９】前側および後側の円筒ころ軸受３，４の外
輪の内周面は平坦な円筒面となっており、したがってこ
のままの状態では転動体のころが外輪内周面を軸方向に
滑ることにより、軸部１は軸受内輪およびころと共に外
筒２に対して軸方向に移動可能である。なお外筒２の前
端および後端には軸部１が貫通する前側端板１０および
後側端板１１がボルトで固着され、これによって軸受外
輪を軸方向に拘束している。軸部１と前側および後側端
板１０，１１との間に適当なシール部が設けられる。
輪の内周面は平坦な円筒面となっており、したがってこ
のままの状態では転動体のころが外輪内周面を軸方向に
滑ることにより、軸部１は軸受内輪およびころと共に外
筒２に対して軸方向に移動可能である。なお外筒２の前
端および後端には軸部１が貫通する前側端板１０および
後側端板１１がボルトで固着され、これによって軸受外
輪を軸方向に拘束している。軸部１と前側および後側端
板１０，１１との間に適当なシール部が設けられる。
【００１０】図１の実施例においては、外筒２の略中間
位置で軸部１の外周に玉軸受１２が装着されている。こ
の玉軸受１２は前側内輪間座１３と後側内輪間座１４お
よび締付ナット１５により玉軸受１２内輪が軸部１に固
定されるが、外輪は外筒内周に対し隙間ｅを有してい
る。そして玉軸受１２の外輪の前端には外輪間座１６，
１７を介して前側円筒ころ軸受３外輪との間に圧電素子
等の前側圧電アクチュエータ１８が配置され、玉軸受１
２の外輪の後端には同様に外輪間座１９を介して外筒内
周面の段差部との間に圧電素子等の後側圧電アクチュエ
ータ２０が配置され、これによって軸部１は玉軸受１２
および前後側のアクチュエータ１８，２０を介して外筒
２に対する軸方向位置が規制されている。なお、これら
の圧電アクチュエータ１８，２０はそれぞれ周方向に等
配関係に複数個に分割され、また外筒２を通して外部の
付勢電源（図示省略）に接続されている。圧電アクチュ
エータは電圧をかけることにより軸方向に伸びを生じ、
したがってこの実施例では両圧電アクチュエータ１８，
２０により本発明に係るスラスト付勢部を構成する。
位置で軸部１の外周に玉軸受１２が装着されている。こ
の玉軸受１２は前側内輪間座１３と後側内輪間座１４お
よび締付ナット１５により玉軸受１２内輪が軸部１に固
定されるが、外輪は外筒内周に対し隙間ｅを有してい
る。そして玉軸受１２の外輪の前端には外輪間座１６，
１７を介して前側円筒ころ軸受３外輪との間に圧電素子
等の前側圧電アクチュエータ１８が配置され、玉軸受１
２の外輪の後端には同様に外輪間座１９を介して外筒内
周面の段差部との間に圧電素子等の後側圧電アクチュエ
ータ２０が配置され、これによって軸部１は玉軸受１２
および前後側のアクチュエータ１８，２０を介して外筒
２に対する軸方向位置が規制されている。なお、これら
の圧電アクチュエータ１８，２０はそれぞれ周方向に等
配関係に複数個に分割され、また外筒２を通して外部の
付勢電源（図示省略）に接続されている。圧電アクチュ
エータは電圧をかけることにより軸方向に伸びを生じ、
したがってこの実施例では両圧電アクチュエータ１８，
２０により本発明に係るスラスト付勢部を構成する。
【００１１】外筒２に固着された前側端板１０の内側に
は軸部１の前側フランジの端面と対峙する非接触変位セ
ンサ２１が取り付けられている。この非接触変位センサ
２１はスピンドル作動中の軸部の軸方向熱変位その他軸
変位制御中の軸位置を有効に検出し、該センサ２１の出
力信号は前側端板１０に半径方向に穿孔された溝２２を
通して取り出され、図示しない制御装置に入力される。
は軸部１の前側フランジの端面と対峙する非接触変位セ
ンサ２１が取り付けられている。この非接触変位センサ
２１はスピンドル作動中の軸部の軸方向熱変位その他軸
変位制御中の軸位置を有効に検出し、該センサ２１の出
力信号は前側端板１０に半径方向に穿孔された溝２２を
通して取り出され、図示しない制御装置に入力される。
【００１２】作動中の軸部前端の位置精度を問題にする
場合、まず軸部１が外筒２に対して一定位置に組み付け
られた状態で作動開始時に前側の圧電アクチュエータ１
８の電圧を０Ｖとし、後側の圧電アクチュエータ２０に
は最大電圧をかけておく。軸部１が回転し、熱変位等で
軸部１が伸びた場合（前側ｂμｍ）、前側の圧電アクチ
ュエータ１８に電圧ａ1 Ｖをかけて前側アクチュエータ
１８をｂμｍ変位させ、同時に後側圧電アクチュエータ
２０の電圧をａ2 Ｖ下げ、前側と同じ変位量（ｂμｍ）
収縮させる。前側圧電アクチュエータ１８の伸びと後側
圧電アクチュエータ２０の縮みにより軸部１には玉軸受
１２を介して後側への軸力が作用する。軸部１を支承す
る前側，後側のころ軸受３，４は外輪に対して内輪側が
軸移動可能であるため、結局軸部１は前側への熱変位量
と同じ量（ｂμｍ）だけ後側へ移動し、軸部前端の軸変
位は相殺される。軸部１の変位量は非接触変位センサ２
１により検出され、その出力信号が前記制御装置へフィ
ードバックされ、軸部前端の軸変位が常に０となるよう
に圧電アクチュエータ１８，２０の電圧が制御される。
場合、まず軸部１が外筒２に対して一定位置に組み付け
られた状態で作動開始時に前側の圧電アクチュエータ１
８の電圧を０Ｖとし、後側の圧電アクチュエータ２０に
は最大電圧をかけておく。軸部１が回転し、熱変位等で
軸部１が伸びた場合（前側ｂμｍ）、前側の圧電アクチ
ュエータ１８に電圧ａ1 Ｖをかけて前側アクチュエータ
１８をｂμｍ変位させ、同時に後側圧電アクチュエータ
２０の電圧をａ2 Ｖ下げ、前側と同じ変位量（ｂμｍ）
収縮させる。前側圧電アクチュエータ１８の伸びと後側
圧電アクチュエータ２０の縮みにより軸部１には玉軸受
１２を介して後側への軸力が作用する。軸部１を支承す
る前側，後側のころ軸受３，４は外輪に対して内輪側が
軸移動可能であるため、結局軸部１は前側への熱変位量
と同じ量（ｂμｍ）だけ後側へ移動し、軸部前端の軸変
位は相殺される。軸部１の変位量は非接触変位センサ２
１により検出され、その出力信号が前記制御装置へフィ
ードバックされ、軸部前端の軸変位が常に０となるよう
に圧電アクチュエータ１８，２０の電圧が制御される。
【００１３】図２は軸部の前側円筒ころ軸受の後方に充
分なスペースがない場合の実施例を示す縦断面図であ
る。前側および後側の円筒ころ軸受３，４は外筒２に対
して軸部１を軸方向移動可能に支承しており、また軸部
外周に固着されかつ外筒内周面との間に隙間ｅをもつ玉
軸受１２の外輪とその後方の外筒内周面の段差部との間
に後側圧電アクチュエータ２０が配置されるのは図１の
場合と同様であるが、図２の実施例では玉軸受１２と前
側ころ軸受３との間に圧縮ばね２３が、該玉軸受１２の
外輪を後方へ押圧するように配置されている。圧縮ばね
２３の押圧力による軸部１の後方への軸移動は後側圧電
アクチュエータ２０によって規制され、したがって後側
圧電アクチュエータ２０の電圧制御により軸部１の位置
制御がなされる。軸変位検出のために軸部前端部のフラ
ンジと対峙する非接触変位センサ２１が外筒２の前側端
板１０に設けられることは図１と同じである。この実施
例においては後側圧電アクチュエータ２０と圧縮ばね２
３とによって本発明に係るスラスト付勢部が構成され
る。なおマシニングセンタ用スピンドルとして構成する
場合は、工具解放時のドローバ７の押し込みによる皿ば
ね８のばね力が軸部１に反力として作用するので、前記
圧縮ばね２３は皿ばね８よりも強いばね定数に設定され
る。
分なスペースがない場合の実施例を示す縦断面図であ
る。前側および後側の円筒ころ軸受３，４は外筒２に対
して軸部１を軸方向移動可能に支承しており、また軸部
外周に固着されかつ外筒内周面との間に隙間ｅをもつ玉
軸受１２の外輪とその後方の外筒内周面の段差部との間
に後側圧電アクチュエータ２０が配置されるのは図１の
場合と同様であるが、図２の実施例では玉軸受１２と前
側ころ軸受３との間に圧縮ばね２３が、該玉軸受１２の
外輪を後方へ押圧するように配置されている。圧縮ばね
２３の押圧力による軸部１の後方への軸移動は後側圧電
アクチュエータ２０によって規制され、したがって後側
圧電アクチュエータ２０の電圧制御により軸部１の位置
制御がなされる。軸変位検出のために軸部前端部のフラ
ンジと対峙する非接触変位センサ２１が外筒２の前側端
板１０に設けられることは図１と同じである。この実施
例においては後側圧電アクチュエータ２０と圧縮ばね２
３とによって本発明に係るスラスト付勢部が構成され
る。なおマシニングセンタ用スピンドルとして構成する
場合は、工具解放時のドローバ７の押し込みによる皿ば
ね８のばね力が軸部１に反力として作用するので、前記
圧縮ばね２３は皿ばね８よりも強いばね定数に設定され
る。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、作
動中の熱膨張などで軸部が軸変位した場合、この変位量
に応じて軸部を軸方向に移動させるように構成したの
で、片側の軸端の位置精度を自動的に維持でき、該軸端
に装着された工具による加工精度を上げることができ
る。
動中の熱膨張などで軸部が軸変位した場合、この変位量
に応じて軸部を軸方向に移動させるように構成したの
で、片側の軸端の位置精度を自動的に維持でき、該軸端
に装着された工具による加工精度を上げることができ
る。
【図１】本発明の１実施例によるマシニングセンタ用軸
変位制御スピンドルの縦断面図である。
変位制御スピンドルの縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例による軸変位制御スピンド
ルの縦断面図である。
ルの縦断面図である。
１ 軸部 ２ 外筒 ３ 前側円筒ころ軸受 ４ 後側円筒ころ軸受 ８ 皿ばね １０ 前側端板 １２ 玉軸受 １８ 前側圧電アクチュエータ ２０ 後側圧電アクチュエータ ２１ 非接触変位センサ ２２ 溝 ２３ 圧縮ばね
Claims (1)
- 【請求項１】外筒に対して軸部を回転可能かつ軸方向移
動可能に支承するころがり軸受と、前記外筒内に設けら
れかつ該外筒に対して前記軸部の軸方向位置を規制する
スラスト付勢部とを有し、前記スラスト付勢部は軸方向
に伸縮制御されることを特徴とする軸変位制御スピンド
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16957393A JPH071289A (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 軸変位制御スピンドル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16957393A JPH071289A (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 軸変位制御スピンドル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH071289A true JPH071289A (ja) | 1995-01-06 |
Family
ID=15888986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16957393A Pending JPH071289A (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 軸変位制御スピンドル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071289A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11216643A (ja) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Disco Abrasive Syst Ltd | 作用要素の位置ずれ防止方法及び切削装置 |
| KR101314359B1 (ko) * | 2011-12-22 | 2013-10-04 | 현대위아 주식회사 | 공작기계 주축의 변위측정장치 |
| CN103573979A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-02-12 | 华中科技大学 | 一种基于压电陶瓷执行器的轴承预紧力自调节装置 |
-
1993
- 1993-06-16 JP JP16957393A patent/JPH071289A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11216643A (ja) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Disco Abrasive Syst Ltd | 作用要素の位置ずれ防止方法及び切削装置 |
| KR101314359B1 (ko) * | 2011-12-22 | 2013-10-04 | 현대위아 주식회사 | 공작기계 주축의 변위측정장치 |
| CN103573979A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-02-12 | 华中科技大学 | 一种基于压电陶瓷执行器的轴承预紧力自调节装置 |
| CN103573979B (zh) * | 2013-10-17 | 2016-08-31 | 华中科技大学 | 一种基于压电陶瓷执行器的轴承预紧力自调节装置 |
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