JP2004142035A - 工作機械 - Google Patents

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Kenichi Kawahara
川原 賢一
Hideki Araya
新家 秀規
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Abstract

【課題】静圧滑り案内面によって案内される移動体の姿勢を所定状態に保持することができる工作機械を提供する。
【解決手段】ベッド10に立設されたコラム20の前面側に、主軸ヘッド30が昇降可能に支持された立形マシニングセンタであり、ベッド10におけるコラム20の前方側には、Y軸方向に移動可能にサドル40が設置されていると共に、このサドル40には、X軸方向に移動可能にテーブル50が設置されている。主軸ヘッド30を案内する静圧滑り案内面は、主軸ヘッド30に配設されたスライドレール31と、コラム20の前面に配設されたスライドガイド21とからなり、スライドガイド21によって形成されるコラム20側の滑り案内面には、その下端部に、加圧油が供給されるポケットが形成されており、このポケットへの加圧油の供給圧を、最上位置からの主軸ヘッド30の降下量に応じて、徐々に高くするようにした。
【選択図】    図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、マシニングセンタや旋盤、研削盤のように、対向する滑り案内面間に加圧油や加圧空気等の加圧流体が供給される静圧すべり案内面によって案内しながら、主軸ヘッドやテーブル等の移動体を移動させるようにした工作機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、図5(a)に示すような立形マシニングセンタ60では、主軸ヘッド63が、ベッド61上に立設されたコラム62の前面に、静圧滑り案内面を介して、Z軸方向に昇降可能に支持されており、コラム62に定位置回転可能に支持されたボールねじ64と、このボールねじ64に螺合する、主軸ヘッド63に取り付けられたボールナット65と、ボールねじ64の回転駆動モータ66とからなる昇降駆動機構によって、主軸ヘッド63をZ軸方向に昇降させることができるようになっている。
【0003】
前記静圧滑り案内面は、コラム62の前面に取り付けられた、一方の滑り案内面を構成するスライドレール67と、主軸ヘッド63に取り付けられた、他方の滑り案内面を構成するスライドガイド68とを備えており、スライドガイド68側の滑り案内面に形成されたポケットに所定圧の加圧油を常時供給することによって、スライドレール67とスライドガイド68との間の摺動抵抗を抑え、主軸ヘッド63をスライドレール67に沿って滑らかに昇降させることができるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特公昭46−28578号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような立形マシニングセンタ60では、主軸ヘッド63を降下させると、同図(b)に示すように、スライドガイド68の下端部がスライドレール67の下端部から下方側に張り出した状態となり、ボールねじ64に螺合しているボールナット65を回転中心として主軸ヘッド63に回転モーメントが加わるので、スライドレール67とスライドガイド68との間の隙間分だけ、主軸ヘッド63の下端部がボールねじ64側に傾斜したり、スライドレール67の下端部がボールねじ64側に湾曲変形し、その結果、主軸ヘッド63の下端部がボールねじ64側に傾斜するといった問題がある。
【0006】
かかる問題を解決するためには、スライドレール67とスライドガイド68との間の隙間(滑り案内面間の隙間)を小さくして剛性を高めたり、主軸ヘッド63が降下した場合でも、スライドガイド68の下端部がスライドレール67の下端部から下方側に張り出さないように、スライドレール67をさらに下方側に延すことが考えられる。
【0007】
しかしながら、スライドレール67とスライドガイド68との間の隙間を小さくして剛性を高めると、摺動抵抗が大きくなって、主軸ヘッド63を円滑に昇降させることができなくなるといった新たな問題が発生する。
【0008】
また、自動工具交換装置を並設して主軸への工具の着脱を自動的に行おうとすると、主軸ヘッド63の直下に工具交換アーム(図示せず)が進入しなければならないので、こういった工具交換アームとの干渉を避けるために、必ずしも、所望の高さ位置までスライドレール67を延すことができない場合もある。
【0009】
そこで、この発明の課題は、静圧滑り案内面によって案内される移動体の姿勢を所定状態に保持することができる工作機械を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記の課題を解決するため、請求項1にかかる発明は、対向する滑り案内面間に加圧流体が供給される静圧滑り案内面によって案内しながら、移動体を移動させるようにした工作機械において、前記静圧滑り案内面を構成しているいずれか一方の前記滑り案内面には、その滑り方向の一方の端部に独立したポケットが形成されており、基準位置からの前記移動体の移動量に応じて、前記ポケットへの加圧流体の供給圧を連続的に変化させるようにしたことを特徴とする工作機械を提供するものである。
【0011】
以上のように、この工作機械では、静圧滑り案内面を構成しているいずれか一方の滑り案内面に、その滑り方向の一方の端部に独立したポケットを形成し、基準位置からの移動体の移動量に応じて、そのポケットへの加圧流体の供給圧を連続的に変化させるようにしたので、例えば、何らかの要因によって、一方側に移動するに従って移動体の姿勢が、その移動方向に変化するような場合には、加圧流体の供給圧を適宜調整することによって、その姿勢の変化を最小限に抑えることができる。特に、この工作機械では、ポケットへの加圧流体の供給圧を連続的に変化させるようにしているので、移動体の姿勢が段階的に修正されることがなく、全ストロークにわたって、移動体の姿勢を一定に保持することができる。
【0012】
具体的には、請求項2にかかる発明のように、対向する滑り案内面間に加圧流体が供給される静圧滑り案内面によって案内しながら、主軸ヘッドを昇降させるようにした工作機械において、前記静圧滑り案内面を構成しているいずれか一方の前記滑り案内面には、その下方側または上方側に独立したポケットが形成されており、前記ポケットへの加圧流体の供給圧を、前記主軸ヘッドの降下量に応じて、徐々に高くするようにしておくと、主軸ヘッドを降下させることによって、主軸ヘッド側の滑り案内面の下端部が対向する他方の滑り案内面の下端部から下方側に張り出した状態となっても、主軸ヘッド側の滑り案内面に形成されたポケットに常時一定圧の加圧油を供給している従来の工作機械のように、主軸ヘッドの下端部が傾斜することがなく、一定の姿勢に保持した状態で、主軸ヘッドを滑らかに昇降させることができる。
【0013】
特に、この工作機械では、滑り案内面に形成されたポケットに供給する加圧流体を、主軸ヘッドの降下量に応じて、徐々に(連続的に)高くするようにしているので、主軸ヘッドの姿勢が段階的に修正されることがなく、全ストロークにわたって、主軸ヘッドを一定の姿勢に保持することができる。従って、ワークの加工面に段差が生じることがなく、ワークの精密加工が可能になるという効果が得られる。
【0014】
また、主軸ヘッドの移動ストロークが短く、主軸ヘッドが最も降下したときに主軸ヘッド側の滑り案内面が対向する他方の滑り案内面から大きく張り出さないため、滑り案内面が湾曲変形を起こしにくく、対向する滑り案内面間の隙間分だけ、主軸ヘッドが傾斜するような場合は、請求項3にかかる発明の工作機械のように、前記主軸ヘッドの降下量に対する前記ポケットに供給される加圧流体の増圧量を直線的に変化させるようにしておくことが望ましい。
【0015】
これに対して、主軸ヘッドの移動ストロークが長く、主軸ヘッドが最も降下したときに主軸ヘッド側の滑り案内面が対向する他方の滑り案内面から大きく張り出すため、主軸ヘッドが降下すると滑り案内面が湾曲変形を起こしやすく、この滑り案内面の変形に伴って主軸ヘッドが傾斜するような場合は、請求項4にかかる発明の工作機械のように、前記主軸ヘッドの降下量に対する前記ポケットに供給される加圧流体の増圧量を曲線的に変化させるようにしておくことが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図1に示すように、この工作機械1は、ベッド10の後方側に立設されたコラム20の前面側に、主軸ヘッド30が昇降可能に支持された立形マシニングセンタであり、ベッド10におけるコラム20の前方側には、前後方向(Y軸方向)に移動可能にサドル40が設置されていると共に、このサドル40には、左右方向(X軸方向)に移動可能にテーブル50が設置されている。
【0017】
移動体である主軸ヘッド30、サドル40及びテーブル50は、相互に係合する、移動体側の滑り案内面と固定体側の滑り案内面とからなる静圧滑り案内面によって、それぞれの移動方向に案内されており、油圧供給ユニットによって、双方の滑り案内面間の隙間に加圧油が供給されることで、双方の滑り案内面間に発生する摺動抵抗が抑えられるようになっている。
【0018】
主軸ヘッド30をZ軸方向に案内する静圧滑り案内面は、図3に示すように、主軸ヘッド30に配設された2本のスライドレール31によって移動体側の滑り案内面32、33が形成されており、コラム20の前面に配設された、各スライドレール31に嵌合するスライドガイド21によって固定体側の滑り案内面22、23が形成されている。
【0019】
主軸ヘッド30をZ軸方向に昇降させる昇降駆動機構は、図2(a)に示すように、コラム20に定位置回転可能に支持されたボールねじ24と、このボールねじ24の回転駆動モータ25と、ボールねじ24に螺合する、主軸ヘッド30に取り付けられたボールナット34とから構成されており、主軸ヘッド30が最も降下した状態では、同図(b)に示すように、スライドレール31の下端部がスライドガイド21の下端部から下方側に張り出すようになっている。
【0020】
スライドガイド21によって形成される滑り案内面22は、図4(a)に示すように、その上端部及び下端部にそれぞれ形成されたポケット22a、22bと、このポケット22a、22bを取り囲むように形成された油溝22cとを備えており、各ポケット22a、22bには、常時、0.5MPaの加圧油がそれぞれ供給されるようになっている。
【0021】
また、スライドガイド21によって形成される滑り案内面23には、同図(b)に示すように、その下端部に形成された、加圧油が供給される独立したポケット23aと、このポケット23aを取り囲むように形成された油溝23bとを備えており、このポケット23aへの加圧油の供給圧は、0.5MPaから1.0MPaまで、最上位置からの主軸ヘッド30の降下量に比例して、上昇するようになっている。
【0022】
即ち、主軸ヘッド30のZ軸ストロークをS(350mm)、主軸ヘッド30が最上位置に位置しているときの加圧油の供給圧をP1(0.5MPa)、主軸ヘッド30が最下位置に位置しているときの加圧油の供給圧をP2(1.0MPa)、主軸ヘッド30の最上位置からの降下量をSdとすると、そのときの加圧油の供給圧Pdは、数1に示す式によって算出される。
【0023】
【数1】
Figure 2004142035
【0024】
以上のように、この工作機械1では、静圧滑り案内面を構成しているスライドガイド21の滑り案内面22の上端部及び下端部にポケット22a、22bを形成すると共に、スライドガイド21の滑り案内面23の下端部に独立したポケット23aを形成し、ポケット22a、22bへの加圧油の供給圧を一定に保持した状態で、最上位置からの主軸ヘッド30の降下量に比例して、ポケット23aへの加圧油の供給圧を上昇させるようにしたので、主軸ヘッド30が降下することによって、図2(a)に示すように、スライドレール31の下端部がスライドガイド21の下端部から下方側に張り出すような状態、即ち、主軸ヘッド30の下端部が下方側に突出した状態になっても、主軸ヘッド30に加わる回転モーメントと静圧滑り案内面(滑り案内面23に形成されたポケット23a)への加圧油の供給圧とがバランスすることによって、主軸ヘッド30の下端部が後方側(コラム20側)に傾斜することがなく、常に、一定の姿勢に保持した状態で、主軸ヘッド30を滑らかに昇降させることができる。
【0025】
特に、この工作機械1では、滑り案内面23に形成されたポケット23aに供給する加圧油を、主軸ヘッド30の降下量に応じて、徐々に(連続的に)高くするようにしているので、主軸ヘッド30の姿勢が段階的に修正されることがなく、全ストロークにわたって、主軸ヘッド30を一定の姿勢に保持することができる。従って、ワークの加工面に段差が生じることがなく、ワークの精密加工が可能になるという効果が得られる。
【0026】
なお、上述した実施形態では、主軸ヘッド30の移動ストロークが短く、主軸ヘッド30が最も降下したときに主軸ヘッド30側の滑り案内面(スライドレール31)がコラム20側の滑り案内面(スライドガイド21)から大きく張り出さないため、コラム20側の滑り案内面(スライドガイド21)が湾曲変形を起こしにくく、対向する滑り案内面間の隙間分だけ、主軸ヘッド30が傾斜する傾向にあるので、主軸ヘッド30の降下量に対するポケット23aに供給される加圧油の増圧量を直線的(比例的)に変化させるようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、主軸ヘッド30の移動ストロークが長く、主軸ヘッド30が最も降下したときに主軸ヘッド30側の滑り案内面(スライドレール31)がコラム20側の滑り案内面(スライドガイド21)から大きく張り出すため、主軸ヘッド30が降下すると、コラム20側の滑り案内面(スライドガイド21)が湾曲変形を起こしやすく、この滑り案内面の変形に伴って主軸ヘッド30が傾斜するような場合は、主軸ヘッド30の降下量に対するポケット23aに供給される加圧油の増圧量を曲線的(例えば、2次関数的、対数的)に変化させるようにしておくことが望ましい。
【0027】
例えば、主軸ヘッド30の降下量に対するポケット23aに供給される加圧油の増圧量を2次関数的に変化させる場合、主軸ヘッド30のZ軸ストロークをS(350mm)、主軸ヘッド30が最上位置に位置しているときの加圧油の供給圧をP1(0.5MPa)、主軸ヘッド30が最下位置に位置しているときの加圧油の供給圧をP2(1.0MPa)、主軸ヘッド30の最上位置からの降下量をSdとすると、そのときの加圧油の供給圧Pdは、数2に示す式によって算出される。
【0028】
【数2】
Figure 2004142035
【0029】
また、上述した実施形態では、スライドガイド21によって形成される滑り案内面23には、その下端部にだけポケット23aを形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、滑り案内面23における、ポケット22aに対応する位置に別途ポケットを形成し、そのポケットには、ポケット22a、22bと同様に、常時、0.5MPaの加圧油を供給するようにしてもよい。
【0030】
また、上述した実施形態では、スライドガイド21における主軸ヘッド30側の滑り案内面22の上端部及び下端部にそれぞれ形成されたポケット22a、22bに一定圧の加圧油を供給しながら、スライドガイド21におけるコラム20側の滑り案内面23の下端部に形成されたポケット23aへの加圧油の供給圧を、主軸ヘッド30の降下量に応じて、徐々に高くするようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、ポケット22b、23aに一定圧の加圧油を供給しながら、ポケット22aへの加圧油の供給圧を、主軸ヘッド30の降下量に応じて、徐々に高くするようにしても、同様の効果を得ることができる。特に、この場合は、スライドガイド21におけるコラム20側の滑り案内面23に、必ずしも、加圧油を供給するためのポケットを形成する必要はない。
【0031】
また、上述した実施形態では、滑り案内面22に形成されたポケット22a、22bへの加圧油の供給圧を0.5MPaに、滑り案内面23に形成されたポケット23aへの加圧油の供給圧を0.5〜1.0MPaに設定しているが、これに限定されるものではなく、各ポケットへの加圧油の供給圧は、主軸ヘッド30の姿勢の変化量等を考慮して適宜設定すればよい。
【0032】
また、上述した実施形態では、スライドガイド21に形成されたポケット22a、22bに加圧油を供給するようにしているが、これに限定されるものではなく、加圧油に代えて、加圧空気を供給するような静圧滑り案内面を採用することも可能である。
【0033】
また、上述した実施形態では、主軸ヘッド30をZ軸方向に案内する静圧滑り案内面を、主軸ヘッド30に配設したスライドレール31と、コラム20の前面に配設したスライドガイド21とによって構成しているが、これに限定されるものではなく、コラム20の前面に配設したスライドレールと、主軸ヘッド30に配設したスライドガイドとによって、静圧滑り案内面を構成することも可能であり、そのような工作機械についても、本発明を適用することができることはいうまでもない。
【0034】
また、上述した実施形態では、主軸ヘッド30をZ軸方向に案内する静圧滑り案内面に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、同様の問題が発生するのであれば、即ち、移動中に姿勢が変化するのであれば、水平方向に移動するサドル、テーブル、コラム等を案内する静圧滑り案内面に本発明を適用することによって、同様の効果を得ることができる。その場合は、静圧滑り案内面を構成しているいずれか一方の滑り案内面に、その滑り方向の一方の端部に独立したポケットを形成し、基準位置からの移動体の移動量に応じて、そのポケットへの加圧流体の供給圧を連続的に変化させるようにすればよい。
【0035】
従って、本発明は、立形マシニングセンタに限定されるものではなく、横形マシニングセンタ、旋盤、研削盤等、静圧滑り案内面によって案内される移動体を備えている種々の工作機械について適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかる工作機械の一実施形態である立形マシニングセンタを示す斜視図である。
【図2】(a)、(b)は同上の立形マシニングセンタを示す部分側面図である。
【図3】同上の立形マシニングセンタにおける主軸ヘッドを案内している静圧滑り案内面を示す詳細図である。
【図4】(a)、(b)は同上の静圧滑り案内面におけるポケットの形成状態を示す図である。
【図5】(a)、(b)は従来の立形マシニングセンタにおける主軸ヘッド部分を示す概略側面図である。
【符号の説明】
1 工作機械
10 ベッド
20 コラム
21 スライドガイド
22、23 滑り案内面
22a、22b、23a ポケット
24 ボールねじ
25 回転駆動モータ
30 主軸ヘッド
31 スライドレール
32、33 滑り案内面
34 ボールナット
40 サドル
50 テーブル

Claims (4)

  1. 対向する滑り案内面間に加圧流体が供給される静圧滑り案内面によって案内しながら、移動体を移動させるようにした工作機械において、
    前記静圧滑り案内面を構成しているいずれか一方の前記滑り案内面には、その滑り方向の一方の端部に独立したポケットが形成されており、
    基準位置からの前記移動体の移動量に応じて、前記ポケットへの加圧流体の供給圧を連続的に変化させるようにしたことを特徴とする工作機械。
  2. 対向する滑り案内面間に加圧流体が供給される静圧滑り案内面によって案内しながら、主軸ヘッドを昇降させるようにした工作機械において、
    前記静圧滑り案内面を構成しているいずれか一方の前記滑り案内面には、その下方側または上方側に独立したポケットが形成されており、
    前記ポケットへの加圧流体の供給圧を、前記主軸ヘッドの降下量に応じて、徐々に高くするようにしたことを特徴とする工作機械。
  3. 前記主軸ヘッドの降下量に対する前記ポケットに供給される加圧流体の増圧量を直線的に変化させるようにした請求項2に記載の工作機械。
  4. 前記主軸ヘッドの降下量に対する前記ポケットに供給される加圧流体の増圧量を曲線的に変化させるようにした請求項2に記載の工作機械。
JP2002310360A 2002-10-25 2002-10-25 工作機械 Pending JP2004142035A (ja)

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