JP2001259953A

JP2001259953A - Ｎｃ工作機械用の駆動装置

Info

Publication number: JP2001259953A
Application number: JP2000070222A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Kitamura; 耕作北村; Shigeru Yamada; 滋山田
Original assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Current assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】送り速度の高速化と、位置決めの高精度化に
十分に対応できるＮＣ工作機械用の駆動装置を提供す
る。【解決手段】移動部（１１）をボールネジ（１２）と
ボールナット（１３）を用いて移動する構成のＮＣ工作
機械用の駆動装置において、ボールネジ（１２）の両端
にサーボモータ（１４ａ、１４ｂ）を接続し、両サーボ
モータ（１４ａ、１４ｂ）を同期運転してボールネジ
（１２）を回転させ、移動部（１１）を所定方向に移動
させる構成にし、しかも、ボールナット（１３）をダブ
ルナット方式にしてプリロードをかけてバックラッシュ
を低減する構成にし、さらに、移動部（１１）にスケー
ル（２０）を取付けたことを特徴とするＮＣ工作機械用
の駆動装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、移動部をボール
ネジとボールナットを用いて移動する構成のＮＣ工作機
械用の駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＮＣ工作機械用の駆動装置では、
ボールネジの一端にサーボモータを接続し、単一のサー
ボモータでボールネジを駆動していた。

【０００３】近年、ＮＣ工作機械において、各移動部分
の送り速度の高速化が進んでいる。高速送りには、最大
速度を早くすると共に、加速時及び減速時の加速度の絶
対値を上げなければならない。すなわち、急速発進及び
急速停止が必要となる。

【０００４】さらに、送り速度の高速化とともに、各移
動部分の位置決めの高精度化も進んでいる。高精度な位
置決めには、高速送り時において移動部を高精度に位置
制御する必要がある。また、急な加減速や反転時におい
ても、移動部の振動を低く抑える必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＮＣ工作機械用の駆動装置では、送り速度を早くするた
めにボールネジを高速で回そうとしても、ボールの回転
周速に限界があり、ボールネジの直径を太くすることは
できなかった。

【０００６】また、モータトルクを大きくして加速度を
上げるために大きなモータを使用しても、モータ自身の
負荷イナーシャの大きさのため、それほど加速度を上げ
ることができなかった。

【０００７】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、送り速度の高速化と、位置決めの高精度化に十分
に対応できるＮＣ工作機械用の駆動装置を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明は、移動部（１
１）をボールネジ（１２）とボールナット（１３）を用
いて移動する構成のＮＣ工作機械用の駆動装置におい
て、ボールネジ（１２）の両端にサーボモータ（１４
ａ、１４ｂ）を接続し、両サーボモータ（１４ａ、１４
ｂ）を同期運転してボールネジ（１２）を回転させ、移
動部（１１）を所定方向に移動させる構成にし、しか
も、ボールナット（１３）をダブルナット方式にしてプ
リロードをかけてバックラッシュを低減する構成にし、
さらに、移動部（１１）にスケール（２０）を取付けた
ことを特徴とするＮＣ工作機械用の駆動装置を要旨とし
ている。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のＮＣ工作機械用の駆動装
置は、ボールネジの両端にサーボモータを接続し、両サ
ーボモータを同期運転してボールネジを回転させ、移動
部を所定方向に移動させるものである。しかも、ボール
ナットをダブルナット方式にしてプリロードをかけてバ
ックラッシュを低減する構成にする。さらに、移動部
（好ましくはテーブル）にスケールを取付けてスケール
フィードバックによる位置決め精度の向上を図る。ま
た、ボールネジの両端に回転量検出器を取り付けてボー
ルネジの回転量を検出し、ボールネジを高精度に駆動す
る。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１１】図１は、本発明によるＮＣ工作機械用の駆
動装置を示す側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に
沿った断面図である。

【００１２】駆動装置１０は、ボールネジ１２とボール
ナット１３を用いて、テーブル等の移動部１１を移動す
る構成になっている。

【００１３】テーブル１１は、ガイド手段２２によっ
て、ボールネジ１２と平行に移動するように案内されて
いる。

【００１４】テーブル下部の突出部には、ボールナット
１３が取付けられている。ボールナット１３は、ダブル
ナット方式になっており、プリロードをかけてバックラ
ッシュを低減し、送り精度を向上できるようになってい
る。

【００１５】ボールナット１３のダブルナット構造の間
にはシム板２３を挿入することができる。適切な厚さの
シム板２３を挿入することにより、バックラッシュの効
果的な除去が可能となる。

【００１６】ボールナット１３には、ボールネジ１２が
係合されている。ボールネジ１２の両端付近は、支持部
１８に設定したベアリング１７によって、回転自在に支
持されている。

【００１７】ボールネジ１２の両端部は、継手１６を介
して、サーボモータ１４ａ及び１４ｂの出力軸１５に接
続されている。

【００１８】２個のサーボモータ１４ａ及び１４ｂは、
制御手段１９によって制御され、同期運転される構成に
なっている。最近のサーボ制御技術は非常に優れてお
り、実質的に完全な同期運転が可能である。

【００１９】このようにボールネジ１２を両端から同期
駆動することにより、必要な捩り剛性が半分で良くな
り、ボールネジ１２を細くすることができる。ボールネ
ジ１２を細くした場合には、その分高速で回転させるこ
とが可能となる。

【００２０】また、２個のサーボモータ１４ａ及び１４
ｂを使用することにより、ロータイナーシャの小さいサ
ーボモータを使用することができ、加速度を上げること
が可能となる。

【００２１】従来の片側のみの駆動の場合には、ナット
の位置によりボールネジの捩れ量が異なって、駆動精度
に悪影響を与えていた。これに対して、本発明では、ボ
ールネジ１２を両端から駆動するため、ボールネジ１２
の捩れ撓みを常に平均化することができ、駆動精度を向
上することが可能である。

【００２２】移動部１１には、ボールネジ１２と平行に
スケール２０が取り付けられている。スケール２０の長
さは、移動部１１の可動範囲程度の長さであればよい。
後述する位置検出部２１でスケール２０の位置情報を検
出することにより、移動部１１の送り位置が検出できる
ようになっている。

【００２３】位置検出部２１は、ガイド手段２２に取り
付けられ、スケール２０と対面する構成になっている。
位置検出部２１はスケール２０の位置情報を検出する。

【００２４】制御部１９は位置検出部２１に接続されて
いる。制御部１９は位置検出部２１で得られた位置情報
をフィードバック信号として、両サーボモータ１４ａ及
び１４ｂに送信する。これにより、スケールフィードバ
ックによるボールネジ両端駆動が可能になっている。

【００２５】このように、スケールフィードバックによ
るボールネジ駆動制御をボールネジ１２の両端駆動と組
み合わせることにより、高速でかつ高精度なボールネジ
駆動を、所望の送り位置に対し行うことができる。

【００２６】図３は、本発明のＮＣ工作機械用の駆動装
置の他の実施例を示す。

【００２７】図３に示す駆動装置においては、ボールネ
ジ１２の両端付近に回転速度検出器２５ａ、２５ｂが設
けられている。回転速度検出器２５ａ、２５ｂはボール
ネジ１２の両端にサーボモータ１４ａ、１４ｂの付近で
接続されていて、ボールネジ１２の回転速度を検出す
る。検出された回転速度は制御手段１９に送信され、こ
れに基づいてサーボモータ１４ａ及び１４ｂの同期運転
を制御する。

【００２８】ボールネジ１２の回転速度をフィードバッ
ク信号とすることにより、サーボモータ１４ａ、１４ｂ
をより高精度に同期制御し、駆動精度を向上させること
が可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明のＮＣ工作機械用の駆動装置によ
れば、送り速度の高速化に十分に対応することができ
る。

【００３０】また、本発明装置では、ボールネジを両端
から駆動するので、必要な捩り剛性が半分で良くなり、
ボールネジの径を細くすることができる。その場合、ボ
ールネジを高速で回転させることが可能となる。

【００３１】また、２個のサーボモータでボールネジの
両端を駆動するので、ロータイナーシャの小さいモータ
を使用することができ、加速度を上げることができる。

【００３２】さらに、ボールネジを両端から駆動するた
め、ボールネジの捩れ撓みを常に平均化することがで
き、駆動精度を向上することが可能である。

【００３３】また、移動部がスケールフィードバック制
御のもとで移送されると、移動部は駆動装置によって位
置制御され、位置決め精度を向上することができる。

【００３４】また、ボールネジが両端駆動され、かつそ
の駆動がスケールフィードバックにより制御されている
ため、径が細く寸法の長いボールねじを使用することが
できる。例えば、熱による伸びが無視できないような寸
法の長いボールねじを使用することができる。

【００３５】しかも、２個のサーボモータでボールネジ
の両端を駆動する構成と、ボールネジに係合するナット
をダブルナット方式にした構成を組み合せたため、作動
時に、ボールネジの剛性を高く保持できるとともに、振
動を大幅に抑制できる。その結果、送り精度の向上が相
乗的に顕著となる。

【００３６】また、ボールネジを両端駆動し、ボールネ
ジナットのダブルナットの間にシム板をはさんでバック
ラッシュを効果的に除去出来るようにしたため、さらに
高精度な送り駆動を行うことが可能となる。

【００３７】また、ボールネジの両端を駆動する構成
と、ボールネジの両端付近の回転数を検出してフィード
バック制御する構成を組み合わせたため、ボールネジの
捩れ撓みを低減させることができ、駆動精度をさらに向
上させることができる。

【００３８】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えば、移動部はテーブル以外のサドルやヘッド等
であっても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＮＣ工作機械用の駆動装置の実施例を
示す側面図。

【図２】図１の駆動装置をＡ−Ａ線に沿って示す断面
図。

【図３】本発明のＮＣ工作機械用の駆動装置の他の実施
例を示す側面図。

【符号の説明】

１０駆動装置１１移動部（テーブル）１２ボールネジ１３ボールナット１４ａ、１４ｂサーボモータ１５出力軸１６継手１７ベアリング１９制御部２０スケール２１位置検出部２２ガイド手段２３シム板２５ａ、２５ｂ回転速度検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動部（１１）をボールネジ（１２）と
ボールナット（１３）を用いて移動する構成のＮＣ工作
機械用の駆動装置において、１本のボールネジ（１２）
の両端にサーボモータ（１４ａ、１４ｂ）を接続し、両
サーボモータ（１４ａ、１４ｂ）を同期運転してボール
ネジ（１２）を回転させ、移動部（１１）を所定方向に
移動させる構成にし、しかも、ボールナット（１３）を
ダブルナット方式にしてプリロードをかけてバックラッ
シュを低減する構成にし、さらに、移動部（１１）にス
ケール（２０）を取付けたことを特徴とするＮＣ工作機
械用の駆動装置。
【請求項２】ボールナット（１３）のダブルナット構
造の間にシム板（２３）をはさんだことを特徴とする請
求項１に記載のＮＣ工作機械用の駆動装置。
【請求項３】回転速度検出器（２５ａ、２５ｂ）がボ
ールネジ（１２）に設けられていていることを特徴とす
る請求項１〜２のいずれか１項に記載のＮＣ工作機械用
の駆動装置。