JP2006021271A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 荷重のアンバランスや熱の局部的集中を避けることができ、加工精度を悪化させることがなく、しかも、安価な工作機械を提供する。
【解決手段】 工作機械は、ベッド11に前後動自在に支持されているテーブル12と、テーブル移動経路を挟んでその両側にそれぞれ立てられている左右一対のコラム13と、両コラム13に上下動自在に支持されているクロスレール14と、クロスレール14に左右動自在に支持されている主軸頭15とを備えている。両コラム13が、互いに一致させられたコラム前後方向中心線Ｌを有している。クロスレール14が、レール前後方向中心線Ｎを有している。コラム前後方向中心線Ｌおよびレール前後方向中心線Ｎを一致させた状態でクロスレール14が上下動させられるようになされている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、工作機械、とくに、門形構成の工作機械に関する。

従来、ベッドに前後動自在に支持されているテーブルと、テーブル移動経路を挟んでその両側にそれぞれ立てられている左右一対のコラムと、両コラムに上下動自在に支持されているクロスレールと、クロスレールに左右動自在に支持されている主軸頭とを備えており、両コラムの前側面に垂直ガイドレールおよび垂直ねじ棒が設けられ、クロスレールの後側面に、垂直ガイドレールを摺動自在にはめ入れた垂直ガイド溝および垂直ねじ棒にねじはめられた雌ねじ体が設けられ、クロスレールの前側面に水平ガイドレールおよび水平ねじ棒が設けられ、主軸頭の後側面に、水平ガイドレールを摺動自在にはめ入れた水平ガイド溝および水平ねじ棒にねじはめられた雌ねじ体が設けられている工作機械は、周知である。

この周知の工作機械にあっては、コラムからクロスレールが、クロスレールから主軸頭がそれぞれ前方に突き出す構造となっているため、荷重のアンバランスが生じ、加工精度に悪影響を与えるという問題点があ。

さらに、クロスレールの上下動にともない、垂直ガイドレールおよび垂直ねじ棒から発生する熱が両コラムの前側面のみで発生し、主軸頭の左右動にともない、水平ガイドレールおよび水平ねじ棒から発生する熱がクロスレールの前側面のみで発生する。このように熱が局部的に発生すると、熱によるクロスレールやコラムの局部的変形により、主軸位置が前後方向にずれ、加工精度を悪化させるという問題を発生する。

このような問題点を解決するものとして、つぎのような工作機械が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

その工作機械とは、上記周知の工作機械を基本構造とするものであるが、各コラムが前後に２分割されて、左右それぞれの側において、クロスレールの端部が前後分割コラムによって上下摺動自在に挟まれており、クロスレールに、主軸頭を左右動自在にはめ入れたスペースが上下貫通状に形成されており、左右の２つずつで、全部で４つのコラムのそれぞれにクロスレール駆動手段が備えられているものである。

この工作機械では、クロスレール駆動手段が４ユニット必要となるため、機械が高価となる。さらに、工作機械の加工・組立に際し、精度を確保することが大変である。また、使用に際し、４ユニットのクロスレール駆動手段を同期制御することが難しいという問題点がある。
特開昭６２−１７３１２８号公報

この発明の目的は、荷重のアンバランスや熱の局部的集中を避けることができ、加工精度を悪化させることがなく、しかも、安価な工作機械を提供することにある。

この発明による工作機械は、ベッドに前後動自在に支持されているテーブルと、テーブル移動経路を挟んでその両側にそれぞれ立てられている左右一対のコラムと、両コラムに上下動自在に支持されているクロスレールと、クロスレールをコラムに対し上下駆動するクロスレール駆動手段と、クロスレールを上下方向に案内するクロスレール案内手段と、クロスレールに左右動自在に支持されている主軸頭とを備えている工作機械において、
クロスレール駆動手段およびクロスレール案内手段が、両コラムの互いに対向する対向面に設けられていることを特徴とするものである。

この発明による工作機械では、クロスレール駆動手段およびクロスレール案内手段が、両コラムの互いに対向する対向面に設けられているから、工作機械の稼働に際しクロスレールを上下動させるクロスレール駆動手段やクロスレール案内手段が発熱したとしても、従来の、コラムの前側面にクロスレールを設けた工作機械のように主軸が前後にずれるのを防止することができる。

この場合、両コラムが、互いに一致させられたコラム前後方向中心線に対し線対称に形成され、クロスレールが、クロスレール前後方向中心線に対し線対称に形成され、コラム前後方向中心線およびクロスレール前後方向中心線を一致させた状態でクロスレールが上下動させられるようになされていると、前後方向で各部の熱容量が等しくなるので主軸の前後方向へのズレ防止の効果を一層効果的なものとすることができる。

また、クロスレール駆動手段やクロスレール案内手段がコラム前後方向中心線に対し線対称に形成されるのが好ましい。

さらに、クロスレールに、主軸頭を前後方向に間隙をおいて挿通させたスペースが上下貫通状に形成されており、主軸頭が、クロスレール前後方向中心線に対し線対称に形成され、主軸頭をクロスレールに対し左右駆動する主軸頭駆動手段を設け、主軸頭を左右方向に案内する主軸頭案内手段を設け、クロスレール前後方向中心線および主軸頭前後方向中心線を一致させた状態で主軸頭が左右動させられるようになされていると、工作機械の稼働に際し主軸頭を左右動させ主軸頭駆動手段や主軸頭案内手段が発熱しても、従来の、コラムの前側面に主軸頭を設けた工作機械のように主軸が前後にずれるのを防止することができる。

この場合、主軸頭案内手段や主軸頭駆動手段は、クロスレール前後方向中心線に対し線対称に形成されるのが好ましい。

この発明によれば、荷重のアンバランスや熱の局部的集中を避けることができ、加工精度を悪化させることがなく、しかも、安価な工作機械が提供される。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

以下の説明において、前後とは、図１に矢印Ａで示す側を前、これと反対側を後といい、左右とは、後方より見て、その左右の側を左右というものとする。

図１を参照すると、工作機械は、ベッド11と、ベッド11に前後動自在に支持されているテーブル12と、テーブル12移動経路を挟んでその両側にそれぞれ立てられている左右一対のコラム13と、両コラム13に上下動自在に支持されているクロスレール14と、クロスレール14に左右動自在に支持されている主軸頭15とを備えている。

ベッド11は、前後方向にのびた方形箱形のもので、上面左右両縁部に近接して４つの前後方向ガイドレール21を有している。

テーブル12は、前後に長い方形板状のもので、前後方向ガイドレール21にはめ合わされた摺動部材22を下面に有している。

両コラム13は、左右の向きは逆であるが、同一構造のものである。図２に示す左コラム13について説明すると、コラム13は、横断面略正方形の垂直角筒状のもので、前側壁31、後側壁32、左側壁33および右側壁34よりなる。前側壁31および後側壁32から等距離のところをコラム前後方向中心線Ｌがのびている。このコラム前後方向中心線Ｌに関して、コラム13の横断面は、線対称となされている。

右側壁34およびこれに続く前側壁31および後側壁32の右縁部によって、上下方向にのびたガイドレール35が形成されている。右側壁34は、ガイドレール35の先端部分を構成している。

右側壁34には、これ自体を略コ字状に屈曲させることによって条溝36が形成されている。条溝36は、コラム前後方向中心線Ｌ上を上下方向にのびかつ同中心線Ｌに関して線対称となされている。

条溝36内に垂直ねじ棒37が同中心線Ｌ上を上下方向にのびるように条溝36の上下端壁に回転可能に支持されている。垂直ねじ棒37の上端には従動歯車41が固定されている。上記のように両コラム13は左右を逆向きにした同一構造であるので、ガイドレール35、ねじ棒37はコラムの互いに対向する対向面に形成されていることになる。従動歯車41には駆動歯車42が噛み合わされている。駆動歯車42は、コラム13頂面に垂直下向きに装備されたモータ43の回転軸に固定されている。

クロスレール14は、平面よりみて、左右方向にのびた方形をなしている中空枠状のクロスレール本体51と、クロスレール本体51によって四方から取り囲まれている上下貫通状中央スペース52とよりなる。

クロスレール本体51は、頂壁61、底壁62、前側壁63、後側壁64および中央スペース52を取囲む周壁65よりなる。頂壁61および底壁62から等距離のところをクロスレール上下方向中心線Ｍがのびている。前側壁63および後側壁64から等距離のところをクロスレール前後方向中心線Ｎがのびている。クロスレール前後方向中心線Ｎは、前後方向においてコラム前後方向中心線Ｌと一致させられている。クロスレール上下方向中心線Ｍおよびレール前後方向中心線Ｎに関して、クロスレール本体51の横断面は、それぞれ線対称となされている。

クロスレール本体51の左右両端面には、左右のコラム13のガイドレール35をそれぞれはめ入れた断面凹形状のガイド溝66が形成されている。このガイドレール35、ガイド溝66によりクロスレール案内手段が形成されている。ガイド溝66は、クロスレール前後方向中心線Ｎに関して線対称となされている。ガイド溝66底面の上端には、ねじ棒37にねじはめられた雌ねじ体67がクロスレール本体51と一体的に設けられている。ねじ棒37とこれを駆動するモータ37、雌ねじ体67によりクロスレール駆動手段が構成されている。

頂壁61のスペース52上端開口前後両縁部には左右方向にのびた前後一対の上向き水平上支持レール68が設けられている。周壁65の前後対向面下縁部には左右方向にのびた前後一対の対向状水平下支持レール69が設けられている。上支持レール68および下支持レール69は、クロスレール前後方向中心線Ｎに関して線対称となされている。

主軸頭15は、横断面略Ｔ字状のもので、両上支持レール68にまたがらされている水平状上部材71と、上部材71から垂下させられて中央スペース52内に挿入されている垂直状下部材72とよりなる。クロスレール前後方向中心線Ｎに関して、主軸頭15の横断面は、線対称となされている。

上部材71の下面には、両上支持レール68にそれぞれはめ合わされた上摺動部材73が設けられている。上部材71、下部材72、上支持レール68および下支持レール69により主軸頭案内手段が構成されている。下部材72の前後両側面下縁部には、両下支持レール72にそれぞれはめ合わされた下摺動部材74が設けられている。

中央スペース52内において、周壁65の前後対向面および下部材72の前後両側面間には主軸頭駆動手段であるリニアモータ81が介在させられている。リニアモータ81は、周壁65の前後対向面に固定されている固定側82と、下部材72の前後両側面に固定されている可動側83とよりなりかつクロスレール上下方向中心線Ｍに関して線対称となされている。

以上の工作機械により加工を行う場合には、主軸頭に設けられた図示しない主軸を回転駆動するモータより発生する熱、加工点より発生する熱、図示しない主軸を支持する軸受より発生する熱などは、主軸頭15の横断面が線対称となされているので、主軸頭15の熱変形は前後方向に均等となり、主軸が前後方向にずれるのを防止する。また、これらの熱は、上摺動部材73、下摺動部材74、上支持レール68および下支持レール69或いは主軸頭15とクロスレール14の間の空気を介してクロスレール14にもに伝達されるが、上摺動部材73、下摺動部材74、上支持レール68および下支持レール69は横断面が線対称に配置されているので、このとき伝達される熱量も等しく、かつクロスレール14も横断面に線対称となされているので、クロスレール14の熱変形も均等となり、主軸が前後方向にずれるのを防止する。

リニアモータ81から発生する熱は、リニアモータ81がレール上下方向中心線Ｍに関して線対称となされ、主軸頭15およびクロスレール14が横断面に線対称となされていることから、主軸頭15およびクロスレール14に均等に伝達されるので、クロスレール14、主軸頭15の熱変形は前後方向に均等となり、主軸が前後方向にずれるのを防止する。

クロスレール14を上下動させることにより発生する熱は、コラム13およびクロスレール14が前後方向に線対称となされていることにより、左右のコラム13で均等に発生しかつクロスレール14にも均等に伝達されるので、コラム13およびクロスレール14の熱変形は前後方向に均等となり、主軸が前後方向にずれるのを防止する。

尚、クロスレール駆動手段として、ねじ棒37とこれを駆動するモータ43、雌ねじ体67及び、従動歯車41、駆動歯車42を用いているが、従動歯車41、駆動歯車42は必ずしも必要ではなく、必要な出力と回転を得られるモータを選定すれば、モータ43とねじ棒37を直結しても良い。また、クロスレール駆動手段としてはこれらの他に、主軸頭駆動手段として説明したリニアモータを用いても良く、この場合には、ねじ棒37に代えて固定側82をコラム13に、雌ねじ体67に代えて可動側83をクロスレール14に取り付ければよい。

同様に主軸頭駆動手段としてリニアモータ81を用いているが、ねじ棒により駆動する構成とすることもでき、その場合には、固定側82に代えてねじ棒37をクロスレール14に、可動側83に代えて雌ねじ体67を主軸頭15に取り付ければよい。

また、クロスレール案内手段としてガイドレール35、ガイド溝66による摺動面構成としているが、主軸頭案内手段として説明した上摺動部材73、下摺動部材74、上支持レール68および下支持レール69による転がり案内構成とすることもでき、この場合には、ガイドレール35に代えて支持レールを垂直方向にコラム13に設け、ガイド溝66に代えて上摺動部材に相当する部材をクロスレールに設ければ良い。

同様に主軸頭案内手段を摺動面構成としても良く、その場合、支持レールに代えてガイドレール35を水平方向にクロスレール14に設け、上摺動部材73および下摺動部材74に代えてガイド溝66を主軸頭に設ければよい。

また、リニアモータ81はクロスレール14の上下方向の中心に配置しているが、これは主軸の上下方向の位置のずれを考慮したためであって必ずしも必要な構成ではなく、単に前後方向のずれを考えるのであれば、前後方向に線対称に配置してさえいればリニアモータ81の位置を上または下に変更しても差し支えない。また、ねじ棒37やガイドレール35の位置、クロスレール14やコラム13、主軸頭15の形状についても必ずしも厳密に線対称である必要はなく、要求される位置決め精度を確保できる範囲内であれば他の設計的な問題を考慮してその位置や形状を若干変更することが可能である。

この発明による工作機械の斜視図である。 同工作機械のコラムおよびその周辺を拡大して示す断面図である。 同工作機械のクロスレールおよびその周辺を拡大して示す断面図である。

符号の説明

11 ベッド
12 テーブル
13 コラム
14 クロスレール
15 主軸頭
35 ガイドレール
66 ガイド溝
Ｌ コラム前後方向中心線
Ｍ クロスレール上下方向中心線
Ｎ クロスレール前後方向中心線

Claims (7)

1. ベッドに前後動自在に支持されているテーブルと、テーブル移動経路を挟んでその両側にそれぞれ立てられている左右一対のコラムと、両コラムに上下動自在に支持されているクロスレールと、クロスレールをコラムに対し上下駆動するクロスレール駆動手段と、クロスレールを上下方向に案内するクロスレール案内手段と、クロスレールに左右動自在に支持されている主軸頭とを備えている工作機械において、
   クロスレール駆動手段およびクロスレール案内手段が、両コラムの互いに対向する対向面に設けられていることを特徴とする工作機械。
2. 両コラムが、互いに一致させられたコラム前後方向中心線に対し線対称に形成され、
   クロスレールが、クロスレール前後方向中心線に対し線対称に形成され、
   コラム前後方向中心線およびクロスレール前後方向中心線を一致させた状態でクロスレールが上下動させられるようになされている請求項１に記載の工作機械。
3. クロスレール駆動手段がコラム前後方向中心線に対し線対称に形成されている請求項２に記載の工作機械。
4. クロスレール案内手段がコラム前後方向中心線に対し線対称に形成されている請求項２または３に記載の工作機械。
5. クロスレールに、主軸頭を前後方向に間隙をおいて挿通させたスペースが上下貫通状に形成されており、
   主軸頭が、クロスレール前後方向中心線に対し線対称に形成され、
   主軸頭をクロスレールに対し左右駆動する主軸頭駆動手段を設け、
   主軸頭を左右方向に案内する主軸頭案内手段を設け、
   クロスレール前後方向中心線および主軸頭前後方向中心線を一致させた状態で主軸頭が左右動させられるようになされている請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作機械。
6. 主軸頭案内手段がクロスレール前後方向中心線に対し線対称に形成されている請求項５に記載の工作機械。
7. 主軸頭駆動手段がクロスレール前後方向中心線に対し線対称に形成されている請求項５または６に記載の工作機械。
   

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