JPH11239902A

JPH11239902A - 工作機械の主軸支持装置

Info

Publication number: JPH11239902A
Application number: JP4594598A
Authority: JP
Inventors: Kazunobu Watanabe; 和信渡辺
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】圧力流体の供給源および制御装置等の補助装
置を必要とせず、軸受に加える予圧の大きさを主軸の回
転数に適した値にすることができる工作機械の主軸支持
装置を提供する。【解決手段】スペーサ４、５と、複数のピース６とを
設け、スペーサ４、５の軸方向の端部に、底面７が内径
側から外径側に向って互に接近する方向に傾斜し、幅が
ピース６に嵌合するピース６と同数の溝８を円周方向等
分に形成すると共に、キー９によりスペーサ４、５を主
軸１と回転方向に一体にする。また、溝８にピース６を
嵌合させたスペーサ４、５の軸方向の長さの和を主軸の
低速回転に合わせて予圧を付加した時のアンギュラコン
タクトベアリング２の内輪２ａの軸方向の間隔に略々対
応するように構成する。ピース６に作用する遠心力はス
ペーサ４、５を皿ばね１１に抗して軸方向に移動させ
る。ピース６に加わる遠心力は主軸１の回転数が増すほ
ど大きくなり、予圧は小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、特にマ
シニングセンタに用いて好適であり、低速回転から高速
回転まで使用できる工作機械の主軸支持装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、材質が鉄系のワークを加工する
場合、主軸の回転数を数千回転にして切り込みを深くす
る、いわゆる中・低速重負荷切削を行うと能率を向上さ
せることができる。そこで、鉄系のワークが主であった
マシニングセンタでは、主軸を支持する軸受に比較的大
きな予圧を加えることにより軸受の剛性を高め、中・低
速重負荷切削が行えるようにしていた。一方近年、アル
ミニウム製品の増加等により、主軸の回転数を１０，０
００ｒｐｍ以上にして切り込みを浅くする、いわゆる高
速軽負荷切削を行う必要が出てきた。

【０００３】軸受の予圧を中・低速重負荷切削用に合わ
せた状態で（すなわち大きくして）主軸を高速回転させ
ると、軸受が発熱して焼き付きが発生する。一方、予圧
を軽負荷切削用に合わせて小さくすると、中・低速重負
荷切削を行うことができないから、加工能率が低下す
る。そこで、従来、特開平５−２０９６１４号公報に示
すように、主軸を支持する１対のベアリングの内輪を軸
方向に固定すると共に、２つの外輪間に流体圧により軸
方向に伸縮自在の間座を設け、主軸の回転数に応じて流
体圧を調整することにより、予圧が最適な値になるよう
に制御するものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術では、圧力流体の供給源および制御装置等の補助装置
を必要とし、軸受部の構造も複雑になった。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、圧力流体の供給源および制御装置等の装置
を必要とせず、軸受に加える予圧の大きさを主軸の回転
数に適した値にすることができる工作機械の主軸支持装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、１対のベアリング（２、２）の外輪（２
ｃ）を軸方向に固定すると共に、内輪（２ａ）に主軸
（１）を支持させ、前記内輪を軸方向に互に接近する方
向に付勢して前記１対のベアリングに予圧を加えるよう
にした工作機械の主軸支持装置において、前記主軸
（１）に軸方向移動可能かつ相対回転不能に直列に外嵌
する少なくとも２個のスペーサ（４）（５）と、これら
スペーサの対向する端面の間に介在される複数のピース
（６）と、を備え、前記スペーサの互いに対向する軸方
向の端部の少なくとも一方に、底面（７）が内径側から
外径側に向って接近する方向に傾斜し、周方向幅が前記
ピース（６）の幅よりも僅かに広い複数の溝（８）を円
周方向等分に形成し、前記溝（８）に前記ピース（６）
を嵌合させた前記スペーサの軸方向の長さの和（ｐ）
を、前記主軸の低速回転に合わせて予圧を加えた状態に
おける前記１対の内輪の軸方向の間隔に略々等しく又は
それ以下に設定したことを特徴とする。

【０００７】［作用］以上構成に基づき、例えばナット
（１２）により設定される皿ばね（１１）の付勢力に基
づき、１対のベアリング（２）（２）の内輪（２ａ）
（２ａ）に主軸（１）の低回転に合せた予圧が作用して
いる。鉄系のワーク等を加圧するため主軸（１）を中・
低速にて回転する場合、主軸（１）と一体にスペーサ
（４）（５）及びその溝（８）に嵌合する複数のピース
（６）も回転するが、これら回転が比較的低いため、ピ
ース（６）に作用する遠心力は小さい。この状態では、
該遠心力に基づき上記付勢力に抗してスペーサ（４）
（５）に作用する軸方向力は小さく、従って主軸の中、
低速回転に適合した予圧が作用した状態でベアリング
（２）（２）に主軸（１）が支持される。

【０００８】一方、アルミニウム系のワーク等を加工す
るため主軸（１）を高速にて回転する場合、該主軸と一
体に回転するピース（６）に大きな遠心力が作用し、該
遠心力によるピース（６）の外径方向へ移動しようとす
る力は、前記溝（８）の底面（７）における傾斜による
楔作用により、スペーサ（４）（５）に互に離れる方向
の軸方向力として作用し、該軸方向力が前記皿ばね（１
１）等による付勢力に対抗して作用し、前記１対のベア
リング（２）（２）の内輪（２ａ）（２ａ）に作用して
いる予圧を減じる。これにより、該主軸（１）の高速回
転に見合った予圧状態により、主軸（１）はベアリング
（２）（２）に支持される。

【０００９】なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照
するためのものであるが、本発明の構成を何等限定する
ものではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の実施の形態に係る工作機械
の主軸頭の断面図、図２は図１のＡ−Ａ視図、図３は要
部寸法関係を示す拡大断面図である。図で、１は主軸
で、背面組み合わせの１対のアンギュラコンタクトボー
ルベアリング２を介して軸受ハウジング３に回転自在に
支持されている。これらアンギュラベアリング２は、主
軸１に接する内輪２ａと、軸受ハウジング３に嵌合する
外輪２ｃと、内輪２ａと外輪２ｃに内接する玉２ｂとで
構成されている。４、５は軸方向の長さがｋのスペーサ
である。６は鉄製のピースで、外径側が半径ｒの球面に
形成された半径ｒの円柱である。スペーサ４、５の対向
する端部には、図３に示すように、軸方向底面が内径側
から外径側に向かって互に接近する方向に角度θで傾斜
し、かつ図２に示すように、周方向の幅がピース６の幅
（２ｒ）よりも僅かに広いピース６と同数（図では６
個）の溝８が円周方向等分に形成されている。９はキー
で、スペーサ４、５を主軸１に対して円周方向に一体、
軸方向に移動自在に結合している。１０はカラー、１１
は皿ばね、１２はナットであり、一方のベアリングの内
輪２ａにカラー１０が当接して、ナット１２が主軸２に
螺合することにより、皿ばね１１が上記内輪２ａを軸方
向に付勢している。１３はベアリングで、主軸１の後端
を回転自在に支持している。１４はカラー、１５は止め
輪で、ベアリング１３の内輪を軸方向に固定している。
ベアリング１３は軸受ハウジング３に対して軸方向に移
動自在である。１６は間座で、前記１対のアンギュラコ
ンタクトボールベアリング２の外輪２ｃの間に配置され
ており、長さはＬである。１７はカバーで、図示しない
ボルトにより軸受ハウジング３に固定され、軸受ハウジ
ング３に設けられたフランジ３ａとの間に外輪２ｃと間
座１６を位置決め・固定している。

【００１２】上記各構成要素の寸法は以下のように定め
られている。図３は各構成要素の寸法関係を示す図であ
る。図で、距離ｐは、主軸１を停止させ、皿ばね１１を
付勢するナット１２の位置を、アンギュラコンタクトボ
ールベアリング２に加える予圧が中・低速重負荷切削に
適した値（例えば主軸を５，０００ｒｐｍで回転させる
場合は、６０ｋｇｆ程度）に設定した場合における１対
の内輪２ｃ間の距離である。そして、ピース６を主軸１
の外周と、２つの溝８の底面７に外接させたときのスペ
ーサ４とスペーサ５との間隔をｇとすると、２ｋ＋ｇ≦
ｐである。

【００１３】次に、本実施の形態の動作を説明する。

【００１４】アルミニウム系のワークを加工するために
主軸１の回転数を例えば、２０，０００ｒｐｍにしたと
する。スペーサ４、５は主軸１と一体になって回転し、
溝８内のピース６も主軸１と一体になって回転する。そ
して、ピース６に加わる遠心力が底面７を押し、スペー
サ４、５を皿ばね１１に抗する方向に押圧する。この結
果、１対のアンギュラコンタクトベアリング２、２に作
用している皿ばね１１に基づく予圧は減圧されて、内輪
２ｃ間の距離は距離ｐよりも大きくなり、予圧は小さく
（１０ｋｇｆ程度。）なる。したがって、アンギュラベ
アリング２の発熱量は小さく、焼き付きが発生すること
はない。なお、回転数が下がり、ピース６の遠心力が小
さくなると、皿ばね１１の付勢力により、ピース６は当
初の位置に戻る。

【００１５】一方、鉄系のワークを５，０００ｒｐｍで
加工する場合、上述したように、ナット１２の位置に基
づく皿ばね１１の付勢力による１対のアンギュラコンタ
クトベアリング２、２に対する予圧は低速重負荷切削に
適した値であるから、精度の優れる加工をすることがで
きる。なお、ピース６に加わる遠心力がスペーサ４、５
を軸方向に付勢するが、遠心力は角速度の２乗に比例す
るから、５，０００ｒｐｍ程度の場合、予圧の変化は小
さい。そして、ピース６が嵌合する溝８を円周方向等分
に形成したから、高速回転時のバランスに優れ、振動が
発生することはない。

【００１６】なお、主軸１を５，０００ｒｐｍで回転さ
せた時にピース６に加わる遠心力を考慮して距離ｐを定
めるようにすれば、さらに効果的である。また、角度θ
の大きさ、ピース６の数または質量のいずれかまたは総
ての値を適宜選択することにより、遠心力の大きさを任
意に設計することができる。そして、遠心力をさらに大
きくしたい場合には、スペーサ４、５を分割し、分割し
た面に溝８を形成してピース６の数を増せば良い。さら
に、ピース６は、他の形状（例えば球形）にしても良
い。

【００１７】また、上記では溝８をスペーサ４、５に設
けたが、一方にだけ設けるようにしても良い。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
主軸回転時にピースに作用する遠心力に基づき、スペー
サを予圧方向と逆方向に押圧し、かつピースに加わる遠
心力は主軸の回転数が増すほど大きくなるから、回転数
の増加に応じて予圧は自動的に小さくなり、主軸を高速
で回転させてもベアリングが焼き付くことはなく、した
がって圧力流体等を用いない簡単な構成でもって、主軸
を低速から高速までの広い範囲の回転数で使用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る工作機械の主軸頭の
断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ視図である。

【図３】各構成要素の寸法関係を示す図である。

【符号の説明】

２（アンギュラコンタクト）ベアリング２ａ内輪２ｃ外輪４、５スペーサ６ピース７底面８溝９キー１１皿ばね１６間座

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１対のベアリングの外輪を軸方向に固定
すると共に、内輪に主軸を支持させ、前記内輪を軸方向
に互に接近する方向に付勢して前記１対のベアリングに
予圧を加えるようにした工作機械の主軸支持装置におい
て、前記主軸に軸方向移動可能にかつ相対回転不能に直列に
外嵌する少なくとも２個のスペーサと、これらスペーサの対向する端面の間に介在される複数の
ピースと、を備え、前記スペーサの互いに対向する軸方向の端部の少なくと
も一方に、底面が内径側から外径側に向って接近する方
向に傾斜し、周方向幅が前記ピースの幅よりも僅かに広
い複数の溝を円周方向等分に形成し、前記溝に前記ピースを嵌合させた前記スペーサの軸方向
の長さの和を、前記主軸の低速回転に合わせて予圧を加
えた状態における前記１対の内輪の軸方向の間隔に略々
等しく又はそれ以下に設定した、ことを特徴とする工作機械の主軸支持装置。