JP2017024088A

JP2017024088A - 工作機械

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Publication number: JP2017024088A
Application number: JP2015142085A
Authority: JP
Inventors: 聖松井; Sei Matsui; 明弥田中; Akihisa Tanaka
Original assignee: DMG Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-16
Also published as: JP6093812B2; TWM546278U; CN205834737U; KR200488176Y1

Abstract

【課題】工作機械のベッドの剛性を確保しながら、装置全体の軽量化を図る。【解決手段】ワークを切削加工処理する工作機械１００であって、ベッド１５０と、ベッドのワークの加工処理領域に対向する一端側に立設されるコラム１１０と、を備えており、ベッドには、上面視におけるコラムと重複する部位のうち、コラムと当接していない部位の一部について、ベッドの一端１５０ａから中心１５０ｂに向かい縮径するように削り取って、略Ｖ字型に形成される切り欠き部１５２が設けられることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光学関連機器の反射鏡やレンズ等を成形する精密金型等の高度の加工精度を必要とするワークを切削加工処理する工作機械に関し、特に工作機械のベッドの構造等に関する。

従来から、主軸に装着された工具を鉛直軸周りに回転駆動させながら、工具とワークとを相対的に前後、左右、上下の直交３軸方向に移動させることにより、ワークの切削加工処理を行う工作機械が提供されている。かかる工作機械には、主軸を上下方向に移動させる主軸頭等を設置したコラムがベッド上に設けられている。

工作機械のベッドは、サドルや主軸頭等の所定の方向に移動する移動体となる重量物を相対移動可能に支持するために高い剛性が要求される。例えば、特許文献１には、工作機械のベッドの上方に重量物となるデーブル等の移動体が配置される際に、当該移動体の重量を受けられるようにするために、上面視で移動体の移動範囲をカバーするようにベッドが形成されているものが開示されている。

特開２０１３−２２３９０６号公報

しかしながら、前述の上面視で移動体の移動範囲をカバーするようにベッドが形成されているような構造では、移動体の重量を確実にベッドで受けることが出来るものの、ベッド自体が大型化し、その重量も増すことから、材料費、運搬費等の面でコスト高となり問題となっていた。すなわち、ワークを精度よく加工処理するために、サドルや主軸頭等の移動体の可動負荷に耐えられるようなベッドの剛性を確保しながらも、材料費や運搬費等のコスト削減や、運搬や設置する際のユーザの作業負担を軽減するために、ベッドの重量化を抑制して、軽量化を図ることが望ましい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ベッドの剛性を確保しながら、その軽量化を図ることの可能な、新規かつ改良された工作機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ワークを切削加工処理する工作機械であって、ベッドと、前記ベッドの一端側に立設されるコラムと、を備え、前記ベッドには、上面視における前記コラムと重複する部位のうち、前記コラムと当接していない部位の一部を削り取って形成される切り欠き部が設けられることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ベッドの上面視におけるコラムと重複する部位のうち、コラムと当接していない部位の一部を削り取って形成される切り欠き部を設けても、工作機械のワークを加工処理する領域で必要とされる高い剛性を確保できるので、ベッドの剛性を確保しながら、その軽量化が図れる。

このとき、本発明の一態様では、前記コラムは、前記ベッドの端部のうち前記ワークの加工処理領域側とは異なる端部側に立設されることとしてもよい。

このようにすれば、ベッドの加工処理領域と反対側に立設されるコラムの下側の部位を削り取って切り欠き部を設けても、工作機械のワークの加工処理領域では、必要とされる高い剛性を確保できるので、ベッドの剛性を確保しながら、その軽量化が図れる。

また、本発明の一態様では、前記切り欠き部は、前記ベッドの前記一端から中心に向かうにつれ、水平面内において前記ベッドの端部同士を結ぶ直線に直交する方向の幅が小さくなるように前記コラムと当接していない部位の一部を削り取って形成されることとしてもよい。

このようにすれば、工作機械のワークの加工処理領域では、必要とされる高い剛性を確保しながら、その反対側の部位を削り取って切り欠き部が設けられるので、ワークの加工処理領域で必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッドの軽量化が図れる。

また、本発明の一態様では、前記コラムの頂部側には、前記加工処理領域に向けて昇降する主軸頭を水平方向に移動可能なサドルが設けられ、前記切り欠き部は、上面視における前記サドルの移動範囲の一部分を欠く形状となるように形成されることとしてもよい。

このようにすれば、ベッドの剛性に寄与しない部位を切り欠き部として削り取れるので、工作機械のワークの加工処理領域で必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッドの軽量化が確実に図れる。

以上説明したように本発明によれば、工作機械のベッドでワークの加工処理領域に必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッドの軽量化を図ることができる。

（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械の右側面図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械の底面図である。（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの前方側からの斜視図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの底面図である。（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの後方側からの斜視図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械の底面側からの斜視図である。（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの構造解析のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る工作機械の構成について、図面を使用しながら説明する。図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械の右側面図であり、図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械の底面図である。

本発明の一実施形態に係る工作機械１００は、図１（Ａ）に示すように、ベッド１５０の後方側に立設されたコラム１１０の頂部側に、主軸頭１２０を前方側で支持するサドル１３０が設けられた立形マシニングセンタである。

ベッド１５０の前方側には、ワーク（図示せず）を載置するテーブル１４０が設けられている。また、テーブル１４０は、不図示のガイドレール等の移動機構によって、ベッド１５０の幅方向（図１（Ｂ）に示すＸ軸方向）に移動可能に設けられている。

ベッド１５０の後方側には、コラム１１０が立設されている。すなわち、コラム１１０は、ベッド１５０の端部のうちワークの加工処理領域側とは異なる端部側に設けられている。すなわち、コラム１１０は、ベッド１５０の端部のうちワークの加工処理領域となるテーブル１４０の設置部位に対向する一端側に立設されている。コラム１１０は、断面が略矩形であり、コラム１１０の底部側の四隅が脚部１１２となっており、ベッド１５０と当接する部位となっている。

コラム１１０の頂部側には、サドル１３０が設けられている。サドル１３０は、主軸頭１２０を前方側で支持しながら、当該主軸頭１２０を不図示のガイドレール等の移動機構によって、水平方向（図１（Ａ）に示すＹ軸方向）に移動させる機能を有する。

主軸頭１２０の下端部には、主軸１２２が回転自在に支持され、当該主軸１２２には、工具（図示せず）が着脱可能に装着される。主軸頭１２０の一側面側には、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、複数の工具を保管している工具マガジン１２４から所望の工具を取り出して、主軸１２２に取り付ける工具交換装置１２６が設けられている。主軸頭１２０は、不図示のガイドレール等の移動機構によって、上下方向（図１（Ａ）に示すＺ軸方向）に昇降可能となっている。

このように、本実施形態の工作機械１００は、テーブル１４０がＸ軸方向、サドル１３０がＹ軸方向、主軸頭１２０がＺ軸方向にそれぞれ移動可能となっている。そして、工作機械１００に内蔵された記憶部（図示せず）にインストールされた加工処理プログラムに沿って、工作機械１００は、主軸１２２に装着された工具を鉛直軸周りに回転駆動させながら、当該工具とテーブル１４０に載置したワークとを相対的に前後、左右、上下の直交３軸方向に移動させることにより、ワークの切削加工処理を行う。

本実施形態では、図１（Ｂ）に示すように、ベッド１５０の上面視におけるコラム１１０と重複する部位のうち、コラム１１０と当接していない部位の一部を削り取って形成される切り欠き部１５２が設けられることを特徴とする。具体的には、ベッド１５０の上面視におけるコラム１１０と重複する部位のうち、コラム１１０と当接していない部位の一部をベッド１５０の一端１５０ａから削り取って形成される切り欠き部１５２が設けられる。すなわち、ベッド１５０は、後方側を略Ｖ字型の鋭角に抉るように、上面視においてサドル１３０の移動範囲の一部を欠く構造となっており、コラム１１０の下側の部位に切り欠き部１５２が設けられる。なお、ベッド１５０に設けられる切り欠き部１５２の構成の詳細については、後述する。

また、ベッド１５０が正確に水平に設置されているかどうかは、ワークの加工部位における加工精度に重大な影響を与える。このため、工作機械１００の設置個所の起伏状況や角度等の変化に対応してテーブル１４０のワーク載置面１４０ａを水平に保つために、ベッド１５０の底面側の四隅には、高さ調整機構１６０が設けられている。

次に、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの構成の詳細について、図面を使用しながら説明する。図２（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの前方側からの斜視図であり、図２（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの底面図であり、図３（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの後方側からの斜視図であり、図３（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械の底面側からの斜視図である。

本発明者らは、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、上方に主軸頭１２０やサドル１３０等の移動体が載置されるベッド１５０においても、求める剛性を確保するために必要である箇所とそうでない箇所が存在することを見出した。すなわち、ベッド１５０は、サドル１３０や主軸頭１２０等の重量物を相対移動可能に支持するために、高い剛性が要求されるが、ベッド１５０の全領域に対して均等に高い剛性が必要とされないことを見出した。

また、本発明者らは、上面視で当該移動体の移動範囲の一部分を欠くような切り欠き部１５２を有する形状としても、ベッド１５０の剛性が大きく低下しないことを見出した。このため、かかる知見に基づき更に研究を行った結果、ベッド１５０を上面視で当該移動体の移動範囲の一部分を欠く切り欠き部１５２を有する形状にして、欠いた部位に相当する重量分を同じベッド１５０において剛性を高める必要のある異なる箇所や、ベッド１５０以外の箇所へ配分することによって、重量を増すこと無く、高剛性を有する工作機械１００を実現した。

ベッド１５０は、ＦＣ３００等の鋳鉄等から形成され、図２（Ａ）に示すように、コラム１１０（図１（Ａ）参照）を載置するコラム載置面１５３がテーブル１４０（図１（Ａ）参照）を載置するテーブル載置面１５４より高位置に配置されるように、段差を有する箱型の構成となっている。コラム載置面１５３には、コラム１１０を載置した際に、脚部１１２（図１（Ａ）参照）と当接する脚部受部１５３ａが四隅側にそれぞれ設けられている。

前述したように、ベッド１５０には、上面視におけるコラム１１０と重複する部位のうち、コラム１１０と当接していない部位の一部をベッド１５０の一端１５０ａから削り取って形成される切り欠き部１５２が設けられる。具体的には、図２（Ｂ）に示すように、切り欠き部１５２は、ベッド１５０の一端１５０ａから中心１５０ｂに向かうにつれ、水平面内においてベッド１５０の端部同士を結ぶ直線に直交する方向の幅が小さくなるようにコラム１１０と当接していない部位の一部を削り取って形成される。

このようにして、切り欠き部１５２は、ベッド１５０の一端１５０ａから中心１５０ｂに向かうにつれ、水平面内においてベッド１５０の端部同士を結ぶ直線に直交する方向の幅が小さくなるように、すなわち、ベッド１５０の一端１５０ａ側に有する脚部受部１５３ａの内側からベッド１５０の中心１５０ｂに向かい縮径するように、コラム１１０と当接していない部位の一部を略Ｖ字型に削り取って形成される。換言すると、ベッド１５０のコラム載置面１５３側では、当該ベッド１５０の脚部受部１５３ａの内側の一部が削られる構成となっている。

なお、本実施形態では、切り欠き部１５２は、ベッド１５０の上面視におけるコラム１１０と重複する部位のうち、コラム１１０と当接していない部位の一部をベッド１５０の一端１５０ａから削り取って形成されるが、切り欠き部１５２の設計部位は、かかる部位に限定されない。例えば、ベッド１５０の上面視におけるコラム１１０と重複する部位の真ん中をくり抜くようにして、切り欠き部を形成してもよい。

また、ベッド１５０のコラム載置面１５３側の側壁１５５は、図２（Ｂ）及び図３（Ａ）に示すように、テーブル載置面１５４の幅よりも小さくなるように、ベッド１５０の一端１５０ａ側に有する脚部受部１５３ａに向けて内側に展開される構成となっている。すなわち、ベッド１５０のコラム載置面１５３側では、当該ベッド１５０の脚部受部１５３ａの外側の一部が削られる構成となっている。

このようにして、本実施形態では、ベッド１５０のうち、テーブル１４０が載置されるワークの加工処理領域と反対側に設けられるコラム載置面１５３側の部位は、一部を除いて、高い剛性が必要とされないので、高い剛性が必要とされない部位を削り取って、ベッド１５０の軽量化が図られている。

すなわち、ベッド１５０のコラム載置面１５３側では、コラム１１０の脚部１１２との当接部となる脚部受部１５３ａの下側は、コラム１１０やサドル１３０、主軸頭１２０、工具マガジン１２４、工具交換装置１２６等の重量負荷に耐え得る大きさの剛性が必要となるが、脚部受部１５３ａの下側を除く部位は、それ程、大きな剛性を必要とされない。このため、本実施形態では、ベッド１５０のうち、コラム載置面１５３側に有する大きな剛性を必要とされない部位を削り取った構成として、ベッド１５０の軽量化を図っている。

一方、ワークの加工処理領域となるベッド１５０のテーブル載置面１５４側では、図３（Ｂ）に示すように、テーブル載置面１５４の下側に４つのテーブル側リブ１５８が密に設けられている。これらのテーブル側リブ１５８は、ベッド１５０の先端側中心１５０ｃから放射状に設けられ、当該テーブル側リブ１５８の他端は、接続用リブ１５７に連結されて、当該接続用リブ１５７は、ベッド１５０の中心１５０ｂを介して切り欠き部１５２を構成する切り欠き面１５２ａに連結されている。なお、テーブル側リブ１５８の個数は、４つに限定されず、他の枚数としてもよい。また、ワークの加工処理領域となるベッド１５０のテーブル載置面１５４側の補強態様は、図３（Ｂ）に示す態様に限定されない。

これに対して、ベッド１５０のコラム載置面１５３側では、脚部受部１５３ａの下側を除く部位は、それ程、大きな剛性が必要ないので、コラム載置面１５３の下側には、図３（Ｂ）に示すように、切り欠き部１５２を構成する切り欠き面１５２ａを支持するコラム側リブ１５６が一対のみ設けられている。

ワークの加工処理領域は、テーブル１４０上においてワークの切削加工処理を実行する際に、主軸１２２や主軸頭１２０の可動負荷がかかる。ワークを精度よく切削加工処理するためには、ワークの加工処理領域となるベッド１５０のテーブル載置面１５４側の部位は、かかる可動負荷に耐えられる高い剛性が必要となる。このため、本実施形態では、ベッド１５０のテーブル載置面１５４側の部位となるテーブル載置面１５４の下側には、高い剛性を確保するために、複数の複数のテーブル側リブ１５８が密に設けられている。

また、これらのテーブル側リブ１５８は、切り欠き部１５２を形成する際に、ベッド１５０のコラム１１０の脚部１１２と当接していない部位の一部を削り取った部分の材料の少なくとも一部を利用して形成される。すなわち、切り欠き部１５２を形成する際に、ベッド１５０のコラム１１０と当接していない部位の一部を削り取った部分の材料の少なくとも一部を利用して、テーブル側リブ１５８を密に形成することによって、ベッド１５０の上面視における加工処理領域に有するテーブル載置面１５４の下側を補強するように構成されている。

このように、本実施形態では、ベッド１５０の剛性に寄与しない部位を切り欠き部１５２として削り取ることによって、工作機械１００のワークの加工処理領域で必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッド１５０の軽量化が確実に図れるようになる。また、切り欠き部１５２を形成する際に削り取った材料をテーブル側リブ１５８等の形成に利用して、剛性が必要とされる加工処理領域を補強することによって、ベッド１５０の重量を増加させることなく、加工処理領域の剛性を確実に確保することができる。このため、切削加工時における工作機械１００のワークの加工処理領域で発生するびびり振動を抑制するので、切削加工処理の精度が向上するようになる。

なお、本実施形態では、切り欠き部１５２に相当する重量をベッド１５０の別の箇所へ配分しているが、単にベッド１５０の一部分を欠くことに留めれば、工作機械１００の全体重量を軽減出来るため、材料コスト面でも有利となる。

次に、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの実施例について、図面を使用しながら説明する。図４（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの構造解析のシミュレーション結果を示す図である。なお、図４（Ａ）は、従来例となるベッド５０の斜視図であり、図４（Ｂ）は、従来例となるベッド５０の構造解析結果を示す斜視図であり、図４（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係るベッド１５０の実施例の斜視図である。

図４（Ａ）に示す従来例となるベッド５０について、コンピュータを用いた構造解析を行った結果、図４（Ｂ）に示すように、ベッド５０のテーブル載置面５４側は、黒塗り箇所で表されるように、広範囲にわたり最も高い剛性が必要である旨が分かった。特に、テーブル載置面５４の下側は、最も高い剛性が必要である旨が分かった。

一方、ベッド５０のコラム載置面５３側は、図４（Ｂ）に示すように、コラム１１０の脚部１１２との当接部とその下側は、黒塗り箇所で表されるように、最も高い剛性が必要である旨が分かった。また、コラム載置面５３の下側の中心近傍は、グレー塗り箇所で表されるように、やや高い剛性が必要である旨が分かった。しかしながら、図４（Ｂ）における黒塗り箇所及びグレー塗り箇所以外の部位については、ベッド５０の剛性に大きく寄与しない箇所である旨が分かった。

そこで、本発明の一実施形態に係る工作機械１００のベッド１５０の実施例では、図４（Ｃ）に示すように、ベッド１５０のコラム載置面１５３の下側等のベッド１５０の剛性に大きく寄与しない箇所を削り取って、切り欠き部１５２を形成した。また、従来例のベッド５０の側壁５５も一部削り取って、テーブル載置面１５４の幅より小さくなるように側壁１５５を設けた。

従来例のベッド５０と、本発明の一実施形態に係る工作機械１００のベッド１５０の実施例のＸ軸方向の剛性、Ｙ軸方向の剛性、Ｚ軸方向の剛性、及び質量の値について、それぞれ検証した結果、ベッド１５０のＸ軸方向、すなわち幅方向と、Ｚ軸方向、すなわち、高さ方向の剛性は、それぞれ２〜５％程度向上したことが分かった。一方、ベッド１５０のＹ軸方向、すなわち水平方向（長さ方向）の剛性は、殆ど変化がないことが分かった。また、ベッド１５０の質量に関しては、１０〜１５％程度減少したことが分かった。

このことから、ベッド１５０の剛性に大きく寄与しない箇所を削り取って切り欠き部１５２を形成しても、ベッド１５０の剛性を劣化させずに、幾分、向上させ、かつ、ベッド１５０の軽量化を図れることが分かった。すなわち、ベッド１５０の剛性に寄与しない部位を切り欠き部１５２として削り取ることによって、工作機械１００のワークの加工処理領域で必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッド１５０の軽量化が確実に図れることが分かった。

なお、上記のように本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、工作機械の構成、動作も本発明の一実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１００工作機械、１１０コラム、１１２脚部、１２０主軸頭、１２２主軸、１２４工具マガジン、１２６工具交換装置、１３０サドル、１４０テーブル、１４０ａワーク載置面、１５０ベッド、１５０ａ一端、１５０ｂ中心、１５２切り欠き部、１５２ａ切り欠き面、１５３コラム載置面、１５３ａ脚部受部、１５４テーブル載置面、１５５側壁、１５６コラム側リブ、１５７接続用リブ、１５８テーブル側リブ、１６０高さ調整機構

本発明の一態様は、ワークを切削加工処理する工作機械であって、ベッドと、前記ベッドの一端側に立設されるコラムと、を備え、前記ベッドには、上面視における前記コラムと重複する部位のうち、前記コラムと当接する部位以外のみに切り欠き部が設けられることを特徴とする。

また、本発明の一態様では、前記切り欠き部は、前記ベッドの前記一端から中心に向かうにつれ、水平面内において前記ベッドの端部同士を結ぶ直線に直交する方向の幅が小さくなるように前記コラムと当接する部位以外のみに形成されることとしてもよい。

本発明の一態様は、ワークを切削加工処理する工作機械であって、ベッドと、前記ベッドの一端側に立設されるコラムと、を備え、前記ベッドには、上面視における前記コラムと重複する部位のうち、前記コラムと当接する部位以外のみに該コラムに対して鉛直方向に貫通する構成となっている切り欠き部が設けられることを特徴とする。

Claims

ワークを切削加工処理する工作機械であって、
ベッドと、
前記ベッドの一端側に立設されるコラムと、を備え、
前記ベッドには、上面視における前記コラムと重複する部位のうち、前記コラムと当接していない部位の一部を削り取って形成される切り欠き部が設けられることを特徴とする工作機械。
前記コラムは、前記ベッドの端部のうち前記ワークの加工処理領域側とは異なる端部側に立設されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
前記切り欠き部は、前記ベッドの前記一端から中心に向かうにつれ、水平面内において前記ベッドの端部同士を結ぶ直線に直交する方向の幅が小さくなるように前記コラムと当接していない部位の一部を削り取って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。
前記コラムの頂部側には、前記加工処理領域に向けて昇降する主軸頭を水平方向に移動可能なサドルが設けられ、
前記切り欠き部は、上面視における前記サドルの移動範囲の一部分を欠く形状となるように形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の工作機械。