JP4443370B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、芯高を微調整できる工作機に関するものである。

工作機械において、被加工物と工具との芯高が正確に一致していないと加工誤差が発生するため、正確な芯高調整が求められている。
従来、工作機械における芯高調整機構として、例えば特許文献１および特許文献２に示されるものが提案されている。
特許文献１に示されるものは、バイトを取付ける取付体を弾性支持し、この取付体を圧電素子によって上下動させて芯高調整を行うものである。
特許文献２に示されるものは、バイトを取付ける取付体を所定距離だけ上下動可能に支持し、この取付体をその下部に設置したくさび機構によって上下動させて芯高の微調整を行うものである。
しかしながら、特許文献１および特許文献２に示されるものは、いずれもバイト取付体を上下動させて芯高調整を行うものであるので、刃物台に取付けられるバイトの本数分設ける必要があり、設備コストが高くなる。また、バイト取付位置という狭い空間に取付けるにはスペース的に困難が伴うという問題がある。

一方、テーブルを支持する静圧軸受の隙間を調整するものとして、例えば特許文献３および特許文献４に示されるものがある。
特許文献３に示されるものは、静圧ポケットへ供給される作動油の温度と圧力とを制御して静圧案内面とテーブルとの間の隙間を一定に保持するものである。
また、特許文献４に示されるものは、ベッドの上面に外側に突出して左右一対のレールが形成され、テーブルの両側には、このレールの自由端側三方を覆う鉤形の案内部が備えられている。そして、テーブルは、レールの上下面と案内部の内側面との間にそれぞれ設けられた静圧ポケットによって、ベッドから浮いた状態で支持される。さらに、レールの下側に位置する案内部の下面とベッドとの間に別途静圧ポケットを設け、この部分の案内部を上方へ押圧して、変形を防止している。これにより、テーブルを支持する静圧剛性を増大させようとするものである。

特開平５−３１６５１号公報（段落［０００６］〜［０００７］，及び図１〜図２） 特開平６−２５４７０６号公報（段落［００１０］〜［００２０］，及び図１） 特開平５−３０６７１８合公報（段落［００１６］〜［００３３］，及び図１） 特開２０００−７４０６５号公報（段落［００１９］〜［００２７］，及び図１）

しかしながら、特許文献３に示されるものは、静圧案内面とテーブルとの間の隙間を一定にするということに留まり、隙間を変化させて芯高を調整させるものではない。
また、特許文献４に示されるものは、別途設けられた静圧ポケットによってテーブルを上方へ押上げているが、これは案内部の内、変形し易いレールの下側に位置する部分のたわみを低減させるものに過ぎない。そして、テーブルの推進機構として用いられている送りネジは、上下方向の移動をほとんど許容しない、例えば１〜２μmずれても送り精度や運動性能が劣化して安定した加工が行えないものである。すなわち、これは上下方向の位置調整を行い芯高調整することはなんら意図されていないものである。

本発明は、上記問題点に鑑み、安価な製造コストで、かつ簡単に芯高調整が行える工作機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
請求項１に係る発明は、ベースと、該ベースに水平移動可能に支持されるテーブルと、前記ベースに対して前記テーブルを水平方向に推進するリニアモータとを備え、前記ベースが、その上部両側に、外側に向かって突出しかつ推進方向に沿って水平に延びる突起部と、該突起部の下方に平行間隔を空けて配置された案内面とを備え、前記テーブルが、前記両突起部の上面を覆う上面部と、該上面部の両側部に配置され前記突起部の外側端部を覆う側面部と、該側面部の下端から内側に向かって突出し、前記突起部と下面と前記案内面とを溝壁とする側溝内に嵌合する嵌合部とを備え、前記突起部の上面と前記テーブルの下面との間に設けられた第一の静圧パッドと、前記突起部の下面と前記嵌合部の上面との間に設けられた第二の静圧パッドと、前記嵌合部の下面と前記案内面の上面との間に設けられた第三の静圧パッドと、前記各静圧パッドに油を供給する圧油供給装置と、を備えている工作機械を提供する。

本発明によれば、第三の静圧パッドに対する圧油供給装置による油供給量を増加させると第三の静圧パッド内の圧力が上昇する。この圧力上昇によって、テーブルの嵌合部を含む下面が下方から上方へ押圧される。この上方への押圧力によって、テーブルはベースに対して上方に移動する。この場合において、テーブルの推進手段として軸線方向に直交する方向の動きを大きく許容するリニアモータを用いているので、テーブルが上昇してリニアモータに芯ずれが生じてもリニアモータは問題なく推進力を発生させることができる。
一方、第三の静圧パッドに対する圧油供給装置による油供給量を減少させると第三の静圧パッド内の圧力が下降するので、前記と反対にテーブルは下降することになる。この場合にも、同様に、テーブルが下降してリニアモータに芯ずれが生じてもリニアモータは問題なく推進力を発生させることができる。
このように、第三の静圧パッドに対する圧油供給装置による油供給量を調整することによって、テーブルを上下できるので、例えば被加工物とバイトとの上下位置関係を簡単に微調整することができる。
また、この微調整が、第三の静圧パッドとそれに対する圧油供給装置を設けるだけで行えるので、工作機械の製造コストを低減することができる。

また、上記発明においては、第三の静圧パッドが、左右方向において前記第二の静圧パッドに対応する位置に設けられていることが好ましい。
このようにすることにより、上記テーブル高さの微調整に加えて、第三の静圧パッドに圧油供給装置からの油供給を行うことによって、嵌合分に作用する上下方向の力がバランスするので、強度が小さく変形し易い嵌合部の変形を防止することができる。

また、上記発明においては、前記第三の静圧パッドの少なくとも一部分が、前記突起部より外側に配置されていることが好ましい。
このようにすることにより、第三の静圧パッドはテーブルの強度の強い部分を支持することになるので、第三の静圧パッドによって油圧力をテーブルに加えてもテーブルはほとんど変形しない。これにより、第三の静圧パッドによる加圧力はテーブルを持ち上げることに有効に作用するので、例えば主軸に取り付けられた被加工物の上下位置を工具の位置に合わせることを容易に行うことができる。

本発明によれば、第三の静圧パッドに対する圧油供給装置による油供給量を調整することによって、安価な設備コストで芯高を簡単に調整することができるという効果を奏する。

以下、本発明の第一実施形態に係る工作機械について、図１および図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態にかかる工作機械１の正面構成を示す部分断面図である。図２は、実施形態にかかるテーブル部分の側面構成を示す部分断面図である。
本実施形態に係る工作機械１には、ベース３と、ベース３に水平移動可能に支持されたテーブル５と、ベース３に対してテーブル５を水平方向に推進するリニアモータ７と、テーブル５の上部に取付けられた主軸台９と、刃物台１１と、が備えられている。

ベース３は、略直方体形状をしており、その幅方向６中央部には長手方向４に略全長にわたり形成された空間部１３が設けられている。
ベース３の上部には、幅方向６両側に、外側に向かって突出し、長手方向（推進方向）４に沿って水平に延在する突起部１５が設けられている。突起部１５は矩形断面を有し、その上面１７と下面１９とは平行に形成されている。
ベース３の突起部１５の下方には、間隔を空けて突起部１５の下面１９と平行に形成された案内面２１が設けられている。案内面２１の外側端部は、突起部１５の外側端部よりも外側に位置させて設けられている。したがって、突起部１５の下部には、突起部１５の下面１９と案内面２１とを溝壁とする側溝２３が形成されている。

テーブル５には、ベース３の空間部１３に微小隙間を空けて嵌合される中央嵌合部２５と、中央嵌合部２５の長手方向４に向かって左右に設けられ、それぞれ突起部１５の上面に微小隙間を空けて配置される上面部２７と、各上面部２７の外側端部に設けられ、それぞれ突起部１５の外側端部に間隔を空けて配置された側面部２９と、各側面部２９の下端部に取付けられ、それぞれ側面部２９から内側に向かって突出して配置された嵌合部３１とが備えられている。ここで言う微小隙間とは、例えば、１０〜１５μｍである。
嵌合部３１は略矩形断面を有し、側溝２３の溝壁を構成する突起部１５の下面１９と案内面２１とに微小隙間を空けて嵌合されている。
これらの中央嵌合部２５、上面部２７、側面部２９および嵌合部３１が、ベース３の突起部１５の略四面を覆うように設けられ、中央嵌合部２５、上面部２７および嵌合部３１が突起部１５および案内面２１に案内されて長手方向４に移動されるように構成されている。

中央嵌合部２５の各突起部１５に対向する面には、微小深さを有する鉛直方向に延在する凹部で形成される一対の静圧パッド３３が設けられている。
上面部２７の各突起部１５に対向する面には、微小深さを有する水平方向に延在する凹部で形成される一対の静圧パッド（第一の静圧パッド）３５が設けられている。
嵌合部３１の各突起部１５に対向する面には、微小深さを有する水平方向に延在する凹部で形成される一対の静圧パッド（第二の静圧パッド）３７が設けられている。
嵌合部３１の各案内面２３に対向する面には、微小深さを有する水平方向に延在する凹部で形成される一対の静圧パッド（第三の静圧パッド）３９が設けられている。
静圧パッド３９は、突起部１５の外端部近傍から外側にかけて配置されており、大部分は側面部２９の下方に位置している。

これらの静圧パッド３３，３５，３７，３９は、それぞれ絞り弁４５，４７，４９，５１を経由して油圧ポンプ（圧油供給装置）４３に接続されている。油タンク４１に貯留された油は、油圧ポンプ４３により加圧され、各絞り弁４５，４７，４９，５１を経由して静圧パッド３３，３５，３７，３９に供給され、静圧力を発揮させる。この静圧力によって、テーブル５はベース３に対して上下方向および水平方向に浮き上がった状態に保持される。絞り弁４５，４７，４９，５１を調整することで、各静圧パッド３３，３５，３７，３９に作用する静圧力の大きさを調整することができる。
静圧パッド３３，３５，３７，３９に供給された油は、静圧パッド３３，３５，３７，３９の周壁部から流れ出し、ベース３内を流下し、図示しない回収手段によって回収され、再利用されるようになっている。

リニアモータ７は、ベース３の空間部１３内に配置されている。リニアモータ７には、ベース３に固定されたシャフト５３と、シャフト５３の周囲を覆うように間隔を空けて配置されテーブル５に固定された可動部材５５とが備えられている。この間隔は、例えば０．５ｍｍとされている。
シャフト５３は、長手方向４に沿って延設された細長い略円筒形状をしており、その両端部が、ベース３に取付けられたブラケット５７固定されている。
シャフト５３の内部には、軸線方向に複数のコイル（図示省略）が配列されている。コイルは、外部から電流を供給されて磁場を発生する。
可動部材５５は、断面が長方形の柱状をしており、軸線中心部にシャフト５３を包囲する円筒形状の空間が設けられている。可動部材５５の内側には、詳細を図示しないリング状をした永久磁石が軸線方向に複数配列されている。

複数のコイルに供給する電流を制御して、発生する磁場の方向、強度等を調整することによって、永久磁石の磁場との間で牽引あるいは反発を生じて移動させることができるように構成されている。
これにより、可動部材５５がシャフト５３に沿って移動することになり、可動部材５５が取付けられたテーブル５がベース３に対して長手方向４に移動することになる。
リニアモータ７は、コイルと永久磁石との間に存在する軸線方向の磁場の状態で移動するので、シャフト５３と可動部材５５との間に存在する間隔にはほとんど影響されることはない。もちろん、両者が接触すると不具合であることは言うまでもない。

主軸台９には、主軸５７と、主軸５７の先端に取付けられ被加工物５９を把持するチャック６１と、主軸５７を回転駆動するモータ（図示省略）とが備えられている。
刃物台１１には、バイト６３と、バイト６３を固定する取付部材６５と、が備えられている。

このように構成された本実施形態に係る工作機械１の作用について以下に説明する。
被加工物５９を加工するには、まず、油圧ポンプ４３を作動させて、油タンク内の油を加圧供給する。供給される油は、絞り弁４５，４７，４９，５１によって所定の圧力で静圧パッド３３，３５，３７，３９に供給される。
静圧パッド３３，３５，３７，３９に供給されると、テーブル５はベース３に対して浮き上がった状態で保持されることになる。

この場合、静圧パッド３３，３３には、同じ圧力の油が供給されることにより、水平方向に静圧がバランスする。
静圧パッド３５，３７，３９はそれぞれ水平方向に延在しているので、その静圧力は上下方向に作用する。静圧パッド３５は、テーブル５を力Ｆ１で上方へ押圧し、静圧パッド３７は、テーブル５を力Ｆ２で下方に押圧し、静圧パッド３９は、テーブル５を力Ｆ３で上方へ押圧している。
被加工物５９を取付けた主軸台とテーブル５との重量をＷとすると、重量Ｗは下方へ向かって作用しているので、力のバランスはＦ１+Ｆ３＝Ｆ２＋Ｗとなる。

次いで、この状態でリニアモータ７のコイルに電流を供給して、テーブル５に水平方向の推進力を与えて、被加工物５９をバイト６３に近接させる。
そして、被加工物５９とバイト６３との位置関係を測定する。測定は、可能であれば目視でもよいし、あるいは、適当な距離センサを設けて測定するようにしてもよい。
いずれにしても、準備段階でほぼ芯高は調整されているので、例えば１０μｍ程度の微調整となることが想定される。

ここで芯高の微調整が必要と判断された場合、例えば、バイト６３の方が高い位置にある場合について説明する。
絞り弁５１を所定量開放して静圧パッド３９への油供給量を増加させる。こうすると、静圧パッド３９内の圧力が上昇することになる。静圧パッド３９内の圧力が上昇によって、テーブル５の側面部２９の下面が下方から上方へ押圧される。この上方への押圧力によって、テーブル５はベース３に対して上方に移動する。
そして、テーブル５が上方に移動すると、静圧パッド３９および静圧パッド３５の容積が増えるので、圧力が減少し、一方、静圧パッド３７は容積が減少するので、圧力が増加する。これにより、テーブル５は微小量上昇したところで、上下方向の力のバランスが保たれるようになり、そのバランスした位置に留まることになる。
このバランスする位置は絞り弁５１の開放量を調整することにより調整できる。
一方、バイト６３の方が低い場合には、絞り弁５１を絞り静圧パッド３９に対する油の供給量を減少させると静圧パッド３９内の圧力が下降するので、前記と反対にテーブル５は下降することになる。

芯高の微調整が完了すると、主軸台９のモータを駆動して主軸５７を回転駆動させ、被加工物を回転させる。
そしてリニアモータ７を再度駆動して、被加工物５７をバイトに接触させることによって、被加工物５７は加工される。
この場合において、テーブル５が上昇しているので、リニアモータ７のシャフト５３と可動部材５５との間に芯ずれが生じているが、両者が接触する程のずれではなく、リニアモータ７は問題なく推進力を発生させることができる。
このように、静圧パッド３９に対する油供給量を絞り弁５１の開度で調整することによって、テーブル５を上下動できるので、被加工物とバイトとの芯高を簡単に微調整することができる。
また、この微調整が、静圧パッド３９とそれに対する油圧ポンプ４３からの配管および絞り弁５１を設けるだけで行えるので、工作機械の製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、静圧パッド３９は、突起部１５の外端部近傍から外側にかけて配置されており、大部分は側面部２９の下方に位置している。側面部２９は上下方向に長く設けられているので、上下方向の剛性は強い。
したがって、静圧パッド３９はこの強度の強い側面部２９を支持することになるので、静圧パッド３９によって油圧力を側面部２９に加えてもテーブル５はほとんど変形しない。これにより、静圧パッド３９による加圧力はテーブル５を持ち上げることに有効に作用するので、例えば主軸５７に取り付けられた被加工物５９の上下位置をバイト６３の位置に合わせることを容易に行うことができる。
なお、本実施形態では、静圧パッド３９の大部分は、側面部２９の下方に位置するように設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、静圧パッド３９の少なくとも一部が、側面部２９の下方に位置するように設けられていれば、静圧パッド３９の加圧力は側面部に作用するので、本実施形態と略同様の効果を奏するものである。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態にかかる工作機械１の正面構成を示す部分断面図である。
本実施形態では、第一実施形態とは、基本的構成が同じで、静圧パッド３９の設置位置が異なっている。よって、本実施形態においては、第一実施形態と相違する点について説明し、その他の部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態では、静圧パッド３９は、幅方向６で静圧パッド３７に対応する位置に設置されている。すなわち、静圧パッド３９は、幅方向位置が突起部１５の中央部分で、案内面２３に対向する嵌合部３１の面に微小深さを有する水平方向に延在する凹部が形成されて構成されている。

嵌合部３１は、片持ち支持であり、しかも小型の工作機械１では厚さが小さくなり剛性が小さいものとなる等のため、静圧パッド３７のみの場合には、静圧パッド３７の圧力を受けて自由端が下方へたわむ傾向がある。
嵌合部３１がたわむと静圧パッド３７の圧力が小さくなり、テーブル５を支持する力のバランスが壊れることになり、例えば被加工物の加工精度が悪化する等の不具合が発生する。

本実施形態では、静圧パッド３９を、静圧パッド３７に対応する位置に設け、嵌合部３１に対して上下方向に作用する力がバランスするので、嵌合部３１のたわみを防止することができる。
そして、第一実施形態と同様に、静圧パッド３９へ供給される油量を調整することによって、芯高の微調整を行うことができる。
例えば絞り弁５１を開いて静圧パッド３９への供給油量を増加すると、静圧パッド３９内の圧力が上昇することになる。静圧パッド３９内の圧力が上昇によって、テーブル５の嵌合部３１の下面が下方から上方へ押圧される。この上方への押圧力によって、嵌合部３１すなわちテーブル５はベース３に対して上方に移動する。

この時、嵌合部３１（テーブル５）が上方に移動すると、静圧パッド３９および静圧パッド３５の容積が増えるので、圧力が減少し、一方、静圧パッド３７は容積が減少するので、圧力が増加する。これにより、テーブル５は微小量上昇したところで、上下方向の力のバランスが保たれるようになり、そのバランスした位置に留まることになる。
このバランスする位置は絞り弁５１の開放量を調整することにより調整できる。

この場合において、テーブル５が上昇しているので、リニアモータ７のシャフト５３と可動部材５５との間に芯ずれが生じているが、両者が接触する程のずれではなく、リニアモータ７は問題なく推進力を発生させることができる。
このように、静圧パッド３９に対する油供給量を絞り弁５１の開度で調整することによって、テーブル５を上下動できるので、被加工物とバイトとの芯高を簡単に微調整することができる。
また、この微調整が、静圧パッド３９とそれに対する油圧ポンプ４３からの配管および絞り弁５１を設けるだけで行えるので、工作機械の製造コストを低減することができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図４を用いて説明する。
図４は、本実施形態にかかる工作機械１の正面構成を示す部分断面図である。
本実施形態では、第一実施形態とは、リニアモータ７の構造が異なっている以外には基本的構成が同じである。よって、本実施形態においては、第一実施形態と相違する点について説明し、その他の部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

リニアモータ７は、ベース３の空間部１３内に配置されている。リニアモータ７には、テーブル５に固定されたプレート６７と、プレート６７の両側に間隔を空けて配置されベース３に固定された一対のガイド６９とが備えられている。この間隔は、例えば０．５ｍｍとされている。
プレート６７は、長手方向４に沿って延設された略直方体形状をした板部材であり、その長辺を構成する上面が、テーブル５の下部に固定されている。
プレート６７の内部には、長手方向に複数のコイル（図示省略）が配列されている。コイルは、外部から電流を供給されて磁場を発生する。

ベース３に固定された取付部材７１は、長手方向４に沿って延在する略直方体形状をしている。取付部材７１の幅方向中央部には、その上面に開口し長手方向４に貫通する溝部７３が設けられている。一対のガイド６９は、溝部７３の長手方向に沿う両側の壁部に沿って固定して取付けられている。各ガイド６９の内側には、詳細を図示しない永久磁石が長手方向４に複数配列されている。
プレート６７は、一対のガイド６９の間にそれらと間隔を空けて配置されており、両者は上下方向および長手方向４に相対的に移動する余地が十分に取られている。

プレート６７に設けられた複数のコイルに供給する電流を制御して、発生する磁場の方向、強度等を調整することによって、ガイド６９に設けられた永久磁石の磁場との間で牽引あるいは反発を生じて移動させることができるように構成されている。
これにより、プレート６７がガイド６９に沿って移動することになり、プレート６７が取付けられたテーブル５がベース３に対して長手方向４に移動することになる。
リニアモータ７は、コイルと永久磁石との間に存在する長手方向４の磁場の状態で移動するので、プレート６７とガイド６９との上下方向における位置がずれていても、それに影響されることはない。

このように構成された本実施形態の作用、効果については、テーブル５の上下動に伴ってプレート６７とガイド６９との上下方向における位置関係にずれが生じても、リニアモータ７は一層問題なく推進力を発生させることができるようになった点を除いて前述の第一実施形態と同様であるので、重複した説明を省略する。

本発明の第一実施形態にかかる工作機械の正面構成を示す部分断面図である。 本発明の第一実施形態にかかるテーブル部分の側面構成を示す部分断面図である。 本発明の第二実施形態にかかるテーブル部分の側面構成を示す部分断面図である。 本発明の第三実施形態にかかるテーブル部分の側面構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１ 工作機械
３ ベース
５ テーブル
７ リニアモータ
１５ 突起部
２１ 案内部
２３ 側溝
２７ 上面部
２９ 側面部
３１ 嵌合部
３５ 静圧パッド（第一の静圧パッド）
３７ 静圧パッド（第二の静圧パッド）
３９ 静圧パッド（第三の静圧パッド）
４３ 油圧ポンプ

Claims (3)

1. ベースと、
   該ベースに水平移動可能に支持されるテーブルと、
   前記ベースに対して前記テーブルを水平方向に推進するリニアモータとを備え、
   前記ベースが、その上部両側に、外側に向かって突出しかつ推進方向に沿って水平に延びる突起部と、該突起部の下方に平行間隔を空けて配置された案内面とを備え、
   前記テーブルが、前記両突起部の上面を覆う上面部と、該上面部の両側部に配置され前記突起部の外側端部を覆う側面部と、該側面部の下端から内側に向かって突出し、前記突起部の下面と前記案内面とを溝壁とする側溝内に嵌合する嵌合部とを備え、
   前記突起部の上面と前記上面部の下面との間に設けられた第一の静圧パッドと、
   前記突起部の下面と前記嵌合部の上面との間に設けられた第二の静圧パッドと、
   前記嵌合部の下面と前記案内面の上面との間に設けられた第三の静圧パッドと、
   前記各静圧パッドに油を供給する圧油供給装置とを備えていることを特徴とする工作機械。
2. 前記第三の静圧パッドが、左右方向において前記第二の静圧パッドに対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記第三の静圧パッドの少なくとも一部分が、前記突起部より外側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の工作装置。

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