JP2009119573A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 主軸モータの回転による主軸ヘッドの振動や騒音を低減しワークの加工精度を向上させること、高精度で加工できる主軸モータの回転使用領域を広くすること。
【解決手段】 工作機械は、主軸モータ８のモータフランジ９と主軸ヘッド５のフランジ部７との間に挟着された弾性部材１１と、弾性部材１１を介してモータフランジ９をフランジ部７に締結する４本のボルト部材１２とを備え、モータフランジ９のボルト穴９ａはボルト部材１２の外径よりも大径に形成され、弾性部材１１のボルト穴１１ａにボルト部材１２を外遊嵌するカラー１３が内嵌装着され、モータフランジ９の下端と主軸ヘッド５との間にカラー１３を挟持するようにボルト部材１２を締結することにより、弾性部材１１を圧縮状態に保持した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、工具を装着可能な主軸を有した主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの上部に固定され前記主軸を回転させる主軸モータと、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムとを備えた工作機械において、特に主軸モータの回転により発生する主軸ヘッドの振動や騒音を低減するように構成したものに関する。

従来、工作機械は、基台に立設されたコラムと、コラムに対して昇降可能な主軸台（本願の主軸ヘッド）と、この主軸台の上部に装備された主軸モータとを有している。
このような工作機械では、加工プログラムに基づいて、工具が装着された主軸を主軸モータにより回転駆動しながら、Ｘ軸モータとＹ軸モータによりテーブルをＸＹ方向に移動させると共にＺ軸モータにより主軸台を上下に移動させることで、ワークにタップ加工や孔開け、座ぐり加工等多種の加工を施している。

通常、主軸モータの主軸台に対する固定は、複数のボルト部材の締結により行われている。例えば、特許文献１に記載のマシニングセンタにおいては、複数のボルト部材によって、主軸モータのモータフランジが主軸台の側壁に固定された工具交換装置の上端に締結されている。
特開平１１−２７７３５７号公報

特許文献１のマシニングセンタにおいては、ワークを加工する際、主軸モータの回転により発生する振動が主軸台に伝達され、主軸台が主にＸ方向に振動する。
さらに、主軸モータの回転により主軸台の固有振動数と等しい振動数の振動が主軸台に伝達されたとき、主軸台が共振し振動や騒音が大きくなる。

主軸モータの回転数を、主軸台の共振振動数に対応する回転数にして加工を行うと、主軸台が共振し大きな振動が発生して加工精度が低下するうえ、機械の損傷につながる虞がある。このため、共振振動数に対応する回転数では加工を行わないようにする必要がある。加工時に通常使用される主軸モータの回転使用領域（８０〜１６０Ｈｚ）に主軸台の共振点がある場合、実際に高精度で加工できる回転使用領域が狭くなり、使用上の制約が大きくなる。

本発明の目的は、工作機械において、主軸モータの回転による主軸ヘッドの振動や騒音を低減しワークの加工精度を向上させること、高精度で加工できる主軸モータの回転使用領域を広くすること、等である。

請求項１の工作機械は、工具を装着可能な主軸を有した主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの上部に固定され前記主軸を回転させる主軸モータと、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムとを備えた工作機械において、前記主軸モータのモータフランジと前記主軸ヘッドとの間に挟着された弾性部材と、前記弾性部材を介して前記モータフランジを前記主軸ヘッドに締結する複数のボルト部材とを備えたことを特徴とする。

この工作機械では、主軸モータのモータフランジと主軸ヘッドの間に弾性部材が挟着され、この弾性部材を介して複数のボルト部材によりモータフランジが主軸ヘッドに締結されている。この工作機械においてワークを加工する際、主軸モータの回転により振動が発生するが、このときの振動エネルギーが弾性部材により吸収され、主軸ヘッドへ伝達される振動エネルギーが低減する。これにより、主軸ヘッドの共振を抑制することができるので、主軸ヘッドの振動や騒音が低減しワークの加工精度を向上させることができる。

請求項２の工作機械は、請求項１の発明において、前記モータフランジのボルト穴径は、前記ボルト部材の外径よりも大径に形成され、前記弾性部材のボルト穴に前記ボルト部材を外遊嵌するカラーが内嵌装着され、前記モータフランジの下端と前記主軸ヘッドとの間に前記カラーを挟持するように前記ボルト部材を締結することにより、前記弾性部材を圧縮状態に保持したことを特徴とする。

請求項３の工作機械は、請求項１又は２の発明において、前記弾性部材は、合成樹脂材料又はゴム材料でもって構成されたことを特徴とする。

請求項４の工作機械は、工具を装着可能な主軸を有した主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの上部に固定され前記主軸を回転させる主軸モータと、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムとを備えた工作機械において、前記主軸モータのモータフランジを前記主軸ヘッドに締結する複数のボルト部材と、前記モータフランジの複数のボルト穴に夫々装着され且つボルト部材の外径よりも大きな内径を有する複数のカラーとを備え、前記ボルト部材を前記カラーに挿通させて前記主軸ヘッドに締結した状態において、前記ボルト部材の頭部はカラーに当接し且つ前記頭部と前記モータフランジの間に隙間を有するように構成したことを特徴とする。

この工作機械では、モータフランジの複数のボルト穴に、ボルト部材の外径よりも大きな内径を有する複数のカラーが夫々装着され、複数のボルト部材をカラーに夫々挿通させて主軸ヘッドに締結したとき、ボルト部材の頭部がカラーに当接し且つ頭部とモータフランジの間に隙間が形成される。即ち、主軸モータの主軸ヘッドに対する、ボルト部材の軸方向及び軸方向と直交する方向への移動の自由度を確保するものである。

この工作機械においてワークを加工する際、主軸モータの回転により振動が発生するが、主軸ヘッドに対して主軸モータのボルト部材の軸方向及び軸方向と直交する方向への移動を許すことで振動エネルギーを吸収することができるため、主軸ヘッドへ伝達される振動エネルギーが低減する。これにより、主軸ヘッドの共振を抑制することができるので、主軸ヘッドの振動や騒音が低減しワークの加工精度を向上させることができる。

請求項１の発明によれば、主軸モータのモータフランジと主軸ヘッドの間に挟着された弾性部材と、弾性部材を介してモータフランジを主軸ヘッドに締結する複数のボルト部材とを備えたので、主軸モータの回転により発生する振動エネルギーを弾性部材によって吸収し、主軸ヘッドへ伝達される振動エネルギーを低減させることができる。

これにより、主軸ヘッドの共振を抑制することができるので、主軸ヘッドの振動や騒音が低減しワークの加工精度を向上させることができる。
さらに、主軸ヘッドの共振を抑制することで機械の損傷を防止することができ、主軸モータの回転使用領域を広くすることができるので、使用上の制約が小さくなる。

請求項２の発明によれば、モータフランジのボルト穴径はボルト部材の外径よりも大径に形成され、弾性部材のボルト穴にボルト部材を外遊嵌するカラーが内嵌装着され、モータフランジの下端と主軸ヘッドとの間にカラーを挟持するようにボルト部材を締結することにより、弾性部材を圧縮状態に保持したので、弾性部材を適度の圧縮状態に保持することができ、弾性部材により加工精度が低下するのを抑制することができ、弾性部材による所期の振動エネルギー吸収性能を発揮することができる。

また、弾性部材を適度の圧縮状態に保持することで、主軸ヘッドの共振点を低振動数側へ移動させることができるので、主軸モータの回転使用領域に共振点が現れなくなり、高精度で加工できる主軸モータの回転使用領域が広くなる。

請求項３の発明によれば、弾性部材は、合成樹脂材料又はゴム材料でもって構成されたので、製作コストを安価にできる。

請求項４の発明によれば、複数のボルト部材と複数のカラーとを備え、ボルト部材をカラーに挿通させて主軸ヘッドに締結した状態において、ボルト部材の頭部はカラーに当接し且つ頭部とモータフランジの間に隙間を有するように構成したので、主軸モータの主軸ヘッドに対する、ボルト部材の軸方向及び軸方向と直交する方向への移動の自由度を確保することができる。そのため、主軸ヘッドに対して主軸モータのボルト部材の軸方向及び軸方向と直交する方向への移動を許すことで振動エネルギーを吸収することができる。

これにより、主軸ヘッドへ伝達される振動エネルギーを低減させることができ、主軸ヘッドの共振を抑制することができるので、主軸ヘッドの振動や騒音が低減しワークの加工精度を向上させることができる。さらに、主軸ヘッドの共振を抑制することで機械の損傷を防止することができ、主軸モータの回転使用領域を広くとることができるので、使用上の制約が小さくなる。

以下、本発明を実施する為の最良の形態について説明する。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、工作機械１は、基台（図示略）に立設されたコラム２と、コラム２において上下方向に移動可能に支持された主軸ヘッド５と、工具が装着される主軸を回転駆動する主軸モータ８と、主軸モータ８の回転により発生する振動を抑制する制振装置１０等を備えている。

基台の内部には、基台に設けたテーブル（図示省略）をＸ方向に移動させるＸ軸モータ（図示省略）と、テーブルをＹ方向に移動させるＹ軸モータ（図示省略）が設けられている。
コラム２の上部には、主軸ヘッド５を上下方向に移動可能に支持する送りネジ軸３と１対のガイドレール４が夫々鉛直に配設され、コラム２の上端部には、主軸ヘッド５を上下方向に移動させるＺ軸モータ１４が設けられている。Ｚ軸モータ１４により送りネジ軸３が回転駆動され、主軸ヘッド５が１対のガイドレール４を介して上下方向に移動可能になっている。

図１〜図３に示すように、主軸ヘッド５は、コラム２より水平方向に延び、その上部に主軸モータ８を備えている。主軸ヘッド５の内部には、下端部に工具が装着される主軸が回転自在に垂直に配設されている。主軸ヘッド５の先端部の上端部には、主軸モータ８が固定されるフランジ部７が形成され、フランジ部７の４つの角部には、４つのボルト穴７ａが夫々形成されている。主軸モータ８の下端部には、主軸ヘッド５に固定されるモータフランジ９が形成され、モータフランジ９の４つの角部には、後述のボルト部材１２の外径よりも大径の４つのボルト穴９ａが夫々形成されている。

次に、制振装置１０について説明する。
図２〜図４に示すように、制振装置１０は、主軸モータ８のモータフランジ９と主軸ヘッド５との間に挟着された合成樹脂製の弾性部材１１と、弾性部材１１を介してモータフランジ９を主軸ヘッド５に締結する４本のボルト部材１２と、これらのボルト部材１２を夫々外遊嵌する４つのカラー１３とを有する。弾性部材１１は、平面視にてほぼ矩形状で薄板状に形成され、弾性部材１１の中央部には，主軸モータ８の駆動軸１５が挿通される穴部１１ｂが形成されている。弾性部材１１の４つの角部には４つのボルト穴１１ａが夫々形成され、これらのボルト穴１１ａにカラー１３が夫々内嵌装着されている。

図２、図３に示すように、主軸モータ８を主軸ヘッド５に固定する際、上方から４本のボルト部材１２をモータフランジ９のボルト穴９ａと、弾性部材１１のボルト穴１１ａに装着されたカラー１３の穴部１３ａと、フランジ部７のボルト穴７ａに夫々挿通する。
図４に示すように、この状態で、ボルト部材１２の頭部１２ａがモータフランジ９に当接するまでボルト部材１２を締結すると、モータフランジ９の下端とフランジ部７との間でカラー１３が挟持されて、弾性部材１１が適度の圧縮状態に保持されている。

図４に示すように、主軸モータ８を主軸ヘッド５に締結した状態で、ボルト部材１２の軸部１２ｂとモータフランジ９のボルト穴９ａ及びボルト部材１２の軸部１２ｂとカラー１３のボルト穴１３ａとの間に微小隙間を有しており、主軸モータ８の主軸ヘッド５に対する、ボルト部材１２の水平方向（軸方向と直交する方向）に移動の自由度を確保している。

次に、工作機械１の作用、効果について説明する。
この工作機械１では、主軸モータ８のモータフランジ９と主軸ヘッド５のフランジ部７の間に弾性部材１１が挟着され、この弾性部材１１を介して４本のボルト部材１２によりモータフランジ９がフランジ部７に締結されている。この工作機械１においてワークを加工する際、主軸モータ８の回転により振動が発生するが、このときの振動エネルギーが弾性部材１１により吸収されるため、主軸ヘッド５へ伝達される振動エネルギーが低減する。その結果、実施例２の図８に示すように、実際の加工で使用される主軸モータ８の回転使用領域（８０〜１６０Ｈｚ）において、主軸ヘッド５の共振を抑制することができるので、主軸ヘッド５の振動や騒音が低減しワークの加工精度を向上させることができる。

このように、主軸モータ８のモータフランジ９と主軸ヘッド５の間に挟着された弾性部材１１と、弾性部材１１を介してモータフランジ９を主軸ヘッド５に締結する４本のボルト部材１２とを備えたので、主軸モータ８の回転により発生する振動エネルギーを弾性部材１１によって吸収し、主軸ヘッド５へ伝達される振動エネルギーを低減させることができる。

これにより、主軸ヘッド５の共振を抑制することができるので、主軸ヘッド５の振動や騒音が低減しワークの加工精度を向上させることができる。さらに、主軸ヘッド５の共振を抑制することで機械の損傷を防止することができ、主軸モータ８の回転使用領域を広くとることができるので、使用上の制約が小さくなる。

本発明の工作機械１は、モータフランジ９のボルト穴９ａの穴径をボルト部材１２の外径よりも大径に形成し、弾性部材１１のボルト穴１１ａにボルト部材１２を外遊嵌するカラー１３を内嵌装着し、モータフランジ９の下端と主軸ヘッド５との間にカラー１３を挟持するようにボルト部材１２を締結して、弾性部材１１を圧縮状態に保持した。これにより、本発明の工作機械１は、適度の圧縮状態に保持された弾性部材１１により振動エネルギーを吸収することができる。

また、弾性部材１１を適度の圧縮状態に保持することで、主軸ヘッド５の共振点を低振動数側へ移動させることができるので、主軸モータ８の回転使用領域に共振点が現れなくなり、高精度で加工できる主軸モータ８の回転使用領域が広くなる。しかも、弾性部材１１は、合成樹脂材料でもって構成されたので、製作コストを安価にできる。

次に、本発明の実施例２について、図５〜図８に基づいて説明する。但し、前記実施例と同一の構成には同一の符号を付し、異なる構成についてのみ説明する。
実施例２の工作機械１においては、弾性部材１１を省略し制振装置１０の構成を変更したものである。

図５〜図７に示すように、制振装置１０は、主軸モータ８のモータフランジ９を主軸ヘッド５に締結する４本のボルト部材１２と、モータフランジ９の４つのボルト穴９ａに夫々装着された４つのカラー１６とを有する。モータフランジ９の４つのボルト穴９ａには、ボルト部材１２の外径よりも大きな内径を有する４つのカラー１６が夫々内嵌装着されている。

主軸モータ８を主軸ヘッド５に固定する際、上方から４本のボルト部材１２をモータフランジ９のボルト穴９ａに装着されたカラー１６と、フランジ部７のボルト穴７ａに夫々挿通する。図６、図７に示すように、この状態で、ボルト部材１２の頭部１２ａがカラー１６に当接するまでボルト部材１２を締結すると、頭部１２ａとモータフランジ９の間に微小隙間が形成される。加えて、ボルト部材１２の軸部１２ｂとカラー１６のボルト穴１６ａとの間に微小隙間が形成されており、主軸モータ８の主軸ヘッド５に対する、ボルト部材１２の鉛直方向（軸方向）及び水平方向（軸方向と直交する方向）に移動の自由度を確保している。これにより、ワークを加工する際、主軸モータ８の回転により振動が発生するが、主軸ヘッド５に対して主軸モータ８が鉛直方向及び水平方向に微小距離だけ移動を許すことで、振動エネルギーを吸収することが可能となる。

次に、主軸ヘッド５の振動による振幅の測定結果について説明する。
図８は、実施例２と従来例における主軸ヘッドの振動による振幅の測定結果を示す線図であり、横軸が主軸モータ８の周波数（回転数）、縦軸が主軸ヘッド５の振幅である。
図８の実線に示すように、主軸モータ８の回転使用領域（８０〜１６０Ｈｚ）において、従来例では、主軸モータ８の周波数が約８０Ｈｚと約１４０Ｈｚのとき（これらが主軸ヘッド５の共振点である）、主軸ヘッド５が共振し大きく振幅したが、図８の破線に示すように、実施例２では、前記共振点で主軸ヘッド５の振幅が夫々約１／２に低減した。

このように、４本のボルト部材１２と４つのカラー１６とを備え、ボルト部材１２をカラー１６に挿通させて主軸ヘッド５に締結した状態において、ボルト部材１２の頭部１２ａはカラー１６に当接し且つ頭部１２ａとモータフランジ９の間に微小隙間を有するように構成したので、主軸モータ８の主軸ヘッド５に対する、ボルト部材１２の鉛直方向及び水平方向への移動の自由度を確保することができる。そのため、主軸ヘッド５に対して主軸モータ８のボルト部材１２の軸方向及び軸方向と直交する方向への移動を許すことで、振動エネルギーを吸収することができる。

これにより、主軸ヘッド５へ伝達される振動エネルギーを低減させることができ、図８に示すように、主軸ヘッド５の共振を抑制することができるので、主軸ヘッド５の振動や騒音が低減しワークの加工精度を向上させることができる。さらに、主軸ヘッド５の共振を抑制することで機械の損傷を防止することができ、主軸モータ８の回転使用領域を広くとることができるので、使用上の制約が小さくなる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１］実施例１において、弾性部材１１は弾性力を有する材料であればよく、例えばゴム材料などで構成してもよい。また、種々の厚さの弾性部材１１を適用可能である。
２］実施例１において、カラー１３を省略することも可能である。

３］実施例１において、ボルト部材１２とカラー１３の個数は、フランジ部７とモータフランジ９と弾性部材１１に形成されたボルト穴７ａ，９ａ，１１ａの個数に応じて夫々変更可能である。実施例２においても同様に、ボルト部材１２とカラー１６の個数は、フランジ部７とモータフランジ９に形成されたボルト穴７ａ，９ａの個数に応じて夫々変更可能である。

本発明の実施例１に係る工作機械の主要部分の斜視図である。 制振装置（未締結状態）の斜視図である。 制振装置（未締結状態）の縦断面図である。 制振装置（締結状態）の要部の拡大縦断面図である。 実施例２の図２相当図である。 制振装置（締結状態）の縦断面図である。 制振装置（締結状態）の要部の拡大縦断面図である。 実施例２と従来例における主軸ヘッドの振動による振幅の測定結果を示す線図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ コラム
５ 主軸ヘッド
８ 主軸モータ
１１ 弾性部材
１２ ボルト部材
１３，１６ カラー

Claims (4)

1. 工具を装着可能な主軸を有した主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの上部に固定され前記主軸を回転させる主軸モータと、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムとを備えた工作機械において、
   前記主軸モータのモータフランジと前記主軸ヘッドとの間に挟着された弾性部材と、
   前記弾性部材を介して前記モータフランジを前記主軸ヘッドに締結する複数のボルト部材と、
   を備えたことを特徴とする工作機械。
2. 前記モータフランジのボルト穴径は、前記ボルト部材の外径よりも大径に形成され、
   前記弾性部材のボルト穴に前記ボルト部材を外遊嵌するカラーが内嵌装着され、
   前記モータフランジの下端と前記主軸ヘッドとの間に前記カラーを挟持するように前記ボルト部材を締結することにより、前記弾性部材を圧縮状態に保持したことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記弾性部材は、合成樹脂材料又はゴム材料でもって構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 工具を装着可能な主軸を有した主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの上部に固定され前記主軸を回転させる主軸モータと、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムとを備えた工作機械において、
   前記主軸モータのモータフランジを前記主軸ヘッドに締結する複数のボルト部材と、
   前記モータフランジの複数のボルト穴に夫々装着され且つボルト部材の外径よりも大きな内径を有する複数のカラーとを備え、
   前記ボルト部材を前記カラーに挿通させて前記主軸ヘッドに締結した状態において、前記ボルト部材の頭部はカラーに当接し且つ前記頭部と前記モータフランジの間に隙間を有するように構成したことを特徴とする工作機械。