JP2001225234A - 三軸移動工作機械 - Google Patents

三軸移動工作機械

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JP2001225234A
JP2001225234A JP2000079108A JP2000079108A JP2001225234A JP 2001225234 A JP2001225234 A JP 2001225234A JP 2000079108 A JP2000079108 A JP 2000079108A JP 2000079108 A JP2000079108 A JP 2000079108A JP 2001225234 A JP2001225234 A JP 2001225234A
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JP
Japan
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column
axis
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movement
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JP2000079108A
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Mare Mitsuma
希 三津間
Katsuhiro Inoue
勝弘 井上
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Enshu Ltd
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Enshu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コラム移動の高速化によって発生するZ軸面
の回転モーメント(ヨーイング現象)を抑制して、案内
部材の早期磨耗の低減と位置決め精度を維持し、高精度
加工が可能な三軸移動工作機械を提供することを目的と
する。 【解決手段】 前後方向のY軸方向にコラム3を移動さ
せる2本の案内部材2は、サドル5の移動によって生ず
るコラム重心位置の変位よりも外側に設け、2本の案内
部材2の近傍にコラム移動用ボールねじ7を2本配置し
た三軸移動工作機械Kである。これにより、コラムのZ
軸面の回転モーメント(ヨーイング現象)が抑制され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コラム移動をする
三軸移動工作機械に係わり、特に、コラムの剛性を高め
て高精度位置決めと高精度の加工ができるようにしたも
のに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、コラム移動をする三軸移動工作機
械は、図9に示すように構成されている。先ず、ベッド
100上に案内部材102を敷設し、これにコラム10
3を移動可能に搭載させている。上記コラム103の底
部には、ナット107bが固定されている。上記ナット
107bに螺合する1本のボールねじ107は、案内部
材102間のほぼ中央位置のベッド上に敷設されてい
る。しかして、上記コラム103は、ボールねじ107
の回転駆動により、Y軸方向に移動されるようになって
いる。また、サドル105は、コラム103上に敷設し
た案内部材によりX軸方向に移動可能に搭載されてい
る。このサドル105には、ナットが固定され、ナット
に螺合する1本のボールねじがコラム上に付設されてい
る。これで、上記サドル105は、ボールねじの回転駆
動により、X軸方向に移動される。そして、上記サドル
105上に敷設した案内部材には、主軸装置106が上
下のZ軸方向に移動する構成が採られている。上記主軸
装置106には、ナットが固定され、ナットに螺合する
1本のボールねじがサドル105上に付設されている。
これで、上記主軸装置106は、ボールねじの回転駆動
により、Z軸方向に移動される。以上の構成により、主
軸装置を三次元方向に相対移動させ、工作物を加工する
工作機械として一般的に知られている。
【0003】ところで、近年、加工時間短縮の要求によ
り各移動軸の高速化が図られている。上記三軸移動工作
機械においては、コラムにサドルや主軸装置を載置して
いるから、慣性モーメントが大きくなったコラムに対し
て、このコラムを高速移動時に発生するコラムとその案
内部材に大きな負荷がかかることになる。即ち、サドル
105がX軸移動ストローク端にある状態で、コラム案
内部材102のほぼ中央に敷設する1本のボールねじ1
07でコラム103をY軸方向に高速移動させると、コ
ラム移動の作用点となるボールねじに螺合するナット1
07bの取付け位置と、アンバランスな重量配分となっ
たコラムの重心位置と、に大きな変位が生じ、これがZ
軸面の回転モーメントとなってコラムと案内部材間に働
く(ヨーイング現象)ので、直進性の悪いY軸移動を行
い、案内部材も早期磨耗をする。このため三軸移動工作
機械の加工精度の長期間維持が困難になると言う問題が
発生してしまう。
【0004】この現象に関しては、図10、図11中の
シンプルなモデルにより表現した。図10においては、
主軸等を含む重量物110がコラム103の端面上を移
動する際、重量物110の移動に起因する偏荷重により
ナット107を中心としてコラム103にヨーイング現
象が引き起こされ、直進性が損なわれる状況を示してい
る。この際、コラム103の端面で保持されている主軸
106の位置もずれるため、主軸106と加工ワークの
位置関係もずれることから、要求される加工精度を維持
できなくなる。このようなヨーイング現象は、重量物1
10の重量が大きい場合はもちろんのこと、重量物11
0の移動速度(加速度)が速くなった場合等に顕著に表
れる。
【0005】また、図11のように、主軸等を含む重量
物110がコラム103に対して移動しない場合であっ
ても、重量物110がコラム103の中心から外れ、偏
った位置にある場合は、コラム103自身の移動により
偏荷重が発生し直進性が損なわれる。この影響は、重量
物110自身が重い場合はもちろんのこと、コラム10
3の移動速度(加速度)が速い場合に顕著に表れる。
【0006】また、重切削のように主軸に負荷がかかる
場合も、この負荷は主軸を介してコラム103が受ける
ため、同様に、直進性が損なわれる結果となる。このよ
うな無理な力が駆動系にかかることは、駆動系の寿命の
短縮につながるとともに精度不良を引き起こすだけでな
く、高速切削を実現するための課題であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたもので、各移動軸の高速移動時にコラ
ムとその案内部材にかかる大きな負荷に耐えられる三軸
移動工作機械を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、Y軸方向にコ
ラムを移動させる案内部材とこのボールネジとをサドル
と主軸装置を含む移動体の移動によって生ずるコラムの
重心位置の変位よりも外側に設け、それぞれの案内部材
近傍にコラム移動の作用点2ヶ所を、できるだけ広い間
隔で設置させ、2本のボールねじでコラム移動をさせる
ことを特徴とするものである。
【0009】これにより、コラムで発生していたヨーイ
ング現象は、コラムが広い間隔の2ヶ所で位置制御がな
されることより、駆動力の伝わり方に曖昧さが無くなる
ことから、ヨーイング現象が発生しなくなる。
【0010】しかして、上記コラムはY軸方向の移動時
に、ヨーイング現象を起こすことも無く、直進性の良い
Y軸移動が可能となる。更に、案内部材の早期磨耗を防
ぐことができ、高精度位置決めを長期間にわたって維持
可能となり、加工精度の高い三軸移動工作機械が提供で
きる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る三軸移動工作
機械の実施例を示す図面に基づいて説明する。図1は本
発明の第1実施形態を示す立型主軸装置取付けの三軸移
動工作機械の全景を示す斜視図であり、図2は主要部分
を示す平面図であり、図3は主要部分を示す側面図であ
る。
【0012】先ず、三軸移動工作機械Kの全体構成から
説明する。ベッド1上にY軸用の案内部材2を敷設し、
これにコラム3を移動可能に載置させている。上記コラ
ム3の底部には、ナット(7b)が固定されている。上
記ナットに螺合する2本のボールねじ7は、ベッド上に
敷設されている。上記コラム3は、ボールねじ7の回転
駆動により、Y軸方向に移動されるようになっている。
【0013】また、サドル5は、コラム3前面に敷設し
たX軸用の案内部材4にX軸方向に移動可能に載置され
ている。このサドル5には、ナット(5a)が固定さ
れ、ナットに螺合する1本のボールねじ(5b)がコラ
ム前面に付設されている。これで、上記サドル5は、ボ
ールねじの回転駆動により、X軸方向に移動される。
【0014】そして、上記サドル5上に敷設したZ軸用
の案内部材には、主軸装置6が上下のZ軸方向に移動す
る構成が採られている。上記主軸装置6には、ナット
(6a)が固定され、ナットに螺合する1本のボールね
じ(6b)がサドル5上に付設されている。これで、上
記主軸装置6は、ホールねじの回転駆動により、Z軸方
向に移動される。
【0015】上記三軸移動工作機械Kにおいて、主軸装
置6を載置してX軸方向に移動可能なサドル5の移動に
よって生ずるコラム3の重心位置の変位δXよりも外側
となるベッド1の左右位置にY軸方向のY軸用の案内部
材2は敷設されている。上記Y軸用の案内部材2の近傍
であって、このY軸用の案内部材に平行する内側のベッ
ド1上に、2本のボールねじ7を敷設している。この2
本のボールねじ7は、コラム下部に固定したナット7b
と螺合している。これで、コラム3は、ボールねじ7の
回転駆動により、Y軸方向に移動させられる。
【0016】上記2本のボールねじ7は、同じ軸径と、
同じねじピッチとで、同期回転ができる構成になってい
る。即ち、上記2本のボールねじ7には、それぞれのボ
ールねじを同期して回転駆動させるサーボモータ8がベ
ッド上の奥部に取付けられている。
【0017】本発明の三軸移動工作機械Kは、上記のよ
うに構成されており、下記のように作用する。先ず、Y
軸方向にコラム3を移動させる案内部材2は、サドル5
と主軸装置6を含む移動体の移動によって生ずるコラム
3の重心位置の変位よりも外側に設けられている。これ
により、各案内部材2の近傍にコラム移動の作用点2ヶ
所が、最大限に広い間隔で設置されていることになる。
即ち、ボールねじ7と、螺合するナット7bを固定する
コラム位置を案内部材との摺動部近傍のできるだけ広い
間隔を保てる位置に設定されることになる。そして、2
本のボールねじ7でコラム3をY軸方向に移動をさせる
ことできる。
【0018】上記コラム3のY軸方向移動時において、
図4、図5に記載されているように作用する。即ち、コ
ラムは、このコラム3に取り付けた重量物110がコラ
ム3の中心から外れ、偏った位置にあっても、2ヶ所の
ナット7bで位置制御が同期してなされることにより、
駆動力の伝わり方に曖昧さがなくなることから、直進性
が損なわれず、ヨーイング現象が発生しなくなる。
【0019】しかして、上記コラムはY軸方向の移動時
に、ヨーイング現象を起こすことも無く、直進性の良い
Y軸移動が実行可能となる。これにより、案内部材の早
期磨耗を防ぐことができ、高精度位置決めを長期間にわ
たって維持可能となる。このことは、加工精度の高い三
軸移動工作機械とすることができる。
【0020】本発明は、上記第1実施形態に限定されな
い。上記第1実施形態では、立型の主軸装置6を取付け
た三軸移動工作機械について述べている。しかし、横型
の主軸装置を取付けた三軸移動工作機械であっても良
い。具体的には、図6、図7に示すようなコラムにサド
ルと主軸装置が載置される構成の三軸移動工作機械であ
れば同じ作用・効果を奏することができる。図6の第2
実施形態は、前述の第1実施形態における立型主軸装置
6に替えて、横型主軸装置を取付けた構成に変更されて
いるものである。
【0021】また、図7の第3実施形態は、コラム上に
Y軸方向に移動可能な案内部材4bを備えるサドル5を
載置し、サドルにはX軸方向に移動可能な案内部材4を
備える横型主軸装置を載置する構成としたものを示して
いる。これら横型主軸装置を取付けた構成の三軸移動工
作機械においては、コラム移動軸をZ軸、横型主軸の移
動軸をY軸と、一般的に呼称されるので、本発明の第1
実施形態のY軸をZ軸に、Z軸をY軸に読み替えれば、
同じような発明の効果は達成される。
【0022】更に、ボールねじの駆動方法については、
2本のボールねじが同期回転をする方法であればよいの
で、例えば1台のサーボモータにシンクロベルト等で2
本のボールねじを連結させて同期回転駆動させる方法で
もよい。
【0023】なお、ナット7bの間隔に関しては、広い
ほうが当然有利となる。図8に示す第4実施形態におい
て、ナット7bの間隔を最大限に広くした形態を示して
いる。通常、案内部材2の内側に設定されるナット7b
及びボールネジ7を、案内部材2の外側に配置すること
により、ナット7bの間隔を最大化し、ヨーイング現象
の発生を極小することが可能である。
【0024】
【発明の効果】本発明は、以上説明したようにX軸方向
に移動可能なサドルの移動によって生ずるコラムの重心
位置の変位よりも外側に案内部材を敷設し、コラム移動
の作用点を案内部材近傍の2ヶ所にしたのでコラムは、
ヨーイング現象を起こすことも無く直進性の良いY軸移
動が可能となる効果が発揮される。
【0025】更に、コラムは、直進性の良いY軸移動が
可能であるから、案内部材の早期磨耗を防ぐことがで
き、高精度位置決めを長期間維持することが可能とな
り、加工精度の高い三軸移動工作機械を提供できる効果
が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示し、立型主軸装置を
取付けた三軸移動工作機械の全景の斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態を示し、三軸移動工作機
械の平面図である。
【図3】本発明の第1実施形態を示し、三軸移動工作機
械の側面図である。
【図4】本発明の第1実施形態を示し、三軸移動工作機
械の作用平面図である。
【図5】本発明の第1実施形態を示し、三軸移動工作機
械の作用平面図である。
【図6】本発明の第2実施形態を示し、三軸移動工作機
械の側面図である。
【図7】本発明の第3実施形態を示し、三軸移動工作機
械の側面図である。
【図8】本発明の第4実施形態を示し、三軸移動工作機
械の平面図である。
【図9】従来の立型主軸装置を取付けた三軸移動工作機
械の平面図である。
【図10】従来の立型主軸装置を取付けた三軸移動工作
機械においてヨーイング現象の発生を示す平面図であ
る。
【図11】従来の立型主軸装置を取付けた三軸移動工作
機械においてヨーイング現象の発生を示す平面図であ
る。
【符号の説明】
1,100 ベース 2,102 案内部材 3,103 コラム 4 X軸用案内部材 4b Y軸用案内部材 5,105 サドル 6,106 主軸装置 5b,6b,7,107 ボールねじ 5a,6a,7b,107b ナット 8 サーボモータ K 三軸移動工作機械 δX 変位 110 主軸等を含む重量物

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベッド上に設けた2本の案内部材によって
    前後方向であるY軸方向に移動するコラムと、コラム上
    に設けた案内部材によって左右方向であるX軸方向に移
    動するサドルと、サドル上に設けた案内部材によって上
    下方向であるZ軸方向に移動する主軸装置を載置してな
    る三軸移動工作機械において、Y軸方向にコラムを移動
    させる2本の案内部材は、サドルの移動によって生ずる
    コラム重心位置の変位よりも外側に設け、上記2本の案
    内部材の近傍にコラム移動用ボールねじを2本備えたこ
    とを特徴とする三軸移動工作機械。
JP2000079108A 2000-02-15 2000-02-15 三軸移動工作機械 Pending JP2001225234A (ja)

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Cited By (5)

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