JP3957478B2

JP3957478B2 - 熱変形を抑制可能な工作機械

Info

Publication number: JP3957478B2
Application number: JP2001163232A
Authority: JP
Inventors: 英志佐藤
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: JP2002355725A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具とワークとを相対移動させてワークを加工する工作機械に関し、工作機械の機体の外側を覆う密閉空間内の空気層により機体外部の熱を断熱することにより熱変形を抑制可能な工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に工作機械が設置される工場内は、早朝に空調機を運転してからしばらくの間は工場内の室温が変化し徐々に所定温度に落ち着く。そして室温が変化している間は工場内の高い所と低い所では温度差が生じてしまう。また空調機の吹き出し口や工場の窓や出入口に面した側とその反対側では室温に温度差が生じてしまう。この温度差の大きさや温度分布の差は時間とともに変化し、このような工作機械の設置雰囲気の温度変化や温度分布の差により工作機械のコラム等の機体も前後左右上下の各部で温度差が生じ、倒れや反り等の熱変形が発生してしまう。この状態でワークの加工を行ってはその加工精度に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００３】
工作機械の分野では、加工精度の一層の向上を目指して日々開発が行われている。工作機械の加工精度を低下させる要因の１つに上述したような機体の熱変形があり、これを解決するために種々の発明がなされている。
第１の従来技術として、実開昭５９−１８３３４０号公報には、クーラントカバー（スプラッシュガード）を拡張して機械全体を包囲し、該カバー内に空調装置を配設して恒温室とした工作機械が開示されている。
【０００４】
第２の従来技術として、特開昭６２−２０３７３６号公報には、工作機械の機体の大部分をスプラッシュガードにより密閉し、該スプラッシュガード内の空気を攪拌する第１のファンと、前記スプラッシュガード内部の空気と外気とを交流させる給排気可能な第２のファンとを設け、スプラッシュガード内の温度差およびスプラッシュガード内外の温度差を極力小さくした工作機械のカバー内温度調節装置が開示されている。
【０００５】
第３の従来技術として、特公平５−８５２８９号公報には、放電加工装置の主要構造部材の外表面に少なくとも１つの排気口を有するカバーを装着し、ブロアにより外部から前記主要構造部材内に空気を供給し、この主要構造部材内を流通した空気を該主要構造部材の外表面と前記カバーとの間を流通させて前記排気口から排気するようにして、主要構造部材の温度を外気温に近づけると共に、各部の温度を均一化するようにした放電加工装置が開示されている。
【０００６】
第４の従来技術として、実開平２−３５６６２号公報には、コラムの前後壁面にカバーを取付け、このカバー内に温度コントロールされた冷却媒体を流通させる冷却管を配設し、コラム本体の温度を均一化するようにした工作機械が開示されている。
【０００７】
第５の従来技術として、特開平６−１３４６４９号公報には、工作機械の主軸頭の両側に空洞部を形成し、この空洞部に温度制御された冷却液を導入し、空洞部内を循環させて、主軸頭の側壁を冷却し温度分布を均一化するようにした工作機械の主軸頭の温度制御装置が開示されている。
【０００８】
第６の従来技術として、実開平４−１０２７５１号公報には、切削液、切粉等による熱変形から工作機械のベッドを保護する主、副熱変位防止カバーを、ベッドから離間させて設けベッドとの間に空気層を形成した工作機械のカバー構造が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来技術では、恒温室内を空調装置により冷却しているために、設備費や維持費がかかる問題がある。
第２の従来技術では、スプラッシュガード内部の空気と外気とを交流させているので、スプラッシュガード内の温度差およびスプラッシュガード内外の温度差は小さくすることができるが、スプラッシュガード外の室温の変化による工作機械の機体の熱変形を防止できない問題がある。
【００１０】
第３の従来技術では、ブロアにより外部から放電加工装置の主要構造部材内に空気を供給し、この主要構造部材内を流通した空気を該主要構造部材の外表面とカバーとの間の空間内に流通させているので、主要構造部材の温度を外気温に近づけると共に、各部の温度を均一化することは可能となるが、放電加工装置が設置されている室温の変化による放電加工装置の機体の熱変形を防止できない問題がある。
【００１１】
第４の従来技術では、コラム本体の前後壁面の温度を均一化することは可能となるが、工作機械が設置されている室温の変化による工作機械の機体の熱変形を防止できない問題がある。
第５の従来技術では、主軸頭の側壁の温度を均一化することは可能となるが、工作機械が設置されている室温の変化による工作機械の機体の熱変形を防止できない問題がある。
【００１２】
第６の従来技術では、切削液、切粉等の保有する熱から工作機械のベッドを保護可能であるが、工作機械が設置されている室温の変化による工作機械の機体の熱変形を防止できない問題がある。
【００１３】
本発明は、上述の従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、工作機械が設置されている工場内の室温の温度変化や温度分布の差があっても、簡単な構成により工作機械の機体の熱変形を抑制可能とした工作機械を提供することを目的としている。
また、本発明は、工作機械の機体の下方部からの冷気等の侵入を防止することにより、工作機械の機体の熱変形を抑制可能とした工作機械を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的に鑑みて、本発明は、工作機械の機体の外側を覆うように密閉空間を設け、該密閉空間内の空気層により機体外部の熱を断熱することにより機体の熱変形を抑制するものである。
本発明によれば、工具とワークとを相対移動させて前記ワークを加工する工作機械において、ベッドに立設されたコラムと、前記コラムに設けられ、前記工具を装着する主軸を回転支持する主軸頭と、前記ベッドに設けられ、前記ワークを取付けるテーブルと、前記コラムの表面に断熱材で成る取付部材を介して前記コラムの両側面、背面、上面を包囲するように設けられた第１のカバー手段と、前記第１のカバー手段の外側に設けられ、前記第１のカバー手段に気密に取り付けられた第２のカバー手段と、前記第１のカバー手段と第２のカバー手段との間に形成された密閉空間で成り、該密閉空間内の空気層により前記第２のカバー手段の外部における雰囲気の温度変化の影響を受けないように熱を断熱する断熱手段とを具備した熱変形を抑制可能な工作機械が提供される。
前記第２のカバー手段の外側で前記ベッドの下方部を包囲し、包囲した内部に外部の空気が進入しないように床面の直近位置で前記ベッドに当接する又は床面に固定する第３のカバー手段をさらに具備するようにしてもよい。
【００１５】
本発明は、従来技術のように、工作機械の各機体の温度を均一にしたり、機体各部の温度を均一にするのではなく、機体各部の温度差や温度分布の差が変化しなければ機械各部の熱変形が起こらないと考え、またその温度差や温度分布の差を発生させるのは工作機械が設置される工場内の室温の温度変化や温度分布の差が原因であり、これらの工作機械の設置雰囲気の変化の影響を受けないように、工作機械の機体の外側を覆うように密閉空間を設け、該密閉空間内の空気層により機体外部の熱を断熱するようにしたものである。これにより機体各部の温度差や温度分布の差が変化しないので、一旦機体が熱的に平衡に達すれば、それ以上の機体の熱変形を抑制することができる。
さらに工作機械の機体の下方部を包囲して、工作機械の設置雰囲気からの冷気等の侵入を防止して機体の熱変形を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１、２を参照すると、本発明の第１の実施形態による工作機械１０は、工場の床面Ｆに設置されるベッド１２、ベッド１２に立設されているコラム１４、コラム１４の前面に水平に延設された２本のガイド１４ａに沿ってＸ軸方向に移動可能に設けられたサドル１６、サドル１６の前面に垂直に延設された２本のガイド１６ａに沿ってＺ軸方向に移動可能に設けられた主軸頭１８、コラム１４の前方のベッド１２の上面に水平に延設された２本のガイド１２ａに沿ってＹ軸方向に移動可能に設けられたテーブル２０とを具備している。また、コラム１４の前方のベッド１２の上面にはワークの加工領域を覆うスプラッシュガード（図示せず）を設けてもよい。機械形態はこのような形式に限定されない。加工すべきワーク（図示せず）はテーブル２０の上面に載置、固定され、サドル１６、主軸頭１８、テーブル２０を移動させることにより、主軸頭１８に回転自在に支持された主軸２２の先端に装着される工具（図示せず）とワークとを直交３軸方向に相対移動させワークを所望形状に加工する。主軸２２の回転に伴い発生する熱を除去するために、主軸２２や主軸頭１８内に温度制御された冷却液を供給することができる。また、加工に伴い発生する熱、例えば切削熱は加工領域に供給されるクーラントまたは切削液により除去される。
【００１７】
本実施形態では、第１のカバー２４が、工作機械１０の機体、特にコラム１４の両側面、背面、上面を包囲するように、取付部材３２を介してコラム１４に取付けられている。取付部材３２は、コラム１４の表面から突出するように該コラム１４と一体に形成することもできるが、好ましくは、プラスチック等の断熱部材によりコラム１４とは別体に形成される。第１のカバー２４の外側には、第２のカバー２６が第１のカバー２４に対して所定の間隔をおいてかつシール部材（図示せず）を介して取付けられ、第１と第２のカバー２４、２６の間に密閉空間３０が形成される。第１と第２のカバー２４、２６の間に断熱部材から成るスペーサを介してもよい。
【００１８】
更に、第３のカバー２８が工作機械１０の機体全体および第１と第２のカバー２４、２６を包囲するように設けられている。好ましくは、第３のカバー２８は、ベッド１２の概ね全体をも包囲し、かつ、ベッド１２と第３のカバー２８との間に工作機械１０が設置される工場内の空気が侵入できないようになっている。この目的のために、図２に示す実施形態では、第３のカバー２８は、ベッド１２の側面の床面Ｆの直近位置に向かって水平に延びる下壁２８ａを有している。第３のカバー２８は、床面Ｆに直接固定するようにしてもよい。
【００１９】
本実施形態によれば、第１と第２のカバー２４、２６の間に形成される密閉空間３０内の空気層が断熱手段として作用し、工作機械１０の機体が工作機械１０が設置される工場内の温度変化や温度分布の差があっても熱変形することを抑制する。工作機械１０の機体および第１と第２のカバー２４、２６の全体を第３のカバー２８により包囲することにより、工作機械１０が設置される工場内の温度変化や温度分布の差があった場合、冷気等が機体に触れず、工作機械１０の機体、特にベッド１２への影響は更に効果的に抑制される。このように、工作機械１０が設置される工場内の温度変化や温度分布の差の影響を排除することにより、たとえ工作機械１０の機体の各部に温度差や温度分布の差を生じていても、一旦機体が熱的に平衡に達すれば、それ以上の機体の熱変形が抑制できるので、高い加工精度を得ることが可能となる。前述したように、加工により発生する各種の熱は、冷却液やクーラントの供給により、ほぼ除去することができる。よって加工によりスプラッシュガード内の温度分布は、ほとんど変化しないと考えてよい。
【００２０】
次に、図３、４を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。
第１の実施形態では、第１のカバー２４および第２のカバー２６の各々は１つの部材により形成され、両者間に１つの連続する密閉空間３０が画成されているが、本発明はこうした構成に限定されず、第２の実施形態のように複数の密閉空間が画成されるようにしてもよい。以下の記述では、第１の実施形態と異なる構成部分のみ説明し、重複する説明を省略する。また、図３、４において、図１、２と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【００２１】
第２の実施形態では、第１のカバー４２が、工作機械４０の機体の少なくとも一部を包囲するように、取付部材３２を介して工作機械４０の機体の側面に取付けられている。特に、本実施形態では、第１のカバー４２は３つの板状の部材から形成されており、コラム１４の両側面、背面、上面（図示せず）に取付けられる。第１のカバー４２の外側には、第２のカバー４４が断熱材料から成るスペーサ５０を介して第１のカバー４２に対して所定の間隔をおいてかつシール部材（図示せず）を介して取付けられ、第１と第２のカバー４２、４４の間に３つの密閉空間４６が形成される。更に、第１の実施形態と同様に第３のカバー２８が工作機械４０の機体全体および第１と第２のカバー４２、４４を包囲するように設けられている。
【００２２】
本実施形態においても、第１と第２のカバー４２、４４の間に形成される密閉空間４６内の空気層が断熱手段として作用し、工作機械４０の機体が工作機械４０が設置される工場内の温度変化や温度分布の差があっても熱変形することを抑制する。特に、第１と第２のカバー４２、４４を複数の部材により形成することにより、第１と第２のカバー４２、４４の機体への取付けやメンテナンスが容易になる。
【００２３】
上述の実施形態では、コラム１４の両側面、背面、上面に密閉空間３０、４６を設けているが、その配置はこれに限定されず、コラム１４の両側面と背面だけに設けてもよい。その他の構造体または機械全体を覆うように密閉空間を設けてもよい。
【００２４】
説明を省略したが、工作機械の機体と第１のカバー２４、４２との取付け、第１のカバー２４、４２と第２のカバー２６、４４との取付けには、プラスチック等の断熱部材で成るボルトを用いるのが好ましい。
また、コラム１４の前方のベッド１２の上面にスプラッシュガードを設けるのではなく、第３のカバー２８をスプラッシュガードとして兼用してもよい。
【００２５】
さらに、密閉空間３０、４６内の空気層による断熱効果を上げるために、第１のカバー２４、４２、第２のカバー２６、４４、第３のカバー２８そのものを断熱部材で形成してもよい。第１のカバー２４、４２、第２のカバー２６、４４、第３のカバー２８の表面に断熱部材を貼り付けたり、断熱塗料を塗布することもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、工場内の室温の温度変化や温度分布の差があっても、これらの工作機械の設置雰囲気の変化の影響を受けないように、工作機械の機体の外側を覆うように設けられた密閉空間内の空気層により機体外部の熱を断熱するようにしたものである。よって、工作機械の機体の外側に密閉空間を形成するように第１及び第２のカバー手段で機体を覆うという比較的簡単な構成を採るだけで、機体外部の熱を断熱して機体各部の温度差や温度分布の差が変化せず、機体の熱変形を抑制することができ、工作機械の加工精度の向上が実現する。
また、第３のカバー手段で工作機械の機体の下方部を包囲して、工作機械の設置雰囲気からの冷気等の侵入を防止するようにしたので、機体の熱変形を抑制することができ、工作機械の加工精度の一層の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による工作機械を第１と第２と第３のカバーを断面にして示した平面図である。
【図２】図１の工作機械を第１と第２と第３のカバーを断面にして示した正面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による工作機械を第１と第２と第３のカバーを断面にして示した平面図である。
【図４】図３の工作機械を第１と第２と第３のカバーを断面にして示した部分拡大正面図である。
【符号の説明】
１０…工作機械
１２…ベッド
１４…コラム
１６…サドル
１８…主軸頭
２０…テーブル
２４…第１のカバー
２６…第２のカバー
２８…第３のカバー
３０…密閉空間
４０…工作機械
４２…第１のカバー
４４…第２のカバー
４６…密閉空間
５０…スペーサ
Ｆ…床面

Claims

工具とワークとを相対移動させて前記ワークを加工する工作機械において、
ベッドに立設されたコラムと、
前記コラムに設けられ、前記工具を装着する主軸を回転支持する主軸頭と、
前記ベッドに設けられ、前記ワークを取付けるテーブルと、
前記コラムの表面に断熱材で成る取付部材を介して前記コラムの両側面、背面、上面を包囲するように設けられた第１のカバー手段と、
前記第１のカバー手段の外側に設けられ、前記第１のカバー手段に気密に取り付けられた第２のカバー手段と、
前記第１のカバー手段と第２のカバー手段との間に形成された密閉空間で成り、該密閉空間内の空気層により前記第２のカバー手段の外部における雰囲気の温度変化の影響を受けないように熱を断熱する断熱手段と、
を具備することを特徴とした熱変形を抑制可能な工作機械。
前記第２のカバー手段の外側で前記ベッドの下方部を包囲し、包囲した内部に外部の空気が進入しないように床面の直近位置で前記ベッドに当接する又は床面に固定する第３のカバー手段をさらに具備する請求項１に記載の熱変形を抑制可能な工作機械。