JP6618110B2

JP6618110B2 - 工作機械における移動体支持装置

Info

Publication number: JP6618110B2
Application number: JP2015186196A
Authority: JP
Inventors: 敏幸一二三
Original assignee: MITSUISEIKI KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: MITSUISEIKI KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2035-09-24
Also published as: JP2017060999A

Description

本発明は、工作機械における移動体支持装置に関し、特に、工作機械のコラム、テーブル（ワーク含）等の移動体のすべり案内面をエアによりサポートする移動体支持装置に関する。

従来、工作機械のコラム、テーブル（ワーク含）等の移動体の直線運動を支持・案内する機構として、すべり案内と転がり案内、或いはこれら両者を組み合わせた支持・案内機構が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２０４９１７号公報

しかしながら、従来例では、特許文献１記載のように、すべり案内としてスライダ、転がり案内としてガイド等の予め定まった機械要素部品を用いるので、工作物の有無や対象工作物のサイズ、加工前後での工作物重量の変化により移動体の重量が変化する場合の対応が困難である。また、すべり案内面と摺動面間に潤滑油を供給し滑らせるが、高精度加工を行うためには、摺動部の摩擦抵抗を軽減しなくてはならない。しかし、サポートが無い状態では、摺動部に掛る荷重（面圧）が大きくなり、摺動抵抗が増加してしまう結果、移動体の微細な送りが困難になってしまう。そこで、移動体の重量が変化する場合にも対応が可能であり、摺動部の摩擦抵抗を有効に軽減することができる移動体支持装置の開発が望まれていた。特に、コラム、或いは重量の大きいワーク等荷重の大きい移動体にも対応可能であり、摺動抵抗を軽減させ得る移動体支持装置の開発は急務である。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、移動体の重量が変化する場合にも対応が可能であり、摺動部の摩擦抵抗を有効に軽減することができる移動体支持装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の工作機械における移動体支持装置は、少なくとも架台と、該架台上に移動可能に搭載される移動体を有し、前記架台上に形成された案内部上を前記移動体が摺動する工作機械において、前記案内部の摺動面にエアポケットを形成し、該エアポケットにエアを供給することにより、該エアにより前記移動体の重量の一部をサポートし、摺動面の面圧を低減する移動体支持装置であって、前記案内部は、相互に所定の間隔をおいた第１及び第２のガイドから成り、該第１及び第２のガイドそれぞれの摺動面に複数のエアポケットが形成されており、前記第１のガイドのエアポケットと第２のガイドのエアポケットとで、供給されるエア圧を異ならせることが可能であり、前記第１及び第２のガイド間の中心に対して前記移動体の重心が偏心している場合、予め解析によりガイドごとに掛る荷重を算出しておき、摺動面積から目標の面圧にするために、エアサポートとしてどれだけの荷重を受ければ良いか、を計算し、エアサポートとして受ける荷重が決まったら、エアポケット面積からエア圧を決定すると共に、前記工作機械の加工対象となる工作物の重量を所定の加工プログラム中で指令し、前記工作物の重量に応じてエア圧を自動調整する移動体支持装置であって、エアサポートで受けた荷重とエア圧から実際に圧力の掛っている面積を逆算することを特徴とする。ここで、「移動体」は、工作機械のコラム、主軸頭、テーブル（ワーク含）等、移動可能に支持されるものを全て含み、また、「架台」は、例えば、工作機械のベッドに限らず、「移動体」を移動可能に支持する構造体を全て含む趣旨である。

このように、架台に形成された案内部の摺動面に形成したエアポケットにエアを供給するので、このエアにより移動体の重量の一部をサポートし、摺動面の面圧を低減し得るので、移動体の微細な送りを実現することができる。

ここで、エアサポートは、圧縮空気を絞りに通してから案内面に供給して非接触で移動体を支持する構成を有している。

ここで、第１及び第２のガイド間の中心に対して移動体の重心が偏心している場合、摺動面に掛る面圧がガイドごとに変わり、摺動抵抗に差を生じてしまう。これにより、ガイドごとに滑り易さが異なるので、移動体が搖動してしまい、精密な動きができなくなる虞がある。このようなガイドごとの面圧差を軽減するため、予め解析によりガイドごとに掛る荷重を算出しておき、摺動面積から目標の面圧にするために、エアサポートとしてどれだけの荷重を受ければ良いか、を計算し、エアサポートとして受ける荷重が決まったら、エアポケット面積からエア圧を決定するようにしている。

テーブル駆動軸は、工作物の有無や対象工作物のサイズ、加工前後での工作物重量の変化により移動体の重量が変化する場合、ある条件でエア圧を設定し精度を確保していても、工作物の重量変化により摺動面圧が変化するので、常に同じ精度を維持できない。そこで、工作物重量によって変化させるパラメータを加工プログラム中で指令し、工作物重量に応じてエア圧を自動調整することで面圧を概ね一定に保つ。

エアサポートは、エアポケット以外の隙間にもエアが流入し、そこでも荷重を受けていることが実験的に確認できているので、エアサポートで受けた荷重とエア圧から実際に圧力の掛っている面積を逆算する。尚、前記案内部の摺動面の前記エアポケット以外の部分にキサゲ面を有し、該キサゲ面にエアが通り易いような模様をつけるようにしても良い。

本発明によれば、架台に形成された案内部の摺動面に形成したエアポケットにエアを供給するので、このエアにより移動体の重量の一部をサポートし、摺動面の面圧を低減し得るので、移動体の高精度な送りを実現することができる。また、移動体の重量が変化する場合にも対応が可能なので、移動体がコラムのような工作機械の一部である場合或いは重量が相違するワークを載せるテーブルを対象とする場合を問わず、摺動部の摩擦抵抗を有効に軽減することができる。さらには、移動体重心が偏心している場合において第１および第２のガイドにおける摺動面の面圧差を軽減させることができる。

本発明が適用される工作機械の移動体支持装置の基本構成を示す第１の斜視図であり、比較的小さい工作物をワークテーブルに載置した例を示す。本発明が適用される工作機械の移動体支持装置の基本構成を示す第２の斜視図であり、比較的大きい工作物をワークテーブルに載置した例を示す。エアサポートの概略構成を示す平面図である。移動体重心が偏心している場合を示す図である。エア圧を自動調整する機能の設定をＯＮにした場合のフローチャートである。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１及び図２は、本発明が適用される工作機械の第１の実施形態の移動体支持装置の基本構成を示す第１及び第２の斜視図であり、図１は、比較的小さい工作物を（ワーク）テーブルに載置した例、図２は、比較的大きい工作物をテーブルに載置した例を示す。図３は、第１の実施形態におけるエアサポートの概略構成を示す平面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の工作機械における移動体支持装置は、少なくとも架台としてのベッド１０２と、ベッド１０２上に移動可能に搭載される移動体としてのテーブル１０４を有し、ベッド１０２上に形成された案内部としての一対のガイドレール（以下、ガイドと称する）１０６Ａ、１０６Ｂ上をテーブル１０４が摺動する工作機械に適用される。尚、１３０は、工作機械の主軸を示し、工作機械としての他の要素は省略して示している。即ち、本実施形態の工作機械における移動体支持装置では、図３に示すように、案内部は、相互に所定の間隔をおいた第１及び第２のガイド１０６Ａ、１０６Ｂから成り、それぞれの摺動面１０６ａ、１０６ｂに複数のエアポケット１０８ａ、１０８ｂが形成されている。そして、各エアポケット１０８ａ、１０８ｂにエアを供給することにより、このエアによりテーブル１０４(及び工作物Ｗ)の重量の一部をサポートし、摺動面１０６ａ、１０６ｂの面圧を低減するように構成されている。

このように、架台としてのベッド１０２に形成された案内部としての一対のガイド１０６Ａ、１０６Ｂの摺動面１０６ａ、１０６ｂに形成したエアポケット１０８ａ、１０８ｂにエアを供給するので、このエアにより移動体としてのテーブル１０４(及び工作物Ｗ)の重量の一部をサポートし、摺動面１０６ａ、１０６ｂの面圧を低減し得るので、テーブル１０４(及び工作物Ｗ)の微細且つ高精度な送りを実現することができる。

ここで、以上のエアサポートは、圧縮空気（エア）を絞りに通してから案内部としての一対のガイド１０６Ａ、１０６Ｂの摺動面１０６ａ、１０６ｂに供給して非接触で移動体としてのテーブル１０４(及び工作物Ｗ)を支持する構成を有している。

ここで、テーブル１０４の駆動軸は、工作物Ｗの有無、或いは図１及び図２に示すように、対象工作物Ｗのサイズの違いにより移動体の重量が変化する場合、ある条件でエア圧を設定し精度を確保していても、工作物Ｗのサイズの違いにより摺動面圧が変化するので、常に同じ精度を維持できない虞がある。そこで、本実施形態の工作機械における移動体支持装置では、工作物Ｗの重量によって変化させるパラメータを加工プログラム中で指令し（図示せず）、工作物Ｗの重量に応じてエア圧を自動調整することで面圧を概ね一定に保つようにした。

ここで、図５を参照して、本実施形態の移動体支持装置におけるエア圧を自動調整する制御フロー（プログラム機能）について述べる。本実施形態では、工作物Ｗの重量を３段階に分け、エア圧を低、中、高の３段階に可変に設定する例について述べる。図５は、エア圧を自動調整する機能の設定をＯＮにした場合のフローチャートである。即ち、エア圧を自動調整する機能の設定をＯＮにして、制御が開始されると（Ｓ５０１）、工作物Ｗの重量が軽い場合（Ｎ＝１）であるか否かを判定し（Ｓ５０２）、軽い場合（Ｎ＝１）である場合（Ｓ５０２でYes）、エア圧を低に設定し（Ｓ５０３）、加工を開始し（Ｓ５０４）、プログラムを終了する（Ｓ５０５）。Ｓ５０２において、軽くない場合（Ｎ＝１）でない場合（Ｓ５０２でNo）、工作物Ｗの重量が中程度（重くない）（Ｎ＝２）か否かを判定し（Ｓ５０６）、中程度（重くない）（Ｎ＝２）である場合（Ｓ５０６でYes）、エア圧を中に設定し（Ｓ５０７）、加工を開始し（Ｓ５０４）、プログラムを終了する（Ｓ５０５）。Ｓ５０６において、中程度ではない（重い）場合（Ｓ５０６でNo）、エア圧を高に設定し（Ｓ５０８）、加工を開始し（Ｓ５０４）、プログラムを終了する（Ｓ５０５）。尚、以上の例では、工作物Ｗの重量を３段階に分け、エア圧を低、中、高の３段階に可変に設定するようにしたが、工作物Ｗの重量を２段階、或いは４段階以上に分け、エア圧も２段階、或いは４段階以上に可変に設定するようにすることも可能であるのは勿論である。

尚、以上のように構成されるエアサポートは、エアポケット１０８以外の隙間にもエアが流入し、そこでも荷重を受けていることが実験的に確認できているので、エアサポートで受けた荷重とエア圧から実際に圧力の掛っている面積を逆算するようにした。

以上に述べた本実施形態の工作機械における移動体支持装置によれば、架台としてのベッド１０２に形成された案内部としての一対のガイド１０６Ａ、１０６Ｂの摺動面１０６ａ、１０６ｂに形成したエアポケット１０８にエアを供給するので、このエアにより移動体としてのテーブル１０４(及び工作物Ｗ)の重量の一部をサポートし、摺動面１０６ａ、１０６ｂの面圧を低減し得るので、テーブル１０４(及び工作物Ｗ)の微細且つ高精度な送りを実現することができる。また、図１及び図２に示すように、対象工作物Ｗのサイズの違いにより移動体の重量が変化する場合にも、工作物Ｗの重量によって変化させるパラメータを加工プログラム中で指令し（図示せず）、工作物Ｗの重量に応じてエア圧を自動調整するので、移動体として、例えば、重量が相違するワークＷを対象とする場合でも、それぞれ摺動部の摩擦抵抗を有効に軽減することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態の移動体支持装置の概略構成を示す図であり、移動体の重心が偏心している場合を示す。尚、この図では、コラムＣの断面をハッチングにより示している。即ち、図４に示すように、本実施形態の工作機械における移動体支持装置は、架台としてのベッド１０２と、ベッド１０２上に移動可能に搭載される移動体としてのコラムＣを有し、ベッド１０２上に形成された案内部としての一対のガイド１０６Ａ、１０６Ｂ上をコラムＣが摺動する工作機械に適用される。尚、工作機械としての他の要素は省略して示している。一対のガイド１０６Ａ、１０６Ｂの摺動面１０６ａ、１０６ｂに、図３に示したように、複数のエアポケット１０８を形成し、各エアポケット１０８にエアを供給することにより、このエアによりコラムＣの重量の一部をサポートし、摺動面１０６ａ、１０６ｂの面圧を低減するのは、上述した第１の実施形態と略同様である。

以上のように、本実施形態の工作機械における移動体支持装置では、第１のレール１０６Ａのエアポケット１０８ａと第２のレール１０６Ｂのエアポケット１０８ｂとで、供給されるエア圧を異ならせることができる。

ここで、第１及び第２のガイド１０６Ａ、１０６Ｂ間の中心に対して移動体としてのコラムＣの重心が偏心している場合、摺動面１０６ａ、１０６ｂに掛る面圧がガイド１０６Ａ、１０６Ｂごとに変わり、摺動抵抗に差を生じてしまう。これにより、ガイド１０６Ａ、１０６Ｂごとに滑り易さが異なるので、移動体としてのコラムＣが搖動してしまい、精密な動きができなくなる虞がある。そこで、本実施形態の工作機械における移動体支持装置では、このようなガイド１０６Ａ、１０６Ｂごとの面圧差を軽減するため、予め解析によりガイド１０６Ａ、１０６Ｂごとに掛る荷重を算出しておき、摺動面積から目標の面圧にするために、エアサポートとしてどれだけの荷重を受ければ良いか、を計算し、エアサポートとして受ける荷重が決まったら、エアポケット１０８の面積からエア圧を決定するようにした。尚、本実施形態では、移動体の重心が偏心している場合に第１及び第２のガイド１０６Ａ、１０６Ｂ間でエア圧を異ならせるが、移動体の重心が偏心している場合でも、わずかな偏心量であれば許容し、第１及び第２のガイド１０６Ａ、１０６Ｂ間でエア圧を異ならせなくても良い。例えば、ガイドと移動体重心の水平距離、及びガイドと移動体重心の高さによって変化する許容偏心量を超える場合にだけ、上述したエア圧を異ならせる制御を行うようにすることが可能である。

尚、従来は、エアがキサゲ面に入り込むと油だまりや油切れを引き起こすため良くないものとされてきたが、キサゲ面にあえてエアが通り易いような模様をつけてエアポケット以外の部分でも圧力が掛かる面積を稼ぐ。このようにすることで、エアポケットサイズを小さく抑え摺動面を削らずにサポート量を増やせる。また、従来の同サイズのものと比較してサポート面積が増えるため、エア圧を抑えられ、エア消費量の削減、省エネになる。

本発明の工作機械における移動体支持装置は、架台上で移動体が移動する構成を含むものであれば、研削盤、マシニングセンタ等、工作機械の種類如何を問わず適用することができる。また、移動体は、コラム、主軸頭、テーブル等の工作機械の一部であっても、ワーク等の加工対象物であっても良い。

１０２ベッド、１０４テーブル、１０６Ａ、１０６Ｂガイドレール、
１０６ａ、１０６ｂ摺動面、１０８ａ、１０８ｂエアポケット、１３０主軸、
Ｗ工作物

Claims

少なくとも架台と、該架台上に移動可能に搭載される移動体を有し、前記架台上に形成された案内部上を前記移動体が摺動する工作機械において、前記案内部の摺動面にエアポケットを形成し、該エアポケットにエアを供給することにより、該エアにより前記移動体の重量の一部をサポートし、摺動面の面圧を低減する移動体支持装置において、前記案内部は、相互に所定の間隔をおいた第１及び第２のガイドから成り、該第１及び第２のガイドそれぞれの摺動面に複数のエアポケットが形成されており、前記第１のガイドのエアポケットと第２のガイドのエアポケットとで、供給されるエア圧を異ならせることが可能であり、前記第１及び第２のガイド間の中心に対して前記移動体の重心が偏心している場合、予め解析によりガイドごとに掛る荷重を算出しておき、摺動面積から目標の面圧にするために、エアサポートとしてどれだけの荷重を受ければ良いか、を計算し、エアサポートとして受ける荷重が決まったら、エアポケット面積からエア圧を決定すると共に、前記工作機械の加工対象となる工作物の重量を所定の加工プログラム中で指令し、前記工作物の重量に応じてエア圧を自動調整する移動体支持装置であって、エアサポートで受けた荷重とエア圧から実際に圧力の掛っている面積を逆算することを特徴とする移動体支持装置。
前記案内部の摺動面の前記エアポケット以外の部分にキサゲ面を有し、該キサゲ面にエアが通り易いような模様をつけたことを特徴とする請求項１に記載の移動体支持装置。