JPH09503447A

JPH09503447A - 工作機械装置とその線形運動トラック

Info

Publication number: JPH09503447A
Application number: JP7510954A
Authority: JP
Inventors: エイチ．スロカム，アレキサンダー; エイチ．オルスン，ジョン
Original assignee: オーマックスコーポレイション
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1997-04-08
Also published as: KR960704675A; US5472367A; WO1995009715A1; TW275599B

Abstract

(57)【要約】工作機械およびそれに使用する線形運動トラックを開示する。ここで線形運動トラックは管体（２１）でなり、該管体は断面が円形であり相対向する外側に長手方向に少なくとも２個のベアリング（２５Ｃ，２５ｄ）を配設して有し、該管体が該２個のベアリングにより連結された一対のア−チを形成している。この管のア−チは、該ベアリングを介しての、また、該管体上の移動部材（２２）からの、径方向負荷あるいはモ−メント負荷が該管のア−チにかかるときに発生する局部的な曲げモ−メントを最小にする。更に該線形運動トラックに加えて、加工機械はまた、ワ−クピ−ス取付け用の、線形運動トラックが取付けられているテ−ブルと、線形運動トラックに取り付けられた工具（８）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】工作機械装置とその線形運動トラック技術分野この発明は、高圧ウォ−タ−ジェット研磨切断などのような、大型の被加工物を処理できるように比較的開放された構造をなしていて過酷な環境下で使用され、高い剛性と精度を有しながら、その軸類がベロ−により完全に密閉されていて、高圧の霧の状態においても、精密ベアリング部やボ−ルねじ部が汚染されないようにしてある工作機械に関し、更に詳しくは、この発明は、線形運動の主要軸としてＣ字型の背部に沿った水平面内と該Ｃ字型の背部から前方に突出していて、ＸＹ運動システムを形成する軸と、および工具高さを調整するためのオプションとしての垂直線形運動軸を備えた一方に開放されたＣ字型構造に関する。なお、工具としては、高圧ウォ−タ−ジェットノズル、穴堀へッド、あるいはレ−ザ−ビ−ム集光照準機構等が用いられる。背景技術高圧ウォ−タ−ジェット切断装置は、柔軟な繊維から木材、樹脂材、石材、金属に至る材料を（流れる研磨剤で）切断する効果的な手段として1970年代に開発されたものである。大方のウォ−タ−ジェット機械は、回転軸ベ−スのロボットを基本としており、この場合の角運動の合成は、ロボットア−ムによって増幅される角度エラ−を伴うために、精度が悪い傾向がある。大型のシステムは、従来の直線軸のシ−ルシステムを採用した伝統的な工作機械設計に基づくものであり、ウォ−タ−ジェット切断プロセスにおいて発生する研磨粉の高圧霧の侵入を防止するには不完全である。それ故、前者は高価であるとともに精度が悪く、後者はメンテナンス費用が高くなる傾向があった。更に、設計された大型のＸＹ座標運動をする工作機械システム(Cartesian mac hine tool systems)は、実際にウォ−タ−ジェット切断を適用することにより最大の営業効果が実際に期待される平均的な事業所で使用するには大き過ぎ、高価過ぎるものであった。モジュレ−ト型線形軸を開発する他の試みとして、日本のＮＳＫ社の、”モノキャリヤ−”（特許出願中）と呼ぶモジュレ−ト型線形運動システムの最近の開発がある。この設計では、一方に開放されていて内側縁に線形ベアリングを有するチャンネル形状が採用される。ボ−ルねじ(ballscrew)がチャンネルの中央に配設されていて、同様に該チャンネルの中央に設けられた移動部材を駆動する。このシステムは、チャンネルの開放側を蓋う長手方向にスリットをもった金属カバ−で摺動シ−ルを形成するベルトタイプのシ−ルによりシ−ルされる。この設計の特徴として、ベアリングレ−スが構造内に直接に組み込まれている点が挙げられる。しかしながら、摺動ベルトタイプのシ−ルの場合には埃粒が前後に巻き込まれて、システム内に侵入し、ベアリング及びボ−ルねじを早期に摩耗させ易い。更に、一方に開放したＣ字型のシステムの場合には、ねじれ負荷に対して、構造的に不十分であり、したがって、負荷による角度（捩じれ）誤差が大きくなり、また、それらは該ベアリングと工具尖端との間の距離により増幅されて大なる移動誤差をもたらす。この角度誤差増幅はアッベ誤差(Abbe error)として知られており、アレキサンダ−エイチ．スロカム著の教科書 Precision Machine Design（1992 Prentice-Hall,Inc．ISBN 0-13-719972-4）に詳細に取り扱われている。なお、もう一つの、より古い、モジュラ−型軸デザインはニュ−ヨ−クのアノラド社（Anorad Corporation）から市販されている。このシステムもチャンネルフランジの内側面に線形ベアリングレ−スを有するチャンネル構造を採用しており、移動部材はフランジの間にフランジのレ−スを利用したモジュラ−型線形ベアリングによって保持され、ボ−ルねじ又は線形電動モ−タにより駆動される。このシステムは、典型的には、該チャンネル構造にマッチする形状の直角チャンネルタイプのベロ−システムによってシ−ルされている。ベロ−と該構造体との間の境界部は摺動タイプをなしていて、研磨剤粉ミストが侵入し、早期にシステムを故障させる。例えば座標測定機械や研磨機など、多くの他のタイプの機械において、Ｃ字形の背面に沿っての水平軸と該第一の軸から片持ち梁状に前方に向けて突設させた第二の水平運動軸を備える構成の一方に開放するＣ字枠の考えが利用されている。これらの多くの場合には、後方水平軸は、典型的には、一平面に水平をなしてボルト結合されたベアリングとシ−ル用の直角チャンネル形ベロ−を有する中実部材でなっている。このような普通の設計手法が研磨剤粉霧の場所に適用されることによって機械の線形運動の駆動部品に早期に故障が発生している。大型の片持ちア−ムを有するガントリロボットのなかには、その後方水平軸が柱によって支えられているものもあるが、片持ち梁状態に前方に突出した軸により生じる大きなモ−メント（偶力）に抗するには構造的に不十分である開放チャンネルのコンセプトが依然として採用されてきている。更に、ベロ−によるシ−ル方法には、研磨剤粉霧が軸との摺接面を通して侵入してしまうチャンネル形ベロ−が使用されており、該ベロ−の水平平面に研磨性埃が積って軸の移動にともなうベロ−屈曲の伸縮サイクルによりベロ−が磨滅される。ジョンソン(Johnson)に付与された米国特許第1,937,408 号、ドラン(Doran)他に付与された米国特許第2,007,180 号、およびベ−カ−(Baker)に付与された米国特許第2,456,041 号の各明細書は全て一般にねじタイプ駆動で作動される“開放枠”タイプの線形運動加工機械を開示している。スワントロム(Svanstom)に付与された米国特許第3,918,331号明細書は、水平スピンドルおよびタレットを有する自動旋盤を教示している。スピンドルは、スピンドルの中心軸に直角方向に直線的に動き得るスピンドルヘッドストックに取り付けられて、タレットは該スピンドルヘッドストックの動く方向に対して直角方向に動くようにしてある。タレットの回転軸は、スピンドルの軸心に直角で、少なくともスピンドルヘッドストックの動く方向に実質的に平行になっている。タレットは外側加工とともに内側加工用の工具取付けに適用される。グリ−ベラ（Griebeler）に付与された米国特許第4,282,763号明細書は、振動運動用の装置を開示している。この装置は駆動手段と第一、第二あるいは第三級のレバ−、あるいはテコ部品を持たない手段を備えた調節部材を有している。エッサ−（Esser）に付与された米国特許第4,447,178号明細書は、垂直に動く主軸台とこの主軸台から水平に出入りするように保持されたスピンドルスリ−ブを備えた水平ボ−ル及びフライス盤を開示している。特に、スピンドルスリ−ブの外端部は、突出しているときには主軸台に対して、突出距離の指数関数である垂直ふれを生じる。スピンドルスリ−バ−前端部を、垂直矯正移動するためにその突出につれて主軸台を動かす補正手段が主軸台(h eadstock)に取り付けられてあり、その変位は主軸台に対する垂直変位のそれと同じ突出距離の指数関数である。矯正補正は、突出量を示す信号を特定のスピンドルスリ−ブ及び工具について予め定められた指数関数と比較し、これに呼応して適当な矯正信号を発生することで行われる。この必要な比較を行うためにメモリ−及びコンピュ−タ装置が採用されている。メモリ−及びコンピュ−タ装置は信号をモ−タに送る。このモ− タは周りにケ−ブルが張られた逆転ロ−ルを移動させるように設けられており、そのケ−ブルの両端部は、主軸台(headstock)と釣合錘にそれぞれ結合されている。逆転ロ−ルの径方向の動きは主軸台を垂直面内で傾斜させる。モ−タと逆転ロ −ルとの間の運動伝達機構により、高速回転のモ−タによっても正確な移動がなされ得るようにしている。カ−ス（Kase）に付与された米国特許第4,564,995号明細書は、一対の垂直柱を有する金属加工用複合工作機械を開示している。垂直柱の前側および後側には、垂直旋盤およびフライス盤がそれぞれ設けられており、それぞれ独立して駆動され運転されるようにしてある。これらの工作機械による加工はパレット上の被加工物に対してなされる。次々と連なる被加工物を有するパレットを移送するためのパレット搬送装置が垂直旋盤とフライス盤との間および垂直柱の間に設けられている。垂直旋盤での切削加工が完了すると、続いて被加工物を有するパレットはパレット搬送装置によってフライス盤に移送される。この複合工作機械は、比較的重い被加工物の搬送時間を短縮するのに特に有用である。フィックラ−（Fickler）に付与された米国特許第4,614,128号明細書は、互いに入れこ式に動き得る２個のハウジングの外端に取り付けられた２個のモ−タで作動する線形駆動装置を開示している。一つのモ−タはねじ付きのロッドを駆動する。この設計によって、全ての機械部品がハウジング内に設けられるコンパクトな駆動装置が得られる。ゲ−カ(Geka)に付与された米国特許第4,986,725号明細書は、互いに垂直方向に離されて水平に設けられた角形または円形断面を有する上方および下方トラック軌道と、その間にスライド可能に挿入されたケ−シングを有する、ロボットア −ムなどの工作機械を運ぶ装置を開示している。上方トラック軌道の下面と下方トラック軌道の上面にはラックが形成されている。ケ−シングはその断面が略Ｈ字形なし、ケ−シング本体とその両側に取り付けられた２個の側板を有している。軌道側トラック溝とケ−シング側トラック溝がトラック軌道とケ−シング本体の内側面にそれぞれ形成されている。それぞれ対向するトラック溝の間にはボ−ルが挿入される。ケ−シング本体に復路が形成され、側板にボ−ル方向逆転用通路が形成されており、復路はケ−シング側のトラック溝と対をなし、これによりボ−ルの無限循環通路を形成している。ケ−シング本体の長手方向および横方向の中央位置にピニオンが回転自在に取り付けてある。下方トラック軌道が固定テ−ブルに固定されケ−シング本体が動かされると、上方トラック軌道はケ−シングと同じ向きに２倍の速さで動く。ササキ(Sasaki)に付与された米国特許第4,651,601号明細書は、タレットパンチプレス用の数値制御装置においてワ−クホルダと工具との衝突を防止する装置を教示している。ワ−クホルダによって占められる部分がワ−クホルダ域記憶装置に記憶され、種々のタレットの刃物台のサイズ、あるいは刃物台に取り付けられる工具のサイズが刃物台形状記憶装置に記憶される。工具を選択するときには、ワ−クホルダ域記憶装置および刃物台形状記憶装置の記憶内容に基づき、選定された工具についての禁制域が計算される。パンチコマンドがなされる直前に、衝突防止回路が、選定工具の位置が禁制域内にあるか否かを検知し、もし禁制域内にある場合には、機械の作動を停止する。ロ−シ(Roesch)に付与された米国特許第4,987,668号明細書は、工作機械のスピンドルが、閉じたポ−チ形状をなす機械枠の一部の柱によって保持され且つこれらの柱の前に位置する水平部材に沿って可動な移動台に取り付けられている工作機械を開示している。この横断する部材は柱に沿って垂直方向に動く。被加工物移動テ−ブルは、回転し得るものであり、ポ−チの前に位置する枠の部分でスピンドルに平行に動き得るように移動台に取り付けてある。このようにすることにより、可動部材の位置に拘らず、機械の変形をもたらす片持ち梁状態は生じない。ガダウド(Gadaud)他に付与された米国特許第5,052,089号明細書は、以下の３つの特徴を備えた工作機械を開示している。即ち、ワ−クピ−スホルダが水平回転軸と称せられかつ直交軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の内の一つの軸（Ｘ）に平行な軸心まわりを回転し、該軸心Ｃがテ−ブル上にあり、該テ−ブルの平らな上面が回転軸（Ｃ）に平行にしてかつ一つ以上の支持および／又は中心合わせ装置を固定させる手段を含む。工具ホルダは、固定工具用と回転工具用の２つの締め付けマンドレルを有する。そして、ワ−クピ−スホルダは、次の運動学的グル−プ、即ち、所定角度位置での固定、軸（Ｃ）に平行でないフライス加工における低速回転、およびいわゆる旋削における高速回転、の一つを与える駆動手段と関連している。カタニア(Catania)他に付与された米国特許第5,154,643号明細書は、中心線から径方向に離れた円弧状をした被加工物に対する工具位置決めのための方法と装置を教示している。この装置は中心線に対して揺動し得る軸方向に離間された支持ア−ム構成を有している。各支持ア−ムは固定部と径方向に内側および外側に動き得る部分を有しており、両ア−ムの該可動部分はＣＮＣ制御装置により制御されて同時に動き得るようにしてある。内および外ビ−ムの端部は該径方向に可動な部分によって支持されている。内および外ビ−ムのそれぞれに該ビ−ムに沿って動き得る移動部材が支持されている。各移動部材にはヘッドが支持され、各ヘッドは比較的に動かない半分と、ずらすことのできる半分とを有していて、該ずらすことのできる半分は中心点の回りで動き得るように該動かない半分に保持されたトラックに取付けられている。作動に際しては、ビ−ムは中心線に関して揺動され、移動部材は所望位置に動かされ、少なくとも一つのヘッドが突き出して、そして工具はワ−クピ−スに向けて進められ、この動きは全てＣＮＣ制御装置により制御される。装置への装着を容易にするために、内側ビ−ムを分割型にしワ −クピ−スの装着に際して軸方向外側にシフトさせることもできる。ラルソン(Larson)他に付与された米国特許第5,214,972号明細書は、各ねじナットが一緒に留められている背中合わせねじタイプのアクチュエ−タを有する線形電気機械的アクチュエ−タを開示している。作動中、一方のねじタイプのアクチュエ−タの親ねじが、他方のねじタイプのアクチュエ−タがロックされている間に回転される。以上の通りで、低反力工具、例えばウォ−タジェット、レ−ザ−、あるいは高速度彫刻などを、精度と周囲からの完全なシ−ル性を維持しながら、所望パスに沿って動かす機械が望まれる。また、一般的サイズ又は形状の機械を単に部品軸の長さを変え、軸を構造枠あるいは各他の可動移動部材にボルトで取り付けるだけで容易に作れ、それにより構造的に剛性であり且つ高精度部品が得られるようにしたモジュラ−型機械が望まれる。また、ベアリング、ボ−ルねじ、モ−タ、あるいはセンサ−などの重要な運動部品に加工プロセスで発生する高圧研磨材霧が接触しないようにベロ−によって容易に完全にシ−ルされた軸を有する機械が望まれる。更に、荷重や軽い反作用力によって生じる角度誤差が、続いて取り付けられた軸や工具の直線長さにより増幅される場合に、工具とワ−クピ−スの接点において生じる角度誤差を最小にする捩じれ特性を有する機械軸が望まれる。又、線形ベアリングによって支持された移動部材に作用した偶力が作用する場合に、ベアリングでの反作用力対が、軸構造をダイヤフラム式にねじる局部的モ −メントを発生させることなく、主として剪断応力を発生するようにベアリングを配設している機械が望まれる。発明の開示この発明は工作機械装置及びその線形運動トラックを提供する線形運動トラックは、管体の外側の反対側位置に長手方向に配設された少なくとも２個のベアリングをもっていて該管体が該２個のベアリングで連結された一対のア−チを形成している円形断面の管体を有している。この管状ア−チは、管に沿って移動する移動部材からの径方向負荷あるいはモ −メント荷重が該ベアリングを介して該管状ア−チに作用するときに発生する局部的な曲げモ−メントを最小にする。線形運動トラックに加えて、この工作機械は、また、ワ−クピ−スを支持するための、線形運動トラックが取り付けられているテ−ブルおよび該線形運動トラックに取り付けられた工具を有している。好ましくは、線形運動トラックはまた、第一の移動部材に取り付けられた第二の管体と、第二の移動部材を有する。第二の移動部材は第二の管体の上で、第一管体に沿っての第一の移動部材の長手方向運動を定める第一の軸（Ｙ）に実質的に直角な第二の軸（Ｚ）に沿って長手方向に移動し得る。更に好ましくは、第二の移動部材には工具取付け装置が設けられ、該工具取付け装置は、第一の軸（Ｙ）および第二の軸（Ｚ）に実質的に直角な第三の軸（Ｚ）に沿って工具を動かす。更に好ましくは、線形運動トラックの管体が予め定められた長さと径を有し、第二の予め定められた長さと径を有する他の管体と交換可能にしてある。該加工機械装置の管体に沿って移動部材を動かす駆動手段は、最も好ましくは、埃粒子による汚染を避けるために管体の下方に配設された長ねじによる駆動である。この駆動手段はまた好ましくは、ここでもまた埃粒子による汚染を避けるために管体の内部に配置されたモ−タを有する。最後に、ベロ−が好ましくは移動部材の両側の管体の上に配設される。これらのベロ−は管体上でスライド可能で移動部材に連結されていてベロ−と移動部材との協動により埃粒子が管体に接触しないようにしている。したがって、本発明には、高圧ジェット研磨ウォ−タ−ジェット切削用などの、厳しい悪環境で使用される工作機械およびその線形運動トラックが包含される。これらの機械は、高剛性で、従って高精度でありながら、大きな被加工物を内部で取り扱うことができるように比較的開放された構造をなし、且つ高圧霧の下においても精密ベアリングやボ−ルねじが汚染されることがないように、ベロ− によって完全にシ−ルされた軸を有している。機械の主要軸は、モジュラ−型線形運動ベアリングを取り付けるための長手方向溝と、有害外部環境から完全に保護されるサ−ボモ−タの取付け手段を備えた管の一端部に径方向長穴を有する、肉厚の管体で構成されたモジュラ−型の線形運動軸である。サ−ボモ−タは、管体の外側に取り付けられているボ−ルねじ(ballscrew)を駆動する前記径方向長穴を通すタイミングベルトを駆動する。ボ−ルねじは、線形運動ベアリングのベアリングブロックに取り付けられていて該管体の回りを囲み構造を高剛性とされ、他の軸を片持ち梁状態に取付けることもできる取付け面とベロ−の取付面を備えた移動部材に取り付けられている、ボ−ルナットを駆動する。管体は断面円形であるので精密ベアリングおよびボ−ルねじを完全に包囲するために円形ベロ−を使用することができる。この円形形状の選択は、ベロ−の折り目に埃が堆積され難いためであり、また、円形管は角形管に比べて捩じれに関して約５０％有効である。捩じれ変位は、移動部材に取り付けられ得る他の軸や工具の長さにより増幅される角変位をもたらすものであり、誤差の支配的原因である。このような構成とすることにより、第一の軸をその一端で構造枠に取り付け、第二およびそれに続く軸を前の軸の移動部材に片持ち梁状態に取り付けることにより、複数の軸を連ねることができ、従って、構成要素を容易に取り替えることができるモジュラ−型設計を可能にする。本発明のこれらの及び他の特徴は、以下の詳細な説明および図面を参照してよりよく理解されよう。図面の簡単な説明図１は本発明の工作機械装置及び線形運動トラックの斜視図であり、図２は本発明の工作機械装置及び線形運動トラックの正面図であり、図３は本発明の工作機械装置及び線形運動トラックの平面図であり、図４は本発明の工作機械装置及び線形運動トラックにおけるモジュ−ル型Ｘ軸の正面図であり、図５は本発明の工作機械装置及び線形運動トラックにおけるモジュ−ル型Ｘ軸の端面図であり、図６は本発明の工作機械装置及び線形運動トラックにおけるモジュ−ル型Ｘ軸の移動部材を通しての断面図であり、図７は本発明の工作機械装置及び線形運動トラックにおけるモジュ−ル型Ｙ軸の正面図であり、図８は本発明の工作機械装置及び線形運動トラックにおけるモジュ−ル型Ｘ軸の横断面図であり、そして図９は本発明の工作機械装置及び線形運動トラックにおけるモジュ−ル型Ｙ軸の移動部材を通しての断面図である。発明を実施するための最良の形態工作機械装置及び直線運動軌道１は、図１〜３に示されているように、被加工物を支持するための窪んだ中央部を有する基台１４と、縦部材１２Ａ及び１２Ｂによって枠１４に取り付けられたモジュ−ル型Ｘ軸２を備えている。モジュ−ル型Ｘ軸２は動くことが可能な移動部材２２を有しており、この移動部材２２にはモジュ−ル型Ｙ軸３が取り付けられている。モジュ−ル型Ｙ軸３には移動部材４２が取り付けられ、移動部材４２にはモジュ−ル型Ｚ軸５が取り付けられている。ウォ−タ−ジェットノズルのような工具８がモジュ−ル型Ｚ軸５に取り付けられる。工具８への動力は、モジュ−ル型パワ−ユニット６から供給される。被加工物は消耗品であるスノコ１１上に載置されるかあるいは回転軸４に保持される。加工屑は、機械１が乗っているタンク１０に集められる。図２〜９に工作機械装置及び線形運動トラック１の好ましい実施例を示す。工作機械装置及び線形運動トラック１は開放型Ｃ字枠構造をなしていて、線運動の基本軸は、ＸＹ運動系を構成するためＣ字型の背面に沿った水平面にあるＸ軸２および軸２の移動部材（往復台）２２から片持ち梁状態に前方に水平に突出するＹ軸と、該軸３上の移動部材４２に取り付けられていて工具の高さを調節するためのオプションとして垂直運動Ｚ軸５と、および枠１４に取り付けられていてモ−タ−１７により回転されるオプションとしての丸みを持った被加工物保持用の回転運動軸４である。工具としては、Ｙ軸移動部材４２に取り付けられた垂直運動Ｚ軸に取り付けられる、高圧ウォ−タジェットノズル、掘削ヘッド、あるいはレ−ザ−ビ−ム集光照準機構などが用いられる。モジュラ−型管体の組合せは他にもいろいろ可能である。ＸＹ、ＸＺ、ＹＺの軸組合せ全ては特殊な分野で利用される。回転軸（ツェ−タ）も付加することができる。いずれの場合においても、モ−タ−を内蔵していて気密ベロ−シ−ルを有する特徴的なモジュ−ル型管の構想（後述する）が設計および組立て作業を容易にする。誤差予測解析により予測される精度要求を満足する管の径と長さが、それ故、主要な設計規準である。Ｘ軸２（後方軸）は、図５に示すように、ベロ−２６Ａおよび２６Ｂが軸全体を取り囲み実質的に気密を構成するために、高くされるのが望ましい。このことは、ラビリンスシ−ルによる軸の保護を期待してチャンネル形状のベロ−を使用しているウォ−タ−ジェットカッタ−を備えた多くの他のタイプの機械とは著しい対照をなしている。実際には、切削（穴開け）を始めるときに発生する微細な研磨剤の霧は各穴や折り目に侵入するが、ここで提案される密閉設計であるとこのようなことに耐えることができる。また、後方の軸を高くする場合には大きなシ−ト材を機械を通して供給し背後に排出させることが可能になり、機械の軸に同期させたロ−ルフィ−ダ−を使用することにより非常に大きな物の連続的な切断が可能である。図２および３に示すように、枠体１４は溶接されてアルミニウム管および板で作られている。前方部材１６Ａおよび後方部材１６Ｂは、側方部材１５Ａおよび１５Ｂに溶接されている。これらの側方部材１５Ａおよび１５Ｂは後方部材１６Ｂの背後に突出して、垂直部材１２Ａおよび１２Ｂを取り付けるための基部を構成している。垂直部材１２Ａおよび１２ＢはＸ軸２の構造用管２１の端面を支えている。管体２１の一方の端部にはボルト穴を有する板材３３Ａが溶接され、該板材３３Ａは該ボルト穴を通して縦部材１２Ａにボルト結合されている。この構成により、管２１からのトルクは縦部材１２Ａおよび下部の枠体１４に送られる。被加工物は、回転軸４に保持されるか、あるいは枠体に支持された消耗棚板の上に載置される。枠体１４は、加工屑の捕集池の役をするタンク１０の上に載っている。ウォ− タ−ジェット装置の場合には、加工域を離れるジェット流を減速するための水がタンク１０に満たされる。図２に示す如く、電力はＸ軸移動部材２２に、１３Ｂで該移動部材に連結されているケ−ブルキャリヤ−１３Ａにより送られる。モ−タ３０への電力及び信号によりモ−タ３０が作動する。図４および５に示す如く、モ−タからの動力は、プ−リ−２９を経てタイミングベルト２７に、更に図２に示すボ−ルねじ２４の端部に取り付けられているプ−リ−２８に伝えられる。図４に示すように、ボ−ルねじ２４はその両端部でベアリングシステム２９Ａおよび２９Ｂにより支持されている。ボ−ルねじ用ナット２４ＡがＸ軸移動部材２２に取付けられていて、ボ−ルねじ２４がＸ軸移動部材２２を管２１に沿って動かすような構成をなす。ボ−ルねじ２４が管２１の下側に設けられており、従って発生する力は工具− 被加工物の接点に近いということに注意すべきである。即ち、例えば、穴堀ヘッドを使用するような場合に、系に発生するモ−メントおよびそれに伴う誤作動が少なくなる。また、ボ−ルねじ２４を下側に設ける場合には、重量部品を落した場合に生じる機械損傷の機会を減少させる。図５に示すように、モ−タは管２１内にあり且つ管軸に垂直な板材３４に取り付けられている。タイミングベルト２７の張力は、板材３４の位置を押上げねじで径方向に調節する方法により調整される。この方法はこの分野の技術者に知られている方法である。調整の後、板材３４はボルトにより管体２１に、これも又公知の方法で、固定される。Ｘ軸移動部材２２は、図６および図４に示すように、管体２１の外側に位置する直線運動ベアリングレ−ル２５Ａおよび２５Ｂに支えられて動く直線運動用ベアリングキャリッジセット２５Ｃおよび２５Ｄにより管体２１の外側に滑動可能に支持される。ベアリングレ−ル２５Ａおよび２５Ｂは、管体２１に加工された溝に取り付けられている。このことは管体２１として普通の廉価な構造用管、典型的には耐食性で機械加工の容易なアルミニウム、の使用を可能にする。きめの荒い構造用管体の外側に、直線運動ベアリングレ−ルをボルト結合するための精密な面となる面を有する高精度の溝を削設し、該面にレ−ルを取り付ける。Ｘ軸往復移動台２２をベアリングキャリッジ２５Ｃおよび２５Ｄの上に置いてそれらを位置決めする。コストを低減するために、移動部材の内面は必要よりも大きくされる。模写用エポキシ（例えば、Aston PAの Devitt Machinery Co.製のＤＷＨ）をベアリングキャリッジ２５Ｃおよび２５ＤとＸ軸移動部材２２の内面との間に注入する。エポキシが硬化した後に、ボルトを締め付けることでＸ軸移動台２２をベアリングキャリッジ２５Ｃおよび２５Ｄに固定し、薄いエポキシ層を圧縮状態にする。Ｘ軸２は全体が円形のベロ−２６Ａおよび２６Ｂにより密閉されている。各ベロ−は管体２１の一方側を蔽って設けられていて図６に示すように管体２１の一端部と移動台に取り付けられている。これらのベロ−２６Ａおよび２６Ｂは円形をしているので、その上に研磨粒が吹きかけられると、伸び縮みするに際して研磨粉がベロ−から滑り落ち易く、直角ベロ−の場合のように集積されることがない。Ｙ軸３は図７〜９に詳細に示されており、その構成は、この発明の設計思想のモジュラ−化に基づき、基本的にはＸ軸２と同じにしてある。図７に示すように、構造用管体４１には板材６３が溶接されており、この板材はＸ軸移動台２２にボルト結合されている。ベロ−４６Ａおよび４６Ｂはそれぞれ管体２１の一方側に位置し、管体４１の一端に板材６０および６３で、又、移動台４２に図９に示す４６Ｃのような薄い短ベロ−部分により連結されている。これらの円形ベロ−４６Ａおよび６４Ｂは効果的にＹ軸３を密閉し、研磨性埃はベロ−４６Ａおよび６４Ｂが伸び縮みするに際してその折目部間からＹ軸３の外側に落下し易い。図７に示すように、Ｙ軸移動台４２にはその外面に、工具あるいはオプションとしてのＺ移動軸の取り付けを容易にするＴ字形スロット４２Ａが形成されてる。Ｙ軸移動部材４２は、管体４１に削設された溝に固定された線形ベアリング軌道４５Ａおよび４５Ｂに滑動可能に取り付けられている線形移動ベアリングブロック４５Ｃ及び４５Ｄによって、管体４１の上を長手方向にスライドし得る。図７に示されているように、Ｙ軸移動台４２は、該Ｙ軸移動台４２に取り付けられているボ−ルねじナット５４Ａからの力を受けて移動される。ボ−ルねじナット５４Ａに生じる力は、モジュラ−型ベアリングユニット５９Ａおよび５９Ｂに支持されているボ−ルねじ５４が、プ−リ−５８および５９に係合しているタイミングベルト５７によって回転することにより生じる。プ−リ−５８および５９はボ−ルねじ５４およびモ−タ５０にそれぞれ取り付けられている。Ｘ軸モ−タの場合のように、図８に示すように、Ｙ軸モ−タ５０は管体４１内にあり且つ管体４１に垂直な板材６４に取り付けられている。この板材の径方向位置は管体内にあってタイミングベルトの張力を調整するネジによって調整される。円形管体の使用は、ビ−ムのねじれ剛性を最大にし、また、線形ベアリングと管体との間での負荷伝達の効率を増大させる。特に、円形管体は、ベアリング軌道が管体に取り付けられているところで部分的にア−チとして作用する。これらのア−チは構造的に有効なものであるので、移動部材に、該移動部材を経て該管体に伝えられる、径方向の荷重あるいは偶力が負荷されたときの管壁を部分的に曲げる効果を減少させる。更に、ベアリングは、管体の外側に直径方向に相互に対向して設けられている。モ−メント負荷が移動部材に作用する場合、ベアリングブロックの反作用力は相互に反対向きであり、管壁の接線方向に作用する。それ故、管壁に沿って径方向に向けての力は生ぜず、反作用力は管体構造に最も効果的に伝達される。円形管体は、コ−ナ−部を有していないので、応力集中を伴わない管壁内の剪断応力の円形分布により、これらの負荷に抵抗する。このことが、変形を最小にし、移動部材からベアリングへ、次に管体へ、次いで枠体への負荷伝達の効率を最大にする。ロウルク(Rourke)¹より、 θ（捩れ）＝Ｔ（トルク）Ｌ（長さ）／Ｋ（捩れ剛性）Ｇ（剪断係数）；Ｋ〔捩れ剛性（中空管）〕＝ π（Ｄｏ⁴−Ｄｉ⁴）／３２；Ｋ〔捩れ剛性（中空角柱）〕＝ｔ（ｈ−ｔ）³．ここで、ＤｏおよびＤｉは、それぞれ中空円管の外径および内径であり、ｈおよびｔは、中空四角柱の外側寸法および壁厚である。表−１に、数値比較を示す。これは表−３および表−４においても引用されている。注：ロウルク(Rourke)¹ R.Rourke and W.Young Formulas for Stress and Strain,Fifth Edition ，McGraw-Hill Book Co．NY,page 292-293 円形管は中空角柱より曲がりが大である(1.7倍)が、ねじれはより少ない(2.16 倍)。それ故、角変位は、工具までの距離により増幅されるために、より悪いので、このタイプの設計には円形管を採用することがより優れた選択である。本発明の目的を具体化するモジュラ−型システムの設計には、部品の変位及びそれによってシステムの工具先端部の誤作動を計算する計算記録用紙(spreadshe et)の使用が助けとなる。誤差予測の技術は、アレキサンダ−エイチ．スロカム(Alexander H．Slocum の教科書精密機械設計(Precision Machine Design)(1992 Prentice-Hall，Inc ．ISBN 0-13-719972-4)に詳細に記載されている。本発明の好ましい実施例に適用すると、システムの誤差についての計算結果は、表−３および４と同様に表−２に示す通りである。この種の計算は、精密機械設計の分野の技術者にはとっては周知のことであり、また、前記教科書に詳細に記載されている。本発明の好ましい実施例について記載し説明したが、本発明の精神および範囲から離反することなく種々の変更が可能である。

Claims

【特許請求の範囲】１．円形断面を有する管体と、前記管体の外側の相反対側位置に設けられた溝に長手方向に配設された少なくとも二個のベアリング手段と、前記ベアリング手段の上で前記管体に沿って長手方向に可動された移動手段と、および前記移動手段を長手方向に動かす駆動手段を有していて、前記管体が前記ベアリング手段によって連結された一対のア−チを形成していて、該管のア−チが、該移動手段に作用する径方向負荷又はモ−メント負荷が該ベアリング手段を通して該管ア−チに伝達されるに際しての局部的な曲げモ−メントの発生を最小にしている、工作機械装置の線形運動トラック。２．前記移動手段が前記管体上の第一軸に沿って水平に動き、前記線形運動トラックが更に、前記移動手段に取り付けられた第二管体と該第二管体上の第二移動手段とを有し、該第二移動手段が前記第一軸に実質的に直角な第二軸に沿って該第二管体の長手方向に動き得るようにしてある請求の範囲第１項に記載の線形運動トラック。３．前記第二移動手段に取り付けた工具取付け手段を更に有していて、該工具取付け手段が工具を、第一軸及び第二軸のいずれに対しても実質的に直角な第三軸に沿って動かすようにしてある請求の範囲第３項に記載の線形運動トラック。４．前記管体が第一の所定長さ及び直径を有していて且つ第二の所定長さ及び直径を有する他の管体と交換され得るようにしてある請求の範囲第１項に記載の線形運動トラック。５．前記駆動手段が前記管体の下方に位置する長いスクリュ−ドライブを有している請求の範囲第１項に記載の線形運動トラック。６．前記駆動手段が該管体の内部のモ−タを有している請求の範囲第１項に記載の線形運動トラック。７．前記移動手段の両側で前記管体をカバ−するベロ−を更に有していて、該ベロ−が該管体の長手方向に沿って圧縮可能にしてあり且つ該移動手段に連結されていて、該ベロ−と該移動手段との協動により該管体への粒状物の接触が防止されるようにしてある請求の範囲第１項に記載の線形運動トラック。８．被加工物を支持するテ−ブルと、該テ−ブルに取り付けられた線形運動トラックであって、円形断面の管体と、該管体の外側の反対側に設けられた溝内に長手方向に配設された少なくとも２つのベアリング手段と、該ベアリング手段上で該管体に沿って長手方向に動き得る移動手段と、および該移動手段を長手方向に移動させる駆動手段を有し、前記管体が前記ベアリング手段によって連結された一対のア−チを形成していて、該管のア−チが、該移動手段に作用する径方向負荷又はモ−メント負荷が該ベアリング手段を通して該管ア−チに伝達されるに際しての局部的な曲げモ−メントの発生を最小にする線形運動トラックと、および、該線形運動トラックに取り付けられた工具を有している工作機械装置。９．前記移動手段が該管体上の第一軸に沿って動き、前記線形運動トラックが該移動手段に取り付けられた第二の管体と該第二の管体上の第二の移動手段を更に有し、該第二の移動手段が該第二の管体上で前記第一軸に実質的に直角な第二軸に沿って動き得るようにしてある請求の範囲第８項に記載の工作機械装置。１０．前記線形運動トラックが前記第二の移動手段に付けられた工具取付け手段を更に有し、該工具取付け手段が第一軸および第二軸に実質的に直角な第三軸に沿って工具を動かすようにしてある請求の範囲第９項に記載の工作機械装置。１１．前記管体が第一の所定長さ及び直径を有しており、第二の所定長さ及び直径を有する他の管体と交換可能である請求の範囲第８項に記載の工作機械装置。１２．前記駆動手段が該管体の下方に配設された長ねじ式の駆動手段を有する請求の範囲第８項に記載の工作機械装置。１３．前記駆動手段が該管体内のモ−タを有する請求の範囲第８項に記載の工作機械装置。１４．前記移動手段の両側の前記管体を蔽うベロ−を更に有し、該ベロ−が該管体の長手方向に沿って縮み得るものであり、該移動手段に連結されていて、該ベロ−と該移動手段とが協動することにより粒子状物質が該管体に接触しないようにしてある請求の範囲第８項に記載の工作機械装置。１５．円形断面を有する管体と、前記管体の外側の反対側位置に設けられた溝に長手方向に配設された少なくとも二個のベアリング手段と、前記ベアリング手段の上を前記管体に沿って長手方向に可動にされた移動手段と、前記移動手段の両側に設けられていて、該管体の長手方向に沿って縮み得るものであり、該移動手段に連結されていて、該移動手段と協動することにより粒子状物質が該管体に接触するのを防止するベロ−と、および、該管体の下方に配設された長ねじ式駆動手段と該管体内のモ−タを有していて前記移動手段を前記長手方向に動かす駆動手段とを有していて、前記管体が前記ベアリング手段によって連結された一対のア−チを形成していて、該管のア−チが、該移動手段に作用する径方向負荷又はモ−メント負荷が該ベアリング手段を通して該管ア−チに伝達されるに際しての局部的な曲げモ− メントの発生を最小にするようにしてある工作機械用線形運動トラック。１６．ワ−クピ−スを支持するテ−ブルと、該テ−ブルに取り付けられている線形運動トラックであって、断面円形の管体と、該管体の外側の反対側位置に設けられた溝に長手方向に配設された少なくとも二個のベアリング手段と、前記ベアリング手段の上を該管体に沿って長手方向に可動にされた移動手段と、該移動手段の両側に取付けられていて、該管体の長手方向に沿って縮み得るようにしてあり且つ該移動手段に連結されていて、該移動手段との協働により該管体への粒状物の接触を防止するベロ−と、該移動手段を長手方向に動かす駆動手段であって、該管体の下方に配設された長ねじドライブと該管体内のモ−タを有する駆動手段とを有していて、前記管体が前記ベアリング手段によって連結された一対のア−チを形成していて、該管のア−チが、該移動手段に作用する径方向負荷又はモ−メント負荷が該ベアリング手段を通して該管ア−チに伝達されるに際しての局部的な曲げモ−メントの発生を最小にするように構成された線形運動トラックと、および、該線形運動トラックに取り付けられた工具を有する工作機械装置。１７．円形断面を有する管体と、前記管体の外側の反対位置に設けられた溝に長手方向に配設された少なくとも２個のベアリング手段と、前記ベアリング手段上で前記管体に沿って長手方向に可動にされた移動手段と、該移動手段の両側に取付けられていて、該管体の長手方向に沿って縮み得るようにしてあり且つ該移動手段に連結されていて、該移動手段との協働により該管体への粒状物の接触を防止するベロ−と、および該移動手段を長手方向に移動させる駆動手段を有していて、該管体が前記ベアリング手段によって連結された一対のア−チを形成していて、該管のア−チが、該移動手段に作用する径方向負荷又はモ−メント負荷が該ベアリング手段を通して該管のア−チに伝達されるに際しての局部的な曲げモ−メントの発生を最小にしている工作機械装置の線形運動トラック。１８．被加工物を支持するテ−ブルと、該テ−ブルに取り付けられた線形運動トラックであって、円形断面の管体と、該管体の外側の反対側位置に設けられた溝内に長手方向に配設された少なくとも２つのベアリング手段と、該ベアリング手段上で該管体に沿って長手方向に動き得る移動手段と、該移動手段の両側に取付けられていて、該管体の長手方向に沿って縮み得るようにしてあり且つ該移動手段に連結されていて、該移動手段との共動により該管体への粒状物の接触を防止するベロ−と、該移動手段を長手方向に移動させる駆動手段を有していて、該管体が前記ベアリング手段によって連結された一対のア−チを形成していて、該管のア−チが、該移動手段に作用する径方向負荷又はモ−メント負荷が該ベアリング手段を通して該管ア−チに伝達されるに際しての局部的なモ−メントの発生を最小にする構成とした線形運動トラックと、および、該線形運動トラックに取り付けられた工具を有する工作機械装置。１９．円形断面を有する管体と、前記管体の外側の反対側位置に設けられた溝に長手方向に配設された少なくとも二個のベアリング手段と、前記ベアリング手段の上で前記管体に沿って長手方向に可動にされた移動手段と、および該移動部材を長手方向に動かす駆動手段であって、該管体の下方に配設された長ねじドライブと該管体内のモ−タを有する駆動手段とを有していて、前記管体が前記ベアリング手段によって連結された一対のア−チを形成していて、該管のア−チが、該移動手段に作用する径方向負荷又はモ−メント負荷が該ベアリング手段を通して該管のア−チに伝達されるに際しての局部的な曲げモ−メントの発生を最小にする、工作機械装置の線形運動トラック。２０．被加工物を支持するテ−ブルと、該テ−ブルに取り付けられた線形移動トラックであって、円形断面の管体と、該管体の外側の反対側位置に設けられた溝内に長手方向に配設された少なくとも２つのベアリング手段と、該ベアリング手段上の該管体に沿って長手方向に動き得る移動手段と、および該移動手段を長手方向に移動させる駆動手段を有していて、該駆動手段が該管体の下方に配設された長ねじドライブと該管体内のモ −タを有し、前記管体が前記ベアリング手段によって連結された一対のア−チを形成していて、該管のア−チが、該移動手段に作用する径方向負荷又はモ−メント負荷が該ベアリング手段を通して該管のア−チに伝達されるに際しての局部的な曲げモ−メントの発生を最小にする構成にされた線形移動トラックと、および、該線形運動トラックに取り付けられた工具を有する工作機械装置。