JP2002086312A

JP2002086312A - ブローチ盤

Info

Publication number: JP2002086312A
Application number: JP2000275810A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kobayashi; 諭小林; Yoshiaki Matsumoto; 吉明松本; Katsuyuki Shimasaku; 勝行嶋作
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2002-03-26
Anticipated expiration: 2020-09-12
Also published as: JP3725014B2

Abstract

(57)【要約】【課題】床面積の増大が少なく、制御がし易く、エネ
ルギー損失が小さく、構造が簡単で６０ｍ／ｍｉｎ以上
のブローチ加工速度が可能なブローチ盤を提供。【解決手段】立形ブローチ盤１のフレーム本体２の正
面２ａに配置されたブローチ３及びワーク４の軸線に対
し前記正面を挟んで対峙する軸線上に、フレーム本体の
上部に載置されたＡＣサーボモータ５と、フレーム本体
上部と下部とで軸支された２条ねじで構成されたボール
ねじ６と、ＡＣサーボモータとボールねじ上部とのトル
クを伝達する継ぎ手８と、機械式ブレーキ１２と、ボー
ルねじに螺合して上下に移動するボールねじダブルナッ
ト７と、ダブルナットと一体にされブローチ又はワーク
を把持可能にされたラム９と、ラムの両側に設けられた
直動ころがり軸受１０と、直動ころがり軸受を介してラ
ムがフレーム本体に対し上下方向に移動可能にな直動ガ
イドレール１１と、を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボールねじを用い、
ブローチ切削速度が６０ｍ／ｍｉｎを超える高速立形ブ
ローチ盤に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の立形ブローチ盤には油圧駆動方式
とメカニカル駆動方式（ボールねじ、またはラック＆ピ
ニオン駆動）がある。図４に示すような従来の立形油圧
式ブローチ盤５１は、油圧シリンダー５５に油圧ポンプ
６０から圧油を送り、油圧シリンダーのロッド先端５６
に結合されているラム（摺動台）５９を上下に移動させ
ている。ラム５９には、プールヘッド１５が取り付けら
れプールヘッドにブローチ３を差し込みテーブル１６上
のジグ１７に設置した加工物４を切削する構造である。
係る構造のブローチ盤５１の油圧シリンダー５５の上下
速度は、圧油の油量により決まるが、シリンダーのパッ
キンの特性や寿命の点から一般的には２０ｍ／ｍｉｎま
でが使用範囲である。なお、５２は本体フレーム、６１
は油タンク、６２は油圧ポンプ用電動機、６３はバルブ
スタンド、６４はクーラント用の切削油タンク、６５は
クーラントポンプである。

【０００３】一方、従来のメカニカル式ブローチ盤で
は、「モータとボールねじ駆動方式」、「モータとラッ
ク＆ピニオン駆動方式」等がある。モータとボールねじ
タイプはモータとボールねじを直結あるいは、ギヤー減
速またはタイミングベルト減速を行っている。また、モ
ータとラックピニオンタイプは、ウォーム減速を行って
いるものが一般的である。しかし、ブローチ加工におけ
るブローチ引き力又は押し力は例えばブローチ径がφ５
０程度のもので５０ＫＮと高出力を要するためボールね
じのピッチは比較的小さく、また前述のように減速機等
を介するのでブローチの切削速度は３〜１０ｍ／ｍｉｎ
が一般的であった。また、ブローチ加工ラインでは、ブ
ローチ工程の前後工程より加工サイクルタイムが短く、
かかる切削速度で充分であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、ブローチ加工を
専門に実施しているユーザでは、前後工程の加工速度を
上げる必要がないので、切削速度を上げることにより加
工時間を短縮することができる。また、本願出願人が出
願した特願２０００−１０７４１８号（本願出願時では
未公開）で述べたように、切削速度を４０〜６０ｍ／ｍ
ｉｎとすることにより、被加工部の硬度が５０〜６８Ｈ
Ｒｃの被削物を超硬ブローチにて加工でき熱処理歪みを
除去することができることを知得した等、ブローチ加工
速度の高速化のメリットが出てきた。

【０００５】しかしながら、上述した従来の油圧式ブロ
ーチ盤においては、パッキン寿命を犠牲にしても油圧駆
動方式でより高速を出すには、油圧ポンプの吐出油量を
多くしてそれに応じたバルブ配管を使用すればよいが起
動停止時の加減速制御が複雑になり、複雑な油圧回路と
なり、制御用バルブを多く必要とし、油圧装置により床
面積も大きくなる。さらに、立ち上がり時の加速度は、
より短時間で目標速度に到達する事が必要であるが本発
明者らのテストでは油圧式では背圧などの影響で０．２
〜０．３Ｇが限度であり、６０ｍ／ｍｉｎの高速化は困
難である。また、エネルギー的には油圧のポンプ効率が
低く無負荷時においてもある程度の電力が必要となり、
機械の１サイクル当たりのエネルギーは、従来の３〜１
０ｍ／ｍｉｎ領域と４０〜６０ｍ／ｍｉｎの高速領域で
は大差が無く、無駄なエネルギーが多い等という問題が
あった。

【０００６】また、メカニカル式ブローチ盤において
は、一般に使用されているモータは交流モータ、サーボ
モータであり、その最大回転数は１８００〜２０００ｒ
ｐｍのため従来のボールねじでの直結方式や減速機を介
した駆動方式では高速化が困難であった。一方、モータ
を高速回転が容易な、直流モータとしても、直流モータ
はブラシを使用しておりブラシが摩耗する問題点があ
る。また、直流モータを制御するためには例えばワード
レオナード方式では誘導電動機と直流発電機が必要であ
り、高価となり騒音や床面積に難点があり実用的ではな
いという問題があった。

【０００７】本発明の課題は前述した問題点に鑑みて、
ブローチ加工速度が４０ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎの
高速加工が可能なブローチ盤を提供することである。ま
た、高速化にあたって床面積の増大を少なくし、制御も
し易い、さらにはエネルギー損失の小さい、構造も簡単
なブローチ盤を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１におい
ては、立形ブローチ盤のフレーム本体の正面に配置され
たブローチ及びワークの軸線に対し前記正面を挟んで対
峙する軸線上に、前記フレーム本体の上部に載置された
ＡＣサーボモータと、フレーム本体上部と下部とで軸支
された２条ねじで構成されたボールねじと、前記ＡＣサ
ーボモータと前記ボールねじ上部とのトルクを伝達する
継ぎ手と、前記ボールねじに螺合して上下に移動するボ
ールねじナットと、を有し、さらに、前記ナットと一体
にされ前記ブローチ又はワークを把持可能にされたラム
と、前記ラムの両側に設けられた直動ころがり軸受と、
前記直動軸受を介して前記ラムが前記フレーム本体に対
し上下方向に移動可能にな直動ガイドレールと、を設け
たブローチ盤を提供することにより上記課題を解決し
た。

【０００９】ブローチ及びワークの軸線にフレーム本体
を挟んで対峙させて、フレーム本体の上部にＡＣサーボ
モータを載置したので、高出力の大型のモータを使用で
きる。また、１台のモータで制御するので制御が簡単で
ある。また、モータとボールねじを直結し、２条ねじで
構成されたボールねじを用いるので、モータの回転数を
あげることなく同回転数に対して２倍のストロークを得
られるので容易に高速にすることができる。さらに、ナ
ットと一体にされたラムの両側に直動ころがり軸受を設
けフレームに直動ガイドレールを介して上下移動可能に
配置したので抵抗及び芯振れが少なく６０ｍ／ｍｉｎを
超える高速においても精度の高いブローチ加工が可能で
ある。

【００１０】なお、ボールねじの条数は３条以上でもよ
いがナットの加工が複雑になること、ナットの長さが長
くなる等のデメリットがあり２条が好ましい。また、加
工出力を確保し、加工速度を上げるためモータを大出力
にするが、２条ねじを用いることにより、ＡＣサーボモ
ータ自体の回転数は従来の１８００〜２０００ｒｐｍ程
度のものでよく、特殊なものとはならない。

【００１１】ナットはシングルナットでもよいが、ナッ
トにかかる負荷の増大を防止するために、ナットの長さ
を伸ばす必要があるが、ナットの加工が困難になるので
ダブルナットとした（請求項２）。

【００１２】２条にすることにより、速度は速まるが、
５０ＫＮの荷重に耐えうる負荷能力を持たせる必要があ
る。そこで、ボールねじのボール径を前記２条ねじの外
径の０．２〜０．２５倍とすることにより負荷容量を増
し、高速度を得た（請求項３）。ボールねじの耐久寿命
時間の設定にもよるが、ボール径が０．２未満では面圧
が高く高負荷に耐えられない。ボール径が０．２５超で
はねじ軸谷径が小さくなりボールねじ軸に対する規定の
座屈荷重に対して耐えられない。なお周速を押さえるた
めに外径を小さくするのが好ましい。

【００１３】ＡＣサーボモータは電気的なブレーキで制
御する事ができるが、電気（制御を含む）の供給が遮断
された場合には別に機械式のブレーキが必要である。な
ぜならボールねじ及び直動ころがり軸受を用いるが、両
者とも摩擦が小さいので、ブローチ又はワークの重量、
取付時の外力、ラムの重量により容易に直動ころがり軸
受が動き、ボールねじが回転する。そこで、ＡＣサーボ
モータとの間に前記ボールねじの回転を拘束可能な機械
式ブレーキを設けた。これにより、ラムの自然降下を防
ぐ（請求項４）。

【００１４】従来のような１０ｍ／ｍｉｎ程度の低速加
工においては、ブローチ加工により発生する切削屑は広
い範囲に飛び散ることが少ない。しかし、本発明のブロ
ーチ盤においては６０ｍ／ｍｉｎ、さらには８０ｍ／ｍ
ｉｎの高速加工をするので、ブローチ切削屑は広い範囲
で飛び散るおそれがある。そこで、ラムの上部とフレー
ム本体正面上部間を覆い、ブローチ加工による切屑が前
記ボールねじのナットから上の部分及び直動ころがり軸
受にかからないようにカバーを設けるのがよい（請求項
５）。

【００１５】前述した構成のブローチ盤により、ブロー
チ加工力は５０ＫＮ以上であって、ブローチ加工速度は
８０ｍ／ｍｉｎが可能である従来より高速のブローチ盤
を提供するものとなった（請求項６）。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の例を
示すブローチ盤の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線拡大
断面図である。本発明立形ブローチ盤１は、床面に水平
に設置された機械ベース１８上にフレーム本体２が垂直
に設けられている。フレーム本体２の正面２ａの作業者
側の上方に前方フレーム１６が図示しないボルトにてフ
レーム本体に連結固定されている。前方フレーム１６上
には加工ジグ１７が取り付けられ、ブローチ切削加工さ
れるワーク４が取り付けられる。ワーク４の上部にはワ
ーク軸芯と同芯になるようにブローチ３が配設されてい
る。フレーム本体２の正面２ａの加工ジグ１７に配置さ
れたワーク４の軸線に対し正面２ａを挟んで対峙する軸
線上に、フレーム本体２の上部に架台１９を介してＡＣ
サーボモータ５がその出力軸５ａを下にして載置されて
いる。ＡＣモータの出力軸５ａと同芯に２条ねじで構成
されたボールねじ６がフレーム本体の上部と下部に設け
られたころがり軸受２０，２１で軸支されている。一般
に速度６０ｍ／ｍｉｎ以上で移動する工作機械に使用さ
れるボールねじのボール径はボールねじの外径の０．２
未満であるが、本実施の形態においてはボールねじ６の
外径の０．２〜０．２５倍と一般の高速用ボールねじの
ボールより大きくされボールとねじ溝の接触面を大きく
している。

【００１７】上部ころがり軸受２０はボールねじの上方
の力（切削時荷重）及びラジアル荷重を受けるようにさ
れた４列のころがり軸受２０ａと下方の力（ラム戻り時
荷重）及びラジアル荷重を受ける１列のころがり軸受２
０ｂが下から順に軸受箱２０ｃを介してフレーム本体２
に取り付けられている。下部ころがり軸受２１は、上部
が軸受内に塵埃等が入らないようにされたシールが設け
られたボールねじ振れ止め用として１列のラジアル軸受
がフレーム本体２に軸箱２２を介して設けられている。
下部ころがり軸受２１に対し、ボールねじ６はラジアル
方向に規制されているが上下方向には伸縮可能に嵌合し
ている。また、ボールねじ６等の自重や加工荷重等の上
下の荷重は上部ころがり軸受２０で支持するようにされ
ている。なお、この上部ころがり軸受２０はボールねじ
サポート用スラストアンギュラ玉軸受け高負荷タイプを
用いた。

【００１８】ＡＣサーボモータ５の出力軸５ａには継ぎ
手８、機械式ブレーキ１２、ボールねじ６の上部６ａと
が連結されている。継ぎ手８はフレキシブルディスクカ
ップリング、機械式ブレーキ１２は無励磁ブレーキと呼
ばれる一般的なものであり、説明を省略する。

【００１９】ボールねじ６に螺合して上下に移動するボ
ールねじのダブルナット７がラム９に嵌合固定されてい
る。ダブルナット７はダブルナットスキマタイプを用い
ダブルナットでの予圧時の接触面積の減少を防ぐ。ま
た、シングルナットでは研削ができない２条ねじのよう
な長いねじ溝を可能にし、許容荷重を増大している。ダ
ブルナット７と一体にされたラム９はブローチ３を把持
するための把持（つかみ）部１５がフレーム本体２の正
面２ａを超えて図１で見て逆Ｌ字に張り出しており、さ
らに、両側に水平方向（図２でみて上下）に張り出すガ
イド部９ａ，９ａが設けられている。両ガイド部９ａに
はころが内側面に配置された凹部１０ａ，１０ａがフレ
ーム本体２の反正面側（図２でみて右方）に向くように
直動ころがり軸受１０がラム９の上下方向にそれぞれ３
列ずつ直列に配置されている。フレーム本体２にはボー
ルねじ６を挟んで上下に延びる縦リブ２ｄ，２ｄが両側
に設けられ直動ころがり軸受１０の凹部１０ａと嵌合し
ころが転動する転動面が形成された直動ガイドレール１
１が取り付けられている。この直動ガイドレール１１は
ボールねじ６の軸心と平行に配置されラム９を精度良く
上下に移動可能に支持する。

【００２０】ラム９の上部に巻き取り式のスライドカバ
ー１３の先端１３ａが両側幅一杯に固定され、本体フレ
ーム正面上部２ｂにスライドカバー１３の巻き取り部１
３ｃが取り付けられている。これにより、直動ころがり
軸受１０と直動ガイドレール１１、ボールねじナット７
とボールねじ部６への切り屑侵入を防ぐ。なお、多くの
切削屑はラム９のつかみ部１５上方及び周辺に溜まる
が、ラムの下方に飛び散るものもあり、ラムの下方にも
上下を逆にしてスライドカバー１４が設けられている。

【００２１】

【実施例】係るブローチ盤において、ＡＣサーボモータ
５を３７ＫＷ、定格回転数２０００ｒｐｍの高出力サー
ボモ−タとし、ボールねじ６の外径φ６３ｍｍ、ボール
溝ピッチ２０ｍｍ、リード４０ｍｍ（２条ねじ）、ボー
ル径φ１２．７ｍｍ（外径の０．２０２倍）のボールね
じを使用して運転した。図３は無負荷運手時の速度線図
結果である。図３に示すように、無負荷時の起動停止時
の加速度１Ｇを達成し、切削速度８０ｍ／ｍｉｎを実現
した。さらに、切削速度６０ｍ／ｍｉｎ時に５０ＫＮの
推力を得ることができた。なお、５０ＫＮ出力で６０ｍ
／ｍｉｎを得るためには、２条ねじとするほか一般的な
ボールねじのボール径がφ９．５２５ｍｍを使用した場
合はボールねじの外径はφ８０ｍｍが選択されるが、本
実施例ではボール径を大きくすることにより、ボールね
じの外径をφ６３ｍｍとし小型化ができた。なお、ＡＣ
サーボモータは射出成形機用に市販されているものを用
いた。また、ＡＣサーボモータの制御にはＮＣを用いて
いる。

【００２２】また、切削速度６０ｍ／ｍｉｎ、Ｃ／Ｔ
（サイクルタイム）＝１２．８秒、角形スプライン溝数
４（大径φ３４、内径φ３０、幅４）、微量オイルミス
トを切削部に噴霧するセミドライ加工を行ったところ、
１サイクルあたりの、ＡＣサーボモータ消費電力量は
０．００６７Ｋｗｈ、セミドライ加工用などのエアーコ
ンプレッサ消費電力量０．００７７Ｋｗｈ、合計０．０
１４４Ｋｗｈとなった。一方、従来の油圧式５トンブロ
ーチ盤を用いて切削速度５ｍ／ｍｉｎ、Ｃ／Ｔ＝２３．
３秒の他は同一条件で運転した結果、１サイクルあたり
の油圧ポンプの電動機消費電力量は０．０１３８Ｋｗ
ｈ、エアーコンプレッサ消費電力量０．０１５１Ｋｗ
ｈ、合計０．０２８９Ｋｗｈとなり、本発明においては
約５０％の省エネルギーを達成した。

【００２３】

【発明の効果】本発明においては、立形ブローチ盤のフ
レーム本体の上部に高出力のＡＣサーボモータを載置
し、２条ねじで構成されたボールねじを用い、ラムの両
側に配置された直動ころがり軸受でガイドしたので、モ
ータの回転数を高くすることなく、又、簡単な構造で、
ブローチ加工速度が４０ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎの
高速加工が可能なブローチ盤を提供するものとなった。
また、従来の加工速度を含め３〜８０ｍ／ｍｉｎの加工
も容易にできるものとなった。また、従来の油圧式に較
べ省エネルギーを図れるのは勿論、高速域においては予
想を超える省エネルギー効果を得るものとなった。

【００２４】また、ダブルナットの採用により、さら
に、ボール径をボールねじの外径の０．２〜０．２５倍
と負荷容量を増し、ボールねじ外径を小径化できるので
機械を小型にできると同時に、周速を下げることができ
るのでより高速が可能である。また、機械式ブレーキを
設けたので、非通電時や、修理時のラムの自然降下を防
ぎ、また、射出成形機用の内蔵ブレーキを持たないもの
が多い高出力形のＡＣサーボモータを使用できる。ま
た、ボールねじナット及び直動ころがり軸受のカバーを
設けることにより高速での運転により適したものとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示すブローチ盤の
縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図３】本発明の実施例のブローチ盤を用いて行った無
負荷運手時の速度線図結果である。

【図４】従来の立形油圧式ブローチ盤の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１（立形）ブローチ盤２フレーム本体２ａフレーム本体の正面２ｂフレーム本体正面上部３ブローチ４ワーク５ＡＣサーボモータ６ボールねじ７ボールねじナット８継ぎ手９ラム１０直動ころがり軸受１１直動ガイドレール１２機械式ブレーキ１３カバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】立形ブローチ盤のフレーム本体の正面に
配置されたブローチ及びワークの軸線に対し前記正面を
挟んで対峙する軸線上に、前記フレーム本体の上部に載
置されたＡＣサーボモータと、フレーム本体上部と下部
とで軸支された２条ねじで構成されたボールねじと、前
記ＡＣサーボモータと前記ボールねじ上部とのトルクを
伝達する継ぎ手と、前記ボールねじに螺合して上下に移
動するボールねじナットとを有し、さらに、前記ナット
と一体にされ前記ブローチ又はワークを把持可能にされ
たラムと、前記ラムの両側に設けられた直動ころがり軸
受と、前記直動軸受を介して前記ラムが前記フレーム本
体に対し上下方向に移動可能になる直動ガイドレール
と、を有することを特徴とするブローチ盤。
【請求項２】前記ボールねじナットはダブルナットで
あることを特徴とする請求項１記載のブローチ盤。
【請求項３】前記ボールねじのボール径は前記２条ね
じの外径の０．２〜０．２５倍であることを特徴とする
請求項１又は２記載のブローチ盤。
【請求項４】前記ボールねじとＡＣサーボモータとの
間に前記ボールねじの回転を拘束可能な機械式ブレーキ
が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれか一に記載のブローチ盤。
【請求項５】前記ラムの上部とフレーム本体正面上部
間を覆い、ブローチ加工による切屑が前記ボールねじの
ナットから上の部分及び直動ころがり軸受にかからない
ようにカバーが設けられていることを特徴とする請求項
１乃至４のいずれか一に記載のブローチ盤。
【請求項６】前記ブローチ盤のブローチ加工力は５０
ＫＮ以上であって、ブローチ加工速度は８０ｍ／ｍｉｎ
が可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
か一に記載のブローチ盤。