JP7510259B2 - Thermal displacement countermeasure structure for machine tool feed shaft - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械の送り軸の熱変位対策構造に関し、特に、工作機械のスピンドル等の熱源による構造物の熱変位に対して低熱膨張材を用いた対策構造に関する。 The present invention relates to a structure for preventing thermal displacement of the feed shaft of a machine tool, and in particular to a structure that uses a low thermal expansion material to prevent thermal displacement of a structure caused by a heat source such as the spindle of a machine tool.
従来の工作機械では、例えば、駆動されるモータの発熱、軸受けの回転による摩擦熱等の熱源により、スピンドルヘッド等の構造物が膨張してスピンドル先端の工具の機械位置が変位するので、工具とワークとの相対位置にずれが生じる結果、精度の高い加工を困難にするという問題がある。このスピンドルヘッド等の熱膨張による工具の機械位置の変位を除去するために、予めワークの加工前に暖機運転を行い、加工、寸法測定、補正を繰り返して行い(例えば、特許文献1参照)、或いは、変位センサや温度センサを設け、検出した変位や温度に基づいてNCによる指令位置を補正するようにしている(例えば、特許文献2参照)。 In conventional machine tools, heat sources such as heat from the driven motor and frictional heat from the rotation of the bearings cause the expansion of structures such as the spindle head, displacing the mechanical position of the tool at the tip of the spindle, resulting in a shift in the relative position between the tool and the workpiece, making it difficult to perform high-precision machining. In order to eliminate the displacement of the mechanical position of the tool due to the thermal expansion of the spindle head, etc., the machine is warmed up before machining the workpiece, and machining, dimensional measurement, and correction are repeated (see, for example, Patent Document 1), or a displacement sensor or temperature sensor is provided, and the command position by the NC is corrected based on the detected displacement and temperature (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上述した特許文献1に記載のように暖機運転を行う従来例では、作業者の熟練が要求されるだけでなく、加工時間の短縮を期待できないという問題がある。また、特許文献2に記載のようにセンサによる検出結果に基づいてNCによる指令位置を補正する従来例では、複雑なシステムを用い、複数の係数を測定結果により求めなければならないので、NCによる複雑な処理が必要となってしまう。 However, in the conventional example in which a warm-up operation is performed as described in the above-mentioned Patent Document 1, not only does it require the operator to be highly skilled, but there is also the problem that it is not possible to expect a reduction in processing time. In addition, in the conventional example in which the command position by the NC is corrected based on the detection results by the sensor as described in Patent Document 2, a complex system is used and multiple coefficients must be calculated from the measurement results, which requires complex processing by the NC.
本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、工作機械の送り軸等の熱変位対策として、暖機運転を減らして加工時間を短縮できる上に、シンプルな機構を用いて、複雑な計算や測定を必要とすること無く、軸の正確な位置検出を可能とする技術を提供する。 The present invention was made in light of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a technology that can reduce warm-up operations and shorten processing time as a countermeasure against thermal displacement of the feed axes of machine tools, and that uses a simple mechanism to enable accurate detection of the axis position without the need for complex calculations or measurements.
本発明者は、上述した工作機械の送り軸等の熱変位対策を鋭意研究した結果、シンプルな機構を用いて、複雑な計算や測定を必要とすること無く、軸の位置を検出する位置検出器の検出部が熱変位の影響を受け難い構造とすることで、暖機運転を減らして加工時間を短縮できる新規且つ有用な着想を得るに至った。 As a result of extensive research into countermeasures against thermal displacement of the feed axes of the above-mentioned machine tools, the inventors have come up with a new and useful idea that uses a simple mechanism and does not require complex calculations or measurements, making the detection section of the position detector that detects the axis position less susceptible to the effects of thermal displacement, thereby reducing warm-up operations and shortening machining times.
即ち、本発明に係る工作機械の送り軸の熱変位対策構造では、所定の熱膨張率を有する金属材から成り、送り軸を保持しつつ該送り軸を軸方向に移動させ得る構造物と、長尺板状に形成され該長尺板状の長さ方向に前記金属材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し、かつ前記長さ方向に引っ張り剛性を有し、前記長さ方向が前記構造物の前記軸方向に沿うように介挿させた低熱膨張材と、位置検出器とを有する工作機械の送り軸の熱変位対策構造であって、前記位置検出器の検出部が前記低熱膨張材に固定されると共に、該低熱膨張材の前記長さ方向の一端側を前記構造物に固定する取り付け金具を設け、該取り付け金具は前記軸方向に弾性変形し易い構造にし、
前記取り付け金具とは別に、前記低熱膨張材の前記長さ方向の一端側とは反対側端部を前記構造物に固定する手段を設け、
前記低熱膨張材と前記構造物との相対的熱変位を吸収できるようにしたことを特徴とする。
このように、前記低熱膨張材には、例えば、CFRP等、低熱膨張率と長さ方向(熱膨張方向)の剛性を併せ持った材料を用いる。
That is, the thermal displacement countermeasure structure for the feed shaft of a machine tool according to the present invention comprises a structure made of a metal material having a predetermined thermal expansion coefficient and capable of moving the feed shaft in the axial direction while holding the feed shaft, a low thermal expansion material formed in a long plate shape and having a thermal expansion coefficient lower than the thermal expansion coefficient of the metal material in the longitudinal direction of the long plate and having tensile rigidity in the longitudinal direction, the low thermal expansion material being interposed so that the longitudinal direction is along the axial direction of the structure, and a position detector, wherein a detection portion of the position detector is fixed to the low thermal expansion material, and a mounting bracket is provided for fixing one end side of the low thermal expansion material in the longitudinal direction to the structure, and the mounting bracket is structured to be easily elastically deformed in the axial direction,
a means for fixing an end portion of the low thermal expansion material opposite to the one end portion in the longitudinal direction to the structure, the means being provided separately from the mounting metal fitting;
The low thermal expansion material is characterized in that it is capable of absorbing relative thermal displacement between the low thermal expansion material and the structure.
In this way, the low thermal expansion material is made of a material that has both a low thermal expansion coefficient and rigidity in the length direction (thermal expansion direction), such as CFRP.
本発明によれば、軸の位置検出器の検出部が熱変位の影響を受け難い構造とすることで、暖機運転を減らして加工時間を短縮できる上に、シンプルな機構を用いて、複雑な計算や測定を必要とすること無く、軸の正確な位置検出を可能とする技術を提供することができる。 The present invention provides a technology that makes it possible to reduce the warm-up period and shorten processing time by designing the detection section of the shaft position detector to be less susceptible to thermal displacement, and that uses a simple mechanism to enable accurate shaft position detection without the need for complex calculations or measurements.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る工作機械の送り軸の熱変位対策構造を説明するための図であり、(a)は、工作機械のZ軸、低熱膨張材、位置検出器、及び取り付け金具を含む熱変位対策構造の全体図、(b)は、低熱膨張材を固定するスピンドルヘッドの端部の拡大図、(c)は、低熱膨張材を固定したスピンドルヘッドの端部の拡大図、(d)は、位置検出器の検出部のスピンドルヘッドへの固定部の拡大図である。まず、本発明の理解を容易にするため、上記図1(a)を参照しつつ、本発明が適用される一例としての送り軸(Z軸)の概略構成につき述べる。スピンドル12を高速回転可能に収納する構造物(スピンドルヘッド)10は、所定の熱膨張率を有する金属材から成り、軸の駆動部(リニアモータ、マグネットユニットとコイルユニット)14により(Z)軸方向(同図では上下方向)に駆動される。また、これらスピンドルヘッド10及び軸の駆動部14は、サドル(キャリア)16により構造体(コラムの一部)18上を(X)軸方向(同図では左右方向)に摺動する。更に、構造体(コラムの一部)18がY軸方向に移動可能に構成され得るが、その説明及び図示は省略する。このような構成において、スピンドルヘッド10が(Z)軸方向(同図では上下方向)に駆動されることによりスピンドル12の先端に取り付けられた工具12Aによりワーク(図示せず)に対する切り込み等が行われる。ここで、スピンドルヘッド10の(Z)軸方向の制御にはフィードバック用位置検出器20が用いられ、この位置検出器20のリニアスケール22は、サドル16側に固定され、検出部24は、スピンドルヘッド10側に固定される。尚、26はLMガイド、28はLMブロックである。
1 is a diagram for explaining a thermal displacement countermeasure structure for a feed axis of a machine tool according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is an overall view of the thermal displacement countermeasure structure including the Z axis of the machine tool, a low thermal expansion material, a position detector, and mounting hardware, (b) is an enlarged view of the end of the spindle head to which the low thermal expansion material is fixed, (c) is an enlarged view of the end of the spindle head to which the low thermal expansion material is fixed, and (d) is an enlarged view of the fixing part of the detection part of the position detector to the spindle head. First, in order to facilitate understanding of the present invention, the schematic configuration of a feed axis (Z axis) as an example to which the present invention is applied will be described with reference to the above FIG. 1(a). A structure (spindle head) 10 that houses a
しかしながら、以上の構成において、スピンドル12を高速回転させるモータ(図示せず)の発熱、内部の軸受け(図示せず)の回転による摩擦熱等の熱源により、特に、構造物であるスピンドルヘッド10の先端側が熱膨張する。軸の位置はフィードバック用位置検出器で検出された位置情報でフィードバックされるので、位置検出器の検出部から工具の間に発生する熱変位により、スピンドル12先端の工具12Aとワーク(図示せず)との相対位置にずれが生じる結果、精度の高い加工を困難にするという問題が生じる。このため従来は、暖機運転を行って熱膨張の影響を解消してから加工を行い、複雑なシステム構成で温度センサ等により都度測定を行い、その結果を加味した補正を行う等の対策をしていた。そこで、シンプルな機構を用いて、複雑な計算や測定を必要とすること無く、正確な加工位置の検出を可能とするため、本発明の熱対策構造を適用することとした。
However, in the above configuration, heat sources such as heat from the motor (not shown) that rotates the
図2は、本発明の第1の実施形態に係る工作機械の送り軸の熱変位対策構造において、スピンドルヘッド、低熱膨張材及び取り付け金具の主要構成と共に、各部品同士の組み立て方を示す図であり、(a)は、スピンドルヘッドの拡大図、(b)は、取り付け金具の表面側を示す図、(c)は、取り付け金具の裏面側を示す図、(d)は、分かり易いように取り付け金具の表面に位置検出器の検出部を取り付け低熱膨張材にも取り付けた状態を示す図(尚、実際は、ヘッド部とリニアスケールが組合されて位置検出器を構成しており、検出部のみが取り出されて取り付け金具に取り付けられるものではない)、(e)は、(d)に示したアセンブリをスピンドルヘッドへ固定した図、(f)は、(e)の取り付け金具と位置検出器の検出部の拡大図、(g) は、(e)のスピンドルヘッドの端部の拡大図である。即ち、本発明の第1の実施形態に係る工作機械[全体は図示せず、そのコラムの一部等は図1(a)参照]の送り軸の熱変位対策構造では、スピンドル12を高速回転可能に収納する構造物であり所定の熱膨張率を有する金属材から成るスピンドルヘッド10と、上記金属材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し上記スピンドルヘッド10の軸方向に沿って介挿させた低熱膨張材としてのCFRP材30と、位置検出器20とを有し、上記位置検出器の検出部24と低熱膨張材(CFRP材30)とスピンドルヘッド10とを繋ぐ取り付け金具40を設け、該取り付け金具40の相対的に薄い部分40Aを弾性変形させて低熱膨張材(CFRP材30)とスピンドルヘッド10との相対的熱変位を吸収するようにした。即ち、本発明の第1の実施形態では、図1(a)に示すように、上述したように所定の熱膨張率を有する金属材から成るスピンドルヘッド10の先端側に、(Z)軸方向(同図では上下方向)沿って上記スピンドルヘッド10の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有する略長尺板L字状の低熱膨張材としてのCFRP材30[図2(d)参照]を介挿させると共に、上記位置検出器20の検出部(ヘッド部)24と低熱膨張(CFRP)材30とスピンドルヘッド10とを繋ぐ取り付け金具40を設け、取り付け金具40の相対的に薄い部分40A[図2(b)(c)参照]を弾性変形させて低熱膨張(CFRP)材30とスピンドルヘッド10との相対的熱変位を吸収するようにしている。即ち、スピンドルヘッド10の端部と位置検出器の検出部24との間を低熱膨張(CFRP)材30で繋ぐことで工具12Aの先端と位置検出器の検出部24との間に発生する熱変位を抑えるようにしている。また、スピンドル12の熱によって発生するスピンドルヘッド10の熱変位と低熱膨張(CFRP)材30との相対変位は特殊な形状の取り付け金具40で吸収するようにしている。
Figure 2 shows the main components of the spindle head, low thermal expansion material, and mounting bracket in the thermal displacement prevention structure for the feed axis of a machine tool according to the first embodiment of the present invention, as well as how each part is assembled together, where (a) is an enlarged view of the spindle head, (b) is a view showing the front side of the mounting bracket, (c) is a view showing the back side of the mounting bracket, (d) is a view showing the detection part of the position detector attached to the front side of the mounting bracket and also attached to the low thermal expansion material for ease of understanding (note that in reality, the head part and linear scale are combined to form the position detector, and the detection part is not removed and attached to the mounting bracket alone), (e) is a view of the assembly shown in (d) fixed to the spindle head, (f) is an enlarged view of the mounting bracket and the detection part of the position detector in (e), and (g) is an enlarged view of the end of the spindle head in (e). That is, the structure for preventing thermal displacement of the feed axis of a machine tool according to a first embodiment of the present invention (not shown in its entirety, see FIG. 1(a) for part of its column, etc.) comprises a
次に、本発明の第1の実施形態である熱対策構造についてより詳細に説明する。
[構成]
本発明の第1の実施形態である熱対策構造では、スピンドルヘッド10の先端側略半分の位置検出側(図1(a)に示す例では右側)端面の中央部(スピンドルヘッド10の厚み方向の中央)に溝10h[図2(a)参照]を形成し、この溝10h内に、長尺板状の低熱膨張材としてのCFRP材30を介挿させる。そして、図2(b)(c)に示す形状の取り付け金具40の背面側を、図2(d)に示すように、CFRP材30を跨ぐように取り付ける。また、この取り付け金具40の背面両側部を、図1(d)及び図2(e)に示すように、スピンドルヘッド10の上記端面に取り付ける。更に、図1(a)(d)に示すように、取り付け金具40の上面中央部に位置検出器20の検出部(ヘッド部)24を載置して取り付ける。
Next, the heat countermeasure structure according to the first embodiment of the present invention will be described in more detail.
[composition]
In the heat countermeasure structure according to the first embodiment of the present invention, a
[取り付け金具の形状]
図2(b)(c)に示すように、取り付け金具40は、全体として略矩形の平板状に形成され、上面(表)側の長手方向の中央に位置検出器20の検出部(ヘッド部)24を載置し取付ける取り付け面42と、そのネジ留め穴42a、42bが設けられている。また、底面(裏)側の長手方向両側にスピンドルヘッド10への取り付け面44、44と、その各2個のネジ留め穴44a、44bが設けられ、且つ、その中央にCFRP材30への取り付け面46と、その5個のネジ留め穴46aが設けられている。また、取り付け金具40は、その厚み方向を貫通する切り欠き(くびれ)48A、48Bが図示の形状に形成されており、これにより長手方向の両端部には、相対的に薄い部分40Aが形成されている。
[Mounting bracket shape]
2B and 2C, the
[位置検出器、取り付け金具、CFRP材の取り付け方]
図2(d)に示すように、CFRP材30は、長尺板状で端部30eが直角に屈曲した略L字形状を有しており、屈曲した端部30eには、スピンドルヘッド10の対応箇所への留め付け穴30a,30aが形成されており、また、その近傍にもスピンドルヘッド10への留め付け穴30cが形成されている。まず、このCFRP材30の反対側端部に、図2(d)に示すように、位置検出器の検出部(ヘッド部)24を載置し固定した取り付け金具40を取り付ける。このように取り付け金具40を取り付けたCFRP材30(アセンブリ)を、図2(e)に示すように、対応する留め付け孔が形成されたスピンドルヘッド10に介挿させると共に、上述した留め付け穴30a,30a並びに留め付け穴30cに、図2(g)に示すように、ボルト止めして固定する。また、スピンドルヘッド10への取り付け面44、44の各2個のネジ留め穴44a、44bを介して取り付け金具40をスピンドルヘッド10に取り付ける。尚、図1(d)及び図2(f)に示すように、取り付け金具40の上面中央部に位置検出器20の検出部(ヘッド部)24が載置して取り付けられ、図2(g)に示すように、ボルト止めして固定される。尚、本実施形態では、低熱膨張材(CFRP材30)を略L字形状に形成しているが、必ずしもL字形状にする必要は無く、その端部を構造物(スピンドルヘッド10)に確りと止めることができる形状であれば、平板状等他の形状でも構わない。
[How to install the position detector, mounting bracket, and CFRP material]
As shown in Fig. 2(d), the
また、図1(b)(c)に示すように、CFRP材30を取り付ける前のスピンドルヘッド10の位置検出側には、CFRP材30を取り付けるための溝10hが形成されており、このスピンドルヘッド10の溝10h内に、位置検出器のヘッド部24を載置した取り付け金具40を更にCFRP材30に取り付けたアセンブリを、図1(c)に示すように、埋め込んで介挿させることで、本発明の実施形態に係る熱対策構造が完成される。
Also, as shown in Figures 1(b) and (c), a
[作用効果]
図3は、本発明の第1の実施形態に係る工作機械の送り軸の熱変位対策構造の作用効果を説明するための図であり、(a)は、その全体図、(b)は、その自然状態を示す拡大図、(c)は、そのスピンドルヘッドが熱膨張して延びた場合をイメージした拡大図である。図1及び図2を参照して上述した構成において、スピンドル12を高速回転させるモータ(図示せず)の発熱、内部の軸受け(図示せず)の回転による摩擦熱等の熱源により、特に、構造物であるスピンドルヘッド10のスピンドル側が熱膨張する。しかしながら、低熱膨張材であるCFRP材30は、その熱膨張率がスピンドルヘッド10の熱膨張率より小さいので、その基端側に取り付けられた取り付け金具40の上面中央部に載置取り付けられた位置検出器の検出部(ヘッド部)24の位置は、スピンドルヘッド10のスピンドル側の熱膨張の影響を受け難い。そして、取り付け金具40のスピンドルヘッド10への取り付け面44、44は熱膨張方向に引っ張られるので、薄い部分40Aが弾性変形して、CFRP材30とスピンドルヘッド10との相対的熱変位分を吸収する。即ち、取り付け金具40は、切り欠き(くびれ)48A、48Bを有することにより、その長手方向(スピンドルヘッド10へ取り付けられた場合は、その熱膨張方向)にだけ弾性変形するという弾性変形の異方性を有することを本質とする部材である。本実施形態では、図示の形状に形成されているが、この形状に限られず、取り付け金具40は、切り欠き(くびれ)等を有することにより、その長手方向(スピンドルヘッド10へ取り付けられた場合は、その熱膨張方向)にだけ弾性変形し易い形状であれば、例えば、以下の第2の実施形態(変形例)に示すように、他の形状でも構わない。
[Action and Effect]
3A and 3B are diagrams for explaining the function and effect of the thermal displacement countermeasure structure for the feed axis of the machine tool according to the first embodiment of the present invention, in which (a) is an overall view, (b) is an enlarged view showing the natural state, and (c) is an enlarged view showing the case where the spindle head is thermally expanded and extended. In the configuration described above with reference to Figs. 1 and 2, the spindle side of the
[変形例]
図4は、本発明の第2の実施形態(変形例)に係る工作機械の送り軸の熱変位対策構造の要部を示す図であり、(a)は、その取り付け金具の正面図、(b)は、その取り付け金具の斜視図、(c)は、その取り付け金具の正面側から見た斜視図、(d)は、その取り付け金具を用いてCFRP材と位置検出器をスピンドルヘッドへ取り付けた状態の斜視図、(e)は、(d)の取り付け金具と位置検出器の拡大図、(f) は、(d)のスピンドルヘッドの端部の拡大図である。即ち、本発明の第2の実施形態に係る工作機械の送り軸の熱変位対策構造では、図4(a)(b)(c)に示すような形状の取り付け金具400を用いる。取り付け金具400は、全幅に亘って表面側から厚み方向に切り込まれた切り欠き408Aと、同様に全幅に亘って、裏面側から厚み方向に切り込まれた切り欠き408Bとを有している。従って、この取り付け金具400を用いることにより、図4(a)(c)に示す相対的に薄い部分を弾性変形させることで、低熱膨張材であるCFRP材30と送り軸ヘッド部としてのスピンドルヘッド10の相対的熱変位を吸収することが可能である。尚、この取り付け金具400は、位置検出器20の検出部(ヘッド部)24を載置して取り付けるものではなく、CFRP材30の一端側30kを、図2(e)に示すように、スピンドルヘッド10に固定するものであり、その固定穴402、404は、CFRP材30の上記一端側30kをボルト等により取り付け金具400に固定するための穴であり、その固定穴406A、406Bは、CFRP材30の上記一端側30kを、図4(e)に示すように、ボルト等によりスピンドルヘッド10に固定するための穴である。即ち、本実施形態では、位置検出器20の検出部(ヘッド部)24は、取り付け金具400を介さずCFRP材30に直接載置し取り付けられる。
[Modification]
4A and 4B are diagrams showing the main parts of the thermal displacement countermeasure structure for the feed shaft of a machine tool according to the second embodiment (modification) of the present invention, where (a) is a front view of the mounting bracket, (b) is a perspective view of the mounting bracket, (c) is a perspective view of the mounting bracket from the front side, (d) is a perspective view of the state in which the CFRP material and the position detector are attached to the spindle head using the mounting bracket, (e) is an enlarged view of the mounting bracket and the position detector in (d), and (f) is an enlarged view of the end of the spindle head in (d). That is, in the thermal displacement countermeasure structure for the feed shaft of a machine tool according to the second embodiment of the present invention, a
以上のように、上述した本発明の第1の実施形態に係る工作機械の送り軸の熱変位対策構造では、所定の熱膨張率を有する金属材から成る送り軸の構造物(スピンドルヘッド)と、前記金属材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し前記送り軸の軸方向に沿って介挿させた低熱膨張材と、軸の位置検出器の検出部と前記低熱膨張材の一端側とを前記構造物に固定するための取り付け金具を有する熱変位対策構造であって、該取り付け金具に薄い部分を設け、位置検出器の検出部が熱変位の影響を受け難くすると共に、前記低熱膨張材と前記送り軸ヘッド部との相対的熱変位を吸収出来るようにしたことを特徴とする。一方、本発明の第2の実施形態に係る工作機械の送り軸の熱変位対策構造では、位置検出器の検出部は、取り付け金具を介さず低熱膨張材に直接載置し取り付けられる。この両実施形態を含む上位概念としては、本発明は、所定の熱膨張率を有する金属材から成る送り軸の構造物(スピンドルヘッド)と、前記金属材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し、前記送り軸ヘッド部の軸方向に沿って介挿させた低熱膨張材及び前記低熱膨張材と前記送り軸ヘッド部との相対的熱変位を吸収出来る取り付け金具を有する熱変位対策構造であって、位置検出器の検出部が前記ヘッド部の熱変位の影響を受け難くすると共に、前記低熱膨張材と前記送り軸ヘッド部との相対的熱変位はヘッド部の軸方向に変形し易い取り付け金具を設けて吸収できるようにしたことを特徴とする工作機械の送り軸の熱変位対策構造と規定される。 As described above, the thermal displacement countermeasure structure for the feed shaft of a machine tool according to the first embodiment of the present invention includes a feed shaft structure (spindle head) made of a metal material having a predetermined thermal expansion coefficient, a low thermal expansion material having a thermal expansion coefficient lower than that of the metal material and inserted along the axial direction of the feed shaft, and a mounting bracket for fixing the detection part of the shaft position detector and one end side of the low thermal expansion material to the structure, characterized in that the mounting bracket has a thin portion to make the detection part of the position detector less susceptible to the effects of thermal displacement and to absorb the relative thermal displacement between the low thermal expansion material and the feed shaft head part. On the other hand, in the thermal displacement countermeasure structure for the feed shaft of a machine tool according to the second embodiment of the present invention, the detection part of the position detector is placed and attached directly to the low thermal expansion material without the use of a mounting bracket. As a general concept including both of these embodiments, the present invention is defined as a thermal displacement countermeasure structure for a feed shaft of a machine tool, which includes a feed shaft structure (spindle head) made of a metal material having a predetermined thermal expansion coefficient, a low thermal expansion material having a thermal expansion coefficient lower than that of the metal material and inserted along the axial direction of the feed shaft head, and a mounting bracket capable of absorbing the relative thermal displacement between the low thermal expansion material and the feed shaft head, which makes the detection unit of the position detector less susceptible to the thermal displacement of the head, and makes it possible to absorb the relative thermal displacement between the low thermal expansion material and the feed shaft head by providing a mounting bracket that is easily deformed in the axial direction of the head.
尚、上述した第1及び第2の実施形態では、低熱膨張材としてCFRP材を用いたが、所定の熱膨張率を有する材質から成る送り軸構造物(スピンドルヘッド)の当該熱膨張率よりも低い熱膨張率を有するものであれば、例えばスーパーインバーなどCFRP材以外のものでも良いが、低熱膨張率と長さ方向(熱膨張方向)の剛性を併せ持った材料を用いるのが望ましい。即ち、送り軸構造物(スピンドルヘッド)に固定されるので、送り軸構造物(スピンドルヘッド)に引っ張られて機械的に伸びてしまうと意味が無いので、その引っ張り方向に機械的な剛性(強度)があるものが望ましい。 In the first and second embodiments described above, CFRP material is used as the low thermal expansion material, but any material other than CFRP, such as Super Invar, may be used as long as it has a thermal expansion coefficient lower than that of the feed shaft structure (spindle head) made of a material having a predetermined thermal expansion coefficient. However, it is preferable to use a material that has both a low thermal expansion coefficient and rigidity in the length direction (thermal expansion direction). In other words, since it is fixed to the feed shaft structure (spindle head), it would be meaningless if it were to stretch mechanically by being pulled by the feed shaft structure (spindle head), so it is preferable to use a material that has mechanical rigidity (strength) in the pulling direction.
10 構造物(スピンドルヘッド)、 12 スピンドル、 12A 工具、14 軸の駆動部、 16 サドル(キャリア)、 18 構造体(コラム)、20 位置検出器、 22 リニアスケール、 24 検出部、26 LMガイド、 28 LMブロック、30 低熱膨張材(CFRP材)、40 取り付け金具、 40A 薄い部分 10 Structure (spindle head), 12 Spindle, 12A Tool, 14 Axis drive unit, 16 Saddle (carrier), 18 Structure (column), 20 Position detector, 22 Linear scale, 24 Detector, 26 LM guide, 28 LM block, 30 Low thermal expansion material (CFRP material), 40 Mounting bracket, 40A Thin section
Claims (1)
前記取り付け金具とは別に、前記低熱膨張材の前記長さ方向の一端側とは反対側端部を前記構造物に固定する手段を設け、
前記低熱膨張材と前記構造物との相対的熱変位を吸収できるようにしたことを特徴とする工作機械の送り軸の熱変位対策構造。 A thermal displacement countermeasure structure for a feed shaft of a machine tool, comprising: a structure made of a metal material having a predetermined coefficient of thermal expansion, capable of moving the feed shaft in the axial direction while holding the feed shaft; a low thermal expansion material formed in a long plate shape, having a coefficient of thermal expansion in the length direction of the long plate lower than the coefficient of thermal expansion of the metal material, and having tensile rigidity in the length direction, the low thermal expansion material being interposed so that the length direction is along the axial direction of the structure; and a position detector, wherein a detection unit of the position detector is fixed to the low thermal expansion material, and a mounting bracket is provided for fixing one end side of the low thermal expansion material in the length direction to the structure, the mounting bracket being structured to be easily elastically deformed in the axial direction,
a means for fixing an end portion of the low thermal expansion material opposite to the one end portion in the longitudinal direction to the structure, the means being provided separately from the mounting metal fitting;
A thermal displacement countermeasure structure for a feed shaft of a machine tool, characterized in that the structure is capable of absorbing relative thermal displacement between the low thermal expansion material and the structure.
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