JPH02279203A - 予圧可変式スピンドルユニット - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野］ この発明は、予圧可変式スピンドルユニット、更に詳し
くは、主軸の回転が低速から高速まで軸受に対して常に
定位置予圧を付加できると共に、主軸の回転数に応じて
予圧量を調整し、スピンドルの剛性と高速性を両立させ
た予圧可変式スピンドルユニットに関する。

〔従来の技術］ −ａに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、主軸を支持するアンギュラ玉軸受に予圧を
与えて使用している。

上記のように、アンギュラ玉軸受に適度の軸方向荷重を
与えて軸受内部の隙間を一定の予圧負荷状態に保つ予圧
の方法として、ばねや油圧による定圧予圧と、間座やシ
ム等を用いて行なう定位置予圧がある。

前者の定圧予圧は、予圧された軸受の相対的な位置は使
用中に変化するが、予圧は略一定となるような予圧方法
であり、主軸の支持剛性が低いという特性がある。

後者の定位置予圧は、予圧された軸受の相対的な位置が
使用中にも変化せず一定となるような予圧方法であり、
主軸の支持剛性が高いという特性がある。

七ころで、工作機械においては、回転精度と高速性が要
求されるので、この分野に使用されるスピンドルでは、
従来のように予圧可変の手段のない予圧方法では不十分
である。

即ち、予圧可変の手段のない予圧方法では、初期の予圧
設定でそのスピンドルの剛性と回転数が決まってしまう
ことになり、低速回転で高剛性を重視すると、予圧を大
きくせざるを得ない。

ところが、最近のスピンドルでは、低速から高速域まで
回転精度と剛性をカバーすることが要求されるので、初
期予圧を大きくした状態で高速回転すると、軸受に必要
以上の負荷がかかって焼Ｉす限界を越え、発熱による主
軸等の熱膨張等の変化より軸受に遇予圧がかかり、軸受
に損傷が生じて機械の正常な運転が不可能になってしま
う。

逆に、主軸が高速回転できるように、初期予圧を小さく
セットすると、低速回転時の予圧が不足し、低速回転で
高剛性が得られないという問題が生じる。

そこで、近年、スピンドルの軸受に与える予圧を可変と
し、低速回転域で重子圧、高速回転域で終予圧に切り替
える予圧方法が考えられている。

上記の予圧可変方法は、主軸を支持する軸受の外輪に押
圧子を軸方向に一体動するよう外嵌し、この押圧子を軸
方向に可動となるよう保持するハウジング内に、押圧子
を常時軸方向に押圧する定圧予圧用のばねを組込むと共
に、上記ハウジング内に軸方向への移動が自在となるよ
う組込んだピストンの背面に油圧室を設け、主軸の低速
回転域では油圧室への油の供給によりピストンで押圧子
を押圧し、軸受に対して定位置予圧による重子圧を与え
、主軸の高速回転域で油圧室の油を抜き、ばねの弾性に
よる定圧予圧に切り替えるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、定位置予圧から定圧予圧に切り替える上記の
ような方法においては、定圧予圧で高剛性を得るには無
理があるため、高速回転域で十分な予圧を得るのが難し
いという問題がある。

また、定圧予圧手段を使うと、常時外輪又は内輪が軸方
向に移動し、定圧を維持する必要があるが、軸受は剛性
をあげるために内輪を主軸としまり嵌めし、外輪はケー
シングに対して隙間嵌めになっているので、温度差がつ
くと締代が生じ、軸受を軸方向に移動させるのが困難に
なるという問題がある。

そこでこの発明の目的は、上記のような問題点を解決す
るため、軸受に対する予圧に定位置予圧の切り換え方式
を採用し、主軸の回転数に応じて予圧量を段階的に変化
させ、高速回転域でも十分な予圧を与えることができ、
低速回転から高速回転域まで剛性の高い予圧可変式スピ
ンドルユニットを提供することにある。

（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、この発明は、主軸を
回転自在に支持する軸受を軸方向に押圧する軸受箱と、
この軸受箱を軸方向に押圧する中間リングを、外筒内に
軸方向へ移動自在となるよう配置し、前記外筒に軸受箱
及び中間リングの移動量を制限する調整部材を固定し、
主軸の回転数が設定した回転数に達したとき油圧制御装
置を操作して軸受箱及び中間リングを軸方向に移動させ
、調整部材と中間リングで軸受箱の移動量を調整するよ
うにした構成としたものである。

（作用〕 軸受箱及び中間リングの軸方向への移動位置は、調整部
材によって制限され、主軸の低速回転時は油圧で軸受箱
を直接移動さセて軸受に重子圧を与え、主軸の回転数が
上昇すると軸受箱への油圧を抜いて中間リングを油圧で
移動させ、軸受に対する予圧量を減少させ、さらに主軸
が高速回転になると、中間リングの油圧を抜き、予圧量
を切り替える。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図のように、主軸１１はその両端が各々２個づつ配
置された軸受１２．１３と１４．１５で回動自在に支持
されている。各軸受１２．１３と１４．１５はアンギュ
ラ玉軸受を用い、一対となる軸受１２．１３及び１４．
１５は各々間座１６．１７を介して並列組合せとなり、
しかも軸受１２．１３と１４．１５は背面組合せの配置
になっている。

一端側の軸受１４．１５は外筒１８内に直接組込まれ、
他端側の軸受１２．１３はこの軸受１２．１３と外筒１
８の間に挿入された軸受箱１Ｓ内に組込まれている。

上記外筒１８内には、前記軸受箱１９と、この軸受箱１
９の一端側の位置に中間リング２０が各々軸方向に移動
自在となるよう挿入され、軸受箱１Ｓと中間リング２０
の間に油圧室２１及び中間リング２０の端面と外筒１８
の間に油圧室２２が形成され、油圧制御装置２３から各
油圧室２１．２２に油圧をかけることにより、軸受箱１
９及び中間リング２０を軸方向に移動させることになる
。

上記軸受箱１９は、軸方向への移動時に軸受け１３の外
輪との間に設けた間座２４を介して軸受１２．１３に予
圧を与える。

前記外筒１８の内部に固定した調整部材２５に、軸受′
ｎ１９の移動量を制限するための段部２６と、中間リン
グ２０の移動量を制限する段部２７が設けられ、軸受箱
１９には、段部２６に対応する段部２８と、中間リング
２０が当接する端面２９が設けられ、軸受箱１９の段部
２８と端面２９間の距離は、前記調整部材２５の両段部
２６と２７間の距離よりも短く設定されている。

前記油圧制御装置２３による両油圧室２１．２２への給
油、排油は、主軸１１の回転数をセンサ（図示省略）で
検知して切り替え、調整部材２５の段部２６．２７によ
る軸受箱１９の位置決めによって予圧量を調整すること
になる。

上記軸受箱１９の軸方向の移動が円滑に行えるよう、第
１図の場合外筒１８の内周面に螺旋溝３０を設け、油圧
制御装置２３でこの螺旋溝３０に油圧をかけるようにし
ているが、上記螺旋溝３０は軸受箱１９の外周に設ける
ようにしてもよく、また、このような螺旋溝に限らず、
油圧によって軸受箱１９と外筒１８間に隙間を軸受箱１
９を軸方向に移動させる間だけ生じさせるものであれば
よい。

第２図に示す例は、上記螺旋溝３０に代えて軸受箱１９
と外筒１８の嵌合面間にポールスライド３１を挿入して
いる。

なお、各軸受１２．１３．１４．１５に対してエアオイ
ル潤滑を行なうため、各軸受の間座にはエアオイル用の
ノズル３２が形成されていると共に、軸受１２．１３は
、軸受箱１９内に組込まず、軸受箱１９の端面で軸受の
外輪を押圧するように構成してもよい。

この発明のスピンドルユニットは上記のような構成であ
り、次に予圧量の調整方法を説明する。

先ず、第７図に基づいて、予圧量調整の概略を述べると
、軸受の内外輪にがかる面圧が焼付限界を越えない値Ｐ
以上にならないように切り替え時期を回転数で決めて予
圧量を調整する。

起動待軸受には予圧Ｐ、。がかかるように油圧室２１に
油を供給して圧力をかけ、軸受箱１９を段部２８が調整
部材２５の段部２６に当接する位置にまで移動させ、回
転数がＮ１になったとき内輪面圧がＰになるので、油圧
室２１から油を抜き、油圧室２２に油を供給して圧力を
かけ、中間リング２０を段部２７に当接する位１４に移
動させ、予圧量を予圧Ｐ２゜に切り替え、更に回転数が
Ｎ２になったとき、油圧室２２の油を抜き、予圧Ｐ、。

にする。

そうすることで、回転数Ｎ、まで運転が可能となる。即
ち、第７図に太線で示した予圧量を軸受は受けることに
なり、回転数０から回転数Ｎ、までの間、軸受は絶えず
Ｐｌ。、Ｐ、。、Ｐ、。以上かつＰ以下の定位置予圧が
かかっていることになり、剛性の高いスピンドルを得る
ことができる。

次に、第３図乃至第６図に基づいて具体的な作用を説明
する。

第３図は軸受平面差Ｏの運転前の状態を示し、４つの軸
受の初期隙間の総和をδ、　　（ＩＩ高速達運転時予圧
総和−！１）とし、調整部材２５の段部２６と軸受箱１
９の段部２８との隙間を６２、調整部材２５の段部２７
と中間リング２０との隙間をδ。

とする、この隙間の関係は、δ、〉δ、〉δ１としてお
（。

図では、２個の軸受１２．１３を示しているので、２個
の軸受１２．１３の初期の隙間の総和δ だから−となる。

主軸１１の回転が低速域のとき、即ち第７図で回転数が
ＯからＮ１の間では、第３図の状態で油圧室２１にボー
トＰ１から油を入れて圧力をかけ、第４図に示すように
、軸受箱１９を段部２６と２８が当接する位置にまで移
動させる。

このときの位置による予圧量はδ□−δ１となり、これ
を力に換算すると第７図でＰ　Ｉｌｌとなり、主軸１１
の回転数が上ると第７図の線ａに沿って予圧量が増加す
る。

主軸１１の回転数がＮ１になったとき内外輪の面圧があ
る値Ｐ、例えば２００ｋｇｆ／ｍ”に達したとすると、
ここで油圧を切り替え、油圧室２１の油を抜き、ボート
Ｐｚから油圧室２２に油を送り込んで圧力をかけ、中間
リング２０を段部２７に当接する第５図の状態に移動さ
せる。

このときの位置による予圧量は（δ、−δ、）となり、
これを力に換算すると第７図の線Ｃとなり、回転数Ｎ、
からＮ２は第７図の線Ｃに沿って予圧量が増加する。な
お、切り替え時は第７図の線すとなる。

次に主軸１１の回転数がＮ、になり、且つ内外輪の面圧
がＰに達したとき、油圧室２２の油を抜き、再抽圧室２
１．２２への油圧源を切った状態にすると、このときの
位置による予圧量は−δ。

となり、これを力に換算すると第７図の線ｅとなり、主
軸１１の回転数が増してＮ、になるまで線ｅに沿って予
圧量は増大する。このときの切り替え時は第７図の線ｄ
となる。

なお、主軸１１の回転数をＮ、から減少する場合、油圧
室２１．２２に対する油の給排を上記の逆に行なうよう
にするとよい。

また、図示の場合、軸受箱１９と中間リング２０を用い
、調整部材２５の２個の段部２６と２７で２回の切り替
えを行なう例を°示したが、中間リ　。

ングの数と調整部材２５の段部の数を増やせば、予圧の
切り替え数を増やすことが可能である。

〔効果］ 以上のように、この発明によると、軸受を軸方向に押圧
する軸受箱と中間リングを油圧の給徘によって軸方向に
移動自在とし、この軸受箱と中間リングの移動量を調整
部材で制限し、軸受に与える予圧量を調整するようにし
たので、主軸の回転数に応じて軸受に定位置予圧を付与
することができ、定位置予圧によって高速域でも十分な
予圧が得られ、低速から高速回転まで剛性の高いスピン
ドルとなる。

また、軸受箱と中間リングを用い、調整部材と油の給排
によって定位置予圧の切り替えを行なうようにしたので
、切り替え回転を必要に応して自由に選択することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るスピンドルユニットの縦断面図
、第２図は同上の他の例を示す要部の縦断面図、第３図
乃至第６図の各々は作動状態を示す説明図、第７図は予
圧の切り替え過程を示すグラフである。 １１・・・・・・主軸、　　　　１２〜１５・・・・・
・軸受、１８・・・・・・外筒、　　　　　１Ｓ・・・
・・・軸受箱、２０・・・・・・中間リング、　２１．
２２・・・・・・油圧室、２３・・・・・・油圧制御装
置、２５・・・・・・調整部材、２６．２７．２８・・
・・・・段部、 ２９・・・・・・端面。 第３図 δａ δ２ ６１　（軸受すきま） 第４図 第６図 高速運転時の予圧

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸を回転自在に支持する軸受を軸方向に押圧す
   る軸受箱と、この軸受箱を軸方向に押圧する中間リング
   を、外筒内に軸方向へ移動自在となるよう配置し、前記
   外筒に軸受箱及び中間リングの移動量を制限する調整部
   材を固定し、主軸の回転数が設定した回転数に達したと
   き油圧制御装置を操作して軸受箱及び中間リングを軸方
   向に移動させ、調整部材と中間リングで軸受箱の移動量
   を調整するようにした予圧可変式スピンドルユニット。
2. （２）軸受が軸受箱の内部に配置されている請求項（１
   ）に記載の予圧可変式スピンドルユニット。
3. （３）軸受箱を軸方向に移動させるとき、軸受箱と外筒
   間に高圧油を送り込むように構成されている請求項（１
   ）に記載の予圧可変式スピンドルユニット。
4. （４）軸受箱と外筒が接する領域の何れか一方に高圧油
   を送り込む螺旋溝が設けられている請求項（３）に記載
   の予圧可変式スピンドルユニット。
5. （５）軸受箱と外筒の間にボールスライドを配置した請
   求項（１）に記載の予圧可変式スピンドルユニット。