WO2018016005A1

WO2018016005A1 - スライド走行装置および同装置を搭載した工作機械

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Publication number: WO2018016005A1
Application number: PCT/JP2016/071168
Authority: WO
Inventors: 長井修; 鈴山惠史
Original assignee: 富士機械製造株式会社
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2018-01-25
Also published as: JP6735346B2; JPWO2018016005A1; CN109477514A; CN109477514B

Abstract

寿命をのばすための構成を備えたスライド走行装置（５０）は、転動体（５２０）を保持した第１ブロック（４１，５１）と、転動体（５２０）が接する走行面（３１１，３１３，３１４）を備えた第２ブロック（３１）とが組み付けられ、第１ブロック（４１，５１）と第２ブロック（３１）との間に相対的な直線状の移動を生じさせるものであって、第１ブロック（４１，５１）は、複数の転動体（５２０）を保持した保持部材（５２）が着脱可能に取り付けられたものであり、第１ブロック（４１，５１）に対する保持部材（５２）の取り付け状態の変更により、転動体（５２０）の位置が相対的移動方向に直交する方向に変位するものである。

Description

スライド走行装置および同装置を搭載した工作機械

　本発明は、走行面におけるローラの相対的な移動によりスライダを走行させるスライド走行装置および、そのスライド走行装置を搭載した工作機械に関する。

　スライダを走行させるスライド走行装置は、スライダとガイドとの間でローラやボールが走行面を転動し、あるいはスライダがレールを摺動することにより、長年の使用によって構成部材に摩耗が生じる。そのため、ローラが転動する走行面を備える構成部材には、焼入れ処理によって耐摩耗性の向上が図られている。また、下記特許文献１には、摩耗した部材の交換が容易なスライド走行装置が開示されている。そのスライド走行装置は、スライダがガイドレールを掴むようにして摺動可能に組み付けられ、そのスライダには取付ブロックが一体に形成されている。そして、取付ブロックは、移動対象となる治具などがボルトによって取り付け可能になっている。なお、このスライド走行装置には、取付ブロックにガイドレールと同方向の貫通空間が形成され、そこにカバーが通されることでスライド走行装置の摺動部分を保護する構成となっている。

特開平８－１４７８号公報

　スライド走行装置は、ローラの走行面などの寿命をのばすためその走行面に焼入れ処理などが行われるが、それでも長い年月の間使用されることにより摩耗によって段差などが生じてしまう。そして、その摩耗による段差などの経年変化が生じた場合、スライダの位置決め精度などに影響が生じることになる。すると、このスライド走行装置が加工機などの一部として構成されたような場合には、スライダの位置決め精度の低下が加工精度の低下を引き起こしてしまう。よって、ローラが転動する走行面に摩耗による段差や傾斜などの不具合が生じた場合には、再研磨等によるメンテナンスが必要になる。そして、メンテナンスを行っても不具合が改善されない場合は、スライド走行装置やそのスライド走行装置を搭載した加工機など機械本体の寿命を迎えることとなる。

　前記特許文献１のスライド走行装置は、レールやスライダなどの構成部材が交換可能であるため、同装置を使用する加工機であれば部品交換によって寿命をのばすことができる。しかし、工作機械を構成するスライド走行装置などでは、焼入れされた走行面の交換を容易に行うことができず、メンテナンス処理に対する負担が大きい。特に、重量のある大型機械では、その場でメンテナンスを行うことができないためメンテナンス工場へ持ち込まなければならず、クレーンなどを使用した大掛かりな作業になってしまう。また、焼入れされた走行面の交換は熟練作業者による高いレベルの調整作業が要求され、さらにメンテナンスを行ったとしても初期精度が復元できる保障もない。

　そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、寿命をのばすための構成を備えたスライド走行装置および同装置を搭載した工作機械を提供することを目的とする。

　本発明の一態様におけるスライド走行装置は、転動体を保持した第１ブロックと、前記転動体が接する走行面を備えた第２ブロックとが組み付けられ、前記第１ブロックと前記第２ブロックとの間に相対的な直線状の移動を生じさせるものであって、前記第１ブロックは、複数の前記転動体を保持した保持部材が着脱可能に取り付けられたものであり、前記第１ブロックに対する前記保持部材の取り付け状態の変更により、前記転動体の位置が相対的移動方向に直交する方向に変位するものである。

　本発明の他の態様における工作機械は、転動体を保持するガイドと、前記転動体が接する走行面を備えたスライダとを有するスライド走行装置を備え、刃物台が搭載された前記スライダを移動させることにより前記刃物台に装着された工具の位置を調整するものであって、前記スライド走行装置は、複数の前記転動体を保持した保持部材が前記ガイドに対して着脱可能に取り付けられたものであり、前記ガイドに対する前記保持部材の取り付け状態の変更により、前記転動体の位置が前記スライダの移動方向に対して直交する方向に変位するものである。

　本発明によれば、第１ブロックの転動体が第２ブロックの走行面を転動することによって走行面に転動体との摩擦による経年変化が生じるが、第１ブロックに対する保持部材の取り付け状態の変更が行われることにより、転動体の位置が移動方向に直交する方向に変位して摩耗の生じる位置がずれるため、経年変化を原因とする寿命をのばすことができる。

工作機械の一実施形態の内部構造を示した側面図である。加工モジュールの主要部であるタレット旋盤機を示した斜視図である。スライド走行装置の一実施形態を示した斜視図である。スライド走行装置の一実施形態を示した斜視図であり、特にローラ部材を取り出した状態の図である。スライド走行装置の一実施形態を示した図３のＡ－Ａ断面図である。ローラ部材を組換えたスライド走行装置の一実施形態を示した断面図である。

　次に、本発明に係るスライド走行装置および同装置を搭載した工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の工作機械について、その内部構造を示した側面図である。この工作機械１は、加工モジュール１０が一点鎖線で示す外形の本体カバー２によって覆われ、そのカバー内部にワークＷを加工するための密閉された加工室が構成されている。そして、この加工モジュール１０は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具を備えるタレット旋盤機５によって構成されている。

　工作機械１は、レール３０１が敷設されベース３上に車輪を備えた可動ベッド６が移動可能に設置され、その可動ベッド６上には、タレット旋盤機５や制御装置７が搭載された加工モジュール１０が構成されている。従って、工作機械１は、本体カバー２内に収められた加工モジュール１０を前後方向に引き出すことが可能であり、本体カバー２の外に出すことにより加工モジュール１０のメンテナンスや交換などを容易に行うことができるようになっている。

　ここで、図２は、加工モジュール１０の主要部であるタレット旋盤機５を示した斜視図である。タレット旋盤機５は、掴んだワークＷを回転させる主軸台１１や、ワークＷを加工するための工具１８を備えたタレット装置１２、更にそのタレット装置１２をＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置１３やＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置１４などによって構成されている。なお、本実施形態においてＺ軸方向は、主軸台１１の主軸と平行な機体前後方向であり、Ｘ軸方向は、Ｚ軸に対して直交する機体上下方向であり、Ｙ軸方向は、Ｚ軸に直交する機体幅方向である。

　工作機械１のタレット旋盤機５は、主軸台１１に保持されたワークＷに対し、タレット装置１２の工具１８をＺ軸方向とＸ軸方向とに移動させる２軸旋盤である。特に、このタレット旋盤機５は、以下に示すように幅寸法を小さくするためＸ軸方向が鉛直方向に設定されている。まず、タレット旋盤機５の主軸台１１は、その主軸がレール３０１と平行な水平軸であり、主軸端部にワークＷを把持するチャック装置２１を備え、そのチャック２１をワークＷとともに回転させる回転機構が構成されている。すなわち、主軸台１１は内部にスピンドルが回転自在に支持され、その先端部にチャック装置２１が固定されている。そして、スピンドルにはプーリが固定され、主軸用モータ２２の回転軸に固定されたプーリとの間にベルト２３が掛け渡されている。

　次に、Ｚ軸駆動装置１３は、Ｚ軸スライダ３１がＺ軸ガイド３２に対してＺ軸方向に移動可能に取り付けられ、そのＺ軸スライダ３１の端部に複数の工具１８を備えたタレット装置１２が取り付けられている。そして、Ｚ軸駆動装置１３には、Ｚ軸スライダ３１を移動させるため、Ｚ軸用サーボモータ３３の回転出力を直進運動に変換するボールネジが使用されている。すなわち、Ｚ軸ガイド３２には支持フレーム３４が固定され、その軸受によって支持されたネジ軸３５が、Ｚ軸スライダ３１内に設けられた非回転のナットに螺合している。また、支持フレーム３４にはプレート３６が固定され、そこに取り付けられたＺ軸用サーボモータ３３とネジ軸３５の各々のプーリにベルト３７が掛け渡されている。

　Ｚ軸駆動装置１３は、そのＺ軸ガイド３２がＸ軸駆動装置１４のＸ軸スライダ４１に組み付けられている。よって、Ｚ軸駆動装置１３の全体がＸ軸スライダ４１に支えられているため、このＸ軸スライダ４１の移動によりタレット装置１２（工具１８）のＸ軸方向つまり上下方向の位置決めが行われることとなる。そして、可動ベッド６には主軸台１１に近接してコラム１５が立設され、Ｘ軸スライダ４１は、コラム１５のガイドレール１５１を掴んで摺動するよう構成されている。従って、Ｘ軸スライダ４１に搭載された状態のＺ軸駆動装置１３は、主軸台１１の上方を昇降するように配置されている。

　Ｘ軸駆動装置１４は、Ｘ軸スライダ４１を上下方向に移動させるため、Ｘ軸用サーボモータ４２の回転出力を昇降運動に変換するボールネジが使用されている。すなわち、コラム１５には、鉛直方向に配置されたネジ軸４３が軸受を介して回転可能に支持され、Ｘ軸スライダ４１内に設けられた非回転のナットが螺合している。また、Ｘ軸用サーボモータ４２はコラム１５の上部に取り付けられ、そのＸ軸用サーボモータ４２とネジ軸４３の各々のプーリにベルト４５が掛け渡されている。

　このタレット旋盤機５では、Ｚ軸用サーボモータ３３の駆動によりその回転運動が直線運動に変換されてＺ軸スライダ３１がＺ軸方向に移動し、同じくＸ軸用サーボモータ４２の駆動によりその回転運動が直線運動に変換されてＸ軸スライダ４１がＸ軸方向に移動するようになっている。そのため、Ｚ軸スライダ３１に固定されたタレット装置１２の工具１８がＺ軸方向及びＸ軸方向に移動し、主軸側で回転するワークＷに対して切削加工などが行われる。

　タレット旋盤機５を備えた工作機械１は、高い加工精度が要求されるため、ワークＷに向けて移動する工具１８に対しても高い位置決め精度が求められる。つまり、Ｚ軸駆動装置１３及びＸ軸駆動装置１４における正確な駆動制御が必要になる。ここで、図３は、Ｚ軸駆動装置１３を構成するスライド走行装置を示した斜視図である。また、図５は、同じくスライド走行装置を示した図３のＡ－Ａ断面図である。

　Ｚ軸駆動装置１３のスライド走行装置５０は、Ｚ軸スライダ３１とＺ軸ガイド３２によって構成されている。そのＺ軸ガイド３２は、Ｘ軸スライダ４１に対して２つのガイドフレーム５１がＺ軸方向に間隔をあけて固定されている。すなわち、Ｘ軸スライダ４１は、Ｘ軸方向に平行なスライダ本体部４１１からＹ軸方向に上側支持部４１２と下側支持部４１３とが突き出して形成されている。そして、略Ｃ形形状のガイドフレーム５１が、その両端部を上側支持部４１２と下側支持部４１３とに突き当てられた状態で固定されている。

　スライド走行装置５０は、Ｘ軸スライダ４１に対してスライダ本体部４１１、上側支持部４１２および下側支持部４１３によってＺ軸方向に沿ったスライド溝４１５が形成され、Ｚ軸スライダ３１がそのスライド溝４１５に対して摺動可能に嵌め込まれる。そして、ガイドフレーム５１がＸ軸スライダ４１に固定され、Ｚ軸方向の２箇所でＺ軸スライダ３１が移動可能に保持される。このＸ軸スライダ４１とガイドフレーム５１からなるスライド支持部７０では、Ｚ軸スライダ３１をガタなく保持するとともに、Ｚ軸方向への滑らかな移動を可能にするためのローラ部材５２が設けられている。具体的には、図５に示すように、１箇所のスライド支持部７０に４箇のローラ部材５２が設けられている。

　Ｚ軸スライダ３１は、図３に示すように断面がＨ形をした棒状の部材であり、表側には深い溝を介して上下に平行な２つの側方側走行面３１１が形成され、裏側には浅い溝を介して上下に平行な摺接面３１２が形成されている。更に、Ｚ軸スライダ３１の上下にはそれぞれ上方側走行面３１３と下方側走行面３１４とが形成されている。摺接面３１２は、Ｘ軸スライダ４１に形成されたスライド溝４１５内の鉛直面に摺接する摺接面になっている。一方、側方側走行面３１１、上方側走行面３１３および下方側走行面３１４は、ローラ部材５２のローラ５２０が転動する走行面となっている。

　鋼材からなるＺ軸スライダ３１は、その表面に焼入れ処理が行われており、摺接面やローラ５２０が転動する走行面の硬度を高めて耐摩耗性などの向上が図られている。これによりスライド走行装置５０の寿命は延びるが、それでも繰り返しローラ５２０が転動すれば、長い年月を経て焼入れした走行面にも摩耗が生じてしまう。そして、側方側走行面３１１などに生じる経年変化は、Ｚ軸スライダ３１のＺ軸方向の移動位置の精度を狂わせてしまう原因になる。そのため、ある程度の摩耗が生じた場合にはＺ軸スライダ３１に対するメンテナンスが必要になるが、前記課題でも述べたように、メンテナンスが大掛かりな作業になるほか、側方側走行面３１１、上方側走行面３１３および下方側走行面３１４に対する高レベルの調整作業が要求される一方で、初期精度が復元できるという保障もない。そこで、本実施形態のスライド走行装置５０では、摩耗に対するＺ軸スライダ３１の寿命をより長くするための構成がとられている。

　ここで、図４は、図３と同じくスライド走行装置を示した斜視図であるが、特に、スライド支持部７０からローラ部材５２を取り出した状態の図が示されている。前述したように、スライド走行装置５０にはガイドフレーム５１からなるスライド支持部７０に４箇のローラ部材５２が設けられている（図５参照）。本実施形態では、そのローラ部材５２としてＬＭローラが使用されている。つまり、ローラ部材５２は、軌道台の外周に複数の杵形のローラ５２０（図５参照）が無限循環移動するように組み込まれ、そうしたローラ５２０にはリテーナが被せられた構成をしている。

　スライド支持部７０では、Ｚ軸スライダ３１が環状に囲まれており、その内周部分に嵌合凹部６１～６４が形成され、そこにローラ部材５２が嵌め込まれている。上下に位置する嵌合凹部６１，６４は、Ｘ軸スライダ４１とガイドフレーム５１の連結部分に形成され、側方の嵌合凹部６２，６３は、ガイドフレーム５１の内側に形成されている。嵌合凹部６１～６４はローラ部材５２よりも大きいサイズで形成されている。そのため、嵌合凹部６１～６３では、ローラ部材５２にスペーサ５５が被せられ、嵌合凹部６４のローラ部材５２は幅方向の隙間にスペーサ５６が挟み込まれている。

　スペーサ５５は、溝形形状の部材であり、凹んだ内側部分にローラ部材５２が一体的に組み込まれる。また、スペーサ５５の外形寸法は嵌合凹部６１～６３の寸法に合わせて形成されているため、嵌合凹部６１～６３内に配置されたローラ部材５２はスペーサ５５によって位置決めされることとなる。そして、Ｘ軸スライダ４１の上側支持部４１２とガイドフレーム５１には、嵌合凹部６１～６３にまで貫通する押え込みボルト５７が外側から螺合されている。よって、嵌合凹部６１～６３内に配置されたローラ部材５２は、押え込みボルト５７の締め付けにより、スペーサ５５を介して側方側走行面３１１や上方側走行面３１３にローラ５２０が押し当てられることとなる。

　一方、下方に位置する嵌合凹部６４内のスペーサ５６は直方体のブロックであり、幅方向の一方側にのみ配置されてローラ部材５２の位置決めが行われている。そして、嵌合凹部６４では、押え込みボルト５８によってローラ部材５２が下方側走行面３１４に押し当てられるようになっている。嵌合凹部６１～６３の押え込みボルト５７は、側方側走行面３１１や上方側走行面３１３に対して直交しているが、嵌合凹部６４の押え込みボルト５８は、下方側走行面３１４とほぼ平行であり、ガイドフレーム５１側つまり前方側から締め付け作業が行えるように構成されている。

　押え込みボルト５８は、その締め付け方向と下方側走行面３１４に対するローラ部材５２の押え付け方向（上方）とが直交するように構成されている。押え込みボルト５８にはＬ字形の楔部材６５が連結され、押え込みボルト５８の締め付けにより、楔部材６５が締め付け方向に姿勢を変えずに移動するよう構成されている。そして、楔部材６５とローラ部材５２との間には、上下方向の移動のみが許容されたテーパ部材６６が挟み込まれている。楔部材６５とテーパ部材６６とは斜面同士が接しているため、楔部材６５の横方向の移動によってテーパ部材６６が上下方向に移動することとなる。よって、テーパ部材６６が上方に押し上げられることにより、ローラ部材５２のローラ５２０が下方側走行面３１４に押し当てられる。

　Ｚ軸スライダ３１は、上下方向や横方向からローラ部材５２によって支えられ、Ｚ軸方向のスムーズな移動が可能になっている。スペーサ５５，５６は、前述したように、嵌合凹部６１～６４の中でローラ部材５２を位置決めするものである。ここで、図６は、図５と同じくスライド走行装置５０を示した断面図であり、特にスペーサ５５，５６の取り付け状態を変化させた場合を示している。本実施形態では、溝形形状をしたスペーサ５５は、平行なサイド部分５５１，５５２の厚さが異なる寸法で形成され、そのサイド部５５１，５５２の位置を入れ替えても嵌合凹部６１～６３へ組み付けることができるようになっている。

　従って、嵌合凹部６１～６３に嵌め込まれたローラ部材５２は、スペーサ５５の組換えによって幅方向に変位することとなる。つまり、Ｚ軸スライダ３１に対して相対的に移動するローラ５２０が、その移動方向に直交するローラ部材５２の幅方向に変位することとなる。具体的には、図５に示す状態から図６に示す組換えられた後の状態では、嵌合凹部６１～６３のスペーサ５５は、肉厚のサイド部分５５１と薄肉のサイド部分５５２との位置が入れ替わり、ローラ部材５２は入れ替わった薄肉のサイド部分５５２側に僅かに変位することになる。一方、スペーサ５６は、幅方向のいずれか一方にのみ配置するため、同じようにローラ部材５２の位置が幅方向に変位することとなる。

　以上のようなスライド走行装置５０を備えた工作機械１は、ワーク加工時に、先ずタレット装置１２の割出しにより該当する工具１８が選択される。そして、チャック２１に保持され回転するワークＷに対して、Ｘ軸用サーボモータ４２が駆動してネジ軸４３が回転し、その回転運動がナットを介してＸ軸スライダ４１の昇降運動に変換される。工具１８（切削工具）の先端がワークＷの加工個所の高さに揃うようにＸ軸方向の位置決め制御が行われる。また、Ｚ軸用サーボモータ３３が駆動してネジ軸３５が回転し、その回転運動がナットを介してＺ軸スライダ３１の水平な直線運動に変換され、工具１８の先端がＺ軸方向に移動してワークＷの外形切削などが行われる。

　Ｚ軸スライダ３１は、側方側走行面３１１、上方側走行面３１３および下方側走行面３１４に当てられたローラ部材５２によって支持され、転動するローラ５２０が軌道ライン５３上を相対的に移動する。工作機械１では、ローラ部材５２のローラ５２０が常に同じ軌道ライン５３上を転動して往復するため、側方側走行面３１１などに摩耗による経年変化が生じてしまう。そして、このことがＺ軸スライダ３１の位置決め精度の低下を引き起こし、加工精度を低下させる原因となる。そこで、本実施形態では、摩耗による加工精度の低下を避けるため、所定の稼働時間を経過した時点で、図５に示す状態から図６に示す状態へとスライド走行装置５０の組換えが行われる。

　図５に示す組換え前の状態でローラ５２０が転動する軌道ライン５３の位置を転動範囲５４として示すと、図６に示す組換え後の状態では、ローラ５２０の位置がこれまでの転動範囲５４の位置から変位することになる。すなわち、図５に示す組み付け状態では、側方側走行面３１１、上方側走行面３１３および下方側走行面３１４の軌道ライン５３上をローラ部材５２のローラ５２０が転動しているが、図６に示す組み付け状態では、その軌道ライン５３に一部重なるが、僅かにずれた位置をローラ５２０が転動することになる。つまり、ローラ５２０によって摩耗の生じる位置がずれることになる。

　よって、組換え後はローラ５２０が新しい軌道ラインを転動することにより、従来は摩耗によって加工精度に影響を与えていた稼働時間であっても、加工精度を保った工作機械１の稼働が可能になる。特に、本実施形態では、溝形形状のスペーサ５５や直方体のスペーサ５６を使用し、しかも反転や位置替えの組換えによって嵌合凹部６１～６４にローラ部材５２を組み付けることでスライド走行装置５０の寿命を長くすることができる。つまり、極めて簡単な構成のスペーサ５５，５６と、そのスペーサ５５，５６に対する簡単な組み付け作業によって効果を達成することができる。

　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　例えば、前記実施形態のスライド走行装置５０は、工作機械１に組み込まれたものであるため、ローラ部材５２を保持したＺ軸ガイド３２が固定され、走行面３１１，３１３，３１４を備えたＺ軸スライダ３１が移動するよう構成となっているが、スライダとガイドとを逆転させてローラ部材５２を保持した符号３２の部材を移動させるスライダとして構成するようにしたスライド走行装置であってもよい。

１…工作機械　５…タレット旋盤機　１０…加工モジュール　１１…主軸台　１２…タレット装置　１３…Ｚ軸駆動装置　１４…Ｘ軸駆動装置　３１…Ｚ軸スライダ　３２…Ｚ軸ガイド　４１…Ｘ軸スライダ　５０…スライド走行装置　５１…ガイドフレーム　５２…ローダ部材　５３…軌道ライン　５４…転動範囲　５５，５６…スペーサ　６１～６４…嵌合凹部　６５…楔部材　６６…テーパ部材　

Claims

　転動体を保持した第１ブロックと、前記転動体が接する走行面を備えた第２ブロックとが組み付けられ、前記第１ブロックと前記第２ブロックとの間に相対的な直線状の移動を生じさせるスライド走行装置において、
　前記第１ブロックは、複数の前記転動体を保持した保持部材が着脱可能に取り付けられたものであり、前記第１ブロックに対する前記保持部材の取り付け状態の変更により、前記転動体の位置が相対的移動方向に直交する方向に変位するものであることを特徴とするスライド走行装置。
　前記保持部材は、前記第１ブロックに形成された嵌合凹部にスペーサを介して組み付けられるものであり、前記スペーサは、前記保持部材を幅方向から挟み込む両サイド部の厚みが異なるものであることを特徴とする請求項１に記載のスライド走行装置。
　前記保持部材は、前記第１ブロックに形成された嵌合凹部にスペーサとともに組み付けられるものであり、前記スペーサは、前記保持部材を幅方向の一方側にのみ配置させるものであることを特徴とする請求項１に記載のスライド走行装置。
　前記保持部材は、複数の前記転動体が幅方向にオフセットして保持されたものであることを特徴とする請求項１に記載のスライド走行装置。
　転動体を保持するガイドと、前記転動体が接する走行面を備えたスライダとを有するスライド走行装置を備え、刃物台が搭載された前記スライダを移動させることにより前記刃物台に装着された工具の位置を調整する工作機械において、
　前記スライド走行装置は、複数の前記転動体を保持した保持部材が前記ガイドに対して着脱可能に取り付けられたものであり、前記ガイドに対する前記保持部材の取り付け状態の変更により、前記転動体の位置が前記スライダの移動方向に対して直交する方向に変位するものであることを特徴とする工作機械。