JP3613744B2 - 工作機械等の送り装置及び送り制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ軸に螺着された可動ナットを回転駆動装置によるねじ軸の回転で動かしてテーブル等の移動体をねじ軸の軸方向に移動させる工作機械等の送り装置及び移動体の送り制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械の送り装置として図6に示すものが知られている。これについて説明すると、ボールねじ軸1はその両端を一対のブラケット2,3にサポートベアリング4,5を介して支承されている。ねじ軸1は周方向に回転自在であり、一対のブラケット2,3の間にボールナット(可動ナット)7が螺着されている。
【0003】
ねじ軸1の一端には、サーボモータ(回転駆動装置)8の出力軸9が軸継手10で連結されており、モータ8でねじ軸1を回転させると、可動ナット7が動いてテーブル等の移動体11をねじ軸1の軸方向に移動させるようになっている。モータ8はブラケット2に支持されている。
【0004】
ブラケット2の内側のサポートベアリング4の内輪4aの内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせて設けられた段部1aとの間、及びブラケット3の内側のサポートベアリング5の内輪5aの内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸1のねじ部1bに螺着された締付ナット(段部)13との間に、鋼性のカラー14,15がそれぞれ設けられている。鋼性カラー14,15は位置調整用であり、ねじ軸1の所定位置にサポートベアリング4,5を固定している。符号16及び17はねじ軸1のねじ部1c,1dに螺着されてサポートベアリング4,5を固定している締付ナット、19はブラケット3に取り付けられたベアリング押えである。
【0005】
上記の構成とされた送り装置にあっては、送り作動に伴って生じるボールねじ軸1とボールナット7間の摩擦熱で温度が上昇しねじ軸1が熱膨張するので、セミクローズドループで制御される移動体11の停止位置が変化する。
【0006】
そこで従来においては、例えばねじ軸1を中空にしてこれに冷却油を流したり、或いは、可動ナット7をオイルエアー潤滑してオイルを含むエアーで送り装置を冷却するなど、もっぱら、昇温を防止して停止位置の変位を極力小さく抑えている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
昇温を防止して位置変化を小さく抑える方式は、熱膨張の原因を直接絶つものであるから、それなりの効果を得ることができる。しかし、それだけでは限界があり、位置変化のさらなる微小化を望むべくもない。
【0008】
ところで、移動体11の位置変化量(ねじ軸1の熱膨張変位量)は、ねじ軸1の両端の支承に関与した部材、すなわちブラケット2、サポートベアリング4、カラー14、及びブラケット3、サポートベアリング5、カラー15、締付ナット13,16が、ねじ軸1の熱膨張を抑え込む力(剛性)によって左右される。
【0009】
具体例を述べるとブラケット2側のねじ軸軸方向の総剛性KMは次式(1)によって、またブラケット3側のねじ軸軸方向の総剛性KEは次式(2)によってそれぞれ示される。
【0010】
1/KM=(1/KMB)+(1/KBM)+(1/KCM) ……(1)
1/KE=(1/KBB)+(1/KBE)+(1/KCE)+(1/KBC)+(1/KN) ……(2)
ここで、
KMB;ブラケット2の剛性
KBM;サポートベアリング4の剛性
KCM;カラー14の剛性
KBB;ブラケット3の剛性
KBE;サポートベアリング5の剛性
KCE;カラー15の剛性
KBC;ベアリング押え19の剛性
KN;締付ナット13の剛性
【0011】
ねじ軸1が温度上昇で伸びブラケットの反力との間で釣合った状態では次式(3)に示すようになる。
KM×λM=KE×λE ……(3)
ここで、
λM;ねじ軸1のブラケット2側の変位量
λE;ねじ軸1のブラケット3側の変位量
【0012】
図7は上記をモデル化したものであり、この図7でlは送り作動前のねじ軸1と等しい長さ、Lは送り作動に伴う昇温で熱膨張したねじ軸1の長さであり、(l+λM+λE)と等しい。
【0013】
上記において、KM=KEならば、ねじ軸1の左右両端側の変位量λM、λEは等しくなる(λM=λE)。したがって、KM=KEとされた送り装置にあっては、ねじ軸1の中間(ストロークの中央)をゼロ点(原点)として移動体11の送りを制御すると、ねじ軸1の熱膨張に起因する位置変化を両端に均等に振り分けて所定範囲に収めることができる。
【0014】
従来においては、上記を全く考慮することなく、求められる送り性能や強度等のみに基づき各構成部材の材質、形状、寸法等を定めて送り装置を製作しているのが実状である。この場合、ブラケット2はモータ8を支持する関係で強度を強めてあるなどの理由によりブラケット2側の剛性KMがブラケット3側の剛性KEよりも大きくなるのが普通である。
【0015】
したがって、移動体11の停止位置の変化を両側に均等に配分することができず、例えば図8に示すように、アルミ部品を加工する実用サイクルにおいて、フライス加工の面位置がブラケット3側で所定範囲を越えて極端に大きくなるという不都合が生じる。
【0016】
本発明は、ねじ軸の熱膨張に起因する位置変化を両端に均等に配分して所定範囲に収めることができる工作機械等の送り装置及び送り制御方法を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る工作機械等の送り装置は、回転駆動装置によって回転させられるねじ軸が、その両端を一対のブラケットにそれぞれサポートベアリングを介して支承され、上記一対のブラケット間のねじ軸に、該ねじ軸の回転でねじ軸の軸方向に移動体と一緒に移動させられる可動ナットが螺着された工作機械等の送り装置において、少なくとも一方のブラケットのサポートベアリングの内輪の内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸に設けられた段部との間にねじ軸の熱膨張変位を吸収する吸収手段を設けた構成とした。
【0018】
ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性を、吸収手段によってほぼ等しくすることが好ましい。
【0019】
吸収手段を、回転駆動装置が支持された一方のブラケット側に設けることも、また回転駆動装置が支持された一方のブラケットと反対の他方のブラケット側に設けることもできる。
【0020】
吸収手段を、周方向に溝が形成された筒状部材とすることも、材質的に弾性を与えられた弾性カラーとすることもできる。
【0021】
また、本発明に係る送り制御方法は、上記構成とされた工作機械等の送り装置において、ねじ軸の中間位置をゼロ点として移動体の移動を制御する構成とした。
【0022】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図1ないし図3は本発明に係る工作機械等の送り装置の一実施例を示す。なお、図6の従来の送り装置と同一の部材等には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【0023】
図1と図2において符号21は筒状部材(吸収手段)である。筒状部材21の外周面と内周面には、その周方向に溝21a,21bが形成されており、それらの溝21a,21bによって中心軸線方向に適度な弾性が付与されている。
【0024】
筒状部材21は、ねじ軸1の熱膨張変位を吸収するもので、ブラケット2の内側のサポートベアリング4の内輪4aの内端面4bと該内端面4bの内側に内端面4bと向き合わせてねじ軸1に形成された段部1aとの間に、従来のカラー14(図6)に替えて嵌め込まれている。
【0025】
そして、筒状部材21の剛性は、ブラケット2側の総剛性KMとブラケット3側の総剛性KEが同一となる値に調整されている。
【0026】
また、符号22はカラーである。カラー22は大径部22aと小径部22bを有し、ブラケット3の内側のサポートベアリング5の内輪5aの内端面5bと該内端面5bの内側に内端面5bと向き合わせてねじ軸1のねじ部1bに螺着された締付ナット(段部)13との間に大径部22aを入れるとともに、ねじ軸1とサポートベアリング5の内輪5aとの間に小径部22bを挿入して嵌め込まれている。
【0027】
カラー22は、必要な剛性を持つ内径の大きなサポートベアリング5の使用を可能にしている。
【0028】
上記の構成とされた工作機械等の送り装置においては、ねじ軸1の中間、すなわち送りストロークの中央をゼロ点として移動体11の送り移動を制御する。筒状部材21による剛性調整により、ブラケット2側の総剛性KMとブラケット3側の総剛性KEが等しくされているので、ねじ軸1の熱変位量はその両端において等しくなり、移動体11の位置変化がブラケット2側とブラケット3側に均等に配分される結果、位置変化量を小さい所定範囲内に収めることができる。
【0029】
図4は図8の場合と同一の試験を行った結果を示すものであり、熱変位がブラケット3側に大きく偏った従来例に比較して、フライス加工の面位置が左右においてはほぼ等しくなり、したがって熱変位の上限値が小さくなるという期待通りの好結果が得られたことが分かる。
【0030】
筒状部材21とカラー22は、必要とする負荷容量のサポートベアリング4,5の使用を可能にし、サポートベアリング4,5の寿命設計の自由度を大きくしている。
【0031】
図5は本発明に係る工作機械等の送り装置の他の実施例を示す。この送り装置の場合は、ブラケット3の内側のサポートベアリング5の内輪5aの内端面5bと該内端面5bの内側に内端面5bと向き合わせてねじ軸1に形成された段部1eとの間に、弾性カラー(吸収手段)31と鋼製カラー32,33が、鋼製カラー32,33の間に弾性カラー31を挟んで嵌め込まれている。弾性カラー31は、アルミニウムやプラスチック或いはそれらと同効の材料によって製作され、材質的に適度な弾性が与えられている。
【0032】
この例の場合も、弾性カラー31の剛性は、ブラケット2(図6又は図1)側の総剛性KMとブラケット3側の総剛性KEが同一となる値に調整される。
【0033】
したがって、この例の送り装置においても図1ないし図3の送り装置と全く同一の作用効果が得られる。
【0034】
図の筒状部材21は、内外両面に3個の溝21a,21bを有し、鋼製とされているが、溝の個数と形状、及び材質は上記に限られるものではなく、必要に応じて変更することができる。また、図1及び図2の筒状部材21に替えて弾性カラー31を用いることも、図4の弾性カラー31を筒状部材21に替えることもできる。吸収手段は、通常、ブラケット2側とブラケット3側のいずれか一方に設けるが、場合によっては両方に設けてもよい。
【0035】
ねじ軸1両端の剛性が同一でなく、したがって中間位置からのねじ軸両端の熱変位量に差がある場合は、ねじ軸両端の熱変位量が等しくなるねじ軸1の位置をゼロ点として移動体11の送り移動を制御する。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る工作機械等の送り装置は、回転駆動装置によって回転させられるねじ軸が、その両端を一対のブラケットにそれぞれサポートベアリングを介して支承され、上記一対のブラケット間のねじ軸に、該ねじ軸の回転でねじ軸の軸方向に移動体と一緒に移動させられる可動ナットが螺着された工作機械等の送り装置において、少なくとも一方のブラケットのサポートベアリングの内輪の内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸に設けられた段部との間にねじ軸の熱膨張変位を吸収する吸収手段が設けられた構成とされているので、一対のブラケットに支承されたねじ軸の両端の剛性を等しくして熱変位を両端に均等に配分することができる。また、吸収手段は、必要とする負荷容量のサポートベアリングの使用を可能にするので、サポートベアリングの寿命設計の自由度が向上する効果がある。
【0037】
ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性を、吸収手段によってほぼ等しくした構成とすると、熱変位量がねじ軸の両端において等しくなり、移動体の位置変位が一対のブラケットの両方に均等に配分されるようになる。
【0038】
また、本発明に係る送り制御方法は、ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性が、吸収手段によってほぼ等しくされた送り装置において、ねじ軸の中間位置をゼロ点として移動体の移動を制御するものであるから、移動体の位置変化量を左右に均等に配分して小さい所定範囲内に収め、位置変化の上限値を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る工作機械等の送り装置の一実施例を示す断面図である。
【図2】図1の送り装置に使用されている筒状部材の拡大断面図である。
【図3】図1の右側のブラケット及びカラー等の拡大断面図である。
【図4】図1の送り装置の熱変位の試験結果を示す図である。
【図5】本発明に係る工作機械等の送り装置の他の実施例を示す断面図である。
【図6】従来の送り装置の断面図である。
【図7】ねじ軸両端の剛性と熱変位の関係を示す図である。
【図8】図6の従来の送り装置の熱変位の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
1 ボルねじ軸
1a,1e 段部
2 ブラケット
4,5 サポートベアリング
4a,5a 内輪
4b,5b 内端面
7 可動ナット(ボールナット)
8 モータ(回転駆動装置)
11 移動体
13 段部(締付ナット)
21 筒状部材(吸収手段)
21a,21b 溝
31 弾性カラー(吸収手段)
Claims (5)
- 回転駆動装置によって回転させられるねじ軸が、その両端を一対のブラケットにそれぞれサポートベアリングを介して支承され、上記一対のブラケット間のねじ軸に、該ねじ軸の回転でねじ軸の軸方向に移動体と一緒に移動させられる可動ナットが螺着された工作機械等の送り装置において、少なくとも一方のブラケットのサポートベアリングの内輪の内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸に設けられた段部との間にねじ軸の熱膨張変位を吸収する、周方向に溝が形成された筒状部材からなる吸収手段が設けられてなり、
ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性が、吸収手段によってほぼ等しくされたことを特徴とする工作機械等の送り装置。 - 回転駆動装置によって回転させられるねじ軸が、その両端を一対のブラケットにそれぞれサポートベアリングを介して支承され、上記一対のブラケット間のねじ軸に、該ねじ軸の回転でねじ軸の軸方向に移動体と一緒に移動させられる可動ナットが螺着された工作機械等の送り装置において、少なくとも一方のブラケットのサポートベアリングの内輪の内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸に設けられた段部との間にねじ軸の熱膨張変位を吸収する、材質的に弾性を与えられた弾性カラーからなる吸収手段が設けられてなり、
ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性が、吸収手段によってほぼ等しくされたことを特徴とする工作機械等の送り装置。 - 吸収手段は、回転駆動装置が支持された一方のブラケット側に設けられたことを特徴とする請求項1又は2記載の工作機械等の送り装置。
- 吸収手段は、回転駆動装置が支持された一方のブラケットと反対の他方のブラケット側に設けられたことを特徴とする請求項1又は2記載の工作機械等の送り装置。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載の工作機械等の送り装置において、ねじ軸の中間位置をゼロ点として移動体の移動を制御することを特徴とする送り制御方法。
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JP28268196A JP3613744B2 (ja) | 1996-10-24 | 1996-10-24 | 工作機械等の送り装置及び送り制御方法 |
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JP28268196A JP3613744B2 (ja) | 1996-10-24 | 1996-10-24 | 工作機械等の送り装置及び送り制御方法 |
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JP28268196A Expired - Lifetime JP3613744B2 (ja) | 1996-10-24 | 1996-10-24 | 工作機械等の送り装置及び送り制御方法 |
Country Status (1)
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-
1996
- 1996-10-24 JP JP28268196A patent/JP3613744B2/ja not_active Expired - Lifetime
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