JP2003145374A - 工作機械 - Google Patents

工作機械

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JP2003145374A
JP2003145374A JP2001349811A JP2001349811A JP2003145374A JP 2003145374 A JP2003145374 A JP 2003145374A JP 2001349811 A JP2001349811 A JP 2001349811A JP 2001349811 A JP2001349811 A JP 2001349811A JP 2003145374 A JP2003145374 A JP 2003145374A
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Akira Watanabe
亮 渡邉
Kensuke Ide
健介 井手
Tetsuo Ichikizaki
哲雄 市来崎
Seiji Horiuchi
聖二 堀内
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造体に対し移動体が駆動系により相対移動
する際に発生する構造体の振動を効果的に抑制して、時
間平均した切削速度を上げて生産性を向上させることが
できる工作機械を提供する。 【解決手段】 ベッド１上に滑り又は転がりの案内面を
有した案内部材４介して直線移動可能なテーブル本体３
と、該テーブル本体３を前記案内面に沿って移動させる
ボールねじ５等を有した駆動系と、を備えた工作機械に
おいて、前記テーブル本体３の重心Ｇの位置を中心とし
た点対称位置に前記案内部材４を一対、および前記テー
ブル本体３の重心Ｇの位置を中心とした点対称位置に前
記ボールねじ５等の駆動系を一対、あるいは重心Ｇの位
置に前記ボールねじ５等の駆動系を１セット設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークテーブルと
工具主軸とを相対的に移動制御することによって加工を
行うマシニングセンタ等の工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】マシニン
グセンタ等の工作機械においては、ベッドやフレーム等
の構造体上に滑り又は転がりの案内面を介してテーブル
や主軸ヘッド等の移動体が直線移動可能に支持され、前
記案内面方向に相対運動を起こす駆動系により駆動（相
対移動）されるようになっている。
【０００３】この種工作機械では、案内面と移動体の重
心との位置関係は考慮されず、移動体の重心位置と案内
面とが移動方向と平行な同一平面内にはなく、比較的離
れた位置にあるため、移動体が駆動系により相対移動を
開始する時、又は相対移動を停止する時に、移動体の慣
性力と構造体に生じる前記駆動系による反力とにより、
構造体を変形させる曲げの加振力が大きくなって振動が
発生し易いという不具合があった。
【０００４】前記振動が収束しないうちに加工を開始す
ると、ワークの表面（加工）精度が悪化するため、従来
では、移動体が相対移動を開始する時、又は相対移動を
停止する時の加，減速度を緩めるか又は振動が収束する
まで待って移動体を移動させていた。このため、時間平
均した切削速度を上げて生産性を向上させることができ
ないという問題点があった。
【０００５】尚、工作機械において、高い加，減速度を
達成する技術が、例えば特開平８−３１８４４５号公報
や特開平１１−２３５６３１号公報で提案されている。
前者はボックスフレーム工作機械にリニアモータを使用
することにより、リニアモータをボックスフレーム工作
機械全体に亙って分布させて種々の移動軸線のまわりに
力を釣り合わせられるようにして、可動部材の設計に融
通性を得るものである。後者は主軸側第１及び第２スラ
イドの移動方向の何れにも直交する方向の移動はワーク
テーブルの移動として与えることにより、主軸側第１ス
ライドを駆動する一対の駆動機構には、この第１スライ
ド上で工作物に向かって進退する工具主軸がどのような
位置をとるときでも均等の送り負荷が作用するようにし
たものである。このように両者とも、一対の案内面と移
動体の重心との位置関係を考慮したものではない。従っ
て、上述した問題点は依然として残っている。
【０００６】本発明は、前記従来の工作機械に関わる諸
問題に鑑み提案されたもので、構造体に対し移動体が駆
動系により相対移動する際に発生する構造体の振動を効
果的に抑制して、時間平均した切削速度を上げて生産性
を向上させることができる工作機械を提供することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１に係る発明の工作機械は、構造体上に滑り
又は転がりの案内面を介して直線移動可能な移動体と、
該移動体を前記案内面に沿って移動させる駆動系と、を
備えた工作機械において、前記移動体の重心位置を中心
とした点対称位置に前記案内面を少なくとも一対、およ
び前記移動体の重心位置を中心とした点対称位置に前記
駆動系を一対あるいは前記移動体の重心位置に一致する
位置に前記駆動系を１軸設けたことを特徴とする。
【０００８】また、請求項２に係る発明の工作機械は、
前記移動体の重心位置と前記一対の案内面と前記駆動系
とを、前記移動体の移動方向に平行な同一平面内に設置
したことを特徴とする。
【０００９】また、請求項３に係る発明の工作機械は、
前記駆動系の移動体支持点を、前記移動体の重心位置を
とおりかつ同移動体の移動方向ベクトルを持つ直線上に
一つ又は複数設置したことを特徴とする。
【００１０】また、請求項４に係る発明の工作機械は、
前記駆動系の移動体支持点を、前記移動体の重心位置を
含みかつ同移動体の移動方向軸線に直角な平面内に少な
くとも一対の位置であって前記一対の位置の中点が前記
移動体の重心位置となる位置に設置したことを特徴とす
る。
【００１１】また、請求項５に係る発明の工作機械は、
前記案内面は、断面矩形の移動体の対角線上に四つ設置
されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る工作機械を実
施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】［実施例］図１は本発明の一実施例にかか
る横形マシニングセンタの概略斜視図、図２は縦断側面
図、図３は図２のIII-III 線断面図、図４は図３のIV-I
V 線断面図、図５は図２のV-V 線断面図、図６はラック
−ピニオン部の拡大断面図、図７は本発明の各種模式
図、図８は主軸ヘッドのＸ軸カウンタウェイトの作用説
明図である。
【００１４】図１乃至図５に示すように、ベッド（構造
体としての）１の後部には門型のコラム２が一体的に立
設されて横形マシニングセンタを構成している。前記ベ
ッド１上には、テーブル本体（移動体としての）３が、
滑り又は転がりの案内面を有する左右一対の案内部材４
を介して、同じく左右一対のボールねじ５により前後方
向（Ｚ軸方向）へ移動可能に配設される。図中６がボー
ルねじ５のサーボモータである。テーブル本体３には、
図示しないワークを載置した回転テーブル７を回動可能
に支持するチルトテーブル８が傾倒可能に組付け・支持
されている。
【００１５】そして、本実施例では、前記左右一対の案
内部材４及びボールねじ５とテーブル本体３の重心とが
前記テーブル本体の移動方向に平行な同一平面内に設け
られると共に、前記左右一対の案内部材４間及びボール
ねじ５間の中点が前記テーブル本体３の重心位置となる
ように設けられる。
【００１６】即ち、図７の（ｂ）に示すように、テーブ
ル本体３の重心Ｇの位置を含み同テーブル本体３の移動
方向に平行な第１平面Ａ内であって、かつ同テーブル本
体３の両側に近接するように、ベッド１上に左右一対の
案内部材４の案内面を、同テーブル本体３の重心Ｇと前
記案内面との距離が互いに等しい位置に設けると共に、
同テーブル本体３側における前記ボールねじ５のナット
部（駆動力の支持点）９を前記テーブル本体３の重心Ｇ
の位置を含み同テーブル本体３の移動方向の軸線に直角
な第２平面Ｂ内の一対の位置であって前記一対の位置の
中点が前記テーブル本体３の重心Ｇの位置となる位置に
設置されるのである。
【００１７】尚、図示例では、前記左右一対のボールね
じ５のナット部（駆動力の支持点）９も案内部材４及び
テーブル本体３の重心と共に第１平面Ａ内に設けられて
いるが、前記第２平面Ｂ内の前記テーブル本体３の重心
Ｇの位置を中心とする点対称位置なら何処でも良い。
【００１８】また、図７の（ａ）に示すように、一本の
ボールねじ５で駆動可能な条件下では、テーブル本体３
側における前記ボールねじ５のナット部（駆動力の支持
点）９を前記テーブル本体３の重心Ｇの位置を含み同テ
ーブル本体３の移動方向の方向ベクトルを持つ直線Ｃ上
に設置するようにしても良い。
【００１９】前記門型のコラム（構造体としての）２内
には、ボックス状のサドル（移動体としての）１０が、
左，右両側で且つ前後一対の案内部材（滑り又は転がり
の案内面を有する）１１を介して、左右一対のボールね
じ１２により上下方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に配設さ
れる。
【００２０】この場合における左右一対のボールねじ１
２の図示しないナット部（駆動力の支持点）は、図７の
（ｂ）における尚書きで説明したように、前記サドル１
０の重心位置を含み同サドル１０の移動方向の軸線に直
角な平面内の一対の位置であって前記一対の位置の中点
が前記サドル１０の重心位置となることを満たす位置に
設置される。
【００２１】また、前記四本の案内部材１１は、平面視
で、前記サドル１０の重心位置を交点とする対角線上の
前記重心位置からの距離が互いに等しい位置にそれぞれ
設けられる。
【００２２】前記ボックス状のサドル１０（構造体とし
ての）内には、主軸ヘッド（移動体としての）１５が、
上，下両側で且つ前後一対の案内部材（滑り又は転がり
の案内面を有する）１６を介して、前後一対のボールね
じ１７により左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に配設さ
れる。
【００２３】この場合における前後一対のボールねじ１
７の図示しないナット部（駆動力の支持点）は、図７の
（ｂ）における尚書きで説明したように、前記主軸ヘッ
ド１５の重心位置を含み同主軸ヘッド１５の移動方向の
軸線に直角な平面内の一対の位置であって前記一対の位
置の中点が前記主軸ヘッド１５の重心位置となることを
満たす位置に設置される。
【００２４】また、前記四本の案内部材１６は、側面視
で（図２参照）、前記主軸ヘッド１５の重心位置を交点
とする対角線上の前記重心位置からの距離が互いに等し
い位置にそれぞれ設けられる。
【００２５】図中１８はコラム２の上面部に設置された
工具マガジンで、１９は同じくコラム２の前面部に設置
された工具交換アームである。
【００２６】そして、本実施例では、図３に示すよう
に、前記コラム２の左，右両側壁外面にＹ軸カウンタウ
ェイト２０が前後一対の案内部材２１（図１参照）を介
してＹ軸方向に移動可能に設けられ、前記左，右両側壁
部に枢支されたピニオン２２ａ，２２ｂと前記サドル１
０の左，右両側壁外面及びＹ軸カウンタウェイト２０内
面に刻設されたラック２３ａ，２３ｂとの噛み合いで前
記サドル１０の移動方向と反対方向にＹ軸カウンタウェ
イト２０が移動可能になっている。即ち、前記Ｙ軸カウ
ンタウェイト２０により前記サドル１０のＹ軸方向の移
動の際の重量バランスが図られるのである。
【００２７】また、図２及び図３に示すように、前記サ
ドル１０の上，下両壁外面にＸ軸カウンタウェイト２５
が左右方向に長い案内凹部２６を介してＸ軸方向に移動
可能に設けられ、前記上，下両壁部に枢支されたピニオ
ン２７ａ，２７ｂと前記主軸ヘッド１５の上，下両面及
びＸ軸カウンタウェイト２５内面に刻設されたラック２
８ａ，２８ｂとの噛み合いで前記主軸ヘッド１５の移動
方向と反対方向にＸ軸カウンタウェイト２５が移動可能
になっている。
【００２８】図示例では、前記ピニオン２７ａ，２７ｂ
がサドル１０の左右方向中央部に設けられ、このピニオ
ン２７ａ，２７ｂに主軸ヘッド１５側のラック２８ａの
左右方向中央部が噛み合った場合には、前記Ｘ軸カウン
タウェイト２５側のラック２８ｂもその左右方向中央部
で噛み合うようになっている。
【００２９】従って、図８に示すように、主軸ヘッド１
５の両側のＸ軸カウンタウェイト２５の質量を主軸ヘッ
ド１５の質量の１／２にそれぞれ設定することで、主軸
ヘッド１５をボールねじ１７を介してサーボモータ２９
によりＸ軸方向（図中左右方向）に移動させる際には、
Ｘ軸カウンタウェイト２５のパッシブな逆相作動が得ら
れ、加振力が相殺されるというダンパー作用が得られる
ことになる。また、前述したように、前記ピニオン２７
ａ，２７ｂに対する主軸ヘッド１５側のラック２８ａと
Ｘ軸カウンタウェイト２５側のラック２８ｂとの噛み合
い位置の設定により、主軸ヘッド１５がＸ軸方向に移動
してもそのＸ軸方向の重心位置は不変（一定）となる。
【００３０】また、前記ピニオン２２ａ，２２ｂ及びピ
ニオン２７ａ，２７ｂの中、少なくともピニオン２７
ａ，２７ｂとこれと噛み合うラック２８ａ，２８ｂは、
図６に示すように、はすば歯車とはすばラックで形成さ
れる。そして、ピニオン２７ａ，２７ｂは回転軸心方向
にそれぞれ二分割され、その内の一方が皿ばね３３によ
り常時内方へ付勢されて、歯車の噛み合いによるバック
ラッシを解消し得るようになっている。
【００３１】このように構成されるため、加工の際にお
ける主軸ヘッド１５の位置制御は、それ自身のＸ軸方向
への移動と、サドル１０のＹ軸方向への移動により行わ
れる。
【００３２】この際、主軸ヘッド１５及びサドル１０
は、前述したように、それらの重心を中心とした点対称
位置に配設した各二対の案内部材１６，１１でガイドさ
れつつ同じくそれらの重心を中心とした点対称位置に配
設した一対のボールねじ１７，１２を介して駆動される
ので、移動を開始する時又は停止する時の、主軸ヘッド
１５及びサドル１０の慣性力とこれらを支持するサドル
１０及びコラム２に生じる前記ボールねじ１７，１２駆
動による反力とが低減される。
【００３３】また、前記主軸ヘッド１５においては、前
述したように、Ｘ軸カウンタウェイト２５の逆相作動に
より、加振力が相殺されると共にＸ軸方向の重心位置が
不変となる。一方、前記サドル１０においては、前述し
たように、Ｙ軸カウンタウェイト２０の逆相作動によ
り、重力バランスが図られる。
【００３４】これにより、サドル１０及びコラム２を変
形させる曲げの加振力が大幅に低減され、主軸ヘッド１
５のＸ軸方向への移動とサドル１０のＹ軸方向への移動
の際の振動が効果的に抑制される。因みに、主軸ヘッド
１５がＸ軸方向へ移動する際にその重心位置が不変とな
ることで、サドル１０のＹ軸方向への移動の際には、左
右一対のボールねじ１２に対し常に均等に加重がかかる
のである。
【００３５】また、加工の際における回転テーブル７上
のワークの位置制御は、回転テーブル７の回転とチルト
テーブル８の傾倒に加えて、テーブル本体３のＺ軸方向
への移動（送り）により行われる。
【００３６】この際、テーブル本体３は、前述したよう
に、その重心Ｇと同一平面内でかつ重心Ｇから左右に等
距離の位置に配設された一対の案内部材４及びボールね
じ５で駆動されるので、移動を開始する時又は停止する
時の、テーブル本体３の慣性力とこれを支持するベッド
１に生じる前記ボールねじ５駆動による反力とが低減さ
れる。
【００３７】これにより、ベッド１を変形させる曲げの
加振力が大幅に低減され、テーブル本体３のＺ軸方向へ
の移動の際の振動が効果的に抑制される。
【００３８】これらの結果、本マシニングセンタにあっ
ては、時間平均した切削速度を上げて生産性を向上させ
ることができると共に、主軸ヘッド１５を内装したサド
ル１０をコラム２内を移動させる際の各種制御が容易に
なる。
【００３９】尚、本発明は上記実施例に限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であるこ
とはいうまでもない。例えば、駆動系はボールねじ及び
サーボモータに限らず他の手段を用いても良い。案内部
材もリニアガイド等を用いても良い。
【００４０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように請求項１に
係る発明の工作機械によれば、構造体上に滑り又は転が
りの案内面を介して直線移動可能な移動体と、該移動体
を前記案内面に沿って移動させる駆動系と、を備えた工
作機械において、前記移動体の重心位置を中心とした点
対称位置に前記案内面を少なくとも一対、及び、前記移
動体の重心位置を中心とした点対称位置に前記駆動系を
一対あるいは前記移動体の重心位置に一致する位置に前
記駆動系を１軸設けたので、構造体に対し移動体が駆動
系により相対移動する際に発生する構造体の振動を効果
的に抑制して、時間平均した切削速度を上げて生産性を
向上させることができる。
【００４１】また、請求項２に係る発明の工作機械は、
前記移動体の重心位置と前記一対の案内面と前記駆動系
とを、前記移動体の移動方向に平行な同一平面内に設置
したので、請求項１に係る発明の効果をより一層高めら
れる。
【００４２】また、請求項３に係る発明の工作機械は、
前記駆動系の移動体支持点を、前記移動体の重心位置を
とおりかつ同移動体の移動方向ベクトルを持つ直線上に
一つ又は複数設置したので、駆動系の設置条件に容易に
対応できる。
【００４３】また、請求項４に係る発明の工作機械は、
前記駆動系の移動体支持点を、前記移動体の重心位置を
含みかつ同移動体の移動方向軸線に直角な平面内に少な
くとも一対の位置であって前記一対の位置の中点が前記
移動体の重心位置となる位置に設置したので、駆動系の
設置条件に容易に対応できる。
【００４４】また、請求項５に係る発明の工作機械は、
前記案内面は、断面矩形の移動体の対角線上に四つ設置
されるので、請求項１に係る発明の効果をより一層高め
られると共に案内部材の設置条件に容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる横形マシニングセン
タの概略斜視図である。
【図２】縦断側面図である。
【図３】図２のIII-III 線断面図である。
【図４】図３のIV-IV 線断面図である。
【図５】図２のV-V 線断面図である。
【図６】ラック−ピニオン部の拡大断面図である。
【図７】本発明の各種模式図である。
【図８】主軸ヘッドのＸ軸カウンタウェイトの作用説明
図である。
【符号の説明】
１ ベッド ２ コラム ３ テーブル本体 ４ 案内部材 ５ ボールねじ ６ サーボモータ ７ 回転テーブル ８ チルトテーブル ９ ナット部 １０ サドル １１ 案内部材 １２ ボールねじ １５ 主軸ヘッド １６ 案内部材 １７ ボールねじ １８ 工具マガジン １９ 工具交換アーム ２０ Ｙ軸カウンタウェイト ２１ 案内部材 ２２ａ,２２ｂ ピニオン ２３ａ,２３ｂ ラック ２５ Ｘ軸カウンタウェイト ２６ 案内凹部 ２７ａ,２７ｂ ピニオン ２８ａ,２８ｂ ラック ３０ Ｚ軸カウンタウェイト ３１ 案内部材 ３３ 皿ばね Ａ 第１平面 Ｂ 第２平面 Ｃ テーブル本体の移動方向の方向ベクトルを持つ直線 Ｇ テーブル本体のベッドの重心
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１月１７日（２００２．１．１
７）
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
フロントページの続き (72)発明者 市来崎 哲雄 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 堀内 聖二 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 Ｆターム(参考） 3C048 BC01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 構造体上に滑り又は転がりの案内面を介
    して直線移動可能な移動体と、該移動体を前記案内面に
    沿って移動させる駆動系と、を備えた工作機械におい
    て、前記移動体の重心位置を中心とした点対称位置に前
    記案内面を少なくとも一対、及び、前記移動体の重心位
    置を中心とした点対称位置に前記駆動系を一対あるいは
    前記移動体の重心位置に一致する位置に前記駆動系を１
    軸設けたことを特徴とする工作機械。
  2. 【請求項２】 前記移動体の重心位置と前記一対の案内
    面と前記駆動系とを、前記移動体の移動方向に平行な同
    一平面内に設置したことを特徴とする請求項１記載の工
    作機械。
  3. 【請求項３】 前記駆動系の移動体支持点を、前記移動
    体の重心位置をとおりかつ同移動体の移動方向ベクトル
    を持つ直線上に設置したことを特徴とする請求項１又は
    ２記載の工作機械。
  4. 【請求項４】 前記駆動系の移動体支持点を、前記移動
    体の重心位置を含みかつ同移動体の移動方向軸線に直角
    な平面内に少なくとも一対の位置であって前記一対の位
    置の中点が前記移動体の重心位置となる位置に設置した
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械。
  5. 【請求項５】 前記案内面は、断面矩形の移動体の対角
    線上に四つ設置されることを特徴とする請求項１、３又
    は４記載の工作機械。
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