JP2017019022A - ボールねじを有する工作機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】研削盤1は、砥石車43と接続された回転軸部材62を支持する砥石台本体61と、X軸ねじ軸41c1およびX軸ナット部材41c2と、砥石台本体61とX軸ナット部材41c2とを連結する連結部材66と、を備え、連結部材66の砥石台本体61に接続する砥石台接続部66bと、連結部材66のX軸ナット部材41c2に接続するナット接続部66aとは、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に異なる位置に位置し、砥石台接続部66bは、軸線L1上における回転軸部材62の軸線L2の位置と、軸線L1方向と垂直な方向において重なるように配設され、連結部材66は、熱変位の方向を軸線L1方向に沿った方向とするように形成されている。
【選択図】図2
Description
これに対して、支持台の熱変位を推定(計算)し、支持台の移動方向(ボールねじのねじ軸の軸線方向)の移動量を補正することが考えられる。しかし、熱変位を推定する基準となるボールねじのナット部材が接続された支持台の位置と、砥石車の回転中心となる静圧軸受が配設された位置との間における温度分布が複雑である場合、支持台の移動方向の熱変位の推定精度が低下して、支持台の移動量の補正精度が低下するおそれがある。
(1.工作機械の概要)
本発明の工作機械の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本第一実施形態における工作機械は、図1に示す研削盤1である。研削盤1は、具体的には、軸状の工作物の研削が可能な砥石台トラバース型円筒研削盤である。なお、図1において、Z軸方向は、トラバース方向であり、X軸方向は、トラバース方向と直角な水平方向であり、Y軸方向は、トラバース方向と直角な鉛直方向である。
図1に示すように、研削盤1は、主として、ベッド10、主軸台20、心押台30、砥石支持装置40および制御装置50を備える。
すなわち、心押センタ32は、主軸センタ24と工作物Wの軸方向両端を支持してZ軸回りに回転可能なように配置されている。心押センタ32は、工作物Wの長さに応じて心押台本体31の右端面からの突出量の変更が可能に構成されている。
X軸ねじ軸41c1は、砥石台42をX軸方向に駆動するために、X軸方向に沿って配設されている。
X軸ナット部材41c2は、X軸ねじ軸41c1が回転することにより、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向(X軸方向)に沿って移動可能なものである。
X軸モータ41dは、X軸ねじ軸41c1を回転駆動するものである。このX軸モータ41dには、X軸モータ41dの回転角を検出可能なエンコーダが備えられている。
つまり、砥石台42は、ベッド10、主軸台20および心押台30に対して、X軸方向(切込み方向)およびZ軸方向(トラバース送り方向)に相対移動可能に構成されている。
砥石台42(60)の詳細は、後述する。
砥石台60は、図2に示すように、砥石台本体61(本発明の支持台に相当)、回転軸部材62、軸受63、タンク64、循環路65、連結部材66および温度センサ67を備えている。以下、図2において、X軸方向における図2の右側を前方、同じく左側を後方とし、Y軸方向における図2の上側を上方、同じく下側を下方とし、Z軸方向における図2の紙面奥側を左方、同じく紙面手前側を右方として説明する。
回転軸部材62は、砥石車43を保持し、回転駆動されるものである。回転軸部材62は、砥石台本体61の上面にて、Z軸方向に沿った回転軸部材62の軸線L2周りに回転可能に支持されている。回転軸部材62の一端には、円盤状の砥石車43が同軸で取り付けられている。また、砥石台本体61の上面には、ベルト・プーリ機構68(図1参照)を介して回転軸部材62を砥石車43とともに回転駆動するための砥石回転用モータ69が固定されている。
タンク64は、砥石台本体61に配設され、軸受63に供給される油を貯留するものである。タンク64は、砥石台本体61の上部に配設されている。タンク64は、具体的には、砥石台本体61の上面から下方に向かって凹むように、かつ、上方を開放するように形成されている。また、タンク64は、軸受63の下方に位置する部位を有するように形成されている。
流通路65aは、タンク64に貯留されている油を軸受63に流通させる流路である。流通路65aには、ポンプ65a1が配設されている。ポンプ65a1の吸込口65a2が、タンク64に貯留された油に浸漬している。ポンプ65a1は、制御装置50と電気的に接続されている。
還流路65bは、軸受63から排出された油をタンク64に還流させる流路である。還流路65bは、軸受63の下端部を、タンク64に向けて開放することにより形成されている。これにより、軸受63を通過した油が、還流路65bを介してタンク64に自重にて排出される。
連結部材66は、砥石台本体61とX軸ナット部材41c2とが重なる位置にて、砥石台本体61とX軸ナット部材41c2とを連結するものである。砥石台本体61とX軸ナット部材41c2とは、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向と垂直な方向(本実施形態においては上下方向)に重なる位置にて、連結部材66によって連結されている。連結部材66は、前端部にて上方に向けて突出する部位を有する側面視L字状に形成されている。連結部材66は、図3に示すように、ナット接続部66a、砥石台接続部66b(本発明の支持台接続部に相当)および連結本体部66cを備えている。ナット接続部66a、砥石台接続部66bおよび連結本体部66cは、一体的に形成されている。
制御装置50は、熱変位量推定部51および移動量補正部52を備えている。
熱変位量推定部51は、温度センサ67の検出結果に基づいて、連結部材66におけるX軸ねじ軸41c1の軸線L1方向の熱変位量ΔLを推定するものである。熱変位量推定部51は、具体的には、以下の式1に示す計算式に基づいて、熱変位量ΔLを推定(算出)する。後述するように、連結部材66は、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向(X軸方向)に沿った方向に熱変形するため、熱変位量ΔLは、線膨張係数を用いて表すことができる。
ΔL=α×L×ΔT
αは、連結部材66を形成する材料の線膨張係数である。Lは、連結部材66が所定温度(例えば20℃)であるときにおける連結部材66のX軸方向の長さである。連結部材66の長さは、砥石台接続部66bの貫通穴66b2の軸線L4と、ナット接続部66aの貫通穴66a2の軸線L3とのX軸方向の距離である。ΔTは、温度センサ67の検出温度と所定温度との差である。
次に、上述した制御装置50が熱変位補正制御を行う場合における研削盤1の動作について説明する。制御装置50は、工作物Wの外周面の研削を行う場合、熱変位補正制御を行う。
本第一実施形態によれば、研削盤1は、砥石車43を保持し、回転駆動される回転軸部材62と、回転軸部材62を軸受63により回転可能に支持する砥石台本体61と、X軸ねじ軸41c1およびX軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に沿って移動可能なX軸ナット部材41c2を有するX軸ボールねじ41cと、砥石台本体61とX軸ナット部材41c2とが重なる位置にて、砥石台本体61とX軸ナット部材41c2とを連結する連結部材66と、を備えた研削盤1であって、連結部材66における砥石台本体61に接続する砥石台接続部66bと、連結部材66におけるX軸ナット部材41c2に接続するナット接続部66aとは、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に異なる位置に位置し、砥石台接続部66bは、X軸ねじ軸41c1の軸線L1上における回転軸部材62の軸線L2の位置と、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向と垂直な方向において重なるように配設され、連結部材66は、熱変位の方向をX軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に沿った方向とするように形成されている。
これによれば、熱変位を推定する基準となるX軸ナット部材41c2と、砥石台本体61とを連結する連結部材66は、砥石台接続部66bとナット接続部66aとをX軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に異なる位置に位置されるとともに、砥石台接続部66bを、X軸ねじ軸41c1の軸線L1上における回転軸部材62の軸線L2の位置と、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向と垂直な方向において重なるように配設された状態にて、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に沿った方向に熱変位する。これにより、砥石台60の移動方向、すなわち、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向における砥石台60の熱変位の推定を、連結部材66の熱変位を推定することによって行うことができる。また、連結部材66は、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に沿った方向に熱変位するため、熱変位の推定が比較的容易である。よって、砥石台本体61の温度分布が複雑となる場合においても、砥石台本体61の熱変位の推定を比較的容易に行うことができる。
また、連結部材66を有さない既存の砥石台60において、X軸ナット部材41c2と回転軸部材62とがX軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に異なる位置に位置する場合、連結部材66を追加することにより、上述したように、砥石台本体61の熱変位の推定を比較的容易にすることができる。
これによれば、連結部材66の熱変位の方向を、より確実に、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に沿った方向にすることができる。
これによれば、連結本体部66cを比較的簡便に形成することができる。
これによれば、連結部材66における砥石台本体61と隙間Gを有する部位が断熱されるため、連結部材66に伝達する熱の方向を、確実に、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に沿った方向にすることができる。よって、連結部材66の熱変位の方向を、さらに確実に、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に沿った方向にすることができる。
これによれば、砥石台本体61の熱変位量より連結部材66の熱変位量ΔLを小さくすることができる。よって、砥石台本体61の熱変位の推定をさらに容易に行うことができる。
インバーの線膨張係数が比較的小さいため、連結部材66の熱変位量ΔLを、確実に小さくすることができる。
これによれば、上述したように、連結部材66のX軸ねじ軸41c1の軸線L1方向の熱変位量ΔLの推定が比較的容易であるため、砥石台本体61のX軸ねじ軸41c1の軸線L1方向の熱変位量を推定する場合に比べて、X軸ナット部材41c2の移動量の補正を精度よく行うことができる。また、連結部材66の熱変位量ΔLの推定が比較的容易であるため、連結部材66の温度を検出する温度センサ67の個数を低減することができる。
これによれば、軸受63によって温度上昇する油を貯留するタンク64が砥石台本体61に形成され、このタンク64が熱源となることにより、砥石台本体61の温度分布が複雑となる場合においても、砥石台本体61の熱変位の推定を比較的容易に行うことができる。
これによれば、工具が砥石車43である場合、X軸ねじ軸41c1の軸線L1方向が砥石車43の工作物Wに対する切込み方向となる。よって、砥石台本体61のX軸ねじ軸41c1の軸線L1方向の熱変位の推定が比較的容易となることにより、研削の加工精度を向上することができる。
(6.工作機械の概要)
本発明の工作機械の第二実施形態について、主として上述した第一実施形態と異なる部分について、図面を参照して説明する。なお、本第二実施形態における工作機械は、図4に示す横型マシニングセンタ2である。横型マシニングセンタ2は、駆動軸として、相互に直交する3つの直進軸(X,Y,Z軸)および鉛直方向の回転軸(B軸)を有する工作機械である。以下、図4において、Z軸方向における図4の左側を前方、同じく後側を後方とし、Y軸方向における図4の上側を上方、同じく下側を下方とし、X軸方向における図4の紙面奥側を右方、同じく紙面手前側を左方として説明する。
ベッド110は、設置面(床)上に配置される。ベッド110の上面には、コラム120がX軸方向に直動可能に設けられる。コラム120は、X軸モータ121によりX軸ボールねじ(図示せず)を介して駆動される。コラム120の側面には、サドル130がY軸方向に直動可能に設けられる。
Y軸ボールねじ132a,132b(本発明のボールねじに相当)は、図5および図6に示すように、Y軸ねじ軸132a1,132b1(本発明のねじ軸に相当)およびY軸ナット部材132a2,132b2(本発明のナット部材に相当)を備えている。
Y軸ねじ軸132a1,132b1は、サドル130をY軸方向に駆動するために、Y軸方向に沿って延びるように、且つ、相互に平行に配置固定されている。
Y軸ナット部材132a2,132b2は、Y軸ねじ軸132a1,132b1が回転することにより、Y軸ねじ軸132a1,132b1の軸線方向L11a,L11b(Y軸方向)に沿って移動可能なものである。Y軸ナット部材132a2,132b2それぞれとサドル130とが連結部材166a,166bを介して連結されている。
サドル接続部166a2は、連結部材166aにおけるサドル130と接続する部位である。サドル接続部166a2は、具体的には、サドル130の後側面にて接続する。サドル接続部166a2とナット接続部166a1とは、Y軸ねじ軸132a1の軸線L11a方向に異なる位置に位置している。サドル接続部166a2は、具体的には、Y軸ねじ軸132a1の軸線L11a上における回転軸線L12の位置(図6における点Bに相当)と、Y軸ねじ軸132a1の軸線L11a方向と垂直な方向(本実施形態においては前後方向)において重なるように配設されている。
さらに、連結部材166a,166bには、連結部材166a,166bの温度を検出する温度センサ167a,167bが配設されている。
横型マシニングセンタ2においては、サドル130が繰り返しY軸方向に移動するため、Y軸ねじ軸132a1,132b1との摩擦によって、Y軸ナット部材132a2,132b2の温度が上昇する。これにより、Y軸ナット部材132a2,132b2とサドル130とが連結部材166a,166bを介さずに直接接続されている場合、サドル130にこの熱が伝達して、サドル130に温度分布が生じる。この温度分布が複雑となるときには、サドル130の熱変位の推定精度が低下する。これに対して、上述したように、Y軸ナット部材132a2,132b2とサドル130とを連結部材166a,166bにて連結した場合、連結部材166a,166bがY軸方向に沿って熱変位するため、サドル130のY軸方向の熱変位の推定を精度良く行なうことができる。
なお、上述した各実施形態において、工作機械の一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば上述した第一実施形態において、連結部材66と砥石台本体61との間に隙間Gが形成されているが、これに代えて、図7に示すように、連結部材266と砥石台本体61との間に隙間Gを形成しないようにしても良い。この場合、連結部材266は、全体としてX軸ねじ軸41c1の軸線L1方向に沿って延びる直方体状に形成されている。なお、第二実施形態における連結部材166a,166bについてもサドル130との隙間Gを形成しないように形成しても良い。
また、上述した各実施形態において、制御装置50,180は、連結部材66,166a,166bの熱変位量ΔLに基づいて、ナット部材41c2,132a2,132b2の移動量を補正しているが、連結部材66,166a,166bの材料を上述した低線膨張率かつ高剛性の材料を選定することにより、使用者の所望する加工精度に対して熱変位量ΔLが十分小さい場合には、ナット部材41c2,132a2,132b2の移動量の補正を行わないようにしても良い。
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、連結部材66,166a,166bの形状、温度センサ67,167a,167bの配設位置や個数等を変更しても良い。
Claims (9)
- 工具を保持し、回転駆動される回転軸部材と、
前記回転軸部材を軸受により回転可能に支持する支持台と、
ねじ軸および前記ねじ軸の軸線方向に沿って移動可能なナット部材を有するボールねじと、
前記支持台と前記ナット部材とが重なる位置にて、前記支持台と前記ナット部材とを連結する連結部材と、を備えた工作機械であって、
前記連結部材における前記支持台に接続する支持台接続部と、前記連結部材における前記ナット部材に接続するナット接続部とは、前記ねじ軸の軸線方向に異なる位置に位置し、
前記支持台接続部は、前記ねじ軸の軸線上における前記回転軸部材の軸線の位置と、前記ねじ軸の軸線方向と垂直な方向において重なるように配設され、
前記連結部材は、前記熱変位の方向を前記ねじ軸の軸線方向に沿った方向とするように形成されている工作機械。 - 前記連結部材は、前記ナット接続部と前記支持台接続部とを連結する連結本体部をさらに備え、
前記連結本体部は、前記ねじ軸の軸線方向に沿って延びるように形成されている請求項1の工作機械。 - 前記連結本体部は、直方体状に形成されている請求項2の工作機械。
- 前記連結部材は、前記支持台接続部以外の部位において、前記支持台との間に隙間を有している請求項1〜請求項3の何れか一項の工作機械。
- 前記連結部材を形成する材料は、前記支持台を形成する材料より、熱膨張係数が小さい材料である請求項1〜請求項4の何れか一項の工作機械。
- 前記連結部材を形成する材料は、インバーである請求項5の工作機械。
- 前記工作機械は、
前記連結部材の温度を検出する温度センサと、
前記ナット部材の移動量を調整することにより、前記支持台の移動量を調整する制御装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、
前記温度センサの検出結果に基づいて、前記連結部材における前記ねじ軸の軸線方向の熱変位量を推定する熱変位量推定部と、
前記熱変位量推定部の推定結果から前記ナット部材の移動量を補正する移動量補正部と、を備えている請求項1〜請求項6の何れか一項の工作機械。 - 前記軸受は、静圧軸受であり、
前記工作機械は、
前記支持台に配設され、前記軸受に供給される液体を貯留するタンクと、
前記タンクと前記軸受との間にて前記液体を循環させる循環路と、をさらに備えている請求項1〜請求項7の何れか一項の工作機械。 - 前記工具は、砥石車である請求項1〜請求項8の何れか一項の工作機械。
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