JP4165370B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、研削盤、マシニングセンタ、旋盤等の各種の工作機械に関するものである。

研削盤、マシニングセンタ、旋盤等の各種の工作機械としては、ワークを支持するワーク台と、砥石、フライス、バイト等の加工用刃物を支持する刃物台と、ワーク台を搭載するワーク台搭載部、及び、刃物台を搭載する刃物台搭載部を有するベッドとを備えるものがある。このような工作機械では、上記ベッドにより基台部分が構成されており、据え付けに際しては、レベリングブロックやアジャスターボルト等の適宜の支持装置によって、据付面上にベッドが水平な状態で支持される。ここで、従来の工作機械では、４つ以上の支持装置によって、ベッドが４点以上で支持されるのが通常である。なお、特に大型の工作機械では、１０個以上の支持装置によって、ベッドが１０点以上で支持されることもある。

上記の背景技術は、一般的になされている事項であり、本願出願人は、出願時において、この背景技術が記載された文献を特に知見していない。

従来の工作機械では、ベッドの下面が４点以上の多数の支持点にて支持されるため、据付面に据え付けるに際して、ベッドを水平な状態とする所謂「水準出し」を行う場合に、多数の支持点毎に支持装置の高さを個別に調節しなければならず、煩雑で長時間の据付作業を余儀なくされていた。

ここで、３点支持により物品を水平に支持することができることから、工作機械においても、ベッドを３点支持することで、支持装置による支持点を少なくして、据付作業の簡略化及び時間短縮を図ることが単に考えられる。しかしながら、単純に３点支持することとするだけでは、ベッドを安定的に支持することはできない。何故ならば、工作機械の中には、刃物台を移動させてワークの加工を行うものもあり、このような工作機械においては、ベッドを単純に３点支持したとしても、刃物台の移動により、工作機械全体の重心の位置が、３点支持の各支持点により形成された三角形の内側から外れてしまう場合があるからである。このことは、特に、平面視にてワーク台に対する方向とは直交する方向に刃物台が移動する工作機械、中でも、刃物台が、加工用刃物を回転駆動するためにモータ等の駆動装置を有するものである工作機械や、複数の刃物台を備えた工作機械等、ワーク台側よりも刃物台側の重量が大きく、刃物台の移動により重心の位置が大きく変化する工作機械において顕著に生じる。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、刃物台が移動する工作機械であっても、３点支持によりベッドを水平に安定的に支持することができる工作機械の提供を課題とする。

上記課題を解決するために本発明の採った主要な手段は、
「ワークを支持するワーク台と、
加工用刃物を支持する刃物台と、
前記ワーク台を搭載するワーク台搭載部、及び、前記刃物台を平面視にてワーク台に対する方向とは直交する方向に移動自在に搭載する刃物台搭載部を有するベッドと、
前記ワーク台搭載部の下面の１点、及び、前記刃物台搭載部の下面における刃物台の移動方向に離間する２点の計３点の支持点にて前記ベッドを据付面に水平に支持する３つの支持装置と
を備えることを特徴とする工作機械」
である。

このよう構成された工作機械では、３つの支持装置による３点支持によってベッドが水平に支持されるため、３つの支持装置といった少ない支持装置について、個別に高さ調節を行うことで、据え付けに際しての水準出しを行えばよいことになる。従って、上記の工作機械によれば、据付作業の簡略化及び時間短縮を図ることができる。

また、３点支持によりベッドが水平に支持されることから、工作機械全体の重心は、当然、３点支持の各支持点で形成された三角形の内側に位置する。ここで、３点支持の各支持点が、ワーク台搭載部の下面の１点、及び、刃物台搭載部の下面における刃物台の移動方向に離間する２点であるため、刃物台の移動により工作機械全体の重心が移動したとしても、この重心の位置は、上記三角形の領域内から外れ難くなる。従って、上記の工作機械によれば、刃物台が移動する工作機械であっても、３点支持によりベッドを水平に安定的に支持することができる。

上述した手段において、
「前記ベッドの下面の部位であって、前記各支持装置による３点の支持点で形成された三角形の内側の部位を支持する補助支持装置を備えることを特徴とする工作機械」
としてもよい。

また、上述した手段において、
「前記ワーク台搭載部の下面の部位であって、前記各支持装置による３点の支持点で形成された三角形の外側の部位を支持する補助支持装置を備えることを特徴とする工作機械」
としてもよい。

ベッドの剛性を十分に確保したとしても、ベッド全体においては、支持装置によって支持された部位とは別の部位に歪みが生じる場合がある。特に、工作機械の停止状態では歪みが僅かであったとしても、工作機械の稼働状態では歪みが大きくなることがある。また、ベッド全体において、支持装置によって支持された部位から離れた部位では、工作機械の稼働時に、微小で高周波な振動、所謂「ビビリ」、が生じることもある。このようなビビリが生じると、加工品位が低下することになる。よって、ビビリが生じることは、是非とも防止しなければならない。

そこで、上記各構成の通り、ベッドの水準出しのために用いる３つの支持装置の他に、この支持装置とは別途の補助支持装置を備えることとすれば、この補助支持装置によってベッドの適宜の部位を支持することで、ベッドの歪みを矯正したり、稼働時に生じるベッドのビビリを抑制したりすることが可能となる。従って、上記各構成の工作機械によれば、ベッド全体において歪みが小さくなるように、また、稼働時にベッドにビビリが生じ難いように、工作機械全体を据付面に据え付けることができる。

特に、支持装置による３点支持の各支持点にて形成される三角形の内側の部位を、１つ或は２つ以上の補助支持装置によって、１点或は２点以上にて支持することとすれば、ベッドにおける大きな歪みが生じ易い部位である工作機械全体の重心部分に対応する部位について、歪みを小さくすることができる。一方、ワーク台搭載部の下面の部位であって、上記三角形の外側の部位を、１つ或は２つ以上の補助支持装置によって、１点或は２点以上にて支持することとすれば、ベッドにおける大きなビビリが生じ易い部位である支持装置による支持点から離れた部位について、ビビリを生じ難くすることができる。

なお、補助支持装置は、ベッドの剛性を補うために単に補助的に用いられるものであり、ベッドの水準出しに大きく寄与することのないものである。よって、工作機械を据付面上に据え付けるに際しては、上述した３つの支持装置により水準出しを行って、工作機械を据え付けることができ、補助支持装置を設けたとしても、水準出しの良好な作業性を大きく損ねることはない。

また、補助支持装置は、ベッドの適宜の部位を補助的に支持するものであることから、本願発明では、補助支持装置として、ベッド全体を水平に支持するための支持装置よりも、許容荷重の小さな小型のもの、或は、許容荷重の小さな簡略な構造のものを用いる。

上述した手段において、
「前記ベッドは、ハニカム構造のリブを有するものとして構成されていることを特徴とする工作機械」
としてもよい。

ここで、ハニカム構造とは、代表的に、複数の六角形を縦横に連設した構造を例示できるが、これに限らず、三角形、四角形、或は、五角形以上の多角形を縦横に連設した構造であってもよい。また、ハニカム構造とは、格子状の構造、すなわち、直交する縦横の２方向の線分のみからなる構造を除くものであり、３方向以上の線分からなる構造、換言すれば、互いに交差する少なくとも３つの平面により立体の内部が構成された構造、とも言える。よって、複数の四角形を縦横に連設してハニカム構造とする場合には、前記四角形を平行四辺形として、複数の平行四辺形を互い違いに連設したり、前記四角形を台形として、複数の台形を互い違いに連設した構造とすればよい。

ハニカム構造のリブによれば、同一質量の構造体において、リブを備えないものや、格子状のリブを備えるものに比して、剛性を向上させることができる。よって、上記のように構成された工作機械では、ハニカム構造のリブによって、ベッド自体の十分な剛性を確保し易くなる。従って、上記構成の工作機械によれば、３点支持といった少ない支持点にてベッドを水平に支持したとしても、ベッド全体において、歪みを生じ難くすることができる。また、ベッド自体の十分な剛性が確保されることから、上述した補助支持装置を省略したり、或は、たとえ補助支持装置を用いるとしても、この補助支持装置の数を削減したりすることができる、といった利点を得ることができる。

上述の通り、本発明によれば、刃物台が移動する工作機械であっても、３点支持によりベッドを水平に安定的に支持することのできる工作機械を提供することができる。

図１に、本発明に係る工作機械１００の一例を示す。この工作機械１００は、ワークＷを支持するワーク台２０と、加工用刃物Ｔを支持する２つの刃物台３０と、工作機械１００全体の基台部分を構成するベッド１０とを備えている。なお、本例では、工作機械１００として、クランクシャフトのピンを研削加工する円筒研削盤の１種であるピン研削盤を示す。よって、ワーク台２０は、ワークＷとしてのクランクシャフトを支持すると共に、このクランクシャフトを回転駆動するものとなっている。また、刃物台３０は、加工用刃物Ｔとしての砥石車を支持すると共に、この砥石車を回転駆動するものとなっている。

ワーク台２０は、ベッド１０の上面に固設されたワークテーブル２１と、このワークテーブル２１の上面の一端側に固設された主軸台２２と、ワークテーブル２１の上面の他端側に、ワークＷの軸芯方向に移動自在に搭載された心押し台２３とを備え、主軸台２２と心押し台２３との間にてワークＷを支持するものである。ここで、主軸台２２は、ワークＷの端部を把持するチャック等のワーク支持装置、及び、このワーク支持装置を回転させるモータ等の駆動装置を備えており、ワーク台２０に支持されたワークＷは、主軸台２２によって、軸芯周りに回転駆動される。

２つの刃物台３０は、夫々、ベッド１０の上面に、ワークＷの軸芯方向、すなわち「Ｚ軸方向」に移動自在に搭載された第１移動基台３１と、この第１移動基台３１の上面に、ワークの径方向、すなわち「Ｘ軸方向」に移動自在に搭載された第２移動基台３２と、この第２移動基台３２の上面に固設され、加工用刃物Ｔを支持すると共に回転駆動する軸頭３６とを備えている。ここで、第１移動基台３１は、その上面に、Ｘ軸方向に延設された一対の摺接面３３を備えており、第２移動基台３２は、送りネジ３４及びサーボモータ３５等を有してなる送り装置の駆動によって、第１移動基台３１の摺接面３３上にてＸ軸方向に移動する。

ベッド１０は、ワーク台２０を搭載するワーク台搭載部１１と、ワーク台２０に対する方向とは直交する方向であるＺ軸方向に２つの刃物台３０を移動自在に搭載する刃物台搭載部１２とを備えている。ここで、本例の工作機械１００では、手前側にワーク台２０が配置され、このワーク台２０と対向するように、奥側に刃物台３０が配置されているため、ベッド１０の手前側がワーク台搭載部１１となり、ベッド１０の奥側が刃物台搭載部１２となっている。また、刃物台搭載部１２は、その上面に、Ｚ軸方向に延設された一対の摺接面１３を備えており、２つの刃物台３０の各第１移動基台３１は、送りネジ１４及びサーボモータ１５等を有してなる送り装置の駆動によって、刃物台搭載部１２の摺接面１３上にてＺ軸方向に移動する。よって、刃物台搭載部１２の前側の摺接面１３の前縁端が、ワーク台搭載部１１と刃物台搭載部１２との境界となっている。

ところで、ベッド１０は、鋳鉄による鋳造構造、或は、鋼板を溶接してなる溶接構造となっており、内部が中空状に形成されているのであるが、十分な剛性を確保するために、図２に示すように、内部に適宜形状のリブ４０を有するものとして構成されている。ここで、リブ４０全体は、ベッド１０の略方形状の外殻を構成する第１リブ４１と、ベッド１０の幅方向に延設されると共に適宜間隔で並設された複数の第２リブ４２と、この第２リブ４２を対称軸として夫々対称に、第２リブ４２に対して略６０°の角度で斜め方向に延設されると共に適宜間隔で並設された複数の第３リブ４３及び複数の第４リブ４４とから構成されており、リブ４０全体は、ハニカム構造となっている。

具体的には、第２リブ４２、第３リブ４３及び第４リブ４４で３辺が構成された複数の三角形が互い違いに縦横に連設されたハニカム構造（図示におけるａ部分参照）となっている。また、本例では、６つの三角形により六角形が形成されているため、複数の六角形が縦横に連設されたハニカム構造（図示におけるｂ部分参照）として捉えることもできる。なお、本例のベッド１０は、上面を構成する天板部（図示省略）と、下面を構成する底板部（図示省略）とを備えており、上述のリブ４０によって、底板部の上方に天板部が支持された構造となっている。よって、各リブ４０は、底板部から天板部まで、ベッド１０の全高に渡って立設されており、天板部を支える支持体として機能しているが、これに限らず、適宜のリブ４０については、ベッド１０の全高に渡って設けられたものとせず、底板部の上面から適宜高さで立設されて、底板部の適宜部位を補強するものとしたり、天板部の下面から適宜高さで垂設されて、天板部の適宜部位を補強するものとしてもよい。また、底板部を省略して、各リブ４０の下面によってベッド１００の下面を構成するようにしてもよい。

ところで、工作機械１００を所望の据付面に据え付ける際には、ベッド１００を適宜の支持装置によって支持して、ベッド１００の水準出しを行うのであるが、この工作機械１００では、夫々軸頭３６を有する２つの刃物台３０を搭載する刃物台搭載部１２側が、ワーク台搭載部１１側よりも重量が大きく、刃物台搭載部１２側に、工作機械１００全体の重心が位置する。しかも、各刃物台３０がＺ軸方向であるベッド１００の幅方向に移動するため、工作機械１００全体の重心の位置は、稼働時に、ベッド１０の幅方向に大きく移動する。よって、ベッド１０の下面において、ワーク台搭載部１１の下面における中央部分の１点、及び、刃物台搭載部１２の下面における両側部分の２点の計３点の支持点Ｓ１（図示における黒丸印部分）を、図３に示すような３つの支持装置５０によって支持して、ベッド１０の水準出しを行うこととしてある。なお、支持装置５０の詳細については後述する。

また、３つの支持装置５０によってベッド１０の水準出しを行い、これにより工作機械１００を据え付けることはできるのであるが、ベッド１０に生じる歪みを矯正したり、稼働時に生じるベッド１０のビビリを防止したりするために、ベッド１０を補助支持装置（図示省略）によっても支持することとしてある。具体的には、水準出しのための３つの支持点Ｓ１で形成される三角形の内側の部位であって、刃物台搭載部１２の下面の部位、特に、工作機械１００全体の重心の位置と略同一となる部位、の１点、及び、上記三角形の外側の部位であって、ワーク台搭載部１１の下面における支持点Ｓ１の両側の２点の計３点の補助支持点Ｓ２（図示における白丸印部分）を、補助支持装置によって支持することとしてある。

なお、補助支持装置は、補助的なものであるため、上述したベッド１０の水準出しを行うための支持装置５０と同様な構造ではあるが、この支持装置５０によりも許容荷重の小さな小型のものを採用している。また、支持装置５０及び補助支持装置によって支持する部位は、ベッド１０の下面におけるリブ４０の交差部分の下側としてあり、支持点Ｓ１及び補助支持点Ｓ２の周辺の部位において、ベッド１０に歪みが生じ難くしてある。特に、
支持装置５０や補助支持装置によって支持する支持点を、リブ４０の交差部分の中心線上に配置することで、ベッド１０における上記中心線周りの曲げモーメントの発生を抑制することができ、これにより、天板部の撓みや歪みを抑制することができる。

次に、図３に基づいて、支持装置５０の詳細を説明する。この支持装置５０は、基台部５１と、この基台部５１に回動自在に装着された調節ネジ５４と、この調節ネジ５４を回動させる操作部５５と、上面がテーパ−面とされ、調節ネジ５４に螺合されると共に、基台部５１に、水平方向に移動自在に収容された下ブロック５２と、下面がテーパ−面とされ、下ブロック５２の上面に載置されるようにして、基台部５１に、鉛直方向に移動自在に収容された上ブロック５３とを備えるものである。ここで、本例の支持装置５０では、上ブロック５３の両側に設けられた凸部５３ａが、基台部５１に設けられた溝部５１ａに装着されることで、上ブロック５３の基台部５１に対する水平方向の移動が阻止されている。よって、上ブロック５３は、下ブロック５２の水平方向の移動に伴なって、下ブロック５２の上面のテーパ−面に相対的に沿って移動することで、鉛直方向にのみ移動するものとなっている。また、この支持装置５０は、操作部５５の操作により調節ネジ５４を回動操作して下ブロック５２を水平方向に移動させ、これにより上ブロック５３を上下動させて上ブロック５３の上面の高さを調節するものであり、所謂「レベリングブロック」として構成されている。このような支持装置５０によれば、高さを細密に調節できることから、ベッド１０の水準出しを高精度で行うことができる。また、補助支持装置としても、支持装置５０と同様な構造のレベリングブロックを採用している。よって、このような補助支持装置によれば、ベッド１０の歪みの矯正やビビリの発生の防止を適確に行うことができる。

なお、本例では、支持装置５０及び補助支持装置として、レベリングブロックを採用しているが、これに限らず、ボルトの進退により高さ調節を行う所謂「アジャスターボルト」や、上面の高さを調節できる種々の構造のジャッキ等を採用することもできる。

以上の例では、刃物台３０を、Ｘ軸方向に移動する第２移動基台３２を有するものとし、固定的なワーク台２０に対して軸頭３６をＸ軸方向に移動させる構造としているが、これに限らず、ベッド１０のワーク台搭載部１１にワーク台２０を、Ｘ軸方向に移動自在に搭載して、刃物台３０に対してワーク台２０をＸ軸方向に移動させることとしてもよい。また、ベッド１０の形状としては、略方形状に限らず、略Ｔ字形、略三角形、略台形等、他の形状としてもよい。

さらに、上述した例の工作機械１００では、平面視にて、手前側にワーク台２０、奥側に刃物台３０が配置されているため、ワーク台搭載部１１と刃物台搭載部１２とがベッド１０の奥行き方向に並設され、刃物台搭載部１２が刃物台３０をベッド１０の幅方向に移動自在に搭載するものとなっている。しかしながら、これに限らず、図示及び詳細な説明は省略するが、平面視にて、左右の一側にワーク台、他側に刃物台が配置された工作機械では、ワーク台搭載部と刃物台搭載部とを、ベッドの幅方向に並設されたものとし、刃物台搭載部を、刃物台をベッドの奥行き方向に移動自在に搭載するものとすればよい。ここで、刃物台搭載部は、平面視にてワーク台に対する方向とは直交する方向に刃物台を移動自在に搭載するものであればよく、水平面上にて刃物台を移動自在に搭載するものに限らず、水平面に対して傾斜する傾斜面上にて刃物台を移動自在に搭載するものであってもよい。

ところで、本発明に係る工作機械としては、ピン研削盤に限らず、その他の円筒研削盤や、マシニングセンタ、フライス盤、中ぐり盤、旋盤、ボール盤等の他の工作機械であってもよい。ここで、立て型マシニングセンタ等、ワーク台の上面がＸ−Ｙ平面となっている工作機械や、横型マシニングセンタ等、ワーク台の上面がＸ−Ｚ平面となっている工作機械では、ワーク台に対する方向と直交する方向の刃物台の移動方向は、Ｘ軸方向となる。

本発明に係る工作機械の一例を示す平面図である。 ベッドの横断面平面図である。 支持装置の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）縦断面側面図である

符号の説明

Ｗ ワーク
Ｔ 加工用刃物
Ｓ１ 支持点
Ｓ２ 補助支持点
１０ ベッド
１１ ワーク台搭載部
１２ 刃物台搭載部
１３ 摺接面
１４ 送りネジ
１５ サーボモータ
２０ ワーク台
２１ ワークテーブル
２２ 主軸台
２３ 心押し台
３０ 刃物台
３１ 第１移動基台
３２ 第２移動基台
３３ 摺接面
３４ 送りネジ
３５ サーボモータ
３６ 軸頭
４０ リブ
４１ 第１リブ
４２ 第２リブ
４３ 第３リブ
４４ 第４リブ
５０ 支持装置
５１ 基台部
５２ 下ブロック
５３ 上ブロック
５４ 調節ネジ
５５ 操作部
１００ 工作機械

Claims (1)

1. ワークを支持するワーク台と、
   加工用刃物を支持する刃物台と、
   前記ワーク台を搭載するワーク台搭載部、及び、前記刃物台を平面視にてワーク台に対する方向とは直交する方向に移動自在に搭載する刃物台搭載部を有し、ハニカム構造のリブを有するものとして構成されたベッドと、
   前記ワーク台搭載部の下面の１点、及び、前記刃物台搭載部の下面における刃物台の移動方向に離間する２点の計３点の主支持点にて前記ベッドの水準出しを行い前記ベッドを据付面に水平に支持する３つの支持装置と、
   前記支持装置よりも許容荷重が小さい補助支持装置であり、前記ベッドの下面における前記３点の主支持点で形成された三角形の内側に位置する工作機械全体の略重心の１点、及び、前記３点の主支持点で形成された三角形の外側に位置すると共に前記ワーク台搭載部の下面において主支持点の両側に位置する２点の計３点の補助支持点にて前記ベッドを据付面に支持して、前記ベッドの歪みを矯正するか、または、工作機械の稼動時に生じる前記ベッドのビビリを抑制する３つの補助支持装置と
   を備えることを特徴とする工作機械。

Images