エンジニアのための技術講座

ローコストオートメーション講座

掲載日:2013年02月15日

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第531回 自動化ノウハウ編:自動化機器の大型化対応設計-2

1)グラナイト石材の特徴

・大型XYテーブルの素材に採用したグラナイト石材は、1.経時変化が極めて小さい、2.熱膨張率が小さい、3.振動減衰性がある、など長所がある反面、材料強度が金属に比べて小さいために曲げ剛性が弱い短所がある。

・したがって、開発技術として、グラナイト石材を用いた高剛性化構造の考案が必要となった。以下では、大型テーブルの高剛性化構造について解説した。

2)大型化対応設計の高剛性化構造について

・一般的な加工寸法(加工エリア:A4~A3サイズ程度)の場合のXYテーブルの直線案内の構造図を図1に示した。空気静圧軸受を採用しているため、図1のような軸受形状となっている。

【図1】2レール案内構造の小型駆動テーブル

・この構造のままで大型化すると、2本の軸受の間のテーブル面が荷重で無視できない変形を生じるため次の問題が生じる。

(1)直線運動の誤差
(2)テーブル面の変形による加工の曲がり
(3)テーブル面の変形により空気軸受が不安定となり振動を生じる

・この場合、駆動テーブル中央での変形量(たわみ)は2本の案内間の距離の3乗に比例して大きくなる(図2)。

y=W・L3/48E/I    W:荷重、 L:はりの長さ、 E:ヤング率、 I:断面二次モーメント

【図2】両端支持梁モデルの荷重とたわみの関係

・この事例では、テーブル自重によるたわみを極小化するため、2本のしゅう動案内間の中央に補助的な1軸案内を増設する構造を採用している(図3)。

・この中央部の補助軸受は、直線運動に対する軸受機能はなく可動テーブルを下面から保持する作用のみ持たせる構造を採用し高剛性化構造としている。

・更に、大型自動機の場合には基礎床の平坦精度や僅かな傾き変動などが組付け精度に大きく影響するため注意が必要。

【図3】補助レールを持つ3レール案内構造の大型駆動テーブル

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