設備の剛性計算とは？
- 当社製品専用の金属加工機のスライドをコストダウンのために変更する際、設備の剛性を落とさずに摺動面の剛性と耐久性を計算したい。
- ターカイトを使用しているため、厳密な計算は難しいが、簡易的な計算方法があれば知りたい。
- 設備の剛性計算に関してアドバイスをいただきたい。
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設備の剛性計算
お世話になります。 現在当社で製作している当社製品専用の金属加工機の スライドをコストダウンの為、 鋳物+ターカイトの摺動面からベアリング方式に 変更しようと検討しています。 この変更の際に、設備の剛性をあまり落としたくないのですが、 摺動面の剛性、耐久性が計算できずに困っております。 恐らくターカイトを使用しているので厳密には計算できないのでしょうが、 簡易的な計算などできないのでしょうか・ 宜しくお願いします。
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小生も、回答（４）さん同様で、 素朴な疑問で、当社で製作してるのに計算出来ない？ 最初はどうやって設計したんだろう？ と重要な箇所と推測するので思います。 ≻ 厳密には計算できないのでしょうが、簡易的な計算などできないのでしょうか… であるので、ＴＨＫさんやＩＫＯさん、（技術サポート面からはＮＳＫさん）に 計算方法を聞けばよいと思います。（丸物ガイドならＮＢベアリングさんもです） 初期検討は、単純にベアリングＣＡＤ図を張り付けて、各社に聞くです。 対応してくれる処とそうでない処や、計算方法が若干異なったりで、貴殿の勉強（財産）に なります。 構成を考えると、ターカイトの弾性がボールの弾性と考えれば、ターカイトでの計算も 横展開で可能と考えます。（簡易的な計算の範囲ですが） 問題は、摩耗による精度/剛性の維持である寿命とその修復です。 それも含めて、簡易的な計算であればよいのですが。
直勘！？ 剛体と見なせない部分の評価は、ＣＡＥでもナカナカに難しいと思う。 技術レポート：最近のＮＳＫリニアガイドの技術動向 http://www.jp.nsk.com/services/pm_techreport/report55.html ３ブロック／レール仕様 が良い ・・・フムフム ダンピングファクターは他社製品と滑りガイドの中間程度 予圧設定に伴う剛性値比較でも他社より倍以上優れる ・・・要するに球の配置、レール形状の強さが効いているのネ ＜他にも文献がある模様＞ ＮＳＫテクニカル・ジャーナルNo.647では、弊社LYシリーズの特性を工作機械への応用という 観点から解説した。 滑りガイド（ターカイト）でも、どう計算に乗せるかは難しそう（古いので探せば例が有るかも）
お礼
現状との比較をしてみたかったのですが、やはり厳しいようですので、 要求仕様を満たす剛性を確保する所から始めて見たいと思います。 ありがとうございました。
荷重条件が複雑になれば、ＣＡＥを利用したほうが良いと思いますが、目安 を知る程度なら、荷重条件(動的要素も含む)を考慮したモデル化、はりなど の材料力学的なモデルを想定すれば、計算はできると思います。 たとえば、両端支持はりの中心に荷重Ｗが加わる場合、はりの中心のたわみ は δ＝ＰＬ^3/(48ＥＩ) で与えられ、一般機械の場合 δ＜Ｌ/ｋ(ｋ＝2000 ～5000）に設定します。 ここにＬ：はり長さ,Ｅ：縦弾性係数,Ｉ：断面二 次モーメントです。高剛性が必要ならｋの値をもっと大きくとります。 摩耗等については計算できないので、最終的にはトライ＆エラーになると 思います。
お礼
現状との比較をしてみたかったのですが、やはり厳しいようですので、 要求仕様を満たす剛性を確保する所から始めて見たいと思います。 ありがとうございました。
素朴な疑問。当社で製作してるのに計算出来ない？ 最初はどうやって設計したんだろう？
お礼
私自身の設計ではないのですが 強度計算はせずに製作している様です。（勘です） 取り敢えず、仕様の上限まで摺動面を広く取ってあります 結果、非常にオーバースペックなのですが、 全力で衝突しても壊れないなどのメリットもあるため、 極力現状の剛性に近づけたいと思っています。
工作機械の設計学（基礎編）というのを読んで一応、お勉強したことはある 基礎編でも十分に難易度が高くて内容も非常に濃いから、応用編はエライかな さて、どのような専用加工機か分からないし、構造も材質も明確でない中で まづ、実際の専用機の直動ガイド？に加わる力、切削による荷重（慣性力） 等も含めて把握していないと前に進んで行かないのではないのでしょうか？ また実際の最大ワーク重量も重要です。切削による熱も考慮された方が良い これらの固有のファクターを踏まえて、直動専門メーカー、工作機メーカーに 相談することが最善と思われますが、如何、お考えでしょうか 但し、メーカーから結論を得ることは難しいと思うのでアドバイスを貰おう 最終的には改造となる訳ですから自己責任でやるしか無いので大変ですね
お礼
ありがとう御座います。 おっしゃる通り、直動メーカーより アドバイスを頂くほうが無難なようですね
25年ぐらい前に、BT40主軸のマシニングセンタの普及と共に、 直動ガイドが活用されはじめた頃に比べれば、ガイドの性能 (剛性)は比較にならないぐらい向上していると考えます。 しかし正直申し上げて、計算は難しいと思います。 直動ガイドのメーカへ相談すれば、機械の仕様に応じたガイド の番手(サイズ)や予圧を選定して貰えるでしょう。 より剛性を高めるためには、ボールタイプ→ローラタイプを選定 することも一案です。 しかしながら、静剛性はそん色ないものの、動剛性(減衰性)が低下 することは避けられないでしょう。 その代わり、送り軸の加減速や最高速度の向上などのメリットを 取り入れることも重要と考えます。 なお、実感としては、耐久性はそれほど問題にならないと思います。 ＞計算は難しいと思います 「手計算」ではの意味で、回答(1)さんご紹介の通り、3次元CADを 駆使すれば可能なのでしょう。 いまさら ＞当社で製作してるのに計算出来ない？ のような回答をされても困るでしょうね。 聞くは一時の恥、ターカイトのメーカ（キャプテンインダストリーズ） にご相談することもお勧めします。 （小生も昔は色々とお世話になりました．．．）
お礼
早速の回答ありがとう御座います。 動剛性(減衰性)はまったく考慮に入れていませんでしたが 重要なファクターとなり、計算が非常に難しそうです。 面圧とターカイトの弾性係数から手計算でなんとなく弾ける ものかと考えていたのですが、なかなか難しそうでね。
そんなあなたに３次元 http://www.youtube.com/watch?v=YfJYsP7s9a8 >>かなり高価なため、 いまや１００万で買えます（CADに組み込まれてる） 外部委託 数回するより 設計の片手間にちょろちょろしてしまいます 設計の概念を変えてみてください ２D 設計 構造計算 （外部委託 実験 ヤマカンなど） 製作 （加工法の適正化） 組み付け （組みつけ干渉） （）内が成り立たないと設計まで戻る 3D 設計 (構造計算 組み付け干渉 加工法の適正化） 製作 組み付け 100%まで行かないが戻りは少なくなる ↑ 一般的に言われていること つづく >>素朴な疑問。当社で製作してるのに計算出来ない？ >>最初はどうやって設計したんだろう？ ヤマカンだったり トライアンドエラー （実験場は市場） ２Dの時代はそんなもの ちょっと前の３Dは 外部にCAEを委託して 一回数十万取られる 結局わけのわからん解析結果が出てきて ふーんで終わる 今は３DにCAEが組み込まれているので 解析しながら設計できる つづき ３Dの導入の最大の難関は ３Dを使ったことがないので 使ったとしても操作方法が違うので 時間がかかると思われていること ２D → 紙図 ３D → ２D → 紙図 ↑ 1工程増えるので 時間がかかると思われている 上司に説明するために工数を勘定するしたが 前提条件 単純なリブ付きブラケット 切り穴2つ 長穴2つ 3面図 画面操作 zoom や pan などは勘定しない 寸法を入れる前まで で勘定したが ２Dで 93工程 ３Dで 53工程 まあ、書き方によってばらつきがあるけど これだけ差が出る ３Dの場合6面は一瞬でできる ２Dは面数が増えればまた時間がかかる ヒストリー系の３Dの場合 パラメータを変えるだけで 板厚や穴径等変わるが ↑ ２Dでもストレッチで… と思われるが 組図の場合 ストレッチした後 陰影処理 別の面も変えないといけないが ３Dの場合パラメータ一個変えるだけで すべての図面が自動的に変わる ←過信はできないが という具合に 実は３Dのほうが時間がかからない その間に、CAE や 資料のまとめができる と３Dから２Dに戻って実感しました 小一時間陰影処理して ああ、３Dなら、一瞬なのに... とここんとこ、ぐちぐち言ってます
お礼
早速の回答ありがとう御座います。 解析ソフトですか？ 最後の手段として考えておりました。 かなり高価なため、簡易計算ができなかった場合は 保有している外部の業者に依頼してみます。
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