JP7004292B2 - 工作機械及び工作機械のスライドレールの温度管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、スライドレール上に油膜を介して移動体を移動可能に支持するようにした油静圧軸受装置が備えられた工作機械及びその工作機械のスライドレールの温度管理方法に関するものである。

特許文献１には、静圧ポケット内の潤滑油の圧力及び温度を制御してスライドレールの摺動面と移動体との間の静圧軸受の隙間を一定に保持するようにした静圧軸受装置が開示されている。この特許文献１の静圧軸受装置においては、静圧ポケット内の潤滑油の出口の温度を検出するための温度センサが設けられている。そして、この温度センサからの測定温度信号に基づいて静圧ポケットへの潤滑油の供給温度を制御する温度制御装置が設けられている。また、静圧ポケットへ供給する潤滑油の流量を制御することにより、静圧ポケット内の圧力を制御する定圧比流量調整弁が設けられている。そして、潤滑油の温度と圧力とを制御することにより、静圧軸受の隙間を一定に保持するようになっている。

特開平５－３０６７１８号公報

前記のように、特許文献１の装置においては、潤滑油の圧力と温度とを制御して、静圧軸受の隙間を一定に保持するようにしているが、周囲の外気温度に合わせて摺動面の温度を適切に制御することは行っていない。従って、例えば、工作機械の周囲温度が大きく変動した場合、静圧軸受の摺動面が湾曲したり、伸縮したりして、変形するおそれがあり、このような場合は、摺動面上を移動する移動体として高い移動精度を得ることができない。

また、静圧ポケット内に潤滑油を供給するために、供給口から潤滑油が吐出されると、その吐出時に潤滑油に対する拘束が解放されて、潤滑油の温度が上昇する。この場合、例えば、室温が低いために、潤滑油の温度よりもスライドレールの温度が低く、供給口から吐出された潤滑油とスライドレールとの間の温度差が大きいと、摺動面を有するスライドレールに温度の高低差の分布が生じて、スライドレールが変形するおそれがある。このため、移動体の移動精度が低下して、ワークの加工精度が低下する結果となる。

さらに、移動体が移動しているときには、静圧軸受の隙間に位置する潤滑油が剪断されて発熱が生じる。このため、この隙間の部分の温度が摺動面の他の部分の表面より温度が上昇される。特に、周囲の気温が低い状態であって、移動体が長時間停止された状態においては、摺動面の温度が低い。この状態において、移動体が移動して、隙間の潤滑油が剪断発熱により温度上昇し、特に、移動体が狭い範囲を往復移動された場合には、摺動面における移動体の移動範囲の部分が同摺動面の他の部分よりかなり高温になる。このため、摺動面を有するスライドレールは、高温部分の熱膨張によって湾曲したり、歪んだりすることになり、このため、前記のように、移動体の移動精度が低下して、ワークの加工精度が低下する結果となる。

本発明の目的は、移動体の移動精度を高い状態に維持できる油静圧軸受装置を備えた工作機械及びスライドレールの温度管理方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の工作機械は、一方向に延長された摺動面を有するスライドレール上に潤滑油の油膜を介して移動体を移動可能に支持した油静圧軸受装置を備え、前記スライドレールの前記摺動面全体を前記潤滑油によって前記油静圧軸受装置の隙間の潤滑油より厚い油膜で覆うための潤滑油供給手段を設けたことを特徴とする。

本発明の工作機械におけるスライドレールの温度管理方法においては、潤滑油を前記静圧ポケットから溢れさせて、前記摺動面全体を潤滑油によって覆い、スライドレールの温度管理を行うことを特徴とする。

以上の構成においては、スライドレールの摺動面全体に対して、室温と等しい温度で、静圧軸受の隙間より厚い油膜を形成する大量の潤滑油を流し続けることにより、摺動面を室温と等しい状態に維持できる。このため、移動テーブルをスライド動作しても、摺動面部分の温度上昇を抑制できて、スライドレールの湾曲や伸縮などの変形を回避でき、ワークの高精度加工が可能になる。

本発明によれば、移動体を高い精度で移動させることができるという効果を発揮する。

工作機械の正面図。 工作機械の側面図。 スライドレール部分の断面図。 スライドレールの一部破断斜視図。 スライドレールの一部破断平面図。 スライドレール部分の拡大断面図。 静圧ポケットを示す平面図。 工作機械の油圧系統を示す回路図。 工作機械の電気的構成を示す回路図。 変更例を示す断面図。

（実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、工作機械の機体としてのダイキャスト製の機台１１の上面には、同機台１１の図１における左右方向に延長された一対の支持部１２が突設されている。両支持部１２の上面には、前記左右方向に延びる一対の平行なスライドレール１３が載置されて、図５及び図６に示す複数のネジ１４によって固定されている。

図３及び図４に示すように、スライドレール１３の上面１３１及び前部側の一方の側面１３２には図１の左右方向に伸びる摺動面１５，１６がそれぞれ形成されている。スライドレール１３の上面１３１の後部において摺動面１５と隣接する位置には、摺動面１５と平行に伸びる長溝状の静圧ポケット１７が形成されている。なお、本実施形態においては、各スライドレール１３の摺動面１５，１６側を前部、静圧ポケット１７側を後部とする。図５に示すように、静圧ポケット１７の左右方向の端部とスライドレール１３の端面１３４との間の距離αは、静圧ポケット１７の長辺とスライドレール１３の前部側の側面１３２との間の距離βと等しく形成されている。

図５～図７に示すように、前記ネジ１４は、その頭部が油静圧軸受装置（以下、油静圧軸受という）を構成する静圧ポケット１７の内底面に配列されている。そして、静圧ポケット１７の底面には座ぐり孔１７１が形成され、この座ぐり孔１７１内に前記ネジ１４の頭部１４１が位置している。頭部１４１の上面は静圧ポケット１７の底面の下方に位置するとともに、頭部１４１の外周面と座ぐり孔１７１の内周面との間には間隔が形成されている。この静圧ポケット１７内の潤滑油Ｓが静圧ポケット１７から溢れ出てスライドレール１３の摺動面１５を有する上面１３１，摺動面１６を有する側面１３２，その側面１３２の反対側の側面１３３及びスライドレール１３の左右両端面１３４のそれぞれ全体を覆うように流れる。

図６及び図７に示すように、静圧ポケット１７の底面には、油膜保持手段としての断面Ｌ形状をなす堰板１８がその下側折曲部１８２においてネジ１８１によって固定され、立ち上がり部１８３の上端がスライドレール１３の上面１３１より上方に突出している。この堰板１８の下側折曲部１８２は座ぐり孔１７１の直径より狭い幅を有し、下側折曲部１８２の両幅端と座ぐり孔１７１の開口の内周縁との間には隙間が形成されている。そして、堰板１８は、前記静圧ポケット１７の後述の供給口３１からの潤滑油Ｓを堰き止めて、その潤滑油Ｓが摺動面１５，１６側に流れるように規制し、その結果、摺動面１５，１６側の上面１３１，前側の側面１３２及び両端面１３４には油膜Ｓ１が形成される。なお、図４及び図５においては、堰板１８の図示を省略している。この油膜Ｓ１の厚さは、０．５～３ｍｍ（ミリメートル）程度である。

また、前記供給口３１からの潤滑油Ｓが、堰板１８の下側折曲部１８２の前端と座ぐり孔１７１との間の隙間から同座ぐり孔１７１内に流れる。そして、潤滑油Ｓは、その座ぐり孔１７１内から下側折曲部１８２の後端と座ぐり孔１７１との間の隙間を通って立ち上がり部１８３の後部側のスライドレール１３の上面１３１全体に流れる。従って、その上面１３１に油膜Ｓ１が形成される。そして、潤滑油Ｓは、その上面１３１から後部側の側面１３３全体に流れて、その側面１３３にも油膜Ｓ１が形成される。ただし、立ち上がり部１８３の後部側の油膜Ｓ１の厚さは、立ち上がり部１８３の前部側の油膜Ｓ１の厚さの５分の１～半分程度の厚さである。

図１～図３に示すように、両スライドレール１３上には移動体としての移動テーブル２１が同スライドレール１３の延長方向に沿って油静圧軸受を介して移動可能に支持されている。移動テーブル２１の内側には、前記摺動面１５，１６と対応する摺動部２２，２３が突設されている。この摺動部２２，２３と前記摺動面１５，１６との間にそれぞれ油静圧軸受の隙間が形成される。この隙間は前記油膜Ｓ１の厚さよりかなり薄い数十μｍ（マイクロメートル）程度である。移動テーブル２１の左右幅はスライドレール１３の左右長より短く形成されており、このため、スライドレール１３の摺動面１５，１６の大部分は移動テーブル２１の外部に露出している。スライドレール１３の下側において、機台１１上には受け樋２５，２６が設置されている。

なお、移動テーブル２１は、スライドレール１３と平行に延長されたボールスクリュー（図示しない）の回転によるネジの作用によって往復動される。このボールスクリュー及び摺動面１５，１６は、移動テーブル２１の左右両側に位置するテレスコピック状のカバー（図示しない）によって覆われており、ボールスクリューや摺動面１５，１６に対する塵埃などの付着が抑制されるようになっている。

移動テーブル２１上には、ワーク（図示しない）が載置されるワークホルダ（図示しない）が設置される。あるいは、移動テーブル２１上には、ワーク加工用の工具（図示しない）を有するコラムが載置される。移動テーブル２１上に前記ワークホルダが設置される構成の場合は、機台１１上に前記工具（図示しない）を有するコラムが設けられる。移動テーブル２１上に前記コラムが設置される構成の場合は、機台１１上に前記ワークホルダが設けられる。

図３及び図６に示すように、前記静圧ポケット１７の内底部には、複数の供給口３１が開口されており、これらの供給口３１は静圧ポケット１７の延長方向に沿って配列されている。

図８に示すように、潤滑油Ｓを貯留するためのオイルタンク３２と前記供給口３１との間には、供給路３３が介在されている。供給路３３にはオイルポンプ３４と絞りバルブ３５とが接続されている。オイルタンク３２には潤滑油温度調節手段としての温度調節ユニット３６が付設され、この温度調節ユニット３６によってオイルタンク３２内の潤滑油Ｓの温度が調節される。前記受け樋２５，２６とオイルタンク３２との間には排出路３７が介在され、受け樋２５，２６内の潤滑油Ｓがオイルタンク３２に戻される。

図１及び図９示すように、前記機台１１には外気温度検出手段としての第１温度センサ４１が設けられ、この第１温度センサ４１により機台１１の温度が検出される。機台１１の温度は、工作機械の周囲の気温（以下、室温という）に左右されるため、第１温度センサ４１は機台１１を介して室温を検出する結果となる。図７及び図９に示すように、ポケット１７内には潤滑油温度検出手段としての第２温度センサ４２が設けられ、この第２温度センサ４２によって静圧ポケット１７内の潤滑油Ｓの温度が検出される。

図９に示すように、制御装置５１は、前記第１，第２温度センサ４１，４２からの検出信号を入力して、前記オイルポンプ３４，絞りバルブ３５及び温度調節ユニット３６の動作を制御する。すなわち、静圧ポケット１７から溢れ出る潤滑油Ｓがスライドレール１３の上面１３１，側面１３２，１３３及び端面１３４において所定の厚さの油膜Ｓ１を形成するように、制御装置５１はオイルポンプ３４の駆動力及び絞りバルブ３５の開度を制御する。また、静圧ポケット１７から溢れ出る潤滑油Ｓが室温を維持するように、制御装置５１は温度調節ユニット３６の動作を制御する。

本実施形態においては、静圧ポケット１７，オイルポンプ３４，絞りバルブ３５などにより潤滑油供給手段が構成されている。
次に、以上のように構成された工作機械の作用を説明する。

オイルポンプ３４が作動されると、オイルタンク３２内の潤滑油Ｓが同オイルポンプ３４によって送り出され、絞りバルブ３５によって適量に絞られて、静圧ポケット１７の底部の供給口３１から静圧ポケット１７内に供給される。そして、静圧ポケット１７内の潤滑油Ｓは静圧ポケット１７から溢れ出て、スライドレール１３の摺動面１５，１６全体を流れ、そのスライドレール１３の摺動面１５，１６全体を含む上面１３１，側面１３２，１３３及び端面１３４に油静圧軸受の隙間より厚い油膜Ｓ１を形成する。

この場合、工作機械の周囲の室温が第１温度センサ４１によって検出されるとともに、静圧ポケット１７内の潤滑油Ｓの温度が第２温度センサ４２によって検出される。ここで、本実施形態においては、スライドレール１３の摺動面を流れる潤滑油Ｓの温度が工作機械の周囲の温度と等しくなるように、温度調節ユニット３６が作動される。すなわち、機台１１の第１温度センサ４１によって検出される温度と、静圧ポケット１７の第２温度センサ４２によって検出される温度とが等しくなるように、温度調節ユニット３６が動作される。この場合、供給路３３の供給口３１から吐出される潤滑油Ｓは、その吐出にともなって温度上昇されるため、供給路３３内の潤滑油Ｓは静圧ポケット１７内の潤滑油Ｓの温度より前記吐出による前記温度上昇分だけ低くなるように温度調節される。

また、移動テーブル２１の移動によって摺動面１５，１６と摺動部２２，２３との間の隙間の潤滑油Ｓは剪断によって温度上昇するが、この隙間の周囲には大量の潤滑油Ｓによる厚い油膜Ｓ１が存在する。このため、移動テーブル２１の移動にともない、温度上昇した前記隙間の薄い油膜は、厚い油膜Ｓ１の大量の潤滑油と接して温度降下されるため、前記の温度上昇は無視できる程度で、問題にはならない。

以上のように、静圧ポケット１７から流出される潤滑油Ｓの温度を工作機械の周囲の室温と等しくすることができる。従って、潤滑油Ｓを介してスライドレール１３の摺動面１５，１６の温度を室温と等しくなるように維持できて、スライドレール１３の湾曲や伸縮などの変形を防止できる。このため、移動テーブル２１を高い精度で移動させることができて、ワークを高精度に加工できる。

従って、本実施形態においては、以下の効果がある。
（１）スライドレール１３の摺動面１５，１６全体を含むスライドレール１３全体に対して、室温と等しい温度で、油静圧軸受の隙間，すなわちその隙間の油膜より厚い油膜Ｓ１を形成する大量の潤滑油Ｓを流し続けられる。このことにより、摺動面１５，１６を含むスライドレール１３の全体の温度を室温と等しい状態に維持できる。このため、移動テーブル２１をスライド動作しても、摺動面１５，１６部分の温度上昇を抑制できて、スライドレール１３の湾曲や伸縮などの変形を回避でき、ワークの高精度加工が可能になる。

（２）静圧ポケット１７の端部とスライドレール１３の端面との間の距離αと、静圧ポケット１７の長辺とスライドレール１３の側面との間の距離βとを等しくしたことにより、静圧ポケット１７から溢れ出る潤滑油Ｓをスライドレール１３の上面全体に等しく流すことができる。その結果、スライドレール１３の上面だけではなく、端面及び摺動面１６側の側面にも等しく流すことができて、スライドレール１３全体にむらなく厚い油膜Ｓ１を形成できて、全体を等しい温度に維持できる。なお、工作機械において一般に用いられる潤滑油Ｓは、粘性が高いため、スライドレール１３の側面や端面においても、厚い油膜Ｓ１が形成される。

（３）供給路３３内の潤滑油Ｓの温度が静圧ポケット１７内の潤滑油Ｓの温度より吐出による温度上昇分だけ低くなるように温度調節されるため、静圧ポケット１７内の潤滑油Ｓを室温に等しい適正温度に調節でき、その結果、スライドレール１３を適正な温度に維持できる。

（４）工作機械の外気温度を検出する第１温度センサ４１を工作機械のダイキャスト製の機台１１に設けた。このため、安定した検出温度を維持できる。これに対し、第１温度センサ４１が室温を直接検出するようにした場合には、室温は空調装置の風などの影響によって変動しやすいため、検出温度が大きく上下して、温度調節ユニット３６の動作が不安定になる。本実施形態においては、このような不都合を避けることができる。

（変更例）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化することも可能である。

・図８に２点鎖線で示すように、静圧ポケット１７内の潤滑油Ｓの温度を検出する第２温度センサ４２を供給路３３に設けること。この場合、制御装置５１は、第２温度センサ４２からの検出温度に基づいて供給口３１における温度上昇分を見込んで温度調節ユニット３６の動作を制御すること。

・図１０に示すように、堰板１８をスライドレール１３の後側面１３３に設けること。この構成の場合、スライドレール１３の後部側の側面１３３には油膜Ｓ１は形成されない。

・スライドレール１３の堰板１８を省略すること。このように構成しても、供給口３１から大量の潤滑油Ｓを供給することにより、所定厚さの油膜Ｓ１を形成できる。
・前記実施形態においては、静圧ポケット１７から流出される潤滑油Ｓの温度を室温と等しくなるようにしたが、流出される潤滑油Ｓの温度を室温と異ならせること。ただし、この場合は、潤滑油Ｓによって所定温度に維持されるスライドレール１３が、室温と異なっても、機台１１の温度がスライドレール１３に伝わりにくく、スライドレール１３の真直度が維持される構造の工作機械において具体化する必要がある。このように構成した場合は、第１，第２温度センサ４１，４２を省略することが可能になる。

・図３及び図５に２点鎖線で示すように、静圧ポケット１７に対する潤滑油Ｓの供給をスライドレール１３の外部の供給路３３を構成するパイプ４５を通して行われるようにすること。

・室温を検出する第１温度センサ４１を機台１１以外のところに設けること。例えば、工作機械の外部に設けたり、工作機械の機台１１以外の部分、例えばコラム上や操作盤上に設けたりすること。

・スライドレール１３の上面にその延長方向に沿って複数の静圧ポケットを配列して、全体として、スライドレール１３の延長方向に実質的に静圧ポケット１７が存在する構成とすること。この構成において堰板１８を静圧ポケット１７内に設ける場合は、各静圧ポケット１７内にそれぞれ設けても、あるいは図１０に示すように、スライドレール１３の後面に取り付けてもよい。

１１…機台、１３…スライドレール、１４…ネジ、１５…摺動面、１６…摺動面、１７…静圧ポケット、２１…移動テーブル、３６…温度調節ユニット、４１…第１温度センサ、４２…第２温度センサ、５１…制御装置、１４１…頭部、１８１…ネジ。

Claims (6)

1. 一方向に延長された摺動面を有するスライドレール上に潤滑油の油膜を介して移動体を移動可能に支持した油静圧軸受装置を備え、
   前記スライドレールの前記摺動面全体を前記潤滑油によって前記油静圧軸受装置の隙間の潤滑油より厚い油膜で覆うための潤滑油供給手段を設け、
   前記潤滑油供給手段は、前記スライドレールに形成された静圧ポケットを含み、
   前記スライドレールは、油膜を保持するための油膜保持手段を有し、
   前記油膜保持手段は、前記静圧ポケットの底面に固定された堰板であり、同堰板は前記スライドレールの上面より上方に突出し、
   前記潤滑油を前記静圧ポケットのうち前記堰板よりも前記摺動面側に供給する、工作機械。
2. 前記摺動面上の潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出手段と、その潤滑油温度検出手段の温度検出結果に基づいて、潤滑油の温度を調節する温度調節手段とを備えた請求項１に記載の工作機械。
3. 外気温度を検出するための外気温度検出手段を備え、前記温度調節手段は前記摺動面上の潤滑油が外気温度と等しくなるように動作する請求項２に記載の工作機械。
4. 前記スライドレールをネジによって機体に固定し、そのネジの頭部を前記スライドレールの前記静圧ポケットの底面に設けた請求項１ないし３のいずれか一項に記載の工作機械。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれか一項に記載の工作機械において、潤滑油をスライドレールの静圧ポケットから溢れさせて、少なくとも前記摺動面全体を潤滑油によって覆い、スライドレールの温度管理を行う工作機械におけるスライドレールの温度管理方法。
6. 請求項５に記載の工作機械において、工作機械の周囲温度を外気温度検出手段によって検出し、潤滑油を周囲温度と等しくする工作機械におけるスライドレールの温度管理方法。

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