JP2018163032A - Effective diameter measuring device of ball screw and system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボールねじを構成するねじ軸の有効径を測定する装置及びシステムに関し、特に、ねじ研削盤等を用いてボールねじ軸を生産する現場においてボールねじ軸の有効径の変動を加工中に自動的に測定する装置及びシステムに関する。 The present invention relates to an apparatus and system for measuring the effective diameter of a screw shaft that constitutes a ball screw, and in particular, machining the variation of the effective diameter of the ball screw shaft at a site where the ball screw shaft is produced using a screw grinder or the like. The present invention relates to an apparatus and a system for automatically measuring.
ボールねじは、産業機械やロボットなどに用いられる機械要素であり、外周面にねじ溝を有するねじ軸と、内周面にねじ溝を有するナットと、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とからなる転動路に収容された多数のボール(通常は鋼球)とを備え、高い動力伝達効率と位置精度とをもって回転運動の直線運動への変換(あるいは、直線運動の回転運動への変換)を行う。即ち、ボールねじは、外周面に所定のリードで螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、内周面にねじ軸側のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を有し、ボールを介してねじ軸に螺合するナット部材とから構成されており、ねじ軸の回転に応じてナット部材がねじ軸の軸方向へ移動するように構成されている。かかるボールねじは、例えば、工作機械の送りテーブル等をミクロン単位で移動させるために用いられるが、その送り精度を確保するために、その製作時には、ボールねじ軸の有効径を測定する必要があり、このための測定方法として、従来、三針法や斜径法等の測定方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 A ball screw is a machine element used in industrial machines, robots, etc., and includes a screw shaft having a thread groove on an outer peripheral surface, a nut having a thread groove on an inner peripheral surface, a screw groove of the screw shaft, and a screw groove of the nut. With a large number of balls (usually steel balls) housed in a rolling path consisting of, and with high power transmission efficiency and positional accuracy, conversion of rotational motion into linear motion (or conversion of linear motion into rotational motion) )I do. That is, the ball screw has a screw shaft in which a spiral ball rolling groove is formed with a predetermined lead on the outer peripheral surface, and a spiral ball rolling groove facing the ball rolling groove on the screw shaft side on the inner peripheral surface. And a nut member that engages with the screw shaft via a ball, and the nut member moves in the axial direction of the screw shaft in accordance with the rotation of the screw shaft. Such a ball screw is used, for example, to move a feed table of a machine tool in units of microns. In order to ensure the feed accuracy, it is necessary to measure the effective diameter of the ball screw shaft at the time of production. As measurement methods for this purpose, measurement methods such as the three-needle method and the oblique diameter method are conventionally known (for example, see Patent Document 1).
ところで、ねじ軸の外周面に形成されたボール転動溝の有効径の変動を軸全長に亘り厳密に管理する必要がある。仮に、ねじ軸側のボール転動溝の有効径が公差を加味した最小許容寸法よりも小さい場合には、ねじ軸のボール転動溝とこれを転動するボールとの間に隙間が生じ、ナット部材がねじ軸に対してガタついてしまう虞がある。反対に、ねじ軸側のボール転動溝の有効径が公差を加味した最大許容寸法よりも大きい場合には、ボールがボール転動溝の間で過度に押し潰される結果となり、ナット部材に対するねじ軸の回転に過大なトルクが必要となる。こうなると、ねじ使用時に本来同一負荷で静粛に運転できるはずのものが、運転中に過負荷になったり、隙間による振動を発生させるので、ねじの寿命低下や騒音等の不具合を生じる。従って、ねじ軸のボール転動溝の有効径の寸法管理を厳密に行うために、その製造工程において、ボールねじ軸の有効径を連続して正確に測定することができる必要がある。しかしながら、上述した三針法や斜径法等は、ボールねじ軸の有効径をその都度、測定者が把持可能な測定器を用いて手動にて測定するものであり、正確性と連続性の面で十分な測定方法とは言えなかった。即ち、かかる三針法や斜径法による測定作業は、人手(手動)によるため熟練した技能を必要とし、ボールねじ軸の有効径の測定工程を自動化することにより生産性の向上を図ることは困難であった。 By the way, it is necessary to strictly manage the variation of the effective diameter of the ball rolling groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft over the entire length of the shaft. If the effective diameter of the ball rolling groove on the screw shaft side is smaller than the minimum allowable dimension taking into account tolerances, a gap is created between the ball rolling groove of the screw shaft and the ball rolling this, There is a possibility that the nut member may rattle with respect to the screw shaft. On the other hand, if the effective diameter of the ball rolling groove on the screw shaft side is larger than the maximum allowable dimension including the tolerance, the ball will be excessively crushed between the ball rolling grooves, and the screw against the nut member Excessive torque is required to rotate the shaft. In this case, what should be able to operate quietly under the same load when using the screw becomes overloaded during operation or generates vibration due to a gap, resulting in problems such as a reduction in screw life and noise. Therefore, in order to strictly manage the effective diameter of the ball rolling groove of the screw shaft, it is necessary to continuously and accurately measure the effective diameter of the ball screw shaft in the manufacturing process. However, the above-mentioned three-needle method, oblique diameter method, etc., manually measure the effective diameter of the ball screw shaft each time using a measuring instrument that can be grasped by the measurer, and have accuracy and continuity. It was not a sufficient measurement method. In other words, the measurement work by the three-needle method and the oblique diameter method is manual (manual) and requires skilled skills, and it is not possible to improve productivity by automating the measurement process of the effective diameter of the ball screw shaft. It was difficult.
本発明は、以上のような事情から為されたものであり、その目的は、ボールねじ軸を生産する現場においてボールねじ軸の有効径の変動を加工中に連続して自動的に測定することができる測定装置を提供することにある。また、ねじ軸全長にわたる均一な測定が可能な測定装置を提供することにある。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and its purpose is to automatically and continuously measure the variation of the effective diameter of the ball screw shaft at the site where the ball screw shaft is produced. An object of the present invention is to provide a measuring apparatus capable of Another object of the present invention is to provide a measuring apparatus that can perform uniform measurement over the entire length of the screw shaft.
上記目的を達成するため、本発明者は、種々検討を重ねた結果、装置本体から伸長するフローティング測定子が1次方向以外の方向で浮遊運動することにより、その先端部に取り付けられたプローブが3次元方向における1次方向に移動可能であり、該1次方向の動きにより加工対象であるボールねじ軸に加工されたねじ溝の溝底に接触した時に検出信号を出力し、前記プローブの前記1次方向以外の動きによる前記ねじ溝内への接触による検出信号は前記フローティング測定子の浮遊運動によりキャンセルすることで、上述したように、ボールねじ軸の有効径の変動を加工中に連続して自動的に測定することができる上に、ねじ軸全長にわたる均一な測定が可能となることを見出した。 In order to achieve the above object, the present inventor has conducted various studies, and as a result, the probe attached to the tip of the floating probe extending from the apparatus body moves in a direction other than the primary direction. A detection signal is output when the probe is movable in a primary direction in a three-dimensional direction and comes into contact with a groove bottom of a thread groove processed on a ball screw shaft to be processed by the movement in the primary direction. As described above, the detection signal due to the contact in the screw groove due to the movement other than the primary direction is canceled by the floating movement of the floating measuring element, so that the variation of the effective diameter of the ball screw shaft is continuously performed during the machining as described above. In addition to being able to measure automatically, it has been found that uniform measurement over the entire length of the screw shaft is possible.
即ち、本発明の第1の様相に係るボールねじの有効径測定装置は、加工対象であるボールねじ軸に加工されたねじ溝の有効径を測定するボールねじの有効径測定装置において、装置本体と、該装置本体から伸長するフローティング測定子と、該フローティング測定子の先端部に取り付けられたプローブとを有し、前記フローティング測定子が1次方向以外の方向で浮遊運動することにより、その先端部に取り付けられたプローブが3次元方向における1次方向に移動可能であり、該1次方向の動きにより加工対象であるボールねじ軸に加工されたねじ溝の溝底に接触した時に検出信号を出力し、前記プローブの前記1次方向以外の動きによる前記ねじ溝内への接触による検出信号は前記フローティング測定子の浮遊運動によりキャンセルするように構成されていることを特徴とする。 That is, the ball screw effective diameter measuring apparatus according to the first aspect of the present invention is a ball screw effective diameter measuring apparatus for measuring an effective diameter of a thread groove formed on a ball screw shaft to be processed. And a floating probe extending from the apparatus main body, and a probe attached to the tip of the floating probe, and the floating probe moves in a direction other than the primary direction, When the probe attached to the part is movable in the primary direction in the three-dimensional direction and contacts the groove bottom of the thread groove processed in the ball screw shaft to be processed by the movement in the primary direction, a detection signal is output. The detection signal generated by the contact with the screw groove due to the movement of the probe in a direction other than the primary direction is canceled by the floating movement of the floating probe. Characterized in that it is configured urchin.
また、本発明の第2の様相に係るボールねじの有効径測定システムは、上記の有効径測定装置を前記加工対象であるボールねじ軸を挟んだ両側に相対向するように対称様に配置し、前記各プローブが前記ボールねじ軸の前記ねじ溝の溝底に接触することにより検出信号を出力することで、前記ボールねじの直径を測定可能に構成されていることを特徴とする。 In the ball screw effective diameter measuring system according to the second aspect of the present invention, the effective diameter measuring device described above is arranged symmetrically so as to face each other across the ball screw shaft to be processed. The probe is configured to be capable of measuring the diameter of the ball screw by outputting a detection signal by contacting each probe with a groove bottom of the screw groove of the ball screw shaft.
本発明によれば、ボールねじ軸を生産する現場においてボールねじ軸の有効径の変動を加工中に連続して自動的に測定することができる測定装置及びシステムを提供することができる。また、ねじ軸全長にわたる均一な測定が可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the measuring apparatus and system which can measure automatically the fluctuation | variation of the effective diameter of a ball screw shaft continuously during a process in the field which manufactures a ball screw shaft can be provided. In addition, uniform measurement over the entire length of the screw shaft is possible.
まず、本発明の理解を容易にするため、ボールねじ軸の有効径に関する従来の測定方法の問題点について説明しておく。図1は、その問題点を説明するための図であり、(a)は、従来の三針法等に用いる球形の測定端子(プローブ)が溝形状に適合する場合、(b)は、その測定端子(プローブ)が溝形状に適合しない場合を示す。
例えば、上述した特許文献1記載の従来例では、三針法の針(円筒形直径寸法)に替えて360°で感度を有する球形プローブ(球形直径寸法)を用いてボールねじ軸の有効径を測定者が手動にて測定するものである。この場合、図1(a)に示すように、球形の測定端子(プローブ)2が溝4の形状に適合する場合には、その溝4の最深部にプローブが接触した時に検出信号が出力されるので、正確な測定が為される。しかしながら、図1(b)に示すように、球形の測定端子(プローブ)2が溝4の形状に適合しない場合には、その溝4の最深部にプローブ2が接触した時ではなく、より浅い位置で溝の側面にプローブ2が接触した時に検出信号が出力されることになるので、結果として正確な測定が為されない。従って、溝4の形状如何とその都度の測定者の手動作業の精度により測定結果が左右されることになり、ボールねじ軸の全長に亘る均一な測定は極めて困難である。
First, in order to facilitate understanding of the present invention, problems of the conventional measuring method relating to the effective diameter of the ball screw shaft will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the problem. FIG. 1A shows a case where a spherical measuring terminal (probe) used in a conventional three-needle method or the like is adapted to a groove shape, and FIG. The case where the measurement terminal (probe) does not conform to the groove shape is shown.
For example, in the conventional example described in Patent Document 1 described above, the effective diameter of the ball screw shaft is set by using a spherical probe (spherical diameter size) having sensitivity at 360 ° instead of the three-needle method needle (cylindrical diameter size). The measurer manually measures. In this case, as shown in FIG. 1A, when the spherical measurement terminal (probe) 2 conforms to the shape of the
本発明は、以上に述べた従来例の問題点の解決手段を提供するものであり、その解決手段は、具体的には以下に述べる実施形態として具現化される。そこで、まず本発明の第1の実施形態に係るボールねじの有効径測定装置について述べる。図2(a)(b)は、本発明の第1の実施形態に係るボールねじの有効径測定装置の基本原理と動作原理を示す第1の図であり、(a)は、その有効径測定装置とボールねじ軸を正面側から見た図、(b)は、その有効径測定装置とボールねじ軸を上面側から見た図である。図3(a)(b)は、その基本原理と動作原理を示す第2の図であり、(a)は、その有効径測定装置とボールねじ軸を上面側から見た図であい、図2(b)を左に90度回転させた状態に相当する。(b)は、図3(a)の状態において、その測定時における有効径測定装置のプロ−ブと溝との位置関係を示す図である。図2(a)(b)に示すように、本発明の第1の実施形態に係るボールねじの有効径測定装置10は、装置本体12から伸長するフローティング(浮遊)測定子14と、そのフローティング(浮遊)測定子14の先端部に取り付けられた測定球(プローブ)16とを有している。
The present invention provides means for solving the problems of the conventional examples described above, and the means for solving the problems is specifically embodied as an embodiment described below. Therefore, an effective diameter measuring device for a ball screw according to the first embodiment of the present invention will be described first. 2 (a) and 2 (b) are first views showing the basic principle and operation principle of the ball screw effective diameter measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. The figure which looked at the measuring device and the ball screw shaft from the front side, (b) is the figure which looked at the effective diameter measuring device and the ball screw shaft from the upper surface side. 3 (a) and 3 (b) are second views showing the basic principle and operation principle, and FIG. 3 (a) is a view of the effective diameter measuring device and the ball screw shaft as seen from the upper surface side. This corresponds to a state where (b) is rotated 90 degrees to the left. (B) is a figure which shows the positional relationship of the probe and groove | channel of an effective diameter measuring apparatus at the time of the measurement in the state of Fig.3 (a). As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), an effective
この有効径測定装置10において重要な点は、フローティング(浮遊)測定子14が1次方向以外の方向で浮遊運動することにより、その先端部に取り付けられた測定球(プローブ)16が3次元方向における1次方向に移動可能であり、該1次方向の動きにより加工対象であるボールねじ軸に加工されたねじ溝4の溝底に接触した時に検出信号を出力し、前記測定球(プローブ)16の前記1次方向以外の動きによる前記ねじ溝4内への接触による検出信号は前記フローティング(浮遊)測定子14の浮遊運動によりキャンセルすることである。換言すれば、測定球(プローブ)16の前記1次方向以外の動きに対しては不感帯が設けられている。ここで、図2(a)において、3次元方向を図示のとおり定義した場合、ボールねじの有効径測定装置10では、装置本体12から伸長するフローティング(浮遊)測定子14は、矢印SWで示すように、参照符号14aで示す部分を起点に1次の方向(X方向とする)のみにスイングするように形成されており、このスイングに応じて起点の反対(根本)側が動いた量に対応した検出信号を出力する。
The important point in this effective
図3(a)(b)を参照してより詳しく説明する。図3(a)において、3次元方向は図示のとおりである。即ち、ボールねじの有効径測定装置10は、装置本体12から伸長するフローティング(浮遊)測定子14は、同図に示すように平行ばね14b部分を有しており、この平行ばね14bの先端部は、矢印ZFで示すように、Z方向にフローティングする。尚、Y方向の変位もZ方向のフローティングで吸収するようになっている。また、図3(b)において、3次元方向は図示のとおりである。即ち、ボールねじの有効径測定装置10は、装置本体12の設定された測定圧により、同図に示すように、溝4内を溝底に向って(X方向、図では下方向)押し付ける力が働いており、それに加えて上述した平行ばね14bによるZ方向(図では水平方向)のフローティングがあるので、矢印Pで示すように、測定球(プローブ)16が溝4の底(奥)まで入る(溝にはまる)ようになっている。
This will be described in more detail with reference to FIGS. In FIG. 3A, the three-dimensional direction is as shown. In other words, in the ball screw effective
図4は、本発明の第1の実施形態に係るボールねじの有効径測定装置をボールねじ軸を加工する研削盤に適用した例を示す図である。図4に示すように、本発明の第1の実施形態に係るボールねじ軸の有効径測定装置10は、ワークとしての加工対象であるボールねじ軸20を加工する研削盤30と共に用いられる。図4において、ボールねじ軸20は、前後方向(図4の紙面と直交する方向)に伸長するように把持装置(チャック)32により保持された状態で、研削盤30の工具により研削されてボールねじに加工される。そのボールねじ軸20を所定長さ研削した時点で、図4に示すように、有効径測定装置10の、装置本体12が上方から降りてきて、そのフローティング(浮遊)測定子14と、そのフローティング(浮遊)測定子14の先端部に取り付けられた測定球(プローブ)16により、ねじ溝4(図1参照)の最深部にタッチした時点で検出信号を出力し、溝4にならうように計測される。このような測定タイミング等の設定は、研削盤30の表示画面38によりオペレータが行うことが可能である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the ball screw effective diameter measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied to a grinding machine for machining a ball screw shaft. As shown in FIG. 4, the ball screw shaft effective
図5は、本発明の第1の実施形態に係るボールねじの有効径測定装置10を用いた測定方法を示すフロー図である。まず、ねじ研削の対象である工作物(ワークとしてのボールねじ軸)20がセットされた(S401)状態で、測定子14により(S402)リ−ド方向の位置を決め(S403)、径方向測定機10により径方向を測定する(S404)。ここで、図2(a)(b)を参照しつつ上述したように、径方向のみ測定する機構になっている。測定値を表示し(S405)、測定値をねじ研削盤(工作機械)30の図示しないNC制御部にセットする(S406)。上述した補正値からねじ研削のための切込み量等の補正値を算出し(S407)、この補正値に相当する補正動作を行う(S408)。
FIG. 5 is a flowchart showing a measuring method using the ball screw effective
図6は、本発明の第2の実施形態に係るボールねじの有効径測定システムの基本原理と動作原理を示す図であり、その有効径測定システムとボールねじ軸を正面側から見た図である。図6に示すように、本発明の第2の実施形態に係るボールねじ軸の有効径測定システム200は、第1の有効径測定部201と、第2の有効径測定部202とを有しており、測定対象であるボールねじ軸20を挟んで対称に設けられている。第1の有効径測定部201、第2の有効径測定部202は、それぞれが上述した第1の実施形態の有効径測定装置10と同様の構成を有しており、それぞれ測定部本体212と、測定部本体212から伸長するフローティング(浮遊)測定子214と、そのフローティング(浮遊)測定子214の先端部に取り付けられた測定球(プローブ)216とを有している。この第2の実施形態の有効径測定システム200において重要な点は、ボールねじ軸20を挟んでその直径の両側からそれぞれのフローティング(浮遊)測定子14が1次方向以外の方向で浮遊運動することにより、その先端部に取り付けられた測定球(プローブ)16が3次元方向における1次方向に移動可能であり、該1次方向の動きにより加工対象であるボールねじ軸に加工されたねじ溝4の溝底に接触した時に検出信号を出力し、前記測定球(プローブ)16の前記1次方向以外の動きによる前記ねじ溝4内への接触による検出信号は前記フローティング(浮遊)測定子14の浮遊運動によりキャンセルすることである。換言すれば、測定球(プローブ)16の前記1次方向以外の動きに対しては不感帯が設けられている。
FIG. 6 is a diagram showing a basic principle and an operating principle of an effective diameter measuring system for a ball screw according to a second embodiment of the present invention, in which the effective diameter measuring system and the ball screw shaft are viewed from the front side. is there. As shown in FIG. 6, the effective
本発明によれば、ボールねじ軸を生産する現場においてボールねじ軸の有効径の変動を加工中に連続して自動的に測定することができる測定装置及びシステムを提供することができる。また、ねじ軸全長にわたる均一な測定が可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the measuring apparatus and system which can measure automatically the fluctuation | variation of the effective diameter of a ball screw shaft continuously during a process in the field which manufactures a ball screw shaft can be provided. In addition, uniform measurement over the entire length of the screw shaft is possible.
2 球形の測定端子(プローブ)、 4 溝、10 ボールねじの有効径測定装置、
12 装置本体、14 フローティング(浮遊)測定子、 16 測定球(プローブ)、
20 ボールねじ軸、 30 研削盤、32 把持装置(チャック)、38 表示画面、
200 ボールねじ軸の有効径測定システム、201 第1の有効径測定部、
202 第2の有効径測定部、212 測定部本体、
214 フローティング(浮遊)測定子、 216 測定球(プローブ)
2 spherical measuring terminal (probe), 4 groove, 10 ball screw effective diameter measuring device,
12 device body, 14 floating probe, 16 measuring ball (probe),
20 ball screw shaft, 30 grinding machine, 32 gripping device (chuck), 38 display screen,
200 effective diameter measuring system of ball screw shaft, 201 first effective diameter measuring unit,
202 second effective diameter measuring unit, 212 measuring unit body,
214 Floating probe, 216 Measuring ball (probe)
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JP2021117061A (en) * | 2020-01-23 | 2021-08-10 | 三井精機工業株式会社 | Effective diameter measuring system for ball system and machining device comprising the same |
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- 2017-03-24 JP JP2017060232A patent/JP2018163032A/en active Pending
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