(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立形ブローチ盤のフレーム本体の正面に配置されたブローチ及びワークの軸線に対し前記正面を挟んで対峙する軸線上に、前記フレーム本体の上部に載置されたＡＣサーボモータと、フレーム本体上部と下部とで軸支された２条ねじで構成されたボールねじと、前記ＡＣサーボモータと前記ボールねじ上部とのトルクを伝達する継ぎ手と、前記ボールねじに螺合して上下に移動するボールねじナットとを有し、さらに、前記ナットと一体にされ前記ブローチ又はワークを把持可能にされたラムと、前記ラムの両側に設けられた直動ころがり軸受と、前記直動軸受を介して前記ラムが前記フレーム本体に対し上下方向に移動可能になる直動ガイドレールと、を有することを特徴とするブローチ盤。
【請求項２】
前記ボールねじナットはダブルナットであることを特徴とする請求項１記載のブローチ盤。
【請求項３】
前記ボールねじのボール径は前記２条ねじの外径の０．２〜０．２５倍であることを特徴とする請求項１又は２記載のブローチ盤。
【請求項４】
前記ボールねじとＡＣサーボモータとの間に前記ボールねじの回転を拘束可能な機械式ブレーキが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のブローチ盤。
【請求項５】
前記ラムの上部とフレーム本体正面上部間を覆い、ブローチ加工による切屑が前記ボールねじのナットから上の部分及び直動ころがり軸受にかからないようにカバーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のブローチ盤。
【請求項６】
前記ブローチ盤のブローチ加工力は５０ＫＮ以上であって、ブローチ加工速度は８０ｍ／ｍｉｎが可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のブローチ盤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボールねじを用い、ブローチ切削速度が６０ｍ／ｍｉｎを超える高速立形ブローチ盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の立形ブローチ盤には油圧駆動方式とメカニカル駆動方式（ボールねじ、またはラック＆ピニオン駆動）がある。図４に示すような従来の立形油圧式ブローチ盤５１は、油圧シリンダー５５に油圧ポンプ６０から圧油を送り、油圧シリンダーのロッド先端５６に結合されているラム（摺動台）５９を上下に移動させている。ラム５９には、プールヘッド１５が取り付けられプールヘッドにブローチ３を差し込みテーブル１６上のジグ１７に設置した加工物４を切削する構造である。係る構造のブローチ盤５１の油圧シリンダー５５の上下速度は、圧油の油量により決まるが、シリンダーのパッキンの特性や寿命の点から一般的には２０ｍ／ｍｉｎまでが使用範囲である。なお、５２は本体フレーム、６１は油タンク、６２は油圧ポンプ用電動機、６３はバルブスタンド、６４はクーラント用の切削油タンク、６５はクーラントポンプである。
【０００３】
一方、従来のメカニカル式ブローチ盤では、「モータとボールねじ駆動方式」、「モータとラック＆ピニオン駆動方式」等がある。モータとボールねじタイプはモータとボールねじを直結あるいは、ギヤー減速またはタイミングベルト減速を行っている。また、モータとラックピニオンタイプは、ウォーム減速を行っているものが一般的である。しかし、ブローチ加工におけるブローチ引き力又は押し力は例えばブローチ径がφ５０程度のもので５０ＫＮと高出力を要するためボールねじのピッチは比較的小さく、また前述のように減速機等を介するのでブローチの切削速度は３〜１０ｍ／ｍｉｎが一般的であった。また、ブローチ加工ラインでは、ブローチ工程の前後工程より加工サイクルタイムが短く、かかる切削速度で充分であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、ブローチ加工を専門に実施しているユーザでは、前後工程の加工速度を上げる必要がないので、切削速度を上げることにより加工時間を短縮することができる。また、本願出願人が出願した特願２０００−１０７４１８号（本願出願時では未公開）で述べたように、切削速度を４０〜６０ｍ／ｍｉｎとすることにより、被加工部の硬度が５０〜６８ＨＲｃの被削物を超硬ブローチにて加工でき熱処理歪みを除去することができることを知得した等、ブローチ加工速度の高速化のメリットが出てきた。
【０００５】
しかしながら、上述した従来の油圧式ブローチ盤においては、パッキン寿命を犠牲にしても油圧駆動方式でより高速を出すには、油圧ポンプの吐出油量を多くしてそれに応じたバルブ配管を使用すればよいが起動停止時の加減速制御が複雑になり、複雑な油圧回路となり、制御用バルブを多く必要とし、油圧装置により床面積も大きくなる。さらに、立ち上がり時の加速度は、より短時間で目標速度に到達する事が必要であるが本発明者らのテストでは油圧式では背圧などの影響で０．２〜０．３Ｇが限度であり、６０ｍ／ｍｉｎの高速化は困難である。また、エネルギー的には油圧のポンプ効率が低く無負荷時においてもある程度の電力が必要となり、機械の１サイクル当たりのエネルギーは、従来の３〜１０ｍ／ｍｉｎ領域と４０〜６０ｍ／ｍｉｎの高速領域では大差が無く、無駄なエネルギーが多い等という問題があった。
【０００６】
また、メカニカル式ブローチ盤においては、一般に使用されているモータは交流モータ、サーボモータであり、その最大回転数は１８００〜２０００ｒｐｍのため従来のボールねじでの直結方式や減速機を介した駆動方式では高速化が困難であった。一方、モータを高速回転が容易な、直流モータとしても、直流モータはブラシを使用しておりブラシが摩耗する問題点がある。また、直流モータを制御するためには例えばワードレオナード方式では誘導電動機と直流発電機が必要であり、高価となり騒音や床面積に難点があり実用的ではないという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は前述した問題点に鑑みて、ブローチ加工速度が４０ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎの高速加工が可能なブローチ盤を提供することである。また、高速化にあたって床面積の増大を少なくし、制御もし易い、さらにはエネルギー損失の小さい、構造も簡単なブローチ盤を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１においては、立形ブローチ盤のフレーム本体の正面に配置されたブローチ及びワークの軸線に対し前記正面を挟んで対峙する軸線上に、前記フレーム本体の上部に載置されたＡＣサーボモータと、フレーム本体上部と下部とで軸支された２条ねじで構成されたボールねじと、前記ＡＣサーボモータと前記ボールねじ上部とのトルクを伝達する継ぎ手と、前記ボールねじに螺合して上下に移動するボールねじナットと、を有し、さらに、前記ナットと一体にされ前記ブローチ又はワークを把持可能にされたラムと、前記ラムの両側に設けられた直動ころがり軸受と、前記直動軸受を介して前記ラムが前記フレーム本体に対し上下方向に移動可能にな直動ガイドレールと、を設けたブローチ盤を提供することにより上記課題を解決した。
【０００９】
ブローチ及びワークの軸線にフレーム本体を挟んで対峙させて、フレーム本体の上部にＡＣサーボモータを載置したので、高出力の大型のモータを使用できる。また、１台のモータで制御するので制御が簡単である。また、モータとボールねじを直結し、２条ねじで構成されたボールねじを用いるので、モータの回転数をあげることなく同回転数に対して２倍のストロークを得られるので容易に高速にすることができる。さらに、ナットと一体にされたラムの両側に直動ころがり軸受を設けフレームに直動ガイドレールを介して上下移動可能に配置したので抵抗及び芯振れが少なく６０ｍ／ｍｉｎを超える高速においても精度の高いブローチ加工が可能である。
【００１０】
なお、ボールねじの条数は３条以上でもよいがナットの加工が複雑になること、ナットの長さが長くなる等のデメリットがあり２条が好ましい。また、加工出力を確保し、加工速度を上げるためモータを大出力にするが、２条ねじを用いることにより、ＡＣサーボモータ自体の回転数は従来の１８００〜２０００ｒｐｍ程度のものでよく、特殊なものとはならない。
【００１１】
ナットはシングルナットでもよいが、ナットにかかる負荷の増大を防止するために、ナットの長さを伸ばす必要があるが、ナットの加工が困難になるのでダブルナットとした（請求項２）。
【００１２】
２条にすることにより、速度は速まるが、５０ＫＮの荷重に耐えうる負荷能力を持たせる必要がある。そこで、ボールねじのボール径を前記２条ねじの外径の０．２〜０．２５倍とすることにより負荷容量を増し、高速度を得た（請求項３）。ボールねじの耐久寿命時間の設定にもよるが、ボール径が０．２未満では面圧が高く高負荷に耐えられない。ボール径が０．２５超ではねじ軸谷径が小さくなりボールねじ軸に対する規定の座屈荷重に対して耐えられない。なお周速を押さえるために外径を小さくするのが好ましい。
【００１３】
ＡＣサーボモータは電気的なブレーキで制御する事ができるが、電気（制御を含む）の供給が遮断された場合には別に機械式のブレーキが必要である。なぜならボールねじ及び直動ころがり軸受を用いるが、両者とも摩擦が小さいので、ブローチ又はワークの重量、取付時の外力、ラムの重量により容易に直動ころがり軸受が動き、ボールねじが回転する。そこで、ＡＣサーボモータとの間に前記ボールねじの回転を拘束可能な機械式ブレーキを設けた。これにより、ラムの自然降下を防ぐ（請求項４）。
【００１４】
従来のような１０ｍ／ｍｉｎ程度の低速加工においては、ブローチ加工により発生する切削屑は広い範囲に飛び散ることが少ない。しかし、本発明のブローチ盤においては６０ｍ／ｍｉｎ、さらには８０ｍ／ｍｉｎの高速加工をするので、ブローチ切削屑は広い範囲で飛び散るおそれがある。そこで、ラムの上部とフレーム本体正面上部間を覆い、ブローチ加工による切屑が前記ボールねじのナットから上の部分及び直動ころがり軸受にかからないようにカバーを設けるのがよい（請求項５）。
【００１５】
前述した構成のブローチ盤により、ブローチ加工力は５０ＫＮ以上であって、ブローチ加工速度は８０ｍ／ｍｉｎが可能である従来より高速のブローチ盤を提供するものとなった（請求項６）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の例を示すブローチ盤の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。本発明立形ブローチ盤１は、床面に水平に設置された機械ベース１８上にフレーム本体２が垂直に設けられている。フレーム本体２の正面２ａの作業者側の上方に前方フレーム１６が図示しないボルトにてフレーム本体に連結固定されている。前方フレーム１６上には加工ジグ１７が取り付けられ、ブローチ切削加工されるワーク４が取り付けられる。ワーク４の上部にはワーク軸芯と同芯になるようにブローチ３が配設されている。フレーム本体２の正面２ａの加工ジグ１７に配置されたワーク４の軸線に対し正面２ａを挟んで対峙する軸線上に、フレーム本体２の上部に架台１９を介してＡＣサーボモータ５がその出力軸５ａを下にして載置されている。ＡＣモータの出力軸５ａと同芯に２条ねじで構成されたボールねじ６がフレーム本体の上部と下部に設けられたころがり軸受２０，２１で軸支されている。一般に速度６０ｍ／ｍｉｎ以上で移動する工作機械に使用されるボールねじのボール径はボールねじの外径の０．２未満であるが、本実施の形態においてはボールねじ６の外径の０．２〜０．２５倍と一般の高速用ボールねじのボールより大きくされボールとねじ溝の接触面を大きくしている。
【００１７】
上部ころがり軸受２０はボールねじの上方の力（切削時荷重）及びラジアル荷重を受けるようにされた４列のころがり軸受２０ａと下方の力（ラム戻り時荷重）及びラジアル荷重を受ける１列のころがり軸受２０ｂが下から順に軸受箱２０ｃを介してフレーム本体２に取り付けられている。下部ころがり軸受２１は、上部が軸受内に塵埃等が入らないようにされたシールが設けられたボールねじ振れ止め用として１列のラジアル軸受がフレーム本体２に軸箱２２を介して設けられている。下部ころがり軸受２１に対し、ボールねじ６はラジアル方向に規制されているが上下方向には伸縮可能に嵌合している。また、ボールねじ６等の自重や加工荷重等の上下の荷重は上部ころがり軸受２０で支持するようにされている。なお、この上部ころがり軸受２０はボールねじサポート用スラストアンギュラ玉軸受け高負荷タイプを用いた。
【００１８】
ＡＣサーボモータ５の出力軸５ａには継ぎ手８、機械式ブレーキ１２、ボールねじ６の上部６ａとが連結されている。継ぎ手８はフレキシブルディスクカップリング、機械式ブレーキ１２は無励磁ブレーキと呼ばれる一般的なものであり、説明を省略する。
【００１９】
ボールねじ６に螺合して上下に移動するボールねじのダブルナット７がラム９に嵌合固定されている。ダブルナット７はダブルナットスキマタイプを用いダブルナットでの予圧時の接触面積の減少を防ぐ。また、シングルナットでは研削ができない２条ねじのような長いねじ溝を可能にし、許容荷重を増大している。ダブルナット７と一体にされたラム９はブローチ３を把持するための把持（つかみ）部１５がフレーム本体２の正面２ａを超えて図１で見て逆Ｌ字に張り出しており、さらに、両側に水平方向（図２でみて上下）に張り出すガイド部９ａ，９ａが設けられている。両ガイド部９ａにはころが内側面に配置された凹部１０ａ，１０ａがフレーム本体２の反正面側（図２でみて右方）に向くように直動ころがり軸受１０がラム９の上下方向にそれぞれ３列ずつ直列に配置されている。フレーム本体２にはボールねじ６を挟んで上下に延びる縦リブ２ｄ，２ｄが両側に設けられ直動ころがり軸受１０の凹部１０ａと嵌合しころが転動する転動面が形成された直動ガイドレール１１が取り付けられている。この直動ガイドレール１１はボールねじ６の軸心と平行に配置されラム９を精度良く上下に移動可能に支持する。
【００２０】
ラム９の上部に巻き取り式のスライドカバー１３の先端１３ａが両側幅一杯に固定され、本体フレーム正面上部２ｂにスライドカバー１３の巻き取り部１３ｃが取り付けられている。これにより、直動ころがり軸受１０と直動ガイドレール１１、ボールねじナット７とボールねじ部６への切り屑侵入を防ぐ。なお、多くの切削屑はラム９のつかみ部１５上方及び周辺に溜まるが、ラムの下方に飛び散るものもあり、ラムの下方にも上下を逆にしてスライドカバー１４が設けられている。
【００２１】
【実施例】
係るブローチ盤において、ＡＣサーボモータ５を３７ＫＷ、定格回転数２０００ｒｐｍの高出力サーボモ−タとし、ボールねじ６の外径φ６３ｍｍ、ボール溝ピッチ２０ｍｍ、リード４０ｍｍ（２条ねじ）、ボール径φ１２．７ｍｍ（外径の０．２０２倍）のボールねじを使用して運転した。図３は無負荷運手時の速度線図結果である。図３に示すように、無負荷時の起動停止時の加速度１Ｇを達成し、切削速度８０ｍ／ｍｉｎを実現した。さらに、切削速度６０ｍ／ｍｉｎ時に５０ＫＮの推力を得ることができた。なお、５０ＫＮ出力で６０ｍ／ｍｉｎを得るためには、２条ねじとするほか一般的なボールねじのボール径がφ９．５２５ｍｍを使用した場合はボールねじの外径はφ８０ｍｍが選択されるが、本実施例ではボール径を大きくすることにより、ボールねじの外径をφ６３ｍｍとし小型化ができた。なお、ＡＣサーボモータは射出成形機用に市販されているものを用いた。また、ＡＣサーボモータの制御にはＮＣを用いている。
【００２２】
また、切削速度６０ｍ／ｍｉｎ、Ｃ／Ｔ（サイクルタイム）＝１２．８秒、角形スプライン溝数４（大径φ３４、内径φ３０、幅４）、微量オイルミストを切削部に噴霧するセミドライ加工を行ったところ、１サイクルあたりの、ＡＣサーボモータ消費電力量は０．００６７Ｋｗｈ、セミドライ加工用などのエアーコンプレッサ消費電力量０．００７７Ｋｗｈ、合計０．０１４４Ｋｗｈとなった。一方、従来の油圧式５トンブローチ盤を用いて切削速度５ｍ／ｍｉｎ、Ｃ／Ｔ＝２３．３秒の他は同一条件で運転した結果、１サイクルあたりの油圧ポンプの電動機消費電力量は０．０１３８Ｋｗｈ、エアーコンプレッサ消費電力量０．０１５１Ｋｗｈ、合計０．０２８９Ｋｗｈとなり、本発明においては約５０％の省エネルギーを達成した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明においては、立形ブローチ盤のフレーム本体の上部に高出力のＡＣサーボモータを載置し、２条ねじで構成されたボールねじを用い、ラムの両側に配置された直動ころがり軸受でガイドしたので、モータの回転数を高くすることなく、又、簡単な構造で、ブローチ加工速度が４０ｍ／ｍｉｎ〜８０ｍ／ｍｉｎの高速加工が可能なブローチ盤を提供するものとなった。また、従来の加工速度を含め３〜８０ｍ／ｍｉｎの加工も容易にできるものとなった。また、従来の油圧式に較べ省エネルギーを図れるのは勿論、高速域においては予想を超える省エネルギー効果を得るものとなった。
【００２４】
また、ダブルナットの採用により、さらに、ボール径をボールねじの外径の０．２〜０．２５倍と負荷容量を増し、ボールねじ外径を小径化できるので機械を小型にできると同時に、周速を下げることができるのでより高速が可能である。また、機械式ブレーキを設けたので、非通電時や、修理時のラムの自然降下を防ぎ、また、射出成形機用の内蔵ブレーキを持たないものが多い高出力形のＡＣサーボモータを使用できる。また、ボールねじナット及び直動ころがり軸受のカバーを設けることにより高速での運転により適したものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すブローチ盤の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例のブローチ盤を用いて行った無負荷運手時の速度線図結果である。
【図４】従来の立形油圧式ブローチ盤の縦断面図である。
【符号の説明】
１    （立形）ブローチ盤
２    フレーム本体
２ａ  フレーム本体の正面
２ｂ  フレーム本体正面上部
３    ブローチ
４    ワーク
５    ＡＣサーボモータ
６    ボールねじ
７    ボールねじナット
８    継ぎ手
９    ラム
１０  直動ころがり軸受
１１  直動ガイドレール
１２  機械式ブレーキ
１３  カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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