JP2020133821A - Preload adjusting type spindle unit - Google Patents

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Abstract

To secure rigidity during low speed rotation, to prevent excessive pre-load during high speed rotation, and to prevent preload change by bearing heat generation.SOLUTION: A preload adjusting type spindle unit includes: a main shaft 1 freely rotatably supported in a housing 2 by a pair of bearings 3, 4; an inner ring spacer 8 arranged between inner rings 10 of the bearings; a pair of outer ring spacers 7 arranged between outer rings 9 of the bearings at an interval; a stopper 13 arranged between the outer ring spacers; and pistons 5, 6 arranged outside the outer rings of the bearings. Preload is adjustable by compressing the outer ring spacers with the pistons in the axial direction of the main shaft. Moreover, there are provided a shaft center side cooling liquid conveying path inside the main shaft and an outer ring side cooling liquid conveying path around the outer ring spacer 7. The inner ring spacer 8 is cooled down by the cooling liquid passing the shaft center side cooling liquid conveying path, the outer ring spacer 7 is cooled by the cooling liquid passing the outer ring side cooling liquid conveying path, and thermal expansion of the outer ring spacer and the inner ring spacer by influences of heat generation of the bearing is prevented.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、工作機械のスピンドルユニットに係り、より詳しくは、低速回転時の剛性を確保するとともに高速回転時には予圧過大にならず、更にベアリングの発熱による剛性の変化と精度劣化を防止可能なスピンドルユニットに関する。 The present invention relates to a spindle unit of a machine tool, and more specifically, a spindle capable of ensuring rigidity at low speed rotation, not excessive preload at high speed rotation, and preventing change in rigidity and deterioration of accuracy due to heat generation of bearings. Regarding the unit.

周知のように、工作機械の主軸は一般的に、アンギュラ玉軸受けによってハウジング内に回動自在に支持されるが、このとき、運転時の主軸の剛性、回転精度を確保するために、アンギュラ玉軸受けに予圧を与えている。 As is well known, the spindle of a machine tool is generally rotatably supported in a housing by an angular ball bearing. At this time, in order to ensure the rigidity and rotational accuracy of the spindle during operation, the angular ball Preload is applied to the bearing.

そして、このアンギュラ玉軸受けに予圧を与える方法としては、バネ等を用いる定圧予圧方法と、アンギュラ玉軸受け間に配置した間座幅で予圧量を調整する定位置予圧方法があり、バネ等を用いる定圧予圧方法では、高速回転時及び低速回転時のいずれも、バネで一定の予圧を与える方法としている。 As a method of applying a preload to the angular ball bearing, there are a constant pressure preload method using a spring or the like and a fixed position preload method in which the preload amount is adjusted by the seat width arranged between the angular ball bearings, and a spring or the like is used. In the constant pressure preload method, a constant preload is applied by a spring at both high speed rotation and low speed rotation.

しかし、定圧予圧方法では、適正な定位置予圧の様な高剛性を確保することが困難であり、切削振動に対しては弱い構造となってしまうという問題点が指摘されており、一般的に同じ軸受けでは、定位置予圧は、定圧予圧に比べて剛性が高いという利点がある。 However, it has been pointed out that the constant pressure preload method has a problem that it is difficult to secure high rigidity such as an appropriate fixed position preload and the structure is vulnerable to cutting vibration. With the same bearing, the fixed position preload has the advantage of being more rigid than the constant pressure preload.

その一方、定位置予圧では、予圧を与えるに際して、高速回転時に合わせて初期予圧を小さく設定すると、高速回転のときには、予圧が高くなり最適な予圧となるが、低速回転時には、予圧が不足してしまいガタが出てしまい必要な剛性を得ることができないという問題点があり、その逆に、低速回転時に合わせて初期予圧を大きく設定すると、高速回転時に過大予圧となり昇温や焼き付けを発生してしまうという問題点がある。 On the other hand, in the fixed position preload, if the initial preload is set small according to the high speed rotation when applying the preload, the preload becomes high at the high speed rotation and becomes the optimum preload, but the preload is insufficient at the low speed rotation. There is a problem that the required rigidity cannot be obtained due to looseness, and conversely, if the initial preload is set large according to low speed rotation, excessive preload will occur during high speed rotation, causing temperature rise and seizure. There is a problem that it ends up.

また、工作機械では加工条件によって主軸の回転数が広い範囲内で選択されるために、予圧を主軸の回転数に合わせて調整する必要がある。そのために、過去においては、主軸の回転数に応じて予圧を調整して、主軸の回転数に最適な予圧を確保して、低速回転時には剛性を確保し、高速回転時には予圧過大にならない調整方法が提案されてきた。 Further, in a machine tool, since the rotation speed of the spindle is selected within a wide range depending on the machining conditions, it is necessary to adjust the preload according to the rotation speed of the spindle. Therefore, in the past, the preload was adjusted according to the rotation speed of the spindle to secure the optimum preload for the rotation speed of the spindle, to secure the rigidity at low speed rotation, and to prevent the preload from becoming excessive at high speed rotation. Has been proposed.

特開２０１７−２９７５号公報JP-A-2017-2975 特開２００６−６４１２７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-64127 特開２００２−５４６３１号公報JP-A-2002-54631 特開平６−３４１４３１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-341431

しかしながら、いずれの方法においても、低速回転時の剛性を確保するとともに、高速回転時には、予圧過大にならず、更に、ベアリングの発熱による剛性の変化と精度劣化を防止可能とすることはできなかった。 However, in any of the methods, it is not possible to secure the rigidity at low speed rotation, prevent the preload from becoming excessive at high speed rotation, and further prevent the change in rigidity and the deterioration of accuracy due to the heat generation of the bearing. ..

そこで、本発明は、低速回転時の剛性を確保し、高速回転時には、予圧過大にならず、更に、ベアリングの発熱による剛性の変化と精度劣化を防止することが可能な予圧調整型スピンドルユニットを提供することを課題としている。 Therefore, the present invention provides a preload adjustment type spindle unit capable of ensuring rigidity at low speed rotation, preventing excessive preload during high speed rotation, and preventing changes in rigidity and deterioration of accuracy due to heat generation of bearings. The challenge is to provide it.

本発明の予圧調整型スピンドルユニットは、
工作機械の主軸をハウジング内に回動自在に支持するための予圧調整型スピンドルユニットであり、
一対の軸受によってハウジング内に回動自在に支持された主軸と、
前記一対の軸受の内輪間に配置した内輪間座と、
前記一対の軸受の外輪間に間隔を置いて配置した一対の外輪間座と、
該一対の外輪間座間に配置したストッパーと、
前記一対の軸受のそれぞれの外輪の外側に配置したピストンと、を具備して、
前記ピストンに圧力を加えて、ピストンを前記外輪間座側に移動することで、外輪間座を主軸の軸方向に圧縮して予圧を調整可能としたことを特徴としているとともに、以下の数式を満足するものとしている。
（数）σ＝Ｆ／Ｓ＞λ／Ｌ×Ｅ
（式中、
σ：外輪間座の許容応力
λ：予圧を変化させるために必要な最大変位量
Ｌ：外輪間座の長さ
Ｆ：ピストンによる押し力
Ｅ：外輪間座の縦断性係数
Ｓ：外輪間座の断面積） The preload adjustment type spindle unit of the present invention
A preload adjustment type spindle unit for rotatably supporting the spindle of a machine tool in a housing.
A spindle rotatably supported in the housing by a pair of bearings,
An inner ring spacer arranged between the inner rings of the pair of bearings,
A pair of outer ring spacers arranged at intervals between the outer rings of the pair of bearings,
A stopper arranged between the pair of outer ring spacers and
A piston arranged on the outside of each outer ring of the pair of bearings is provided.
By applying pressure to the piston and moving the piston to the outer ring spacer side, the outer ring spacer can be compressed in the axial direction of the main shaft to adjust the preload, and the following formula can be used. I am satisfied.
(Number) σ = F / S> λ / L × E
(During the ceremony
σ: Allowable stress of outer ring spacer λ: Maximum amount of displacement required to change preload L: Length of outer ring spacer F: Pushing force by piston E: Longitudinal coefficient of outer ring spacer S: Outer ring spacer Cross section)

本発明の予圧調整型スピンドルユニットでは、一対の軸受によってハウジング内に回動自在に支持された主軸と、一対の軸受の内輪間に配置した内輪間座と、一対の軸受の外輪間に間隔を置いて配置した一対の外輪間座と、一対の外輪間座間に配置したストッパーとを有するとともに、一対の軸受のそれぞれの外輪の外側にピストンを配置し、ピストンに圧力を加えてピストンを外輪間座側に移動することで、外輪間座を主軸の軸方向に圧縮して予圧を調整することを可能としている。 In the preload adjustment type spindle unit of the present invention, the distance between the spindle rotatably supported in the housing by a pair of bearings, the inner ring spacer arranged between the inner rings of the pair of bearings, and the outer ring of the pair of bearings is provided. It has a pair of outer ring spacers that are placed and placed, and a stopper that is placed between the pair of outer ring spacers. A piston is placed outside each outer ring of the pair of bearings, and pressure is applied to the piston to move the piston between the outer rings. By moving to the seat side, it is possible to adjust the preload by compressing the outer ring spacer in the axial direction of the spindle.

そのために、ピストンに加える圧力を調整することで予圧を変化させることができるので、主軸の回転数に合った予圧を加えることができ、低速回転時には剛性を確保することができ、高速回転時には予圧過大を防止して昇温や焼き付けの発生を防止することが可能である。 Therefore, since the preload can be changed by adjusting the pressure applied to the piston, the preload can be applied according to the rotation speed of the spindle, the rigidity can be secured at low speed rotation, and the preload can be secured at high speed rotation. It is possible to prevent excessive temperature rise and prevent the occurrence of seizure.

また、一対の外輪間座間にストッパーを設けているために、ピストンに圧力を加えてピストンを外輪間座側に移動して外輪間座を主軸の軸方向に圧縮した場合でも、主軸が移動してしまうことを有効に防止することが可能である。 In addition, since a stopper is provided between the pair of outer ring spacers, the spindle moves even when pressure is applied to the piston to move the piston toward the outer ring spacer and compress the outer ring spacer in the axial direction of the spindle. It is possible to effectively prevent this from happening.

本発明の予圧調整型スピンドルユニットの実施例を説明するための図であり、長手方向に沿った構造を示している。It is a figure for demonstrating the Example of the preload adjustment type spindle unit of this invention, and shows the structure along the longitudinal direction. 本発明の予圧調整型スピンドルユニットの他の実施例を説明するための図であり、長手方向に沿った構造を示している。It is a figure for demonstrating another embodiment of the preload adjustment type spindle unit of this invention, and shows the structure along the longitudinal direction.

本発明の予圧調整型スピンドルユニットでは、工具やワークのチャックが先端に取り付けられる主軸を有しており、この主軸は、アンギュラ玉軸受によってハウジング内に回動自在に支持されており、アンギュラ玉軸受けは、１個対１個、２個対２個等の一対個を配置している。 The preload adjustment type spindle unit of the present invention has a spindle to which a chuck of a tool or a workpiece is attached to the tip, and this spindle is rotatably supported in a housing by an angular contact ball bearing, and is an angular contact ball bearing. Arranges a pair of pieces such as 1 piece to 1 piece and 2 pieces to 2 pieces.

そして、一対の軸受の内輪間には、内輪間座が配置され、また、一対の軸受の外輪間には、間隔を置いて一対の外輪間座が配置され、一対の外輪間座間には、ストッパーが配置されている。 An inner ring spacer is arranged between the inner rings of the pair of bearings, a pair of outer ring spacers are arranged at intervals between the outer rings of the pair of bearings, and a pair of outer ring spacers are arranged between the pair of outer ring spacers. A stopper is placed.

更に、一対の軸受のそれぞれの外輪の外側にはピストンが配置されており、ピストンに圧力を加えて、ピストンを外輪間座側に移動することで、外輪間座を主軸の軸方向に圧縮して、それにより予圧を調整可能としている。 Further, a piston is arranged on the outside of each outer ring of the pair of bearings, and pressure is applied to the piston to move the piston toward the outer ring spacer side, thereby compressing the outer ring spacer in the axial direction of the main shaft. Therefore, the preload can be adjusted.

そして、本発明の予圧調整型スピンドルユニットでは、外輪間座の長さを何万回も調整しても外輪間座が疲労破壊しないようにするために、以下の数式を満足するものとしている。
（数）σ＝Ｆ／Ｓ＞λ／Ｌ×Ｅ
（式中、
σ：外輪間座の許容応力
λ：予圧を変化させるために必要な最大変位量
Ｌ：外輪間座の長さ
Ｆ：ピストンによる押し力
Ｅ：外輪間座の縦断性係数
Ｓ：外輪間座の断面積） Then, in the preload adjustment type spindle unit of the present invention, the following formula is satisfied in order to prevent the outer ring spacer from fatigue fracture even if the length of the outer ring spacer is adjusted tens of thousands of times.
(Number) σ = F / S> λ / L × E
(During the ceremony
σ: Allowable stress of outer ring spacer λ: Maximum amount of displacement required to change preload L: Length of outer ring spacer F: Pushing force by piston E: Longitudinal coefficient of outer ring spacer S: Outer ring spacer Cross section)

ここで、主軸の内部に冷却液を通過させる軸心冷却液搬送路を具備するとともに、ハウジングの内側に冷却液を通過させる外輪側冷却液搬送路を具備し、軸心冷却液冷却液搬送路に供給する冷却液により内輪間座を冷却し、外輪側冷却液搬送路に供給する冷却液により外輪間座を冷却するとよく、これにより、ベアリングの回転による発熱で外輪間座と内輪間座が熱膨張して当初の予圧を維持できない事態を防止することが可能である。 Here, an axial coolant transport path for passing the coolant is provided inside the main shaft, and an outer ring side coolant transport path for passing the coolant is provided inside the housing, and the axial coolant coolant transport path is provided. It is preferable to cool the inner ring spacer with the cooling liquid supplied to the outer ring seat and cool the outer ring spacer with the cooling liquid supplied to the outer ring side coolant transport path, so that the outer ring spacer and the inner ring spacer are heated by the heat generated by the rotation of the bearing. It is possible to prevent a situation in which the initial preload cannot be maintained due to thermal expansion.

本発明の予圧調整型スピンドルユニット（以下単に「スピンドルユニット」と言う。）の実施例について図面を参照して説明すると、図１は、本実施例のスピンドルユニットを説明するための一部断面図であり、図において１は、主軸である。即ち、本実施例のスピンドルユニットは、主軸１を有しており、この主軸１は、ハウジング２の内周側に回動自在に支持されており、モーター１４より回動することとしている。そして、金属等の切削に際しては、主軸１の先端に、切削工具やワークのチャックが取り付けられることとしている。 When an embodiment of the preload adjustment type spindle unit (hereinafter, simply referred to as “spindle unit”) of the present invention will be described with reference to the drawings, FIG. 1 is a partial cross-sectional view for explaining the spindle unit of the present embodiment. In the figure, 1 is the spindle. That is, the spindle unit of this embodiment has a spindle 1, which is rotatably supported on the inner peripheral side of the housing 2 and is rotated by the motor 14. When cutting metal or the like, a cutting tool or a chuck of the work is attached to the tip of the spindle 1.

次に、図において３及び４は、前記主軸１をハウジング２内に回動自在に支持するための軸受けであり、本実施例ではアンギュラ玉軸受を用いている、そして、本実施例では、一対のアンギュラ玉軸受を互いに背面が対向する配置で用いており、この一対のアンギュラ玉軸受３、４を、前記主軸１の先端側に間隔を置いて配置して、それにより、前記主軸１の先端側を前記ハウジング２の内周側に回動自在に支持している。なお、アンギュラ玉軸受は周知であるので詳細な説明は省略するが、外輪９と内輪１０を有するとともに、外輪９と内輪１０間には転動体としての玉１１が介在されており、この玉１１は、内輪９と外輪１０のそれぞれに形成した溝に一部が嵌合している。また、本実施例ではアンギュラ玉軸受３、４をそれぞれ１個ずつ配置した場合を説明したが、このアンギュラ玉軸受け３、４は、必ずしも１個ずつにする必要はなく、前側と後側で一対個としてあればよく、従って、前側と後側のアンギュラ玉軸受け３、４をそれぞれ２個ずつ備えても良い。 Next, in the figure, 3 and 4 are bearings for rotatably supporting the spindle 1 in the housing 2, an angular contact ball bearing is used in this embodiment, and a pair in this embodiment. The angular contact ball bearings of the above are used in an arrangement in which the back surfaces face each other, and the pair of angular contact ball bearings 3 and 4 are arranged at intervals on the tip end side of the spindle 1, whereby the tip of the spindle 1 is used. The side is rotatably supported on the inner peripheral side of the housing 2. Since the angular contact ball bearing is well known, detailed description thereof will be omitted. However, the outer ring 9 and the inner ring 10 are provided, and the ball 11 as a rolling element is interposed between the outer ring 9 and the inner ring 10. Is partially fitted in the grooves formed in each of the inner ring 9 and the outer ring 10. Further, in this embodiment, the case where one angular contact ball bearing 3 and 4 are arranged is described, but the angular contact ball bearings 3 and 4 do not necessarily have to be one by one, and a pair of front side and rear side. Therefore, two angular contact ball bearings 3 and 4 on the front side and two on the rear side may be provided.

次に、図において８は前記一対のアンギュラ玉軸受３、４の内輪１０間に配置した内輪間座である。即ち、本実施例において前記一対のアンギュラ玉軸受３、４は、それぞれの内輪１０が内輪間座８を挟んで対向した位置に配置されており、内輪１０と内輪間座８は前記主軸１に連結されている。 Next, in the figure, reference numeral 8 denotes an inner ring spacer arranged between the inner rings 10 of the pair of angular contact ball bearings 3 and 4. That is, in the present embodiment, the pair of angular contact ball bearings 3 and 4 are arranged at positions where the inner rings 10 face each other with the inner ring spacer 8 interposed therebetween, and the inner ring 10 and the inner ring spacer 8 are located on the main shaft 1. It is connected.

次に、図において７は外輪間座である。即ち、本実施例のスピンドルユニットでは、前記一対のアンギュラ玉軸受３、４の外輪９間に外輪間座７を配置している。 Next, in the figure, 7 is an outer ring spacer. That is, in the spindle unit of this embodiment, the outer ring spacer 7 is arranged between the outer rings 9 of the pair of angular contact ball bearings 3 and 4.

そして、本実施例においては、前記外輪間座７は、同じ長さのものを２本用いており、この２本の外輪間座７を、互いに対向する側に隙間１２をおいて配置している。即ち、本実施例において、前記アンギュラ玉軸受３、４の外輪９間の距離は、２本の外輪間座７の長さに、外輪間座７間の隙間１２を足したものとしている。 In this embodiment, two outer ring spacers 7 having the same length are used, and the two outer ring spacers 7 are arranged with a gap 12 on the side facing each other. There is. That is, in this embodiment, the distance between the outer rings 9 of the angular contact ball bearings 3 and 4 is the length of the two outer ring spacers 7 plus the gap 12 between the outer ring spacers 7.

一方、前記ハウジング２の内周側において、前記外輪間座７間の隙間１２に対応する箇所には、内輪間座８側に向けてストッパー１３を突出しており、このストッパー１３が前記外輪間座７間の隙間１２に挿入され、これにより、２本の外輪間座７の位置を固定している。即ち、本実施例のスピンドルユニットは、定位置予圧の方法を採用しており、これにより、定圧予圧を採用した場合と比べて剛性を高くしている。 On the other hand, on the inner peripheral side of the housing 2, a stopper 13 projects toward the inner ring spacer 8 side at a position corresponding to the gap 12 between the outer ring spacers 7, and the stopper 13 is the outer ring spacer. It is inserted into the gap 12 between the 7s, thereby fixing the positions of the two outer ring spacers 7. That is, the spindle unit of this embodiment employs a method of constant position preload, which increases the rigidity as compared with the case where constant pressure preload is adopted.

次に、図において５、６はピストンである。即ち、本実施例においては、前記一対のアンギュラ玉軸受３、４のそれぞれの外輪９の外側にピストン５、６を配置しており、このピストン５、６は、主軸１の軸方向に移動自在としている。即ち、前記一対のアンギュラ玉軸受３、４のそれぞれの外輪９の外側にはピストン収容空間が形成され、このピストン収容空間内にはピストン５、６が、主軸１の軸方向に移動自在に収容されており、ピストン５、６を外輪９側に移動することで、外輪間座７を圧縮させることを可能にしている。 Next, in the figure, 5 and 6 are pistons. That is, in this embodiment, the pistons 5 and 6 are arranged outside the outer rings 9 of the pair of angular contact ball bearings 3 and 4, and the pistons 5 and 6 are movable in the axial direction of the spindle 1. It is said. That is, a piston accommodating space is formed on the outside of each outer ring 9 of the pair of angular contact ball bearings 3 and 4, and the pistons 5 and 6 are movably accommodated in the piston accommodating space in the axial direction of the spindle 1. By moving the pistons 5 and 6 to the outer ring 9 side, it is possible to compress the outer ring spacer 7.

一方、前記ハウジング２には、圧力媒体供給路１５が形成され、この圧力媒体供給路１５は、基端側が外部に開口して注入口１５ｃとされている。 On the other hand, a pressure medium supply path 15 is formed in the housing 2, and the base end side of the pressure medium supply path 15 is opened to the outside to serve as an injection port 15c.

また、圧力媒体供給路１５は途中で２本に分岐しており、一方１５ａは前側のアンギュラ玉軸受３の外輪９の外側に形成したピストン収容空間に連結され、他方１５ｂは後側のアンギュラ玉軸受４の外輪９の外側に形成したピストン収容空間に連結されている。 Further, the pressure medium supply path 15 is branched into two in the middle, while 15a is connected to a piston accommodating space formed on the outside of the outer ring 9 of the front angular contact ball bearing 3, and the other 15b is connected to the rear angular contact ball. It is connected to the piston accommodating space formed on the outside of the outer ring 9 of the bearing 4.

そしてこれにより、圧力媒体供給路１５内にエアーや液体を供給して、前記ピスト５、６に油圧又は空圧を加えて、ピストン５、６を外輪９側に移動することで、外輪間座７を圧縮させながら、アンギュラ玉軸受の外輪９を外輪間座７側に移動させ、それにより、アンギュラ玉軸受３、４に加えている予圧を調整することを可能としている。 As a result, air or liquid is supplied into the pressure medium supply path 15, hydraulic pressure or pneumatic pressure is applied to the pistes 5 and 6, and the pistons 5 and 6 are moved to the outer ring 9 side, thereby causing the outer ring bearing. While compressing 7, the outer ring 9 of the angular contact ball bearing is moved to the outer ring spacer 7 side, whereby the preload applied to the angular contact ball bearings 3 and 4 can be adjusted.

即ち、周知のようにアンギュラ玉軸受は、内輪、玉、外輪の接点を結ぶ直線がラジアル方向に対して接触角を持っており、ラジアル荷重が作用するとアキシャル分力が生じるために、主軸を高速回転したときには、玉が内側に移動して予圧過大になってしまい、場合によっては、玉が外輪の溝をから外れて溝肩に乗り上げてしまうおそれも考えられる。 That is, as is well known, in angular contact ball bearings, the straight line connecting the contact points of the inner ring, ball, and outer ring has a contact angle with respect to the radial direction, and when a radial load acts, an axial component force is generated, so that the spindle is rotated at high speed. When it rotates, the ball moves inward and the preload becomes excessive, and in some cases, the ball may come off the groove of the outer ring and ride on the groove shoulder.

そこで、本実施例のスピンドルユニットでは、高速回転時に遠心力で玉１１が外輪間座７側に移動して、それにより過大予圧になった場合には、圧力媒体供給路１５内にエアーや液体を供給してピスト５、６に油圧又は空圧を加えて、ピストン５、６を外輪間座７側に移動することで、予圧を調整して、過大予圧の発生を防止している。そしてこのとき、本実施例のスピンドルユニットでは、外輪間座７を２本用いて、各外輪間座７間にストッパー１３を配置しているために、ピストン５、６の移動により外輪間座７を圧縮させたときでも、予圧が偏ることが無く、従って、主軸１が移動してしまうことを防止することが可能である。 Therefore, in the spindle unit of the present embodiment, when the ball 11 moves to the outer ring spacer 7 side due to centrifugal force during high-speed rotation, resulting in excessive preload, air or liquid enters the pressure medium supply path 15. Is supplied and hydraulic pressure or pneumatic pressure is applied to the pistes 5 and 6, and the pistons 5 and 6 are moved to the outer ring spacer 7 side to adjust the preload and prevent the occurrence of excessive preload. At this time, in the spindle unit of the present embodiment, two outer ring spacers 7 are used and the stopper 13 is arranged between the outer ring spacers 7, so that the outer ring spacers 7 are moved by the movement of the pistons 5 and 6. The preload is not biased even when the main shaft 1 is compressed, and therefore it is possible to prevent the spindle 1 from moving.

このように、本実施例のスピンドルユニットでは、一対のアンギュラ玉軸受３、４のそれぞれの外輪９の外側にピストン５、６を配置し、ピスト５、６に油圧又は空圧を加えてピストン５、６を外輪間座７側に移動することで、予圧を調整可能としている。なお、図において１６はエアー抜き口であり、また、１７は開放口である。即ち、本実施例においては、油圧又は空圧でピストン５、６を押したときや、及び、油圧又は空圧を解除したときに外輪間座の伸び力によりピストン５、６が戻されるときに、空気が閉じ込められることを防止してピストン５、６の移動をスムーズにするために、ハウジング２にエアー抜き口１６及び開放口１７を形成している。 As described above, in the spindle unit of the present embodiment, the pistons 5 and 6 are arranged outside the outer rings 9 of the pair of angular contact ball bearings 3 and 4, and the piston 5 is applied with hydraulic pressure or pneumatic pressure to the pistes 5 and 6. , 6 is moved to the outer ring spacer 7 side, so that the preload can be adjusted. In the figure, 16 is an air vent and 17 is an open port. That is, in this embodiment, when the pistons 5 and 6 are pushed by hydraulic pressure or pneumatic pressure, or when the pistons 5 and 6 are returned by the extension force of the outer ring spacer when the hydraulic pressure or pneumatic pressure is released. In order to prevent air from being trapped and smooth the movement of the pistons 5 and 6, the housing 2 is formed with an air vent 16 and an opening 17.

なお、本実施例のスピンドルユニットにおいては、外輪間座７が疲労破壊に耐えられるように、以下の数式を満足するものとしている。
即ち、
σ：外輪間座の許容応力
λ：予圧を変化させるために必要な最大変位量
Ｌ：外輪間座の長さ
Ｆ：ピストンによる押し力
Ｅ：外輪間座の縦断性係数
Ｓ：外輪間座の断面積
とした場合において、
σ＝Ｆ／Ｓ＞λ／Ｌ×Ｅ
の数式を満足することを条件としている。 In the spindle unit of this embodiment, the following mathematical formula is satisfied so that the outer ring spacer 7 can withstand fatigue fracture.
That is,
σ: Allowable stress of outer ring spacer λ: Maximum amount of displacement required to change preload L: Length of outer ring spacer F: Pushing force by piston E: Longitudinal coefficient of outer ring spacer S: Outer ring spacer In the case of cross section
σ = F / S> λ / L × E
It is a condition that the formula of is satisfied.

ところで、前述のように、本実施例のスピンドルユニットでは、ピスト５、６に油圧又は空圧を加えてピストン５、６を外輪間座７側に移動することで、予圧を調整可能としているが、アンギュラ玉軸受の予圧は、回転による発熱で外輪間座７や内輪間座８が熱膨張することでも変化するため、ピストンによる圧力のみでは予圧の調整を完全に行うことができない場合がある。 By the way, as described above, in the spindle unit of this embodiment, the preload can be adjusted by applying hydraulic pressure or pneumatic pressure to the pistes 5 and 6 to move the pistons 5 and 6 toward the outer ring spacer 7. Since the preload of the angular contact ball bearing changes due to thermal expansion of the outer ring spacer 7 and the inner ring spacer 8 due to heat generated by rotation, it may not be possible to completely adjust the preload only by the pressure of the piston.

そこで、本実施例のスピンドルユニットでは、更に、外輪間座７及び内輪間座８に冷却液を供給するとともに、主軸の内側にも冷却液を供給することで、外輪間座７及び内輪間座８の温度を当初温度に維持することで、当初の予圧状態を維持可能としている。 Therefore, in the spindle unit of the present embodiment, the cooling liquid is further supplied to the outer ring spacer 7 and the inner ring spacer 8, and the cooling liquid is also supplied to the inside of the main shaft to supply the cooling liquid to the outer ring spacer 7 and the inner ring spacer 8. By maintaining the temperature of No. 8 at the initial temperature, the initial preload state can be maintained.

この構造について、図２を参照して説明すると、図２は、本実施例のスピンドルユニットにおける冷却液の供給方法を説明するための一部断面図である。図１の構成に更に冷却液用搬送路を加えた図にしており、図１と同様の部品には同様の符号を付している。 Explaining this structure with reference to FIG. 2, FIG. 2 is a partial cross-sectional view for explaining a method of supplying a coolant in the spindle unit of the present embodiment. The figure is made by adding a cooling liquid transport path to the configuration of FIG. 1, and the same parts as those of FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

そして、図において２１は、スピンドルを冷却するための軸芯側冷却液供給路である。即ち、本実施例においては、前記主軸１の内部に軸芯側冷却液供給路２１を有しており、この軸芯側冷却液供給路２１に冷却液を供給することで、主軸１を冷却することを可能としている。 In the figure, reference numeral 21 denotes a shaft core side coolant supply path for cooling the spindle. That is, in this embodiment, the shaft core side coolant supply path 21 is provided inside the spindle 1, and the spindle 1 is cooled by supplying the coolant to the shaft core side coolant supply path 21. It is possible to do.

ここで、前記軸芯側冷却液供給路２１について説明すると、本実施例においては、前記主軸１の中心部の周囲に軸芯側冷却液供給路２１が形成されており、この軸芯側冷却液供給路２１は、先端側は前記主軸１の先端部近傍迄至っており、基端側は前記主軸１の後方側まで延長されている。そして、後端部分はホース等の冷却液供給手段（図示せず）に連結されており、これにより、軸芯側冷却液供給路２１の基端側から冷却液を供給可能としている。 Here, the shaft core side coolant supply path 21 will be described. In this embodiment, the shaft core side coolant supply path 21 is formed around the central portion of the spindle 1, and the shaft core side cooling is performed. The tip side of the liquid supply path 21 extends to the vicinity of the tip of the main shaft 1, and the base end side extends to the rear side of the main shaft 1. The rear end portion is connected to a coolant supply means (not shown) such as a hose, whereby the coolant can be supplied from the base end side of the axle core side coolant supply path 21.

一方、軸芯側冷却液供給路２１の周囲には軸芯側冷却液排水路２２が形成されており、この軸芯側冷却液排水路２２は、先端は前記主軸１の先端部近傍迄至るとともに、先端部分で前記軸芯側冷却液供給路２１の先端部と連結され、更に基端部分は、前記軸芯側冷却液供給路２１と同様に前記主軸１の後方側まで延長され、排水手段（図示せず）が連結されている。そしてこれにより、前記軸芯側冷却液供給路２１に供給された冷却液を軸芯側冷却液排水路２２から排水可能としている。即ち、本実施例では、軸芯側冷却液供給路２１と軸芯側冷却液排水路２２により、軸芯側冷却液搬送路が形成されている。 On the other hand, a shaft core side coolant drainage passage 22 is formed around the shaft core side coolant supply passage 21, and the tip of the shaft core side coolant drainage passage 22 extends to the vicinity of the tip portion of the spindle 1. At the same time, the tip portion is connected to the tip portion of the shaft core side coolant supply path 21, and the base end portion is further extended to the rear side of the spindle 1 in the same manner as the shaft core side coolant supply path 21, and drains. Means (not shown) are connected. As a result, the coolant supplied to the shaft core side coolant supply passage 21 can be drained from the shaft core side coolant drainage passage 22. That is, in this embodiment, the shaft core side coolant supply passage 21 and the shaft core side coolant drainage passage 22 form a shaft core side coolant transport path.

従って、本実施例のスピンドルユニットでは、矢印で示すように、芯側冷却液供給路２１から冷却液を供給し、この供給した冷却液を軸芯側冷却液排水路２２から排水することにより、即ち、軸芯側冷却液搬送路内に冷却液を通すことにより、内輪間座８を冷却して、内輪間座８が熱膨張することを防止することが可能である。 Therefore, in the spindle unit of the present embodiment, as shown by the arrow, the coolant is supplied from the core side coolant supply passage 21 and the supplied coolant is drained from the shaft core side coolant drainage passage 22. That is, it is possible to cool the inner ring spacer 8 and prevent the inner ring spacer 8 from thermally expanding by passing the coolant through the shaft core side coolant transport path.

次に、図において２３は、外輪側冷却液供給路である。即ち本実施例のスピンドルユニットでは、外輪間座７の周囲に外輪側冷却液供給路２３を設けて、この外輪側冷却液供給路２３に冷却液を通すことで、外輪間座７を冷却し、外輪間座７の熱膨張を防止するとともに、外輪間座７と内輪間座８の同じ温度に維持することとしている。 Next, in the figure, reference numeral 23 denotes an outer ring side coolant supply path. That is, in the spindle unit of this embodiment, the outer ring side coolant supply path 23 is provided around the outer ring spacer 7, and the outer ring spacer 7 is cooled by passing the coolant through the outer ring side coolant supply path 23. In addition to preventing thermal expansion of the outer ring spacer 7, the temperature of the outer ring spacer 7 and the inner ring spacer 8 is maintained at the same temperature.

ここで、前記外輪側冷却液供給路２３について説明すると、本実施例においては、前記ハウジング２に外輪側冷却液注入路２４を形成しており、この外輪側冷却液注入路２４と前記外輪側冷却液供給路２３を連結している。そして、前記外輪側冷却液注入路２４の基端側には、ホース等の冷却液供給手段（図示せず）が連結されており、これにより、外輪側冷却液注入路２４に冷却液を供給することで、外輪側冷却液供給路２３に冷却液を通すことで、外輪間座７を冷却し、外輪間座７の熱膨張を防止するとともに、外輪間座７と内輪間座８を同じ温度に維持することとしている。 Here, the outer ring side coolant supply path 23 will be described. In this embodiment, the outer ring side coolant injection path 24 is formed in the housing 2, and the outer ring side coolant injection path 24 and the outer ring side. The coolant supply path 23 is connected. A coolant supply means (not shown) such as a hose is connected to the base end side of the outer ring side coolant injection path 24, whereby the coolant is supplied to the outer ring side coolant injection path 24. By passing the coolant through the outer ring side coolant supply path 23, the outer ring spacer 7 is cooled, the thermal expansion of the outer ring spacer 7 is prevented, and the outer ring spacer 7 and the inner ring spacer 8 are the same. It is supposed to be maintained at the temperature.

次に、図において２５、２６は、外輪側冷却液排水路である。即ち、本実施例においては、前記ハウジング２の外周側に、第１の外輪側冷却液排水路２５が形成されており、この第１外輪側冷却液排水路２５は、排水口Ａによって、前記外輪側冷却液供給路２３の先端側に連結されている。 Next, in the figure, 25 and 26 are outer ring side coolant drainage channels. That is, in this embodiment, the first outer ring side coolant drainage passage 25 is formed on the outer peripheral side of the housing 2, and the first outer ring side coolant drainage passage 25 is described by the drainage port A. It is connected to the tip side of the outer ring side coolant supply path 23.

また、前記ハウジング２内には、第２の外輪側冷却液排水路２６が形成されており、この第２の外輪側冷却液排水路２６は、排水口Ｂによって、前記第１の外輪側冷却液排水路２５と連結されており、他端はハウジング２の後方側まで延長されて排水手段（図示せず）に連結されている。そしてこれにより、外輪間座７の外周側に冷却液を供給するとともに、この供給した冷却液をハウジング２の外部に排水可能としている。即ち、本実施例では、外輪側冷却液注入路２４、外輪側冷却液供給路２３及び、第１、第２の外輪側冷却液排水路２５、２６によって、外輪側冷却液搬送路が形成されている。 Further, a second outer ring side coolant drainage passage 26 is formed in the housing 2, and the second outer ring side coolant drainage passage 26 is cooled by the drain port B on the first outer ring side. It is connected to the liquid drainage channel 25, and the other end extends to the rear side of the housing 2 and is connected to the drainage means (not shown). As a result, the cooling liquid is supplied to the outer peripheral side of the outer ring spacer 7, and the supplied cooling liquid can be drained to the outside of the housing 2. That is, in this embodiment, the outer ring side coolant injection passage 24, the outer ring side coolant supply passage 23, and the first and second outer ring side coolant drainage passages 25 and 26 form the outer ring side coolant transport passage. ing.

なおここで、外輪間座７を冷却する冷却液の流れを簡単に説明すると、外輪側冷却液注入路２４からハウジング２内に供給された冷却液は、矢印で示されるように、外輪側冷却液供給路２３を通過することで外輪間座７の外側を通って外輪間座７を冷却する。 Here, to briefly explain the flow of the coolant for cooling the outer ring spacer 7, the coolant supplied from the outer ring side coolant injection path 24 into the housing 2 is cooled on the outer ring side as shown by an arrow. By passing through the liquid supply path 23, the outer ring spacer 7 is cooled through the outside of the outer ring spacer 7.

次に、外輪間座７の外側を通ることで外輪間座７を冷却した冷却液は、矢印で示されるように、排水口Ａを通過して第１の外輪側冷却液排水路２５に排水され、更に、排水口Ｂを通って第２の外輪側冷却液排水路２６に排水され、その後、ハウジング２の外部に排水される。 Next, the coolant that has cooled the outer ring spacer 7 by passing outside the outer ring spacer 7 passes through the drain port A and drains to the first outer ring side coolant drainage passage 25 as shown by the arrow. Then, the water is drained to the second outer ring side coolant drainage channel 26 through the drain port B, and then drained to the outside of the housing 2.

従って、本実施例のスピンドルユニットでは、外輪側冷却液注入路２４及び外輪側冷却液供給路２３から冷却液を供給し、この供給した冷却液を外輪側冷却液排水路２５、２６から排水することで、外輪間座７を冷却し、外輪間座７が熱膨張することを防止することが可能である。 Therefore, in the spindle unit of this embodiment, the coolant is supplied from the outer ring side coolant injection passage 24 and the outer ring side coolant supply passage 23, and the supplied coolant is drained from the outer ring side coolant drain passages 25 and 26. As a result, it is possible to cool the outer ring spacer 7 and prevent the outer ring spacer 7 from thermally expanding.

そのため、本実施例のスピンドルユニットでは、アンギュラ玉軸受の発熱の影響で内輪間座８及び外輪間座７が熱膨張することを防止することができるとともに、このとき、軸芯側冷却液供給路２１により内輪間座８を冷却するとともに、外輪側冷却液供給路２３で外輪間座７を冷却することで、外輪間座７と内輪間座８の温度を同じ温度に維持することとしているために、外輪間座７と内輪間座８が個別に膨張してしまうことも防止でき、当初の予圧状態を確実に維持することが可能である。 Therefore, in the spindle unit of the present embodiment, it is possible to prevent the inner ring spacer 8 and the outer ring spacer 7 from thermally expanding due to the influence of the heat generated by the angular contact ball bearings, and at this time, the shaft core side coolant supply path can be prevented. Since the inner ring spacer 8 is cooled by 21 and the outer ring spacer 7 is cooled by the outer ring side coolant supply path 23, the temperatures of the outer ring spacer 7 and the inner ring spacer 8 are maintained at the same temperature. In addition, it is possible to prevent the outer ring spacer 7 and the inner ring spacer 8 from expanding individually, and it is possible to reliably maintain the initial preload state.

このように、本実施例のスピンドルユニットでは、ストッパー１３を挟んで配置した一対の外輪間座７のそれぞれの外側（反ストッパー側）にピストン５、６を配置して、ピストン５、６に圧力を加えてピストン５，６を外輪間座７側に移動することで、外輪間座７を主軸１の軸方向に圧縮して予圧を調整することを可能としているため、ピストン５、６の作動を制御することで、主軸１の回転数に合った予圧を加えることができ、低速回転時には剛性を確保することができ、高速回転時には予圧過大を防止して昇温や焼き付けの発生を防止することが可能である。そしてこのとき、本実施例のスピンドルユニットでは、一対の外輪間座７間にストッパー１３を設けているために、ピストン５，６に圧力を加えてピストン５，６を外輪間座７側に移動して外輪間座７を主軸１の軸方向に圧縮した場合でも、予圧が偏ることが無く、主軸１が移動してしまうことを防止することが可能である。 As described above, in the spindle unit of the present embodiment, the pistons 5 and 6 are arranged on the outside (anti-stopper side) of the pair of outer ring spacers 7 arranged with the stopper 13 sandwiched therein, and the pressure is applied to the pistons 5 and 6. By moving the pistons 5 and 6 to the outer ring spacer 7 side in addition to the above, it is possible to compress the outer ring spacer 7 in the axial direction of the spindle 1 and adjust the preload, so that the pistons 5 and 6 operate. By controlling, it is possible to apply a preload that matches the rotation speed of the spindle 1, secure rigidity at low speed rotation, prevent excessive preload at high speed rotation, and prevent temperature rise and seizure. It is possible. At this time, in the spindle unit of the present embodiment, since the stopper 13 is provided between the pair of outer ring spacers 7, pressure is applied to the pistons 5 and 6 to move the pistons 5 and 6 to the outer ring spacer 7 side. Even when the outer ring spacer 7 is compressed in the axial direction of the spindle 1, the preload is not biased and it is possible to prevent the spindle 1 from moving.

更に、本実施例のスピンドルユニットでは、内輪間座８を冷却するための軸芯側冷却液供給路２１と、外輪間座７を冷却するための外輪側冷却液供給路２３を有しているために、アンギュラ玉軸受けの回転による発熱の影響で外輪間座７と内輪間座８が膨張してしまうことを確実に防止でき、それにより、当初の予圧状態を確実に維持することが可能である。 Further, the spindle unit of this embodiment has a shaft core side coolant supply path 21 for cooling the inner ring spacer 8 and an outer ring side coolant supply path 23 for cooling the outer ring spacer 7. Therefore, it is possible to reliably prevent the outer ring spacer 7 and the inner ring spacer 8 from expanding due to the influence of heat generated by the rotation of the angular ball bearing, and thereby it is possible to reliably maintain the initial preload state. is there.

本発明のスピンドルユニットは、工作機械の主軸を回動自在に支持するアンギュラ玉軸受の予圧を当初の状態に維持することを可能としているために、軸受けを備えたスピンドルユニットの全般に適用可能である。 Since the spindle unit of the present invention makes it possible to maintain the preload of the angular contact ball bearing that rotatably supports the spindle of the machine tool in the initial state, it can be applied to all spindle units equipped with bearings. is there.

１ 主軸
２ ハウジング
３ 前側アンギュラ玉軸受
４ 後側アンギュラ玉軸受
５ 前側ピストン
６ 後側ピストン
７ 外輪間座
８ 内輪間座
９ アンギュラ玉軸受の外輪
１０ アンギュラ玉軸受の内輪
１１ アンギュラ玉軸受の内輪の玉
１２ 外側間座間の隙間
１３ ストッパー
１４ モーター
１５ 圧力媒体供給路
１６ エアー抜口
１７ 解放口
２１ 軸芯側冷却液供給路
２２ 軸芯側冷却液排水路
２３ 外輪側冷却液供給路
２４ 外輪側冷却液注入路
２５ 第１外輪側冷却液排水路
２６ 第２外輪側冷却液排水路Ｂ
Ａ、Ｂ 排水口 1 Spindle 2 Housing 3 Front Angular Contact Ball Bearing 4 Rear Angular Contact Ball Bearing 5 Front Piston 6 Rear Piston 7 Outer Ring Seat 8 Inner Ring Seat 9 Angular Contact Ball Bearing Outer Ring 10 Angular Contact Ball Bearing Inner Ring 11 Angular Contact Ball Bearing Inner Ring Ball 12 Gap between outer bearings 13 Stopper 14 Motor 15 Pressure medium supply path 16 Air outlet 17 Release port 21 Axial core side coolant supply path 22 Axial core side coolant drainage channel 23 Outer ring side coolant supply path 24 Outer ring side coolant Injection channel 25 1st outer ring side coolant drainage channel 26 2nd outer ring side coolant drainage channel B
A, B drain

Claims (3)

工作機械の主軸をハウジング内に回動自在に支持するための予圧調整型スピンドルユニットであり、
一対の軸受（３、４）によってハウジング（２）内に回動自在に支持された主軸（１）と、
前記一対の軸受（３、４）の内輪（１０）間に配置した内輪間座（８）と、
前記一対の軸受（３、４）の外輪（９）間に間隔を置いて配置した一対の外輪間座（７）と、
一対の外輪間座（７）間に配置したストッパー（１３）と、
前記一対の軸受（３、４）のそれぞれの外輪（９）の外側に配置したピストン（５、６）と、を具備して、
前記ピストン（５、６）に圧力を加えて、ピストン（５、６）を前記外輪間座（７）側に移動することで、外輪間座（７）を主軸（１）の軸方向に圧縮して予圧を調整可能としたことを特徴とし、以下の数式を満足するものである予圧調整型スピンドルユニット。
（数）σ＝Ｆ／Ｓ＞λ／Ｌ×Ｅ
（式中、
σ：外輪間座の許容応力
λ：予圧を変化させるために必要な最大変位量
Ｌ：外輪間座の長さ
Ｆ：ピストンによる押し力
Ｅ：外輪間座の縦断性係数
Ｓ：外輪間座の断面積） A preload adjustment type spindle unit for rotatably supporting the spindle of a machine tool in a housing.
A spindle (1) rotatably supported in the housing (2) by a pair of bearings (3, 4),
An inner ring spacer (8) arranged between the inner rings (10) of the pair of bearings (3, 4) and
A pair of outer ring spacers (7) arranged at intervals between the outer rings (9) of the pair of bearings (3, 4).
A stopper (13) arranged between the pair of outer ring spacers (7) and
A piston (5, 6) arranged outside each outer ring (9) of the pair of bearings (3, 4) is provided.
By applying pressure to the pistons (5, 6) and moving the pistons (5, 6) toward the outer ring spacer (7), the outer ring spacer (7) is compressed in the axial direction of the spindle (1). The preload adjustment type spindle unit is characterized in that the preload can be adjusted, and satisfies the following formula.
(Number) σ = F / S> λ / L × E
(During the ceremony
σ: Allowable stress of outer ring spacer λ: Maximum amount of displacement required to change preload L: Length of outer ring spacer F: Pushing force by piston E: Longitudinal coefficient of outer ring spacer S: Outer ring spacer Cross section) 前記軸受け（３、４）がアンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１に記載の予圧調整型スピンドルユニット。 The preload adjustment type spindle unit according to claim 1, wherein the bearings (3, 4) are angular contact ball bearings. 前記主軸（１）の内部に冷却液を通過させる軸心側冷却液搬送路を具備するとともに、前記外輪間座（７）の周囲に冷却液を通過させる外輪側冷却液搬送路を具備し、軸心側冷却液搬送路を通過する冷却液により内輪間座（８）を冷却し、外輪側冷却液搬送路を通過する冷却液により外輪間座（７）を冷却することとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の予圧調整型スピンドルユニット。 A core-side coolant transport path for passing the coolant is provided inside the main shaft (1), and an outer ring-side coolant transport path for passing the coolant is provided around the outer ring spacer (7). The inner ring spacer (8) is cooled by the coolant passing through the axial coolant transport path, and the outer ring spacer (7) is cooled by the coolant passing through the outer ring side coolant transport path. The preload adjustment type spindle unit according to claim 1 or 2.
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