JP2009233787A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 工作機械の制御箱をコラムに支持する支持構造と制御箱とをダイナミックダンパー的に作用させて、ヨー振動やピッチング振動を抑制可能にする。

【解決手段】ベース部の後部に立設されて鉛直上方へ延びるコラムの背面に制御箱を支持する工作機械の支持構造に、制御箱のうちのコラムに面する前面の左右両端近傍部の少なくとも下部に、鉛直方向に所定長さを有する左右１対の第１連結部を設け、これら左右１対の第１連結部をコラムの後端部に複数のボルトを介して夫々連結する左右１対の第１連結部材を設け、制御箱の下面の前端部分を支持可能な左右方向に延びる連結支持部材を設け、この連結支持部材により制御箱の下面の前端部分をコラムの後端部に連結した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、工作機械に関し、特にコラムの背面に制御箱を連結部材等により支持する支持構造を改良し、工作機械の共振周波数と同じ共振周波数を持つ振動系にすることにより工作機械本体のヨー振動を抑制するようにしたものに関する。

従来、図７、図８は、本願出願人が製造した工作機械に採用していた制御箱支持構造の例を示すものである。この工作機械１００においては、ベース部１０１の後端部の上面に鉛直上方へ延びるコラム１０２が立設され、コラム１０２の前側には、テーブル１０３をＸ方向へ移動駆動するＸ駆動機構１０４と、テーブル１０２とＸ駆動機構１０４をＹ方向へ移動駆動するＹ駆動機構１０５と、コラム１０２に装備された主軸ヘッド１０６及びＡＴＣ１０７（自動工具交換装置）と、コラム１０２の背面に制御箱支持構造１１０を介して支持された制御箱１０８とを有する。

前記制御箱支持構造１１０について説明すると、制御箱１０８のコラム１０２に面する前面の左端近傍部と右端近傍部には、ハット形断面の上下方向へ延びる鋼製条材により左右２条の連結部１１１が形成され、各連結部１１１に溝形断面の連結部材１１２のウェブ１１２ａが複数のボルト１１３で固定され、この連結部材１１２のフランジ１１２ｂが複数のボルト１１４でコラム１０２の後端部分に固定されている。

他方、特許文献１に記載の工作機械ベッド構造においては、鉄鋼材料製の底盤の上にコンクリートブロックを成形し、そのコンクリートブロックの頂面付近に工作機械の本体部分を搭載するベース部材となる鉄鋼材料製のブロック類を半ば埋設状に設けている。
特開２００２−２６３９７２号公報

図７、図８に示す制御箱支持構造１１０は、上下に延びる連結部材１１２を介して制御箱１０８をコラム１０２に連結支持するため、上下方向の剛性は十分に高く構成されている。しかし、溝形断面の連結部材１１２のウェブ１１２ａの半幅部分が連結部１１１からコラム１０２の中心側へはみ出しているため、前後方向へ弾性変形し易くなっている。しかも、前記の連結部材１１２のフランジ１１２ｂの前端近傍部がコラム１０２の後端部に連結されているため、このフランジ１１２ｂは左右方向へ弾性変形し易くなっている。

本願の実施例の図６に比較例として示すように、工作機械の振動の周波数が８０〜８４Ｈｚのとき、共振現象に近い振動が発生し、コンプライアンスが悪化し、工作機械の機械加工精度が著しく低下してしまう。尚、特許文献１のベッド構造では、コラムに制御箱を支持する支持構造の振動特性を改善することはできない。
本発明の目的は、工作機械のヨー振動やピッチング振動を抑制可能な制御箱支持構造を有する工作機械を提供すること
である。

請求項１の工作機械は、ベース部と、このベース部の後部の上面に立設されて鉛直上方へ延びるコラムと、このコラムの背面に支持構造によって固定支持された制御箱とを備えた工作機械において、前記制御箱と前記支持構造とから構成される振動系の共振周波数と前記工作機械の共振周波数とが一致するように、前記制御箱と前記支持構造とから構成される振動系の共振周波数を調節する調節手段を備えたことを特徴としている。
調節手段によって制御箱と支持構造とから構成される振動系の共振周波数と、工作機械の共振周波数とが一致するように調節できるため、ダイナミックダンパー現象により工作機械のヨー振動やピッチング振動を抑制できる。

請求項２の工作機械は、前記調節手段は前記支持構造に組み込んで構成され、前記支持構造は、
前記制御箱のうちの前記コラムに面する前面の左右両端近傍部の少なくとも下部に設けられた、鉛直方向に所定長さを有する左右１対の第１連結部と、これら左右１対の第１連結部を前記コラムの後端部に複数のボルトを介して夫々連結する左右１対の第１連結部材と、前記制御箱の下面の前端部分を支持可能な左右方向に延びる連結支持部材であって、前記制御箱の下面の前端部分を前記コラムの後端部に連結する連結支持部材とを備えたことを特徴としている。

請求項３の工作機械は、請求項２の発明において、前記連結支持部材は、複数のボルトで制御箱の下面に固定されると共に複数のボルトで前記コラムの後端部に固定されることを特徴としている。

請求項４の工作機械は、請求項２又は３に記載の発明において、前記制御箱の前記前面の左右両端近傍部の上部に設けられた、左右１対の第２連結部と、前記左右１対の第２連結部を前記コラムの後端部に複数のボルトを介して夫々連結する左右１対の第２連結部材とを備えたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、制御箱と支持構造とから構成される振動系の共振周波数と工作機械の共振周波数とが一致するように、制御箱と支持構造とから構成される振動系の共振周波数を調節する調節手段を備えたため、制御箱および支持構造から構成される振動系の共振周波数と工作機械の共振周波数を一致させ、ダイナミックダンパー現象により工作機械のヨー振動やピッチング振動を抑制できる。その結果、特定の振動周波数のとき、共振的な振動によりコンプライアンスが極端に悪化することがなく、共振的な振動による機械加工精度が低下するのを確実に防止することができる。

請求項２の発明によれば、前記支持構造は、制御箱のうちのコラムに面する前面の左右両端近傍部の少なくとも下部に設けられた、鉛直方向に所定長さを有する左右１対の第１連結部と、これら左右１対の第１連結部を前記コラムの後端部に複数のボルトを介して夫々連結する左右１対の第１連結部材と、制御箱の下面の前端部分を支持可能な左右方向に延びる連結支持部材であって制御箱の下面の前端部分をコラムの後端部に連結する連結支持部材とを備えているため、共振的な振動による機械加工精度が低下するのを簡単な構成でもって確実に防止することができる。

請求項３の発明によれば、前記連結支持部材は、複数のボルトで制御箱の下面に固定されると共に複数のボルトで前記コラムの後端部に固定されるため、同機種の工作機械であってもオプション機器の増減により制御箱の重量が変化した場合に、前記ボルトの本数を増減調整することで、連結支持部材により制御箱をコラムに連結する連結剛性を適宜調整することができ、前記制御箱と支持構造とからなる振動系の共振周波数を適宜調整することができる。

同様に、左右１対の第１連結部をコラムの後端部に複数のボルトを介して夫々連結する左右１対の第１連結部材における複数のボルトの本数を増減調整することで、制御箱をコラムに連結する連結剛性を適宜調整することができ、前記制御箱と支持構造とからなる振動系の共振周波数を適宜調整することができる。

請求項４の発明によれば、前記支持構造は、前記制御箱の前記前面の左右両端近傍部の上部に設けられた、左右１対の第２連結部と、左右１対の第２連結部をコラムの後端部に複数のボルトを介して夫々連結する左右１対の第２連結部材とを備えているため、制御箱のピッチング運動を効果的に抑制し、工作機械本体のピッチング振動を効果的に抑制することができる。

以下、本発明を実施するため最良の形態について実施例に基づいて説明する。

最初に、この実施例に係る数値制御式工作機械１の概要について説明し、その後制御箱４をコラム７の背面に支持する支持構造２０について説明する。
図１〜図３に示すように、この工作機械１は、ベース部２と、テーブル３と、テーブル３を制御箱４からの指令に基づいてＸ軸方向（左右方向）へ移動駆動可能なＸ駆動機構５と、テーブル３とＸ駆動機構５を制御箱４からの指令に基づいてＹ軸方向（前後方向）へ移動駆動可能なＹ駆動機構６と、ベース部２の後部の上面に立設されて上方へ延びるコラム７と、このコラム７に昇降可能に装備された主軸ヘッド８と、この主軸ヘッド８に設けられた主軸（図示略）と、主軸ヘッド８を制御箱４からの指令に基づいてＺ軸方向（上下方向）へ移動駆動可能なＺ駆動機構（図示略）と、コラム７に装備されたＡＴＣ９（自動工具交換装置）と、コラム７の背面に調節手段としての支持構造２０を介して固定支持された制御箱４と、制御箱４と前記支持構造２０とからなる振動系の共振周波数が工作機械の共振周波数とが一致するように前記振動系の共振周波数を調節する調節手段等を備えている。

次に、制御箱４をコラム７に固定支持する支持構造２０について説明する。
図１、図２、図４、図５に示すように、制御箱４のうちのコラム７に面する前面の左右両端近傍部の下部には、鉛直方向に所定長さを有する左右１対の第１連結部２１が設けられている。制御箱４の前面の左右両端近傍部の上部には、鉛直方向に所定長さを有する左右１対の第２連結部２２が設けられている。左側の第１，第２連結部２１，２２は断面ハット形の鋼製条材２３で一体的に構成され、この鋼製条材２３の１対のフランジ部２３ａが制御箱４の前面に溶接接合されている。

左右１対の第１連結部２１をコラム７の後端部に夫々連結する鋼製の左右１対の第１連結部材２４が設けられている。この連結部材２４は、第１連結部２１に当接されたウェブ２４ａと、このウェブ２４ａの端部から直角に折曲されたフランジ２４ｂとで構成されている。ウェブ２４ａは３本のボルト２５で第１連結部２１に固定されている。フランジ２４ｂは２本のボルト２６でコラム７の後端部のボルト締結部２７に固定されている。

左右１対の第２連結部２２をコラム７の後端部に夫々連結する鋼製の左右１対の第２連結部材２８が設けられている。この第２連結部材２８は、ウェブ２８ａとウェブ２８ａから直角に折曲したフランジ２８ｂとで構成されている。ウェブ２８ａがボルト２９で第２連結部２２に固定され、フランジ２８ｂがボルト３０でコラム７の後端部のボルト締結部３１に固定されている。

図２〜図５に示すように、制御箱４の下面の前端部分を支持可能な左右方向に延びる連結支持部材３５が設けられ、この連結支持部材３５により制御箱４の下面の前端部分がコラム７の後端部に連結されている。この連結支持部材３５はウェブ３５ａとフランジ３５ｂとを備え且つ制御箱４の左右幅に近い長さのアングル部材で構成されている。連結支持部材３５のウェブ３５ａは、例えば４本のボルト３６で制御箱４の下面に固定されると共にフランジ３５ｂは例えば９本のボルト３７でコラム７の後端部のボルト締結部３８及び第１連結部材２４のウェブ２４ａに固定されている。

次に、前記振動系の共振周波数を調節する調節手段について説明する。
前記左右１対の連結部材２４を制御箱４とコラム７に連結する複数のボルト２５，２６の本数を増減調節することで、制御箱４をコラム７に連結する連結剛性を適宜調節し、制御箱４と支持構造２０とからなる振動系の共振周波数を調節することができる。同様に、連結支持部材３５を制御箱４とコラム７に連結する複数のボルト３６，３７の本数を増減調節することで、制御箱４をコラム７に連結する連結剛性を適宜調節し、制御箱４と支持構造２０とからなる振動系の共振周波数を調節することができる。つまり、本実施例では、複数のボルト２５，２６と複数のボルト３６，３７とで調節手段を構成してもよい。また、調節手段として、連結部材２４、連結支持部材３５をコラム７に取付ける位置や、連結部材２４、連結支持部材３５の形状を変更することで、共振周波数を調節してもよい。

次に、以上説明した工作機械の作用、効果について説明する。
連結支持部材３５は、複数のボルト３６で制御箱４の下面に固定されると共に複数のボルト３７でコラム７の後端部に固定されるため、同機種の工作機械１であってもオプション機器の増減により制御箱４の重量が変化した場合に、それらボルト３６，３７の本数を増減調整することで、連結支持部材３５により制御箱４をコラム７に連結する連結剛性（バネ定数）を適宜調整することができ、制御箱４と支持構造２０とからなる振動系の共振周波数を調節することができる。

同様に、左右１対の第１連結部２１をコラム７の後端部に複数のボルト２５，２６を介して夫々連結する左右１対の第１連結部材２４における複数のボルト２５，２６の本数を増減調整することで、制御箱４をコラム７に連結する連結剛性（バネ定数）を適宜調整することができ、制御箱４と支持構造２０とからなる振動系の共振周波数を調節することができる。

コラム７に制御箱４を支持する支持構造２０が、左右１対の第１連結部２１と、第１連結部材２４と、連結支持部材３５とを備え、前記調節手段により、制御箱４と支持構造２０からなる振動系の共振周波数を工作機械の共振周波数と一致させた。これにより、ダイナミックダンパー現象により制御箱４のヨー運動が効果的に抑制され、工作機械本体のヨー運動が効果的に抑制される。

その結果、特定の振動周波数のとき、ヨー運動の共振的な振動により工作機械１のコンプライアンスが極端に悪化することがなく、ヨー運動の共振的な振動による機械加工精度が低下するのを確実に防止することができる。
図６は、本発明と比較例（図７、図８の従来の制御箱支持構造）に関する、振動周波数を横軸パラメータとするコンプライアンスを示すものである。比較例では、８０〜８４Ｈｚの振動周波数のときコンプライアンスが極端に悪化していたが、本発明ではそのコンプライアンスの悪化が解消されている。

制御箱４の前面の左右両端近傍部の上部に設けられた、左右１対の第２連結部２２と、左右１対の第２連結部２２をコラム７の後端部に複数のボルト２９，３０を介して夫々連結する左右１対の第２連結部材２８とを設けたため、制御箱４のピッチング振動を効果的に抑制し、工作機械本体のピッチング振動を効果的に抑制することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１］前記工作機械は一例にすぎず、ベース部の後部に立設されたコラムに制御箱を支持する構造の種々の工作機械の制御箱支持構造に本発明を同様に適用することができる。
２］前記実施例の第１，第２連結部材２４，２８は上下に分離されているが、左右の各側の第１，第２連結部材２４，２８を上下方向に連続する構造に形成してもよい。

本発明の実施例に係る工作機械の斜視図である。 工作機械の右側面図である。 工作機械の背面図である。 制御箱支持構造の要部の斜視図である。 制御箱支持構造の要部の右側面図である。 振動周波数とコンプライアンスの関係を示す線図である。 従来技術に係る工作機械の斜視図である。 図７の工作機械の制御箱支持構造の要部の斜視図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ ベース部
４ 制御箱
７ コラム
２１ 第１連結部
２２ 第２連結部
２４ 第１連結部材
２５，２６ ボルト
２８ 第２連結部材
２９，３０ ボルト
３５ 連結支持部材
３６，３７ ボルト

Claims (4)

1. ベース部と、このベース部の後部の上面に立設されて鉛直上方へ延びるコラムと、このコラムの背面に支持構造によって固定支持された制御箱とを備えた工作機械において、
   前記制御箱と前記支持構造とから構成される振動系の共振周波数と前記工作機械の共振周波数とが一致するように、前記制御箱と前記支持構造とから構成される振動系の共振周波数を調節する調節手段を備えたことを特徴とする工作機械。
2. 前記調節手段は前記支持構造に組み込んで構成され、
   前記支持構造は、
   前記制御箱のうちの前記コラムに面する前面の左右両端近傍部の少なくとも下部に設けられた、鉛直方向に所定長さを有する左右１対の第１連結部と、
   これら左右１対の第１連結部を前記コラムの後端部に複数のボルトを介して夫々連結する左右１対の第１連結部材と、
   前記制御箱の下面の前端部分を支持可能な左右方向に延びる連結支持部材であって、前記制御箱の下面の前端部分を前記コラムの後端部に連結する連結支持部材とを備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記連結支持部材は、複数のボルトで制御箱の下面に固定されると共に複数のボルトで前記コラムの後端部に固定されることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
4. 前記支持構造は、前記制御箱の前記前面の左右両端近傍部の上部に設けられた、左右１対の第２連結部と、前記左右１対の第２連結部を前記コラムの後端部に複数のボルトを介して夫々連結する左右１対の第２連結部材とを備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の工作機械。
   

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