JPH071205Y2 - 工作機械の主軸ベアリングにかかるプリロードを電熱と油とを用いて最適に制御する装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は、マシニングセンタなどの工作機械の主軸ベ
アリングにかかるプリロードを、主軸の回転数に応じて
最適に維持し、正確な加工を行なうための装置に関す
る。

「従来の技術」 一般に、工作機械の主軸の主軸の軸方向に間隔をおいて
取付けられた、ボールベアリングなどの転がり型主軸ベ
アリング間には、外輪用スペーサと内輪用スペーサとが
設けられている。又主軸ベアリングを組付けるとき、加
工の際に主軸が正規の回転をするよう、油圧又は押しね
じなどによって、主軸ベアリングの外輪に常に一定のプ
リロードが与えられている。この状態で主軸を回転させ
ると、主軸と内輪とは一体になって回転するが、外輪は
静止状態になる。

そして主軸の回転時、主軸ベアリングに遠心力が働くた
め、主軸ベアリングの内輪との接触点よりも、外輪との
接触点の方が抵抗が大きくなる。その結果、主軸ベアリ
ングの外輪との接触点では、内輪との接触点に比べて主
軸ベアリングが転がるより滑る傾向が大きい。この傾向
は主軸の回転数が大きくなるほど著しい。転がり摩擦よ
り滑り摩擦による発熱が大きいので、内輪よりも外輪の
方が発熱が大きくなる。

従って内輪用スペーサに比べて外輪用スペーサがより高
温となって、内輪スペーサに比べて外輪用スペーサが膨
張する傾向がある。この傾向は、切削工具が切削油で冷
却されて、切削熱が主軸に伝わらないことと合わせて一
層著しくなる。

このため外輪に与えられるプリロードに余計な力がかか
るため、主軸ベアリングのボールの滑りが大きくなって
正規の回転をしなくなり、正確な加工ができなくなる。
この傾向は主軸の回転数が大きくなるほど著しい。

そこで外輪にかかるプリロードを主軸回転数に応じて最
適に制御するため、主軸の回転数を検出して、外輪用ス
ペーサにかかるプリロードを、油圧を用いて自動的に変
化させる、又は押しねじを調節して変化させるなどの手
段がとられている。

ところが主軸の回転数に応じて油圧を変化させる手段
は、構成が複雑で高価になり、又油圧に用いる油の粘度
が温度により変化し、制御に困難をきたすという欠点が
あった。又押しねじを調節する手段は、調節が難しいう
え、より高価になる欠点があった。

「考案が解決しようとする問題点」 この考案が解決しようとする問題点は、油圧や押しねじ
を用いないで、主軸ベアリングの外輪にかかるプリロー
ドを、主軸の回転数に応じた最適な量に制御することに
ある。

「問題点を解決するための手段」 この考案の装置の特徴は、以下のとおりである。

工作機械の主軸の軸方向に間隔をおいて取付けられた、
複数の転がり型主軸ベアリングの外輪間に設けられて、
プリロードを与えられている、油室を有しかつ発熱抵抗
体を取付けた調節用スペーサと、主軸ハウジングに設け
られた油室へ連通する通路と、調節用スペーサの温度を
検出する温度センサと、温度センサで検出した温度から
算出した現在の調節用スペーサ長と、主軸回転数から算
出した最適プリロード量を得られる調節用スペーサ長と
を比較して、最適調節用スペーサ長を得られる温度に調
節用スペーサを、発熱抵抗体へ通電して加熱し、一定温
度に制御された油を通路を経て油室へ供給して冷却する
温度制御手段とを具備する。

「作用」 加工により主軸や主軸ベアリングに発生した熱は、主軸
ベアリングの外輪から調節用スペーサに伝わり、調節用
スペーサは温度が上昇して膨張するため、外輪にはプリ
ロードに余計な力がかかる。

温度センサの検出した調節用スペーサの温度から、現在
の調節用スペーサ長が算出され、この調節用スペーサ長
から現在のプリロード量が算出される。

一方検出した主軸回転数から得られる最適プリロード量
が算出され、現在のプリロード量と最適プリロード量と
の比較から最適調節用スペーサ長が算出される。

現在の調節用スペーサ長を最適調節用スペーサ長へ補正
するための、調節用スペーサの温度が算出されると、そ
の温度より調節用スペーサ温度が低いときには発熱抵抗
体へ通電して温度を上げ、最適調節用スペーサ長になる
まで調節する。

逆に調節用スペーサ温度が高すぎるときには、一定温度
に制御された油を通路を経て油室へ送って温度を下げ、
最適調節用スペーサ長になるまで調節する。最適調節用
スペーサ長になれば、主軸ベアリングに余計な力がかか
らなくなる。

「実施例」 第１図、第２図に於いて、1a、1bは、例えばボールベア
リングを用いた転がり型の主軸ベアリングで、後述の主
軸22に一定間隔をおいて取付けられている。2a、2bはそ
の外輪、3a、3bはその内輪である。４は内輪用スペーサ
で、内輪3a、3b間に設けられている。

５は調節用スペーサで、内部にはニクロム線の発熱抵抗
体６が接着剤６′で固定されている。この接着剤は、調
節用スペーサ５の材質、例えば鉄に近い熱伝導率を有す
る材質を用いる。

なお第１図では発熱抵抗体６を便宜上螺線で表したが、
実際には調節用スペーサ５に巻き付けて取付ける。発熱
抵抗体６としては、実施例に替えてセラミック、プラス
チックなどを利用できる。又調節用スペーサ５の外周面
には、油室７が凹設されている。油室７には第２図に示
すように、小幅の隔壁８が設けられている。

９は補助スペーサで、前部外輪2aと調節用スペーサ５と
の間に設けられている。従って調節用スペーサ５は、補
助スペーサ９を介して前後外輪2a、2b間に設けられてい
る。

10は温度センサで、補助スペーサ９の材質、例えば鉄に
近い熱伝導率を有する接着剤で、補助スペーサ９内に固
定されている。前部外輪2aの熱は、補助スペーサ９を経
て調節用スペーサ５へ伝わり、温度センサ10によって検
出される。

なお補助スペーサ９を省略して、温度センサ10を直接調
節用スペーサ５に、又は前部外輪2aか後部外輪2bに固定
することも可能である。

11aは流入側通路、11bは流出側通路で、主軸ハウジング
21を貫通し、両通路11a、11bは隔壁８を挟んで油室７と
連通する。

なお22は主軸、23は主軸ベアリング1a、1bに、外輪2a、
2bを介してプリロードを与えている。

第３図は調節用スペーサ５の温度制御手段を示すもの
で、制御部12、電流調節装置13、及び油供給手段である
クーラ14、ポンプＰ、タンクＴから構成されている。

即ち調節用スペーサ５を加熱するときは、制御部12から
の指令により一定値の電流が発熱抵抗体６へ流され、冷
却するときは、制御部12の指令によりクーラ14で一定温
度に制御された油が、ポンプＰから流入側通路11aを経
て油室７へ供給され、流出側通路11bを経てタンクＴへ
還流する。

調節用スペーサ５の温度制御の指令は、制御部12で次の
ように行なわれる。

第４図で示すように、主軸回転数（制御指令値、又は図
外主軸回転数検出装置から求められる）から、最適プリ
ロード量を算出して最適調節用スペーサ長を算出する。

図外温度換算装置を介して、温度センサ10が検出した調
節用スペーサ５の温度から算出された現在の調節用スペ
ーサ５長と、最適調節用スペーサ長とを比較して、調節
用スペーサ５長の調節量が求められ、調節用スペーサ５
の温度最適値が決定される。

現在の調節用スペーサ５の温度とこの最適温度とを比較
して、加熱の必要があれば発熱抵抗体６の温度が決定さ
れて電熱指令が発せられ、図外電流調節装置で必要電流
値の電流が発熱抵抗体６へ送られる。

冷却を必要とするときは冷却油供給指令が発せられて、
クーラ14で一定温度に制御された油が、ポンプＰにより
通路11aを経て油室７へ供給される。

「考案の効果」 主軸ベアリングの外輪間に設けた調節用スペーサを加
熱、冷却することにより、主軸ベアリングにかかるプリ
ロードを、主軸回転数に応じて最適値に維持できるの
で、正確な加工を行なうことができ、しかも構造が極め
て簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は主軸の要部縦断面図、第２図は油室の構造を示
す要部横断面略図である。 第３図は温度制御手段の略図、第４図は制御のフローチ
ャートである。 1a、1b……主軸ベアリング、2a、2b……外輪、５……調
節用スペーサ、６……発熱抵抗体、７……油室、10……
温度センサ、11a、11b……通路、12……制御部、14……
クーラ、21……主軸ハウジング、22……主軸、Ｐ……ポ
ンプ

フロントページの続き (72)考案者 大坪 寿 岡山県浅口郡里庄町浜中1160番地 安田工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−20382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−135163（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の主軸の軸方向に間隔をおいて取
   付けられた、複数の転がり型主軸ベアリングの外輪間に
   設けられて、プリロードを与えられている、油室を有し
   かつ発熱抵抗体を取付けた調節用スペーサと、 主軸ハウジングに設けられた油室へ連通する通路と、 調節用スペーサの温度を検出する温度センサと、 温度センサで検出した温度から算出した現在の調節用ス
   ペーサ長と、主軸回転数から算出した最適プリロード量
   を得られる調節用スペーサ長とを比較して、最適調節用
   スペーサ長を得られる温度に調節用スペーサを、発熱抵
   抗体へ通電して加熱し、一定温度に制御された油を通路
   を経て油室へ供給して冷却する温度制御手段を有する、
   工作機械の主軸ベアリングにかかるプリロードを電熱と
   油とを用いて最適に制御する装置。
2. 【請求項２】調節用スペーサは、補助スペーサを介して
   外輪間に設けられており、温度センサは、補助スペーサ
   に設けられている、実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の工作機械の主軸ベアリングにかかるプリロードを電熱
   と油とを用いて最適に制御する装置。