TW201629370A - 進給螺桿裝置 - Google Patents

Abstract

本發明的進給螺桿裝置(10)具有：螺桿軸(1)與螺帽(2)，及透過軸接頭(31)結合於螺桿軸(1)的軸向一端的馬達(3)。螺桿軸(1)的軸向一端部的馬達側端部(12)是以容許軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於基台(8)。螺桿軸(1)的軸向另一端部的逆馬達側端部(13)是以限制軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於基台(8)。將馬達(3)的旋轉轉換成螺帽(2)的直線運動。

Description

進給螺桿裝置

本發明是關於進給螺桿裝置。

進給螺桿裝置具有：螺桿軸；具有螺桿軸插穿，與螺桿軸的螺旋溝槽成面接觸或透過滾動體(滾珠或滾柱)成點接觸的螺旋溝槽的螺帽；及透過軸接頭結合於螺桿軸的軸向一端的馬達，將馬達的旋轉轉換成螺帽的直線運動的裝置。

工作機械等所使用之一般的進給螺桿裝置是例如第10圖表示，具有螺桿軸1的螺旋溝槽11與螺帽2的螺旋溝槽透過滾珠成點接觸的滾珠螺桿進給構造。

該進給螺桿裝置100中，螺桿軸1之軸向一端部的馬達側端部12是藉著複數列止推滾珠軸承6與殼體7，以限制軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於基台8。並將螺桿軸1的軸向另一端部的逆馬達側端部13是藉著深槽滾珠軸承4與殼體5，以容許軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於基台8。

在如習知的進給螺桿裝置中，軸向剛性在螺帽的行程 位置(螺帽在直線移動的範圍內的位置)會有大的變化的問題點。

為解決此一問題點，專利文獻1提出有兩端支撐進給螺桿(以相對於基台限制軸向位移的狀態自由旋轉地支撐螺桿軸的軸向兩端)，在進給螺桿的兩端(螺桿軸的軸向兩端)分別連結伺服馬達，使伺服馬達彼此同步驅動之進給螺桿的驅動方法。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平10-86027號公報

專利文獻1記載的提案中，由於有在螺桿軸的軸向兩端設置馬達的必要，或有同步驅動馬達用之複雜控制機構的必要等，因此無可避免地在成本上比習知的進給螺桿裝置更高。

本發明的課題是提供與習知的進給螺桿裝置比較不會導致大的成本增加(例如，與習知的進給螺桿裝置成本相同或較低的成本，或與專利文獻1比較低成本)的方法，抑制軸向剛性之行程位置的變化的進給螺桿裝置。

為解決上述課題，本發明的第一樣態的進給螺桿裝置，其特徵為：具有下述的構成(1)~(3)。

(1)具有：螺桿軸，具有上述螺桿軸插穿，與上述螺桿軸的螺旋溝槽成面接觸或透過滾動體成點接觸的螺旋溝槽的螺帽；及透過軸接頭結合於上述螺桿軸的軸向一端的馬達，將上述馬達的旋轉轉換成上述螺帽的直線運動。

(2)上述螺桿軸的軸向一端部的馬達側端部是以容許軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於上述基台。

(3)上述螺桿軸的軸向另一端部的逆馬達側端部是以限制軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於上述基台。

本發明的第二樣態的進給螺桿裝置以具有上述構成(1)(3)與下述的構成(4)為特徵。

(4)上述螺桿軸的軸向一端部的馬達側端部未支撐於基台。

根據本發明，提供一種與習知的進給螺桿裝置比較不會導致大的成本增加的方法，抑制軸向剛性之行程位置的變化的進給螺桿裝置。

1‧‧‧螺桿軸

10‧‧‧進給螺桿裝置

10A‧‧‧進給螺桿裝置

10B‧‧‧進給螺桿裝置

100‧‧‧進給螺桿裝置

11‧‧‧螺桿軸的螺旋溝槽

12‧‧‧螺桿軸的軸向一端(馬達側端部)

13‧‧‧螺桿軸的軸向另一端(逆馬達側端部)

15‧‧‧工作台

2‧‧‧螺帽

20‧‧‧工作機械

3‧‧‧馬達

31‧‧‧軸接頭

32‧‧‧殼體

34‧‧‧導軌

35‧‧‧滑塊

4‧‧‧深槽滾珠軸承

40‧‧‧複數列深槽滾珠軸承

5‧‧‧殼體

50‧‧‧殼體

6‧‧‧DF型的複數列止推滾珠軸承

60‧‧‧DB型的複數列止推滾珠軸承

7‧‧‧殼體

8‧‧‧基台

9‧‧‧托架

91‧‧‧圓筒部

92‧‧‧工作台安裝部

第1圖是表示第一實施形態之進給螺桿裝置的概略構成圖。

第2圖是表示具有進給螺桿裝置之工作機械的上視圖。

第3圖是針對第1圖的進給螺桿裝置，表示軸向位移及軸向剛性與行程位置的關係的圖表。

第4圖是比較實施形態之進給螺桿裝置的行程位置的軸向剛性的變化(G1)與習知的進給螺桿裝置的行程位置的軸向剛性的變化(G2)的圖表。

第5圖是表示第3圖表示之位移的剛性(Gc)與(d)之位移的剛性(Gd)的比(Gd/Gc)成為0.4以上1.6以下的範圍之螺桿軸的外徑與導程的關係的圖表。

第6圖是表示第二實施形態的進給螺桿裝置(構成第2圖的工作機械之進給螺桿裝置的一例)的側視圖。

第7圖是表示第三實施形態的進給螺桿裝置(構成第2圖的工作機械之進給螺桿裝置的一例)的側視圖。

第8圖是表示構成第三實施形態的進給螺桿裝置之支撐馬達側端部的軸承的一例的剖視圖。

第9圖是表示構成第三實施形態的進給螺桿裝置之支撐馬達側端部的軸承的一例的剖視圖。

第10圖是表示習知進給螺桿裝置的概略構成圖。

第11圖是針對第10圖的進給螺桿裝置，表示軸向位移及軸向剛性與行程位置的關係的圖表。

以下，雖針對本發明的實施形態說明，但本 發明不為該實施形態所限定。以下表示的實施形態中，為實施本發明雖以較佳之技術予以限定，但此一限定並非為本發明之必備要件。

[第一實施形態]

如第1圖表示，該實施形態的進給螺桿裝置10具有：螺桿軸1、螺帽2、馬達3、深槽滾珠軸承4、深槽滾珠軸承4的殼體5、複數列止推滾珠軸承6及複數列止推滾珠軸承6的殼體7。該進給螺桿裝置10，具有螺桿軸1插穿於螺帽2，螺桿軸1的螺旋溝槽11與螺帽2的螺旋溝槽透過滾珠(滾動體)成點接觸的滾珠進給螺桿構造。

在螺桿軸1的軸向一端，透過軸接頭31結合有馬達3。軸接頭31是具有可吸收螺桿軸1之軸向位移的構造。作為軸接頭31可例示如板簧式聯軸器、十字滑塊聯軸器(在中間體的突出部及與此嵌合的溝槽之間設置軸向間隙的設置)、鍵固定後的剛性聯軸器。藉軸接頭31的螺桿軸1與馬達3的結合部份是配置在固定於基台8的殼體32內。

深槽滾珠軸承4的內圈是被固定在螺桿軸1的軸向一端部的馬達側端部12，固定深槽滾珠軸承4的外圈的殼體5的下部被固定於基台8。藉此，螺桿1的馬達側端部12是以容許軸向位移的狀態自由旋轉地被支撐於基台8。

複數列止推滾珠軸承6是由DF型(正面組合)組合的 兩個止推滾珠軸承所構成。殼體7具有限制複數列止推滾珠軸承6的外圈之軸向端面的肩部。複數列止推滾珠軸承6的內圈是固定於螺桿1的軸向另一端部之逆馬達端部13，固定複數列止推滾珠軸承6的外圈的殼體7的下部是被固定在基台8。藉此，以限制軸向位移的狀態將螺桿軸1的逆馬達側端部13自由旋轉地支撐於基台8。

該進給螺桿裝置10是例如在第2圖表示的工作機械20中，作為往返移動工作台15的移動機構使用。第2圖表示的工作機械20具有引導工作台15往返移動的一對線性引導裝置。各線性引導裝置具有導軌34與兩個滑塊35。

因此，如第1圖表示，在進給螺桿裝置10的螺帽2透過具有圓筒部91與在圓筒部91的徑向延伸的工作台安裝部92的托架9，固定工作台15。使工作台安裝部92朝向基台8的相反側，將托架9的圓筒部91嵌合於螺帽2的外側，在工作台安裝部92固定工作台15。

以預定的控制程式驅動馬達3，藉此旋轉螺桿軸1，並藉滾珠螺桿機構使得螺帽2在行程範圍內往返直線運動。伴隨此，工作台15沿著螺桿軸1往返移動，各線性引導裝置引導工作台15的往返移動。

<針對進給螺桿裝置的軸向剛性>

進給螺桿裝置的傳動系整體的軸向剛性是依據構成傳動系之零組件的軸向位移的和來決定。構成零組件的位移 有(a)固定軸承的軸向位移；(b)伴隨作用於螺帽與螺桿軸之間的力的螺帽的軸向位移；(c)壓縮力或拉張力作用於螺桿軸產生的螺桿軸的軸向位移；(d)伴隨著螺桿軸的扭轉變形之螺帽的軸向位移。

(d)的位移是在螺桿軸未旋轉的狀態軸向負載施加於固定在螺帽的工作台的場合，伴隨著螺桿軸受來自螺帽的扭矩而扭轉變形在螺帽產生的軸向位移。

在此，調查對第1圖的進給螺桿裝置10，施加10kN的軸向負載的場合的(a)~(d)的軸向位移及軸向剛性與行程位置的關係。進給螺桿裝置10的構成是螺桿軸1的外徑為40mm且導程為40mm；螺帽2的行程為1000mm；深槽滾珠軸承4為日本精工(股)的型號6206(容許徑向負載19500N、容許轉數7500rpm)；複數列止推滾珠軸承6為同型號30TAC62B(容許徑向負載43000N、容許轉數3000rpm)。

其結果表示於第3圖。第3圖的行程位置是表示設逆馬達側(第1圖的左側)的行程端為「0」，設馬達側(第1圖的右側)的行程端為「1」的相對位置。

如第3圖表示，(a)及(b)的軸向位移雖是在全行程範圍分別為10μm左右一定的範圍，但(c)的軸向位移則是左端為0隨著向右成直線增加而在右端成為最大的52μm左右。(d)的軸向位移為左端52μm左右成為最大，隨著向右成直線減少而在右端成為最小的15μm左右。又，構成零組件之軸向位移的和在左端為72μm左右，右 端成為87μm左右，其差為5μm左右。

第3圖的線G1是表示行程範圍的軸向剛性的變化。顯示G1時，軸向剛性的最低值為116N/μm，最大值為140N/μm左右，軸向剛性之行程範圍的變化量是成為24N/μm左右。

作為比較例，調查與第10圖表示之習知進給螺桿裝置100相同條件的(a)~(d)的軸向位移及軸向剛性與行程位置的關係，將其結果表示於第11圖。

第10圖表示的習知進給螺桿裝置100中，如第11圖表示，(a)~(c)的軸向位移雖是與第2圖相同，但(d)的軸向位移則是左端為最小的15μm左右，隨著向右成直線增加而在右端成為最大的52μm左右。並且，構成零組件之軸向位移的和在左端為34μm左右，右端成為124μm左右，其差較大為90μm左右。

第11圖的線G2是表示行程範圍的軸向剛性的變化。顯示G2時，軸向剛性的最低值為83N/μm，最大值為290N/μm左右，軸向剛性之行程範圍的變化量是成為207N/μm左右。第4的圖表中，可比較線G1與線G2。

從以上說明，第1圖表示的第一實施形態的進給螺桿裝置10與第10圖表示之習知的進給螺桿裝置100比較，可得知軸向剛性的行程位置的變化不但變小，且軸向剛性的最低值變大。

又，如第1圖表示的進給螺桿裝置10是以和 第10圖表示之進給螺桿裝置100相同的構成零組件所構成，在馬達側與逆馬達側相反設置軸承及殼體，因此可以和習知進給螺桿裝置100相同的成本獲得。

並且，第3圖的結果雖是使用外徑與導程相同之螺桿軸時的結果，但是以(c)的位移決定的剛性是對應螺桿軸的外徑而變化，(d)的位移決定的剛性是對應螺桿軸的外徑與導程而變化。可得知(d)之位移的剛性Gd只要在(c)的位移之剛性Gc的0.4倍以上1.6倍以下的範圍，即具有抑制軸向剛性之行程位置的變化的高的效果。計算剛性的比(Gd/Gc)成為0.4以上1.6以下的範圍之螺桿軸的外徑(A)與導程(L)的關係。

其結果，在螺桿軸的外徑(A)與導程(L)的關係滿足0.4≦Gd/Gc≦1.6的範圍，在第5圖的圖表，可得知成為L=αA的線(α=0.86)上及L=βA的線(β=1.75)上的關係，及成為兩線之間的範圍的關係。因此，只要螺桿軸的導程(L)與螺桿軸的外徑(A)的關係是滿足下述的(1)式的進給螺桿裝置，即具有高的抑制軸向剛性的行程位置之變化的效果。

0.86A≦L≦1.75A…(1)

[第二實施形態]

第6圖表示的進給螺桿裝置10A是構成第2圖的工作機械的進給螺桿裝置，具有：螺桿軸1、螺帽2、馬達 3、殼體7及配置在殼體7與螺桿軸1之間的軸承。該進給螺桿裝置10A具有螺桿軸1插穿螺帽2，使螺桿軸1的螺旋溝槽與螺帽2的螺旋溝槽透過滾珠(滾動體)成點接觸的滾珠螺桿進給構造。在螺桿軸1的軸向一端透過軸承接頭31結合有馬達3。

在螺桿軸1的軸向一端部的馬達側端部12與基台8之間，未設有軸承及殼體。亦即，螺桿軸1的馬達側端部12未支撐於基台8。螺桿軸1的軸向另一端部的逆馬達側端部13是與第1圖的進給螺桿裝置10同樣，藉著複數列止推滾珠軸承6及具有限制其外圈的軸向端面的肩部的殼體7，以限制軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於基台8。

因此，第二實施形態的進給螺桿裝置10A與第10圖表示的習知的進給螺桿裝置100比較，軸向剛性之行程位置的變化會變小，且軸向剛性的最低值會變大。

又，第二實施形態的進給螺桿裝置10A不需要支撐螺桿軸1的馬達側端部12的軸承及殼體，因此可以較第10圖表示之進給螺桿裝置100低的成本獲得。

[第三實施形態]

第7圖表示的進給螺桿裝置10B為構成第2圖的工作機械的進給螺桿裝置，具有：螺桿軸1、螺帽2、馬達3、殼體7、50及配置在殼體7、50與螺桿軸1之間的各軸承。該進給螺桿裝置10B具有螺桿軸1插穿螺帽2，使 螺桿軸1的螺旋溝槽與螺帽2的螺旋溝槽透過滾珠(滾動體)成點接觸的滾珠螺桿進給構造。在螺桿軸1的軸向一端透過軸承接頭31結合有馬達3。

螺桿軸1的軸向一端部的馬達側端部12是藉著複數列的滾珠軸承與其殼體50，以容許軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於基台8。作為複數列的滾珠軸承的具體例，可例示以第8圖表示的DB型(背面組合型)組合的兩個止推滾珠軸承所構成的複數列止推滾珠軸承60，及第9圖表示的兩個深槽滾珠軸承40。殼體50不具有限制複數列止推軸承60的外圈之軸向端面的肩部。

螺桿軸1的軸向另一端部的逆馬達側端部13是與第1圖的進給螺桿裝置10同樣，藉著複數列止推滾珠軸承6及具有限制其外圈的軸向端面的肩部的殼體7，以限制軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於基台8。

因此，第三實施形態的進給螺桿裝置10B與第10圖表示的習知的進給螺桿裝置100比較，軸向剛性之行程位置的變化會變小，且軸向剛性的最低值會變大。

又，螺桿軸1的馬達側端部12在以一個深槽滾珠軸承4支撐的第一實施形態的進給螺桿裝置10，及不以軸承支撐的第二實施形態的進給螺桿裝置10A中，馬達3的振動容易傳播至傳動系。相對於此，第三實施形態的進給螺桿裝置10B是以複數列的滾珠軸承支撐螺桿軸1的馬達側端部12，可藉此防止馬達3的振動傳播至傳動系。

另外，第三實施形態的進給螺桿裝置10B相對於第 10圖表示的進給螺桿裝置100可以僅些微成本的增加獲得，較專利文獻1的方法獲得的進給螺桿裝置以更低成本獲得。

[第一樣態及第二樣態相關之追加說明]

第一樣態的進給螺桿裝置具有上述構成(1)~(3)，與習知的進給螺桿裝置比較，抑制軸向剛性的行程位置的變化。且該進給螺桿裝置是使用與習知的進給螺桿裝置相同的構成零組件，可以將習知的進給螺桿裝置的螺桿軸相對於馬達側端部之基台的支撐狀態與相對於逆馬達側端部之基台的支撐狀態相反組裝而獲得。

第二樣態的進給螺桿裝置具有上述構成(1)(3)(4)，與習知的進給螺桿裝置比較，抑制軸向剛性的行程位置的變化。且該進給螺桿裝置，由於不需要支撐結合馬達一側的零組件，因此較習知的進給螺桿裝置可以更低的成本獲得。

第一樣態及第二樣態的進給螺桿裝置，可具有下述的構成(5)或(6)。

(5)上述螺桿軸的導程(L)與螺桿軸的外徑(A)的關係滿足下述的(1)式。

0.86A≦L≦1.75A…(1)

(6)上述軸接頭具有可吸收上述螺桿軸的軸向位移的構造。

1‧‧‧螺桿軸

2‧‧‧螺帽

3‧‧‧馬達

4‧‧‧深槽滾珠軸承

5‧‧‧殼體

6‧‧‧DF型的複數列止推滾珠軸承

7‧‧‧殼體

8‧‧‧基台

9‧‧‧托架

10‧‧‧進給螺桿裝置

11‧‧‧螺桿軸的螺旋溝槽

12‧‧‧螺桿軸的軸向一端(馬達側端部)

13‧‧‧螺桿軸的軸向另一端(逆馬達側端部)

15‧‧‧工作台

31‧‧‧軸接頭

32‧‧‧殼體

91‧‧‧圓筒部

92‧‧‧工作台安裝部

Claims (5)

1. 一種進給螺桿裝置，其特徵為，具有：螺桿軸；螺帽，具有上述螺桿軸插穿，與上述螺桿軸的螺旋溝槽成面接觸或透過滾動體成點接觸的螺旋溝槽；及馬達，透過軸接頭結合於上述螺桿軸的軸向一端，上述螺桿軸的軸向一端部的馬達側端部是以容許軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於基台，上述螺桿軸的軸向另一端部的逆馬達側端部是以限制軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於上述基台，將上述馬達的旋轉轉換成上述螺帽的直線運動。
2. 一種進給螺桿裝置，其特徵為，具有：螺桿軸；螺帽，具有上述螺桿軸插穿，與上述螺桿軸的螺旋溝槽成面接觸或透過滾動體成點接觸的螺旋溝槽；及馬達，透過軸接頭結合於上述螺桿軸的軸向一端，上述螺桿軸的軸向一端部的馬達側端部是不支撐於基台，上述螺桿軸的軸向另一端部的逆馬達側端部是以限制軸向位移的狀態自由旋轉地支撐於上述基台，將上述馬達的旋轉轉換成上述螺帽的直線運動。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的進給螺桿裝置，其中，上述螺桿軸的導程(L)與螺桿軸的外徑(A)的關係滿足下述的(1)式 0.86A≦L≦1.75A…(1)。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的進給螺桿裝置，其中，上述軸接頭具有可吸收上述螺桿軸之軸向位移的構造。
5. 如申請專利範圍第3項記載的進給螺桿裝置，其中，上述軸接頭具有可吸收上述螺桿軸之軸向位移的構造。