專(zhuān)利名稱(chēng)：主軸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加工中心等工作機(jī)械中的主軸裝置，尤其涉及 用于使在主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)支承主軸的滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體進(jìn)行保持的保 持架穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的主軸裝置。
背景技術(shù)：
工作機(jī)械的主軸被多個(gè)滾動(dòng)軸承以能夠旋轉(zhuǎn)的方式支承。滾動(dòng) 軸承由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架構(gòu)成。內(nèi)圈被壓入到主軸上并 同主軸一起旋轉(zhuǎn)，外圈被裝入軸承座并借助推蓋在軸向上推壓而被 固定。在內(nèi)圈與外圈之間，以能夠移動(dòng)的方式裝入多個(gè)滾動(dòng)體，為 了等間隔地保持這些滾動(dòng)體，使用保持架進(jìn)行保持。保持架在滾動(dòng)體或外圏的內(nèi)周面被引導(dǎo)，同滾動(dòng)體一起旋轉(zhuǎn)。在Dn值超過(guò)150萬(wàn) 的高速旋轉(zhuǎn)的軸承中，多采用裝入了對(duì)外圈內(nèi)周面進(jìn)行引導(dǎo)的保持 架的軸承。在裝入了對(duì)外圏內(nèi)周面進(jìn)行引導(dǎo)的保持架的軸承中，其 受到外圏內(nèi)周面的表面粗糙度、外圏內(nèi)周面的形狀精度、保持架外 周面的表面粗糙度、保持架的形狀精度、保持架的重量、滾動(dòng)體的 形狀精度、裝入軸承的滾動(dòng)體的尺寸誤差、外圏內(nèi)周面與保持架外 周面的間隙量、外圏內(nèi)周面與保持架外周面的油膜量的影響。如果 在上述條件得不到確保的狀態(tài)下使主軸旋轉(zhuǎn)，則保持架在不穩(wěn)定的 狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生異常聲音和異常振動(dòng)，給加工表面帶來(lái)影響，甚 至最壞的情況可能會(huì)引起軸承的損傷。作為為避免這種情況而對(duì)主軸進(jìn)行改良的裝置，有具有從設(shè)在 軸承的外圈的多個(gè)孔向保持架流入壓力流體的軸承。(參考專(zhuān)利文 獻(xiàn)1:日本實(shí)公平6-45697號(hào)公報(bào))另外，還有這樣的主軸裝置為眾所知，這樣的主軸裝置具有通
過(guò)設(shè)在軸承內(nèi)圏的多個(gè)孔將填充在主軸貫通孔中的潤(rùn)滑油從主軸孔向保持架供給的裝置。(參考專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平11-1665號(hào)公 報(bào))在以往的裝置中，為了使軸承的外圈內(nèi)周面與保持架外周面的 間隙保持恒定，需要始終供給流體，所以流體的消耗量較大。另夕卜， 當(dāng)供給的流體是潤(rùn)滑油的時(shí)候，雖然可能能夠通過(guò)油膜保持間隙恒 定，但是軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油量變得過(guò)多，可能導(dǎo)致異常發(fā)熱。另外， 在保持架外徑的圓度較差或者由于旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生不均勻變形的情況 下，在整個(gè)圓周范圍內(nèi)，使軸承的外圈內(nèi)周面與保持架外周面的間 隙保持恒定可能會(huì)比較困難，即使使用了潤(rùn)滑油而保證了其間隙的 油膜量恒定，但也有可能在保持架局部上產(chǎn)生摩擦力并產(chǎn)生振動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種主軸裝置，該主軸裝置在供給流體 的量為最小限度的情況下使保持架穩(wěn)定，并且能夠根據(jù)主軸的旋轉(zhuǎn) 速度、主軸的姿態(tài)以及從安裝在主軸上的傳感器得到的值來(lái)改變向 保持架供給的流體的流量及方向。本發(fā)明的主軸裝置包括供給機(jī)構(gòu)，，從軸承的圓周方向上隔 開(kāi)間隔的三個(gè)以上部位向支承主軸的軸承的外圏與內(nèi)圈之間供給流 體；控制機(jī)構(gòu)，進(jìn)行控制使由供給機(jī)構(gòu)供給的液體的供給量在各個(gè) 供給部位分別發(fā)生變化。在本發(fā)明的主軸裝置中，例如，即使保持架在不平衡的狀態(tài)下 旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)分別獨(dú)立調(diào)整來(lái)自可供給流體的三個(gè)以上的孔的流體 流量，從而有助于消除不平衡量。因此，能夠用較小的流體流量減 小保持架的不平衡。另外，上述主軸裝置還可以根據(jù)主軸的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)決定由控制 機(jī)構(gòu)所控制的流體的供給量。在上述主軸裝置中，具有根據(jù)主軸的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)決定向保持架 供給的流體的流量和位置的功能時(shí)，由于能夠以旋轉(zhuǎn)速度為單位來(lái)
決定設(shè)定值，所以即使發(fā)生因旋轉(zhuǎn)速度的影響引起保持架變形和振 動(dòng)的情況下，也能夠保證保持架的穩(wěn)定。例如，把主軸的旋轉(zhuǎn)速度 的范圍分為低速、中速、高速，在每個(gè)速度范圍內(nèi)設(shè)定最適合的流 體流量，由此在整個(gè)速度范圍內(nèi)都能夠保證保持架的穩(wěn)定。另外，上述主軸裝置還可以根據(jù)主軸的傾斜角度來(lái)決定由控制 機(jī)構(gòu)所控制的流體的供給量。在上述主軸裝置中，具有根據(jù)主軸的姿態(tài)來(lái)決定向上述保持架 與外圏的間隙供給的流體的流量和位置的功能時(shí)，即使在主軸的姿 態(tài)變化、保持架的動(dòng)作在主軸自身的重量和保持架自身的重力的影 響下變化，也能夠保證保持架的穩(wěn)定。例如，在主軸裝置可以旋轉(zhuǎn) 到任意角度的機(jī)械中,根據(jù)主軸相對(duì)于基準(zhǔn)位置的傾斜量來(lái)決定流體 流量。另外，上述主軸裝置具有主軸振動(dòng)檢測(cè)傳感器，根據(jù)傳感器的 檢測(cè)值來(lái)決定由控制機(jī)構(gòu)所控制的流體的供給量。在上述主軸裝置中，具有從安裝在主軸上的一個(gè)以上的傳感器 得到的信息中抽出預(yù)先設(shè)定頻率范圍內(nèi)的值，并基于該值來(lái)改變向 上述保持架與外圏的間隙供給的流體的流量和位置的功能時(shí)，實(shí)時(shí) 分析來(lái)自傳感器的值，當(dāng)該值滿(mǎn)足條件時(shí)，供給適當(dāng)流量的流體。 在本裝置中，可根據(jù)傳感器的特點(diǎn)設(shè)定各種條件。例如，在高精度 的加工中使用加速度傳感器，從而使在設(shè)定頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)最小 時(shí)供給流體。(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明，由于能夠獨(dú)立設(shè)定多個(gè)流體供給孔的流量和供給 部位，所以即使在主軸的旋轉(zhuǎn)速度和姿態(tài)變化時(shí)也能夠使保持架穩(wěn) 定地旋轉(zhuǎn)。另外，由于能夠調(diào)整流體流量和位置以使來(lái)自安裝在主 軸上的傳感器的值為最佳，所以在要求主軸旋轉(zhuǎn)精度高的精加工中 效果也很好，另外，還具有防止由于保持架的磨損造成的軸承損傷 的效果。


圖1是本發(fā)明的主軸裝置的縱剖視圖。圖2是該主軸裝置的橫剖視圖。圖3是將圖1的一部分放大表示的剖視圖。圖4是表示圖3所示部分的變形例的、相當(dāng)于圖3的剖視圖。 圖5是表示空氣供給量的表格。 圖6是表示主軸的傾斜角度的說(shuō)明圖。 (符號(hào)說(shuō)明) 11主軸 21~23軸屏義 41外圈 42內(nèi)圈62~64空氣供給孔具體實(shí)施方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在下面的說(shuō)明中，左右以圖1為基準(zhǔn)，將其左側(cè)稱(chēng)為左，將其 相反側(cè)稱(chēng)為右。另外，左側(cè)為前側(cè)，右側(cè)為后側(cè)。主軸裝置包括水平空心軸狀主軸ll、包圍主軸ll的水平筒狀 套筒12、在軸向隔開(kāi)間隔地支承主軸11的左側(cè)的第一軸承21和第 二軸承22、支承主軸11的右側(cè)的第三軸承23、包圍第一軸承21和 第二軸承22并固定于套筒12內(nèi)表面的左側(cè)軸承座24、包圍第三軸 承23并固定于套筒12內(nèi)表面的右側(cè)軸承座25。在主軸11的外面上設(shè)有從左至右分級(jí)并依次相連的大直徑部 31、中直徑部32和小直徑部33。在第二軸承22和第三軸承23之間的套筒12的內(nèi)表面上固定有 電動(dòng)才幾34的定子35。在主軸11的外表面上與定子35對(duì)應(yīng)地固定有 電動(dòng)機(jī)34的轉(zhuǎn)子36。在左側(cè)軸承座24內(nèi)表面的右端設(shè)有左側(cè)內(nèi)側(cè)環(huán)狀突出部37,在
右側(cè)軸承座25內(nèi)表面的左端設(shè)有右側(cè)內(nèi)側(cè)環(huán)狀突出部38。第一至第三軸承21 23是具有相同結(jié)構(gòu)的部件。圖3中詳細(xì)表 示了第二軸承22。第二軸承22包括固定于左側(cè)軸承座24內(nèi)表面 的外圏41、固定于主軸11外表面的內(nèi)圈42、介于外圈41和內(nèi)圈42 之間的多個(gè)滾動(dòng)體43、以外圈41內(nèi)表面作為引導(dǎo)面與滾動(dòng)體43 — 起旋轉(zhuǎn)并使?jié)L動(dòng)體43保持一定間隔的保持架44。再參照?qǐng)D1,在第一軸承21和第二軸承22的外圏41之間夾設(shè) 有固定于左側(cè)軸承座24內(nèi)表面的外圈間座45。在該二軸承21、 22 的內(nèi)圈42之間夾設(shè)有固定于主軸11外表面的內(nèi)圈間座46。在套筒12的左側(cè)開(kāi)口安裝有左側(cè)推蓋51。第一軸承21和第二 軸承22的外圈41與外圈間座45 —起被左側(cè)推蓋51向左側(cè)內(nèi)側(cè)環(huán) 狀突出部37推壓。在第二軸承22的右側(cè)通過(guò)螺紋嵌有左側(cè)推壓螺 母52。第一軸承21和第二軸承22的內(nèi)圈42與內(nèi)圈間座46—起被 左側(cè)推壓螺母52向大直徑部31和中直徑部32的階梯部推壓。在套 筒12的右側(cè)開(kāi)口安裝有右側(cè)推蓋53，第三軸承23的外圏41被右側(cè) 推蓋53向右側(cè)內(nèi)側(cè)環(huán)狀突出部3 8推壓。在第三軸承23的右側(cè)通過(guò) 螺紋嵌有右側(cè)推壓螺母54。第三軸承23內(nèi)圈42被右側(cè)推壓螺母54 向中直徑部32和小直徑部3之間3的階梯部推壓。再參照?qǐng)D3,在外圈間座45的右側(cè)面上形成有內(nèi)側(cè)開(kāi);^文環(huán)狀槽61, 上述內(nèi)側(cè)開(kāi)放環(huán)狀槽61與第二軸承22的外圈41和內(nèi)圏42之 間的間隙相對(duì)。在與第二軸承22緊鄰的左側(cè)部分，分別在套筒12 上形成外部空氣供給孔62 、在左側(cè)軸承座24上形成內(nèi)部空氣供給孔 63、在外圈間座45上形成內(nèi)部空氣供給孔64,上述外部空氣供給孔62、 內(nèi)部空氣供給孔63、內(nèi)部空氣供給孔64在內(nèi)外方向上呈一條直 線狀地相連。環(huán)狀槽61與內(nèi)部空氣供給孔64的底部通過(guò)連通孔65 連接。這些外部空氣供給孔62、內(nèi)部空氣供給孔63、內(nèi)部空氣供給 孔64和連通孔65在第一軸承21的右側(cè)和第三軸承23的左側(cè)也分 別以同樣的方式形成。如圖2所示，各軸承21 23所對(duì)應(yīng)的外部空 氣供給孔62、內(nèi)部空氣供給孔63、內(nèi)部空氣供給孔64和連通孔65,
分別形成為在圓周方向上等分套筒12、軸承座和外圈間座45的四處 I IV。圖4表示圖3所示的環(huán)狀槽61、外部空氣供給孔62、內(nèi)部空氣 供給孔63、內(nèi)部空氣供給孔64和連通孔65的變形例。該變形例中， 環(huán)狀槽61與連通孔65不連接，直接向第二軸承22的外圏41和內(nèi) 圏42之間供給空氣，外部空氣供給孔66、內(nèi)部空氣供給孔67和內(nèi) 部空氣供給孔68以與第二軸承22的外圈41和內(nèi)圈42之間連通的 方式形成。內(nèi)部空氣供給孔68與第二軸承22的外圈41在內(nèi)外方向 上連通。回到圖1，各外部空氣供給孔62通過(guò)流量調(diào)整裝置71與空氣供 給裝置的壓縮機(jī)72連接。各流量調(diào)整裝置71由控制裝置73控制。旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)傳感器74以面對(duì)主軸11的右側(cè)端部的方式安裝 于右側(cè)推蓋53的側(cè)面。在套筒12的外表面長(zhǎng)度方向的中間部上安 裝有加速度檢測(cè)傳感器75。下面對(duì)空氣的供給動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，通過(guò)旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)傳感器74檢測(cè)出主軸11的旋轉(zhuǎn)速度。 主軸11的旋轉(zhuǎn)速度也可以通過(guò)主軸控制指令值得出。檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)速 度之后，如圖5所示，參考預(yù)先制成的表格決定空氣流量。表格中， 將對(duì)應(yīng)于各軸承21 23相應(yīng)的外部空氣供給孔62、內(nèi)部空氣供給孔 63和內(nèi)部空氣供給孔64的圖2所示I IV位置的主軸旋轉(zhuǎn)速度rpm 為單位的供給量分為0 5的六檔進(jìn)行表示。在圖5的表格中，以 2000卬m為單位設(shè)定一次，也可以設(shè)定得更細(xì)。另外當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度成為 0 2000卬m、 2000 4000rpm等旋轉(zhuǎn)速度之間的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，例如將 0 999rpm作為Orpm的設(shè)定值、將1000 1999rpm作為2000rpm的設(shè) 定值。圖5的表格的設(shè)定值，在0 6000rpm的低速旋轉(zhuǎn)中，由于保 持架44的離心力和熱膨脹較小，外圏41與保持架44的間隙較大， 保持架振動(dòng)容易產(chǎn)生不平衡，所以設(shè)定為使一個(gè)方向的空氣流量增 加以保持其平4軒。當(dāng)成為8000rpm以上的高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于外圏41 與保持架44的間隙變小，保持架的振動(dòng)變小，所以將空氣的流量設(shè)
定得小。各自的設(shè)定值指令從控制裝置73被傳送至各自的流量調(diào)整 裝置71，從而空氣流量得到調(diào)整。圖6表示主軸11的姿態(tài)即傾斜角度6 1 6 4。傾斜角度6 1 6 4 是以主軸11垂直向下的狀態(tài)為基準(zhǔn)表示的角度。首先檢測(cè)出主軸11 的傾斜角度6 1 64。檢測(cè)可以利用主軸角度指令值，也可以利用安裝在主軸裝置上的角度檢測(cè)傳感器的檢測(cè)值。檢測(cè)出傾斜角度e i 64之后，以圖5為基準(zhǔn)，參照預(yù)先制成的表格(省略圖示)決定空 氣的流量。制作表格需考慮以下的因素。由于引導(dǎo)外圈41的保持架44與 外圈41內(nèi)周面和滾動(dòng)體43之間存在間隙，所以因保持架44的重量 使姿態(tài)發(fā)生變化。例如，主軸11的傾斜角度為卯度，即62或者6 4的情況下，由于保持架44的旋轉(zhuǎn)中心位置向下移動(dòng)，就這樣使其 旋轉(zhuǎn)可能會(huì)發(fā)生不平衡以及發(fā)出異常的聲音和產(chǎn)生異常的振動(dòng)。為 了防止這種情況，在I IV每個(gè)位置都設(shè)定空氣的流量。制作表格時(shí) 也可以加入旋轉(zhuǎn)速度這一因素。另外，也可以以旋轉(zhuǎn)速度為單位制 作與圖5相當(dāng)?shù)谋砀瘢瑫r(shí)利用這兩個(gè)表格。然后，在檢測(cè)到主軸發(fā)生了振動(dòng)，并設(shè)定空氣流量以抑制該振 動(dòng)的情況下，這里舉例說(shuō)明利用旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)傳感器74和加速度檢 測(cè)傳感器75檢測(cè)并設(shè)定I iv各位置的空氣流量的情況。通過(guò)加速度^r測(cè)傳感器75 一企測(cè)出套筒12的軸心相對(duì)于垂直方 向的加速度。對(duì)從加速度檢測(cè)傳感器75得到信號(hào)實(shí)時(shí)地或?qū)⑵涫占?在存儲(chǔ)器中進(jìn)行頻率分析，僅抽出旋轉(zhuǎn)頻率的倍數(shù)成分。至于抽出 幾倍成分可以任意決定。主軸11的旋轉(zhuǎn)頻率成分由旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)傳 感器74得出。預(yù)先設(shè)定抽出的倍數(shù)成分信號(hào)的大小，當(dāng)實(shí)際值比閾 值大時(shí)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)傳感器74特定主軸旋轉(zhuǎn)方向的振動(dòng)大的 相位，并決定空氣的流量和方向以4吏該相〗立的l展動(dòng)減小。還考慮軸 心的水平方向的振動(dòng)時(shí)，可利用兩軸加速度檢測(cè)傳感器75設(shè)定各值 減小的值。另外，為了使振動(dòng)減小，可設(shè)置多種類(lèi)的空氣供給模式， 通過(guò)按順序試用各個(gè)模式來(lái)決定空氣流量。并且，也可以一邊監(jiān)控 振動(dòng)的值， 一邊通過(guò)手動(dòng)來(lái)調(diào)整空氣流量，以減小振動(dòng)傳感器的值。 在本實(shí)施例中，作為求得振動(dòng)的一個(gè)例子，使用了加速度檢測(cè) 傳感器75,作為檢測(cè)對(duì)應(yīng)于振動(dòng)的信息的方法還可以使用聲壓傳感 器、位移傳感器或者它們的組合。
權(quán)利要求
1.一種主軸裝置，其特征在于，包括供給機(jī)構(gòu)，，從軸承的圓周方向上隔開(kāi)間隔的三個(gè)以上部位向支承主軸的軸承的外圈與內(nèi)圈之間供給流體；控制機(jī)構(gòu)，進(jìn)行控制使由供給機(jī)構(gòu)供給的液體的供給量在各個(gè)供給部位分別發(fā)生變化。
2. 如權(quán)利要求1所述的主軸裝置，其特征在于，根據(jù)主軸的旋 轉(zhuǎn)速度來(lái)決定由控制機(jī)構(gòu)所控制的流體的供給量。
3. 如權(quán)利要求1所述的主軸裝置，其特征在于，根據(jù)主軸的傾 斜角度來(lái)決定由控制機(jī)構(gòu)所控制的流體的供給量。
4. 如權(quán)利要求1所述的主軸裝置，其特征在于，具有檢測(cè)主軸 的振動(dòng)的傳感器，根據(jù)傳感器的檢測(cè)值來(lái)決定由控制機(jī)構(gòu)所控制的 流體的供給量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在向軸承供給的流體量為最小限度的情況下能夠使保持架穩(wěn)定的主軸裝置，主軸裝置中，在支承主軸(11)的軸承(21～23)的外圈(41)和內(nèi)圈(42)之間具有供給機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)，上述供給機(jī)構(gòu)從軸承的圓周方向上隔開(kāi)間隔的三個(gè)以上部位供給空氣，上述控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使被供給機(jī)構(gòu)供給的液體的供給量在各個(gè)供給部位分別發(fā)生變化。
文檔編號(hào)B23B19/02GK101164724SQ20071018089
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者則久孝志, 安藤知治, 矢野原直充 申請(qǐng)人:大隈株式會(huì)社