JPH0724604A - 予圧可変式スピンドルユニットとその制御方法 - Google Patents

予圧可変式スピンドルユニットとその制御方法

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JPH0724604A
JPH0724604A JP17424793A JP17424793A JPH0724604A JP H0724604 A JPH0724604 A JP H0724604A JP 17424793 A JP17424793 A JP 17424793A JP 17424793 A JP17424793 A JP 17424793A JP H0724604 A JPH0724604 A JP H0724604A
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JP
Japan
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preload
bearing
adjusting sleeve
sleeve
spindle unit
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Application number
JP17424793A
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English (en)
Inventor
Masatsugu Mori
正継 森
Yoshimi Ota
好美 太田
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 油圧により予圧調整スリーブを移動させて軸
受の予圧を変化させるスピンドルとユニットにおいて、
各予圧での主軸の始動、加速が単独運転可能となり、予
圧切換えのためのタイムラグをなくすことができるよう
にする。 【構成】 外筒1の内部に、主軸2の軸受5、6を軸方
向に押圧する予圧調整スリーブ7を移動自在に設け、こ
のスリーブ7の押圧側端部に油圧室12を設けると共
に、油圧室12内に予圧調整スリーブ7を軸受5、6側
に押圧する予圧ばね21を設け、軸受5、6に常時予圧
を作用させることにより各予圧での単独運転が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、主軸を支持する軸受
に対して予圧量の調整を可能とし予圧可変式スピンドル
ユニットとその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、工作機械のスピンドルは、主軸の
回転精度と剛性を得るため、主軸を支持する軸受に所要
の予圧を加えて運転されている。
【0003】このような工作機械において、初期予圧を
大きくした状態で主軸を高速回転させた場合、軸受に必
要以上の負荷がかかり、焼付きの限界を越えたり、発熱
による主軸等の熱膨張によって軸受に過負荷が加わり、
軸受に損傷が生じる不具合がある。
【0004】逆に、主軸が高速回転できるように初期予
圧を小さく設定すると、低速回転時の予圧が不足し、低
速回転で高い剛性が得られない問題がある。
【0005】上記のような問題に対処するため、スピン
ドルの軸受に加える予圧量を可変とし、低速回転域で重
予圧、高速回転域では軽予圧に切り替えることができる
予圧可変式のスピンドルユニットを、本出願人は、特願
平1−101039号により提案している。
【0006】このスピンドルユニットは、図8に示すよ
うに、外筒1の内部に、主軸2を支持する軸受5、6を
軸方向に押圧する予圧調整スリーブ7と、そのスリーブ
7を軸方向に押圧する中間リング8を移動自在に設け、
その外筒1に、スリーブ7と中間リング8の移動量を制
限する調整部材9を取付け、スリーブ7と中間リング8
の端面間、及び中間リング8と外筒1の端面間に、スリ
ーブと中間リングを軸方向に駆動する油圧室12、13
を形成して構成されている。
【0007】上記の構成では、予圧調整スリーブ7及び
中間リング8と、調整部材9との間に、大きさの異なる
すきまδ3 、δ2 を形成し、各油圧室12、13に高圧
油を供給又は排出して、予圧調整スリーブ7又は中間リ
ング8を軸方向に移動させることにより、各軸受5、6
に各すきまδ3 、δ2 の大きさに応じた予圧を与えるよ
うになっている。
【0008】即ち、油圧室12に高圧油を供給して予圧
調整スリーブ7を直接押圧することによって重予圧とな
り、油圧室12の油圧を排出し、油圧室13に高圧油を
供給することにより中予圧となり、更に両油圧室12、
13の油圧を排出することにより軽予圧となり、図9は
主軸2の回転数と軸受予圧の関係を示し、同図の実線で
示した部分が運転中の軸受予圧荷重となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な構造の予圧可変式スピンドルユニットは、予圧切換え
時に油圧の給排を必要とするため、軸受予圧の変化が急
激に生じ、瞬間軸受転動体の挙動が不安定となり、主軸
に振動が発生する等の不具合が生じる場合がある。
【0010】そのため、予圧切換え時においては、転動
体挙動を安定させるための時間が必要となり加速を停止
する必要がある。
【0011】すなわち、主軸の加速時においては、図1
0に示すような加速パターンとなり、予圧切換えごとに
転動体挙動安定のための保持時間t1 、t2 が必要にな
り、回転数n3 を得るには、理想加速パターンに対して
回転停止によるタイムラグtが生じ、このことは加工時
間の短縮の観点から不利となる。
【0012】上記のようなタイムラグをなくす運転方法
として、使用回転数に相当する初期予圧の状態で始動、
加速する方法が考えられる。しかし、図9に示すよう
に、初期予圧が与えられる重、中予圧はこの方法でよい
が、軽予圧においては初期すきま状態となる条件が多
く、すきまの状態からの始動、加速は、軸受転動体のジ
ャイロ滑り等による不具合が発生する恐れがある。
【0013】そこで、この発明の課題は、予圧切換えが
行なえ、しかも予圧切換えのためのタイムラグをなくす
ことができる予圧可変式スピンドルユニットとその制御
方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、第1の発明は、外筒の内部に、主軸を回動自
在に支持する軸受を軸方向に押圧する予圧調整スリーブ
を軸方向に移動自在に設け、前記予圧調整スリーブの押
圧側端部にこのスリーブを軸方向に駆動する油圧室を設
け、油圧室への油圧の給排によって軸受の予圧を切換え
るようにした予圧可変式スピンドルユニットにおいて、
予圧調整スリーブの押圧側端面部に、このスリーブを軸
受側に押圧して初期軸受すきまを相殺する予圧ばねを設
けた構成を採用したものである。
【0015】同じく第2の発明は、外筒の内部に、主軸
を回動自在に支持する軸受を軸方向に押圧する予圧調整
スリーブを軸方向に移動自在に設け、前記予圧調整スリ
ーブの押圧側端部にこのスリーブを軸方向に駆動する油
圧室を設け、油圧室への油圧の給排によって軸受の予圧
を切換えるようにした予圧可変式スピンドルユニットの
制御方法において、予圧調整スリーブの押圧側端面部
に、このスリーブを軸受側に押圧して初期軸受すきまを
相殺する予圧ばねを設け、主軸の加速運転に際し、軸受
の予圧を、予圧ばねの押圧による定圧予圧から、回転数
の上昇に伴う軸受すきまの減少で予圧調整スリーブが予
圧ばねを圧縮する方向に移動した定位置予圧へと移行さ
せながら加速する方法を採用したものである。
【0016】
【作用】主軸を加速する際、運転中の予圧切換えは行な
わず、使用回転数に対応した初期予圧の状態で始動、加
速する。すなわち、重及び中予圧については、初期予圧
があり、各々の回転数まで定位置予圧のまま加速運転す
る。
【0017】軽予圧においては、運転開始直後までは予
圧ばねによる定圧予圧となり、回転数の上昇に伴う軸受
すきまの減少で予圧調整スリーブがばねを圧縮する方向
に移動され、定位置予圧となり、これにより各予圧で単
独運転が可能となり、使用回転数に対応した初期予圧で
主軸の始動、加速が行なえる。
【0018】
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面の図1乃
至図7に基づいて説明する。
【0019】図1乃至図5は3段階切換え形の予圧可変
式スピンドルユニットを示し、図1に示すように、外筒
1内に挿通した主軸2は、その両端が、それぞれ軸受
3、4及び5、6により回転自在に支持されている。こ
の一対の軸受3、4及び5、6は、アンギュラ玉軸受が
用いられ、それぞれ間座14を介して並列配置されると
共に、互いに背面向き合せの状態で取付けられている。
【0020】上記一端側の軸受3、4は、外筒1内に直
接組込まれ、その外輪が外筒1の内径面に、内輪が主軸
2の外周面にそれぞれ固定されている。この軸受3、4
側の主軸端面は、スピンドルの運転時において、ワーク
の取付け側端部になる。
【0021】一方、他端側の軸受5、6は、内輪が主軸
2の外径面に固定され、外輪が、軸受5、6と外筒1の
間に挿入された予圧調整スリーブ7の内面に固定されて
おり、軸受5の外輪には、間座14を介してスリーブ7
の内側端面が当接している。この構造では、スリーブ7
が軸方向へ移動すると、軸受5、6の外輪が移動し、各
軸受3、4、5、6に予圧が与えられる。
【0022】また、スリーブ7の一端側には、中間リン
グ8が配置され、この中間リング8は、スリーブ7と共
に外筒1の内部において軸方向に独立して移動可能とな
るように挿入され、移動量制限リング9でスリーブ7及
び中間リング8の移動量が制限されている。
【0023】さらに、スリーブ7と中間リング8の間に
は、第1油圧室12が形成され、中間リング8の端面と
外筒1の内端面との間には、第2油圧室13が形成され
ている。また、その各油圧室12、13には、それぞれ
外筒1内部に形成した油路15、16が連結しており、
この、各油路15、16に、電磁制御弁や油圧ポンプ等
を備える油圧制御回路17が接続されている。
【0024】この油圧制御回路17は、主軸2の回転数
を検出するセンサ(図示省略)の信号が入力されるよう
になっており、この信号に基づいて、各油圧室12、1
3へ油を供給排出することを切り替えるように設定され
ている。
【0025】前記油圧調整スリーブ7と中間リング8の
対向面間に、油圧室12内に納まる予圧ばね21が組込
まれている。この予圧ばね21は、コイルばねを用い、
油圧室12内の円周上に複数個を設け、この油圧ばね2
1で予圧調整スリーブ7を軸受5、6の方向に押圧し、
軸受5、6に初期予圧を付与している。
【0026】図6は2段階切換え形の予圧可変式スピン
ドルユニットを示し、先の3段階切換え形のスピンドル
ユニットと同一部分には同一符号を付して説明に代え
る。
【0027】この2段階切換え形のスピンドルユニット
は、先の中間リング8に代えて固定リング10を用い、
予圧調整スリーブ7との対向面にだけに油圧室12を形
成し、この油圧室12内に予圧ばね21を組込んだ構造
になっている。
【0028】次に、3段階切換え形の予圧可変式スピン
ドルユニットを例にとり、各予圧での運転方法と始動及
び加速方法について説明する。
【0029】予圧ばね21のない状態の初期予圧又は初
期すきまをP1 (重予圧)、P2 (中予圧)、Δs(軽
予圧)とし、各予圧での最高回転数をn1 、n2 、n3
とする。また、使用予圧ばね21のばね力をP3 とする
と、各予圧の予圧線図は図7(A)のようになる。
【0030】各予圧で主軸2を始動、加速する場合、重
予圧は図2の如く油圧室12に高圧油を供給し、また、
中予圧は図3の如く油圧室12の高圧油を排出し、油圧
室13に高圧油を供給することにより、重及び中予圧に
ついては初期予圧があり、各々の最高回転数n1 、n2
まで定位置予圧のまま加速運転が可能である。
【0031】一方軽予圧については、両油圧室12、1
3に対する高圧油の排出により、初期予圧は初期すきま
Δsとなるが、予圧ばね21を装入することで図5の状
態となり、ばね力P3 の安定予圧が得られる。
【0032】すなわち、運転開始直後においては、予圧
荷重P3 の定圧予圧となる。そして回転数の上昇に伴う
軸受すきまの減少で、予圧調整スリーブ9は予圧ばね2
1を圧縮する方向に移動が与えられ、回転数n4 に達す
ると図4の状態になり、定位置予圧に移行する。
【0033】上記のように、主軸2の始動及び加速時に
おいて、運転中の予圧切換えは行なわず、使用回数数
(ワーク加工回転数)に対応した初期予圧の状態で始
動、加速するものであり、特に軽予圧においては、予圧
ばね21にて初期予圧(定圧予圧)を与え、回転数上昇
に伴い、途中で定位置予圧に移行させ、この予圧ばね2
1のばね力を転動体のジャイロ滑りを防止するのに必要
な力以上とすることで、常時予圧が与えられ、始動及び
加速運転が可能となる。
【0034】また、2段階切換え形の予圧可変式スピン
ドルユニットにおいても上記と同様であり、各予圧の予
圧線図は図7(B)のようになり、重予圧については、
初期予圧があるため、そのまま加速運転が可能である。
また、軽予圧の運転開始時においては、油圧室12に対
する高圧油の排出で予圧ばね21のばね力による予圧荷
重P2 の定圧予圧となる。
【0035】回転数が上昇し、回転数n3 となると、予
圧調整スリーブ9の予圧ばね21を圧縮する方向への移
動で定位置予圧となる。
【0036】
【発明の効果】以上のように、この発明によると、予圧
調整スリーブの押圧側端面部に初期軸受すきまを相殺す
る予圧ばねを配置したので、従来、すきまとなる予圧条
件においても、常時予圧を作用させることができ、各予
圧での単独運転が可能となるため、使用回転数に対応し
た初期予圧で主軸の始動、加速が行なえ、主軸加速時に
おいて、予圧切換えのためのタイムラグがなくなり、主
軸の加速時間が従来に比べて短縮できる。
【0037】また、主軸加速途中での予圧切換えを行な
わなくてよく、予圧切換えにて生じていた転動体挙動の
急激な変化がなくなり、安定した加速性が得られる。
【0038】更に、軽予圧状態においても常に軸受予圧
が与えられるため、工作機械搬送時に生じる軸受軌道面
でのフレッティングの影響が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る3段階切換え形のスピンドルユ
ニットを示す縦断面図
【図2】同上の重予圧時の作動状態を示す縦断面図
【図3】同上の中予圧時の作動状態を示す縦断面図
【図4】同上の軽予圧における定位置予圧の作動状態を
示す縦断面図
【図5】同上の軽予圧における定圧予圧の作動状態を示
す縦断面図
【図6】2段階切換え形のスピンドルユニットを示す縦
断面図
【図7】(A)と(B)は運転中の予圧線図
【図8】従来の予圧可変式スピンドルユニットを示す縦
断面図
【図9】同上の運転中の予圧線図
【図10】予圧切換えを伴う加速パターンの図
【符号の説明】
1 外筒 2 主軸 5、6 軸受 7 予圧調整スリーブ 8 中間リング 9 移動量制限リング 12、13 油圧室 21 予圧ばね

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外筒の内部に、主軸を回動自在に支持す
    る軸受を軸方向に押圧する予圧調整スリーブを軸方向に
    移動自在に設け、前記予圧調整スリーブの押圧側端部に
    このスリーブを軸方向に駆動する油圧室を設け、油圧室
    への油圧の給排によって軸受の予圧を切換えるようにし
    た予圧可変式スピンドルユニットにおいて、予圧調整ス
    リーブの押圧側端面部に、このスリーブを軸受側に押圧
    して初期軸受すきまを相殺する予圧ばねを設けたことを
    特徴とする予圧可変式スピンドルユニット。
  2. 【請求項2】 外筒の内部に、主軸を回動自在に支持す
    る軸受を軸方向に押圧する予圧調整スリーブを軸方向に
    移動自在に設け、前記予圧調整スリーブの押圧側端部に
    このスリーブを軸方向に駆動する油圧室を設け、油圧室
    への油圧の給排によって軸受の予圧を切換えるようにし
    た予圧可変式スピンドルユニットの制御方法において、
    予圧調整スリーブの押圧側端面部に、このスリーブを軸
    受側に押圧して初期軸受すきまを相殺する予圧ばねを設
    け、主軸の加速運転に際し、軸受の予圧を、予圧ばねの
    押圧による定圧予圧から、回転数の上昇に伴う軸受すき
    まの減少で予圧調整スリーブが予圧ばねを圧縮する方向
    に移動した定位置予圧へと移行させながら加速すること
    を特徴とする予圧可変式スピンドルユニットの制御方
    法。
JP17424793A 1993-07-14 1993-07-14 予圧可変式スピンドルユニットとその制御方法 Pending JPH0724604A (ja)

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