JP2012192461A - Hybrid guide apparatus for machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械に使用されるガイド装置に関する。特に、転がりガイドと滑りガイドを組み合わせたハイブリッド式の工作機械用ガイド装置に関する。 The present invention relates to a guide device used in a machine tool. In particular, the present invention relates to a hybrid machine tool guide device in which a rolling guide and a sliding guide are combined.
従来の工作機械用ガイド装置について説明する。工作機械用ガイド装置は、摺動時の摩擦を小さくするようになっている。一般に、工作機械用ガイド装置としては、転がりガイドまたは滑りガイドが一般的である。 A conventional machine tool guide device will be described. The machine tool guide device reduces friction during sliding. Generally, a rolling guide or a sliding guide is common as a guide device for machine tools.
図5Aおよび図5Bを参照して、従来の工作機械用転がりガイド装置を詳細に説明する。図5Aは、従来の工作機械用転がりガイド装置を示している。図5Bは、図5Aにおけるガイドレール53の一点鎖線部5Bの拡大断面を示したものである。ベース(不図示)に設置されるベッド50上に水平かつ平行に配置された2本のガイドレール53,54上に、工作テーブル(以下「テーブル」)51は、ガイドレール53,54を跨ぐように設置される。ガイドレール53側のテーブル51には、ガイドユニット52a,52bが取り付けられている。他方のガイドレール54も同様である。図5Bを参照して代表例としてガイドユニット52aについて説明する。他のガイドユニットも同様である。ガイドユニット52aは、図5Bに示すように、ガイドレール53に挿嵌されている。テーブル51は、設定された姿勢を保ちながら、ガイドレール53上を摺動可能である。したがって、ガイドユニット52aとガイドユニット52bは、テーブル51の大きさおよび重量に応じて、最適なバランスとなるように取り付けられる位置が決められる。たとえば、一方のガイドレール53についてみれば、テーブル51が載置された状態のガイドレール53の長手方向に沿ったテーブル51の長手方向の中心線に対して対象となるように、ガイドユニット52aとガイドユニット52bとが配置される。他方のガイドレール54側も、同様にガイドユニットを配置する。なお、図5Aから図5Bには示していないが、テーブル51の下部にはガイドレール53,54に沿ってボールネジが配置され、それにより、テーブル51がガイドレール53,54に沿って摺動する。
A conventional rolling guide device for machine tools will be described in detail with reference to FIGS. 5A and 5B. FIG. 5A shows a conventional rolling guide device for machine tools. FIG. 5B shows an enlarged cross section of the one-dot chain line portion 5B of the
図5Bを参照してガイドユニット52aを説明する。図5Bに示すとおり、ガイドユニット52a内には、所定の環状溝が穿設されている。この環状溝内には、複数の転動体が連鎖状に連続配置され、転動体列55a,55bを構成している。転動体としては、ころ(円柱体)または転動体(球体)などである。環状溝の配置はさまざま考えられるが、たとえば図5Bの例では、転動体列55aの転動体群がなす面と転動体列55bの転動体群がなす面とが一定の角度で交差するように、環状溝が穿設されている。ガイドレール53の両側面は、ガイドレール53の長手方向全域に亘って窪んだ窪み側面を構成している。たとえば、一方の窪み側面には、ガイドレール53の長手方向に沿った摺動面53aと摺動面53bとを備えている。摺動面53a側の環状溝と摺動面53b側の環状溝は、摺動面53a側および摺動面53b側において開口し、それぞれの転動体列55a,55bの転動体群が露出している。これにより、転動体列55a,55bの転動体群は、摺動面53aと摺動面53bとに、それぞれ、接触可能である。この構成により、ガイドユニット52aをガイドレール53に沿って移動させるようとすると、転動体列55aの転動体群が摺動面53a上を転動しながら環状溝内を移動し循環する。同様に、転動体列55bの転動体群が摺動面53b上を転動しながら環状溝内を循環しながら移動する。この摺動面53aと摺動面53b上での転動体列55aおよび55bの転動により、ガイドユニット52aはガイドレール53に対して、相対的に滑らかに移動することが可能である。
The
同様に、ガイドレール53の他方の窪み側面にも、ガイドレール53の長手方向に沿って、摺動面53aと摺動面53bと対象に摺動面53cと摺動面53dとを備えている。摺動面53cと摺動面53d側のガイドユニット52aにも環状溝および転動体列が配置されている(不図示)。
Similarly, the other hollow side surface of the
続いて、図6Aを参照し、従来の工作機械用滑りガイドについて説明する。図6Aは、従来の工作機械用滑りガイドを示している。図6Bは、図6Aにおけるガイドレール56の部分の断面6B−6Bを示したものである。前記転がりガイドと同様に、ベース(不図示)に設置されるベッド50上に水平に設置された、平行な2本のガイドレール56,57上に、テーブル51が跨ぐように載置される。ガイドレール56,57は、それぞれ、ガイドレール幅から張出した張出部56a,57aを有している。一方のガイドレール56の側のテーブル51には、ガイドレール56の張出部56aを包み込むように延出部58aが配置されている。他方のガイドレール57の側のテーブル51には、ガイドレール57の張出部57aを包み込むように延出部58bが配置されている。テーブル51の面とテーブルの延出部58aとの間で張出部56aが挟持され、テーブル51の面と、テーブル51の延出部58bとの間に張出部57aが挟持されている。
Next, a conventional machine tool slide guide will be described with reference to FIG. 6A. FIG. 6A shows a conventional slide guide for a machine tool. FIG. 6B shows a cross-section 6B-6B of the
テーブル51と接触するガイドレール56側のガイド面56bの表面は、には、テーブル51の摺動の際における摩擦力を小さくするため、焼入れ研磨を施す。
The surface of the
一方、ガイドレール56側のガイド面56bと対向するテーブル51側のガイド面51aには、ポリエステル系プラスチック樹脂板を取り付け、その樹脂面であってガイドレール56側のガイド面56bに当接する側の面に、きさげ加工を施す。なお、ガイドレール56の張出し部56aとテーブル51との接触面およびガイドレール56の張出し部56aと延出部58bとの接触面にも同様の処理がなされている。これにより、テーブル51はガイドレール56,57に対して、相対的に滑らかに移動することが可能である。
On the other hand, a polyester-based plastic resin plate is attached to the
転がりガイドと滑りガイドとの性能を比較すると、滑りガイドは高速移動に弱く、製造コストが高くなる。また、位置決め精度は転がりガイドに比べて劣り、特に移動開始時における静摩擦係数と移動時における動摩擦係数との差が大きいため、円弧切削の場合に加工物の真円度が低くなる不利な面がある。
一方、転がりガイドは、高速移動に適し、位置決め精度が良好であり、製造コストが安い。しかし、転がりガイドは、切削時に発生するダンピング性能が滑りガイドに比べて低く、転がりガイドの切削精度は全体として滑りガイドと比較して悪い。このため、たとえば、特許文献1および特許文献2に示したように、転がりガイドと滑りガイドとを組み合わせたハイブリッド式のガイド装置を利用した工作機械も提案されている。
Comparing the performance of the rolling guide and the sliding guide, the sliding guide is vulnerable to high-speed movement and the manufacturing cost is high. In addition, the positioning accuracy is inferior to that of rolling guides.In particular, the difference between the coefficient of static friction at the start of movement and the coefficient of dynamic friction at the time of movement is large. is there.
On the other hand, the rolling guide is suitable for high-speed movement, has good positioning accuracy, and is low in manufacturing cost. However, the rolling guide has a lower damping performance at the time of cutting than the sliding guide, and the cutting accuracy of the rolling guide as a whole is worse than that of the sliding guide. For this reason, for example, as shown in Patent Document 1 and
しかしながら、転がりガイドと滑りガイドとを組み合わせた従来のハイブリッド式のガイド装置では、転がりガイドと滑りガイドとの切換え作業が煩雑であった。たとえば、特許文献1では滑りガイド面を有するブロック部材を取りつけ・取り外しことにより、転がりガイドと滑りガイドとの仕様を切り替えるものである。また、特許文献2では、任意に、転がりガイドと滑りガイドとを切り替えるものではない。
However, in the conventional hybrid type guide device in which the rolling guide and the sliding guide are combined, the switching operation between the rolling guide and the sliding guide is complicated. For example, in Patent Document 1, the specifications of a rolling guide and a sliding guide are switched by attaching and removing a block member having a sliding guide surface. Moreover, in
特に、近年では、様々な分野において摺動面に、ダイヤモンド・ライク・カーボン(以下、「DLC」とよぶ)膜を表面に施して、摩擦力を減じる技術が盛んであり、工作機械の滑りガイドのガイド面の処理として期待が高い。たとえば、特許文献3に記載されているように、工作機械のガイド面にDLC膜のコーティング処理を行うと、ガイド面の摩擦係数が向上し、位置決め精度が向上する。
したがって、転がりガイドと滑りガイドとの長所が利用できるハイブリッド式のガイド装置が望まれる。
In particular, in recent years, a technology that reduces the frictional force by applying a diamond-like carbon (hereinafter referred to as “DLC”) film on the sliding surface in various fields has been popular. Expectation is high as a guide surface treatment. For example, as described in
Therefore, a hybrid type guide device that can utilize the advantages of the rolling guide and the sliding guide is desired.
工作テーブルを支持するガイドユニットと、該ガイドユニットに挿嵌されるガイドレールであって、該ガイドレールに沿って延在するガイド面を備えるガイドレールと、該ガイド面から離間した位置から該ガイド面を押圧する位置に突出して、該工作テーブルに対して該ガイド面を押圧可能な滑りガイド面を有する押圧手段とを備える工作機械用ガイド装置により解決する。 A guide unit that supports the work table; a guide rail that is inserted into the guide unit, the guide rail including a guide surface that extends along the guide rail; and the guide that is spaced from the guide surface. This is solved by a guide device for a machine tool that includes a pressing means having a sliding guide surface that protrudes to a position for pressing the surface and can press the guide surface against the work table.
本発明により、切削の対象および切削状況に応じて、転がりガイドと滑りガイドの長所を発揮させることができる。 According to the present invention, the advantages of the rolling guide and the sliding guide can be exhibited according to the object to be cut and the cutting situation.
以下、本発明の第一実施形態のハイブリッド式のガイド装置1について、図1Aから図1Cおよび図2Aから図2Bを参照して説明する。
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態のハイブリッド式のガイド装置1を示している。図1Bは、図1における断面1B−1Bを示した図であり、図1Cは図1Aにおける矢視1C−1Cからみた図である。ガイド装置1は、ガイドレール3,4と、押圧手段5,6と、ガイドユニット9,10,11,12とを備えている。
Hereinafter, a hybrid guide device 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2B.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a hybrid guide device 1 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a diagram showing a cross section 1B-1B in FIG. 1, and FIG. 1C is a diagram viewed from the
ガイドレール3,4は、ベース(不図示)上に設置されるベッド20上に、それぞれ水平に配置されている。ガイドレール4は、ガイドレール3に平行に配置される。ガイドレール3,4には、それぞれ、ガイドレール3およびガイドレール4に沿って延在するガイド面3aおよびガイド面4aが用意されている。ガイド面3aおよびガイド面4aは、本実施例の場合、ガイドレール3,4の面のうち、ベッド20と平行で水平な上面であるが、必ずしもこれに限らない。
The guide rails 3 and 4 are horizontally arranged on a
ガイドユニット9,10,11,12は、テーブル2を支持し、テーブル2をガイドレール3,4に沿って摺動させるために、テーブル2に対して固定されている。ガイドユニット9および10はガイドレール3に挿嵌されていて、ガイドユニット11および12はガイドレール4に挿嵌されている。ガイドユニット9,10および11,12は、テーブル2が、ガイドレール3および4をそれぞれ跨いで配置される。図1Aから図1Cには示していないが、テーブル2の下部にはガイドレール3,4に沿って,ボールネジが配置され、それによって、テーブル2がガイドレール3,4に沿って摺動する。
The
たとえば、図1Cに示すように、押圧手段5は、ガイドレール3側のガイドユニット9とガイドユニット10との間に配置され、テーブル2に対して固定されている。また、他方の押圧手段6は、ガイドレール4側のガイドユニット11とガイドユニット12との間に配置されている。押圧手段5および押圧手段6は、それぞれ、ガイド手段7およびガイド手段8を具備している。ガイド手段7およびガイド手段8は、それぞれ、先端に、滑りガイド面7aと滑りガイド面8aとを具備している。滑りガイド面7aおよび滑りガイド面8aは、それぞれ、ガイドレール3のガイド面3aおよびガイドレール4のガイド面4aと対向している。
For example, as shown in FIG. 1C, the
ガイド手段7の滑りガイド面7aは、ガイドレール3のガイド面3aから離間した格納位置から、ガイドレール3のガイド面3aを押圧する押圧位置に突出して、ガイドレール3のガイド面3aを押圧可能である。一方、ガイド手段8の滑りガイド面8aは、ガイドレール4のガイド面4aから離間した格納位置から、ガイドレール4のガイド面4aを押圧する押圧位置に突出して、ガイドレール4のガイド面4aを押圧可能である。押圧手段5および押圧手段6は、たとえば、代表的に、油圧シリンダが適用できる。押圧手段5はガイド面3aの法線方向であって重力方向にガイド手段7を伸張して、ガイドユニット9(または10)に対してガイド面3aが離れるように、ガイド手段7の滑りガイド面7aがガイド面3aを押圧する。同様に、押圧手段6はガイドレール4のガイド面4aの法線方向であって重力方向にガイド手段8を伸張して、ガイドユニット11(または12)に対してガイド面4aが離れるように、ガイド手段8の滑りガイド面8aがガイド面4aを押圧する。
The sliding
滑りガイド面7aおよび滑りガイド面8aには、DLC膜のコーティング処理が施されている。たとえば、炭素を主成分としたアモルファス構造体のDLC膜をコーティングする。さらには、クロムモリブデン鋼からなる滑りガイド面7a,8aの表面上にラジカル窒化法により窒素拡散層を形成し、PVD法スパッタリングによって、その窒素拡散層の上に形成される窒化クロムなどの窒化物の膜の上にDLC膜をコーティングすることなども考えられる。
The sliding
ガイド手段7およびガイド手段8と押圧手段5および押圧手段6の動作と、ガイドユニット9,10,11,12の関係について、詳しく説明する。例として、図2Aおよび図2Bを参照して、ガイドレール3に挿嵌されているガイドユニット9に注目し、ガイド手段7との関係について説明する。他のガイドユニット10,11,12およびガイド手段8も同様である。図2Aは、図1Cの断面2A−2Aを示した図である。図2Aは滑りガイド面7aが格納位置にある状態のガイドユニット9を示しており、図2Bは、滑りガイド面7aが押圧位置にある状態のガイドユニット9を示している。
The operation of the guide means 7, the guide means 8, the
ガイドユニット9には、ガイドレール3が挿嵌されている。ガイドレール3の第一の側面には、ガイドレール3のガイド面3aに対してなす角が一定であってガイドレール3に沿って延在する第一摺動面3bと、第一摺動面3bに対してなす角が一定であってガイドレール3に沿って延在する第二摺動面3cとを備えている。他方の第二の側面には、ガイド面3aに対してなす角が一定であってガイドレール3に沿って延在する第三摺動面3dと、第三摺動面3dに対してなす角が一定であってガイドレール3に沿って延在する第四摺動面3eとを備えている。第一摺動面3bと第三摺動面3dとは、ガイド面3aの法線に対して、線対称である。第二摺動面3cと第四摺動面3eとは、ガイド面3aの法線に対して、線対称である。
The
従来の転がりガイドと同様に、ガイドユニット9には、内部に環状溝が穿設されている。本実施例の場合、ガイドレール3の第一の側面の側のガイドユニット9に環状溝9aと環状溝9bとが穿設されており、ガイドレール3の第二の側面の側のガイドユニット9に環状溝9cと環状溝9dとが穿設されている。環状溝9aは、環状溝9aがなす面が第一摺動面3bと垂直となるように、また、環状溝9bは、環状溝9bがなす面が第二摺動面3cと垂直になるように、穿設されている。環状溝9cは、環状溝9cがなす面が第三摺動面3dと垂直となるように、また、環状溝9dは、環状溝9dがなす面が第四摺動面3eと垂直になるように、穿設されている。
Similar to a conventional rolling guide, the guide unit 9 has an annular groove formed therein. In the case of the present embodiment, an annular groove 9 a and an
ガイドユニット9の環状溝9a,環状溝9b,環状溝9c,環状溝9dのそれぞれの中には、従来の転がりガイドと同様に、複数の転動体が列をなして転動体群を構成するように配置され、ガイドユニット9がガイドレール3に沿って摺動する。環状溝9aおよび環状溝9bのそれぞれには、第一摺動面3bを転動する第一の転動体群列および第二摺動面3cを転動する第二の転動体群列を有している。同様に、環状溝9cおよび環状溝9dのそれぞれには、第三摺動面3dを転動する第三の転動体群列および第四摺動面3eを転動する第四の転動体群列を有している。ガイドユニット9内で、環状溝9a,環状溝9b,環状溝9c,環状溝9dはガイドレール3側に開口を有している。環状溝9a,環状溝9b,環状溝9c,環状溝9d内に配設された各転動体群列の転動体のうち、ガイドレール3側に位置する転動体13a,13b,13c,13d(それぞれ複数個)は、それぞれ、その開口から、第一摺動面3b,第二摺動面3c,第三摺動面3d,第四摺動面3eと接触し、転動可能である。
In each of the annular groove 9a, the
本実施の形態の場合、第一摺動面3bと第二摺動面3cとが、ガイドレール3の第一の側面において窪み面を構成し、第三摺動面3dと第四摺動面3eとが、ガイドレール3の他方の側面である第二の側面において窪み面を構成している。ガイドユニット9内の転動体群列には予圧がかけられている。この予圧力は、転動体13aは第一摺動面3bを、転動体13cは第三摺動面3dを押し上げる方向の力成分を持ち、ガイドユニット9内の各転動体群列の転動体13bは第二摺動面3cを、転動体13dは第四摺動面3eを、それぞれ押し下げる方向の力成分を持って、バランスしている。なお、ガイドレール3とガイドユニット10の関係、およびガイドレール4とガイドユニット11,12との関係も同様である。
In the case of the present embodiment, the first sliding
ガイドレール3およびガイドレール4は、ガイドユニット9,10,11,12を介して、テーブル2からの負荷荷重を受ける。その負荷荷重は、テーブル2の自重および工作機械部品の重量分の荷重に対応する。テーブル2からの負荷荷重は、ガイドレールの個数に按分され、各ガイドレール内において、そのガイドレールに挿嵌されるガイドユニットの個数で荷重が按分される。押圧手段5を駆動させず、ガイド手段7の滑りガイド面7aがガイドレール3のガイド面3aと接触していない図2Aの状態において、転動体13a,13b,13c,13dのそれぞれと、第一摺動面3b,第二摺動面3c,第三摺動面3d,第四摺動面3eのそれぞれとの間には、以下のような荷重関係が生じる。
The
テーブル2からの負荷荷重によりガイドユニット9に按分される荷重で、ガイドユニット9は、ガイドレール3に押し付けられる。その荷重は、転動体13b,13dを介して、第二摺動面3cと第四摺動面3eとで受けるため、ガイドユニット9は、ガイドユニット9に按分される荷重の方向(図2Aの下向き方向)にひずむ。第一摺動面3bと第三摺動面3dにおける転動体13a,13cの予圧力は減少し、第二摺動面3cと第四摺動面3eにおける転動体13b,13dの予圧力は増加する。このように、テーブル2からの負荷荷重を考慮すると、すべてのガイドレールに挿嵌されている各ガイドユニット内でバランスしていた転動体群の予圧力は、全ガイドユニットとして、テーブル2からの負荷荷重分だけ荷重不均衡を生じる。
The guide unit 9 is pressed against the
そこで、この荷重不均衡の状態を解消するため、図2Bのように、押圧手段5を駆動させる。押圧手段5を駆動させると、ガイド手段7の滑りガイド面7aがガイドレール3のガイド面3aに接触してガイド面3aを押圧する。この結果、ガイドユニット9内では、テーブル2からの負荷荷重によって生じていた転動体群と、第一摺動面3bと第二摺動面3cと第三摺動面3dと第四摺動面3eの荷重不均衡の状態が解消され、各転動体群から第一摺動面3b,第二摺動面3c,第三摺動面3d,第四摺動面3eへの予圧力がバランスしている状態に戻る。荷重不均衡の状態を解消するためには、ガイド手段7の滑りガイド面7aがガイドレール3のガイド面3aに接触してガイド面3aを押す際の押圧力は、テーブル2からの負荷荷重に対応して一のガイドレール(たとえば、ガイドレール3)に按分され負荷される荷重を、テーブル2からの負荷荷重にそのガイドレールに配置される押圧手段の個数で按分した荷重とほぼ対応する。たとえば、図1Aの例で説明する。図1Aでは、テーブル2は、2本のガイドレール3およびガイドレール4で支えられている。一のガイドレール3では、一の押圧手段5が配置されている。テーブル部2の荷重がMキログラムであったとすれば、ガイドレール3に按分される荷重はM/2キログラムである。したがって、押圧手段5を駆動させてガイド手段7の滑りガイド面7aをガイドレール3のガイド面3aに押圧する押圧すべき力はM/2キログラムということになる。仮に、ガイドレール3に押圧手段を2個配置しているとすれば、按分される荷重はその半分となり、ガイド手段7の滑りガイド面7aをガイドレール3のガイド面3aに押圧する押圧すべき力はM/4キログラムとなる。ただし、実際には、テーブル2からの負荷荷重が均一でないため、各押圧手段がガイドレールの各ガイド面に接触して各ガイド面を押す際の押圧力(所定の押圧力)は、負荷荷重を考慮して配分される。
また、ガイドレール3を傾斜させている場合に、押圧手段5でガイド手段7の滑りガイド面7aがガイドレール3のガイド面3aを押圧する押圧力は、ガイド面3aに垂直方向に実際に負荷される荷重(ガイド面3aの法線方向の荷重)に対応する。
Therefore, in order to eliminate this load imbalance state, the
Further, when the
続いて、本発明のガイド装置1をいかに使用するかについて説明する。切削加工状態にない場合に、テーブル2を所定の位置までガイドレール3,4に沿って摺動させる際には、押圧手段5および押圧手段6を駆動せずに、ガイド手段7,8は格納位置に収納した状態のままでテーブル2を移動させる。
Next, how to use the guide device 1 of the present invention will be described. When the table 2 is slid along the
切削など加工を行いながらテーブル2を移動させる状態にあっては、押圧手段5を駆動して、ガイド手段7を押圧位置に突出させ、ガイド手段7の滑りガイド面7aをガイドレール3のガイド面3aに押圧させる。そして、押圧手段5は、第一の転動体群列の転動体13aから第一摺動面3bに対して負荷された押圧力(自重によって生じる負荷と予圧を考慮した力)と、第二の転動体群列の転動体13bから該第二摺動面3cに対して負荷された押圧力(自重によって生じる負荷と予圧を考慮した力)との間の荷重不均衡が無くなる荷重で滑りガイド面7aをガイド面3aに押圧した状態で、ガイド面3a上を滑りガイド面7aが摺動しながらガイドユニット9がガイドレール3に沿って摺動する。
In a state where the table 2 is moved while performing processing such as cutting, the
なお、同様に、押圧手段5は、第三の転動体群列の転動体13cから第三摺動面3dに対して負荷された押圧力(自重によって生じる負荷と予圧を考慮した力)と、第四の転動体群列の転動体13dから第四摺動面3eに対して負荷された押圧力(自重によって生じる負荷と予圧を考慮した力)とが均衡し、適切な摩擦となる荷重で滑りガイド面7aをガイド面3aに押圧する。この状態で、ガイド面3a上を滑りガイド面7aが摺動しながらガイドユニット9がガイドレール3に沿って摺動する。他方のガイドレール4における押圧手段6も同様である。また、実際には、テーブル2上の重心位置は必ずしもテーブル2の中心にないことから、重心の偏心によってモーメントを受ける。押圧手段5により滑りガイド面7aをガイド面3aに押圧する押圧力は、このモーメントも考慮して調整される。
Similarly, the
滑りガイド面を押圧手段により押すことで、転がりガイドの予圧状態はバランスの取れた状態に戻る。これにより、転がりガイド自体の動摩擦係数と静摩擦係数の差を小さくすることができる。また、転がりガイドと滑りガイドを併用させることが可能となり、滑りガイドのみを使用する場合に対しても動摩擦係数と静摩擦係数との差を小さくすることができる。さらに滑りガイドの滑り面に、DLC膜のコーティング処理を施すことで、動摩擦係数と静摩擦係数との差はほとんどなくなり、特に大きな効果を奏する。
すなわち、動摩擦係数と静摩擦係数との差が大きいために加工精度が低くなる滑りガイドの欠点を転がりガイドとDLCをコーティングした滑りガイドを併用するハイブリッドガイドが補い、動摩擦係数と静摩擦係数との差を小さくして加工精度を高めることができる。また、加工時に振動が発生しやすいという転がりガイドの欠点もハイブリッドガイドが補うことができる。特に、円弧切削の際には、真円度の高い加工が可能となる。
By pressing the sliding guide surface by the pressing means, the preload state of the rolling guide returns to a balanced state. Thereby, the difference of the dynamic friction coefficient of a rolling guide itself and a static friction coefficient can be made small. Further, it is possible to use a rolling guide and a sliding guide in combination, and the difference between the dynamic friction coefficient and the static friction coefficient can be reduced even when only the sliding guide is used. Further, by applying the DLC film coating to the sliding surface of the sliding guide, there is almost no difference between the dynamic friction coefficient and the static friction coefficient, and a particularly great effect is achieved.
In other words, the difference between the dynamic friction coefficient and the static friction coefficient is compensated for by the hybrid guide that uses both the rolling guide and the DLC-coated sliding guide because the difference between the dynamic friction coefficient and the static friction coefficient is large and the machining accuracy is low. The processing accuracy can be increased by reducing the size. In addition, the hybrid guide can compensate for the disadvantage of the rolling guide that vibration is likely to occur during processing. In particular, in circular arc cutting, processing with high roundness is possible.
本実施の形態では、上記のとおり、一本のガイドレール3に対して二個のガイドユニットたるガイドユニット9およびガイドユニット10、およびガイドユニット9とガイドユニット10との間に押圧手段5が配置される形態を説明した。しかし、一個のガイドユニット9と、一の押圧手段5でも、同様の効果を生じうる。
In the present embodiment, as described above, the guide unit 9 and the
(第二実施形態)
続いて、本発明の第二実施形態のハイブリッド式ガイド装置について、図3Aおよび図3Bを参照して説明する。図3Aは、本発明における第二実施形態のハイブリッド式ガイド装置の斜視図であり、図3Bは、本発明における第二実施形態のハイブリッド式ガイド装置をガイドレールと垂直な方向から見た断面図である。第二実施形態でも、ガイド装置1は、ガイドレール3,4と、ガイドユニット9,10,11,12とを備えている点で共通である。しかし、第二実施形態では、ガイドレール3およびガイドレール4が、ベース(不図示)に対して鉛直方向に延在するように配置される点が第一実施の形態と異なっている。以下、第一実施形態と異なる点を説明する。
(Second embodiment)
Next, a hybrid guide device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A is a perspective view of the hybrid guide device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the hybrid guide device according to the second embodiment of the present invention as viewed from the direction perpendicular to the guide rail. It is. Also in the second embodiment, the guide device 1 is common in that it includes
第二実施形態のように、鉛直方向に摺動するようにテーブル2が配置されると、テーブル2の重心位置がガイドレール3,4から離れているため、下向きにかかるテーブル2の負荷荷重により仮想回転中心A周りにモーメント力を発生させる。仮想回転中心Aは、ガイドレール3におけるガイドユニット9の固定中心と、ガイドレール3におけるガイドユニット10の固定中心との間を結んだ仮想線上のほぼ中点である。ガイドレール3の鉛直方向上側のガイドユニット9がガイドレールに及ぼす力Fの方向は、ガイドユニット10がガイドレールに及ぼす力Fの方向と反対向きであり、大きさが同じである。ここでガイドレール3におけるガイドユニット9の固定中心とは、たとえば、図2Aに示すように、ガイドレール3とガイドユニット9の断面において、第一の転動体群列の転動体13aと第一摺動面3bとの接触点と、第二の転動体群列の転動体13bと該第二摺動面3cとの接触点のほぼ中点である。
When the table 2 is arranged so as to slide in the vertical direction as in the second embodiment, the position of the center of gravity of the table 2 is away from the
さらに、第二実施形態におけるガイドユニット9内を詳細にみると、ガイドユニット内における転動体から摺動面に負荷される押圧力に違いがある。第二実施形態においても、ガイドレール3側に位置する転動体13a,13b,13c,13dは、第一実施の形態と同様に、それぞれ、第一摺動面3b,第二摺動面3c,第三摺動面3d,第四摺動面3eを押圧するように予圧を負荷された状態で接触するように配置されている。しかし、第二実施形態の場合における図2Aの状態を考えると、第一実施形態とは負荷荷重が逆の状態となっている。すなわち、ガイドユニット9はテーブル2の自重および工作機械部品の重量分の負荷荷重W1により、テーブル2の下側に向かって負荷される仮想回転軸Aを中心の回転モーメントを受ける。荷重W1の負荷中心と仮想回転軸Aとの距離をR1とすると、この回転モーメントの大きさはW1R1となる。回転モーメントW1R1により、ガイドユニット9は、ガイドレール3から離れる方向の力Fを受ける。一方、その力と同じ大きさで反対方向の力Fで、ガイドユニット10は、ガイドレール3に押し付けられる。このため、ガイドユニット9内では、ガイドユニット9は、転動体13aおよび13cに負荷されていた予圧力が増加し、転動体13bおよび転動体13dに負荷されていた予圧力は減少する。すなわち、この場合は、ガイドユニット9がガイドレール3から離れる方向の力を受けた際に転動体13aおよび13cが第一摺動面3bと第三摺動面3dとにさらに押し付けられるからである。逆に、ガイドユニット10内では、転動体13aおよび13cに負荷されていた予圧力が減少し、転動体13bおよび転動体13dに負荷されていた予圧力は増加する。すなわち、この場合は、ガイドユニット10がガイドレール3に押し付けられることで転動体13bおよび13dが第二摺動面3cと第四摺動面3eとにさらに押し付けられるからである。ガイドレール4においても同様であり、鉛直方向上方に位置するガイドユニット11はガイドユニットガイドユニット9と同じ状態であり、鉛直方向下方に位置するガイドユニット12はガイドユニットガイドユニット10と同じ状態となる。このように、鉛直方向に生じるテーブル2の負荷荷重により発生するモーメントで、ガイドユニット9,10,11,12は荷重不均衡の状態となる。
Furthermore, when the inside of the guide unit 9 in the second embodiment is viewed in detail, there is a difference in the pressing force applied to the sliding surface from the rolling elements in the guide unit. Also in the second embodiment, the rolling
これらの荷重不均衡を解消するために、第二実施形態においては、ガイドレール3に挿嵌されるガイドユニット9とガイドユニット10との間に、第一実施形態の押圧手段を2個配置する。すなわち、ガイドユニット9とガイドユニット10との間において鉛直方向上側に第一押圧手段5aを配置し、第一押圧手段5aと下方のガイドユニット10との間にあって第一押圧手段5aの鉛直方向下方に、第二押圧手段5bを配置する。第一押圧手段5aは、第一滑りガイド面7aaを有する第一ガイド手段7aを、ガイドレール3のガイド面3aから離間した格納位置から、ガイド面3aを押圧する押圧位置に突出可能である。この結果、第一滑りガイド面7aをガイド面3aに押圧可能である。第二押圧手段5bは、第二滑りガイド面7baを有する第二ガイド手段7bを、ガイドレール3のガイド面3aから離間した格納位置から、ガイド面3aを押圧する押圧位置に突出可能である。この結果、第二滑りガイド面7baをガイド面3aに押圧可能である。ガイドレール4側においても、同様に、2個の押圧手段を配置する。
In order to eliminate these load imbalances, in the second embodiment, two pressing means of the first embodiment are arranged between the guide unit 9 and the
そして、第一押圧手段5aおよび第二押圧手段5bは、第一ガイドユニットたるガイドユニット9の転動体群列から摺動面に対して負荷された押圧力と、第二ガイドユニットたるガイドユニット10の転動体群列から該摺動面に対して負荷された押圧力とが均衡するように、第一滑りガイド面7aaと第二滑りガイド面7baをガイド面3aに押圧し、その状態で第一滑りガイド面7aと第二滑りガイド面7bを摺動しながらガイドユニット9とガイドユニット10とがガイドレール3に沿って摺動可能である。他方のガイドレール4についてのガイドユニット11およびガイドユニット12も同様である。なお、滑りガイド面7aおよび滑りガイド面8aには、DLC膜のコーティング処理が施されている点では、第一実施形態と同様である。
And the 1st press means 5a and the 2nd press means 5b are the pressing force loaded with respect to the sliding surface from the rolling element group row | line | column of the guide unit 9 which is a 1st guide unit, and the
第一押圧手段5aの押圧力fa(第一押圧力)および第二押圧手段5bの押圧力fb(第二押圧力)は、以下のように設定する。まず、仮想回転中心A周りの回転モーメントW1R1と、逆向きの回転モーメントがバランスするように下記(1)に基づきfa,fbを設定すればよい。
W1R1+fa・ra1=fb・ra2 ・・・ (1)
たとえば、まず第一押圧手段5aの押圧力faを考慮せず(無視して)に、第二押圧手段5bの押圧力fbを(2)式を満たすように決定する。そして、その押圧力fbの前提で、最適な摺動を得られるように、(2)式を満たすように、第一押圧手段5bの押圧力faを第一滑りガイド面7aとガイドレールのガイド面3aとの摩擦係数などから決定する。ra1 とra2 は、一般に異なる距離として設定されるが、等距離としてもよい。設定した押圧力fa,fbによるモーメントとW1によるモーメントのバランスから最適な距離を選択する。
The pressing force fa (first pressing force) of the first
W 1 R 1 + fa · ra 1 = fb · ra 2 (1)
For example, first, the pressing force fb of the second
(第三実施形態)
続いて、本発明の第三実施形態のハイブリッド式ガイド装置について、図4を参照して説明する。第三実施形態のハイブリッド式ガイド装置では、第二実施形態において鉛直方向に延在するように配置したガイドレールと垂直方向に、さらにガイドレールを併設した実施の形態である。すなわち、ガイドレール9およびガイドレール10をベース12上に鉛直方向に配置し、ガイドレール9およびガイドレール10と垂直方向に延在するようにガイドレール13およびガイドレール14を配置する。ガイドレール13およびガイドレール14には、それぞれガイドユニット15およびガイドユニット16が挿嵌される。ベース12がガイドレール13およびガイドレール14の上を滑らかに摺動するように、図示していないが、ガイドレール13およびガイドレール14には、ガイドユニット15およびガイドユニット16以外に、ガイドユニットが均等に配置されている。
(Third embodiment)
Then, the hybrid type guide apparatus of 3rd embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. The hybrid guide device of the third embodiment is an embodiment in which a guide rail is further provided in the vertical direction with the guide rail arranged to extend in the vertical direction in the second embodiment. That is, the guide rail 9 and the
ガイドレール13に挿嵌されているガイドユニット間には、第三押圧手段17が配置されていて、その滑りガイド面でガイドレール13のガイド面を押圧可能である。同様に、ガイドレール14に挿嵌されているガイドユニット間には、第四押圧手段18が配置されていて、その滑りガイド面でガイドレール14のガイド面を押圧可能である。上方に位置するガイドユニット15は、下方に位置するガイドユニット16は、テーブル2の負荷荷重W1にベース12及びガイドレール3,4等の重量を加えた負荷荷重による大きさW2の荷重により仮想回転中心B周りの回転モーメントを受けることになる。ガイドレール15の断面の中心とガイドレール16の断面の中心とを結んだ仮想線の中点である仮想回転中心Bから、ベース12,ガイドレール3,4およびガイドユニット9,10,11,12を含めた全負荷荷重W2の重心との距離をR2とした場合には、仮想回転中心B周りの回転モーメント量は、W2R2となる。したがって、第二実施例と同様に、仮想回転中心B周りの回転モーメントがつりあうように、第三押圧手段17と第四押圧手段18のそれぞれの滑りガイド面がそれぞれガイドレール13,14のガイド面を押圧するそれぞれの押圧力fc,fdは、第二実施例における押圧力faと押圧力fbと同様に、以下のように設定する。
A third pressing means 17 is arranged between the guide units inserted into the guide rails 13 so that the guide surfaces of the guide rails 13 can be pressed by the sliding guide surfaces. Similarly, a fourth pressing means 18 is disposed between the guide units inserted into the guide rails 14 so that the guide surfaces of the guide rails 14 can be pressed by the sliding guide surfaces.
まず、仮想回転中心B周りの回転モーメントW2R2に対して、逆向きの回転モーメントがバランスするように下記(2)に基づきfc,fdを設定すればよい。
W2R2+fc・rb1=fd・rb2 ・・・ (2)
たとえば、まず第三押圧手段17の押圧力fcを考慮せず(無視して)に第四押圧手段18の押圧力fdを(2)式を満たすように決定する。そして、その押圧力fdの前提で、最適な摺動を得られるように、(2)式を満たすように、第三押圧手段17の押圧力fcを押圧手段が押す滑りガイド面とガイドレールのガイド面との摩擦係数などから決定する。rb1 とrb2 は、一般に等距離として設定される。設定した押圧力fc,fdによるモーメントとW2によるモーメントのバランスから最適な距離を選択する。なお、第三押圧手段17と第四押圧手段18の各滑りガイド面に、DLC膜のコーティング処理が施されている点では、第一実施形態と同様である。
First, fc and fd may be set based on the following (2) so that the rotational moments in the opposite direction are balanced against the rotational moment W 2 R 2 around the virtual rotation center B.
W 2 R 2 + fc · rb 1 = fd · rb 2 (2)
For example, first, the pressing force fd of the fourth pressing means 18 is determined so as to satisfy the expression (2) without considering (ignoring) the pressing force fc of the third
1 ガイド装置
2 テーブル
3,4 ガイドレール
5,6 押圧手段
7,8 ガイド手段
7a,8a 滑りガイド面
9,10,11,12 ガイドユニット
13 転動体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
該ガイドユニットに挿嵌されるガイドレールであって、該ガイドレールに沿って延在するガイド面を備えるガイドレールと、
該ガイド面から離間した位置から該ガイド面を押圧する位置に突出して、該工作テーブルに対して該ガイド面を押圧可能な滑りガイド面を有する押圧手段とを備える工作機械用ガイド装置であって、
該ガイドユニットは、該ガイドユニットが該ガイドレールに沿って摺動するための転動体群列を有し、
該押圧手段は、所定の押圧力で、該滑りガイド面を該ガイド面に押圧し、その状態で該ガイド面上を該滑りガイド面が摺動しながら該ガイドユニットが該ガイドレールに沿って摺動可能であることを特徴とする工作機械用ガイド装置。 A guide unit for supporting the work table;
A guide rail inserted into the guide unit, the guide rail having a guide surface extending along the guide rail;
A machine tool guide device comprising: a pressing means having a sliding guide surface protruding from a position spaced from the guide surface to a position pressing the guide surface and capable of pressing the guide surface against the work table. ,
The guide unit has a rolling element group row for the guide unit to slide along the guide rail,
The pressing means presses the sliding guide surface against the guide surface with a predetermined pressing force, and the guide unit moves along the guide rail while the sliding guide surface slides on the guide surface in this state. A machine tool guide device characterized by being slidable.
該滑りガイド面にはDLC膜がコーティングされていることを特徴とする工作機械用ガイド装置。 The machine tool guide device according to claim 1,
A guide device for a machine tool, wherein the sliding guide surface is coated with a DLC film.
該所定の押圧力は、該工作テーブルからの重力方向の負荷荷重に対応して該ガイドレールに按分される重力方向の荷重を重力方向の成分として有する力であることを特徴とする工作機械用ガイド装置。 The machine tool guide device according to claim 1 or 2,
The predetermined pressing force is a force having, as a component in the gravitational direction, a gravitational load that is apportioned to the guide rail in response to a gravitational load from the work table. Guide device.
工作テーブルを支持して摺動させる他のガイドユニットを備え、
該他のガイドユニットは、該ガイドレールに沿って摺動するための転動体群列を有し、
該押圧手段は、該ガイドユニットと、該他のガイドユニットとの間に配置されることを特徴とするガイド装置。 The machine tool guide device according to any one of claims 1 to 3, wherein the machine tool guide device further includes:
Equipped with another guide unit that supports and slides the work table,
The other guide unit has a rolling element group row for sliding along the guide rail,
The guide device, wherein the pressing means is disposed between the guide unit and the other guide unit.
該第一ガイドユニットの下方で工作テーブルを支持する第二ガイドユニットと
該第一ガイドユニットおよび該第二ガイドユニットに挿嵌されるガイドレールであって、該ガイドレールに沿って延在するガイド面を備えるガイドレールと、
該ガイド面から離間した位置から該ガイド面を押圧する位置に突出して、該工作テーブルに対して該ガイド面を押圧可能な第一滑りガイド面を有する第一押圧手段と、
該ガイド面から離間した位置から該ガイド面を押圧する位置に突出して、該工作テーブルに対して該ガイド面を押圧可能な第二滑りガイド面を有する第二押圧手段と、
を備える工作機械用ガイド装置であって、
該第一ガイドユニットおよび該第二ガイドユニットは、それぞれ、該ガイドレールに沿って摺動するための転動体群列を有し、
該第一押圧手段は第一押圧力で該第一滑りガイド面を該ガイド面に押圧し、該第二押圧手段は第二押圧力で該第二滑りガイド面を該ガイド面に押圧し、その状態で該ガイド面上を該第一滑りガイド面と該第二滑りガイド面が摺動しながら該第一ガイドユニットと該第二ガイドユニットとが該ガイドレールに沿って摺動可能であることを特徴とする工作機械用ガイド装置。 A first guide unit for supporting the work table;
A second guide unit for supporting a work table below the first guide unit; a guide rail inserted into the first guide unit and the second guide unit, the guide extending along the guide rail A guide rail with a surface;
A first pressing means having a first sliding guide surface protruding from a position spaced from the guide surface to a position for pressing the guide surface and capable of pressing the guide surface against the work table;
A second pressing means having a second sliding guide surface protruding from a position spaced from the guide surface to a position for pressing the guide surface and capable of pressing the guide surface against the work table;
A machine tool guide device comprising:
Each of the first guide unit and the second guide unit has a rolling element group row for sliding along the guide rail,
The first pressing means presses the first sliding guide surface against the guide surface with a first pressing force, the second pressing means presses the second sliding guide surface against the guide surface with a second pressing force, In this state, the first guide unit and the second guide unit can slide along the guide rail while the first sliding guide surface and the second sliding guide surface slide on the guide surface. A machine tool guide device.
該第一滑りガイド面と該第二滑りガイド面にはDLC膜がコーティングされていることを特徴とする工作機械用ガイド装置。 The machine tool guide device according to claim 5,
A guide device for a machine tool, wherein the first sliding guide surface and the second sliding guide surface are coated with a DLC film.
該第二押圧力は、該第一押圧力より大きいことを特徴とする工作機械用ガイド装置。 The machine tool guide device according to claim 5 or 6,
The guide device for a machine tool, wherein the second pressing force is larger than the first pressing force.
該第一ガイドレールの下方に配置され、工作テーブルを支持する第二ガイドユニットに挿嵌される第二ガイドレールであって、該第二ガイドレールに沿って延在する第二ガイド面を有する第二ガイドレールと、
該第一ガイドレースに挿嵌される第一ガイドユニットと、
該第二ガイドレースに挿嵌される第二ガイドユニットと、
該第一ガイド面から離間した位置から該第一ガイド面を押圧する位置に突出して、該工作テーブルに対して該第一ガイド面を押圧可能な第一滑りガイド面を有する第一押圧手段と、
該第二ガイド面から離間した位置から該第二ガイド面を押圧する位置に突出して、該工作テーブルに対して該第二ガイド面を押圧可能な第二滑りガイド面を有する第二押圧手段と、
該第一ガイドユニットおよび該第二ガイドユニットは、それぞれ、該第一ガイドレールと該第二ガイドレールとに沿って摺動するための転動体群列を有し、
該第一押圧手段は第一押圧力で該第一滑りガイド面を該ガイド面に押圧し、該第二押圧手段は第二押圧力で該第二滑りガイド面を該ガイド面に押圧し、その状態で該ガイド面上を該第一滑りガイド面と該第二滑りガイド面が摺動しながら該第一ガイドユニットと該第二ガイドユニットとが該ガイドレールに沿って摺動可能であることを特徴とする工作機械用ガイド装置。 A first guide rail that is inserted and fitted into a first guide unit that supports the work table, the first guide rail having a first guide surface extending along the first guide rail;
A second guide rail disposed below the first guide rail and inserted into a second guide unit that supports the work table, and has a second guide surface extending along the second guide rail. A second guide rail,
A first guide unit inserted into the first guide race;
A second guide unit inserted into the second guide race;
A first pressing means having a first sliding guide surface protruding from a position spaced from the first guide surface to a position for pressing the first guide surface and capable of pressing the first guide surface against the work table; ,
A second pressing means having a second sliding guide surface protruding from a position spaced from the second guide surface to a position for pressing the second guide surface and capable of pressing the second guide surface against the work table; ,
The first guide unit and the second guide unit each have a rolling element group row for sliding along the first guide rail and the second guide rail,
The first pressing means presses the first sliding guide surface against the guide surface with a first pressing force, the second pressing means presses the second sliding guide surface against the guide surface with a second pressing force, In this state, the first guide unit and the second guide unit can slide along the guide rail while the first sliding guide surface and the second sliding guide surface slide on the guide surface. A machine tool guide device.
該第一滑りガイド面と該第二滑りガイド面にはDLC膜がコーティングされていることを特徴とする工作機械用ガイド装置。 A machine tool guide device according to claim 8,
A guide device for a machine tool, wherein the first sliding guide surface and the second sliding guide surface are coated with a DLC film.
該第二押圧力は、該第一押圧力より大きいことを特徴とする工作機械用ガイド装置。 The machine tool guide device according to claim 8 or 9,
The guide device for a machine tool, wherein the second pressing force is larger than the first pressing force.
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