JPH0890304A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 予圧低下を直接に検出器で検出し、主軸の軸
方向への熱膨張にも素早く応答して予圧制御する主軸装
置を提供する。 【構成】 主軸頭１１内に主軸１０の先端１０Ａ、中腹
１０Ｂ、後端１０Ｃ等を複数の軸受１，２，３，４，５
にて複列配置させたものにして、主軸の中腹及び後端を
支持る軸受部材に、主軸の後端方向への熱膨張による予
圧低下を検出する圧力検出器Ｐと、予圧低下を設定値に
補正演算する比較器２６とで圧力調節供給手段２７の流
体供給圧を加減制御して流体圧力発生器１２，１９を設
定値の予圧力Ｆ１，Ｆ２に制御させる予圧付与手段２
０，３０を各々独立して装備するほか、上記主軸の回転
検出器２８からの回転数に対応して比較器２６の制御出
力を加減補正し、予圧付与手段を圧力制御する主軸装置
１００である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸装置に
関し、主軸の中腹部や後部等の軸受に予圧部材を装備し
たものに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械の主軸装置においては、
主軸の後部軸受のみに一組の予圧部材を装備したものが
主流である。この予圧部材は、主軸の高速回転に伴い主
軸の高剛性が要求されることからと、主軸の高速回転に
伴う軸方向への熱膨張によることからの必要部品になっ
ている。また、主軸がロングノーズになっていることか
らも、必要部品になっている。

【０００３】即ち、主軸の高速化に伴い軸受の発熱は増
加する。この発熱の増加で主軸等部材が熱膨張し、軸受
部の予圧が増え、更に発熱を促す。この繰返しが、軸受
部材の焼き付き等の損傷につながっている。又、逆に主
軸等部材の熱膨張で、軸受部の予圧が低下する傾向に構
成されていると、軸受部にガタを生じさせる。上記予圧
部材は、これらの軸受部に生ずる問題を解消する手段と
して採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記工作機械の主軸装
置においては、主軸の後部軸受のみに一組の予圧部材を
装備したものであるから、主軸の高速回転等に伴う軸受
発熱による軸方向への熱膨張には対応できるものの、主
軸の高速回転に伴う剛性不足による主軸中腹部の芯振れ
に対応出来ない。更に、主軸がロングノーズになってい
るものにおいては、上記主軸中腹部の芯振れが拡大し、
加工精度に多大の悪影響を及ぼすという問題点がある。
更に、主軸回転速度が増大する程、上記軸受予圧力を増
加する必要がある。

【０００５】本発明は、上記従来の工作機械の主軸装置
が持つ問題点に鑑み、流体圧力発生器による予圧部材方
式にした新規な工作機械の主軸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】本発明は上記目的を達成
すべく、主軸頭内に主軸の先端、中腹、後端等を複数の
軸受にて複列配置させたものにして、主軸の中腹及び後
端を支持る軸受部材に、主軸の後端方向への熱膨張によ
る予圧低下を検出する圧力検出器と、予圧低下を設定値
に補正演算する比較器で圧力調節供給手段の流体供給圧
を加減制御して流体圧力発生器を設定値の予圧力に制御
させる予圧付与手段を各々独立して装備するほか、上記
主軸の回転検出器からの回転数に対応して比較器の制御
出力を加減補正し、予圧付与手段を圧力制御することを
特徴とする工作機械の主軸装置である。

【０００７】

【作用】本発明によると、主軸の高速回転等に伴い軸受
部が発熱し、この発熱で主軸が軸方向へ熱膨張して軸受
部のボールに隙間が生じょうとすると、この隙間を予圧
低下として圧力検出器が検出し、上記圧力検出器からの
検出圧が設定圧となるように予圧付与手段を圧力制御す
る。しかも主軸回転に対応して予圧力を加減補正するか
ら、主軸の低速から高速回転にまで広く対応する他、高
速回転時の剛性不足による主軸中腹部の芯振れにも対応
する。

【０００８】特に、予圧低下を直接に検出器で検出し、
これが一定圧になるよう予圧付与手段を圧力制御するか
ら、主軸の軸方向への熱膨張にも素早く応答し、従来の
ように主軸の熱膨張を測定して、これの伸び分を打ち消
す様にして予圧低下を補正する間接的な補正方法の問題
点が解消される作用効果がある。

【０００９】

【実施例】以下、図面に示す実施例につき説明する。図
１は本発明に係る工作機械の主軸装置１００の正断面
図、図２は主軸先端側の拡大断面図であり、図３は主軸
後端側の拡大断面図である。更に、図４は図３の要部作
用を示す部分断面図である。

【００１０】上記工作機械の主軸装置１００において、
図１の主軸装置１００はビルトイン・モータ方式であ
り、主軸１０の中腹部１０Ｂにビルトイン・モータＢＭ
のロータＲを嵌着し、ロングノーズの主軸先端１０Ａを
前後２群の軸受１，２によって支持し、中腹部１０Ｂを
１群の軸受３によって支持し、主軸の芯振れを起さない
よう支持している。更に、主軸１０の後端１０Ｃは、前
後２群の軸受４，５によって主軸の芯振れを起さないよ
う支持している。以上のように、主軸１０は主軸頭１１
内において、その前後３ヵ所を２群から３群の軸受部材
によって高剛性に支持されている。

【００１１】上記主軸１０は、その中腹部１０Ｂにビル
トイン・モータＢＭのロータＲを嵌着しているから、こ
こでの軸線後端方向（上方向）への熱膨張が大きく発生
し、各軸受３と４，５と主軸間に隙間Ｚ，Ｚ´を生じ、
軸線方向への予圧の低下を招くことになる。しかし、上
記主軸１０の中腹部１０Ｂ及び後端１０Ｃの軸受部材３
及び４，５には、各々独立した予圧付与手段２０，３０
を装備している。その詳細構成は、図２，３，４に示す
ようになっている。

【００１２】先ず、主軸１０の中腹部１０Ｂの軸受部材
３に備える予圧付与手段２０は、図２のようになってい
る。主軸先端１０Ａの前後３群の軸受１，２，３は主軸
の奥方となる段部（イ）に内輪３Ａを当接させ、順次に
奥方から先端側へスペーサ６，軸受２，スペーサ７，軸
受１，締付リング（ナット）８のように組込まれてい
る。上記段部（イ）に内輪３Ａを当接させた軸受３の外
輪３Ｂ側は、主軸頭１１の拡大空間１１Ａ内に摺動可能
に嵌合し、外輪３Ｂ側に環状の圧力検出器Ｐを当接さ
せ、これにピストン式の流体圧力発生器ＣＰとスペーサ
１３を介在させている。しかして、圧力検出器Ｐ（１１
Ａ）で予圧を検出し、所定の圧力になるようピストン式
の流体圧力発生器１２への加圧力を加減制御し予圧力Ｆ
１が付与されている。この予圧力Ｆ１で、主軸１０の軸
方向膨張（軸受１を基準点として）による中腹部１０Ｂ
の軸受３に掛る主軸間の隙間Ｚを打ち消すように機能す
る。

【００１３】また、主軸１０の後側軸受部材４，５に備
える予圧付与手段３０は、図３のようになっている。主
軸後端１０Ｃの前後２群の軸受４，５は、主軸の奥方と
なる段部（ロ）と、主軸１０に固定したフランジ体１５
間に、スペーサ１４，１６を介在させて各内輪４Ａ，５
Ａを組み込ませ、且つ調圧筒体１７の内周面１７Ａで各
外輪４Ｂ，５Ｂを抱持している。上記軸受５の外輪５Ｂ
には圧力検出器Ｐを介在させており、内輪５Ａと主軸１
０との予圧力を検出する。上記調圧筒体１７は、主軸頭
１１の後端絞部１１Ｂにボルト２１で嵌着した筒体１８
に嵌合しており、下端鍔部１７Ｂが軸受部材４，５の外
輪側に係止し、頂端の円板１７Ｃが筒体１８の頂面円周
上に配置された複数のピストン式の流体圧力発生器１９
により、所定の予圧力Ｆ２で軸受部材４，５全体を浮上
させている。この予圧力Ｆ２の大きさは、圧力検出器Ｐ
で予圧を検出し、所定の圧力になるようピストン式の流
体圧力発生器１２への加圧力を加減制御し予圧力Ｆ２を
付与している。これで、主軸１０の軸方向膨張による各
軸受４，５に掛る主軸間の隙間Ｚ´を打ち消すように機
能する。尚、上記二つの流体圧力発生器１２，１９が発
生する予圧力Ｆ１，Ｆ２は、実質的に同一値に設定され
ている。

【００１４】上記軸受１，２，３，４，５の予圧力Ｆ
１，Ｆ２の制御は、図５に示すように軸受１，２，３，
４，５に予圧力Ｆ１，Ｆ２を付与するピストン式の流体
圧力発生器１２，１９と、予圧力Ｆ１，Ｆ２を検出する
圧力検出器Ｐと、この圧力検出器の出力値と予圧設定器
２５の設定値との比較器２６による比較演算により、流
体圧力発生器１２，１９への空圧又は油圧を調節制御す
る圧力調節供給手段２７を加減制御する制御回路４０を
構成する。この制御回路４０では、主軸１０の回転数を
検出する回転検出器２８からの回転信号ｔ１を比較器２
６にも入力し、この回転信号ｔ１と圧力検出器Ｐの出力
値ｅ１と、予圧設定器２５の設定値ｆ１とを比較器２６
による比較演算し、流体圧力発生器１２，１９への空圧
又は油圧を調節制御する圧力調節供給手段２７の加減制
御信号とする。図６は流体圧力発生器１２，１９への空
圧又は油圧の供給流体圧の変動に対する予圧力Ｆ１，Ｆ
２の増減関係を主軸回転数に加味される状態を示してい
る。

【００１５】本発明の主軸装置１００によると、主軸１
０には予圧力Ｆ１，Ｆ２が予め予圧付与手段２０，３０
によって付与されている。この主軸１０において、高速
回転等に伴いビルトイン・モータＢＭのロータＲや各軸
受１，２，３，４，５が発熱し、この発熱で主軸１０の
下端の軸受１を基準点として軸上方向へ熱膨張して主軸
１０の中腹部側及び後端側の２箇所に設置した各軸受３
と４，５のボールに隙間Ｚ，Ｚ´が生じょうとする。

【００１６】しかし、この隙間Ｚ，Ｚ´による圧力低下
は、素早く予圧付与手段２０，３０の各圧力検出器Ｐが
検出し、この圧力検出器の出力値ｅ１と、予圧設定器２
５の設定値（予圧力Ｆ１，Ｆ２が設定値である）ｆ１と
を比較器２６による比較演算する一方で、主軸の回転検
出器２８からの回転信号ｔ１も入力して複合演算する。
この演算結果を、流体圧力発生器１２，１９への空圧又
は油圧を調節制御する圧力調節供給手段２７の加減制御
信号とする。即ち、主軸１０の停止又は低速回転時の回
転信号ｔ１と、予圧設定器２５での設定値（予圧力Ｆ
１，Ｆ２）ｆ１から実際の予圧力Ｆ１，２が変動する
と、これを補正すべく圧力調節供給手段２７から流体圧
力発生器１２，１９へ送られる流体圧力を加減制御す
る。この予圧力Ｆ１，２の設定値への制御により、各軸
受３，４，５を所定の予圧力Ｆ１，２で上方へ持ち上
げ、隙間Ｚ，Ｚ´を打ち消す。

【００１７】上記所定の予圧力Ｆ１，２で上方へ持ち上
げられた主軸１０が、低域回転から中域の回転時の回転
信号ｔ２になると、圧力検出器Ｐの出力値ｅ１がｅ２
（予圧力Ｆ１´，Ｆ２´）になるように比較器２６で演
算処理され、圧力調節供給手段２７から流体圧力発生器
１２，１９へ送られる流体圧力を増加制御する。そし
て、中域回転から高域の回転時の回転信号ｔ３になる
と、圧力検出器Ｐの出力値ｅ２がｅ３（予圧力Ｆ１〃，
Ｆ２〃）になるように比較器２６で演算処理され、圧力
調節供給手段２７から流体圧力発生器１２，１９へ送ら
れる流体圧力を更に増加制御する。上記のように主軸１
０の低域、中域、高域の各回転数ｔ１，ｔ２，ｔ３に対
応して、予圧力を（イ）の如く三段階「Ｆ１，Ｆ２、Ｆ
１´，Ｆ２´、Ｆ１〃，Ｆ２〃」に調節制御する。

【００１８】尚、上記比較器２６への入力は、圧力検出
器Ｐや回転検出器２８の他、室温検出器Ｓ他からのデー
タを数多く入れても良く、このようにすると予圧力を
（ロ）や（ハ）の如く上下に微調節した予圧力となる。

【００１９】本発明は、上記実施例に限定されることな
く発明の要旨内での細部の設計変更が可能である。例え
ば、工作機械は横型であってもよいし、各部の詳細構成
も適宜に設計変更可能である。また、上記予圧低下を補
正する流体圧力発生器Ｐと、この予圧付与手段２０，２
３は、最少限として一組だけ主軸上に備えれば足りる。

【００２０】

【効果】本発明によると、従来の単列の予圧部材では無
理であった発熱抑制や軸芯振れの抑制作用が発揮される
効果がある。更に、主軸の高速回転等に伴い軸受部が発
熱し、この発熱で主軸が軸方向へ熱膨張して軸受部のボ
ールに隙間が生じょうとすると、この隙間を予圧低下と
して圧力検出器が検出し、上記圧力検出器からの検出圧
が設定圧となるように予圧付与手段を圧力制御して常に
設定値の予圧を付与し続けられ、しかも主軸回転に対応
して予圧力を加減補正するから、主軸の低速から高速回
転にまで広く対応する他、高速回転時の剛性不足による
主軸中腹部の芯振れにも対応する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る工作機械の主軸装置の正断面図で
ある。

【図２】本発明に係る主軸先端側の拡大断面図である。

【図３】主軸後端側の拡大断面図である。

【図４】要部作用を示す部分断面図である。

【図５】流体圧力発生器への空圧又は油圧を加減制御す
る制御回路のブロック図である。

【図６】予圧力と主軸回転数との関係を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１〜５ 軸受 １０ 主軸 １０Ａ 主軸先端 １０Ｂ 主軸中腹 １０Ｃ 主軸後端 １２，１９ 流体圧力発生器 ２０ 予圧付与手段 ３０ 予圧付与手段 Ｆ１，Ｆ２ 予圧力 ｅ１，ｅ２，ｅ３ 出力値 ｆ１ 設定値 ｔ１，ｔ２，ｔ３ 回転信号 Ｚ 隙間 Ｐ 圧力検出器 ２５ 予圧設定器 ２６ 比較器 ２７ 圧力調節供給手段 ２８ 回転検出器 ４０ 制御回路 １００ 主軸装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸頭内に主軸の先端、中腹、後端等を
   複数の軸受にて複列配置させたものにして、主軸の中腹
   及び後端を支持る軸受部材に、主軸の後端方向への熱膨
   張による予圧低下を検出する圧力検出器と、予圧低下を
   設定値に補正演算する比較器とで圧力調節供給手段の流
   体供給圧を加減制御して流体圧力発生器を設定値の予圧
   力に制御させる予圧付与手段を各々独立して装備するほ
   か、上記主軸の回転検出器からの回転数に対応して比較
   器の制御出力を加減補正し、予圧付与手段を圧力制御す
   ることを特徴とする工作機械の主軸装置。