TW579318B - Machine tool - Google Patents

Description

^/9318 五 、發明説明（1 ) 本申請案主張2001年1〗曰

月15日申請之日本專利公告第 2001-349812號之權利，包乜兮电X 匕括忒案全文之專利說明書、專利 申請事項、圖式及概述，以 弓I用的方式併入本文中。 蹵景 Μ範疇 本發明係有關於一種工竹媸 _ 、 作機械，堵如加工中心機，其執 仃機械加工時，同時可今 . j 7工作棱及用於刀具之主軸彼此相 對移動。 前技藝說明 在4似加工中心機之卫作機械中，類似工作檯或主軸檯 :移動物件，係藉由滑動或滾轉導引面，被支撐在類似載 口或車架之結構件以進行線性移動，且為驅動系統所驅動（ 相對移動）’以造成位於導引面方向之相對位移。 · 、此颌型之工作機械，當移動物件為驅動系統作用，開始 或停止相對位移時，所產生結構變形之彎曲振動力，將因 為移動物件之慣性力及驅動系統在結構件所產生之反作用 曰加、、Ό果疋，易於發生振動。如果在振動消失之前 開始機械力口1 ’將增加工件表面之粗链度（也就是說，它的 機械加工精度將降低）。因此，習慣做法為當移動物件開始 或如止移動時，降低加速或減速以因應；或在振動消失之 後，方開始機械加工。因此，不可能縮短機械加工時間， 及不可能增加生產力^ · 田、、’σ構件藉由滑動或滾轉導引面在另一結構件移動時 ’結構之平衡將端視移動物件之位置而改變；當一結構件 -5- 579318 發明説明（ 在另:不同結構件移動時，將產生控制處理之困難。 日太人提出用於達到快速加速及減速之技術，例如 審一專利公開案第1996-318445號及曰本未審杳專 公開案第1999-23% 乂 杳一寻利 35631唬。則一技術採用線性馬達，在箱形 木工之工作機械做為驅動源。後一技術當工作檯移 垂直於主軸第-及第二滑桿之移動方向賦予位移， …均勾之進給負載於-對用以驅動主軸第一滑桿之 =’且無關於用於刀具之主轴是處於丄= 桿之工件之任何位置。無論如何，這些技術 。因此r寸、f、對β導引面及移動物件重心之間之位置關係 月’j迷之問題仍無法解決。 曼jg_概要 本發明已解決上述傳統作 . 係提供工作機械，以有效抑==之广其物件 ^ 產生之、，·=*構件振動，及永遠保 持整體相對移動部位之重心㈣於固定。 一移動物件 及 一驅動系統 依據本發明，將提供—工作機械，其包括： 件’可沿著設置在-結構件之第-導引面移動 進一步包括：以驅動移動物件沿著第-導引面移動’及 一第二導引表面，係、平行於第—導引面設置. 一配重，可沿著第二導弓丨面 ， 件質量之質量；及 ' 且具有相等於移動物 * 6 - 五、發明説明（3 ^置’以驅動配重在反向於移動物件之 、、移動量相等於移動物件之移動量。 方向移動 依據本發明之作 移動物件相對㈣可以有效抑制驅動系统在驅動 械加工時構件移動時所產生之振動、可以縮短機 移動物件之結心在===:諸;，裝有 其重心於”之下。 牛之上移動&，可控制維持 夕工作機=特別情形之下，可具有其他特點。也就是 。兄配重之質量可為移動物件之一半質量，配重之重心可 位於移動方向之相同平面，i由移動物件之重心計起呈有 相等之距離。在此方式下，可簡化製造方法。 - 此工作機械，可採用零化背隙之齒條及齒輪段組。在此 方式下，可元成具有些微振動之平滑移動。 _ 逼-式簡單說明 本毛月將由如下之詳細敘述及相關之圖式中更易於瞭解 但其僅用於說明之目的，而非用於限制本發明範圍，其 中·· /、 圖1 ·為依據本發明一種水平加工中心機具體實例之立視 圖； 圖2 :為該水平加工中心機之縱向剖面圖； 圖3 ··為沿著圖2線Π - Π之剖面圖； 圖4 :為沿著圖3線IV - IV之剖面圖； 圖5 :為沿著圖2無V - V之剖面圖； 圖6 :為齒條及小齒輪部分之放大剖面圖； 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7

圖7(a)及（b)為本發明之不同示意圖；及 圖8 ·為主軸檯X軸配重之操作說明圖式 發明詳細f 依據本發明之_ 相關圖式詳細敘述 [具體實施例] 種工作機械’將參考-項具體實例及其 ，但非用於限制本發明範圍。 ^明—種水平加工中心機具體實例之立視圖 二 中心機之縱向剖面圖。圖3為沿著圖2線瓜_ :之剖面圖。圖4為沿著圖3線_之剖面圖。圖5 :為沿 者圖2線V-V之剖面圖。圖6為齒條及小齒輪部分之放大剖 面圖圖7(a)及（b)為本發明之不同示意圖。圖8為主轴楼X 軸配重之操作說明圖式。 圖1至5所不，於載台1(為一結構件）後端豎立一整體式閘 形柱體2 ’以構成一水平加工中心機。於載^，工作檯本 體-移動物件）係藉由一對右側及左側導引元件4所設置 ，其每一者具有一滑動或滾轉導引面，因此可以一對右側 及左側滾珠螺桿5在首尾縱長方向（2方向）移動。在此圖式 中，數字6代表用於滾珠螺桿5之伺服馬達。斜舉工作檯8可 具旋轉支撐一旋轉工作檯7以載有工件（未於圖中示出），被 斜舉組裝於且被支撐在工作檯本體3。 在此具體實例，右側及左側導引元件4為一對，右側及左 側滾珠螺桿5為一對，以及工作檯本體3之設置，係使導引 元件4、滾珠螺桿5及工作檯本體3之重心，位於平行於工作 檯本體3移動方向之相同平面；介於一對右側及左側導引元 -8- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X 297公爱) 579318 A7 B7 五、發明説明（5 件4間之中間點，及介於一對右側及左側滾珠螺桿5間之中 間點’係位於工作檯本體3重心之位置。 也就是說，如圖7(b)所示位於載台丨之一對右側及左側導 引元件4之導引面之設置，以便在第一平面a，其包括工作 檯本體3重心G之位置，且平行於工作檯本體3之移動方向。 導引面之設置，以便同時靠近工作檯本體3之二個側邊，使 得由工作檯本體3之重心G至各個導引面之距離為相等。此 外，工作檯本體3旁邊滾珠螺桿5之螺帽部位9，係安裝在第 一平面之對位置，其包括工作檯本體3重心G之位置，且 垂直於工作檯本體3移動方向之軸；介於該對位置之中間點 ’係位於工作棱本體3重心g之位置。 在圖式之具體實例中，一對右側及左側滾珠螺桿5之 部位9,亦被設置在第—平面A並加上導引元件4及工作逐本 體3之/心G。無論如何，滾珠螺桿5之螺帽部位9’可被言凡 置在第二平面B之對稱於作 置。 舟、作知本體3重心G位置之任何位 所St :如圖7⑷所不如果工作檯本體3可被單-滾珠螺桿5 所驅動，位於工作檯本體3旁邊之fM p λ 被女裝在直線C上’·其包括工 呈右仿私丁 a#丄 作桉本體3之重心G位置，且 八有位於工作杈本體3移動方向之向量。 在閘形柱體2(為一結構件），一 传铖由士，丨 相形鞍部1〇(為一移動物件） 由一對之右側及左側、前端及後端 ） 滑動或滚轉導引面）所配置，以㈣由 螺桿12在上下昇降方向σ軸方向）移動。 衰珠 -9 - ^/^318 A7 B7 五 、發明説明（6 ) "~-- 在相似於圖7⑻所示之方式，一對右側及左側滾珠螺桿12 之螺帽部位（未於圖中示出）被安裝在位於平面之一對位置， 其包括鞍部10之重心位置，且垂直於鞍部1〇之移動方向軸 ’介於該對位置之中間點，係位於鞍部 10之重心位置。 當由平面圖檢視四個導執元件i丨，成對角設置相交錯在 鞍部10重心位置，且距鞍部1〇之重心位置具有相等之距離。 在箱形鞍部10(為一結構件），一主軸檯15(為一移動物件） 係經由二對之上層及下層、前端及後端導引元件16(其具有 滑動或滾轉導引面）所配置，以便藉由一對前端及後端滾珠 螺桿17在左右方向（X軸方向）移動。 在相似於圖7(b)所示之方式，一對前端及後端滾珠螺桿17 之螺帽部位（未於圖中示出）被安裝在位於平面之一對位置， 其包括主軸檯15之重心位置，且垂直於主軸檯15之移動方 向軸·’介於該對位置之中間點，係位於主軸檯15之重心位 置。 當由平面圖檢視四個導執元件16(如圖2所示），成對角設 置相父錯在主軸檯1 5重心位置，且距主軸檯丨5之重心位置 具有相等之距離。 在圖式中，數字18代表安裝在柱體2上層表面部位之刀具 Θ ’及數子19代表安裝在柱體2前端表面部位之刀具更換臂。 在本具體貫例中，如圖3所示，Y轴配重20係經由二對之 右側及左側、前端及後端導引元件2 1被設置在柱體2右側及 左側側壁之外表（如圖1所示），以便在γ軸方向移動。Y軸配 重20可以右側及左側壁部所旋轉支撐之小齒輪22a及22b相 -10- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 579318 A7 _______Β7 五、發明説明（7 ) 邊口住，在反向於鞍部1〇之移動方向移動，且於鞍部右 側及左側壁部之外表及γ軸配重2〇之内面凹刻齒條及 。=就是說，Y軸配重20在鞍部10於丫軸方向移動期間完成 重量之平衡。在重力方向之重量平衡，已經使用繩索或鍊· 條完成。 此外，圖2及3所不之X軸配重25係藉由内凹導引部位％( 其具有第一滑動或滾轉導引面），被設置在鞍部上層及下 層壁部之外表，其於左右向之方向伸長，以便在乂輛方向移 動。X軸配重25可以上層及下層壁部所旋轉支撐之小齒輪 27a及27b相嚅合住，在反向於主軸臺15之移動方向移動， 且於主軸臺15上層及下層壁部之外表及χ軸配重乃之内面凹 刻齒條28a及28b。 在圖式之具體實例中，小齒輪2以及271)係被設置在鞍部 ίο向右及向左方向之中央部位。當位於主軸檯15旁邊之齒 條28a之向右及向左方向之中央部位嚅合住小齒輪27&及”七 ，位於X軸配重25旁邊之齒條28b之向右及向左方向之中央 部位亦嗡合小齒輪27a及27b。 因此，如圖8所示位於主軸檯15每一側邊之χ軸配重25， 被設定成主軸檯15質量之一半，由是當主軸檯15以伺服馬 達29藉由滾珠螺桿17在X抽方向移動時（如圖式之向右及向 左方向），將獲得被動反相位移，提供阻泥動作以消除振動 力。此外，如同上述，齒條28a在主軸檯15與齒條28b在X軸 配重28b與小齒輪27b之屬合位置被設定，由是位於χ軸方向 主軸檯15之重心位置不會改變（保持固定），即使當主軸檯15 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

線 579318

在X軸方向移動時。 小齒輪22a、221)及小齒輪27&、2几（至少有小齒輪^、 )及嚅σ於它們之齒條28a、28b ,係由螺旋形齒於 螺旋形齒條形成，如圖6所示。小齒輪27a或27b被分割^在_ 其旋轉軸方向之二個元件，元件之一永遠被錐形碟片彈菩 3 3所向内迫緊，以消除齒輪嚅合時之背隙。消除背隙之方 法，不僅包括上述之螺旋形齒條及單一螺旋形齒輪段組， 同時包括平行齒條及雙小齒輪系統。 因為上述之構型，在機械加工期間之主軸檯15位置，係 以主軸檯15本身在X軸方向移動及鞍部1〇在γ軸方向移動所 控制。 此時，如同上述之主軸檯15及鞍部1〇，藉由配置在對稱 於它們重心位置之一對滾珠螺桿17及一對滾珠螺桿12所驅 動’同時主軸檯15及鞍部10，將以二對配置在對稱於它們 重〜位置之二對導引元件16及11所導引。這些動作將降低 主軸檯15及鞍部1〇，在開始或停止移動時之慣性力，及由 於滾珠螺桿17及12之驅動，為支撐鞍部1〇及柱體2所產生作 用其上之反作用力。 此外，在主軸檯15之振動力為X軸配重25之反相移動所抵 銷，位於X軸方向之重心位置未改變，如同上述般。換句話 說’在鞍部10之重量平衡係以Υ軸配重20之反相移動所獲得 ’如同上述般。 因此，造成鞍部10及柱體2變形之彎曲振動力，被明顯降 低，主軸檯15在X軸方向移動期.間及鞍部10在Υ軸方向移動 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

線 579318 A7 B7 五、發明説明（9 期間之振動，可有效的被抑制。附帶地，當主軸檯15在又軸 方向移動，其重心位置未改變，因此當鞍部1 〇在Y軸方向移 動期間，對於一對右側及左側滾珠螺桿12所施加之負載永 遠是相等。 在機械加工期間，位於旋轉工作檯7之工件位置控制，係 以^作檯本體3在Z軸方向之移動（進給），加上旋轉工作檯7 之旋轉，及斜舉工作檯8之傾斜所完成。 此％，工作檯本體3被一對導引元件4及一對滾珠螺桿5所 驅動；其配置在工作檯本體3重心G之相同平面，且由重心 G側邊間隔相等距離，如上所述。如圖5所示，工作檯本體3 經由嚅合於配置在工作檯本體3之齒條36a之小齒輪3^、 傳送其償ϋ力至Z軸配重3〇之齒條36b，由此抵銷慣性力 因此，工作檯本體3在開始及停止移動時將降低振動力。 士因此，造成載台1變形之彎曲振動力，被明顯降低，工作 檯本體3在Z軸方向移動期間之振動，可有效的被抑制。 因此，本發明之加工中心機可以縮短機械加工時間以增 加生產力。此外，當裝有主軸檯15之鞍部1〇於柱體2之内^ 動時’其易於實行不同型式之控制。 一雖然本發明係以上述具體實例敘述，應瞭解本發明不應 堂限於此、，可以具有其他形式之變化。例#，驅動系統並 未限制於滾珠螺桿及伺服馬達，而可以採用其他裝置。導 引元件可以為線性導引等。類似之變化，皆未脫離本發明 之精神與範圍；對於熟習該項技藝者，易於明顯瞭解所有 類似之修改，皆應位於申請專利範圍之内。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝

Claims (1)

1. 579318 第091111297號專利申請案 中文申睛專利範圍替換本(92年8月） 穴、申清專利範圍 修正

   1· 一種工作機械，其包括： -移動物件，可沿著設置在—結構件之 面移動；及 弟一導引 驅動系統’以驅動該移動物件 移動，及進—步包括： 弟*引面 Ε； 1 =第二導引表面’係平行於第-導引面設置； 配重’可沿著第二導引面移動，且具 動物件質量之質量；及 相4於移 2. 移動裝二：驅動配重在反向於移動物件之移動方向 移動，其移動量相#於移動物件之移動量。 一種工作機械，其包括： 第一滑動或滾轉 一線性可動之移動物件，係藉由 導引設置在一結構件；及 驅動系、统，以驅動該移動物件沿著帛 動，及其中·· ^ 且二 =或滾轉導引表面’係平行於該第-導引面 且》又置在该弟一導引面之二側； 件：::？之設置’可在第二導引面在反向於移動物 件之位移方向移動，且其總質量等於移動物件之質量； 齒條係沿著移動物件及配重之移動方向，在配重及 移動物件之反面設置； .齒輪係舊合於該齒條’可具旋轉被支擇在該結構件 心位置，係 一移動物件之重心位置及二個配重之重 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格7210X297公釐） 579318 A8 Βδ

   位於移動方向之相同平面；及 3. 4. 二個配重係配置為相對於移 等之力距。 動物件重 心位置具有相 如申請專利範圍第2項之工作機械 移動物件質量之一半，各配重之重 重心位置起相同距離處。 ’其中配重之質量為 心係位於由移動物件 如申請專利範圍第2項之工作機械， 化背隙之齒輪箱，作為使移動物件及 之移動方向之裝置。 其中使用齒條及零 配重完成彼此反向 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)