JP2021146469A

JP2021146469A - 工作機械

Info

Publication number: JP2021146469A
Application number: JP2020049783A
Authority: JP
Inventors: 初倉橋; Hatsu Kurahashi
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-09-27
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP7294202B2

Abstract

【課題】静剛性及び動剛性を簡易に短時間で調整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、立柱と、該立柱に連結した主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの下側に配置したワーク保持部とを備える工作機械において、前記主軸ヘッドは、前記立柱に連結した支持部と、該支持部から前記ワーク保持部に向けて突出し、主軸を支持する筒体と、該筒体及び支持部を連結する取り外し可能な連結部とを有する。好ましくは、前記支持部に、前記筒体の軸方向に延びるねじ孔が形成してあり、前記連結部は、前記筒体の径方向にて前記筒体から突出し且つ前記ねじ孔に対向する位置に配してあり、前記筒体の軸方向に貫通した貫通孔を有する取付板と、前記貫通孔に挿入してあり、前記ねじ孔に連結するボルトとを備える。【選択図】図２

Description

本技術は、ワークを加工する工作機械に関する。

従来、隣接する基部及び接続部をボルトで連結した工作機械を提案してある。基部には、環状の皿ばねを収容する収容室（開口）が形成してある。収容室は、接続部に隣接する一面に設けてあり、凹状をなす。基部には、ボルトを挿入する貫通孔が形成してある。貫通孔は、前記一面と、該一面の反対側の他面との間に亘る。貫通孔は収容室に連なる。

ボルトは、前記他面から前記収容室に向けて挿入してある。ボルトは、環状をなす皿ばねの孔に挿入してあり、接続部に連結する。前記工作機械は、ボルトによって静剛性を維持ししつつ、皿ばねによって振動を吸収し、動剛性の向上を図っている。

特開２０１３−２１５８５３号公報

静剛性及び動剛性を調整する場合、工作機械は収容室の深さを調整する。しかし、収容室の深さを調整する為には、ボルトによる連結を解除し、収容室にワッシャーを設けて、再度、基部及び接続部を連結する必要があり、調整作業は複雑で長時間を要する。

本開示は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、静剛性及び動剛性を簡易に短時間で調整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。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、立柱と、該立柱に連結した主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの下側に配置したワーク保持部とを備える工作機械において、前記主軸ヘッドは、前記立柱に連結した支持部と、該支持部から前記ワーク保持部に向けて突出し、主軸を支持する筒体と、該筒体及び支持部を連結する取り外し可能な連結部とを有する。

本開示の一実施形態においては、筒体及び支持部を連結部で連結し、静剛性を高める。必要に応じて連結部の補強度を低くし、動剛性を高める。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記支持部に、前記筒体の軸方向に延びるねじ孔が形成してあり、前記連結部は、前記筒体の径方向にて前記筒体から突出し且つ前記ねじ孔に対向する位置に配してあり、前記筒体の軸方向に貫通した貫通孔を有する取付板と、前記貫通孔に挿入してあり、前記ねじ孔に連結するボルトとを備える。

本開示の一実施形態においては、ボルトのねじ孔への連結によって、静剛性を高め、ボルトのねじ孔からの取り外しによって、動剛性を高める。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記支持部に複数の前記ねじ孔を形成してあり、前記連結部は、前記複数のねじ孔に対応した複数の前記貫通孔を備え、該複数の貫通孔に一又は複数の前記ボルトを挿入する。

本開示の一実施形態においては、ねじ孔に連結するボルトの数を調整し、静剛性及び動剛性を調整する。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記連結部は、前記筒体から径方向に突出する取付板と、該取付板及び支持部を連結する取り外し可能な連結板とを備える。

本開示の一実施形態においては、連結板の取り付けによって、静剛性を高め、連結板の取り外しによって、動剛性を高める。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記連結板は、前記取付板に連結する第一板部と、前記支持部に連結し、前記第一板部に直角な第二板部とを有する。

本開示の一実施形態においては、第一板部及び第二板部を直角に配置することによって、第一板部及び第二板部に平行な方向において、連結板の静剛性を高めることができる。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記第一板部の一辺全体と前記第二板部の一辺全体とが連結しているか、又は前記第一板部の一辺の一部と前記第二板部の一辺の一部とが連結している。

本開示の一実施形態においては、連結板の静剛性を高める場合には、第一板部の一辺全体と第二板部の一辺全体とを連結する。連結板の動剛性を高める場合には、第一板部の一辺の一部と第二板部の一辺の一部とを連結する。

本開示の一実施形態に係る工作機械にあっては、筒体及び支持部を連結部で連結し、静剛性を高める。必要に応じて連結部を取り外し、動剛性を高める。連結部を連結又は取り外すだけで、静剛性及び動剛性を調整でき、簡易に短時間で調整することができる。

実施の形態１に係る工作機械の縦断面図である。主軸ヘッドの略示斜視図である。主軸ヘッドの略示右側面図である。補強部付近の構成を略示する部分拡大縦断面図である。ボルトの数と静剛性の増加率を示すグラフである。二つのボルトを取り付けた場合及びボルト無しの場合における動剛性を示すグラフである。実施の形態２に係る主軸ヘッドの略示斜視図である。主軸ヘッドの略示底面図である。主軸ヘッドの略示右側面図である。連結板の略示斜視図である。第二連結板の略示斜視図である。第三連結板の略示斜視図である。連結板、第二連結板又は第三連結板を取り付けた場合におけるＹ方向の静剛性の増加率を示すグラフである。連結板、第二連結板又は第三連結板を取り付けた場合におけるＸ方向の静剛性の増加率を示すグラフである。連結板、第二連結板又は第三連結板を取り付けた場合におけるＹ方向の動剛性を示すグラフである。

（実施の形態１）
以下本発明を実施の形態１に係る工作機械を示す図面に基づき説明する。図１は、工作機械の縦断面図である。以下の説明では図中矢印で示す上下左右前後を使用する。図１に示す如く、工作機械は前後に長い矩形の基台１を備える。立柱２は基台１の後部に固定する。基台１の前部にワークを保持するワーク保持部１０を設けてある。ワーク保持部１０は、前後方向に移動するＹ方向移動部１１、左右方向に移動するＸ方向移動部１２、ワークを固定する台１３を備える。Ｙ方向移動部１１はＹ軸モータ（図示略）を備え、Ｙ軸モータの駆動によってＹ方向移動部１１は前後移動する。Ｘ方向移動部１２はＸ軸モータ（図示略）を備え、Ｘ軸モータによってＸ方向移動部１２は左右移動する。

Ｙ方向移動部１１は基台１上に設けてあり、Ｘ方向移動部１２はＹ方向移動部１１上に設けてある。台１３はＸ方向移動部１２上に設けてある。台１３はワーク保持部を構成する。Ｘ方向移動部１２とＹ方向移動部１１の左右前後移動は、台１３に固定したワークの左右前後の位置を決定する。

上下方向に移動可能な主軸ヘッド３は、台１３の上側にて、立柱２の前面に設けてある。立柱２の前面に二つの軌道（図示略）と、ボールねじ機構（図示略）が設けてある。二つの軌道は上下に延び、立柱２の前面の左右両側に設けてある。軌道には、軌道に沿って移動する摺動子（図示略）が設けてある。ボールねじ機構は二つの軌道の間に配置してある。ボールねじ機構はボールねじ及びナットを備える。主軸ヘッド３は、ナット及び摺動子に連結する。Ｚ軸モータ（図示略）が立柱２に設けてあり、Ｚ軸モータの駆動によってボールねじは回転し、主軸ヘッド３は上下移動する。

主軸モータ８は主軸ヘッド３の上端部に設けてあり、主軸モータ８の駆動によって主軸は回転する。二つの支持板７は立柱２から前方に突出し且つ左右に並ぶ。支持板７は工具マガジン６を支持し、工具マガジン６は工具５を保持する。マガジンモータ（図示略）の駆動によって、工具マガジン６は回転し、所定の工具５を最下位置、即ち交換位置に送る。

図２は、主軸ヘッド３の略示斜視図、図３は、主軸ヘッド３の略示右側面図である。主軸ヘッドは、立柱２に連結した支持部３０を備える。支持部３０は、中央部分３１、及び突出部３２を備える。中央部分３１は直方体状をなし、左右に延びる。中央部分３１の一面は後面３１ａを構成する。後面３１ａの左右方向中央にナット保持筒３３が設けてある。ナット保持筒３３の軸方向は上下方向である。ナット保持筒３３の後部には、上下に延びたスリット３３ａが形成してある。

中央部分３１の上部において、左右両端部から突出部３２が上側に突出する。突出部３２の後面３２ａは中央部分３１の後面３１ａに面一に連なる。後面３２ａの上端部、及び後面３１ａ下部の左右両端部に、取付部３４が夫々設けてある。ナット保持筒３３は、前記ナットを保持し、取付部３４は前記摺動子に取り付けてある。

中央部分３１の前面に筒体４０が設けてある。筒体４０の軸方向は上下方向である。筒体４０の下部は、中央部分３１の下面３１ｂよりも下側に突出する。即ち、筒体４０は台１３に向けて突出する。筒体４０は、上下に延びた主軸（図示略）を回転可能に保持する。

筒体４０の後面４０ａと、中央部分３１の下面３１ｂとを傾斜部３１ｃが連結する。傾斜部３１ｃの後面は傾斜面３１ｄを構成する。傾斜面３１ｄは、下部が上部よりも前側に位置するように、傾斜する。

図４は、補強部５０付近の構成を略示する部分拡大縦断面図である。補強部５０は、下面３１ｂ、傾斜面３１ｄ、及び後面４０ａに亘って設けてある。補強部５０は、基部５１、取付板５２、ナット５３、ねじ孔５４、及びボルト５５を備える。基部５１はブロック状をなし、後面４０ａ及び傾斜面３１ｄに亘って設けてある。基部５１は後側に突出する。補強部５０は連結部を構成する。

取付板５２は基部５１の後面から後側に突出し、左右に延びる。取付板５２には、上下に貫通した二つの貫通孔５２ａが形成してある。二つの貫通孔５２ａは取付板５２の左右に夫々配置してある。取付板５２の上面に二つのナット５３が固定してある。二つのナット５３は二つの貫通孔５２ａに対して、夫々同軸的に配置してある。下面３１ｂに二つのねじ孔５４が設けてある。二つのねじ孔５４は、上下方向を軸方向として、取付板５２に対向する位置に形成してある。二つのねじ孔５４は二つのナット５３に対して、夫々同軸的に配置してある。

ボルト５５が下側から貫通孔５２ａに挿入してあり、ナット５３及びねじ孔５４に連結する。ボルト５５の頭部とねじ孔５４との間にて、取付板５２を固定する。取付板５２を固定する力が大きいほど、主軸ヘッド３の静剛性が高くなり、動剛性は低くなる。取付板５２を固定する力が小さいほど、主軸ヘッド３の静剛性が低くなり、動剛性は高くなる。故に、ねじ孔５４に連結するボルト５５の数の多少に応じて、静剛性は高低となり、動剛性は抵高となる。またねじ孔５４への締め付け力の大小に応じて、静剛性は高低となり、動剛性は低高となる。

図５は、ボルト５５の数と静剛性の増加率を示すグラフである。図５においては、ボルト５５の数が０本の場合における静剛性を基準に、ボルト５５の数が一本及び二本の場合における静剛性の増加割合を示す。静剛性は、前後方向における静剛性である。横軸はボルト５５の数を示し、縦軸は静剛性の増加割合を示す。なお各ボルト５５の締め付け力は同じである。図５に示す如く、一本のボルト５５を取り付けた場合、静剛性は約１２％増加し、二本のボルトを取り付けた場合、静剛性は約２０％増加する。

図６は、二つのボルト５５を取り付けた場合及びボルト５５無しの場合における動剛性を示すグラフである。動剛性は、前後方向における動剛性である。図６において、横軸は、主軸ヘッド３に付与した振動の周波数を示し、縦軸は、主軸ヘッド３のコンプライアンスを示す。Ｐ１はボルト無しの場合におけるグラフであり、Ｐ２は二つのボルト５５を取り付けた場合におけるグラフである。グラフＰ１のピーク値はグラフＰ２のピーク値よりも小さい。従って、ボルト５５無しの場合は、二つのボルト５５を取り付けた場合よりも、振幅が抑制され、動剛性が高い。

実施の形態１に係る工作機械にあっては、筒体４０及び支持部３０を補強部５０で連結し、静剛性を高める。また必要に応じて補強部５０の補強度を低くし、動剛性を高める。またボルト５５のねじ孔５４への連結によって、静剛性を高め、ボルト５５のねじ孔５４からの取り外しによって、動剛性を高めることができる。またねじ孔５４に連結するボルト５５の数を調整し、静剛性及び動剛性を調整することができる。尚ボルト５５及びねじ孔５４の数は二つに限定されず、単数又は三つ以上でもよい。

（実施の形態２）
以下本発明を実施の形態２に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。実施の形態２に係る構成の内、実施の形態１と同様な構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。図７は、主軸ヘッド３Ａの略示斜視図、図８は、主軸ヘッド３Ａの略示底面図、図９は、主軸ヘッド３Ａの略示右側面図、図１０は、連結板５６の略示斜視図である。

図７〜図９に示す如く、工作機械は主軸ヘッド３Ａを備える。主軸ヘッド３Ａは補強部５０Ａを備える。補強部５０Ａは、基部５１、取付板５２、二つの連結板５６、複数のボルト５９を備える。

図１０に示す如く、連結板５６は、第一板部５７及び第二板部５８を備える。第一板部５７は矩形板状をなし、所定方向に延びる。第一板部５７の一面５７ｂにおける長辺部から、第二板部５８は直角に突出する。第二板部５８は矩形板状をなし、前記所定方向に延びる。前記一面５７ｂと、第二板部５８の一面５８ｂとは直角に連なる。第一板部５７の他面５７ｃと、第二板部５８の他面５８ｃとは直角に連なる。第一板部５７の長辺部全体と、第二板部５８の長辺部全体とが連結する。

第一板部５７の端部に、複数の貫通孔５７ａが形成してある。貫通孔５７ａは第一板部５７に直角な方向に貫通する。貫通孔５７ａは、第二板部５８の反対側に配置してある。

第二板部５８における他面５８ｃの端部に、他面５８ｃから突出した突出部５８ｄが設けてある。突出部５８ｄは矩形をなし、第一板部５７の反対側にて、他面５８ｃの角部分に形成してある。突出部５８ｄは、前記所定方向、即ち第二板部５８の長手方向において、貫通孔５７ａの反対側に配置してある。突出部５８ｄに複数の貫通孔５８ａが形成してある。貫通孔５８ａは第二板部５８に直角な方向に貫通する。

図７及び図９に示す如く、二つの連結板５６が取付板５２の左右に夫々設けてある。右側の連結板５６は、第一板部５７の他面５７ｃが取付板５２の右面に対向し、突出部５８ｄが下面３１ｂに対向するように、配置してある。第一板部５７の各貫通孔５７ａにボルト５９が右側から挿入してあり、取付板５２の右面に形成したねじ孔（図示略）に連結する。また第二板部５８の各貫通孔５８ａにボルト５９が下側から挿入してあり、下面３１ｂに形成したねじ孔（図示略）に連結する。

左側の連結板５６は、第一板部５７の他面５７ｃが取付板５２の左面に対向し、突出部５８ｄが下面３１ｂに対向するように、配置してある。第一板部５７の各貫通孔５７ａにボルト５９が左側から挿入してあり、取付板５２の左面に形成したねじ孔（図示略）に連結する。また第二板部５８の各貫通孔５８ａにボルト５９が下側から挿入してあり、下面３１ｂに形成したねじ孔（図示略）に連結する。

作業者は、静剛性及び動剛性を調整する為に、ボルト５９を外して、連結板５６を第二連結板５６Ａ又は第三連結板５６Ｂに交換することができる。図１１は、第二連結板５６Ａの略示斜視図である。

図１１に示す如く、第二連結板５６Ａは、第一板部５７Ａ及び第二板部５８Ａを備える。一面５７ｂ側又は他面５７ｃ側から視認した場合、第一板部５７ＡはＬ形をなす。第一板部５７Ａの一端部５７ＡａからＬ形の角部分に亘って、複数の貫通孔５７ａが形成してある。一面５８ｂ又は他面５８ｃから視認した場合、第二板部５８ＡはＬ形をなす。第二板部５８Ａの一端部５８Ａａに突出部５８ｄが設けてある。

第二板部５８Ａの他端部５８Ａｂは、一面５７ｂに対して直角になるように、第一板部５７Ａの他端部５７Ａｂに連結する。第二連結板５６Ａは、連結板５６に比べて撓みやすい。第二連結板５６Ａを筒体４０及び支持部３０に取り付けた場合、連結板５６を取り付けた場合に比べて、主軸ヘッド３Ａの動剛性は高まり、静剛性は低下する。

図１２は、第三連結板５６Ｂの略示斜視図である。図１２に示す如く、第三連結板５６Ｂは、第一板部５７Ｂ及び第二板部５８Ｂを備える。一面５７ｂ側又は他面５７ｃ側から視認した場合、第一板部５７ＢはＬ形をなす。第一板部５７Ｂの一端部５７ＢａからＬ形の角部分に亘って、複数の貫通孔５７ａが形成してある。第一板部５７Ｂの厚さは、第一板部５７Ａの厚さよりも小さい。

一面５８ｂ又は他面５８ｃから視認した場合、第二板部５８ＢはＬ形をなす。第二板部５８Ｂの一端部５８Ｂａに突出部５８ｄが設けてある。第二板部５８Ｂの厚さは、図１１の第二板部５８Ａの厚さよりも小さい。第二板部５８Ｂの他端部５８Ｂｂは、一面５７ｂに対して直角になるように、第一板部５７Ｂの他端部５７Ｂｂに連結する。

第三連結板５６Ｂは、第二連結板５６Ａに比べて撓みやすい。第三連結板５６Ｂを筒体４０及び支持部３０に取り付けた場合、第二連結板５６Ａを取り付けた場合に比べて、主軸ヘッド３Ａの動剛性は高まり、静剛性は低下する。

図１３は、連結板５６、第二連結板５６Ａ又は第三連結板５６Ｂを取り付けた場合におけるＹ方向の静剛性の増加率を示すグラフである。Ｙ方向は前後方向に対応する。図１３においては、連結板無しの場合における静剛性を基準に、連結板５６、第二連結板５６Ａ又は第三連結板５６Ｂ場合における静剛性の増加割合を示す。横軸において、Ｑ０は連結板無しの場合、Ｑ１は連結板５６を取り付けた場合、Ｑ２は第二連結板５６Ａを取り付けた場合、Ｑ３は第三連結板５６Ｂを取り付けた場合を示す。縦軸は静剛性の増加割合を示す。図１３に示す如く、連結板５６を取り付けた場合、静剛性は約７５％増加し、第二連結板５６Ａを取り付けた場合、静剛性は約４０％増加し、第三連結板５６Ｂを取り付けた場合、静剛性は約２０％増加する。

図１４は、連結板５６、第二連結板５６Ａ又は第三連結板５６Ｂを取り付けた場合におけるＸ方向の静剛性の増加率を示すグラフである。Ｘ方向は左右方向に対応する。図１４に示す如く、連結板５６を取り付けた場合（Ｑ１の場合）、静剛性は約４５％増加し、第二連結板５６Ａを取り付けた場合（Ｑ２の場合）、静剛性は約４０％増加し、第三連結板５６Ｂを取り付けた場合（Ｑ３の場合）、静剛性は約１５％増加する。図１３及び図１４に示す如く、前後方向の静剛性は、左右方向の静剛性よりも高い。

図１５は、連結板５６、第二連結板５６Ａ又は第三連結板５６Ｂを取り付けた場合におけるＹ方向の動剛性を示すグラフである。動剛性は、前後方向における動剛性である。図１５において、横軸は、主軸ヘッド３に付与した振動の周波数を示し、縦軸は、主軸ヘッド３のコンプライアンスを示す。図１５に示すように、グラフＱ２のピーク値はグラフＱ１のピーク値よりも小さく、グラフＱ３のピーク値はグラフＱ２のピーク値よりも小さく、グラフＱ０のピーク値はグラフＱ３のピーク値よりも小さい。

即ち、第二連結板５６Ａを取り付けた場合は、連結板５６を取り付けた場合よりも、振幅が抑制され、動剛性が高い。第三連結板５６Ｂを取り付けた場合は、第二連結板５６Ａを取り付けた場合よりも、更に振幅が抑制され、更に動剛性が高い。連結板無しの場合は、第三連結板５６Ｂを取り付けた場合よりも、更に振幅が抑制され、更に動剛性が高い。

実施の形態２に係る工作機械にあっては、連結板５６、第二連結板５６Ａ又は第三連結板５６Ｂの取り付けによって、静剛性を高め、連結板の取り外しによって、動剛性を高めることができる。

また第一板部５７、５７Ａ、５７Ｂ及び第二板部５８、５８Ａ、５８Ｂを直角に配置することによって、第一板部５７、５７Ａ、５７Ｂ及び第二板部５８、５８Ａ、５８Ｂに平行な方向、即ち前後方向における静剛性を、左右方向における静剛性よりも高めることができる。筒体４０は前後方向に振動し易いので、筒体４０の振動を効果的に抑制することができる。

また連結板の静剛性を高める場合には、第一板部５７の一辺全体と第二板部５８の一辺全体とを連結する。連結板の動剛性を高める場合には、第一板部５７Ａ、５７Ｂの一辺の一部（他端部５７Ａｂ、５７Ｂｂ）と第二板部５８Ａ、５８Ｂの一辺の一部（他端部５８Ａｂ、５８Ｂｂ）とを連結する。

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

２立柱
３主軸ヘッド
１３台（ワーク保持部）
３０支持部
４０筒体
５０、５０Ａ補強部（連結部）
５４ねじ孔
５２取付板
５５ボルト
５６連結板
５６Ａ第二連結板
５６Ｂ第三連結板
５７、５７Ａ、５７Ｂ第一板部
５８、５８Ａ、５８Ｂ第二板部

Claims

立柱と、該立柱に連結した主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの下側に配置したワーク保持部とを備える工作機械において、
前記主軸ヘッドは、
前記立柱に連結した支持部と、
該支持部から前記ワーク保持部に向けて突出し、主軸を支持する筒体と、
該筒体及び支持部を連結する取り外し可能な連結部と
を有する工作機械。
前記支持部に、前記筒体の軸方向に延びるねじ孔が形成してあり、
前記連結部は、
前記筒体の径方向にて前記筒体から突出し且つ前記ねじ孔に対向する位置に配してあり、前記筒体の軸方向に貫通した貫通孔を有する取付板と、
前記貫通孔に挿入してあり、前記ねじ孔に連結するボルトと
を備える請求項１に記載の工作機械。
前記支持部に複数の前記ねじ孔を形成してあり、
前記連結部は、前記複数のねじ孔に対応した複数の前記貫通孔を備え、
該複数の貫通孔に一又は複数の前記ボルトを挿入する
請求項２に記載の工作機械。
前記連結部は、
前記筒体から径方向に突出する取付板と、
該取付板及び支持部を連結する取り外し可能な連結板と
を備える請求項１に記載の工作機械。
前記連結板は、
前記取付板に連結する第一板部と、
前記支持部に連結し、前記第一板部に直角な第二板部と
を有する請求項４に記載の工作機械。
前記第一板部の一辺全体と前記第二板部の一辺全体とが連結しているか、又は前記第一板部の一辺の一部と前記第二板部の一辺の一部とが連結している
請求項５に記載の工作機械。