JP2011245563A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベッドに設置された主軸や刃物台で生じる振動を十分に抑制することができる工作機械を提供する。
【解決手段】 工作機械は、ベッド１と、このベッド１上に設置されワークを支持する主軸２と、ベッド１上に設置され主軸２に支持されたワークに対し近づく方向および離れる方向に相対的に移動自在な刃物台７とを備える。刃物台７に設けた工具によりワークに対して加工を行う空間Ｓ１と、主軸２を回転自在に支持する主軸台４、および刃物台７を移動自在に支持する送り台５が存在する空間Ｓ２とを、ベッド１に対して固定され主軸２の軸心の方向と交差して設けた仕切り板１１，１２により仕切る。主軸台４と仕切り板１２とを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる振動抑制装置２１で互いに連結する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ベッド上に、加工機器として主軸および刃物台が設置された工作機械に関する。

２つの主軸を有する２軸旋盤の場合、各組の加工機器が共通のベッド上に設置されていると、片方の組の加工機器による加工時に発生する振動が他方の組の加工機器に伝わることにより、加工精度に悪影響を与える。このような振動の伝播を回避するために、各組の加工機器を互いに完全に分離独立させたベッドにそれぞれ設置した２軸旋盤がある（例えば特許文献１）。

ベッドを２つに分離独立させれば、片方の組の加工機器から他方の組の加工機器への振動の伝播は、フロアを介してのみ行われるだけであるから、振動の伝播が小さくなる。しかし、両組の加工機器が共通のベッド上に設置されている場合に比べて、ベッドの剛性が低下するという点や、各ベッドの質量が小さいことにより自己振動抑制が劣るという点が問題となる。自己振動抑制が十分に行われないと、加工品質の低下、チップ寿命の短縮等を招く。

特許２６０６５１１号公報

そこで、ベッドの剛性を高めつつ、自己振動抑制の向上を図るために、分離独立させた２つのベッドを、振動抑制作用を生じる振動抑制装置で互いに連結することにした。ただし、振動抑制装置を２つのベッド間に設けるだけでは、他方のベッドからの伝播による以外の振動、すなわち各ベッドに設置された加工機器で生じる振動に対する振動抑制効果は満足できない場合があることが分かった。

この発明の目的は、ベッドに設置された主軸や刃物台で生じる振動を、簡素な構成で十分に抑制することができる旋盤等の工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、自己振動抑制効果をより一層向上させることである。
この発明のさらに他の目的は、ベッドに設置された主軸や刃物台で生じる振動を、簡素な構成で十分に抑制することができ、ベッドの剛性が高く、振動伝播抑止効果に優れた２軸工作機械を提供することである。

この発明における第１の発明の工作機械は、ベッドと、このベッド上に設置されワークを支持する主軸と、前記ベッド上に設置され前記主軸に支持されたワークに対し近づく方向および離れる方向に相対的に移動自在な刃物台とを備え、前記刃物台に設けた工具により前記ワークに対して加工を行う空間と、前記主軸を回転自在に支持する主軸台、および前記刃物台を移動自在に支持する送り台が存在する空間とが、前記ベッドに対して固定され前記主軸の軸心の方向と交差して設けた仕切り板により仕切られた工作機械において、前記主軸台と前記仕切り板とを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる振動抑制装置で互いに連結したことを特徴とする。

この構成によると、前記主軸台と前記仕切り板とを振動抑制装置で互いに連結したため、振動抑制装置の粘弾性体による振動抑制作用で、加工時に生じる自己の振動、つまり振動を発生する主軸や刃物台自体の振動、ならびにこれら主軸や刃物台が設置されたベッドの振動を大幅に抑制することができる。それにより、断続切削から高精度切削まで、多様で高品質な加工を実現できる。また、チップの長寿命化が可能になる。
振動抑制装置は、仕切り板に連結したため、振動抑制装置の連結に専用のフレーム等が不要で、簡素な構成となる。仕切り板は薄い板材からなるが、主軸の軸心と交差する方向に延びるため、振動を受ける部材としての剛性が得られる。

この発明において、前記振動抑制装置は、前記主軸台に固定され前記仕切り板と平行な主軸台側のプレート部材と、前記仕切り板に固定されこの仕切り板と平行な仕切り板側のプレート部材と、これら主軸台側および仕切り板側のプレート部材間に介在して両プレート部材に固定されたシート状の粘弾性体とからなるものとしても良い。

このように、振動抑制装置を主軸台側および仕切り板側の２枚のプレート部材とその間に介在する粘弾性体とのサンドイッチ構造とした場合、一方のプレート部材に仕切り板と平行な方向の振動が加わっても、その振動が粘弾性体で減衰され、もう一方のプレート部材に伝播されない。そのため、自己振動抑制効果を得ることができる。

この発明における第２の発明の工作機械は、左右の互いに独立したベッドと、各ベッド上にそれぞれ設置されワークを支持する主軸と、前記各ベッド上にそれぞれ設置され前記主軸に支持されたワークに対し近づく方向および離れる方向に相対的に移動自在な刃物台と備え、前記刃物台に設けた工具により前記ワークに対して加工を行う空間と、前記主軸を回転自在に支持する主軸台、および前記刃物台を移動自在に支持する送り台が存在する空間とが、前記ベッドに対して固定され前記主軸の軸心の方向と交差して設けた仕切り板により仕切られた工作機械において、前記主軸台と前記仕切り板とを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる第１の振動抑制装置で互いに連結すると共に、前記左右のベッドを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる第２の振動抑制装置で互いに連結したことを特徴とする。

この構成によると、前記主軸台と前記仕切り板とを第１の振動抑制装置で互いに連結したため、この第１の振動抑制装置の粘弾性体による振動抑制作用で、加工時に生じる自己の振動、つまり振動を発生する主軸や刃物台自体の振動、ならびにこれら主軸や刃物台が設置されたベッドの振動を大幅に抑制することができる。また、左右各組の主軸および刃物台がそれぞれ設置された左右のベッドが互いに分離独立させてあるため、左右片方の主軸および刃物台による加工で発生する振動が、他方の主軸および刃物台へ伝播しにくい。左右のベッドは第２の振動抑制装置により互いに連結されているが、この第２の振動抑制装置は粘弾性体による振動抑制作用を有するため、各ベッド間の振動の伝播が抑制される。これらのことから、断続切削から高精度切削まで、多様で高品質な加工を実現できる。また、チップの長寿命化が可能になる。
左右のベッドは互いに分離独立させたことによるベッドの剛性の低下に対しては、左右のベッドを第２の振動抑制装置により互いに連結したことにより、ベッドの剛性の向上が図られている。第１の振動抑制装置は、仕切り板に連結したため、第１の振動抑制装置の連結に専用のフレーム等が不要で、簡素な構成となる。仕切り板は薄い板材からなるが、主軸の軸心と交差する方向に延びるため、振動を受ける部材としての剛性が得られる。

この発明の工作機械は、ベッドと、このベッド上に設置されワークを支持する主軸と、前記ベッド上に設置され前記主軸に支持されたワークに対し近づく方向および離れる方向に相対的に移動自在な刃物台とを備え、前記刃物台に設けた工具により前記ワークに対して加工を行う空間と、前記主軸を回転自在に支持する主軸台、および前記刃物台を移動自在に支持する送り台が存在する空間とが、前記ベッドに対して固定され前記主軸の軸心の方向と交差して設けた仕切り板により仕切られた工作機械において、前記主軸台と前記仕切り板とを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる振動抑制装置で互いに連結したため、簡素な構成でありながら、ベッドに設置された主軸や刃物台で生じる振動を十分に抑制することができる。それにより、切削加工品質の向上、およびチップの長寿命化を実現できる。

前記振動抑制装置が、前記主軸台に固定され前記仕切り板と平行な主軸台側のプレート部材と、前記仕切り板に固定されこの仕切り板と平行な仕切り板側のプレート部材と、これら主軸台側および仕切り板側のプレート部材間に介在して両プレート部材に固定されたシート状の粘弾性体とからなる場合は、自己振動抑制効果をより一層向上させることができる。

また、この発明の工作機械は、左右の互いに独立したベッドと、各ベッド上にそれぞれ設置されワークを支持する主軸と、前記各ベッド上にそれぞれ設置され前記主軸に支持されたワークに対し近づく方向および離れる方向に相対的に移動自在な刃物台と備え、前記刃物台に設けた工具により前記ワークに対して加工を行う空間と、前記主軸を回転自在に支持する主軸台、および前記刃物台を移動自在に支持する送り台が存在する空間とが、前記ベッドに対して固定され前記主軸の軸心の方向と交差して設けた仕切り板により仕切られた工作機械において、前記主軸台と前記仕切り板とを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる第１の振動抑制装置で互いに連結すると共に、前記左右のベッドを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる第２の振動抑制装置で互いに連結したため、簡素な構成でありながら、ベッドに設置された主軸や刃物台で生じる振動を十分に抑制することができ、ベッドの剛性が高く、振動伝播抑止効果に優れた２軸工作機械とすることができる。

この発明の一実施形態にかかる工作機械の斜視図である。 （Ａ）は同工作機械の正面図、（Ｂ）はその平面図である。 （Ａ）は同工作機械の第１の振動抑制装置の平面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はその側面図である。 （Ａ）は同工作機械の第２の振動抑制装置の平面図、（Ｂ）はその正面図である。 比較例における主軸の振動の大きさの時間経過を示すグラフである。 同工作機械における主軸の振動の大きさの時間経過を示すグラフである。 比較例における主軸の振動減衰を示すグラフである。 同工作機械における主軸の振動減衰を示すグラフである。 この発明の異なる実施形態にかかる工作機械の斜視図である。 （Ａ）は同工作機械の正面図、（Ｂ）はその平面図である。 （Ａ）は同工作機械の第１の振動抑制装置の平面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はその側面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この実施形態の工作機械は平行２軸旋盤であり、図１および図２に示すように、互いに独立した左右２つのベッド１を備え、各ベッド１上に、前後方向（Ｚ軸方向）に延びる主軸２と、刃物台７を有する切削機構３とがそれぞれ設置されている。各ベッド１は、床面Ｆに設置される。床面Ｆに共通のベース台（図示せず）を介して両ベッド１を設置しても良い。

各主軸２は、ベッド１上に設置された主軸台４に回転自在に支持され、その前端にワークＷ（図２）を把持する主軸チャック２ａを有する。主軸２は、主軸台４に設置された主軸モータ（図示せず）により回転駆動される。各主軸台４は、各ベッド１上における互いの隣接側の端部に配置されている。

各切削機構３は、対応する主軸２の側方にそれぞれ配置された送り台５と、この送り台５に支持されて主軸２と平行に前後に延びるタレット軸６と、このタレット軸６の先端に設けられた正面形状が多角形のタレットからな刃物台７とを有する。送り台５は、ベッド１上に設けたレール８に沿って、左右方向（Ｘ軸方向）に移動自在である。刃物台７の外周に、複数種類の工具Ｔ（図２）が取付けられる。タレット軸６は、送り台５に回転自在に支持され、割出回転により、刃物台７の複数種類の工具Ｔのうちから使用する工具Ｔが、主軸２と対向する位置となるように選択される。送り台５は、例えばタレット軸６を進退自在に支持して、刃物台７を前後移動自在としている。または、送り台５を上下２段の構成にし、その送り台の上側部分（図示せず）を下側部分（図示せず）に対して進退自在とすることで、タレット軸６を進退自在に支持しても良い。

この工作機械は、機体全体が機体カバー１０によって覆われている。機体カバー１０の内部には、主軸２および切削機構３の各組ごとに、刃物台７に設けた工具ＴによりワークＷに対して加工を行う空間Ｓ１（図２（Ｂ））と、主軸台４および送り台５が存在する空間Ｓ２とを仕切る仕切り板１１が設けられている。この仕切り板１１は、主軸２の軸心の方向と直交させて設けられている。仕切り板１１は、主軸２の軸心よりも左右内側の部分である内側板部１２と、同軸心よりも左右外側の部分である外側板部１３とで構成される。これら各板部１１，１２は、いずれも薄い板材からなり、下端部がボルト１４によりベッド１に固定されている。外側板部１３には、タレット軸６が挿通される開口１５（図１）が設けられている。この開口１５は、タレット軸６の左右移動に追随して左右方向に拡縮する遮蔽板１６（図１）により、常時遮蔽された状態に保たれる。なお、図１および図２には図示されていないが、実際には、仕切り板１１の上端位置および下端位置で、空間Ｓ１とその上方部、および空間Ｓ１とその下方部とが仕切られている。

上記基本構造の工作機械において、主軸台４の上端と仕切り板１１の外側板部１３の上端とが、第１の振動抑制装置２１によって互いに連結されている。第１の振動抑制装置２１は、粘弾性体２２を有し、この粘弾性体２２によって振動抑制作用を生じさせるものである。詳しくは、図３に示すように、主軸台側および仕切り板側の２枚のプレート部材２３，２４の間にシート状の粘弾性体２２を介在させ、この粘弾性体２２を両プレート部材２３，２４に接着等により固定したサンドイッチ構造である。粘弾性体２２は、両プレート部材２３，２４の重なり部分のほぼ全域にわたって介在させてある。両プレート部材２３，２４は、いずれも鋼板等の金属板からなり、正面形状が矩形の平板状とされている。

主軸台側のプレート部材２３は、その下端部２３ａが取付部材２５を介して主軸台４の上端面に固定され、上方に立ち上がった状態とされている。また、仕切り板側のプレート部材２４は、その上端部２４ａが取付部材２６等を介して外側板部１３の上端に固定され、下向きに垂れ下がった状態とされている。主軸台側のプレート部材２３と仕切り板側のプレート部材２４とは、互いに前後方向にずれて重っている。図例では、主軸台側のプレート部材２３の方が前側に位置する。

なお、取付部材２５はボルト２７により主軸台４に取付けられ、取付部材２５とプレート部材２３とはボルト２８により互いに結合されている。また、取付部材２６は、その基端部２６ａが介在部材２９を介して外側板部１３の左右内側の端縁の上端にボルト３０で取付けられ、先端を左右内側に突出させてある。取付部材２６と仕切り板側のプレート部材２４とは、介在部材３１を介してボルト３２により互いに結合されている。

また、上記基本構造の旋盤において、左右のベッド１は、その下部における表裏両側で、第２の振動抑制装置４１によって互いに連結されている。第２の振動抑制装置４１は、粘弾性体４２を有し、この粘弾性体４２によって振動抑制作用を生じさせるものである。詳しくは、図４に示すように、２枚のプレート部材４３，４４の間にシート状の粘弾性体４２を介在させて、両プレート部材４３，４４に接着等により固定したサンドイッチ構造である。両プレート部材４３，４４は、いずれも鋼板等の金属板からなり、正面形状が矩形の平板状とされている。

左側のプレート部材４３は、左側のベッド１に一端部４３ａが固定され他端部４３ｂが中央寄りに延びた形状をしている。図示の例では、他端部４３ｂは、右側のベッド１の前方に位置している。右側のプレート部材４４は、右側のベッド１に一端部４４ａが固定され他端部４４ｂが中央寄りに延びた形状をしている。右側のプレート部材４４の他端部４４ｂは、左側のプレート部材４３の他端部４３ｂと前後方向（例えば前側）にずれて重なる部分４４ｂａを有する。

左右のプレート部材４３，４４は、それぞれ一端部４３ａ，４４ａが、介在部材４７，４８を介して左右のベッド１に配置され、ボルト４６により、ベッド１に締め付け固定される。ボルト４６は、プレート部材４３，４４および介在部材４７，４８に設けられたボルト挿通孔にわたって挿通され、ベッド１に設けられたねじ孔（図示せず）にねじ込まれる。介在部材４７，４８は、板状またはブロック状の鋼材等の金属材であり、各プレート部材４３，４４の端縁部分に重なる幅の矩形状とされている。ベッド１に近い方に位置する左側のプレート部材４３は、介在部材４７を介在させることにより、ボルト４６による固定箇所の周辺を除き、つまり介在部材４７の重なる部分を除き、ベッド１に対して隙間を生じさせている。

上記第１および第２の振動抑制装置２１，４１における粘弾性体２２，４２の材質は、粘弾性を有するものであれば良いが、損失係数の大きな弾性体となる有機高分子物質等のベース材に、振動に対する損失係数を増加させる粉体を混入させたものが用いられる。上記ベース材には、ブチルゴム等の損失係数の大きなゴムや、液晶ポリマー等が用いられる。損失係数を増加させる粉体には、カーボンブラックやセラミックス、金属粉等が用いられる。粘弾性体２２，４２は、この実施形態では非層状のもの、つまり単層のものとしているが、板厚方向に層が重なる複数層（例えば３〜５層）の層状体とされていても良い。

この構成の工作機械は、主軸台４と仕切り板１１の外側板部１３とを第１の振動抑制装置２１で互いに連結したため、第１の振動抑制装置２１の粘弾性体２２による振動抑制作用で、加工時に生じる自己の振動、つまり振動を発生する主軸２や刃物台７自体の振動、ならびにこれら主軸２や刃物台７が設置されたベッド１の振動を大幅に抑制することができる。特に、この実施形態では、第１の振動抑制装置２１を、主軸台側のプレート部材２３と仕切り板側のプレート部材２４との間にシート状の粘弾性体２２を介在させたサンドイッチ構造としたため、一方のプレート部材２３（２４）に外側板部１３と平行な方向の振動が加わっても、その振動が粘弾性体２２で減衰され、もう一方のプレート部材２４（２３）に伝播されない。そのため、自己振動抑制効果を得ることができる。

第１の振動抑制装置２１は、仕切り板１１の外側板部１３に連結したため、第１の振動抑制装置２１の連結に専用のフレーム等が不要で、簡素な構成となっている。仕切り板１１の外側板部１３は薄い板材からなるが、主軸２の軸心と直交する方向に延びるため、振動を受ける部材としての剛性が得られる。

また、この実施形態の工作機械は平行２軸旋盤であって、左右のベッド１は互いに完全に分離独立させてある。そのため、左右片方の主軸２および刃物台７による加工で発生する振動は、フロアＦを介しての他方の主軸２および刃物台７へ伝播するだけであるから、振動の伝播が小さい。左右のベッド１は第２の振動抑制装置４１により互いに連結されているが、この第２の振動抑制装置４１は粘弾性体４２による振動抑制作用を有するため、各ベッド１間の振動の伝播が抑制される。また、左右のベッド１を第２の振動抑制装置４１により互いに連結すれば、加振対象の質量が増加し、振動抑制効果が得られる。

このように、ベッド１ごとに設けた主軸２および刃物台７の自己振動抑制に優れ、左右のベッド１間の振動の伝播が小さいので、断続切削から高精度切削まで、多様で高品質な加工を実現できる。また、チップの長寿命化が可能になる。左右のベッド１を分離したことによるベッド１の剛性の低下に対しては、左右両ベッド１を第２の振動抑制装置４１により互いに連結したことにより、ベッド１の剛性の向上が図られている。

この発明の効果を確かめるために行った試験の結果を図５〜図８に示す。
図５および図６は、ベッド１が左右に分離された平行２軸旋盤である工作機械において左側の主軸２に振動を与えた場合の左右の各主軸２の応答を示すグラフであって、図５は第１の振動抑制装置２１および第２の振動抑制装置４１がいずれも設けられていない場合を示し、図６は第１の振動抑制装置２１および第２の振動抑制装置４１が共に設けられている場合を示す。両グラフの比較から明らかなように、第１の振動抑制装置２１および第２の振動抑制装置４１を設けると、振動の伝達率および加速度が小さいことから、振動抑制が有効に作用していることが確認できる。

図７および図８は、同工作機械において右側の主軸２に振動を与えた場合の右側の主軸２の振動減衰を示すグラフであって、図７は第１の振動抑制装置２１および第２の振動抑制装置４１がいずれも設けられていない場合を示し、図８は第１の振動抑制装置２１および第２の振動抑制装置４１が共に設けられている場合を示す。両グラフの比較から明らかなように、第１の振動抑制装置２１を設けると、振動減衰が大幅に改善されることが確認できる。

上記実施形態は、第１の振動抑制装置２１により、主軸台４と仕切り板１１の外側板部１３とを互いに連結しているが、図９〜図１１に示す実施形態のように、第１の振動抑制装置２１により、主軸台４と仕切り板１１の内側板部１２とを互いに連結しても良い。図１１に示すように、この実施形態の第１の振動抑制装置２１も、前記同様、主軸台側および仕切り板側の２枚のプレート部材２３，２４の間にシート状の粘弾性体２２を介在させたサンドイッチ構造である。主軸台側のプレート部材２３は、前記同様に、その下端部２３ａが取付部材２５を介して主軸台４の上端面に固定されている。また、仕切り板側のプレート部材２４は、その上端部２４ａが介在部材３４を介して内側板部１２の上端に固定され、下向きに垂れ下がった状態とされている。介在部材３４は、ボルト３５によりプレート部材２４と結合され、かつボルト３６により内側板部１２と結合されている。
このように、第１の振動抑制装置２１により主軸台４と仕切り板１１の内側板部１２とを互いに連結した場合も、主軸台４と仕切り板１１の外側板部１３とを互いに連結した場合と同様の作用および効果が得られる。

上記各実施形態では、工作機械が平行２軸旋盤であるが、この発明は１軸旋盤等の１軸の工作機械にも適用できる。その場合、第１の振動抑制装置２１だけが設けられる。また、２軸の工作機械についても、第１の振動抑制装置２１だけを設けた構成としてもよい。第２の振動抑制装置４１を設けなくても、第１の振動抑制装置２１による自己振動抑制効果が得られる。この発明が適用される旋盤以外の工作機械として、例えば研削盤がある。

１…ベッド
２…主軸
４…主軸台
５…送り台
７…刃物台
１１…仕切り板
１２…外側板部
２１…第１の振動抑制装置
２２…粘弾性体
２３…主軸台側のプレート部材
２４…仕切り板側のプレート部材
４１…第２の振動抑制装置
４２…粘弾性体
４３…左側のプレート部材
４４…右側のプレート部材
Ｓ１…ワークに対して加工を行う空間
Ｓ２…主軸台および送り台が存在する空間

Claims (3)

1. ベッドと、このベッド上に設置されワークを支持する主軸と、前記ベッド上に設置され前記主軸に支持されたワークに対し近づく方向および離れる方向に相対的に移動自在な刃物台とを備え、前記刃物台に設けた工具により前記ワークに対して加工を行う空間と、前記主軸を回転自在に支持する主軸台、および前記刃物台を移動自在に支持する送り台が存在する空間とが、前記ベッドに対して固定され前記主軸の軸心の方向と交差して設けた仕切り板により仕切られた工作機械において、
   前記主軸台と前記仕切り板とを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる振動抑制装置で互いに連結したことを特徴とする工作機械。
2. 前記振動抑制装置は、前記主軸台に固定され前記仕切り板と平行な主軸台側のプレート部材と、前記仕切り板に固定されこの仕切り板と平行な仕切り板側のプレート部材と、これら主軸台側および仕切り板側のプレート部材間に介在して両プレート部材に固定されたシート状の粘弾性体とからなる請求項１記載の工作機械。
3. 左右の互いに独立したベッドと、各ベッド上にそれぞれ設置されワークを支持する主軸と、前記各ベッド上にそれぞれ設置され前記主軸に支持されたワークに対し近づく方向および離れる方向に相対的に移動自在な刃物台と備え、前記刃物台に設けた工具により前記ワークに対して加工を行う空間と、前記主軸を回転自在に支持する主軸台、および前記刃物台を移動自在に支持する送り台が存在する空間とが、前記ベッドに対して固定され前記主軸の軸心の方向と交差して設けた仕切り板により仕切られた工作機械において、
   前記主軸台と前記仕切り板とを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる第１の振動抑制装置で互いに連結すると共に、前記左右のベッドを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる第２の振動抑制装置で互いに連結したことを特徴とする工作機械。