JPS60192115A - 工作機械等の主軸軸受装置 - Google Patents

工作機械等の主軸軸受装置

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JPS60192115A
JPS60192115A JP59047600A JP4760084A JPS60192115A JP S60192115 A JPS60192115 A JP S60192115A JP 59047600 A JP59047600 A JP 59047600A JP 4760084 A JP4760084 A JP 4760084A JP S60192115 A JPS60192115 A JP S60192115A
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JP
Japan
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outer ring
bearing
preload
thermal expansion
main shaft
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Pending
Application number
JP59047600A
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English (en)
Inventor
Mitsuo Nagashima
長島 光男
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Machine Co Ltd
Priority to JP59047600A priority Critical patent/JPS60192115A/ja
Publication of JPS60192115A publication Critical patent/JPS60192115A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06Ball or roller bearings
    • F16C25/08Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C25/083Ball or roller bearings self-adjusting with resilient means acting axially on a race ring to preload the bearing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/262Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members with means to adjust the distance between the relatively slidable members
    • B23Q1/265Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members with means to adjust the distance between the relatively slidable members between rotating members
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0003Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸受装置に係シ、特に軸受予圧の調整装置部分
において熱膨張係数の異る材質を軸受外輪の間座として
組み込むことによシ、高速回転時における軸受部で発生
する熱を減少せしめるようにした軸受予圧の自動調整装
置に関する。
工作機械の主軸回転数に対する要求は最近に到り増々過
酷になシつつある。工作機械の主軸軸受装置において用
いられるアンギュラ−玉軸受あるいは円錐コロ軸受の予
圧の調整は通常、軸受組込時の間座との寸法差により管
理されている。そしてこの寸法指定によって設定された
軸受予圧の値は、軸受の剛性、使用回転数、寿命等の軸
受性能を大きく左右する要因となる。特に高速回転状態
においては玉の遠心力の増大(回転数の2乗に比例)に
よシ、その外周ころがり面での面圧が著しく増大するた
め軸受の発熱量が大きくなり軸受系全体の熱変形を引起
こす。さらに又軸受内外輪の間に温度差が生じるため軸
受予圧を調整している外輪間座の熱膨張が増大して予圧
を一層増大化するように作用するため発熱量の増大を引
起こしついには軸受の焼付け、破壊に至ることになる。
従って従来においては温度上昇を見込んで予じめ予圧値
を少な目に設定、すると高速回転時での発熱は抑えられ
るものの低速回転時では予圧値が少な過ぎることになり
軸受剛性が低下するという問題があり、結局回転数の範
囲を広くとることができ寿かった。
上記問題点を改良するものとして現在知られている方式
を示すと次のt(L t=’L←9の如くである。
(イj バネによる定圧予圧方式; この方式は、第1図に示される如く主軸1工の前側(左
端部)において支承する2個のアンギュラ−玉軸受12
.13と、後側(中央部)において支承する2個のアン
ギーラー玉軸受14.15との間に外輪間座16を設け
、且つ同間座16とアンギュラ−玉軸受14の外輪との
間にバネ17を介在せしめるよう構成される。尚21は
固定スリーブ、22はスペーサ、23は内輪間座、24
は前ブタである。
この方式では外輪間座16が熱膨張してもノ(ネに吸収
されるので軸受にか\る予圧は一定に保たれる。(厳密
にはバネの圧縮分だけ増大するが熱膨張の量は少ない。
) この方式は研削盤の主軸軸受部に採用されているが、切
削工作機械のようにスラスト方向の荷重も同時に主軸に
作用するものにおいては採用できないという欠点を有す
る。
(ロ)油圧を軸受外輪にかける定圧予圧方式;この方式
は第2図に示すように主軸30の後側のアンギュラ−玉
軸受31の外輪左端面へピストン32を押圧すると共に
同ピストンの押圧力を油圧源33から供給される油圧で
コントロールする方式である。即ちこの方式では油圧を
ピストンを介して直接軸受外輪に予圧をかけるように構
成されている。この方式では、低速回転時には油圧圧力
を比較的大きい値(数100 Vff)にして予圧を上
げ剛性を高める。又高速回転時には圧力を比較的小さい
値(数10KIPf)にして予圧を下げ発熱を押えるよ
うに制御される。この方式では油圧によって予圧を与え
ているため主軸に作用するスラスト方向の荷重は受けら
れない。又油圧回路やピストンの設置上の問題や撮動の
発生、油圧圧力源が主軸回転中に切れた場合など種々の
不安定要因がある。
(ハ) 油圧を外輪間座にかける定位置予圧方式;この
方式は、第3図に示すように主軸4oの後方側のアンギ
ュラ−玉軸受41の外輪右側面にピストン42を押圧す
る。この押圧力は矢印で示すようにもう1つのアンギュ
ラ−玉軸受43の外輪を介して外輪間座44に伝えられ
同外輪間座44を変形する。この方式は外輪間座の変形
によって予圧をコントロールする方式であり、主軸4o
の低速回転時には油圧はかけないので外輪間座は変形せ
ず、初期設定した大きな予圧状態となり、剛性は十分と
なっている。又高速回転時には油圧をかけ外輪間座を圧
縮変形させて予圧を開放させるので発熱量を低く抑える
ことができるものである。
この方式では外輪間座を変形させるために要する油圧力
は数トンにも達し実際の主軸系に取り入れることは困難
である。又軸受回転数に応じた油圧力のコントロールを
しているだめ高速回転状態から低速回転状態に移った時
に外輪間座がまだ熱膨張したま\でいるのに油圧をアン
ロード状態にして予圧を与える(変形が元に戻る)こと
になるという不具合が生じるという欠点もある。
本発明の目的は上述した既存の各種方式の欠点を除去す
ると共に、構造的にも予圧制御用の油圧回路や装置を何
ら取付けることなく、熱膨張現象を利用した自動予圧調
整装置を提供せんとするものであり、主軸が高速回転し
て発熱による部材の温度上昇が大きいときには予圧が小
さくなるよう自動調整し、又低速回転時で温度上昇の小
さいときは予圧が大きくなるよう自動調整を行う新規な
予圧自動調整装置を提供することにある。
以下本発明の実施例を第4図乃至第8図により説明する
1、第4図は主軸軸受装置の要部縦断面図であって、主
軸本体50には工具55が装着されている。主軸本体5
0の外周とハウジング52の間の工具55側には1対の
アンギ、ラー玉軸受57.58が装着されておシさらに
反工具側には他の1対のアンギュラ−玉軸受63.64
が装着されている。そしてこれらアンギュラ−玉軸受5
7.58.と63.64の軸方向の間隔を調整するため
に内輪間座59と外輪間座60 、61.62が図示の
如く間装されている。
又前記軸受57の内輪左端面と主軸本体50の肩部の間
にはコ字状の部材56が装着され、さらに同軸受57の
外輪左端面には同じくコ字状の部材54が装着され、同
部材54はさらに他の部材53を介して前ブタ51によ
り押圧されるようになっている。尚53Aはラビリンス
であって、ゴミや潤滑油等の侵入、飛散全防止している
一方前記軸受64の内輪右端面はスペーサ69と接して
おり、同スペーサ69の右端面はプーリ72、軸止メ輪
73を介して、主軸本体50の右端に設けられたネジ部
と装着している締伺はナツト70によシ押圧されている
。さらに軸受64の外輪右端面とハウジング52の径小
肩部の間には外輪間座65,66.67が装着されてい
る。図示しない回転駆動源からの主軸本体50への回転
の伝達はプーリ72の外周に装着したタイミングベルト
75によりキー71を介して行われる。
68はハウジング52の上方に設けられた外側部材74
の右端部に取付けられた回転検知用センサー68であっ
てプーリ75の外周部分の一部に設けた突起状部分(図
示せず)を無接触で検出できる。上記の構成において軸
受予圧の設定は外輪間座60.6’l、62の軸方向長
さおよび外輪間座65.66.67の軸方向長さを調整
することにより適切な値とされる。本実施例においては
外輪間座60.62の材質は軸受系を構成している拐質
(通常鋼材)であるが、外輪間座61の材質としては例
えばアンバー(Fe、Ni合金)を採用する。
アンバーは鋼材に比しその熱膨張係数が小さく且つその
縦弾性系数は鋼材とあまり差がない。
一方外輪間座65.67は鋼材であり外輪間座66はス
テンレスである。ステンレぞは熱膨張係数が鋼に比し大
きいが縦弾性係数はほとんど同じである。次表は鋼、ア
ンバー及びステンレスの熱膨張糸数及縦弾性係数の値を
示す。
第4図において主軸本体50が低速で回転している場合
には切削力の負荷にも依るが発熱量は少ないので設定さ
れた予圧状態(必要十分な剛性がある状態)となってい
る。
又高速回転時は発熱量が大きく軸受系全体は膨張するが
外輪間座61は他の部材に比しその膨張量が少ないので
相対的に外輪間座60,61.62の間にスキマが生じ
、これは予圧を開放するように作用する。
一方外輪間座66はステンレスのため熱膨張量が鋼材に
比し犬であるので温度上昇につれアンギュラ−玉軸受6
4の外輪右端面を押圧する。従って外輪間座61.66
の軸方向長さを適宜な値とすることにより好゛ましい予
圧の状態とすることが可能である。
尚本実施例(第4図)の如くスラスト方向の荷重を受け
る場合外輪間座61(66)の材料の特性としては熱膨
張係数が鋼材に比して小さい(大きい)だけでなくスラ
スト荷重に耐えられるだけの縦弾性係数の値が必要であ
ることは轟然である。
第4図の例では鋼材に比17熱膨張の小さいアンバーか
らなる外輪間座61と熱膨張の大きいステンレスからな
る外輪間座66を用いたが外輪間座66は鋼材としても
よい。又外輪間座61に鋼イ〕としてもよい。(この場
合は軸受外輪を介して外輪間座60,61.62を圧縮
させ予圧を下げる方向に作用する。この方式では予圧コ
ントロール用間座の材質は十分大きな熱応力を発生しな
ければ調整の効果は生じない。効果は 効果へ熱応力−(熱膨張率比)×(縦弾性係数比) であるのでステンレスを用いる場合は 17.1/10 X 20000/21000 = 1
.63となり効果がある。
以上説明したように、外輪間座の一部に軸受系と熱膨張
率の異なる材質を使用することにより、その材料自体の
もつ性質によシ安定した予圧調整が自動的に遂行される
のである。又本発明の方式では発熱したときのみに動作
するため回転数がどう変化しようと直接関係せず、例え
ば高速回転して発熱が大きい状態から急に回転数を低下
させた場合でも熱膨張による予圧の解放状態はしばらく
続くように作用するので従来の方式の如く回転数に応じ
て油圧力を調整する場合の欠点もない。
尚外輪間座60,61.62を前述の如くすべてアンバ
ーとするとか外輪間座60.62と61の長さの比をど
のようにするかは設計上の問題である。
第5図乃至第8図はそれぞれ主軸の前側にアンギュラ−
玉軸を、後側に円筒コロ又は自動調心型玉軸受を取付け
た場合の例を示す。第5図の外輪間座81はアンバーの
如く熱膨張係数の小なる材質で構成されている。第6図
の外輪間座82はステンレスの如く熱膨張係数の犬なる
拐質で構成されている、第7図の外輪間座83は同じく
熱膨張係数の犬なる材質で構成され更に第8図の外輪間
座84は熱膨張係数の小さい材質で構成されている。尚
第5図、第7図の例ではスラスト荷重は前側のみで受け
るようになっており第6図、第8図の例では前側、後側
両方すなわちハウジングも含めて全体でスラスト荷重を
受けるよう構成した例である。又第4図で例示したよう
に第6図に示す外軸間座82Aとして第5図の外輪間座
81を用いるようにするとか又第8図の外輪間座84A
として第7図の外輪間座83を用いるようにする組合せ
も可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はバネによる予圧調整を行う従来方式を示す図、 第2図は油圧力により直接予圧をかける従来方式を示す
図、 第3図は油圧力により外輪間座を圧縮変形させて予圧を
コントロールする従来方式を示す図、第4図は本発明に
よる熱膨張率の差を利用した予圧調整方式の軸受部構造
を示す図、 第5図乃至第8図は本発明の他の実施例を示す軸受部の
構造を示す図である。 50・・主軸本体、52・・ハウジング、57.58、
63 、64・・ アンギュラ−玉軸受、61・・外軸
間座、66・外軸間座、 出願人 東芝機械株式会社 図面の浄書(内容に変更なし) 23 17 第1図 2 第2図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)外輪を軸方向に変位せしめることにより転動体と
    外輪との面圧を減少可能なタイプの軸受を含む複数の軸
    受により軸支された主軸と、同軸受の外輪を固定して支
    えるハウジングと、前記軸受間および/または前記軸受
    とハウジングとの間に装着される外輪間座を前記主軸、
    ハウジングを含む軸受系の材質の熱膨張係数と異る材質
    で構成したことを特徴とする予圧の自動調整可能な工作
    機械等の主軸軸受装置。 (2、特許請求の範囲第1項において、前記熱膨張係数
    の異る材質としてアンバーを用いることを特徴とする工
    作機械等の主軸軸受装置。 (3)特許請求の範囲第1項において、前記熱膨張係数
    の異る材質としてステンレスを用いることを特徴とする
    工作機械等の主軸軸受装置。
JP59047600A 1984-03-12 1984-03-12 工作機械等の主軸軸受装置 Pending JPS60192115A (ja)

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JP59047600A JPS60192115A (ja) 1984-03-12 1984-03-12 工作機械等の主軸軸受装置

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JPS60192115A true JPS60192115A (ja) 1985-09-30

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62117002U (ja) * 1986-01-18 1987-07-25
DE10006001A1 (de) * 2000-02-11 2001-08-16 Audi Ag Vorrichtung zum Lagern einer Welle

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62117002U (ja) * 1986-01-18 1987-07-25
DE10006001A1 (de) * 2000-02-11 2001-08-16 Audi Ag Vorrichtung zum Lagern einer Welle
DE10006001B4 (de) * 2000-02-11 2010-11-25 Audi Ag Vorrichtung zum Lagern einer Welle

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