JP3948546B2

JP3948546B2 - Machine Tools

Info

Publication number: JP3948546B2
Application number: JP24113998A
Authority: JP
Inventors: 彰浩北村; 耕作北村; 滋山田
Original assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Current assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-08-13
Filing date: 1998-08-13
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2018-08-13
Also published as: JP2000061766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールネジとボールネジナットを使用してスピンドルヘッドを移動させるタイプの工作機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールネジとボールネジナットを使用してスピンドルヘッドを移動させる工作機械は、ボールネジがコラムに対して回転するようになっていた。
【０００３】
さらに、ボールネジを回転させるためのモーターは、コラム側に設けられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
周知のように、コラムに設けられているモーターは相当な熱を発生する。その熱はコラムに伝わる。
【０００５】
ボールネジは、上端と下端がコラムに回転自在に支持されている。そのようなボールネジの回転支持部にも相当な摩擦熱が生じる。この熱も、コラムに伝わる。
【０００６】
コラムには、前述の２種の熱が伝達され、相乗的にコラムの熱変形の原因となっていた。
【０００７】
コラムの熱変形に対する補正はきわめて困難なものである。
【０００８】
また、ボールネジが回転する方式では、ボールネジの質量が大きいため、慣性モーメントが大きくなり、小型モータを使用する場合、ボールネジの回転を遅くせざるをえず、応答速度が遅くなるという欠点があった。
【０００９】
本発明は、コラムに伝わる熱をできるだけ低減し、コラムの熱変形を抑えるとともに、応答速度を速くできる工作機械を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段の一つは、２本のボールネジを上下方向に延びるようにコラムに固定し、ボールネジナットをスピンドルヘッドに回転可能に取付け、固定状態のボールネジに対してボールネジナットを回転させることによりコラムに対してスピンドルヘッドを上下方向に移動させる構成とし、さらに、ボールネジからコラムに伝わる熱を低減させるためにコラムとボールネジの端部との間に断熱材が取りつけられており、かつ、ボールネジナットを回転させるためのモータがスピンドルヘッド側に設けられており、モータは、コラムから離れた状態でスピンドルヘッドに固定されていて、モータで発生した熱が、コラムに伝わる前に、ボールネジに伝わり、モータで発生する熱がコラムに伝わりにくくなっており、かつ、２本のボールネジが平行に配置され、コラム、ボールネジ及びスピンドルヘッドが面対称に配置されていることを特徴とする工作機械である。
【００１１】
【効果】
ボールネジは回転しないので、ボールネジ両端部での、ボールネジの回転による摩擦熱は全く生じない。
【００１２】
また、ボールネジナットはボールネジよりも軽く、慣性モーメントが小さいので、小型モータであっても、ボールネジより速く回転させることができる。したがって、スピンドルヘッドをより速く移動させることができる。さらにボールネジからコラムに伝わる熱を低減させるためにコラム（１）とボールネジ（８）の端部との間に断熱材（２１）を取りつけ、モーターをコラム側に設けると、モーターで発生する熱を、コラムに伝わりにくくすることができる。つまり、モータで発生した熱が、コラムに伝わる前に、ボールネジに伝わり、モータで発生する熱がコラムに伝わりにくくなっている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、ボールネジとボールネジナットを使用してスピンドルヘッドを移動させるタイプの工作機械に関する。ボールネジをコラムに固定し、ボールネジナットをスピンドルヘッドに回転可能に取付ける。従来のものとは全く逆に、固定状態のボールネジに対してボールネジナットを回転させる。ボールネジナットを回転させるためのモータがコラムでなく、そこから離れたスピンドルヘッド側に設けられている。そのようなボールネジナットを回転させるためのモーターとして、中空サーボモーターを用いてボールネジナットを回転させたり、サーボモーターを用いて歯車機構を介してボールネジナットを回転させる。とくに、２本のボールネジが平行に配置され、コラム、ボールネジ及びスピンドルヘッドが面対称に配置されているとき、コラムの熱変形の影響を最小にできる。
【００１４】
【実施例】
図１は、本発明の第１実施例による工作機械の一部を示す斜視図である。図２は、図１の工作機械を示す正面図である。図４は、図２の一部を拡大した部分断面図である。
【００１５】
図１、２、４において、ボールネジ８は、２本が平行に配置され、各上下端がコラム１に固定されている。中空サーボモーター１０は、スピンドルヘッド２に固定されている。
【００１６】
図４に示すように、ボールネジナット９は、中空サーボモーター１０の内部の回転子導体１６に取り付けられている。ボールネジナット９は、ボール１２を介してボールネジ８と螺合している。
【００１７】
なお、１３はラジアル軸受、１５は固定子鉄心である。
【００１８】
中空サーボモーター１０が、制御装置４により駆動されると、中空サーボモーター１０内の回転子導体１６が回転し、ボールネジナット９が回転する。ボールネジナット９の回転とともに、ガイド１１に沿ってスピンドルヘッド２が上下に移動する。
【００１９】
使用に際しては、工作物（図示せず）が載置された工作機械テーブル（図示せず）を所定の位置に設定し、スピンドル３のＺ方向の位置を設定し、さらにＹ方向のスピンンドルヘッド２の位置を設定して、工作物を加工する。
【００２０】
さらに、スピンドルヘッド２のＹ方向の位置の設定を説明する。制御装置４からの信号により中空サーボモーター１０が駆動され、ボールネジナット９が回転し、スピンドルヘッド２が所定の位置に来る。そのときにボールネジナット９の回転が止まり、スピンドルヘッド２の位置が設定される。
【００２１】
中空サーボモータ１０は、コラム１から離れた状態でスピンドルヘッド２に固定されている。中空サーボモータ１０で発生した熱は、コラム１に伝わる前に、ボールネジ８に伝わり、そこで空気中へ放熱される。それゆえ、中空サーボモータ１０で発生する熱がコラム１に伝わりにくくなっている。
【００２２】
また、ボールネジ８は、コラム１に固定されており、回転することはないので、ボールネジ８の端部とコラム１との接触部分で、回転による摩擦熱が生じることはない。
【００２３】
したがって、コラム１に伝わる熱が大幅に低減でき、コラム１の熱変形を抑えることができる。
【００２４】
さらに、ボールネジナット９を回転させてスピンドルヘッド２を上下に移動させる構成であると、ボールネジナット９はボールネジ８に比して質量が軽く、慣性モーメントが小さいので、高速で回転させることができる。すなわち、高速でスピンドルヘッド２を上下に移動させることができ、より速い応答速度が得られる。
【００２５】
図３は、本発明の第２実施例を示す。
【００２６】
図３においては、２本のボールネジ８が互いに平行に配置され、上下端がコラム１に固定されている。２個のボールネジナット９の各々はスピンドルヘッド２の上端の両側に回転可能に取り付けられている。ボールネジナット９の上部にはギヤ１９が固定されている。スピンドルヘッド２の上部中央には、支持手段２０を介して、サーボモーター１７が設置されている。サーボモーター１７の回転部の先端には、ギヤ１８が取り付けられている。ギヤ１８は、左右のボールネジナット９の上部に取り付けられた２つのギヤ１９とかみ合っている。これらのギア１８とギヤ１９は歯車機構の一例である。
【００２７】
サーボモータ１７が駆動され、ギヤ１８が回転する。すると、ギヤ１８とかみ合うギヤ１９も回転し、ボールネジナット９が回転する。そして、ボールネジナット９の回転に伴って、スピンドルヘッド２が上下に移動する。
【００２８】
また、図示していないが、コラム１の上部にはサーボモーター１７が最上位置に上昇したときに抜けるための穴が設けてある。
【００２９】
この第２実施例の場合、サーボモータ１７は、スピンドルヘッド２の上部中央に支持手段２０を介して設置されている。この支持手段２０は、全体又は一部を断熱性の材料で構成するのが好ましい。そうでない場合でも、第２実施例は、第１実施例よりもさらにコラム１から離れたところに（支持手段２０、スピンドルヘッド２、ボールネジ８を介して）サーボモータ１７が設置されているので、サーボモータ１７からコラム１には熱が伝わりにくい構成となっている。
【００３０】
第２実施例（図３）においては、サーボモーター１７を１個使用しているが、サーボモータ１７は、複数個使用してもよいし、スピンドルヘッド２の下部に取り付けることもできる。
【００３１】
図５は第３実施例を示す。
【００３２】
図５においては、中空サーボモータ１０がスピンドルヘッド２の上部と下部の両方に取り付けられている。
【００３３】
図６は、ボールネジ８とコラム１との固定部分を示している。コラム１とボールネジ８の端部２２の間に、断熱材２１が取り付けられている。このようにすると、ボールネジ８からコラム１に伝わる熱がさらに低減される。それゆえ、コラム１の熱変形をさらに抑えることができる。
【００３４】
また、前述の第１〜第３実施例では、すべてスピンドルヘッド２の移動方向は垂直方向になっている。
【００３５】
以上説明したように、本発明によれば、ボールネジ８はコラムに固定されているので、コラム１とボールネジ８の端部２２の間に、断熱材２１が取り付けられているので、ボールネジの両端部での、回転による摩擦熱は一切生ずることはない。しかも、ボールネジからコラム１とボールネジ８の端部２２の間に、断熱材２１が取り付けられているので、コラムに伝わる熱が大幅に低減され、コラムの熱変形を抑えることができる。
【００３６】
また、ボールネジナットはボールネジよりも軽く慣性モーメントが小さいので、高速回転をさせることが容易である。したがって、スピンドルヘッドをより速く移動させることができ、より速い応答速度が得られる。
【００３７】
さらに、本発明においては、スピンドルヘッドを移動するためのモーターがコラムから離れたところに配置されており、モーターで発生する熱がコラムに伝わりにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による工作機械の一部を示す斜視図。
【図２】図１の第１実施例を示す正面図。
【図３】本発明の第２実施例による工作機械の一部を示す正面図。
【図４】図２の工作機械の一部を拡大して示す部分断面図。
【図５】本発明の第３実施例による工作機械の一部を示す正面図。
【図６】本発明の工作機械におけるボールネジとコラムとの固定部分の変形例を示す正面図。
【符号の説明】
１コラム
２スピンドルヘッド
３スピンドル
４制御装置
８ボールネジ
９ボールネジナット
１０中空サーボモーター
１３ラジアル軸受
１５固定子鉄心
１７サーボモーター
１８ギヤ
１９ギヤ
２１断熱材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a machine tool of a type in which a spindle head is moved using a ball screw and a ball screw nut.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a machine tool that uses a ball screw and a ball screw nut to move the spindle head is configured such that the ball screw rotates relative to the column.
[0003]
In addition, a motor for rotating the ball screw was provided on the column side.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As is well known, a motor provided in a column generates a considerable amount of heat. The heat is transferred to the column.
[0005]
The upper and lower ends of the ball screw are rotatably supported by the column. A considerable frictional heat is also generated in the rotation support portion of such a ball screw. This heat is also transmitted to the column.
[0006]
The above-mentioned two types of heat were transferred to the column, and this caused the column to be thermally deformed.
[0007]
Compensation for thermal deformation of the column is extremely difficult.
[0008]
In addition, the ball screw rotating method has a disadvantage that the moment of inertia increases because the mass of the ball screw is large, and when using a small motor, the rotation of the ball screw has to be slowed down, resulting in a slow response speed. .
[0009]
An object of the present invention is to provide a machine tool that can reduce heat transmitted to a column as much as possible, suppress thermal deformation of the column, and increase the response speed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
One of the solutions of the present invention is to fix two ball screws to the column so as to extend in the vertical direction, rotatably mount the ball screw nut on the spindle head, and rotate the ball screw nut with respect to the fixed ball screw. In order to reduce the heat transferred from the ball screw to the column, a heat insulating material is attached between the column and the end of the ball screw, and the ball A motor for rotating the screw nut is provided on the spindle head side. The motor is fixed to the spindle head away from the column, and the heat generated by the motor is transmitted to the ball screw before being transmitted to the column. The heat generated by the motor is difficult to transfer to the column, and two ball screws Arranged in parallel, the column is a machine tool ball screw and the spindle head is characterized in that it is arranged plane-symmetrically.
[0011]
【effect】
Since the ball screw does not rotate, frictional heat due to the rotation of the ball screw does not occur at both ends of the ball screw.
[0012]
Also, since the ball screw nut is lighter than the ball screw and has a small moment of inertia, even a small motor can be rotated faster than the ball screw. Therefore, the spindle head can be moved faster. Further, in order to reduce the heat transmitted from the ball screw to the column, a heat insulating material (21) is attached between the column (1) and the end of the ball screw (8), and the motor is provided on the column side. , Can be difficult to communicate to the column. That is, the heat generated by the motor is transmitted to the ball screw before it is transmitted to the column, and the heat generated by the motor is difficult to be transmitted to the column.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a machine tool of a type in which a spindle head is moved using a ball screw and a ball screw nut. A ball screw is fixed to the column, and a ball screw nut is rotatably attached to the spindle head. Contrary to the conventional one, the ball screw nut is rotated with respect to the fixed ball screw. A motor for rotating the ball screw nut is provided not on the column but on the spindle head side away from the column. As a motor for rotating such a ball screw nut, a ball screw nut is rotated using a hollow servo motor, or a ball screw nut is rotated via a gear mechanism using a servo motor. In particular, when two ball screws are arranged in parallel and the column, ball screw, and spindle head are arranged symmetrically, the influence of thermal deformation of the column can be minimized.
[0014]
【Example】
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a machine tool according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view showing the machine tool of FIG. FIG. 4 is an enlarged partial cross-sectional view of a part of FIG.
[0015]
1, 2, and 4, two ball screws 8 are arranged in parallel, and the upper and lower ends are fixed to the column 1. The hollow servo motor 10 is fixed to the spindle head 2.
[0016]
As shown in FIG. 4, the ball screw nut 9 is attached to the rotor conductor 16 inside the hollow servo motor 10. The ball screw nut 9 is screwed with the ball screw 8 via a ball 12.
[0017]
In addition, 13 is a radial bearing, 15 is a stator core.
[0018]
When the hollow servomotor 10 is driven by the control device 4, the rotor conductor 16 in the hollow servomotor 10 rotates and the ball screw nut 9 rotates. As the ball screw nut 9 rotates, the spindle head 2 moves up and down along the guide 11.
[0019]
In use, a machine tool table (not shown) on which a workpiece (not shown) is placed is set at a predetermined position, the position of the spindle 3 in the Z direction is set, and the spindle head in the Y direction is further set. Set the position of 2 and machine the workpiece.
[0020]
Furthermore, the setting of the position of the spindle head 2 in the Y direction will be described. The hollow servomotor 10 is driven by a signal from the control device 4, the ball screw nut 9 rotates, and the spindle head 2 comes to a predetermined position. At that time, the rotation of the ball screw nut 9 stops and the position of the spindle head 2 is set.
[0021]
The hollow servo motor 10 is fixed to the spindle head 2 while being away from the column 1. The heat generated by the hollow servo motor 10 is transmitted to the ball screw 8 before being transmitted to the column 1, where it is dissipated into the air. Therefore, heat generated by the hollow servomotor 10 is not easily transmitted to the column 1.
[0022]
Further, since the ball screw 8 is fixed to the column 1 and does not rotate, frictional heat due to rotation does not occur at the contact portion between the end of the ball screw 8 and the column 1.
[0023]
Therefore, the heat transmitted to the column 1 can be greatly reduced, and the thermal deformation of the column 1 can be suppressed.
[0024]
Furthermore, if the ball screw nut 9 is rotated to move the spindle head 2 up and down, the ball screw nut 9 has a lighter mass and a smaller moment of inertia than the ball screw 8, and can be rotated at a high speed. That is, the spindle head 2 can be moved up and down at high speed, and a faster response speed can be obtained.
[0025]
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
[0026]
In FIG. 3, two ball screws 8 are arranged in parallel to each other, and the upper and lower ends are fixed to the column 1. Each of the two ball screw nuts 9 is rotatably attached to both sides of the upper end of the spindle head 2. A gear 19 is fixed to the upper part of the ball screw nut 9. A servo motor 17 is installed in the upper center of the spindle head 2 via a support means 20. A gear 18 is attached to the tip of the rotating part of the servo motor 17. The gear 18 meshes with two gears 19 attached to the upper parts of the left and right ball screw nuts 9. These gears 18 and 19 are examples of a gear mechanism.
[0027]
The servo motor 17 is driven and the gear 18 rotates. Then, the gear 19 that meshes with the gear 18 also rotates, and the ball screw nut 9 rotates. As the ball screw nut 9 rotates, the spindle head 2 moves up and down.
[0028]
Although not shown, a hole is provided in the upper part of the column 1 so that the servomotor 17 can be removed when it is raised to the uppermost position.
[0029]
In the case of the second embodiment, the servo motor 17 is installed through the support means 20 in the upper center of the spindle head 2. The support means 20 is preferably composed entirely or partially of a heat insulating material. Even if this is not the case, in the second embodiment, since the servo motor 17 is installed further away from the column 1 than the first embodiment (via the support means 20, the spindle head 2, and the ball screw 8), Heat is not easily transmitted from the servo motor 17 to the column 1.
[0030]
In the second embodiment (FIG. 3), one servo motor 17 is used. However, a plurality of servo motors 17 may be used or attached to the lower part of the spindle head 2.
[0031]
FIG. 5 shows a third embodiment.
[0032]
In FIG. 5, the hollow servo motor 10 is attached to both the upper part and the lower part of the spindle head 2.
[0033]
FIG. 6 shows a fixed portion between the ball screw 8 and the column 1. A heat insulating material 21 is attached between the column 1 and the end 22 of the ball screw 8. In this way, the heat transferred from the ball screw 8 to the column 1 is further reduced. Therefore, the thermal deformation of the column 1 can be further suppressed.
[0034]
In all of the first to third embodiments described above, the moving direction of the spindle head 2 is the vertical direction.
[0035]
As described above, according to the present invention, since the ball screw 8 is fixed to the column, the heat insulating material 21 is attached between the column 1 and the end portion 22 of the ball screw 8, so that both end portions of the ball screw are provided. No frictional heat is generated by rotation. In addition, since the heat insulating material 21 is attached from the ball screw to the column 1 and the end portion 22 of the ball screw 8, heat transmitted to the column is greatly reduced, and thermal deformation of the column can be suppressed.
[0036]
Further, since the ball screw nut is lighter and has a smaller moment of inertia than the ball screw, it is easy to rotate at high speed. Therefore, the spindle head can be moved faster and a faster response speed can be obtained.
[0037]
Furthermore, in the present invention, the motor for moving the spindle head is disposed away from the column, and heat generated by the motor is difficult to be transmitted to the column.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a machine tool according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing the first embodiment of FIG. 1;
FIG. 3 is a front view showing a part of a machine tool according to a second embodiment of the present invention.
4 is an enlarged partial cross-sectional view of a part of the machine tool of FIG. 2;
FIG. 5 is a front view showing a part of a machine tool according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a front view showing a modified example of a fixing portion between the ball screw and the column in the machine tool of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Column 2 Spindle head 3 Spindle 4 Control apparatus 8 Ball screw 9 Ball screw nut 10 Hollow servo motor 13 Radial bearing 15 Stator iron core 17 Servo motor 18 Gear 19 Gear 21 Thermal insulation

Claims

２本のボールネジを上下方向に延びるようにコラムに固定し、ボールネジナットをスピンドルヘッドに回転可能に取付け、固定状態のボールネジに対してボールネジナットを回転させることによりコラムに対してスピンドルヘッドを上下方向に移動させる構成とし、さらに、ボールネジからコラムに伝わる熱を低減させるためにコラムとボールネジの端部との間に断熱材が取りつけられており、かつ、ボールネジナットを回転させるためのモータがスピンドルヘッド側に設けられており、モータは、コラムから離れた状態でスピンドルヘッドに固定されていて、モータで発生した熱が、コラムに伝わる前に、ボールネジに伝わり、モータで発生する熱がコラムに伝わりにくくなっており、かつ、２本のボールネジが平行に配置され、コラム、ボールネジ及びスピンドルヘッドが面対称に配置されていることを特徴とする工作機械。Two ball screws are fixed to the column so as to extend in the vertical direction, the ball screw nut is rotatably attached to the spindle head, and the spindle head is moved vertically with respect to the column by rotating the ball screw nut with respect to the fixed ball screw. In addition, in order to reduce the heat transferred from the ball screw to the column, a heat insulating material is installed between the column and the end of the ball screw, and a motor for rotating the ball screw nut is installed in the spindle head. The motor is fixed to the spindle head away from the column. The heat generated by the motor is transmitted to the ball screw before it is transmitted to the column, and the heat generated by the motor is transmitted to the column. The two ball screws are arranged in parallel, the column, Machine tool Runeji and the spindle head is characterized in that it is arranged plane-symmetrically.

ボールネジナットを回転させるためのモーターとして、中空サーボモーターを用いて、ボールネジナットは、中空サーボモーターの内部の回転子導体に取り付けられており、ボールネジナットを回転させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。 A hollow servo motor is used as a motor for rotating the ball screw nut, and the ball screw nut is attached to a rotor conductor inside the hollow servo motor, and the ball screw nut is rotated. The machine tool described.

ボールネジナットを回転させるためのモーターとして、サーボモーターを用い、スピンドルヘッドの上部中央に支持手段を介してサーボモータが設置されており、歯車機構を介してボールネジナットを回転させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。 A servo motor is used as a motor for rotating the ball screw nut, and the servo motor is installed through the support means in the upper center of the spindle head, and the ball screw nut is rotated through the gear mechanism. Item 1. The machine tool according to Item 1.