流体平衡器以及机床的制作方法

1.本发明涉及通过压缩流体减轻设置为能够沿着引导轴移动的滑块的重量的流体平衡器以及机床。


背景技术：

2.在机床的滑块上安装有对能够装卸工具的主轴进行支承的主轴头、或者用于搭载加工对象物的工作台等。因此，存在滑块的重量变大的倾向。因此，有时会将减轻滑块的重量的流体平衡器设置于机床。
3.例如，日本特开2018-062037号公报的机床具备具有固定轴和可动缸的流体平衡器(空气平衡机构)。固定轴沿着垂直轴直立。可动缸相对于固定轴相对移动。可动缸经由桥接框架与主轴机构连结，与该主轴机构联动地上下移动。


技术实现要素：

4.但是，日本特开2018-062037号公报的固定轴有时以相对于垂直轴倾斜的状态被固定。若固定轴相对于垂直轴稍微倾斜，则固定轴的外周面与可动缸的内周面之间的轴的周向的间隙变得不均匀。其结果是，担心滑块无法顺畅地移动。特别是在以相对高的加工精度加工加工对象物的精密机床中，使滑块顺畅地移动是重要的。
5.因此，本发明的目的在于提供能够使滑块顺畅地移动的流体平衡器以及机床。
6.本发明的第一方式为一种流体平衡器，通过压缩流体减轻被设置成能够沿着在重力方向和与重力方向相反的方向上延伸的引导轴移动的滑块的重量，
7.该流体平衡器具备：
8.轴，其沿所述引导轴设置；
9.缸，其供所述轴插入；
10.基座部件，其具有供所述轴插通的贯通孔并固定所述缸；
11.间隔件，其设置于所述轴与所述基座部件之间，在与所述轴相对的表面上，在所述轴的周向上隔开间隔地形成有多个沿着所述轴的轴向延伸的槽；以及
12.弹性支承部，其具有弹性且相对于所述基座部件支承所述间隔件，
13.所述轴或所述缸与所述滑块连结。
14.本发明的第二方式涉及一种机床，
15.该机床具备：
16.所述流体平衡器；
17.所述引导轴；
18.所述滑块；以及
19.用于使所述滑块沿所述引导轴移动的电动机。
20.根据本发明的方式，能够减小间隔件与轴之间的间隙的不均匀的程度。即，即使轴的轴芯从预先决定的规定位置倾斜，通过在形成于间隔件的多个槽中流动的压缩流体，支
承间隔件的弹性支承部变形，由此间隔件也能够以沿着轴的轴芯的方式移动。因此，能够减小间隔件与轴之间的间隙的不均匀的程度，其结果为能够使滑块顺畅地移动。
附图说明
21.图1是表示机床的示意图。
22.图2是图1的ii-ii线向视剖视图。
23.图3是表示包含图2的间隔件及弹性支承部的周边的图。
24.图4是表示沿着轴的轴向的间隔件的剖面的剖视图。
25.图5是表示沿着轴的径向的间隔件的剖面的剖视图。
26.图6是以与图3相同的视点表示变形例1的流体平衡器的图。
27.图7是以与图2相同的视点表示变形例2的流体平衡器的图。
28.图8是以与图2相同的视点表示变形例3的流体平衡器的图。
具体实施方式
29.以下，举出优选的实施方式，参照附图对本发明进行详细说明。
30.(实施方式)
31.图1是表示机床10的示意图。在图1中表示出上下方向。另外，下方是重力作用的方向，上方是与重力作用的方向相反的方向。机床10具有基台12、引导轴14、滑块16以及流体平衡器18。
32.基台12是用于设置引导轴14以及流体平衡器18的台。基台12具有设置面12f。另外，设置有引导轴14的设置面12f与设置有流体平衡器18的设置面12f可以在相同的面上，也可以在上下方上错开。另外，基台12也可以具备第一基台和第二基台。在该情况下，第一基台与第二基台连结。第一基台和第二基台能够分离。在第一基台设置有引导轴14。在第二基台设置有流体平衡器18。
33.引导轴14是引导滑块16的轴。引导轴14设置在基台12的设置面12f上。引导轴14固定于基台12，沿上下方向延伸。另外，引导轴14可以与铅垂线平行，也可以相对于铅垂线倾斜。另外，引导轴14可以是1个，也可以是多个。在引导轴14为多个的情况下，将多个引导轴14平行地设置。在本实施方式中，引导轴14的数量为2个。
34.滑块16能够沿着引导轴14移动。滑块16基于从电动机20提供的动力而向上方或者下方移动。电动机20只要对滑块16赋予动力，没有特别限定。电动机20可以是线性电动机，也可以是伺服电动机。在本实施方式中，电动机20是线性电动机。电动机20的磁铁20a在2个引导轴14的每一个上各设置1个。设置于2个引导轴14的每一个上的磁铁52a彼此相对。各磁铁52a沿着引导轴14配置。电动机20的线圈(未图示)配置在彼此相对的磁铁20a之间。电动机20的线圈固定于滑块16。通过根据向电动机20的线圈输出的驱动电流而产生的磁场，滑块16向上方或下方移动。
35.另外，也可以在滑块16上安装将能够装卸工具的主轴以能够旋转的方式支承的主轴头、或者固定有加工对象物的工作台等机械部件。
36.流体平衡器18减轻滑块16的重量。在滑块16上未安装机械部件的情况下，滑块16的重量是滑块16的自重。在滑块16上安装有机械部件的情况下，滑块16的重量是将滑块16
的自重和机械部件的自重相加而得到的合计值。
37.流体平衡器18可以是1个，也可以是多个。在本实施方式中，流体平衡器18的数量为2个。在2个流体平衡器18之间配置有2个引导轴14。由于2个流体平衡器18的结构彼此相同，因此以下对1个流体平衡器18的结构进行说明。图2是图1的ii-ii线向视剖视图。流体平衡器18具有轴30、基座部件32、缸34以及调节器36。
38.轴30设置在基台12的设置面12f上。轴30固定于基台12。轴30与引导轴14分离地配置(参照图1)。
39.在本实施方式中，基座部件32固定于滑块16。例如，基座部件32固定于滑块16的下端部。基座部件32形成为朝向轴30在大致水平方向上延伸的板状。基座部件32与滑块16一起移动。在基座部件32形成有贯通孔32o。轴30插通于贯通孔32o。
40.缸34固定于基座部件32。缸34配置在形成于基座部件32的贯通孔32o的一方的开口侧。由于基座部件32与滑块16一起移动，因此固定于该基座部件32上的缸34也与滑块16一起移动。在缸34的内部插入有从贯通孔32o的一方开口侧突出的轴30。缸34根据滑块16的上升以远离轴30的方式相对移动。缸34随着滑块16的下降以接近轴30的方式相对移动。
41.调节器36调整流体室38的压力。流体室38形成在轴30与缸34之间。调节器36也可以一并调整2个流体平衡器18的各流体室38的压力。另外，调节器36也可以在2个流体平衡器18的每一个上各设置1个。分别设置于2个流体平衡器18的调节器36分别调整对应的流体平衡器18的流体室38的压力。
42.调节器36通过使在连通流体室38与流体供给源的流路40中流动的压缩流体的流量或流速变化，来调整流体室38的压力。调节器36也可以根据滑块16的重量，使在流路40中流动的压缩流体的流量或流速变化。或者，调节器36也可以使在流路40中流动的压缩流体的流量或流速变化，以使向电动机20输出的驱动电流成为目标值。另外，在图2所示的例子中，流路40的一部分形成于轴30以及基台12上。
43.通过从流体供给源供给至流体室38的压缩流体，经由基座部件32支承与缸34连结的滑块16。其结果是，滑块16的重量减轻。供给到流体室38的压缩流体的一部分通过轴30与缸34之间的间隙而从基座部件32的贯通孔32o排出。另外，压缩流体是被压缩的流体。作为流体，可以举出空气或氮气等气体、或者油等液体。
44.流体平衡器18除了具有轴30、基座部件32、缸34以及调节器36之外，还具有间隔件50以及弹性支承部60。图3是表示包含图2的间隔件50及弹性支承部60的周边的图。
45.间隔件50设置在轴30与基座部件32之间。间隔件50通过弹性支承部60支承于基座部件32。间隔件50也可以形成为环状。另外，图2及图3表示间隔件50形成为环状的情况。
46.沿与轴30的轴向交叉的方向的间隔件50与轴30之间的间隙gp1比沿着与轴30的轴向交叉的方向的轴30与缸34之间的间隙gp2窄。即，通过设置间隔件50，与轴30之间在排出压缩流体的一侧变窄。另外，间隙gp1优选为5μm～10μm的范围内。
47.弹性支承部60具有弹性，并且相对于基座部件32支承间隔件50。弹性支承部60具有第一密封部件62、第二密封部件64以及弹性部件66。作为第一密封部件62及第二密封部件64的具体例，可举出o形环。作为弹性部件66的具体例，可举出o形环或弹簧等。另外，第一密封部件62与第二密封部件64的形状以及材料也可以相同。或者，第一密封部件62与第二密封部件64的形状以及材料的至少一方也可以不同。
48.第一密封部件62设置于间隔件50与轴30的一端侧(上侧)的缸34之间的间隙。第一密封部件62的一部分也可以被收容于收容槽62g。收容槽62g形成于间隔件50的表面及缸34的表面的至少一方。在收容槽62g形成于间隔件50的表面的情况下，收容槽62g形成于朝向缸34的间隔件50的表面(轴30的一端侧(上侧)的间隔件50的表面)。在收容槽62g形成于缸34的表面的情况下，形成于朝向间隔件50的缸34的表面(轴30的一端侧(上侧)的缸34的表面)。另外，图3表示在间隔件50的轴30的一端侧(上侧)的表面形成有收容槽62g的情况。
49.第二密封部件64设置于间隔件50与轴30的另一端侧(下侧)的基座部件32之间的间隙。第二密封部件64的一部分也可以收容于收容槽64g。收容槽64g形成于间隔件50的表面及基座部件32的表面的至少一方。在收容槽64g形成于间隔件50的表面的情况下，收容槽64g形成于朝向基座部件32的间隔件50的表面(轴30的另一端侧(下侧)的间隔件50的表面)。在收容槽64g形成于基座部件32的表面的情况下，收容槽64g形成于基座部件32的朝向间隔件50的表面(轴30的另一端侧(下侧)的基座部件32的表面)。另外，图3表示在间隔件50中的轴30的另一端侧(下侧)的表面形成有收容槽64g的情况。
50.弹性部件66设置于间隔件50与基座部件32之间的间隙。该间隙沿着与轴30交叉的方向。弹性部件66的一部分也可以收容于收容槽66g。收容槽66g形成于朝向基座部件32的间隔件50的表面以及朝向间隔件50的基座部件32的表面的至少一方。另外，图3表示在间隔件50和基座部件32双方的表面形成有收容槽66g的情况。
51.第一密封部件62、第二密封部件64及弹性部件66各自的个数可以是1个，也可以是多个。另外，图2及图3表示第一密封部件62、第二密封部件64及弹性部件66各自的个数为1个的情况。
52.图4是表示沿着轴30的轴向的间隔件50的剖面的剖视图。图5是表示沿着轴30的径向的间隔件50的剖面的剖视图。在朝向轴30的间隔件50的表面形成有多个槽52。多个槽52在轴30的周向上隔开间隔地配置。多个槽52分别沿着轴30的轴向延伸。槽52的个数优选在10个～20个的范围内。另外，槽52的深度优选在100μm～200μm的范围内。另外，槽52的宽度优选在50μm～100μm的范围内。
53.供给到流体室38(图2)的压缩流体的一部分从上侧向下侧流动到多个槽52的每一个。若压缩流体流向多个槽52的每一个，则对间隔件50施加压力。由此，支承间隔件50的弹性支承部60会变形。因此，在轴30的轴芯相对于引导轴14倾斜的情况下，弹性支承部60能够以沿着其轴芯的方式使间隔件50移动。即，弹性支承部60通过根据压缩流体而变形，从而使间隔件50在与轴30的轴向交叉的方向上移动。由此，间隔件50能够根据轴30的朝向而移动。因此，即使轴30的轴芯相对于引导轴14倾斜，也能够减小间隔件50与轴30之间的间隙gp1(图3)的不均匀的程度。其结果，能够使滑块16顺畅地移动。
54.此外，在弹性支承部60的第一密封部件62的一部分收纳于收纳槽62g的情况下，通过对间隔件50施加压力，能够抑制第一密封部件62的位置偏移。关于弹性支承部60的第二密封部件64的一部分收纳于收纳槽64g的情况、以及弹性支承部60的弹性部件66的一部分收纳于收纳槽66g的情况也同样。
55.(变形例)
56.所述的实施方式也可以如下述那样变形。
57.(变形例1)
58.图6是以与图3相同的视点表示变形例1的流体平衡器18的图。在图6中，对与在实施方式中说明的结构相同的结构标注相同的附图标记。另外，在本变形例中，适当省略与实施方式重复的说明。
59.在实施方式中，在基座部件32与缸34之间配置有间隔件50。与此相对，在本变形例中，在凹部32r上侧的基座部件32与凹部32r下侧的基座部件32之间配置有间隔件50。凹部32r设置于朝向轴30的基座部件32的表面。凹部32r在与轴30的轴向交叉的方向凹陷。
60.另外，在实施方式中，在间隔件50与缸34之间的间隙设置有第一密封部件62。与此相对，在本变形例中，在间隔件50与基座部件32之间的间隙设置有第一密封部件62。
61.这样，即使间隔件50和第一密封部件62的配置方式改变，弹性支承部60也与实施方式同样地，能够根据压缩流体以沿着轴30的轴芯的方式使间隔件50移动。
62.(变形例2)
63.图7是以与图2相同的视点表示变形例2的流体平衡器18的图。在图7中，对与在实施方式中说明的结构相同的结构标注相同的附图标记。另外，在本变形例中，适当省略与实施方式重复的说明。
64.在实施方式中，轴30固定于基台12。与此相对，在本变形例中，缸34固定于基台12。在本变形例的轴30上不形成流路40。在本变形例中，形成于基台12的流路40与固定于基台12的缸34内的流体室38连通。
65.另外，在实施方式中，缸34经由基座部件32与滑块16连结。与此相对，在本变形例中，经由连结部件70将轴30连结于滑块16。在经由连结部件70将轴30连结于滑块16的情况下，基座部件32与滑块16非接触。在该情况下，基座部件32也可以形成为环状。另外，图7表示基座部件32形成为环状的情况。
66.另外，在实施方式中，在间隔件50的上方配置有缸34，在间隔件50与缸34之间设置有第一密封部件62。与此相对，在本变形例中，在间隔件50的上方配置有基座部件32，在间隔件50与基座部件32之间设置有第一密封部件62。本变形例的第一密封部件62设置于间隔件50与轴30的上端侧的基座部件32之间的间隙。
67.另外，在实施方式中，在间隔件50的下方配置有基座部件32，在间隔件50与基座部件32之间设置有第二密封部件64。与此相对，在本变形例中，在间隔件50的下方配置有缸34，在间隔件50与缸34之间设置有第二密封部件64。本变形例的第二密封部件64设置于间隔件50与轴30的下端侧的缸34之间的间隙。
68.这样，在本变形例中，流体平衡器18与实施方式的上下相反。在本变形例的流体平衡器18中，轴30与滑块16连结，轴30与滑块16的移动相应地相对移动。这样，弹性支承部60也与实施方式同样地，能够根据压缩流体而使间隔件50沿着轴30的轴芯移动。
69.另外，虽然未图示，但也可以在本变形例的基座部件32上设置变形例1的凹部32r。在本变形例的基座部件32设置有凹部32r的情况下，第一密封部件62设置于间隔件50与凹部32r上侧的基座部件32之间的间隙。另外，第二密封部件64设置于间隔件50与凹部32r下侧的基座部件32之间的间隙。
70.(变形例3)
71.图8是以与图2相同的视点表示变形例3的流体平衡器18的图。在图8中，对与在实施方式中说明的结构相同的结构标注相同的附图标记。另外，在本变形例中，适当省略与实
施方式重复的说明。
72.在实施方式中，流体供给源与流体室38通过经由基台12以及轴30的流路40而连通。与此相对，在本变形例中，利用未经由基台12以及轴30的流路40使流体供给源与流体室38连通。
73.这样，即使流路40不经由基台12以及轴30，也与实施方式同样地，调节器36能够使在流路40中流动的压缩流体的流量或者流速改变而调整流体室38的压力。
74.另外，虽未图示，但变形例2的流路40也可以与本变形例同样地不经由基台12。
75.(变形例4)
76.实施方式的基座部件32也可以像变形例2的基座部件32(图7)那样，与滑块16非接触。在实施方式的基座部件32与滑块16非接触的情况下，设置将滑块16与缸34连结的连结部件。这样，也与实施方式同样地，能够根据压缩流体以沿着轴30的轴芯的方式使间隔件50移动。
77.(变形例5)
78.也可以省略实施方式或变形例2的弹性部件66。即使省略了弹性部件66，第一密封部件62以及第二密封部件64也与实施方式同样地，能够根据压缩流体而使间隔件50沿着轴30的轴芯移动。但是，在设置有弹性部件66的情况下，能够根据压缩流体使间隔件50灵活地移动。
79.(变形例6)
80.也可以省略实施方式或变形例2的第一密封部件62及第二密封部件64。在省略第一密封部件62及第二密封部件64的情况下，弹性部件66具有o形环等的密封性。这样，弹性部件66能够在保持间隔件50与基座部件32之间的间隙的密封性的同时，根据压缩流体而使间隔件50沿着轴30的轴芯移动。但是，在设置有第一密封部件62以及第二密封部件64的情况下，能够抑制压缩流体的紊流。
81.(变形例7)
82.所述的实施方式以及变形例也可以在不产生矛盾的范围内任意地组合。
83.(从实施方式得到的发明)
84.作为能够基于以上的记载掌握的发明，以下记载第一发明以及第二发明。
85.(第一发明)
86.第一发明是一种流体平衡器18，其通过压缩流体来减轻设置成能够沿着在重力方向和与重力方向相反的方向上延伸的引导轴14移动的滑块16的重量。流体平衡器18具备：轴30，其沿着引导轴14设置；缸34，其供轴30插入；基座部件32，其具有轴30插通的贯通孔32o，且固定有缸34；间隔件50，其设置在轴30与基座部件32之间，在与轴30对置的表面，在轴30的周向上隔开间隔地形成有多个沿着轴30的轴向延伸的槽52；以及弹性支承部60，其具有弹性，并且相对于基座部件32支承间隔件50。轴30或缸34与滑块16连结。
87.由此，即使轴30的轴芯从预先决定的规定位置倾斜，通过在形成于间隔件50的多个槽52中流动的压缩流体，支承间隔件50的弹性支承部60变形，间隔件50也能够以沿着轴30的轴芯的方式移动。因此，能够减小间隔件50与轴30之间的间隙gp1的不均匀的程度，其结果为能够使滑块16顺畅地移动。
88.弹性支承部60也可以具有：第一密封部件62，其设置于与间隔件50的重力方向相
反的方向上的与间隔件50之间的间隙；以及第二密封部件64，其设置于间隔件50的重力方向上的与间隔件50之间的间隙。由此，能够一边抑制在形成于间隔件50的多个槽52中流动的压缩流体的紊流，一边根据压缩流体以沿着轴30的轴芯的方式使间隔件50移动。
89.弹性支承部60也可以具有设置在沿着与轴30交叉的方向的间隔件50与基座部件32之间的间隙的弹性部件66。由此，能够根据压缩流体以沿着轴30的轴芯的方式使间隔件50移动。此外，在与第一密封部件62和第二密封部件64一起设置有弹性部件66的情况下，与没有该第一密封部件62和第二密封部件64的情况相比，能够根据压缩流体使间隔件50灵活地移动。
90.轴30也可以固定于基台12，缸34与滑块16连结。由此，利用向缸34与滑块16之间的流体室38供给的压缩流体，对与缸34连结的滑块16进行支承，能够减轻该滑块16的重量。
91.缸34也可以经由基座部件32与滑块16连结。与缸34经由与基座部件32不同的部件与滑块16连结的情况相比，能够抑制部件数量。
92.缸34可以固定于基台12，轴30可以与滑块16连结。由此，利用向缸34与滑块16之间的流体室38供给的压缩流体，对与轴30连结的滑块16进行支承，能够减轻该滑块16的重量。
93.(第二发明)
94.第二发明是机床10。机床10具备所述流体平衡器18、引导轴14、滑块16以及用于使滑块16沿着引导轴14移动的电动机20。由于具备所述流体平衡器18，因此能够使滑块16顺畅地移动。
95.电动机20可以是线性电动机。由于不需要包括滚珠丝杠等的动力传递机构，因此能够抑制部件数量，另外，与存在动力传递机构的情况相比，能够抑制振动而使滑块16顺畅地移动。