JPH0885006A - 工作機械の主軸支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主軸を軸支する軸受部に常に所要の予圧を確
実に与えることのできる工作機械の主軸支持装置を提供
する。 【構成】 主軸頭１に対して主軸３を回転自在に支持す
る工作機械の主軸支持装置において、主軸頭１の前部内
周面１５に取付けられて主軸３を軸支する第１の軸受部
１０と、軸方向に往復移動可能に主軸頭１の後部内周面
２０の内方に配設されたスリーブ１１と、このスリーブ
１１の内周面２１に取付けられて主軸３を軸支する第２
の軸受部１２と、前記主軸頭後部内周面２０に対してス
リーブ１１を磁力により保持する磁気軸受装置１３と、
前記主軸頭と前記スリーブとの間に介装されるとともに
このスリーブを軸方向に付勢して前記第１，第２の軸受
部１０，１２に所要の予圧を与えるばね５０とを備え、
前記主軸頭に対して前記スリーブを非接触で支持可能に
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械の主軸支持装置
に係り、特に主軸の軸受部に常時一定の予圧を与える構
成の主軸支持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械は、工具が装着されるか又は被
加工物（ワーク）を取付ける取付け部材（例えばチャッ
ク等）が設けられる主軸を主軸頭内で軸受部を介して回
転させ、ワークと工具とを相対的に移動させてワークの
加工を行なうが、前記軸受部の外輪と内輪との間のがた
つきをなくして主軸の回転精度と剛性を得るために、軸
受部に予圧を与えている。

【０００３】しかしながら、主軸回転数の高速化に伴
い、主軸熱変位が大きくなり、予圧を一定に維持できな
くなってきた。そこで、常時予圧を一定にする主軸構造
の技術が開示されている。例えば、特開平２−２７９２
０３号公報には、主軸を支持する軸受に予圧を与えるた
めに、軸受を軸方向に押圧する軸受箱を外筒の内部に嵌
合させて軸方向へ移動させる構成の予圧可変式スピンド
ルユニットが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この場合には、軸受箱
が外筒内ですべり面接触しているが、軸受箱の軸方向の
移動距離は極めて微小であるため、実際には移動動作は
必ずしもスムーズではなく、確実に予圧を一定にできな
いという問題点を生じていた。これはボールスライド等
のころがり直線軸受により点接触で移動させる場合も同
様である。また、軸受箱と外筒との間に微小な間隙があ
るので、この間隙部で振動が発生して摺動面に微動摩耗
が生ずる虞があった。

【０００５】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、主軸を軸支する軸受部に常に所要の予圧
を確実に与えることのできる工作機械の主軸支持装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、主軸頭に対して主軸を回転自在に支持す
る工作機械の主軸支持装置において、前記主軸頭の前部
内周面に取付けられて前記主軸を軸支する第１の軸受部
と、軸方向に往復移動可能に前記主軸頭の後部内周面の
内方に配設されたスリーブと、このスリーブの内周面に
取付けられて前記主軸を軸支する第２の軸受部と、前記
主軸頭後部内周面に対して前記スリーブを磁力により保
持する磁気軸受装置と、前記主軸頭と前記スリーブとの
間に介装されるとともにこのスリーブを軸方向に付勢し
て前記第１，第２の軸受部に所要の予圧を与える弾性部
材とを備え、前記主軸頭に対して前記スリーブを非接触
で支持可能にした。

【０００７】

【作用】本発明においては、第２の軸受部が取付けられ
たスリーブを磁気軸受装置の磁力により主軸頭の後部内
周面に対して保持しているので、スリーブは主軸頭後部
内周面に対して非接触状態で軸方向にスムーズに微小距
離移動する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図３を参
照して説明する。図１は本発明の一実施例を示す概略構
成図、図２は図１の部分拡大図、図３は図１のＢ矢視図
であり一部をIII−III線断面で示している。本実施例は
工作機械としてマシニングセンタの場合を示している
が、ＮＣ旋盤等他の種類の工作機械であってもよい。

【０００９】図示するように、マシニングセンタには主
軸頭１が設けられており、主軸支持装置２が、主軸頭１
に対して主軸３を回転自在に支持している。主軸３は、
ロータ４とステータ５を主軸３と主軸頭１との間に配し
たビルトインモータ６により回転駆動されて、主軸頭１
に対して回転動作をする。主軸頭１は、その先端部に締
結固定された蓋部材７を備えており、主軸３は蓋部材７
の内周面８に回転自在に嵌合している。

【００１０】主軸支持装置２は、主軸３の前部を支持す
る第１の軸受部１０と、主軸頭１の後端部に配設された
スリーブ１１と、主軸３の後部又は中央部を支持する第
２の軸受部１２と、主軸頭１に対してスリーブ１１を軸
方向に移動自在に保持する磁気軸受装置１３と、主軸頭
１とスリーブ１１との間に介装されるとともに弾性力を
介してスリーブ１１を軸方向に付勢して第１，第２の軸
受部１０，１２に所要の予圧を与える弾性部材であるば
ね５０とを備えており、主軸頭１に対してスリーブ１１
を非接触で支持可能にしている。また、主軸頭１の後部
内周面２０とスリーブ１１との間の間隙ｄを極めて微小
にしている。

【００１２】第１の軸受部１０は、主軸頭１の前部内周
面１５に取付けられて主軸３を回転自在に軸支してい
る。この第１の軸受部１０は、軸方向に並設された一対
のころがり軸受１６，１７と、軸受１６，１７の間に装
着されたスペーサ１８とを備えている。

【００１１】スリーブ１１は、軸方向に往復移動可能に
主軸頭１の後部内周面２０の内方に微小間隙ｄをもって
非接触状態で配設されている。第１の軸受部１０と略同
様な構成の第２の軸受部１２は軸方向に対して第１の軸
受部１０と対称な構造になっており、一対のころがり軸
受１６，１７と、軸受１６，１７の間に装着されたスペ
ーサ１８ａとを有している。磁気軸受装置１３は、主軸
頭後部内周面２０に対してスリーブ１１を磁力により保
持している。

【００１２】付勢部材であるばね５０は円周方向に均等
に複数個配設されており、このばね５０によりスリーブ
１１を軸方向に移動させて、第１，第２の軸受部１０，
１２に予圧を与えるようになっている。ばね５０は、主
軸頭１の後端面５１の凹部と、後端面５１に対向するス
リーブ１１のフランジ部側面５３の凹部とに両端をそれ
ぞれ係合させて取付けられており、主軸頭１に対してス
リーブ１１を矢印Ｃ方向に付勢している。また、スリー
ブ１１と主軸頭１との間には例えば１個の回り止め部材
５５が設けられており、これにより、主軸頭１に対して
スリーブ１１は回転方向に移動しないようになってい
る。

【００１３】第１，第２の軸受部１０，１２の軸受１
６，１７の内輪は主軸３の外周面３ａに圧入固定されて
いる。第１の軸受部１０における軸受１６，１７の外輪
は主軸頭１の前部内周面１５に圧入固定されている。第
２の軸受部１２における主軸１６，１７の外輪はスリー
ブ１１の内周面２１に圧入固定されている。

【００１４】磁気軸受装置１３は、主軸頭１の内周面２
０とスリーブ１１の外周面３３との対向部に配設された
磁気軸受部２２と、ラジアル方向の間隙ｄを検出すべく
周方向に複数個（例えば４個）配設された渦電流式のラ
ジアル方向変位センサ２３と、この変位センサ２３から
の検出信号によりスリーブ１１の位置を演算して検出す
る位置検出回路２４と、検出回路２４での演算結果に基
づいて磁気軸受部２２を制御して各電磁体（マグネット
ステータ）３７に供給する電流を演算する制御回路２５
と、制御回路２５から出力される制御信号を増幅して磁
気軸受部２２に電流を出力する電力増幅回路２６とを備
えている。

【００１５】制御回路２５は、基準信号を発生する基準
信号回路３０と、基準信号回路３０から出力される基準
信号と位置検出回路２４で演算されたスリーブ１１の位
置との偏差を比較する偏差比較回路３１と、偏差比較回
路３１から出力される信号をＰＩＤ制御等により信号処
理して電力増幅回路２６に制御信号を出力する信号処理
回路３２とを備えている。

【００１６】磁気軸受部２２は、スリーブ１１の外周面
３３に形成された環状溝３４内に装着された浮遊側の円
環状の磁性体（ラジアルロータ）３５と、主軸頭後部内
周面２０に形成された溝部３６内に装着された固定側の
複数組（例えば４組）の電磁体３７とを備えている。

【００１７】磁性体３５は円環状の積層珪素鋼板等の強
磁性体で構成されている。電磁体３７は、積層珪素鋼板
の凸部３８とこれに巻回された励磁コイルとにより構成
されており、２個の凸部３８で１組の電磁体３７となっ
て磁性体３５を介して一つの閉磁気ループＲを形成す
る。各閉磁気ループＲ毎に１個の変位センサ２３が配さ
れている。

【００１８】磁気軸受装置１３においては、主軸３の回
転中心Ｏ₁ に対するスリーブ１１の中心Ｏ₂ の変位δに
対応する間隙ｄを変位センサ２３で検出し、各電磁体３
７の電磁力をコントロールして両中心Ｏ₁ , Ｏ₂ を一致
させることにより変位δを零に近づけるような制御をし
ており、これによりスリーブ１１を常に所定位置に保持
している。

【００１９】スリーブ１１の磁性体３５装着部の両側に
は円環状の凸部１１ａ，１１ａが設けられている。この
凸部１１ａと主軸頭１との隙間は、磁性体３５と電磁体
３７の凸部３８との隙間（例えば、０．２乃至０．３ｍ
ｍ）より微小量（たとえば、０．０１乃至０．０２ｍ
ｍ）に構成されている。これは、磁気軸受装置１３の異
常時や、主軸３に衝突等で異常な外力がかかった時など
に、事故の拡大を防止するためのものである。

【００２０】次に、本実施例の動作について説明する。
まず最初に、磁気軸受装置１３をオンして、制御回路２
５からの制御信号により電力増幅回路２６を介して電磁
体３７を励磁して磁性体３５を磁力により保持する。こ
れにより、スリーブ１１は主軸頭１の後部内周面２０に
対して非接触状態で中心位置に保持される。

【００２１】次に、主軸駆動用のモータ６をオンして主
軸３を回転し、ワークを工具４１により加工する。主軸
３の回転中に第１，第２の軸受部１０，１２が発熱し、
主軸３等に熱変位が生じても、スリーブ１１は主軸頭１
に対して非接触状態で保持されているので軸方向にスム
ーズに微小距離（例えば数μｍ乃至数十μｍ）移動し、
予圧が常に適正な一定値となるように自動的に調整され
る。

【００２２】したがって、主軸３の高速回転が可能であ
る。また、磁気軸受部２２は潤滑の必要性がないのでメ
ンテナンスも不要であり寿命も半永久的である。しか
も、磁気軸受部２２により主軸３の振動を抑制すること
ができるので、微動摩耗が発生しない。さらに、主軸３
やスリーブ１１が発熱により若干熱変形しても前記間隙
ｄがあるので、スリーブ１１の移動動作には悪影響を与
えない。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、主
軸を軸支する軸受部に常に所要の予圧を確実に与えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる概略構成図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】図１のＢ矢視図であり一部をIII−III線断面で
示している。

【符号の説明】

１ 主軸頭 ２ 主軸支持装置 ３ 主軸 １０ 第１の軸受部 １１ スリーブ １２ 第２の軸受部 １３ 磁気軸受装置 １５ 前部内周面 ２０ 後部内周面 ２１ スリーブの内周面 ５０ ばね（弾性部材）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸頭に対して主軸を回転自在に支持す
   る工作機械の主軸支持装置において、 前記主軸頭の前部内周面に取付けられて前記主軸を軸支
   する第１の軸受部と、軸方向に往復移動可能に前記主軸
   頭の後部内周面の内方に配設されたスリーブと、このス
   リーブの内周面に取付けられて前記主軸を軸支する第２
   の軸受部と、前記主軸頭後部内周面に対して前記スリー
   ブを磁力により保持する磁気軸受装置と、前記主軸頭と
   前記スリーブとの間に介装されるとともにこのスリーブ
   を軸方向に付勢して前記第１，第２の軸受部に所要の予
   圧を与える弾性部材とを備え、 前記主軸頭に対して前記スリーブを非接触で支持可能に
   したことを特徴とする工作機械の主軸支持装置。