JPH0742730A - 予圧可変スピンドル装置 - Google Patents
予圧可変スピンドル装置Info
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- JPH0742730A JPH0742730A JP20990393A JP20990393A JPH0742730A JP H0742730 A JPH0742730 A JP H0742730A JP 20990393 A JP20990393 A JP 20990393A JP 20990393 A JP20990393 A JP 20990393A JP H0742730 A JPH0742730 A JP H0742730A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】軸部の振動や変位を検出し、これに応じて軸部
の固有振動数を変え、ころがり軸受の振動との共振をな
くし、軸部のあらゆる回転数で回転精度を確保できる予
圧可変スピンドル装置を提供する。 【構成】軸部とハウジング間に装着された軸受の外輪に
軸方向力を加えて該軸受の予圧量を変える油圧ピストン
機構と、ハウジングに設けられた振動又は変位センサ
と、このセンサの検出値に応じて油圧ピストン機構の油
圧力を調整するコントローラとを有している。このコン
トローラは軸部の回転による振動と共振を起す固有振動
数を変えるように油圧ピストン機構の油圧力を調整す
る。
の固有振動数を変え、ころがり軸受の振動との共振をな
くし、軸部のあらゆる回転数で回転精度を確保できる予
圧可変スピンドル装置を提供する。 【構成】軸部とハウジング間に装着された軸受の外輪に
軸方向力を加えて該軸受の予圧量を変える油圧ピストン
機構と、ハウジングに設けられた振動又は変位センサ
と、このセンサの検出値に応じて油圧ピストン機構の油
圧力を調整するコントローラとを有している。このコン
トローラは軸部の回転による振動と共振を起す固有振動
数を変えるように油圧ピストン機構の油圧力を調整す
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は予圧可変スピンドル装置
に関し、特にサブミクロンの加工精度を有した精密旋盤
のワーク主軸に用いられ、主軸回転による軸受発生振動
と軸部との共振をなくした予圧可変スピンドル装置に関
する。
に関し、特にサブミクロンの加工精度を有した精密旋盤
のワーク主軸に用いられ、主軸回転による軸受発生振動
と軸部との共振をなくした予圧可変スピンドル装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】軸部を複数のころがり軸受を介してハウ
ジングに支持したスピンドル装置において、軸部の使用
回転数に応じてころがり軸受の予圧を変えることが従来
から行われている。ころがり軸受の予圧は、例えばハウ
ジング内周面に螺入した外輪押え部材の締付によってこ
ろがり軸受の外輪を軸方向に押圧することにより行われ
ている。一般に切削加工を行う工作機械のスピンドルユ
ニットにおいては、低速回転用として構成するときは軸
受外輪の軸方向押圧力を強くして高予圧とし、高速回転
用には逆に軸受外輪の軸方向押圧力を弱くして低予圧と
している。
ジングに支持したスピンドル装置において、軸部の使用
回転数に応じてころがり軸受の予圧を変えることが従来
から行われている。ころがり軸受の予圧は、例えばハウ
ジング内周面に螺入した外輪押え部材の締付によってこ
ろがり軸受の外輪を軸方向に押圧することにより行われ
ている。一般に切削加工を行う工作機械のスピンドルユ
ニットにおいては、低速回転用として構成するときは軸
受外輪の軸方向押圧力を強くして高予圧とし、高速回転
用には逆に軸受外輪の軸方向押圧力を弱くして低予圧と
している。
【0003】スピンドル装置のころがり軸受の予圧量
は、軸受剛性のみならず該軸受で支承される軸部の固有
振動数にも影響を与える。後述の如く、ころがり軸受は
回転することにより回転周波数に関係した種々の周波数
の振動を発生する。この軸受回転に基づく振動周波数と
軸部の固有振動数が一致すると、軸部は径方向および軸
方向に大きな振動を発生する。従来はスピンドル装置を
組み込んだ機械の運転に当り、この軸部の固有振動数に
対して共振の基になる回転数を避けた回転数でスピンド
ル装置を使用していた。
は、軸受剛性のみならず該軸受で支承される軸部の固有
振動数にも影響を与える。後述の如く、ころがり軸受は
回転することにより回転周波数に関係した種々の周波数
の振動を発生する。この軸受回転に基づく振動周波数と
軸部の固有振動数が一致すると、軸部は径方向および軸
方向に大きな振動を発生する。従来はスピンドル装置を
組み込んだ機械の運転に当り、この軸部の固有振動数に
対して共振の基になる回転数を避けた回転数でスピンド
ル装置を使用していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の如くころがり軸
受は、回転することによりその回転数に関係した種々の
周波数の振動を発生する。これらの発生振動の中で回転
数の約10倍の周波数の振動がかなり大きく発生するこ
とが確認されている。この回転数の約10倍の振動周波
数とスピンドル装置の軸部の固有振動数が一致したとき
最大で1μm程度の振幅で軸部が軸方向または径方向に
振動する。このような振動があると、ワークの端面平面
度や真円度に悪影響を及ぼし、ワークの仕上り精度を悪
くする原因となる。このような固有振動数に対し共振の
原因となる回転数は、加工内容によっては必要とするワ
ーク周速を変えることもできないため、どうしても変え
たくない場合がある。
受は、回転することによりその回転数に関係した種々の
周波数の振動を発生する。これらの発生振動の中で回転
数の約10倍の周波数の振動がかなり大きく発生するこ
とが確認されている。この回転数の約10倍の振動周波
数とスピンドル装置の軸部の固有振動数が一致したとき
最大で1μm程度の振幅で軸部が軸方向または径方向に
振動する。このような振動があると、ワークの端面平面
度や真円度に悪影響を及ぼし、ワークの仕上り精度を悪
くする原因となる。このような固有振動数に対し共振の
原因となる回転数は、加工内容によっては必要とするワ
ーク周速を変えることもできないため、どうしても変え
たくない場合がある。
【0005】本発明は、回転精度に影響を与える要素、
例えば軸部の径方向または軸方向変位あるいは振動を検
出し、これに基いて軸部の固有振動数を変えるように軸
受の予圧力を自動的に調整し、これによって回転精度を
確保するとともに使用回転数に制限を受けないようにし
た予圧可変スピンドル装置を提供することにある。
例えば軸部の径方向または軸方向変位あるいは振動を検
出し、これに基いて軸部の固有振動数を変えるように軸
受の予圧力を自動的に調整し、これによって回転精度を
確保するとともに使用回転数に制限を受けないようにし
た予圧可変スピンドル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】本発明によれば、軸部と
ハウジング間に装着された軸受の外輪に軸方向力を加え
て該軸受の予圧を変える油圧ピストン機構と、前記ハウ
ジング側に設けられ前記軸部の回転精度を検出するセン
サと、前記センサの検出値に基づいて前記油圧ピストン
機構の油圧力を調整するコントローラとを有し、前記コ
ントローラは前記軸受の回転数に依存する振動周波数と
共振を起す軸部の固有振動数を変えるように前記油圧ピ
ストン機構の油圧力を調整する予圧可変スピンドル装置
が提供される。
ハウジング間に装着された軸受の外輪に軸方向力を加え
て該軸受の予圧を変える油圧ピストン機構と、前記ハウ
ジング側に設けられ前記軸部の回転精度を検出するセン
サと、前記センサの検出値に基づいて前記油圧ピストン
機構の油圧力を調整するコントローラとを有し、前記コ
ントローラは前記軸受の回転数に依存する振動周波数と
共振を起す軸部の固有振動数を変えるように前記油圧ピ
ストン機構の油圧力を調整する予圧可変スピンドル装置
が提供される。
【0007】
【作用】本発明による予圧可変スピンドル装置を精密旋
盤のワーク主軸に用いた場合、ワークチャックに近い側
のハウジング端部のころがり軸受の外輪押えに油圧ピス
トン機構を設け、そのシリンダ室に外部から油圧をかけ
ることにより前記ころがり軸受の外輪を軸方向に押圧す
る。ころがり軸受の外輪を軸方向に押すことで該ころが
り軸受の予圧量を決定している外輪間座が径方向にたわ
み、ころがり軸受にかかる予圧量が減少する。この軸受
予圧量の減少により、ころがり軸受の軸方向剛性,径方
向剛性が減少し、軸部の固有振動数が低い方へ変化す
る。装置の運転に際し、予め使用回転数が決められ、実
際にその回転動作における回転精度がチェックされ、振
動または変位が出ていればその振動が小さくなるように
自動的に予圧量が調整される。
盤のワーク主軸に用いた場合、ワークチャックに近い側
のハウジング端部のころがり軸受の外輪押えに油圧ピス
トン機構を設け、そのシリンダ室に外部から油圧をかけ
ることにより前記ころがり軸受の外輪を軸方向に押圧す
る。ころがり軸受の外輪を軸方向に押すことで該ころが
り軸受の予圧量を決定している外輪間座が径方向にたわ
み、ころがり軸受にかかる予圧量が減少する。この軸受
予圧量の減少により、ころがり軸受の軸方向剛性,径方
向剛性が減少し、軸部の固有振動数が低い方へ変化す
る。装置の運転に際し、予め使用回転数が決められ、実
際にその回転動作における回転精度がチェックされ、振
動または変位が出ていればその振動が小さくなるように
自動的に予圧量が調整される。
【0008】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図1は本発明の実施例に係る精密旋盤用予圧可
変スピンドル装置の縦断面図である。ハウジング10は
軸受を嵌合させる円筒状の内面を有している。このハウ
ジング10内に一対の前側ころがり軸受3,5および一
対の後側ころがり軸受11,13を介して中空の軸部7
が回転自在にかつ該ハウジング7を貫通するように支承
されている。軸部7の前端部にはワークチャック(図示
省略)が装着され、また後端部には駆動用プーリ16が
キー14および締付ナット17によって固定され、該プ
ーリ16を介して図示しない回転駆動源により軸部7の
回転がなされる。
明する。図1は本発明の実施例に係る精密旋盤用予圧可
変スピンドル装置の縦断面図である。ハウジング10は
軸受を嵌合させる円筒状の内面を有している。このハウ
ジング10内に一対の前側ころがり軸受3,5および一
対の後側ころがり軸受11,13を介して中空の軸部7
が回転自在にかつ該ハウジング7を貫通するように支承
されている。軸部7の前端部にはワークチャック(図示
省略)が装着され、また後端部には駆動用プーリ16が
キー14および締付ナット17によって固定され、該プ
ーリ16を介して図示しない回転駆動源により軸部7の
回転がなされる。
【0009】一方の前側ころがり軸受3はその内輪3A
の前端面が軸部7の前側段差部に接当し、他方の前側こ
ろがり軸受5はその外輪5Bの後端面がハウジング10
の段差部に接当して後方への移動が拘束され、両軸受
3,5間に配置された外輪間座4および内輪間座6によ
り予め大き目の予圧がかけられて背面組合せの組み付け
とされている。外輪間座4は外周部中央に凹形の周溝4
aが形成され断面略U字形とされた環状の部材で、これ
によって軸方向の荷重により軸方向に変形し易くなって
おり所望のばね定数が与えられている。なお実施例では
外輪間座4は250kgf/μm程度の軸方向剛性値を
有している。前側ころがり軸受3,5の各内輪3A,5
Aは軸部7に螺着されたナット9により、カラー8を介
して、軸部7に固定されている。ハウジング10の前端
部にボルト締め等で固着した外輪押え部材1の内端面に
は環状の外輪押付ピストン2が軸方向に出入可能に嵌合
されている。外輪押付ピストン2は前側ころがり軸受3
の外輪3Bを軸方向に押圧するようにハウジング10の
前端に挿入される。外輪押付ピストン2の基端と外輪押
え部材1との間には油圧ポケット21が形成され、該油
圧ポケット21は外輪押え部材1に形成した油圧供給穴
19を介して油圧供給部を含む油圧制御装置23に連通
しており、前記油圧供給部により導入される油圧の大き
さに比例した力が外輪押付ピストン2に与えられ、これ
によって前側ころがり軸受3,5の予圧量が調整される
ようになっている。なお油圧ポケット21は前記ピスト
ン2の外周および内周に装着されたOリング20により
シールされている。
の前端面が軸部7の前側段差部に接当し、他方の前側こ
ろがり軸受5はその外輪5Bの後端面がハウジング10
の段差部に接当して後方への移動が拘束され、両軸受
3,5間に配置された外輪間座4および内輪間座6によ
り予め大き目の予圧がかけられて背面組合せの組み付け
とされている。外輪間座4は外周部中央に凹形の周溝4
aが形成され断面略U字形とされた環状の部材で、これ
によって軸方向の荷重により軸方向に変形し易くなって
おり所望のばね定数が与えられている。なお実施例では
外輪間座4は250kgf/μm程度の軸方向剛性値を
有している。前側ころがり軸受3,5の各内輪3A,5
Aは軸部7に螺着されたナット9により、カラー8を介
して、軸部7に固定されている。ハウジング10の前端
部にボルト締め等で固着した外輪押え部材1の内端面に
は環状の外輪押付ピストン2が軸方向に出入可能に嵌合
されている。外輪押付ピストン2は前側ころがり軸受3
の外輪3Bを軸方向に押圧するようにハウジング10の
前端に挿入される。外輪押付ピストン2の基端と外輪押
え部材1との間には油圧ポケット21が形成され、該油
圧ポケット21は外輪押え部材1に形成した油圧供給穴
19を介して油圧供給部を含む油圧制御装置23に連通
しており、前記油圧供給部により導入される油圧の大き
さに比例した力が外輪押付ピストン2に与えられ、これ
によって前側ころがり軸受3,5の予圧量が調整される
ようになっている。なお油圧ポケット21は前記ピスト
ン2の外周および内周に装着されたOリング20により
シールされている。
【0010】外輪押え部材1には軸部7の外周面に近接
して変位センサ24が取り付けられている。変位センサ
24は非接触で軸部7の変位を検出するもので、その検
出信号は検出回路25を介してコントローラ26に入力
される。コントローラ26は変位センサ24の検出信号
に基づいて外輪押付ピストン2の押付力を加減し、予圧
量の変化によって軸部7の固有振動数を変えるように油
圧制御装置23をコントロールする。27はころがり軸
受3の近傍に設けられた温度センサであり、この温度セ
ンサ27の検出値は温度検出回路28により検出されコ
ントローラ26に入力される。軸部7の回転によりころ
がり軸受の温度が変化すると、それにより予圧が変化す
るので、温度と予圧との関係により軸受予圧とか固有振
動数がずれることを防止するため予め補正値を入力して
おくことにより、使用中に起る変動を極力少くすること
ができる。
して変位センサ24が取り付けられている。変位センサ
24は非接触で軸部7の変位を検出するもので、その検
出信号は検出回路25を介してコントローラ26に入力
される。コントローラ26は変位センサ24の検出信号
に基づいて外輪押付ピストン2の押付力を加減し、予圧
量の変化によって軸部7の固有振動数を変えるように油
圧制御装置23をコントロールする。27はころがり軸
受3の近傍に設けられた温度センサであり、この温度セ
ンサ27の検出値は温度検出回路28により検出されコ
ントローラ26に入力される。軸部7の回転によりころ
がり軸受の温度が変化すると、それにより予圧が変化す
るので、温度と予圧との関係により軸受予圧とか固有振
動数がずれることを防止するため予め補正値を入力して
おくことにより、使用中に起る変動を極力少くすること
ができる。
【0011】一対の後側ころがり軸受11,13はその
間に配置された内輪間座18および外輪間座12によっ
て背面組合せとされ適正な予圧が与えられ、これらの軸
受11,13の内輪は軸部7に締代を有して嵌合される
とともに軸部7の後側段差部とナット15により固定さ
れ、また外輪はハウジング10に適正な隙間で組み込ま
れ、ハウジング10に対して軸方向に移動可能とされて
いる。
間に配置された内輪間座18および外輪間座12によっ
て背面組合せとされ適正な予圧が与えられ、これらの軸
受11,13の内輪は軸部7に締代を有して嵌合される
とともに軸部7の後側段差部とナット15により固定さ
れ、また外輪はハウジング10に適正な隙間で組み込ま
れ、ハウジング10に対して軸方向に移動可能とされて
いる。
【0012】この実施例で油圧ポケット21に油圧を与
えない作動前の状態では、前後ころがり軸受3,5の外
輪3B,5Bには外輪押え部材1により前記ピストン2
を介して50kgf程度の軸方向力で押し付けられるよ
うに押え代が設定されている。油圧ポケット21に油圧
を与えると、この油圧に比例した最大3000kgf程
度の軸方向力が外輪押付ピストン2を介して軸受予圧量
を減じる方向に外輪3B,5Bに与えられ、その結果外
輪間座4は軸方向に最大12μm程度変形し、ころがり
軸受3,5に与えられていた予圧量が変化(減少)し、
これに伴なって軸受剛性および軸部7の固有振動数も変
化する。具体的には、加工条件に合せて設定された回転
数において変位センサ24により軸部7の変位を検出
し、この値が予め設定された値を越える場合にはコント
ローラ26で油圧制御装置23を制御し、外輪押付ピス
トン2に加わる油圧を加減してピーク値を避ける。この
ようにして軸部7の固有振動数を軸受3,5の回転で発
生する振動数からずらせることにより共振が避けられ、
過大な振動発生が防止される。
えない作動前の状態では、前後ころがり軸受3,5の外
輪3B,5Bには外輪押え部材1により前記ピストン2
を介して50kgf程度の軸方向力で押し付けられるよ
うに押え代が設定されている。油圧ポケット21に油圧
を与えると、この油圧に比例した最大3000kgf程
度の軸方向力が外輪押付ピストン2を介して軸受予圧量
を減じる方向に外輪3B,5Bに与えられ、その結果外
輪間座4は軸方向に最大12μm程度変形し、ころがり
軸受3,5に与えられていた予圧量が変化(減少)し、
これに伴なって軸受剛性および軸部7の固有振動数も変
化する。具体的には、加工条件に合せて設定された回転
数において変位センサ24により軸部7の変位を検出
し、この値が予め設定された値を越える場合にはコント
ローラ26で油圧制御装置23を制御し、外輪押付ピス
トン2に加わる油圧を加減してピーク値を避ける。この
ようにして軸部7の固有振動数を軸受3,5の回転で発
生する振動数からずらせることにより共振が避けられ、
過大な振動発生が防止される。
【0013】上述の実施例は、回転精度の判断要素とし
てハウジングに対する軸部の変位を検出する場合である
が、回転動作中に生じる装置の振動によって回転精度を
判断するようにしてもよい。例えばハウジング10の適
当な位置に直接振動測定子を取り付け、その検出振動値
と使用回転数のデータをコントローラ26に取り込み、
固有振動数と共振しない時の振動値と前記検出振動値を
常に比較し、共振振動の発生を検出した時はコントロー
ラ26から油圧制御装置23に信号を出し、振動値が設
定レベルより小さくなるよう外輪押付ピストン2への供
給油圧を調整する。なお、使用回転数を変えた時は予圧
量は一度元の基準値へ戻し、共振の発生を再チェックす
る。
てハウジングに対する軸部の変位を検出する場合である
が、回転動作中に生じる装置の振動によって回転精度を
判断するようにしてもよい。例えばハウジング10の適
当な位置に直接振動測定子を取り付け、その検出振動値
と使用回転数のデータをコントローラ26に取り込み、
固有振動数と共振しない時の振動値と前記検出振動値を
常に比較し、共振振動の発生を検出した時はコントロー
ラ26から油圧制御装置23に信号を出し、振動値が設
定レベルより小さくなるよう外輪押付ピストン2への供
給油圧を調整する。なお、使用回転数を変えた時は予圧
量は一度元の基準値へ戻し、共振の発生を再チェックす
る。
【0014】実際の精密旋盤のワーク主軸に用いる場
合、加工に入る前に油圧により適当な予圧を与えてお
く。加工時にはセンサに大きな外乱が入ることが多い
が、この時は制御のフィードバックはかからないように
しておく。センサから或る設定値以上の値(振動、変位
等)が検出された場合(加工異常の場合)、次のワーク
加工前に軸受予圧をさらに変更(2次修正)する。前記
センサの検出値が過大でワーク不良となるような場合は
警報を発し、機械を停止させる。
合、加工に入る前に油圧により適当な予圧を与えてお
く。加工時にはセンサに大きな外乱が入ることが多い
が、この時は制御のフィードバックはかからないように
しておく。センサから或る設定値以上の値(振動、変位
等)が検出された場合(加工異常の場合)、次のワーク
加工前に軸受予圧をさらに変更(2次修正)する。前記
センサの検出値が過大でワーク不良となるような場合は
警報を発し、機械を停止させる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転精度に関係する軸部の径方向または軸方向の変位ある
いは振動をセンサで検出し、この検出値に応じて外部の
油圧供給源からの油圧付加によって軸部を支承するころ
がり軸受の予圧量を変化させ、軸受剛性の変化で軸部の
固有振動数を変えるようにしたので、前記ころがり軸受
から発生する振動と軸部の固有振動数との共振を避ける
ことができ、使用回転数に制限を受けることなくあらゆ
る回転数で精密な加工を行える効果がある。
転精度に関係する軸部の径方向または軸方向の変位ある
いは振動をセンサで検出し、この検出値に応じて外部の
油圧供給源からの油圧付加によって軸部を支承するころ
がり軸受の予圧量を変化させ、軸受剛性の変化で軸部の
固有振動数を変えるようにしたので、前記ころがり軸受
から発生する振動と軸部の固有振動数との共振を避ける
ことができ、使用回転数に制限を受けることなくあらゆ
る回転数で精密な加工を行える効果がある。
【図1】本発明の実施例に係る精密旋盤用予圧可変スピ
ンドル装置の部分的な縦断面図である。
ンドル装置の部分的な縦断面図である。
1 外輪押え部材 2 外輪押付ピストン 3,5 前側ころがり軸受 4,12 外輪間座 6,18 内輪間座 7 軸部 10 ハウジング 11,13 後側ころがり軸受 21 油圧ポケット 23 油圧制御装置 24 変位センサ 25 検出回路 26 コントローラ 27 温度センサ 28 温度検出回路
Claims (1)
- 【請求項1】軸部とハウジング間に装着されたころがり
軸受の外輪に軸方向力を加えて該ころがり軸受の予圧を
変える油圧ピストン機構と、前記ハウジング側に設けら
れ前記軸部の変位または振動を検出するセンサと、前記
センサの検出値に基づいて前記油圧ピストン機構の油圧
力を調整するコントローラとを有し、前記コントローラ
は前記軸部の回転数に依存する振動周波数と共振を起す
軸部の固有振動数を変えるように前記油圧ピストン機構
の油圧力を調整することを特徴とする予圧可変スピンド
ル装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20990393A JPH0742730A (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 予圧可変スピンドル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20990393A JPH0742730A (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 予圧可変スピンドル装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0742730A true JPH0742730A (ja) | 1995-02-10 |
Family
ID=16580563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20990393A Pending JPH0742730A (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 予圧可変スピンドル装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0742730A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010194688A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Nsk Ltd | 工作機械用主軸装置、及び工作機械 |
JP2011020240A (ja) * | 2009-07-21 | 2011-02-03 | Jtekt Corp | 主軸装置 |
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