JP2015127087A - 工作機械用プレート及びこれを用いた加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い振動減衰性を有する工作機械用プレートを提供する。
【解決手段】本発明の工作機械用プレート１３は、ワークＷを固定支持するためのワーク固定用治具１５を支持するためのパレット１４と、ワークＷを加工するためのスピンドル３及び切削工具４とを備える工作機械において、パレット１４とワーク固定用治具１５との間に介在されて用いられ、構成材料として、少なくとも熱硬化性樹脂と、骨材とを含み、それらが混練され固化された成形物からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械において工作物としてのワークを切削加工する際に用いられる工作機械用プレートに関する。

従来、金属加工においてワークを切削加工する場合、例えばマシニングセンタやフライス盤等の工作機械が用いられている（例えば特許文献１参照）。例えばマシニングセンタでは、モータ等が備えられた本体（コラム）と、その下部に本体を支持するベッドとが設けられている。本体には、モータにより回転されるスピンドル（主軸）が回転自在に設けられている。また、本体には、複数の切削用工具からいずれかの切削用工具を選択してスピンドルに取付けるＡＴＣ（自動工具交換装置）が備えられている。

ベッドには、ワークを固定支持するための例えば鋳鉄製のパレットが設けられている。パレットに固定支持されたワークは、スピンドルに取付けられて回転される切削用工具によって切削加工される。

このような工作機械において、ワークの切削加工効率を高めるために例えば切削加工時間を短縮することが行われる。切削加工時間を短縮するには、例えば切削速度を上げて切削したり切削送り量を多くしたり、あるいはワークに対する工具の切り込み量を大きくしたりすることが挙げられる。

特開２０１１−１９４５５３号公報

通常、ワークに対して切削加工を施すと、切削部が微小振動することがあるが、上記のように、切削速度を上げたり切削送り量を多くしたり、あるいは切り込み量を大きくしたりすると、ワークと切削用工具との接触抵抗が増し、さらに激しく微小振動することになる。そして、これらを過度に行うと、ワークにビビリが生じたり切削面の仕上がり具合が好ましくなかったりするといった不具合を生じる。そのため、工作機械においては、切削部の微小振動を何らかの方法で吸収し、すなわち振動減衰量を高め上記の不具合を解消することが求められている。

一方、金属加工においては、工作機械として上記したＡＴＣ等を備えない例えばフライス盤が用いられる場合がある。フライス盤は、マシニングセンタと同様に、本体、ベッド及びテーブルを備え、ワークは、テーブル上に固定支持される。そして、スピンドルに取付けられたフライス（切削用工具）によりワークが切削加工される。このようなフライス盤でも、上述したように、切削速度を上げたり切削送り量を多くしたり、あるいは切り込み量を大きくしたりすると、切削部の微小振動によるビビリや表面の仕上がり不具合等が生じるといった問題点は解消されていないのが実情である。

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、いずれの工作機械においても高い振動減衰性を有する工作機械用プレートを提供することを、その課題とする。また、その工作機械用プレートを用いた加工方法を提供することを、その課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される工作機械用プレートは、ワークを固定支持するためのワーク固定用治具またはワークを支持するための支持部材と、前記ワークを加工するための加工部材とを備える工作機械において、前記支持部材と前記ワーク固定用治具または前記ワークとの間に介在されて用いられ、構成材料として、少なくとも熱硬化性樹脂と、骨材とを含み、それらが混練され固化された成形物からなることを特徴としている。

本発明の工作機械用プレートにおいて、前記成形物は、平板状に形成されており、前記成形物には、その厚み方向に貫通する複数の貫通孔が所定のピッチ間隔を有しながら形成されているとよい。

本発明の工作機械用プレートにおいて、前記骨材は、粗骨材と、この粗骨材より粒径が小の細骨材とからなり、構成材料としてさらに球形材を含むとよい。

本発明の工作機械用プレートにおいて、前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂であり、前記骨材はシリカ含有物であり、前記球形材はガラスビーズ及び／またはフライアッシュであるとよい。

本発明の工作機械用プレートにおいて、構成材料としてさらに充填材を含み、前記充填剤はシリカ粉末であるとよい。

本発明の工作機械用プレートにおいて、前記熱硬化性樹脂の重量比率は５〜３０％であり、前記骨材の重量比率は５０〜３５％であり、前記球形材の重量比率は４０〜５％であり、前記充填剤の重量比率は５〜３０％であるとよい。

本発明の工作機械用プレートにおいて、前記支持部材は、前記工作機械の本体に装着自在に設けられ、前記ワーク固定用治具または前記ワークを支持するためのパレットであるとよい。

本発明の工作機械用プレートにおいて、前記支持部材は、前記工作機械の本体に一体的に設けられ、前記ワーク固定用治具または前記ワークを支持するためのテーブルであるとよい。

本発明の第２の側面によって提供される工作機械用プレートを用いた加工方法は、本発明の第１の側面によって提供される工作機械用プレートを、前記支持部材と前記ワーク固定用治具または前記ワークとの間に介在し、前記加工部材によって前記ワークを加工することを特徴としている。

本発明によると、工作機械用プレートは、熱硬化性樹脂、細骨材、細骨材、球形材及び充填剤等が混練され固化された成形物からなるので、熱硬化性樹脂の容積部分で外部からの振動を吸収することができ、工作機械用プレート全体として高い振動減衰性を有することができる。したがって、例えば切削速度を上げたり切削送り量を多くしたり、あるいはワークに対する切削工具の切り込み量を大きくしたりしても、ワークにビビリが生じたり切削面の仕上がり具合を悪化させたりすることを抑制することができる。それゆえ、結果的にワークの切削加工時間を短縮することができ、効率的に切削加工を行うことができる。

本発明の実施形態に係る工作機械用プレートが適用される工作機械の概略斜視図である。 ワークと工作機械用プレートとの位置関係を示す概略側面図である。 工作機械用プレートの取付け構成を示す組付図である。 工作機械用プレートが他の工作機械に配されるときの他の形態を示す概略斜視図である。 工作機械用プレートが他の工作機械に配されるときのさらに他の形態を示す概略斜視図である。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る工作機械用プレート（以下、単に「プレート」という）が適用される工作機械の概略斜視図である。図２は、ワークとプレートとの位置関係を示す概略側面図である。ここでは、工作機械としてマシニングセンタを例にして説明する。

マシニングセンタ１は、切削工具４によって自動的にワークＷ（図２参照）を切削加工する装置であり、いわゆるコンピュータ数値制御（ＣＮＣ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）によって例えば中ぐり、フライス削り、穴あけ及びねじ立て等といった多種類の切削加工を行い得る装置である。

図１に示すマシニングセンタ１は、ワークＷに対する切削工具４の切削方向が水平である横型とされ、立設された本体（コラム）２を備えている。本体２のワークＷを臨む面には、ワークＷを加工するために回転可能に支持されたスピンドル（主軸）３が備えられている。スピンドル３には、ワークＷを直接加工する加工部材としての切削工具４が、後述するＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ：自動工具交換装置）によって必要に応じて交換され取付けられる。

切削工具４は、上記多種類の切削加工に応じて、先端部分の形状が異なる多種類のものが準備されている。切削工具４は、その非使用時に本体２の側面に設けられた工具マガジン５に収納される。図１に示すマシニングセンタ１では、工具マガジン５がチェーン式とされ、複数の切削工具４を周回状に格納している。いずれかの切削工具４は、使用時にＡＴＣを構成する中間アーム６及びＡＴＣアーム７によって工具マガジン５から取り出され、スピンドル３に取付けられてワークＷの切削加工に用いられる。なお、工具マガジン５は、この構成に限るものではなく、図１では、工具マガジン５に収納されている切削工具４を省略している。

本体２の正面側下部にはベッド８が設けられ、ベッド８には、複数のレール１２によってベッド８上を前後方向に移動可能とされる移動台９が設けられている。移動台９には、ワークＷを固定支持するための後述するパレット１４を回転させる回転台１１が装着自在に設けられている。

なお、図１には示していないが、上記マシニングセンタ１には、移動台９や回転台１１を左右方向に移動可能にする機構が設けられていてもよい。また、パレット１４をマシニングセンタ１内に搬入及び搬出するためのＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐａｌｌｅｔ Ｃｈａｎｇｅｒ：自動パレット交換装置）が備えられていてもよく、ＣＮＣ制御を行うＮＣ装置や切削時に用いる切削油を貯蔵する貯蔵用タンク等が設けられていてもよい。さらに、本実施形態に適用されるマシニングセンタ１は、横型に限らず、スピンドル３の軸方向が鉛直方向である立型や、本体が門状に形成された門型等であってもよい。

図３は、プレート３の取付け構成を示す組付図である。プレート１３は、パレット１４とワークＷを固定するためのワーク固定用治具１５との間に介在されて取付けられる。すなわち、プレート１３は、パレット１４の上面に重ね合わされ、プレート１３の上面にワーク固定用治具１５が重ね合わされ、それらが複数のボルト１８によって固定される。

パレット１４は、所定の厚みを有する略正方体形状に形成されている。パレット１４は、例えば鋳鉄製とされ、本体部１６と、本体部１６の下面に形成された、回転台１１に取付けるための突状部１７とによって構成されている。本体部１６には、厚み方向に所定の深さを有しボルト１８が螺合される複数の取付孔１４ａが形成されている。取付孔１４ａは、その内面側が螺刻されている。また、本体部１６の４つの角部は、面取りが施された切欠き部１４ｂとされている。

ワーク固定用治具１５は、ワークＷを固定するためのものであり、平板部１９と、その上面に一体的に設けられた中空の略直方体形状のワーク支持部２０とによって構成されている。ワークＷは、ワーク支持部２０の側面に固定される複数のクランプ２１及びボルト２２によって同一側面上に強固に取付けられる。平板部１９の周縁近傍には、厚み方向に貫通する複数の貫通孔１５ａが形成されている。また、平板部１９の４つの角部は、面取りが施された切欠き部１５ｂとされている。

なお、ワーク固定用治具１５は、上記の構成に限るものではなく、図３には示していないが、ワーク支持部２０の表面には、他のワークを取付けるためのボルト等が嵌合される孔等が形成されていてもよい。また、例えばワークＷは、切削加工の形態に応じて、プレート１３に直接的に固定支持されてもよい。

本実施形態の特徴であるプレート１３は、図３に示すように、所定の厚みを有し平面視で略正方形の平板状に形成されており、その厚みはパレット１４に比べ薄く形成されている。プレート１３には、厚み方向に貫通し所定のピッチ間隔で碁盤の目状に形成された複数の貫通孔１３ａが形成されている。プレート１３は、平面視の形状及び大きさがパレット１４と略同様とされ、プレート１３の４つの角部は、面取りが施された切欠き部１３ｂとされている。

本実施形態では、プレート１３は、形状がパレット１４の形状と同様とされ、かつ複数の貫通孔１３ａの位置もパレット１４の取付孔１４ａの位置と同様とされている。また、ワーク固定用治具１５の貫通孔１５ａの位置は、プレート１３の周縁近傍に形成される貫通孔１３ａの位置と同様とされている。そのため、パレット１４、プレート１３、及びワーク固定用治具１５を重ね合わせた場合、それらの周縁近傍に形成された貫通孔１５ａ、貫通孔１３ａ及び取付孔１４ａの位置が一致し、プレート１３は、ボルト１８によってパレット１４及びワーク固定用治具１５に挟み込まれた状態でそれらと一体的に取付けられる。

プレート１３は、構成材料として熱硬化性樹脂と、粗骨材と、粗骨材よりさらに粒径の小さい細骨材と、外形が球形状の球形材と、充填剤とを含み、それらが混練され固化された成形物からなる。

熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂が用いられる。エポキシ樹脂は、それが用いられることにより、他の材料との接着効果を高めることができる。また、エポキシ樹脂は、一般に高価であることから、その接着効果を阻害しない範囲で骨材を用い、エポキシ樹脂の重量比率を極力下げることが望ましい。

粗骨材としては、花崗岩やシリカ分を多く含むシリカ含有物が用いられる。この粗骨材の粒径は、例えば１〜１０ｍｍの範囲のものが用いられる。

細骨材としては、海砂（乾燥海砂）の一種である例えばシリカサンドが用いられる。細骨材の粒径は、例えば０．３〜１ｍｍの範囲のものが用いられる。

上記のように、プレート１３の内部に、粒径の異なる粗骨材及び細骨材を混在させるようにすれば、粗骨材同士の隙間に細骨材が入り込み、いわゆる石垣のような効果を発揮することができ、プレート１３の強度が高まるといった利点がある。

球形材としては、例えばガラスビーズやフライアッシュが用いられる。この場合、ガラスビーズ及びフライアッシュがともに用いられてもよく、ガラスビーズのみが用いられてもよく、あるいはフライアッシュのみが用いられてもよい。ガラスビーズやフライアッシュの粒径は、例えば１５〜１００μｍの範囲のものが用いられる。ガラスビーズやフライアッシュは、各構成材料が混練される際にエポキシ樹脂や骨材の流動性を高めるものであり、例えば型枠の隅部にエポキシ樹脂等を十分に行き渡らせることができるものである。これにより、ガラスビーズやフライアッシュは、プレート１３の寸法精度をより高めることができる。なお、球形材は、真球でなくてもよい。

充填剤としては、例えばシリカ粉末が用いられる。シリカ粉末は、エポキシ樹脂の増量剤として機能するものである。シリカ粉末は、熱膨張係数が低いため熱変形しにくいといった利点があり、さらに優れた分散性を有するので、各材料を混合するときにその混合時間を短縮することができる。

プレート１３の重量比率としては、熱硬化性樹脂は５〜３０％の範囲で用いられる。粗骨材は４０〜５％の範囲で用いられる。細骨材は１０〜３０％の範囲で用いられる。球形材は４０〜５％の範囲で用いられる。充填剤は５〜３０％の範囲で用いられる。なお、球形材としては、ガラスビーズやフライアッシュが用いられるが、これらの重量比率が４０〜５％の範囲で用いられればよい。例えば、球形材がガラスビーズのみの場合には、その重量比率が４０〜５％の範囲で用いられればよく、あるいは球形材がフライアッシュのみの場合には、その重量比率が４０〜５％の範囲で用いられればよい。

なお、プレート１３の構成材料としては、熱硬化性樹脂では上記エポキシ樹脂に代えて不飽和ポリエステル等が用いられてもよい。また、粗骨材及び細骨材では、上記材料に代えて例えば他の海砂、川砂、硅砂、又は砂岩等が用いられてもよい。粗骨材及び細骨材としては、作成後の強度を高くする場合には、例えばシリカ系の材料を多く含むものが好ましい。

また、充填剤では、シリカ粉末に代えて、例えば比較的安価な炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、クレー、タルク又はカオリン等が用いられてもよい。また、必要に応じて他の構成材料が加えられてもよい。なお、上記のようにプレート１３の構成材料に他の材料が用いられた場合であっても、プレート１３の重量比率は上記した範囲で用いられる。

上記のように、プレート１３は、熱硬化性樹脂、粗骨材、細骨材、球形材及び充填剤等が混練された成形物からなり、プレート１３の内部では、剛性が比較的高い粗骨材や細骨が混練された成形物からなり、プレート１３の内部では、剛性が比較的高い粗骨材や細骨材の周囲を、剛性が比較的低い熱硬化性樹脂が覆うように構成される。そのため、粗骨材や細骨材の容積部分でプレート１３の硬度を高めつつ、熱硬化性樹脂の容積部分で外部からの振動を吸収することができるので、プレート１３全体として高い振動減衰性を有することができる。

したがって、パレット１４とワーク固定用治具１５との間に、プレート１３を挟み込むようにして固定した上で、ワークＷを切削加工するようにすれば、例えば切削速度を上げたり切削送り量を多くしたり、あるいはワークＷに対する切削工具４の切り込み量を大きくしたりしても、ワークＷにビビリが生じたり切削面の仕上がり具合を悪化させたりすることを抑制することができる。

それゆえ、ワークＷの切削加工時間を短縮することができるので、効率的に切削加工を行うことができるとともに、ワークＷの切削加工後の品質を悪化させることを防止することができる。また、ワークＷの切削加工時間を短縮することができることから、結果的に切削工具４の使用時間が減るとともにビビリの発生を抑制し、切削工具４の寿命を延ばすことができる。

マシニングセンタ１は、例えば回転台１１とのチャック構造として、マシンニングセンタごとに固有の回転台１１が設けられる場合があり、この場合、パレット１４は、当該回転台１１に応じた形状のチャック部材が備えられている。一方、マシニングセンタ１に装着されるパレット１４は、例えばＪＩＳ（日本工業規格）や日本工作機械工業会等でその形状や大きさが規格化されており、取付孔１４ａの上面の位置は、各パレット１４で統一化されている。

したがって、例えばユーザが、異なるメーカの工作機械を所有する場合、メーカごとの工作機械に応じたチャック構造を有するパレット１４を所有する必要がある。しかしながら、本実施形態のプレート１３は、パレット１４の上面が規格化されているため、パレット１４やマシニングセンタ１の形状に依存することなく、共通的に用いることができる。そのため、プレート１３は、いずれのパレット１４に対しても互換性を有するので、コストの低減化を図ることができる。

次に、プレート１３の製作工程の一例について説明する。

プレート１３は、以下に示す工程を経て作成される。まず、プレート１３の形状に応じた型枠を製作する。型枠の底面には、複数の貫通孔１３ａに相当する複数の棒状部材が立設されている。また、型枠の内表面及び棒状部材の表面には、脱型する際に成形物を型枠から外しやすくするための離型剤を塗布するとよい。なお、型枠の内表面は、プレート１３のいわゆる面粗度を高めるためにより滑らかに形成されることが望ましい。

次いで、それぞれ計量した粗骨材、細骨材、球形材及び充填材を所定のミキサに投入し混ぜ合わす。そして、熱硬化性樹脂が例えばエポキシ樹脂の場合、それぞれ計量した、主剤と硬化剤とを混合する。

その後、混ぜ合わしたエポキシ樹脂以外の材料とエポキシ樹脂とを混合し、それを型枠に流し込みながら、型枠に振動を与える。この場合、振動条件としては、例えば振幅０．５〜５ｍｍ、周波数２０〜６０Ｈｚを設定する。型枠への流し込みが終わっても振動は所定時間継続させ、十分に材料を型枠内に行き渡らせることが望ましい。所定時間経過後、振動を停止し固化させた後、脱型する。以上により、プレート１３の成形物を作成することができる。

上記の製作工程では、型枠の内表面が滑らかに形成され、例えばガラスビーズやフライアッシュがエポキン樹脂や骨材の流動性を高め、適切な振動が型枠に与えられるため、型枠の隅部にエポキシ樹脂等を十分に行き渡らせることができる。そのため、プレート１３は、表面の形状が滑らかに形成され、例えば鋳鉄製の製品と比較して面粗度の高い製品とすることができる。そのため、パレット１４やワーク固定用治具１５との接合性を高めることができるので、プレート１３の加工精度を維持することができる。

図４は、プレートが用いられる工作機械の他の形態を示すものである。この図によると、プレート２３は、例えばフライス盤のテーブル２４上に直接的に配置されている。テーブル２４は、上面に複数の凹溝２５を有しており、凹溝２５は、ワークＷを固定するためのクランプ２６をボルト２７等によって取付けるためのものである。凹溝２５は、所定の間隔を隔てて平行に配されている。

プレート２３には、その上面にワーク固定用治具１５が配置され、ワーク固定用治具１５は、平面部１９の４つの角部上面が複数のクランプ２６によって固定されている。図４に示すプレート２３は、ワーク固定用治具１５の平面部１９の形状に比べて、一回り大きく形成されている。なお、ワークは、図４におけるワーク固定用治具１５の本体部２０の奥面側に取付けられている。

この構成においても、図４において図示しないワークが切削加工されるとき、プレート２３において切削加工時の振動を吸収することができ、ワークにビビリが生じたり切削面の仕上がり具合が悪化したりすることを抑制することができる。このように、本実施形態のプレート２３は、パレット１４を用いることのない工作機械においても適用することができる。

図５は、プレートが用いられる工作機械のさらに他の形態を示すものである。この図によると、プレートは、複数のブロック体２８に分割されており、各ブロック体２８がフライス盤のテーブル２４上に直接的に配置されている。各ブロック体２８には、その上面にワークＷが配置され、ワークＷは、略正方体形状に形成され、４つの角部上面が複数のクランプ２６によって固定されている。

この構成においても、ワークＷが切削加工されるとき、プレートとしての各ブロック体２８において切削加工時の振動を吸収することができ、ワークＷにビビリが生じたり切削面の仕上がり具合が悪化したりすることを抑制することができる。なお、図５に示すワークＷを切削加工する場合、ワークＷの加工面が平面状に広がっているため、切削工具（図略）は、上方から接近されることが望ましい。

なお、本発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。例えば上記実施形態では、プレート１３が適用される工作機械の一例としてマシニングセンタを挙げて説明したが、プレート１３が適用される工作機械としてはこれに限るものではない。また、プレート１３は、上記実施形態で説明したものに限らず、形状、大きさ及び数量等は、必要に応じて変更可能である。プレート１３の構成材料は、必要に応じて変更可能である。

１ マシニングセンタ
２ 本体
３ スピンドル
４ 切削工具
９ 移動台
１１ 回転台
１３，２３ プレート
１３ａ 貫通孔
１４ パレット
１４ａ 取付孔
１５ ワーク固定用治具
１５ａ 貫通孔
１８ ボルト
２４ テーブル
２８ ブロック体
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. ワークを固定支持するためのワーク固定用治具またはワークを支持するための支持部材と、
   前記ワークを加工するための加工部材とを備える工作機械において、
   前記支持部材と前記ワーク固定用治具または前記ワークとの間に介在されて用いられ、
   構成材料として、少なくとも熱硬化性樹脂と、骨材とを含み、それらが混練され固化された成形物からなることを特徴とする工作機械用プレート。
2. 前記成形物は、平板状に形成されており、
   前記成形物には、その厚み方向に貫通する複数の貫通孔が所定のピッチ間隔を有しながら形成されている、請求項１に記載の工作機械用プレート。
3. 前記骨材は、粗骨材と、この粗骨材より粒径が小の細骨材とからなり、
   構成材料としてさらに球形材を含む、請求項１または２に記載の工作機械用プレート。
4. 前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂であり、
   前記骨材はシリカ含有物であり、
   前記球形材はガラスビーズ及び／またはフライアッシュである、請求項３に記載の工作機械用プレート。
5. 構成材料としてさらに充填材を含み、
   前記充填剤はシリカ粉末である、請求項１ないし４のいずれかに記載の工作機械用プレート。
6. 前記熱硬化性樹脂の重量比率は５〜３０％であり、
   前記骨材の重量比率は５０〜３５％であり、
   前記球形材の重量比率は４０〜５％であり、
   前記充填剤の重量比率は５〜３０％である、請求項５に記載の工作機械用プレート。
7. 前記支持部材は、
   前記工作機械の本体に装着自在に設けられ、前記ワーク固定用治具または前記ワークを支持するためのパレットである、請求項１ないし６のいずれかに記載の工作機械用プレート。
8. 前記支持部材は、
   前記工作機械の本体に一体的に設けられ、前記ワーク固定用治具または前記ワークを支持するためのテーブルである、請求項１ないし６のいずれかに記載の工作機械用プレート。
9. 請求項７または８に記載の工作機械用プレートを、前記支持部材と前記ワーク固定用治具または前記ワークとの間に介在し、前記加工部材によって前記ワークを加工することを特徴とする、工作機械用プレートを用いた加工方法。

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