WO2011065126A1 - 工作機械のバランス装置 - Google Patents

工作機械のバランス装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2011065126A1
WO2011065126A1 PCT/JP2010/067377 JP2010067377W WO2011065126A1 WO 2011065126 A1 WO2011065126 A1 WO 2011065126A1 JP 2010067377 W JP2010067377 W JP 2010067377W WO 2011065126 A1 WO2011065126 A1 WO 2011065126A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
rod member
rod
machine tool
cylinder body
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/067377
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
北浦一郎
Original Assignee
パスカルエンジニアリング株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パスカルエンジニアリング株式会社 filed Critical パスカルエンジニアリング株式会社
Priority to CN201080052751.8A priority Critical patent/CN102639290B/zh
Priority to EP10832973.1A priority patent/EP2505301A4/en
Publication of WO2011065126A1 publication Critical patent/WO2011065126A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/72—Auxiliary arrangements; Interconnections between auxiliary tables and movable machine elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/001—Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine
    • B23Q11/0017—Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine compensating the weight of vertically moving elements, e.g. by balancing liftable machine parts
    • B23Q11/0025—Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine compensating the weight of vertically moving elements, e.g. by balancing liftable machine parts using resilient means, e.g. springs, hydraulic dampers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F16F9/0209—Telescopic
    • F16F9/0218—Mono-tubular units

Definitions

  • the present invention relates to a balance device for a machine tool, and in particular, to reduce the frictional force that acts from a seal member that gastightly seals against a rod member of a gas spring that supports the weight of the spindle head, and to move the spindle head up and down.
  • the present invention relates to one configured to reduce the load on the driving means.
  • a balance is adopted in which a part or all of the weight of the spindle head mounted on the column of the machine tool is supported by a gas spring.
  • the device is in practical use.
  • a vertical pull type gas spring is attached to an upper end portion of a column of a vertical machine tool in an inverted posture, and a lower end of a rod member is fixed to a spindle head.
  • the gas spring includes a cylinder main body, a rod member, and compressed gas filled in the cylinder main body.
  • a gas spring maintains the state in which the spindle head is pulled upward and biased in a steady state when the machine tool is in operation, and when the spindle head is driven downward by the lifting / lowering drive mechanism of the machine tool, the cylinder body of the gas spring When the rod member extends with respect to the spindle head and the spindle head is driven upward, the rod member retracts from the cylinder body.
  • a push-type gas spring is used for the spindle balancer for machine tools, the gas spring is attached to the spindle head in an inverted posture, and the lower end of the rod member of the gas spring is supported by the base.
  • a rod guide member is fixed to the rod-side end wall of the cylinder body, a rod insertion hole is formed in the rod guide member, and the rod member is gas tightly connected to the rod insertion hole via a seal member. It is slidably inserted in a state.
  • the gas pressure of the compressed gas filled in the gas spring is very high, about 7 to 10 MPa, and the compressed gas is likely to leak from a minute gap. Is externally fitted. Therefore, a large static friction force or dynamic friction force acts between the rod member and the seal member.
  • the object of the present invention is to greatly reduce the frictional force acting between the rod member and the seal member when the rod member moves forward and backward with respect to the cylinder body of the gas spring for supporting the spindle head, thereby improving the machining accuracy. It is to provide a machine tool balance device.
  • the balance device for a machine tool is a balance device for a machine tool having a gas spring that supports at least a part of the weight of a spindle head mounted on a column of the machine tool so as to be movable up and down.
  • a rotation restricting mechanism for restricting so as not to rotate about the axis of the de member is characterized in that the sleeve member is provided with a rotation driving means for driving rotation about the axis.
  • the sleeve member is formed in the sleeve mounting hole formed on the rod side end wall of the cylinder body of the gas spring, and the sleeve member is rotatably and gas tightly fitted to the sleeve mounting hole.
  • a sleeve member that is rotatable with respect to the rod member, is slidable in the length direction of the rod member, and is gas-tightly fitted through the seal member, and the rod member is provided around the axis of the rod member.
  • the sleeve member not only moves in the axial direction relative to the rod member but also relatively moves around the axis of the rod member.
  • the magnitude of the dynamic friction force acting on the sliding portion between the rod member and the seal member after the start of advance / retreat movement can be stabilized.
  • the wear of the rod member and the seal member can be reduced, the load of the raising / lowering drive means for raising and lowering the spindle head can be reduced, and the durability of the rod member and the seal member can be increased.
  • the gas spring is provided in an inverted posture so that the rod member extends downward from a cylinder body fixed to the spindle head, and a seal member that seals the gap between the rod member and the sleeve member in a gas-tight manner;
  • a plurality of radial bearings provided between the sleeve member and the rod-side end wall, a gas-sealing seal member, and a thrust bearing for receiving a thrust force acting on the sleeve member are provided.
  • the weight of the spindle head can be supported while ensuring the degree of freedom of raising and lowering the spindle head, the rotational resistance acting on the sleeve member is reduced, the load on the rotation drive means is reduced, and the compression within the cylinder body is reduced. Gas can be prevented from leaking outside.
  • the rotational driving means rotationally drives a driven gear integrally formed at the lower end portion of the sleeve member, an intermediate gear meshed with the driven gear, a drive gear meshed with the intermediate gear, and the drive gear. And an electric motor with a speed reducer. Therefore, the sleeve member can be easily rotated with a simple structure.
  • the rotation driving means includes a worm wheel integrally formed at a lower end portion of the sleeve member, a worm gear meshed with the worm wheel, and an electric motor that rotationally drives the worm gear. Therefore, the sleeve member can be easily rotated with a simple structure.
  • the gas spring is provided in the cylinder body and in the cylinder body.
  • a gas storage chamber that is formed and filled with compressed gas, and a rod member that extends downward to the outside of the cylinder body and receives the gas pressure of the gas storage chamber and can move forward and backward with respect to the cylinder body.
  • a rotation support mechanism that rotatably supports the rod member, a rotation restriction mechanism that restricts the rod member from rotating about the axis of the rod member, and rotation for driving the cylinder body to rotate about the axis.
  • Drive means means.
  • the rotational driving means includes a driven gear provided at an upper end portion of the cylinder body, a driving gear meshed with the driven gear, and an electric motor with a reduction gear that rotationally drives the driving gear. Therefore, the cylinder body can be easily rotated with a simple structure.
  • FIG. 1 is a side view of a horizontal machine tool having a balance device of Example 1.
  • FIG. It is a longitudinal cross-sectional view of a gas spring. It is a principal part expanded sectional view of a gas spring. It is a cross-sectional view of a rotation drive means. It is a side view of the balance apparatus of Example 2. It is a longitudinal cross-sectional view of a gas spring. It is a principal part expanded sectional view of a gas spring.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 5. It is a side view of the balance apparatus of Example 3. It is a longitudinal cross-sectional view of a gas spring. It is a top view of a rotation drive means.
  • the horizontal machine tool 1 includes a base 2, a column 3, a table 4, a spindle head 5, a quill 6 mounted on the spindle head 5, and a quill 6 that is rotatable.
  • the base 2 has a front base 2a and a rear base 2b having a height higher than the front base 2a, and a column 3 is erected on the rear base 2b.
  • the column 3 has four column members 3a and a top connecting member 3b.
  • the table 4 is provided on the front base 2a so as to be movable in the left-right direction (X-axis direction, a direction orthogonal to the plane of FIG. 1), and is guided in the X-axis direction by an X-axis guide mechanism (not shown).
  • the front base 2a is provided with an X-axis ball screw mechanism (not shown) for driving the table 4 in the X-axis direction.
  • This X-axis ball screw mechanism includes a ball screw shaft that is rotatably provided on the front base 2a, a ball screw nut that is fixed to the table 4 and screwed into the ball screw shaft, and an X-axis servomotor that drives the ball screw shaft (illustrated). Abbreviation).
  • the mechanism for guiding the table 4 and moving it in the X-axis direction is the same as that of a known horizontal machine tool.
  • the spindle head 5 is provided on the column 3 so as to be movable up and down (Y-axis direction).
  • the spindle head 5 is disposed between the two left pillar members 3a and the two right pillar members 3a, and is guided by a Y axis guide mechanism (not shown) so as to be movable in the vertical direction.
  • the Y-axis guide mechanism includes four guide rails 8 respectively provided inside the four column members 3a, and eight guide blocks fixed to the spindle head 5 and engaged with the four guide rails 8 respectively.
  • the rear base 2b is provided with a Y-axis ball screw mechanism (not shown) for driving the spindle head 5 in the vertical direction.
  • the Y-axis ball screw mechanism includes a ball screw shaft (not shown) rotatably attached to the top connecting member 3b and the rear base 2b of the column 3, and a ball screw nut connected to the spindle head 5 and screwed to the ball screw shaft. And a Y-axis servo motor (not shown) for driving the ball screw shaft.
  • the mechanism for guiding the spindle head 5 and moving and driving it in the Y-axis direction is the same as that of a known horizontal machine tool.
  • the quill 6 is provided on the spindle head 5 in a horizontal posture in the front-rear direction, and is movably provided in the front-rear direction.
  • the quill 6 includes a first quill 6a having a large diameter and a second quill 6b having a smaller diameter than the first quill 6a and retractable into the first quill 6a.
  • a spindle motor (not shown) that rotates the spindle 7 is mounted.
  • a first Z-axis guide mechanism (not shown) that guides the first quill 6 a with respect to the spindle head 5 so as to be horizontally movable in the front-rear direction (Z-axis direction), and the first quill 6 a with respect to the spindle head 5 in the front-rear direction.
  • a first Z-axis ball screw mechanism (not shown) for driving, a second Z-axis guide mechanism (not shown) for guiding the second quill 6b so as to move horizontally in the front-rear direction (Z-axis direction) with respect to the first quill 6a;
  • a second Z-axis ball screw mechanism (not shown) for driving the second quill 6b in the front-rear direction with respect to the spindle head 5 is provided.
  • the ball screw shaft of the first Z-axis ball screw mechanism is driven by a first Z-axis servo motor (not shown), and the ball screw shaft of the second Z-axis ball screw mechanism is driven by a second Z-axis servo motor (not shown).
  • the main shaft 7 is supported by the second quill 6b so as to be relatively rotatable, and a motor support member for supporting the main shaft motor is guided in the front-rear direction by the first and second Z-axis guide mechanisms and connected to the ball screw nut of the second Z-axis ball screw mechanism.
  • the output shaft of the main shaft motor is connected to the second quill 6b via a coupling.
  • the mechanism for guiding the first and second quills 6a and 6b in the Z-axis direction and driving them in the Z-axis direction is the same as that of a well-known horizontal machine tool for boring.
  • the balance device 10 is a device that generates an urging force that supports most of the weight of the spindle head 5.
  • the balance device 10 is a pair of left and right gas springs 11 that support the spindle head 5 and a pair of rod members 14 that are movable relative to the cylinder body 12 so as not to rotate around the axis of the rod member 14.
  • a rotation restricting mechanism 15 and a pair of rotation driving means 16 for rotating a sleeve member 13 (described later) around the axis of the rod member 14 are provided.
  • the pair of gas springs 11 is arranged in a vertical inverted posture on both the left and right sides of the spindle head 5 at the intermediate position in the front-rear direction, and supports a large part of the weight of the spindle head 5 by the pair of gas springs 11.
  • 5 is a push-type gas spring for reducing the load on the Y-axis servomotor that drives the elevator 5 up and down.
  • the gas spring 11 includes a cylinder body 12, a gas storage chamber 17 formed in the cylinder body 12 and filled with a compressed gas (for example, compressed nitrogen gas G of 7 to 10 MPa), and a rod-side end wall of the cylinder body 12. And a rod member 14 extending through the cylinder body 12 downward through the cylinder body 12.
  • the length of the rod member 14 entering the gas storage chamber 17 decreases, the volume of the gas storage chamber 17 increases, and the gas pressure of the compressed gas decreases.
  • the urging force generated by the pair of gas springs 11 on both the left and right sides is set equal to the total weight of the spindle head 5.
  • the present invention is not limited to this, and it is only necessary that most of the total weight of the spindle head 5 can be supported by the pair of gas springs 11.
  • the rod member 14 extends downward through the rod side end wall 12a of the cylinder body 12 and the split support member 19, and its lower end is in contact with the upper surface of the pad 15a of the rotation restricting mechanism 15.
  • the rod member 14 receives the gas pressure of the compressed nitrogen gas G in the gas storage chamber 17 and is biased downward, and the spindle head 5 is biased upward by the reaction force.
  • a stopper member 14 a is fixed to the upper end portion of the rod member 14 to receive the gas pressure of the compressed nitrogen gas G and prevent the rod member 14 from falling downward.
  • the stopper member 14 a has a larger diameter than the rod insertion hole 12 b of the cylinder body 12 and a smaller diameter than the inner diameter of the gas storage chamber 17.
  • the cylinder body 12 has a head-side end wall member 18 at its upper end, a longitudinal through hole 18a is formed in the axial center of the head-side end wall member 18, and a gas having a check valve in the through-hole 18a.
  • a filling base 18b is incorporated in a gas-tight manner, and the compressed nitrogen gas G can be filled into the gas storage chamber 17 from the gas filling base 18b.
  • the head side end wall member 18 is fixed to the main body cylinder portion of the cylinder main body 12 with a plurality of bolts.
  • the cylinder body 12 is fixed to the spindle head 5 via a support member 20 and a divided support member 19.
  • the support member 20 is formed by integrally forming a pair of flange portions on a thick rectangular parallelepiped block, and is fixed to the left and right side surfaces of the spindle head 5 by four bolts 21.
  • the divided support member 19 is, for example, press-fitted and fixed in the vertical mounting hole 20 a of the support member 20.
  • the rod support hole 19a through which the rod member 14 is inserted is formed in the split support member 19.
  • the lower end of the cylinder body 12 is brought into contact with the upper surface of the divided support member 19, and the divided support member 19 is fixed to the cylinder body 12 with a plurality of bolts 22.
  • a dust seal 23 is attached to the lower end of the rod insertion hole 19a.
  • the central portion of the rod side end wall 12a of the cylinder body 12 is divided and formed as a sleeve member 13.
  • the sleeve member 13 is rotatably and gastightly fitted into a longitudinal cylindrical sleeve mounting hole 12c formed in the rod side end wall 12a, is rotatable with respect to the rod member 14, and is rotatable with respect to the rod member 14. It is fitted in a gas-tight manner so as to be slidable in the length direction.
  • a pair of upper and lower radial bearings 24a, 24b and radial bearings 24a, 24b are provided between the sleeve member 13 and the rod side end wall 12a (between the outer peripheral surface of the sleeve member 13 and the inner peripheral surface of the sleeve mounting hole 12c).
  • An annular seal member 25 that seals between the sleeve member 13 and the rod-side end wall 12a is mounted at the middle step in the vertical direction.
  • a rod insertion hole 13a through which the rod member 14 is slidably inserted in a gas-tight state is formed in the central portion of the sleeve member 13 on the axial center side.
  • an annular seal member 27 and a bush 28 are mounted at a position below the seal member 27.
  • An annular thrust bearing 30 is provided between the lower end of the sleeve member 13 and the split support member 19 to receive the thrust force acting on the sleeve member 13.
  • the rotation driving means 16 includes a driven gear 31 integrally formed on the outer periphery of the lower end portion of the sleeve member 13, an intermediate gear 32 meshed with the driven gear 31, a drive gear 33 meshed with the intermediate gear 32, and a drive gear. And an electric motor 34 with a speed reducer that rotationally drives the motor 33.
  • the rotational force of the output shaft 34 a of the electric motor 34 is transmitted from the drive gear 33 to the sleeve member 13 through the intermediate gear 32 and the driven gear 31.
  • the electric motor 34 may be a servo motor, or may be another motor.
  • the rotary shaft 35 to which the intermediate gear 32 is fixed is pivotally supported at both upper and lower end portions in a pivotal support hole of the divided support member 19 and a pivotal support hole of the cylinder body 12.
  • the reduction gear-equipped electric motor 34 is disposed in an inverted position near the side of the gas spring 11 and is fixed to the support member 20 via a gear housing member 36 that houses the drive gear 33.
  • the rotation restricting mechanism 15 restricts the rod member 14 from rotating about the axis of the rod member 14 and allows the lower end portion of the rod member 14 to move in the horizontal direction.
  • the rotation restricting mechanism 15 includes a pad 15a with which the lower end of the rod member 14 abuts, a base plate 37 fixed on the rear base 2b, a plurality of steel balls 38 between the pad 15a and the base plate 37, and the pad 15a.
  • Four bolts 39 connected to the base plate 37 are provided.
  • the bolt hole formed in the pad 15a is formed to have a diameter several mm larger than the bolt 39, and the pad 15a can move several mm in the horizontal direction, but the rotation is restricted so as to hardly rotate around the vertical axis. ing.
  • the rod member 14 Since the rod member 14 receives the compressed nitrogen gas G and is strongly urged downward, the rod member 14 is in contact with the upper surface of the pad 15a in a strongly pressed state. Therefore, the lower end portion of the rod member 14 is formed to be movable in the horizontal direction integrally with the pad 15a by the frictional force acting on the contact surface between the rod member 14 and the pad 15a, and the rotation is restricted via the pad 15a. Yes.
  • the reason why the lower end portion of the rod member 14 is allowed to move in the horizontal direction is as follows. Due to the manufacturing error of the gas spring 11, the axis of the rod member 14 is inclined at a minute angle with respect to the axis of the cylinder body 12, or the axis of the rod member 14 is vertical due to the assembly error of the gas spring 11 to the spindle head 5. This is to allow a minute movement in the horizontal direction of the lower end portion of the rod member 14 that occurs in association with the lifting and lowering operation of the spindle head 5 when it is inclined at a minute angle with respect to the direction. If the above-described minute movement is not allowed, there is a risk that the sliding resistance acting between the cylinder body 12 and the rod member 14 will increase.
  • the gas spring 11 can greatly reduce the load on the Y-axis servo motor that drives the spindle head 5 to move up and down while ensuring the degree of freedom in raising and lowering the spindle head 5.
  • the cylinder body 12 of the gas spring 11 When the spindle head 5 is driven downward by the Y-axis servomotor, the cylinder body 12 of the gas spring 11 is also lowered integrally, so that the rod member 14 retracts in the axial direction with respect to the cylinder body 12, Further, when the spindle head 5 is driven up by the Y-axis servomotor, the cylinder body 12 of the gas spring 11 also rises integrally, so that the rod member 14 extends in the axial direction with respect to the cylinder body 12. To go.
  • the electric motor 34 is always driven while the machine tool 1 is in operation, and the sleeve member 13 is maintained in a rotating state around the axis of the rod member 14.
  • the seal member 27 is also rotated integrally with the sleeve member 13 by the rotation of the sleeve member 13. Thereby, even if the rod member 14 is stationary with respect to the axial direction, the stationary state is not generated between the rod member 14 and the seal member 27. Therefore, when the rod member 14 that is stationary with respect to the axial direction with respect to the cylinder body 12 moves forward and backward in the axial direction while the sleeve member 13 is constantly rotating, the rod member 14 and the seal member 27 are slid.
  • the dynamic frictional force of about 1/10 of the static frictional force acts on the moving part, not the static frictional force, the starting frictional force acting on the sliding part can be reduced. Therefore, the load on the Y-axis servo motor can be reduced, the gas spring 11 can be reduced in size, the wear of the rod member 14 and the seal member 27 can be reduced, and the durability of these can be enhanced. Moreover, since the sleeve member 13 is rotated around the axis of the rod member 14, the relative movement direction of the rod member 14 and the seal member 27 is not only parallel to the rod member 14, but also the parallel direction and the rotation direction around the axis. The dynamic frictional force acting on the sliding portion between the rod member 14 and the seal member 27 can be stabilized.
  • the static friction force but the dynamic friction force of about 1/10 of the static friction force acts on the sliding portion of the rod member 14 and the seal member 27.
  • the magnitude of the frictional force during movement of the spindle head 5 relative to the axial direction and the frictional force when starting movement from the stopped state Can be made substantially constant, and errors in position control of the spindle head 5 can be reduced, and machining accuracy can be reliably increased.
  • the electric motor 34 is always driven to keep the sleeve member 13 rotated around the axis, but only when precise machining is required.
  • the sleeve member 13 may be rotated by driving the electric motor 34.
  • the lower end of the rod member 14 comes into contact with the pad 15a of the rotation restricting mechanism 15 in a pressed state, and the rotation of the rod member 14 is restricted through the powerful friction force acting on the contact surface and the rotation restricted pad 15a.
  • the movement of the lower end portion of the rod member 14 in the horizontal direction is allowed, adverse effects due to manufacturing errors and assembly errors of the gas spring 11 can be eliminated.
  • a balance device 10A according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only different components will be described.
  • the present embodiment is an example where the present invention is applied to the horizontal machine tool 1 as in the first embodiment, but the configuration of the rotation drive means 40 is different from the first embodiment.
  • the rotation driving means 40 includes a worm wheel 42 integrally formed on the outer periphery of the lower end portion of the sleeve member 41, a worm gear 43 meshed with the worm wheel 42, and an electric motor 44 with a speed reducer that rotationally drives the worm gear 43.
  • the rotational force of the output shaft of the electric motor 44 is transmitted to the sleeve member 41 via the worm gear 43.
  • the electric motor 44 is fixed to the support member 20 in an inverted posture at a position near the lateral side of the gas spring 11 in the left-right direction.
  • One end portion of the worm gear 43 is connected to the output shaft of the electric motor 44, and is rotatably inserted into a gear insertion hole 45 formed in the rod side end wall 12 a of the cylinder body 12.
  • the rotational force of the output shaft of the electric motor 44 is transmitted from the worm gear 43 to the sleeve member 41 via the worm hole 42. Therefore, the seal member 27 and the sleeve member 41 are also rotated by the rotation of the sleeve member 41. And rotate together. Therefore, when the machine tool 1 is in operation, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained by always rotating the electric motor 44.
  • the sleeve member 41 may be rotated by rotating the electric motor 44 only when precise machining is required.
  • the present embodiment is an example in which the present invention is applied to the horizontal machine tool 1 as in the first and second embodiments.
  • the sleeve members 13 and 41 in the first and second embodiments are omitted, and the cylinder of the gas spring 46 is used.
  • the main body 47 is configured to rotate.
  • the balance device 10B supports a pair of gas springs 46 that support the spindle head 5 and a cylinder body 47 of the pair of gas springs 46 so as to be rotatable with respect to the spindle head 5.
  • a pair of rotational drive means 50 is provided to rotate around the axis.
  • the gas spring 46 is inserted through a cylinder body 47, a gas storage chamber 51 formed in the cylinder body 47 and filled with compressed gas (compressed nitrogen gas G), and a rod-side end wall member 52 of the cylinder body 47. It has a rod member 53 that extends.
  • the cylinder body 47 has a head side end wall 54 and a rod side end wall 52.
  • the head-side end wall 54 is fixed to the main body cylinder portion 55 of the cylinder main body 47 with six bolts 68.
  • the rod side end wall 52 is formed with a rod insertion hole through which the rod member 53 is slidably inserted in a gastight state.
  • the rod member 53 extends downward through the rod insertion hole. The portion is in contact with the upper surface of the rotation restricting mechanism 49.
  • a motor mounting plate 56 extending in the horizontal direction is formed on the cylinder main body 47 so as to correspond to the upper end portion of the main body cylinder portion 55, and this motor mounting plate 56 is fixed to the upper surface of a support member 57 described later by four bolts 69.
  • the motor mounting plate 56 is formed with a flange portion 56 a that projects to the outer portion of the main body cylinder portion 55.
  • a flange portion 55 a is formed at the lower end portion of the main body cylinder portion 55 of the cylinder main body 47 so as to project to the outer portion of the main body cylinder portion 55.
  • the rotation support mechanism 48 is a support member 57 that rotatably supports the upper end side portion of the main body cylinder portion 55 of the cylinder main body 47, and a support member 58 that rotatably supports the lower end side portion of the main body cylinder portion 55 of the cylinder main body 47. And a fall prevention member 64.
  • the support member 57 is fixed to the left and right side surfaces of the spindle head 5 with four bolts 59, and the support member 58 is fixed to the left and right side surfaces of the spindle head 5 with four bolts 60.
  • the cylinder body 47 is disposed in a through shape in the support holes 57a and 58a of the support members 57 and 58.
  • the cylinder body 47 is pivotally supported by the support member 57 via a pair of radial bearings 61a and 61b, and is pivotally supported by the support member 58 via a pair of radial bearings 62a and 62b. .
  • a thrust bearing 63 is mounted between the flange portion 55a and the support member 58, and an upward thrust force acting on the cylinder body 47 from the compressed gas (compressed nitrogen gas G) in the gas storage chamber 51 is supported by the thrust bearing 63.
  • the A fall prevention member 64 is disposed below the support member 58, and the fall prevention member 64 is fixed to the left and right side surfaces of the spindle head 5 with a plurality of bolts.
  • the flange portion 55 a of the main body cylinder portion 55 of the cylinder main body 47 can be received by the dropping member 64.
  • the rotation driving means 50 includes a driven gear 65 integrally formed at the upper end portion of the head side end wall member 54, a drive gear 66 meshed with the driven gear 65, and an electric motor with a speed reducer that rotationally drives the drive gear 66. 67, and the cylinder body 47 is rotationally driven by the rotational force of the output shaft 67a of the electric motor 67.
  • the rotation restricting mechanism 49 with which the lower end portion of the rod member 53 abuts is the same as that in the first embodiment, and the rod member 53 is restricted so as not to rotate around the axis of the rod member 53.
  • the electric motor 67 is always driven to rotate, the cylinder body 47 is held in a rotating state, and the rotation of the rod member 53 is restricted. The effects and effects are obtained.
  • the cylinder body 47 may be rotated by rotating the electric motor 67 only when precise machining is required.
  • the present invention is applied to the horizontal machine tool 1 for boring is described as an example.
  • the present invention is applicable to various machine tools (ordinary horizontal machine tools, vertical machines) having a spindle head that is driven up and down.
  • the present invention can also be applied to mold machine tools).
  • those skilled in the art can implement the present invention with various modifications added without departing from the present invention.
  • the present invention can reduce the load on the lifting / lowering driving means for driving the spindle head up and down in a machine tool having a spindle head mounted on the column so as to be driven up and down.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)

Abstract

ガススプリング(1) は、シリンダ本体(12)と、このシリンダ本体(12)内の圧縮ガスが充填されたガス収容室(17)と、このガス収容室(17)のガス圧を受圧してシリンダ本体(12)外へ延び且つシリンダ本体(12)に対して進退可能なロッド部材(14)を備え、シリンダ本体(12)のロッド側端壁(12a) に形成されたスリーブ装着穴(12c) に、回転可能且つガス密に内嵌されると共に前記ロッド部材(14)に回転可能且つロッド部材(14)の長さ方向に相対摺動可能に且つガス密に外嵌されたスリーブ部材(13)を設け、ロッド部材(14)が回転しないように規制する回転規制機構(15)と、前記スリーブ部材(13)を回転駆動する為の回転駆動手段(16)とを設けた。

Description

工作機械のバランス装置
　本発明は、工作機械のバランス装置に関し、特に主軸ヘッドの重量を支持するガススプリングのロッド部材に対してガス密にシールするシール部材から作用する摩擦力を低減し、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を低減するように構成したものに関する。
　工作機械の主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を軽減する為に、工作機械のコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の一部又は全部をガススプリングに支持させるようにしたバランス装置が実用に供されている。例えば、特許文献１に記載の工作機械用主軸バランサにおいては、縦型工作機械のコラムの上端部に縦向きのプル型ガススプリングを倒立姿勢に取り付け、ロッド部材の下端を主軸ヘッドに固定している。
　ガススプリングは、シリンダ本体とロッド部材とシリンダ本体の内部に充填された圧縮ガスを備えている。このようなガススプリングは、工作機械の稼働時、定常では主軸ヘッドを上方へ引っ張り付勢する状態を維持し、工作機械の昇降駆動機構により主軸ヘッドが下降駆動されると、ガススプリングのシリンダ本体に対してロッド部材が伸長し、主軸ヘッドが上昇駆動されると、シリンダ本体に対してロッド部材が退入する。
　他方、工作機械用主軸バランサに、プッシュ型のガススプリングを採用する場合には、主軸ヘッドにガススプリングを倒立姿勢に取り付け、ガススプリングのロッド部材の下端を基台で支持する。
ＷＯ２００７／０９９６３２号公報
　特許文献１の主軸バランサにおいては、シリンダ本体のロッド側端壁にロッドガイド部材が固定され、このロッドガイド部材にロッド挿通孔が形成され、ロッド部材がロッド挿通孔にシール部材を介してガス密状態で且つ摺動自在に挿通されている。通常、ガススプリングに充填されている圧縮ガスのガス圧は７～１０ＭＰａ程度と非常に高圧であり、圧縮ガスは微小隙間からリークし易いため、前記シール部材はロッド部材にガス密になるよう緊密に外嵌されている。それ故、ロッド部材とシール部材間には大きな静止摩擦力や動摩擦力が作用する。
　主軸ヘッドの昇降動作に伴いロッド部材がシリンダ本体に対して相対的に進退移動する際に、ロッド部材が軸心方向に対して静止状態から進退移動を開始する移動開始時には、ロッド部材とシール部材間に大きな静止摩擦力が作用し、ロッド部材の移動開始後には、ロッド部材とシール部材間に動摩擦力が作用する。そのため、前記移動開始時に静止摩擦力が作用する場合は、ロッド部材やシール部材が磨耗し易くなって耐久性も低下するうえ、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷も大きくなる。また、加工が開始され、前記移動開始後に動摩擦力が作用する場合においても、シール部材に対するロッド部材の相対移動速度が比較的小さいため、前記動摩擦力も無視できない値になる。
　さらに、加工時において、昇降駆動手段により主軸ヘッドが上昇又は下降の移動と停止とを頻繁に繰り返すような場合、主軸ヘッドの移動中には動摩擦力が作用し、主軸ヘッドが停止状態から移動開始するときには大きな静止摩擦力が作用する。このように、主軸ヘッドに作用する摩擦力の大きさが一定でないため、主軸ヘッドの位置制御の誤差が大きくなり、機械加工精度が低下する。例えば、ワークを円弧形状に加工する場合、前記主軸ヘッドの位置制御の誤差により、主軸ヘッドに装着された工具の移動軌跡は、所定の円弧軌跡からずれてしまい、所謂、象限突起と呼ばれる誤差が発生する。
　本発明の目的は、主軸ヘッド支持用ガススプリングのシリンダ本体に対してロッド部材が進退移動する際に、ロッド部材とシール部材間に作用する摩擦力を大幅に低減可能にし、機械加工精度を高めた工作機械のバランス装置を提供することである。
　本発明に係る工作機械のバランス装置は、工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内に形成され圧縮ガスが充填されたガス収容室と、前記シリンダ本体外へ延び且つガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、前記シリンダ本体のロッド側端壁に形成されたスリーブ装着穴と、前記スリーブ装着穴に対して回転可能且つガス密に内嵌されたスリーブ部材であって、前記ロッド部材に対して回転可能且つロッド部材の長さ方向に相対摺動可能に且つシール部材を介してガス密に外嵌されたスリーブ部材と、前記ロッド部材がロッド部材の軸心周りに回転しないように規制する回転規制機構と、前記スリーブ部材を前記軸心周りに回転駆動する為の回転駆動手段とを設けたことを特徴としている。
　本発明の工作機械のバランス装置によれば、ガススプリングのシリンダ本体のロッド側端壁に形成されたスリーブ装着穴に、スリーブ装着穴に対して回転可能且つガス密に内嵌されたスリーブ部材であって、ロッド部材に対して回転可能且つロッド部材の長さ方向に相対摺動可能に且つシール部材を介してガス密に外嵌されたスリーブ部材を設け、ロッド部材がロッド部材の軸心周りに回転しないように規制する回転規制機構と、スリーブ部材を前記軸心周りに回転駆動する為の回転駆動手段とを設けたため、回転駆動手段によりスリーブ部材を常時回転駆動することにより、ロッド部材が軸心方向に対して静止状態であっても、ロッド部材とシール部材との間には、軸心周りに対して相対移動を生じさせることができる。それ故、ロッド部材とシール部材との間に静止状態を発生させないため、シリンダ本体に対して相対的にロッド部材が進退移動を開始する際にロッド部材とシール部材との間に静止摩擦力ではなく、静止摩擦力の約１／１０の動摩擦力を作用させ、ロッド部材の進退移動開始時の始動摩擦力を小さくすることができる。
　しかも、工作機械による加工が開始されロッド部材の進退移動開始後には、スリーブ部材はロッド部材に対して軸方向に相対移動するだけでなく、ロッド部材の軸心周りに相対的に回転移動するため、進退移動開始後のロッド部材とシール部材の摺動部分に作用する動摩擦力の大きさを安定させることができる。その結果、ロッド部材やシール部材の摩耗を低減でき、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を低減することができ、ロッド部材やシール部材の耐久性を高めることができる。
　さらに、スリーブ部材が軸心周りに回転している状態でシリンダ本体に対してロッド部材が進退移動する際に、ロッド部材とシール部材間に、静止摩擦力の約１／１０の動摩擦力が作用することになるから、加工時において、主軸ヘッドが上昇又は下降の移動と停止とを頻繁に繰り返すような場合でも、軸心方向に対する主軸ヘッドの移動中の摩擦力と停止状態から移動開始するときの摩擦力との大きさを略一定にすることができ、主軸ヘッドの位置制御の誤差を小さくして、機械加工精度を確実に高めることができる。
　上記の構成に加えて、適宜、次のような構成を採用してもよい。
（１）前記ガススプリングは、前記主軸ヘッドに固定されたシリンダ本体から前記ロッド部材が下方へ延びるように倒立姿勢に設けられ、前記ロッド部材とスリーブ部材間をガス密にシールするシール部材と、前記スリーブ部材とロッド側端壁間に設けた複数のラジアル軸受及びガス密にシールするシール部材と、前記スリーブ部材に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受とを設けた。このため、主軸ヘッドの昇降の自由度を確保しながら主軸ヘッドの重量を支持することができ、スリーブ部材に作用する回転抵抗を軽減して回転駆動手段の負荷を低減し、シリンダ本体内の圧縮ガスが外部へリークすることを防止できる。
（２）前記回転駆動手段は、前記スリーブ部材の下端部分に一体形成した従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した中間ギヤと、この中間ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有する。このため、簡単な構造で且つ容易にスリーブ部材を回転させることができる。
（３）前記回転駆動手段は、前記スリーブ部材の下端部分に一体形成したウォームホイールと、このウォームホイールに噛合したウォームギヤと、このウォームギヤを回転駆動する電動モータとを有する。このため、簡単な構造で且つ容易にスリーブ部材を回転させることができる。
（４）工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内に形成され圧縮ガスが充填されたガス収容室と、シリンダ本体外へ下方へ延び且つガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、前記シリンダ本体を主軸ヘッドに対して回転可能に支持する回転支持機構と、前記ロッド部材がロッド部材の軸心周りに回転しないように規制する回転規制機構と、前記シリンダ本体を前記軸心周りに回転駆動する為の回転駆動手段とを設けた。
（５）前記シリンダ本体に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受を設けた。このため、回転駆動手段の負荷を低減することができる。
（６）前記回転駆動手段は、前記シリンダ本体の上端部分に設けた従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有する。このため、簡単な構造で且つ容易にシリンダ本体を回転させることができる。
実施例１のバランス装置を有する横型工作機械の側面図である。 ガススプリングの縦断面図である。 ガススプリングの要部拡大断面図である。 回転駆動手段の横断面図である。 実施例２のバランス装置の側面図である。 ガススプリングの縦断面図である。 ガススプリングの要部拡大断面図である。 図５のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図である。 実施例３のバランス装置の側面図である。 ガススプリングの縦断面図である。 回転駆動手段の平面図である。
Ｇ　　圧縮窒素ガス
１　　工作機械
３　　コラム
５　　主軸ヘッド
１０、１０Ａ、１０Ｂ　バランス装置
１１、４６　ガススプリング
１２、４７、シリンダ本体
１２ａ　シリンダ側端壁
１２ｃ　スリーブ装着穴
１３、４１　スリーブ部材
１４、５３　ロッド部材
１５、４９　回転規制機構
１６、４０、５０　回転駆動手段
１７、５１　ガス収容室
３１　従動ギヤ
３２　中間ギヤ
３３　駆動ギヤ
３４　電動モータ
４２　ウォームホイール
４３　ウォームギヤ
４４　電動モータ
４８　回転支持機構
６５　従動ギヤ
６６　駆動ギヤ
６７　電動モータ
　以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
　図１に示すように、横型工作機械１は、基台２と、コラム３と、テーブル４と、主軸ヘッド５と、この主軸ヘッド５に装備されたクイル６と、クイル６に回転自在に装備された主軸７とを有する。
　基台２は、前部基台２ａとこれよりも高さの大きい後部基台２ｂとを有し、後部基台２ｂ上にコラム３が立設されている。コラム３は４本の柱部材３ａと頂部連結部材３ｂとを有する。テーブル４は、前部基台２ａの上に左右方向（Ｘ軸方向、図１の紙面直交方向）へ移動自在に設けられ、Ｘ軸ガイド機構（図示略）によりＸ軸方向へ案内される。前部基台２ａには、テーブル４をＸ軸方向へ駆動する為のＸ軸ボールネジ機構（図示略）が設けられている。このＸ軸ボールネジ機構は、前部基台２ａに回転可能に設けられたボールネジ軸と、テーブル４に固定されてボールネジ軸に螺合したボールネジナットと、ボールネジ軸を駆動するＸ軸サーボモータ（図示略）とを有する。尚、上記のテーブル４を案内し、Ｘ軸方向へ移動駆動する機構は、公知の横型工作機械と同様である。
　主軸ヘッド５はコラム３に上下方向（Ｙ軸方向）へ昇降可能に設けられている。主軸ヘッド５は、左側の２本の柱部材３ａと右側の２本の柱部材３ａの間に配設され、Ｙ軸ガイド機構（図示略）により上下方向へ移動自在に案内されている。Ｙ軸ガイド機構は、４本の柱部材３ａの内側に夫々設けられた４本の案内レール８と、主軸ヘッド５に固定されて４本の案内レール８に夫々係合した８つの案内ブロックとを有する。
　後部基台２ｂには、主軸ヘッド５を上下方向へ駆動する為のＹ軸ボールネジ機構（図示略）が設けられている。このＹ軸ボールネジ機構は、コラム３の頂部連結部材３ｂと後部基台２ｂに回転可能に取り付けられたボールネジ軸（図示略）と、主軸ヘッド５に連結されて上記ボールネジ軸に螺合したボールネジナットと、ボールネジ軸を駆動するＹ軸サーボモータ（図示略）とを有する。尚、上記の主軸ヘッド５を案内し、Ｙ軸方向へ移動駆動する機構は、公知の横型工作機械と同様である。
　クイル６は、主軸ヘッド５に前後方向へ向けて水平姿勢に設けられ、前後方向へ移動自在に設けられている。クイル６は、大径の第１クイル６ａと、この第１クイル６ａよりも小径で第１クイル６ａ内に退入可能な第２クイル６ｂとを有し、第２クイル６ｂに主軸７とこの主軸７を回転駆動する主軸モータ（図示略）とが装着されている。
　第１クイル６ａを主軸ヘッド５に対して前後方向（Ｚ軸方向）へ水平移動自在に案内する第１Ｚ軸ガイド機構（図示略）と、主軸ヘッド５に対して第１クイル６ａを前後方向へ駆動する第１Ｚ軸ボールネジ機構（図示略）と、第２クイル６ｂを第１クイル６ａに対して前後方向（Ｚ軸方向）へ水平移動自在に案内する第２Ｚ軸ガイド機構（図示略）と、主軸ヘッド５に対して第２クイル６ｂを前後方向へ駆動する第２Ｚ軸ボールネジ機構（図示略）とが設けられている。第１Ｚ軸ボールネジ機構のボールネジ軸は第１Ｚ軸サーボモータ（図示略）で駆動され、また、第２Ｚ軸ボールネジ機構のボールネジ軸は第２Ｚ軸サーボモータ（図示略）で駆動される。
　主軸７は第２クイル６ｂに相対回転自在に支持され、主軸モータを支持するモータ支持部材は、第１，第２Ｚ軸ガイド機構により前後方向へ案内され且つ第２Ｚ軸ボールネジ機構のボールネジナットに連結されている。主軸モータの出力軸はカップリングを介して第２クイル６ｂに連結されている。尚、上記の第１，第２クイル６ａ，６ｂをＺ軸方向に案内し、Ｚ軸方向に駆動する機構は、公知の中ぐり用横型工作機械と同様である。
　次に、バランス装置１０について図１～図４に基づいて説明する。
　バランス装置１０は、主軸ヘッド５の重量の大部分を支える付勢力を発生させる装置である。バランス装置１０は、主軸ヘッド５を支持する左右１対のガススプリング１１と、シリンダ本体１２に対して進退可能なロッド部材１４がロッド部材１４の軸心周りに回転しないように規制する１対の回転規制機構１５と、後述のスリーブ部材１３をロッド部材１４の軸心周りに回転駆動する為の１対の回転駆動手段１６を有する。
　１対のガススプリング１１は、主軸ヘッド５の前後方向中間位置における左右両側に鉛直の倒立姿勢に配設され、１対のガススプリング１１により主軸ヘッド５の重量の大部分を支持して主軸ヘッド５を昇降駆動するＹ軸サーボモータの負荷を軽減する為のプッシュ型のガススプリングである。ガススプリング１１は、シリンダ本体１２と、このシリンダ本体１２内に形成され圧縮ガス（例えば、７～１０ＭＰａの圧縮窒素ガスＧ）が充填されたガス収容室１７と、シリンダ本体１２のロッド側端壁１２ａを挿通してシリンダ本体１２外へ下方に向かって延びるロッド部材１４とを備えている。
　主軸ヘッド５が上昇するほどロッド部材１４のガス収容室１７への突入長さが減少し、ガス収容室１７の容積が増大し、圧縮ガスのガス圧が低下する。例えば、主軸ヘッド５の高さ位置が中間位置のとき、左右両側の１対のガススプリング１１で発生する付勢力が主軸ヘッド５の全重量に等しく設定されている。但し、これに限定されるものではなく、１対のガススプリング１１により主軸ヘッド５の全重量の大部分を支持可能であればよい。
　前記ロッド部材１４は、シリンダ本体１２のロッド側端壁１２ａと分割支持部材１９を挿通して下方へ延び、その下端が回転規制機構１５のパッド１５ａの上面に当接している。ロッド部材１４は、ガス収容室１７の圧縮窒素ガスＧのガス圧を受圧して下方へ付勢され、その反力により主軸ヘッド５を上方へ付勢している。ロッド部材１４の上端部分には、圧縮窒素ガスＧのガス圧を受圧すると共にロッド部材１４が下方へ抜け出すのを防止する為のストッパ部材１４ａが固定されている。このストッパ部材１４ａは、シリンダ本体１２のロッド挿通孔１２ｂよりも大径であり、ガス収容室１７の内径よりも小径である。
　シリンダ本体１２は、その上端部にヘッド側端壁部材１８を有し、ヘッド側端壁部材１８の軸心部分に縦向きの貫通孔１８ａが形成され、この貫通孔１８ａにチェック弁を有するガス充填口金１８ｂがガス密に組み込まれ、このガス充填口金１８ｂからガス収容室１７に圧縮窒素ガスＧを充填することができる。ヘッド側端壁部材１８は複数のボルトにてシリンダ本体１２の本体筒部に固定されている。
　前記シリンダ本体１２は、支持部材２０と分割支持部材１９を介して主軸ヘッド５に固定されている。支持部材２０は、厚い直方体ブロックに１対のフランジ部を一体形成したもので、主軸ヘッド５の左右の側面に４本のボルト２１により固定されている。分割支持部材１９は、支持部材２０の縦向きの装着穴２０ａに例えば圧入固定されている。
　分割支持部材１９には、ロッド部材１４が挿通するロッド挿通孔１９ａが形成されている。ロッド挿通孔１９ａにロッド部材１４を挿通させた状態で、シリンダ本体１２の下端が分割支持部材１９の上面に当接され、分割支持部材１９は複数のボルト２２でシリンダ本体１２に固定されている。尚、ロッド挿通孔１９ａの下端部には、ダストシール２３が装着されている。
　前記シリンダ本体１２のロッド側端壁１２ａの中心部分は、スリーブ部材１３として分割形成されている。スリーブ部材１３は、ロッド側端壁１２ａに形成された縦向きの円筒状のスリーブ装着穴１２ｃに対して回転可能且つガス密に内嵌され、ロッド部材１４に対して回転可能且つロッド部材１４の長さ方向に相対摺動可能に且つガス密に外嵌されている。
　スリーブ部材１３とロッド側端壁１２ａとの間（スリーブ部材１３の外周面とスリーブ装着穴１２ｃの内周面間）には、上下１対のラジアル軸受２４ａ，２４ｂと、ラジアル軸受２４ａ，２４ｂの上下方向中段部においてスリーブ部材１３とロッド側端壁１２ａとの間をシールする環状のシール部材２５が装着されている。
　スリーブ部材１３の軸心側中心部分には、ロッド部材１４がガス密状態で且つ摺動自在に挿通するロッド挿通孔１３ａが形成されている。ロッド部材１４とスリーブ部材１３との間には、環状のシール部材２７と、シール部材２７より下方位置にブッシュ２８が装着されている。スリーブ部材１３の下端と分割支持部材１９の間には、スリーブ部材１３に作用するスラスト力を受け止める環状のスラスト軸受３０が設けられている。
　次に、スリーブ部材１３を回転駆動する回転駆動手段１６について説明する。
　回転駆動手段１６は、スリーブ部材１３の下端部分の外周に一体形成された従動ギヤ３１と、この従動ギヤ３１に噛合した中間ギヤ３２と、この中間ギヤ３２に噛合した駆動ギヤ３３と、駆動ギヤ３３を回転駆動する減速機付き電動モータ３４とを有している。電動モータ３４の出力軸３４ａの回転力は、駆動ギヤ３３から中間ギヤ３２と従動ギヤ３１を介してスリーブ部材１３に伝達される。尚、前記電動モータ３４はサーボモータで構成してもよく、それ以外のモータであってもよい。
　前記中間ギヤ３２が固定された回転軸３５は、分割支持部材１９の枢支穴とシリンダ本体１２の枢支穴に回転自在に上下両端部分で枢支されている。減速機付き電動モータ３４は、ガススプリング１１の側方近傍に倒立姿勢に配設され、駆動ギヤ３３を収容するギヤ収容部材３６を介して支持部材２０に固定されている。
　次に、回転規制機構１５について説明する。
　この回転規制機構１５は、ロッド部材１４がロッド部材１４の軸心周りに回転しないように規制すると共に、ロッド部材１４の下端部が水平方向へ移動するのを許容する為のものである。回転規制機構１５は、ロッド部材１４の下端が当接するパッド１５ａと、後部基台２ｂ上に固定されたベース板３７と、パッド１５ａとベース板３７間の複数の鋼球３８と、パッド１５ａをベース板３７に連結する４本のボルト３９等を備えている。パッド１５ａに形成されたボルト穴はボルト３９よりも数ｍｍ大径に形成され、パッド１５ａは水平方向へ数ｍｍ移動可能であるが、鉛直軸周りに対して殆ど回転移動しないように回転規制されている。
　前記ロッド部材１４は圧縮窒素ガスＧを受圧して下方へ強力に付勢されるため、ロッド部材１４はパッド１５ａの上面に強力に押し付けられた状態で当接している。それ故、ロッド部材１４とパッド１５ａの接触面に働く摩擦力により、ロッド部材１４の下端部はパッド１５ａと一体的に水平方向へ移動可能に形成され、且つパッド１５ａを介して回転規制されている。
　尚、ロッド部材１４の下端部の水平方向へ移動を許容するのは、次の理由による。
　ガススプリング１１の製作誤差により、シリンダ本体１２の軸心に対してロッド部材１４の軸心が微小角度傾斜したり、ガススプリング１１の主軸ヘッド５への組み付け誤差によりロッド部材１４の軸心が鉛直方向に対して微小角度傾斜している場合に、主軸ヘッド５の昇降動作に伴って生じるロッド部材１４の下端部の水平方向への微小移動を許容する為である。上記の微小移動を許容しない場合には、シリンダ本体１２とロッド部材１４との間に作用する摺動抵抗が増大する虞がある。
　次に、横型工作機械１のバランス装置１０の作用・効果について説明する。　
　ガススプリング１１により、主軸ヘッド５の昇降の自由度を確保しつつ、主軸ヘッド５を昇降駆動するＹ軸サーボモータの負荷を大幅に軽減することができる。
　Ｙ軸サーボモータにより主軸ヘッド５が下降駆動されると、ガススプリング１１のシリンダ本体１２も一体的に下降するため、シリンダ本体１２に対してロッド部材１４が軸心方向に対して退入し、また、Ｙ軸サーボモータにより主軸ヘッド５が上昇駆動されると、ガススプリング１１のシリンダ本体１２も一体的に上昇するため、シリンダ本体１２に対してロッド部材１４が軸心方向に対して伸長していく。
　バランス装置１０においては、工作機械１の稼働中には、電動モータ３４を常時駆動し、スリーブ部材１３をロッド部材１４の軸心周りに回転状態に維持している。スリーブ部材１３の回転により、シール部材２７もスリーブ部材１３と一体的に回転されている。これにより、ロッド部材１４が軸心方向に対して静止状態であっても、ロッド部材１４とシール部材２７との間に静止状態を発生させない。そのため、スリーブ部材１３が常時回転している状態でシリンダ本体１２に対して軸心方向に対して静止状態のロッド部材１４が軸心方向へ進退移動したとき、ロッド部材１４とシール部材２７の摺動部分には静止摩擦力ではなく、静止摩擦力の約１／１０の大きさの動摩擦力が作用することになるから、上記の摺動部分に作用する始動摩擦力を小さくすることができる。それ故、Ｙ軸サーボモータの負荷を軽減し、ガススプリング１１を小型化でき、ロッド部材１４やシール部材２７の摩耗を低減でき、これらの耐久性を高めることができる。しかも、スリーブ部材１３をロッド部材１４の軸心周りに回転させるため、ロッド部材１４とシール部材２７の相対移動の方向がロッド部材１４と平行方向だけでなく、平行方向及び軸心周りの回転方向の２方向になり、ロッド部材１４とシール部材２７の摺動部分に作用する動摩擦力の大きさを安定させることができる。
　また、ロッド部材１４とシール部材２７の摺動部分には静止摩擦力ではなく、静止摩擦力の約１／１０の大きさの動摩擦力が作用することになるから、加工時において、主軸ヘッド５が軸心方向に上昇又は下降の移動と停止とを頻繁に繰り返すような場合でも、軸心方向に対する主軸ヘッド５の移動中の摩擦力と停止状態から移動開始するときの摩擦力との大きさを略一定にすることができ、主軸ヘッド５の位置制御の誤差を小さくして、機械加工精度を確実に高めることができる。尚、実施例では、工作機械１の稼働中に、電動モータ３４を常時駆動し、スリーブ部材１３を軸心周りに回転状態に維持するようにしたが、精密な機械加工が必要な場合にだけ電動モータ３４を駆動してスリーブ部材１３を回転させてもよい。
　ロッド部材１４の下端が、回転規制機構１５のパッド１５ａに押し付けられた状態で当接し、その接触面に働く強力な摩擦力と回転規制されたパッド１５ａを介してロッド部材１４の回転を規制すると共にロッド部材１４の下端部の水平方向への移動を許容したため、ガススプリング１１の製作誤差や組み付け誤差による悪影響を解消できる。
　ロッド部材１４とスリーブ部材１３をガス密にシールするシール部材２７と、スリーブ部材１３とロッド側端壁１２ａ間に設けられた複数のラジアル軸受２４ａ，２４ｂ及びガス密にシールするシール部材２５と、スリーブ部材１３に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受３０とを設けたので、回転駆動手段１６の負荷を軽減し、圧縮窒素ガスＧが外部へリークすることを確実に防止できる。
　次に、実施例２のバランス装置１０Ａについて、図５～図８に基づいて説明する。
　但し、実施例１と同一の構成には同一の符号を付けて図示して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。本実施例は、実施例１と同様に横型工作機械１に本発明を適用した場合の例であるが、回転駆動手段４０の構成が実施例１と相違している。
　回転駆動手段４０は、スリーブ部材４１の下端部分の外周に一体形成したウォームホイール４２と、ウォームホイール４２に噛合したウォームギヤ４３と、このウォームギヤ４３を回転駆動する減速機付き電動モータ４４とを有し、電動モータ４４の出力軸の回転力がウォームギヤ４３を介してスリーブ部材４１に伝達されるように構成されている。
　電動モータ４４は、ガススプリング１１の左右方向側方近傍位置に倒立姿勢に配設されて支持部材２０に固定されている。ウォームギヤ４３は、その一端部分が電動モータ４４の出力軸に連結され、シリンダ本体１２のロッド側端壁１２ａに形成されたギヤ挿通孔４５に回転可能に挿通されている。
　このバランス装置１０Ａにおいては、電動モータ４４の出力軸の回転力が、ウォームギヤ４３からウォームホール４２を介してスリーブ部材４１に伝達されるので、スリーブ部材４１の回転により、シール部材２７もスリーブ部材４１と一体的に回転する。そのため、工作機械１の稼働中には、電動モータ４４を常時回転させておくことにより、前記実施例１と同様の作用・効果が得られる。尚、精密な機械加工が必要な場合にだけ電動モータ４４を回転駆動してスリーブ部材４１を回転させてもよい。
　次に、実施例３のバランス装置１０Ｂについて、図９～図１１に基づいて説明する。
　但し、実施例１と同一の構成には同一の符号を付けて図示して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。本実施例は、実施例１，２と同様に横型工作機械１に本発明を適用した場合の例であるが、実施例１，２のスリーブ部材１３，４１を省略し、ガススプリング４６のシリンダ本体４７を回転させるように構成してある。
　図９～図１１に示すように、バランス装置１０Ｂは、主軸ヘッド５を支持する１対のガススプリング４６と、１対のガススプリング４６のシリンダ本体４７を主軸ヘッド５に対して回転可能に支持する１対の回転支持機構４８と、ロッド部材５３がロッド部材５３の軸心周りに回転しないように規制する１対の回転規制機構４９と、シリンダ本体４７を前記軸心周りに回転駆動する為の１対の回転駆動手段５０を有する。
　ガススプリング４６は、シリンダ本体４７と、このシリンダ本体４７内に形成され圧縮ガス（圧縮窒素ガスＧ）が充填されたガス収容室５１と、シリンダ本体４７のロッド側端壁部材５２を挿通して延びるロッド部材５３を有する。
　シリンダ本体４７は、ヘッド側端壁５４とロッド側端壁５２を有する。ヘッド側端壁５４は、６本のボルト６８にてシリンダ本体４７の本体筒部５５に固定されている。ロッド側端壁５２には、ロッド部材５３がガス密状態で摺動自在に挿通するロッド挿通孔が形成され、ロッド部材５３は、ロッド挿通孔を挿通して下方へ延び、ロッド部材５３の下端部が回転規制機構４９の上面に当接している。
　シリンダ本体４７には、本体筒部５５の上端部分に対応して水平方向に延びるモータ取付け板５６が形成され、このモータ取付け板５６は後述する支持部材５７の上面に４本のボルト６９により固定されている。このモータ取付け板５６には、本体筒部５５の外側部分へ張り出したフランジ部５６ａが形成されている。シリンダ本体４７の本体筒部５５の下端部分には、本体筒部５５の外側部分へ張り出したフランジ部５５ａが形成されている。
　回転支持機構４８は、シリンダ本体４７の本体筒部５５の上端側部分を回転可能に支持する支持部材５７と、シリンダ本体４７の本体筒部５５の下端側部分を回転可能に支持する支持部材５８と、落下防止部材６４とを備えている。支持部材５７は、主軸ヘッド５の左右の側面に４本のボルト５９で固定され、支持部材５８は、主軸ヘッド５の左右の側面に４本のボルト６０で固定されている。シリンダ本体４７は、支持部材５７，５８の支持穴５７ａ，５８ａに貫通状に配置されている。シリンダ本体４７は、１対のラジアル軸受６１ａ，６１ｂを介して支持部材５７に回転自在に枢支され、１対のラジアル軸受６２ａ，６２ｂを介して支持部材５８に回転自在に枢支されている。
　フランジ部５５ａと支持部材５８の間にはスラスト軸受６３が装着され、ガス収容室５１の圧縮ガス（圧縮窒素ガスＧ）からシリンダ本体４７に作用する上方向きのスラスト力がスラスト軸受６３で支持される。支持部材５８の下側には、落下防止部材６４が配設され、この落下防止部材６４は主軸ヘッド５の左右の側面に複数のボルトで固定されている。シリンダ本体４７の本体筒部５５のフランジ部５５ａが落下部材６４により受け止め可能になっている。
　回転駆動手段５０は、ヘッド側端壁部材５４の上端部分に一体形成された従動ギヤ６５と、この従動ギヤ６５に噛合した駆動ギヤ６６と、この駆動ギヤ６６を回転駆動する減速機付き電動モータ６７とを有し、電動モータ６７の出力軸６７ａの回転力によりシリンダ本体４７が回転駆動される。ロッド部材５３の下端部が当接する回転規制機構４９は、前記実施例１のものと同様であり、ロッド部材５３はロッド部材５３の軸心周りに回転しないように規制されている。
　このバランス装置１０Ｂにおいては、工作機械１の稼働中は常時電動モータ６７を回転駆動し、シリンダ本体４７を回転状態に保持し、ロッド部材５３の回転を規制しておくため、実施例１と同様の作用、効果が得られる。尚、精密な機械加工が必要な場合にだけ電動モータ６７を回転駆動してシリンダ本体４７を回転させてもよい。
　前記実施例は、中ぐり用横型工作機械１に本発明を適用した場合を例にして説明したが、本発明は昇降駆動される主軸ヘッドを有する種々の工作機械（通常の横型工作機械、縦型工作機械も含む）に適用することができることは勿論である。その他、当業者であれば、本発明を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能である。
　本発明は、コラムに昇降駆動可能に装備された主軸ヘッドを有する工作機械における、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を軽減することができる。

Claims (7)

  1. 　工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、
    　前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内に形成され圧縮ガスが充填されたガス収容室と、前記シリンダ本体外へ延び且つガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、
    　前記シリンダ本体のロッド側端壁に形成されたスリーブ装着穴と、
    　前記スリーブ装着穴に対して回転可能且つガス密に内嵌されたスリーブ部材であって、前記ロッド部材に対して回転可能且つロッド部材の長さ方向に相対摺動可能に且つシール部材を介してガス密に外嵌されたスリーブ部材と、
    　前記ロッド部材がロッド部材の軸心周りに回転しないように規制する回転規制機構と、
    　前記スリーブ部材を前記の軸心周りに回転駆動する為の回転駆動手段とを設けた、
    　ことを特徴とする工作機械のバランス装置。
  2. 　前記ガススプリングは、前記主軸ヘッドに固定されたシリンダ本体から前記ロッド部材が下方へ延びるように倒立姿勢に設けられ、
    　前記ロッド部材とスリーブ部材間をガス密にシールするシール部材と、前記スリーブ部材とロッド側端壁間に設けた複数のラジアル軸受及びガス密にシールするシール部材と、前記スリーブ部材に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械のバランス装置。
  3. 　前記回転駆動手段は、前記スリーブ部材の下端部分に一体形成した従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した中間ギヤと、この中間ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有することを特徴とする請求項２に記載の工作機械のバランス装置。
  4. 　前記回転駆動手段は、前記スリーブ部材の下端部分に一体形成したウォームホイールと、このウォームホイールに噛合したウォームギヤと、このウォームギヤを回転駆動する電動モータとを有することを特徴とする請求項２に記載の工作機械のバランス装置。
  5. 　工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、
    　前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内に形成され圧縮ガスが充填されたガス収容室と、前記シリンダ本体外へ下方へ延び且つガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、
    　前記シリンダ本体を主軸ヘッドに対して回転可能に支持する回転支持機構と、
    　前記ロッド部材がロッド部材の軸心周りに回転しないように規制する回転規制機構と、
    　前記シリンダ本体を前記軸心周りに回転駆動する為の回転駆動手段とを設けた、
    　ことを特徴とする工作機械のバランス装置。
  6. 　前記シリンダ本体に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受を設けたことを特徴とする請求項５に記載の工作機械のバランス装置。
  7. 　前記回転駆動手段は、前記シリンダ本体の上端部分に設けた従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有することを特徴とする請求項５又は６に記載の工作機械のバランス装置。
PCT/JP2010/067377 2009-11-26 2010-10-04 工作機械のバランス装置 WO2011065126A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201080052751.8A CN102639290B (zh) 2009-11-26 2010-10-04 工具机的平衡装置
EP10832973.1A EP2505301A4 (en) 2009-11-26 2010-10-04 BALANCING DEVICE FOR MACHINE TOOLS

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009268607A JP5448749B2 (ja) 2009-11-26 2009-11-26 工作機械のバランス装置
JP2009-268607 2009-11-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011065126A1 true WO2011065126A1 (ja) 2011-06-03

Family

ID=44066230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/067377 WO2011065126A1 (ja) 2009-11-26 2010-10-04 工作機械のバランス装置

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2505301A4 (ja)
JP (1) JP5448749B2 (ja)
KR (1) KR20120100932A (ja)
CN (1) CN102639290B (ja)
WO (1) WO2011065126A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109623478A (zh) * 2018-12-28 2019-04-16 沈阳中捷航空航天机床有限公司 一种机床上用的滑枕重力平衡装置
CN115741209A (zh) * 2022-11-21 2023-03-07 绍兴格洛博动力总成有限公司 一种机床重力平衡装置及立式稳定机床

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105619076A (zh) * 2014-10-28 2016-06-01 富鼎电子科技(嘉善)有限公司 复合加工装置
CN106481722A (zh) * 2016-11-18 2017-03-08 江苏智石科技有限公司 一种氮气平衡器密封结构
CN113369976B (zh) * 2021-07-08 2022-12-13 长春工程学院 一种具有降低机床共振的装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002096229A (ja) * 2000-09-18 2002-04-02 Pascal Kk 工作機械用主軸バランサ
JP2006088230A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Toyoda Mach Works Ltd 工作機械

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04102706A (ja) * 1990-08-17 1992-04-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 液圧シリンダー
CN2182708Y (zh) * 1993-10-20 1994-11-16 上海市机电设备研究所 气动弹簧平衡铣床垂直升降工作台
JP4769011B2 (ja) * 2005-04-18 2011-09-07 コマツＮｔｃ株式会社 工作機械の空気静圧バランサ
JPWO2007099632A1 (ja) * 2006-03-02 2009-07-16 パスカルエンジニアリング株式会社 工作機械用主軸バランサ
CN101407024B (zh) * 2008-11-25 2010-07-14 吴行飞 高精度高刚度封闭式流体静压/动静压回转工作台
JP5242525B2 (ja) * 2009-09-03 2013-07-24 安田工業株式会社 シリンダ装置及びそのシリンダ装置を備えた工作機械

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002096229A (ja) * 2000-09-18 2002-04-02 Pascal Kk 工作機械用主軸バランサ
JP2006088230A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Toyoda Mach Works Ltd 工作機械

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109623478A (zh) * 2018-12-28 2019-04-16 沈阳中捷航空航天机床有限公司 一种机床上用的滑枕重力平衡装置
CN115741209A (zh) * 2022-11-21 2023-03-07 绍兴格洛博动力总成有限公司 一种机床重力平衡装置及立式稳定机床

Also Published As

Publication number Publication date
EP2505301A1 (en) 2012-10-03
JP5448749B2 (ja) 2014-03-19
JP2011110645A (ja) 2011-06-09
CN102639290B (zh) 2014-10-01
EP2505301A4 (en) 2013-04-24
CN102639290A (zh) 2012-08-15
KR20120100932A (ko) 2012-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106378704B (zh) 一种柔性打磨装置
WO2011065126A1 (ja) 工作機械のバランス装置
JP5213113B2 (ja) ダイクッション装置及びそれを備えるプレス機械
KR101219499B1 (ko) 실린더 장치
EP2862670A1 (en) A counterforce mechanism and methods of operation thereof
CN203621544U (zh) 卧式钻床
JP5638247B2 (ja) 工作機械
CN201871792U (zh) 数控龙门铣床氮气平衡系统
JP6926605B2 (ja) 研削盤
JP6686554B2 (ja) 回転テーブル装置、及び当該装置を備えた工作機械
CN201881145U (zh) 球阀体车磨床的车磨加工一体化机构
WO2013018482A1 (ja) ガススプリング
JP7415583B2 (ja) 回転テーブル装置
JP2009168098A (ja) ボールねじ装置
JP2011161547A (ja) 工作機械のバランス装置
JP5082297B2 (ja) 非接触式シリンダ装置
JP4507787B2 (ja) 工作機械
JP6613468B2 (ja) 回転軸用バランサ装置
JP4449583B2 (ja) マシニングセンタおよびマシニングセンタのコラム支持方法
WO2018016005A1 (ja) スライド走行装置および同装置を搭載した工作機械
JP2000153418A (ja) 工作機械のバランス装置
JPWO2008105080A1 (ja) プル型ガスバランサ
JP5428260B2 (ja) 仮受台を備える工作機械
JP2006142435A (ja) シール装置
JP5239397B2 (ja) バランスシリンダ装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080052751.8

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10832973

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010832973

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127010127

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE