JP4069318B2 - Rotary positioning mechanism - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえばＮＣ工作機械に用いられる回転位置決め機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば５軸制御マシニングセンタの主軸頭や、傾斜テーブルなどのＮＣ工作機械における回転体の回転位置決め機構としては、従来、歯車装置が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、歯車装置においては、位置決め剛性を増大させるためには、減速比を大きくしなければならず、位置決め剛性の高剛性化と位置決め速度の高速化の両方を同時に満たすことができないという問題がある。また、歯車の歯が摩耗しやすく、耐久性に劣るという問題がある。さらに、歯車のバックラッシュなどの影響で位置決め精度が十分ではないという問題がある。
【０００４】
この発明の目的は、上記問題を解決し、位置決め剛性の高剛性化と位置決め速度の高速化の両方を同時に満たすことが可能であるとともに、耐久性に優れている回転位置決め機構を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
請求項１の発明による回転位置決め機構は、主軸頭が取り付けられた回転体の回転位置を決定する回転位置決め機構であって、１つの直線上を直線移動する２つの移動体を有する回転駆動装置と、回転体と一方の移動体との間に設けられたリンクとを備えており、回転体が回転駆動装置の他方の移動体に、移動体の移動方向と直角をなす軸線の周りに回転自在に枢着され、リンクの両端部が、回転体の回転中心線と平行な軸線の周りに揺動しうるように、回転体における回転中心線からずれた部分および一方の移動体にそれぞれ枢着され、主軸頭が、回転体の回転により向きを変えるように、回転体に取り付けられているているものである。
請求項２の発明による回転位置決め機構は、工作物を取り付けるための凹部を有する傾斜テーブルからなる回転体の回転位置を決定する回転位置決め機構であって、１つの直線上を直線移動する２つの移動体を有する回転駆動装置と、回転体と一方の移動体との間に設けられたリンクとを備えており、回転体が回転駆動装置の他方の移動体に、移動体の移動方向と直角をなす軸線の周りに回転自在に枢着され、リンクの両端部が、回転体の回転中心線と平行な軸線の周りに揺動しうるように、回転体における回転中心線からずれた部分および一方の移動体にそれぞれ枢着され、回転体が、回転体の回転中心線の周りに回転するとともに回転体の回転により向きを変える平面を有しており、当該平面に、工作物を取り付けるための凹部が形成されているものである。
【０００６】
請求項１および２の発明の回転位置決め機構によれば、リンクの一端部が枢着されている一方の移動体を、回転体が枢着されている他方の移動体に対して移動させることにより、回転体を回転させてその回転位置を決定することができる。しかも、回転体が枢着されている他方の移動体を移動させるとともに、両移動体が相対的に移動しないように両方の移動体を移動させることにより、回転体を上記１つの直線上で直線移動させて直線位置を決定することができる。ここで、請求項１の発明の回転位置決め機構によれば、回転体に主軸頭が取り付けられているので、立形、横形の両方の特性を持つマシニングセンタを構成することが可能であり、円テーブルとの組み合わせで５面加工機を構成することができる。
【０００７】
そして、請求項１および２の発明による回転位置決め機構は、上述のように構成されているので、回転体の位置決め速度の高速化と位置決め剛性の高剛性化の両方を満たすことが可能になる。
【０００８】
請求項３の発明による回転位置決め機構は、請求項１または２の発明において、回転駆動装置が、直線状ガイドレールと、ガイドレールに取り付けられかつ転がり案内によりガイドレールに沿って移動する２つの移動体と、ガイドレールと平行にかつ回転しないように配置されたボールねじ軸と、各移動体にこれとともに移動するように設けられかつボールねじ軸の周りに複数の循環ボールを介してはめられたボールナットと、各移動体に設けられかつボールナットを回転させるサーボモータとを備えており、回転体が転がり軸受を介して他方の移動体に回転自在に枢着され、リンクの両端部が転がり軸受を介して回転体および一方の移動体にそれぞれ枢着されているものである。
【０００９】
請求項３の発明による回転位置決め機構は、転がり接触部だけを有していて、摩耗の発生しやすいすべり接触部はないので、従来の歯車装置を用いた場合に比べて耐久性が向上する。しかも、すべり接触部がないので、がたつきの発生が防止され、従来の歯車装置を用いた場合に比べて、剛性および位置決め精度が向上する。
【００１０】
請求項４の発明による回転位置決め機構は、主軸頭が取り付けられた回転体の回転位置を決定する回転位置決め機構であって、回転体の回転中心線と直角をなす方向に直線移動する１つの移動体を有する回転駆動装置と、回転体と移動体との間に設けられたリンクとを備えており、リンクの両端部が、回転体の回転中心線と平行な軸線の周りに揺動しうるように、回転体における回転中心線からずれた部分および移動体にそれぞれ枢着され、主軸頭が、回転体の回転により向きを変えるように、回転体に取り付けられているものである。
請求項５の発明による回転位置決め機構は、工作物を取り付けるための凹部を有する傾斜テーブルからなる回転体の回転位置を決定する回転位置決め機構であって、回転体の回転中心線と直角をなす方向に直線移動する１つの移動体を有する回転駆動装置と、回転体と移動体との間に設けられたリンクとを備えており、リンクの両端部が、回転体の回転中心線と平行な軸線の周りに揺動しうるように、回転体における回転中心線からずれた部分および移動体にそれぞれ枢着され、回転体が、回転体の回転中心線の周りに回転するとともに回転体の回転により向きを変える平面を有しており、当該平面に、工作物を取り付けるための凹部が形成されているものである。
【００１１】
請求項４および５の発明の回転位置決め機構によれば、移動体を移動させることにより、回転体を回転させてその回転位置を決定することができる。ここで、請求項４の発明の回転位置決め機構によれば、回転体に主軸頭が取り付けられているので、立形、横形の両方の特性を持つマシニングセンタを構成することが可能であり、円テーブルとの組み合わせで５面加工機を構成することができる。
【００１２】
そして、請求項４および５の発明による回転位置決め機構は、上述のように構成されているので、回転体の位置決め速度の高速化と位置決め剛性の高剛性化の両方を満たすことが可能になる。
【００１３】
請求項６の発明による回転位置決め機構は、請求項４または５の発明において、回転体駆動装置が、直線状ガイドレールと、ガイドレールに取り付けられかつ転がり案内によりガイドレールに沿って移動する移動体と、ガイドレールと平行に配置されかつ転がり軸受を介して固定部に回転自在に支持されたボールねじ軸と、移動体に設けられかつボールねじ軸の周りに複数の循環ボールを介してはめられたボールナットと、ボールねじ軸を回転させるサーボモータとを備えており、リンクの両端部が、転がり軸受を介して回転体および移動体にそれぞれ枢着されているものである。
【００１４】
請求項６の発明による回転位置決め機構は、転がり接触部だけを有していて、摩耗の発生しやすいすべり接触部はないので、従来の歯車装置を用いた場合に比べて耐久性が向上する。しかも、すべり接触部がないので、がたつきの発生が防止され、従来の歯車装置を用いた場合に比べて、剛性および位置決め精度が向上する。
【００１５】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
実施形態１
この実施形態は図１〜図６に示すものであり、この発明による回転位置決め機構を、ＮＣ工作機械の主軸頭が取り付けられる回転体に適用したものである。図１〜図３は実施形態１の回転位置決め機構の全体構成を示し、図４および図５はその要部を示し、図６は回転位置決め機構の電気的構成を示す。なお、実施形態１に関する説明において、図１の上下、左右をそれぞれ上下、左右というものとし、図２の左側を前、右側を後というものとする。
【００１７】
図１〜図３において、ＮＣ工作機械の回転位置決め機構は、コラム(1)の前面に設けられかつ主軸頭(2)が取り付けられた回転体(3)の回転位置を決定するものであり、上下方向に伸びる１つの直線上を直線移動する上下２つの移動体(4)(5)を有する回転駆動装置(6)と、回転体(3)と上側の移動体(4)との間に設けられたリンク(7)とを備えている。
【００１８】
回転駆動装置(6)は、コラム(1)の前面に、左右方向に間隔をおいて取り付けられかつ上下方向に伸びる１対の直線状ガイドレール(8)を備えており、各移動体(4)(5)は、両ガイドレール(8)にまたがるように取り付けられかつ両ガイドレール(8)に沿って上下方向に移動するようになっている。また、回転駆動装置(6)は、両ガイドレール(8)間においてコラム(1)前面に形成された上下方向に伸びる凹溝(1a)内に配された上下方向に伸びるボールねじ軸(9)と、各移動体(4)(5)に設けられかつボールねじ軸(9)の周りに予圧が付与された複数の循環ボール（図示略）を介してはめられたボールナット(10)と、各移動体(4)(5)に設けられかつボールナット(10)を回転させるサーボモータ(11)とを備えている。ボールねじ軸(9)の両端部は、凹溝(1a)の底面に固定状に設けられた支え(1b)に固定されており、回転しないようになっている。
【００１９】
図４に示すように、回転体(3)は、転動体(12a)に予圧が付与された転がり軸受(12)を介して下側の移動体(5)に、左右方向に伸びる軸線の周りに回転自在に枢着されている。すなわち、下側の移動体(5)の上端部に前方に突出した取付部(13)が固定されており、取付部(13)に左右方向に伸びる貫通穴(13a)が形成されている。また、回転体(3)の一端部に、左右方向に間隔をおいて支持部(3a)が設けられており、支持部(3a)に左右方向に伸びる貫通穴(3b)が形成されている。そして、移動体(5)の取付部(13)が回転体(3)の両支持部(3a)間に配され、取付部(13)および両支持部(3a)の貫通穴(13a)(3b)に通された軸(14)が、転がり軸受(12)を介して取付部(13)および両支持部(3a)に回転自在に支持されている。
【００２０】
リンク(7)の両端部は、転動体に予圧が付与された転がり軸受(12)を介して回転体(3)の他端部および上側の移動体(4)の下端部に、それぞれ左右方向に伸びる軸線の周りに回転自在に枢着されている。すなわち、リンク(7)の両端部にそれぞれ左右方向に伸びる貫通穴（図示略）が形成されている。また、回転体(3)の他端部および移動体(4)の下端部に、それぞれ左右方向に間隔をおいて２つの支持部(3c)(4a)が設けられており、これらの支持部(3c)(4a)にそれぞれ左右方向に伸びる貫通穴（図示略）が形成されている。そして、図４に示す場合と同様に、リンク(7)の両端部が回転体(3)および移動体(4)の両支持部(3c)(4a)間に配され、リンク(7)および両支持部(3c)(4a)の貫通穴に通された軸(14)が、転がり軸受(12)を介してリンク(7)および両支持部(3c)(4a)に回転自在に支持されている。
【００２１】
各移動体(4)(5)の後面には、横断面Ｕ字状でかつガイドレール(8)に案内されて移動する上下左右の４つのランナ(15)が固定されている。図４に示すように、各ランナ(15)の左右両立ち上がり部(15a)の内側面に、それぞれボールガイド溝(16)が形成されている。また、ガイドレール(8)の左右両側面に、それぞれランナ(15)のボールガイド溝(16)と対応するボールガイド溝(17)が形成されている。各ランナ(15)のボールガイド溝(16)とこれに対応するガイドレール(8)のボールガイド溝(17)とによりボール往路(18)が形成されている。また、各ランナ(15)の立ち上がり部(15a)におけるボールガイド溝(16)よりも左右方向外側部分に穴状ボール復路(19)が形成されている。そして、ボール往路(18)の端部とボール復路の端部とが、各ランナ(15)の上下両端部に形成されたボール反転路（図示略）により連結されて無端状ボール循環路(20)が形成されており、ボール循環路(20)に複数の循環ボール(21)が封入されている。ボール往路(18)においては、ボール(21)に予圧が付与されている。
【００２２】
図５に示すように、サーボモータ(11)は移動体(4)(5)に固定されたモータハウジング(22)と、ロータ(23)と、ステータ(24)とを備えている。モータハウジング(22)内に、中空状回転軸(25)が、その上下両端部がモータハウジング(22)外に突出するように配されており、ボールねじ軸(9)がこの回転軸(25)に通されている。回転軸(25)の上下両端部は、それぞれアンギュラ玉軸受(26)(27)によりモータハウジング(22)に対して回転自在に支持されている。両アンギュラ玉軸受(26)(27)はそれぞれラジアル荷重と１方向のスラスト荷重を支持するものであり、正面組み合わせとなされている。回転軸(25)の外周にロータ(23)が設けられ、その周囲のモータハウジング(22)の内周にステータ(24)が設けられている。両アンギュラ玉軸受(26)(27)の玉(26a)(27a)にはそれぞれ予圧が付与されている。回転軸(25)の下端部に、カップリング(28)を介してボールナット(10)が連結されている。そして、サーボモータ(11)により回転軸(25)を回転させるとボールナット(10)が回転してボールねじ軸(9)の長手方向に移動し、これによりカップリング(28)、回転軸(25)およびモータハウジング(22)を介して移動体(4)(5)が上下方向に移動させられる。
【００２３】
上記構成の回転位置決め機構によれば、立形、横形の両方の特性を持つマシニングセンタを構成することが可能であり、円テーブルとの組合せで５面加工機を構成することが可能となる。
【００２４】
図６に示すように、ＮＣ工作機械の回転位置決め機構は、コンピュータ数値制御部（ＣＮＣ部）(30)に接続され、かつ各サーボモータ(11)を制御する２つの制御装置(31A)(31B)と、各制御装置(31A)(31B)の出力電力を増幅してサーボモータ(11)に出力する２つの電力増幅器(32A)(32B)と、各制御装置(31A)(31B)に接続されかつ各移動体(4)(5)の位置および速度を検出する２つの位置検出器(33A)(33B)とを備えている。各制御装置(31A)(31B)は、各移動体(4)(5)の位置を制御する位置制御部(34A)(34B)と、速度を制御する速度制御部(35A)(35B)とを含んでいる。
【００２５】
上記構成のＮＣ工作機械の回転位置決め機構において、入力された目標値（回転体(3)の角度と位置）に対してＣＮＣ部(30)が関数発生を行い、座標変換により各移動体(4)(5)ごとに移動量を分配して、各制御装置(31A)(31B)がこれに合わせた電力を各電力増幅器(32A)(32B)を介して各サーボモータ(11)に出力する。すると、ボールナット(10)が回転させられて両移動体(4)(5)が直線的に移動し、回転体(3)も直線的に移動する。ここで、両移動体(4)(5)の移動速度および移動方向が同じ場合には、回転体(3)は回転せずに、直線的な移動のみを行う。これに対し、両移動体(4)(5)の移動速度または移動方向が異なる場合には、リンク(7)の働きにより、回転体(3)は直線的移動に加えて所定角度回転させられる。このとき、両移動体(4)(5)の位置と速度が位置検出器(33A)(33B)により検出され、各制御装置(31A)(31B)の位置制御部(34A)(34B)および速度制御部(35A)(35B)にフィードバックされる。すると、各制御装置(31A)(31B)は、この位置データおよび速度データに基づいて両移動体(4)(5)の必要な位置および速度が得られるように、各電力増幅器(32A)(32B)を介して各サーボモータ(11)に出力する電力を調整する。位置検出器(33A)(33B)は、回転体(3)の回転中心（回転角度位置検出用）と、回転体(3)が枢着された移動体(5)（直線位置検出用）に取り付けられていてもよい。
【００２６】
実施形態２
この実施形態は図７〜図９に示すものであり、この発明による回転位置決め機構を、ＮＣ工作機械の主軸頭が取り付けられる回転体に適用したものである。図７および図８は実施形態２の回転位置決め機構の全体構成を示し、図９はその要部を示す。なお、実施形態２に関する説明において、図７の上下、左右をそれぞれ上下、左右というものとし、図９の左側を前、右側を後というものとする。
【００２７】
図７および図８において、ＮＣ工作機械の回転位置決め機構は、回転体取付具(40)に設けられかつ主軸頭(41)が取り付けられた回転体(42)の回転位置を決定するものであり、左右方向に直線移動する移動体(43)を有する回転駆動装置(44)と、回転体(42)と移動体(43)との間に設けられたリンク(45)とを備えている。
【００２８】
回転体取付具(40)は、水平壁部(40a)と、水平壁部(40a)の前後両側縁にそれぞれ設けられた１対の垂下壁部(40b)とよりなり、回転体(42)は、転動体に予圧が付与された転がり軸受(46)を介して回転体取付具(40)の垂下壁部(40b)の下端部に、前後方向に伸びる軸線の周りに回転自在に枢着されている。すなわち、回転体取付具(40)の両垂下壁部(40b)間に前後方向に伸びる軸(47)が渡し止められており、回転体(42)の一端部が軸(47)の周囲に転がり軸受(46)を介して取り付けられている。
【００２９】
回転駆動装置(44)は、回転体取付具(40)の水平壁部(40a)の下面に取り付けられた左右方向に伸びる横断面略逆Ｕ字状の直線状ガイドレール(48)を備えており、移動体(43)はガイドレール(48)内に配されかつガイドレール(48)に沿って左右方向に移動するようになっている。また、回転駆動装置(44)は、ガイドレール(48)内にこれと平行になるように配置され、かつ両端部がガイドレール(48)内に設けられた支え(49)に、転動体に予圧が付与された転がり軸受(50)を介して回転自在に支持されているボールねじ軸(51)と、移動体(43)に一体に設けられかつボールねじ軸(51)の周りに予圧が付与された複数の循環ボール（図示略）を介してはめられたボールナット部(52)（図９参照）と、一方の支え(49)に取り付けられかつボールねじ軸(51)を回転させるサーボモータ(53)とを備えている。そして、サーボモータ(53)によりボールねじ軸(51)が回転させられると、ボールナット部(52)が左右方向に移動し、これと一体となっている移動体(43)も左右方向に移動する。
【００３０】
図９に示すように、ガイドレール(48)の前後両側の垂下部(48a)の内側面に、それぞれ上下２列のボールガイド溝(54)が形成されている。移動体(43)の前後両側面に、それぞれガイドレール(48)のボールガイド溝(54)と対応する上下２列のボールガイド溝(55)が形成されている。ガイドレール(48)のボールガイド溝(54)とこれに対応する移動体(43)のボールガイド溝(55)とによりボール往路(56)が形成されている。移動体(43)における上下のボールガイド溝(55)よりも前後方向内側に上下２列の穴状ボール復路(57)が形成されている。そして、各ボール往路(56)の端部と各ボール復路(57)の端部とが、移動体(43)の移動方向の両端部に形成された上下２つの反転路（図示略）により連結されて無端状ボール循環路(58)が形成されており、ボール循環路(58)に複数のボール(59)が封入されている。ボール往路(56)においてはボール(59)に予圧が付与されている。移動体(43)の下面には横断面略逆Ｕ字状の取付部(60)が固定されている。
【００３１】
リンク(45)の両端部は、転動体に予圧が付与された転がり軸受(61)を介して回転体(42)の他端部および移動体(43)の取付部(60)に、それぞれ前後方向に伸びる軸線の周りに回転自在に枢着されている。すなわち、図９に示すように、リンク(45)の両端部にそれぞれ前後方向に伸びる貫通穴(45a)が形成されている。また、回転体(42)の他端部に前後方向に間隔をおいて２つの支持部(42a)が設けられており、これらの支持部(42a)にそれぞれ前後方向に伸びる貫通穴（図示略）が形成されている。さらに、取付部(60)の両垂下部(60a)に前後方向に伸びる貫通穴(60b)が形成されている。そして、リンク(45)の両端部が、回転体(42)の両支持部(42a)間および取付部(60)の両垂下部(60a)間に配され、リンク(45)と、両支持部(42a)および両垂下部(60a)の貫通穴(60b)に通された軸(62)が、転がり軸受(61)を介してリンク(45)、両支持部(42a)および両垂下部(60a)に回転自在に支持されている。
【００３２】
上記構成の回転位置決め機構によれば、立形、横形の両方の特性を持つマシニングセンタを構成することが可能であり、円テーブルとの組合せで５面加工機を構成することが可能となる。
【００３３】
実施形態２の回転位置決め機構の電気的構成は、サーボモータ(53)が１つであり、したがって制御装置、電力増幅器、位置検出器が１つずつ設けられていることを除いては実施形態１の場合と同様である。
【００３４】
上記構成のＮＣ工作機械の回転位置決め機構において、入力された目標値（回転体(42)の角度）に対してＣＮＣ部が関数発生を行い、座標変換により移動体(43)の移動量を計算して、制御装置がこれに合わせた電力を電力増幅器を介してサーボモータ(53)に出力する。すると、ボールねじ軸(51)が回転させられて移動体(43)が直線的に移動し、リンク(45)の働きにより、回転体(42)は所定角度回転させられる。このとき、移動体(43)の位置と速度が位置検出器により検出され、制御装置の位置制御部および速度制御部にフィードバックされる。すると、制御装置は、この位置データおよび速度データに基づいて移動体(43)の必要な位置および速度が得られるように、電力増幅器を介してサーボモータに出力する電力を調整する。
【００３５】
実施形態３
この実施形態は図１０に示すものであり、この発明による回転位置決め機構を、ＮＣ工作機械の傾斜テーブルに適用したものである。なお、実施形態３に関する説明において、図１０の上下、左右をそれぞれ上下、左右というものとする。図１０において、ＮＣ工作機械の回転位置決め機構は、ベース(70)の上面に設けられた傾斜テーブル(71)の回転位置を決定するものであり、１直線上を左右方向に直線移動する左右２つの移動体(5)(4)を有する回転駆動装置(6)と、傾斜テーブル(71)と一方の移動体(4)との間に設けられたリンク(7)とを備えている。そして、コラム(1)に代えてベース(70)を用いた点、および回転体(3)に代えて傾斜テーブル(71)を用いた点を除いては、実施形態１の回転位置決め機構と同様な構成であり、同一部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１０において、右の移動体(4)が実施形態１の上の移動体(4)に該当し、左の移動体(5)が同じく下の移動体(5)に該当する。また、実施形態１における回転体(3)の支持部(3a)(3c)に該当するのが、傾斜テーブル(71)の支持部(71a)(71b)である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態１の回転位置決め機構を示す正面図である。
【図２】同じく一部切り欠き側面図である。
【図３】図２とは移動体の位置が異なっている回転位置決め機構を示す側面図である。
【図４】図２のIV−IV線拡大断面図である。
【図５】図４のV−V線断面図である。
【図６】実施形態１の回転位置決め機構の電気的構成を示すブロック図である。
【図７】実施形態２の回転位置決め機構を示す一部切り欠き正面図である。
【図８】図７とは移動体の位置が異なっている回転位置決め機構を示す一部切り欠き正面図である。
【図９】図７のIX−IX線拡大断面図である。
【図１０】実施形態３の回転位置決め機構を示す正面図である。
【符号の説明】
(3)(42)：回転体
(4)(5)(43)：移動体
(6)(44)：回転駆動装置
(7)(45)：リンク
(8)(48)：ガイドレール
(9)(51)：ボールねじ軸
(10)(52)：ボールナット
(11)(53)：サーボモータ
(12)(61)：転がり軸受
(71)：傾斜テーブル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary positioning mechanism used for an NC machine tool, for example.
[0002]
[Prior art]
For example, a gear device has been conventionally used as a rotary positioning mechanism for a rotating body in a spindle head of a 5-axis control machining center or an NC machine tool such as an inclined table.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the gear device, in order to increase the positioning rigidity, it is necessary to increase the reduction ratio, and there is a problem that it is not possible to satisfy both the increase in the positioning rigidity and the increase in the positioning speed at the same time. . In addition, there is a problem that the teeth of the gear are easily worn and inferior in durability. Furthermore, there is a problem that positioning accuracy is not sufficient due to the influence of gear backlash and the like.
[0004]
An object of the present invention is to provide a rotary positioning mechanism that solves the above-described problems and that can satisfy both of high positioning rigidity and high positioning speed at the same time and is excellent in durability. is there.
[0005]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The rotational positioning mechanism according to the invention of
The rotational positioning mechanism according to the invention of
[0006]
According to the rotary positioning mechanism of the first and second aspects of the invention, by moving one moving body on which one end of the link is pivotally mounted relative to the other moving body on which the rotating body is pivotally mounted. The rotation position can be determined by rotating the rotating body. In addition, while moving the other moving body on which the rotating body is pivoted, both moving bodies are moved so that the two moving bodies do not move relative to each other, so that the rotating body moves straight on the one straight line. It can be moved to determine the linear position. According to the rotary positioning mechanism of the first aspect of the present invention , since the spindle head is attached to the rotating body, it is possible to constitute a machining center having both vertical and horizontal characteristics. A five-face processing machine can be configured in combination.
[0007]
Since the rotational positioning mechanism according to the first and second aspects of the present invention is configured as described above, it is possible to satisfy both the high speed positioning of the rotating body and the high positioning rigidity.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the rotary positioning mechanism according to the first or second aspect of the invention, wherein the rotary drive device is a linear guide rail and two movements attached to the guide rail and moved along the guide rail by rolling guides. A body, a ball screw shaft arranged parallel to the guide rail and not to rotate, and each moving body is provided to move together with the ball screw shaft and is fitted around the ball screw shaft through a plurality of circulating balls. A ball nut and a servo motor provided on each moving body and rotating the ball nut are provided. The rotating body is pivotally attached to the other moving body via a rolling bearing, and both ends of the link roll. It is pivotally attached to the rotating body and one moving body via bearings.
[0009]
Since the rotation positioning mechanism according to the invention of
[0010]
A rotational positioning mechanism according to a fourth aspect of the present invention is a rotational positioning mechanism that determines a rotational position of a rotating body to which a spindle head is attached, and is one movement that linearly moves in a direction perpendicular to the rotational center line of the rotating body. A rotation drive device having a body, and a link provided between the rotation body and the movable body, and both ends of the link can swing around an axis parallel to the rotation center line of the rotation body. As described above, each of the rotating bodies is pivotally attached to a portion shifted from the rotation center line and the moving body, and the spindle head is attached to the rotating body so as to change its direction by the rotation of the rotating body .
A rotational positioning mechanism according to a fifth aspect of the present invention is a rotational positioning mechanism for determining a rotational position of a rotating body composed of an inclined table having a recess for attaching a workpiece, and a direction perpendicular to the rotational center line of the rotating body. And a link provided between the rotating body and the moving body, and both ends of the link are parallel to the rotation center line of the rotating body. So that it can swing around the rotating center line of the rotating body and the moving body, respectively, and the rotating body rotates around the rotating center line of the rotating body and is rotated by the rotation of the rotating body. It has a plane for changing the direction, and a recess for attaching a workpiece is formed on the plane .
[0011]
According to the rotation positioning mechanism of the fourth and fifth aspects of the invention, the rotational position can be determined by rotating the rotating body by moving the moving body. Here, according to the rotary positioning mechanism of the invention of
[0012]
Since the rotational positioning mechanism according to the fourth and fifth aspects of the present invention is configured as described above, it is possible to satisfy both an increase in the positioning speed of the rotating body and an increase in the positioning rigidity.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the rotary positioning mechanism according to the fourth or fifth aspect of the present invention, the rotating body driving device is a linear guide rail, and a movable body that is attached to the guide rail and moves along the guide rail by rolling guide. And a ball screw shaft arranged in parallel with the guide rail and rotatably supported by the fixed part via a rolling bearing, and a plurality of circulating balls provided around the ball screw shaft and fitted around the ball screw shaft. The ball nut and the servo motor for rotating the ball screw shaft are provided, and both end portions of the link are pivotally attached to the rotating body and the moving body via rolling bearings.
[0014]
The rotational positioning mechanism according to the sixth aspect of the present invention has only a rolling contact portion and no sliding contact portion where wear easily occurs, so that the durability is improved as compared with the case where a conventional gear device is used. Moreover, since there is no sliding contact portion, the occurrence of rattling is prevented, and rigidity and positioning accuracy are improved as compared with the case where a conventional gear device is used.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
This embodiment is shown in FIGS. 1 to 6, and the rotational positioning mechanism according to the present invention is applied to a rotating body to which a spindle head of an NC machine tool is attached. 1 to 3 show the overall configuration of the rotary positioning mechanism of the first embodiment, FIGS. 4 and 5 show the main parts thereof, and FIG. 6 shows the electrical configuration of the rotary positioning mechanism. In the description of the first embodiment, the upper and lower sides and the left and right sides in FIG. 1 are referred to as the upper and lower sides and the left and right sides, respectively.
[0017]
1 to 3, the rotational positioning mechanism of the NC machine tool determines the rotational position of the rotating body (3) provided on the front surface of the column (1) and having the spindle head (2) attached thereto. Between the rotary drive device (6) having two upper and lower moving bodies (4) and (5) moving linearly on one straight line extending in the vertical direction, and between the rotary body (3) and the upper moving body (4) And a link (7) provided.
[0018]
The rotary drive device (6) includes a pair of linear guide rails (8) attached to the front surface of the column (1) at intervals in the left-right direction and extending in the up-down direction. ) (5) is mounted so as to straddle both guide rails (8) and moves vertically along both guide rails (8). Further, the rotary drive device (6) includes a vertically extending ball screw shaft (9) disposed in a vertically extending groove (1a) formed on the front surface of the column (1) between the guide rails (8). ) And a ball nut (10) fitted on each moving body (4) (5) and fitted through a plurality of circulating balls (not shown) provided with preload around the ball screw shaft (9) And a servo motor (11) that is provided on each of the moving bodies (4) and (5) and rotates the ball nut (10). Both end portions of the ball screw shaft (9) are fixed to a support (1b) fixedly provided on the bottom surface of the concave groove (1a) so as not to rotate.
[0019]
As shown in FIG. 4, the rotating body (3) is moved around the axis extending in the left-right direction to the lower moving body (5) via the rolling bearing (12) preloaded on the rolling element (12a). It is pivotally attached to it. That is, a mounting portion (13) protruding forward is fixed to the upper end portion of the lower movable body (5), and a through hole (13a) extending in the left-right direction is formed in the mounting portion (13). Further, a support portion (3a) is provided at one end portion of the rotating body (3) with an interval in the left-right direction, and a through hole (3b) extending in the left-right direction is formed in the support portion (3a). . Then, the mounting portion (13) of the movable body (5) is disposed between both support portions (3a) of the rotating body (3), and the through-hole (13a) (13a) of the mounting portion (13) and both support portions (3a) ( The shaft (14) passed through 3b) is rotatably supported by the mounting portion (13) and the two support portions (3a) via the rolling bearing (12).
[0020]
Both ends of the link (7) are arranged in the left-right direction on the other end of the rotating body (3) and the lower end of the upper moving body (4) via a rolling bearing (12) preloaded on the rolling elements. It is pivotally mounted around an axis that extends freely. That is, through holes (not shown) extending in the left-right direction are formed at both ends of the link (7). In addition, two support portions (3c) and (4a) are provided at the other end of the rotating body (3) and the lower end of the moving body (4) with a space in the left-right direction. Through holes (not shown) extending in the left-right direction are formed in (3c) and (4a), respectively. Then, as in the case shown in FIG. 4, both ends of the link (7) are arranged between the support portions (3c) (4a) of the rotating body (3) and the moving body (4), and the link (7) and The shaft (14) passed through the through-holes of both support parts (3c) (4a) is rotatably supported by the link (7) and both support parts (3c) (4a) via the rolling bearing (12). ing.
[0021]
Four runners (15), which are U-shaped in cross section and move while being guided by the guide rail (8), are fixed to the rear surface of each movable body (4) (5). As shown in FIG. 4, ball guide grooves (16) are formed on the inner side surfaces of the left and right rising portions (15a) of each runner (15). Further, ball guide grooves (17) corresponding to the ball guide grooves (16) of the runner (15) are formed on the left and right side surfaces of the guide rail (8). A ball forward path (18) is formed by the ball guide groove (16) of each runner (15) and the ball guide groove (17) of the corresponding guide rail (8). Further, a hole-shaped ball return path (19) is formed on the outer side in the left-right direction with respect to the ball guide groove (16) at the rising portion (15a) of each runner (15). Then, the end of the ball forward path (18) and the end of the ball return path are connected by ball reversing paths (not shown) formed at the upper and lower end portions of each runner (15), so that the endless ball circulation path (20 ) And a plurality of circulating balls (21) are enclosed in the ball circulation path (20). In the ball forward path (18), a preload is applied to the ball (21).
[0022]
As shown in FIG. 5, the servo motor (11) includes a motor housing (22) fixed to the moving bodies (4) and (5), a rotor (23), and a stator (24). In the motor housing (22), a hollow rotating shaft (25) is arranged so that both upper and lower ends protrude outside the motor housing (22), and the ball screw shaft (9) is disposed on the rotating shaft (25). ). The upper and lower ends of the rotating shaft (25) are rotatably supported with respect to the motor housing (22) by angular ball bearings (26) and (27), respectively. Both angular ball bearings (26) and (27) support a radial load and a thrust load in one direction, respectively, and are a front combination. A rotor (23) is provided on the outer periphery of the rotating shaft (25), and a stator (24) is provided on the inner periphery of the motor housing (22) around it. Preload is applied to the balls (26a) and (27a) of the angular ball bearings (26) and (27), respectively. A ball nut (10) is coupled to the lower end of the rotating shaft (25) via a coupling (28). Then, when the rotating shaft (25) is rotated by the servo motor (11), the ball nut (10) rotates and moves in the longitudinal direction of the ball screw shaft (9), whereby the coupling (28), the rotating shaft ( The movable bodies (4) and (5) are moved in the vertical direction via 25) and the motor housing (22).
[0023]
According to the rotational positioning mechanism having the above-described configuration, it is possible to configure a machining center having both vertical and horizontal characteristics, and it is possible to configure a five-face processing machine in combination with a circular table.
[0024]
As shown in FIG. 6, the rotary positioning mechanism of the NC machine tool is connected to a computer numerical control unit (CNC unit) (30), and two control devices (31A) (31B) for controlling each servo motor (11). ), Two power amplifiers (32A) (32B) that amplify the output power of each control device (31A) (31B) and output to the servo motor (11), and each control device (31A) (31B) And two position detectors (33A) and (33B) for detecting the positions and velocities of the moving bodies (4) and (5). Each control device (31A) (31B) includes a position control unit (34A) (34B) for controlling the position of each moving body (4) (5), and a speed control unit (35A) (35B) for controlling the speed. Is included.
[0025]
In the rotational positioning mechanism of the NC machine tool configured as described above, the CNC unit (30) generates a function for the input target value (angle and position of the rotating body (3)), and each moving body (4 ) Distributes the movement amount for each (5), and each control device (31A) (31B) outputs the power matched to this to each servo motor (11) via each power amplifier (32A) (32B) . Then, the ball nut (10) is rotated, the two moving bodies (4) and (5) move linearly, and the rotating body (3) also moves linearly. Here, when the moving speed and the moving direction of both the moving bodies (4) and (5) are the same, the rotating body (3) does not rotate but only moves linearly. On the other hand, when the moving speeds or moving directions of the moving bodies (4) and (5) are different, the rotating body (3) is rotated by a predetermined angle in addition to the linear movement by the action of the link (7). . At this time, the positions and velocities of the moving bodies (4) and (5) are detected by the position detectors (33A) and (33B), and the position control units (34A) and (34B) of the respective control devices (31A) and (31B) and Feedback is provided to the speed control units (35A) and (35B). Then, each control device (31A) (31B), each power amplifier (32A) (32A) (31B), so that the required position and velocity of both moving bodies (4) (5) can be obtained based on this position data and velocity data. The electric power output to each servo motor (11) via 32B) is adjusted. The position detectors (33A) and (33B) are used for the rotation center (for rotation angle position detection) of the rotating body (3) and the moving body (5) (for detecting the linear position) to which the rotating body (3) is pivotally attached. It may be attached.
[0026]
This embodiment is shown in FIGS. 7 to 9, and the rotation positioning mechanism according to the present invention is applied to a rotating body to which a spindle head of an NC machine tool is attached. 7 and 8 show the entire configuration of the rotational positioning mechanism of the second embodiment, and FIG. 9 shows the main part thereof. In the description of the second embodiment, the top and bottom and the left and right in FIG. 7 are referred to as the top and bottom and the left and right, respectively, and the left side in FIG.
[0027]
7 and 8, the rotational positioning mechanism of the NC machine tool determines the rotational position of the rotating body (42) provided on the rotating body fixture (40) and having the spindle head (41) attached thereto. The rotary drive device (44) having a moving body (43) that linearly moves in the left-right direction, and a link (45) provided between the rotating body (42) and the moving body (43).
[0028]
The rotating body fixture (40) includes a horizontal wall part (40a) and a pair of hanging wall parts (40b) provided on both front and rear edges of the horizontal wall part (40a). Is pivotally attached around the axis extending in the front-rear direction to the lower end of the drooping wall (40b) of the rotating body fitting (40) via a rolling bearing (46) with preload applied to the rolling element. Has been. That is, the shaft (47) extending in the front-rear direction is blocked between the two hanging wall portions (40b) of the rotating body attachment (40), and one end of the rotating body (42) is placed around the shaft (47). It is mounted via a rolling bearing (46).
[0029]
The rotation drive device (44) includes a linear guide rail (48) having a substantially inverted U-shaped cross section extending in the left-right direction and attached to the lower surface of the horizontal wall portion (40a) of the rotating body fixture (40). The moving body (43) is arranged in the guide rail (48) and moves in the left-right direction along the guide rail (48). Further, the rotation drive device (44) is arranged in the guide rail (48) so as to be parallel to the support rail (48), and both ends thereof are provided on the support (49) provided in the guide rail (48). A ball screw shaft (51) supported rotatably through a rolling bearing (50) to which preload is applied, and a preload is provided around the ball screw shaft (51), which is provided integrally with the moving body (43). A ball nut portion (52) (see FIG. 9) fitted through a plurality of applied circulation balls (not shown), and a servo attached to one support (49) and rotating the ball screw shaft (51) And a motor (53). When the ball screw shaft (51) is rotated by the servo motor (53), the ball nut (52) moves in the left-right direction, and the moving body (43) integrated therewith also moves in the left-right direction. To do.
[0030]
As shown in FIG. 9, two rows of upper and lower ball guide grooves (54) are formed on the inner surface of the hanging portion (48a) on both the front and rear sides of the guide rail (48). Two upper and lower rows of ball guide grooves (55) corresponding to the ball guide grooves (54) of the guide rail (48) are formed on both front and rear sides of the movable body (43). A ball forward path (56) is formed by the ball guide groove (54) of the guide rail (48) and the ball guide groove (55) of the movable body (43) corresponding thereto. Two rows of upper and lower hole ball return paths (57) are formed on the inner side in the front-rear direction than the upper and lower ball guide grooves (55) in the movable body (43). The end of each ball forward path (56) and the end of each ball return path (57) are connected by two upper and lower reversing paths (not shown) formed at both ends in the moving direction of the moving body (43). Thus, an endless ball circulation path (58) is formed, and a plurality of balls (59) are enclosed in the ball circulation path (58). In the ball outward path (56), a preload is applied to the ball (59). A mounting portion (60) having a substantially U-shaped cross section is fixed to the lower surface of the moving body (43).
[0031]
Both ends of the link (45) are respectively connected to the other end of the rotating body (42) and the mounting part (60) of the moving body (43) via a rolling bearing (61) preloaded on the rolling elements. It is pivotally mounted around an axis extending in the direction. That is, as shown in FIG. 9, through holes (45a) extending in the front-rear direction are formed at both ends of the link (45). In addition, two support portions (42a) are provided at the other end portion of the rotating body (42) at intervals in the front-rear direction, and through holes (not shown) extending in the front-rear direction are respectively provided in these support portions (42a). ) Is formed. Furthermore, a through hole (60b) extending in the front-rear direction is formed in both hanging parts (60a) of the attachment part (60). And both ends of the link (45) are arranged between both support parts (42a) of the rotating body (42) and between both hanging parts (60a) of the attachment part (60), and the link (45) and both support parts The shaft (62) passed through the through hole (60b) of the part (42a) and both hanging parts (60a) is connected to the link (45), both supporting parts (42a) and both hanging parts via the rolling bearing (61). (60a) is rotatably supported.
[0032]
According to the rotational positioning mechanism having the above-described configuration, it is possible to configure a machining center having both vertical and horizontal characteristics, and it is possible to configure a five-face processing machine in combination with a circular table.
[0033]
The electrical configuration of the rotational positioning mechanism of the second embodiment is that of the first embodiment except that there is one servo motor (53), and therefore, one control device, one power amplifier, and one position detector are provided. It is the same as the case of.
[0034]
In the rotary positioning mechanism of the NC machine tool configured as described above, the CNC unit generates a function for the input target value (angle of the rotating body (42)), and calculates the amount of movement of the moving body (43) by coordinate conversion. Then, the control device outputs electric power corresponding to this to the servo motor (53) through the power amplifier. Then, the ball screw shaft (51) is rotated to move the moving body (43) linearly, and the rotating body (42) is rotated by a predetermined angle by the action of the link (45). At this time, the position and speed of the moving body (43) are detected by the position detector and fed back to the position control unit and the speed control unit of the control device. Then, the control device adjusts the electric power output to the servo motor via the power amplifier so that the necessary position and velocity of the moving body (43) can be obtained based on the position data and velocity data.
[0035]
This embodiment is shown in FIG. 10, and the rotational positioning mechanism according to the present invention is applied to an inclination table of an NC machine tool. In the description of the third embodiment, the upper and lower sides and the left and right sides in FIG. In FIG. 10, the rotational positioning mechanism of the NC machine tool determines the rotational position of the tilt table (71) provided on the upper surface of the base (70). A rotary drive device (6) having two moving bodies (5) and (4), and a link (7) provided between the inclined table (71) and one moving body (4) are provided. Then, except for the point using the base (70) instead of the column (1) and the point using the inclined table (71) instead of the rotating body (3), it is the same as the rotational positioning mechanism of the first embodiment. The same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In FIG. 10, the right moving body (4) corresponds to the upper moving body (4) of the first embodiment, and the left moving body (5) also corresponds to the lower moving body (5). Further, the support portions (71a) and (71b) of the inclined table (71) correspond to the support portions (3a) and (3c) of the rotating body (3) in the first embodiment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a rotational positioning mechanism according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially cutaway side view.
FIG. 3 is a side view showing a rotary positioning mechanism in which the position of the moving body is different from FIG.
4 is an enlarged sectional view taken along line IV-IV in FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing an electrical configuration of the rotational positioning mechanism of the first embodiment.
7 is a partially cutaway front view showing a rotational positioning mechanism of
8 is a partially cutaway front view showing a rotational positioning mechanism in which the position of the moving body is different from that in FIG.
9 is an enlarged cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG.
FIG. 10 is a front view showing a rotation positioning mechanism according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
(3) (42): Rotating body
(4) (5) (43): Mobile
(6) (44): Rotation drive device
(7) (45): Link
(8) (48): Guide rail
(9) (51): Ball screw shaft
(10) (52): Ball nut
(11) (53): Servo motor
(12) (61): Rolling bearing
(71): Inclined table
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