JP4190738B2 - 工作機械における半浮上式スライド案内機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材の摺動面に潤滑液を供給し、部材を半浮上させて駆動する工作機械における半浮上式スライド案内機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械では、複数の部材、例えば、ベッドと、ベッド上を移動するコラムが設けられている。例えば、ベッドには被加工物（工作物）が取り付けられ、コラムには加工手段（工具）や加工手段を駆動する駆動手段（工具駆動手段）等が設けられている。コラムをベッドに対して移動させる方法として、コラムが移動する時に、コラムの摺動面とベッドの摺動面の間に加圧した潤滑液を供給し、コラムをリフトさせるかさせない状態に保ってコラムの荷重の一部を軽減させる、すなわち、コラムをベッドに対して半浮上させた状態で移動させる方法を用いた工作機械が知られている。
【０００３】
この従来の工作機械を図８に示す。
図８において、コラム１０１は、ベッド１１０の摺動面１１１に沿って（例えば、図８の左右方向）移動する。ここで、ベッド１１０の摺動面１１１とコラム１０１の摺動面１０４との間には潤滑液が供給される。後述する潤滑液保持部の受圧面積とこれに供給される潤滑液の圧力との積は、コラム１０１の重量とほぼ等しくされ、これにより、コラム１０１は、潤滑液によってベッドに対して半浮上の状態で駆動可能である。コラム１０１を駆動する駆動手段としては、モータ等の公知の手段が用いられる。
ここで、コラム１０１には工具を取り付ける工具主軸１０５や工具主軸１０５を駆動する駆動手段（工具駆動手段）１０６等が取り付けられている。このため、コラム１０１全体の重心位置１００は、コラム１０１の移動方向の中心位置より偏っている（偏荷重）場合が多い。このように、コラム１０１に偏荷重が発生していると、コラム１０１がベッド１１０に対して傾き、コラム１０１がベッド１１０上をスムース動作しにくくなる等の問題が起こる。
そこで、従来では、コラム１０１の摺動面１０４に潤滑液を保持する潤滑液ポケットとしての保持部（例えば、方形溝等）を複数設けるとともに、各保持部の面積を各保持部の偏荷重に応じて設定している。例えば、図８では、コラム１０１の摺動面１０４の移動方向に沿って保持部１０３ａ、１０３ｂを設け、保持部１０３ａ、１０３ｂに潤滑液供給手段（例えば、絞り弁）１０２ａ、１０２ｂから潤滑液を供給している。そして、各保持部１０３ａ、１０３ｂの面積を、各保持部１０３ａ、１０３ｂが設けられている位置のコラム１０１の偏荷重に応じて設定している。例えば、図８では、工具駆動手段１０６等が設けられて荷重が重くなっている側の保持部１０３ａの面積を大きくし、荷重が軽い側の保持部１０３ｂの面積を保持部１０３ａの面積より小さく設定している。
なお、絞り弁１０２ａ及び１０２ｂの絞り径は同一であり、同一の潤滑液供給源に接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の工作機械では、面積の異なる保持部１０３ａ、１０３ｂに対して単位時間当たりの潤滑液供給量を同じにして潤滑液が供給されている。
この場合、コラム１０１を静止状態から、例えば図８の左方向に移動させると、コラム１０１が浮き上がり、コラム１０１の摺動面１０４とベッド１１０の摺動面１１１との間のクリアランスが大きくなる。このクリアランスには絞り弁１０２ａ及び１０２ｂから潤滑液が供給されるが、絞り弁１０２a及び１０２ｂの絞り径が同一であるため、大きな受圧面積を持つ保持部１０３ａに対する潤滑液の供給が小さな受圧面積を持つ保持部１０３ｂに対する潤滑液の供給より遅れる。これによって、保持部１０３ａの潤滑液の圧力Ｐａが保持部１０３ｂの潤滑液の圧力Ｐｂより小さくなり、コラム１０１が傾いてコラム１０１がベッド１１０上を動作しにくくなる等の問題が起こる。
本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、部材の摺動面に設けられている保持部の面積が部材の偏荷重に応じて設定されていても部材が傾くのを防止することができる工作機械における半浮上式スライド案内機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの工作機械における半浮上式スライド案内機構である。
請求項１に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構は、移動する第１の部材とこの第１の部材を案内する第２の部材の摺動面間に潤滑液を供給し、第１の部材を第２の部材に対して半浮上させた状態で駆動する工作機械における半浮上式スライド案内機構である。
第１の部材の摺動面の移動方向前後両端部に設けられ、潤滑液を保持する少なくとも２つの保持部と、各保持部に潤滑液を供給する各々の潤滑液供給系とを備え、潤滑液供給系は各保持部に潤滑液を供給し、各保持部における第１の部材と第２の部材との間隙から、供給した潤滑液を放出させて潤滑液の液膜層を形成することで、第１の部材を第２の部材に対して半浮上させる。
そして、各保持部の面積は第１の部材の偏荷重に応じて、大きい荷重がかかる保持部の面積の方が、小さい荷重がかかる保持部の面積よりも大きく設定されている。
そして、第１の部材の移動中における、大きい荷重がかかる保持部における第２の部材に対する浮上量と、小さい荷重がかかる保持部における第２の部材に対する浮上量との差が小さくなるように、各保持部の面積の大きさに応じて、供給する潤滑液の流量を多くし、各保持部への潤滑液の補充速度をほぼ同じにする。
これにより、各潤滑液保持部に供給する潤滑液の補充速度をほぼ同じにすることができ、第１の部材が第２の部材に対して傾くのを防止することができる。
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの工作機械における半浮上式スライド案内機構である。
請求項２に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構は、請求項１に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構であって、潤滑液供給系は、潤滑液供給源と、各保持部に対応させた絞り弁とを有しており、各保持部には、潤滑液供給源から各絞り弁を介して潤滑液が供給され、各絞り弁の開度は、各保持部の面積の大きさに応じた開度に設定されている。
これにより、簡単な構成で各保持部への潤滑液の補充速度をほぼ同じにすることができる。
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの工作機械における半浮上式スライド案内機構である。
請求項３に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構では、前記第１の部材の摺動面の移動方向前後両端にある少なくとも２つの保持部の間には、潤滑液が間欠的に供給される中央部が設けられていることを特徴とする。これにより、スライド面全域に潤滑液を供給することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図６に、本発明の一実施の形態を示す。本実施の形態は、本発明を、図略のコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）により、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を数値制御する工作機械に用いた場合のものである。
図１は、工作機械の概略側面図を示したものである。工作機械の動作方向の説明は、図１に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に基づいて行い、Ｚ軸方向については矢印Ｚ１方向を前進方向とする。図２は、ベッドのスライド面（摺動面）にコラムを搭載した状態を、図１の矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図である。図３は、図２に示すコラムを矢印Ｂ−Ｂ方向から側面と底面に展開して見た展開図である。図４は、図３に示すコラムを矢印Ｃ−Ｃ方向から見た断面図である。図５は、潤滑油を保持する潤滑油ポケットとしての保持部の構造、潤滑液供給系の概略図を示す図である。
【０００７】
工作機械１は、図１に示すように、工作物５を積載するテーブル３、工具主軸６等を搭載するコラム１２、テーブル３とコラム１２を支持するベッド２、工作機械１を制御する制御装置（図示省略）等で構成されている。
テーブル３は、Ｘ軸サーボモータ４によりＸ軸方向（紙面に対して垂直方向）に駆動される。
コラム１２は、Ｙ軸サーボモータ２６によりＹ軸方向（図１の上下方向）に駆動される。コラム１２の主軸ヘッド７には、工具主軸６が取り付けられている。また、主軸ヘッド７には、工具を回転駆動する主軸モータ８が設けられている。コラム１２は、Ｚ軸サーボモータ２７によりＺ軸方向（図１の左右方向）に駆動される。
【０００８】
ベッド２は、例えば鋳物によって一体構造等で形成されている。ベッド２には、ガイド板取付部２ａが２箇所にＺ軸方向に沿って設けられている。そして、ガイド板１３が、ベッド２のガイド板取付部２ａにボルト締結（図示省略）で取付けられている。
コラム１２は、図４に示すように、ガイド板スライド面１３ａ上に載置される。コラム１２は、スペーサ２３及び押え板２４により、コラム１２の両端側からガイド板１３の外側下方を掴むようにボルト２５で固定されている。コラム１２の、ガイド板スライド面１３ａと対応する面（下面）１２ｄには、例えば、ターカイト等の摺動材１４が貼付されている。そして、ガイド板スライド面１３ａ上に摺動材スライド面１４ａが当接してコラム１２がスライドできるようになっている。また、２箇所のガイド板取付部２ａの中間位置に相当するコラム下面１２ｄには、Ｚ軸ボールナット２９が固定して設けられ、Ｚ軸ボールネジ２８を軸支してコラム１２が動作できるようになっている。
テーブル３や主軸ヘッド７の駆動機構についても、コラム１２の駆動機構と同様の方法で構成されている。
【０００９】
ガイド板スライド面１３ａと摺動材スライド面１４ａの間には、コラム１２を、ベッド２に対して半浮上させた状態で移動させるために潤滑油が供給される。
摺動材スライド面１４ａには、ガイド板スライド面１３ａと摺動材スライド面１４ａの間への潤滑油の供給を円滑にするために潤滑油を保持する軸受ポケットとしての保持部１５ａ、１５ｂが設けられている。保持部としては、例えば、潤滑油を保持する方形枠状の溝が用いられる。
ここで、本実施の形態では、コラム１２には主軸ヘッド７や主軸モータ８等が設けられているため、コラム１２全体の重心位置３０は、図３及び図５に示すように、工具主軸６が設けられているコラム１２の前端１２ａ側に偏っている。すなわち、コラム１２全体の荷重の分布は、コラム１２の前端１２ａ側で大きく、コラム１２の後端１２ｂ側で小さくなっている。
コラム１２全体の荷重がＺ軸方向に偏っていると、重心位置３０でＸ軸と平行な軸線を中心とする回転モーメントが発生し、コラム１２がベッド２に対して傾く可能性がある。
このため、コラム１２の下面の４隔、つまり各摺動材スライド面１４ａの送り方向の前後端部に設けられる保持部１５ａ、１５ｂの面積をコラム１２の偏荷重に応じて設定し、コラム１２に回転モーメントが発生するのを防止することが必要である。
本実施の形態では、各保持部１５ａは、例えば、図３及び図４に示すように、平面的に観て方形のランド部１８ａと、ランド部１８ａの外周に形成された断面Ｖ字型の油溝１７ａにより構成されている。ランド部１８ａは、摺動材スライド面１４ａの高さと同一高さになっているが、油溝１７ａに囲まれるランド部１８ａにも潤滑油を保持可能である。なお、ランド部１８ａの高さは、図４の鎖線で示すように、摺動材スライド面１４ａよりも低くしてもよい。
そして、本実施の形態では、図３〜図５に示すように、摺動材スライド面１４ａのコラム１２の前端１２ａ側に保持部１５ａを設け、コラム１２の後端１２ｂ側に保持部１５ｂを設けている。保持部１５ｂは、保持部１５ａと同様に、Ｖ字型の油溝１７ｂによりランド部１８ｂを囲むように構成されている。そして、コラム１２の偏荷重に応じて、前端１２ａ側の保持部１５ａの面積（例えば、ランド部と油溝の表面積の総和）を大きく設定し、コラム１２の後端１２ｂ側の保持部１５ｂの面積を小さく設定している。
また、本実施の形態では、摺動材スライド面１４ａの中央部には、間欠潤滑部１９が設けられている。間欠潤滑部１９は、例えば、連続した１本の断面Ｖ字型の油溝２０で摺動材スライド面１４ａの中央部の御幅広い範囲に亘るクランク形状のものとして設けられている。
【００１０】
ガイド板スライド面１３ａと摺動材スライド面１４ａの間に潤滑油を供給する潤滑油供給系が設けられている。潤滑油供給系は、潤滑油源２２の潤滑油をガイド板スライド面１３ａと摺動材スライド面１４ａの間に供給した後、回収し、油水分離とフィルタ濾過を実施した後潤滑油源に戻す、循環供給系を構成している。
潤滑油系は、図５に示すように、潤滑油ポンプユニットなどの潤滑油源２２と、絞り弁１６ａ、１６ｂ、３２を有している。絞り弁１６ａ、１６ｂは、例えば、図４に示すように、コラム１２に開けた穴にネジ込まれた状態で設けられている。絞り弁１６ａ、１６ｂは、供給孔３１を介して油溝１７ａ、１７ｂに連結されている。絞り弁１６ａから保持部１５ａに潤滑油が供給され、絞り弁１６ｂから保持部１５ｂに潤滑油が供給され、絞り弁３２から間欠潤滑部１９に潤滑油が供給される。
なお、間欠潤滑部１９には、例えば、所定時間間隔で絞り弁３２から間欠的に潤滑油が供給されるようにするために、図略の別の潤滑油供給源と接続された間欠供給弁が設けられている。
さらに、本実施の形態では、絞り弁１６ａ、１６ｂのノズル径は、中央斜線部の面積差として示すように、保持部１５ａ、１５ｂの面積に応じて設定されている。例えば、面積の大きい保持部１５ａに潤滑油を供給する絞り弁１６ａの絞り径を、面積の小さい保持部１５ｂに潤滑油を供給する絞り弁１６ｂの絞り径より大きく設定する。
以上のようにして、摺動材スライド面１４ａに作用するコラム１２全体の偏った荷重を、保持部１５ａ、１５ｂに蓄えられている潤滑油の圧力で補正する。
【００１１】
なお、本実施の形態のコラム１２が本発明の「第１の部材」に対応し、ベッド２（ガイド板１３）が「第２の部材」に対応し、ガイド板スライド面１３ａ及び摺動材スライド面１４ａが「摺動面」に対応し、絞り弁１６ａ、１６ｂ等が潤滑液供給手段に対応する。
【００１２】
次に、上記のように構成される工作機械１の効果を、図６を用いて説明する。図６は、コラム１２がＺ軸サーボモータ２７の動作により前後方向に移動される際にコラム１２がガイド板スライド面１３ａから浮上する浮上量を、コラム１２の前端１２ａ部とコラム１２の後端１２ｂ部における浮上量の差で示したグラフである。
なお、図６において、コラム１２の前端１２ａ側の浮上量をＨ１（μｍ）、コラム１２の後端１２ｂ部の浮上量をＨ２（μｍ）とする。図６に示すグラフの前端１２ａ部と後端１２ｂ部における浮上量差（Ｈ２−Ｈ１）の計測では、例えば、保持部１５ａ、１５ｂの面積をそれぞれ５００ｃｍ2と２２０ｃｍ2として設定している。また、ノズル径「丸１」のプロットは、両保持部１５ａ、１５ｂにある絞り弁１６ａ、１６ｂのノズル径を保持部１５ａ、１５ｂの面積比に対応させたノズル径で潤滑油を供給した場合を示すものである。ここでは、絞り弁１６ａのノズル径をφ０．６ｍｍ、絞り弁１６ｂのノズル径をφ０．４ｍｍに設定している。ノズル径「丸２」のプロットは、両保持部１５ａ、１５ｂにある絞り弁１６ａ、１６ｂのノズル径をφ０．６ｍｍに設定された同一ノズル径で、潤滑油を供給した場合を示すものである。
図６に示すように、保持部１５ａ、１５ｂにノズル径「丸１」で潤滑油を供給する場合と、ノズル径「丸２」で潤滑油を供給した場合とを比較すると、ノズル径「丸１」で潤滑油を供給する場合において、コラム１２の送り速度の変化に依らず、コラム前端１２ａとコラム後端１２ｂの浮上量差はほぼ半減される。すなわち、保持部１５ａ、１５ｂに蓄えられている潤滑油の圧力を補正することにより、コラム前端１２ａ及びコラム後端１２ｂの浮上量は補正される。このため、コラム１２は、ガイド板スライド面１３ａに対してＺ軸方向の傾きを低減して移動することができ、加工精度を向上できる。
なお、ガイド板１３の下面と摺接する押え板２４の上面には、コラム１２の下面と同様に、Ｖ型溝２４ａで囲まれた方形のランド部２４ｂからなる保持部が形成され、この保持部に潤滑油が供給されるようになっている。
【００１３】
次に、本発明の第二の実施の形態を図７を用いて説明する。図７は、きさげ仕上げ面で潤滑油を潤滑する摺動材スライド面１４ａの一方について示す図である。
摺動材スライド面１４ａの送り方向中央部には、摺動材スライド面１４ａをきさげで仕上げられたきさげ仕上げ部４１が設けられている。摺動材スライド面１４ａをきさげで摺り合せて仕上げると、摺動材スライド面１４ａの面阻度が向上し、摺動材スライド面１４ａに生じる無数の鱗状の摺り合せ目の間には、潤滑油を保持ことができる。すなわち、摺動材スライド面１４ａの面形状の起伏がなだらかであることから、保持部１５ａ、１５ｂから放出された潤滑油は、摺動材スライド面１４ａの広い範囲にわたって行き渡り、摺り合せ目に浸透する。また、仕切溝４２が保持部１５ａ、１５ｂと中央のきさげ仕上げ部４１の間に設けられている。
【００１４】
以上のように、第二の実施の形態では、潤滑油供給源２２から供給される潤滑油を絞り弁１６ａ、１６ｂを介して油溝１７ａ、１７ｂに供給し、保持部１５ａ、１５ｂから放出された潤滑油が、コラム１２が移動するによってガイド板スライド面１３ａ上に行き渡り、潤滑油の油膜層が形成される。
このため、きさげ仕上げ部４１に潤滑油を供給する絞り弁を設ける必要がなく、コラム１２はガイド板スライド面１３ａを滑らかにスライドすることができる。
【００１５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更してもよい。
例えば、保持部１５ａ、１５ｂに供給する潤滑油の粘度を各保持部１５ａ、１５ｂで変えても良く、潤滑油の性状、粘度、種類については、限定されるものではない。
また、工作機械１のベッド２に対してコラム１２を移動させる場合について説明したが、コラム以外の摺動体であってもよい。
また、本実施の形態では、コラム１２がベッド２をスライドする摺動面の形状には、フラット形状を用いて説明したが、例えば摺動面の形状は、Ｖ型形状で形成されてもよく、摺動面の形状については、種々変更可能である。なお、例えばＶ型形状の摺動面を用いた場合には、Ｖ型形状の投影面をフラット形状に換算した面として、保持部の大きさ（面積）が求められる。
また、コラム下面１２ｄに摺動材１４を貼付したが、摺動材１４は省くこともできる。
また、摺動材スライド面１４ａの送り方向中央部に間欠潤滑部１９を設けたが、間欠潤滑部１９は省くこともできる。
また、摺動材スライド面１４ａの送り方向中央部にきさげ仕上げ部４１を設けたが、きさげ仕上げ部４１に間欠潤滑部１９を設けてもよい。
また、ベッド２のガイド板取付部２ａにガイド板１３を設け、ガイド板スライド面１３ａに潤滑油を供給してコラム１２をスライドさせたが、例えばガイド板１３を省いて直接ガイド板取付部２ａをガイド面としこのガイド面に潤滑油を供給してコラム１２をスライドさせてもよく、スライドする摺動面の構成については、種々変更可能である。
また、潤滑油は、コラム１２がスライドする面と潤滑油供給源２２との間を循環させたが、潤滑油は回収しなくてもよい。
また、一例として、コラム１２の荷重の分布は、コラム１２の前端１２ａ側に大きく、後端１２ｂ側で小さくなっている場合を用いて説明したが、スライドする面に作用する荷重のかかり方（偏り方等）については、限定されるものではない。
また、保持部１５ａ、１５ｂや間欠潤滑部１９は、図３及び図５に示すような油溝１７ａ、１７ｂ、２０のように形成したが、油溝１７ａ、１７ｂ、２０の形状、配置等については、種々変更可能である。
また、保持部１５ａ、１５ｂや間欠潤滑部１９に設けた油溝１７ａ、１７ｂ、２０では断面がＶ型の油溝を用いたが、油溝１７ａ、１７ｂ、２０の断面形状については、種々変更可能である。
また、Ｖ型の油溝１７ａ、１７ｂ、２０と摺動材スライド面１４ａが繋がる部位の形状については、例えばＲ形状や面取り形状で繋げてもよく、適宜変更可能である。
また、保持部１５ａ、１５ｂは、Ｖ型の油溝１７ａ、１７ｂ、２０で周囲を形成し、油溝１７ａ、１７ｂ、２０で囲まれた内側に方形のランド部１８ａ、１８ｂを設けたが、保持部１５ａ、１５ｂの平面的に観た形状等については、種々変更可能である。
また、固定式のノズル径の絞り弁１６ａ、１６ｂ、３２を用いたが、例えば潤滑油の油圧が常に維持されるように潤滑油の供給量を可変できるノズル径の絞り弁を用いてもよく、絞り弁の種類については、種々変更可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による工作機械における半浮上式スライド案内機構によれば、移動する部材の摺動面に設けられている保持部の面積がこの部材の偏荷重に応じて設定されていても保持部の受圧面積に応じて保持部への供給流量を変えるようにしたので、部材が傾くのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】工作機械の概略側面図である。
【図２】図１において矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図である。
【図３】図２に示すコラムを矢印Ｂ−Ｂ方向から見て側面と底面を展開して示す展開図である。
【図４】図３に示すコラムを矢印Ｃ−Ｃ方向から見た断面図である。
【図５】潤滑油の保持部の構造、潤滑供給系の概略図を示す図である。
【図６】コラム前端とコラム後端で計測した浮上量の浮上量差を送り速度と関連して示すグラフである。
【図７】きさげ仕上げ部を設けた摺動材スライド面の他の実施の形態を示す図である。
【図８】従来のスライド案内機構を説明する図である。
【符号の説明】
１…工作機械
２…ベッド
１２…コラム
１３、１３ａ…ガイド板、ガイド板スライド面
１４、１４ａ…摺動材、摺動材スライド面
１５ａ、１５ｂ…保持部
１６ａ、１６ｂ…絞り弁
１７ａ、１７ｂ…油溝
１８ａ、１８ｂ…ランド部
３０…重心位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材の摺動面に潤滑液を供給し、部材を半浮上させて駆動する工作機械における半浮上式スライド案内機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械では、複数の部材、例えば、ベッドと、ベッド上を移動するコラムが設けられている。例えば、ベッドには被加工物（工作物）が取り付けられ、コラムには加工手段（工具）や加工手段を駆動する駆動手段（工具駆動手段）等が設けられている。コラムをベッドに対して移動させる方法として、コラムが移動する時に、コラムの摺動面とベッドの摺動面の間に加圧した潤滑液を供給し、コラムをリフトさせるかさせない状態に保ってコラムの荷重の一部を軽減させる、すなわち、コラムをベッドに対して半浮上させた状態で移動させる方法を用いた工作機械が知られている。
【０００３】
この従来の工作機械を図８に示す。
図８において、コラム１０１は、ベッド１１０の摺動面１１１に沿って（例えば、図８の左右方向）移動する。ここで、ベッド１１０の摺動面１１１とコラム１０１の摺動面１０４との間には潤滑液が供給される。後述する潤滑液保持部の受圧面積とこれに供給される潤滑液の圧力との積は、コラム１０１の重量とほぼ等しくされ、これにより、コラム１０１は、潤滑液によってベッドに対して半浮上の状態で駆動可能である。コラム１０１を駆動する駆動手段としては、モータ等の公知の手段が用いられる。
ここで、コラム１０１には工具を取り付ける工具主軸１０５や工具主軸１０５を駆動する駆動手段（工具駆動手段）１０６等が取り付けられている。このため、コラム１０１全体の重心位置１００は、コラム１０１の移動方向の中心位置より偏っている（偏荷重）場合が多い。このように、コラム１０１に偏荷重が発生していると、コラム１０１がベッド１１０に対して傾き、コラム１０１がベッド１１０上をスムース動作しにくくなる等の問題が起こる。
そこで、従来では、コラム１０１の摺動面１０４に潤滑液を保持する潤滑液ポケットとしての保持部（例えば、方形溝等）を複数設けるとともに、各保持部の面積を各保持部の偏荷重に応じて設定している。例えば、図８では、コラム１０１の摺動面１０４の移動方向に沿って保持部１０３ａ、１０３ｂを設け、保持部１０３ａ、１０３ｂに潤滑液供給手段（例えば、絞り弁）１０２ａ、１０２ｂから潤滑液を供給している。そして、各保持部１０３ａ、１０３ｂの面積を、各保持部１０３ａ、１０３ｂが設けられている位置のコラム１０１の偏荷重に応じて設定している。例えば、図８では、工具駆動手段１０６等が設けられて荷重が重くなっている側の保持部１０３ａの面積を大きくし、荷重が軽い側の保持部１０３ｂの面積を保持部１０３ａの面積より小さく設定している。
なお、絞り弁１０２ａ及び１０２ｂの絞り径は同一であり、同一の潤滑液供給源に接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の工作機械では、面積の異なる保持部１０３ａ、１０３ｂに対して単位時間当たりの潤滑液供給量を同じにして潤滑液が供給されている。
この場合、コラム１０１を静止状態から、例えば図８の左方向に移動させると、コラム１０１が浮き上がり、コラム１０１の摺動面１０４とベッド１１０の摺動面１１１との間のクリアランスが大きくなる。このクリアランスには絞り弁１０２ａ及び１０２ｂから潤滑液が供給されるが、絞り弁１０２a及び１０２ｂの絞り径が同一であるため、大きな受圧面積を持つ保持部１０３ａに対する潤滑液の供給が小さな受圧面積を持つ保持部１０３ｂに対する潤滑液の供給より遅れる。これによって、保持部１０３ａの潤滑液の圧力Ｐａが保持部１０３ｂの潤滑液の圧力Ｐｂより小さくなり、コラム１０１が傾いてコラム１０１がベッド１１０上を動作しにくくなる等の問題が起こる。
本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、部材の摺動面に設けられている保持部の面積が部材の偏荷重に応じて設定されていても部材が傾くのを防止することができる工作機械における半浮上式スライド案内機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの工作機械における半浮上式スライド案内機構である。
請求項１に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構は、移動する第１の部材とこの第１の部材を案内する第２の部材の摺動面間に潤滑液を供給し、第１の部材を第２の部材に対して半浮上させた状態で駆動する工作機械における半浮上式スライド案内機構である。
第１の部材の摺動面の移動方向前後両端部に設けられ、潤滑液を保持する少なくとも２つの保持部と、各保持部に潤滑液を供給する各々の潤滑液供給系とを備え、潤滑液供給系は各保持部に潤滑液を供給し、各保持部における第１の部材と第２の部材との間隙から、供給した潤滑液を放出させて潤滑液の液膜層を形成することで、第１の部材を第２の部材に対して半浮上させる。
そして、各保持部の面積は第１の部材の偏荷重に応じて、大きい荷重がかかる保持部の面積の方が、小さい荷重がかかる保持部の面積よりも大きく設定されている。
そして、第１の部材の移動中における、大きい荷重がかかる保持部における第２の部材に対する浮上量と、小さい荷重がかかる保持部における第２の部材に対する浮上量との差が小さくなるように、各保持部の面積の大きさに応じて、供給する潤滑液の流量を多くし、各保持部への潤滑液の補充速度をほぼ同じにする。
これにより、各潤滑液保持部に供給する潤滑液の補充速度をほぼ同じにすることができ、第１の部材が第２の部材に対して傾くのを防止することができる。
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの工作機械における半浮上式スライド案内機構である。
請求項２に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構は、請求項１に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構であって、潤滑液供給系は、潤滑液供給源と、各保持部に対応させた絞り弁とを有しており、各保持部には、潤滑液供給源から各絞り弁を介して潤滑液が供給され、各絞り弁の開度は、各保持部の面積の大きさに応じた開度に設定されている。
これにより、簡単な構成で各保持部への潤滑液の補充速度をほぼ同じにすることができる。
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの工作機械における半浮上式スライド案内機構である。
請求項３に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構では、前記第１の部材の摺動面の移動方向前後両端にある少なくとも２つの保持部の間には、潤滑液が間欠的に供給される中央部が設けられていることを特徴とする。これにより、スライド面全域に潤滑液を供給することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図６に、本発明の一実施の形態を示す。本実施の形態は、本発明を、図略のコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）により、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を数値制御する工作機械に用いた場合のものである。
図１は、工作機械の概略側面図を示したものである。工作機械の動作方向の説明は、図１に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に基づいて行い、Ｚ軸方向については矢印Ｚ１方向を前進方向とする。図２は、ベッドのスライド面（摺動面）にコラムを搭載した状態を、図１の矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図である。図３は、図２に示すコラムを矢印Ｂ−Ｂ方向から側面と底面に展開して見た展開図である。図４は、図３に示すコラムを矢印Ｃ−Ｃ方向から見た断面図である。図５は、潤滑油を保持する潤滑油ポケットとしての保持部の構造、潤滑液供給系の概略図を示す図である。
【０００７】
工作機械１は、図１に示すように、工作物５を積載するテーブル３、工具主軸６等を搭載するコラム１２、テーブル３とコラム１２を支持するベッド２、工作機械１を制御する制御装置（図示省略）等で構成されている。
テーブル３は、Ｘ軸サーボモータ４によりＸ軸方向（紙面に対して垂直方向）に駆動される。
コラム１２は、Ｙ軸サーボモータ２６によりＹ軸方向（図１の上下方向）に駆動される。コラム１２の主軸ヘッド７には、工具主軸６が取り付けられている。また、主軸ヘッド７には、工具を回転駆動する主軸モータ８が設けられている。コラム１２は、Ｚ軸サーボモータ２７によりＺ軸方向（図１の左右方向）に駆動される。
【０００８】
ベッド２は、例えば鋳物によって一体構造等で形成されている。ベッド２には、ガイド板取付部２ａが２箇所にＺ軸方向に沿って設けられている。そして、ガイド板１３が、ベッド２のガイド板取付部２ａにボルト締結（図示省略）で取付けられている。
コラム１２は、図４に示すように、ガイド板スライド面１３ａ上に載置される。コラム１２は、スペーサ２３及び押え板２４により、コラム１２の両端側からガイド板１３の外側下方を掴むようにボルト２５で固定されている。コラム１２の、ガイド板スライド面１３ａと対応する面（下面）１２ｄには、例えば、ターカイト等の摺動材１４が貼付されている。そして、ガイド板スライド面１３ａ上に摺動材スライド面１４ａが当接してコラム１２がスライドできるようになっている。また、２箇所のガイド板取付部２ａの中間位置に相当するコラム下面１２ｄには、Ｚ軸ボールナット２９が固定して設けられ、Ｚ軸ボールネジ２８を軸支してコラム１２が動作できるようになっている。
テーブル３や主軸ヘッド７の駆動機構についても、コラム１２の駆動機構と同様の方法で構成されている。
【０００９】
ガイド板スライド面１３ａと摺動材スライド面１４ａの間には、コラム１２を、ベッド２に対して半浮上させた状態で移動させるために潤滑油が供給される。
摺動材スライド面１４ａには、ガイド板スライド面１３ａと摺動材スライド面１４ａの間への潤滑油の供給を円滑にするために潤滑油を保持する軸受ポケットとしての保持部１５ａ、１５ｂが設けられている。保持部としては、例えば、潤滑油を保持する方形枠状の溝が用いられる。
ここで、本実施の形態では、コラム１２には主軸ヘッド７や主軸モータ８等が設けられているため、コラム１２全体の重心位置３０は、図３及び図５に示すように、工具主軸６が設けられているコラム１２の前端１２ａ側に偏っている。すなわち、コラム１２全体の荷重の分布は、コラム１２の前端１２ａ側で大きく、コラム１２の後端１２ｂ側で小さくなっている。
コラム１２全体の荷重がＺ軸方向に偏っていると、重心位置３０でＸ軸と平行な軸線を中心とする回転モーメントが発生し、コラム１２がベッド２に対して傾く可能性がある。
このため、コラム１２の下面の４隔、つまり各摺動材スライド面１４ａの送り方向の前後端部に設けられる保持部１５ａ、１５ｂの面積をコラム１２の偏荷重に応じて設定し、コラム１２に回転モーメントが発生するのを防止することが必要である。
本実施の形態では、各保持部１５ａは、例えば、図３及び図４に示すように、平面的に観て方形のランド部１８ａと、ランド部１８ａの外周に形成された断面Ｖ字型の油溝１７ａにより構成されている。ランド部１８ａは、摺動材スライド面１４ａの高さと同一高さになっているが、油溝１７ａに囲まれるランド部１８ａにも潤滑油を保持可能である。なお、ランド部１８ａの高さは、図４の鎖線で示すように、摺動材スライド面１４ａよりも低くしてもよい。
そして、本実施の形態では、図３〜図５に示すように、摺動材スライド面１４ａのコラム１２の前端１２ａ側に保持部１５ａを設け、コラム１２の後端１２ｂ側に保持部１５ｂを設けている。保持部１５ｂは、保持部１５ａと同様に、Ｖ字型の油溝１７ｂによりランド部１８ｂを囲むように構成されている。そして、コラム１２の偏荷重に応じて、前端１２ａ側の保持部１５ａの面積（例えば、ランド部と油溝の表面積の総和）を大きく設定し、コラム１２の後端１２ｂ側の保持部１５ｂの面積を小さく設定している。
また、本実施の形態では、摺動材スライド面１４ａの中央部には、間欠潤滑部１９が設けられている。間欠潤滑部１９は、例えば、連続した１本の断面Ｖ字型の油溝２０で摺動材スライド面１４ａの中央部の御幅広い範囲に亘るクランク形状のものとして設けられている。
【００１０】
ガイド板スライド面１３ａと摺動材スライド面１４ａの間に潤滑油を供給する潤滑油供給系が設けられている。潤滑油供給系は、潤滑油源２２の潤滑油をガイド板スライド面１３ａと摺動材スライド面１４ａの間に供給した後、回収し、油水分離とフィルタ濾過を実施した後潤滑油源に戻す、循環供給系を構成している。
潤滑油系は、図５に示すように、潤滑油ポンプユニットなどの潤滑油源２２と、絞り弁１６ａ、１６ｂ、３２を有している。絞り弁１６ａ、１６ｂは、例えば、図４に示すように、コラム１２に開けた穴にネジ込まれた状態で設けられている。絞り弁１６ａ、１６ｂは、供給孔３１を介して油溝１７ａ、１７ｂに連結されている。絞り弁１６ａから保持部１５ａに潤滑油が供給され、絞り弁１６ｂから保持部１５ｂに潤滑油が供給され、絞り弁３２から間欠潤滑部１９に潤滑油が供給される。
なお、間欠潤滑部１９には、例えば、所定時間間隔で絞り弁３２から間欠的に潤滑油が供給されるようにするために、図略の別の潤滑油供給源と接続された間欠供給弁が設けられている。
さらに、本実施の形態では、絞り弁１６ａ、１６ｂのノズル径は、中央斜線部の面積差として示すように、保持部１５ａ、１５ｂの面積に応じて設定されている。例えば、面積の大きい保持部１５ａに潤滑油を供給する絞り弁１６ａの絞り径を、面積の小さい保持部１５ｂに潤滑油を供給する絞り弁１６ｂの絞り径より大きく設定する。
以上のようにして、摺動材スライド面１４ａに作用するコラム１２全体の偏った荷重を、保持部１５ａ、１５ｂに蓄えられている潤滑油の圧力で補正する。
【００１１】
なお、本実施の形態のコラム１２が本発明の「第１の部材」に対応し、ベッド２（ガイド板１３）が「第２の部材」に対応し、ガイド板スライド面１３ａ及び摺動材スライド面１４ａが「摺動面」に対応し、絞り弁１６ａ、１６ｂ等が潤滑液供給手段に対応する。
【００１２】
次に、上記のように構成される工作機械１の効果を、図６を用いて説明する。図６は、コラム１２がＺ軸サーボモータ２７の動作により前後方向に移動される際にコラム１２がガイド板スライド面１３ａから浮上する浮上量を、コラム１２の前端１２ａ部とコラム１２の後端１２ｂ部における浮上量の差で示したグラフである。
なお、図６において、コラム１２の前端１２ａ側の浮上量をＨ１（μｍ）、コラム１２の後端１２ｂ部の浮上量をＨ２（μｍ）とする。図６に示すグラフの前端１２ａ部と後端１２ｂ部における浮上量差（Ｈ２−Ｈ１）の計測では、例えば、保持部１５ａ、１５ｂの面積をそれぞれ５００ｃｍ2と２２０ｃｍ2として設定している。また、ノズル径「丸１」のプロットは、両保持部１５ａ、１５ｂにある絞り弁１６ａ、１６ｂのノズル径を保持部１５ａ、１５ｂの面積比に対応させたノズル径で潤滑油を供給した場合を示すものである。ここでは、絞り弁１６ａのノズル径をφ０．６ｍｍ、絞り弁１６ｂのノズル径をφ０．４ｍｍに設定している。ノズル径「丸２」のプロットは、両保持部１５ａ、１５ｂにある絞り弁１６ａ、１６ｂのノズル径をφ０．６ｍｍに設定された同一ノズル径で、潤滑油を供給した場合を示すものである。
図６に示すように、保持部１５ａ、１５ｂにノズル径「丸１」で潤滑油を供給する場合と、ノズル径「丸２」で潤滑油を供給した場合とを比較すると、ノズル径「丸１」で潤滑油を供給する場合において、コラム１２の送り速度の変化に依らず、コラム前端１２ａとコラム後端１２ｂの浮上量差はほぼ半減される。すなわち、保持部１５ａ、１５ｂに蓄えられている潤滑油の圧力を補正することにより、コラム前端１２ａ及びコラム後端１２ｂの浮上量は補正される。このため、コラム１２は、ガイド板スライド面１３ａに対してＺ軸方向の傾きを低減して移動することができ、加工精度を向上できる。
なお、ガイド板１３の下面と摺接する押え板２４の上面には、コラム１２の下面と同様に、Ｖ型溝２４ａで囲まれた方形のランド部２４ｂからなる保持部が形成され、この保持部に潤滑油が供給されるようになっている。
【００１３】
次に、本発明の第二の実施の形態を図７を用いて説明する。図７は、きさげ仕上げ面で潤滑油を潤滑する摺動材スライド面１４ａの一方について示す図である。
摺動材スライド面１４ａの送り方向中央部には、摺動材スライド面１４ａをきさげで仕上げられたきさげ仕上げ部４１が設けられている。摺動材スライド面１４ａをきさげで摺り合せて仕上げると、摺動材スライド面１４ａの面阻度が向上し、摺動材スライド面１４ａに生じる無数の鱗状の摺り合せ目の間には、潤滑油を保持ことができる。すなわち、摺動材スライド面１４ａの面形状の起伏がなだらかであることから、保持部１５ａ、１５ｂから放出された潤滑油は、摺動材スライド面１４ａの広い範囲にわたって行き渡り、摺り合せ目に浸透する。また、仕切溝４２が保持部１５ａ、１５ｂと中央のきさげ仕上げ部４１の間に設けられている。
【００１４】
以上のように、第二の実施の形態では、潤滑油供給源２２から供給される潤滑油を絞り弁１６ａ、１６ｂを介して油溝１７ａ、１７ｂに供給し、保持部１５ａ、１５ｂから放出された潤滑油が、コラム１２が移動するによってガイド板スライド面１３ａ上に行き渡り、潤滑油の油膜層が形成される。
このため、きさげ仕上げ部４１に潤滑油を供給する絞り弁を設ける必要がなく、コラム１２はガイド板スライド面１３ａを滑らかにスライドすることができる。
【００１５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更してもよい。
例えば、保持部１５ａ、１５ｂに供給する潤滑油の粘度を各保持部１５ａ、１５ｂで変えても良く、潤滑油の性状、粘度、種類については、限定されるものではない。
また、工作機械１のベッド２に対してコラム１２を移動させる場合について説明したが、コラム以外の摺動体であってもよい。
また、本実施の形態では、コラム１２がベッド２をスライドする摺動面の形状には、フラット形状を用いて説明したが、例えば摺動面の形状は、Ｖ型形状で形成されてもよく、摺動面の形状については、種々変更可能である。なお、例えばＶ型形状の摺動面を用いた場合には、Ｖ型形状の投影面をフラット形状に換算した面として、保持部の大きさ（面積）が求められる。
また、コラム下面１２ｄに摺動材１４を貼付したが、摺動材１４は省くこともできる。
また、摺動材スライド面１４ａの送り方向中央部に間欠潤滑部１９を設けたが、間欠潤滑部１９は省くこともできる。
また、摺動材スライド面１４ａの送り方向中央部にきさげ仕上げ部４１を設けたが、きさげ仕上げ部４１に間欠潤滑部１９を設けてもよい。
また、ベッド２のガイド板取付部２ａにガイド板１３を設け、ガイド板スライド面１３ａに潤滑油を供給してコラム１２をスライドさせたが、例えばガイド板１３を省いて直接ガイド板取付部２ａをガイド面としこのガイド面に潤滑油を供給してコラム１２をスライドさせてもよく、スライドする摺動面の構成については、種々変更可能である。
また、潤滑油は、コラム１２がスライドする面と潤滑油供給源２２との間を循環させたが、潤滑油は回収しなくてもよい。
また、一例として、コラム１２の荷重の分布は、コラム１２の前端１２ａ側に大きく、後端１２ｂ側で小さくなっている場合を用いて説明したが、スライドする面に作用する荷重のかかり方（偏り方等）については、限定されるものではない。
また、保持部１５ａ、１５ｂや間欠潤滑部１９は、図３及び図５に示すような油溝１７ａ、１７ｂ、２０のように形成したが、油溝１７ａ、１７ｂ、２０の形状、配置等については、種々変更可能である。
また、保持部１５ａ、１５ｂや間欠潤滑部１９に設けた油溝１７ａ、１７ｂ、２０では断面がＶ型の油溝を用いたが、油溝１７ａ、１７ｂ、２０の断面形状については、種々変更可能である。
また、Ｖ型の油溝１７ａ、１７ｂ、２０と摺動材スライド面１４ａが繋がる部位の形状については、例えばＲ形状や面取り形状で繋げてもよく、適宜変更可能である。
また、保持部１５ａ、１５ｂは、Ｖ型の油溝１７ａ、１７ｂ、２０で周囲を形成し、油溝１７ａ、１７ｂ、２０で囲まれた内側に方形のランド部１８ａ、１８ｂを設けたが、保持部１５ａ、１５ｂの平面的に観た形状等については、種々変更可能である。
また、固定式のノズル径の絞り弁１６ａ、１６ｂ、３２を用いたが、例えば潤滑油の油圧が常に維持されるように潤滑油の供給量を可変できるノズル径の絞り弁を用いてもよく、絞り弁の種類については、種々変更可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による工作機械における半浮上式スライド案内機構によれば、移動する部材の摺動面に設けられている保持部の面積がこの部材の偏荷重に応じて設定されていても保持部の受圧面積に応じて保持部への供給流量を変えるようにしたので、部材が傾くのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】工作機械の概略側面図である。
【図２】図１において矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図である。
【図３】図２に示すコラムを矢印Ｂ−Ｂ方向から見て側面と底面を展開して示す展開図である。
【図４】図３に示すコラムを矢印Ｃ−Ｃ方向から見た断面図である。
【図５】潤滑油の保持部の構造、潤滑供給系の概略図を示す図である。
【図６】コラム前端とコラム後端で計測した浮上量の浮上量差を送り速度と関連して示すグラフである。
【図７】きさげ仕上げ部を設けた摺動材スライド面の他の実施の形態を示す図である。
【図８】従来のスライド案内機構を説明する図である。
【符号の説明】
１…工作機械
２…ベッド
１２…コラム
１３、１３ａ…ガイド板、ガイド板スライド面
１４、１４ａ…摺動材、摺動材スライド面
１５ａ、１５ｂ…保持部
１６ａ、１６ｂ…絞り弁
１７ａ、１７ｂ…油溝
１８ａ、１８ｂ…ランド部
３０…重心位置
Claims (3)
- 移動する第１の部材とこの第１の部材を案内する第２の部材の摺動面間に潤滑液を供給し、第１の部材を第２の部材に対して半浮上させた状態で駆動する工作機械における半浮上式スライド案内機構であって、
第１の部材の摺動面の移動方向前後両端部に設けられ、潤滑液を保持する少なくとも２つの保持部と、
各保持部に潤滑液を供給する潤滑液供給系とを備え、
潤滑液供給系は各保持部に潤滑液を供給し、各保持部における第１の部材と第２の部材との間隙から、供給した潤滑液を放出させて潤滑液の液膜層を形成することで、第１の部材を第２の部材に対して半浮上させ、
各保持部の面積は第１の部材の偏荷重に応じて、大きい荷重がかかる保持部の面積の方が、小さい荷重がかかる保持部の面積よりも大きく設定されており、
第１の部材の移動中における、大きい荷重がかかる保持部における第２の部材に対する浮上量と、小さい荷重がかかる保持部における第２の部材に対する浮上量との差が小さくなるように、各保持部の面積の大きさに応じて、供給する潤滑液の流量を多くし、各保持部への潤滑液の補充速度をほぼ同じにする、
ことを特徴とする工作機械における半浮上式スライド案内機構。 - 請求項１に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構であって、
潤滑液供給系は、潤滑液供給源と、各保持部に対応させた絞り弁とを有しており、
各保持部には、潤滑液供給源から各絞り弁を介して潤滑液が供給され、
各絞り弁の開度は、各保持部の面積の大きさに応じた開度に設定されている、
ことを特徴とする工作機械における半浮上式スライド案内機構。 - 請求項１または２に記載の工作機械における半浮上式スライド案内機構であって、
前記第１の部材の摺動面の移動方向前後両端にある少なくとも２つの保持部の間には、潤滑液が間欠的に供給される中央部が設けられている、
ことを特徴とする工作機械における半浮上式スライド案内機構。
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