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工作機械の浮き上がり現象と防止対策 | ジュンツウネット21

工作機械の浮き上がり現象と防止対策について解説します。工作機械には基準面とその上を可動する可動面(しゅう動面)の組み合わせがあります。可動面は基準面に沿って正しく動くことが望ましいのですが,基準面と可動面が離れる場合があり,これを「浮き上がり」と言います。

工作機械の“浮き上がり”現象と防止対策

工作機械における“浮き上がり”現象の発生原因およびその防止策をご教示下さい。浮き上がり現象に対しては工作機械だけの対応では限界があり潤滑油改良の必要性があると聞きますがあわせてご説明下さい。
解説します。

1. 工作機械における「浮き上がり」

工作機械には基準面とその上を可動する可動面(しゅう動面)の組み合わせが必ずあります。工作機械の役割上,可動面は基準面に沿って正しく動くことが望ましいのですが,いろいろな要因で基準面と可動面が離れる場合があり,これを「浮き上がり」と言っています。ここでは潤滑油に関連した「浮き上がり」について取り上げ紹介します。

2. いろいろな「浮き上がり」現象

工作機械で生じる「浮き上がり」を大別すると次の3つになります。

(1)移動時に起こる「浮き上がり」
 しゅう動面の形,方式によっては移動の際に可動部が浮き上がることがあります。とりわけ早送りなど高速で移動する場合に顕著になります。

(2)給油時に起こる「浮き上がり」
 すべり特性と耐摩耗性を良好に保つためしゅう動面と基準面間には潤滑油を定期的に供給することが一般的ですが,供給する際に可動部が浮き上がる場合があります。

(3)加工時に起こる「浮き上がり」
 工作機械は,「物を除去すること」がその役割ですので,加工の際には力(切削力)が機械に作用します。加工方法,加工量,加工条件などによっては浮き上がりが大きく発生することがあります。

3. 原因とその対策

(1)移動時に起こる「浮き上がり」

しゅう動面と基準面間には一般的に潤滑油が供給されています。油が介在し可動部が移動することにより油膜が形成され,しかも時によっては高い圧力となることから可動部が浮き上がります。特に送り速度が早い(早送り)場合や移動距離が長い場合には油膜が厚くかつ高い圧力となりやすくこの現象が起こります。

この浮き上がりを防止するためには給油量を油切れしない程度の最小量とし,さらに油の排出性を良好にするような排出溝を設けるなどのくふうを施します。

(2)給油時に起こる「浮き上がり」

工作機械にはしゅう動部が多くかつ1つのしゅう動面に対し何ヵ所にも潤滑油を供給する必要があることから給油個所が数10に及ぶことが一般的です(図1)。このような数多くの給油個所の先端までまんべんなく油を供給するためにはポンプの吐出圧力を高めざるを得ない場合があります。しかも給油個所の途中には分配器を設け潤滑油を分岐供給しますが,この分配器の種類によっては必要以上に圧力が高くなるものがあります(図2)。このような場合にはポンプが作動した時に浮き上がりが発生します。

この浮き上がりを防止するには,圧力上昇が少なくかつ定量の油がゆきわたるような分配器を選定することがポイントになります。

給油配管例
図1 給油配管例
分圧器の違いによる圧力上昇例
図2 分圧器の違いによる圧力上昇例

(3)加工時に起こる「浮き上がり」

加工の際には加工力(切削力)が発生しワークに対する工具(機械)側にも作用・反作用の原理で力が作用します。切削力は切削の種類,切削量によって時には数トンに及ぶ場合があり,そのような大きな力で機械が図3の例のような形で浮き上がることがあります。この浮き上がりを防ぐため一般的には“ギブ”と言われる“押さえ”を可動部の下側に配置するしゅう動構造を採用しています(図4)。

しかしギブは構造上面積が小さいことから,大きな切削力が発生した時には面圧が高くなり油切れを起こす恐れがあります。そのためギブには油切れを起こさないような特別の溝や供給方法などをくふうしています。

加工時の浮上がり
図3 加工時の浮上がり
切削力による浮上がり防止対策
図4 切削力による浮上がり防止対策

4. まとめ

最近の工作機械では特に無人(自動)で高精度,高速に加工することを求められることが多くなってきています。従来,問題とならなかった「浮き上がり」現象でも最近では無視できなくなってきたため工作機械の各メーカはいろいろな対策を施しています。

しかし今後さらに早い送り速度で高精度な加工を求められた場合,工作機械メーカだけの対応では限界があり,潤滑油の見直し,改良など潤滑油メーカの対応も必要となると考えられます。

ブルカージャパン ナノ表面計測事業部

アーステック



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