JPH1076403A - Spindle device - Google Patents
Spindle deviceInfo
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- JPH1076403A JPH1076403A JP23387796A JP23387796A JPH1076403A JP H1076403 A JPH1076403 A JP H1076403A JP 23387796 A JP23387796 A JP 23387796A JP 23387796 A JP23387796 A JP 23387796A JP H1076403 A JPH1076403 A JP H1076403A
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- titanium
- alloy
- spindle
- main shaft
- matrix
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- Pending
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- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
- Turning (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は工作機械等に利用
される主軸装置に関するものであり、特に高速回転に適
した主軸装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spindle device used for machine tools and the like, and more particularly to a spindle device suitable for high-speed rotation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、高能率加工の要求から工作機械の
主軸装置は非常に高速で回転することが要求されてい
る。主軸を転がり軸受で支持する場合、高速回転に対応
するために転がり軸受の内輪あるいは外輪、さらには転
動体にセラミックスが使用されている。転がり軸受にセ
ラミックスを使用すると、セラミックスは比重が小さく
ヤング率が高いことから、主軸の高速回転時の遠心力に
よる膨張量を小さく抑えることができるので、特殊な軸
受の潤滑方法や複雑な予圧の設定方法を取る必要がなく
有利である。2. Description of the Related Art In recent years, a spindle device of a machine tool has been required to rotate at a very high speed due to a demand for high-efficiency machining. When the main shaft is supported by a rolling bearing, ceramics are used for the inner ring or the outer ring of the rolling bearing and the rolling elements in order to cope with high-speed rotation. When ceramics are used for rolling bearings, since the specific gravity of ceramics is small and the Young's modulus is high, the amount of expansion due to centrifugal force during high-speed rotation of the main shaft can be suppressed small. This is advantageous because there is no need to take a setting method.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、一般に主軸
の材質としては構造用鋼材（ＳＣＭ材）が用いられてい
る。この鋼材はセラミックスに比してヤング率が低く線
膨張係数が大きいので、高速回転の際に生じる遠心力に
よる遠心膨張および発熱による熱膨張の膨張量が、セラ
ミックスである内輪と鋼材である主軸とで大きく異な
り、この膨張量の違いから内輪に生じる応力と主軸の内
輪との嵌合部に生じる応力の和が大きくなるという問題
がある。このため主軸の回転速度に限界が生じ、この限
界を超えて高速回転させると内輪を破壊する恐れがあ
る。However, a structural steel material (SCM material) is generally used as the material of the main shaft. This steel material has a lower Young's modulus and a higher linear expansion coefficient than ceramics, so the amount of expansion due to centrifugal expansion due to centrifugal force generated at high speed rotation and thermal expansion due to heat generation is larger than that of the ceramic inner ring and the steel spindle. There is a problem that the sum of the stress generated in the inner race and the stress generated in the fitting portion of the main shaft with the inner race increases due to the difference in the amount of expansion. For this reason, there is a limit to the rotational speed of the main shaft, and if the spindle is rotated at a high speed beyond this limit, the inner ring may be broken.
【０００４】これを防止するために、予め内輪と主軸と
の締め代を小さく設定しておくことが考えられるが、締
め代を小さくすると主軸の回転精度を確保することがで
きなくなるので好ましくない。In order to prevent this, it is conceivable to previously set a small interference between the inner ring and the main shaft. However, if the interference is reduced, it is not preferable because rotation accuracy of the main shaft cannot be secured.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決し、超高速回転が可能な主軸装置を提供するもので
あり、請求項１に記載の発明は、内輪、外輪、転動体の
うち少なくとも内輪がセラミックスである転がり軸受
と、該転がり軸受によって支持される主軸とからなる主
軸装置であって、前記主軸はその材質がチタンまたはチ
タン合金のマトリックス中にチタンの硼化物を分散させ
た合金からなることを特徴とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems and provides a spindle device capable of rotating at an ultra-high speed. The invention described in claim 1 is directed to an inner ring, an outer ring and a rolling element. A spindle device comprising a rolling bearing having at least an inner ring made of ceramics and a main shaft supported by the rolling bearing, wherein the main shaft is made of titanium or a titanium alloy in which a boride of titanium is dispersed in a matrix. It is characterized by being made of an alloy.
【０００６】また、請求項２に記載の発明は、内輪、外
輪、転動体のうち少なくとも内輪がセラミックスである
転がり軸受と、該転がり軸受によって支持される主軸と
からなる主軸装置であって、前記主軸はその材質が鉄ま
たは鉄合金のマトリックス中にチタンの硼化物を分散さ
せた合金からなることを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a spindle device comprising a rolling bearing in which at least an inner ring of an inner ring, an outer ring and a rolling element is made of ceramics, and a main shaft supported by the rolling bearing. The main shaft is made of an alloy in which boride of titanium is dispersed in a matrix of iron or an iron alloy.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を工作機械の
主軸装置を例にとって説明する。第１図は工作機械に用
いられる主軸装置の断面図であり、１０および１１は主
軸ハウジングであり、この主軸ハウジング１０，１１の
内部に主軸１がアンギュラボールベアリング１２によっ
て回転可能に支持されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described by taking a spindle device of a machine tool as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view of a spindle device used in a machine tool. Reference numerals 10 and 11 denote spindle housings, in which spindle 1 is rotatably supported by angular ball bearings 12. .
【０００８】なお、１３，１４はベアリングケースであ
り、１５，１６はベアリングケースハウジングである。
また、１７はアンギュラボールベアリング１２に予圧を
与えるためにベアリングケース１３およびベアリングケ
ースハウジング１５の移動をガイドするストロークベア
リングである。１８は工具ホルダであり、公知のクラン
プ機構１９によって主軸１に把持されている。そして、
主軸１がビルトインモータ２０によって回転駆動され
て、工具ホルダ１８に取付けられた図略の工具によって
加工が行われるものである。Reference numerals 13 and 14 denote bearing cases, and 15 and 16 denote bearing case housings.
Reference numeral 17 denotes a stroke bearing that guides the movement of the bearing case 13 and the bearing case housing 15 to apply a preload to the angular ball bearing 12. Reference numeral 18 denotes a tool holder, which is held on the main shaft 1 by a known clamp mechanism 19. And
The main shaft 1 is driven to rotate by a built-in motor 20, and machining is performed by a tool (not shown) attached to the tool holder 18.
【０００９】ここで、本発明においては、主軸１を回転
可能に支持するアンギュラボールベアリング１２は内輪
１２ａ、外輪１２ｂ、および転動体１２ｃから構成され
ており、これらの内輪１２ａ、外輪１２ｂ、および転動
体１２ｃはセラミックスによって構成されている。Here, in the present invention, the angular ball bearing 12 that rotatably supports the main shaft 1 includes an inner ring 12a, an outer ring 12b, and a rolling element 12c, and the inner ring 12a, the outer ring 12b, and the rolling element 12c. The moving body 12c is made of ceramics.
【００１０】次に、この主軸１の材質について説明す
る。第１の実施例は、チタン（Ｔｉ）のマトリックス中
にチタン硼化物（ＴｉＢ）粒子を分散させたものであ
る。このチタン基合金は、純チタン粉末とアルミニウム
粉末と硼素粉末とを混合し、加圧成形した後、真空焼結
することによって得られるものである。このようにして
得られたチタン基合金は、チタン硼化物がチタンのマト
リックス中で安定しているので、チタン硼化物自体が有
する強い結合力がマトリックス中でも維持され、非常に
高いヤング率を有することになる。また、熱的にも安定
しており線膨張係数も低い。Next, the material of the main shaft 1 will be described. In the first embodiment, titanium boride (TiB) particles are dispersed in a titanium (Ti) matrix. This titanium-based alloy is obtained by mixing a pure titanium powder, an aluminum powder, and a boron powder, forming the mixture under pressure, and performing vacuum sintering. Since the titanium boride obtained in this manner has a stable titanium boride in the titanium matrix, the strong bonding force of the titanium boride itself is maintained even in the matrix, and has a very high Young's modulus. become. It is also thermally stable and has a low coefficient of linear expansion.
【００１１】なお、このチタン基合金およびその製造方
法についての詳細は特開平５−５１４２号公報および特
開平５−９６３０号公報に開示されている。The details of the titanium-based alloy and the method for producing the same are disclosed in JP-A-5-5142 and JP-A-5-9630.
【００１２】第２の実施例は、鉄合金としてのステンレ
ス鋼（Ｆｅ−Ｃｒ合金）のマトリックス中にチタン二硼
化物（ＴｉＢ2 ）粒子を分散させたものである。この鉄
基合金は、ステンレス鋼粉末（ＳＵＳ４３０）にチタン
二硼化物粉末を混合し、加圧成形した後、真空焼結する
ことによって得られるものである。このようにして得ら
れた鉄基合金は、チタン二硼化物がステンレス鋼のマト
リックス中で安定しているので、チタン二硼化物自体が
有する強い結合力がマトリックス中でも維持され、非常
に高いヤング率を有することになる。また、熱的にも安
定しており線膨張係数も低い。In the second embodiment, titanium diboride (TiB 2 ) particles are dispersed in a matrix of stainless steel (Fe—Cr alloy) as an iron alloy. This iron-based alloy is obtained by mixing titanium diboride powder with stainless steel powder (SUS430), press-forming, and vacuum sintering. In the iron-based alloy thus obtained, titanium diboride is stable in the stainless steel matrix, so that the strong bonding force of titanium diboride itself is maintained even in the matrix, and a very high Young's modulus Will have. It is also thermally stable and has a low coefficient of linear expansion.
【００１３】なお、この鉄基合金およびその製造方法に
ついての詳細は特開平７−１８８８７４号公報に開示さ
れている。The details of this iron-based alloy and its manufacturing method are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-188874.
【００１４】上記の実施例における鉄基合金およびチタ
ン基合金のヤング率は１．６×１０ 11〜３．０×１０11
〔Ｎ／ｍ2 〕、線膨張係数は８．５×１０-6〜１０．５
×１０-6〔Ｋ-1〕である。したがって、主軸１を高速で
回転させた際に、遠心力および発熱により生じる主軸の
遠心膨張および熱膨張が小さく、内輪に働く応力および
主軸の内輪との嵌合部に生じる応力を小さく抑えること
ができる。[0014] The iron-based alloy and titanium in the above embodiment
Young's modulus of alloy base alloy is 1.6 × 10 11~ 3.0 × 1011
[N / mTwo], The coefficient of linear expansion is 8.5 × 10-6~ 10.5
× 10-6[K-1]. Therefore, the spindle 1 can be moved at high speed.
When rotating, the main shaft generated by centrifugal force and heat generation
Centrifugal expansion and thermal expansion are small, stress acting on inner ring and
To reduce the stress generated at the joint between the main shaft and the inner ring
Can be.
【００１５】具体的には、この合金を用いた直径５０
〔ｍｍ〕の主軸１を５００００〔ｒｐｍ〕で回転させ、
昇温が４０℃である場合、セラミックスである内輪１２
ａに生じる応力と主軸１の内輪１２ａとの嵌合部に生じ
る応力の和が、主軸に従来の構造用鋼材であるＳＣＭ４
１５Ｈを用いた場合に比して、２０〜３０％低減され
る。Specifically, a diameter of 50 using this alloy is used.
The main shaft 1 of [mm] is rotated at 50,000 [rpm],
When the temperature rise is 40 ° C., the inner ring 12 made of ceramics is used.
The sum of the stress generated in the main shaft 1 and the stress generated in the fitting portion of the main shaft 1 with the inner ring 12a indicates that the main shaft 1
It is reduced by 20 to 30% as compared with the case where 15H is used.
【００１６】[0016]
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、主軸の
材質としてチタンまたはチタン合金のマトリックス中に
チタンの硼化物を分散させた合金を用いるようにしたの
で、主軸の遠心膨張および熱膨張が低減され、主軸とセ
ラミックスである内輪との嵌合部において、主軸および
内輪に働く応力が低減され高速回転が可能となる。According to the first aspect of the present invention, as the material of the main shaft, titanium or an alloy in which boride of titanium is dispersed in a matrix of a titanium alloy is used. The expansion is reduced, and the stress acting on the main shaft and the inner ring is reduced at the fitting portion between the main shaft and the inner ring made of ceramics, thereby enabling high-speed rotation.
【００１７】請求項２に記載の発明によれば、主軸の材
質として鉄または鉄合金のマトリックス中にチタンの硼
化物を分散させた合金を用いるようにしたので、上記の
効果に加えて、母材となるマトリックスが鉄系材料であ
ることにより、機械加工が容易に行えるという効果を得
ることができる。According to the second aspect of the present invention, as the material of the main shaft, an alloy in which a boride of titanium is dispersed in a matrix of iron or an iron alloy is used. When the matrix used as the material is an iron-based material, an effect that machining can be easily performed can be obtained.
【図１】本発明の主軸装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a spindle device of the present invention.
１ 主軸 １２ アンギュラーボールベアリング １２ａ 内輪 １２ｂ 外輪 １２ｃ 転動体 ２０ ビルトインモータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main shaft 12 Angular ball bearing 12a Inner ring 12b Outer ring 12c Rolling element 20 Built-in motor
Claims (2)
輪がセラミックスである転がり軸受と、該転がり軸受に
よって支持される主軸とからなる主軸装置であって、前
記主軸はその材質がチタンまたはチタン合金のマトリッ
クス中にチタンの硼化物を分散させた合金からなること
を特徴とする主軸装置。1. A spindle device comprising: a rolling bearing in which at least an inner ring of an inner ring, an outer ring, and a rolling element is made of ceramic; and a main shaft supported by the rolling bearing, wherein the main shaft is made of titanium or a titanium alloy. A spindle device comprising an alloy in which a boride of titanium is dispersed in a matrix according to (1).
輪がセラミックスである転がり軸受と、該転がり軸受に
よって支持される主軸とからなる主軸装置であって、前
記主軸はその材質が鉄または鉄合金のマトリックス中に
チタンの硼化物を分散させた合金からなることを特徴と
する主軸装置。2. A spindle device comprising a rolling bearing in which at least an inner ring of an inner ring, an outer ring and a rolling element is made of ceramics, and a main shaft supported by the rolling bearing, wherein the main shaft is made of iron or an iron alloy. A spindle device comprising an alloy in which a boride of titanium is dispersed in a matrix according to (1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23387796A JPH1076403A (en) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | Spindle device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23387796A JPH1076403A (en) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | Spindle device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1076403A true JPH1076403A (en) | 1998-03-24 |
Family
ID=16961973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23387796A Pending JPH1076403A (en) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | Spindle device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1076403A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011104743A (en) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Sodick Co Ltd | Spindle device |
-
1996
- 1996-09-04 JP JP23387796A patent/JPH1076403A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011104743A (en) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Sodick Co Ltd | Spindle device |
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