TWI599435B - Machining spindle bearing preload device - Google Patents
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Description
本發明尤指其提供一種不僅可快速的調整軸承預壓力，並使軸承保持穩定的預壓力迫緊支撐轉軸，以改變加工主軸整體結構之剛性及阻尼效果，而可有效的抑制切削顫振現象，並大幅提升加工精度之加工主軸之軸承預壓裝置。
按，加工機之加工主軸於進行切削加工的過程中，常會改變加工進給量，當進行進給量較大的重切削加工時，由於加工主軸之轉軸將承受較大的切削反作用力，而可提高加工主軸之軸承預壓力量，使轉軸具有較佳的剛性，以因應重切削加工的需求，而當進行進給量較小的輕切削加工時，由於加工主軸之轉軸係作高轉速旋轉，則須降低加工主軸之軸承預壓力量，以防止軸承過熱而損壞；然而，無論於重切削加工或輕切削加工時，當加工主軸整體結構之自然頻率與切削頻率接近或相同時，即會產生共振，而發生切削顫振的現象，進而影響加工精度及品質，為了避免切削顫振的現象發生，除了可改變加工主軸轉速及切削進給速度等加工參數外，另可調整加工主軸之軸承預壓力量，以改變加工主軸整體結構之剛性，使加工主軸整體結構之自然頻率避開切削頻率，而可於切削加工的過程中避免切削顫振的現象產生；請參閱第1、2圖所示，係為台灣公告第M315127號「主軸之心軸可變化預壓裝置」新型專利案，其係於加工機主軸10內以二軸承11a、11b架設一心軸12，其中，該二軸承11a、11b之外圈111a、111b於受力分別往心軸1
2之二端推移時，可使該二軸承11a、11b之內圈112a、112b產生預壓力，而迫緊支撐該心軸12，另於該二軸承11a、11b間套設有隔環13，該隔環13之二端分別接抵該二軸承11a、11b之外圈111a、111b，並於該隔環13之外環面上設有導流槽131；一加溫裝置14係連通該隔環13之導流槽131，以供輸出加溫液體，該加溫液體並流通經過該隔環13之導流槽131，使該隔環13受熱膨脹而推移該二軸承11a、11b之外圈111a、111b；當加工進給量較大時，即以該加溫裝置14輸出較高溫的液體，並流通經過該隔環13之導流槽131，使該隔環13受到高溫液體加熱後產生較多的熱膨脹量，而推抵該二軸承11a、11b之外圈111a、111b，進而使該二軸承11a、11b之內圈112a、112b產生較大之預壓力，以迫緊支撐該心軸12，進而可增加加工機主軸10的剛性，以因應加工進給量大時承受較大切削反作用力的需求；另外，當加工進給量較小時，即以該加溫裝置14輸出較低溫的液體，並流通經過該隔環13之導流槽131，使該隔環13受冷而收縮，而推抵該二軸承11a、11b之外圈111a、111b產生較小位移量，使該二軸承11a、11b之內圈112a、112b產生較小之徑向預壓力迫緊支撐該心軸12，以因應加工進給量小時高轉速的需求；惟，該加工機主軸10於使用上仍有如下之缺弊：
1．其係利用加溫裝置14輸出流通於該隔環13之導流槽131內高、低溫液體，使該隔環13產生不同的熱膨脹量，進而使二軸承11a、11b產生不同的預壓力，以因應加工需求；然而，當高溫或低溫液體流通於該隔環13之導流槽131後，該隔環13之熱膨脹量係會緩慢的增加或減少，並無法立即的達到所需的熱膨脹量，相對的，該二軸承11a、11b即無法迅速的產生適當的預壓力，而無法快速響應滿足各種加工作業的需求。
2．由於該隔環13受到加溫液體影響後係緩慢的增加或減少熱膨脹量，因此當加工過程中產生共振及切削顫振的現象，即無法快速改變二軸承11a、11b的預壓力及整體結構的剛性，以抑制切削顫振的現象，而影響加工精度。
3．當加溫液體流通於該隔環13之導流槽131後，除了使該隔環13產生熱膨脹外，該加工機主軸10的外環座等部件亦受到加溫液體的影響而產生熱膨脹，該二軸承11a、11b的間隔距離將隨著加工機主軸10之外環座的熱膨脹而增加，而使該二軸承11a、11b無法穩定的產生適當的預壓力，進而影響加工精度。
有鑑於此，本發明人遂以其多年從事相關行業的研發與製作經驗，針對目前所面臨之問題深入研究，經過長期努力之研究與試作，終究研創出一種加工主軸之軸承預壓裝置，以有效改善先前技術之缺點，此即為本發明之設計宗旨。
本發明之目的一，係提供一種加工主軸之軸承預壓裝置，其係於主軸套座內設有複數組軸承，以供架設一轉軸，另於該主軸套座內裝設有液壓組件，該液壓組件係設有環座，該環座內則設有活塞環，該環座與該活塞環間係設有相連通之緩衝室及推移室，使液壓於該緩衝室內形成環抱該活塞環外環面之液壓薄膜，並經由該緩衝室輸入該推移室，由液壓推移該活塞環，該活塞環則帶動該至少一軸承產生徑向之預壓力，而以該軸承預壓力及液壓組件之緩衝室內的液壓迫緊支撐該轉軸；藉此，利用液壓組件的液壓方式，即可快速無段的調整軸承預壓力，以改變加工主軸整體結構之剛性及阻尼效果，進而達到滿足不同加工作業需求之實用目的。
本發明之目的二，係提供一種加工主軸之軸承預壓裝置，其係利用液壓組件的液壓方式，即可快速無段的調整軸承預壓
力，使軸承保持穩定的預壓力迫緊支撐轉軸，以改變加工主軸整體結構之剛性及阻尼效果，而可有效的抑制切削顫振現象，進而達到大幅提升加工精度之實用目的。
本發明之目的三，係提供一種加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該液壓組件之環座與活塞環間設有相連通之緩衝室及推移室，使液壓於該緩衝室內形成環抱該活塞環外環面之液壓薄膜，並經由該緩衝室輸入該推移室，以推移該活塞環，並以該活塞環帶動該至少一軸承產生徑向之預壓力，而以該軸承預壓力及液壓組件之緩衝室內的液壓迫緊支撐該轉軸，且當轉軸承受瞬間產生較大的切削反作用力時，即以該緩衝室緩衝由推移室反饋的油壓，以提升加工主軸整體結構之剛性及阻尼效果，並防止轉軸產生偏移，進而達到大幅提升加工精度之實用目的。
10‧‧‧加工機主軸
11a‧‧‧軸承
111a‧‧‧外圈
112a‧‧‧內圈
11b‧‧‧軸承
111b‧‧‧外圈
112b‧‧‧內圈
12‧‧‧心軸
13‧‧‧隔環
131‧‧‧導流槽
14‧‧‧加溫裝置
20‧‧‧主軸套座
201‧‧‧擋緣
202‧‧‧第一流道
203‧‧‧第二流道
21‧‧‧轉軸
22a‧‧‧第一軸承
221a‧‧‧第一外圈
222a‧‧‧第一內圈
223a‧‧‧第一滾珠
22b‧‧‧第二軸承
221b‧‧‧第二外圈
222b‧‧‧第二內圈
223b‧‧‧第二滾珠
23a‧‧‧第一外隔環
23b‧‧‧第二外隔環
24a‧‧‧第一內隔環
24b‧‧‧第二內隔環
25‧‧‧旋轉驅動源
26‧‧‧拉刀機構
30‧‧‧液壓組件
301‧‧‧緩衝室
302‧‧‧推移室
31‧‧‧環座
311‧‧‧第一通道
312‧‧‧第二通道
32‧‧‧活塞環
321‧‧‧抵推緣
第1圖：係為台灣公告第M315127號專利案之結構示意圖。
第2圖：係為台灣公告第M315127號專利案之動作示意圖。
第3圖：本發明之結構示意圖。
第4圖：係第3圖A部分之放大示意圖。
第5圖：係第3圖B部分之放大示意圖。
第6圖：本發明之動作示意圖。
第7圖：係第6圖C部分之放大示意圖。
第8圖：係第6圖D部分之放大示意圖。
為使 貴審查委員對本發明作更進一步之瞭解，茲舉較佳實施例並配合圖式，詳述如后：請參閱第3、4、5圖所示，本發明之加工主軸係於主
軸套座20內裝設有複數組軸承，以供架設一轉軸21；於本實施例中，該主軸套座20內係設有二上、下間隔設置以供架設該轉軸21上端位置之第一軸承22a，以及設有二上、下間隔設置以供架設該轉軸21下端位置之第二軸承22b，其中，該二第一軸承22a係為角接觸軸承，而於該二第一軸承22a分別設有具接觸角之第一外圈221a、第一內圈222a及第一滾珠223a，並於該二第一軸承22a間設有接抵二第一外圈221a內端之第一外隔環23a及接抵二第一內圈222a內端之第一內隔環24a，以使該二第一軸承22a之第一外圈221a可往上作軸向推移同動，而改變該二第一軸承22a之第一外圈221a、第一內圈222a及第一滾珠223a的接觸角，使該二第一軸承22a同時對該轉軸21產生徑向之預壓力，並帶動該轉軸21往上作移動，另該二第二軸承22b亦為角接觸軸承，而於該二第二軸承22b分別設有具接觸角之第二外圈221b、第二內圈222b及第二滾珠223b，並於該二第二軸承22b間設有接抵二第二外圈221b內端之第二外隔環23b及接抵二第二內圈222b內端之第二內隔環24b，另於該主軸套座20設有擋緣201，以擋止限制該二第二軸承22b之第二外圈221b往上作軸向位移，而於該二第一軸承22a帶動該轉軸21向上作移動時，使該二第二軸承22b之第二內圈222b隨著轉軸21往上作移動，而改變該二第二軸承22b之第二外圈221b、第二內圈222b及第二滾珠223b的接觸角，使該二第二軸承22b同時對該轉軸21產生徑向之預壓力；另於該主軸套座20內裝設有可為內藏式馬達之旋轉驅動源25，以供驅動該轉軸21轉動，該轉軸21內則設有作拉刀或鬆刀動作之拉刀機構26，由於該旋轉驅動源25及拉刀機構26係為習知技術，且非為本發明的重點，因此不予贅述；本發
明之軸承預壓裝置係於該主軸套座20內裝設有液壓組件30，該液壓組件30係設有一環座31，該環座31內則套設一活塞環32，並使該活塞環32環設於該二第一軸承22a外部，另於該環座31之內環面與該活塞環32之外環面間設有一為環狀間隙之緩衝室301，該緩衝室301之上端則設有相連通之推移室302，並使液壓輸入該緩衝室301，而於該緩衝室301內形成環抱該活塞環32外環面之液壓薄膜，再經由該緩衝室301於該推移室302輸入液壓，而由該推移室302內之液壓推移該活塞環32，並以該活塞環32往上推移，使該二第一軸承22a之第一外圈221a同時作軸向位移而對轉軸21的上端位置產生徑向之預壓力；另外，由於該二第一軸承22a之第一內圈222a及該二第二軸承22b之第二內圈222b係分別套置固定於該轉軸21之外環面上，而於該活塞環32往上推移該二第一軸承22a之第一外圈221a時，經由第一滾珠223a及第一內圈222a的推移，該二第一軸承22a即可帶動該轉軸21作軸向位移，並使該二第二軸承22b之第二內圈222b隨著轉軸21往上作移動，由於該主軸套座20之擋緣201係擋止限制該二第二軸承22b之第二外圈221b往上作軸向位移，而可改變該二第二軸承22b之第二外圈221b、第二內圈222b及第二滾珠223b的接觸角，使該二第二軸承22b同時對該轉軸21的下端位置產生徑向之預壓力，而以該二第一軸承22a之預壓力、液壓組件30之緩衝室301內的液壓薄膜及該二第二軸承22b之預壓力迫緊支撐該轉軸21；於本實施例中，該液壓組件30之環座31上係設有一連通該緩衝室301之第一通道311及連通該推移室302之第二通道312，該主軸套座20則設有連通該第一通道311之第一流道202及連通該第二通道312之第二流道203，以供
連通主軸套座20外部之供壓裝置(圖式中未顯示)，而可由該主軸套座20之流道202及環座31之通道311於該緩衝室301內輸入液壓，再經由該緩衝室301輸入該推移室302，而由該推移室302內之液壓推移該活塞環32，其中，該活塞環32係設有抵推緣321，以供向上推移該二第一軸承22a之第一外圈221a。
請參閱第6、7、8圖所示，本發明之加工主軸於進行加工作業時，係於該轉軸21之下端裝設刀具，並依據重切削或輕切削等加工作業的需求，而控制供壓裝置(圖式中未顯示)於該液壓組件30之緩衝室301輸入適當的液壓；以進行進給量較大的重切削加工為例，由於該加工主軸之轉軸21需承受較大的切削反作用力，該加工主軸之轉軸21必須具有較佳的剛性，其係控制供壓裝置(圖式中未顯示)於該液壓組件30之緩衝室301輸入較大的液壓，而於該緩衝室301內形成環抱該活塞環32外環面之液壓薄膜，再經由該緩衝室301於該推移室302輸入液壓，而由該推移室302內之液壓推移該活塞環32，並以該活塞環32往上推移，使該二第一軸承22a之第一外圈221a作軸向位移，而改變該二第一軸承22a之第一外圈221a、第一滾珠223a及第一內圈222a的接觸角，使該二第一軸承22a於轉軸21的上端位置產生徑向之預壓力；另外，當該活塞環32往上推移該二第一軸承22a之第一外圈221a作軸向位移，除了改變該二第一軸承22a之第一外圈221a、第一滾珠223a及第一內圈222a的接觸角外，另該二第一軸承22a係可帶動該轉軸21向上作移動，使該二第二軸承22b之第二內圈222b隨著轉軸21往上作移動，而改變該二第二軸承22b之第二外圈221b、第二內圈222b及第二滾珠223b的接觸角，使該二第二軸承22b同時對該轉軸21的下端位置產生徑向之預壓力，進而於加工過程
中，除了利用該二第一軸承22a及二第二軸承22b產生之預壓力迫緊支撐該轉軸21外，並利用該液壓組件30之緩衝室301內的液壓薄膜環抱支撐該該活塞環32及轉軸21，即可增加加工主軸整體結構之剛性及阻尼效果，以因應加工進給量大時承受較大切削反作用力的需求；當進行進給量較小的輕切削加工時，由於該加工主軸之轉軸21以較高轉速旋轉，而可控制供壓裝置(圖式中未顯示)於該液壓組件30之緩衝室301輸入較小的液壓，使該二第一軸承22a及該二第二軸承22b產生較小之徑向預壓力，進而相同的利用該二第一軸承22a及二第二軸承22b產生之預壓力迫緊支撐該轉軸21，並利用該液壓組件30之緩衝室301內的液壓薄膜環抱支撐該活塞環32及轉軸21，即可改變加工主軸整體結構之剛性及阻尼效果，以因應加工進給量小時高轉速的需求；藉此，本發明係利用液壓組件30的液壓方式，其不僅可快速無段的調整軸承預壓力，以滿足不同加工作業需求，且當轉軸21承受瞬間產生較大的切削反作用力時，該切削反作用力將於該液壓組件30之推移室302產生反饋的壓力，由於該液壓組件30之緩衝室301係為一環狀間隙，使推移室302內之油壓不易回送至緩衝室301內，而可利用該液壓組件30之緩衝室301緩衝由該推移室302反饋的油壓，以提升加工主軸整體結構之剛性及阻尼效果，而可防止轉軸21產生偏移，進而達到大幅提升加工精度之實用目的。
請再參閱第6、7、8圖所示，另外，本發明之加工主軸整體結構的剛性係隨著該二第一軸承22a及二第二軸承22b產生之預壓力而改變，相對的亦改變加工主軸之自然頻率，然而，於加工過程中，為因應加工需求而改變加工主軸轉速及切削進給速度等加工參數時，極可能造成加工主軸之切削頻率與自然頻率接近或相同而產生共振，於加工時即發生切削顫振的現象，此時，即可快速的將供壓
裝置輸出的液壓作微幅的調整，以改變該二第一軸承22a及二第二軸承22b產生之預壓力及緩衝室301的阻尼效果，使加工主軸整體結構的剛性及阻尼效果產生微幅的變化，而使得加工主軸之自然頻率改變，以避開切削頻率，即可避免於加工時產生共振，以有效的抑制切削顫振現象，進而達到大幅提升加工精度之實用目的。
據此，本發明實為一深具實用性及進步性之設計，然未見有相同之產品及刊物公開，從而允符發明專利申請要件，爰依法提出申請。
20‧‧‧主軸套座
201‧‧‧擋緣
202‧‧‧第一流道
203‧‧‧第二流道
21‧‧‧轉軸
22a‧‧‧第一軸承
22b‧‧‧第二軸承
23a‧‧‧第一外隔環
23b‧‧‧第二外隔環
24a‧‧‧第一內隔環
24b‧‧‧第二內隔環
25‧‧‧旋轉驅動源
26‧‧‧拉刀機構
30‧‧‧液壓組件
31‧‧‧環座
311‧‧‧第一通道
312‧‧‧第二通道
32‧‧‧活塞環
Claims (10)
- 一種加工主軸之軸承預壓裝置，其係包含有：主軸套座；轉軸：係穿設於該主軸套座內；複數組軸承：係設於該主軸套座內，以供架設該轉軸，其中，至少一軸承係為角接觸軸承，而設有具接觸角之外圈、內圈及滾珠；液壓組件：係裝設於該主軸套座內，該液壓組件係設有一環座，並於該環座內設有活塞環，該活塞環係設有抵推緣，以供向上推移該至少一軸承之具接觸角的外圈，另於該環座與該活塞環間設有相連通之緩衝室及推移室，使液壓於該緩衝室內形成環抱該活塞環外環面之液壓薄膜，並經由該緩衝室輸入該推移室，以推移該活塞環，而以該活塞環之抵推緣帶動該具接觸角之外圈作軸向位移，使該至少一軸承對該轉軸產生徑向之預壓力。
- 依申請專利範圍第1項所述之加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該液壓組件之活塞環的抵推緣於推移該具接觸角之外圈時，係改變該至少一軸承之外圈、滾珠及內圈的接觸角，使該至少一軸承對該轉軸產生徑向之預壓力。
- 依申請專利範圍第1項所述之加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該主軸套座內係設有至少一供架設該轉軸上端位置之第一軸承及至少一供架設該轉軸下端位置之第二軸承。
- 依申請專利範圍第3項所述之加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該第一軸承係為角接觸軸承，而於該第一軸承設有具接觸角之第一外圈、第一內圈及第一滾珠。
- 依申請專利範圍第4項所述之加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該轉軸上端位置係設有二第一軸承，該二第一軸承間設有接抵該二第一外圈內端之第一外隔環及接抵該二第一內圈內端之第一內隔環。
- 依申請專利範圍第3項所述之加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該液壓組件之活塞環係環設於該轉軸上端位置之第一軸承的外部。
- 依申請專利範圍第3項所述之加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該第二軸承係為角接觸軸承，而於該第二軸承設有具接觸角之第二外圈、第二內圈及第二滾珠。
- 依申請專利範圍第7項所述之加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該主軸套座內係設有擋緣，以擋止限制該第二軸承之第二外圈作軸向位移。
- 依申請專利範圍第1項所述之加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該液壓組件之緩衝室係為一環狀間隙。
- 依申請專利範圍第1項所述之加工主軸之軸承預壓裝置，其中，該液壓組件之環座係設有連通該緩衝室之通道，該主軸套座則設有連通該通道之流道，以供連通該主軸套座外部之供壓裝置。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW105135926A TWI599435B (zh) | 2016-11-04 | 2016-11-04 | Machining spindle bearing preload device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI599435B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW483990B (en) * | 2000-10-17 | 2002-04-21 | Ind Tech Res Inst | Method and apparatus of automatic adjustment of preload of mandrel bearing preload |
| TW201410380A (zh) * | 2012-06-08 | 2014-03-16 | Heizaburo Kato | 軸承裝置 |
| TW201615998A (zh) * | 2014-10-23 | 2016-05-01 | Nsk Ltd | 組合滾珠軸承及工具機用主軸裝置 |
| TW201616002A (zh) * | 2014-06-27 | 2016-05-01 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 潤滑油供給單元及軸承裝置 |
-
2016
- 2016-11-04 TW TW105135926A patent/TWI599435B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW483990B (en) * | 2000-10-17 | 2002-04-21 | Ind Tech Res Inst | Method and apparatus of automatic adjustment of preload of mandrel bearing preload |
| TW201410380A (zh) * | 2012-06-08 | 2014-03-16 | Heizaburo Kato | 軸承裝置 |
| TW201616002A (zh) * | 2014-06-27 | 2016-05-01 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 潤滑油供給單元及軸承裝置 |
| TW201615998A (zh) * | 2014-10-23 | 2016-05-01 | Nsk Ltd | 組合滾珠軸承及工具機用主軸裝置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201817534A (zh) | 2018-05-16 |
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|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |