| 【発明の名称】 |
工作機械の主軸支持装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】渡辺 和信
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| 【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。 |
【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。
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【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１０，０００ｒｐｍ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（２ｃ）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（１１）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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３３３３２
【氏名又は名称】日立ビアメカニクス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】近島 一夫
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３９９０２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−４５９４５ |
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