專利名稱：機(jī)床的主軸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床等所使用的主軸裝置。
背景技術(shù)：
例如，在加工中心等的機(jī)床中，在不適當(dāng)?shù)募庸l件下加工被切削材料的情況下， 可能會在安裝了工具的主軸上產(chǎn)生異常負(fù)荷而使被切削材料的加工精度降低。因此，例如在專利文獻(xiàn)1中提出了一種主軸裝置，該主軸裝置構(gòu)成為，在主軸或輸送軸的驅(qū)動馬達(dá)上設(shè)置負(fù)荷傳感器，將檢測到的負(fù)荷與預(yù)先設(shè)定的負(fù)荷的閾值進(jìn)行比較，在檢測負(fù)荷超過了負(fù)荷的閾值的情況下，使主軸停止。然而，在主軸產(chǎn)生了異常負(fù)荷的情況下，支承主軸的軸承受損最嚴(yán)重，但即使能夠在上述主軸裝置中檢測出作用于驅(qū)動馬達(dá)的負(fù)荷，也無法檢測出作用于軸承的負(fù)荷，因此可能會無法準(zhǔn)確把握軸承的狀態(tài)，甚至存在導(dǎo)致軸承燒結(jié)這種最差的情況。因此，例如在專利文獻(xiàn)2中提出了一種主軸裝置，該主軸裝置構(gòu)成為，在主軸與支承軸承的固定體之間形成迷宮部并設(shè)置位移傳感器，將檢測出的位移與預(yù)先設(shè)定的位移的閾值進(jìn)行比較。進(jìn)而，在檢測位移超過了位移的閾值的情況下，推斷為在軸承上作用有徑向的過大的負(fù)荷，并使主軸停止。根據(jù)該主軸裝置，能夠避免過大的負(fù)載作用于軸承并能夠防止軸承的燒結(jié)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2002-1633號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2009-61571號公報在專利文獻(xiàn)2所述的主軸裝置中，由于為了在主軸與固定體之間形成迷宮部并設(shè)置位移傳感器而需要較大的空間，所以在空間充裕的主軸的前端部側(cè)形成迷宮部并設(shè)置位移傳感器。因此，只是簡單地根據(jù)主軸的位移來推斷作用于主軸的負(fù)荷，可能會無法準(zhǔn)確地把握軸承的狀態(tài)而使軸承燒結(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，本發(fā)明的目的在于提供機(jī)床的主軸裝置，其能夠準(zhǔn)確地把握作用于支承主軸的全部的軸承的負(fù)荷并防止軸承的燒結(jié)。為了解決上述的課題，技術(shù)方案1所涉及的發(fā)明的結(jié)構(gòu)上的特征是，機(jī)床的主軸裝置具備保持工具并被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸和將該主軸支承為能夠旋轉(zhuǎn)的多個軸承，并且主軸裝置還具備負(fù)荷導(dǎo)出機(jī)構(gòu)，其從上述主軸伴隨著基于上述工具的加工而產(chǎn)生的狀態(tài)變化導(dǎo)出作用于上述各軸承的負(fù)荷；面壓分析機(jī)構(gòu)，其根據(jù)由上述負(fù)荷導(dǎo)出機(jī)構(gòu)導(dǎo)出的作用于上述各軸承的負(fù)荷，對上述各軸承的軌道面接觸面壓進(jìn)行分析；以及控制指示機(jī)構(gòu)，其將由上述面壓分析機(jī)構(gòu)分析出的上述各軸承的軌道面接觸面壓、與預(yù)先設(shè)定的上述各軸承的軌道面接觸面壓的閾值進(jìn)行比較，并在上述軌道面接觸面壓中的至少一個超過了上述軌道面接觸面壓的閾值時，發(fā)出變更加工條件的指示或發(fā)出停止所述主軸的指示。技術(shù)方案2所述的發(fā)明的結(jié)構(gòu)上的特征是，在技術(shù)方案1的基礎(chǔ)上，上述負(fù)荷導(dǎo)出機(jī)構(gòu)具備檢測上述主軸的徑向的位移的第一位移檢測機(jī)構(gòu)；檢測上述主軸的軸向的位移的第二位移檢測機(jī)構(gòu)；根據(jù)由上述第一位移檢測機(jī)構(gòu)檢測出的上述主軸的徑向的位移，計算作用于上述各軸承的徑向的負(fù)荷的第一負(fù)荷運(yùn)算機(jī)構(gòu)；以及根據(jù)由上述第二位移檢測機(jī)構(gòu)檢測出的上述主軸的軸向的位移，計算作用于上述各軸承的軸向的負(fù)荷的第二負(fù)荷運(yùn)算機(jī)構(gòu)。技術(shù)方案3所述的發(fā)明的結(jié)構(gòu)上的特征是，在技術(shù)方案2的基礎(chǔ)上，上述第一負(fù)荷運(yùn)算機(jī)構(gòu)根據(jù)預(yù)先模型化的上述主軸的形狀、上述各軸承的位置以及上述各軸承的剛性， 利用傳遞矩陣法對由上述第一位移檢測機(jī)構(gòu)檢測出的上述主軸的徑向的位移進(jìn)行分析，由此計算作用于上述各軸承的徑向的負(fù)荷。技術(shù)方案4所述的發(fā)明的結(jié)構(gòu)上的特征是，在技術(shù)方案1 3中任一項的基礎(chǔ)上， 具備對上述軸承施加軸線方向的預(yù)壓的預(yù)壓施加機(jī)構(gòu)，上述負(fù)荷導(dǎo)出機(jī)構(gòu)還參考由上述預(yù)壓施加機(jī)構(gòu)施加的作用于上述軸承的預(yù)壓，來導(dǎo)出作用于上述各軸承的徑向的負(fù)荷以及軸向的負(fù)荷。技術(shù)方案5所述的發(fā)明的結(jié)構(gòu)上的特征是，在技術(shù)方案1 4中任一項的基礎(chǔ)上， 具備檢測上述主軸的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)，上述面壓分析機(jī)構(gòu)還參考由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)檢測出的上述主軸的旋轉(zhuǎn)速度，來分析上述各軸承的軌道面接觸面壓。根據(jù)技術(shù)方案1所涉及的發(fā)明，根據(jù)由主軸的狀態(tài)變化，例如從檢測出的主軸的位移求出的作用于主軸的負(fù)載，或直接檢測出的作用于主軸的負(fù)載等，能夠?qū)С鲎饔糜谥С兄鬏S的全部的軸承的負(fù)荷，進(jìn)而對各軸承的軌道面接觸面壓進(jìn)行分析，因此能夠準(zhǔn)確地把握各軸承的狀態(tài)。而且，在軌道面接觸面壓超過了閾值時，變更加工條件進(jìn)行控制以使軌道面接觸面壓不超過閾值，并且，在即使變更加工條件軌道面接觸面壓仍超過了閾值時，進(jìn)行控制以使主軸停止，因此能夠防止各軸承的燒結(jié)。由此，能夠高精度地控制主軸，提高加工精度。根據(jù)技術(shù)方案2所涉及的發(fā)明，由于計算作用于各軸承的徑向的負(fù)荷以及軸向的負(fù)荷，所以能夠準(zhǔn)確地把握各軸承的狀態(tài)，從而能夠防止各軸承的燒結(jié)。另外，檢測主軸的徑向的位移以及軸向的位移的機(jī)構(gòu)各配設(shè)1個即可，因此能夠使構(gòu)造簡單并抑制由部件數(shù)量的增加引起的成本提高。根據(jù)技術(shù)方案3所涉及的發(fā)明，使用將主軸的形狀等模型化的方法和傳遞矩陣法對檢測出的主軸的徑向的位移進(jìn)行分析，因此能夠計算作用于各軸承的徑向的準(zhǔn)確的負(fù)荷。根據(jù)技術(shù)方案4所涉及的發(fā)明，由于還參考作用于軸承的預(yù)壓，所以能夠更加準(zhǔn)確地導(dǎo)出作用于各軸承的各負(fù)荷。根據(jù)技術(shù)方案5所涉及的發(fā)明，由于能夠參考因主軸的旋轉(zhuǎn)而作用于軸承的離心力，因此能夠更準(zhǔn)確地分析各軸承的軌道面接觸面壓。


圖IA是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的主軸裝置的整體構(gòu)造的縱剖視圖。圖IB是圖IA的A部的放大剖視圖。圖2是圖IA的主軸裝置的控制裝置的框圖。
圖3是將主軸的形狀、各軸承的位置以及各軸承的剛性模型化的圖。圖4是按主軸的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定軸承可正常支承主軸的最大預(yù)壓以及主軸可正常旋轉(zhuǎn)的最小預(yù)壓的圖。圖5是對圖2的主軸控制裝置的動作進(jìn)行說明的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下，基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖IA是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的主軸裝置的整體構(gòu)造的縱剖視圖，圖IB是圖IA 的A部的放大剖視圖，圖2是圖IA的主軸裝置的控制裝置的框圖。其中，在圖IA中，左右方向為軸線方向，將左方設(shè)為前方。如圖IA所示，本實(shí)施方式的主軸裝置1具備在內(nèi)周部具有收納空間110的近似圓筒狀的主軸外殼11、配設(shè)于收納空間110內(nèi)的主軸12、支承該主軸12的前側(cè)部的兩對第一前側(cè)滾動軸承131和第二前側(cè)滾動軸承132、支承主軸12的后側(cè)部的后側(cè)滾動軸承133、對第一前側(cè)滾動軸承131以及第二前側(cè)滾動軸承132施加軸線方向的預(yù)壓的預(yù)壓施加裝置3(相當(dāng)于本發(fā)明的“預(yù)壓施加機(jī)構(gòu)”)以及對主軸裝置1進(jìn)行控制的主軸控制裝置4。本實(shí)施方式的主軸裝置1還具備檢測主軸12伴隨著基于工具T的加工而產(chǎn)生的徑向的位移的徑向位移傳感器21 (相當(dāng)于本發(fā)明的“第一位移檢測機(jī)構(gòu)”)以及檢測軸向的位移的軸向位移傳感器22(相當(dāng)于本發(fā)明的“第二位移檢測機(jī)構(gòu)”)、和檢測主軸12的旋轉(zhuǎn)速度的速度傳感器123(相當(dāng)于本發(fā)明的“旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)”)。在主軸12的旋轉(zhuǎn)軸中心形成有在軸線方向延伸的連桿孔121。連桿孔121在軸線方向貫通主軸12，在連桿孔121的前端形成有工具安裝用錐形部121a。在工具安裝用錐形部121a的后方形成有有縫夾套(collet)收納部121b，在有縫夾套收納部121b的后方形成有直徑比有縫夾套收納部121b的直徑大的彈簧收納孔121c。在彈簧收納孔121c的前端部固定有套筒122。在連桿孔121內(nèi)，以可在軸向移動的方式收納有連桿15。在連桿15的長條狀的軸部件151的后端部固定有直徑比軸部件151的直徑大的限位器152。并且，在連桿 15的前端安裝有有縫夾套153。有縫夾套153被設(shè)置為可沿徑向擴(kuò)展收縮，并以能夠把持工具T的方式形成。在連桿孔121內(nèi)收納有連桿15的狀態(tài)下，軸部件151的前端部能夠在套筒122的內(nèi)周面上滑動，限位器152能夠在彈簧收納孔121c內(nèi)滑動。另外，在彈簧收納孔121c內(nèi)的套筒122的后端部與限位器152的前端面之間夾設(shè)有多個盤簧16，從而連桿15相對于主軸12通常向后方被施力。在主軸12的后方設(shè)置有具有與主軸外殼11 一體化的氣缸外殼 171、和能夠在氣缸外殼171內(nèi)沿軸向移動地設(shè)置的活塞172的液壓氣缸17。若活塞172向后方移動來解除活塞172與連桿15的卡合，則利用有縫夾套153把持工具T的連桿15因盤簧16的作用力而相對于主軸12后退。于是，工具T裝嵌于主軸12的工具安裝用錐形部 121a并固定于主軸12。若活塞172向前方移動而使活塞172與連桿15卡合，則把持工具 T的連桿15克服盤簧16的作用力而相對于主軸12前進(jìn)。于是，有縫夾套153擴(kuò)徑而解除工具T的把持。兩對第一前側(cè)滾動軸承131以及第二前側(cè)滾動軸承132是角接觸軸承，在前側(cè)主軸外殼Ila的收納空間110內(nèi)的前方側(cè)沿軸線方向并列設(shè)置，后側(cè)滾動軸承133是圓柱滾子軸承，配設(shè)于收納空間Iio內(nèi)的后方側(cè)。第一前側(cè)滾動軸承131以及第二前側(cè)滾動軸承 132支承主軸12的工具T側(cè)亦即前側(cè)部，后側(cè)滾動軸承133支承主軸12的相對于工具T比前側(cè)部更靠后側(cè)的后側(cè)部。在一對第一前側(cè)滾動軸承131的內(nèi)圈之間、一對第二前側(cè)滾動軸承132的內(nèi)圈之間、以及第一前側(cè)滾動軸承131與第二前側(cè)滾動軸承132的內(nèi)圈之間配設(shè)有圓筒狀的隔離物llh、112b、112c。第一前側(cè)滾動軸承131、第二前側(cè)滾動軸承132以及隔離物llh、112b、112c的內(nèi)周部與主軸12的外周面嵌合。而且，位于最前方的第一前側(cè)滾動軸承131的內(nèi)圈與形成于主軸12的前方端的凸緣部1 抵接，與主軸12的外周面螺紋連接的圓筒狀的內(nèi)圈按壓部件113與位于最后方的第二前側(cè)滾動軸承132的內(nèi)圈抵接。 由此，第一前側(cè)滾動軸承131和第二前側(cè)滾動軸承132以及隔離物llh、112b、112c被固定于主軸12的外周面。在一對第一前側(cè)滾動軸承131的外圈之間以及一對第二前側(cè)滾動軸承132的外圈之間配設(shè)有圓筒狀的隔離物112d、112e。第一前側(cè)滾動軸承131和第二前側(cè)滾動軸承132 以及隔離物112d、ll&被軸承支承筒111支承。該軸承支承筒111由近似圓筒狀的套筒 114、近似圓環(huán)狀的外圈按壓部件115、以及近似圓筒狀的活塞116構(gòu)成。在套筒114的大致中央內(nèi)周部形成有向內(nèi)側(cè)突出的圓周凸部114a，在大致中央外周部形成有向外側(cè)突出的凸緣部114c。套筒114的、比圓周凸部11 更靠前方側(cè)的內(nèi)周部的內(nèi)徑形成為與第一前側(cè)滾動軸承131以及隔離物112d的外徑大致相同，比圓周凸部 114a更靠后方側(cè)的內(nèi)周部的內(nèi)徑形成為與活塞116的外徑大致相同。套筒114的、比凸緣部IHc更靠前方側(cè)的外周部的外徑形成為與一分為二的前側(cè)主軸外殼Ila的一側(cè)(第一前側(cè)主軸外殼llaa)的內(nèi)徑大致相同，比凸緣部IHc更靠后方側(cè)的外周部的外徑形成為與一分為二的前側(cè)主軸外殼Ila的另一側(cè)(第二前側(cè)主軸外殼llab)的內(nèi)徑大致相同。在外圈按壓部件115的一側(cè)的端面上形成有朝軸向突出的突起部115a。外圈按壓部件115的突起部11 的外徑形成為與套筒114的、比圓周凸部11 更靠前方側(cè)的內(nèi)周部的內(nèi)徑(第一前側(cè)滾動軸承131以及隔離物112d的外徑)大致相同。外圈按壓部件115 的外徑形成為與第一前側(cè)主軸外殼Ilaa的外徑大致相同。在活塞116的前側(cè)內(nèi)周部形成有向內(nèi)側(cè)突出的圓周凸部116a。活塞116的、比圓周凸部116a更靠后方側(cè)的內(nèi)周部的內(nèi)徑形成為與第二前側(cè)滾動軸承132以及隔離物11 的外徑大致相同。而且，在套筒114的、比圓周凸部IHa更靠前方側(cè)的內(nèi)周部裝嵌有第一前側(cè)滾動軸承131以及隔離物112d。在活塞116的、比圓周凸部116a更靠后方側(cè)的內(nèi)周部裝嵌有第二前側(cè)滾動軸承132以及隔離物11加。而且，套筒114的、比圓周凸部IHa更靠后方側(cè)的內(nèi)周部與活塞116的外周面液密地嵌合。套筒114的、比凸緣部IHc更靠前方側(cè)的外周部與第一前側(cè)主軸外殼Ilaa嵌合，比凸緣部IHc更靠后方側(cè)的外周部與第二前側(cè)主軸外殼 Ilab嵌合。根據(jù)以上所述，位于前方的第一前側(cè)滾動軸承131的外圈與外圈按壓部件115的突起部11 抵接，位于后方的第一前側(cè)滾動軸承131的外圈與套筒114的圓周凸部11 抵接。位于前方的第二前側(cè)滾動軸承132的外圈與活塞116的圓周凸部116a抵接，位于后方的第二前側(cè)滾動軸承132的外圈成為自由狀態(tài)。而且，套筒114、第一前側(cè)主軸外殼llaa、 第二前側(cè)主軸外殼Ilab以及外圈按壓部件115被從外圈按壓部件115的前端面貫通的未圖示的螺釘緊固而一體化，第二前側(cè)主軸外殼Ilab被未圖示的螺釘緊固于收納有內(nèi)置電
6動機(jī)14的后側(cè)主軸外殼Ilb(Il)而與后側(cè)主軸外殼一體化。如圖IB的A部放大剖視圖所示，在活塞116的前方外周面上形成有由小徑部和大徑部構(gòu)成的階梯116b，在套筒114的、比圓周凸部11 靠后方側(cè)的內(nèi)周面上形成有能夠與活塞116的小徑部和大徑部嵌合的、由大徑部和小徑部構(gòu)成的階梯114b。而且，在各階梯 116b、114b之間形成有環(huán)狀的液壓氣缸31。在該液壓氣缸31上連通有從形成于套筒114 的大致中央外圓周側(cè)的凸緣部IHc的外周面穿設(shè)的油路32。在該油路32上連接有與預(yù)壓施加裝置3連接的管路33。預(yù)壓施加裝置3由液壓泵34、減壓閥35、以及安全閥36構(gòu)成，向液壓氣缸31供給液壓。即，利用安全閥36控制來自液壓泵34的最高液壓，利用減壓閥35控制到達(dá)最高液壓之前的范圍內(nèi)的任意的液壓，并通過管路33以及油路32將液壓供給至液壓氣缸31。由此，在液壓氣缸31中產(chǎn)生軸線方向(前方以及后方)的液壓，活塞116向后方側(cè)被按壓，從而按壓第二前側(cè)滾動軸承132的外圈，所以在第二前側(cè)滾動軸承132上施加有預(yù)壓，而且， 主軸12向后方移動來按壓第一前側(cè)滾動軸承131的內(nèi)圈，所以在第一前側(cè)滾動軸承131上也施加有預(yù)壓。在主軸外殼11的內(nèi)周面安裝有內(nèi)置電動機(jī)14的定子141。在定子141的徑向內(nèi)側(cè)對置有形成于主軸12的外周面的轉(zhuǎn)子142。通過向由定子141和轉(zhuǎn)子142形成的內(nèi)置電動機(jī)14供給電力，從而主軸12與轉(zhuǎn)子142 —起旋轉(zhuǎn)。主軸裝置1在前端安裝有工具T的狀態(tài)下使主軸12旋轉(zhuǎn)并對未圖示的被切削材料實(shí)施加工。利用配設(shè)于主軸12的后方的非接觸型的速度傳感器123檢測主軸12的旋轉(zhuǎn)速度。徑向位移傳感器21是對主軸2伴隨著基于工具T的加工而產(chǎn)生的狀態(tài)變化，即主軸12在半徑方向的位移進(jìn)行檢測的非接觸型的傳感器。軸向位移傳感器22是對主軸2伴隨著基于工具T的加工而產(chǎn)生的狀態(tài)變化，即主軸12在軸線方向的位移進(jìn)行檢測的非接觸型的傳感器。徑向位移傳感器21配設(shè)于從外圈按壓部件115的外周面沿徑向穿設(shè)的孔內(nèi)。 軸向位移傳感器22配設(shè)于從外圈按壓部件115的前側(cè)端面沿著內(nèi)周面在軸向上設(shè)置的槽內(nèi)。優(yōu)選將徑向位移傳感器21配設(shè)于比第一前側(cè)滾動軸承131更靠前側(cè)且盡量接近工具 T的位置。另外，優(yōu)選堵塞槽以及孔的開口部以使兩個位移傳感器21、22不受冷卻液的影響。此外，可以代替軸向位移傳感器22而將力傳感器那樣的測定直接負(fù)荷的軸向負(fù)荷傳感器配設(shè)于第一前側(cè)滾動軸承131的外圈附近。如圖2所示，主軸控制裝置4具備根據(jù)徑向位移傳感器21和軸向位移傳感器22 的各檢測值進(jìn)行運(yùn)算而求出作用于兩對第一前側(cè)滾動軸承131和第二前側(cè)滾動軸承132及后側(cè)滾動軸承133的徑向以及軸向的負(fù)荷的徑向負(fù)荷運(yùn)算部41(相當(dāng)于本發(fā)明的“第一負(fù)荷運(yùn)算機(jī)構(gòu)”)以及軸向負(fù)荷運(yùn)算部42(相當(dāng)于本發(fā)明的“第二負(fù)荷運(yùn)算機(jī)構(gòu)”)、根據(jù)由各負(fù)荷運(yùn)算部41、42算出的負(fù)荷對各軸承131、132、133的軌道面接觸面壓進(jìn)行分析的面壓分析部43(相對于本發(fā)明的“面壓分析機(jī)構(gòu)”)、根據(jù)由該面壓分析部43分析出的各軸承131、 132、133的軌道面接觸面壓而輸出規(guī)定的控制指示的控制指示部44(相當(dāng)于本發(fā)明的“控制指示機(jī)構(gòu)”)、以及能夠進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的儲存的存儲部45。其中，徑向位移傳感器21、軸向位移傳感器22、徑向負(fù)荷運(yùn)算部41以及軸向負(fù)荷運(yùn)算部42相當(dāng)于本發(fā)明的“負(fù)荷導(dǎo)出機(jī)構(gòu)，，。在存儲部45中存儲有表示作用于圖3所示的主軸12的負(fù)荷與主軸12的位移之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)；各軸承131、132、133的外圈及內(nèi)圈與滾珠(圓柱滾子)的軌道面接觸面的面積的數(shù)據(jù)；各軸承131、132、133的軌道面接觸面壓的閾值的數(shù)據(jù)；以及作為圖4所示的預(yù)壓施加裝置3的可控制區(qū)域而設(shè)定的表等。圖3所示的數(shù)據(jù)是將主軸12的形狀、各軸承131、132、133的位置以及各軸承131、 132,133的剛性模型化后的數(shù)據(jù)。通過利用傳遞矩陣法分析該模型，能夠根據(jù)由一個徑向位移傳感器21檢測出的徑向的負(fù)荷(F)作用于主軸12時主軸12的徑向的位移，求出各軸承131、132、133的配設(shè)位置PI、P2、P3、P4、P5處的位移，進(jìn)而能夠求出作用于各軸承131、 132,133的徑向的負(fù)荷。由此，在基于工具T的加工中，能夠準(zhǔn)確地把握作用于支承主軸12 的各軸承131、132、133的負(fù)荷。圖4所示的表按主軸12的旋轉(zhuǎn)速度而設(shè)定第一前側(cè)滾動軸承131以及第二前側(cè)滾動軸承132能夠正常地支承主軸12的最大預(yù)壓Pmax以及主軸12能夠正常地旋轉(zhuǎn)的最小預(yù)壓Riiin，將最大預(yù)壓Pmax與最小預(yù)壓Rnin之間的區(qū)域設(shè)定為預(yù)壓施加裝置3的可控制區(qū)域。最大預(yù)壓Pmax設(shè)定為隨著主軸12的旋轉(zhuǎn)速度增大而變小，最小預(yù)壓Rnin設(shè)定為隨著主軸12的旋轉(zhuǎn)速度增大而變大。按主軸12的旋轉(zhuǎn)速度而設(shè)定的最大預(yù)壓Pmax是能夠確保第一前側(cè)滾動軸承131以及第二前側(cè)滾動軸承132的剛性并能夠?qū)⒅鬏S12的剛性提升為最高的極限值，按主軸12的旋轉(zhuǎn)速度而設(shè)定的最小預(yù)壓Rnin是能夠防止發(fā)熱、面壓過度增加，從而將第一前側(cè)滾動軸承131以及第二前側(cè)滾動軸承132的壽命延長為最長的極限值。徑向負(fù)荷運(yùn)算部41從存儲部45讀出上述模型，利用傳遞矩陣法對由徑向位移傳感器21檢測出的主軸12的徑向的位移進(jìn)行分析，再加上由預(yù)壓施加裝置3施加的預(yù)壓，由此求出作用于各軸承131、132、133的徑向的負(fù)荷。軸向負(fù)荷運(yùn)算部42使用由軸向位移傳感器22檢測出的主軸12的軸向位移并運(yùn)用胡克定律進(jìn)行運(yùn)算，再加上由預(yù)壓施加裝置3 施加的預(yù)壓，由此求出作用于各軸承131、132、133的軸向的負(fù)荷(各軸承131、132、133上相同)。面壓分析部43在來自各負(fù)荷運(yùn)算部41、42的作用于各軸承131、132、133負(fù)荷上， 加上根據(jù)由速度傳感器123檢測的主軸12的旋轉(zhuǎn)速度而求出的、作用于各軸承131、132、 133的滾珠(圓筒滾子)的離心力，使用從存儲部45讀出的各軸承131、132、133的軌道面接觸面的面積求出各軸承131、132、133的軌道面接觸面壓。此外，由于在主軸12的旋轉(zhuǎn)速度為在恒定速度以下的低速的情況下離心力的影響小，因此可以不加上該離心力。控制指示部44將來自面壓分析部43的各軸承131、132、133的軌道面接觸面壓、 與從存儲部45讀出的各軸承131、132、133的軌道面接觸面壓的閾值進(jìn)行比較。然后，在例如工具T的切割性降低或由材料形狀的尺寸精度的偏差引起加工余量發(fā)生變化而使主軸 12的狀態(tài)改變，由此求出的軌道面接觸面壓中的至少一個超過閾值時，向機(jī)床的主控制裝置發(fā)出變更加工條件的指示，在即使變更加工條件求出的軌道面接觸面壓中的至少一個仍超過閾值時，向機(jī)床的主控制裝置發(fā)出使主軸12停止的指示。由此能夠防止各軸承131、 132、133 ^^結(jié) ο在上述那樣結(jié)構(gòu)的主軸裝置1中，參照圖5的流程圖對主軸控制裝置4的動作進(jìn)行說明。首先，在由NC程序指示的加工條件，例如工具T(主軸12)的旋轉(zhuǎn)速度、預(yù)壓、傳送速度、切入量、切削寬度等條件下開始進(jìn)行被切削材料的加工(步驟1)。然后，輸入由徑向位移傳感器21以及軸向位移傳感器22檢測出的主軸12的徑向以及軸向的位移(步驟2)。 根據(jù)模型利用傳遞矩陣法對主軸12的徑向的位移進(jìn)行分析，并且加上預(yù)壓，由此求出作用于各軸承131、132、133的徑向的負(fù)荷，并且使用主軸12的軸向的位移運(yùn)用胡克定律進(jìn)行運(yùn)算，并且加上預(yù)壓，由此求出作用于各軸承131、132、133的軸向的負(fù)荷(步驟3)。然后，在作用于各軸承131、132、133的徑向以及軸向的負(fù)荷上，加上從主軸12的旋轉(zhuǎn)速度求出的、作用于各軸承131、132、133的滾珠(圓柱滾子)的離心力，使用各軸承 131、132、133的軌道面接觸面的面積求出各軸承131、132、133的軌道面接觸面壓(步驟 4)。然后，將各軸承131、132、133的軌道面接觸面壓與各軸承131、132、133的軌道面接觸面壓的閾值的大小進(jìn)行比較(步驟幻。當(dāng)在步驟5中求出的軌道面接觸面壓中的至少一個超過了閾值時，判斷是否變更加工條件(步驟6)，在變更加工條件的情況下，向機(jī)床的主控制裝置發(fā)出變更加工條件的指示(步驟7)，返回步驟1并反復(fù)進(jìn)行上述的處理?？刂浦甘静窟M(jìn)行例如以下指示使工具T (主軸1 的旋轉(zhuǎn)速度以預(yù)先設(shè)定的降低率降低的變更；使預(yù)壓在預(yù)壓范圍內(nèi)以預(yù)先設(shè)定的下降率下降的變更；使傳送速度以預(yù)先設(shè)定的降低率降低的變更；使切入量以預(yù)先設(shè)定的減少率減少的變更；使切削寬度以預(yù)先設(shè)定的減少率減少的變更等。然后，當(dāng)即使進(jìn)行以上那樣的加工條件的變更，在步驟5中求出的軌道面接觸面壓中的至少一個還超過閾值時，在步驟6中向機(jī)床的主控制裝置發(fā)出不變更加工條件而使主軸12停止的指示(步驟8)，結(jié)束全部的處理。通過以上的控制，能夠準(zhǔn)確地把握作用于支承主軸12的各軸承131、132、133的負(fù)荷并能防止各軸承131、132、133 的燒結(jié)，從而能夠高精度控制主軸12，提高加工精度。此外，雖然在上述的實(shí)施方式中對具備控制預(yù)壓的預(yù)壓施加裝置3的主軸裝置1 進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也能夠應(yīng)用于不具備預(yù)壓施加裝置3的主軸裝置并能得到同樣的效^ ο
權(quán)利要求
1.一種機(jī)床的主軸裝置，所述主軸裝置具備保持工具并被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸、和將所述主軸支承為能夠旋轉(zhuǎn)的多個軸承，其特征在于，具備負(fù)荷導(dǎo)出機(jī)構(gòu)，其從所述主軸伴隨著基于所述工具的加工而產(chǎn)生的狀態(tài)變化導(dǎo)出作用于所述各軸承的負(fù)荷；面壓分析機(jī)構(gòu)，其根據(jù)由所述負(fù)荷導(dǎo)出機(jī)構(gòu)導(dǎo)出的、作用于所述各軸承的負(fù)荷，對所述各軸承的軌道面接觸面壓進(jìn)行分析；以及控制指示機(jī)構(gòu)，其將由所述面壓分析機(jī)構(gòu)分析出的所述各軸承的軌道面接觸面壓、與預(yù)先設(shè)定的所述各軸承的軌道面接觸面壓的閾值進(jìn)行比較，并在所述軌道面接觸面壓中的至少一個超過了所述軌道面接觸面壓的閾值時，發(fā)出變更加工條件的指示或發(fā)出停止所述主軸的指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床的主軸裝置，其特征在于， 所述負(fù)荷導(dǎo)出機(jī)構(gòu)具備檢測所述主軸的徑向的位移的第一位移檢測機(jī)構(gòu)； 檢測所述主軸的軸向的位移的第二位移檢測機(jī)構(gòu)；根據(jù)由所述第一位移檢測機(jī)構(gòu)檢測出的所述主軸的徑向的位移，計算作用于所述各軸承的徑向的負(fù)荷的第一負(fù)荷運(yùn)算機(jī)構(gòu)；以及根據(jù)由所述第二位移檢測機(jī)構(gòu)檢測出的所述主軸的軸向的位移，計算作用于所述各軸承的軸向的負(fù)荷的第二負(fù)荷運(yùn)算機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)床的主軸裝置，其特征在于，所述第一負(fù)荷運(yùn)算機(jī)構(gòu)根據(jù)預(yù)先模型化的所述主軸的形狀、所述各軸承的位置以及所述各軸承的剛性，利用傳遞矩陣法對由所述第一位移檢測機(jī)構(gòu)檢測出的所述主軸的徑向的位移進(jìn)行分析，由此計算作用于所述各軸承的徑向的負(fù)荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的機(jī)床的主軸裝置，其特征在于， 具備對所述軸承施加軸線方向的預(yù)壓的預(yù)壓施加機(jī)構(gòu)，所述負(fù)荷導(dǎo)出機(jī)構(gòu)還參考由所述預(yù)壓施加機(jī)構(gòu)施加的作用于所述軸承的預(yù)壓，來導(dǎo)出作用于所述各軸承的徑向的負(fù)荷以及軸向的負(fù)荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的機(jī)床的主軸裝置，其特征在于， 具備檢測所述主軸的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)，所述面壓分析機(jī)構(gòu)還參考由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)檢測出的所述主軸的旋轉(zhuǎn)速度，來分析所述各軸承的軌道面接觸面壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)床等所使用的主軸裝置。主軸裝置根據(jù)主軸(12)的狀態(tài)變化導(dǎo)出作用于支承主軸的全部的軸承(131、132、133)的負(fù)荷，并且對各軸承的軌道面接觸面壓進(jìn)行分析，因此能夠準(zhǔn)確地把握各軸承的狀態(tài)。而且，在軌道面接觸面壓超過了閾值時，變更加工條件來進(jìn)行控制，以使軌道面接觸面壓不超過閾值，并且，在即使變更加工條件軌道面接觸面壓仍超過了閾值時，進(jìn)行控制以使主軸停止，因此能夠防止各軸承的燒結(jié)。由此，能夠高精度地控制主軸并提高加工精度。
文檔編號F16C19/52GK102510956SQ201080042090
公開日2012年6月20日 申請日期2010年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者松永茂 申請人:株式會社捷太格特