JP2006341328A - 工作機械及び姿勢維持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コラム等の各部の熱変形による姿勢変化を矯正できる工作機械を提供する。
【解決手段】マシニングセンタ１は、工具Ｔの荷重を受けるコラム４と、コラム４の温度に応じた大きさの外力を、熱変形によるコラム４の姿勢変化を矯正する方向にコラム４に対して付与する姿勢維持装置２０とを備える。
【選択図】図１

Description

工作機械及び姿勢維持装置に関する。

マシニングセンタ等の工作機械において、コラム、ベッド、主軸等の各部に熱変形が生じることにより、工具等の作業ユニットとワークとの相対位置が変化し、加工精度が低下することが知られている。このような加工精度の低下を防止する技術として、熱変形による主軸の変位量に応じた補正量を、数値制御における主軸の位置指令に加える工作機械が提案されている（例えば引用文献１）。また、工作機械の周囲や工作機械の温度を調整して熱変形を防止する技術も提案されている（例えば引用文献２）。
特開平１０−２４４４４０号公報 特開２０００−１３５６４０号公報

しかし、主軸の位置指令を補正するだけでは、作業ユニットの位置を十分に補正できない場合がある。図１１（ａ）は、いわゆる縦型のマシニングセンタ１００１の周囲の温度分布を示している。マシニングセンタ１００１の周囲の温度は、ベッド１００２から上方へいくほど高くなっている。このため、コラム１００３の周囲の温度分布は一様ではなく、図１１（ｂ）のように熱変形により傾いてしまう。特に、コラム１００３が高いほど温度分布のばらつきが大きくなり、例えば高さ５〜７ｍのコラムでは、コラム上端の変位量は５０〜７０ｍｍとなる。この場合、主軸の位置指令を補正して、工具１１００の位置をコラム１００３やクロスレール１００４に沿う方向において調整しても、工具１１００がワーク（不図示）に対して傾いていることによる精度誤差は補償できない。また、マシニングセンタの周囲の温度調整は基本的にはユーザにより行われるものであり、ユーザごとに加工精度にばらつきが生じる。

本発明の目的は、コラム等の各部の熱変形による姿勢変化を矯正できる工作機械及び姿勢維持装置を提供することにある。

本発明の第１の観点の工作機械は、作業ユニットの荷重を受けるコラムと、前記コラムの温度に応じた大きさの外力を、熱変形による前記コラムの姿勢変化を矯正する方向に前記コラムに対して付与する姿勢維持装置とを備える。

好適には、前記姿勢維持装置は、前記コラムの外部側から前記コラムに対して前記外力を付与する。

好適には、前記姿勢維持装置は、前記コラムの外部側に設けられ、前記コラムの上端側に連結され、前記コラムの上端側から前記コラムを支持する支持部側へ前記コラムに対して斜め方向に配置される連結部材と、前記コラムの外部側に設けられ、前記連結部材に対して前記斜め方向の力を付与する外力発生部とを備える。

好適には、前記姿勢維持装置は、前記コラムの内部側から前記コラムに対して前記外力を付与する。

好適には、前記姿勢維持装置は、前記コラムの内部側に設けられ、前記コラムの上端側に連結され、前記コラムの上端側から前記コラムの下端側へ前記コラムに対して斜め方向に配置される連結部材と、前記コラムの内部側に設けられ、前記連結部材に対して前記斜め方向の力を付与する外力発生部とを備える。

好適には、前記コラムは、２本設けられ、当該２本のコラムに掛架されたクロスレールを介して前記作業ユニットの荷重を受け、前記姿勢維持装置は、前記２本のコラムそれぞれに対応して２個設けられている。

好適には、前記姿勢維持装置は、前記コラム及び前記クロスレールに直交する方向の力を含む前記外力を前記コラムに付与する。

好適には、前記姿勢維持装置は、前記外力を発生する電動モータを含んで構成されている。

好適には、前記姿勢維持装置は、前記コラムの熱変形と相関のある情報を検出するセンサと、前記センサの検出値に基づいて前記電動モータの動作を制御する制御手段とを更に備える。

好適には、前記センサは、前記コラム又は前記コラムの周囲の温度を検出する。

好適には、前記センサは、前記コラムの傾きを検出する。

好適には、前記姿勢維持装置は、前記コラムよりも熱膨張係数が高い部材を含んで構成され、当該部材の熱応力により前記外力を発生する。

好適には、前記姿勢維持装置は、前記コラムの上端に連結され、前記コラムの上端側から前記コラムを支持する支持部側へ前記コラムに対して斜め方向に配置されるコラム側連結部材と、前記斜め方向に配置され、前記支持部又は前記コラムの下端側に連結される支持部側連結部材と、前記コラム側連結部材と前記支持部側連結部材とに連結され、前記コラム側連結部材と前記支持部側連結部材とを前記斜め方向に離間又は近接させる力を発生する外力発生部とを備え、前記外力発生部は、前記コラムよりも熱膨張係数が高い部材である。

好適には、前記コラム側連結部材と前記外力発生部との連結位置が前記支持部側連結部材と前記外力発生部との連結位置よりも前記支持部側に設定されている。

好適には、前記コラム側連結部材と前記外力発生部との連結位置が前記支持部側連結部材と前記外力発生部との連結位置よりも前記コラム側に設定されている。

好適には、前記外力発生部は、前記コラム側連結部材側から前記支持部側連結部材側へ配列され、前記コラム側連結部材と連結可能な複数のコラム側連結部と、前記コラム側連結部材側から前記支持部側連結部材側へ配列され、前記支持部側連結部材と連結可能な複数の支持部側連結部と、を備える。

好適には、前記複数のコラム側連結部が配列される範囲と前記複数の支持部側連結部が配列される範囲とは、前記コラム側連結部材側から前記支持部側連結部材側の方向において少なくとも一部が重複している。

本発明の第２の観点の工作機械は、作業ユニット又は当該作業ユニットの作業対象の荷重を受ける保持部材と、前記保持部材の温度に応じた大きさの外力を、熱変形による前記保持部材の姿勢変化を矯正する方向に前記保持部材に対して付与する姿勢維持装置とを備える。

本発明の第３の観点の工作機械は、作業ユニットを保持するコラムの上端側に一端側が連結可能なコラム側連結部材と、前記コラムを支持する支持部に一端側が連結可能な支持部側連結部材と、前記コラム側連結部材の他端側と前記支持部側連結部材の他端側とに連結され、前記コラム側連結部材と前記支持部側連結部材との間に近接方向又は離間方向の力を発生する外力発生部とを備える。

本発明によれば、工作機械の各部の熱変形による姿勢変化を矯正できる。

第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態のマシニングセンタ１の概略を示す背面側斜視図である。マシニングセンタ１はいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械として構成され、工作機械本体２と、数値制御装置（ＮＣ装置）５０とを備えている。

工作機械本体２は、ベッド３と、ベッド３に支持される２本のコラム４と、２本のコラム４に支持され、コラム４に沿って上下方向（ｚ軸方向）に移動可能なクロスレール５と、クロスレール５に支持され、クロスレール５に沿って移動可能なサドル６と、サドル６に支持され、上下方向（ｚ軸方向）に移動可能なるラム７と、ラム７に軸支される主軸８とを備えている。

コラム４の下端は、ベッド３に対してボルト等の締結手段により固定されている。換言すれば、コラム４の下端は固定支点となっている。クロスレール５、サドル６、ラム７の移動は、送り軸（不図示）と、送り軸を駆動するサーボモータ（不図示）とにより行われ、サーボモータの制御はＮＣ装置５０により行われる。コラム４やクロスレール５は、例えば金属により構成されており、具体的には、インバー（熱膨張係数１．５×１０^−６／℃）、ノビナイト鋳鉄（熱膨張係数４×１０^−６／℃）等により構成されている。

工作機械本体２は、ベッド３に支持される２本のレール９と、レール９に沿って移動可能なテーブル１０とを備えている。なお、テーブル１０の移動は、送り軸（不図示）と、送り軸を駆動するサーボモータ（不図示）とにより行われ、サーボモータの制御はＮＣ装置５０により行われる。

主軸８にはエンドミル等の工具Ｔが装着され、不図示の主軸モータにより主軸８を介して工具Ｔは回転される。なお、工具Ｔは作業ユニットの一例であり、コラム４は、主軸８、ラム７、サドル６及びクロスレール５を介して工具Ｔを支持する。テーブル１０には工具Ｔの作業対象となる不図示のワークが載置される。工作機械本体２は、ＮＣ装置５０からの指令に基づいて、クロスレール５、サドル６、ラム７、主軸８、テーブル１０を駆動して、工具Ｔによりワークの加工を行う。なお、この他にも、マシニングセンタ１は、自動交換装置（ＡＴＣ）等の種々の装置を備えるが説明は省略する。

マシニングセンタ１は更に、コラム４の熱変形による姿勢変化を矯正する外力をコラム４に対して加えて、コラム４の姿勢を維持する姿勢維持装置２０を備えている。姿勢維持装置２０は、２本のコラム４のそれぞれに対応して２つ設けられている。

姿勢維持装置２０は、コラム４に連結される連結部材２１と、ベッド３に連結される連結部材２２と、連結部材２１と連結部材２２との間に設けられる外力発生部２３とを備えている。

連結部材２１及び連結部材２２は、比較的熱膨張係数の低い材質により構成されており、例えば金属、具体的にはインバー、ノビナイト鋳鉄等により構成されている。連結部材２１及び連結部材２２は適宜な形状としてよい。図１では、連結部材２１及び連結部材２２を断面矩形の長尺部材として形成した場合を例示している。なお、連結部材２１及び連結部材２２は、部品の共通化の観点から互いに同一の部材としてもよいし、外力発生部２３の配置位置を適宜な位置に設定するために互いに異なる形状（長さ）の部材としてもよい。

連結部材２１は、端部２１ａがコラム４の上端４ａに連結されている。連結部材２１とコラム４とは、例えばコラム４に固定されるとともに連結部材２１を軸支する連結具２５により連結されており、連結部材２１の端部２１ａは回転支点となっている。

連結部材２２は、端部２２ａがベッド３に連結されている。具体的には、端部２２ａは、コラム４及びクロスレール５に直交する方向（ｘ軸方向）にコラム４から所定距離だけ離れた位置に連結されており、当該位置は例えばベッド３の端部である。コラム４と連結部材２１とは、例えばベッド３に固定されるとともに連結部材２２を軸支する連結具２６により連結されており、連結部材２２の端部２２ａは回転支点となっている。

なお、連結部材２１の端部２１ａ、連結部材２２の端部２２ａは固定支点としてもよい。ただし、回転支点とすれば、連結具２５及び連結具２６の取り付け位置の調整（連結部材２１及び連結部材２２の取り付け角度の調整）が容易であり、また、連結部材２１及び連結部材２２と、コラム４との間のモーメントによる連結具２５及び連結具２６への負荷を無くして連結部の耐久性を向上できる。

外力発生部２３は、連結部材２１の端部２１ｂと連結部材２２の端部２２ｂとに連結され、連結部材２１と連結部材２２との間に近接方向Ａ１又は離間方向Ａ２の力を発生させる。

なお、図１では、姿勢維持装置２０を、コラム４を挟んで主軸頭の反対側（ｘ軸方向の紙面手前側）に設けている。主軸頭の反対側に配置することにより、主軸頭の重量と姿勢維持装置２０の重量とを釣り合わせ、外力発生部２３の負担を軽減できる。ただし、主軸頭側に姿勢維持装置２０を設けてもよい。

図２は、外力発生部２３の内部構成を示す断面図である。外力発生部２３は、例えば駆動源としてケース部材３５に対して固定されたモータ３１を備えている。モータ３１は、例えばサーボモータにより構成され、不図示の電源装置から電力が供給されて駆動される。モータ３１の動作は例えばＮＣ装置５０により制御される。

モータ３１の回転は、モータ３１の出力軸から歯車列３２に伝達され、歯車列３２から送りねじ３３に伝達される。送りねじ３３はケース部材３５に軸支されている。送りねじ３３にはナット３４が噛合しており、ナット３４は連結部材２１に対して固定されている。連結部材２１は、ケース部材３５内に設けられたガイド３６によって連結部材２１の長手方向（紙面左右方向）に沿って移動可能に、ケース部材３５に対して回転不可能に支持されている。一方、連結部材２２はケース部材３５に対してボルト３７等により固定されている。従って、モータ３１の回転力は、送りねじ３３及びナット３４によって、近接方向Ａ１又は離間方向Ａ２への力に変換されて連結部材２１及び連結部材２２に伝達される。

図１に示すように、コラム４の上端４ａには、コラム４の傾きを計測して計測結果をＮＣ装置５０に出力するセンサ（デジタルレベルゲージ）２７が設けられている。ＮＣ装置５０は、センサ２７からの信号に基づいてモータ３１の動作を制御する。例えば、センサ２７の検出する傾きが基準の傾き（例えば傾き０度）になるようにモータ３１のフィードバック制御を行う。

なお、センサ２７は、コラム４の傾きを計測できるものであれば適宜なものを利用することができる。例えば、センサ内部に保持された液の液面位置を検出して傾きを計測するものでもよいし、加速度計を含んで構成され、重力による定常加速度を検出して傾きを計測するものでもよい。なお、液面位置に基づいて傾きを計測するセンサには、例えば、左右対象の静電プレートが配置されるとともに非電解質の液が封入された容器を備え、センサ（静電プレート）の液面に対する傾きに応じて変化する左右の静電プレートと非電解質の液との接触面積の変化（静電容量の変化）を電圧として検出するものがある。

以上の第１の実施形態によれば、姿勢維持装置２０により、コラム４の温度に応じた大きさの外力がコラム４に加えられ、熱変形によるコラム４の姿勢変化が矯正される。具体的には、近接方向Ａ１への力によりコラム４の姿勢維持装置２０側とは反対側（図１の紙面奥手側）への倒れを矯正することができ、離間方向Ａ２への力によりコラム４の姿勢維持装置２０側への倒れを矯正することができる。従って、マシニングセンタ１の周囲の温度を冷却する必要がなくなり、あらゆる環境で一定の加工精度を確保することが可能となる。

また、姿勢維持装置２０は、コラム４の外部側からコラム４に対して姿勢維持のための外力を付与することから、コラム４の設計変更等をする必要がない。具体的には、連結部材２１、連結部材２２、外力発生部２３を既存のマシニングセンタに対して取り付ければコラム４の姿勢を維持できる。

いわゆる門型のコラムとして構成された２本のコラム４それぞれに姿勢維持装置２０を設けていることから、２本のコラムそれぞれの温度に応じた外力をそれぞれ付与することにより、コラムの倒れだけでなく、門型のコラム全体のねじれ等の変形を矯正することもできる。門型のコラムでは、コラム４及びクロスレール５に直交する方向（ｘ軸方向）への倒れ、ｚ軸周りのねじれが大きくなる傾向があり、ｘ軸方向の外力（分力）を付与することにより効果的にこれらの倒れやねじれを矯正できる。

外力発生部２３が電動モータ３１を含んで構成されていることから、コラム４の傾きに柔軟に対応して矯正することが可能である。例えば、季節の変化に基づく温度変化による傾きだけでなく、１日の間の温度変化や作業の進行に伴う温度変化による傾きにも対応することができる。さらに、センサ２７によりコラム４の傾きを検出してＮＣ装置５０によりモータ３１の動作を制御することから、作業者の負担が軽減される。

第２の実施形態
図３は第２の実施形態のマシニングセンタ１０１の要部を示す側面図である。第２の実施形態のマシニングセンタ１０１も第１の実施形態と同様の構成を有し、図３では第１の実施形態との相違部分を図示している。なお、第１の実施形態と同様の構成については第１の実施形態と同一符号を付し、説明を省略する。

マシニングセンタ１０１の姿勢維持装置１２０は、連結部材１２１、連結部材１２２、外力発生部１２２を備えている。連結部材１２１及び連結部材１２２の概略構成は第１の実施形態の連結部材２１及び連結部材２２と同様である。

外力発生部１２３は、連結部材１２１の端部１２１ｂと連結部材１２２の端部１２２ｂに対して連結される部材であり、熱応力によりコラム４の姿勢を矯正する力を発生する。外力発生部１２３は、コラム４、連結部材１２１、連結部材１２２の材質よりも熱膨張係数が高い材質により構成されている。例えば、第１の実施形態において例示したようにコラム４等がインバーやノビナイト鋳鉄により構成されている場合、鋼（熱膨張係数１１×１０^−６／℃）、鋳鉄（熱膨張係数１２×１０^−６／℃）、銅（熱膨張係数１６×１０^−６／℃）、アルミニウム（熱膨張係数２４×１０^−６／℃）により構成される。なお、外力発生部１２３は、単一の材質により一体成形されたものでもよいし、複数の材質の部材からなるものであってもよい。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、外力発生部１２３の詳細を示す図である。連結部材１２１及び連結部材１２２には、複数の貫通孔１２１ｈ、１２２ｈが長手方向に沿って設けられている。一方、外力発生部１２３には、複数の貫通孔１２３ｈ（図４では１２１ｈ、１２２ｈと重複して図示）が連結部材１２１及び連結部材１２２の長手方向に沿って設けられている。連結部材１２１及び連結部材１２２は、ボルト１３１が貫通孔１２１ｈ、１２２ｈ、１２３ｈに挿通され、不図示のナットに螺合されることにより、外力発生部１２３に対して固定される。

なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、連結部材１２１、連結部材１２２それぞれにおいて、２箇所においてボルト１３１を挿通して、連結部材１２１、連結部材１２２が外力発生部１２３に対して回転不可能になるように固定した場合を例示しているが、連結部材１２１及び連結部材１２２に対して離間方向Ａ２に外力を発生させる場合には、１箇所のみにおいて固定して回転自在としてもよい。

図４（ａ）に示すように、連結部材１２１と外力発生部１２３との連結位置Ｐ１が、連結部材１２２と外力発生部１２３との連結位置Ｐ２よりもコラム側（紙面左側）となっている場合には、外力発生部１２３の伸びる方向の熱応力は、連結部材１２１及び連結部材１２２に対して離間方向Ａ２の力として働く。

一方、図４（ｂ）に示すように、連結部材１２１と外力発生部１２３との連結位置Ｐ３が、連結部材１２２と外力発生部１２３との連結位置Ｐ４よりもベッド３側（紙面右側）となっている場合には、外力発生部１２３の伸びる方向の熱応力は、連結部材１２１及び連結部材１２２に対して近接方向Ａ１の力として働く。

なお、連結部材１２１と外力発生部１２３との連結位置は、ボルト１３１の挿通位置を選択することにより、位置Ｐ１と位置Ｐ３との間の適宜な位置に設定可能であり、同様に、連結部材１２２と外力発生部１２３との連結位置も位置Ｐ２と位置Ｐ４との間の適宜な位置に設定可能である。従って、連結部材１２１、連結部材１２２、外力発生部１２３の熱応力が生じる長さは調整可能である。

外力発生部１２３の断面積は、例えば、図３に示すように、コラム４の温度が所定の基準温度からＴ℃だけ変化した場合のコラム４の基準位置からの予測変位量ｅを矯正可能に設定される。具体的には以下のとおりである。

まず、予測変位量ｅを矯正するために必要な水平方向の分力Ｆ_１が求められる。予測変位量ｅは、例えば実験により求められる。分力Ｆ_１は、片持はりの自由端に集中荷重Ｆ_１を加えて自由端を予測変位量ｅだけ変位させる場合の計算式から求めればよく、コラム４の高さをＨ_ｃ、弾性係数をＥ_ｃ、断面２次モーメントをＩ_ｃとすると、
Ｆ_１＝ｅ×３Ｅ_ｃＩ_ｃ／Ｈ_ｃ ^３
により計算される。

従って、外力発生部１２３において熱応力により発生すべき力Ｆは、連結部材１２１や連結部材１２２と、ベッド３との角度をθとすると、
Ｆ＝Ｆ_１／ｃｏｓθ
により計算される。

一方、温度変化Ｔのときの熱応力による力Ｆは、外力発生部１２３の断面積をＡ_ｏ、弾性係数（縦弾性係数）をＥ_ｏ、熱膨張係数（線膨張係数）をα_ｏとすると、
Ｆ＝Ａ_ｏ×Ｅ_ｏα_ｏＴ／（１＋α_ｏＴ）≒Ａ_ｏＥ_ｏα_ｏＴ
により計算される。なお、上式からわかるように、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの長さ又は位置Ｐ３から位置Ｐ４までの長さは、力Ｆのパラメータとはなっていない。

弾性係数Ｅ_ｏ及び熱膨張係数α_ｏは、外力発生部１２３の材質を選択すれば決定される。従って、
Ａ_ｏ＝ｅ×３Ｅ_ｃＩ_ｃ／（Ｈ_ｃ ^３・ｃｏｓθ・Ｅ_ｏα_ｏＴ）
により外力発生部１２３の断面積Ａ_ｏを決定すればよい。

以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、コラムよりも熱膨張係数が高い部材をコラムに連結し、熱応力によりコラムの姿勢を矯正する外力を得ることから、従来はマシニングセンタの周囲の温度を冷却していたのに対し、マシニングセンタの周囲の温度上昇を積極的に利用して姿勢を維持することができ、電力等を要しない。

また、複数の貫通孔１２１ｈ、１２２ｈ、１２３ｈを設け、貫通孔１２１ｈ、１２２ｈの配列される範囲を少なくとも一部重複させていることから、外力発生部１２３を、図４（ａ）に示したように離間方向Ａ２の外力の発生に用いることも、図４（ｂ）に示したように近接方向Ａ１の外力の発生に用いることもできる。従って、例えば季節の変化に合わせて連結位置を変化させて外力発生部１２３を使用することができる。また、連結部材１２１、連結部材１２２、外力発生部１２３の熱応力が生じる長さを調整可能であり、当該長さは熱応力の大きさのパラメータとはなっていないが、例えば工作機械の主軸モータ等によって生じる振動と共振しないように当該長さを調整することができる。

なお、外力発生部の形状は適宜に設定してよく、矩形に限定されない。また、連結部材と外力発生部との連結はボルトやナット等の締結手段に限定されず、例えば、連結部材と外力発生部とを直接係合させてもよい。

第３の実施形態
図５は、第３の実施形態のマシニングセンタ２０１の要部を示す側面図である。第３の実施形態のマシニングセンタ２０１は、一のコラム２０４にクロスレール２０５が設けられ、クロスレール２０５には、第１の実施形態と同様に、いずれも不図示のサドル、ラム、主軸が設けられる。

マシニングセンタ２０２では、コラム２０４の内部に姿勢維持装置２２０が設けられている。姿勢維持装置２２０は、全体として略直方体状のコラム２０４の対角線上に延びる連結部材２２１と、連結部材２２１とコラム２０４とに連結された外力発生部２２３とを備えている。姿勢維持装置２２０は、互いに交差するように２つ設けられている。

連結部材２２１は、端部２２１ａがコラム２０４の上端内側に対して連結されている。端部２２１ａは、回転自在に連結されていてもよいし、回転不可能に連結されていてもよい。なお、コラム２０４の上端を押圧するだけであれば、端部２２１ａをコラム２０４内側に当接するだけでもよい。連結部材２２１の端部２２１ａとは反対側の端部２２１ｂは、外力発生部２２３に連結されている。

外力発生部２２３は、第１の実施形態と同様に、不図示の電動モータを含んで構成され、電動モータの回転は不図示の送りねじにより連結部材２２１に伝達される。一方、電動モータは、ケース部材２３５を介してコラム２０４の下端内側に対して固定されている。従って、電動モータの回転により、コラム２０４の上端をコラム２０４の下端に対して連結部材２２１の長手方向に沿って近接又は離間させる外力がコラム２０４に付与される。これにより、コラム２０４のｘ軸方向又はｙ軸方向の傾きが矯正される。

なお、外力発生部２２３の電動モータの制御は、第１の実施形態と同様に、センサ２２７の検出したコラム２０４の傾きに基づいて不図示のＮＣ装置により行われる。また、外力発生部２２３をコラム２０４の上端側に固定し、連結部材２２１をコラム２０４の下端側に連結してもよい。

以上の第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、姿勢維持装置２２０をコラム２０４の内部側に設けていることから、姿勢維持装置２２０によって作業スペースが縮小されることがない。

本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施してよい。

第１〜第３の実施形態に含まれる構成は適宜に組み合わせてよい。例えば、第３の実施形態において、外力発生部２２３を、第２の実施形態のように、コラム２０４よりも熱膨張係数の大きい部材とし、当該部材の熱応力により外力を発生させてもよい。第１の実施形態のような門型のコラムにおいて、第３の実施形態のようにコラム内側から外力を付与してもよいし、逆に、第３の実施形態のように一のコラムにクロスレールが設けられる場合に第１の実施形態のようにコラム外側から外力を付与してもよい。第３の実施形態のようにコラム内部側に姿勢維持装置を設ける場合に第１の実施形態のように２本の連結部材を用いてもよいし、逆にコラム外部側に姿勢維持装置を設ける場合に第３の実施形態のように１本の連結部材を用いてもよい。

姿勢維持装置により熱変形による姿勢変化が矯正される保持部材は、作業ユニット又は作業ユニットの作業対象の荷重を受けるものであればよく、コラムに限定されない。例えば、クロスレールやベッドでもよい。同様に、姿勢維持装置が適用される工作機械も門型コラムや主軸が垂直なものに限定されず、図６に示すように、主軸が水平な横中ぐり盤等の工作機械でもよい。

姿勢維持装置は、保持部材に対して外力を付与することができればよく、発生した外力の伝達部は適宜に構成してよく、連結部材に対して長手方向の力を付与するものに限定されない。

例えば、図７に示すようにしてもよい。図７のマシニングセンタでは、連結部材３２１と連結部材３２２とを回転自在に連結するとともに、連結部３２５に対して、連結部材３２１及び連結部材３２２に直交する方向Ａ３又はＡ４の力を付与し、コラム４の姿勢を矯正する。方向Ａ３又はＡ４の力は、例えばコラム４の下端側に設けられた外力発生部３２３と、外力発生部３２３と連結部３２５との間に設けられた連結部材３２４により付与する。図７のマシニングセンタでは、連結部材３２１、連結部材３２２の長手方向の変位に比較して方向Ａ３、Ａ４方向の変位が大きいから、外力発生部３２３の負担が軽減されるとともに微調整も容易となる。

また、いずれの方向において外力を付与するかも適宜に設定してよく、第１の実施形態のようなｘ軸方向における矯正、第３の実施形態のようなｘ軸及びｙ軸方向における矯正だけでなく、図８に示すように、ｙ軸方向においてコラム４の姿勢を矯正してもよい。

姿勢維持装置は一の保持部材に対して複数設けられてもよく、その配置も適宜に設定してよい。例えば、図９に示すように、門型のマシニングセンタのコラム５０４に対して、主軸頭側（紙面左側）及びその裏側（紙面右側）の双方に姿勢維持装置５２０を設けてもよい。

支持部は、コラム等の保持部材を支持するものであればよく、ベッドに限定されない。例えば、マシニングセンタが設置される床も、ベッドを介してコラムを支持する支持部である。従って、例えば第１の実施形態の連結部材２２を床に対して固定してもよい。

姿勢維持装置は、コラム等の保持部材に外力を付与するための反力を適宜に得てよく、外力発生部又は連結部材を支持部材やコラムの下端に連結して反力を得るものに限定されない。例えば、図１０に示すように、壁４５１から反力を得てもよい。図１０では、水平に配置されてコラム４に対して直交する連結部材４２１と、連結部材４２１に対して長手方向に沿う力を付与し、壁４５１に固定された外力発生部４２３とを設けた場合を例示している。

コラム等の保持部材の熱変形と相関のある情報を検出するセンサは、保持部材の傾きを検出するものに限定されない。例えば、コラム又はコラムの周囲の温度を検出する温度センサでもよいし、コラムの歪を検出する歪ゲージでもよいし、コラムの上端の位置を検出する光電センサ等の位置検出センサでもよい。

外力発生部は、力を発生するものであれば、電動モータや熱膨張係数が比較的大きい部材に限定されない。例えば、油圧シリンダでもよい。

本発明の第１の実施形態のマシニングセンタの概略を示す背面側斜視図である。 図１のマシニングセンタの外力発生部の断面図である。 本発明の第２の実施形態のマシニングセンタの概略を示す側面図である。 図３のマシニングセンタの外力発生部の拡大図である。 本発明の第３の実施形態のマシニングセンタの概略を示す斜視図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 従来のマシニングセンタを示す側面図である。

符号の説明

１…マシニングセンタ（工作機械）、４…コラム（保持部材）、２０…姿勢維持装置、Ｔ…工具（作業ユニット）。

Claims (19)

1. 作業ユニットの荷重を受けるコラムと、
   前記コラムの温度に応じた大きさの外力を、熱変形による前記コラムの姿勢変化を矯正する方向に前記コラムに対して付与する姿勢維持装置と、
   を備えた工作機械。
2. 前記姿勢維持装置は、前記コラムの外部側から前記コラムに対して前記外力を付与する
   請求項１に記載の工作機械。
3. 前記姿勢維持装置は、
   前記コラムの外部側に設けられ、前記コラムの上端側に連結され、前記コラムの上端側から前記コラムを支持する支持部側へ前記コラムに対して斜め方向に配置される連結部材と、
   前記コラムの外部側に設けられ、前記連結部材に対して前記斜め方向の力を付与する外力発生部と、
   を備える請求項２に記載の工作機械。
4. 前記姿勢維持装置は、前記コラムの内部側から前記コラムに対して前記外力を付与する
   請求項１に記載の工作機械。
5. 前記姿勢維持装置は、
   前記コラムの内部側に設けられ、前記コラムの上端側に連結され、前記コラムの上端側から前記コラムの下端側へ前記コラムに対して斜め方向に配置される連結部材と、
   前記コラムの内部側に設けられ、前記連結部材に対して前記斜め方向の力を付与する外力発生部と、
   を備える請求項４に記載の工作機械。
6. 前記コラムは、２本設けられ、当該２本のコラムに掛架されたクロスレールを介して前記作業ユニットの荷重を受け、
   前記姿勢維持装置は、前記２本のコラムそれぞれに対応して２個設けられている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
7. 前記姿勢維持装置は、前記コラム及び前記クロスレールに直交する方向の力を含む前記外力を前記コラムに付与する
   請求項６に記載の工作機械。
8. 前記姿勢維持装置は、前記外力を発生する電動モータを含んで構成されている
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の工作機械。
9. 前記姿勢維持装置は、
   前記コラムの熱変形と相関のある情報を検出するセンサと、
   前記センサの検出値に基づいて前記電動モータの動作を制御する制御手段と、
   を更に備える請求項８に記載の工作機械。
10. 前記センサは、前記コラム又は前記コラムの周囲の温度を検出する
    請求項９に記載の工作機械。
11. 前記センサは、前記コラムの傾きを検出する
    請求項９に記載の工作機械。
12. 前記姿勢維持装置は、前記コラムよりも熱膨張係数が高い部材を含んで構成され、当該部材の熱応力により前記外力を発生する
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の工作機械。
13. 前記姿勢維持装置は、
    前記コラムの上端に連結され、前記コラムの上端側から前記コラムを支持する支持部側へ前記コラムに対して斜め方向に配置されるコラム側連結部材と、
    前記斜め方向に配置され、前記支持部又は前記コラムの下端側に連結される支持部側連結部材と、
    前記コラム側連結部材と前記支持部側連結部材とに連結され、前記コラム側連結部材と前記支持部側連結部材とを前記斜め方向に離間又は近接させる力を発生する外力発生部と、
    を備え、
    前記外力発生部は、前記コラムよりも熱膨張係数が高い部材である
    請求項１に記載の工作機械。
14. 前記コラム側連結部材と前記外力発生部との連結位置が前記支持部側連結部材と前記外力発生部との連結位置よりも前記支持部側に設定されている
    請求項１３に記載の工作機械。
15. 前記コラム側連結部材と前記外力発生部との連結位置が前記支持部側連結部材と前記外力発生部との連結位置よりも前記コラム側に設定されている
    請求項１３に記載の工作機械。
16. 前記外力発生部は、
    前記コラム側連結部材側から前記支持部側連結部材側へ配列され、前記コラム側連結部材と連結可能な複数のコラム側連結部と、
    前記コラム側連結部材側から前記支持部側連結部材側へ配列され、前記支持部側連結部材と連結可能な複数の支持部側連結部と、
    を備える請求項１３に記載の工作機械。
17. 前記複数のコラム側連結部が配列される範囲と前記複数の支持部側連結部が配列される範囲とは、前記コラム側連結部材側から前記支持部側連結部材側の方向において少なくとも一部が重複している
    請求項１６に記載の工作機械。
18. 作業ユニット又は当該作業ユニットの作業対象の荷重を受ける保持部材と、
    前記保持部材の温度に応じた大きさの外力を、熱変形による前記保持部材の姿勢変化を矯正する方向に前記保持部材に対して付与する姿勢維持装置と、
    を備えた工作機械。
19. 作業ユニットを保持するコラムの上端側に一端側が連結可能なコラム側連結部材と、
    前記コラムを支持する支持部に一端側が連結可能な支持部側連結部材と、
    前記コラム側連結部材の他端側と前記支持部側連結部材の他端側とに連結され、前記コラム側連結部材と前記支持部側連結部材との間に近接方向又は離間方向の力を発生する外力発生部と、
    を備えた姿勢維持装置。
    

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