JPS6232058B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工作機械の主軸送り用送りネジ支持装
置、例えば加工液を用いて放電加工を行なう放電
加工機の主軸運動に、単純な構成により送りの精
密さと高速応答性を与える送りネジ支持装置の改
良に関するものである。

従来より、工作機械、例えば、放電加工機の主
軸送り機構には、主に油圧サーボ送り機構が用い
られていた。この機構を用いた場合の制御方式と
して、一般に、油圧シリンダのピストンロツド先
端が主軸に連結され、電極と被加工物との隙長に
応じたサーボ制御信号により油圧サーボ弁を制御
して、前記油圧シリンダを制御する方式があつ
た。この場合油圧シリンダのピストンロツドは、
シリンダ室内の作動流体の圧力差及び流量によつ
て迅速に、あるいは緩やかに加工進行方向に往復
運動を行ない、この結果、ピストンロツドにはス
ラスト方向の荷重のみが作用し、ラジアル方向の
荷重はほとんど無いものと考えられる。

しかしながら、近年のトルク一慣性比の非常に
大きなサーボモータの出現により、このサーボモ
ータが放電加工機の主軸駆動源として用いられる
ようになつてきた。この場合、駆動源であるサー
ボモータから主軸への送り伝動機構としては、ボ
ールネジ等の転動性に優れた送りネジによる機構
が用いられているが、送りネジの回転に伴うラジ
アル方向の横振動が主軸に伝わつて、主軸運動の
直進性（真直度）を悪化させ、真直度の低下を招
いていた。

また、前記送りネジの軸心と駆動モータの軸心
との芯ズレに伴う異常振動の発生、あるいは該振
動によつて生じる摩擦熱の発生等により、装置全
体の精度維持が困難となる等の問題が生じてい
た。この対策として従来より、送りネジの製造品
質を向上してネジ自体のソリ等を改善したり、あ
るいは、軸受機構の高精度化及び主軸の剛性増大
化等が図られたが、所期の目的を達成できないば
かりか、送りネジ及び主軸支持構造等がますます
高品質、高価格となることを招く結果となつてい
た。

さらに、主軸移動に伴う直角方向への移動成分
が増加し、放電加工の加工体積を増加させること
にもなり、加工時間の増大、あるいは加工精度の
低下をも招く結果となつていた。

本発明は前述した従来の課題に鑑み為されたも
のであり、その目的は、送りネジの精度を向上さ
せることなく、送りネジの横振動を吸収あるいは
規制して、主軸送りの真直度を維持し、加工精度
の向上、加工時間の短縮等を図つた工作機械の主
軸送り用送りネジ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に、本発明は、工作機
械のフレームに取り付け固定されたサーボ送り用
電動機と、電動機の回転軸に連結された送りネジ
と、送りネジの電動機連結部付近をラジアル方向
へ移動自在にフレームに支持する第１のスラスト
ベアリングと、送りネジに螺合する軸受をラジア
ル方向へ移動自在に工作機械の主軸の上端開口部
付近に支持固定する第２のスラストベアリング
と、軸受からラジアル方向に突出させたガイドピ
ンと、主軸の外側に位置してフレーム側に固定さ
れ、軸受けが回転しないよう、ガイドピンを軸芯
に平行方向及び直角方向に移動自在に係合支持す
る案内板と、主軸の外側面に少なくても３面設け
られ、その長手方向に伸張する転動面と、主軸の
長手方向に沿つてフレーム側に少なくても２個以
上設けられ、主軸の各転動面を圧接状態でスライ
ド自在に支持し、主軸の前進後退運動を案内する
スライドニードルベアリングと、を有することを
特徴とする。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を
説明する。

本発明は、第１図乃至第４図に示してあり、各
図において同一部材には同一符号を付して説明を
省略する。

第１図において、駆動源であるサーボモータ１
０は、フランジ１２を介して主軸ヘツドのフレー
ム１４に固定されている。このサーボモータ１０
の出力軸１６には、キー等（図示せず）を介して
送りネジとしてのボールネジ１８の軸受部２０が
連結されている。また、この軸受部２０には押え
板２２にてデイスク２４が固定され、フランジ１
２の内側に設けられたブレーキライニング２６
と、取付板２８にてフレーム１４に固定された無
励磁作動型電磁ブレーキ３０とによつて、ボール
ネジ１８の回転を制動できるように形成されてい
る。すなわち、ブレーキライニング２６と、電磁
ブレーキ３０に取付けられた押圧パツド３２との
間にデイスク２４を挿入し、デイスク２４を制動
することによりボールネジ１８の回転を制動す
る。

また、ボールネジ１８の軸受部２０には当て板
３４が挿入され、この当て板３４にはボール受け
３６が当接し、このボール受け３６とフレーム１
４から軸受部２０側に突設させたボール支持部３
８との間にボール４０を介在させて、第１のスラ
ストベアリング４２を形成してある。ここで、ボ
ール４０は、ボール受け３６とボール支持部３８
との間でスラスト方向に規制され、ラジアル方向
には転動可能である。また、図示例にあつては、
ボール支持部３８のボール受け３６と反対側にも
順次、ボール４０、ボール受け３６、当て板３４
を配し、これをナツト４４で止め、ボール４０に
予圧を与えるように形成して、ボール４０のスラ
スト方向規制を確実にしている。ここで、ボール
受け３６、ボール支持部３８におけるボール４０
接触面（転動面）には表面硬化処理が施され、ボ
ール４０には焼入れ処理が施され、共に十分スラ
スト荷重に耐えられるようになつている。なお、
図中４６は防塵カバーである。

さらに、ボールネジ１８には、ボール転動溝と
なるネジ部４８が設けてあり、このネジ部４８に
はナツト５０が螺合されており、ナツト５０には
軸受５２が固定してある。一方、ボールネジ１８
を緩装させる主軸５４の上端部には、前記軸受５
２と、軸受５２下方に設けた押え板５６との間に
突設し、各々軸受５２，押え板５６との間にボー
ル５８を介在させるボール支持部６０を設けて第
２のスラストベアリング６２を形成するフランジ
６４が固定してある。なお、図中６６は、前記ボ
ール５８に押え板５６を介して予圧を与えるため
のナツトであり、軸受５２の下部に設けられたネ
ジ部６７と螺合する。なお、軸受５２、フランジ
６４、押え板５６におけるボール５８の転動面に
は表面硬化処理が施されており、ボール５８には
焼入れ処理が施され、スラスト荷重を十分支持す
ると共に、ラジアル方向への移動がスムーズにな
るように形成されている。

また、主軸５４側面には貫通孔６８が穿設して
あり、この貫通孔６８からは、ネジ部６７から突
設したガイドピン７０が主軸５４の軸線と直角に
突出している。

第２図には第１図の−断面が示されてお
り、ガイドピン７０の先端は、フレーム１４にボ
ルト８４によつて固定された案内板７２の溝内に
位置し、ガイドピン７０は、案内板７２により主
軸５４の軸線と平行に案内される。なお、このガ
イドピン７０と案内板７２との係合は、ガイドピ
ン７０がネジ部４８の回転方向に回転しないよう
にほぼ同一巾に形成されているため、ガイドピン
７０、案内板７２相互が接触スベリを生じること
となるので、各々に熱処理が施されて、摩擦によ
る影響が最少限となるようにしている。

第１図の−線断面図である第２図におい
て、フレーム１４の内側にボルト７４で固定され
た案内材７６と、主軸５４の外側面に設けられた
転動面との間には、スライドニードルベアリング
７８が介装されている。一方、主軸５４に対して
前記案内材７６と反対側にも同様の案内材７６が
あり、該案内材７６と、主軸５４の外側面に設け
られた転動面との間にも、スライドニードルベア
リング７８が介装されている。そして、調整ボル
ト８０及び調整ナツト８２により、該案内材７６
と主軸５４との間隙を調整し、スライドニードル
ベアリング７８に適宜予圧を与えている。そし
て、主軸５４の転動面と接するスライドニードル
ベアリング７８の面には、主軸５４を転動させる
ニードルが設けられており、このため、主軸５４
の前進後退運動をガタなく精密に案内することが
できる。なお、前記スライドニードルベアリング
７８は、第１図から明らかなように、主軸５４の
長手方向に少なくとも２個所配設してある。

次に、本発明の作動を説明する。

まず、電磁ブレーキ３０を励磁させて押圧パツ
ド３０とデイスク２４とを離れさせ、その後サー
ボモータ１０の正逆回転によつてボールネジ１８
を回転させ、主軸５４の上下運動を行なう。しか
しながら、サーボモータ１０の出力軸１６の回転
にあつては、軸心と回転中心との不一致、出力軸
１６を両端で支持するベアリング（図示せず）の
製作誤差等によつて、その先端が数ミクロンから
数十ミクロンの範囲でラジアル方向に振れる。ま
た、軸受部２０と出力軸１６との連結部、ボール
ネジ１８と軸受部２０との運動部での軸心の不一
致、取付誤差等による軸心の相違をも考えると、
サーボモータ１０の回転中心とボールネジ１８の
軸心との相違は数十ミクロンに達するものであ
る。

従来は、この相違を吸収するために、ナツト５
０を直接主軸５４の上部に固定し、一般的にフレ
キシブルカツプリング等を用いてボールネジ１
８、サーボモータ１０の軸を連結することによつ
て、ボールネジ１８の回転に悪影響を与えないよ
うにしていた。しかし、これによると全体が大型
化するという欠点があるとともに、送りネジ系の
ネジレ剛性の低下を招くためサーボ系の安定性を
欠くという欠点があつた。

これに対し、本発明では、前記カツプリングを
用いず第１のスラストベアリング４２及び第２の
スラストベアリング６２を用いている。

このために、第１のスラストベアリング４２で
は、ボールネジ１８が振れながら回転することと
なるが、ラジアル方向へのボールネジの移動は、
ボール４０を介してボール受け３６とボール支持
部３８とのボール滑動面に沿つての移動として生
じることとなるので、スムーズに行えることとな
る。

更に、本発明では第２のスラストベアリング６
２を用い、ボールネジ１８のナツト５０が固定さ
れている軸受５２も同様に、フランジ６４のボー
ル支持部６０のボール転動面に沿つてラジアル方
向へ移動可能となつている。これらにより、ボー
ルネジ１８のネジ部４８の横振れが吸収されるこ
とになる。

すなわち、本発明によれば、サーボモータ１０
の出力軸１６の芯ずれ、ボールネジ１８のネジ部
４８の反り及び芯ずれ、あるいは出力軸１６とボ
ールネジ１８との平行度の相違などによつて生じ
るボールネジ１８及びナツト５０のラジアル方向
への横振れを、第１のスラストベアリング４２及
び第２のスラストベアリング６２を用いて分担し
て吸収しているため、この横方向への横振れは主
軸５４に外力として作用しないことになる。

特に、本発明によれば、主軸５４の前進後退運
動によりサーボモータ１０と第２のスラストベア
リング６２との距離が変動しても、第１のスラス
トベアリング４２を用いてボールネジ１８が常に
一定位置でフレーム１４へ支持固定されているた
め、ボールネジ１８、ネジ部４８を十分な機械的
強度をもつて支持することが可能となり、しかも
主軸５４の位置にかかわらず、ボールネジ１８及
びナツト５０のラジアル方向への横振れを良好に
吸収することが可能となる。

さらに、本発明では、主軸５４は、スライドニ
ードルベアリング７８に案内されて１ミクロン乃
至２ミクロンの真直度をもつて上下運動すること
となる。

それ故、本発明によれば、サーボモータ１０の
出力軸１６、送りネジとしてのボールネジ１８等
の精度を向上させることなく、さらには主軸５４
等の剛性を向上させることなく、主軸５４の上下
運動の真直度を向上させることができる。さら
に、主軸の上下運動に伴う直角方向への移動成分
がほとんどなくなるので、放電加工においては、
加工体積が減少し、加工時間が短縮されるととも
に、加工精度が向上する等の効果を有する。しか
も本発明は複数のスライドニードルベアリング７
８を支持する一対の案内板７６のうち、その一方
が調整ボルト８０とナツト８２により位置調整で
きるようになつているので、スライドニードルベ
アリング７８により主軸５４の前進後退運動をガ
タなく精密に案内するよう調整できる。

第３図及び第４図には、本発明の他の実施例が
示されており、ガイドピン７０の先端を、円柱状
体８６に緩装し、案内板７２に円柱状体８６が嵌
合する劣弧溝８８を設けて形成したものである。
このように形成すると、ボールネジ１８がどの方
向に移動しても、ガイドピン７０と円柱状体８６
との相対移動、及び円柱状体８６の軸心を中心と
するボールネジ１８の揺振によつて吸収できる。
それ故、ボールネジ１８のラジアル方向への振れ
吸収効果が一層向上し、主軸５４の移動の真直度
に対する信頼性が高まる。なお、円柱状体８６を
球状に形成することもできる。

なお、本発明の実施例においては、例として放
電加工機の主軸５４の送りについて説明したが、
他の工作機械等の主軸送り用の送りネジ支持装置
として用いることもできる。

以上説明したように、本発明によれば、第１及
び第２のスラストベアリングを用いて送りネジの
横振動を良好に吸収あるいは規制し、しかもスラ
イドをニードルベアリングを用いて主軸送りの真
直度を維持することができ、この結果、送りネジ
の精度を向上させることなく、工作機械による加
工時の加工精度の向上、加工体積の減少、加工時
間の短縮を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部切欠正面
図、第２図は第１図の−線断面図、第３図は
他の実施例を示す断面図、第４図は第３図の要部
斜視図である。 各図中同一部材には同一符号を付し、１０はサ
ーボモータ、１８はボールネジ、４２はベアリン
グ、５２は軸受、５４は主軸、６２はスラストベ
アリング、７０はガイドピン、７２は案内板、７
８はスライドニードルベアリングである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 工作機械のフレーム１４に取り付け固定され
   たサーボ送り用モータ１０と、このモータの出力
   軸１６に連結されたボールネジ１８と、上記フレ
   ーム１４に対し上記ボールネジ１８をラジアル方
   向へ移動自在に支持した第１のスラストベアリン
   グ４２と、上記ボールネジ１８に螺合した軸受５
   ２と、この軸受をラジアル方向に移動自在に支持
   する第２のスラストベアリング６２と、この第２
   のスラストベアリング６２に一端部が固定され、
   上記ボールネジ１８の回転に伴う軸受５２の移動
   と連動して上記ボールネジ１８の軸心線に沿つた
   方向に移動できるよう上記フレーム１４内に設け
   られた筒状の主軸５４と、上記軸受５２に一端が
   固定され、上記主軸５４の中央から放射方向に突
   出したガイドピン７０と、このガイドピンの他端
   とそのピンの軸心線方向及び主軸５４の移動方向
   にそれぞれ移動自在に係合し、このガイドピンを
   上記主軸５４の軸心線方向へ案内するため上記フ
   レーム１４の内側に固定された案内板７２と、上
   記主軸５４の外側面に設けられた転動面と、上記
   フレーム１４の内部に固定して設けられ上記主軸
   ５４の転動面と接してその主軸５４をそれ自身の
   軸心線に沿つた方向に摺動自在に案内するよう支
   持した少なくとも２個のスライドニードルベアリ
   ング７８と、このスライドニードルベアリングが
   それぞれ固定されるとともに上記主軸５４をはさ
   んで対向するように上記フレーム１４に取り付け
   られた一対の案内板７６とを備え、この一対の案
   内板７６のうちの一方は、調整ボルト８０とナツ
   ト８２により上記フレーム１４に対し上記主軸５
   ４と接近・離反する方向に移動自在に取り付けて
   なる工作機械の主軸送り用送りネジ支持装置。