(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定位置に固定されたワークに対してラックの歯を創成するカッタの取り付けられた主軸を有するカッター台を送る、ラック切削盤のボールねじ送り装置であって、
ボールねじとしてラック加工用のマスターボールねじを用い、前記マスターボールねじに螺合するナットとボールねじを回転駆動する主サーボモータを有し、前記ボールねじが前記主軸と同軸に連結された主送り機構と、
前記主サーボモータとは独立に駆動される補助サーボモータを有し、前記補助サーボモータの回転を前記ナットに伝動し、前記マスターボールねじのピッチＰと加工すべきラックの任意のピッチＰａとのピッチ差Ｐ−Ｐａを補正量として、この補正量に相当する送り量を前記主送り機構による送りに重畳する補助送り機構と、
からなることを特徴とするラック旋盤のボールねじ送り装置。
【請求項２】
定位置に固定されたワークに対してラックの歯を創成するカッタの取り付けられた主軸を有するカッター台と、ボールねじと前記ボールねじに螺合するナットとボールねじを回転駆動する主サーボモータを有し、前記ボールねじが前記主軸と同軸に連結された主送り機構と、を有するラック切削盤の送り補正方法であって、
前記主サーボモータとは独立に駆動される補助サーボモータを有し、前記補助サーボモータの回転を前記ナットに伝動する補助送り機構を用い、
前記ボールねじにラック加工用のマスターボールねじを用い、前記マスターボールねじのピッチＰと加工すべきラックの任意のピッチＰａとのピッチ差Ｐ−Ｐａをあらかじめ補正量として設定し、
この補正量に相当する送り量を前記補助送り機構によって前記主送り機構による送りに重畳することを特徴とするラック旋盤の送り補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラック旋盤の送り機構に用いられるボールねじ送り装置に係り、特に、サーボモータによる補助送り機構を付加することにより、加工誤差を防止したり、任意のラックピッチのラック加工を行えるようにするラック旋盤のボールねじ送り装置および送り補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械では、テーブルや主軸頭等の移動体の送り装置にボールねじ送り機構が用いられている。図４は、従来のボールねじ送り機構が組み込まれたラック切削盤の側面を示す図で、図５は、このラック切削盤の平面図である。３０はカッター台で、３２がボールねじである。このラック切削盤では、カッター台３０は、ベッド３３上に設けられた案内部３４ａ、３４ｂの滑り面を滑動しながら直線移動自在なようにベッド３３上に設置されている。雌ねじ固定台３５は、ベッド３３に対して固定されており、この雌ねじ固定台３５には、ボールねじ３２に螺合しているボールナット３６が固定されている。
【０００３】
ボールねじ３２は、ワークＷを切削してラックの歯を創成するカッター４０が取り付けられている主軸３８と同軸にカップリング３７を介して連結されている。この主軸３８は、軸受３９ａ、３９ｂにより回転自在に水平な姿勢で支持されている。ワークＷは、治具４１に固定されている。主軸３８の一端部には、ウォーム歯車４２が取り付けられ、サーボモータ４３の回転軸に取り付けられたウォーム４４がウォーム歯車４２に噛み合うようになっている。
【０００４】
このようなラック切削盤のボールねじ送り機構では、サーボモータ４３により駆動される主軸３８とともにボールねじ３２が回転すると、ボールナット３６を介してボールねじ３２の回転がカッター台３０の直線運動に変換される。したがって、カッター４０は、回転しながら軸方向に移動し、ワークＷに対してラックの歯を創成することができる。
【０００５】
工作機械では、送り機構の精度は加工精度に直結する。一般には、ボールねじにはピッチエラーや真直度誤差が必ずあり、送り機構の精度を向上させるためには、ボールねじには高精度で剛性の高いものを用いる必要がある。また、数値制御工作機械では、サーボモータにピッチエラーや真直度エラーを補正するために、補正パルスをサーボモータに与える指令に重畳させることも行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ボールねじ機構を利用した送り機構の場合、速度範囲を拡大させるためには、サーボモータに速度範囲の広いものを使用するか、変速機を利用する必要がある。それに加えて、精度を確保するために、高精度で剛性の高いボールねじを採用すると、高コストになるという問題がある。
【０００７】
また、図４、図５に示したラック切削盤に適用されるようなボールねじ送り機構の場合、カッタ４０とボールねじ３２が同一軸で、同時回転するために、従来のように、数値制御的にピッチエラーの補正を行うことができず、ボールねじ３２のピッチエラーはそのままワークＷに対する加工誤差となってあらわれていまうという欠点がある。
【０００８】
しかも、ピッチの異なる歯のラックを加工する場合には、そのピッチに合ったボールねじに交換する必要があり、ボールねじのピッチと切削する歯のピッチとが１対１に対応し、任意のピッチの歯を加工できないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、ねじ切りやラックの切削を任意のピッチで行うことができるようにしたラック旋盤のボールねじ送り装置および送り補正方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、定位置に固定されたワークに対してラックの歯を創成するカッタの取り付けられた主軸を有するカッター台を送る、ラック切削盤のボールねじ送り装置であって、ボールねじとしてラック加工用のマスターボールねじを用い、前記マスターボールねじに螺合するナットとボールねじを回転駆動する主サーボモータを有し、前記ボールねじが前記主軸と同軸に連結された主送り機構と、前記主サーボモータとは独立に駆動される補助サーボモータを有し、前記補助サーボモータの回転を前記ナットに伝動し、前記マスターボールねじのピッチＰと加工すべきラックの任意のピッチＰａとのピッチ差Ｐ−Ｐａを補正量として、この補正量に相当する送り量を前記主送り機構による送りに重畳する補助送り機構と、からなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載した発明は、定位置に固定されたワークに対してラックの歯を創成するカッタの取り付けられた主軸を有するカッター台と、ボールねじと前記ボールねじに螺合するナットとボールねじを回転駆動する主サーボモータを有し、前記ボールねじが前記主軸と同軸に連結された主送り機構と、を有するラック切削盤の送り補正方法であって、前記主サーボモータとは独立に駆動される補助サーボモータを有し、前記補助サーボモータの回転を前記ナットに伝動する補助送り機構を用い、前記ボールねじにラック加工用のマスターボールねじを用い、前記マスターボールねじのピッチＰと加工すべきラックの任意のピッチＰａとのピッチ差Ｐ−Ｐａをあらかじめ補正量として設定し、この補正量に相当する送り量を前記補助送り機構によって前記主送り機構による送りに重畳することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるボールねじ送り装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態によるボールねじ送り装置を示す。この第１実施形態は、本発明のボールねじ送り装置を工作機械における移動体の一般的な送り機構に適用したものである。
【００１４】
この図１において、参照符号１０は、移動体である。この実施形態では、移動体１０は水平に移動する工作機械の構成要素を想定している。１２はボールねじで、１３はボールねじ１２に螺合しているボールナットである。ボールねじ１２は、ベッド１４において、軸受１５ａ、１５ｂを介して回転自在に水平な姿勢で支持されている。１６は、ボールねじ１２を回転駆動する主サーボモータであり、変速機を介さずに直接ボールねじ１２と連結されている。これらのボールねじ１２とボールナット１３並びに主サーボモータ１６は、移動体１０をボールねじ１２の軸方向に送るための主送り機構機構を構成するようになっている。なお、ボールナット１３は、移動体１０と一体的に後述する補助送り機構１８を介して取り付けられている。
【００１５】
補助送り機構１８は、移動体１０の下部に設けられており、図２は、補助送り機構１８の構成を示す図である。
この補助送り機構１８は、ボールナット１３を主送り機構と共用しており、補助サーボモータ２０によりボールナット１３を回転駆動し、このボールナット１３の回転による送りを主送り機構による送りに重畳することができるようになっている。この実施形態では、ボールナット１３には、円筒状の回転体２１が一体的に固着されており、この回転体２１は、移動体１０の下部に取り付けられた軸受２２によって支持されている。回転体２１の外周部には、歯車部２３が設けられており、この歯車部２３は、補助サーボモータ２０の出力軸に取り付けられている歯車２４と噛み合うようになっている。
【００１６】
第１実施形態によるボールねじ送り装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
補助送り機構１８の補助サーボモータ２０を停止した状態で、主送り機構の主サーボモータ１６によりボールねじ１２を回転駆動すると、ボールねじ１２の回転はそのままボールナット１３によって直線運動に変換させれ移動体１０に伝えられ、移動体１０を送ることができる。このときの移動体１０の送り速度は、主サーボモータ１６の回転数と、ボールねじ１２のピッチ（リード）によって決定される。
【００１７】
次に、主サーボモータ１６と同時に補助送り機構１８の補助サーボモータ２０を回転させると、ボールねじ１２とボールナット１３がともに回転するので、主送り機構による送りとボールナット１３の回転による送りとが重畳されることになる。すなわち、ボールねじ１２と同じ方向にボールナット１３を回転させると、移動体１０の送り速度は遅くなり、逆方向に回転させると、移動体１０の送り速度は増加する。これにより、主サーボモータ１６とボールねじ１２とを減速装置で連結することなく、補助サーボモータ２０の回転数を変えることで、その送り速度の範囲を大きく拡大することが可能となる。
【００１８】
しかも、補助サーボモータ２０によって減速させた場合は、実質的に主サーボモータ１６の送り分解能をさらに小さくさせたの同じことになり、主送り機構の機械要素の精度を上げる必要なく、最少送り分解能を一層小さくして、送り精度の向上を達成することが可能となる。
【００１９】
また、ボールねじ１２にピッチエラーがある場合、補助サーボモータ２０の回転を制御してピッチエラーに相当する回転量をボールナット１３に加えることで、従来のように複雑な制御を行うことなく、ピッチエラーの補正を行うことができる。
【００２０】
第２実施形態
図３は、本発明の第２の実施形態によるボールねじ送り装置を示す。この第２実施形態によるボールねじ送り装置は、図４、図５に示した従来のラック切削盤に本発明を適用したものである。図３において、図４、図５と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
本発明の第２実施形態によるボールねじ送り装置では、主サーボモータ４３により駆動されるカッター台３０の送り機構を主送り機構としている。主送り機構のボールねじ３２は、ワークＷを切削してラックの歯を創成するカッター４０が取り付けられている主軸３８と同軸にカップリング３７を介して連結されている。主軸３８の一端部には、ウォーム歯車４２が取り付けられ、主サーボモータ４３の回転軸に取り付けられたウォーム４４がウォーム歯車４２に噛み合うようになっている。
【００２２】
本発明の第２実施形態は、ラック切削盤の主送り機構に補助送り機構５０を付加したものである。この補助送り機構５０は、雌ねじ台３５に組み込まれている。
【００２３】
すなわち、主送り機構と共用するボールナット３６には、円筒状の回転体５１が一体的に固着されており、この回転体５１は、雌ねじ台３５に取り付けられた軸受５２によって支持されている。回転体５１の外周部には、歯車部５３が設けられており、この歯車部５３は、補助サーボモータ６０の出力軸に取り付けられている歯車５４と噛み合うようになっている。
【００２４】
第２実施形態によるボールねじ送り装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
【００２５】
まず、補助送り機構５０の補助サーボモータ６０を停止した状態で、主送り機構の主サーボモータ４３により主軸３８を回転すると、主軸３８とともにカッター４０およびボールねじ３２が回転する。ボールねじ３２の回転はそのままボールナット３６によってカッター４０の切削送り運動に変換させられる。この場合、カッター４０は、主軸３８の１回転当たり、ボールねじ３２のピッチＰのラック加工をワークＷに対して行う。したがって、ボールねじ３２のピッチＰと、ラックピッチＰａとは一致しなければならない。ボールねじ３２にピッチエラーがあれば、そのまま加工誤差となる。
【００２６】
このような加工誤差を防止するには、補助送り機構５０によるピッチエラー分の補正を以下のようにして行なえばよい。
【００２７】
ボールねじ３２のピッチエラーは、あらかじめ測定しておく。実際の切削では、主サーボモータ４３と補助サーボモータ６０をともに回転させて切削を行う。
そしてボールねじ３２の１回転あたりピッチエラーに相当する回転量だけボールナット３６が回転するように、補助サーボモータ６０の回転を制御すればよい。
これにより、ピッチエラーの補正分がカッター４０の送り量に重畳されるので、ワークＷには精度良くラックの歯が創成されていくことになる。
【００２８】
以上のような補助送り機構５０による補正を応用して、図４の従来のラック切削盤では実施不可能であった、一本のマスターボールねじを利用した任意のラックピッチのラック加工が可能となる。
【００２９】
ラック加工用のマスターボールねじとして使用するボールねじ３２のピッチをＰとして、加工しようとするラックのラックピッチをＰａとすれば、Ｐ−Ｐaを補助送り機構による補正量として、その補正量に対応する回転量だけボールナット３６を回転させ、カッター４０の送り量に重畳させればよい。これにより、ボールねじ３２の１回転当たりカッター４０はピッチＰaのラック加工を実現することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、１本のマスターボールねじを使用して任意のピッチのラックの切削やねじ切りを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるボールねじ送り装置を示す一部切り欠き側面図。
【図２】同ボールねじ送り装置の補助送り機構を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態によるボールねじ送り装置を示す一部切り欠き側面図。
【図４】従来のボールねじ送り装置が適用されたラック切削盤を示す側面図。
【図５】図４のラック切削盤の平面図。
【符号の説明】
１０  移動体
１２  ボールねじ
１３  ボールナット
１４  ベッド
１６  主サーボモータ
１８  補助送り機構
２０  補助サーボモータ
２１  回転体
２３  歯車部
３０  カッター台
３２  ボールねじ
３５  雌ねじ台
３６  ボールナット
３８  主軸
４０  カッター
４３  主サーボモータ
５０  補助送り機構
６０  補助サーボモータ
【図１】
0004562261.tif 000002
【図２】
0004562261.tif 000003
【図３】
0004562261.tif 000004
【図４】
0004562261.tif 000005
【図５】
0004562261.tif 000006