JP2004082278A - 工作機械のハイブリッド案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦熱による潤滑油の特性の変化を防止し、また、すべり案内に生じる熱膨張を抑え案内機構の運動特性を維持し、熱変位を防止し高精度な加工に資するようにした工作機械のハイブリッド案内装置を提供する。
【解決手段】工作機械おける移動体１２の基台上での直線運動基準となる主たる案内を構成する転がり案内１５ａ、１５ｂと、転がり案内の案内面に対して垂直なすべり面１６ａ、１６ｂとこのすべり面を摺動するスライダ２０ａ、２０ｂを有し前記転がり案内を補完する従たる案内としてのすべり案内と、の組み合わせからハイブリッド案内を構成する。そして、すべり案内のすべり面に適切な温度に管理された潤滑油を供給する潤滑油供給手段２４を設ける。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のテーブルなどの移動体の直線運動を案内する案内装置に係り、特に、案内機構として、すべり案内と転がり案内を組み合わせたハイブリッド案内装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械において、コラムや、主軸頭、テーブル等の移動体の案内機構に採用されているのは、主としてすべり案内と転がり案内である。
【０００３】
すべり案内は、案内面との接触形式が滑り接触であり、静剛性が高く、またビビリの原因となる振動に対する減衰性が転がり案内に比べて優れている。
【０００４】
他方、転がり案内は、案内面との接触形式が転がり接触となり、振動に対する減衰性は低いが、摩擦抵抗が小さく高速性や運動精度に関しては、すべり案内よりも優れている。要するに、すべり案内と転がり案内は、お互いに他方の長所とするところを短所とし、他方の短所とするところを長所としている。
【０００５】
近年では、すべり案内と転がり案内のそれぞれの特徴を活用するために、すべり案内と転がり案内とを組み合わせたハイブリッド型の案内機構が開発されている。このようなハイブリッド型の案内装置の従来技術としては、例えば、特開平９−１３１６３４号や特開２００１−９６５５に開示されているものを挙げることができる。
【０００６】
特開平９−１３１６３４号の案内装置をはじめとする従来のハイブリッド型の案内装置は、すべり案内を主体として減衰性を確保した上で、すべり案内の欠点である浮き上がりを抑え、高速適応性を付加するためすべり案内を補完するものとして転がり案内を使用するというのが基本的な設計上の考え方である。
【０００７】
例えば、上記特開平９−１３１６３４号の案内装置では、主体となる案内はすべり案内であり、転がり案内を従として転がり案内の役割分担の割合を高められるようにするために、転がり案内と移動体との間に油圧シリンダを介在させ、転がり案内の分担割合を高めるときには油圧シリンダに高圧の圧油を供給するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、すべり案内が主で転がり案内が従であるハイブリッド案内では、そのすべり案内には、減衰性を得るためにすべり面に摩擦力を働かせるが、そのときに発生する摩擦熱がすべり案内にこもることにより、スライダとすべり面の間にある潤滑油の特性が変化し、すべり案内の運動特性が変化するという問題がある。また、摩擦熱を受けたスライダが熱膨張をして押え代が増え一層摩擦が増大し、また熱変位により運動精度が低下するという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、摩擦熱による潤滑油の特性の変化を防止し、また、すべり案内に生じる熱膨張を抑え案内機構の運動特性を維持し、熱変位を防止し高精度な加工に資するようにした工作機械のハイブリッド案内装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、工作機械おける移動体の基台上での直線運動基準となる主たる案内を構成する転がり案内と、前記転がり案内の案内面に対して垂直なすべり面と当該すべり面を摺動するスライダを有し前記転がり案内を補完する従たる案内としてのすべり案内と、の組み合わせからなるハイブリッド案内と、前記すべり案内のすべり面に適切な温度に管理された潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、を具備したことを特徴とするものである。
【００１１】
この請求項１の発明によれば、最適な油温の潤滑油がすべり面とスライダの間に供給され、熱の影響による潤滑油特性の変化を防止できるので、移動体の送り運動が行われている間、ハイブリッド案内装置のすべり案内の運動特性を維持することができる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、工作機械おける移動体の基台上での直線運動基準となる主たる案内を構成する転がり案内と、前記転がり案内の案内面に対して垂直なすべり面と当該すべり面を摺動するスライダを有し前記転がり案内を補完する従たる案内としてのすべり案内と、の組み合わせからなるハイブリッド案内と、前記すべり案内に適切な温度に管理された冷却剤を供給する冷却剤供給手段と、を具備したことを特徴とするものである。
【００１３】
この請求項２の発明によれば、冷却剤供給手段からは最適温度に温度調整された冷却剤が適切なタイミングですべり案内のの冷却通路に供給されので、温度上昇やスライダの熱膨張が抑制され、したがって、すべり案内の運動精度を一定に維持することができる
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による工作機械のハイブリッド案内装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明によるハイブリッド案内装置を工作機械のテーブル送りの案内機構に適用した第１の実施の形態を示し、テーブルを移動方向正面から見た図である。
【００１５】
図１において、参照符号１０はベッドを示す。このベッド１０はベース１１上に固定されている。ベッド１０の上には、移動体としてテーブル１２が設置されている。１３は、テーブル１２の送り機構を構成するボールねじであり、ベッド１０の長手方向に延びている。
【００１６】
ベッド１０の上面には、左右両側に一組のガイドレール１４ａ、１４ｂがボールねじ１３と平行に敷設されている。テーブル１２の下面には、転がり案内ユニット１５ａ、１５ｂが取り付けられており、それぞれガイドレール１４ａ、１４ｂに係合するようになっている。この場合、テーブル１２の自重は、転がり案内ユニット１５ａ、１５ｂを介してガイドレール１４ａ、１４ｂにかかるようになっている。転がり案内ユニット１５ａ、１５ｂは図示しないローラを内蔵し、このローラがガイドレール１４ａ、１４ｂを転動する。
【００１７】
本発明のハイブリッド案内装置では、上述した転がり案内が主体の案内としてベット１０上でのテーブル１２の直線運動の基準となる案内面を構成している。
この案内面は、ベッド１０の上面と平行である。
【００１８】
上記転がり案内を補完するため、以下のような従たる案内としてのすべり案内が転がり案内の外側に配置されて組み合わされ、本発明のハイブリッド案内装置が構成されている。
テーブル１０の送り方向に向かって左右両側のベッド１０の側面部には、それぞれすべり面１６ａ、１６ｂが形成されており、これらのすべり面１６ａ、１６ｂは、ガイドレール１４ａ、１４ｂと平行に延びるようになっている。転がり案内により構成される主体となる案内面との関係では、この案内面に対してすべり面１６ａ、１６ｂは垂直である。
【００１９】
参照符号１８ａ、１８ｂは、それぞれすべり案内ユニットを示す。すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂは、本体部１９ａ、１９ｂと、すべり面１６ａ、１６ｂをそれぞれ摺動するスライダ２０ａ、２０ｂとから構成されている。この実施形態では、本体部１９ａ、１９ｂは、断面Ｌ字形のブロック体で、直角に屈曲した下端部にスライダ２０ａ、２０ｂが固着されている。
【００２０】
このようなすべり案内ユニット１８ａ、１８ｂの本体部１９ａ、１９ｂは、テーブル１２の左右両側面にそれぞれ調整ライナ２２を介してボルト２１を用いて固定されており、テーブル１２の左右両側からベッド１０を挟み込むように取り付けられている。テーブル１２の自重は、すべり面１６ａ、１６ｂかからないため、スライダ２０ａ、２０ｂは、所定の大きさの摩擦力が発生するように、潤滑剤を間に介してすべり面１６ａ、１６ｂに圧接した状態になるように、調整ライナ２２ａ、２２ｂの厚さを調整することで、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂは取り付けられている。なお、本体部１９ａ、１９ｂは、ボルト２１を抜き取ることで、テーブル１２から簡単に取り外すことができる。
【００２１】
なお、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂは、テーブル１２の片側側面に２個、両側で都合４個配置されている。この場合、テーブル送り系に適正な減衰性を付与するために、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂの配置数、その本体部１９ａ、１９ｂの幅寸法や、スライダ２０ａ、２０ｂの押付力が設定される。
【００２２】
次に、図２は、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂに潤滑油を供給する潤滑油供給装置を示す。
図２において、参照符号２４は、潤滑油を所望の温度に管理するオイルコントローラである。このオイルコントローラ２４から吐出される潤滑油は、潤滑油供給配管２５を通って各すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂのスライダ２０ａ、２０ｂとすべり面１６ａ、１６ｂの間に供給される。この場合、潤滑油供給配管２５には、潤滑油の流量を設定する可変しぼり２６が設けられている。各すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂからは、戻り配管２７がオイルコントローラ２４まで延び、潤滑油は、戻り配管２７を流れてオイルコントローラ２４に戻り、ここで適切な油温に調整される。
【００２３】
潤滑油の温度を検出するセンサとして、熱電対２８がすべり面１６ａ、１６ｂの近辺に埋め込まれており、熱電対２８から出力されるアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２９でデジタル信号に変換されてから、プログラマブルシーケンサ（ＰＬＣ）３０に導入される。ＰＬＣ３０の演算装置は、テーブル１２の送り運動が行われている間、熱電対２８から送られてくる検出温度を監視し、最適温度を決定する。この最適温度は、検出温度がいくらの場合は、オイルコントローラ２４での設定温度が温度というように、あらかじめ実験的にデータとって、温度変化と潤滑油特性変化との関連において最適温度が決められている。ＰＬＣ３０は、オイルコントローラ２４に設定温度を指令する。
【００２４】
なお、ＰＬＣ３０には、オイルコントローラ２４の潤滑油温度調整制御のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ３１が接続されており、このスイッチ３１をＯＮにすると温度調整が自動的に実行され、ＯＦＦにすると、オイルコントローラを手動で操作して任意の温度の温度の潤滑油を供給することができる。
【００２５】
本実施形態による工作機械のハイブリッド案内装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
【００２６】
加工中にテーブル１２が送られるときには、転がり案内ユニット１５ａ、１５ｂのローラがガイドレール１４ａ、１４ｂを転動し、テーブル１２　の直線運動は転がり案内により主として案内される。すべり面１６ａ、１６ｂにはテーブル１２の自重はかからず、後述のように減衰を付加するためのもので、転がり案内の高速性を阻害するものではない。このため、転がり案内の特徴である高速性を活用して早送りに対応することができる。しかも、テーブル１２が運動している間、すべり案内を構成するすべり面１６ａ、１６ｂとスライダ２０ａ、２０ｂとの間には適正な摩擦力が生じ、これにより送り方向の減衰性が増えるので、加工中に生じる切削振動を減衰させることができ、また、転がり案内に生じるテーブルの移動方向に対して左右方向へのウェービングは、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂによって抑制することができるので、必要な工作物に必要な面精度や形状精度を確保することができ、しかも、振動から工具を守り、工具寿命を向上させることが可能となる。
【００２７】
また、次のようにして最適な油温の潤滑油がすべり面１６ａ、１６ｂとスライダ２０ａ、２０ｂの間に供給され、熱の影響による潤滑油特性の変化を防止できるので、テーブル１２の送り運動が行われている間、上記のようなすべり案内の作用効果を維持できる。
【００２８】
スライダ２０ａ、２０ｂがすべり面１６ａ、１６ｂを摺動するときに発生する摩擦熱を受けて潤滑油の温度が上昇すると、ＰＬＣ３０は、熱電対２８で検出した温度からこれよりも低い最適油温を決定し、オイルコントローラ２４に温度設定値を最適油温に変える指令を送る。これにより、オイルコントローラ２４からは最適温度に温度調整された潤滑油が適切なタイミングでスライダ２０ａ、２０ｂとすべり面１６ａ、１６ｂの間に供給されので、潤滑油特性の変化が防止され、したがって、すべり案内の減衰性等の運動特性を一定に維持することができる。
【００２９】
第２実施形態
次に、本発明の第２の実施形態によるハイブリッド案内装置について、図３を参照しながら説明する。
【００３０】
第１実施形態が潤滑油を適正な温度に管理するのに対して、この第２実施形態では、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂの本体部１９ａ、１９ｂに供給する冷却剤を適正な温度に管理するようにした実施の形態である。なお、図３において、図２と同一の参照符号は同一の構成要素を示しており、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
図３において、オイルコントローラ２４は、冷却剤として用いる冷却油の温度を調整するのに用いられている。このオイルコントローラ２４の吐出口から延出する冷却油供給配管３３は、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂの本体部１９ａ、１９ｂに接続されている。この本体部１９ａ、１９ｂの内部には、図４に示すように、熱伝達の効率を高めるために、大きく蛇行する冷却通路３２が張り巡らされている。この冷却通路３２は、本体部１９ａ、１９ｂにおいて、できるだけスライダ２０ａ、２０ｂに近い位置に形成されている。冷却通路３２の出口から延びる戻り配管３５はオイルコントローラ２４に接続され、オイルコントローラ２４と冷却通路３２の間を冷却油が循環するようになっている。
【００３２】
冷却油の温度を検出するセンサとして、熱電対３４がすべり案内の冷却通路３２の近辺に埋め込まれており、熱電対３４から出力されるアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２９でデジタル信号に変換されてから、ＰＬＣ３０に導入される。ＰＬＣ３０の演算装置は、テーブル１２の送り運動が行われている間、熱電対３４から送られてくる検出温度を監視し、冷却油の最適温度を決定する。この最適温度は、検出温度がいくらの場合は、オイルコントローラ２４での設定温度が温度というように、あらかじめ実験的にデータとって、本体部１９ａ、１９ｂの熱伝導性や温度上昇と冷却油の冷却能力との関連において最適温度が決められている。
ＰＬＣ３０は、オイルコントローラ２４に設定温度を指令する。
【００３３】
なお、ＰＬＣ３０には、オイルコントローラ２４の冷却油温度調整制御のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ３６が接続されており、このスイッチ３６をＯＮにすると温度調整が自動的に実行され、ＯＦＦにすると、オイルコントローラ２４を手動で操作して任意の温度の温度の冷却油を供給することができる。
【００３４】
以上のような第２実施形態によれば、スライダ２０ａ、２０ｂがすべり面１６ａ、１６ｂを摺動するときに発生する摩擦熱を受けてすべり案内の本体部１９ａ、１９ｂやスライダ２０ａ、２０ｂの温度が上昇すると、ＰＬＣ３０は、熱電対３４で検出した温度に基づいて、冷却するために必要な最適冷却油温を決定し、オイルコントローラ２４に温度設定値を最適油温に変える指令を送る。これにより、オイルコントローラ２４からは最適温度に温度調整された冷却油が適切なタイミングで本体部１９ａ、１９ｂの冷却通路３２に供給されので、温度上昇やスライダ２０ａ、２０ｂの熱膨張が抑制され、したがって、すべり案内の運動精度を一定に維持することができる。
【００３５】
以上、本発明によるハイブリッド案内装置についてマシニングセンタのテーブルの案内に適用した好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、工作機械の主軸頭や、サドル、クロスレール等の種々の移動体の案内に適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、摩擦熱による潤滑油の特性の変化を防止し、また、すべり案内に生じる熱膨張を抑え案内機構の運動特性を維持し、高精度な加工に資するようにした工作機械のハイブリッド案内装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるハイブリッド案内装置が適用されたテーブルの正面図。
【図２】同ハイブリッド案内装置に設けた潤滑油供給装置の構成説明図。
【図３】同ハイブリッド案内装置に設けた冷却剤供給装置の構成説明図。
【図４】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図。
【符号の説明】
１０　ベッド
１１　ベース
１２　テーブル
１３　ボールねじ
１４ａ、１４ｂ　ガイドレール
１５ａ、１５ｂ　転がり案内ユニット
１６ａ、１６ｂ　すべり面
１８ａ、１８ｂ　すべり案内ユニット
１９ａ、１９ｂ　本体部
２０ａ、２０ｂ　スライダ
２４　オイルコントローラ
２８　熱電対
３０　ＰＬＣ

Claims (2)

1. 工作機械おける移動体の基台上での直線運動基準となる主たる案内を構成する転がり案内と、前記転がり案内の案内面に対して垂直なすべり面と当該すべり面を摺動するスライダを有し前記転がり案内を補完する従たる案内としてのすべり案内と、の組み合わせからなるハイブリッド案内と、
   前記すべり案内のすべり面に適切な温度に管理された潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、
   を具備したことを特徴とする工作機械のハイブリッド案内装置。
2. 工作機械おける移動体の基台上での直線運動基準となる主たる案内を構成する転がり案内と、前記転がり案内の案内面に対して垂直なすべり面と当該すべり面を摺動するスライダを有し前記転がり案内を補完する従たる案内としてのすべり案内と、の組み合わせからなるハイブリッド案内と、
   前記すべり案内に適切な温度に管理された冷却剤を供給する冷却剤供給手段と、
   を具備したことを特徴とする工作機械のハイブリッド案内装置。

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