(57)【要約】【課題】主軸のアキシャル移動による加工精度の低下を抑制する。【解決手段】変位検出手段３１の検出情報を制御手段１７のアキシャル補正機能３２に入力し、アキシャル補正機能３２で移動ハウジングの移動に応じた主軸のアキシャル移動に相当する油圧の補正状態を演算し、アキシャル補正機能３２で演算した補正状態を油圧力指令機能３３に入力し、設定された定圧予圧における通常の油圧力の指令に対し油圧力指令機能３３で補正状態を加味し、主軸のアキシャル移動に相当する油圧の補正状態を加味して油圧力の指令を出力し、アンギュラ玉軸受の移動による主軸のアキシャル移動に応じて油圧力を補正して所定予圧を補正し、主軸のアキシャル移動による加工精度の低下を抑制する。【選択図】　　　　図２
2004034223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪が主軸外周に取り付けられるアンギュラ玉軸受と、
アンギュラ玉軸受の外輪が取り付けられる移動ハウジングと、
移動ハウジングを主軸の軸方向に移動可能に支持する固定ハウジングと、
移動ハウジングと固定ハウジングの間に介在される軸方向移動支持部材と、
移動ハウジングを押圧して外輪を移動させることによりアンギュラ玉軸受に予圧を付与するピストンと、
移動ハウジングの移動状況を導出する変位導出手段と、
予圧を所定値に保持してピストンにより移動ハウジングを押圧することで外輪の移動位置を制御してアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施すると共に、変位導出手段で導出された移動ハウジングの移動状況を加味して所定予圧を補正する制御手段と
を備えたことを特徴とする主軸装置。
【請求項２】
請求項１において、
変位導出手段は、移動ハウジングの移動を検出する変位検出手段であることを特徴とする主軸装置。
【請求項３】
請求項１において、
変位導出手段は、主軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出手段で検出された回転速度に基づいて移動ハウジングの移動状況を導出する導出手段とで構成されていることを特徴とする主軸装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
油圧力により移動ハウジングが押圧されて予圧が付与されることを特徴とする主軸装置。
【請求項５】
アンギュラ玉軸受の外輪の移動位置を制御することで予圧を制御する予圧制御方法において、
予圧を所定値に保持して移動ハウジングを保持することで外輪の移動位置を制御してアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施すると共に、移動ハウジングの移動状況を加味して所定予圧を補正することを特徴とする予圧制御方法。
【請求項６】
請求項５において、
変位検出手段により移動ハウジングの移動を検出することを特徴とする予圧制御方法。
【請求項７】
請求項５において、
回転速度検出手段により主軸の回転速度を検出し、回転速度検出手段で検出された回転速度に基づいて移動ハウジングの移動状況を導出することを特徴とする予圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等の主軸が回転自在に支持される主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の主軸装置には、ボールブッシュを介して固定ハウジングの内周に移動ハウジングを軸方向に移動可能とし、移動ハウジングと主軸との間にアンギュラ玉軸受を取り付け、アンギュラ玉軸受の外輪の主軸の軸方向移動を許容するものが種々提案されている。このような主軸装置では、アンギュラ玉軸受の外輪の位置を調整して予圧調整（切替）が主軸の回転速度に応じて行えるようになっており、主軸の支持剛性が良好に保たれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した主軸装置では、主軸の回転速度の変化にともない遠心力が変化して遠心膨張及び熱膨張が変化するので、予圧が安定せずに支持剛性が不安定になり加工精度に影響を及ぼす虞がある。このため、外輪の位置を所定位置に保持するためにアンギュラ玉軸受の予圧を調整する制御が実施されている。しかし、アンギュラ玉軸受の予圧を調整して外輪の位置を所定位置に保持する制御を正確に実施するためには、多数のセンサや複数の駆動手段を用いて制御する必要がある。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、簡単な構造でアンギュラ玉軸受の外輪の位置を所定位置に保持することができる軸受装置及び予圧制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の主軸装置は、内輪が主軸外周に取り付けられるアンギュラ玉軸受と、アンギュラ玉軸受の外輪が取り付けられる移動ハウジングと、移動ハウジングを主軸の軸方向に移動可能に支持する固定ハウジングと、移動ハウジングと固定ハウジングの間に介在される軸方向移動支持部材と、移動ハウジングを押圧して外輪を移動させることによりアンギュラ玉軸受に予圧を付与するピストンと、移動ハウジングの移動状況を導出する変位導出手段と、予圧を所定値に保持してピストンにより移動ハウジングを押圧することで外輪の移動位置を制御してアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施すると共に、変位導出手段で導出された移動ハウジングの移動状況を加味して所定予圧を補正する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
そして、変位導出手段は、移動ハウジングの移動を検出する変位検出手段であることを特徴とする。また、変位導出手段は、主軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出手段で検出された回転速度に基づいて移動ハウジングの移動状況を導出する導出手段とで構成されていることを特徴とする。また、油圧力により移動ハウジングが押圧されて予圧が付与されることを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の予圧制御方法は、アンギュラ玉軸受の外輪の移動位置を制御することで予圧を制御する予圧制御方法において、予圧を所定値に保持して移動ハウジングを保持することで外輪の移動位置を制御してアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施すると共に、移動ハウジングの移動状況を加味して所定予圧を補正することを特徴とする。
【０００８】
そして、変位検出手段により移動ハウジングの移動を検出することを特徴とする。また、回転速度検出手段により主軸の回転速度を検出し、回転速度検出手段で検出された回転速度に基づいて移動ハウジングの移動状況を導出することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の第１実施形態例に係る主軸装置の断面、図２には制御ブロックを示してある。
【００１０】
図１に示すように、主軸ヘッドに固定された固定ハウジング１には主軸２が一対のアンギュラ玉軸受３，４を介して回転自在に支持されている。即ち、主軸２の外周にはアンギュラ玉軸受３，４の内輪５，６が取り付けられている。前側（工具装着側）のアンギュラ玉軸受３の外輪７は固定ハウジング１に取り付けられ、後側のアンギュラ玉軸受４の外輪８は移動ハウジング９の内面に固定されている。
【００１１】
移動ハウジング９は固定ハウジング１の内周面に主軸２の軸方向に移動自在に支持され、移動ハウジング９と固定ハウジング１の間には軸方向移動支持部材としてのボールブッシュ１０が介在している。ボールブッシュ１０は円筒状の保持器１１に多数のボール１２が転動自在に支持されて構成され、ボールブッシュ１０は多数のボール１２が移動ハウジング９の外周と固定ハウジング１の内周とにわたり転動自在に配されている。
【００１２】
移動ハウジング９を図中右側に移動させることにより、外輪７，８に図中左右側の力が作用してアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与される。移動ハウジング９は固定ハウジング１に取り付けられたストッパ１３に当接する位置が移動端となっており、移動ハウジング９がストッパ１３に当接した位置で外輪７，８が所定位置に位置決めされて定位置予圧としてアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与されて主軸２が所定の支持剛性で支持される。
【００１３】
尚、軸方向移動支持部材としては、移動ハウジング９の固定ハウジング１に対する軸方向の移動を支持できるものであれば、ボールブッシュ１０に限定されるものではない。例えば、ころ、磁気軸受、循環型軸受、直線運動用軸受、リニアボールベアリング等を用いて移動ハウジング９の軸方向移動を支持することも可能である。
【００１４】
移動ハウジング９の図中左側、即ち、一対のアンギュラ玉軸受３，４の間における固定ハウジング１の内部にはピストン１４が主軸２の軸方向に移動自在に支持され、ピストン１４の背面側（図中左側）の油室１５には油圧供給手段１６から所定の油圧力の圧油が供給され、ピストン１４が図中右側に駆動して移動ハウジング９がストッパ１４に当接する状態に移動してアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与される（定位置予圧）。
【００１５】
ピストン１４の先端部（図中右端部）は移動ハウジング９に当接し、ピストン１４の背面側の油室１５から圧油を排出して所定の油圧力より低い油圧力でピストン１４を所定位置に保持することで、移動ハウジング９は所定の力で位置が保持されてアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与される（定圧予圧）。
【００１６】
一方、油室１５に圧油を供給する油圧供給手段１６は制御手段１７に指令により制御され、油室１５への所定の油圧力の圧油の供給及び油室１５からの圧油の排出が実施されて定位置予圧と定圧予圧が切り替えられる。制御手段１７には初期予圧の情報及び主軸２の回転速度の情報が入力される。
【００１７】
上記構成の主軸装置では、ピストン１４の背面側の油室１５に圧油を所定の油圧力で供給し、ピストン１４を図中右側に駆動させて移動ハウジング９をストッパ１３に当接する状態に移動させる（図１の状態）。この状態で外輪７，８が所定位置に位置決めされてアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与され、ピストン１４の押圧力による移動ハウジング９の位置固定により予圧力がアンギュラ玉軸受３，４に付与されて主軸２の支持剛性が確保される。
【００１８】
主軸２の回転速度が上昇すると、遠心力が増加して遠心膨張及び熱膨張により、移動ハウジング９の位置が固定されているため、外輪７，８の移動が規制されて予圧が高くなる。予圧が所定値となるまでは移動ハウジング９をストッパ１３に当接させた状態、即ち、外輪７，８を所定位置に移動させた状態でアンギュラ玉軸受３，４に予圧力が付与され焼きつきが生じない高い予圧力で軸受剛性が確保される（定位置予圧）。
【００１９】
主軸２の回転速度が速くなると、更に遠心膨張及び熱膨張により予圧が高くなり、予圧が最大の所定値（例えば、これ以上高くなると焼きつき等の不具合が発生する虞がある値）に達する。予圧が最大の所定値となる回転速度が検出されると、油室１５に減圧した圧油を供給し、ストッパ１３と移動ハウジング９との間に隙間を形成して予圧を所定予圧に保持する。この状態で、予圧が所定予圧に保持されるように外輪７，８が移動してアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与され、回転速度が上昇しても予圧が最大の所定値に維持されて軸受剛性が確保される（定圧予圧）。
【００２０】
定圧予圧が実施されている際には、予圧が所定予圧に保持されるように外輪７，８が移動して主軸２にアキシャル方向の変位が生じる。主軸２の変位は加工面に精度不良等の不具合を起こす虞があるため、本実施形態例の主軸装置では、外輪７，８の移動に応じて、即ち、移動ハウジング９の移動状況を加味して、油室１５に供給される圧油の油圧力を補正するようになっている。
【００２１】
つまり、図１に示すように、移動ハウジング９の移動状況を検出する変位導出手段としての変位検出手段３１が備えられている。また、制御手段１７には、図７に示すように、主軸２の回転速度と初期油圧とから導出される定圧予圧における油圧力を指令する油圧力指令機能３３が備えられると共に、定圧予圧に切り替えられた時の変位検出手段３１の検出情報に基づいて主軸２のアキシャル移動に相当する油圧の補正状態（ピストン１４に加わる油圧力）を演算するアキシャル補正機能３２が備えられている。
【００２２】
そして、定圧予圧に切り替えられた時に変位検出手段３１の検出情報が制御手段１７のアキシャル補正機能３２に入力され、アキシャル補正機能３２で移動ハウジング９の移動に応じた主軸２のアキシャル移動に相当する油圧の補正状態（ピストン１４に加わる油圧力）が演算される。アキシャル補正機能３２で演算された補正状態は油圧力指令機能３３に入力され、設定された定圧予圧における通常の油圧力の指令に対し油圧力指令機能３３で補正状態が加味される。油圧供給手段１６には、主軸２のアキシャル移動に相当する油圧の補正状態が加味されて油圧力の指令が出力され、所定予圧が補正される。
【００２３】
上述した主軸装置では、定圧予圧に切り替えられた時に、移動ハウジング９の移動状況に応じて、即ち、アンギュラ玉軸受３，４の移動による主軸２のアキシャル移動に応じて油圧力が補正されて所定予圧が補正されるので、主軸２のアキシャル移動による加工精度の低下を抑制することが可能になる。
【００２４】
尚、上述した実施形態例では、定位置予圧と定圧予圧とを切り替える主軸装置を例に挙げて説明したが、定圧予圧だけを実施する主軸装置に本願発明を適用することも可能である。
【００２５】
図３に基づいて本発明の第２実施形態例を説明する。図３には本発明の第２実施形態例に係る主軸装置の制御ブロックを示してある。尚、装置構成は、図１に示した装置と同様で、変位検出手段３１が備えられていない構成となっている。そして、制御手段１７では、主軸２の回転速度を検出する回転速度検出手段（図示省略）からの回転速度に基づいて移動ハウジング９の移動状況（外輪８の移動状況）を導出し、導出された移動状況を加味して、油室１５に供給される圧油の油圧力を補正するようになっている。
【００２６】
つまり、制御手段１７には記憶部３４が備えられ、記憶部３４には主軸２の回転速度毎に主軸２の軸方向変位（移動ハウジング９の移動状況）がデータベースとして記憶されている（導出手段）。そして、回転速度の情報が記憶部３４に入力され、入力された回転速度の情報に応じた軸方向変位の情報がアキシャル補正機能３２に送られる。アキシャル補正機能３２では軸方向変位に相当する油圧の補正状態（ピストン１４に加わる油圧力）が演算される。アキシャル補正機能３２で演算された補正状態は第１実施形態例と同様に、油圧力指令機能３３に入力され、油圧力指令機能３３で設定された定圧予圧における通常の油圧力の指令に対し補正状態が加味される。油圧供給手段１６には、主軸２のアキシャル移動に相当する油圧の補正状態が加味されて油圧力の指令が出力され、所定予圧が補正される。
【００２７】
尚、記憶部３４に回転速度毎の主軸２の軸方向変位がデータベース化されて記憶されている例を挙げて説明したが、回転速度と軸受温度、軸受諸元等とにより軸方向変位を算出する機能を適用することも可能である。
【００２８】
上述した主軸装置では、主軸２の変位（移動ハウジング９もしくは外輪８）を直接検出する検出手段を設けることなく、制御機能の追設により、定圧予圧に切り替えられた時に、移動ハウジング９の移動状況に応じて、即ち、アンギュラ玉軸受３，４の移動による主軸２のアキシャル移動に応じて油圧力が補正されて所定予圧が補正されるので、構造を複雑にすることなく主軸２のアキシャル移動による加工精度の低下を抑制することが可能になる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の主軸装置は、内輪が主軸外周に取り付けられるアンギュラ玉軸受と、アンギュラ玉軸受の外輪が取り付けられる移動ハウジングと、移動ハウジングを主軸の軸方向に移動可能に支持する固定ハウジングと、移動ハウジングと固定ハウジングの間に介在される軸方向移動支持部材と、移動ハウジングを押圧して外輪を移動させることによりアンギュラ玉軸受に予圧を付与するピストンと、移動ハウジングの移動状況を導出する変位導出手段と、予圧を所定値に保持してピストンにより移動ハウジングを押圧することで外輪の移動位置を制御してアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施すると共に、変位導出手段で導出された移動ハウジングの移動状況を加味して所定予圧を補正する制御手段とを備えたので、移動ハウジングの移動状況に応じて、即ち、アンギュラ玉軸受の移動による主軸のアキシャル移動に応じて押圧力が補正されて所定予圧が補正され、簡単な構造でアンギュラ玉軸受の外輪の位置を所定位置に保持することができる。この結果、主軸のアキシャル移動による加工精度の低下を抑制することが可能になる。
【００３０】
そして、変位導出手段は、移動ハウジングの移動を検出する変位検出手段であるので、変位の検出を確実に行なうことができる。
【００３１】
また、変位導出手段は、主軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出手段で検出された回転速度に基づいて移動ハウジングの移動状況を導出する導出手段とで構成されているので、移動ハウジングの移動を検出する検出手段が不要になる。
【００３２】
本発明の予圧制御方法は、アンギュラ玉軸受の外輪の移動位置を制御することで予圧を制御する予圧制御方法において、予圧を所定値に保持して移動ハウジングを保持することで外輪の移動位置を制御してアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施すると共に、移動ハウジングの移動状況を加味して所定予圧を補正するようにしたので、アンギュラ玉軸受の移動による主軸のアキシャル移動に応じて移動ハウジングの保持力が補正されて所定予圧が補正され、簡単な構造でアンギュラ玉軸受の外輪の位置を所定位置に保持することができる。この結果、主軸のアキシャル移動による加工精度の低下を抑制することが可能になる。
ことを特徴とする。
【００３３】
そして、変位検出手段により移動ハウジングの移動を検出するようにしたので、変位の検出を確実に行なうことができる。
【００３４】
また、回転速度検出手段により主軸の回転速度を検出し、回転速度検出手段で検出された回転速度に基づいて移動ハウジングの移動状況を導出するようにしたので、移動ハウジングの移動を検出する検出手段が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る主軸装置の断面図。
【図２】制御ブロック図。
【図３】本発明の第２実施形態例に係る主軸装置の制御ブロック図。
【符号の説明】
１　固定ハウジング
２　主軸
３，４　アンギュラ玉軸受
５，６内輪
７，８　外輪
９　移動ハウジング
１０　ボールブッシュ
１１　保持器
１２　ボール
１３　ストッパ
１４　ピストン
１５　油室
１６　油圧供給手段
１７　制御手段
３１　変位検出手段
３２　アキシャル補正機能
３３　油圧力指令機能
３４　記憶部
【図１】
2004034223.tif 000003
【図２】
2004034223.tif 000004
【図３】
2004034223.tif 000005