机床的进给装置

本发明涉及一种机床的进给装置。

背景技术：

在机床的领域中，提出了用于降低振动的各种各样的构造。例如，专利文献1作为机床公开了一种光扫描型激光加工机。此机床具备床身、在床身上移动的横梁、在横梁上移动的床鞍和由床鞍支承的加工头。在此机床中，作为横梁全体使用了cfrp(碳纤维增强塑料)。由这样的结构在实现了轻重量及高刚性的同时降低了振动。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2000－263356号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

一般来说，在机床中，发生各种各样的振动。它们例如包括(1)因旋转的主轴的不平衡产生的振动，(2)因断续的切削力产生的振动，(3)因再生颤动产生的振动，及(4)因在移动体开始或者停止移动时作用于基座部件的反力产生的振动等振动。(1)在因旋转的主轴的不平衡产生的振动中，主要是主轴振动。另外，(2)在因断续的切削力产生的振动中，主要是主轴及工作台振动。另外，(3)在因再生颤动产生的振动中，主要是刀具振动。这些主轴、工作台及刀具，其重量比较轻，且位于机床的末端。因此，这些结构要素的振动，不容易引起床身、立柱及床鞍等重量比较重且与机床的重量相比位于下方的基座部件在低的频率的大的位移的振动。与此相对，(4)因起因于移动体的动作而作用于基座部件的反力产生的振动，该反力经滚动导向件及滚珠丝杠相对于基座部件直接地作用，容易引起基座部件在低的频率的大的位移的振动。近年来，频繁地进行高速加工，移动体以高加速度及高减速度移动。因此，存在如下的情况：由起因于这样的移动体的动作的反力对基座部件施加振动，工件的加工面品质恶化。在对这样的问题的处理中，可以考虑使基座部件变重来增加刚性。但是，这导致机床全体的重量的增加，不优选。另外，如专利文献1的机床的那样，也可以考虑作为横梁等的移动体全体地使用cfrp。但是，在cfrp中因为纤维的方向以外的方向的刚性比较低，所以作为移动体全体地使用cfrp，可导致静刚性的降低。

本发明以提供一种静刚性高且能降低因移动体开始或者停止移动时的反力产生的基座部件的振动位移的机床的进给装置为目的。

为了解决课题的手段

本公开的一方式是一种机床的进给装置，其相对于基座部件引导移动体并对该移动体进行进给驱动，其中，具备直线运动滚动导向件和滚珠丝杠机构，该直线运动滚动导向件配置在上述基座部件和上述移动体之间，引导上述移动体的相对于上述基座部件的移动；该滚珠丝杠机构相对于上述基座部件驱动上述移动体，具有丝杠、螺母和丝杠保持架，该螺母沿上述丝杠移动，该丝杠保持架相对于上述基座部件固定，且支承上述丝杠，上述丝杠保持架和上述基座部件之间夹着cfrp材料。

在有关本公开的一方式的机床的进给装置中，在滚珠丝杠机构的丝杠保持架和基座部件之间夹着cfrp材料。本发明人发现了通过在该部位夹着cfrp材料，不变更基座部件或者移动体的材质，就能降低因移动体开始或者停止移动时的反力产生的基座部件的振动位移。因此，能一边维持高的静刚性，一边降低上述的那样的基座部件的振动位移。

在上述直线运动滚动导向件和上述基座部件之间夹着cfrp材料。在此情况下，可进一步降低基座部件的振动位移。另外，在此情况下，上述直线运动滚动导向件具有轨道和沿上述轨道移动的滑架，上述cfrp材料夹在上述轨道和上述基座部件之间或者上述滑架和上述基座部件之间。

上述丝杠保持架包括沿上述丝杠离开间隔地配置的第一及第二轴承托架单元，上述cfrp材料铺满在包括上述第一及第二轴承托架单元在内的范围内。在此情况下，因为cfrp材料无间隙地铺满在包括第一及第二轴承托架单元之间，所以可进一步降低基座部件的振动位移。

上述cfrp材料包括多个层，该多个层的各个含有沿规定的方向的碳纤维，上述多个层以上述碳纤维的取向相对于上述移动体的移动方向成为±45°的方式层叠。在此情况下，相对于包括移动体的移动方向在内的平面内的全方向，cfrp材料具有高的刚性。

上述基座部件是铝合金制。在此情况下，能使基座部件轻量化。

【发明的效果】

根据本公开的一方式，可提供一种静刚性高且能降低因移动体开始或者停止移动时的反力产生的基座部件的振动位移的机床的进给装置。

附图说明

图1是表示具备有关一实施方式的进给装置的机床的主视图。

图2是表示图1的机床的俯视图。

图3是表示图1的机床的侧视图。

图4是表示进给装置的扩大侧视图。

图5是表示进给装置的扩大主视图。

图6是图5中的vi-vi向视剖视图。

图7是表示实验结果的一例的图表。

图8(a)是表示铝合金的振动衰减状况的图表。(b)是表示cfrp的振动衰减状况的图表。

具体实施方式

为了实施发明的优选方式

以下，参照附图，说明有关实施方式的机床的进给装置。对同样的或者对应的要素附加相同的符号，重复的说明省略。为了容易理解，存在图的比例尺变更的情况。

图1是表示具备有关一实施方式的进给装置的机床的主视图。另外，图2及图3是分别表示图1的机床的俯视图及侧视图。参照图1，机床100，例如，可以是立式加工中心。机床100也可以是其它的加工机。机床100具备床身1、滑块2、床鞍3、压头4、主轴头5、主轴6和工作台7。机床100也可以还具有其它的结构要素。

在本实施方式中，主轴6绕铅直的轴线os旋转。在机床100中，沿轴线os的方向z轴方向(也可称为上下方向)。另外，参照图2，在机床100中，水平方向之中的排列滑块2、床鞍3、压头4及主轴头5的方向是y轴方向(也可称为前后方向)。相对于滑块2，床鞍3、压头4及主轴头5所在的一侧是前侧，其相反的一侧是后侧。进而，在机床100中，水平方向之中的与y轴方向垂直的方向是x轴方向(也可称为左右方向)。

参照图1，床身1具有地基11和主体部12。地基11配置在工厂的地板面等基础上。主体部12设置在地基11的上方。主体部12具有一对侧壁12a和架设在一对侧壁12a的上部的顶壁12b。一对侧壁12a以在x轴方向相互地相向的方式配置。顶壁12b连结一对侧壁12a的上部。

参照图2，滑块2跨在床身1的一对侧壁12a的上面上。在本实施方式中，滑块2，为了轻量化，由铝合金形成。滑块2由进给装置fs1在床身1上沿y轴方向驱动。即，在床身1及滑块2之间的关系中，滑块2起着作为在规定的方向(y轴方向)移动的“移动体”的作用，床身1起着支承移动体的“基座部件”的作用。进给装置fs1具有1个或者多个(在本实施方式中是一对)直线运动滚动导向件l1、滚珠丝杠机构bs1和马达m1。

参照图3，直线运动滚动导向件l1配置在床身1和滑块2之间，引导滑块2的相对于床身1的移动。直线运动滚动导向件l1的各个包括轨道r1和1个或者多个(在本实施方式中是一对)滑架c1。在进给装置fs1中，轨道r1相对于作为“基座部件”的床身1的上面固定，滑架c1相对于作为“移动体”的滑块2的底面固定。

参照图2，滚珠丝杠机构bs1相对于床身1驱动滑块2。滚珠丝杠机构bs1包括丝杠s1、螺母n1和丝杠保持架b1。丝杠s1以其中心轴线沿y轴方向的方式配置。丝杠保持架b1包括沿丝杠s1离开间隔地配置的第一及第二轴承托架单元b1a(在图中，仅图示一方的轴承托架单元b1a)。各轴承托架单元b1a包括1个或者多个滚动轴承和支承该滚动轴承的托架。第一及第二轴承托架单元b1a，例如，能支承丝杠s1的两端。丝杠保持架b1相对于床身1的顶壁12b固定。此外，在其它的实施方式中，丝杠保持架b1也可以仅包括1个轴承托架单元b1a(例如，也可以由悬臂支承丝杠s1)。

螺母n1沿丝杠s1移动。螺母n1相对于滑块2的底面固定。马达m1与丝杠s1的一方的端部连结。螺母n1及滑块2，随着由马达m1旋转丝杠s1，沿y轴方向移动。滑块2的y轴方向的进给由nc装置(未图示)控制。

床鞍3安装在滑块2的前面上。床鞍3由进给装置fs2在滑块2上沿x轴方向驱动。即，在滑块2及床鞍3之间的关系中，滑块2起着作为基座部件的作用，床鞍3起着作为移动体的作用。进给装置fs2具有1个或者多个(在本实施方式中是一对)直线运动滚动导向件l2、滚珠丝杠机构bs2和马达m2。

直线运动滚动导向件l2配置在滑块2和床鞍3之间，引导床鞍3的相对于滑块2的移动。直线运动滚动导向件l2的各个包括轨道r2和1个或者多个(在本实施方式中是一对)滑架c2。在进给装置fs2中，轨道r2相对于作为“基座部件”的滑块2的前面固定，滑架c2相对于作为“移动体”的床鞍3的后面固定。

滚珠丝杠机构bs2相对于滑块2驱动床鞍3。滚珠丝杠机构bs2包括丝杠s2、螺母n2和丝杠保持架b2。丝杠s2以沿x轴方向的方式配置。丝杠保持架b2包括沿丝杠s2离开间隔地配置的第一及第二轴承托架单元b2a(参照图5)。各轴承托架单元b2a包括1个或者多个滚动轴承和支承该滚动轴承的托架。第一及第二轴承托架单元b2a，例如，能支承丝杠s2的两端。丝杠保持架b2相对于滑块2的前面固定。在其它的实施方式中，丝杠保持架b2也可仅包括1个轴承托架单元b2a(例如，也可以由悬臂支承丝杠s2)。

参照图2，螺母n2沿丝杠s2移动。螺母n2相对于床鞍3的后面固定。马达m2与丝杠s2的一方的端部连结。螺母n2及床鞍3，随着由马达m2旋转丝杠s2，沿x轴方向移动。床鞍3的x轴方向的进给由nc装置控制。

参照图3，压头4安装在床鞍3的前面上。压头4由进给装置fs3在床鞍3上沿z轴方向驱动。即，在床鞍3及压头4之间的关系中，床鞍3起着作为“基座部件”的作用，压头4起着作为“移动体”的作用。进给装置fs3具有1个或者多个(在本实施方式中是一对)直线运动滚动导向件l3、滚珠丝杠机构bs3和马达m3。

直线运动滚动导向件l3配置在床鞍3和压头4之间，引导压头4的相对于床鞍3的移动。直线运动滚动导向件l3的各个包括轨道r3和1个或者多个(在本实施方式中是一对)滑架c3。在上述的进给装置fs1、fs2中，轨道r1、r2相对于“基座部件”固定，滑架c1、c2相对于“移动体”固定，另一方面，在进给装置fs3中，轨道r3相对于作为“移动体”的压头4的后面固定，滑架c3相对于作为“基座部件”的床鞍3的前面固定。

滚珠丝杠机构bs3相对于床鞍3驱动压头4。滚珠丝杠机构bs3可包括以沿z轴方向的方式配置的丝杠(未图示)、相对于压头4固定的螺母(未图示)和丝杠保持架b3。丝杠保持架b3包括沿丝杠离开间隔地配置的第一及第二轴承托架单元b3a(在图中，仅图示一方的轴承托架单元b3a)。各轴承托架单元b3a包括1个或者多个滚动轴承和支承该滚动轴承的托架。第一及第二轴承托架单元b3a，例如能支承丝杠的两端。丝杠保持架b3相对于床鞍3的前面固定。在其它的实施方式中，丝杠保持架b3也可仅包括1个轴承托架单元b3a(例如，也可以由悬臂支承丝杠)。马达m3与滚珠丝杠的一方的端部连结。

滚珠丝杠机构bs3的螺母能与上述的滚珠丝杠机构bs1、bs2的螺母n1、n2同样地构成，由此，螺母及压头4，随着由马达m3旋转丝杠，能沿z轴方向移动。压头4的z轴方向的进给由nc装置控制。

接着，对上述的机床100之中的滑块2和床鞍3之间的进给装置fs2详细地说明。

图4及图5是分别表示进给装置fs2的扩大侧视图及扩大主视图。此外，在图4及图5中，为了容易理解，省略了几个结构要素(例如，床鞍3及螺母n2等)。如图5所示，在进给装置fs2中，在丝杠保持架b2和滑块2之间夹着cfrp(碳纤维增强塑料)材料50。

cfrp材料50铺满在包括第一及第二轴承托架单元b2a在内的范围内。具体地说，在图5中，cfrp材料50是1张板，具有能覆盖滑块2的前面的大致全体的尺寸。由此，在第一及第二轴承托架单元b2a之间，无间隙地铺满了cfrp材料50。作为代替，图5的cfrp材料50也可以分割成多个板。进而作为代替，如图6所示，cfrp材料50也可以仅配置在第一及第二轴承托架单元b2a的各自的正下方。在此情况下，在第一及第二轴承托架单元b2a之间，存在没有配置cfrp材料的空间。

参照图5，cfrp材料50包括多个层。各层含有沿规定的方向的碳纤维。具体地说，多个层以碳纤维的取向51相对于床鞍3的移动方向(x轴方向)成为±45°的方式层叠。cfrp材料50，例如，能由多个螺栓52相对于滑块2固定。丝杠保持架b2能由多个螺栓53与cfrp材料50一起相对于滑块2固定。在滑块2和cfrp材料50之间及cfrp材料50和丝杠保持架b2之间，也可以还使用粘接剂。cfrp材料50的各种规格(例如，厚度，杨氏模量等弹性率，拉伸强度等强度，矩阵树脂的种类，炭素纤维的种类及炭素纤维含有量等)，例如可以考虑与cfrp材料50有关的负荷等各种各样的主要因素来适宜决定。这些规格，例如能与机械的进给轴设计规格一致地做成使静刚性不过度下降的厚度(例如，1～5mm)、特定方向的衰减性高的取向(例如0°，90°)、杨氏模量高的热硬化性树脂。

参照图4，在进给装置fs2中，在直线运动滚动导向件l2和滑块2之间也夹着cfrp材料60。具体地说，在进给装置fs2中，在轨道r2和滑块2之间夹着cfrp材料60。cfrp材料60，例如，可以是一张板，可以具有遍及轨道r2的大致全长的尺寸。作为代替，cfrp材料60也可以分割为多个板。cfrp材料60与上述的cfrp材料50同样，包括多个层，这多个层以cfrp材料60的碳纤维的取向相对于床鞍3的移动方向(x轴方向)相对于成为±45°的方式层叠。

参照图5，轨道r2，例如，能由多个螺栓54与cfrp材料60(在图5中未图示)一起相对于滑块2固定。在滑块2和cfrp材料60之间及cfrp材料60和轨道r2之间，也可以还使用粘接剂。cfrp材料60的各种规格，例如，可以考虑与cfrp材料60有关的负荷等各种各样的主要因素来适宜决定，例如，可与cfrp材料50同样。

接着，对在床鞍3开始或者停止移动时作用于滑块2的反力进行说明。

图6是图5中的vi-vi向视剖视图。此外，在图6中，为了容易理解，省略了几个结构要素(例如，马达m2等)。图6表示床鞍3停止向右侧的移动时的状态。在此状态下，转矩由惯性以使床鞍3向逆时针方向旋转的方式作用在床鞍3上。因此，向下的力f1作用在右侧的滑架c2上，反方向的反力rf1作用在滑块2上。另外，向上的力f2作用在左侧的滑架c2上，反方向的反力rf2作用在滑块2上。惯性力f3、f4分别从床鞍3经螺母n2及丝杠s2作用在第一及第二轴承托架单元b2a上，反方向的反力rf3、rf4作用在滑块2上。以上的那样的反力rf1、rf2、rf3、rf4可发生滑块2的振动。特别是，反力rf3、rf4经滚珠丝杠机构bs2相对于滑块2在x轴方向直接地作用，容易引起滑块2在低的频率的大的位移的振动。此外，在床鞍3开始向右侧的移动时的状态下，上述的反力rf1、rf2、rf3、rf4和反方向的反力作用在滑块2上。

如上所述，以上的那样的反力在床鞍3x开始或者停止x轴方向的移动时，作用在滑块2上。起因于这样的反力的滑块2的振动，在安装在主轴6上的刀具没有与工件接触的快速进给、空切削的情况下，不影响工件的加工面品质。但是，在一些加工中，在安装在主轴6上的刀具与工件接触时，存在床鞍3开始或者停止x轴方向的移动的情况(例如，包括由立铣刀进行的x轴及y轴方向的移动在内的角加工，以及包括由球头立铣刀进行的x轴及z轴方向的移动在内并反复进行y轴方向的周期进给的扫描加工等)。在这样的情况下，起因于反力的滑块2的振动可能影响工件的加工面品质。

本发明人为了处理这样的问题，在将cfrp材料50插入丝杠保持架b2和滑块2之间且将cfrp材料60插入轨道r2和滑块2之间的情况下，发现了由上述的那样的反力rf1、rf2、rf3、rf4产生的滑块2的振动可由cfrp材料50、60降低。

具体地说，本发明人发现了在上述的那样的机床100中，如图6所述，在使床鞍3的x轴方向的移动停止了的情况下，机床100具有其构造全体在x轴方向以低频率(在一例中，约30hz)振动的模式。为了对此模式调查，在机床100中，进行了加振试验。具体地说，在安装在主轴6上的刀具上设置加速度传感器，将刀具的前端在x轴方向进行了加振。试验对设置了cfrp材料50、60的条件和没有设置cfrp材料50、60的条件进行了实施。

图7是表示实验结果的一例的图表。横轴表示频率，纵轴表示振幅。如图7所示，可以知道，设置了cfrp材料50、60的条件cn1及没有设置cfrp材料50、60的条件cn2的各个在约30hz都具有大的峰值。如图7所示，可以知道，条件cn1的峰值因cfrp材料50、60的存在而从条件cn2的峰值降低。从此结果也可以知道，可由cfrp材料50、60降低作为问题的振动位移。此外，对主轴6和工作台7之间施加x轴、y轴及z轴方向的静负荷，测定了主轴6的位移，其结果，看不到因cfrp材料50、60的有无产生的差异，都能确认在刚性上没有问题。

如以上的那样，在有关实施方式的机床100的进给装置fs2中，在滚珠丝杠机构bs2的丝杠保持架b2和滑块2之间夹着cfrp材料50。如上所述，本发明人发现了通过在该部位夹着cfrp材料50，不用变更滑块2或者床鞍3的材质即可降低因床鞍3开始或者停止x轴方向的移动时的反力rf1、rf2、rf3、rf4产生的滑块2的振动位移。因此，能一边维持高的静刚性，一边降低滑块2的振动位移。

另外，在进给装置fs2中，在直线运动滚动导向件l2的轨道r2和滑块2之间夹着cfrp材料60。因此，可进一步降低滑块2的振动位移。

另外，在进给装置fs2中，丝杠保持架b2包括沿丝杠s2离开间隔地配置的第一及第二轴承托架单元b2a，在图5的方式中，cfrp材料50铺满在包括第一及第二轴承托架单元b2a在内的范围内。因此，在第一及第二轴承托架单元b2a之间无间隙地铺满cfrp材料，可进一步降低滑块2的振动位移。

另外，在进给装置fs2中，cfrp材料50包括多个层，该多个层的各个都含有沿规定的方向碳纤维，多个层以碳纤维的取向51相对于床鞍3的移动方向(x轴方向)成为±45°的方式层叠。因此，相对于包括床鞍3的移动方向在内的xz平面内的全方向，cfrp材料50具有高的刚性。

另外，在进给装置fs2中，滑块2是铝合金制。因此，能使滑块2乃至机床100全体轻量化。以往，为了降低振动，一般是由重的铸铁物制作作为基座部件的滑块2，但通过夹着cfrp材料50、60，能降低振动，不再需要使基座部件变重。而且，尽管杨氏模量比铸铁物稍微差，但能使用铝合金等轻量金属材料。

cfrp因为是轻量和高刚性的材料，所以能使构造体的固有频率变高。图8的(a)和(b)分别表示铝合金和cfrp的振动衰减状况。因为衰减状况的周期依赖于固有频率，所以具有高的固有频率的材料的振动衰减性能也变高。因此，在夹着cfrp材料的移动体中，由开始、停止时的惯性力产生的振动被抑制。

对机床的进给装置的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述的实施方式。如果是本领域技术人员，则可进行上述的实施方式的各种各样的变形。另外，如果是本领域技术人员，则包括在1个实施方式中的特征，只要不产生矛盾，就可以组入到其它的实施方式中，或者，可与包括在其它的实施方式中的特征交换。

例如，在上述的实施方式中，cfrp材料50、60仅用于进给装置fs2。但是，在其它的实施方式中，作为代替或者追加，也可以将cfrp材料用于进给装置fs1及/或者进给装置fs3。

具体地说，参照图2，在进给装置fs1中，如上所述，滑块2起着在规定的方向(y轴方向)移动的“移动体”的作用，床身1起着支承移动体的“基座部件”的作用。在将cfrp材料用于进给装置fs1的情况下，能在床身1和丝杠保持架b1之间夹着cfrp材料。另外，在床身1和轨道r1之间，也可以夹着cfrp材料。在此情况下，可降低因滑块2开始或者停止y轴方向的移动时的反力产生的床身1的振动位移。

参照图3，在进给装置fs3中，压头4起着在规定的方向(z轴方向)移动的“移动体”的作用，床鞍3起着支承移动体的“基座部件”的作用。在将cfrp材料用于进给装置fs3的情况下，能在床鞍3和丝杠保持架b3之间接着cfrp材料。另外，在床鞍3和滑架c3之间也可以接着cfrp材料。在此情况下，可降低因压头4开始或者停止z轴方向的移动时的反力产生的床鞍3的振动位移。

符号的说明

1：床身(基座部件)

2：滑块(基座部件，移动体)

3：床鞍(基座部件，移动体)

4：压头(移动体)

50：cfrp材料

51：cfrp材料的取向

60：cfrp材料

100：机床

b1、b2、b3：丝杠保持架

b1a、b2a、b3a：第一及第二轴承托架单元

bs1、bs2、bs3：滚珠丝杠机构

c1、c2、c3：滑架

fs1、fs2、fs3：进给装置

l1、l2、l3：直线运动滚动导向件

n1、n2、n3：螺母

r1、r2、r3：轨道

s1、s2：丝杠。