JP2018020415A - Driving device for machine tool - Google Patents
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Description
この発明は、工作機械のテーブル等の移動部を、ボールネジとボールナットを用いて移動させる工作機械用駆動装置に関する。 The present invention relates to a machine tool drive device that moves a moving part such as a table of a machine tool using a ball screw and a ball nut.
従来、NC工作機械に用いられる駆動装置は、ボールネジの端部にサーボモータを接続し、サーボモータでボールネジを駆動し、移動部が設けられたボールナットを移動させていた。特に、NC工作機械においては、移動部の送り速度の高速化のため、急速発進及び急速停止が必要となり、加速時及び減速時の加速度の絶対値を上げなければならない。そこで、例えば特許文献1〜3に開示されているように、工作機械の移動部を移動させるボールネジの両端にサーボモータを取り付けて、両方のサーボモータを同期運転し、ボールネジを高速で回転させて、ボールナットを移動させ移動部を所定位置に配置する工作機械用駆動装置が提供されている。 Conventionally, a drive device used for an NC machine tool has a servo motor connected to an end of a ball screw, and the ball screw is driven by the servo motor to move a ball nut provided with a moving portion. In particular, in an NC machine tool, in order to increase the feed speed of the moving part, rapid start and rapid stop are required, and the absolute value of acceleration during acceleration and deceleration must be increased. Therefore, as disclosed in Patent Documents 1 to 3, for example, servo motors are attached to both ends of a ball screw that moves the moving part of the machine tool, both servo motors are operated synchronously, and the ball screw is rotated at high speed. There is provided a machine tool drive device in which a ball nut is moved to dispose a moving portion at a predetermined position.
NC工作機械用の駆動装置では、作業時にボールネジ上のボールナットと各モータとの距離は、加工等のために頻繁に変わるものである。従って、両端の各モータからボールナットまでのボールネジ部分の捻り剛性が異なり、これにより捻れ量が両端のモータ毎に異なることになり、ボールナットの正確な位置制御が出来ないという問題があった。 In the drive device for NC machine tools, the distance between the ball nut on the ball screw and each motor during operation frequently changes due to processing or the like. Therefore, the torsional rigidity of the ball screw portion from each motor at both ends to the ball nut is different, and this causes the amount of twist to be different for each motor at both ends, and there is a problem that the position control of the ball nut cannot be accurately performed.
この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、工作機械の移動部の移動量を正確に検出することができ、高速な位置制御を可能にする工作機械用駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background art, and provides a machine tool drive device that can accurately detect the amount of movement of a moving part of a machine tool and enables high-speed position control. With the goal.
この発明は、ボールネジとボールナットを有し、前記ボールネジの回転により前記ボールナットを移動させて移動部の位置を制御する工作機械用駆動装置であって、前記ボールネジの両端に各々サーボモータの出力軸が回動可能に連結され、前記各サーボモータを同期運転させるモータ制御装置が設けられ、前記移動部の移動距離を検出可能な長さを有し直線状に形成されたリニアフィードバックスケールと、前記移動距離を前記リニアフィードバックスケールに対する相対的な移動により検出する検出ヘッドとから成る移動量検出装置を備え、前記リニアフィードバックスケールと前記検出ヘッドの一方が前記移動部に取り付けられ、他方は他の固定部材に取り付けられ、前記移動部の移動量を前記移動量検出装置により直接的に検出可能に設けられた工作機械用駆動装置である。 The present invention is a machine tool drive device having a ball screw and a ball nut, wherein the ball nut is moved by the rotation of the ball screw to control the position of the moving part, and the output of each servo motor is provided at each end of the ball screw. A linear feedback scale having a length that can detect the moving distance of the moving unit, and a linear feedback scale that is provided with a motor control device that is rotatably connected to a shaft and that synchronously operates the servo motors; A movement amount detection device comprising a detection head for detecting the movement distance by relative movement with respect to the linear feedback scale, wherein one of the linear feedback scale and the detection head is attached to the moving unit, and the other is the other Attached to a fixed member, the amount of movement of the moving part can be detected directly by the amount of movement detection device It is a machine tool drive unit provided.
移動量検出装置の前記リニアフィードバックスケールは、前記移動部に固定され、前記検出ヘッドが他の固定部材に取り付けられているものである。 The linear feedback scale of the movement amount detection device is fixed to the moving unit, and the detection head is attached to another fixing member.
この発明の工作機械用駆動装置は、駆動時のボールネジの捻れ量に関係なく、移動部の位置を検出し、正確な位置制御が可能になる。従って、一対のサーボモータにより高速でボールナットの位置を制御する場合に、ボールネジの捻れ量や捻り剛性がボールナットの両側で異なるような場合にも、移動部の位置を正確に検出して移動及び位置決めすることができ、工作機械の移動部において、より高速な位置制御を行うことが出来る。 The machine tool drive device of the present invention can detect the position of the moving portion and perform accurate position control regardless of the amount of twist of the ball screw during driving. Therefore, when the position of the ball nut is controlled at high speed by a pair of servo motors, even if the twist amount and torsional rigidity of the ball screw are different on both sides of the ball nut, the position of the moving part is accurately detected and moved. Positioning can be performed, and higher-speed position control can be performed in the moving part of the machine tool.
以下、この発明の一実施形態の工作機械用駆動装置について、図1を基にして説明する。この実施形態の工作機械用駆動装置10は、図示しないNC工作機械に取り付けられるもので、図1に示すように、NC工作機械等の移動部であるテーブル12と、テーブル12の移動方向と平行に配置されたボールネジ14、及びボールネジ14に螺合したボールナット16を備えている。そして、ボールネジ14の回転によりボールナット16を移動させ、テーブル12を所定位置に移動可能に設けられている。 A machine tool drive device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The machine tool drive device 10 of this embodiment is attached to an NC machine tool (not shown). As shown in FIG. 1, the table 12 is a moving part of the NC machine tool and the movement direction of the table 12 is parallel. And a ball nut 16 screwed into the ball screw 14. The ball nut 16 is moved by the rotation of the ball screw 14 so that the table 12 can be moved to a predetermined position.
テーブル12は、NC工作機械の図示しない所定の加工機又はワークが取り付けられる部分で、図示しないガイドレール等により摺動可能に支持されている。テーブル12の下面にはナット取付部12aが設けられ、ボールナット16が固定されている。ボールナット16は、例えばダブルナット方式で固定され、プリロードをかけてバックラッシュを低減し、送り精度を向上できるように取り付けられている。
The table 12 is a part to which a predetermined processing machine or workpiece (not shown) of the NC machine tool is attached, and is slidably supported by a guide rail or the like (not shown). A
ボールナット16が螺合したボールネジ14は、周面に雄ネジが形成されて、テーブル12の移動範囲以上の長さで、テーブル12を所望の位置に移動させ、停止可能に設けられている。ボールネジ14の両端部14aの近傍は、図示しない工作機械の固定部材から延長された支持部18に固定されたベアリング20により、回転自在に軸支されている。ボールネジ14の両端部14aは、各々継手22を介して、一対のサーボモータ24,25の出力軸26,27に各々直結されている。
The ball screw 14 into which the ball nut 16 is screwed is provided with a male screw formed on the peripheral surface thereof so that the table 12 can be moved to a desired position with a length longer than the moving range of the table 12 and can be stopped. The vicinity of both
一対のサーボモータ24,25は、モータ制御装置28に接続され、モータ制御装置28により駆動制御される。モータ制御装置28には、移動量検出装置30の検出ヘッド32の出力が接続されている。
The pair of
移動量検出装置30は、検出ヘッド32とリニアフィードバックスケール34とで構成されている。移動量検出装置30の検出ヘッド32は、例えば図示しない光学素子とレンズ等で構成され、リニアフィードバックスケール34は直線上に格子目盛が設けられ、数μm乃至数十μmのオーダーで位置検出可能に形成されている。検出ヘッド32は図示しない基台等の固定部材に固定され、リニアフィードバックスケール34の格子目盛と対向して配置されている。リニアフィードバックスケール34は、移動部であるテーブル12の側面又は底面に、テーブル12の移動方向と平行に固定されている。 The movement amount detection device 30 includes a detection head 32 and a linear feedback scale 34. The detection head 32 of the movement amount detection device 30 is composed of, for example, an optical element and a lens (not shown), and the linear feedback scale 34 is provided with a grid scale on a straight line so that the position can be detected on the order of several μm to several tens of μm. Is formed. The detection head 32 is fixed to a fixing member such as a base (not shown), and is disposed to face the grid scale of the linear feedback scale 34. The linear feedback scale 34 is fixed in parallel to the moving direction of the table 12 on the side surface or the bottom surface of the table 12 that is a moving unit.
次に、上記構造の工作機械用駆動装置10の動作について、以下に説明する。所定の退避位置からテーブル12を移動させる場合、モータ制御装置28は、一対のサーボモータ24,25に対して、互いの出力軸26,27が同方向に等速度で回転するように駆動信号を出力する。このとき、検出ヘッド32はリニアフィードバックスケール34の格子目盛を読んで、テーブル12の実際の移動量をモータ制御装置28に出力する。検出ヘッド32からから出力されたテーブル12の移動は、モータ制御装置28で演算されて、所望の移動量と比較され、所望の位置にテーブル12が達したところで、一対のサーボモータ24,25の回動が停止される。このときの、ボールネジ14とボールナット16の動作は、周知であるので、説明を省略する。
Next, the operation of the machine tool drive device 10 having the above structure will be described below. When the table 12 is moved from a predetermined retraction position, the motor control device 28 sends a drive signal to the pair of
一対のサーボモータ24,25は、モータ制御装置28によりボールネジ14の両端を同期駆動する。これにより、ボールネジ14の捻り剛性は、一つのサーボモータで一端部のみでの駆動と比較してほぼ半分で良くなる。
The pair of
この実施形態の工作機械用駆動装置10によれば、一対のサーボモータ24,25によりボールネジ14を駆動するので、高速での駆動が可能であり、しかもボールネジ14の捻れ量に関係なく、テーブル12の位置を検出し、正確な位置制御が可能になる。従って、一対のサーボモータ24,25により高速でボールナット16の位置を制御し、ボールネジ14の捻れ量や捻り剛性がボールナット16の両側で異なるような場合にも、テーブル12の位置を正確に検出して移動及び位置決めすることができ、より高速で正確なテーブル12の位置制御を行うことが出来る。
According to the machine tool drive device 10 of this embodiment, since the ball screw 14 is driven by the pair of
さらに、この実施形態の工作機械用駆動装置10は、リニアフィードバックスケール34をテーブル12に取り付け、配線のある検出ヘッド32を固定部材に設けているので配線の処理が容易であり、体積の小さい検出ヘッド32は、工作機械のテーブル12等の下部や側方に容易に配置することが出来る。一方、テーブル12は、平坦な面が広く、比較的長さのあるニアフィードバックスケール34を容易に配置することが出来る。 Furthermore, in the machine tool drive device 10 of this embodiment, since the linear feedback scale 34 is attached to the table 12 and the detection head 32 with wiring is provided on the fixed member, wiring processing is easy and detection with a small volume is possible. The head 32 can be easily arranged on the lower side or the side of the table 12 of the machine tool. On the other hand, the table 12 has a wide flat surface, and a relatively long near feedback scale 34 can be easily arranged.
その他、この実施形態の工作機械用駆動装置10は、一対のサーボモータ24,25にボールネジ14の両端14aが各々固定されているので、ボールネジ14を細くすることも可能であり、ボールネジ14をより高速で回転させることができる。また、2個のサーボモータ24,25を使用することにより、ロータイナーシャの小さいサーボモータを使用することができ、この点からも移動時の加速度及び速度を上げることが可能となる。
In addition, in the machine tool drive device 10 of this embodiment, since both
なお、この発明の工作機械用駆動装置10は、上記実施形態に限定されるものではなく、検出ヘッド32を移動部に設けて、リニアフィードバックスケール34を固定部材に固定しても良い。移動量検出装置30は、光学式の検出ヘッド32以外に、電磁式の位置検出方式を利用したものでも良く、検出方式は問わない。さらに、適用される工作機械は、NC工作機械以外のものでも良く、各種の工作機械の移動部の検出に適用することが出来る。 The machine tool drive device 10 of the present invention is not limited to the above embodiment, and the linear feedback scale 34 may be fixed to a fixed member by providing the detection head 32 in the moving part. In addition to the optical detection head 32, the movement amount detection device 30 may use an electromagnetic position detection method, and the detection method is not limited. Further, the machine tool to be applied may be other than the NC machine tool, and can be applied to detection of moving parts of various machine tools.
10 工作機械用駆動装置
12 テーブル
12a ナット取付部
14 ボールネジ
14a 端部
16 ボールナット
18 支持部
20 ベアリング
22 継手
24,25 サーボモータ
26,27 出力軸
28 モータ制御装置
30 移動量検出装置
32 検出ヘッド
34 リニアフィードバックスケール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Machine tool drive device 12 Table 12a Nut attaching part 14
Claims (2)
前記ボールネジ(14)の両端に各々サーボモータ(24,25)の出力軸(26,27)が回動可能に連結され、前記各サーボモータ(24,25)を同期運転させるモータ制御装置(28)が設けられ、
前記移動部(12)の移動距離を検出可能な長さを有し直線状に形成されたリニアフィードバックスケール(34)と、前記移動距離を前記リニアフィードバックスケール(34)に対する相対的な移動により検出する検出ヘッド(32)とから成る移動量検出装置(30)を備え、
前記リニアフィードバックスケール(34)と前記検出ヘッド(32)の一方が前記移動部(12)に取り付けられ、他方は他の固定部材に取り付けられ、前記移動部(12)の移動量を前記移動量検出装置(30)により直接的に検出可能に設けられたことを特徴とする工作機械用駆動装置。 A machine tool drive device (10) having a ball screw (14) and a ball nut (16), and controlling the position of the moving portion (12) by moving the ball nut (16) by rotation of the ball screw (14). Because
Output shafts (26, 27) of servo motors (24, 25) are rotatably connected to both ends of the ball screw (14), respectively, and a motor control device (28) for synchronously operating the servo motors (24, 25). )
A linear feedback scale (34) having a length capable of detecting the moving distance of the moving unit (12) and formed linearly, and the moving distance is detected by relative movement with respect to the linear feedback scale (34). A movement amount detection device (30) comprising a detection head (32) for
One of the linear feedback scale (34) and the detection head (32) is attached to the moving part (12), the other is attached to another fixed member, and the amount of movement of the moving part (12) is the amount of movement. A machine tool drive device characterized in that it can be directly detected by a detection device (30).
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