JP2013086194A - 工作機械の送り案内機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 工具支持部材が長手方向の一端に設けられた進退バーの回転を防止し、かつ進退バーを長手方向に安定して精度良く案内することができ、剛性が高く、工作機械に組込まれた場合に、その工作機械がコンパクトで加工精度を良くできる工作機械の送り案内機構を提供する。
【解決手段】 工具７を支持する工具支持部材２と、この工具支持部材２が長手方向の一端に設けられ、周面に長手方向に延びる被案内面８が周方向の３箇所以上に形成された進退バー３と、この進退バー３の各被案内面８が長手方向にそれぞれ滑り接触する３箇所以上の案内面を有するバー支持部材４と、進退バー３に連結部材２０，２１を介して連結された被案内体２２、およびバー支持部材４を設けた部材１４に設置された案内体２３でなり、進退バー３からこの進退バー３の径方向に離れた位置で、進退バー３を前記長手方向に案内する直動転がり案内５とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、旋盤等の工作機械に設けられ、工具を送り方向に案内する送り案内機構に関する。

旋盤は、ワークを支持して回転する主軸と、工具を支持する工具支持部材とを互いに相対移動させることで、ワークに対して工具で切削加工を行うが、主軸と工具支持部材の相対移動の形態は幾通りかある。例えば、特許文献１に記載の旋盤は、主軸は位置固定で、工具支持部材を主軸の軸心方向および軸心と直交する方向に移動させる形態である。

上記形態の場合、例えば図７の簡略化して表した斜視図に示すように、主軸４２の軸心方向（Ｚ軸方向）に進退自在に進退バー３を設け、この進退バー３の先端に工具支持部材２が設けられる。進退バー３は、長手方向（Ｚ軸方向）に垂直な断面の輪郭形状が円形の棒状であって、その外周面が円筒状の滑りガイド５０によって長手方向に摺動自在に支持される。前記滑りガイド５０は、主軸４２の軸心と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能な送り台５１に設置されている。

上記のように、円形の進退バー３を円筒状の滑りガイド５０で案内する場合、進退バー３の回り止め措置が必要となる。回り止め措置の一例として、図８のように、進退バー３と一体に動作するガイドアーム５２を主軸（図示せず）の軸心と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に延ばして設け、このガイドアーム５２の先端に設けた上下一対の被案内体５３を、主軸の軸心方向（Ｚ軸方向）に長い案内体５４の上下両面にそれぞれ滑り接触させることで、進退バー３を主軸の軸心方向に案内する方式がある。この方式によると、進退バー３の回転防止だけでなく、切削加工時に生じる上下方向（Ｙ軸方向）の主分力Ｆ１（図７）の一部を案内体５４が受けるため、剛性を向上させられる。

回り止め措置の異なる例として、進退バーの外周面に長手方向に延びる平面等からなる被案内面を形成し、この被案内面を滑りガイドで案内する構成がある（図示せず）。この構成の場合、進退バーの外周面が円形でないので、回転を生じさせずに進退バーを長手方向に案内することができる。

特開平４−１００８０４号公報

ところで、円形の進退バー３を円筒状の滑りガイド５０で支持する構造では、滑りガイド５０の内径は進退バー３の外径よりも若干大きくて、進退バー３と滑りガイド５０との間に隙間がある。そのため、切削加工時に作用する上下方向（Ｙ軸方向）の主分力Ｆ１（図７）や水平方向（Ｘ軸方向）の背分力Ｆ２（図７）により、滑りガイド５０内で進退バー３が主軸４２の軸心に垂直な直交２軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）にわずかに変位する。より一層の加工精度の向上を図るには、進退バー３と滑りガイド５０との間の隙間を無くすか、あるいは極力小さくすることが必要である。図８の構成の場合、一対の被案内部５３で案内体５４を上下から挟み込んで上記進退バー３の動きを抑えているため、ある程度の加工精度を得ることができるが、まだ改善の余地がある。

また、進退バーの外周面に平面等の被案内面を形成した構成の場合、主分力Ｆ１や背分力Ｆ２に対抗して進退バーを安定して案内できるようにするには、進退バーの直径を大きくする必要があり、機械全体が大型化するという問題がある。

この発明の目的は、工具支持部材が長手方向の一端に設けられた進退バーの回転を防止し、かつ進退バーを長手方向に安定して精度良く案内することができ、剛性が高く、工作機械に組込まれた場合に、その工作機械がコンパクトで加工精度を良くできる工作機械の送り案内機構を提供することである。
この発明の他の目的は、直動転がり案内を加工の邪魔にならないように設置することである。
この発明のさらに他の目的は、直動転がり案内の組立誤差や摩耗等による影響を進退バーの進退精度に与えないようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、上記送り案内機構を有し、コンパクトで加工精度が良い旋盤を提供することである。

この発明の工作機械の送り案内機機構は、工具を支持する工具支持部材と、この工具支持部材が長手方向の一端に設けられ、長手方向に垂直な断面の輪郭形状が略円形である棒状であって、周面に長手方向に延びる被案内面が周方向の３箇所以上に形成された進退バーと、この進退バーの前記各被案内面が前記長手方向にそれぞれ滑り接触する３箇所以上の案内面を有するバー支持部材と、前記進退バーに連結部材を介して連結された被案内体、および前記バー支持部材を設けた部材に設置された案内体でなり、前記進退バーからこの進退バーの径方向に離れた位置で、進退バーを前記長手方向に案内する直動転がり案内とを備える。

この構成によると、進退バーの被案内面とバー支持部材の案内面とが滑り接触すると共に、直動転がり案内の被案内体と案内体とが転がり接触することにより、バー支持部材に対して進退バーが長手方向に案内される。進退バーの被案内面は周方向の３箇所以上に形成されており、これら３箇所以上の被案内面により進退バーの長手方向に垂直な直交２軸方向の位置が決められるため、進退バーを前記直交２軸方向に振れることなく、精度良く進退させることができる。また、直動転がり案内の被案内体と案内体は転がり接触するため、摩擦負荷が小さく、しかもその変動も小さい。そのため、進退バーを円滑に案内できる。進退バーの被案内面とバー支持部材の案内面とが常時接する状態に保持することにより、進退バーの回転を防止することができる。

この工作機械の送り案内機構を設けた工作機械で切削加工を行う場合、加工時に生じる背分力は、工具支持部材から進退バーに伝わり、バー支持部材の案内面で受けられる。一方、主分力は、バー支持部材の案内面で受けられる他、直動転がり案内の案内体により補助的に受けられる。このように主分力をバー支持部材の案内面と直動転がり案内の案内体とで分散して受けることにより、剛性を向上させられる。前述した進退バーを精度良く進退させられることに加えて、上記の剛性を向上させられることにより、加工精度も向上する。また、剛性が高いと進退バーの直径を小さくすることが可能となり、全体をコンパクトにできる。

この発明において、前記直動転がり案内は、前記進退バーに対して、前記工具支持部材に支持された工具によるワークへの加工点の反対側に位置しているのが望ましい。
この場合、直動転がり案内を、加工の邪魔にならないように設置できる。

この発明において、前記連結部材と前記直動転がり案内の被案内体との前記径方向の相対移動を許容する相対移動許容機構を設けてもよい。
相対移動許容機構が設けられていると、組立誤差や摩耗等により案内体に対する被案内体の直進精度の低下があった場合でも、それが相対移動許容機構に吸収されるため、進退バーの進退精度に影響を与えない。

この発明の旋盤は、上記いずれかの工作機械の送り案内機構を設けた旋盤であって、前記工具支持部材はタレット刃物台であり、前記バー支持部材は、ベッドに対して前記進退バーの長手方向と直交する方向に進退可能に設置され、前記工具により加工されるワークを支持する主軸が設けられている。
この構成によると、上記いずれかの工作機械の送り案内機構を設けたことにより、進退バーを精度良くかつ円滑に進退させることができて、剛性が高く、また進退バーの直径を小さくすることができるため、コンパクトで加工精度が良い旋盤とすることができる。

この発明の工具支持部材の送り案内装置は、工具を支持する工具支持部材と、この工具支持部材が長手方向の一端に設けられ、長手方向に垂直な断面の輪郭形状が略円形である棒状であって、周面に長手方向に延びる被案内面が周方向の３箇所以上に形成された進退バーと、この進退バーの前記各被案内面が前記長手方向にそれぞれ滑り接触する３箇所以上の案内面を有するバー支持部材と、前記進退バーに連結部材を介して連結された被案内体、および前記バー支持部材を設けた部材に設置された案内体でなり、前記進退バーからこの進退バーの径方向に離れた位置で、進退バーを前記長手方向に案内する直動転がり案内とを備えるため、進退バーの回転を防止し、かつ進退バーを長手方向に安定して精度良く案内することができ、剛性が高く、工作機械に組込まれた場合に、その工作機械がコンパクトで加工精度を良くできる。

前記直動転がり案内を、前記進退バーに対して、前記工具支持部材に支持された工具によるワークへの加工点の反対側に位置した場合は、直動転がり案内を加工の邪魔にならないように設置することができる。

前記連結部材と前記直動転がり案内の被案内体との前記径方向の相対移動を許容する相対移動許容機構を設けた場合は、直動転がり案内の組立誤差や摩耗等による影響を進退バーの進退精度に与えない。

この発明の旋盤は、上記いずれかの工作機械の送り案内機構を搭載し、前記工具支持部材はタレット刃物台であり、前記バー支持部材は、ベッドに対して前記進退バーの長手方向と直交する方向に進退可能に設置され、前記工具により加工されるワークを支持する主軸を設けたため、コンパクトで加工精度が良い。

この発明の一実施形態にかかる工作機械の送り案内機構の斜視図である。 同工作機械の送り案内機構の正面図である。 図２のIII−III断面図である。 同工作機械の送り案内機構の直動転がり案内の破断正面図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 同工作機械の送り案内機構を設けた旋盤の斜視図である。 旋盤の一例を簡略化して表した斜視図である。 従来の工作機械の送り案内機構の斜視図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この工作機械の送り案内機構１は、工作機械の工具支持部材を定められた送り方向（Ｚ軸方向）に案内するためのものであって、図１および図２に示すように、工具支持部材２と、この工具支持部材２が長手方向（Ｚ軸方向）の一端に設けられた進退バー３と、互いにＺ軸方向に離れて位置し、進退バー３を直接に案内支持する一対のバー支持部材４と、進退バー３から水平な径方向（Ｘ軸方向）に離れた位置で進退バー３を案内する直動転がり案内５とを備える。

工具支持部材２は、多角形をした外周部に複数の工具ホルダ６を有するタレット刃物台であり、各工具ホルダ６にそれぞれ工具７が装着される。図示例のように工具支持部材２と別に工具ホルダ６を設けずに、工具支持部材２の一部である工具装着部（図示せず）に工具７を装着するようにしてもよい。工具支持部材２は、進退バー３に対して進退バー３の中心軸Ｏ回りに旋回自在に設けられており、図示しない割出駆動機構により、前記中心軸Ｏ回りに旋回させることで、各工具ホルダ６に装着された複数の工具７のうちの任意の工具７が定められた加工位置Ｐに割り出される。加工位置Ｐに割り出された工具７の刃部の位置が、加工時におけるワークへの加工点Ｑとなる。なお、図１では、一つの工具ホルダ６および工具７のみが図示されている。

進退バー３は、長手方向（Ｚ軸方向）に垂直な断面の輪郭形状が略円形である棒状であって、外周面の４箇所に長手方向に延びる被案内面８が形成されている。この例では、被案内面８は平面からなる。４箇所の被案内面８のうち２箇所の被案内面８は、荷重を受ける側に配置されている。この実施形態の場合、進退バー３は水平に設置されており、進退バー３の重量がかかる下側に２箇所の被案内面８が配置されている。下側２箇所の被案内面８が互いになす角度θは、例えば８０°とされている。残りの２箇所の被案内面８は、進退バー３の中心軸Ｏに対して、下側２箇所の被案内面８と対向する位置にある。

一対のバー支持部材４は、進退バー３の前記各被案内面８がＺ軸方向にそれぞれ滑り接触する４箇所の案内面９を有する。この例では、案内面９は平面からなる。図３に示すように、案内面９は、バー支持部材本体４Ａとは別体である案内面形成部材１０に形成されている。この案内面形成部材１０は、バー支持部材４に固定の径方向位置調整部材１１と、それぞれのＺ軸方向に傾斜したテーパ面１０ａ，１１ａで互いに接している。径方向位置調整部材１１のねじ孔１１ｂに螺合した調整ねじ１２の螺合位置を変更することにより、前記テーパ面１０ａ，１１ａが互いに接した状態のまま、案内面形成部材１０がＺ軸方向に移動して、バー支持部材本体４ａに対する案内面形成部材１０の径方向位置が変わる。それにより、案内面９の径方向位置が調整される。つまり、被案内面８と案内面９の当り具合が調整される。

図２に示すように、前記径方向位置調整部材１１は、バー支持部材４の内周に形成された取付凹部１８に嵌め込んで、円周方向に移動しないように取付けられている。また、各バー支持部材４は外周面が円筒状であって、共通の設置枠１４の円形孔１５に嵌め込んで設置されている。

直動転がり案内５は、進退バー３に連結部材２０，２１を介して連結された被案内体２２と、設置枠１４に設置されＺ軸方向に延びる案内体２３とでなる。図４および図５に示すように、案内体２３に被案内２２が跨った形態であり、被案内体２２の内側面と案内体２３の外側面のそれぞれにガイド溝２２ａ，２３ａが形成されており、これらガイド溝２２ａ，２３ａ間をボールからなる転動体２４が転動するようになっている。つまり、被案内体２２は案内体２３に、転動体２４を介して転がり案内される。この例では、複数本のガイド溝２２ａ，２３ａが上下に並べて設けられている。被案内体２２は、ガイド溝２２ａに連続して無端の循環路を形成する戻り経路２２ｂを有しており、転動体２４は、被案内体２２の進退に伴って上記循環路を循環移動する。各ガイド溝２２ａのＺ軸方向の両端には、ガイド溝２２ａ，２３ａから転動体２４が抜けるのを防ぐ抜け止め部材２５が設けられている。

図１、図２において、前記連結部材２０は、基端が進退バー３に固定され、先端側がＸ軸方向へほぼ水平に延びるアーム状であり、その先端部が、断面形状が略長方形のスライド部２０ａとなっている。また、前記連結部材２１は、底面に前記被案内体２２が固定されたブロック状であり、中央部に前記スライド部２０ａがスライド自在に挿通された貫通孔２１ａを有している。これにより、両連結部材２０，２１は、互いのＹ軸方向およびＺ軸方向の位置関係は変えずに、互いのＸ軸方向の相対位置が変更可能である。言い換えると、連結部材２０のスライド部２０ａと連結部材２１の貫通孔２１ａとで構成される相対移動許容機構２７により、連結部材２０と直動転がり案内５の被案内体２２とは、互いにＸ軸方向すなわち進退バー３の径方向の相対移動が許容されている。

送り案内機構１の設置枠１４の上には、進退バー３をＺ軸方向に進退させる送り駆動機構３０が設置されている。この実施形態の送り駆動機構３０は、ボールねじ機構を用いたものであり、Ｚ軸方向に沿って延びるねじ軸３１と、このねじ軸３１が螺合するナット３２と、前記ねじ軸３１を回転させるモータ３３とを有し、前記ナット３２が連結部材３４を介して進退バー３に固定されている。モータ３３によりねじ軸３１を回転させると、ナット３２およびそれに固定された進退バー３がＺ軸方向に進退する。なお、図１は送り駆動機構３０の上側を覆うカバー（図示せず）を取外した状態を表している。

また、設置枠１４の下部には、断面形状が逆Ｕ字形でＸ軸方向に延びる被案内体３６が設けられている。この被案内体３６は、送り案内機構１と送り駆動機構３０とでなる切削装置３７が旋盤等の工作機械に組込まれた場合に、工作機械側の案内体と組み合わされて、切削装置３７をＸ軸方向に送るＸ軸案内機構として構成される。

図６は、上記切削装置３７が設けられた工作機械を示す。この工作機械４０は平行２軸旋盤であって、Ｘ軸方向に並ぶ互いに独立した２つのベッド４１を備え、各ベッド４１上に、Ｚ軸方向に延びる主軸４２と、上記切削装置３７とがそれぞれ設置されている。各ベッド４１は、床面Ｆに設けた共通のベース台４３の上に設置されている。

各主軸４２は、ベッド４１上に設置された主軸台４４に回転自在に支持され、その先端にワーク（図示せず）を把持するチャック４２ａを有する。主軸４２は、主軸台４４に設置された主軸モータ４５により回転駆動される。各主軸台４４は、各ベッド４１上における互いの隣接側の端部に配置されている。

切削装置３７は、その直動転がり案内５が、進退バー３に対して、工具支持部材２に支持された工具７（図１）によるワークへの加工点Ｑ（図１）の反対側に位置するように設置されている。つまり、直動転がり案内５は、進退バー３に対して主軸４２の反対側に位置する。各切削機構３７は、Ｘ軸案内機構４７によりＸ軸方向に案内され、Ｘ軸移動駆動機構４８の駆動によりＸ軸方向に移動可能である。Ｘ軸移動機構４７は、ベッド４１上にＸ軸方向に設けられた案内体４９と、この案内体４８に沿って移動自在な前記送り案内機構１の被案内体３６とでなる。Ｘ軸移動機構４７は、例えば前記直動転がり案内５と同様に、被案内体３６が案内体４９に、転動体（図示せず）を介して転がり案内される構成とされる。また、Ｘ軸移動駆動機構４８は、例えば前記送り駆動機構３０と同様に、ボールねじ機構を用いた構成とされる。

この構成の送り案内機構１は、進退バー３の被案内面８とバー支持部材４の案内面９とが滑り接触すると共に、直動転がり案内５の被案内体２２と案内体２３とが転がり接触することにより、バー支持部材４に対して進退バー３が長手方向（Ｚ軸方向）に案内される。進退バー３の被案内面８は周方向の４箇所に形成されており、これら４箇所の被案内面８により進退バー３の長手方向（Ｚ軸方向）に垂直な直交２軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）の位置が決められるため、進退バー３を前記直交２軸方向に振れることなく、精度良く進退させることができる。調整ねじ１２の操作で案内面形成部材１０の径方向位置が変えることにより、被案内面８と案内面９の当り具合の調整が可能である。

進退バー３の被案内面８およびバー支持部材４の案内面９は平面であり、両面８，９が常時接する状態に保持されているため、進退バー３の回転を防止することができる。被案内面８および案内面９は、進退バー３の回転を防止することができる形状であればよく、平面でなくてもよい。また、この実施形態では、進退バー３の被案内面８およびバー支持部材４の案内面９を周方向の４箇所に設けたが、３箇所であってもよく、あるいは５箇所以上であってもよい。要は、３箇所以上であればよい。

直動転がり案内５の被案内体２２と案内体２３とは転動体２４を介して転がり接触するため、摩擦負荷が小さく、しかもその変動も小さい。そのため、進退バー３を円滑に案内できる。また、連結部材２０と直動転がり案内５の被案内体２２とのＸ軸方向の相対移動を許容する相対移動許容機構２７が設けられているため、直動転がり案内５において、組立誤差や摩耗等により案内体２３に対する被案内体２２の直進精度の低下があった場合でも、それが相対移動許容機構２７に吸収されるため、進退バー３の進退精度に影響を与えない。

工作機械４０で切削加工を行う場合、加工で生じるＸ軸方向の背分力は、バー支持部材４の各案内面９で受けられる。一方、Ｙ軸方向の主分力は、バー支持部材４の案内面９で受けられる他、直動転がり案内５の案内体２３により補助的に受けられる。このように主分力をバー支持部材４の案内面９と直動転がり案内５の案内体２３とで分散して受けることにより、剛性を向上させられる。また、それにより進退バー３の直径を小さくすることが可能となり、全体をコンパクトにできる。

この実施形態の場合、直動転がり案内５が進退バー３に対して、ワークへの加工点Ｑの反対側に位置しているため、直動転がり案内５を加工の邪魔にならないように設置できる。

この送り案内機構１を設けた工作機械４０は、送り案内機構１により進退バー３を、切削加工における切込み方向であるＸ軸方向およびその直交方向であるＹ軸方向に振れることなく、工具３７の送り方向であるＺ軸方向に精度良くかつ円滑に進退させることができ、しかも剛性が高いため、加工精度が良い。また、送り案内機構１の剛性が高く、進退バー３の径を小さくすることができるので、機械全体をコンパクトにできる。

１…送り案内機構
２…工具支持部材
３…進退バー
４…バー支持部材
５…直動転がり案内
７…工具
８…被案内面
９…案内面
２０，２１…連結部材
２２…被案内体
２３…案内体
２７…相対移動許容機構
４０…工作機械
４２…主軸
Ｑ…加工点

Claims (4)

1. 工具を支持する工具支持部材と、
   この工具支持部材が長手方向の一端に設けられ、長手方向に垂直な断面の輪郭形状が略円形である棒状であって、周面に長手方向に延びる被案内面が周方向の３箇所以上に形成された進退バーと、
   この進退バーの前記各被案内面が前記長手方向にそれぞれ滑り接触する３箇所以上の案内面を有するバー支持部材と、
   前記進退バーに連結部材を介して連結された被案内体、および前記バー支持部材を設けた部材に設置された案内体でなり、前記進退バーからこの進退バーの径方向に離れた位置で、進退バーを前記長手方向に案内する直動転がり案内とを備えた、
   工作機械の送り案内機構。
2. 前記直動転がり案内は、前記進退バーに対して、前記工具支持部材に支持された工具によるワークへの加工点の反対側に位置する請求項１記載の工作機械の送り案内機構。
3. 前記連結部材と前記直動転がり案内の被案内体との前記径方向の相対移動を許容する相対移動許容機構を設けた請求項１または請求項２記載の工作機械の送り案内機構。
4. 前請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の工作機械の送り案内機構を設けた旋盤であって、前記工具支持部材はタレット刃物台であり、前記バー支持部材は、ベッドに対して前記進退バーの長手方向と直交する方向に進退可能に設置され、前記工具により加工されるワークを支持する主軸を設けた旋盤。

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