JP2009297870A - 工作機械の制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 工作機械の作動振動を効果的に低減し、この振動に起因する加工精度悪化を抑制可能にする。
【解決手段】クーラントタンク２０をマシニングセンタ１の近傍まで移動し、貯留槽２３のナット２１の鉛直面上方に開口１３の下端が位置するようにクーラントタンク２０を移動させる。次に、重量付加手段であるボルト２２を、開口１３を貫通させた状態でナット２１に螺合させると、次第にクーラントタンク２０の前方側が保持部１１に向かって上昇し、保持部１１の下端面とナット２１の上端面とが当接した時点で、ボルト２２の螺合が完了する。この時、前方側のキャスタ２４は床面から所定距離上昇しており、クーラントを含むクーラントタンク２０の重量の少なくとも一部が保持部１１に掛かっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、工作機械の制振装置に関し、特に、工作機械の作動振動に起因する加工精度の改善に関する。

従来、工作機械においては、ベース部の後方上面に鉛直上方へ延びるコラムが立設され、コラムの前側には、テーブルをＸ方向へ移動駆動するＸ駆動機構と、テーブルとＸ駆動機構をＹ方向へ移動駆動するＹ駆動機構と、コラムに装備された主軸ヘッド及びＡＴＣ（自動工具交換装置）と、コラムの背面に支持された制御箱とを有している。（特許文献１）

一方、切削または研削加工用の工作機械では、冷却や潤滑を目的として、工具によるワークの加工部位に切削液（以下、クーラント）を噴射供給することが行われている。同時に加工部位に滞留する切粉を加工部外の切粉貯留槽へ効率よく排出するためにも、クーラントをワークの加工部位に向けて吹付けている。

通常、このクーラントタンクは、特許文献２に提案されるように、工作機械から回収されたクーラントを貯留する回収槽と、濾過により切粉を分離除去されたクーラントを貯留する貯留槽と、この貯留槽と工作機械との間でクーラントを循環させるポンプ等のクーラント供給手段とから構成されている。クーラントタンクが大型のものであることから、補修等のメンテナンスの利便性を考慮してクーラントタンク下端部には４組のキャスタが装着され、使用時にはこのキャスタでクーラントタンクの全重量を支持しつつ、工作機械に対して独立して移動可能とされている。

特開２００７−６１９５２号公報 特開２００３−２７５９３７号公報

特許文献１に示されるように、工作機械は主軸ヘッド等の主軸機構部を位置制御しながらワークに加工を施すが、その加工動作により発生する振動が前記位置制御の精度に悪影響を及ぼすことがある。

工作機械の振動抑制は、装置自体の重量の増加、及びその重心を下げることで振動の安定化を図ることが知られている。
しかしながら、工作機械は元来大型の装置であり、また、実際に加工動作する場合、工作機械とクーラントタンクとを隣接配置した状態で使用する必要があることから、工作機械を現状以上に大型化することはスペース上、及びコスト上困難である。

特許文献１には、動作振動、及びこれに起因する加工精度悪化の防止についての言及はなされていない。
本発明の目的は、工作機械の作動振動を効果的に低減し、この振動に起因する加工精度悪化を抑制可能な工作機械の制振装置を提供することである。

請求項１の工作機械の制振装置は、設置面に固定されるベース部とこのベース部の上面に主軸機構部を備えた工作機械と、加工の際に使用されるクーラントを貯留するクーラントタンクとを有する工作機械の制振装置において、クーラントタンクはベース部に対して独立に移動可能とされると共に、ベース部に連結される連結部を有し、連結部とベース部の被連結部とが連結された時、クーラントタンクの重量の少なくとも一部を前記ベース部に付加する重量付加手段を設けたことを特徴としている。

請求項２の工作機械の制振装置は、請求項１に記載の発明において、クーラントタンクの連結部はベース部の被連結部の下方に位置するよう設置されると共に、重量付加手段は前記連結部を上方に引上げた状態で被連結部に連結することを特徴としている。

請求項３の工作機械の制振装置は、請求項１又は２に記載の発明において、連結部はナット部材で形成され、重量付加手段はベース部の被連結部に固定されたボルト部材で形成されることを特徴としている。

請求項４の工作機械の制振装置は、請求項１に記載の発明において、連結部がクーラントタンクからベース部に向かって上方に傾斜したフランジ部を有するブラケットで形成され、クーラントタンクがベース部に近接するに従い、フランジ部がベース部の被連結部に乗り上げるように構成されることを特徴としている。

請求項５の工作機械の制振装置は、請求項１に記載の発明において、クーラントタンク下端部に設けられる車輪部材と、この車輪部材に対して加工液タンクを昇降可能に支持する昇降手段とを有し、被連結部はベース部材の下端部に設けられると共に、クーラントタンクの下方に向かって延設され、クーラントタンクがベース部材に近接すると共に、被連結部の上方に位置した時、昇降手段を介してクーラントタンクが被連結部上に載置されることを特徴としている。

請求項６の工作機械の制振装置は、請求項５に記載の発明において、昇降手段はバネ部材で構成され、クーラントタンクはクーラントを収容する前にベース部材に近接すると共に、被連結部の上方に位置した時、クーラントがクーラントタンクに供給されることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、設置面に固定されるベース部とこのベース部の上面に主軸機構部を備えた工作機械と、加工の際に使用されるクーラントを貯留するクーラントタンクとを有する工作機械の制振装置において、クーラントタンクはベース部に対して独立に移動可能とされると共に、ベース部に連結される連結部を有し、連結部とベース部の被連結部とが連結された時、クーラントタンクの重量の少なくとも一部を前記ベース部に付加する重量付加手段を設けたため、工作機械の振動を効果的に低減し、この振動に起因する加工精度悪化を抑制可能な工作機械の制振装置を得ることができる。

つまり、通常、隣接配置された状態で使用される既存のクーラントタンクの重量の少なくとも一部を工作機械に付加させることで、工作機械の構造自体を変更することなく、作動時における工作機械自体の全体重量を増加でき、工作機械に発生する振動を効果的に低減できる。更に、工作機械とクーラントタンクとの連結動作を利用して重量を付加する重量付加手段を有するため、最小限の動作で、且つ重量増加の必要な最小限の動作期間に限って工作機械の重量増加が図れる。しかも、工作機械のベース部と連結するため、工作機械自体として低重心化が図れると共に、クーラントタンクの近接動作と連結動作とが効率的に実行できる。

請求項２の発明によれば、クーラントタンクの連結部はベース部の被連結部の下方に位置するよう設置されると共に、重量付加手段は前記連結部を上方に引上げた状態で被連結部に連結したため、効果的にクーラントタンクの重量の少なくとも一部を工作機械に付加させることができる。

請求項３の発明によれば、連結部はナット部材で形成され、重量付加手段はベース部の被連結部に固定されたボルト部材で形成されるため、簡易な方法で効果的にクーラントタンクの重量の少なくとも一部を工作機械に付加させることができる。

請求項４の発明によれば、連結部がクーラントタンクからベース部に向かって上方に傾斜したフランジ部を有するブラケットで形成され、クーラントタンクがベース部に近接するに従い、フランジ部がベース部の被連結部に乗り上げるように構成されるため、クーラントタンクの工作機械への近接移動を利用してクーラントタンクの重量の少なくとも一部を工作機械に付加させることができる。

請求項５の発明によれば、クーラントタンク下端部に設けられる車輪部材と、この車輪部材に対して加工液タンクを昇降可能に支持する昇降手段とを有し、被連結部はベース部材の下端部に設けられると共に、クーラントタンクの下方に向かって延設され、クーラントタンクがベース部材に近接すると共に、被連結部の上方に位置した時、昇降手段を介してクーラントタンクが被連結部上に載置されるため、効果的にクーラントタンクの重量の少なくとも一部を工作機械に付加させることができる。

請求項６の発明によれば、昇降手段はバネ部材で構成され、クーラントタンクはクーラントを収容する前にベース部材に近接すると共に、被連結部の上方に位置した時、クーラントがクーラントタンクに供給されるため、クーラント供給動作をクーラントタンクの重量付加動作と兼用できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例に基づいて説明する。

図１に示すように、この工作機械としてのマシニングセンタ１は、設置面である床面に固定されるベース部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の背面に支持構造１０を介して固定支持された制御箱４とを備えている。尚、紙面左側を前方、右側を後方とする。

クーラントタンク２０は、マシニングセンタ１の後方に設けられた使用済のクーラント排出部１２の下方にその前方端面が配置されるようになっている。
ベース部２のコラム７が設けられる後方側の左右端部で、ベース部２の上下方向略中央部には被連結部として１対の保持部１１，１１が後方に向かって延設されており、クーラントタンク２０の前方側左右端部に設けられた連結部としての１対のナット２１，２１が１対のボルト２２，２２によって連結されている。

クーラントタンク２０は、上面の一部を開口した略箱状の貯留槽２３と、その開口に着脱可能で、クーラント排出部１２からのクーラントを回収すると共に漏斗部材（図示略）を備えた回収槽２７とを有している。クーラントタンク２０の下端面下方の４角近傍には、キャスタ２４が設けられており、キャスタ２４によって、クーラントタンク２０は独立して移動可能に構成されている。なお、漏斗部材は、金網状のフィルタ部材、切粉回収部等を有している。

クーラント排出部１２から排出された使用済のクーラントは、漏斗部材で切粉等を濾過された後、貯留槽２３に送られる。この切粉が取り除かれたクーラントはクーラント供給手段としての１対の第１、第２ポンプ２５，２６によって貯留槽２３から吸い上げられて、マシニングセンタ１に循環供給されるよう構成されている。第１ポンプ２５は工具とワークとが当接する加工部位に向かって直接外方から噴射され、切粉を加工部位から排除するクーラント供給用である。第２ポンプ２６は加工部位から排除された切粉をクーラントタンク２０へ排出するクーラント供給用である。

図２に、マシニングセンタ１とクーラントタンク２０との連結部分の要部拡大図を示す。
図２に示すように、ベース部２の後方側の左右端部には１対の保持部１１，１１が後方に向かって延設されており、保持部１１には上下方向に貫通する開口１３が設けられている。開口１３の径は、ボルト２２の径よりも大径とされると共に、ボルト２２の頭部よりも小径とされている。

クーラントタンク２０の貯留槽２３の上面には、クーラントタンク２０がマシニングセンタ１に近接配置された時、開口１３の直下方となる位置に、ナット２１が溶接接合されており、ボルト２２と螺合可能となっている。
キャスタ２４は貯留槽２３の側方に設置された支持部２８の下端面にボルトによって締結されている。

本実施例の処理手順、作用及び効果について説明する。
まず初めに、図３に示すように、クーラントタンク２０をマシニングセンタ１の近傍まで移動し、クーラント排出部１２とクーラントタンク２０との位置関係を調整する。これと同時に、貯留槽２３のナット２１の鉛直面上方に開口１３の下端が位置するようにクーラントタンク２０を移動させる。

次に、重量付加手段であるボルト２２を、開口１３を貫通させた状態でナット２１に螺合させる。この時点では、図３に示すように、前方のキャスタ２４と後方のキャスタ２４は共に床面に設置した状態である。尚、ボルト２２の長さは、クーラントタンク２０をマシニングセンタ１の近傍まで移動した際、保持部１１を貫通し、ナット２１の上端面まで到達する長さ以上とされている。

ボルト２２をナット２１に螺合していくと、次第にクーラントタンク２０の前方側が保持部１１に向かって上昇していく。図２に示すように、保持部１１の下端面とナット２１の上端面とが当接した時点で、ボルト２２の螺合が完了する。この時、前方側のキャスタ２４は床面から所定距離上昇しており、クーラントを含むクーラントタンク２０の重量の少なくとも一部が保持部１１に掛かっている。尚、保持部１１に掛かる重量は床面からの距離に応じた重量となっている。
また、マシニングセンタ１の重心は、クーラントタンク２０の重量がベース部２に掛かるため、クーラントタンク２０が連結される前の重心に比べて低くなっている。

図４〜６に基づいて、実施例２を説明する。
実施例１との違いは、クーラントタンク２０の重量を被連結部に付加するメカニズムの違いにある。つまり、実施例１ではナット２１が保持部１１の下方に配置され、重量付加手段のボルト２２でクーラントタンク２０の前方側を持ち上げているのに対して、本実施例では、連結部を被連結部の上方に位置させることで、クーラントタンク２０の重量を被連結部に上方から付加するように構成している。尚、実施例１と同一の部品については、同一符号を付している。

ベース部２の後方端面の略中央部には被連結部としての受け部１３が後方に開口した状態で形成されている。
クーラントタンク２０の前方側端面には、ブラケット２９が設置されている。ブラケット２９は、クーラントタンク２０の前方側端面に溶接接合される接合部３０とこの接合部３０の上端部から前方上方に向かって延設されるフランジ部３１とから構成されている。

本実施例の処理手順、作用及び効果について説明する。
まず初めに、図４に示すように、クーラントタンク２０をマシニングセンタ１の近傍まで移動し、クーラント排出部１２とクーラントタンク２０との位置関係を調整する。これと同時に、連結部であるブラケット２９のフランジ部３１先端を被連結部の受け部１３上になるよう配置する。尚、予め、ブラケット２９のクーラントタンク２０前方端面への接合位置は、クーラントタンク２０をマシニングセンタ１の近傍まで移動した時、ブラケット２９のフランジ部３１先端が受け部１３上端に当接するように設定している。

更に、クーラントタンク２０をマシニングセンタ１に移動すると、フランジ部３１が受け部１３に乗り上げていき、マシニングセンタ１の後方端面とブラケット２９の接合部３０とが当接した時点で連結が完了する。
図６に示すように、連結完了時点では、前方側のキャスタ２４は床面から所定距離上昇しており、クーラントを含むクーラントタンク２０の重量の少なくとも一部が受け部１３に掛かっている。

本実施例では、クーラントタンク２０がベース部２に近接するに従い、ブラケット部２９のフランジ部３１がベース部２の被連結部である受け部１３に乗り上げるように構成されるため、クーラントタンクの工作機械への近接移動動作を利用してクーラントタンク２０の重量の少なくとも一部をマシニングセンタ１に付加させることができる。尚、ブラケット部２９は連結部と重量付加手段との双方の機能を有している。

図７〜９に基づいて、実施例３を説明する。
実施例１との違いは、クーラントタンク２０の重量を被連結部に付加するメカニズムの違いにある。つまり、本実施例では、連結部を被連結部の上に位置させることで、クーラントタンク２０の重量を被連結部に付加するように構成している。尚、実施例１と同一の部品については、同一符号を付している。

ベース部材２の下端部には、ボルトによりベース部２の下端面に締結されると共にクーラントタンク２０の下方に向かって延設される、被連結部材としての左右１対の延設部材１４が設けられている。

延設部材１４の床面からの設置高さは、クーラントタンク２０にクーラントが供給される前のクーラントタンク２０下端面と床面との高さよりも低く設定され、また、クーラントタンク２０の前方に位置する１対のキャスタ２４，２４との間に位置するように設置されているため、クーラントタンク２０のマシニングセンタ１に対する近接移動を阻害しないものとなっている。

貯留槽２３の側方に設置された４つの支持部２８の下端面と４つのキャスタ２４との間には昇降手段としてのばね部材３２が夫々設けられ、クーラントタンク２０下端面と床面との距離はクーラントの供給前後で変更可能となるように構成されている。尚、ばね部材３２は、金属製の圧縮ばね或いはエアダンパのようなエアスプリング等、昇降自在であれば何れも採用可能である。

本実施例の処理手順、作用及び効果について説明する。
まず初めに、図７に示すように、クーラントタンク２０をマシニングセンタ１の近傍まで移動し、クーラント排出部１２とクーラントタンク２０との位置関係を調整する。この時、クーラントタンク２０にはクーラントが供給されておらず、ばね部材３２は最大伸張しており、延設部材１４の上端面とクーラントタンク２０下端面とは所定の間隔を保った状態で、クーラントタンク２０はマシニングセンタ１の近傍まで移動可能となっている。

クーラントタンク２０とマシニングセンタ１との位置決め後、クーラントがクーラントタンク２０に供給されると、クーラントの重量によってばね部材３２が圧縮され、延設部材１４の上端面とクーラントタンク２０下端面とが当接し、キャスタ２４に掛かっていた重量がマシニングセンタ１に付加される。

図８及び図９に示すように、クーラントの供給が完了すると、ばね部材３２が圧縮され、クーラントタンク２０の重量は延設部材１４を介してベース部２に付加される。尚、ばね部材３２のばね荷重は、マシニングセンタ１に付加する重量に応じて設定可能である。
以上の構成により、クーラント供給動作を重量付加動作と兼用することができる。

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］前記実施例では、コラムを有する３次元加工可能な工作機械について説明したが、加工動作時に振動が発生するものであれば、加工主軸の数に関わらず適用可能である。
２］前記実施例では、クーラントタンクの移動手段をキャスタとしているが、これに限るものではなく、レール式、或いは自律走行可能な自律搬送車方式としてもよい。
３］前記実施例１では、重量付加手段としてボルトを使用したが、これに限るものではなく、連結後、自動でリフトアップする連結昇降装置としてもよい。
４］前記実施例３では、クーラントの自重を重量付加手段として利用し、ばね部材を下降させたが、これに限るものではなく、キャスタに車高調整機構を設け、クーラントタンクの位置決め後、下降動作可能にする構成にして、予め、クーラントを収容した状態で移動可能としてもよい。

本発明の実施例１に係る工作機械の制振装置の斜視図である。 実施例１に係る連結後の連結部分の要部拡大図である。 実施例１に係る連結前の連結部分の要部拡大図である。 実施例２に係る連結前の連結部分の斜視図である。 実施例２に係る連結前の連結部分の要部拡大図である。 実施例２に係る連結後の連結部分の要部拡大図である。 実施例３に係る連結前の連結部分の要部拡大図である。 実施例３に係る連結後の連結部分の要部拡大図である。 実施例３に係る連結後の連結部分の下方から見た図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ ベース部
８ 主軸ヘッド
１１ 保持部
１３ 受け部
１４ 延設部材
２０ クーラントタンク
２１ ナット
２２ ボルト
２４ キャスタ
２９ ブラケット
３０ 接合部
３１ フランジ部
３２ ばね部材

Claims (6)

1. 設置面に固定されるベース部とこのベース部の上面に主軸機構部を備えた工作機械と、加工の際に使用されるクーラントを貯留するクーラントタンクとを有する工作機械の制振装置において、
   前記クーラントタンクは前記ベース部に対して独立に移動可能とされると共に、前記ベース部に連結される連結部を有し、
   前記連結部と前記ベース部の被連結部とが連結された時、前記クーラントタンクの重量の少なくとも一部を前記ベース部に付加する重量付加手段を設けたことを特徴とする工作機械の制振装置。
2. 前記クーラントタンクの連結部は前記ベース部の被連結部の下方に位置するよう設置されると共に、前記重量付加手段は前記連結部を上方に引上げた状態で前記被連結部に連結することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制振装置。
3. 前記連結部はナット部材で形成され、前記重量付加手段は前記ベース部の被連結部に固定されたボルト部材で形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械の制振装置。
4. 前記連結部が前記クーラントタンクから前記ベース部に向かって上方に傾斜したフランジ部を有するブラケットで形成され、
   前記クーラントタンクが前記ベース部に近接するに従い、前記フランジ部が前記ベース部の被連結部に乗り上げるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制振装置。
5. 前記クーラントタンク下端部に設けられる車輪部材と、
   この車輪部材に対して加工液タンクを昇降可能に支持する昇降手段とを有し、
   前記被連結部は前記ベース部材の下端部に設けられると共に、前記クーラントタンクの下方に向かって延設され、
   前記クーラントタンクが前記ベース部材に近接すると共に、前記被連結部の上方に位置した時、前記昇降手段を介して前記クーラントタンクが前記被連結部上に載置されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制振装置。
6. 前記昇降手段はバネ部材で構成され、前記クーラントタンクはクーラントを収容する前に前記ベース部材に近接すると共に、前記被連結部の上方に位置した時、クーラントが前記クーラントタンクに供給されることを特徴とする請求項５に記載の工作機械の制振装置。