JP2022114797A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却液を熱源として発生する温度勾配に起因する変形を抑制できる工作機械を提供する。【解決手段】上面１０１に加工テーブルを保持してあり、上面１０１の縁に上方に突出する立ち壁１０２が周設してある基台１０と、下縁部を立ち壁１０２の内側に嵌め込み、前記加工テーブルを囲む右壁９４とを備える工作機械において、基台１０の立ち壁１０２に設けてあり、基台１０の外側に突出してある抑制部材２０を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械に関する。

近年、複雑で高精度な加工部品が増えている。工作機械の加工精度は、工作機械自体の熱特性の影響を受ける。熱特性としては、例えば、部品毎の熱膨張率（熱膨張量）の差がある。部品毎に熱膨張量が異なる場合、反り等の変形が発生するので加工精度低下の原因となる。

特許文献１は、工作機械の表面に複数の窪みを形成し、工作機械周囲の空気流れの遅延を図ることで工作機械を外気と断熱し、外気による熱膨張量の差の発生、即ち変形の防止を開示している。

特開２００９－２２０１９３号公報

工作機械は切削加工等の際にワーク及び工具で摩擦熱が発生するので冷却液を加工部分に流して冷やす。摩擦熱を冷やした冷却液は基台上を流れる。摩擦熱を冷やした冷却液は工具及びワークから熱を奪ったので周囲よりも温度が高い。故に基台には冷却液を熱源とする温度勾配が生じる。温度勾配が生じると、上述の如く、熱膨張量の差に起因する変形が発生する虞があり、加工精度低下の原因となる。

特許文献１の工作機械は外気による変形を防止するが、冷却液を熱源とする変形の問題については対応出来ない。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却液を熱源として発生する温度勾配に起因する変形を抑制する工作機械を提供することにある。

本発明に係る工作機械は、上面に加工テーブルを保持してあり、該上面の縁に上方に突出する立ち壁が周設してある基台と、下縁部を前記立ち壁の内側に嵌め込み、前記加工テーブルを囲むカバーとを備える工作機械において、前記基台の前記立ち壁に設けてあり、前記基台の外側に突出してある突出部材を備える。

本発明にあっては、基台の上面は、ワーク及び工具を冷やした後の冷却液が流れるので、他の部分に比べて温度が高い。よって、基台の上面と他の部分との間に温度勾配による膨張量の差が発生し、基台に反りが生じる。同様に、突出部材でも、基台の上面に近い部分と遠い部分との間に温度勾配による膨張量の差が発生し、反りが生じる。この際、突出部材での反りは、基台での反りと打ち消し合う。故に工作機械は基台の反りを抑制できる。

本発明に係る工作機械は、前記突出部材は着脱可能である。

本発明にあっては、突出部材が着脱可能であるので、基台にカバーを取り付けた後でも、突出部材を、基台に取り付けることができる。よって、突出部材がカバーの取り付けの邪魔にならない。

本発明に係る工作機械は、前記突出部材は、前記立ち壁から外方に延びる第一部分と、前記第一部分の外縁に連設してある第二部分とを有する。

本発明にあっては、第二部分が第一部分を介して基台の立ち壁に接触しているので、基台の上面の熱は第一部分を介して第二部分に伝導する。よって、第二部分が直接基台と接触している場合に比べて、基台及び第二部分間の温度差を大きくすることができる。従って、熱膨張量の差に係る反りも大きく、基台の反りを確実に抑制できる。

本発明に係る工作機械は、前記第二部分は前記第一部分と交差しており、前記第一部分及び前記第二部分が成す空間に配置してある電気線を備える。

本発明にあっては、第二部分が第一部分と交差するので第一部分及び第二部分は所定の空間を構成する。該空間に電気線を収納できる。

本発明に係る工作機械は、前記第一部分は、前記立ち壁と並行に延びており、前記立ち壁に接触する取付部分を有する。

本発明にあっては、第１部分が、取付部分を介して立ち壁に取り付けてあり、立ち壁に沿って延びる。

本発明によれば、切削加工等の際に、ワーク及び工具を冷やした後の冷却液を熱源として発生する温度勾配に起因する変形を抑制できる。

実施形態１に係る工作機械を示す斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線による縦断面図である。 図２の破線で囲む部分を拡大して示す拡大図である。 抑制部材の斜視図である。 抑制部材の斜視図である。 実施形態１に係る工作機械にカバー及び抑制部材を取り付けていない状態を示す部分的断面図である。 実施形態１に係る工作機械にカバーを取り付けて、抑制部材を取り付けていない状態を示す部分的断面図である。 抑制部材による基台の反りの抑制を説明する模式図である。 抑制部材による電気線の収容を説明する部分的断面図である。 実施形態２に係る工作機械の抑制部材の斜視図である。

以下に、本実施形態に係る工作機械について、図面に基づいて詳述する。

（実施形態１）
図１、図２の如く工作機械１００は基台１０と、基台１０の上側に設けてあるカバー９とを備える。

基台１０は、金属製であり、前後方向に延びる略筐体である。基台１０は上面１０１が窪んでおり、上面１０１の中央部に、加工テーブル８と、加工テーブル８の移動機構８１とを保持している。また、加工テーブル８よりも後側には、立柱２が設けてある。立柱２の前面には主軸ヘッド４が設けてある。主軸ヘッド４は、上下方向に移動可能である。

主軸ヘッド４は下端部に工具を装着する主軸６を有する。主軸６は上下に延びる略柱形状をなす。主軸ヘッド４の上端部には主軸６の回転を行う主軸モータ５が設けてある。立柱２の上下方向中途部に、二つの連結板（不図示）を介して工具マガジン７が設けてある。前記二つの連結板の前端部に工具マガジン７が固定してある。工具マガジン７は、例えばタレット式の工具マガジンであり、複数の工具を収納する。工具マガジン７は主軸ヘッド４よりも前側に位置する。

カバー９は、基台１０の上面１０１の縁に沿って周設してあり、加工領域を囲んでいる。カバー９は、加工テーブル８、移動機構８１、主軸ヘッド４を取り囲むように設けてある。

カバー９は、前壁９１、後壁９２、左壁９３及び右壁９４を有し、横断面視中空の矩形である。前壁９１の中央部には、矩形状の開口９５と、開口９５を開閉する扉９６とが設けてある。右壁９４には開口９７と、開口９７を開閉する扉９８とが設けてある。左壁９３には開口と、前記開口を開閉する扉９９とが設けてある。

後壁９２の表面には、制御装置３が設けてある。制御装置３は、工作機械１００における工具交換、ワーク加工等に関連する制御を行う。例えば、制御装置３は、工具マガジン７を回転して、工具を所定位置に割り出し、主軸ヘッド４の下降を行い、主軸６に工具を装着する。また、制御装置３は、主軸ヘッド４の上昇を行い、工具を主軸６から取り外し、工具マガジン７に収納する。

図３の如く上面１０１の縁には立ち壁１０２が周設してある。立ち壁１０２は基台１０の各側面の縁から上方に立ち上がる。
上面１０１の各縁部であって、立ち壁１０２の基部の近傍には、段差部１０３が周設してある。段差部１０３の上面は平らであり、カバー９を固定する為のネジ穴１０４が所定の間隔で複数形成してある。

前壁９１、後壁９２、左壁９３及び右壁９４は、夫々の下部が内側に湾曲している。以下では、図３に基づいて、右壁９４の下部構成について説明し、前壁９１、後壁９２、左壁９３については説明を省略する。

上述の如く、右壁９４は下部が内側に湾曲してテーパ部９４１を形成してある。テーパ部９４１は、前後方向に延びる長方形をなしている。テーパ部９４１の下端には立脚部９４２が連設してある。

立脚部９４２は縦断面視Ｌ字形状をなしており、前後方向に延びる。立脚部９４２はテーパ部９４１の下端から垂直に下方に延びる支持部９４３と、支持部９４３の先端から上面１０１の中央側に略直角に折り曲がった屈曲部９４４とを有する。テーパ部９４１、支持部９４３及び屈曲部９４４は一体形成してある。

屈曲部９４４には、厚み方向に貫通する貫通孔（不図示）が所定の間隔で、長手方向に複数形成してある。右壁９４が基台１０に取り付けてある場合、屈曲部９４４の下面が段差部１０３の上面と当接する。この際、屈曲部９４４の前記貫通孔の位置は、段差部１０３のネジ穴１０４の位置と整合する。ネジＢ１が屈曲部９４４の前記貫通孔を挿通し、段差部１０３のネジ穴１０４と螺合することにより、右壁９４を基台１０に固定する。

工作機械１００の左右両側に、基台１０の反りを抑制する抑制部材２０（突出部材）が、夫々設けてある。抑制部材２０は、左壁９３及び右壁９４の下部近傍に夫々設けてある。図２の如く、抑制部材２０は、基台１０の左側壁１１及び右側壁１２に夫々設けてある。

以下、便宜上、図３－図５に基づいて、右側壁１２に設けてある抑制部材２０についてのみ説明する。

抑制部材２０は、例えば、基台１０と同じ金属製である。抑制部材２０は、右側壁１２に取り付ける為の取付部２１と、取付部２１の上端から工作機械１００の外側に延びる連結部２２と、連結部２２の先端に連設してある矩形板部２３とを備える。連結部２２は、取付部２１及び矩形板部２３の間に介在し、取付部２１及び矩形板部２３を連結する。

取付部２１は、略短冊状であり、一方向（以下、長手方向）に延びる。取付部２１は右側壁１２の上側の縁部に取り付けてある。取付部２１の長手方向の寸法は、右側壁１２の前後方向の寸法と略等しい。取付部２１の前後両端部では、長手方向と交差する方向（以下、短手方向）の寸法が、中央部より少し短い。

また、取付部２１には、長手方向に略同一間隔にて、厚み方向に貫通する貫通孔２１３が形成してある。取付部２１の表側面には、各貫通孔２１３の周囲に、座ぐり２１１、２１２が形成してある。座ぐり２１１は、取付部２１の両端部に形成された矩形の凹部であり、座ぐり２１２は、短手方向に延びる細長い凹部である。ネジＢ２が各貫通孔２１３を挿通し、基台１０の右側壁１２に設けてあるネジ穴（不図示）と螺合することにより、取付部２１（抑制部材２０）が右側壁１２に固定してある（図３参照）。

取付部２１の上端には連結部２２が連設してある。連結部２２は取付部２１と一体形成してある。
連結部２２は、断面視略Ｌ字形状をなしている。詳しくは、連結部２２は、右側壁１２に対して垂直に延びる直立板部２２１と、直立板部２２１の先端から下方に延設してあり、矩形板部２３を固定するための固定部２２２とを有する。直立板部２２１は固定部２２２と一体形成してある。取付部２１の長手方向での連結部２２の寸法は取付部２１と同じである。

直立板部２２１は取付部２１の長手方向に延びる長方形の板材である。直立板部２２１の上面は平坦面であり、図３に示すように、前記上面は立ち壁１０２の縁の端面と面一をなしている。固定部２２２は略短冊形状をなしており、取付部２１の長手方向に延びる。固定部２２２は取付部２１と平行である。固定部２２２の右側面に矩形板部２３が固定してある。

矩形板部２３は取付部２１の長手方向に沿って延びている。矩形板部２３の長手方向の寸法は取付部２１の長手方向の寸法と略同じである。矩形板部２３の短手方向の寸法は、固定部２２２の短手方向の寸法よりも２倍以上大きい。図３に示すように、矩形板部２３では、矩形板部２３の長辺の縁と、固定部２２２の長辺の縁とを合わしており、矩形板部２３の一方の主面が固定部２２２の外側面に、例えば、溶接によって固定してある。この際、直立板部２２１は矩形板部２３と略直角をなす。

以下、図２、図６及び図７に基づいて、抑制部材２０の取り付け方法について説明する。

図６及び図７の如く、抑制部材２０を基台１０に取り付ける前に、作業者は、カバー９（前壁９１、後壁９２、左壁９３及び右壁９４）を基台１０に取り付ける。作業者は、前壁９１、後壁９２、左壁９３及び右壁９４の夫々の下端部を、基台１０の立ち壁１０２の内側に嵌め込む。

次いで、作業者は、前壁９１、後壁９２、左壁９３及び右壁９４の各立脚部の屈曲部に形成してある貫通孔を、段差部１０３のネジ穴１０４に合わす。そして、作業者は、ネジＢ１を屈曲部９４４の前記貫通孔に挿通し、段差部１０３のネジ穴１０４に螺合して止める。これによって、前壁９１、後壁９２、左壁９３及び右壁９４を基台１０に固定でき、前壁９１、後壁９２、左壁９３及び右壁９４の取り付けが完了する。

以降、図２の如く抑制部材２０を基台１０の左側壁１１及び右側壁１２に夫々取り付ける。上述の如く、作業者は、取付部２１の各貫通孔２１３にネジＢ２を挿通し、基台１０の右側壁１２の前記ネジ穴に螺合して止める。これにより、取付部２１を右側壁１２に固定できる。同様に、作業者は、左側壁１１にも抑制部材２０を取付ける。

実施形態１に係る工作機械１００は、上述の如く、抑制部材２０が着脱可能であるので、基台１０へのカバー９の取り付けが完了した後に、抑制部材２０を取り付ければ良い。従って、抑制部材２０が、基台１０へのカバー９の取り付けに邪魔にならず、基台１０の立ち壁１０２付近に、作業空間を確保できる。

一方、工作機械１００が、切削加工等を行う場合、加工テーブル８上のワークに冷却液を流して切屑を洗い落とす。この際、冷却液は工具及びワークから熱を奪い、工具及びワークを冷やす。加工テーブル８から流れ落ちる冷却液は基台１０の上面１０１を流れる。上面１０１を流れる冷却液は工具及びワークから熱を奪っているので、室温よりも高い温度を有する。

しかし、基台１０において上面１０１を除く他の部分は、冷却液よりも低い室温に触れている。よって、基台１０においては上面１０１から遠い程温度が低くなる温度勾配が生じる。この温度勾配により、基台１０内に、熱膨張差が発生する。即ち、上面１０１に近い程膨張量が大きく、上面１０１から遠い程膨張量が少なくなり、基台１０に反りが発生する。
基台１０に反りが発生した場合、上面１０１上の加工テーブル８と主軸６との間の相対距離の変更を招くので、加工精度低下の原因となる。

これに対して、実施形態１に係る工作機械１００では、抑制部材２０が基台１０の反りを抑制する。
図８は、抑制部材２０による基台１０の反りの抑制を説明する模式図である。図８では、抑制部材２０及び基台１０を四角で模式的に示しており、上面１０１の位置を破線で模式的に示している。以下、図８及び図３に基づいて、抑制部材２０による基台１０の反りの抑制を詳しく説明する。また、便宜上、右側壁１２に取り付けてある抑制部材２０を例に説明する。

上述の如く、抑制部材２０は、上面１０１に近い右側壁１２の上側の縁部に取り付けてあり、右側壁１２の上側の縁部の略全長に亘って設けてある。基台１０と同様、抑制部材２０でも温度勾配が生じる。上面１０１に近い取付部２１では温度が高く、膨張量が大きいが、矩形板部２３は上面１０１から遠いうえに、連結部２２を通した熱伝導は生じ難いので膨張量が少ない。よって、図８の如く、抑制部材２０では、下方に凸の曲げ変形（反り）が生じる。

即ち、基台１０では、上方に凸の反りが発生するのに対し、抑制部材２０では下方に凸の反りが発生するので、基台１０及び抑制部材２０で発生する反りは互いに反対方向に作用する凸の反りである。よって、基台１０及び抑制部材２０で発生する反りは打ち消し合う。この結果、工作機械１００は基台１０の反りを抑制できる。従って、実施形態１に係る工作機械１００では、基台１０の反りに起因する加工精度の低下を未然に防止できる。

また、本発明は以上の記載に限定されるものではない。抑制部材２０に電気線を収容することも可能である。図９は、抑制部材２０による電気線の収容を説明する部分的断面図である。図９は、右側壁１２に取り付けてある抑制部材２０を例示している。以下、図３及び図９に基づいて説明する。

上述の如く、実施形態１に係る工作機械１００では、抑制部材２０は右壁９４のテーパ部９４１の下側に位置しており、直立板部２２１が矩形板部２３と直角をなしている（図３参照）。よって、テーパ部９４１、直立板部２２１及び矩形板部２３により断面視三角形の空間が形成してある（図３の破線部分参照）。

このように、抑制部材２０及びテーパ部９４１の間に形成してある前記三角形の空間に、図９の如く、電気線３０を収容できる。前記三角形の空間に電気線３０を収容することによって、実施形態１に係る工作機械１００の見栄えを良くできる。また、電気線３０の配線用に別部材を設ける必要がなくなり、部品点数を削減できる。

（実施形態２）
実施形態２に係る工作機械１００は、実施形態１と同様、抑制部材２０Ａを備えているが、その形状において相違する。
図１０は、実施形態２に係る工作機械１００の抑制部材２０の斜視図である。実施の形態１と同様の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。抑制部材２０Ａは、例えば、基台１０と同じ金属製である。抑制部材２０Ａは、基台１０の側壁に取り付ける為の取付部２１と、取付部２１の上端から工作機械１００の外側に延びる張出部２４とを備える。取付部２１は実施形態１にて既に説明しており、説明を省略する。

張出部２４は矩形の板形状をなしており、張出部２４の一方の長辺側の縁が取付部２１の上側の縁に連設してある。張出部２４の長手方向の寸法は、取付部２１の長手方向の寸法と等しい。張出部２４は取付部２１の縁から斜め上側に延びる。

このような実施形態２の抑制部材２０Ａにおいても、実施形態１と同様、温度勾配が生じる。上面１０１に近い取付部２１では温度が高く、膨張量が大きいが、張出部２４は上面１０１から遠く、室温に触れているので、抑制部材２０Ａでは、下方に凸の曲げ変形（反り）が生じる。一方、基台１０では、上方に凸の反りが発生する（図８参照）。よって、基台１０及び抑制部材２０Ａで発生する反りは打ち消し合うので、基台１０の反りを抑制できる。従って、実施形態２に係る工作機械１００では、基台１０の反りに起因する加工精度の低下を未然に防止できる。

８ 加工テーブル
９ カバー
１０ 基台
２０ 抑制部材（突出部材）
２１ 取付部
２２ 連結部（第一部分）
２３ 矩形板部（第二部分）
３０ 電気線
１００ 工作機械
１０１ 上面
１０２ 立ち壁
９４２ 立脚部（下縁部）

Claims (5)

1. 上面に加工テーブルを保持してあり、該上面の縁に上方に突出する立ち壁が周設してある基台と、下縁部を前記立ち壁の内側に嵌め込み、前記加工テーブルを囲むカバーとを備える工作機械において、
   前記基台の前記立ち壁に設けてあり、前記基台の外側に突出してある突出部材を備える工作機械。
2. 前記突出部材は着脱可能である請求項１に記載の工作機械。
3. 前記突出部材は、
   前記立ち壁から外方に延びる第一部分と、
   前記第一部分の外縁に連設してある第二部分とを有する請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 前記第二部分は前記第一部分と交差しており、
   前記第一部分及び前記第二部分が成す空間に配置してある電気線を備える請求項３に記載の工作機械。
5. 前記第一部分は、
   前記立ち壁と並行に延びており、
   前記立ち壁に接触する取付部分を有する請求項３又は４に記載の工作機械。
   

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