JP4815787B2 - Machine tool feeder - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械のスライダやテーブル等を移動体とする送り装置に関し、特に送り駆動源としてリニアモータを採用した送り装置の改良に関するものである。 The present invention relates to a feed device that uses a slider, a table, or the like of a machine tool as a moving body, and more particularly to an improvement of a feed device that employs a linear motor as a feed drive source.
放電加工機等の工作機械の送り装置としてリニアモータを駆動源とするものが特許文献1等で提案されている。これらの送り装置では、位置決め精度の良さ、発熱の少なさ、磁気吸引力の安定性等の理由から、一般的に同期型のリニアモータ(永久磁石とコイルスライダとの組み合わせ)が使われるが、同期型の場合には永久磁石とコイルスライダ間の磁気吸引力が最大推力の3〜4倍と大きいため、磁気吸引力に逆らって永久磁石とコイルスライダの間隙を一定に保つ機能を持ったリニアガイド(直動型ガイド部材)には常に大きな荷重が加わったままとなる。 As a feeding device for a machine tool such as an electric discharge machine, one that uses a linear motor as a drive source is proposed in Patent Document 1 and the like. In these feeders, a synchronous linear motor (combination of a permanent magnet and a coil slider) is generally used for reasons such as good positioning accuracy, low heat generation, and stability of magnetic attractive force. In the case of the synchronous type, the magnetic attractive force between the permanent magnet and the coil slider is as large as 3 to 4 times the maximum thrust. Therefore, the linear type has a function to keep the gap between the permanent magnet and the coil slider constant against the magnetic attractive force. A large load is always applied to the guide (direct acting guide member).
例えば切削加工や研削加工でよく使われる15kN程度の推力を持ったリニアモータ駆動の送り装置では、リニアガイドに50kNもの荷重が加わるだけでなく、15kN程度の推力を持ったリニアモータにて駆動される送り装置のコラムは1ton程度の質量があることから、古くから採用されている回転型モータとボールねじ機構との組み合わせからなる送り装置ではリニアガイドに10kN程度の加重が加わるところ、リニアモータ駆動では10kN+50kN=60kNと、実に6倍もの荷重が加わることになる。 For example, in a linear motor drive feeder with a thrust of about 15 kN, which is often used in cutting and grinding, not only a load of 50 kN is applied to the linear guide, but also a linear motor with a thrust of about 15 kN is driven. Since the column of the feeding device has a mass of about 1 ton, in a feeding device composed of a combination of a rotary motor and a ball screw mechanism which has been used for a long time, a linear guide is applied where a load of about 10 kN is applied to the linear guide. Then, 10 kN + 50 kN = 60 kN, which is 6 times as much load.
そして、リニアガイドの寿命はそれ自体が受ける荷重の3乗に反比例(ただし、転動体がボールの場合であって、転動体がローラの場合には3.3乗に反比例)するので、上記のように6倍もの荷重が加わるとその寿命は1/63=1/216の寿命となる。 The life of the linear guide is inversely proportional to the cube of the load received by itself (however, when the rolling element is a ball and when the rolling element is a roller, it is inversely proportional to the 3.3 power) Thus, when a load of 6 times is applied, the lifetime becomes a lifetime of 1/6 3 = 1/216.
このような問題の対応策として、例えば特許文献2に記載のように、同じ仕様の二組のリニアモータを対向するように配置して、それぞれの磁気吸引力を相殺し、リニアガイドには磁気吸引力が加わらないように考慮されたものが提案されている。
しかしながら、特許文献2に記載のような従来の技術では、磁気吸引力に基づくリニアガイドの荷重負担(負荷重量)は大幅に軽減できるものの、リニアモータを対向配置するというレイアウトのために構造体が大型化し、重くなった構造体の重量がそのままリニアガイドに加わることになるので、リニアガイドの小型化や寿命延長の効果は期待したほどのものが得られない可能性がきわめて高い。
However, in the conventional technique as described in
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、リニアモータを対向配置する構造を前提としつつも、リニアガイドの負荷重量を大幅に軽減できるように考慮された送り装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made by paying attention to such a problem, and it is intended to provide a feeding device that is designed so that the load weight of the linear guide can be significantly reduced while assuming a structure in which linear motors are arranged to face each other. It is what.
請求項1に記載の発明は、支持体に案内支持された移動体に水平方向の直線送りを与える送り装置において、上記移動体はその下面中央部から下方に向かってウェブがスカート状に延びた断面変形T字状のものとして形成されているとともに、ウェブの両側には垂直線に対して所定角度傾斜して左右対称となる一対の可動側縦壁面が形成されている一方、上記支持体は移動体側のウェブを受容する断面略凹形状のものとして形成されているとともに、それぞれの可動側縦壁面と平行でこれらに対向する固定側縦壁面が形成されていて、これらの支持体と移動体はあり溝型の案内機構を形成している。 According to the first aspect of the present invention, in the feeding device that applies a horizontal linear feed to the movable body guided and supported by the support body, the movable body has a web extending in a skirt shape downward from the center of the lower surface. While being formed as a T-shaped cross-sectional deformation, a pair of movable side vertical wall surfaces are formed on both sides of the web, which are inclined at a predetermined angle with respect to the vertical line and are symmetric with respect to the vertical line. The movable body side web is formed with a substantially concave cross section, and the movable side vertical wall surfaces are parallel to and opposed to the fixed side vertical wall surfaces. Forms a dovetail guide mechanism.
その上で、上記移動体側の左右対称位置にある一対の可動側縦壁面とそれに対向する支持体側のそれぞれの固定側縦壁面との間に、磁気吸引力に基づいて上記送り方向の推力を発生するリニアモータを当該リニアモータの上下に位置する直動型ガイド部材とともに左右対称となるように個別に介装配置するとともに、上記各リニアモータが支持体に対する移動体の浮上力を発生させる移動体の浮上力発生手段としての機能を併せ持っていて、各リニアモータの磁気吸引力に基づく推力発生と並行してそのリニアモータの磁気吸引力に基づいて移動体に浮上力を発生させるようになっていることを特徴とする。 In addition, a thrust in the feed direction is generated based on the magnetic attraction force between a pair of movable-side vertical wall surfaces at the left and right symmetrical positions on the movable body side and the respective fixed-side vertical wall surfaces on the support side. And a linear moving guide member positioned above and below the linear motor so that the linear motor is individually disposed so as to be bilaterally symmetric, and each linear motor generates a floating force of the moving body relative to the support. In addition to the generation of thrust based on the magnetic attraction force of each linear motor, the levitation force is generated on the moving body based on the magnetic attraction force of the linear motor. It is characterized by being.
また、工作機械における移動体としては、スライド式のサドルやラム、テーブル、コラム、ヘッド、クイル等を想定している。 In addition, as a moving body in the machine tool, a sliding saddle, a ram, a table, a column, a head, a quill and the like are assumed.
したがって、本発明では、二組のリニアモータを対向配置してそれぞれの磁気吸引力を相殺し、リニアガイドには磁気吸引力が加わらないようにした点では先に例示した特許文献2に記載のものと同様である。 Accordingly, in the present invention, two sets of linear motors are arranged opposite to each other to cancel the magnetic attraction forces, and the magnetic attraction force is not applied to the linear guide. It is the same as that.
その上で、本発明では、浮上力発生手段をもって移動体を支持体から浮上させることにより、移動体の重量をも相殺して、直動型ガイド部材に加わる負荷重量を実質的に零に近い状態まで小さくすることができる。 In addition, in the present invention, the weight of the moving body is offset by lifting the moving body from the support with the levitation force generating means, and the load weight applied to the linear guide member is substantially close to zero. It can be reduced to the state.
請求項1に記載の発明によれば、送り装置を形成している支持体と移動体との間に介装されることになる直動型ガイド部材の負荷重量を著しく小さくすることができるため、ガイド部材そのものの小型化とともにその長寿命化を図ることができる効果がある。特にリニアモータ駆動の送り装置でとかく問題となっていた微速移動時のスティックスリップ現象の発生がなくなり、超低速から超高速までの全域にわたって、高精度な動的位置決め精度を確保できるようになる。 According to the first aspect of the present invention, the load weight of the linear guide member that is interposed between the support body and the movable body forming the feeding device can be remarkably reduced. There is an effect that the guide member itself can be miniaturized and its life can be extended. In particular, the stick-slip phenomenon at the time of slow speed movement, which has been a problem with a linear motor-driven feeding device, is eliminated, and high-precision dynamic positioning accuracy can be secured over the entire range from ultra-low speed to ultra-high speed.
図1は本発明に係る送り装置のより具体的な実施の形態を示す図である。 FIG. 1 is a view showing a more specific embodiment of a feeding apparatus according to the present invention.
この送り装置では、支持体としてのベース1と、ベース1に案内支持されて水平方向に直線的に走行移動可能な移動体としてのテーブル2と、このテーブル2上に搭載されたコラム3とを備えており、コラム3には例えば加工用の主軸4が装着される。
In this feeding device, a base 1 as a support, a table 2 as a movable body guided and supported by the base 1 and capable of linearly moving in the horizontal direction, and a column 3 mounted on the table 2 are provided. The column 3 is provided with, for example, a
これらのベース1、テーブル2およびコラム3等は、主軸4の軸心を通る垂直線Lを対称中心として左右対称の形状となっていて、ベース1とテーブル3との間には直動型ガイド部材として左右各一対のリニアガイド5が介装されているとともに、テーブル2に送りを与えるための駆動源として機能することになる同期型のリニアモータ6が同じく左右対称に配置されている。なお、同期型のリニアモータ6は、モータ6自体への通電の有無や通電量(=発生推力)に関係なく、コイルとマグネットが引き合う磁気吸引力が一定である。
These base 1, table 2, column 3, and the like have a symmetrical shape with a vertical line L passing through the axis of the
より具体的には、テーブル2はその下面中央部からウェブ7が下方にスカート状に伸びた断面略変形T字状のものとして形成されている一方、ベース1はそのウェブ7を受容するべく断面略凹形状のものとして形成されていて、スライド案内機構としてはいわゆるあり溝型の案内機構となっている。そして、ウェブ7の両側面である可動側縦壁面7a,7bとそれに対向することになるベース1側の固定側縦壁面1a,1bのうち縦壁面7a,1a同士および7b,1b同士は共に平行であるものの、縦壁面7a,1a同士および7b,1b同士は左右対称となるように垂直線Lに対して所定角度αだけ傾斜させ、それら縦壁面7a,1a同士および7b,1b同士の間に同一仕様のリニアモータ6とリニアガイド5がそれぞれに介装配置してある。
More specifically, the table 2 is formed as a substantially deformed T-shaped cross section in which the
ここで、左右一対のリニアモータ6はそのコイルスライダ(可動子)6aを可動側縦壁面7a,7b側に、永久磁石(固定子)6bを固定側縦壁面1a,1bにそれぞれ固定配置し、各リニアモータ6ごとにコイルスライダ6aと永久磁石6bとの間に同量ずつの所定のギャップを具備させてある。そして、上記のテーブル2やコラム3およびコイルスライダ6a等の可動側の重量をW、リニアモータ6一組当たりの磁気吸引力をCとしたとき、下記(1)式を満たすように角度αを設定する。
Here, the pair of left and right
α=sin-1(W/(2×C))‥‥(1)
なお、各リニアモータ6を形成しているコイルスライダ6aと永久磁石6bとの相対位置関係は逆であってもよい。また、周知のように上記のギャップの大きさと磁気吸引力Cの大きさの間には相関があり、ギャップが小さいほどより大きな磁気吸引力が作用することになる。
α = sin −1 (W / (2 × C)) (1)
The relative positional relationship between the
したがって、このように構成された送り装置によれば、各リニアモータ6の通電制御を行うことにより、それぞれのリニアモータ6が発生する磁気吸引力Cに基づく推力によってテーブル2に所定の送りが付与され、テーブル2はベース1に案内されるかたちで直線的に走行移動することになる。
Therefore, according to the feeding device configured as described above, by performing energization control of each
この場合、左右一対のリニアモータ6は共に同一仕様であるが故に、各リニアモータ6が発生する磁気吸引力Cは同一で作用する向きが逆であることから、双方のリニアモータ6が発生する磁気吸引力Cは相互に相殺されてしまい、したがってその磁気吸引力Cに基づく負荷重量が各リニアガイド5に加わることがなくなり、各リニアガイド5の負担が軽減される。
In this case, since the pair of left and right
その上、各リニアモータ6を角度αだけ傾斜させて配置してあるために、それぞれのリニアモータ6が発生する磁気吸引力Cの分力としてテーブル2をベース1から浮上させる浮上力Fが発生し、しかも先に述べたように角度αの大きさはテーブル2やコラム3等の重量を考慮して設定してあることから、上記浮上力Fをもってテーブル2等の重量をも相殺することができる。これにより、左右一対のリニアモータ6は浮上力発生手段としての機能をも併せ持っていることになる。
In addition, since each
その結果として、各リニアガイド5に加わる負荷重量を限りなく零に近いものとすることができ、先の述べたところの「リニアガイドの寿命はそれ自体が受ける荷重の3乗に反比例する」との定義にあてはめれば、各リニアガイド5の計算上の寿命を無限大にすることが可能となる。
As a result, the load weight applied to each
実際には、加減速時の荷重変動分があるので、リニアガイド5に加わる荷重がプラス(+)方向になったりマイナス(−)方向になったりすることがあるが、テーブル2やコラム3およびコイルスライダ6a等の可動側となる総重量に比べればごく微少な量であり、ほとんど問題とならない。すなわち、リニアガイド5の負荷重量は静止時においてはほぼ零に近いものとなるとともに、加減速時においても1kN以下程度の負荷重量となるだけである。
Actually, since there is a load fluctuation at the time of acceleration / deceleration, the load applied to the
このようにリニアガイド5に加わる負荷重量を著しく軽減できることで、リニアガイド5のサイズを大幅に小さくすることができるほか、イニシャルコストの低減と長寿命化によるランニングコストの低減を図ることができるようになる。
Since the load weight applied to the
また、リニアガイド5の転がり抵抗は、リニアガイド5が受ける荷重Wにリニアガイド5の摩擦係数μを乗じたものにほかならないから、リニアガイド5が受ける荷重Wを実質的に零とすることにより、超低フリクションのスライド案内機構を成立させることができ、リニアモータではとかく問題となりがちであった微速移動時のスティックスリップ現象を解消することができ、超低速から超高速までの全域にわたって高精度な動的位置決め精度を確保することができるようになる。
Further, the rolling resistance of the
1…ベース(支持体)
1a,1b…固定側縦壁面
2…テーブル(移動体)
5…リニアガイド(直動型ガイド部材)
6…リニアモータ(浮上力発生手段)
6a…コイルスライダ(可動子)
6b…永久磁石(固定子)
7a,7b…可動側縦壁面
8…磁石ユニット(浮上力発生手段)
1 ... Base (support)
1a, 1b ... fixed side
5… Linear guide (Direct acting guide member)
6. Linear motor (levitation force generating means)
6a ... Coil slider (movable element)
6b ... Permanent magnet (stator)
7a, 7b ... movable side vertical wall
8 ... Magnet unit (levitation force generating means)
Claims (1)
上記移動体はその下面中央部から下方に向かってウェブがスカート状に延びた断面変形T字状のものとして形成されているとともに、ウェブの両側には垂直線に対して所定角度傾斜して左右対称となる一対の可動側縦壁面が形成されている一方、
上記支持体は移動体側のウェブを受容する断面略凹形状のものとして形成されているとともに、それぞれの可動側縦壁面と平行でこれらに対向する固定側縦壁面が形成されていて、
これらの支持体と移動体はあり溝型の案内機構を形成していて、
上記移動体側の左右対称位置にある一対の可動側縦壁面とそれに対向する支持体側のそれぞれの固定側縦壁面との間に、磁気吸引力に基づいて上記送り方向の推力を発生するリニアモータを、当該リニアモータの上下に位置する直動型ガイド部材とともに左右対称となるように個別に介装配置するとともに、
上記各リニアモータが支持体に対する移動体の浮上力を発生させる移動体の浮上力発生手段としての機能を併せ持っていて、各リニアモータの磁気吸引力に基づく推力発生と並行してそのリニアモータの磁気吸引力に基づいて移動体に浮上力を発生させるようになっていることを特徴とする工作機械の送り装置。 In a feeding device that gives a linear feed in a horizontal direction to a moving body guided and supported by a support,
The moving body is formed as a T-shaped cross section having a web extending in a skirt shape downward from the center of the lower surface, and both sides of the web are inclined at a predetermined angle with respect to a vertical line. While a pair of symmetrical movable vertical wall surfaces are formed,
The support body is formed as a substantially concave cross-sectional shape for receiving the web on the moving body side, and is formed with a fixed-side vertical wall surface that is parallel to and faces each movable-side vertical wall surface,
These supports and moving bodies have a groove-type guide mechanism,
Between the respective fixed-side longitudinal wall surface of the support side opposite thereto and a pair of movable vertical wall surface on the left and right symmetrical positions of the moving body side, a linear motor for generating thrust in the feed direction on the basis of the magnetic attraction force In addition, with the linear motion type guide members positioned above and below the linear motor, they are disposed separately so as to be bilaterally symmetric,
Each of the linear motors also has a function as a moving body levitation force generating means for generating a levitation force of the moving body with respect to the support, and in parallel with the thrust generation based on the magnetic attraction force of each linear motor, A machine tool feeding device , wherein a floating force is generated in a moving body based on a magnetic attractive force .
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