JP6999263B2 - Manufacturing method and machine tool for multiple ball screws - Google Patents
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Description
本発明は、複数のボールネジの製造方法、及び、そのような複数のボールネジを用いた工作機械に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a plurality of ball screws and a machine tool using such a plurality of ball screws.
従来、工作機械の主軸、等の移動対象物を移動させる移動機構において、複数のボールネジが用いられる場合がある。例えば、特許文献1には、2本のボールネジを用いたツインボールネジが主軸を移動させる移動機構に採用された工作機械の例が記載されている。複数のボールネジを用いれば、前記移動機構の剛性が高められるため、主軸を垂直方向に移動させる場合に有利である。 Conventionally, a plurality of ball screws may be used in a moving mechanism for moving a moving object such as a spindle of a machine tool. For example, Patent Document 1 describes an example of a machine tool adopted as a moving mechanism in which a twin ball screw using two ball screws moves a spindle. If a plurality of ball screws are used, the rigidity of the moving mechanism is increased, which is advantageous when the spindle is moved in the vertical direction.
ボールネジは、主軸の移動機構として好適に採用される反面、当該移動機構に複数のボールネジが採用されると、各ボールネジのよろめき誤差に起因して位置決めの精度が低下する場合がある。よろめき誤差とは、JISB1192に規定された変動v2π、すなわちボールネジが1回転する際に生じる周期性がある変動を意味する。 While the ball screw is preferably used as the moving mechanism of the spindle, if a plurality of ball screws are used for the moving mechanism, the positioning accuracy may decrease due to the staggering error of each ball screw. The stagger error means the fluctuation v 2π specified in JIS B1192, that is, the periodic fluctuation that occurs when the ball screw makes one rotation.
ここで、よろめき誤差が主軸の移動に及ぼす影響について、図5乃至図7を参照して詳細に説明する。図5は、ツインボールネジを採用した門形マシニングセンタにおけるラムの移動機構を模式的に示す概略正面図であり、図6は、図5のツインボールネジの各ボールネジが1回転する際の誤差を示す図であり、図7は、図5のラムに支持された主軸の先端位置に生じる誤差を説明するための図である。 Here, the influence of the stagger error on the movement of the spindle will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 7. FIG. 5 is a schematic front view schematically showing the movement mechanism of the ram in the portal machining center using the twin ball screw, and FIG. 6 is a diagram showing an error when each ball screw of the twin ball screw of FIG. 5 makes one rotation. FIG. 7 is a diagram for explaining an error occurring in the tip position of the spindle supported by the ram of FIG.
図5に示すように、ツインボールネジを採用した門形マシニングセンタにおいては、Z軸方向に延びる2本のボールネジ10、20によって、回転主軸を含むラムRが支持されている。各ボールネジ10、20は、Y軸方向に所定の間隔を空けて互いに平行に配置されている。ラムRは、ナット31、32を介して2本のボールネジ10、20に垂直方向(Z軸方向)に進退可能に支持されており、各ボールネジ10、20が同時に等速で同方向に回転駆動されることによってZ軸方向(図5における上下方向)に移動されるようになっている。その一方、図示されていないが、本実施の形態のラムRは、直動ガイドに支持されており、XY方向への移動が規制されている。しかしながら、前述したよろめき誤差に起因して、Z軸方向への移動の際にラムRの先端(図5における下端)、すなわち回転主軸の先端の位置にY軸方向の誤差が生じてしまう。この誤差について、図6及び図7を参照してより詳細に説明する。
As shown in FIG. 5, in a portal machining center using a twin ball screw, a ram R including a rotation spindle is supported by two
図6には2本の曲線が示されているが、このうち左側の実線で示された曲線は一方のボールネジ10が1回転する際の実移動量誤差曲線を示し、右側の破線で示された曲線は他方のボールネジ20が1回転する際の実移動量誤差曲線を示している。各曲線には、理想移動量の誤差、すなわち移動量に対し誤差0を示す一点鎖線の直線I1、I2がそれぞれ重ねて示されている。ここでは、図6に示すように、各ボールネジ10、20の実移動量誤差曲線が共に振幅がaの正弦曲線であり、それらの位相差が180°である場合について例示する。図6によれば、一方のボールネジ10は、回転角度が0°より大きく180°より小さい範囲において実移動量が理想移動量よりも小さくマイナス誤差の状態にある。一方、回転角度が180°より大きく360°より小さい範囲においては、実移動量が理想移動量よりも大きくプラス誤差の状態にある。これに対し、他方のボールねじ20は、回転角度が0°より大きく180°より小さい範囲において実移動量が理想移動量よりも大きくプラス誤差の状態にある。回転角度が180°より大きく360°より小さい範囲においては、実移動量が理想移動量よりも小さくマイナス誤差の状態にある。但し、いずれのボールネジ10、20も、180°及び360°の位置で、実移動量の誤差が0となる。
Two curves are shown in FIG. 6, of which the curve shown by the solid line on the left side shows the actual movement amount error curve when one of the
このような2本のボールネジ10、20によってラムRが移動される場合、回転角度が0°より大きく180°より小さい範囲においては、一方のボールネジ10によるラムRの移動量よりも他方のボールネジ20によるラムRの移動量の方が大きい。このため、この角度範囲においては、図7のIに示すように、ラムRには、当該ラムRを支持する主軸頭(不図示)に対して、その先端位置がY軸正方向(図7における左方向)へ移動するような姿勢変化(傾き)が生じる。とりわけ、回転角度が90°の場合、一方のボールネジ10に螺着されたナット31にはaのマイナス誤差が、他方のボールネジ20に螺着されたナット32にはaのプラス誤差が、それぞれ生じ、主軸頭に対するラムの傾きが最大となる。そして、回転角度が180°の時点においては、各ボールねじ10、20の実移動量の誤差が無いため、図7のIIに示すようにラムRは主軸頭に対して傾くことはなく、その先端位置の誤差は0になる。そして、回転角度が180°を超えると、一方のボールネジ10によるラムRの移動量よりも他方のボールネジ20によるラムRの移動量の方が小さくなる。このため、この角度範囲においては、図7のIIIに示すように、ラムRには、主軸頭に対して、その先端位置がY軸負方向(図7における右方向)へ移動するような姿勢変化(傾き)が生じる。とりわけ、回転角度が270°の場合、一方のボールネジ10に螺着されたナット31にはaのプラス誤差が、他方のボールネジ20に螺着されたナット32にはaのマイナス誤差が、それぞれ生じ、主軸頭に対するラムの傾きが最大となる。なお、図7の符号I、II、IIIにより示される状態は、図6の符号I、II、IIIにより示される位相にそれぞれ対応している。
When the ram R is moved by such two
このように、2本のボールネジ10、20のよろめき誤差に起因して、当該2本のボールネジ10、20が1回転する毎にラムRに1回の首振り動作が発生し、Z軸方向に移動される際には、1リードで1周期の首振りを繰り返す。このようなボールネジのよろめき誤差に起因する主軸の首振り運動は、門形マシニングセンタに限らず、2本のボールネジを有する移動機構が採用された横中ぐり盤やその他の一般的な移動機構においても生じ得る。なお、図7においては、2本のボールネジ10、20のよろめき誤差に起因する主軸の先端位置の誤差が誇張して示されている。実際の誤差は、例えば数μm程度である。
In this way, due to the staggering error of the two
このような問題に対し、例えば特許文献2において、バネによってよろめき誤差を相殺するという方法が提案されている。しかしながら、バネを用いる方法は、切削加工時に外力を受ける工作機械の主軸においては、効果を発揮することができない。 To solve such a problem, for example, Patent Document 2 proposes a method of canceling a stagger error with a spring. However, the method using a spring cannot exert its effect on the spindle of a machine tool that receives an external force during cutting.
また、1本のボールネジに1本のスケールを取り付け、合計2本のスケールを用いてフィードバック制御を行うという方法も考えられる。しかしながら、1つの駆動系に対して2つのスケールを取り付けるとコストが高くなるため、現実的ではない。 It is also conceivable to attach one scale to one ball screw and perform feedback control using a total of two scales. However, it is not realistic to attach two scales to one drive system because the cost is high.
一般的に、ボールネジの移動量誤差(代表移動量と基準移動量との誤差)は測定して確認することができる。しかしながら、よろめき誤差は1リード内の微小誤差であるため、特に問題視されず確認もされていなかった。更に、1つの駆動系に1本のボールネジを使用する場合、スケールからのフィードバックを用いれば、代表移動量誤差を補正する際によろめき誤差も補正されるため、問題視されない。 Generally, the movement amount error of the ball screw (error between the representative movement amount and the reference movement amount) can be measured and confirmed. However, since the stagger error is a minute error within one lead, it is not regarded as a problem and has not been confirmed. Further, when one ball screw is used for one drive system, if the feedback from the scale is used, the stagger error is also corrected when the representative movement amount error is corrected, so that it is not regarded as a problem.
各ボールネジが1回転する際に発生するよろめき誤差は、2本のボールネジで駆動する場合、影響が大きい。このよろめき誤差の影響を排除するには、よろめき誤差が無いボールネジを使用するか、あるいは、2本のボールネジの持つよろめき誤差の大きさを揃え、且つ、工作機械にボールネジを組み付ける際に当該ボールネジの回転位相を揃える必要がある。しかしながら、よろめき誤差は、研削加工機の被削材(ボールネジ)の1回転に起因する誤差が影響していると考えられるため、よろめき誤差自体を無くすことは、現実的ではない。 The stagger error that occurs when each ball screw makes one rotation has a large effect when driven by two ball screws. To eliminate the effect of this stagger error, use a ball screw that does not have a stagger error, or make the size of the stagger error of the two ball screws uniform, and use the ball screw when assembling the ball screw to the machine tool. It is necessary to align the rotation phases. However, it is considered that the stagger error is influenced by the error caused by one rotation of the work material (ball screw) of the grinding machine, so it is not realistic to eliminate the stagger error itself.
よろめき誤差の大きさを揃えるには、被削材1回転に起因する誤差を揃えればよいので、同一の研削加工機を使用することで対応が可能と考えられる。 In order to make the magnitude of the stagger error uniform, it is sufficient to make the error caused by one rotation of the work material uniform, so it is considered possible to deal with it by using the same grinding machine.
よろめき誤差の位相を揃えるには、ラムなどの移動対象物に発生した誤差から当該よろめき誤差の位相を推定して調整することになる。具体的には、よろめき誤差の位相を揃えるために、2本のボールネジのナットを移動対象物に取り付け、これらのナットの位相を固定した上で、片方のナットの位相を必要量だけずらすようにカンザ等を挿入するという手法が採用される。 In order to align the phase of the stagger error, the phase of the stagger error is estimated and adjusted from the error generated in the moving object such as the ram. Specifically, in order to align the phases of the stagger error, attach the nuts of the two ball screws to the moving object, fix the phases of these nuts, and then shift the phase of one nut by the required amount. The method of inserting a kanza or the like is adopted.
しかしながら、このようなよろめき誤差の位相の調整は、工作機械等にボールネジが取り付けられた後に行われるものであり、誤差量の確認が難しい。このため、複数のボールネジの部品単体レベルで、よろめき誤差の大きさと位置及び位相とを揃えることが望まれた。 However, such adjustment of the phase of the stagger error is performed after the ball screw is attached to the machine tool or the like, and it is difficult to confirm the error amount. Therefore, it has been desired to make the magnitude, position, and phase of the stagger error uniform at the level of a single component of a plurality of ball screws.
本件発明者は、鋭意検討を重ねた結果、複数(例えば2本)のボールネジ間で、よろめき誤差の大きさ及び位相を揃えることによって、前述した主軸の先端位置の誤差を解消し得ることを知見した。 As a result of diligent studies, the inventor of the present invention has found that the above-mentioned error in the tip position of the spindle can be eliminated by aligning the magnitude and phase of the stagger error between a plurality of (for example, two) ball screws. did.
本発明は、以上の知見に基づくものである。すなわち、本発明の目的は、よろめき誤差が回転同期(位置及び位相が同期)された複数(例えば2本)のボールネジの製造方法を提供することである。 The present invention is based on the above findings. That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a plurality of (for example, two) ball screws in which the stagger error is rotationally synchronized (position and phase are synchronized).
また、本発明の目的は、そのような複数のボールネジを採用した移動軸に関して、よろめき誤差に起因した主軸の先端位置の誤差を解消して工具のふらつきが生じない工作機械を提供し、安定した加工面を実現することである。 Further, an object of the present invention is to provide a machine tool that eliminates an error in the tip position of the spindle due to a staggering error and does not cause tool wobbling with respect to a moving shaft using such a plurality of ball screws, and is stable. It is to realize the machined surface.
本発明による複数のボールネジの製造方法は、ネジ溝が粗加工された第1ボールネジを準備する第1準備工程と、
前記第1ボールネジを研削加工機に装着する第1装着工程と、
前記第1ボールネジの前記ネジ溝を研削する第1研削工程と、
前記第1ボールネジを前記研削加工機から取り外すと共に、ネジ溝が粗加工された第2ボールネジを準備する第2準備工程と、
前記第2ボールネジを前記研削加工機に装着する第2装着工程と、
前記研削加工機に対する前記第2ボールネジの長手方向における一方の端面の位置を、前記第1ボールネジを研削した際の当該第1ボールネジの長手方向における一方の端面の位置と同一の位置に設定し、これと同時に、前記第2ボールネジの前記ネジ溝の一方の端の位相を、前記第1ボールネジを研削した際の当該第1ボールネジのネジ溝の一方の端の位相と同一の位相に設定する、設定工程と、
前記第2ボールネジの前記ネジ溝を研削する第2研削工程と、を備えている。
The method for manufacturing a plurality of ball screws according to the present invention includes a first preparation step of preparing a first ball screw having a roughened screw groove and a first preparation step.
The first mounting process of mounting the first ball screw on the grinding machine and
The first grinding step of grinding the thread groove of the first ball screw and
A second preparation step of removing the first ball screw from the grinding machine and preparing a second ball screw having a roughened screw groove.
The second mounting process of mounting the second ball screw on the grinding machine, and
The position of one end face of the second ball screw in the longitudinal direction with respect to the grinding machine is set to the same position as the position of one end face in the longitudinal direction of the first ball screw when the first ball screw is ground. At the same time, the phase of one end of the thread groove of the second ball screw is set to be the same phase as the phase of one end of the thread groove of the first ball screw when the first ball screw is ground. Setting process and
A second grinding step of grinding the thread groove of the second ball screw is provided.
本発明によれば、2本のボールネジの各々において、長手方向の一方の端面の位置及びネジ溝の一方の端の位相が揃えられた状態で、同一の加工機によってネジ溝が研削加工される。このことにより、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, in each of the two ball screws, the screw groove is ground by the same processing machine with the position of one end face in the longitudinal direction and the phase of one end of the screw groove aligned. .. This makes it possible to provide a method for manufacturing a plurality of ball screws in which the stagger error is rotationally synchronized.
以上の製造方法においては、研削加工機に係合可能な係合部を有する一方の端部と、加工対象のボールネジの長手方向の一方の端面に当接する当接面を有する他方の端部と、を有する治具を準備する工程を更に備え、
前記第1装着工程は、前記治具を前記第1ボールネジに取り付ける工程を有し、
前記第2装着工程は、前記治具を前記第2ボールネジに取り付ける工程を有していて良い。
In the above manufacturing method, one end having an engaging portion that can be engaged with the grinding machine and the other end having an abutting surface that abuts on one end face in the longitudinal direction of the ball screw to be machined. Further equipped with a process of preparing a jig having,
The first mounting step includes a step of attaching the jig to the first ball screw.
The second mounting step may include a step of attaching the jig to the second ball screw.
この場合、治具によって研削加工機に対する第1ボールネジの前記一方の端面の距離と、当該研削加工機に対する第2ボールネジの前記一方の端面との距離、すなわち2本のボールネジの各々における長手方向の一方の端面の位置、を確実に揃えることができる。 In this case, the distance between the one end face of the first ball screw with respect to the grinding machine and the one end face of the second ball screw with respect to the grinding machine by the jig, that is, the longitudinal direction in each of the two ball screws. The position of one end face can be reliably aligned.
以上の治具は、有底筒形の第1ナットと筒形の第2ナットとを有し、
前記係合部は、前記第1ナットの底部外面に設けられ、
前記当接面は、前記第2ナットの端面に設けられ、
前記第1ナット及び前記第2ナットは、前記加工対象のボールネジの一方の端部に設けられた雄ネジ部にダブルナットを構成するように螺着されても良い。
The above jig has a bottomed tubular first nut and a tubular second nut.
The engaging portion is provided on the outer surface of the bottom of the first nut.
The contact surface is provided on the end surface of the second nut.
The first nut and the second nut may be screwed to a male screw portion provided at one end of the ball screw to be machined so as to form a double nut.
この場合、複数のボールネジに対して治具を極めて緩みにくいように固定させることができるため、当該複数のボールネジを高精度に回転同期させることができる。 In this case, since the jig can be fixed to the plurality of ball screws so as not to be loosened extremely easily, the plurality of ball screws can be rotationally synchronized with high accuracy.
また、前記製造方法は、前記研削加工機に対する前記第1ボールネジ及び前記第2ボールネジの各ネジ溝の一方の端の位相を示すマーカー部を有する補助治具を準備する工程と、
前記補助治具を前記研削加工機にセットする工程と、を更に備え、
前記第1ボールネジ及び前記第2ボールネジは、前記補助治具の前記マーカー部を参照することにより各ネジ溝の一方の端の位相が所定の位相に設定されても良い。
Further, the manufacturing method includes a step of preparing an auxiliary jig having a marker portion indicating the phase of one end of each screw groove of the first ball screw and the second ball screw for the grinding machine.
Further provided with a step of setting the auxiliary jig in the grinding machine,
For the first ball screw and the second ball screw, the phase of one end of each screw groove may be set to a predetermined phase by referring to the marker portion of the auxiliary jig.
この場合、各ボールネジのよろめき誤差を確実に回転同期させることができる。 In this case, the stagger error of each ball screw can be reliably rotated and synchronized.
あるいは、治具を用いずに前記設定工程を実現することも可能である。すなわち、前記製造方法は、前記第2ボールネジを前記研削加工機に装着した際の当該第2ボールネジの長手方向における一方の端面の位置が前記第1ボールネジを前記研削加工機に装着した際の当該第1ボールネジの一方の端面の位置と同一になるように、前記第2ボールネジを加工する工程を更に含んでいてよい。 Alternatively, it is also possible to realize the setting process without using a jig. That is, in the manufacturing method, the position of one end face in the longitudinal direction of the second ball screw when the second ball screw is mounted on the grinding machine is the position when the first ball screw is mounted on the grinding machine. A step of processing the second ball screw may be further included so that the position of one end face of the first ball screw is the same.
この場合にも、2本のボールネジの各々において、長手方向の一方の端面の位置及びネジ溝の一方の端の位相が揃えられた状態で、同一の加工機によってネジ溝が研削加工される。このことにより、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジの製造方法を提供することができる。 Also in this case, in each of the two ball screws, the screw groove is ground by the same processing machine with the position of one end face in the longitudinal direction and the phase of one end of the screw groove aligned. This makes it possible to provide a method for manufacturing a plurality of ball screws in which the stagger error is rotationally synchronized.
あるいは、以上のような製造方法によって製造された複数のボールネジを有する工作機械も、本発明の範囲内である。 Alternatively, a machine tool having a plurality of ball screws manufactured by the above manufacturing method is also within the scope of the present invention.
すなわち、本発明は、移動対象物と、
互いに平行に配置され、前記移動対象物を所定の方向に駆動及び位置決めするための複数のボールネジと、を備え、
前記複数のボールネジのよろめき誤差の位相が各ボールネジの長手方向に沿って互いに一致していることを特徴とする工作機械である。
That is, the present invention is a moving object and
A plurality of ball screws, which are arranged parallel to each other and for driving and positioning the moving object in a predetermined direction, are provided.
It is a machine tool characterized in that the phases of the stagger error of the plurality of ball screws coincide with each other along the longitudinal direction of each ball screw.
本発明によれば、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジ採用した移動軸に関して、よろめき誤差に起因した移動対象物、例えばラムを介した主軸先端の傾きを解消して工具のふらつきが生じない工作機械を提供し、安定した加工面を実現することができる。 According to the present invention, with respect to a moving shaft using a plurality of ball screws whose stagger error is rotationally synchronized, the tilt of the tip of the spindle via a moving object such as a ram due to the stagger error is eliminated and the tool does not wobble. It is possible to provide a machine tool and realize a stable machined surface.
具体的には、前記複数のボールネジは、2本のボールネジである。 Specifically, the plurality of ball screws are two ball screws.
本発明によれば、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a plurality of ball screws in which the stagger error is rotationally synchronized.
あるいは、本発明によれば、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジが採用された移動軸に関して、よろめき誤差に起因した移動対象物、例えば主軸先端の位置の誤差を解消して工具のふらつきが生じない工作機械を提供し、安定した加工面を実現することができる。 Alternatively, according to the present invention, with respect to a moving shaft in which a plurality of ball screws whose staggering error is rotationally synchronized are adopted, a moving object due to the staggering error, for example, an error in the position of the tip of the spindle is eliminated to cause the tool to wobble. It is possible to provide a machine tool that does not occur and realize a stable machined surface.
以下に、添付の図面を参照して本発明の一実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施の形態による製造方法を説明するための図であり、研削加工機100が側面図で示されている。
FIG. 1 is a diagram for explaining a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and the grinding
本製造方法による研削加工対象のボールネジ210は、図1に示すように、長手方向(図1の左右方向)を有する円柱状の外形を有し、研削加工機100によってネジ溝が研削されるネジ部211と、このネジ部211の両端に設けられた小径部212、213と、を有している。ボールネジ210は、これらの小径部212、213を介して工作機械に取り付けられるようになっている。また、ネジ部211の一方(図1における左方)の端部に位置する、一方の小径部212を取り囲む円環状の端面には、データム面216が設けられている。このデータム面216は、研削加工された第1ボールネジが工作機械に取り付けられる際に、当該工作機械に対する位置決めに利用される基準面である。更に、他方の小径部213の端面には、凹部215が設けられている。なお、後述される第2ボールネジ220も研削加工機100によって研削加工されるため、図1には、当該第2ボールネジ220の各構成部に対応する符号も併記してある。
As shown in FIG. 1, the ball screw 210 to be ground by the present manufacturing method has a columnar outer shape having a longitudinal direction (left-right direction in FIG. 1), and a screw groove is ground by a grinding
また、研削加工機100は、図1に示すように、ベース110と、ベース110上に設けられた面板ベース120があり、この面板ベース120に回転駆動される主軸としての面板130が取り付けられている。また、ベース110上には、面板130から所定の距離を隔てて当該面板130の他方の側に配置されたワークを支持するための芯押し台140が設けられている。一例として、ベース110は、加工対象のボールネジ210の長さを超える長さを有する矩形のベッド(基台)であり、水平に設置されている。面板130は、このベース110の一方(図1における左方)の端部近傍に、ボールネジ210の長手方向に移動しないように配置されており、当該面板130には、回転運動をボールネジ210に伝達するケレ160が設けられ、駆動部とボールネジ210とを連結している。
Further, as shown in FIG. 1, the grinding
面板130には、芯押し部150が取り付けられている。芯押し部150は、後述されるように、ボールネジ210の一方の小径部212に取り付けられる治具400に設けられた係合部412に係合して当該ボールネジ210の一方の端部を支持するためのものであり、先端に円錐状の第1凸部151を有している。
A
芯押し台140は、ベース110上を当該ベース110の長さ方向に移動可能となっている。更に、芯押し台140の一方の側には、ボールネジ210の他方の小径部213に設けられた凹部215に係合して当該ボールネジ210の他端を支持するための円錐状の第2凸部141が設けられている。第1凸部151と第2凸部141とは、ベース110の長さ方向に沿って配置されている。第1ボールネジ210は、第1及び第2凸部151、141により凹部215及び係合部412において押し付け支持されるため、その長手方向位置が両端の凹部215及び係合部412の加工深さにより決まることになる。
The
次に、第1及び第2ボールネジ210、220のネジ溝217、227を高精度に回転同期させるように加工するための治具400について、図4を参照して説明する。
Next, a
図4は、治具400を示す概略縦断面図である。この治具400は、第1及び第2ボールネジ210、220のデータム面216、226と研削加工機100の芯押し部150との間に配置され、研削加工機100に対する第1ボールネジ210のデータム面216の位置と、研削加工機100に対する第2ボールネジ220のデータム面226の位置と、を揃えるためのものである。
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view showing the
図4に示すように、治具400は、研削加工機100に係合可能な係合部412を有する一方の端部411と、加工対象のボールネジ210、220のデータム面216,226に当接する当接面422を有する他方の端部421と、を備えている。具体的には、治具400は、有底筒形の第1ナット410と筒形の第2ナット420とを有しており、係合部412は、第1ナット410の底部外面に設けられ、当接面422は、前記第2ナットの端面に設けられている。そして、第1ナット410及び第2ナット420は、加工対象のボールネジ210、220の一方の端部に設けられた一方の小径部212、222の雄ネジ部212a、222aにダブルナットを構成するように螺着されるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、第1ナット410は、一方の側(図4における左側)が閉鎖された有底筒形のナットである。第1ナット410の底部外面には、係合部412として、当該第1ナット410の回転軸線を中心軸とするすり鉢状の凹部が形成されている。この底部は、第1ナット410及び第2ナット420が雄ネジ部212a、222aに螺着された状態で、当該雄ネジ部212a、222aの先端に干渉しない位置に設けられている。また、第1ナット410の他方の側(図4における右側)には、他の領域よりも相対的に肉厚が薄い第1スリーブ部413が設けられている。この第1スリーブ部413の内周面は、円筒面となっており、後述されるように、雄ネジ部212a、222aに螺着された際に、第2ナット420の一部が隙間無く収容されるようになっている。これにより、第2ナット420に対する第1ナット410の中心合わせ(芯出し)が行われることになる。
As shown in FIG. 4, the
また、図4に示すように、第2ナット420は、筒形のナットであり、雄ネジ部212a、222aに螺着される雌ネジ部が形成された螺着部423と、この螺着部423の他方の側(図4における右側)に一体的に設けられた第2スリーブ部424と、を有している。本実施の形態では、螺着部423は円筒状であり、その外径は、第1ナット410の第1スリーブ部413の内径と等しい。一方、第2スリーブ部424は、内面が円周面となっており、ボールネジ210、220の一方の小径部212、222と隙間無く嵌り合うようになっている。これにより、一方の小径部212、222に対する第2ナット420の中心合わせ(芯出し)が行われることになる。
Further, as shown in FIG. 4, the
次に、研削加工機100によってネジ部211にネジ溝を研削する工程について説明する。ここでは、一例として、ツインボールネジタイプの移動機構を構成する2本のボールネジ210、220のネジ溝217、227を研削する場合を説明する。
Next, a process of grinding a thread groove in the threaded portion 211 by the grinding
本製造方法においては、まず、ネジ溝217が研削される第1ボールネジ210が準備される。この第1ボールネジ210には、予め、適宜の研削装置によって粗加工されたネジ溝217’が形成されている。この粗加工されたネジ溝217’は、各ボールネジ210、220が取り付けられることになる工作機械の仕様に応じて、適宜にピッチが決定されている。
In the present manufacturing method, first, a first ball screw 210 in which the
まず、研削加工に先だち、第1ボールネジ210の一方の小径部212に治具400が取り付けられる。具体的には、第1ボールネジ210の雄ネジ部212aに、第2ナット420の当接面422が第1ボールネジ210のデータム面216に当接するまで当該第2ナット420がねじ込まれる。このねじ込みの際に、第2スリーブ部424の内周面が第1ボールネジ210の一方の小径部212の外周面に隙間無く嵌り合う。これにより、一方の小径部212に対して第2ナット420が中心合わせ(芯出し)されつつ螺着される。
First, prior to the grinding process, the
次に、第1ナット410が雄ネジ部212aにねじ込まれる。この時、第1ナット410は、第1スリーブ部413の内周面が第2ナット420の螺着部423の外周面に隙間無く嵌り合う。これにより、第2ナット420に対して第1ナット410が中心合わせ(芯出し)されつつ螺着される。すなわち、第2ナットを介して、一方の小径部212に対して第1ナット410が中心合わせ(芯出し)されつつ螺着される。そして、第1ナット410は、第1スリーブ部413に形成された凹部の底面が第2ナット420の螺着部423の先端面に当接すると、雄ネジ部212aに対する螺着が完了する。
Next, the
そして、第1ナット410を固定し、この状態で第2ナット420を所定のトルクで緩める方向に逆回転させると第1ナット410及び第2ナット420によっていわゆるダブルナットが構成され、各ナット410、420が雄ネジ部212aに対して強固に固定される。
Then, when the
研削加工機100においては、研削対象の第1ボールネジ210が面板130に対して回転方向に固定される前に、面板130が回転駆動され研削加工機100に対して所定の位相に設定される。そして、面板130上の所定の位置に補助治具300が取り付けられる。図示される実施の形態においては、前記所定の位相とは、補助治具300が取り付けられる前記所定の位置が最も下方に位置するような位相である。
In the grinding
本実施の形態で用いられる補助治具300は、図1に示すように、長手方向にL1の長さを有する位置規定部310と、位置規定部310の他端から当該長手方向に対して直交する方向に延びる位相規定部320と、を有するL字状の概形を有している。位置規定部310の一方の端は、面板130に設けられた補助治具取付部131に取付可能となっている。位置規定部310の他方の端面311は、前記長手方向に対して直交する平面を有しており、この平面が、第1ボールネジ210の研削加工機100に対する長手方向位置を示す第1マーカー部として機能するようになっている。また、位相規定部320は、長さL2を有しており、位置規定部310から遠位側(図1における上側)の他方の側の縁部321が、研削加工機100に対する第1ボールネジ210の粗加工されたネジ溝217’の一方の端217eの位相を示す第2マーカー部として第1マーカー部と同時に機能するようになっている。
As shown in FIG. 1, the
第1ボールネジ210が研削加工機100に対して固定される際には、予め芯押し部150に対して第1ボールネジ210の長さを超える距離をもって配置されていた芯押し台140が、図1のAに示す方向に移動される。この移動によって、第1ボールネジ210の一方の端部においては、治具400の係合部412(図4参照)に第1凸部151が係合し、他方の端部においては、他方の小径部213に設けられた凹部215に第2凸部141が係合する。これにより、第1ボールネジ210は、第1及び第2凸部151、141により凹部215及び係合部412において押し付け支持され、研削加工機100に対して長手方向(図1における左右方向)の移動が規制される。
When the first ball screw 210 is fixed to the grinding
前述したように、第1ボールネジの一方の端面には、工作機械に対する位置決めに利用される基準面であるデータム面216が設けられている。複数のボールネジのよろめき誤差を互いに回転同期させるためには、このデータム面216を研削加工機100に対して正確に位置決めする必要があるため、前述の治具400の装着による位置決めを行っている。
As described above, one end surface of the first ball screw is provided with a datum surface 216 which is a reference surface used for positioning with respect to the machine tool. In order to rotate and synchronize the stagger errors of the plurality of ball screws with each other, it is necessary to accurately position the datum surface 216 with respect to the grinding
もちろん、治具400を採用する代わりに、データム面216から正確に所定の距離となるように第2凹部を一方の小径部212に設けることによって対応しても良い。この場合、第2凹部が芯押し部150の第1凸部151と係合することになる。また、芯押し部150が第1ボールネジ210の長手方向に移動して第1ボールネジ210を第1マーカーに合わせてしっかりと固定できれば、そのような方法を用いても良い。
Of course, instead of adopting the
そして、第1ボールネジ210が軸線回りに適宜回転され、粗加工されたネジ溝217’の一方の端217eが位置規定部310の縁部321に一致するように第1ボールネジ210の位相が設定される。
Then, the first ball screw 210 is appropriately rotated around the axis, and the phase of the first ball screw 210 is set so that one end 217e of the rough-processed screw groove 217'consists with the
この状態で、面板130の回転駆動を第1ボールネジ210に伝達するための伝達部材であるケレ160で面板130と第1ボールネジ210とを連結し固定する。その後、粗加工されたネジ溝217’の一方の端217eに研削工具(不図示)が当接される。図1に示す例では、ケレ160は、面板130の回転中心に関して補助治具300の反対側に取り付けられる。そして、この状態で、面板130が回転駆動される。面板130の回転に伴って研削工具が粗加工されたネジ溝217’を研削する。所定の研削を経て、ネジ部211の表面に完成されたネジ溝217が形成される。
In this state, the
研削が完了すると、面板130の回転が停止され、ケレ160を第1ボールネジ210から取り外し、研削加工機100から第1ボールネジ210が取り外される。
When the grinding is completed, the rotation of the
次に、同一の研削加工機100に対して、粗加工されたネジ溝227’を有し、第1ボールネジ210の研削加工時に使用した治具400を装着した第2ボールネジ220が装着される。この第2ボールネジ220を研削加工機100に装着する手順は、第1ボールネジ210を研削加工機100に装着する手順と同じであるため、ここではその詳細な説明は省略する。この時、第1及び第2ボールネジ210、220のネジ溝217、227のピッチが共に10mmである場合を例に考えると、ネジ溝217、227の、位相差に起因する長手方向の誤差を例えば0.5mm以下にするためには、第1ボールネジ210と第2ボールネジ220の各ネジ溝217、227間の位相差が18°以内となるように、各ボールネジ210、220を研削加工機100に取り付ければよい。この位相差は、所望の加工精度に応じて適宜に許容範囲が決定され得る。
Next, a second ball screw 220 having a roughly machined screw groove 227'and equipped with a
そして、粗加工されたネジ溝227’が研削工具(不図示)によって研削される。これにより、ネジ部221の表面に完成されたネジ溝227が形成される。研削が完了すると、この第2ボールネジ220は、第1ボールネジ210の場合と同様にして研削加工機100から取り外される。
Then, the rough-processed screw groove 227'is ground by a grinding tool (not shown). As a result, the completed
以上のような製造方法によれば、第1ボールネジ210に関して、データム面216を基準とするネジ溝217’の特定の位置を研削している時の、研削加工機100に対する研削工具の位置と、第2ボールネジ220に関して、データム面226を基準とするネジ溝227’の特定の位置を研削している時の、研削加工機100に対する研削工具の位置と、が同一となる。すなわち、第1及び第2ボールネジ210、220がよろめき誤差を含んでいても、その大きさ及び位相がデータム面216を基準として揃えられる。
According to the manufacturing method as described above, the position of the grinding tool with respect to the grinding
次に、図2及び図3を参照して、このようにして製造された第1及び第2ボールネジ210、220によるツインボールネジを採用した移動機構の作用について説明する。図2は、2本のボールネジ210、220のよろめき誤差の大きさ及び位相が揃っている状態の実移動量曲線を示す図であり、図3は、図2の2本のボールネジ210、220によって、ラムに支持された主軸の先端位置に誤差が生じることなくZ軸負方向に移動されている状態を示す図である。 Next, with reference to FIGS. 2 and 3, the operation of the moving mechanism using the twin ball screw by the first and second ball screws 210 and 220 thus manufactured will be described. FIG. 2 is a diagram showing an actual movement amount curve in a state where the magnitude and phase of the stagger error of the two ball screws 210 and 220 are aligned, and FIG. 3 is a diagram showing the actual movement amount curves of the two ball screws 210 and 220 by the two ball screws 210 and 220 of FIG. , Is a diagram showing a state in which the tip position of the spindle supported by the ram is moved in the negative direction of the Z axis without causing an error.
図2には2本の曲線が示されているが、このうち左側の実線で示された曲線は一方のボールネジ10が1回転する際の実移動量曲線を示し、右側の破線で示された曲線は他方のボールネジ20が1回転する際の実移動量曲線を示している。図6と同様に、各曲線には、理想移動量を示す一点鎖線の直線I1、I2がそれぞれ重ねて示されている。図2から理解されるように、本実施の形態の第1及び第2ボールネジ210、220は、共に振幅がaである正弦曲線状のよろめき誤差を含んでいるものの、その大きさ及び位相が揃えられている。 Two curves are shown in FIG. 2, of which the curve shown by the solid line on the left side shows the actual movement amount curve when one of the ball screws 10 makes one rotation, and is shown by the broken line on the right side. The curve shows the actual movement amount curve when the other ball screw 20 makes one rotation. Similar to FIG. 6, the straight lines I1 and I2 of the alternate long and short dash line indicating the ideal amount of movement are superimposed on each curve. As can be understood from FIG. 2, the first and second ball screws 210 and 220 of the present embodiment both include a sinusoidal stagger error having an amplitude of a, but their sizes and phases are aligned. Has been done.
このような2本のボールネジ210、220によりラムRが移動されると、各ボールネジ210、220は、回転角度が0°より大きく180°よりも小さい範囲において同じ大きさのプラス誤差を生じる。例えば、図3に示すように、回転角度が90°の時、2つのナット31、32には、共に+aの誤差(行き過ぎ)が生じる。このため、前記回転角度の範囲においては、ラムRに姿勢変化が生じることが無い。
When the ram R is moved by such two ball screws 210 and 220, each ball screw 210 and 220 causes a plus error of the same magnitude in a range where the rotation angle is larger than 0 ° and smaller than 180 °. For example, as shown in FIG. 3, when the rotation angle is 90 °, an error (excess) of + a occurs in both of the two
同様に、各ボールネジ210、220は、回転角度が180°よりも大きく360°よりも小さい範囲において同じ大きさのマイナス誤差を生じる。例えば、図3に示すように、回転角度が270°の時、2つのナット31、32には、共に-aの誤差(行き足らず)が生じる。このため、前記回転角度の範囲においては、ラムRに姿勢変化が生じることが無い。 Similarly, each ball screw 210, 220 causes a negative error of the same magnitude in a range where the rotation angle is larger than 180 ° and smaller than 360 °. For example, as shown in FIG. 3, when the rotation angle is 270 °, both the nuts 31 and 32 have an error of −a (not enough). Therefore, the posture of the ram R does not change within the range of the rotation angle.
このように、2本のボールネジ210、220によって回転主軸を支持するラムRがZ軸負方向に移動される場合、常に、主軸の軸線とZ軸との平行状態が維持される。なお、図3においては、煩雑さを避けるため、90°及び270°の回転角度においては、ラムRに代えてナット32のみを図示している。
As described above, when the ram R supporting the rotating spindle is moved in the negative direction of the Z axis by the two ball screws 210 and 220, the parallel state between the axis of the spindle and the Z axis is always maintained. In addition, in FIG. 3, in order to avoid complication, only the
以上のような本実施の形態の製造方法によれば、本発明によれば、2本のボールネジ210、220の各々において、長手方向における一方の端面の位置及びネジ溝217、227の一方の端の位相が揃えられた状態で、同一の加工機によってネジ溝が研削加工される。このことにより、よろめき誤差が回転同期された複数のボールネジ210、220の製造方法を提供することができる。
According to the manufacturing method of the present embodiment as described above, according to the present invention, in each of the two ball screws 210 and 220, the position of one end face in the longitudinal direction and one end of the
以上の製造方法においては、研削加工機100に係合可能な係合部412を有する一方の端部と、加工対象のボールネジの長手方向の一方の端面に当接する当接面422を有する他方の端部と、を備えた治具400が用いられる。このことにより、研削加工機100に対する第1ボールネジ210の前記一方の端面の距離と、当該研削加工機100に対する第2ボールネジ220の前記一方の端面との距離、すなわち2本のボールネジ210、220の各々における長手方向の一方の端面の位置、を確実に揃えることができる。
In the above manufacturing method, the other end having an engaging
また、治具400は、有底筒形の第1ナットと筒形の第2ナットとを有し、これらのナットが加工対象のボールネジ210、220の一方の端部に設けられた雄ネジ部にダブルナットを構成するように螺着される。このことにより、2本のボールネジ210、220に対して治具400を極めて緩みにくいように固定させることができるため、2本のボールネジ210、220を高精度に回転同期させることができる。
Further, the
また、本製造方法は、研削加工機100に対する第1ボールネジ210及び第2ボールネジ220の各ネジ溝217’、227’の一方の端217e、227eの位相を示す第2マーカー部を有する補助治具300を用いて各ネジ溝の一方の端の位相が所定の位相に設定される。このため、この場合、各ボールネジ210、220のよろめき誤差を確実に回転同期させることができる。また、研削加工機100の面板130とデータム面216、226との間の距離が適正であるか否かを、第1マーカー部を用いて確認できるため、面板130に対するデータム面216、226の位置を正確に決定することができる。
Further, in this manufacturing method, an auxiliary jig having a second marker portion indicating the phase of one end 217e and 227e of each screw groove 217', 227'of the first ball screw 210 and the second ball screw 220 with respect to the grinding
以上のような第1及び第2ボールネジ210、220を用いたツインボールネジタイプの工作機械によれば、図2及び図3から理解されるように、第1及び第2ボールネジ210、220のよろめき誤差に起因した主軸の先端位置の誤差を解消して工具のふらつきが生じない工作機械を提供し、安定した加工面を実現することができる。 According to the twin ball screw type machine tool using the first and second ball screws 210 and 220 as described above, as can be understood from FIGS. 2 and 3, the stagger error of the first and second ball screws 210 and 220 It is possible to provide a machine tool that does not cause tool wobbling by eliminating the error in the tip position of the spindle caused by the above, and to realize a stable machined surface.
もちろん、以上のような製造方法による複数のボールネジの製造方法は、門形マシニングセンタに限らず横中ぐり盤など種々の工作機械に適用可能であるし、更に、工作機械に限定されず、高精度な位置制御が要求される一般的な移動機構に対しても適用可能である。また、このような工作機械ないし移動機構に採用されるボールネジは、2本に限られず3本以上であっても良い。3本目以降のボールネジを加工する際にも、以上に説明した第1及び第2ボールネジ210、220の製造方法と全く同じ方法が採用され得る。 Of course, the manufacturing method of a plurality of ball screws by the manufacturing method as described above can be applied not only to a portal machining center but also to various machine tools such as a horizontal boring machine, and further, the manufacturing method is not limited to the machine tool and has high accuracy. It can also be applied to general moving mechanisms that require flexible position control. Further, the number of ball screws used in such a machine tool or a moving mechanism is not limited to two, and may be three or more. When processing the third and subsequent ball screws, exactly the same method as the manufacturing method of the first and second ball screws 210 and 220 described above can be adopted.
10 一方のボールネジ
20 他方のボールネジ
100 研削加工機
110 ベース
120 面板ベース
130 面板
131 補助治具取付部
140 芯押し台
141 第2凸部
150 芯押し部
151 第1凸部
160 ケレ
210 第1ボールネジ
211 ネジ部
212、213 小径部
212a 雄ネジ部
217 完成されたネジ溝
217’ 粗加工されたネジ溝
217e ネジ溝の一方の端
215 凹部
216 データム面
220 第2ボールネジ
221 ネジ部
222、223 小径部
222a 雄ネジ部
227、227’ ネジ溝
226 データム面
300 補助治具
310 位置規定部
311 他方の端面
320 位相規定部
321 位置規定部の縁部
400 治具
410 第1ナット
411 一方の端部
412 係合部
413 第1スリーブ部
420 第2ナット
421 他方の端部
422 当接面
423 螺着部
424 第2スリーブ部
I1、I2 理想移動量
R ラム
10 One
Claims (7)
前記第1ボールネジを研削加工機に装着する第1装着工程と、
前記第1ボールネジの前記ネジ溝を研削する第1研削工程と、
前記第1ボールネジを前記研削加工機から取り外すと共に、ネジ溝が粗加工された第2ボールネジを準備する第2準備工程と、
前記第2ボールネジを前記研削加工機に装着する第2装着工程と、
前記研削加工機に対する前記第2ボールネジの長手方向における一方の端部に位置するデータム面の位置を、前記第1ボールネジを研削した際の当該第1ボールネジの長手方向における一方の端部に位置するデータム面の位置と同一の位置に設定し、これと同時に、前記第2ボールネジの前記ネジ溝の一方の端の位相を、前記第1ボールネジを研削した際の当該第1ボールネジのネジ溝の一方の端の位相と同一の位相に設定する、設定工程と、 前記第2ボールネジの前記ネジ溝を研削する第2研削工程と、
を備えた
ことを特徴とする複数のボールネジの製造方法。 The first preparation process for preparing the first ball screw with the thread groove roughly processed, and
The first mounting process of mounting the first ball screw on the grinding machine and
The first grinding step of grinding the thread groove of the first ball screw and
A second preparation step of removing the first ball screw from the grinding machine and preparing a second ball screw having a roughened screw groove.
The second mounting process of mounting the second ball screw on the grinding machine, and
The position of the datum surface located at one end of the second ball screw in the longitudinal direction with respect to the grinding machine is located at one end of the first ball screw in the longitudinal direction when the first ball screw is ground. The position is set to be the same as the position of the datum surface, and at the same time, the phase of one end of the thread groove of the second ball screw is set to one of the thread grooves of the first ball screw when the first ball screw is ground. A setting step of setting the phase to be the same as the phase of the end of the ball, and a second grinding step of grinding the thread groove of the second ball screw.
A method of manufacturing a plurality of ball screws, which is characterized by being equipped with.
を更に備え、
前記第1装着工程は、前記治具を前記第1ボールネジに取り付ける工程を有し、
前記第2装着工程は、前記治具を前記第2ボールネジに取り付ける工程を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 One end having an engaging portion engageable with the grinding machine and the other end having an abutting surface abutting on a datum surface located at one end in the longitudinal direction of the ball screw to be machined. Further equipped with a process of preparing a jig having a
The first mounting step includes a step of attaching the jig to the first ball screw.
The manufacturing method according to claim 1, wherein the second mounting step includes a step of attaching the jig to the second ball screw.
前記係合部は、前記第1ナットの底部外面に設けられ、
前記当接面は、前記第2ナットの端面に設けられ、
前記第1ナット及び前記第2ナットは、前記加工対象のボールネジの一方の端部に設けられた雄ネジ部にダブルナットを構成するように螺着される
ことを特徴とする請求項2に記載の製造方法。 The jig has a bottomed tubular first nut and a tubular second nut.
The engaging portion is provided on the outer surface of the bottom of the first nut.
The contact surface is provided on the end surface of the second nut.
2. The second aspect of the present invention, wherein the first nut and the second nut are screwed to a male screw portion provided at one end of a ball screw to be machined so as to form a double nut. Manufacturing method.
前記補助治具を前記研削加工機にセットする工程と、
を更に備え、
前記第1ボールネジ及び前記第2ボールネジは、前記補助治具の前記マーカー部を参照することにより各ネジ溝の一方の端の位相が所定の位相に設定される
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の製造方法。 A step of preparing an auxiliary jig having a marker portion indicating the phase of one end of each screw groove of the first ball screw and the second ball screw for the grinding machine.
The process of setting the auxiliary jig in the grinding machine and
Further prepare
The first ball screw and the second ball screw are characterized in that the phase of one end of each screw groove is set to a predetermined phase by referring to the marker portion of the auxiliary jig. The manufacturing method according to any one of 3.
ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 The position of the datum surface located at one end of the second ball screw in the longitudinal direction when the second ball screw is mounted on the grinding machine is the position when the first ball screw is mounted on the grinding machine. 1. The manufacturing method according to claim 1, further comprising a step of processing the second ball screw so that the position of the datum surface located at one end of the ball screw is the same.
互いに平行に配置され、前記移動対象物を所定の方向に駆動及び位置決めするための複数のボールネジと、
を備え、
前記複数のボールネジのよろめき誤差の位相が各ボールネジの長手方向に沿って互いに一致しており、
前記複数のボールネジの部品単体レベルで、前記複数のボールネジのよろめき誤差の大きさと位置及び位相とが、各ボールネジの長手方向の一方の端部に位置するデータム面を基準として揃えられている
ことを特徴とする工作機械。 Objects to move and
A plurality of ball screws arranged parallel to each other and for driving and positioning the moving object in a predetermined direction,
Equipped with
The phases of the stagger error of the plurality of ball screws coincide with each other along the longitudinal direction of each ball screw.
At the component level of the plurality of ball screws, the magnitude, position, and phase of the stagger error of the plurality of ball screws are aligned with respect to the datum surface located at one end of each ball screw in the longitudinal direction. A featured machine tool.
ことを特徴とする請求項6に記載の工作機械。 The machine tool according to claim 6, wherein the plurality of ball screws are two ball screws.
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