JP2007160445A

JP2007160445A - 送り装置

Info

Publication number: JP2007160445A
Application number: JP2005358331A
Authority: JP
Inventors: Akira Takase; 亮高瀬
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】上下方向の高さ寸法を小さくして小型化を図ることができる送り装置を提供する。
【解決手段】ベッド１１の上面にレール支持台１２及びＸ軸ガイドレール１３を敷設する。前記Ｘ軸ガイドレール１３にＸ軸サドル１４をスライダ１５によってＸ軸方向の往復動可能に装着する。前記Ｘ軸サドル１４の上面にＺ軸サドル２２をＺ軸方向の往復動可能に装着する。前記Ｘ軸サドル１４の上面にブラケット２５を介してボールねじナット２６を取り付ける。前記Ｚ軸サドル２２の下部後端面にＺ軸サーボモータ２７を取り付け、その回転軸２７ａにカップリング２８を介してボールねじ２９を直列に連結し、このボールねじ２９を前記ボールねじナット２６に螺合する。Ｚ軸サーボモータ２７をＺ軸サドル２２に元々必要な高さ領域内に取り付けることができ、Ｘ軸サドル１４の高さ寸法を短くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば工作機械の主軸装置の送り装置等のボールねじを用いた送り装置に係り、詳しくは上下方向の高さを小さくして小型化を図ることができる送り装置に関する。

送り装置として、従来、特許文献１に開示されたものが提案されている。この送り装置おいては、ベースの上面に案内部に沿って移動する移動体にボールねじを固定し、固定位置に回転自在に設けたナットの回転によって、ボールねじを軸方向に送るように構成されている。前記ナットの回転用のモータは前記ベース側に配置されている。

又、送り機構として、特許文献２に開示されたものが提案されている。この送り機構においては、所定位置において駆動モータによって送りねじ軸を回転可能に支持し、前記送りねじ軸の上方において軸受及びガイド棒によって水平方向に往復動可能に送りテーブルを支持し、該送りテーブルの下面に取り付けられたナットに前記送りねじ軸を螺合している。

さらに、工作機械のテーブル送り機構として、特許文献３に開示されたものが提案されている。この送り機構においては、ベッドに形成されたテーブル案内面上にテーブルを往復動可能に支持すると共に、前記ベッドの側面にサーボモータを取り付け、その回転軸にボールねじを連結している。そして、前記テーブルの下面に下方に一体形成されたブラケットにボールねじナットを取り付けると共に、このボールねじナットに前記ボールねじを螺合している。
実開平５−３９８３８号公報特開昭５９−４２２４４号公報特開昭５５−９０２４４号公報

ところが、上記従来の送り装置（又は送り機構）はいずれもベース（又はベッド）などの下部支持台にサーボモータと、ボールねじを装着しているので、ベースの上下方向の高さ寸法が大きくなり、送り装置（又は送り機構）の全体の小型化を図ることができないという問題があった。

又、送り装置が工作機械に用いられた場合には、図３に実線で示すように、ベッド、三軸方向に往復動されるサドル、該サドルに装着された主軸装置、前記ベッドに装着されたワークテーブル及び該テーブルに支持されたワークの工具による加工点Ｐを通る力のループのうち上下方向成分の長さＨ１が長くなり、工作機械の剛性が低下し、ワークの加工精度が低下するという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題を解消して、上下方向の高さ寸法を小さくして小型化を図ることができる送り装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、上記目的に加えて、三軸方向に往復動されるサドルに装着された主軸装置の高さを低くすることができ、これによってワークの加工中における加工点を通る力のループのうち上下方向成分の長さを短くすることができ、工作機械の剛性を向上し、ワークの加工精度を向上することができる送り装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、下部支持台の上部に案内機構を配設し、該案内機構を介して上部支持台を往復動可能に装着し、前記下部支持台の上面にボールねじナットを取り付け、前記上部支持台の底面にサーボモータを取り付け、該サーボモータの回転軸に連結したボールねじを前記ボールねじナットに螺合したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記下部支持台は、ベッドの上面にＸ軸案内機構により左右方向であるＸ軸方向の往復動可能に支持されたＸ軸サドルであり、上部支持台は前記Ｘ軸サドルの上面にＺ軸案内機構により前後方向であるＺ軸方向の往復動可能に支持されたＺ軸サドルであって、該Ｚ軸サドルにはＹ軸案内機構によりＹ軸サドルが上下方向であるＹ軸方向の往復動可能に支持され、該Ｙ軸サドルには主軸装置がＺ軸方向に指向するように装着されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記下部支持台はベッドであり、上部支持台は前記ベッドの上面にＺ軸案内機構により前後方向であるＺ軸方向の往復動可能に支持されたＺ軸サドルであって、該Ｚ軸サドルにはＹ軸案内機構によりＹ軸サドルが上下方向であるＹ軸方向の往復動可能に支持され、該Ｙ軸サドルには主軸装置がＺ軸方向に指向するように装着されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３において、前記主軸装置は前記Ｙ軸サドルに取り付けられた主軸用モータと、該モータの回転軸に連結され、工具を着脱可能な主軸とにより構成されており、前記主軸装置は前記Ｚ軸サドルを前後方向に往復動させるためのＺ軸ボールねじの前方に装設されていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明は、下部支持台の上部に案内機構を配設し、該案内機構を介して上部支持台を往復動可能に装着し、前記下部支持台の上面にボールねじナットを装着し、前記上部支持台にサーボモータを取り付け、該サーボモータの回転軸に対し前記ボールねじナットに螺合されるボールねじを連結した。このため、下部支持台の高さ寸法を短くすることができると共に、上部支持台に元々必要な高さ領域を利用して前記サーボモータを取り付けることができ、上部支持台の高さ寸法を大きくしなくても済み、全体として送り装置の高さ寸法を短くすることができ、小型化を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、Ｘ軸サドルの高さ寸法を短くすることができると共に、Ｚ軸サドルに元々必要な高さ領域を利用して前記サーボモータを取り付けることができ、Ｚ軸サドルの高さ寸法を短くすることができる。従って、工作機械の全体の高さ寸法を短くすることができ、工作機械の小型化を図ることができる。又、Ｚ軸サドルに装着された主軸装置の上下方向の移動ストロークを全体的に低くすることができ、ワークの加工中における加工点を通る力のループのうち上下方向成分の長さを短くすることができ、工作機械の剛性を向上し、ワークの加工精度を向上することができる。

請求項３に記載の発明は、Ｚ軸サドルに元々必要な高さ領域を利用して前記サーボモータを取り付けることができ、Ｚ軸サドルの高さ寸法を短くすることができる。従って、工作機械の全体の高さ寸法を短くすることができ、工作機械の小型化を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、ボールねじの前方に主軸装置の上下方向の移動ストロークの下限位置を設定したので、工作機械の全体の高さ寸法をさらに短くすることができ、工作機械の小型化を図ることができる。

以下、本発明を具体化した送り装置の一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、ベッド１１の上面には、Ｚ軸方向に所定の間隔をおいて、一対のレール支持台１２が固定され、両レール支持台１２の上面には、Ｘ軸ガイドレール１３がＸ軸方向（図１の紙面直交方向）に互いに平行に敷設されている。前記両レール１３には下部支持台としてのＸ軸サドル１４が複数のスライダ１５を介してＸ軸方向の往復動可能に装着されている。前記Ｘ軸ガイドレール１３及びスライダ１５によってＸ軸サドル１４をＸ軸方向に案内するＸ軸案内機構が構成されている。前記ベッド１１の上面には両レール支持台１２の間に位置するように、固定マグネット１６がＸ軸方向に敷設され、この固定マグネット１６と対応するように前記Ｘ軸サドル１４の下面にはリニアモータ１７が取り付けられている。そして、前記リニアモータ１７に通電することによってＸ軸サドル１４がＸ軸方向に往復直線移動されるようになっている。前記固定マグネット１６及びリニアモータ１７によって、Ｘ軸サドル１４のＸ軸駆動機構が構成されている。

図２に示すように、前記Ｘ軸サドル１４の上面には、Ｘ軸方向に所定の間隔をおいて、一対のＺ軸ガイドレール２１がＺ軸方向（図２の紙面直交方向）に互いに平行に敷設され、両Ｚ軸ガイドレール２１には上部支持台としてのＺ軸サドル２２が複数のスライダ２３を介してＺ軸方向の往復動可能に装着されている。前記Ｚ軸ガイドレール２１及びスライダ２３によって、Ｚ軸サドル２２をＺ軸方向に案内するＺ軸案内機構が構成されている。

前記Ｘ軸サドル１４の上面にはブラケット２５を介してボールねじナット２６が取り付けられると共に、前記Ｚ軸サドル２２の下部の後端面には、Ｚ軸サーボモータ２７が取り付けられ、その回転軸２７ａにはカップリング２８を介してボールねじ２９が直列に連結され、サポートベアリング３０によって回動可能に支持されている。前記ボールねじ２９は前記ボールねじナット２６に螺合されている。そして、前記Ｚ軸サーボモータ２７が作動され、回転軸２７ａが回転されると、カップリング２８を介してボールねじ２９が回転され、Ｚ軸ガイドレール２１に沿ってスライダ２３及びＺ軸サドル２２がＺ軸方向に往復動されるようになっている。

前記Ｚ軸サドル２２の前面にはＹ軸ガイドレール３１が図２に示すようにＹ軸方向（上下方向）に、かつ互いに平行に敷設され、両Ｙ軸ガイドレール３１にはＹ軸サドル３２が複数のスライダ３３を介してＹ軸方向の往復動可能に装着されている。前記Ｙ軸ガイドレール３１及びスライダ３３によってＹ軸サドル３２をＹ軸方向に案内するＹ軸案内機構が構成されている。前記Ｙ軸サドル３２の背面にはブラケット３４を介してボールねじナット３５が取り付けられている。一方、前記Ｚ軸サドル２２の上部にはＹ軸サーボモータ３６が下向きに取り付けられ、その回転軸３６ａの下端部にはカップリング３７を介してボールねじ３８が直列に連結され、サポートベアリング３９によって回動可能に支持されている。前記ボールねじ３８が前記ボールねじナット３５に螺合されている。そして、Ｙ軸サーボモータ３６が作動されて、回転軸３６ａが回転されるとカップリング３７を介してボールねじ３８が回転され、前記Ｙ軸サドル３２がＹ軸方向に往復動される。

前記Ｙ軸サドル３２の前面には主軸用モータとしてのビルトインモータ（図示略）を内蔵した主軸装置４１がＺ軸方向に取り付けられ、この主軸装置４１の主軸４２の先端部には、工具４３が取り付けられている。

前記ベッド１１の上面にはワークＷを支持するテーブル４４が装着され、図示しないクランプ機構によってワークを所定位置にクランプするように構成されている。
次に、前記のように構成した工作機械についてその動作を説明する。

前記リニアモータ１７を作動して、前記Ｘ軸サドル１４をＸ軸方向に移動すると共に、前記Ｙ軸サーボモータ３６を作動して、前記Ｙ軸サドル３２及び主軸装置４１をＹ軸方向に移動することにより、前記工具４３のＸ軸方向及びＹ軸方向の加工座標位置を設定する。次に、Ｚ軸サーボモータ２７を作動してボールねじ２９を回転することにより、Ｚ軸サドル２２を介して主軸装置４１をＺ軸方向に前進させ、工具４３によってテーブル４４に支持されたワークＷの加工を行う。

上記実施形態の送り装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記Ｘ軸サドル１４の上面にブラケット２５を介してボールねじナット２６を取り付けると共に、Ｚ軸サドル２２の後端部にＺ軸サーボモータ２７を取り付け、その回転軸２７ａにカップリング２８を介してボールねじ２９を連結し、ボールねじナット２６にボールねじ２９を螺合した。このため、Ｚ軸サドル２２の下端部に形成した収容空間Ｒ、つまりＺ軸サドル２２に元々必要な高さ領域を利用して前記ブラケット２５及びボールねじナット２６を収容し、かつＺ軸サーボモータ２７を取り付けることができ、Ｘ軸サドル１４とＺ軸サドル２２の上下方向の全体の高さ寸法を小さくすることができ、工作機械の小型化を図ることができる。

（２）上記実施形態では、前記ベッド１１からのＸ軸サドル１４の高さ寸法を短くすることができるとともに、Ｚ軸サドル２２の高さを低くすることができる。このため、前記Ｙ軸サドル３２及び主軸装置４１の高さを低くすることができ、図１及び図３に二点鎖線で示すようにワークＷの加工時における加工点Ｐを通る力のループのうち上下方向成分の長さＨ２を従来の長さＨ１に比べ短くすることができ、工作機械の剛性を向上し、ワークＷの加工精度を向上することができる。

（３）上記実施形態では、前記Ｘ軸サドル１４にブラケット２５によりボールねじナット２６を装着し、前記Ｚ軸サドル２２側にＺ軸サーボモータ２７とボールねじ２９を装着したことにより、前記Ｘ軸サドル１４の構成を簡素化し、製造を容易に行い、コストの低減を図ることができる。

（４）上記実施形態では、ボールねじ２９がＺ軸サドル２２とともに前後方向に移動され関係にあるため、Ｙ軸サドル３２の上下方向の移動ストロークの下限位置を図１に示すようにボールねじ２９の前方に設定した。このため、Ｙ軸サドル３２の移動ストロークを全体的に低くすることができ、この点からも工作機械の全体の高さ寸法を短くすることができ、工作機械の小型化を図ることができる。

（５）上記実施形態では、前記Ｘ軸サドル１４を固定マグネット１６とリニアモータ１７によって駆動するようにした。このため、Ｘ軸サドル１４の高さを低くすることができ、この点からも力のループ長を短くして、工作機械の剛性を向上し、ワークＷの加工精度を向上することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図４に示すように、ベッド１１の上面にＺ軸ガイドレール２１を敷設してＺ軸サドル２２を装着してもよい。この送り装置は、Ｚ軸サドル２２に元々必要な高さ領域を利用して前記ボールねじ２９用のサーボモータを取り付けることができ、Ｚ軸サドル２２の高さ寸法を短くすることができる。従って、工作機械の全体の高さ寸法を短くすることができ、工作機械の小型化を図ることができる。

・前記Ｘ軸サドル１４のＸ軸駆動機構を、ボールねじ、ボールねじナット及びサーボモータよりなる送り装置に代えてもよい。
・数値制御方式の工作機械のテーブル送り装置に具体化したり、その他、各種の上部支持台を往復動する送り装置として具体化したりしてもよい。

・主軸装置４１の外部に主軸４２を回転するモータを装着してもよい。
・主軸装置４１として複数の主軸４２を備えた多軸ヘッドを装着してもよい。

この発明を具体化した工作機械の側断面図。工作機械の正断面図。ワークの加工中の加工点を通る力のループを説明する線図。この発明の別の実施形態を示すテーブルを省略した正面図。

符号の説明

１１…ベッド、１４…Ｘ軸サドル、２２…Ｚ軸サドル、２６…ボールねじナット、２７ａ…回転軸、２９…ボールねじ、３２…Ｙ軸サドル、４１…主軸装置、４２…主軸、４３…工具。

Claims

下部支持台の上部に案内機構を配設し、該案内機構を介して上部支持台を往復動可能に装着し、前記下部支持台の上面にボールねじナットを取り付け、前記上部支持台の底面にサーボモータを取り付け、該サーボモータの回転軸に連結したボールねじを前記ボールねじナットに螺合したことを特徴とする送り装置。
請求項１において、前記下部支持台は、ベッドの上面にＸ軸案内機構により左右方向であるＸ軸方向の往復動可能に支持されたＸ軸サドルであり、上部支持台は前記Ｘ軸サドルの上面にＺ軸案内機構により前後方向であるＺ軸方向の往復動可能に支持されたＺ軸サドルであって、該Ｚ軸サドルにはＹ軸案内機構によりＹ軸サドルが上下方向であるＹ軸方向の往復動可能に支持され、該Ｙ軸サドルには主軸装置がＺ軸方向に指向するように装着されていることを特徴とする送り装置。
請求項１において、前記下部支持台はベッドであり、上部支持台は前記ベッドの上面にＺ軸案内機構により前後方向であるＺ軸方向の往復動可能に支持されたＺ軸サドルであって、該Ｚ軸サドルにはＹ軸案内機構によりＹ軸サドルが上下方向であるＹ軸方向の往復動可能に支持され、該Ｙ軸サドルには主軸装置がＺ軸方向に指向するように装着されていることを特徴とする送り装置。
請求項２又は３において、前記主軸装置は前記Ｙ軸サドルに取り付けられた主軸用モータと、該モータの回転軸に連結され、工具を着脱可能な主軸とにより構成され、前記主軸装置は前記Ｚ軸サドルをＺ軸方向に往復動させるためのボールねじの前方に装設されていることを特徴とする送り装置。