JPH05196034A - 予圧可変式スピンドルユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、油圧により軸受箱を移動させて軸
受の予圧を変化させるスピンドルユニットにおいて、ス
ピンドルの組立てや予圧量の変更が容易にできるように
する。 【構成】 外筒１の内部に、軸受箱７と中間リング８を
移動自在に設け、その軸受箱７と中間リング８に向かい
合う油圧室１２、１３を設ける。上記軸受箱と中間リン
グの移動量を、両者の内径側に係合するリング１０と、
油圧室１３を形成する位置決めフランジ１１から成る調
整部材９と、外筒１に設けたストッパ面１ａとから制限
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軸受に対して予圧量
の調整を可能とした予圧可変式スピンドルユニットに関
するものである。

【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７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
軸方向に押圧する軸受箱７と、その軸受箱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、軸受箱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、軸受箱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、軸受箱と中間リン
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、軸受箱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間
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、軸受箱７又は中間リング８を軸方向に
移動させることにより、各軸受に各すき間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】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の構造
のように、調整部材９’を軸受箱７と中間リング８の内
径側に挿入し、かつ、ボルト３０により外筒１に固定す
る構造では、調整部材９’を取付けるために外筒１にボ
ルト穴加工を施こす必要があり、また組立てに際して
は、中間リング８及び軸受箱７と調整部材９’を外筒１
内に挿入した状態で、その外筒１の背面側からボルト３
０により調整部材９’を固定する必要があるため、スピ
ンドルの組立てに手間がかかり、作業能率が悪いという
不具合がある。

【０００９】また、軸受に加える予圧量を変化させるた
めには、外筒１を各軸受ごと主軸２から抜き出した後、
ボルト３０を外して調整部材９’を交換する必要がある
ため、作業に著しい時間がかかる欠点がある。

【００１０】さらに、調整部材９’の厚みは、ボルト３
０のねじ込みに耐える強度をもつ大きさに形成する必要
があるため、油圧室１２、１３の受圧面積を大きくとる
ことができず、このため、中間リング８や軸受箱７を移
動させるためには、高油圧を発生させる付属装置が必要
になるという問題があった。

【００１１】そこで、この発明は、上記提案の構造に工
夫を加えて、スピンドルの組立てや予圧量の変更が容易
にでき、しかも油圧室の形状設計の自由度が大きくとれ
る予圧可変式スピンドルユニットを提供することを目的
としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、外筒の内部孔に、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移動自在に設け、上記外
筒に、軸受箱及び中間リングの移動量を制限する調整部
材を設けると共に、上記軸受箱と中間リングに向かい合
わせてその軸受箱及び中間リングを軸方向に駆動する油
圧室を設けた予圧可変式スピンドルユニットにおいて、
上記調整部材を、軸受箱及び中間リングの内径側に係合
する移動量制限リングと、外筒の内部孔に移動自在に嵌
合して中間リングとの間で油圧室を形成する位置決めフ
ランジとから形成し、上記外筒に、油圧室に加える油圧
によって位置決めフランジが圧着するストッパ面を設け
た構造としたものである。

【００１３】なお、上記の構造において、軸受箱と外筒
が接する領域に、高圧油が供給排出されるすき間を設け
た構造とすることができる。

【００１４】

【作用】上記の構造においては、調整部材は、中間リン
グと軸受箱と共に、外筒の内部に軸方向に移動自在に配
列されるため、３者を一体に組み合せた状態で、外筒内
部に挿入又は引き出して交換することができる。

【００１５】また、調整部材を外筒に装着した状態で、
油圧室に圧力をかけると、位置決めフランジがストッパ
面に圧着して調整部材が固定されるため、その調整部材
に対して中間リング又は軸受箱を所定量だけ変位させる
ことができる。

【００１６】上記の構造では、調整部材にボルトをねじ
込む必要がなく、調整部材の厚みを薄くできるため、油
圧室の受圧面積を大きく形成することができる。

【００１７】

【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。図１に示すように、外筒１内を挿通する主
軸２は、その両端部が、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。

【００１８】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。

【００１９】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
間に挿入された軸受箱７の内面に固定されており、軸受
５の外輪には、間座１４を介して軸受箱７の内側端面が
当接している。この構造では、軸受箱７が軸方向へ移動
すると、間座１４が軸受５の外輪を押し、各軸受３、
４、５、６に予圧が与えられる。

【００２０】また、軸受箱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、軸受箱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
うに挿入されている。

【００２１】さらに、軸受箱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
後述する調整部材９の位置決めフランジ１１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１
７が接続されている。

【００２２】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。

【００２３】一方、外筒１の内部の奥側には、調整部材
９が組込まれている。この調整部材９は、中間リング８
と軸受箱７の内径側に挿入される移動量制限リング１０
と、中間リング８の端面との間で第２油圧室１３を形成
する位置決めフランジ１１とを、溶接等により一体に固
定して形成されており、位置決めフランジ１１に向き合
う外筒１の端壁にはその位置決めフランジ１１と当接し
てその動きを止めるストッパ面１ａが形成されている。

【００２４】また、固定フランジ１１の背面側の端面１
１ａには、位置決めピン１８が固定され、その端面１１
ａが当接する外筒１のストッパ面１ａには、位置決めピ
ン１８が嵌合する孔１９が形成されており、この位置決
めピン１８と孔１９は、調整部材９を外筒１内に挿入し
てストッパ面１ａに向かって移動させたとき、互いに嵌
合して調整部材９を位置決めする。

【００２５】上記移動制限リング１０には、軸受箱７の
移動量を制限する段部２０と、中間リング８の移動量を
制限する段部２１が設けられ、軸受箱７には、段部２０
に対応する段部２２と、中間リング８が当接する端面２
３が設けられている。上記の形状において、軸受箱７の
段部２２と端面２３間の距離は、調整部材９の両段部２
０、２１間の距離より短く設定されており、調整部材９
の段部２０と軸受箱７の段部２２とのすき間δ₂ は、調
整部材９の段部２１と中間リング８とのすき間δ₃ より
大きく設定されている。

【００２６】また、外筒１の内周面には、螺旋溝２４が
形成され、この螺旋溝２４に、切換弁等を介して油圧制
御装置１７が接続しており、油圧制御装置１７により螺
旋溝２４に油圧が加えられると、外筒１が縮径して軸受
箱７の間ですき間が生じ、軸受箱７の軸方向の移動が容
易に行なえるようになる。

【００２７】このような螺旋溝２４は、軸受箱７の外周
に設けてもよい。また、螺旋溝に限らず、油圧によって
軸受箱７と外筒１の間に、軸受箱７の動きを容易にする
すき間を生じさせるものであればよく、例えば、給油孔
だけを軸受７と外筒１のはめ合い部に設けるようにして
もよい。

【００２８】また、上記のような軸受箱７の動きを円滑
にする方法として、図６に示すように、軸受箱７と外筒
１の嵌合面間にボールスライド２６を挿入する方法もあ
る。

【００２９】なお、各軸受３、４、５、６の間座には、
各軸受に対してエアオイル潤滑を行なうために、エアオ
イル噴射用のノズル２５が形成されている。

【００３０】この実施例のスピンドルユニットは、上記
のような構造であり、この構造においては、調整部材９
が外筒１から切離され、かつ中間リング８及び軸受箱７
と共に外筒１の内部において軸方向に移動可能に設けら
れているため、調整部材９と中間リング８及び軸受箱７
を一体で外筒１に対して挿入又は引き出すことができ
る。

【００３１】また、外筒１に調整部材９を装着するに
は、位置決めフランジ１１を外筒１のストッパ面１ａに
当接するまで挿入し、位置決めピン１８とストッパ面１
ａの孔１９とを嵌合させることにより行なうことができ
る。

【００３２】この場合、調整部材９にボルトをねじ込む
必要がないため、中間リング８や軸受箱７の内径側に挿
入される移動量制限リング１０の厚みは、軸受箱等の動
きを止める強度を損なわない範囲で小さく形成すること
ができ、その分だけ各油圧室１２、１３の受圧面積を大
きく形成することができる。このため、従来のように受
圧面積に制限を受ける構造では中間リング８や軸受箱７
を駆動するために高圧の油圧が必要であったのに対し
て、上記の構造では、低い油圧や空気圧等によって必要
な押圧力を得ることが可能となり、付属する油圧発生装
置の大幅な簡略化を図ることができる。

【００３３】次に、上記実施例のスピンドルユニットを
用いての予圧量の調整方法について説明する。軸受３、
４、５、６に対する予圧量の調整は、軸受箱７の軸方向
の移動量を調整することで行なうことができるが、この
軸受箱７の移動量調整は、調整部材９と軸受箱７及び中
間リング８の間に形成されるすき間δ₃ 、δ₂ の大きさ
によってなされる。

【００３４】この実施例では、上記すき間により、次の
３段階の軸受予圧の調整を行なうことができる。

【００３５】１段目予圧（重予圧）……すき間δ₂ の大
きさに相当した予圧 ２段目予圧（中予圧）……すき間δ₃ の大きさに相当し
た予圧 ３段目予圧（軽予圧）……軸受箱７が最も左側に寄った
ときに得られる４つの軸受の初期すき間（初期すき間の
総和）δ₁ に相当した予圧 そして、上記の各階段の予圧調整は、各油圧室１２、１
３に高圧油を供給又は排出することにより実施される。

【００３６】先ず、１段目予圧の場合は、図３に示すよ
うに、第２油圧室１３から油圧を抜いた状態で、第１油
圧室１２に油を供給して圧力をかける。これにより、中
間リング８が油圧室１２の圧力で左側に移動し、位置決
めフランジ１１が外筒のストッパ１ａに押し当って調整
部材９が固定されると共に、軸受箱７の段部２２が調整
部材９の段部２０に当接する位置まで移動する。このた
め、軸受には、δ₂ −δ₁ に対応した分だけ予圧Ｐ１０
がかかり、重予圧状態になる。

【００３７】また、２段目予圧の場合は、図４に示すよ
うに、第１油圧室１２から油を抜き、第２油圧室１３に
油を供給した圧力をかける。これにより、油圧室１３の
圧力によって位置決めフランジ１１が外筒に向かって押
圧されて調整部材９が固定されると共に、中間リング８
が段部２１に当接するまで移動し、軸受には、δ₃ −δ
₁ に相当した量の予圧（中予圧）がかかることになる。

【００３８】一方、３段目予圧の場合は、第１及び第２
油圧室１２、１３から油を抜き、軸受に加わる圧力をゼ
ロにする。これにより、各軸受の転動体荷重のために軸
受箱７は左側に移動して図２の状態に戻り、初期すき間
δ₁ に応じた予圧Ｐ３０が軸受に加えらえる。

【００３９】なお、上記の動作において、１段目及び２
段目の予圧時に、油圧室内部の圧力と受圧面積の積によ
り得られる軸受箱７の軸受に対する押圧力が設定の予圧
力よりも大きくなるよう、各油圧室１２、１３に加える
油圧力を設定しておけば、軸受に絶えず設定予圧力で、
かつ上記押圧力以下の予圧がかかることになり、定位置
予圧が可能になる。

【００４０】また、各段階の予圧切換えに際しては、螺
旋溝２４に油を供給し、軸受箱７を縮径させて外筒１と
の間にすき間を生じさせることにより、軸受箱７の移動
を円滑に行なうことができる。

【００４１】このように、軸受予圧の切換えは、油圧室
１２、１３に対する高圧油の供給、排出を切り換えるこ
とで可能であり、この予圧の切り換えタイミングを主軸
の回転数によって制御するようにすれば、回転数の変化
に応じた予圧調整を行なうことができる。

【００４２】図５は、回転数の変化に応じて予圧を変化
させた場合の予圧変化曲線を示したものである。

【００４３】上記の図５は、Ｏ〜Ｎ₃ （最大回転数）の
回転数範囲において、Ｎ₁ 、Ｎ₂ 、Ｎ₃ の回転数で主軸
２に大きな支持剛性が得られるように制御した例を示し
ており、この例では、Ｎ₁ 、Ｎ₂ 、Ｎ₃ の時に許容最大
予圧となるように、１段階予圧から３段階予圧の初期予
圧量Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０を設定し、そして、回転数
がＮ₁ 及びＮ₂ にきた時点で予圧を１段階から２段階
へ、又は２段階から３段階に切り換えている。この切り
換えによる予圧の変化は、図５のａ乃至ｅに示すような
曲線（又は直線）になる。

【００４４】一方、主軸２の回転数をＮ₃ から減少させ
る場合は、各油圧室１２、１３に対する油の供給排出を
上記とは逆の方法で行なうようにすればよい。

【００４５】なお、上記実施例では、軸受５、６を軸受
箱７の内部に組み込んだが、このように軸受箱内に組み
込まず、軸受箱の端面で軸受の外輪を押圧するようにし
てもよい。

【００４６】また、上記例では、軸受箱７と中間リング
８を用い、調整部材７に対するすき間δ₁ 、δ₂ 、δ₃
により３段階の予圧切り換えを行なうようにしたが、中
間リングの数と調整部材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。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、この発明は、調整部材
を、移動量制限リングと位置決めフランジから構成し、
中間リングや軸受箱と共に外筒内で軸方向に移動可能と
なるように取付けたので、調整部材と中間リング及び軸
受箱を一体で外筒に対して挿入又は引き出すことができ
る。このため、調整部材の交換を簡単に行なうことがで
き、軸受予圧量の変更が容易に行なえる効果がある。

【００４８】また、締付け用のボルトを不用にしたの
で、外筒に対するボルト穴加工が省略できると共に、移
動量制限リングの厚みを小さくできることにより、中間
リングや軸受箱を駆動する油圧室の受圧面積を大きくと
ることができ、低い圧力で必要な押圧力が得られる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るスピンドルユニットの縦断面図

【図２】同上の作動状態を示す縦断面図

【図３】同上の作動状態を示す縦断面図

【図４】同上の作動状態を示す縦断面図

【図５】同上の予圧の切り換え過程を示すグラフ

【図６】他の実施例を示す縦断面図

【図７】従来例を示す縦断面図

【符号の説明】 １ 外筒 ２ 主軸 ３、４、５、６ 軸受 ７ 軸受箱 ８ 中間リング ９ 調整部材 １０ 移動量制限リング １１ 位置決めフランジ １２ 第１油圧室 １３ 第２油圧室 １７ 油圧制御装置 １８ 位置決めピン １９ 孔 ２０、２１、２２ 段部 ２３ 端面 ２４ 螺旋溝 ２６ ボールスライド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外筒の内部孔に、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移動自在に設け、上記外筒
   に、軸受箱及び中間リングの移動量を制限する調整部材
   を設けると共に、上記軸受箱と中間リングに向かい合せ
   てその軸受箱及び中間リングを軸方向に駆動する油圧室
   を設けた予圧可変式スピンドルユニットにおいて、上記
   調整部材を、軸受箱及び中間リングの内径側に係合する
   移動量制限リングと、外筒の内部孔に移動自在に嵌合し
   て中間リングとの間で油圧室を形成する位置決めフラン
   ジとから形成し、上記外筒に、油圧室に加える油圧によ
   って位置決めフランジが圧着するストッパ面を設けたこ
   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】軸受箱と外筒が接する領域に、高圧油が供
   給排出されるすき間を設けたことを特徴とする請求項１
   に記載の予圧可変式スピンドルユニット。