JP4190801B2 - ハイブリッド案内機構を有する工作機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のテーブルなどの直線運動を案内する案内装置に係り、特に、案内機構として、転がり案内とすべり案内、転がり案内と静圧案内を組み合わせたハイブリッド案内機構を有する工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械において、コラムや、主軸頭、テーブル等の移動体の案内機構に採用されているのは、主としてすべり案内と転がり案内である。
【０００３】
すべり案内は、案内面との接触形式が滑り接触であり、静剛性が高く、またビビリの原因となる振動に対する減衰性が転がり案内に比べて優れている。
【０００４】
他方、転がり案内は、案内面との接触形式が転がり接触となり、振動に対する減衰性は低いが、摩擦抵抗が小さく高速性や運動精度に関しては、すべり案内よりも優れている。要するに、すべり案内と転がり案内は、お互いに他方の長所とするところを短所とし、他方の短所とするところを長所としている。
【０００５】
従来、工作機械の移動体の案内機構に採用されるのは、すべり案内が主流であったが、近年では、機械の高速化に対する強い要請を背景として、転がり案内を多く採用される傾向にある。
【０００６】
また、すべり案内と転がり案内を組み合わせたハイブリッド型の案内機構が普及しつつあり、減衰性を必要とする重切削低速送りの場合には、主としてすべり案内を用い、高速送りの場合は主として転がり案内というように、両者の利点を生かすことができる。このようなハイブリッド型の案内装置の従来技術としては、例えば、特開平９−１３１６３４号や特開２００１−９６５５に開示されているものを挙げることができる。
【０００７】
このような傾向は、特開平９−１３１６３４号の案内装置をはじめとする従来のハイブリッド型の案内装置も同様であって、すべり案内を主体として減衰性を確保した上で、すべり案内の欠点である浮き上がりを抑え、高速適応性を付加するためすべり案内を補完するものとして転がり案内を使用するというのが基本的な設計上の考え方である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
各軸についての案内の運動精度や減衰性が工作物の加工面品位に相当な影響を及ぼしている。また、これらの特性は、工具寿命にも影響することも知られている。
【０００９】
一概に、運動精度や減衰性といっても単純なものではなく、各軸について単独に問題となることはもちろんのこと、全軸で全体としてみた運動精度、減衰性が問題となることや、高速運転時に減衰性が問題となることもある。
【００１０】
とりわけ、３軸以上の多軸同時制御により、自由曲面などを有する複雑な形状に工作物を高精度に加工する場合には、全体としての運動精度、減衰性についてバランス良くシステマティックに統合的に設計され、加工態様によっては個別の条件に応じて、個別的に調整されなければならないが、有効な解決手段がないのが現状である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、全体としての運動精度、減衰性についてシステマティックに統合的に向上させ、その逆に、個別の条件に応じバランス良く、減衰性等を増すことを可能とするハイブリッド案内機構を有する工作機械を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、テーブル、サドル、主軸頭、クロスレールその他の移動体にそれぞれ直線運動を与える複数の直線軸を有する工作機械において、全ての直線軸について、移動体の案内機構に転がり案内とすべり案内を複合させたハイブリッド案内機構を有し、前記ハイブリッド案内機構は、移動体の基台上での直線運動基準となり、かつ前記移動体の重量を支持する主たる案内を構成する一組の転がり案内と、前記基台の両側面に配置され前記転がり案内を補完する従たる案内としてのすべり案内を組み合わせてなり、前記すべり案内は、転がり案内の案内面に対して垂直なすべり案内面を有することを特徴とするものである。
【００１３】
上記ハイブリット案内機構では、前記すべり案内は、それぞれの前記すべり面を摺動するスライダと、前記各スライダを保持する本体部と、前記基台と本体部の間に介在され、厚さを調整することにより、すべり案内に発生する摩擦力を調整する調整ライナと、前記本体部を基台に固定するボルトと、から構成される。
また、前記ハイブリッド案内機構は、ベットを基台にして、ベッド上でテーブルを前後方向に案内するＸ軸案内と、クロスレールを基台にして、クロスレールで主軸頭の取り付けられたサドルを左右方向に案内するＹ軸案内と、コラムを基台にして、コラムでクロスレールを上下方向に案内するＺ軸案内とから構成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるハイブリッド案内機構を有する工作機械の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用される門型マシニングセンタの外形を示す図である。図１において、参照符号２はコラムを示し、４はベッドを示している。
【００１６】
コラム２には、クロスレール６（図１では蛇腹カバーで覆われている）が上下に昇降可能に設置されている。このクロスレール６には、サドル８が水平方向左右に移動可能に設置され、主軸頭１０はサドル８に取り付けられている。ベッド４（図１では蛇腹カバーで覆われている）上では、テーブル１２が前後方向に移動する。図１において、Ｘ軸はテーブル１２を前後方向に送る軸で、Ｙ軸はサドル６を左右方向に送る軸、Ｚ軸はクロスレール６を上下方向に送る軸である。図１の門型マシニングセンタでは、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が直線軸のすべてである。
【００１７】
本実施の形態では、転がり案内とすべり案内とを組み合わせたハイブリッド案内がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の案内機構として用いられている。以下、順次、これらのハイブリッド案内について説明する。
【００１８】
１．Ｘ軸案内
図２は、ベット４上でテーブル１２を案内するハイブリッド案内を示し、テーブル１２を移動方向正面から見た図である。
【００１９】
ベッド４の上面には、左右両側に一組のガイドレール１４ａ、１４ｂがボールねじ１３と平行に敷設されている。テーブル１２の下面には、転がり案内ユニット１５ａ、１５ｂが取り付けられており、それぞれガイドレール１４ａ、１４ｂに係合するようになっている。この場合、テーブル１２の自重は、転がり案内ユニット１５ａ、１５ｂを介してガイドレール１４ａ、１４ｂにかかるようになっている。転がり案内ユニット１５ａ、１５ｂは図示しないローラを内蔵し、このローラがガイドレール１４ａ、１４ｂを転動する。
【００２０】
このＸ軸案内では、転がり案内が主体の案内としてベッド４上でのテーブル１２の直線運動の基準となる案内面を構成している。この案内面は、ベッド上面と平行である。
【００２１】
上記転がり案内を補完するため、以下のような従たる案内としてのすべり案内が転がり案内の外側に配置されて組み合わされ、ハイブリッド案内が構成されている。
【００２２】
テーブル１２の送り方向に向かって左右両側のベッド４の側面部には、それぞれすべり面１６ａ、１６ｂが形成されており、これらのすべり面１６ａ、１６ｂは、ガイドレール１４ａ、１４ｂと平行に延びるようになっている。転がり案内により構成される主体となる案内面との関係では、この案内面に対してすべり面１６ａ、１６ｂは垂直である。
【００２３】
参照符号１８ａ、１８ｂは、それぞれすべり案内ユニットを示す。すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂは、本体部１９ａ、１９ｂと、すべり面１６ａ、１６ｂをそれぞれ摺動するスライダ２０ａ、２０ｂとから構成されている。この実施形態では、本体部１９ａ、１９ｂは、断面Ｌ字形のブロック体で、直角に屈曲した下端部にスライダ２０ａ、２０ｂが固着されている。
【００２４】
このようなすべり案内ユニット１８ａ、１８ｂの本体部１９ａ、１９ｂは、テーブル１２の左右両側面にそれぞれ調整ライナ２２を介してボルト２１を用いて固定されており、テーブル１２の左右両側からベッド４を挟み込むように取り付けられている。テーブル１２の自重は、すべり面１６ａ、１６ｂにかからないため、スライダ２０ａ、２０ｂは、所定の大きさの摩擦力が発生するように、潤滑剤を間に介してすべり面１６ａ、１６ｂに圧接した状態になるように、調整ライナ２２の厚さを調整し、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂは取り付けられている。なお、本体部１９ａ、１９ｂは、ボルト２１を抜き取ることで、テーブル１２から簡単に取り外すことができる。
【００２５】
図３に示すように、この実施形態では、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂは、テーブル１２の片側側面に２個、両側で都合４個配置されている。この場合、テーブル送り系に減衰性を適正に増やすために、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂの配置数、その本体部１９ａ、１９ｂの幅寸法や、スライダ２０ａ、２０ｂの押付力が設定される。なお、このようなすべり案内ユニットの配置は、Ｙ軸案内、Ｚ軸案内とも共通である。
【００２６】
２．Ｙ軸案内
次に、図４は、クロスレール６とサドル８の位置関係を示す側面図で、クロスレール６上でのサドル８の送り運動を案内するＹ軸案内として用いるハイブリッド案内の取付位置を示す。
【００２７】
クロスレール６の上下両側に転がり案内の一組のガイドレール３５ａ、３５ｂがＹ軸ボールねじ３４と平行に延びるように敷設され、クロスレール６の長手方向、すなわち水平方向に延びている。ガイドレール３５ａ、３５ｂには、それぞれサドル８に取り付けられた転がり案内ユニット３６ａ、３６ｂが係合している。
【００２８】
サドル８を水平方向に送るための案内として、Ｘ軸案内の場合と同様に、転がり案内がサドル８の直線運動の基準となる主体の案内面を構成し、以下のようなすべり案内が従たる案内として設けられている。
【００２９】
クロスレール６の上下には、ガイドレール３５ａ、３５ｂと平行に延びるすべり面３７ａ、３７ｂが形成されている。このすべり面３７ａ、３７ｂは、転がり案内の案内面に対して垂直である。すべり案内ユニット３８ａ、３８ｂは、すべり面３７ａ、３７ｂを摺動するスライダ３９ａ、３９ｂと本体部４０ａ、４０ｂを有し、本体部４０ａ、４０ｂは、調整ライナ４２ａ，４２ｂを間に挟んでボルト等によりサドル８の上下面に対して固定されており、調整ライナ４２の厚さを調整することで、スライダ３９ａ、３９ｂが潤滑剤を間に介してすべり面３７ａ、３７ｂに圧接した状態になって所定の大きさの摩擦力が発生するようになっている。
【００３０】
３．Ｚ軸案内
次に、図５は、コラム２とクロスレール６との位置関係をクロスレール６の送り方向から示す上面図で、Ｚ軸案内として用いるハイブリッド案内の取付位置を示す。
【００３１】
クロスレール６には、左右両側に転がり案内の一組のガイドレール４４ａ、４４ｂがＺ軸ボールねじ４５ａ、４５ｂと平行に上下方向に延びるように敷設されている。ガイドレール４４ａ、４４ｂには、それぞれクロスレール６の背面に取り付けられた転がり案内ユニット４６ａ、４６ｂが係合している。
【００３２】
Ｚ軸案内においても、Ｘ軸案内、Ｙ軸案内と同様に、転がり案内がクロスレール６の直線運動の基準となる主体の案内面を構成し、以下のようなすべり案内が従たる案内として設けられている。
【００３３】
クロスレール６の左右には、ガイドレール４４ａ、４４ｂと平行に延びるすべり面４７ａ、４７ｂが形成されている。このすべり面４７ａ、４７ｂは、転がり案内の案内面に対して垂直である。すべり案内ユニット４８ａ、４８ｂは、すべり面４７ａ、４７ｂを摺動するスライダ４９ａ、４９ｂと本体部５０ａ、５０ｂを有し、本体部５０ａ、５０ｂは、調整ライナ５２を間に挟んでボルト等によりクロスレール６の左右側面に対して固定されており、調整ライナ５２の厚さを調整することで、スライダ４９ａ、４９ｂが潤滑剤を間に介してすべり面４７ａ、４７ｂに圧接した状態になって所定の大きさの摩擦力が発生するようになっている。
【００３４】
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００３５】
本実施形態の工作機械では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のすべての直線軸に転がり案内とすべり案内とを複合させたハイブリッド案内を用いているので、次のような効果が得られる。
【００３６】
１．個別的効果
加工中にテーブル１２が送られるときには、転がり案内ユニット１５ａ、１５ｂのローラがガイドレール１４ａ、１４ｂを転動し、テーブル１２ の直線運動は転がり案内により主として案内される。すべり面１６ａ、１６ｂにはテーブル１２の自重はかからず、後述のように減衰を付加するためのものであるから、転がり案内の高速性を阻害するものではない。このため、転がり案内の特徴である高速性を活用して速い切削送りに対応することができる。しかも、テーブル１２が運動している間、すべり案内を構成するすべり面１６ａ、１６ｂとスライダ２０ａ、２０ｂとの間には適正な摩擦力が生じ、これにより送り方向の減衰性が増えるので、加工中に生じる切削振動を減衰させることができ、また、転がり案内に生じるテーブルの移動方向に対して左右方向へのウェービングは、すべり案内ユニット１８ａ、１８ｂによって抑制することができる。
【００３７】
加工中にサドル８が送られるときも同様に、転がり案内ユニット３６ａ、３６ｂとガイドレール３５ａ、３５ｂからなる転がり案内が主としてサドル８を案内し、その高速性を活用するとともに、すべり面３７ａ、３７ｂとスライダ３９ａ、３９ｂの間の摩擦力により送り方向の減衰性を増やし、また上下方向のウェービングを抑制することができる。
【００３８】
クロスレール６についても、転がり案内ユニット４６ａ、４６ｂとガイドレール４４ａ、４４ｂとからなる転がり案内の高速性を活かしてクロスレール６を高速に送れるとともに、すべり面４７ａ、４７ｂとスライダ４９ａ、４９ｂの間の摩擦力により減衰性を増やし、また左右方向のウェービングを抑制することができる。
【００３９】
このように、すべての直線軸について相乗的に減衰性を向上させ、ウェービングを抑制できるので、複雑な三次元自由曲面を加工する工作物の面精度や形状精度等の品位を高めることができ、しかも、振動から工具や機械を守り、工具寿命、機械全体の寿命を向上させることが可能となる。
【００４０】
２．総合的効果
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のすべての直線軸の案内を、転がり案内とすべり案内とを複合させたハイブリッド案内とすることにより、すべり案内について各軸ともにほぼ同じ摩擦特性や減衰性を持たせることが容易となる。
【００４１】
また、各軸の転がり案内ユニットやすべり案内ユニットの部品、潤滑ユニットを共用化することができ、部品コストを低減するとともに、すべり案内ユニットを外部から操作し易い場所に取り付けているので、メンテナンス性の向上、制御のチューニング時間の短縮効果がある。
【００４２】
以上とは逆に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のすべての直線軸の案内をハイブリッド案内とすることにより、それぞれ直線軸毎に、転がり案内の予圧や潤滑剤を替えたり、スライダとすべり面との摩擦特性を個別に調整したりすることで、積載重量などの違いによる誤差を軽減する設計が可能となったり、振動の大きい軸について特に減衰性を増す設計をするなど、全体としてバランスの取れたフレキシブルな案内系の設計・製造が可能となる。
【００４３】
以上、本発明について、転がり案内とすべり案内とを組み合わせたハイブリッド案内を実施形態として説明したが、すべり案内に替えて静圧案内と転がり案内との組合せからなるハイブリッド案内とすることもできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、機械全体としての運動精度、減衰性についてシステマティックに統合的に高めることができ、逆に個別の条件に応じて減衰性を特定の軸について増すこともできバランス良く向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるハイブリッド案内機構を有する工作機械の一実施形態の外形図。
【図２】テーブル送りのＸ軸のハイブリッド案内機構を示す正面図。
【図３】図２のテーブルの側面図。
【図４】サドル送りのＹ軸のハイブリッド案内機構を示す側面図。
【図５】クロスレール送りのＺ軸のハイブリッド案内機構を示す上面図。
【符号の説明】
２ コラム
４ ベッド
６ クロスレール
８ サドル
１０ 主軸頭
１２ テーブル
１３ ボールねじ
１４ａ、１４ｂ ガイドレール
１５ａ、１５ｂ 転がり案内ユニット
１６ａ、１６ｂ すべり面
１８ａ、１８ｂ すべり案内ユニット
２０ａ、２０ｂ スライダ
２２ 調整ライナ
２４ａ、２４ｂ すべり面
２６ａ、２６ｂ すべり案内ユニット
２８ａ、２８ｂ スライダ
３５ａ、３５ｂ ガイドレール
３６ａ、３６ｂ 転がり案内ユニット
３７ａ、３７ｂ すべり面
３８ａ、３８ｂ すべり案内ユニット
３９ａ、３９ｂ スライダ
４０ａ、４０ｂ 本体部
４２ａ、４１ｂ 調整ライナ
４７ａ、４７ｂ すべり面
４８ａ、４８ｂ すべり案内ユニット
４９ａ、４９ｂ スライダ

Claims (3)

1. テーブル、サドル、主軸頭、クロスレールその他の移動体にそれぞれ直線運動を与える複数の直線軸を有する工作機械において、
   全ての直線軸について、移動体の案内機構に転がり案内とすべり案内を複合させたハイブリッド案内機構を有し、
   前記ハイブリッド案内機構は、移動体の基台上での直線運動基準となり、かつ前記移動体の重量を支持する主たる案内を構成する一組の転がり案内と、
   前記基台の両側面に配置され前記転がり案内を補完する従たる案内としてのすべり案内を組み合わせてなり、
   前記すべり案内は、転がり案内の案内面に対して垂直なすべり案内面を有することを特徴とする工作機械。
2. 前記すべり案内は、
   それぞれの前記すべり面を摺動するスライダと、
   前記各スライダを保持する本体部と、
   前記基台と本体部の間に介在され、厚さを調整することにより、すべり案内に発生する摩擦力を調整する調整ライナと、
   前記本体部を基台に固定するボルトと、
   からなることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド案内機構を有する工作機械。
3. 前記ハイブリッド案内機構は、ベットを基台にして、ベッド上でテーブルを前後方向に案内するＸ軸案内と、クロスレールを基台にして、クロスレールで主軸頭の取り付けられたサドルを左右方向に案内するＹ軸案内と、コラムを基台にして、コラムでクロスレールを上下方向に案内するＺ軸案内とからなることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド案内機構を有する工作機械。

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