机床的主轴装置制造方法
【专利摘要】本发明提供机床的主轴装置，能够将各轴承均匀地按压于主轴来提高该主轴的刚性。在机床的主轴装置（2）中，将多个轴承（5、6）经由受压部件（4）配置在壳体（7）的内部，该多个轴承（5、6）将机床（1）的主轴（3）支承成能够旋转自如，该受压部件（4）能够向与主轴的轴向（X）正交的正交方向（Y）移动，在该壳体（7）形成有被供给压力介质的压力室（20、21），该压力介质向正交方向上的轴承侧按压受压部件，其中，在壳体针对各轴承分别独立地形成压力室，机床的主轴装置具备调节系统（35～41），该调节系统（35～41）能够对各压力室分别独立地调节压力介质的压力。
【专利说明】机床的主轴装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及机床的主轴装置，在该机床的主轴装置中，将多个轴承经由受压部件配置在壳体的内部，该多个轴承将机床的主轴支承成能够旋转自如，在该壳体设置有压力室，向该压力室供给压力介质，该压力介质向所述轴承侧按压所述受压部件。
【背景技术】
[0002]例如，在专利文献I中，公开了这样的机床的主轴装置:能够利用简单的结构对主轴壳体和将主轴支承成能够旋转自如的多个轴承的外圈之间的间隙进行控制，从而防止主轴在低速旋转区域的刚性降低。在专利文献I的主轴装置中，在主轴壳体和外圈隔圈之间，利用薄壁环形状部件的凹部和所述主轴壳体形成压力室，通过向该压力室供给压力流体而弹性变形的薄壁环形状部件消除了各轴承的外圈和主轴壳体之间的间隙，由此能够防止主轴在低速旋转区域的刚性降低。
[0003]另一方面，在专利文献2中，公开了这样的机床的主轴装置:为了防止主轴的刚性的降低，在壳体内具备预压调节装置，该预压调节装置对将主轴支承成能够旋转的多个轴承施加预压。在专利文献2的主轴装置中，在各轴承的外圈的外侧设置有用于向主轴的中心轴线方向施加外力的环状按压体，当主轴低速旋转时，对以与各轴承的外圈对置的方式形成于该环状按压体的各加压室供给压力油，从而变形的环状按压体按压各轴承的外圈。其结果是，该按压力朝向主轴的中心轴线方向作用而相对于主轴按压各轴承，因此，能够防止主轴的刚性降低。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平5-138408号公报
[0007]专利文献2:日本实开平6-21803号公报
[0008]然而，在专利文献I的主轴装置中，考虑到压力室在主轴壳体和外圈隔圈之间呈沿主轴的轴向较长的形状，容积较大，因此，无法将压力流体的压力控制得均匀。在这种情况下，压力流体的压力所作用的薄壁环形状部件也无法均匀地弹性变形，因此担心:若在各轴承的外圈和主轴壳体之间存在留有间隙的部分，则在该留有间隙的部分无法相对于主轴充分地按压轴承，无法提高主轴的刚性。
[0009]并且，在专利文献2的主轴装置中，考虑到通过从一个油通路分支出的各分支油通路向各加压室供给压力油，在离压力油的供给源近的加压室内和离该供给源远的加压室内，压力油的液压力不一致。在这种情况下，借助所述液压力而相对于主轴按压各轴承的按压力不再一样，因此也担心:在将各轴承按压于主轴的按压力弱的部分无法提高主轴的刚性。
【发明内容】
[0010]本发明正是鉴于这样的情况而提出的，其目的在于提供一种机床的主轴装置，能够相对于主轴均匀地按压各轴承而提高该主轴的刚性。
[0011]技术方案I的发明涉及的机床的主轴装置的特征在于，在壳体的内部经由受压部件配置有多个轴承，所述多个轴承将机床的主轴支承成能够旋转自如，所述受压部件能够向与所述主轴的轴向正交的正交方向移动，在该壳体形成有被供给压力介质的压力室，所述压力介质向所述正交方向上的所述轴承侧按压所述受压部件，在所述壳体针对各所述轴承分别独立地形成所述压力室，所述机床的主轴装置具备调节系统，所述调节系统能够针对各所述压力室独立地调节所述压力介质的压力。
[0012]在技术方案I的基础上，技术方案2的发明的特征在于，所述多个轴承分别配置于在所述轴向上相互不同的位置，并且，各所述轴承与各所述压力室在所述正交方向上隔着所述受压部件对置配置，各所述压力室在所述轴向上的全长设定为各所述轴承在所述轴向上的全长以上。
[0013]在技术方案I或2的基础上，技术方案3的发明的特征在于，在所述壳体的接近各所述轴承的位置形成有循环路，轴承冷却介质在所述循环路中循环。
[0014]发明效果
[0015]根据技术方案I的发明涉及的机床的主轴装置，将由调节系统调节压力后的压力介质分别供给到各压力室，由此，能够利用各压力室内的压力介质的压力向轴承侧均匀地按压受压部件。由此，受压部件能够将各轴承均匀地按压在主轴上来提高该主轴的刚性。
[0016]根据技术方案2的发明，能够将各压力室内的压力介质的压力经由受压部件均匀地施加于各轴承在主轴的轴向上的全长。由此，能够将各轴承在所述轴向上的全长均匀地按压在主轴上。
[0017]根据技术方案3的发明，利用在循环路中循环的轴承冷却介质能够抑制例如在主轴旋转时由于主轴与各轴承的摩擦而产生的热。由此，能够抑制各轴承热膨胀以防止各轴承的烧结。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是具备本发明的实施方式的主轴装置的加工中心的主要部分结构图。
[0019]标号说明
[0020]1:加工中心；2:主轴装置；3:主轴；4:受压部件；5、6:滚动轴承；7:壳体；20、21:压力室；22?24:循环路；35:减压阀；36:液压单元；37:减压阀；38:控制装置；39:主轴转速检测装置；40:温度检测传感器；41:存储装置；A、C:压力室在主轴的轴向上的全长；B、D:滚动轴承在主轴的轴向上的全长；X:主轴的轴向；Y:与主轴的轴向正交的正交方向。
【具体实施方式】
[0021]参照图1对本发明的实施方式进行说明。图1中示出卧式的加工中心I的主轴装置2。该主轴装置2具备:主轴3、受压部件4、滚动轴承5、6、壳体7和盖部件8。另外，力口工中心I为本发明的机床的一例。
[0022]如图1所示，主轴3为沿加工中心I的前后方向(图1中的左右方向)延伸的中空形状，在主轴3的前端以能够装卸的方式装配有工具(未图示)。受压部件4为中空圆筒状，受压部件4与主轴3同轴并以包围该主轴3的方式配置。关于该受压部件4，将前方侧设置为薄壁圆筒部4A，将后方侧设置为与该薄壁圆筒部4A连续的厚壁圆筒部4B，在薄壁圆筒部4A的基端部设置有台阶部10。在厚壁圆筒部4B设置有圆环状的突出部11，该突出部11与厚壁圆筒部4B形成为一体并向该厚壁圆筒部4B的外侧突出。滚动轴承5、6在沿主轴3的轴向X隔开间隔而相互不同的位置存在于主轴3的外周面和受压部件4 (薄壁圆筒部4A)的内周面之间。在本实施方式中，在未向后述的压力室20、21供给压力油的状态下，在滚动轴承5、6各自的外圈5B、6B和受压部件4之间设有微小的间隙(12μπι?15 μ m)。在如后述那样向压力室20、21供给压力油的情况下，受压部件4承受该压力油的液压力而向与所述轴向X正交的正交方向Y上的两滚动轴承5、6侧移动。并且，在所述轴向X上，在滚动轴承5的内圈5A和滚动轴承6的内圈6A之间装配有内圈隔圈12，在所述轴向X上，在滚动轴承5的外圈5B和滚动轴承6的外圈6B之间装配有外圈隔圈13。图1中的标号14为装配于主轴3的外周面并与所述内圈6A抵接的挡圈。另外，压力油为本发明的压力介质的一例。
[0023]而且，如图1所示，壳体7为在前端具备开口部15的金属制的中空圆筒状，与主轴3同轴且装配于受压部件4的外周面。这样一来，如图1所示，将滚动轴承5、6配置在中空圆筒状的壳体7内，该滚动轴承5、6将主轴3支承成能够旋转自如。而且，盖部件8具备筒部16和圆环状的凸缘部17，该凸缘部17围绕设置在该筒部16的前端，盖部件8安装在壳体7的前端和受压部件4的前端。如图1所示，在将盖部件8安装在壳体7的前端和受压部件4的前端的状态下，筒部16以使主轴3贯穿插入的状态嵌装在所述开口部15，并经由滚动轴承5将内圈隔圈12和外圈隔圈13向滚动轴承6按压。进而，该滚动轴承6被按压到台阶部10上。另一方面，凸缘部17与壳体7的前表面抵接而将该壳体7向该壳体7的后方侧按压。由此，壳体7的后端面被抵靠到所述突出部11。
[0024]并且，如图1所示，在壳体7形成有压力室20、21和循环路22、23、24。压力室20由环状槽25和受压部件4所围成的空间构成，该环状槽25在轴向X的前方侧(图1中的左侦D以遍布壳体7的内周面的整周的方式形成。压力室21由环状槽26和受压部件4所围成的空间构成，该环状槽26在轴向X的后方侧(图1中的右侧)以遍布所述内周面的整周的方式形成。使环状槽25在轴向X上的中央部和环状槽26在轴向X上的中央部之间的间隔与滚动轴承5在轴向X上的中央部和滚动轴承6在轴向X上的中央部之间的间隔相等。因此，如图1所示，在正交方向Y (壳体7的径向)上，压力室20经由受压部件4的薄壁圆筒部4A与滚动轴承5对置配置,压力室21经由该薄壁圆筒部4A与滚动轴承6对置配置。而且，在本实施方式中，将压力室20在轴向X上的全长A设定为滚动轴承5在该轴向X上的全长B以上。并且，将压力室21在轴向X上的全长C设定为滚动轴承6在该轴向X上的全长D以上。并且，在受压部件4与壳体7之间设置有将压力油密封于压力室20的O型环27、28和将压力油密封于压力室21的O型环29、30。
[0025]而且，如图1所示，在壳体7形成有压力油供给路32，该压力油供给路32使壳体7的外部与压力室20连通。此外，在壳体7，与压力油供给路32独立地形成有压力油供给路33，该压力油供给路33使壳体7的外部与压力室21连通。压力油供给路32经由减压阀35与能够供给压力油的液压单元36连接。该液压单元36还经由减压阀37与压力油供给路33连接。
[0026]在上述的液压单元36和两减压阀35、37连接有控制装置38。在该控制装置38连接有主轴转速检测装置39、温度检测传感器40和存储装置41。主轴转速检测装置39根据加工中心I的操作员对操作面板(未图示)进行操作而设定的转速指令值对主轴3的转速进行检测。温度检测传感器40收纳在受压部件4的内部并对该受压部件4的温度进行检测。该温度检测传感器40根据检测到的受压部件4的温度来间接检测两滚动轴承5、6的温度。在存储装置41中，针对各压力室20、21，与由主轴转速检测装置39检测到的主轴3的转速和由温度检测传感器40检测到的受压部件4的温度对应地预先存储分别向各压力室20、21供给的压力油的液压力的数据。控制装置38根据所述主轴3的转速和所述受压部件4的温度，从存储装置41中选择所述液压力的数据，将与该选择的数据相应的动作指令信号发送给液压单元36，并且将与该选择的数据相应的开闭控制信号分别发送给各减压阀35、37。由此，如后述那样，将压力室20内的液压力和压力室21内的液压力调节成与从存储装置41中选择的预定的液压力一致。
[0027]而且，如图1所示，循环路22?24形成于壳体7，使在各滚动轴承5、6的冷却中使用的冷却油在循环路22?24中循环。循环路22在轴向X上在压力室20的前方侧以与该压力室20相邻的方式形成于壳体7。该循环路22由环状槽44和受压部件4所围成的空间构成，该环状槽44在轴向X上的上述环状槽25 (参照图1)的前方侧以遍布壳体7的内周面的整周的方式形成。在受压部件4和壳体7之间设置有O型环47。利用该O型环47和上述O型环27 (参照图1)将冷却油密封在循环路22中。如图1所示，循环路22与压力室20相邻，该压力室20隔着受压部件4与滚动轴承5对置，因此，循环路22能够在接近该滚动轴承5的位置形成于壳体7。
[0028]循环路23在轴向X上在压力室21的后方侧以与该压力室21相邻的方式形成于壳体7。该循环路23由环状槽45和受压部件4所围成的空间构成，该环状槽45在轴向X上的上述环状槽26 (参照图1)的后方侧以遍布壳体7的内周面的整周的方式形成。在受压部件4和壳体7之间设置有O型环48。利用该O型环48和上述O型环30(参照图1)将冷却油密封在循环路23中。如图1所示，循环路23与压力室21相邻，该压力室21经由受压部件4与滚动轴承6对置，因此，循环路23能够在接近该滚动轴承6的位置形成于壳体7。
[0029]循环路24在轴向X上以被夹在压力室20和压力室21之间的方式形成于壳体7。该循环路24由环状槽46和受压部件4所围成的空间构成，该环状槽46在轴向X上在上述环状槽25和上述环状槽26之间以遍布壳体7的内周面的整周的方式形成。如图1所示，环状槽46在轴向X上的宽度尺寸被设定成比压力室20的后壁与压力室21的前壁在轴向X上的间隔稍小。在轴向X上，环状槽46的前壁与将压力油密封于压力室20的O型环28相邻，在该轴向X上，环状槽46的后壁与将压力油密封于压力室21的O型环29相邻。因此，利用O型环28和O型环29，能够将冷却油密封在循环路24 (环状槽46)中。如图1所示，在轴向X上使循环路24的前壁与压力室20的后壁相邻，该压力室20经由受压部件4与滚动轴承5对置，因此，循环路24能够在接近滚动轴承5的位置形成于壳体7。而且，在轴向X上，循环路24的后壁与压力室21的前壁相邻，该压力室21经由受压部件4与滚动轴承6对置，因此，循环路24能够在接近滚动轴承6的位置形成于壳体7。
[0030]而且，如图1所示，在壳体7的内部形成有主冷却油通路50，该主冷却油通路50的后端在壳体7的后端面开口，该主冷却油通路50沿轴向X延伸。而且，在壳体7的内部形成有:第I分支冷却油通路51，其从主冷却油通路50分支出并与循环路22连通；第2分支冷却油通路52，其从该主冷却油通路50分支出并与循环路23连通；以及第3分支冷却油通路53，其从该主冷却油通路50分支出并与循环路24连通。
[0031]并且，在受压部件4的突出部11的内部形成有冷却油供给路54。该冷却油供给路54的前端在壳体7的后端面与突出部11抵靠的抵靠部与主冷却油通路50的后端连接。在壳体7的后端面和突出部11之间，以配置在主冷却油通路50的外周和冷却油供给路54的外周的方式设置有O型环55。此外，在冷却油供给路54连接有冷却油供给装置56，该冷却油供给装置56能够供给在各滚动轴承5、6的冷却中使用的冷却油，在该冷却油供给装置56连接有上述控制装置38。该冷却油供给装置56在从控制装置38接收到动作指令信号后，通过冷却油供给路54向主冷却油通路50供给冷却油。该冷却油在从主冷却油通路50通过各分支冷却油通路51?53而供给到各循环路22?24之后，通过冷却油回收路(未图示)返回到冷却油供给装置56。然后，冷却油供给装置56反复进行下述动作:对冷却油进行冷却并使冷却油依次在冷却油供给路54、主冷却油通路50、各分支冷却油通路51?53、各循环路22?24和冷却油回收路中循环。另外，冷却油为本发明的轴承冷却介质的一例。
[0032]接着，对主轴装置2的动作进行说明。在图1所示的主轴3的前端装配工具，利用与主轴3 —起旋转的工具例如对工件(未图示)进行切削加工。在该切削加工时，在发生颤振的情况下，能够如以下那样通过提高主轴3的刚性来抑制颤振的发生。在发生颤振的情况下，加工中心I的操作员对操作盘进行操作来向控制装置38发送液压力附加指令信号。于是，控制装置38在接收到液压力附加指令信号之后，根据由主轴转速检测装置39检测到的主轴3的转速和由温度检测传感器40检测到的受压部件4的温度，选择在存储装置41中存储的预定的液压力的数据。然后，控制装置38向液压单元36发送与该液压力的数据相应的动作指令信号，并且，向各减压阀35、37分别发送与该液压力数据相应的开闭控制信号。其结果是，对各减压阀35、37分别独立地进行开闭控制，从而分别独立地调节各压力油供给路32、33内的液压力。由此，将与压力油供给路32连通的压力室20内的液压力、和与压力油供给路33连通的压力室21内的液压力调节成与从存储装置41中选择的预定的液压力一致。
[0033]当各压力室20、21内的液压力高于所述预定的液压力时，所述液压力均匀地按压受压部件4的薄壁圆筒部4A，从而该受压部件4向正交方向Y上的两外圈5B、6B侧一样地移动。于是，不仅各外圈5B、6B和受压部件4之间的间隙消失，而且所述液压力经由受压部件4均匀地施加给各外圈5B、6B，其结果是，将各内圈5A、6A均匀地按压于主轴3的外周面。由此，能够提高主轴3的刚性。特别是在本实施方式中，在轴向X上，将压力室20的全长A设定为滚动轴承5的全长B以上，由此，能够将压力室20内的液压力经由薄壁圆筒部4A在所述轴向X上均匀地施加给外圈5B。而且，在轴向X上，将压力室21的全长C设定为滚动轴承6的全长D以上，由此，也能够将压力室21内的液压力经由薄壁圆筒部4A在所述轴向X上均匀地施加给外圈6B。另外，两减压阀35、37、液压单元36、控制装置38、主轴转速检测装置39、温度检测传感器40、存储装置41是本发明的调节系统的一例。
[0034]此外，在本实施方式中，使液压力作用在重量比厚壁圆筒部4B轻的薄壁圆筒部4A，因此，具有易于使受压部件4向两外圈5B、6B侧移动的优点。而且，受压部件4为金属制成的，因此，该受压部件4的机械强度比例如由弹性材料成型的受压部件优异。由此，受压部件4具有疲劳强度高这一优点。
[0035]并且，在对工件进行切削加工的情况下，冷却油供给装置56在从控制装置38接收到动作指令信号后，反复进行下述动作:对冷却油进行冷却并使冷却油依次在冷却油供给路54、主冷却油通路50、各分支冷却油通路51?53、各循环路22?24和冷却油回收路中循环。在切削加工时例如由于主轴3与各滚动轴承5、6的摩擦而产生的热传导至与各滚动轴承5、6抵接的受压部件4。进而，利用在各循环路22?24中循环的冷却油吸收该热，由此能够抑制该热的产生。因此，能够抑制各滚动轴承5、6热膨胀，因此，例如能够防止滚动体58与内圈5A烧结在一起、以及滚动体59与内圈6A烧结在一起。特别是在本实施方式中，循环路22?24与薄壁圆筒部4A接触地形成于壳体7，因此，能够将比在厚壁圆筒部4B中更快地在薄壁圆筒部4A中传导的热，利用在各循环路22?24中循环的冷却油有效地吸收。因此，能够有效抑制所述热的产生。
[0036]<本实施方式的效果>
[0037]在本实施方式的主轴装置2中，向各压力室20、21分别供给被调节成预定的液压力的液压，由此，能够利用各压力室20、21内的液压力将受压部件4向两滚动轴承5、6侧均匀地按压。由此，受压部件4能够将各滚动轴承5、6均匀地按压在主轴3上来提高该主轴3的刚性。
[0038]并且，在轴向X上，将压力室20的全长A设定为滚动轴承5的全长B以上，由此，能够将压力室20内的液压力经由薄壁圆筒部4A在所述轴向X上均匀地施加于外圈5B。而且，在轴向X上，将压力室21的全长C设定为滚动轴承6的全长D以上，由此，也能够将压力室21内的液压力经由薄壁圆筒部4A在所述轴向X上均匀地施加于外圈6B。由此，能够将滚动轴承5在轴向X上的全长B和滚动轴承6在轴向X上的全长D均匀地按压在主轴3上。
[0039]而且，利用在各循环路22?24中循环的冷却油，例如能够抑制在主轴3旋转时由于主轴3与各滚动轴承5、6的摩擦而产生的热。由此，能够抑制各滚动轴承5、6热膨胀，因此，能够防止滚动体58与内圈5A烧结在一起、以及滚动体59与内圈6A烧结在一起。
[0040]本发明不限定于上述实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内能够对结构的一部分进行适当变更并实施。在上述实施方式中，构成为利用液压力使受压部件4向两外圈5B、6B侧移动，但取而代之，例如也可以构成为利用由空气供给装置供给的压缩空气的压力使受压部件4向两外圈5B、6B侧移动。并且，在上述实施方式中，利用冷却油来抑制在主轴3旋转时产生的热，但取而代之，例如也可利用冷却水或冷却剂来抑制所述热的产生。
[0041]而且，在上述实施方式中，利用收纳于受压部件4内部的温度检测传感器40来间接检测两滚动轴承5、6的温度，但取而代之，也可以利用安装于各滚动轴承5、6的温度检测传感器来直接检测两滚动轴承5、6的温度。此外，在上述实施方式中，根据从控制装置38发送的动作指令信号和开闭控制信号自动地对液压单元36和两减压阀35、37进行控制，从而对各压力室20、21内的液压力进行调节，但取而代之，例如也可以设置显示装置，该显示装置显示控制装置38从存储装置41中选择的预定的液压力的数据，并且操作员手动地对液压泵和减压阀进行操作，从而将各压力室20、21内的液压力调节成达到所述预定的液压力。而且此外，滚动轴承5、6各自的外圈5B、6B和受压部件4之间的间隙尺寸不限于12 μm?15μ m，也可以设定为适当的值。
【权利要求】
1.一种机床的主轴装置，在壳体的内部经由受压部件配置有多个轴承，所述多个轴承将机床的主轴支承成能够旋转自如，所述受压部件能够向与所述主轴的轴向正交的正交方向移动，在该壳体形成有被供给压力介质的压力室，所述压力介质向所述正交方向上的所述轴承侧按压所述受压部件，其特征在于， 在所述壳体针对各所述轴承分别独立地形成所述压力室，所述机床的主轴装置具备调节系统，所述调节系统能够针对各所述压力室独立地调节所述压力介质的压力。
2.根据权利要求1所述的机床的主轴装置，其特征在于， 所述多个轴承分别配置于在所述轴向上相互不同的位置，并且，各所述轴承与各所述压力室在所述正交方向上隔着所述受压部件对置配置， 各所述压力室在所述轴向上的全长设定为各所述轴承在所述轴向上的全长以上。
3.根据权利要求1或2所述的机床的主轴装置，其特征在于， 在所述壳体的接近各所述轴承的位置形成有循环路，轴承冷却介质在所述循环路中循环。
【文档编号】B23B19/02GK103801710SQ201310544848
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】小池一成 申请人:大隈株式会社