主軸裝置的制造方法
【專利摘要】在內嵌有自由側軸承的軸承套筒(16)的外周面與后軸承座(33)的內周面之間，形成有冷卻介質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；第2環(huán)狀槽(41B)，其配置在軸向另一端側；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，冷卻介質被供給到第1環(huán)狀槽，在冷卻路徑中流動的冷卻介質被從第2環(huán)狀槽排出。
【專利說明】
主軸裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及主軸裝置，更詳細而言，涉及工作母機主軸、高速馬達、離心分離機、或者渦輪冷凍機等高速旋轉的旋轉機械的主軸裝置。
【背景技術】
[0002]工作母機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)境保護的觀點而言，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，作為高速旋轉主軸的驅動方法，與齒輪驅動、帶驅動、或者基于聯(lián)軸器的直聯(lián)驅動相比，在主軸內內置有馬達的、所謂的馬達內置主軸占據(jù)大部分。
[0004]在這樣的構成的高速主軸中，除了來自支承主軸的滾動軸承的發(fā)熱以外，來自內置的馬達(定子及轉子)的發(fā)熱也較大。在工作母機主軸的情況下，當主軸的溫度上升較高時，會產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。熱膨脹所導致的主軸的變形是以成為固定側的前側軸承為原點而在軸向發(fā)生的，因此，很多情況下，對固定側即前側軸承及馬達的定子的外周部進行冷卻。
[0005]例如，作為對來自前側軸承的發(fā)熱進行抑制的以往的冷卻裝置100，如圖11所示，在內嵌有對主軸101的前側進行支承的一對前側軸承102、103的前軸承座104的外周面設置圓周方向槽105。而且，使冷卻介質在前軸承座104的外周面與其他殼體106的內周面之間循環(huán)而冷卻前側軸承102、103。
[0006]另外，在專利文獻I中公開了如下工作母機中的主軸冷卻裝置:在配置于前側軸承與后側軸承之間的內圈隔圈上設置冷卻介質路徑，利用從栗等加壓輸送的冷卻介質來冷卻內圈隔圈。
[0007]另一方面，成為自由側軸承的后側軸承與前側軸承相比較，很多情況下使用尺寸稍微小的軸承(例如，在軸承內徑尺寸的方面，比固定側軸承小Φ 1?Φ 30mm左右的尺寸)。因此，軸承的dmn值較小，相應地，溫度上升較少。另外，后側軸承由于是自由側、及主軸后部的熱變形對加工精度帶來的影響度與前側軸承相比較小(例如，即使旋轉軸相對于非旋轉零件在軸向相對膨脹，主軸后側也會向后方滑動移動，難以體現(xiàn)在安裝刀具的主軸前側的變位中)等理由，很多情況下，在后側軸承上不會附加構造復雜的冷卻構造。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本國實開平4一 133555號公報

【發(fā)明內容】

[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、進而200萬以上的類型，與此同時，后側軸承的dmn值也增加，發(fā)熱變大。當后側軸承的發(fā)熱較大時，由于軸承的內部溫度的上升，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，考慮了將周邊構造簡化，并將后側軸承冷卻。在此情況下，將內嵌有對主軸1I的后側進行支承的一對自由側軸承112、113的套筒114內嵌于后軸承座115，在該后軸承座115的外周面設置圓周方向槽116。而且，使冷卻介質在后軸承座115的外周面與其他殼體117的內周面之間循環(huán)，冷卻自由側軸承112、113。
[0014]但是，在圖12所示的構造中，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，有可能在前側軸承(固定側軸承)與后側軸承(自由側軸承)間產生熱膨脹所導致的頂壓載荷，在軸承上負荷過大載荷而軸承發(fā)生損傷?；蛘?，發(fā)生預緊變化而成為發(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軸承的發(fā)熱所導致的溫度上升，能夠實現(xiàn)后側軸承的壽命延長、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]旋轉軸，其相對于該殼體相對旋轉自如；
[0020]固定側軸承，其內圈外嵌于所述旋轉軸的一端側，外圈固定于所述殼體；
[0021]套筒，其在所述旋轉軸的另一端側配置在所述殼體內，能夠在所述旋轉軸的軸向移動；以及
[0022]自由側軸承，其內圈外嵌于所述旋轉軸的另一端側，外圈內嵌于所述套筒，
[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周面之間，形成有冷卻介質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周面，包括:第I環(huán)狀槽，其配置在所述套筒的軸向一端側;第2環(huán)狀槽，其配置在所述套筒的軸向另一端側，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，配置有將所述套筒的外周面與所述殼體的內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周面相面對的外周面的兩端緣部、或所述殼體的內周面的兩端緣部形成有倒角部。
[0031](4)如(I)?(3)中的任一項所述的主軸裝置，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周面之間，形成有冷卻介質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周面，包括:第I環(huán)狀槽，其配置在套筒的軸向一端側;第2環(huán)狀槽，其配置在套筒的軸向另一端側；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，能夠將內嵌有軸承的套筒直接冷卻，能夠將自由側軸承高效率地冷卻。另外，由于軸承的內部溫度下降，從而難以產生因在旋轉中的滾動接觸部、保持架引導表面等處的粘度下降而導致的潤滑油膜斷裂，防止?jié)櫥涣妓鶎е碌膲勖陆怠⑤S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致的滑動不良的發(fā)生。并且，冷卻路徑內的冷卻介質的流動順暢，通過將套筒整體均勻地冷卻，從而不會產生冷卻所導致的變形畸變。其結果是，也不會發(fā)生內嵌的軸承的畸變，以較高的精度維持主軸的旋轉精度，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實施方式的剖視圖。
[0036]圖2是圖1所示的自由側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視圖。
[0044]圖8是本發(fā)明的主軸裝置的第2實施方式的自由側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對應的局部剖視圖。
[0046]圖10是將自由側軸承的冷卻構造的不同所導致的溫度上升進行比較而示出的圖表。
[0047]圖11是示出以往的固定側軸承的構造的剖視圖。
[0048]圖12是示出以往的自由側軸承的構造的剖視圖。
[0049]附圖標記說明
[0050]10主軸裝置
[0051]11 殼體
[0052]12旋轉軸
[0053]13固定側軸承
[0054]14自由側軸承
[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
【具體實施方式】
[0071]以下，基于附圖詳細說明本發(fā)明的主軸裝置的各實施方式。
[0072](第丨實施方式)
[0073]首先，參照圖1來說明本發(fā)明的第I實施方式的主軸裝置的整體構成。
[0074]主軸裝置10包括:殼體11;旋轉軸12，其在一端(圖中左側)安裝未圖示的工具，相對于殼體相對旋轉自如;一對固定側軸承(在本實施方式中，是角接觸球軸承)13、13，其配置在旋轉軸12的前端側(圖中左側)；一對自由側軸承(在本實施方式中，是角接觸球軸承)
14、14，其配置在旋轉軸12的后端側(圖中右側)；以及套筒15，其內插于殼體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；以及后軸承座33，其嵌合固定在殼體主體31的后端側。在前軸承座32的前端連結固定有前蓋34，在后軸承座33的后端連結固定有后蓋36。
[0076]在內嵌于殼體主體31的內周面31a的套筒29上固定有內置馬達37的定子38。另外，在旋轉軸12的軸向中間部與定子38對置地固定有轉子39，利用定子38所產生的旋轉磁場來提供旋轉力而旋轉驅動旋轉軸12。在套筒29的外周面形成有圓環(huán)狀的多個槽29a，通過內嵌于殼體主體31從而在與內周面31a之間形成冷卻路徑28。
[0077]固定側軸承13、13的外圈18、18內嵌于前軸承座32，內圈19、19外嵌于旋轉軸12，將旋轉軸12前端側旋轉自如地支承。固定側軸承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。內圈19、19隔著內圈隔圈21被旋轉軸12的前側臺階部12a和擰合于旋轉軸12的螺母22夾持，在軸向被定位于旋轉軸12。在前軸承座32的外周面形成有圓環(huán)狀的多個槽32b，通過內嵌于殼體主體31，從而在與殼體主體31的內周面31b之間形成冷卻路徑30。
[0078]在后軸承座33的內周面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的工具安裝側的相反側的端面，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延伸的外圈壓塊17。此外，軸承套筒16和外圈壓塊17構成套筒15。
[0079]在后軸承座33上，形成有在其工具安裝側的相反側的端面(圖中右側面)開口的多個彈簧室55，與從軸承套筒16向徑向外側延伸的外圈壓塊17的凸緣部分的工具安裝側端面對置。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，對固定側軸承13、13及自由側軸承14、14付與定壓預緊。
[0080]自由側軸承14、14的外圈23、23內嵌于軸承套筒16，內圈24、24外嵌于旋轉軸12，將旋轉軸12的后端偵.轉自如地支承。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。內圈24、24隔著內圈隔圈26被旋轉軸12的后側臺階部12b和擰合于旋轉軸12的螺母27夾持而在軸向被定位于旋轉軸12。
[0081]如圖2及圖3所示，在軸承套筒16的外周面16b設置有:第I環(huán)狀槽41A，其形成在套筒15的軸向一端側;第2環(huán)狀槽41B，其形成在套筒15的軸向另一端側；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。
[0082]另外，供給圖1所示的冷卻路徑40的冷卻介質的供給路徑57的供給口51以朝向位于最靠內置馬達37側的第I環(huán)狀槽41A開口的方式形成，排出冷卻介質的排出路徑58的排出口52以朝向離開內置馬達37最遠的第2環(huán)狀槽41B的方式開口，以與供給口51錯開180°的位相設置。而且，從未圖示的栗加壓輸送的冷卻介質被從供給口 51供給并在冷卻路徑40內流動，將冷卻路徑40周圍冷卻后，從排出口 52排出。通過將冷卻介質從接近內置馬達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內置主軸的發(fā)熱對應的耐熱性的硅橡膠、各種彈性體、或者具有與冷卻介質對應的耐溶脹性.耐油性的氟橡膠等。此外，本實施方式的軸承套筒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，且快速沖擊所導致的滑動磨損所導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包括冷卻固定側軸承13、13的冷卻路徑30、冷卻內置馬達37的定子38的冷卻路徑28、及冷卻自由側軸承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獨立的系統(tǒng)設置，并為了冷卻路徑40用而獨立地配置。由此，能夠不受其他冷卻路徑28、30的狀況影響來進行冷卻介質的溫度調整。
[0086]但是，在實用上困難的情況下，也可以不使冷卻裝置獨立，而僅使冷卻路徑40獨立。在此情況下，通過在通向冷卻路徑40的供給側配管的某處設置節(jié)流閥，控制冷卻介質的供給量，從而能夠調整最合適的冷卻條件。
[0087]此外，在采用I條路徑冷卻構成的情況下，如果采用在先使冷卻介質通過對發(fā)熱量有較大的傾向的定子38進行冷卻的冷卻路徑28后，循環(huán)到對自由側軸承14、14進行冷卻的冷卻路徑40這樣的路徑構成，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成，使更低溫的冷卻介質先循環(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的內周面33a之間，形成有冷卻介質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;第2環(huán)狀槽4IB，其形成在軸承套筒16的軸向另一端側；以及一條螺旋狀的螺旋槽47，其一端部(槽始端側的端部)與第I環(huán)狀槽41A連通，另一端部(槽終端側的端部)與第2環(huán)狀槽41B連通。因此，能夠將內嵌自由側軸承14、14的軸承套筒16直接冷卻，能夠將自由側軸承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，從而冷卻介質沿著螺旋槽在朝向排出側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。是經由這些第I環(huán)狀槽41A、第2環(huán)狀槽41B來將冷卻介質供給到螺旋槽47或從螺旋槽47排出的構造。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，主軸裝置的構造設計、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刀來挖掘槽。然后，在維持進刀的同時呈螺旋狀進給銑刀工具，加工螺旋槽。然后，當?shù)竭_套筒軸向的任意另一方的端部附近時，停止進給，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、復合加工機開始被廣泛使用，本構成的螺旋槽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，自由側軸承14、14的內部溫度降低，難以發(fā)生因在旋轉中的滾動接觸部、保持架引導表面等處的粘度下降而導致的潤滑油膜斷裂，防止?jié)櫥涣妓鶎е碌膲勖陆?、自由側軸承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的各槽內的冷卻介質的流動順暢，將軸承套筒16整體均勻地冷卻，從而不會產生冷卻所導致的變形畸變。其結果是，也不會產生內嵌的自由側軸承14、14的畸變，旋轉軸12的旋轉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，當為了提高剛性而加大預緊間隙(即軸承座內徑、滾珠、套筒外徑間的徑向間隙)時，反而會產生如下問題: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間產生了初期的微振磨損粉的情況下，也由于冷卻介質會將微磨損粉運出到外部，因此，能夠抑制磨損粉成為助劑而微振進一步進展。
[0096]另外，供給冷卻介質的供給口51朝向位于軸向一端側的第I環(huán)狀槽41A開口，排出冷卻介質的排出口52朝向位于軸向另一端側的第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這些各槽內的冷卻介質的流動順暢，能夠將軸承套筒16整體均勻地冷卻。由此，維持較高的旋轉精度。
[0097]并且，在冷卻路徑40的軸向兩側配置有將軸承套筒16的外周面16b與后軸承座33的內周面33a之間液密地密封的O形環(huán)45，因此，防止冷卻介質的泄漏，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的阻尼效應所帶來的衰減作用。
[0098]此外，在上述實施方式中，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的大小能夠適當選擇。
[0099]當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，能夠將軸承附近更高效率地冷卻。其結果是，能夠提高主軸的冷卻效率。這樣的形狀應用于重視主軸的冷卻特性提高的情況。當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與側壁面47b所成的角度為鈍角(Θ1)，因此，不會與后軸承座33的內周面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與側壁面47b所成的角度為銳角(Θ2)，因此，接近發(fā)熱源即自由側軸承14、14的部分的表面積較大，能夠將自由側軸承14、14的熱有效率地傳遞到冷卻介質，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內傾斜，也防止與后軸承座33的內周面33a的干涉，確保滑動性。
[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)的側壁的頂部(臺肩部)形成有倒角部46，則進一步防止與后軸承座33的內周面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實施方式)
[0106]接下來，參照圖8及圖9，說明主軸裝置的第2實施方式。此外，本實施方式的主軸裝置除了在后軸承座的內周面設置有環(huán)狀槽以外，與第I實施方式同樣，因此，對于與第I實施方式相同或等同部分，在附圖中標注同一附圖標記而省略或者簡化其說明。另外，僅圖示自由側軸承附近來說明。
[0107]如圖8及圖9所示，在后軸承座33的內周面33a設置有:第I環(huán)狀槽41C，其形成在軸承套筒16的軸向一端側;第2環(huán)狀槽41D，其形成在軸承套筒16的軸向另一端側；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之間形成冷卻介質流動的冷卻路徑49。
[0108]另外，在后軸承座33的內周面33a，在比冷卻路徑49靠軸向外側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的內周面33a與軸承套筒16的嵌合部密封。
[0109]因此，在本實施方式的主軸裝置10中，也在軸承套筒16的外周面16b與后軸承座33的內周面33a之間形成有冷卻介質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;第2環(huán)狀槽41D，其配置在軸承套筒16的軸向另一端側；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實施方式同樣的效果。
[0110]其他構成及作用效果也與上述第I實施方式同樣。
[0111]此外，在本實施方式中，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的內周面33a的兩端緣部的形狀能夠與第I實施方式的螺旋槽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用。
[0112]S卩，也可以在后軸承座33的內周面33a的兩端緣部形成有倒角部，另外，螺旋槽47的側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施方式，能夠適當?shù)剡M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定。此外，在本構成中，將馬達側作為冷卻介質的供給側，將主軸端部側作為冷卻介質的排出側，但是，不限于此。
[0115]另外，在上述實施方式中，說明了在固定側軸承與自由側軸承間利用定壓預緊而付與有預緊的主軸裝置，但是，不限定于此，也能夠應用于在固定側軸承與自由側軸承是分別進行了固定位置預緊的主軸裝置，得到同樣的效果。因此，作為自由側軸承，不限定于角接觸球軸承，也能夠應用圓柱滾子軸承等其他滾動軸承。
[0116]實施例
[0117]此處，使用設置有在軸承套筒16的外周面具有螺旋槽的冷卻路徑的本發(fā)明(第I實施方式)的冷卻構造、在后軸承座的外周面設置有冷卻路徑的圖12所示的冷卻構造、以及在軸承套筒上和后軸承座上都未設置冷卻路徑的無冷卻的構造，比較了從軸承套筒內徑到殼體外徑的溫度上升值。圖10是比較因冷卻構造的不同而導致的從軸承套筒內徑到殼體外徑的溫度上升值的圖表。
[0118]從圖10顯而易見，關于各冷卻構造所導致的溫度上升，設置有在軸承套筒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，殼體內徑(套筒內嵌部)與軸承套筒的溫度上升值之差也與圖12所示的外筒冷卻構造相比極小，能夠減輕熱膨脹差所導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]詳細而言，軸承套筒與殼體內徑的溫度差與圖12所示的外筒冷卻構造的情況的8.5°C相比，在本發(fā)明的構成中為1.5°C，具有約7°C的優(yōu)勢差。假設滑動部(=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)明的構成的情況下，即使使滑動部的設定間隙比現(xiàn)有構造(外筒冷卻)的合理設定間隙小12μπι，也能夠維持良好的滑動特性。其結果是，軸承溫度上升比較低，在滑動部的溫度差較小的低速旋轉下的重切削加工時，在現(xiàn)有構造中，產生的因滑動部的間隙過剩而導致的剛性不足、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)，將其內容作為參照援引于此。
【主權項】
1.一種主軸裝置，具有: 殼體； 旋轉軸，其相對于該殼體相對旋轉自如； 固定側軸承，其內圈外嵌于所述旋轉軸的一端側，外圈固定于所述殼體； 套筒，其在所述旋轉軸的另一端側配置在所述殼體內，能夠在所述旋轉軸的軸向移動；以及 自由側軸承，其內圈外嵌于所述旋轉軸的另一端側，外圈內嵌于所述套筒， 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周面之間，形成有冷卻介質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周面，包括:第I環(huán)狀槽，其配置在所述套筒的軸向一端側;第2環(huán)狀槽，其配置在所述套筒的軸向另一端側，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被從所述第2環(huán)狀槽排出。2.如權利要求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，配置有將所述套筒的外周面與所述殼體的內周面之間液密地密封的環(huán)狀的彈性部件。3.如權利要求1或權利要求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周面相面對的外周面的兩端緣部、或所述殼體的內周面的兩端緣部，形成有倒角部。4.如權利要求1?權利要求3中的任一項所述的主軸裝置，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