JP3914356B2 - 工作機械 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、図5に示すような工作機械が実用化されている。この工作機械は、ベッド101に図中左右方向に移動するコラム102を装着し、このコラム102にサドル103を上下方向に移動可能に装着し、このサドル103に主軸ヘッド104を図中表裏方向に往復移動自在に装着したものである。加工工具(図示省略)が取り付けられる主軸105を有する前記主軸ヘッド104は、図6に示すように、主軸ヘッド104の下面に設けられたレール106を介して、サドル103の上面に設けられたガイド107により主軸方向に往復移動自在に支持されている。
【0003】
図7は、前記工作機械のガイド107の剛性すなわちガイド107に作用する荷重Fと変位δの関係を示す。荷重Fが0の近傍では、荷重Fの変化に対する変位δの変化が大きく、剛性が低い不安定領域となる。また、荷重Fが大きくなると、荷重Fに対する変位δの変化が小さくなり、剛性が高い安定領域となる。ガイド107に作用する荷重Fは、主軸ヘッド104の移動による重心位置の変化や加工時の切削抵抗によって変動する。特に主軸ヘッド104の後方のガイド107aは、主軸ヘッド104が主軸方向の可動範囲において最後端位置にあるときには正(下向き)の荷重が作用し、前方に移動するにつれて不安定領域を通過し、最前端位置にあるときには負(上向き)の荷重が作用する。
【0004】
図6において2点鎖線で示すように、主軸ヘッド104は、主軸ヘッド104の重量によりガイド107bを支点にして下方向に傾き、主軸ヘッド104の上下方向の所望の位置からの位置ずれを起こす。位置ずれの変位量sは、ガイド107bからの主軸ヘッド104のオーバーハング量に伴って変化する。図7における荷重の値が0付近の不安定領域においては、荷重の変化に対する変位の変位量が、安定領域1と2に比べて多く、剛性が低い。そのため、不安定領域内にあるとき、主軸ヘッド104の位置ずれとビビリが生じやすく高度な加工を行なうことが不可能となる。
【0005】
また、加工作業中、主軸ヘッド104は主軸105を介して被加工物から力を受け、ガイド107にかかる荷重Fが変化する。そのため、主軸ヘッドの主軸方向における位置にかかわらず、不安定領域内の状態になる可能性がある。
【0006】
この位置ずれとビビリを生じさせないようにする解決策として、特開平第11−33856号公報では、図8に示すように、サドル103上端に蓋体108を設け、主軸ヘッド104の上部にレール106を設けて、該レール106を蓋体108の下面に設けられたガイド107に係合させている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の装置は、加工作業の際、主軸105の回転により発生する熱の影響で、鉄やアルミニウムなどの金属からなる主軸ヘッド104が熱膨張し、ガイド107にかかる荷重が増大し、ガイド107の寿命が短くなるという問題があった。そのため、前記の特開平第11−33856号公報の構造は、実際の使用においては有効ではない。
【0008】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、主軸ヘッドの位置ずれとビビリを防止するとともに、主軸の回転による主軸ヘッドの熱膨張によりガイドにかかる荷重が過大となることを防止し、ガイドの寿命を長くする工作機械を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、請求項1の発明は、主軸ヘッドを、該主軸ヘッドの第1面に設けた主軸と平行な第1と第2の2本のレールにそれぞれ第1と第2の2つのガイドを係合して、主軸方向に移動自在に支持するサドルを備えた工作機械において、前記主軸ヘッドの第1面と反対側の第2面に前記第1と第2のレールの中央部と対応する位置に主軸と平行な第3のレールを設け、前記サドルの前記第1と第2のガイドの中央部と対応する位置に、弾性力により前記主軸ヘッドの第3のレールを第3のガイドを介して押し付ける押付け部材を設けたものである。
また、請求項2の発明は、前記押付け部材を板材からなる板ばねとしたものである。
【0010】
(作用)
前記請求項1の発明では、サドルの第1と第2のガイドの中央部と対応する位置に、弾性力により主軸ヘッドの第3のレールを第3のガイドを介して押し付ける押付け部材を設けたので、主軸ヘッドが主軸方向に移動してもガイドに作用する荷重が0近傍の不安定領域に入ることはないので、主軸ヘッドの位置ずれとビビリが防止される。また主軸の回転による主軸ヘッドの熱膨張によりガイドにかかる荷重を押付け部材が吸収するので、荷重が過大となることが防止される。
また前記請求項2の発明では、押付け部材を板ばねとしたので構成が簡単になる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【0012】
図1は、本発明にかかる工作機械を示す。この装置は、ベッド1上に左右方向に移動するコラム2を装着したものである。このコラム2は、サドル3と主軸ヘッド4と押付け部材5とを有する。
【0013】
サドル3は、主軸方向から見てU字形をなし、その両腕部外側にサドルガイド6を有し、レール7を介してコラム2に昇降自在に係合されている。サドル3は、送り機構部(図示省略)により上下方向に往復移動するようになっている。
【0014】
主軸ヘッド4は、加工工具(図示省略)が取り付けられる主軸8を有する。主軸ヘッド4は、主軸ヘッド4下面の両端部に主軸8と平行な直線状の2本のレール9を有し、ガイド10を介して前記サドル3のU字形の底部に支持されている。また、主軸ヘッド4の上面には主軸8と平行な直線状のレール9を有している。主軸ヘッド4は、ボールネジからなる主軸ヘッド送り機構部11により主軸方向に往復移動するようになっている。
【0015】
押付け部材5は、主軸方向に直交する方向に延びる細長い弾性ばねの板材からなる板ばねであり、両端部と中央部は厚肉で、両端部から中央部までは薄肉になっている。押付け部材5の両端部は、前記サドル3の上端に取り付けられ、押付け部材5の中央部は、ガイド10を介して前記主軸ヘッド4の上面に設けられたレール9に係合されている。押付け部材5を取り付ける際、前記サドル3の両腕部の高さは、押付け部材5の中央部の下面が両端部の下面に比べ約0.3mm高くなるように決定され、予荷重(プリロード)F0が付与されている。また、押付け部材5は、図2に示すように、下側の2つのガイド10a,10bの主軸方向の中点を通り上下方向の垂直な線l上に位置する。
【0016】
次に、前記構成からなる工作機械の作用について説明する。主軸ヘッド4は、主軸ヘッド送り機構部11により主軸方向に往復移動される。押付け部材5は、図2(A),(B)に示すように、その予荷重F0によって主軸ヘッド4をガイド10cを介して下方向に押し付ける。それにより、主軸ヘッド4は、サドル3に設けられたガイド10a,10bに押し付けられる。
【0017】
押付け部材5は、常にガイド10aにかかる荷重が図7における安定領域1にあるように主軸ヘッド4に予荷重F0をかけている。これにより、主軸ヘッド4が前方に移動して、主軸ヘッド4の自重や切削抵抗によるガイド10aに作用する荷重が0近傍になったときでも、予荷重F0の1/2が作用する。この結果、主軸ヘッド4の上下方向の変位が少なく、主軸ヘッド4の位置ずれとビビリが生じにくくなる。
【0018】
図3は、本発明の他の実施形態にかかる工作機械を示す。この工作機械は、サドル3と、主軸ヘッド4、このサドル3を昇降するボールネジ駆動装置12及び前記サドル3と前記ボールネジ駆動装置12を支持するコラム2とからなる。
【0019】
サドル3は、主軸方向から見て逆U字形をなし、その上部に主軸ヘッド支持部13を有する。また、その両腕部においてサドルガイド14を有し、それを介してコラム2に昇降自在に係合されている。サドル3は、サドル3の下端に押付け部材5が取り付けられている。
【0020】
加工工具(図示省略)が取り付けられる主軸8を有する主軸ヘッド4は、主軸ヘッド送りガイド15を介して前記サドル3の主軸ヘッド支持部13下側に吊り下げられ、主軸ヘッド送りガイド15と押付け部材5に支持され、送りボールネジ駆動装置(不図示)により回転駆動される送りボールネジ16によって、主軸方向に往復移動するようになっている。
【0021】
この実施形態においても、主軸ヘッド4は、主軸ヘッド送り機構部11により主軸方向に往復移動される。押付け部材5は、その予荷重F0によって主軸ヘッド4をガイド10を介して上方向に押し付ける。それにより、主軸ヘッド4は、サドル3に設けられたに主軸ヘッド送りガイド15に押し付けられる。
【0022】
押付け部材5は、常にガイド10aにかかる荷重が図7における安定領域1にあるように主軸ヘッド4に予荷重F0をかけている。これにより、主軸ヘッド4が前方に移動して、主軸ヘッド4によるガイド10aに作用する荷重が0近傍になったときでも、予荷重F0の1/2が作用する。この結果、主軸ヘッド4の上下方向の変位が少なく、主軸ヘッド4の位置ずれとビビリが生じにくくなる。
【0023】
図4は、本発明のさらに他の実施形態にかかる工作機械を示す。この工作機械は、図3に示す前記実施形態の工作機械において、前記サドル3を横向きにしたものであり、その押付け部材5の作用効果は、前記実施形態と同様である。
【0024】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、
請求項1の発明によれば、サドルの第1と第2のガイドの中央部と対応する位置に、弾性力により主軸ヘッドの第3のレールを第3のガイドを介して押し付ける押付け部材を設けたので、主軸ヘッドの位置ずれやビビリが防止されるとともに、主軸の回転による主軸ヘッドの熱膨張によりガイドにかかる荷重を押付け部材が吸収し、荷重が過大となることが防止され、ガイドの寿命が長くなる。
また、請求項2の発明によれば、押付け部材を板ばねとしたので、構成が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態にかかる工作機械の正面図。
【図2】 図1のI−I線に沿った断面図。
【図3】 本発明の他の実施形態にかかる工作機械の正面図。
【図4】 本発明のさらに他の実施形態にかかる工作機械の正面図。
【図5】 従来例の工作機械の正面図。
【図6】 図5のII−II線に沿った断面図。
【図7】 従来例の工作機械におけるガイド107に作用する荷重Fと変位δの関係を表したグラフ。
【図8】 別の従来例の工作機械の正面図。
【符号の説明】
3 サドル
4 主軸ヘッド
5 押付け部材
8 主軸
10 ガイド
Claims (2)
- 主軸ヘッドを、該主軸ヘッドの第1面に設けた主軸と平行な第1と第2の2本のレールにそれぞれ第1と第2の2つのガイドを係合して、主軸方向に移動自在に支持するサドルを備えた工作機械において、
前記主軸ヘッドの第1面と反対側の第2面に前記第1と第2のレールの中央部と対応する位置に主軸と平行な第3のレールを設け、
前記サドルの前記第1と第2のガイドの中央部と対応する位置に、弾性力により前記主軸ヘッドの第3のレールを第3のガイドを介して押し付ける押付け部材を設けたことを特徴とする工作機械。 - 前記押付け部材を板材からなる板ばねとしたことを特徴とする請求項1に記載の工作機械。
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