JP2007175818A - 工作機械の熱変形防止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】大型工作機械に対しても低コストで設備可能で、特に反りやたおれといった熱変形を防止するための熱変形防止構造を提供する。
【解決手段】クロスレール５の左右両端部に、コラム４の一部表面を覆うように断熱性部材により形成されたカバー６、６を取り付ける。各カバー６は、クロスレール５の上下幅と略同様の上下幅を有した帯状体であって、各コラム４の両側面及び後面を、クロスレール５と略同じ上下幅に亘って覆うようクロスレール５に取り付けられており、クロスレール５と共にコラム４に沿って上下動可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば門形マシニングセンタといった工作機械において、コラム等に熱変形による反り・たおれが生じないようにするための熱変形防止構造に関するものである。

たとえば門形マシニングセンタといった工作機械を工場内に設置すると、工場内の温度変化により、コラム等に反りやたおれといった熱変形が生じてしまい、主軸頭がＺ軸（垂直軸）から傾いて、加工精度を低下させるといった問題を引き起こしていた。そこで、従来より、たとえば特許文献１や特許文献２に開示されているような構成によって、工作機械の熱変形を防止しようとしている。

実開平１−９７８４０号公報 特開２００１−５４８３９号公報

ここで、特許文献１及び特許文献２に開示されている熱変形防止構造について説明する。
特許文献１に記載の熱変形防止構造は、コラム表面や内面の全域にわたって断熱材を貼着または充填することによって、コラムの熱変形を防止しようとしたものである。また、特許文献２に記載の熱変形防止構造は、温度管理された流体（たとえば、冷却液）を、コラム内部の空間に充填させたり、コラム表面に配設された配管に流すことによって、コラムの熱変形を防止しようとしたものである。

しかしながら、門形マシニングセンタといった工作機械は一般的に非常に大きな機械であるため、たとえ上記特許文献１に記載の構造であっても、設備コストが高価となるといった問題が生じる。また、特許文献２に記載の構造を適用すると、配管を設置したり液体の温度を管理するための装置を設置しなければならない等、更なる設備コストが必要となる上、工作機械が作動している間、大量の流体の温度を常に管理（加熱や冷却）しなければならず、ランニングコストも非常にかかる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、たとえ門形マシニングセンタといった大型工作機械に対しても低コストで設備可能で、特に反りやたおれといった熱変形を防止するための熱変形防止構造を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、構造物の一表面にガイドを設け、該ガイドに沿って移動可能に移動体を備えた工作機械の熱変形防止構造であって、前記構造物における前記移動体設置部の外周を覆うカバー部材を、前記移動体に同期して移動可能に設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、カバー部材に断熱性を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、構造物における移動体設置部の周囲をカバー部材により覆っているため、外気の温度が変化した際に、たとえば構造物の前面（ガイド設置面）の温度変化と後面や側面（ガイドが設置されていない面）の温度変化との差を低減することができる。したがって、構造物に反りやたおれといった熱変形が生じる事態を防止することができ、ひいてはより高精度で効率の良い加工の実現といった効果にもつながる。また、構造物全体を断熱材等により覆うものと比較して設備コストを安価に抑えることができる。さらに、カバー部材を移動体に同期して移動可能としているため、作業者により移動体の移動にあわせてカバー部材を移動させる必要がなく、使い勝手が良い。
さらにまた、所定位置にカバー部材を取り付けるだけで構成可能であるため、設置作業等が非常に容易である上、既に工場に設置されている工作機械に対して後付可能であり、汎用性に富む。加えて、従来のように工作機械に備えるにあたって、温度管理のための別途装置等も必要でないことから、設備コストを極めて安価に抑えることができる上、ランニングコスト等もかからない。
また、請求項２の発明の如く、カバー部材に断熱性を備えることにより、構造物に生じる熱変形をより低減させることができる

以下、本発明の一実施形態となる熱変形防止構造について図面を基に説明する。尚、本実施の形態では、工作機械をその一例である門形マシニングセンタとして説明する。

図１は、門形マシニングセンタ１の外観を示した説明図であり、図２は、コラム４のカバー部の水平断面を示した説明図である。尚、図１におけるＸ軸方向を前後方向、Ｙ軸方向を左右方向、Ｚ軸方向を上下方向として説明する。
門形マシニングセンタ１は、テーブル２を前後方向へとスライド自在に設置したベッド３を備えたものであって、該ベッド３の両脇には、一対のコラム（構造物）４、４が立設されている。各コラム４の前面には、Ｚ軸方向に平行なガイド８が設けられており、コラム４、４間には、ガイド８、８に沿って上下方向へとスライド可能なクロスレール（移動体）５が架設されている。クロスレース５の前面には、主軸（図示しない）を有する主軸頭７が、左右方向へとスライド可能に設置されている。また、クロスレール５の左右両端部には、コラム４の一部表面を覆うように断熱性部材により形成されたカバー（カバー部材）６、６が取り付けられている。

カバー６は、クロスレール５の上下幅と略同様の上下幅を有した帯状体であって、各コラム４の両側面及び後面（移動体設置部の外周）を、クロスレール５と略同じ上下幅に亘って覆うようクロスレール５に取り付けられている。したがって、各カバー６は、クロスレール５と共にコラム４に沿って上下動可能となっている（すなわち、コラム４には接着・貼着等されていない）。尚、カバー６とコラム４の表面との間に出来るだけ外気が侵入しないよう、カバー６の一端は、図２に示す如くクロスレール５の外側端面に貼着されている。

ここで、カバー６等の熱変形防止構造を備えていない一般的な門形マシニングセンタにおけるコラムの熱変形について説明する。
外気の温度（室温）が変化すると、コラム表面の温度も変化してコラムが伸縮する。その際、コラム表面が露出している箇所においては、コラム表面の温度変化と外気の温度変化とが略同一となる。一方、コラム前面にクロスレールが架設される箇所においては、図２に示す如くコラムの前面が外気と接触しないことから、コラム前面の温度変化が外気の温度変化と比べてにぶくなる。したがって、コラム前面の温度変化とコラム後面（及び側面）の温度変化との間に差が生じるため、コラムの変形率が前面と後面（及び側面）とで異なり、結果としてコラムに反りやたおれといった熱変形（すなわち、コラムが傾く熱変形）が生じることになる。

これに対し、本実施例の如く、クロスレール５の両端にコラム４、４を覆うカバー６、６を設けた門形マシニングセンタ１では、各コラム４のクロスレール５架設位置においてクロスレール５と略同じ上下幅がカバー６により覆われているため、外気の温度が変化したとしても、カバー６にて覆われたコラム４の後面（及び側面）は、クロスレール５が架設されたコラム４前面と同様、温度変化の影響を受けにくい。したがって、上述の如くコラム４の前面と後面（及び側面）とで温度変化に差が生じることがなく、コラム４に反りやたおれといった熱変形が生じない。尚、コラム４の全てをカバー６にて覆うわけではないため、コラム４の露出部においては上下方向へと伸縮する熱変形（Ｚ軸方向に沿った熱変形）が生じるものの、コラム４が傾く変形ではないため、該熱変形は、従来より既知の熱変位補正方法及び装置（たとえば、コラム４の熱変位量を基に、主軸のＺ軸方向への移動量に補正値を加える等）により比較的容易に補正することができる。

以上のような熱変形防止構造によれば、各コラム４のクロスレール５架設位置を、クロスレール５と略同じ上下幅を有するカバー６により覆っているため、外気の温度が変化した際に、コラム４の前面と後面（及び側面）とにおいてコラム表面温度の温度変化に差が生じない。したがって、コラム４に反りやたおれといった熱変形が生じる事態を防止することができ、ひいてはより高精度で効率の良い加工の実現といった効果にもつながる。また、コラム全体を断熱材等により覆うものと比較して設備コストを安価に抑えることができる。

さらに、クロスレール５の左右両端部にコラム４を覆うようにカバー６、６を取り付ける構成としているため、設置作業等が非常に容易である上、既に工場に設置されている工作機械に対して後付可能であり、汎用性に富む。さらにまた、従来のように工作機械に備えるにあたって、温度管理のための別途装置等も必要でないことから、設備コストを極めて安価に抑えることができる上、ランニングコスト等もかからない。

またさらに、カバー６、６を断熱性の部材で形成することにより、コラム４に生じる反りやたおれといった熱変形をより低減させることができる。
加えて、カバー６、６をクロスレール５と共にスライド可能としているため、作業者によりクロスレール５の位置にあわせてカバー６、６を移動させる必要がなく、使い勝手が良い。

なお、本発明の熱変形防止構造は、上記実施の形態に記載した態様に何ら限定されるものではなく、対象となる工作機械の構成や、カバーの設置位置、形状、大きさ、及び素材等といった構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、本発明の熱変形防止構造を立形マシニングセンタ等にも当然適用可能であって、コラムの前面に沿って上下方向へとスライド可能な主軸頭にカバーを取り付けるような構成とすることも可能である。また、一般的に室温は、室内における高さと相関関係（同じ高さ位置では略同じ温度となる）があるため、上下方向へと移動自在な移動体にカバーを設ける方が効果的ではあるものの、左右方向へと移動自在な移動体にカバーを設けたとしても何ら問題はない。尚、カバーを移動体に直接貼着等するのではなく、移動体と同期して移動するカバー用移動体を別途設ける構成としてもよい。

さらに、上記実施形態では、断熱性を有する素材によりカバーを形成しているが、断熱性を有さない素材からなるカバーとしてもよい。断熱性を有するものと比べると、外気の温度変化の影響を受けやすくはなるものの、工場内を吹く風がコラム表面等に直接あたらない構成とするだけで、熱変形を抑制するという効果において一応の効果を期待することができる。

熱変形防止構造を備えた門形マシニングセンタの外観を示した説明図である。 コラムのカバー部の水平断面を示した説明図である。

符号の説明

１・・門形マシニングセンタ、２・・テーブル、３・・ベッド、４・・コラム、５・・クロスレール、６・・カバー、７・・主軸頭、８・・ガイド。

Claims (2)

1. 構造物の一表面にガイドを設け、該ガイドに沿って移動可能に移動体を備えた工作機械の熱変形防止構造であって、
   前記構造物における前記移動体設置部の外周を覆うカバー部材を、前記移動体に同期して移動可能に設けたことを特徴とする工作機械の熱変形防止構造。
2. カバー部材に断熱性を備えたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変形防止構造。

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