JPH0736970B2

JPH0736970B2 - 工作機械の軌道一体形のころがり直動案内面の製造方法

Info

Publication number: JPH0736970B2
Application number: JP63326130A
Authority: JP
Inventors: 利雄坪田; 保雄荒井
Original assignee: 日立精機株式会社
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPH02172614A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、工作機械の機体に形成した軌道一体形のこ
ろがり直動案内面の製造方法に関する。更に詳しくは、
機体と異なる異種材質で構成した送り案内面と鋳物本体
とを融着鋳造により一体化し、この送り案内面にベアリ
ングのころがり案内面を形成した構造を有する工作機械
の軌道一体形のころがり直動案内面の製造方法に関す
る。

［従来技術］工作機械のベッド、コラム、ベースなどの本体構造物に
は、すべり運動する部分に幾何学的に正確な運動を与え
るための案内面が設けられている。このすべり案内面
は、基本的に直線運動または回転運動を与えるものに分
けられる。回転軸受とともに工作機械の構成要素として
きわめて重要なものである。それゆえテーブルや刃物台
の案内面には、ａ）案内面上で運動する部分の正確な位
置ぎめを可能とするものであること。ｂ）すべり運動す
る部分が負荷の下でゆるまずに、かつかど当り・浮上り
・脱線・転覆などしないように、機能的に正しく拘束さ
れかつ配置されること。ｃ）摩耗ができるだけ少ないこ
と。たとえ摩耗しても修正加工あるいは調整ができるこ
と。ｄ）よごれや傷つきから防護か容易なこと。ｅ）潤
滑が容易かつ良好なことなどが求められる。

一方、円滑な案内運動を望む場合には、すべり案内面に
換えてころがり案内面が用いられている。ころがり案内
面は、摩擦抵抗が少ないこと、低速度における正確な位
置決めができるなどから、現在では良く利用されてい
る。ころがり案内面を転動させる転動体としては、球、
ころまたは針状ころなどが用いられている。転動体が接
する案内面には、焼入硬化されたものが使用されてい
る。この案内面は、通常焼入研削された鋼製の材質の軌
道台をボルトにより機械本体に貼り付け固定されてい
る。

軌道台を貼り付け固定するベッド面は、軌道台が変形し
ないように精度良く加工されている。この軌道台を固定
するボルトは、一定間隔に配置されている。第６図は旋
盤の刃物台部分の側面図である。第７図は、第６図のVI
I−VII断面図である。工具台10には、下向きにバイト11
が取り付け固定されている。工具台10は、横送り台12上
に固定されている。横送り台12は、サドル13上でサーボ
モータ18により摺動自在にＸ軸方向に駆動される。サド
ル13は、更にベッド１上を摺動自在にサーボモータ（図
示せず）によりＺ軸方向に駆動され移動する。

横送り台12がサドル13上を摺動するのに、ボールを組み
込んだ４個のベアリング６が横送り台12の下面に固定し
てある（第８、９図）。ベアリング６は、軌道台16を抱
き込む形で取り付けてある。軌道台16は、一定間隔ごと
に固定ボルト17によりサドル13上に固定してある。

［発明が解決しようとする問題点］以上のような構造において、円筒工作物Ｗの加工を開始
すると、バイト11に上向きの切削力の主分力Ｐが発生す
る。この上向きの主分力Ｐが工具台10、横送り台12の重
量より大きい場合は、横送り台12を持ち上げる方向の力
となる。この持ち上げる力Pxは、結局ベアリング６を上
方に上げることになる。なお、ベアリング６の個数は４
個であるが、個々のベアリング６にどのように力Pxが作
用し配分されるかは簡単な計算式で求められる。

あるベアリング６に持ち上げ荷重Ｐ₁が配分されると、
通常ベアリング６の長さＬにわたって均等に荷重が負荷
されることになり、ベアリング６は合力Ｐ₁で軌道台16
を持ち上げる。この結果、軌道台16は、ボルト17の中間
部が上方にたわみＶを生じる。このたわみＶは、当然の
ことにながらボルト17の近傍にベアリング６が位置して
もたわみ量は少ないが生じる。このたわみＶは、最終的
に加工精度にも悪影響を及ぼす。特に高精度の工作機械
の場合問題となる。

この発明は、これらの問題点に着目して発明されたもの
であり、以下の課題を達成するものである。

この発明の目的は、軌道台が変形することのない高剛性
の軌道一体形のころがり直動案内面の製造方法を提供す
ることにある。

この発明の他の目的は、精度調整が容易な軌道一体形の
ころがり直動案内面の製造方法を提供することにある。

この発明の更に他の目的は、軌道台の取付面の加工が不
要な軌道一体形のころがり直動案内面の製造方法を提供
することにある。

［前記課題を達成するための手段］この発明は、前記課題を達成するため次の手段を採る。

工作機械の本体を構成する機体と、前記機体内に移動体を案内する案内面が形成され、かつ
前記機体を構成する金属と異種の金属材料を全長にわた
って一体に融着固定させた案内部材と、前記案内部材に形成されころがり軸受の転動体が接触し
ころがるころがり面と、前記機体内で相対移動するためにころがり軸受を有する
移動体とを有する工作機械の軌道一体形のころがり直動
案内面の製造方法であって、前記案内部材をあらかじめ鋳型内に埋め込み前記機体と
なる溶湯を前記鋳型内に注入して前記案内部材と前記機
体とを一体に鋳ぐるむ工程と、前記案内部材と前記機体を熱処理する熱処理工程と、前記案内部材を機械加工により仕上げして前記ころがり
面を加工する機械加工工程とからなることを特徴とする工作機械の軌道一体形のころ
がり直動案内面の製造方法である。

［作用］工作機械を構成する機体において、機体内にこの機体を
構成する金属と異種の耐摩耗性のある硬質の材料を全長
にわたって一体に融着固定させた案内面を構成し、この
案内面にころがり軸受のころがり面を形成して移動体に
設けたころがり軸受を転動させる。

この案内面の製造は次のように行う。案内面をあらかじ
め鋳型内に埋め込み、次に機体となる溶湯を鋳型内に注
入して案内面と機体とを一体に鋳ぐるみ、この案内面と
機体とを熱処理し、この熱処理後案内面を機械加工して
工作機械の軌道一体形のころがり直動案内面を製造す
る。

［実施例］以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。
第１図は、マシニングセンタのベッド１の一部を示す斜
軸投影図である。ベッド１上には、ワークテーブル５が
摺動自在に設けてある。ワークテーブル５の下面には、
リニアー型の４個のボールベアリング６が固定してあ
る。一方、ベッド１上には、二本の送り案内面２、２が
形成してある。ベッド１は、鋳物材で作られたものであ
る。案内面２、２は、鋼製の材料（本例ではS50C）あ
り、ベッド１に融着していて、両者は異種材料である。

この案内面２、２は、ベッド１を鋳込むときに一体に鋳
造したものであり、後述する周知の方法により融着され
たものである。この境界面は互いに融着面３を作り一体
になっている。このため、鋼製の案内面２、２と鋳物材
であるベッド１は融着して強固に接合している。案内面
２、２には、長手方向にボールガイド面４が形成してあ
る。ボールガイド面４などの案内面２、２の表面形状
は、ベッド１を鋳造後、公知の方法により熱処理した
後、ベッド研削盤によって研摩される。

第３図に示すものは、案内面２、２に作用する外荷重
が、個々のボールベアリング6a、6b、6c、6dにどのよう
に配分されるかを示した図である。例えば、ドリルＴで
静止したワークテーブル５上の工作物Ｗを加工するとき
を想定する。ドリルＴの加工時にスラスト方向の推力が
発生し、工作物Ｗを力Ｐで押す。

このスラスト力Ｐの作用でボールベアリング6a、6bに
は、上向きの分力Ｐ₁Ｐ₂が発生する。この分力Ｐ₁、Ｐ₂
は、案内面２、２を上方に引っ張る方向に変形させる。
本実施例の案内面２、２は、融着接合してあるのでこの
分力Ｐ₁、Ｐ₂に対しても変形はきわめて少ない。一方、
ボールベアリング6c、6dには、下向きの分力Ｐ₃、Ｐ₄を
発生させる。この分力Ｐ₃、Ｐ₄は、ベッド１に押し付け
る力となり、この方向には比較的剛性があるので事実上
案内面２、２を変形する力にはならない。

スラスト力Ｐは、更にボールベアリング6a、6b、6c、6d
にスラスト力Ｐと平行な方向の力Ｐ₅、Ｐ₆、Ｐ₇、Ｐ₈の
分力を発生する。前記した従来の軌道台16では、この横
方向の分力Ｐ₅、Ｐ₆、Ｐ₇、Ｐ₈は変形する力となるが、
本実施例の案内面２はベッドに融着させてあるので変形
量はきわめて少ない。なお、ここで説明したスラスト方
向の力Ｐ以外にも、工作物Ｗ、テーブル５の重力が重力
方向、すなわち下方に作用するが、説明を簡略化するた
め省略した。

また、設計上必要な具体的な数値は、前記スラスト力Ｐ
の作用点の位置を特定すれば周知の力学的な計算式で計
算できることは明白であり、通常行われている。

案内面の製造案内面を構成する金属部品を鋳物砂内に埋め込み、この
鋳物砂内に形成されたベッド１の空間に溶融された鋳物
金属を注入する。溶融した鋳物金属は、あらかじめ埋め
込まれた案内面の金属部品の表面に接触し、溶融熱で表
面近くの金属部品を一体に溶かす。鋳物砂から取り出
し、周知の方法で表面処理、熱処理後、研削盤により案
内面２、２を研削仕上げして加工を終了する。

［他の実施例］前記した実施例は、地平線と平面に設けた案内面２、２
の例であった。しかし、前記説明から理解されるよう
に、これに限定されるものではない。第４図（ａ）、
（ｂ）は、案内面が垂直で横軸に設けた例である。第４
図（ａ）は平面図、第４図（ｂ）は側面図である。テー
ブル５上には、工作物、主軸ヘッド、工具台などが載置
されている（図示せず）。

テーブル５には、テーブル５の自重、テーブル５上の搭
載物の自重などでＷの荷重が下方向に負荷される。この
ため、上方の案内面にはＰ₁、Ｐ₂の荷重が水平方向に負
荷されることになる。更に、上下の案内面には、Ｐ₅、
Ｐ₆、Ｐ₇、Ｐ₈の下方向の荷重がかかる。これらのいず
れの荷重が軌道面に負荷されても案内面はひずむことは
ない。

第５図（ａ）、（ｂ）は、案内面が縦軸の例である。第
５図（ａ）は平面図、第５図（ｂ）は側面図である。図
示された荷重Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃、Ｐ₄が案内面に負荷されて
も変形することはない。更に、水平方向の荷重Ｐ₅、
Ｐ₆、Ｐ₇、Ｐ₈、がそれぞ案内面に負荷されても、本実
施例の案内面の場合は、変形量が必要最小限で済む。ま
た、前記実施例では、転動体はボールであったが、この
転動体は、ころ、針状ころなどでも良い。

なお、本実施例では、自重を中心に案内面に負荷され力
を中心に説明したが、切削力にともなう反力、駆動時の
加減速時の慣性力などの負荷も前記同様の考え方で処理
できる。

他の案内面製造法前記した案内面２、２とベッド１との融着方法は、前記
以外の方法でも良い。発泡ポリスチレンなど加熱によっ
て消失する消失模型に案内面を構成する金属部材を被鋳
ぐるみ材としてセットし、消失模型の部分に他方の金属
部材となる溶湯を注入し、模型を消失させて被鋳ぐるみ
材を溶湯で鋳ぐるむ公知の方法であるフルモールド法で
も良い。

前記鋳鉄系材料は、鋼性鋳鉄、パーライト鋳鉄、ミーハ
ナイト鋳鉄など通常工作機械のフレーム材料に使用され
る種類を含む。

更に、前記鋼製材料は、JISなどで規格化された構造用
炭素鋼、特殊合金、セラミックスなど前記目的を達成し
うるものは、金属および金属以外もすべて含むことは前
記したこの発明の目的から明らかである。

［発明の効果］以上詳記したように、この発明は、ベッドと一体に融着
鋳造してころがり案内面を形成したので、いかなる方向
の荷重に対しても変形の少ない案内面ができた。また、
組立工数も低下させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はマシニングセンタのベッドの斜軸投影図、第２
図は案内面の断面図、第３図は切削力にともなうベアリ
ングへの荷重の配分を示す図、第４図（ａ）は垂直横軸
の案内面を有する実施例を示す平面図、第４図（ｂ）は
第４図（ａ）の側面図、第５図（ａ）は立軸の案内面を
有する実施例を示す平面図、第５図（ｂ）は第５図
（ａ）の側面図、第６図は旋削加工を行うときの切削力
の配分を示す従来技術を示す図、第７図は第６図のVII
−VII断面図、第８図は軌道台の断面図、第９図は第８
図の側面図である。１……ベッド、２……案内面、３……融着面、４……ボ
ールガイド面、６……ボールベアリング、５……テーブ
ル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械の本体を構成する機体と、前記機体内に移動体を案内する案内面が形成され、かつ
前記機体を構成する金属と異種の金属材料を全長にわた
って一体に融着固定させた案内部材と、前記案内部材に形成されころがり軸受の転動体が接触し
ころがるころがり面と、前記機体内で相対移動するためにころがり軸受を有する
移動体とを有する工作機械の軌道一体形のころがり直動
案内面の製造方法であって、前記案内部材をあらかじめ鋳型内に埋め込み前記機体と
なる溶湯を前記鋳型内に注入して前記案内部材と前記機
体とを一体に鋳ぐるむ工程と、前記案内部材と前記機体を熱処理する熱処理工程と、前記案内部材を機械加工により仕上げして前記ころがり
面を加工する機械加工工程とからなることを特徴とする工作機械の軌道一体形のころ
がり直動案内面の製造方法。