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工作機械の性能を左右する直動製品

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工作機械に組み込まれている直動製品のイメージ
工作機械に使用される直動製品のイメージ


ものづくりとは、一般的に製品の設計から選定をはじめ、製品を製造するプロセス全体のことを指します。製造業の製造プロセスにおいては、お客様のニーズに対応するため、製品の品質を適切に管理することが非常に重要です。今回は工作機械において、性能に大きく関わっている直動製品に関する記事をお届けします。

ものづくりを支える工作機械とは

「マザーマシン」と呼ばれる工作機械は、金属を精密かつ複雑な形状に、高速かつ正確に加工するための装置です。カメラ、時計の様な小さなものから、自動車、航空機などの大きなものに至るまで、様々な製品・部品の生産に用いられており、私たちの生活を支えている影の立役者なのです。そんな工作機械は複合加工対応に向けた5軸(多軸)化が進んでおり、さらなる生産効率化の要求に応えるべく、様々な開発が進められています。
そして、ものづくりの中で工作機械がその性能を発揮するためには、LMガイドをはじめとする直動製品の存在は不可欠なのです。

求められるスペック

前述の通り、工作機械は精度よく高速にモノを加工するための装置です。そのため、刃物やテーブル部を案内する部品として、高精度化、高速化を可能にする直動製品が欠かせません。加えて、切削反力によるビビり*を抑制するための高い剛性や、クーラントや切粉に対する耐性も求められます。
*ビビりとは、切削加工中に断続的に発生する振動の総称。

高い剛性と防塵防油性

<高い剛性>

剛性とは力に対する変形のしづらさの度合いのことです。工作機械においてこれが不足していると、加工時の反力に負けて工作物の精度が悪くなってしまいます。
例えば、力を入れずに鉛筆を持ち紙に直線を書くことを想像してください。線を引くために紙に鉛筆の先を押し付けようとすると、しっかり握っていない手元ではその反力を支えることが出来ずに、鉛筆はふにゃふにゃとした軌道で線を描くと思います。ワークを加工する際の刃物も、この鉛筆と同じなのです。刃物を支える部品が反力に負けて変形していては、精度よく加工することはできません。そのため、刃物を支える部品つまりLMガイドには高い剛性が求められるのです。

<耐クーラント性・耐防塵性>

工作機械内で使用する部品には、加工性能向上に向けた様々な用途のクーラント、加工粉の微細化など、厳しい環境への対応が求められます。LMガイドも例には漏れず、これらに対して防塵オプションを数多くご用意しています。
工作機械内で使用するLMガイドの防塵性能が十分でなかった場合、ブロック内部へ切粉やクーラントが侵入してしまい、循環しているボールや循環部品に大きなダメージを与えてしまいます。場合によっては破損の原因にもなり得るため注意が必要です。工作機械内部に限らず、厳しい環境下でLMガイドを使用する際には、防塵オプションの検討を推奨します。

THKがご用意している製品群

THKでは工作機械用超重荷重ボールリテーナ入りLMガイドSVS,SVR形と、総ボールタイプLMガイドNR形をご用意しています。これらは転動体にボールを採用しているLMガイドの中で最も高い剛性と負荷荷重能力のあるタイプです。転動面にボール径に近似した曲率を持つサーキュラーアーク形の深溝を採用しており、負荷荷重の増加に伴いボール接触面積が増大し、大きな負荷能力が得られ、更にダンピング(減衰性)も向上します。
また、エンドシール、インナシール、サイドシール、積層形接触スクレーパLaCS、プロテクタ、サイドスクレーパ、GCキャップ等をご用意し、さまざまな使用環境への対応を可能としています。

工作機械用超重荷重 SVS形のイメージ
工作機械用超重荷重 SVS形


さらに剛性が必要な場合には、転動体にボールよりも剛性と耐荷重性の高いローラーを採用したローラーリテーナ入りLMガイドSRG形を推奨しています。ローラー全長はローラー径の1.5倍以上とする事によって、さらに高い剛性を実現しています。このSRG形には標準ブロックに比べ、ブロック長を約50%伸ばし定格荷重を約50%向上させた、超ロングブロックタイプをご用意していますので、高負荷の装置を設計される際にはご検討ください。
また、上記形番と同様にエンドシール、インナシール、サイドシール、積層形接触スクレーパLaCS、プロテクタ、サイドスクレーパ、GCキャップ、さらにそれに加えて高耐薬フッ素シールFSを用意しています。

LMガイド オプションのイメージ
LMガイド オプション


SRG形の専用オプションであるフッ素シールは、耐薬品性に優れたフッ素ゴムを使用しており、攻撃性の高いクーラント環境対応に向けて開発されました。LMレール上面より脱着可能な構造のため、防塵強化のための追加及び交換などが簡単に可能な点が特徴です。
また、装置側カバーへの本シール取付けも可能なため、更なる防塵効果が期待できます。

超々高剛性 SRG形専用オプション フッ素シールのイメージ
超々高剛性 SRG形専用オプション フッ素シール



超々高剛性 SRG形専用オプション フッ素シール 装置側イメージ
超々高剛性 SRG形専用オプション フッ素シール 装置側


それに加え、さらなる異物環境への耐性向上のため、ロバスト性*に優れた総ローラータイプのローラーガイドSRG-G形を新たに開発しました。総ローラーでありながらローラーのスキューを抑制し、安定した動作を実現しています。リテーナタイプと同等寸法で、リテーナタイプのラインナップを網羅しているため、例えば5軸加工機のうち、加工を行うワーク付近で使用する軸のみ総ローラータイプ、それ以外の軸はリテーナタイプを採用する、などの臨機応変な選定も可能となりました。
*ロバスト性とは、様々な外部の影響によって影響されにくい性質のこと。

使い分け

前述の通り、ローラーガイドは他形番よりも剛性や基本定格荷重に優れるため、工作機械のような剛性が要求される装置や高負荷の搬送では採用されることが多いです。一方で、剛性が高いことでミスアライメントの影響を受けやすく、高い取付面精度が要求されるため、周辺部品の設計難易度は他のLMガイドよりも高まります。
加工機のすべての可動部に、このような剛性の高いLMガイドが必要というわけではありません。例えばローダー部であれば剛性よりも速度、またそのための軽量であることに重きが置かれると思います。一つの装置の中でも、用途に合わせて性能を天秤にかけた選定をすることが大切であると言えます。

おもに日本におけるLMガイド形番別性能一覧のイメージ

おもに日本におけるLMガイド形番別性能一覧


今回は、工作機械に焦点を当てて、LMガイドの選定事例をご紹介いたしました。
今後も製品ジャーナルでは、弊社製品を通して、さまざまな情報を発信してまいります。

超々高剛性 SRG形の詳細はこちら(THKサイト)
工作機械用超重荷重 SVS形・SVR形・NR-X形/NR形の詳細はこちら(THKサイト)
LMガイド オプションの詳細はこちら(THKサイト)
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