JP5499328B2 - Variable preload spindle - Google Patents
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Description
本発明は、予圧可変式スピンドルに関し、より詳細には、センタースルー方式でのクーラント供給による軸受の予圧量への影響を防止するようにした予圧可変式スピンドルに関する。 The present invention relates to a variable preload spindle, and more particularly, to a variable preload spindle that prevents the influence of a center-through coolant supply on a bearing preload amount.
従来、軸受の予圧量を変更可能な予圧可変機構を備えるスピンドルとしては、予圧可変式スピンドルユニットが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に記載の予圧可変式スピンドルユニット100は、図4に示すように、外筒102と、外筒102内を挿通する主軸103と、主軸103を前後両端で回転自在に支承するアンギュラ玉軸受である前側軸受104、及び後側軸受105とを備える。
Conventionally, a variable preload type spindle unit has been disclosed as a spindle having a variable preload mechanism capable of changing a preload amount of a bearing (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 4, a variable
後側軸受105は、外筒102に対して軸方向に移動可能に嵌合する軸受保持部品106に内嵌する。軸受保持部品106の鍔部106aと蓋部品107との間に設けられた圧力室108には、外部に配置された油圧装置110から供給される高圧油により移動する押圧部材109が嵌合している。また、鍔部106aの押圧部材109と反対側の面と外筒102との間には、軸受保持部品106の鍔部 106aを蓋部品107の方向に押圧する弾性部材111が配設されている。
The
弾性部材111は、弾性力によって軸受保持部品106を介して前側軸受104、及び後側軸受105に予圧を付与している。そして、主軸103の回転に伴う遠心力や主軸103の熱膨張のため、前側軸受104、及び後側軸受105の予圧が上昇したとき、油圧装置110から圧力室108に高圧油を導入し、押圧部材109を図中左方向に移動させて弾性部材111を弾性変形させることにより、予圧量を低減させて適正値に調整する。
The
フライス盤、マシニングセンタ等の工作機械の主軸装置には、主軸のドローバー内に設けたクーラント供給路を介し、クーラントを工具の先端から加工中のワークに対してセンタースルークーラントとして噴射して冷却しながら加工することにより、ワークの加工精度向上、及び工具の長寿命化を図るようにした主軸装置が知られている。 For spindle devices of machine tools such as milling machines and machining centers, cooling is performed by injecting coolant from the tip of the tool as a center through coolant to the workpiece being processed via the coolant supply path provided in the drawbar of the spindle. By doing so, a spindle device is known which improves the machining accuracy of the workpiece and extends the tool life.
しかしながら、主軸に設けられたクーラント供給路を介するセンタースルー方式でクーラントを供給すると、クーラント圧によって主軸が前方(工具側)に押圧され、これにより、前側軸受に付与される予圧量が初期予圧量から減少し、剛性が低くなって軸の振動が大きくなり、結果として加工精度に重大な影響を及ぼす虞があった。 However, when coolant is supplied in a center-through manner via the coolant supply path provided on the main shaft, the main shaft is pressed forward (tool side) by the coolant pressure, and the preload amount applied to the front bearing is thereby reduced to the initial preload amount. As a result, the rigidity becomes low and the shaft vibration increases, resulting in a serious influence on the machining accuracy.
特許文献1の予圧可変式スピンドルユニット100は、主軸103の回転数変化に伴う遠心力や熱膨張の影響により、後側軸受105の予圧量が増大したとき、圧力室108に高圧油を導入して押圧部材109で弾性部材111を押圧し、後側軸受105の予圧量を低減するようにしたものであり、上記したようなクーラント供給に伴う前側軸受の予圧量変化には対応することができず、改善の余地があった。
The preload
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、クーラント供給の有無にかかわらず、常に適正な予圧量を軸受に付与して、加工精度を向上させることができる予圧可変式スピンドルを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems. The purpose of the present invention is to provide a variable preload that can always give an appropriate preload amount to the bearing and improve machining accuracy regardless of whether or not coolant is supplied. It is to provide a type spindle.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) ハウジングと、
一端で工具を支持する回転軸と、
前記回転軸の工具側に配設されて前記回転軸を回転自在に支承する前側軸受と、
前記ハウジングに内嵌されると共に、前記ハウジングに対して前記回転軸の軸方向に摺動可能なスリーブと、
前記回転軸の反工具側に配設されると共に前記スリーブに内嵌され、前記回転軸を回転自在に支承する後側軸受と、
前記ハウジングと前記スリーブとの間に介装され、前記スリーブを介して前記前側軸受及び前記後側軸受に定圧予圧を付与する予圧付与手段と、
を備えた予圧可変式スピンドルであって、
前記予圧付与手段は、
前記ハウジングと前記スリーブとの間に介装される第1のばね部材と、
前記ハウジングの反工具側端面に開口するように前記ハウジングに形成された油圧室に供給された作動油によって、該油圧室内を移動するように前記油圧室に収容される油圧ピストンと、
前記油圧ピストンの移動量を制限するピストンストッパと、
前記油圧ピストンと前記スリーブとの間に介装される第2のばね部材と、
を有することを特徴とする予圧可変式スピンドル。
(2) 前記スリーブは、前記ハウジングに内嵌されると共に、前記後側軸受の外輪が内嵌される軸受スリーブと、前記軸受スリーブに取り付けられ、前記後側軸受の外輪を軸方向に位置決めする外輪押えと、を有し、
前記第1のばね部材は、前記軸受スリーブから径方向外方に延出する前記外輪押えのフランジ部分に当接し、
前記油圧室は、前記軸受スリーブと対向する前記ハウジングの反工具側端面に形成され、
前記第2のばね部材は、前記油圧ピストンと前記軸受スリーブの工具側端面に形成された凹部との間に介装されることを特徴とする(1)に記載の予圧可変式スピンドル。
(3) 前記予圧付与手段は、前記第1のばね部材によって定圧予圧を付与可能であると共に、前記作動油によって作動する前記油圧ピストンにより前記第2のばね部材を介して予圧量を可変可能であることを特徴とする(1)または(2)に記載の予圧可変式スピンドル。
(4) センタースルー方式によりクーラント液が供給可能であることを特徴とする(1)から(3)のいずれかに記載の予圧可変式スピンドル。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) a housing;
A rotating shaft that supports the tool at one end;
A front bearing disposed on the tool side of the rotating shaft and rotatably supporting the rotating shaft;
A sleeve fitted in the housing and slidable in the axial direction of the rotation shaft with respect to the housing;
A rear bearing disposed on the opposite side of the rotary shaft and fitted in the sleeve, and rotatably supporting the rotary shaft;
Preload application means interposed between the housing and the sleeve and applying a constant pressure preload to the front bearing and the rear bearing via the sleeve;
A variable preload spindle with
The preload applying means includes
A first spring member interposed between the housing and the sleeve;
A hydraulic piston accommodated in the hydraulic chamber so as to move in the hydraulic chamber by hydraulic oil supplied to the hydraulic chamber formed in the housing so as to open to an end surface on the side opposite to the tool of the housing;
A piston stopper for limiting the amount of movement of the hydraulic piston;
A second spring member interposed between the hydraulic piston and the sleeve;
A variable preload spindle characterized by comprising:
(2) The sleeve is fitted in the housing, and a bearing sleeve in which the outer ring of the rear bearing is fitted, and is attached to the bearing sleeve, and positions the outer ring of the rear bearing in the axial direction. An outer ring presser,
The first spring member abuts against a flange portion of the outer ring presser extending radially outward from the bearing sleeve;
The hydraulic chamber is formed on an end surface on the side opposite to the tool of the housing facing the bearing sleeve,
The variable preload spindle according to (1), wherein the second spring member is interposed between the hydraulic piston and a recess formed in a tool side end surface of the bearing sleeve.
(3) The preload applying means can apply a constant pressure preload by the first spring member, and can change a preload amount via the second spring member by the hydraulic piston operated by the hydraulic oil. (1) The variable preload spindle according to (1), wherein
(4) The variable preload spindle according to any one of (1) to (3), wherein the coolant can be supplied by a center through method.
本発明の予圧可変式スピンドルによれば、ハウジングとスリーブとの間に介装される第1のばね部材と、ハウジングの反工具側端面に開口するようにハウジングに形成された油圧室に供給された作動油によって、油圧室内を移動するように油圧室に収容される油圧ピストンと、油圧ピストンの移動量を制限するピストンストッパと、スリーブのハウジングの反工具側端面と対向する部分と油圧ピストンとの間に介装される第2のばね部材と、を有する。これにより、油圧室へ作動油を供給し、或いは供給を遮断して、第2のばね部材を伸縮させることにより、スリーブに作用するばね力を変化させて予圧量を制御することができる。従って、クーラント供給に伴う前側軸受の予圧量変化に対応して、予圧を適正に維持することができる。 According to the preload variable spindle of the present invention, the first spring member interposed between the housing and the sleeve and the hydraulic chamber formed in the housing so as to open to the end surface on the side opposite to the tool of the housing are supplied. A hydraulic piston housed in the hydraulic chamber so as to move in the hydraulic chamber by the hydraulic oil, a piston stopper for limiting the amount of movement of the hydraulic piston, a portion of the sleeve housing facing the non-tool side end surface, and the hydraulic piston A second spring member interposed therebetween. Accordingly, the preload amount can be controlled by changing the spring force acting on the sleeve by supplying the hydraulic oil to the hydraulic chamber or shutting off the supply and expanding and contracting the second spring member. Therefore, the preload can be appropriately maintained in response to the change in the preload amount of the front bearing accompanying the coolant supply.
以下、本発明に係る予圧可変式スピンドルの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a variable preload spindle according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1及び図2に示すように、本発明の予圧可変式スピンドル10は、ハウジング11と、一端(図中左側)に不図示の工具が取り付けられて回転自在な回転軸12と、回転軸12の前端側(図中左側)に配設された一対の前側軸受(本実施形態では、アンギュラ玉軸受)13,13と、回転軸12の後端側(図中右側)に配設された一対の後側軸受(本実施形態では、アンギュラ玉軸受)14,14と、ハウジング11に内挿されて軸方向にスライド移動可能なスリーブ15と、を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
ハウジング11は、略円筒形状のハウジング本体31と、ハウジング本体31の前端側に嵌合固定されるフロントハウジング32と、ハウジング本体31の後端側に嵌合固定されるリアハウジング33とを有している。フロントハウジング32の前端には、前蓋34が締結固定され、リアハウジング33の後端には、後蓋36が締結固定されている。
The housing 11 includes a substantially
ハウジング本体31の内周部には、ビルトインモータ37のステータ38が固定されている。また、回転軸12の軸線方向中間部には、ステータ38と対向してロータ39が固定されており、ステータ38が発生する回転磁界によって回転力が与えられて回転軸12を回転駆動する。
A
リアハウジング33の内周面33aには、軸方向に移動可能な略円筒形状の軸受スリーブ16が嵌合されている。また、軸受スリーブ16の反工具側端面には、軸受スリーブ16の外周面から径方向外方に延出する外輪押え17が不図示のネジによって取り付けられている。リアハウジング33の内周面33aと軸受スリーブ16との嵌合部には、Oリング28が装着されている。なお、軸受スリーブ16と外輪押え17は、本発明のスリーブ15を構成している。
A substantially
前側軸受13,13は、外輪18,18がフロントハウジング32に内嵌され、内輪19,19が回転軸12に外嵌して、回転軸12の前端側を回転自在に支承する。前側軸受13,13の外輪18,18は、外輪間座20を介してフロントハウジング32の段部32aと前蓋34とによって狭持されてフロントハウジング32に対して軸方向に位置決めされる。内輪19,19は、内輪間座21を介して回転軸12の前側段部12aと、回転軸12に螺合するナット22とによって狭持されて回転軸12に対して軸方向に位置決めされる。
The
後側軸受14,14は、外輪23,23が軸受スリーブ16に内嵌され、内輪24,24が回転軸12に外嵌して、回転軸12の後端側を回転自在に支承する。後側軸受14,14の外輪23,23は、外輪間座25を介して軸受スリーブ16の段部16aと外輪押え17の円環状凸部17aとによって狭持されて軸受スリーブ16に対して軸方向に位置決めされる。内輪24,24は、内輪間座26を介して回転軸12の後側段部12bと、回転軸12に螺合するナット27とによって狭持されて回転軸12に対して軸方向に位置決めされる。
In the
リアハウジング33には、その反工具側端面(図中右側面)に開口する複数のばね室55が形成されており、軸受スリーブ16から径方向外方に延出する外輪押え17のフランジ部分の工具側端面と対向する。第1のばね部材である第1コイルスプリング56は、ばね室55に収容されて外輪押え17のフランジ部分とばね室55との間に介装される。なお、外輪押え17とばね室55との間には、第1コイルスプリング56が挿通する貫通孔57aが形成されたリング状のばね案内部材57が配置されている。第1コイルスプリング56は、スリーブ15に軸方向(図中右方向)の付勢力を付与し、これにより前側軸受13,13及び後側軸受14,14に定圧予圧を付与している。
The
リアハウジング33の工具側端部から径方向内方に延設された小径部33bには、その反工具側端面に開口するように円環溝状の油圧室41が形成されており、軸受スリーブ16の工具側側面(左側面)に対向する。油圧室41には、油圧ピストン43が摺動自在に嵌合するとともに、作動油供給路42が連通する。油圧ピストン43は、油圧室41に摺動自在に嵌合する大径部43aと、油圧室41から軸受スリーブ16側に突出する小径部43bとからなる。油圧ピストン43の大径部43aの外周面には、Oリング44が装着される。
An annular groove-shaped
油圧ピストン43は、第2のばね部材である第2コイルスプリング45が当接可能な底部43cと筒部43dとからなる、ばね座が形成される。軸受スリーブ16の工具側端面には、油圧室41に対向して、底面47aを有する凹部であるばね受け室47が形成されている。第2コイルスプリング45は、油圧ピストン43のばね座とばね受け室47の底面47aとの間に介装される。
The
また、リアハウジング33の小径部33bの反工具側端面には、油圧室41の開口部に対応してリング状のピストンストッパ48が固定されている。ピストンストッパ48は、油圧ピストン43の小径部43bより僅かに大きな貫通穴48aを有し、小径部43bが進出自在に嵌合する。これにより、油圧ピストン43の移動量は、油圧室41の軸方向長さの範囲内に制限される。
A ring-shaped
作動油供給路42には、作動油の圧力を制御可能な圧力制御回路60が接続されている。圧力制御回路60は、接続パイプ61、油圧ポンプ62、流量調整弁63、リリーフ弁64、及び切換え弁65から構成され、切換え弁65を切り換えることにより、リリーフ弁64に設定された圧力の作動油が、作動油供給路42を介して油圧室41に供給される。
A
回転軸12の後端側には、磁気エンコーダ51、及び磁気エンコーダ51の磁気を検出するセンサ52からなる回転センサ50と、回転軸12に切削用クーラント等の液体を供給するロータリジョイント53が配設されている。図3に示すように、ロータリジョイント53は、回転管軸71、フローティングシート72、シール部73、フローティングシート装着部74、ガイドピン75、及びロータリハウジング76を有する。
On the rear end side of the
ロータリハウジング76には、ロータリハウジング76の開口部76aを内側から密閉するようにフローティングシート装着部74が装着されている。フローティングシート装着部74には、ロータリハウジング76のクーラント供給口77と連通する不図示のシール孔が設けられている。フローティングシート72は、ガイドピン75に回転を拘束された状態で、このシール孔に摺動自在に装着される。フローティングシート72には、固定側流路を構成する軸方向穴72aが形成されている。シール部73は、回転管軸71の後端部に固着されたシールリング78と、フローティングシート72の先端部に固着されたシールリング79とによって構成され、回転軸流路と固定側流路とを連通する。そして、不図示のクーラント供給装置からクーラント供給口77に供給された切削用クーラント等の液体が、回転軸12に供給される。
A floating
本実施形態の作用を説明する。本実施形態の予圧可変式スピンドル10は、図1及び図2において、ばね室55に収容されてリアハウジング33と外輪押え17との間に装着されている第1コイルスプリング56のばね力により、スリーブ15が図中右方向に付勢されることで、フロントハウジング32の段部32aによって軸方向位置が規制される前側軸受13,13、及び軸受スリーブ16の段部16aによって軸方向位置が規制される後側軸受14,14に定圧予圧が付与されている。これにより、回転軸12の回転に伴って発生する熱膨張の影響による予圧量の変動を防止して、前側軸受13,13及び後側軸受14,14の予圧量が一定に維持される。
The operation of this embodiment will be described. 1 and 2, the preload
また、油圧ピストン43と軸受スリーブ16との間に装着されている第2コイルスプリング45のばね力により、スリーブ15が図中右方向に付勢されることで、フロントハウジング32の段部32aによって軸方向位置が規制される前側軸受13,13、及び軸受スリーブ16の段部16aによって軸方向位置が規制される後側軸受14,14に補正予圧が付与されている。この補正予圧は、油圧ピストン43を油圧室41中で移動させて第2コイルスプリング45の圧縮量を変化させ、スリーブ15の押圧力を変化させることにより、変更可能となっている。
Further, the
ワークを加工する際、不図示のクーラント供給装置からロータリジョイント53を介してセンタースルー方式でクーラント等の液体が供給されると、クーラントの圧力により回転軸12が工具側(図中左方向)に押圧され、前側軸受13,13の予圧量が初期予圧より小さくなって回転軸12の剛性が低下する。
When machining a workpiece, when a coolant such as coolant is supplied from a coolant supply device (not shown) via the rotary joint 53 in a center-through manner, the
この場合、切換え弁65を切り換え操作して圧力制御回路60から油圧室41に作動油を供給し、油圧ピストン43がピストンストッパ48に当接するまで図中右方向に移動させる。そして、第2コイルスプリング45を圧縮することにより、より大きなばね力でスリーブ15を押圧して初期予圧からの予圧量の低下を防止する。
In this case, the switching
この油圧ピストン43での第2コイルスプリング45の圧縮による予圧量の増加分を、クーラント圧力による予圧量の減少分と同じ大きさに設定しておけば、切換え弁65を切り換えるだけで、容易にクーラント供給に伴う前側軸受13,13の予圧量の減少を防止して一定に維持することができ、予圧量の減少に起因する加工精度の低下が防止される。
If the amount of increase in the preload due to the compression of the
また、油圧ピストン43の移動量は、ピストンストッパ48によって一定に規制されているので、油圧室41に供給する作動油の圧力を制御する必要はなく、クーラント供給のタイミングに同期させて、切換え弁65をオン/オフ切り換えするだけで、クーラント供給に起因する前側軸受13,13の予圧量の変化を防止することができる。
Further, since the movement amount of the
以上説明したように、本実施形態の予圧可変式スピンドル10によれば、予圧付与手段は、リアハウジング33とスリーブ15との間に介装される第1のばね部材56と、リアハウジング33の反工具側端面に開口するようにリアハウジング33に形成された油圧室41に供給された作動油によって、油圧室41内を移動するように油圧室41に収容される油圧ピストン43と、油圧ピストン43の移動量を制限するピストンストッパ48と、スリーブ15のリアハウジング33の反工具側端面と対向する部分と油圧ピストン43との間に介装される第2のばね部材45と、を有することにより、油圧室41へ作動油を供給し、或いは供給を遮断して第2のばね部材45を伸縮させ、スリーブ15に作用するばね力を変化させて予圧量を制御することができる。これにより、クーラント供給の有無に係わらず、前側軸受13,13の予圧量変化を防止して、予圧量を適正に維持することができる。
As described above, according to the preload
尚、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記の実施形態において、転がり軸受は、アンギュラ玉軸受として説明したが、これに限定されず、他の形式の転がり軸受にも同様に適用することができる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and modifications, improvements, and the like can be made as appropriate. For example, in the above embodiment, the rolling bearing has been described as an angular ball bearing, but the present invention is not limited to this and can be similarly applied to other types of rolling bearings.
10 予圧可変式スピンドル
11 ハウジング
12 回転軸
13 前側軸受
14 後側軸受
15 スリーブ
16 軸受スリーブ
17 外輪押え
23 後側軸受の外輪
31 ハウジング本体
32 フロントハウジング
33 リアハウジング
41 油圧室
43 油圧ピストン
45 第2コイルスプリング(第2のばね部材)
47 ばね受け室(凹部)
47a 底面
48 ピストンストッパ
56 第1コイルスプリング(第1のばね部材)
DESCRIPTION OF
47 Spring receiving chamber (recess)
Claims (4)
一端で工具を支持する回転軸と、
前記回転軸の工具側に配設されて前記回転軸を回転自在に支承する前側軸受と、
前記ハウジングに内嵌されると共に、前記ハウジングに対して前記回転軸の軸方向に摺動可能なスリーブと、
前記回転軸の反工具側に配設されると共に前記スリーブに内嵌され、前記回転軸を回転自在に支承する後側軸受と、
前記ハウジングと前記スリーブとの間に介装され、前記スリーブを介して前記前側軸受及び前記後側軸受に定圧予圧を付与する予圧付与手段と、
を備えた予圧可変式スピンドルであって、
前記予圧付与手段は、
前記ハウジングと前記スリーブとの間に介装される第1のばね部材と、
前記ハウジングの反工具側端面に開口するように前記ハウジングに形成された油圧室に供給された作動油によって、該油圧室内を移動するように前記油圧室に収容される油圧ピストンと、
前記油圧ピストンの移動量を制限するピストンストッパと、
前記油圧ピストンと前記スリーブとの間に介装される第2のばね部材と、
を有することを特徴とする予圧可変式スピンドル。 A housing;
A rotating shaft that supports the tool at one end;
A front bearing disposed on the tool side of the rotating shaft and rotatably supporting the rotating shaft;
A sleeve fitted in the housing and slidable in the axial direction of the rotation shaft with respect to the housing;
A rear bearing disposed on the opposite side of the rotary shaft and fitted in the sleeve, and rotatably supporting the rotary shaft;
Preload application means interposed between the housing and the sleeve and applying a constant pressure preload to the front bearing and the rear bearing via the sleeve;
A variable preload spindle with
The preload applying means includes
A first spring member interposed between the housing and the sleeve;
A hydraulic piston accommodated in the hydraulic chamber so as to move in the hydraulic chamber by hydraulic oil supplied to the hydraulic chamber formed in the housing so as to open to an end surface on the side opposite to the tool of the housing;
A piston stopper for limiting the amount of movement of the hydraulic piston;
A second spring member interposed between the hydraulic piston and the sleeve;
A variable preload spindle characterized by comprising:
前記第1のばね部材は、前記軸受スリーブから径方向外方に延出する前記外輪押えのフランジ部分に当接し、
前記油圧室は、前記軸受スリーブと対向する前記ハウジングの反工具側端面に形成され、
前記第2のばね部材は、前記油圧ピストンと前記軸受スリーブの工具側端面に形成された凹部との間に介装されることを特徴とする請求項1に記載の予圧可変式スピンドル。 The sleeve is fitted into the housing, and a bearing sleeve into which the outer ring of the rear bearing is fitted, and an outer ring presser that is attached to the bearing sleeve and positions the outer ring of the rear bearing in the axial direction. Have
The first spring member abuts against a flange portion of the outer ring presser extending radially outward from the bearing sleeve;
The hydraulic chamber is formed on an end surface on the side opposite to the tool of the housing facing the bearing sleeve,
2. The variable preload spindle according to claim 1, wherein the second spring member is interposed between the hydraulic piston and a recess formed in a tool side end surface of the bearing sleeve.
The variable preload spindle according to any one of claims 1 to 3, wherein the coolant can be supplied by a center through method.
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