JPH0615903U - 予圧切換式スピンドルユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、主軸の組立て性や精度を損なわず
に軸受の予圧荷重を計測することができるスピンドルユ
ニットを提供する。 【構成】 軸受４の外輪に当接する計測用間座９に、ひ
ずみゲージ１１を貼り付け、そのひずみゲージ１１に接
続する出力ターミナル１４を間座８の中央に設ける。外
筒１に、出力ターミナル１４に向き合うコネクタ挿入孔
１８を形成し、その挿入孔１８から挿入した出力用コネ
クタ１９と出力ターミナル１４を結合し、ひずみゲージ
１１とひずみ測定装置２０を接続する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、主軸を支持する軸受に対して予圧量の調整を可能とした予圧切換 式のスピンドルユニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】

工作機械のスピンドルにおいては、低速から高速までの広い回転領域で最適な 主軸剛性を得るために、主軸を支持する軸受を軸方向に押圧する機構を設け、回 転数の変化に応じて軸受の予圧を切換えるようにしたものがある。このような予 圧の切換え手段を有するスピンドルでは、予圧の最適な切換えを行なうために、 主軸の回転中、軸受に実際に加わる予圧荷重やその変化量を計測する手段を備え ることが求められる。

【０００３】 従来、このような主軸用軸受の予圧量を計測する方法としては、図９に示すよ うに、軸受７１の外輪７２に当接する間座７３に、電気抵抗ひずみ計であるひず みゲージ７４を貼付け、そのひずみゲージ７４の信号から間座７３の変位量を検 出して軸受の予圧量を算出する構造がとられているが、このひずみゲージ７４か らの信号を取り出す方法は、ゲージ７４から引き出したリード線７５を、外筒１ に設けた軸方向の切欠き溝７６を通して外部に引き出すことにより行なわれてい る。

【０００４】 ところが、上記の方法では、スピンドルを組立てる場合、主軸２に軸受７１や 間座７３を組立てる途中でリード線７５を切欠き溝７６に挿入し、そのリード線 ７５と干渉しないように各部品を組立てる必要があり、組立て性が悪い欠点があ る。

【０００５】 また、外筒１に軸方向の切欠き溝７６を設けるために、軸受７１の外輪７２に 変形が生じやすく、主軸の支持精度を低下させやすい不具合がある。

【０００６】 そこで、この考案は、主軸の精度や組立て性を良好に維持しつつ軸受の予圧荷 重の計測を可能とする予圧切換式のスピンドルユニットを提供することを目的と している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するため、この考案は、外筒の内部に軸受を介して主軸を回 転自在に支持し、その主軸と外筒の間に、軸受を軸方向に押圧する予圧切換え手 段を設けた予圧切換式スピンドルユニットにおいて、上記軸受の間座に、その間 座の変位量を検出する電気抵抗ひずみ計と、このひずみ計に接続する出力ターミ ナルを設け、上記出力ターミナルに向き合う外筒の周面に、外筒を径方向に貫通 するコネクタ挿入孔を形成した構造としたのである。

【０００８】

【作用】

上記の構造においては、外筒内に軸受や間座を組込んだ状態で、外筒のコネク タ挿入孔から挿入した出力用コネクタを間座の出力ターミナルに接続し、電気抵 抗ひずみ計からの信号を外部に取り出す。

【０００９】 この構造では、間座にひずみ計や出力ターミナルを組込んでいるため、リード 線の引出し作業が不要になり、主軸や軸受等を簡単に組立てることができる。

【００１０】 また、外筒に軸方向の切欠き溝等を設けないため、軸受の変形等を生じさせる ことがない。

【００１１】

【実施例】

以下、この考案の実施例を添付図面に基づいて説明する。 図１及び図４に示すように、外筒１は、内外に嵌合する２つの筒部材１ａ、１ ｂから成り、その外筒１の内部に、主軸２の両端部がそれぞれ一対のアンギュラ 玉軸受３、４及び５、６を介して回転自在に支持されている。この各アンギュラ 玉軸受３、４及び５、６は、それぞれ潤滑用のエアオイルノズル７を備えた間座 ８を介して並列配置されると共に、互いに背面向き合せの状態で取付けられてい る。

【００１２】 上記一端側の軸受３、４は、外筒１内に直接組込まれ、その外輪が外筒１の内 径面に固定され、内輪が主軸２の外径面に固定されている。

【００１３】 また、上記右側の軸受４の外輪と外筒１に形成された端壁との間に、間座８と 、計測用間座９が組込まれている。この計測用間座９は、図２及び図３に示すよ うに、端面に間座８と当接する３個の突起１０が形成され、その各突起１０の内 径面にそれぞれひずみゲージ１１が貼り付けられている。また、各ひずみゲージ １１から引出されたリード線１２が、間座９に設けた溝１３に挿通され、その端 部が、計測用間座９の中央部に設けられた出力ターミナル１４に接続されている 。

【００１４】 この出力ターミナル１４は、絶縁性樹脂から成る基台１５と、その基台１５の 表面から突出する複数の連結用ピン端子１６とから形成され、このピン端子１６ が、計測用間座９の外径面に設けた凹所１７に露出している。

【００１５】 一方、出力ターミナル１４に向き合う外筒１の周面には、外筒１を径方向に貫 通するコネクタ挿入孔１８が形成され、そのコネクタ挿入孔１８に、ひずみ測定 装置２０に接続した出力用コネクタ１９が自在に挿入されるようになっている。 この出力用コネクタ１９は、出力ターミナル１４と向かい合う面に、ピン端子１ ６が圧入嵌合するソケット孔を備え、このソケット孔とピン端子１６を嵌合させ ることで、ひずみ測定装置２０とひずみゲージ１１を電気的に結合する。なお、 上記出力用コネクタ１９及び出力ターミナル１４には、市販の多極カップリング コネクタや微小電流用ミニプラグ又はソケットなどを利用することができる。

【００１６】 上記ひずみ測定装置２０は、交流ブリッジ回路や増幅器等を備え、出力用コネ クタ１９より得られる信号からひずみゲージ１１における抵抗変化を測定し、そ の測定値から計測用間座９のひずみ量を検出する。この検出値は予圧制御装置２ ２に出力される。

【００１７】 予圧制御装置２２は、ひずみ測定装置２０から入力される間座９のひずみ量か ら軸受３、４、５、６に加わる予圧荷重を算出するが、さらに、得られた予圧荷 重と軸受の許容予圧量（Ｐｍａｘ）とを比較し、この比較結果に基づいて後述す る油圧制御回路３２に制御信号を出力する。

【００１８】 一方、主軸２を支持する他端側の軸受５、６においては、図１及び図４に示す ように、内輪が主軸２の外径面に固定され、外輪が外筒１の内部に挿入された軸 受箱２３の内面に固定されており、その軸受箱２３の端面が間座を介して軸受５ の外輪端面に当接している。この構造では、軸受箱２３が軸方向に移動すると、 間座が軸受５の外輪を押し、各軸受３、４、５、６に予圧が加えられる。

【００１９】 上記軸受箱２３の側方には、軸方向に移動可能な中間リング２４が挿入され、 この中間リング２４と主軸２の間に、軸受箱２３と中間リング２４の移動量を制 限する調整部材２５が組込まれている。この調整部材２５は、複数の段部２６、 ２７を備えており、スピンドルユニットを組立てた状態（図４の状態）で中間リ ング２４と段部２６との間、及び軸受箱２３と段部２７との間に、それぞれ大き さの異なるすき間δ₁ 、δ₂ （ただしδ₁ ＜δ₂ ）が設けられている。

【００２０】 また、中間リング２４の両側には第１圧力室２８と第２圧力室２９が形成され 、この各圧力室２８、２９にそれぞれ外筒１内部の油路３０、３１を介して油圧 制御回路３２が接続されている。この油圧制御回路３２は、電磁制御弁や油圧ポ ンプ等を備え、予圧制御装置２２からの信号に基づいて各圧力室２８、２９に高 圧油を供給又は排出する。

【００２１】 また、軸受箱２３の外径面には、油圧制御回路３２に接続するらせん溝３５が 形成されており、このらせん溝３５に油圧制御回路３２から高圧油が導入される と、軸受箱２３が縮径して外筒１との間ですき間を生じさせ、軸受箱２３がスム ーズに移動できるようになる。

【００２２】 この実施例のスピンドルユニットは上記のような構造であり、この構造におい ては、軸受と外筒の間に組込まれる計測用間座９にひずみケージ１１と出力ター ミナル１４とが取付けられ、間座９からユニットの外部にリード線を引出す必要 がないため、リード線の引き出しや干渉を気にせずに主軸２や軸受３、４を組立 てることができ、ユニットの組立てを簡単に行なうことができる。

【００２３】 一方、軸受の予圧を切換えるには、スピンドルユニットを組立てた状態で、外 筒１のコネクタ挿入孔１８から出力用コネクタ１９を挿入して出力ターミナル１ ４に結合し、ひずみ測定装置２０とひずみケージ１１を接続する。

【００２４】 この状態から、低速回転時で主軸に大きな剛性を与え、高速回転時で無理のな い予圧を加えるには、先ず図４において、第２圧力室２９から油圧を抜いた状態 で第１圧力室２８に高圧油を供給し、軸受箱２３を調整部材２５の段部２７に当 接する位置まで移動させる。これにより、軸受箱２３はδ₂ のすき間分だけ移動 するため、軸受３、４、５、６にはδ₂ の移動量に対応した押圧力が加わり、予 圧Ｐ₁₀が加えられる（図５参照）。

【００２５】 この押圧力は、軸受４の外輪を介して計測用間座９に加わり、その間座９をひ ずませるため、このひずみがひずみゲージ１１により検出され、出力ターミナル １４と出力用コネクタ１９を介してひずみ測定装置２０に送られる。ひずみ測定 装置２０は入力された信号からひずみ量を検出し、予圧制御装置２２ではその検 出されたひずみ量から軸受３、４、５、６に作用している予圧荷重Ｐ₁₀を算出す る。

【００２６】 上記の状態から、主軸２の回転が上がると、遠心力や主軸の熱膨張のために、 図５（ａ）に示すように軸受の予圧が徐々に増大するが、この予圧荷重の増大は 、ひずみゲージ１１とひずみ測定装置２０を介して予圧制御装置２２で計測され 、予圧制御装置２２では、この計測された予圧荷重と軸受の許容量大予圧Ｐｍａ ｘとが比較される。そして、予圧荷重が許容最大予圧Ｐｍａｘを越えると（Ｎ₁ の時点）、油圧制御回転３２に制御信号が出力され、第１圧力室２８から油圧を 抜き、第２圧力室２９に作動油を導入する。これにより、第２圧力室２９の圧力 によって中間リング２４が段部２６に当接するまで移動し、軸受３〜６には、δ₁ に相当した量の予圧Ｐ₂₀が加えられる。このため、図５（ｂ）に示すように、 軸受に加わる予圧は軽減され、中予圧Ｐ₂₀に切換わる。

【００２７】 さらに、主軸２の回転数が上昇し、図５（ｃ）に示すように予圧が再び許容最 大予圧Ｐｍａｘに達すると（Ｎ₂ の時点）、第１及び第２圧力室２８、２９から 作動油を抜く（図４に示す状態）。これにより、軸受３〜６には組付け時の初期 すき間の分に応じた予圧Ｐ₃₀が加えられ、図５（ｄ）に示すように軸受に加わる 予圧はさらに軽減され、軽予圧Ｐ₃₀に切換わる。

【００２８】 なお、上記の実施例では、軸受の予圧を３段階で切換える構造について示した が、調整部材の段部や中間リングの数を変えれば、２段階切換えや４段階以上の 切換を行なうことができる。

【００２９】 また、軸受箱２３を移動させるための圧力発生には、高圧油を使用せずに圧縮 空気や他の流体を用いることもできる。

【００３０】 図６乃至図８は他の実施例を示している。図６において、４１は主軸２を支持 する玉軸受であり、この玉軸受４１は、内輪４２の一端が軸方向に突出してスク ープ４４を形成し、そのスクープ４４の内側に軸方向に貫通する孔４５が形成さ れている。また、孔４５から軌道面に向けた給油孔６１が形成されている。

【００３１】 上記玉軸受４１の側方に配置される間座４６には、図６乃至図８に示すように 、内周面の一ケ所に給油用突出部４７が設けられ、その突出部４７に、給油通路 ４８、４９と、玉軸受４１の内輪４２とスクープ４４に向かう噴射口５０、５１ が形成されており、上記各給油通路４８、４９にそれぞれ油温制御手段５２、５ ３が接続されている。

【００３２】 また、上記間座４６の端面には、玉軸受４１の外輪４３に当接する３ケ所以上 の突起５４が形成され、その各突起５４の内径面にひずみゲージ５５が貼り付け られている。また、間座４６の周面には、径方向の貫通孔５６が形成され、その 貫通孔５６に出力ターミナル５７が組込まれており、この出力ターミナル５７に 、各ひずみケージ５５がそれぞれ間座４６の溝５８内に挿入されたリード線５９ を介して接続されている。

【００３３】 さらに、上記出力ターミナル５７には、外筒１のコネクタ挿入孔１８から挿入 された出力用カップリング６０やコネクタ１９が結合されるようになっている。

【００３４】 この実施例の構造では、間座４６の噴射口５０、５１から噴射される油の温度 を油温制御手段５２、５３により制御し、軸受４１の内外輪４２、４３の温度を 調節することにより、最適の予圧荷重の設定を行なうことができる。例えば、低 速回転のときに内輪温度を外輪に比べ高くすると予圧荷重が増大し、低速重切削 に適した大きな軸受剛性が得られる。また、高速回転のときに内輪温度を外輪よ り低くすると、予圧荷重が小さくなり、軸受の発熱等が抑制される。

【００３５】 この場合、軸受４１の予圧量の変化は、間座４６のひずみ量の変化となり、ひ ずみゲージ５５を介してひずみ測定装置２０に検出される。

【００３６】

【効果】

以上のように、この考案は、軸受の間座にひずみ計と出力ターミナルを設け、 ユニットの組立て後、外筒の外側から出力用コネクタを挿入してひずみ計と外部 機器とを接続するために、主軸や軸受の組立てを簡単に行なうことができ、組立 ての作業性を大きく向上させることができる。

【００３７】 また、外筒の内径面に軸方向の切欠き溝等を設ける必要がないために、外筒や 軸受の外輪の変形を抑えることができ、主軸の支持精度を良好に維持することが できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を示す断面図

【図２】同上の出力コネクタ部分を拡大して示す断面図

【図３】同上の計測用間座を示す正面図

【図４】同上の予圧切換機構を拡大して示す断面図

【図５】同上の予圧切換え過程を示すグラフ

【図６】他の実施例を示す断面図

【図７】同上の間座を示す正面図

【図８】同上の間座の一部縦断側面図

【図９】従来例を示す断面図

【符号の説明】

１ 外筒 ２ 主軸 ３、４、５、６ 軸受 ９ 計測用間座 １１ ひずみゲージ １２ リード線 １４ 出力ターミナル １８ コネクタ挿入孔 １９ 出力用コネクタ ２０ ひずみ測定装置 ２３ 軸受箱 ３２ 油圧制御回路 ４１ 玉軸受 ４６ 間座 ４８、４９ 給油通路 ５４ 突起 ５５ ひずみゲージ ５８ 出力ターミナル ５９ リード線

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外筒の内部に軸受を介して主軸を回転自
   在に支持し、その主軸と外筒の間に、軸受を軸方向に押
   圧する予圧切換え手段を設けた予圧切換式スピンドルユ
   ニットにおいて、上記軸受の間座に、その間座の変位量
   を検出する電気抵抗ひずみ計と、このひずみ計に接続す
   る出力ターミナルを設け、上記出力ターミナルに向き合
   う外筒の周面に、外筒を径方向に貫通するコネクタ挿入
   孔を形成したことを特徴とする予圧切換式スピンドルユ
   ニット。