主軸裝置的制造方法
【專利摘要】在內(nèi)嵌有自由側(cè)軸承的軸承套筒(16)的外周面與后軸承座(33)的內(nèi)周面之間，形成有冷卻介質(zhì)能夠流動的冷卻路徑(40)。冷卻路徑(40)形成在軸承套筒(16)的外周面，包括：第1環(huán)狀槽(41A)，其配置在套筒的軸向一端側(cè)；第2環(huán)狀槽(41B)，其配置在軸向另一端側(cè)；以及一條螺旋狀的螺旋槽(47)，其一端部與第1環(huán)狀槽連通，另一端部與第2環(huán)狀槽連通，冷卻介質(zhì)被供給到第1環(huán)狀槽，在冷卻路徑中流動的冷卻介質(zhì)被從第2環(huán)狀槽排出。
【專利說明】
主軸裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及主軸裝置，更詳細(xì)而言，涉及工作母機(jī)主軸、高速馬達(dá)、離心分離機(jī)、或者渦輪冷凍機(jī)等高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主軸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]工作母機(jī)主軸的高速化得到顯著的發(fā)展，作為用于使主軸能夠高速化的潤滑方法，采用油氣潤滑、油霧沫潤滑。另外，作為其他潤滑方法，從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)而言，還重新研究了不會將潤滑油排出到外部的潤滑脂潤滑，并與使用了在高速旋轉(zhuǎn)下耐燒傷性優(yōu)異的輕量的陶瓷滾動體(例如氮化硅等)的滾動軸承一起被采用。
[0003]另外，作為高速旋轉(zhuǎn)主軸的驅(qū)動方法，與齒輪驅(qū)動、帶驅(qū)動、或者基于聯(lián)軸器的直聯(lián)驅(qū)動相比，在主軸內(nèi)內(nèi)置有馬達(dá)的、所謂的馬達(dá)內(nèi)置主軸占據(jù)大部分。
[0004]在這樣的構(gòu)成的高速主軸中，除了來自支承主軸的滾動軸承的發(fā)熱以外，來自內(nèi)置的馬達(dá)(定子及轉(zhuǎn)子)的發(fā)熱也較大。在工作母機(jī)主軸的情況下，當(dāng)主軸的溫度上升較高時，會產(chǎn)生熱變形而加工精度下降。因此，為了抑制主軸的溫度上升，采用了對主軸外筒即軸殼從外部流過冷卻油的手段。熱膨脹所導(dǎo)致的主軸的變形是以成為固定側(cè)的前側(cè)軸承為原點(diǎn)而在軸向發(fā)生的，因此，很多情況下，對固定側(cè)即前側(cè)軸承及馬達(dá)的定子的外周部進(jìn)行冷卻。
[0005]例如，作為對來自前側(cè)軸承的發(fā)熱進(jìn)行抑制的以往的冷卻裝置100，如圖11所示，在內(nèi)嵌有對主軸101的前側(cè)進(jìn)行支承的一對前側(cè)軸承102、103的前軸承座104的外周面設(shè)置圓周方向槽105。而且，使冷卻介質(zhì)在前軸承座104的外周面與其他殼體106的內(nèi)周面之間循環(huán)而冷卻前側(cè)軸承102、103。
[0006]另外，在專利文獻(xiàn)I中公開了如下工作母機(jī)中的主軸冷卻裝置:在配置于前側(cè)軸承與后側(cè)軸承之間的內(nèi)圈隔圈上設(shè)置冷卻介質(zhì)路徑，利用從栗等加壓輸送的冷卻介質(zhì)來冷卻內(nèi)圈隔圈。
[0007]另一方面，成為自由側(cè)軸承的后側(cè)軸承與前側(cè)軸承相比較，很多情況下使用尺寸稍微小的軸承(例如，在軸承內(nèi)徑尺寸的方面，比固定側(cè)軸承小Φ 1?Φ 30mm左右的尺寸)。因此，軸承的dmn值較小，相應(yīng)地，溫度上升較少。另外，后側(cè)軸承由于是自由側(cè)、及主軸后部的熱變形對加工精度帶來的影響度與前側(cè)軸承相比較小(例如，即使旋轉(zhuǎn)軸相對于非旋轉(zhuǎn)零件在軸向相對膨脹，主軸后側(cè)也會向后方滑動移動，難以體現(xiàn)在安裝刀具的主軸前側(cè)的變位中)等理由，很多情況下，在后側(cè)軸承上不會附加構(gòu)造復(fù)雜的冷卻構(gòu)造。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本國實(shí)開平4一 133555號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明欲解決的問題
[0012]不過，最近的高速主軸增加了所使用的軸承的dmn值為100萬以上、或者超過150萬、進(jìn)而200萬以上的類型，與此同時，后側(cè)軸承的dmn值也增加，發(fā)熱變大。當(dāng)后側(cè)軸承的發(fā)熱較大時，由于軸承的內(nèi)部溫度的上升，因此，潤滑油粘度會下降，有可能會因在滾動接觸部等處的油膜形成不良而發(fā)生燒傷。
[0013]因此，在圖12所示的冷卻裝置110中，考慮了將周邊構(gòu)造簡化，并將后側(cè)軸承冷卻。在此情況下，將內(nèi)嵌有對主軸1I的后側(cè)進(jìn)行支承的一對自由側(cè)軸承112、113的套筒114內(nèi)嵌于后軸承座115，在該后軸承座115的外周面設(shè)置圓周方向槽116。而且，使冷卻介質(zhì)在后軸承座115的外周面與其他殼體117的內(nèi)周面之間循環(huán)，冷卻自由側(cè)軸承112、113。
[0014]但是，在圖12所示的構(gòu)造中，冷卻部配置在從發(fā)熱部(軸承112、113)向徑向離開的位置，另外，以間隙配合嵌合的套筒114與后軸承座115之間的熱傳遞效率較低，因此，存在冷卻效率較低這種問題。因此，有可能雖然后軸承座被冷卻，但套筒未被高效率地冷卻，且后軸承座與套筒之間的間隙變小而發(fā)生滑動不良。因此，有可能在前側(cè)軸承(固定側(cè)軸承)與后側(cè)軸承(自由側(cè)軸承)間產(chǎn)生熱膨脹所導(dǎo)致的頂壓載荷，在軸承上負(fù)荷過大載荷而軸承發(fā)生損傷?；蛘撸l(fā)生預(yù)緊變化而成為發(fā)生異常噪音、異常振動的主要原因。
[0015]本發(fā)明是鑒于上述的問題而完成的，其目的在于提供一種主軸裝置，高效率地抑制來自后側(cè)軸承的發(fā)熱所導(dǎo)致的溫度上升，能夠?qū)崿F(xiàn)后側(cè)軸承的壽命延長、即主軸裝置的壽命延長，并且提高加工精度。
[0016]用于解決問題的方案
[0017](I)一種主軸裝置，具有:
[0018]殼體；
[0019]旋轉(zhuǎn)軸，其相對于該殼體相對旋轉(zhuǎn)自如；
[0020]固定側(cè)軸承，其內(nèi)圈外嵌于所述旋轉(zhuǎn)軸的一端側(cè)，外圈固定于所述殼體；
[0021]套筒，其在所述旋轉(zhuǎn)軸的另一端側(cè)配置在所述殼體內(nèi)，能夠在所述旋轉(zhuǎn)軸的軸向移動；以及
[0022]自由側(cè)軸承，其內(nèi)圈外嵌于所述旋轉(zhuǎn)軸的另一端側(cè)，外圈內(nèi)嵌于所述套筒，
[0023]所述主軸裝置的特征在于，
[0024]在相互對置的所述套筒的外周面與所述殼體的內(nèi)周面之間，形成有冷卻介質(zhì)能夠流動的冷卻路徑，
[0025]所述冷卻路徑形成在所述套筒的外周面或所述殼體的內(nèi)周面，包括:第I環(huán)狀槽，其配置在所述套筒的軸向一端側(cè);第2環(huán)狀槽，其配置在所述套筒的軸向另一端側(cè)，以及一條螺旋狀的螺旋槽，其一端部與所述第I環(huán)狀槽連通，另一端部與所述第2環(huán)狀槽連通，
[0026]所述冷卻介質(zhì)被供給到所述第I環(huán)狀槽，在所述冷卻路徑中流動的所述冷卻介質(zhì)被從所述第2環(huán)狀槽排出。
[0027](2)如(I)所述的主軸裝置，其特征在于，
[0028]在所述冷卻路徑的軸向兩側(cè)，配置有將所述套筒的外周面與所述殼體的內(nèi)周面之間液密地密封的環(huán)狀的彈性部件。
[0029](3)如(I)或(2)所述的主軸裝置，其特征在于，
[0030]在所述套筒的與所述殼體的內(nèi)周面相面對的外周面的兩端緣部、或所述殼體的內(nèi)周面的兩端緣部形成有倒角部。
[0031](4)如(I)?(3)中的任一項(xiàng)所述的主軸裝置，其特征在于，
[0032]所述第I環(huán)狀槽、所述第2環(huán)狀槽、所述螺旋槽的至少任一個槽的側(cè)壁面相對于與所述軸向正交的方向傾斜地形成。
[0033]發(fā)明效果
[0034]根據(jù)本發(fā)明的主軸裝置，在相互對置的套筒的外周面與殼體的內(nèi)周面之間，形成有冷卻介質(zhì)能夠流動的冷卻路徑。冷卻路徑形成在套筒的外周面或殼體的內(nèi)周面，包括:第I環(huán)狀槽，其配置在套筒的軸向一端側(cè);第2環(huán)狀槽，其配置在套筒的軸向另一端側(cè)；以及一條螺旋狀的螺旋槽，其一端部與第I環(huán)狀槽連通，另一端部與第2環(huán)狀槽連通。由此，能夠?qū)?nèi)嵌有軸承的套筒直接冷卻，能夠?qū)⒆杂蓚?cè)軸承高效率地冷卻。另外，由于軸承的內(nèi)部溫度下降，從而難以產(chǎn)生因在旋轉(zhuǎn)中的滾動接觸部、保持架引導(dǎo)表面等處的粘度下降而導(dǎo)致的潤滑油膜斷裂，防止?jié)櫥涣妓鶎?dǎo)致的壽命下降、軸承的燒傷。而且，將殼體和套筒這兩部件同時冷卻，因此，兩部件的半徑方向收縮量均一，滑動部的間隙(殼體與套筒的間隙)不會窘迫，能夠防止間隙不足所導(dǎo)致的滑動不良的發(fā)生。并且，冷卻路徑內(nèi)的冷卻介質(zhì)的流動順暢，通過將套筒整體均勻地冷卻，從而不會產(chǎn)生冷卻所導(dǎo)致的變形畸變。其結(jié)果是，也不會發(fā)生內(nèi)嵌的軸承的畸變，以較高的精度維持主軸的旋轉(zhuǎn)精度，主軸的加工精度良好。
【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明的主軸裝置的第I實(shí)施方式的剖視圖。
[0036]圖2是圖1所示的自由側(cè)軸承附近的放大剖視圖。
[0037]圖3是用于說明環(huán)狀槽的、與示出套筒的外周面的圖2對應(yīng)的局部剖視圖。
[0038]圖4是環(huán)狀槽的剖視圖。
[0039]圖5A是作為變形例的環(huán)狀槽的剖視圖。
[0040]圖5B是作為變形例的環(huán)狀槽的剖視圖。
[0041 ]圖5C是作為變形例的環(huán)狀槽的剖視圖。
[0042]圖6是在外周面兩端緣部形成有倒角部的套筒的局部剖切側(cè)視圖。
[0043]圖7是在環(huán)狀槽的臺肩部形成有倒角部的套筒的局部剖切側(cè)視圖。
[0044]圖8是本發(fā)明的主軸裝置的第2實(shí)施方式的自由側(cè)軸承附近的放大剖視圖。
[0045]圖9是用于說明環(huán)狀槽的、與示出套筒的外周面的圖8對應(yīng)的局部剖視圖。
[0046]圖10是將自由側(cè)軸承的冷卻構(gòu)造的不同所導(dǎo)致的溫度上升進(jìn)行比較而示出的圖表。
[0047]圖11是示出以往的固定側(cè)軸承的構(gòu)造的剖視圖。
[0048]圖12是示出以往的自由側(cè)軸承的構(gòu)造的剖視圖。
[0049]附圖標(biāo)記說明
[0050]10主軸裝置
[0051]11 殼體
[0052]12旋轉(zhuǎn)軸
[0053]13固定側(cè)軸承
[0054]14自由側(cè)軸承
[0055]16軸承套筒(套筒)
[0056]16b套筒的外周面
[0057]18,23 外圈
[0058]19、24 內(nèi)圈
[0059]28、30、40、49 冷卻路徑
[0060]31殼體主體[0061 ]32前軸承座
[0062]33后軸承座(殼體)
[0063]33a殼體的內(nèi)周面
[0064]41A、41C 第I環(huán)狀槽
[0065]41B、41D 第2環(huán)狀槽
[0066]Al Al K 螺旋槽
[0067]43倒角部
[0068]45 O形環(huán)(彈性部件)
[0069]51 供給口
[0070]52 排出口
【具體實(shí)施方式】
[0071]以下，基于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的主軸裝置的各實(shí)施方式。
[0072](第丨實(shí)施方式)
[0073]首先，參照圖1來說明本發(fā)明的第I實(shí)施方式的主軸裝置的整體構(gòu)成。
[0074]主軸裝置10包括:殼體11;旋轉(zhuǎn)軸12，其在一端(圖中左側(cè))安裝未圖示的工具，相對于殼體相對旋轉(zhuǎn)自如;一對固定側(cè)軸承(在本實(shí)施方式中，是角接觸球軸承)13、13，其配置在旋轉(zhuǎn)軸12的前端側(cè)(圖中左側(cè))；一對自由側(cè)軸承(在本實(shí)施方式中，是角接觸球軸承)
14、14，其配置在旋轉(zhuǎn)軸12的后端側(cè)(圖中右側(cè))；以及套筒15，其內(nèi)插于殼體11并能夠在軸向滑動移動。
[0075]殼體11具有:大致圓筒形狀的殼體主體31;前軸承座32，其嵌合固定在殼體主體31的前端側(cè)；以及后軸承座33，其嵌合固定在殼體主體31的后端側(cè)。在前軸承座32的前端連結(jié)固定有前蓋34，在后軸承座33的后端連結(jié)固定有后蓋36。
[0076]在內(nèi)嵌于殼體主體31的內(nèi)周面31a的套筒29上固定有內(nèi)置馬達(dá)37的定子38。另外，在旋轉(zhuǎn)軸12的軸向中間部與定子38對置地固定有轉(zhuǎn)子39，利用定子38所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場來提供旋轉(zhuǎn)力而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸12。在套筒29的外周面形成有圓環(huán)狀的多個槽29a，通過內(nèi)嵌于殼體主體31從而在與內(nèi)周面31a之間形成冷卻路徑28。
[0077]固定側(cè)軸承13、13的外圈18、18內(nèi)嵌于前軸承座32，內(nèi)圈19、19外嵌于旋轉(zhuǎn)軸12，將旋轉(zhuǎn)軸12前端側(cè)旋轉(zhuǎn)自如地支承。固定側(cè)軸承13、13的外圈18、18隔著外圈隔圈20被前軸承座32的臺階部32a和前蓋34夾持，在軸向被定位于前軸承座32。內(nèi)圈19、19隔著內(nèi)圈隔圈21被旋轉(zhuǎn)軸12的前側(cè)臺階部12a和擰合于旋轉(zhuǎn)軸12的螺母22夾持，在軸向被定位于旋轉(zhuǎn)軸12。在前軸承座32的外周面形成有圓環(huán)狀的多個槽32b，通過內(nèi)嵌于殼體主體31，從而在與殼體主體31的內(nèi)周面31b之間形成冷卻路徑30。
[0078]在后軸承座33的內(nèi)周面33a嵌合有能夠在軸向移動的大致圓筒形狀的軸承套筒16。另外，在軸承套筒16的工具安裝側(cè)的相反側(cè)的端面，利用未圖示的螺釘安裝有從軸承套筒16的外周面向徑向外側(cè)延伸的外圈壓塊17。此外，軸承套筒16和外圈壓塊17構(gòu)成套筒15。
[0079]在后軸承座33上，形成有在其工具安裝側(cè)的相反側(cè)的端面(圖中右側(cè)面)開口的多個彈簧室55，與從軸承套筒16向徑向外側(cè)延伸的外圈壓塊17的凸緣部分的工具安裝側(cè)端面對置。螺旋彈簧56被收容在彈簧室55中并被夾裝在外圈壓塊17的凸緣部分與彈簧室55之間。螺旋彈簧56對套筒15付與軸向(圖中右方向)的彈性力，由此，對固定側(cè)軸承13、13及自由側(cè)軸承14、14付與定壓預(yù)緊。
[0080]自由側(cè)軸承14、14的外圈23、23內(nèi)嵌于軸承套筒16，內(nèi)圈24、24外嵌于旋轉(zhuǎn)軸12，將旋轉(zhuǎn)軸12的后端偵.轉(zhuǎn)自如地支承。自由偵_承14、14的外圈23、23隔著外圈隔圈25被軸承套筒16的臺階部16a和外圈壓塊17的圓環(huán)狀凸部17a夾持而在軸向被定位于軸承套筒16。內(nèi)圈24、24隔著內(nèi)圈隔圈26被旋轉(zhuǎn)軸12的后側(cè)臺階部12b和擰合于旋轉(zhuǎn)軸12的螺母27夾持而在軸向被定位于旋轉(zhuǎn)軸12。
[0081]如圖2及圖3所示，在軸承套筒16的外周面16b設(shè)置有:第I環(huán)狀槽41A，其形成在套筒15的軸向一端側(cè);第2環(huán)狀槽41B，其形成在套筒15的軸向另一端側(cè)；以及一條螺旋狀的螺旋槽47，其一端部與第I環(huán)狀槽41A連通，另一端部與第2環(huán)狀槽41B連通。通過將軸承套筒16嵌合于后軸承座33的內(nèi)周面33a，從而第I環(huán)狀槽41A、第2環(huán)狀槽41B、及螺旋槽47在相互對置的軸承套筒16的外周面與后軸承座33的內(nèi)周面33a之間形成冷卻路徑40。在該冷卻路徑40中流動冷卻油等冷卻介質(zhì)。
[0082]另外，供給圖1所示的冷卻路徑40的冷卻介質(zhì)的供給路徑57的供給口51以朝向位于最靠內(nèi)置馬達(dá)37側(cè)的第I環(huán)狀槽41A開口的方式形成，排出冷卻介質(zhì)的排出路徑58的排出口52以朝向離開內(nèi)置馬達(dá)37最遠(yuǎn)的第2環(huán)狀槽41B的方式開口，以與供給口51錯開180°的位相設(shè)置。而且，從未圖示的栗加壓輸送的冷卻介質(zhì)被從供給口 51供給并在冷卻路徑40內(nèi)流動，將冷卻路徑40周圍冷卻后，從排出口 52排出。通過將冷卻介質(zhì)從接近內(nèi)置馬達(dá)37的第I環(huán)狀槽41A供給，從而能夠利用更低溫的冷卻介質(zhì)來冷卻發(fā)生熱量較大的、即溫度容易變高的部分，能夠高效率地進(jìn)行冷卻。另外，通過將供給口 51與排出口 52在圓周方向使相位錯開180°地配置，從而冷卻路徑40成為對稱配置，能夠均勻地進(jìn)行冷卻。此外，供給口 51與排出口 52的位相差能夠根據(jù)周邊零件的配置而任意地變更，例如，也可以是相同位相。
[0083]另外，在軸承套筒16的外周面16b，在比冷卻路徑40靠軸向外側(cè)的位置形成有一對環(huán)狀凹槽44。在環(huán)狀凹槽44中安裝有作為彈性部件的O形環(huán)45，將后軸承座33的內(nèi)周面33a與軸承套筒16的嵌合部密封。優(yōu)選O形環(huán)45的壓縮量為0.1mm?2.0mm的范圍，為了使得軸承套筒16的滑動不良更容易消除，優(yōu)選為0.2mm?0.5mm的范圍。另外，軸承套筒16與后軸承座33的配合間隙優(yōu)選為直徑尺寸的差、即以后軸承座33的內(nèi)徑一軸承套筒16的外徑示出的尺寸為5μπι?ΙΟΟμπι的范圍，為了使得容易消除因間隙不足、軸承套筒16的傾斜而導(dǎo)致的滑動不良，優(yōu)選為15μηι?50μηι的范圍。
[0084]作為O形環(huán)45的材料，除了一般的丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠等之外，根據(jù)需要而選定具有與馬達(dá)內(nèi)置主軸的發(fā)熱對應(yīng)的耐熱性的硅橡膠、各種彈性體、或者具有與冷卻介質(zhì)對應(yīng)的耐溶脹性.耐油性的氟橡膠等。此外，本實(shí)施方式的軸承套筒16與后軸承座33的滑動量是使加工載荷所導(dǎo)致的變形、主軸的軸向的熱膨脹釋放程度的變位，因此，為±0.5_以下，最大為± Imm以下。因此，優(yōu)選選定:看起來像安裝于可動缸部的活塞環(huán)那樣的大小，且快速沖擊所導(dǎo)致的滑動磨損所導(dǎo)致的密封性下降的問題較小、時效變化(熱、初始的過盈嵌合)所導(dǎo)致的耐蠕變特性優(yōu)異的材料。
[0085]如圖1所示，在主軸裝置10包括冷卻固定側(cè)軸承13、13的冷卻路徑30、冷卻內(nèi)置馬達(dá)37的定子38的冷卻路徑28、及冷卻自由側(cè)軸承14、14的冷卻路徑40這多個冷卻路徑的情況下，作為自由側(cè)軸承14、14的最合適的冷卻，優(yōu)選的是，冷卻裝置(未圖示)也以與其他冷卻路徑28、30獨(dú)立的系統(tǒng)設(shè)置，并為了冷卻路徑40用而獨(dú)立地配置。由此，能夠不受其他冷卻路徑28、30的狀況影響來進(jìn)行冷卻介質(zhì)的溫度調(diào)整。
[0086]但是，在實(shí)用上困難的情況下，也可以不使冷卻裝置獨(dú)立，而僅使冷卻路徑40獨(dú)立。在此情況下，通過在通向冷卻路徑40的供給側(cè)配管的某處設(shè)置節(jié)流閥，控制冷卻介質(zhì)的供給量，從而能夠調(diào)整最合適的冷卻條件。
[0087]此外，在采用I條路徑冷卻構(gòu)成的情況下，如果采用在先使冷卻介質(zhì)通過對發(fā)熱量有較大的傾向的定子38進(jìn)行冷卻的冷卻路徑28后，循環(huán)到對自由側(cè)軸承14、14進(jìn)行冷卻的冷卻路徑40這樣的路徑構(gòu)成，則將主軸裝置10整體的溫度更有效率地降低。另外，在想要將自由側(cè)軸承14、14的溫度更有效率地冷卻的情況下，采用與上述相反的路徑構(gòu)成，使更低溫的冷卻介質(zhì)先循環(huán)到冷卻路徑40即可，能夠根據(jù)需要來選擇。
[0088]如以上說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的主軸裝置10，在軸承套筒16的外周面16b與后軸承座33的內(nèi)周面33a之間，形成有冷卻介質(zhì)能夠流動的冷卻路徑40。冷卻路徑40形成在軸承套筒16的外周面16b，包括:第I環(huán)狀槽41A，其形成在軸承套筒16的軸向一端側(cè);第2環(huán)狀槽4IB，其形成在軸承套筒16的軸向另一端側(cè)；以及一條螺旋狀的螺旋槽47，其一端部(槽始端側(cè)的端部)與第I環(huán)狀槽41A連通，另一端部(槽終端側(cè)的端部)與第2環(huán)狀槽41B連通。因此，能夠?qū)?nèi)嵌自由側(cè)軸承14、14的軸承套筒16直接冷卻，能夠?qū)⒆杂蓚?cè)軸承14、14有效率地冷卻。
[0089]另外，通過對冷卻路徑40使用螺旋狀的螺旋槽47，從而冷卻介質(zhì)沿著螺旋槽在朝向排出側(cè)的一個方向順暢地流動，熱冷卻效率提高。軸承套筒16具有沿著圓周方向形成的第I環(huán)狀槽41A、第2環(huán)狀槽41B。是經(jīng)由這些第I環(huán)狀槽41A、第2環(huán)狀槽41B來將冷卻介質(zhì)供給到螺旋槽47或從螺旋槽47排出的構(gòu)造。因此，不需要使后軸承座33的供給口 51與螺旋槽47的一端部、及排出口 52與螺旋槽47的另一端部的圓周位相對齊。由此，主軸裝置的構(gòu)造設(shè)計(jì)、組裝作業(yè)變得容易。
[0090]上述的軸承套筒16的螺旋槽47的加工如下:首先，從套筒軸向的任意一方的端部附近，將銑刀工具沿套筒半徑方向進(jìn)刀來挖掘槽。然后，在維持進(jìn)刀的同時呈螺旋狀進(jìn)給銑刀工具，加工螺旋槽。然后，當(dāng)?shù)竭_(dá)套筒軸向的任意另一方的端部附近時，停止進(jìn)給，抬起銑刀工具，從而完成槽。
[0091]通常，對圓筒形狀部件的螺旋槽的加工迄今為止是非常困難的，難以提高加工精度。存在加工成本也高的不利。但是，近年來，多軸加工機(jī)、復(fù)合加工機(jī)開始被廣泛使用，本構(gòu)成的螺旋槽47變得能夠容易且以高精度而且低成本加工。
[0092]利用上述冷卻路徑40，自由側(cè)軸承14、14的內(nèi)部溫度降低，難以發(fā)生因在旋轉(zhuǎn)中的滾動接觸部、保持架引導(dǎo)表面等處的粘度下降而導(dǎo)致的潤滑油膜斷裂，防止?jié)櫥涣妓鶎?dǎo)致的壽命下降、自由側(cè)軸承14、14的燒傷。
[0093]另外，由于將后軸承座33和軸承套筒16這兩部件同時冷卻，因此，兩部件的半徑方向收縮量均一，滑動部的間隙(后軸承座33與軸承套筒16的間隙)不會窘迫，能夠防止間隙不足所導(dǎo)致的滑動不良的發(fā)生。并且，第I環(huán)狀槽41A、第2環(huán)狀槽41B、螺旋槽47的各槽內(nèi)的冷卻介質(zhì)的流動順暢，將軸承套筒16整體均勻地冷卻，從而不會產(chǎn)生冷卻所導(dǎo)致的變形畸變。其結(jié)果是，也不會產(chǎn)生內(nèi)嵌的自由側(cè)軸承14、14的畸變，旋轉(zhuǎn)軸12的旋轉(zhuǎn)精度維持在較高的精度，主軸裝置1的加工精度良好。
[0094]另外，滑動部始終循環(huán)冷卻油，因此，摩擦系數(shù)也較小，還具有進(jìn)一步提高滑動性的效果。也存在如下方法:在滑動部配置滾珠引導(dǎo)件(滾珠襯套)等，利用滾動作用來使滑動性良好。但是，由于剛性下降，因此，會產(chǎn)生振動的發(fā)生、主軸的固有振動數(shù)的下降等不良。另一方面，當(dāng)為了提高剛性而加大預(yù)緊間隙(即軸承座內(nèi)徑、滾珠、套筒外徑間的徑向間隙)時，反而會產(chǎn)生如下問題:與基于滑行的滑動相比，滑動性變差。
[0095]另外，即使在由于有時在重切削加工中等發(fā)生的顫動振動等而在后軸承座33與軸承套筒16間產(chǎn)生了初期的微振磨損粉的情況下，也由于冷卻介質(zhì)會將微磨損粉運(yùn)出到外部，因此，能夠抑制磨損粉成為助劑而微振進(jìn)一步進(jìn)展。
[0096]另外，供給冷卻介質(zhì)的供給口51朝向位于軸向一端側(cè)的第I環(huán)狀槽41A開口，排出冷卻介質(zhì)的排出口52朝向位于軸向另一端側(cè)的第2環(huán)狀槽41B開口，因此，第I環(huán)狀槽41A、第2環(huán)狀槽41B、螺旋槽47這些各槽內(nèi)的冷卻介質(zhì)的流動順暢，能夠?qū)⑤S承套筒16整體均勻地冷卻。由此，維持較高的旋轉(zhuǎn)精度。
[0097]并且，在冷卻路徑40的軸向兩側(cè)配置有將軸承套筒16的外周面16b與后軸承座33的內(nèi)周面33a之間液密地密封的O形環(huán)45，因此，防止冷卻介質(zhì)的泄漏，并且，利用O形環(huán)45的彈性使主軸裝置10的衰減特性提高，特別有助于給難切削材料的加工特性帶來影響的動剛性提高。另外，還加上流過滑動部的冷卻介質(zhì)的阻尼效應(yīng)所帶來的衰減作用。
[0098]此外，在上述實(shí)施方式中，如圖4所示，螺旋槽47(第I環(huán)狀槽41A、第2環(huán)狀槽41B也同樣)利用底面47a和側(cè)壁面47b形成矩形的截面形狀。該矩形截面形狀的螺旋槽47的槽寬B及深度T的大小能夠適當(dāng)選擇。
[0099]當(dāng)B>T時，螺旋槽47的半徑方向深度較淺，因此，確保軸承套筒16的徑向厚度，能夠增大套筒剛性。這樣的形狀應(yīng)用于重視套筒的加工精度提高的情況、提高主軸的剛性的情況等。另外，當(dāng)B<T時，螺旋槽47的半徑方向深度較深，因此，螺旋槽47形成在軸承的近處，能夠?qū)⑤S承附近更高效率地冷卻。其結(jié)果是，能夠提高主軸的冷卻效率。這樣的形狀應(yīng)用于重視主軸的冷卻特性提高的情況。當(dāng)B = T時，能夠使上述的效果平衡性良好地并存。
[0100]另外，螺旋槽47(第I環(huán)狀槽41A，第2環(huán)狀槽41B也同樣)的截面形狀除了是矩形以外也能夠是圖5A?圖5C所示的各種形狀。例如，如圖5A及圖5B所示，螺旋槽47的側(cè)壁面47b也可以相對于與軸向正交的方向、即半徑方向傾斜地形成。
[0101 ]具體而言，圖5A所示的軸承套筒16的螺旋槽47為槽寬B從螺旋槽47的底面47a向軸承套筒16的外周面16b而逐漸變大的梯形槽。即，在梯形狀的螺旋槽47中，螺旋槽47的截面形狀的底面47a與側(cè)壁面47b所成的角度為鈍角(Θ1)，因此，不會與后軸承座33的內(nèi)周面33a干涉，滑動性提高。另外，圖5B所示的軸承套筒16的螺旋槽47為槽寬B從螺旋槽47的底面47a向軸承套筒16的外周面16b而逐漸變小的、所謂的燕尾槽。即，在燕尾槽的螺旋槽47中，螺旋槽47的截面形狀的底面47a與側(cè)壁面47b所成的角度為銳角(Θ2)，因此，接近發(fā)熱源即自由側(cè)軸承14、14的部分的表面積較大，能夠?qū)⒆杂蓚?cè)軸承14、14的熱有效率地傳遞到冷卻介質(zhì)，冷卻性能提尚。
[0102]另外，圖5C所示的軸承套筒16的螺旋槽47是曲率半徑R的截面半圓形，因此，能夠用圓形狀的車刀來加工，在加工時車刀的磨損較少，能夠提高加工性。
[0103]另外，也可以在軸承套筒16的與后軸承座33的內(nèi)周面33a對置的外周面16b的兩端緣部，如圖6所示，形成倒角部43。倒角部43相對于的外周面16b的角度Θ3為3°?45°，更有選的是3°?30°。由此，即使軸承套筒16在后軸承座33內(nèi)傾斜，也防止與后軸承座33的內(nèi)周面33a的干涉，確?；瑒有?。
[0104]另外，如圖7所示，如果除了軸承套筒16的兩端緣部的倒角部43之外，還在螺旋槽47(第I環(huán)狀槽41A，第2環(huán)狀槽41B也同樣)的側(cè)壁的頂部(臺肩部)形成有倒角部46，則進(jìn)一步防止與后軸承座33的內(nèi)周面33a的干涉，維持滑動性。螺旋槽47的臺肩部的倒角角度Θ4為3°?45°，更優(yōu)選為3?30°。
[0105](第2實(shí)施方式)
[0106]接下來，參照圖8及圖9，說明主軸裝置的第2實(shí)施方式。此外，本實(shí)施方式的主軸裝置除了在后軸承座的內(nèi)周面設(shè)置有環(huán)狀槽以外，與第I實(shí)施方式同樣，因此，對于與第I實(shí)施方式相同或等同部分，在附圖中標(biāo)注同一附圖標(biāo)記而省略或者簡化其說明。另外，僅圖示自由側(cè)軸承附近來說明。
[0107]如圖8及圖9所示，在后軸承座33的內(nèi)周面33a設(shè)置有:第I環(huán)狀槽41C，其形成在軸承套筒16的軸向一端側(cè);第2環(huán)狀槽41D，其形成在軸承套筒16的軸向另一端側(cè)；以及一條螺旋狀的螺旋槽47A，其一端部與第I環(huán)狀槽41C連通，另一端部與第2環(huán)狀槽41D連通。通過將軸承套筒16嵌合到后軸承座33的內(nèi)周面33a，從而第I環(huán)狀槽41C、第2環(huán)狀槽41D、螺旋槽47A在與軸承套筒16的外周面16b之間形成冷卻介質(zhì)流動的冷卻路徑49。
[0108]另外，在后軸承座33的內(nèi)周面33a，在比冷卻路徑49靠軸向外側(cè)的位置形成有一對環(huán)狀凹槽50。在環(huán)狀凹槽50中裝有為彈性部件的O形環(huán)45，將后軸承座33的內(nèi)周面33a與軸承套筒16的嵌合部密封。
[0109]因此，在本實(shí)施方式的主軸裝置10中，也在軸承套筒16的外周面16b與后軸承座33的內(nèi)周面33a之間形成有冷卻介質(zhì)能夠流動的冷卻路徑49。冷卻路徑49形成在后軸承座33的內(nèi)周面33a，包括:第I環(huán)狀槽41C，其配置在軸承套筒16的軸向一端側(cè);第2環(huán)狀槽41D，其配置在軸承套筒16的軸向另一端側(cè)；以及一條螺旋狀的螺旋槽47A，其一端部與第I環(huán)狀槽41C連通，另一端部與第2環(huán)狀槽41D連通。因此，能夠得到與上述第I實(shí)施方式同樣的效果。
[0110]其他構(gòu)成及作用效果也與上述第I實(shí)施方式同樣。
[0111]此外，在本實(shí)施方式中，螺旋槽47A、第I環(huán)狀槽41C、第2環(huán)狀槽41D的各截面形狀、后軸承座33的內(nèi)周面33a的兩端緣部的形狀能夠與第I實(shí)施方式的螺旋槽47、第I環(huán)狀槽41A，第2環(huán)狀槽41B的截面形狀、軸承套筒16的外周面16b的兩端緣部的形狀同樣地應(yīng)用。
[0112]S卩，也可以在后軸承座33的內(nèi)周面33a的兩端緣部形成有倒角部，另外，螺旋槽47的側(cè)壁面也可以相對于與軸向正交的方向傾斜地形成。
[0113]此外，本發(fā)明不限定于上述的各實(shí)施方式，能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行變形、改良等。
[0114]例如，螺旋槽的軸向槽寬可以是相同的寬度，也可以是不同的寬度。螺旋狀的軸向螺距也能夠任意地設(shè)定。此外，在本構(gòu)成中，將馬達(dá)側(cè)作為冷卻介質(zhì)的供給側(cè)，將主軸端部側(cè)作為冷卻介質(zhì)的排出側(cè)，但是，不限于此。
[0115]另外，在上述實(shí)施方式中，說明了在固定側(cè)軸承與自由側(cè)軸承間利用定壓預(yù)緊而付與有預(yù)緊的主軸裝置，但是，不限定于此，也能夠應(yīng)用于在固定側(cè)軸承與自由側(cè)軸承是分別進(jìn)行了固定位置預(yù)緊的主軸裝置，得到同樣的效果。因此，作為自由側(cè)軸承，不限定于角接觸球軸承，也能夠應(yīng)用圓柱滾子軸承等其他滾動軸承。
[0116]實(shí)施例
[0117]此處，使用設(shè)置有在軸承套筒16的外周面具有螺旋槽的冷卻路徑的本發(fā)明(第I實(shí)施方式)的冷卻構(gòu)造、在后軸承座的外周面設(shè)置有冷卻路徑的圖12所示的冷卻構(gòu)造、以及在軸承套筒上和后軸承座上都未設(shè)置冷卻路徑的無冷卻的構(gòu)造，比較了從軸承套筒內(nèi)徑到殼體外徑的溫度上升值。圖10是比較因冷卻構(gòu)造的不同而導(dǎo)致的從軸承套筒內(nèi)徑到殼體外徑的溫度上升值的圖表。
[0118]從圖10顯而易見，關(guān)于各冷卻構(gòu)造所導(dǎo)致的溫度上升，設(shè)置有在軸承套筒16的外周面具有螺旋槽的冷卻路徑40的本發(fā)明的冷卻構(gòu)造的溫度上升值最小，高效率地冷卻了主軸裝置10。另外，殼體內(nèi)徑(套筒內(nèi)嵌部)與軸承套筒的溫度上升值之差也與圖12所示的外筒冷卻構(gòu)造相比極小，能夠減輕熱膨脹差所導(dǎo)致的滑動部的配合間隙的減小，能夠維持良好的滑動特性。
[0119]詳細(xì)而言，軸承套筒與殼體內(nèi)徑的溫度差與圖12所示的外筒冷卻構(gòu)造的情況的8.5°C相比，在本發(fā)明的構(gòu)成中為1.5°C，具有約7°C的優(yōu)勢差。假設(shè)滑動部(=套筒外徑尺寸)為Φ 150mm的情況下，軸承套筒與殼體(碳鋼)的線膨脹系數(shù)為11.5 X 10—6，雙方的熱膨脹量之差為
[0120]11.5X10_6(/°C) X150(mm) X7(°C)=0.012(mm)o
[0121]S卩，在本發(fā)明的構(gòu)成的情況下，即使使滑動部的設(shè)定間隙比現(xiàn)有構(gòu)造(外筒冷卻)的合理設(shè)定間隙小12μπι，也能夠維持良好的滑動特性。其結(jié)果是，軸承溫度上升比較低，在滑動部的溫度差較小的低速旋轉(zhuǎn)下的重切削加工時，在現(xiàn)有構(gòu)造中，產(chǎn)生的因滑動部的間隙過剩而導(dǎo)致的剛性不足、振動的發(fā)生及微振不良的情況，在本發(fā)明的構(gòu)成中，得到了將其防止的效果。
[0122]另外，軸承套筒的溫度也低了約12°C，因此，軸承溫度也變低，能夠維持潤滑劑的基油粘度，滾動接觸部的油膜形成也良好。在潤滑脂潤滑的情況下，基油從增稠劑的分離(離油)也變得困難，向軸承外部的潤滑脂流出也較少，還實(shí)現(xiàn)潤滑脂壽命的延長。
[0123]本申請基于2014年2月28日申請的日本國專利申請(日本特愿2014 — 39262)、及2014年8月27日申請的日本國專利申請(日本特愿2014 —173222)，將其內(nèi)容作為參照援引于此。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種主軸裝置，具有: 殼體； 旋轉(zhuǎn)軸，其相對于該殼體相對旋轉(zhuǎn)自如； 固定側(cè)軸承，其內(nèi)圈外嵌于所述旋轉(zhuǎn)軸的一端側(cè)，外圈固定于所述殼體； 套筒，其在所述旋轉(zhuǎn)軸的另一端側(cè)配置在所述殼體內(nèi)，能夠在所述旋轉(zhuǎn)軸的軸向移動；以及 自由側(cè)軸承，其內(nèi)圈外嵌于所述旋轉(zhuǎn)軸的另一端側(cè)，外圈內(nèi)嵌于所述套筒， 所述主軸裝置的特征在于， 在相互對置的所述套筒的外周面與所述殼體的內(nèi)周面之間，形成有冷卻介質(zhì)能夠流動的冷卻路徑， 所述冷卻路徑形成在所述套筒的外周面或所述殼體的內(nèi)周面，包括:第I環(huán)狀槽，其配置在所述套筒的軸向一端側(cè);第2環(huán)狀槽，其配置在所述套筒的軸向另一端側(cè)，以及一條螺旋狀的螺旋槽，其一端部與所述第I環(huán)狀槽連通，另一端部與所述第2環(huán)狀槽連通， 所述冷卻介質(zhì)被供給到所述第I環(huán)狀槽，在所述冷卻路徑中流動的所述冷卻介質(zhì)被從所述第2環(huán)狀槽排出。2.如權(quán)利要求1所述的主軸裝置，其特征在于， 在所述冷卻路徑的軸向兩側(cè)，配置有將所述套筒的外周面與所述殼體的內(nèi)周面之間液密地密封的環(huán)狀的彈性部件。3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的主軸裝置，其特征在于， 在所述套筒的與所述殼體的內(nèi)周面相面對的外周面的兩端緣部、或所述殼體的內(nèi)周面的兩端緣部，形成有倒角部。4.如權(quán)利要求1?權(quán)利要求3中的任一項(xiàng)所述的主軸裝置，其特征在于， 所述第I環(huán)狀槽、所述第2環(huán)狀槽、所述螺旋槽的至少任一個槽的側(cè)壁面相對于與所述軸向正交的方向傾斜地形成。
【文檔編號】B23B19/02GK106061657SQ201580011230
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年2月26日 公開號201580011230.0, CN 106061657 A, CN 106061657A, CN 201580011230, CN-A-106061657, CN106061657 A, CN106061657A, CN201580011230, CN201580011230.0, PCT/2015/55698, PCT/JP/15/055698, PCT/JP/15/55698, PCT/JP/2015/055698, PCT/JP/2015/55698, PCT/JP15/055698, PCT/JP15/55698, PCT/JP15055698, PCT/JP1555698, PCT/JP2015/055698, PCT/JP2015/55698, PCT/JP2015055698, PCT/JP201555698
【發(fā)明人】小栗翔一郎, 勝野美昭
【申請人】日本精工株式會社