ボールねじ駆動で加圧プレスを製作検討
- ボールねじとサーボモータを使用した加圧プレスの製作検討中です。荷重は５０KN、繰返し精度は±２０μmです。
- 直動メーカーにボールねじの検討を依頼したところ、ねじ径が４０～５０mmくらいになると言われました。コンパクトにするために２本のボールねじを使用することを考えています。
- １台のモータでタイミングベルトを介して２本のねじナットを均等に動かす必要があります。どのようにベルトを掛けるべきか、同じ荷重であることを確認する方法や他の良い方法があれば教えてください。
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複数本でのボールねじ駆動
ボールねじとサーボモータを使用した加圧プレスを製作検討しております。 荷重は５０KN、繰返し精度は±２０μmです。 直動メーカーにボールねじの検討を依頼したところ、ねじ径が４０～５０mmくらいになると言われました。 出来るだけコンパクトにしたかったので、ボールねじを2本使用すれば、サイズを小さくできると考えました。 1台のモータでタイミングベルトを介して駆動させるのですが、 2本のねじナットに均等に荷重をかけなければなりません。 そこで質問です。 ・均等に動かすには、ベルトをどのように掛ければよいでしょうか。 ・同じ荷重であることを確認、調整するにはどうすればよいでしょうか。 また、他に良い方法があれば教えて下さい。 宜しく御願いします。
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ボールねじには代表移動量誤差（呼びリードに対する誤差）と変動（１リード中の誤差）があります。 したがって、タイミングベルトで２本のねじを正確に同期回転させたとしても必ず左右のナットの移動量に誤差が出てきます。 できれば一本でやりたいですよね。 どうしてもねじ２本をタイミングベルトでと言うことであれば、ねじの誤差は精度良い物を使用し、 タイミングベルトはできる限り安全率を大きくとった物を使用し（たとえばカタログの選定基準の５倍くらいの負荷容量のもの） ベルトテンションはオートテンショナではなく固定軸でテンションを張ったほうが良いと思います。 それよりも、２本のボールねじを使うのであれば、それぞれにサーボモーターで駆動をかけたほうが良いかと思います。 こうすると副次的な効果としてそれぞれの駆動部でわざと、加圧のアンバランスも作れます。 しかし、これだと太いねじ一本でやるほうが安上がりだと思いますが。 ところで、Ｔ○Ｋのカタログでφ４０～５０のねじの動定格荷重を見ると、 ３０ＫＮ～７０ＫＮ（一機種１３２ＫＮがあるが）程ですので寿命をどの程度に見込んでいるかにもよりますが、ちょっと不安ですね。
基本的に、ボールネジ２本駆動で加圧プレスを構成するのは なにか危険な気がしますよ。 特に、繰り返し精度がそこそこ厳しいので、よほど機構部分の 強度・剛性に注意を払わないと、ねじれやたわみ、組立て精度 に影響される、左右ストロークのアンバランス等による 動作不良等・・・・トラブルの元になる要因が多く潜んで いるような気がします。 ベルト駆動というのも気になります。 ベルトの場合、どうしてもロストモーションが大きくなるので 駆動時の左右バランスが崩れやすいのでは？ 大分前ですが、同じようにサーボモーター＋ボールネジを使用し 荷重２ｔｏｎ 繰り返し精度（この場合の精度の意味は、金型の 下降端の位置精度です）が５０ミクロン程度だったと記憶してます。 かなり前に設計した物件なので、資料を探すのが大変なので 記憶に頼ってます。 その時は、電子部品のリードフレームの打ち抜き用途でした。 従いまして、実際に２ｔｏｎの荷重が必要な区間がかなり短く てよかったので（リードフレームの板厚＋α）、採用した機構は トグル機構です。 ボールネジがφ２５程度、サーボモータが７５０Ｗと記憶してます。 トグルの剛性はかなり高め、トグル機構が収まる架台も同様に 強度・剛性には注意を払いました。 かなりコンパクトに治まりましたよ。 ご質問の中に、用途等が書かれてなかったので何とも言えない のですが、もしも上記のような用途にお使いでしたら、検討 してみてください。
お礼
アドバイスありがとうございます。 確かに、おっしゃる通り、左右のアンバランスは不具合の元です。 よって、かなり不安な気持ちで質問させて頂いた次第です。 質問に用途を記述しておらず、申し訳ありません。今回の設備は金型を使用するわけではなく、対象物を直接加圧します。よって、その対象物の量、大きさによって加圧位置が変わります。 トグルによる方法も、小さい動力源で大きな力を発揮させる有効な手段ではありますが、下死点位置が決められてしまいます。トグル機構そのものを可動式にしてもよいのですが、ストローク範囲内であれば、どの位置でも荷重をかけられる様したくて、ボールねじの直圧で検討を始めました。 UCHI様はじめ、皆さんのご意見を見ていますと、やはり精度の欲しい用途には不向きな（危険な）構成であるようですので、トグル機構の方式も含め、再検討してみます。 御教授感謝致します。
回答（１）をした者です。 プレスには、（専門家でないので、表現の誤りがあると思います） ? 衝撃力（力学的には力積）を使用したメカ式プレス 下死点付近で、短時間に高負荷与えられる特徴がある ? 油圧等で高負荷を常時与え成形する油圧式プレス 常時高負荷が与えられ、成形時間もゆっくり取れ、絞り等に適する がありますが、 ボールねじはメカですが、使用用途で油圧式プレスで、常時高負荷が 与えられるプレスです。 さて、今回のアドバイス内容は、油圧プレスを参考にして、 油圧シリンダ ⇒ ボールねじ 変更するイメージで、 ５０KNの油圧プレスか、油圧ジャッキやカシメ機を参考に 設計下さい。 ５０KN ⇒ 約5kgでプレス表現は？？ガイドやボールねじ2本使用 ねじ径が４０～５０mm位？？表現で、他の回答者さん達は多分混乱では？
お礼
アドバイスありがとうございます。 質問の内容で上手く説明ができませんで申し訳ありません。 回答者の皆様には、非常に参考になるアドバイスを頂いており、 感謝しております。
プレスではありませんが、2本のボールネジを使い100kgぐらいの物を2mぐらい上下にリフトさせる物を以前使った事があります。 その時は、モータから1本のボールネジのプーリにタイミングベルトで伝達し、その伝達を別なタイミングベルトでもう片側のボールネジのプーリに伝えて回転させました。 ボールネジ同士のベルトが2mぐらいで長かったため、途中にテンション用のフリーのプーリをつけてました。 プレスと言う事で自信はないのですが、同じ方法でテンション用のプーリをオートテンショナのようなもので、一定荷重で張っておいてはどうでしょうか。
お礼
用途は違いますが、同じ構成の装置なので、非常に参考になります。 やはりテンションがポイントになりそうですね。 オートテンションを探してみます。 ありがとうございました。
回答（4）に追記します。片側駆動で考えてみえると思い違いしてました。 片側駆動も可能だとは思いますが，一般的には機械剛性を要求されるので， 全体にごつい機械になります。１モータ２軸駆動なのですね。それならば ベルトの掛け方は影響すると思います。やはり中心軸対象が理想で，ベルト 速度を合わせるためベルト長さは同一にします。モーターのオーバーハング 荷重からは軸対象に配置し，やや角度を持たせます。ベルト張り側と緩み側 が左右のタイミング歯車(ボールねじ軸)で異なるのでやや角度を持たせたほ うが始動停止が楽になります。多少のスパンの違いはテンショナー等で補正 することも可能です。
お礼
詳細に御説明頂き、ありがとうございます。 オーバーハングを考慮するとモータ軸対象に配置するのが望ましいのですが、 スペース的に難しい場合は、モーター側にカップリングを入れて、 プーリを軸受けで支えてやる方法が良いのでしょうか？ 「やや角度を持たせる」という意味が分からなかったのですが。 勉強不足で申し訳ありません。
加圧プレスで発生する加圧力を２本のボールねじで受けるわけですから， 各ボールねじにできるだけ均等に圧力が作用する工夫が必要です。 片側のボールねじで駆動すると加圧テーブルからボールねじに曲げ力が加わ ります。この曲げ力を軽減する必要があります。具体的にはボールねじの間 隔をできるだけ小さくすること，加圧テーブルの剛性を高めること，加圧テ ーブルに作用する曲げ力を緩和するためにガイド等を設けるなどです。 片側のボールねじの駆動を前提にすればベルトの張り方はさほど影響がない と思われます。２本のボールねじでスムーズな動きが得られない場合はガイ ドやブレーキで調整する必要があると思いますので，それらを後から追加で きるような融通性のある設計が望ましいと考えます。
お礼
御回答ありがとうございます。 確かに、テーブルの剛性やガイドの精度には配慮しなければと考えていました。 しかし、仮に曲げ力が無い状態になったとしても、2本のボールねじが受ける圧力が均等でなければ、片側が過負荷になってしまいます。 やはり、ベルトの掛け方、張り方によるのかなという気がします。 御回答の解釈が間違っていましたら、すみません。
加圧プレス自体どのようなことが必要か分かりませんが 普通にやって、特に問題なく出来ると想像します。 1本がいいか2本がいいか詳細検討していないですが 私なら1本で巻き掛ける方向で検討するかな。 同じ荷重になるように調整は、調整が生じるようなものはダメと考えます。 苦労と不具合を作るようなもんだと感じますので。 他社を真似るのは難しくないと思いますが、 特許をよく調べてからです。 特許が一部に使用されており同一のものを作れないが、 それに替わるいい案がなかなか出ないことで苦労します。
お礼
ご回答ありがとうございます。 おっしゃる通り、調整は無いほうが無難です。 まずは1本掛けで検討してみます。 本機は社内設備で、特許等には関係しませんので、 いい方法があれば、参考にしてみたいと思います。
おはよう一番 タイミングベルトとボールネジを使った本機構とサーボモーターの特性から、 極力その応答性を上げるためにも駆動源とワークとの距離は縮めたい所と思う しかしながらプレスにボールねじを2本？でサーボ１台で上手く行くのかな？ っというのは単純に考えてもタイミングベルトの剛性から左右の伸びが異なる し、また負荷による慣性モーメントにより下死点のバラツキが出ないのかな？ 近年のサーボ・プレス機はサーボ２台搭載は見たけど・・・とっても心配だな 恐らく、このような重要な事を聞く位だから経験が無い事と思われますので、 一流メーカー品を徹底的に解析し模倣となってもまづ基本理念を習得した後、 独自性を持った設計にするのが最善か。簡単に真似が出来る程甘く無いと思う 失敗は成功の元だが、其処には緻密な設計計算が無ければ只の冒険野郎になる
お礼
貴重な御意見感謝致します。
Ｑ１ 均等に動かすには、ベルトをどのように掛ければよいでしょうか。 Ａ１ ベルト ⇒ プーリ ⇒ キー ⇒ ボールねじ、ではなく ベルト ⇒ プーリ ⇒ キーレスのメカロックブッシュ ⇒ ボールねじ で、プーリとボールねじが自由に回転方向で調整ができる方法。 キーレスのメカロックブッシュは ＊ ツバキさんのパワーロック ＊ 輸入品のシュパンリング です。モータ軸とプーリ固定も同様が良いでしょう。 しかし、緩み止め（落下防止等々）の安全対策は必要ですが Ｑ２ 同じ荷重であることを確認、調整するにはどうすればよいでしょうか。 Ａ２ ベルトの張力で。初期値とプレス下死点時を。
お礼
ご回答ありがとうございます。 非常に分り易く、試してみたいと思います。 ついでの質問で申し訳ありませんが、ベルトの掛け方は モータから１本のベルトでやるより、ボールねじ個々にベルトを掛けた方が いいですか？
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