JPH0574703U - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スピンドルの高速回転領域での軽切削時に焼
き付きがなく、低速回転領域での重切削時の負荷に耐え
得る主軸装置を提供する。 【構成】 アンギュラころがり軸受２０の内輪２０ａを
スピンドル１１に嵌合させ、外輪２０ｂを保持器２２に
保持し、ハウジング１５と保持器２２に連結した可動ブ
ロック２６との間にコイルばね２９を介在させて外輪２
０ｂに予圧をかけ、予圧機構３２によって前記ばね２９
に抗する油圧をかけ、この油圧を軽切削時に高く、重切
削時に低くする。保持器２２とハウジング１５との間に
ストローク軸受２７を圧入し、保持器２２と可動ブロッ
ク２６とによって外輪２０ｂの両端面を挟持したので、
外輪２０ｂと保持器２２との間に充分な隙間を設けて軽
切削時の焼き付きを防止し、スピンドル１１の剛性を高
めて重切削時の負荷に耐えさせる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、工作機械などのスピンドルを軸支するころがり軸受に予圧（プリ ロード）をかけるようにした主軸装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、前記のような主軸装置として、特公昭４６−９８８１号公報に記載され たものがあった。この主軸装置は、図２に示すように、スピンドル１にアンギュ ラころがり軸受２の内輪２ａを嵌合固定させ、前記軸受２の外輪２ｂを筒状のス ピンドル覆い３を介してハウジング４に支持させ、スピンドル覆い３内に設けた 環状室５にポンプ１０によって油などの圧力流体を供給し、環状室５に嵌めた押 圧子６を介して軸受２の外輪２ｂを図２の矢印方向に加圧して軸受２に予圧をか け、スピンドル１のラジアル方向の剛性を大きくしている。 この主軸装置では、圧力流体による加圧力を、シャットオフバルブ７および絞 り８，９によって調節し、軸受２に予圧を必要とする際にこれを必要なだけ与え ている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、従来の主軸装置は、軸受２の外輪２ｂを焼き付きを発生することなく 軸支方向に滑動させると共に、外輪２ｂの熱膨張に対処するために、外輪２ｂの 外周面とスピンドル覆い３との間に大きな隙間を設ける必要があり、このため、 スピンドル１のラジアル方向の剛性をあまり高くできないという問題点があった 。

【０００４】 この考案は、前述した従来の主軸装置の問題点を解決して、スピンドルのラジ アル方向の剛性を充分に高くでき、高速回転領域での軽切削時にもころがり軸受 が焼き付くことがなく、低速回転領域での重切削にも耐えられる剛性をスピンド ルがもち、常に使用条件に好適する切削などの加工ができる主軸装置を提供する ことを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この考案の主軸装置は、ハウジング内にころがり軸受を介してスピンドルを回 転可能に軸承した主軸装置において、前記ころがり軸受の内輪をスピンドルに軸 方向に位置決めして嵌合させ、前記ころがり軸受の外輪をスピンドル軸線方向に 移動可能な保持器によって保持し、この保持器とハウジングとの間にストローク 軸受を圧入させ、前記保持器とこの保持器の一端に連結した可動ブロックとによ って前記ころがり軸受の外輪両端面を挟着し、前記ハウジングと可動ブロックと の間にころがり軸受に軸方向に沿う予圧をかけるばねを介在させると共に、前記 ばねのばね力に抗して可動ブロックに流体圧を調節可能にかける予圧機構を具備 させたものである。

【０００６】

【作用】

この考案による主軸装置は、スピンドルに嵌めたころがり軸受の外輪を保持す る保持器と可動ブロックとを連結し、この可動ブロックとハウジングとの間に介 在させたばねのばね力によって可動ブロックを介しころがり軸受に予圧をかけ、 スピンドルの半径方向の剛性を高くすると共に、予圧機構によって油圧などの流 体圧を前記ばね力に抗して可動ブロックに調節可能にかけてばね力を弱めるもの である。

【０００７】 また、前記流体圧を高くしてころがり軸受にかかる予圧力を小とし、スピンド ルの高速回転領域での軽切削などの加工を行い、また流体圧を低くして予圧力を 大とし、低速回転領域での重切削などの加工を行うものである。 そして、この考案の主軸装置は、ころがり軸受の内輪をスピンドルに軸方向に 位置決めして嵌合させ、前記軸受の外輪を保持する保持器とハウジングとの間に ストローク軸受を圧入させ、保持器と可動ブロックとによって前記軸受の外輪両 端面を挟持したので、外輪と保持器との間に、外輪などの熱膨張を吸収できる比 較的大きな隙間を設けても、スピンドルの半径方向の剛性を大きくできる。

【０００８】 したがって、この考案は、スピンドルの高速回転領域での軽負荷時に、前記隙 間が比較的大きいことにより、焼き付きが生じることなく、また低速回転領域で の重切削などの重負荷時に、スピンドルのラジアル方向の剛性を前述した従来の ものに比べて高くできるので、重負荷に耐え得るなど、常に使用条件に好適する 状態で切削などの加工ができる。

【０００９】

【実施例】

以下、この考案の一実施例につき図１を参照して説明する。 図１において、１１はスピンドルであり、このスピンドル１１の軸方向中央部 にはビルトインモータ１２のロータ１３を嵌合固定し、このロータ１３が回転自 在に嵌合したステータ１４をハウジング１５の内筒１６に嵌合固定してある。ハ ウジング１５は、内筒１６に外筒１７を嵌合させ、内筒１６の先端部に設けたフ ランジ１６ａを外筒１７の先端面に支持してこれにボルト締め固定し、外筒１７ の基端部をスピンドル１１の軸方向に往復移動する可動台１８に嵌合させ、外筒 １７に設けたフランジ１７ａを可動台１８の先端面に支持してこれにボルト締め 固定してある。

【００１０】 前記スピンドル１１の末端部外周面には２個のアンギュラころがり軸受２０の 内輪２０ａを軸方向に間隔を設けて嵌合させ、これらの内輪２０ａはスピンドル １１の外周面に嵌めた筒状の位置決め部材２１ａ，２１ｂ，２１ｃに両端面をそ れぞれ支持して軸方向に位置決めしてある。

【００１１】 前記軸受２０の内輪２０ａ外周側に球２０ｃを介して設けた外輪２０ｂは、保 持器２２に保持してある。すなわち、保持器２２は、内筒体２３を外筒体２４に 嵌合固定させてあり、内筒体２３内周面から中心側面に突出した筒状突出部２３ ａに先端側の軸受２０の外輪２０ｂの先端面を当接させ、内筒体２３の軸方向中 央部に嵌めた筒状の位置決め部材２５先端面に先端側の軸受２０の外輪２０ｂ末 端面を当接させ、位置決め部材２５の末端面に末端側の軸受２０の外輪２０ｂ先 端面を当接させ、保持器２２の末端側に配設した可動ブロック２６の内周部先端 部に突出させた環状突起２６ａに末端側の軸受２０の外輪２０ｂ末端面を当接さ せることで、保持器２２とこれの末端に連結した可動ブロック２６とによって、 ２個の軸受２０の外輪２０ｂ両端面を挟持している。外輪２０ｂの熱膨張を許容 できるように、保持器２２と外輪２０ｂ間に半径方向に隙間を設けている。なお 、可動ブロック２６は、保持器２２の末端部にボルト締め固定してある。

【００１２】 保持器２２とハウジング１５との間にストローク軸受２７を圧入させてある。 ストローク軸受２７は、保持器２２の内筒体２３に圧入嵌合された外筒体２４を 内輪とし、球２７ａを介してハウジング１５の内筒１６に嵌合される外輪部２８ ａを有している。外輪部材２８ａの末端部外周側にばね受けフランジ２８ｂを突 出させ、これらによって外側筒体２８を構成し、ばね受けフランジ２８ｂをハウ ジング１５の内筒１６末端部に係合支持して、この末端部にボルト締め固定して ある。

【００１３】 ばね受けフランジ２８ｂに設けた凹部２８ｃと可動ブロック２６のフランジ２ ６ａに設けた凹部２６ｂとにコイルばね２９を遊び嵌めし、コイルばね２９のば ね力によって可動ブロック２６を末端側に付勢することで、前記軸受２０の外輪 ２０ｂに予圧をかけている。なお、前記凹部２８ｃ，２６ｂおよびコイルばね２ ９は円周方向の複数箇所に設けてある。

【００１４】 ハウジング１５の内筒１６末端から突出した外筒１７末端部には油圧供給キャ ップ３０を係合支持させ、このキャップ３０の外周部を外筒１７にボルト締め固 定してある。前記キャップ３０には円周方向の複数箇所に油圧供給ノズル３１を 固定し、これらのノズル３１の先端部を可動ブロック２６の末端面に設けた受圧 凹部２６ｃにそれぞれ嵌合させてある。

【００１５】 前記ノズル３１の末端部には予圧機構３２を接続してあり、予圧機構３２は、 ポンプ３３の吐出側に並列に第１，第２，第３減圧弁３４，３５，３６を接続し 、これらの下流側を方向切換弁３７の切換によって１つだけノズル３１を介して 受圧凹部２６ｃに連通させるようにしてある。そして、第１，第２，第３減圧弁 ３４，３５，３６によって減圧された圧力の大小関係はＰ₁ ＞Ｐ₂ ＞Ｐ₃ にして ある。なお、予圧機構３２はリリーフ弁３８および油タンク３９を有している。

【００１６】 前記スピンドル１１の先端部には工具４０を着脱可能に保持してあり、スピン ドル１１の先端部には２個の先端側アンギュラころがり軸受４１を、軸方向に間 隔を有して先端側保持器４２との間に設けてあり、先端側保持器４２はハウジン グ１５の内筒１７先端面にボルト締め固定してある。そして、先端側アンギュラ ころがり軸受４１は、内輪４１ａがスピンドル１１に、外輪４１ｂが先端側保持 器４２に、軸方向移動を拘束してそれぞれ保持してある。 なお、１６ａ，２３ｂ，４２ａは、ハウジング１５の内筒１６，保持器２２の 内筒体２３，先端側保持器２２にそれぞれ形成した冷却液通路である。

【００１７】 次に、以上のように構成した実施例の主軸装置の作動について説明する。 ビルトインモータ１２の駆動によってスピンドル１１を回転させ、可動台１８ をスピンドル１１の軸方向に移動させ、その先端部に装着した工具４０により、 工作物（図示省略）に切削加工を行う。この加工は、予めポンプ３３の駆動によ って、ポンプ３３から第１，第２，第３減圧弁３４，３５，３６の内の選択した １つの方向切換弁３７および複数の油圧供給ノズル３１を経て、これらのノズル ３１で絞った圧油を可動ブロック２６に形成した受圧凹部２６ｃに供給すること で、コイルばね２９のばね力Ｆによってアンギュラころがり軸受３０の外輪２０ ｂにかけた予圧（プリロード）を弱めた状態で行う。

【００１８】 そして、前記ばね２９のばね力Ｆと複数の受圧凹部２６ｃの受圧面積の和Ａと 、これに作用する単位面積当りの油圧力とによって前記外輪２０ｂにかかる予圧 力が決定され、前記油圧力は第１，第２，第３減圧弁３４，３５，３６の選択に よってＰ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ になる。すなわち、予圧力は、Ｆ−Ｐ₁ ×Ａ、Ｆ−Ｐ₂ ×Ａ、Ｆ−Ｐ₃ ×Ａとなり、油圧力はＰ₁ ＞Ｐ₂ ＞Ｐ₃ と減圧弁によって異なっ ている。

【００１９】 そこで、スピンドル１１の高速回転領域での軽切換時には、第１減圧弁３４を 用い、中速回転領域での中切削時には第２減圧弁３５を用い、低速回転領域での 重切削時には第３減圧弁３６を用いて、それぞれポンプ３３と受圧凹部２６ｃと を連通させることにより、アンギュラころがり軸受２０の外輪２０ｂにかかる予 圧力を高速回転領域では小、中速回転領域では中、低速回転領域では大にするこ とができる。したがって、スピンドル１１のラジアル方向の剛性を、高速回転領 域では低く、中速回転領域では中間、低速回転領域では高くでき、高速回転領域 での軽切削時に軸受が焼き付かず、低速回転領域での重切削に耐えられる。 そして、第１，第２，第３減圧弁３４，３５，３６の１つの選択は、方向切換 弁３７を自動または手動操作により切換作動させることで行う。

【００２０】 この考案において、予圧機構の構成，可動ブロックにかける油圧力の切換手段 の構成は必ずしも前述した実施例のものに限られることなく、圧油などの流体圧 は、無段階的に変更し、また流体圧を０から高くするようにしてもよい。また、 この考案は、切削加工に限られることなく、研削加工などを行う主軸装置に用い られてもよく、ビルトインモータ以外のモータによってスピンドルを回転するよ うにしてもよい。

【００２１】

【考案の効果】

以上説明したように、この考案の主軸装置は、ころがり軸受の内輪をスピンド ルに軸方向に位置決めして嵌合させ、前記ころがり軸受の外輪を保持器によって 保持し、この保持器とハウジングとの間にストローク軸受を圧入させ、前記保持 器とこの保持器の一端に連結した可動ブロックとによって前記ころがり軸受の外 輪両端面を挟着し、前記ハウジングと可動ブロックとの間にころがり軸受に軸方 向に沿う予圧をかけるばねを介在させると共に、前記ばねのばね力に抗して可動 ブロックに流体圧を調節可能にかける予圧機構を具備させたものである。

【００２２】 すなわち、 この考案による主軸装置は、スピンドルに嵌めたころがり軸受の 外輪を保持する保持器と可動ブロックとを連結し、この可動ブロックとハウジン グとの間に介在させたばねのばね力によって可動ブロックを介しころがり軸受に 予圧をかけ、スピンドルの半径方向の剛性を高くすると共に、予圧機構によって 油圧などの流体圧を前記ばね力に抗して可動ブロックに調節可能にかけてばね力 を弱めるものである。

【００２３】 また、前記流体圧を高くしてころがり軸受にかかる予圧力を小とし、スピンド ルの高速回転領域での軽切削などの加工を行い、また流体圧を低くして予圧力を 大とし、低速回転領域での重切削などの加工を行うものである。 そして、この考案の主軸装置は、ころがり軸受の内輪をスピンドルに軸方向に 位置決めして嵌合させ、前記軸受の外輪を保持する保持器とハウジングとの間に ストローク軸受を圧入させ、保持器と可動ブロックとによって前記軸受の外輪両 端面を挟持したので、外輪と保持器との間に、外輪などの熱膨張を吸収できる比 較的大きな隙間を設けても、スピンドルの半径方向の剛性を大きくできる。

【００２４】 したがって、この考案は、スピンドルの高速回転領域での軽負荷時に、前記隙 間が比較的大きいことにより、焼き付きが生じることなく、また低速回転領域で の重切削などの重負荷時に、スピンドルのラジアル方向の剛性を前述した従来の ものに比べて高くできるので、重負荷に耐え得るなど、常に使用条件に好適する 状態で切削などの加工ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例による主軸装置を示した縦
断面図

【図２】従来例の主軸装置を示した縦断面図

【符号の説明】

１１ スピンドル １２ ビルトインモータ １５ ハウジング １６ ハウジングの内筒 １７ ハウジングの外筒 １８ 可動台 ２０ アンギュラころがり軸受 ２０ａ 内輪 ２０ｂ 外輪 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 位置決め部材 ２２ 保持器 ２３ 保持器の内筒体 ２３ａ 筒状突出部 ２５ 位置決め部材 ２６ 可動ブロック ２６ｂ 環状突起 ２６ｃ 受圧凹部 ２７ ストローク軸受 ２８ 外側筒体 ２９ コイルばね ３０ 油圧供給キャップ ３１ 油圧供給ノズル ３２ 予圧機構 ３３ ポンプ ３４ 第１減圧弁 ３５ 第２減圧弁 ３６ 第３減圧弁 ３７ 方向切換弁 ４０ 工具 ４１ 先端側アンギュラころがり軸受 ４２ 先端側保持器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内にころがり軸受を介してス
   ピンドルを回転可能に軸承した主軸装置において、前記
   ころがり軸受の内輪をスピンドルに軸方向に位置決めし
   て嵌合させ、前記ころがり軸受の外輪をスピンドル軸線
   方向に移動可能な保持器によって保持し、この保持器と
   ハウジングとの間にストローク軸受を圧入させ、前記保
   持器とこの保持器の一端に連結した可動ブロックとによ
   って前記ころがり軸受の外輪両端面を挟着し、前記ハウ
   ジングと可動ブロックとの間にころがり軸受に軸方向に
   沿う予圧をかけるばねを介在させると共に、前記ばねの
   ばね力に抗して可動ブロックに流体圧を調節可能にかけ
   る予圧機構を具備させたことを特徴とする主軸装置。