JP2014065084A

JP2014065084A - 工作機械

Info

Publication number: JP2014065084A
Application number: JP2012209878A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kinoshita; 俊之木下; Satoru Kodate; 哲古立
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: JP5936502B2

Abstract

【課題】ラムの繰り出し及び旋回によって生じる当該ラム自身のたわみを補正することにより、加工精度の低下を防止することができる工作機械を提供する。
【解決手段】移動可能に支持されるサドル１６と、主軸１８を回転可能に支持すると共に、サドル１６に対して、主軸１８の軸心方向に繰り出し可能で、且つ、主軸１８の軸心と直交する旋回軸Ａ周りに旋回可能に支持されるラム１７と、ラム１７の先端を上方に向けて引っ張り上げることにより、当該ラム１７のたわみを補正するテンションバー３１ａ，３１ｂとを備え、テンションバー３１ａ，３１ｂの引張力を、ラムの繰り出し量ΔＺ及び旋回角度αに応じて制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主軸を回転可能に支持するラムのたわみを補正することができる工作機械に関する。

一般に、横中ぐり盤等の工作機械では、工具を装着可能な主軸を、ラム内に回転可能に支持すると共に、そのラムを水平方向に繰り出し可能に支持している。そして、ラムとワークとの相対的な直交３軸方向の移動と、そのラムの繰り出しとを制御することにより、ワークに対して、所望の加工を行うことができる。

また、上述した工作機械においては、ラムが水平方向に繰り出されると、その繰り出し量に応じて、ラム自身にたわみが生じてしまうことがある。このように、ラムにたわみが生じると、当該ラムに支持された主軸の先端位置に、上下方向の誤差が発生するため、加工精度が低下するおそれがあった。

そこで、従来から、ラムの繰り出しによるそれ自身のたわみを補正することができる工作機械が提供されている。そして、このような、従来の工作機械は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１１−９８４１０号公報

一方、マシニングセンタ等の工作機械の中には、ラムを上下方向に繰り出し可能に支持するだけでなく、更に、そのラムを水平軸周りに旋回可能に支持するようにしたものがある。これにより、上記工作機械では、ラムを鉛直方向に対して傾かせた状態で、ワークに対する加工を行うことができる。

つまり、上述した工作機械では、ラムが旋回すると、その旋回角度に応じて、ラム自身にたわみが生じてしまう。よって、このような工作機械においては、ラムのたわみを補正する際に、当該ラムの繰り出し量のみを考慮したのでは、加工精度の低下を防止することができないおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、ラムの繰り出し及び旋回によって生じる当該ラム自身のたわみを補正することにより、加工精度の低下を防止することができる工作機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る工作機械は、
移動可能に支持されるサドルと、
主軸を回転可能に支持すると共に、前記サドルに対して、前記主軸の軸心方向に繰り出し可能で、且つ、前記主軸の軸心と直交する旋回軸周りに旋回可能に支持されるラムと、
前記ラム内に設けられ、前記ラムの先端を上方に向けて引っ張り上げることにより、前記ラムのたわみを補正するテンションバーとを備え、
前記テンションバーの引張力を、前記ラムの繰り出し量及び旋回角度に応じて制御する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る工作機械は、
前記ラム内に形成されるシリンダ部と、
前記テンションバーに設けられ、前記シリンダ部内に摺動可能に支持されるピストン部と、
前記シリンダ部内に圧力を供給して、前記ピストン部を摺動させる圧力供給手段と、
前記圧力供給手段によって供給される圧力を、前記繰り出し量に応じて制御する繰り出し用圧力制御弁と、
前記ラムの繰り出し動作に連動して回転し、前記繰り出し用圧力制御弁を開閉させる繰り出し用カムと、
前記圧力供給手段によって供給される圧力を、前記旋回角度に応じて制御する旋回用圧力制御弁と、
前記ラムの旋回動作に連動して回転し、前記旋回用圧力制御弁を開閉させる旋回用カムとを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る工作機械は、
前記繰り出し用カムのカム形状は、前記繰り出し用カムの回転角度に対応させた前記繰り出し量と、前記繰り出し用圧力制御弁の設定圧力とに基づいて設定され、
前記旋回用カムのカム形状は、前記旋回用カムの回転角度に対応させた前記旋回角度と、前記旋回用圧力制御弁の設定圧力とに基づいて設定される
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る工作機械にとれば、ラムの繰り出し及び旋回によって生じる当該ラム自身のたわみを、その繰り出し量及び旋回角度に応じて補正することができるので、加工精度の低下を防止することができる。

本発明の一実施例に係る工作機械の正面図である。ラムの支持構造を示した縦断面図である。図２のIII−III矢視断面図である。テンションバーの支持構造を示した縦断面図である。本発明の一実施例に係る工作機械に設けられた油圧装置の概略図である。（ａ）は旋回用板カムのカム形状を示した図、（ｂ）は旋回用板カムの回転角度に対応させた旋回角度と、旋回用油圧制御弁の設定圧力との関係を示した線図である。（ａ）は繰り出し用板カムのカム形状を示した図、（ｂ）は繰り出し用板カムの回転角度に対応させた繰り出し量と、繰り出し用油圧制御弁の設定圧力との関係を示した線図である。

以下、本発明に係る工作機械について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、門形をなす工作機械１の下部には、ベッド１１が設けられている。このベッド１１の幅方向中央部には、テーブル１２がＸ軸方向（機械前後方向）に移動可能に支持されており、このテーブル１２に上面には、ワークＷｏが着脱可能に取り付けられている。

また、ベッド１１上には、左右一対のコラム１３ａ，１３ｂが立設されており、これらコラム１３ａ，１３ｂの上端間には、ブリッジ部１４が架け渡されている。そして、コラム１３ａ，１３ｂの前面には、クロスレール１５がＷ軸方向（機械上下方向）に昇降可能に支持されており、このクロスレール１５の前面には、サドル１６がＹ軸方向（機械左右方向）に移動可能に支持されている。

更に、サドル１６には、ラム１７がＺ軸方向（後述する主軸１８の軸心方向）に繰り出し可能に支持されており、このラム１７内には、主軸１８が回転可能に支持されている。そして、主軸１８の先端には、工具Ｔが着脱可能に装着されている。

ここで、図１乃至図３に示すように、サドル１６は、移動部材２１及び旋回部材２２から構成されている。移動部材２１は、クロスレール１５に対して、Ｙ軸方向に移動可能に支持されており、旋回部材２２は、その移動部材２１に対して、旋回軸Ａ周りに旋回可能に支持されている。なお、旋回部材２２の旋回中心（傾動中心）となる旋回軸Ａは、Ｘ軸方向と平行で、且つ、Ｚ軸方向（主軸１８の軸心）と直交している。

移動部材２１には、ラム旋回用モータ４１が設けられており、このラム旋回用モータ４１の出力軸４１ａには、ピニオン４２及び板カム（旋回用カム）４６が接続されている。そして、板カム４６のカム面には、油圧制御弁（旋回用圧力制御弁）４７の従動子４７ａが接触している。

一方、旋回部材２２には、ラム支持孔２２ａ、収納部２２ｂ、及び、ラック部２２ｃが形成されている。ラム支持孔２２ａは、旋回部材２２の中央部を上下方向に貫通するように形成されており、ラム１７をＺ軸方向に繰り出し可能に支持している。また、収納部２２ｂは、旋回部材２２における上部の一部分を開口するような有底孔となっており、ラム支持孔２２ａの側部と連通している。更に、ラック部２２ｃは、旋回部材２２の後面を形成しており、上記ピニオン４２と噛み合っている。

また、ラム１７の側方には、モータ支持部材５１が配置されている。このモータ支持部材５１の上端には、ラム繰り出し用モータ５２が設けられており、当該モータ支持部材５１の下端は、収納部２２ｂ内に支持されている。更に、ラム繰り出し用モータ５２には、送りねじ５３が回転可能に連結されており、この送りねじ５３の下端は、収納部２２ｂ内において、歯車列５５を介して、板カム（繰り出し用カム）５６ａ，５６ｂと接続している。そして、板カム５６ａ，５６ｂのカム面には、油圧制御弁（繰り出し用圧力制御弁）５７ａ，５７ｂの従動子５７１ａ，５７１ｂが接触している。

一方、ラム１７の側部には、螺合部材５４が設けられており、この螺合部材５４のねじ孔内には、上記送りねじ５３が螺合されている。

従って、ラム旋回用モータ４１を駆動させることにより、移動部材２１に対して、旋回部材２２を旋回軸Ａ周りに旋回させることができる。これにより、その旋回部材２２に支持されたラム１７（主軸１８、工具Ｔ）を、Ｚ軸方向に対して、所定の旋回角度（傾斜角度）αで傾斜させることができる。なお、旋回角度αは、鉛直軸（Ｚ軸、Ｗ軸）を基準として、反時計回り方向をプラス方向とし、時計回り方向をマイナス方向としている。

また、ラム繰り出し用モータ５２を駆動させることにより、旋回部材２２に対して、ラム１７をＺ軸方向に繰り出すことができる。これにより、ラム１７（主軸１８、工具Ｔ）の繰り出し量ΔＺを調整することができる。

そして、上述したように、ラム１７を、繰り出したり、旋回させたりすると、当該ラム１７には、その繰り出し量ΔＺや旋回角度αに応じて、たわみが生じることになる。なお、ラム１７のたわみ量をδで示しており、このたわみ量δにおいては、ラム１７の旋回角度αがプラスの値となる場合にはプラスの値とし、ラム１７の旋回角度αがマイナスの値となる場合にはマイナスの値としている。

更に、図２乃至図４に示すように、ラム１７内における四隅には、左右二対のテンションバー３１ａ，３１ｂが、Ｚ軸方向に摺動可能に挿入されている。テンションバー３１ａ，３１ｂの上端には、ナット３４の上方からの締め付けによって、環状のピストン部材３２ａ，３２ｂが嵌合されている。一方、テンションバー３１ａ，３１ｂの下端には、ナット３４の下方からの締め付けによって、環状の引張用スリーブ３３ａ，３３ｂが嵌合されている。

また、ラム１７内における上部及び下部の四隅には、左右二対のシリンダ部１７１ａ，１７１ｂ及び受け部１７２ａ，１７２ｂが、テンションバー３１ａ，３１ｂと同軸となるように形成されている。即ち、シリンダ部１７１ａ，１７１ｂ内には、ピストン部材３２ａ，３２ｂが摺動可能に支持されており、受け部１７２ａ，１７２ｂ内には、引張用スリーブ３３ａ，３３ｂが摺動可能に支持されている。

従って、ラム１７のシリンダ部１７１ａ，１７１ｂに対して、圧力を加減（給排）することにより、テンションバー３１ａ，３１ｂのピストン部材３２ａ，３２ｂを摺動させることができる。これにより、テンションバー３１ａ，３１ｂの引張用スリーブ３３ａ，３３ｂも、ラム１７の受け部１７２ａ，１７２ｂ内を摺動することになり、この摺動した引張用スリーブ３３ａ，３３ｂが、受け部１７２ａ，１７２ｂを上方に向けて引っ張り上げることになる。

この結果、ラム１７の先端を、テンションバー３１ａ，３１ｂの引張力によって、上方に向けて引っ張りあげることができるので、当該ラム１７の先端を変位させ、最終的に、ラム１７全体のたわみを補正することができる。即ち、ラム１７の繰り出し量ΔＺ及び旋回角度αに応じて、そのシリンダ部１７１ａ，１７１ｂ内に供給する圧力を制御することにより、ラム１７のたわみ量δをゼロにすることができる。

そこで、工作機械１には、油圧をラム１７のシリンダ部１７１ａ，１７１ｂ内に供給するための油圧装置（圧力供給手段）６０が設けられており、この油圧装置６０は、図５に示すような油圧回路を有している。

つまり、図５に示すように、油圧装置６０においては、タンク７１に貯められた油を、油圧供給管６１と、この油圧供給管６１の下流側端部から分岐した油圧分岐管６２ａ，６２ｂとを介して、ラム１７のシリンダ部１７１ａ，１７１ｂ内に供給するようにしている。

油圧供給管６１の上流側端部は、タンク７１と接続しており、当該油圧供給管６１には、ポンプ７２が設けられている。なお、ポンプ７２には、ポンプ駆動用モータ７３及び油圧計７４が接続されている。

一方、油圧分岐管６２ａ，６２ｂの下流側端部は、ラム１７のシリンダ部１７１ａ，１７１ｂと接続しており、当該油圧分岐管６２ａ，６２ｂには、逆止弁７５ａ，７５ｂが設けられている。

また、油圧供給管６１における油圧分岐管６２ａ，６２ｂとの接続部よりも上流側には、油圧逃がし管６３が接続されている。そして、油圧逃がし管６３の下流側端部は、タンク７１と接続しており、当該油圧逃がし管６３には、上記油圧制御弁４７が設けられている。

更に、油圧分岐管６２ａ，６２ｂにおける逆止弁７５ａ，７５ｂの設置位置よりも下流側には、油圧逃がし管６４ａ，６４ｂ及び油圧計７６ａ，７６ｂが接続されている。そして、油圧逃がし管６４ａ，６４ｂの下流側端部は、タンク７１と接続しており、当該油圧逃がし管６４ａ，６４ｂには、上記油圧制御弁５７ａ，５７ｂが設けられている。

ここで、図６（ａ）に示すように、油圧制御弁４７においては、その従動子４７ａを板カム４６のカム面に押圧可能としているため、板カム４６の回転に伴う従動子４７ａの運動によって、油圧分岐管６２ａ，６２ｂ側（油圧制御弁５７ａ，５７ｂ側）に供給する油圧（設定圧力）が変化するようになっている。つまり、油圧制御弁４７においては、板カム４６の回転に伴って、従動子４７ａの変位量（突出量）が変化し、その変位量に応じて、弁開度が調整されるようになっている。

具体的には、従動子４７ａが板カム４６の回転によって上方に移動すると、当該従動子４７ａの変位量が少なくなり、油圧制御弁４７の弁開度が小さくなる。これにより、油圧制御弁４７を通過する油量（タンク７１側に逃がす油量）が減少するため、油圧分岐管６２ａ，６２ｂ側に流れる油量が増大する。

一方、従動子４７ａが板カム４６の回転によって下方に移動すると、当該従動子４７ａの変位量が大きくなり、油圧制御弁４７の弁開度が大きくなる。これにより、油圧制御弁４７を通過する油量（タンク７１側に逃がす油量）が増大するため、油圧分岐管６２ａ，６２ｂ側に流れる油量が減少する。

そして、図６（ａ），（ｂ）に示すように、板カム４６のカム形状は、ラム１７の旋回角度α及び油圧制御弁４７の設定圧力に基づいて設定されている。

例えば、カム４６の左右の回転角度に対して、左右の最大旋回角度（ここでは、±４０°としている）までの各旋回角度（ここでは、０°、±５°、±１０°、±２０°、±３０°、±４０°としている）αを対応させ、それら各旋回角度αに応じて、油圧制御弁４７の設定圧力（ここでは、０〜７ＭＰａとしている）を規定する。

即ち、旋回角度αが大きくなると、その分、ラム１７のたわみ量δも大きくなるため、板カム４６のカム形状を設定する場合には、旋回角度αが大きくなるに従って、油圧制御弁４７の設定圧力が大きくなるようにする。

同様に、図７（ａ）に示すように、油圧制御弁５７ａ，５７ｂにおいては、その従動子５７１ａ，５７１ｂを板カム５６ａ，５６ｂのカム面に押圧可能としているため、板カム５６ａ，５６ｂの回転に伴う従動子５７１ａ，５７１ｂの運動によって、シリンダ部１７１ａ，１７１ｂ側に供給する油圧（設定圧力）が変化するようになっている。つまり、油圧制御弁５７ａ，５７ｂにおいては、板カム５６ａ，５６ｂの回転に伴って、従動子５７１ａ，５７１ｂの変位量（突出量）が変化し、その変位量に応じて、弁開度が調整されるようになっている。

具体的には、従動子５７１ａ，５７１ｂが板カム５６ａ，５６ｂの回転によって上方に移動すると、当該従動子５７１ａ，５７１ｂの変位量が少なくなり、油圧制御弁５７ａ，５７ｂの弁開度が小さくなる。これにより、油圧制御弁５７ａ，５７ｂを通過する油量（タンク７１側に逃がす油量）が減少するため、シリンダ部１７１ａ，１７１ｂ側に流れる油量が増大する。

一方、従動子５７１ａ，５７１ｂが板カム５６ａ，５６ｂの回転によって下方に移動すると、当該従動子５７１ａ，５７１ｂの変位量が大きくなり、油圧制御弁５７ａ，５７ｂの弁開度が大きくなる。これにより、油圧制御弁５７ａ，５７ｂを通過する油量（タンク７１側に逃がす油量）が増大するため、シリンダ部１７１ａ，１７１ｂ側に流れる油量が減少する。

そして、図７（ａ），（ｂ）に示すように、板カム５６ａ，５６ｂのカム形状は、ラム１７の繰り出し量ΔＺ及び油圧制御弁５７ａ，５７ｂの設定圧力に基づいて設定されている。

例えば、カム５６ａ，５６ｂの回転角度に対して、最大繰り出し量（ここでは、１２００ｍｍとしている）までの各繰り出し量（ここでは、０、２５０、５００、７５０、１０００、１２００ｍｍとしている）ΔＺを対応させ、それら各繰り出し量ΔＺに応じて、油圧制御弁５７ａ，５７ｂの設定圧力（ここでは、０〜６ＭＰａとしている）を規定する。

即ち、繰り出し量ΔＺが大きくなると、その分、ラム１７のたわみ量δも大きくなるため、板カム５６ａ，５６ｂのカム形状を設定する場合には、繰り出し量ΔＺが大きくなるに従って、油圧制御弁５７ａ，５７ｂの設定圧力が大きくなるようにする。

従って、ワークＷｏを加工する際に、ラム繰り出し用モータ５２及びラム旋回用モータ４１を駆動させ、ラム１７を、所定の繰り出し量ΔＺで繰り出すと共に、所定の旋回角度αで旋回させると、それらラム旋回用モータ４１及びラム繰り出し用モータ５２の駆動に連動して、板カム４６，５６ａ，５６ｂが回転する。

これと同時に、ポンプ駆動用モータ７３の駆動によって、ポンプ７２が作動しており、このポンプ７２によって汲み上げられた油は、油圧供給管６１及び油圧分岐管６２ａ，６２ｂを介して、ラム１７のシリンダ部１７１ａ，１７１ｂに供給される。

このとき、油圧供給管６１に供給された油の一部は、板カム４６の回転によって開閉した油圧制御弁４７を通過して、油圧逃がし管６３からタンク７１に排出される。これにより、油圧分岐管６２ａ，６２ｂに供給される油は、ラム１７の旋回角度αに応じた油圧となる。

次いで、油圧分岐管６２ａ，６２ｂに供給された油の一部は、板カム５６ａ，５６ｂの回転によって開閉した油圧制御弁５７ａ，５７ｂを通過して、油圧逃がし管６４ａ，６４ｂからタンク７１に排出される。これにより、ラム１７のシリンダ部１７１ａ，１７１ｂに供給される油は、ラム１７の旋回角度αに応じた油圧となるだけでなく、繰り出し量ΔＺにも応じた油圧となる。

そして、ラム１７のシリンダ部１７１ａ，１７１ｂに油が供給されると、テンションバー３１ａ，３１ｂのピストン部材３２ａ，３２ｂが摺動するため、その引張用スリーブ３３ａ，３３ｂが、ラム１７の受け部１７２ａ，１７２ｂを上方に向けて引っ張り上げる。これにより、ラム１７の繰り出し量ΔＺ及び旋回角度αに応じたたわみが補正される。

なお、上述した実施形態では、テンションバー３１ａ，３１ｂの引張力を、板カム４６，５６ａ，５６ｂ及び油圧制御弁４７，５７ａ，５７ｂを用いて制御するようにしているが、それらに替えて、比例電磁制御弁を用いて制御するようにしても構わない。このような構成では、比例電磁制御弁に加える電流値を変えることより、ラム１７のシリンダ部１７１ａ，１７１ｂ内に供給する設定圧力を変更することができるので、テンションバー３１ａ，３１ｂの引張力が制御可能となる。

従って、本発明に係る工作機械１によれば、ラム１７の繰り出し及び旋回によって生じる当該ラム１７自身のたわみを、その繰り出し量ΔＺ及び旋回角度αに応じて補正することができるので、加工精度の低下を防止することができる。

本発明は、主軸にアタッチメントを装着したときに生じるラム先端の変位や傾きを補正して、高精度な加工を行うことができる工作機械に適用可能である。

１工作機械
１６サドル
１７ラム
１７１ａ，１７１ｂシリンダ部
１７２ａ，１７２ｂ受け部
１８主軸
２１移動部材
２２旋回部材
３１ａ，３１ｂテンションバー
３２ａ，３２ｂピストン部材
３３ａ，３３ｂ引張用スリーブ
４１ラム旋回用モータ
５２ラム繰り出し用モータ
４６，５６ａ，５６ｂ板カム
４７，５７ａ，５７ｂ油圧制御弁
６０油圧装置
６１油圧供給管
６２ａ，６２ｂ油圧分岐管
６３，６４ａ，６４ｂ油圧逃がし管
ΔＺ繰り出し量
α 旋回角度
δ たわみ量

Claims

移動可能に支持されるサドルと、
主軸を回転可能に支持すると共に、前記サドルに対して、前記主軸の軸心方向に繰り出し可能で、且つ、前記主軸の軸心と直交する旋回軸周りに旋回可能に支持されるラムと、
前記ラム内に設けられ、前記ラムの先端を上方に向けて引っ張り上げることにより、前記ラムのたわみを補正するテンションバーとを備え、
前記テンションバーの引張力を、前記ラムの繰り出し量及び旋回角度に応じて制御する
ことを特徴とする工作機械。
請求項１に記載の工作機械において、
前記ラム内に形成されるシリンダ部と、
前記テンションバーに設けられ、前記シリンダ部内に摺動可能に支持されるピストン部と、
前記シリンダ部内に圧力を供給して、前記ピストン部を摺動させる圧力供給手段と、
前記圧力供給手段によって供給される圧力を、前記繰り出し量に応じて制御する繰り出し用圧力制御弁と、
前記ラムの繰り出し動作に連動して回転し、前記繰り出し用圧力制御弁を開閉させる繰り出し用カムと、
前記圧力供給手段によって供給される圧力を、前記旋回角度に応じて制御する旋回用圧力制御弁と、
前記ラムの旋回動作に連動して回転し、前記旋回用圧力制御弁を開閉させる旋回用カムとを備える
ことを特徴とする工作機械。
請求項２に記載の工作機械において、
前記繰り出し用カムのカム形状は、前記繰り出し用カムの回転角度に対応させた前記繰り出し量と、前記繰り出し用圧力制御弁の設定圧力とに基づいて設定され、
前記旋回用カムのカム形状は、前記旋回用カムの回転角度に対応させた前記旋回角度と、前記旋回用圧力制御弁の設定圧力とに基づいて設定される
ことを特徴とする工作機械。