JP4675607B2

JP4675607B2 - 工作機械のベッド

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Publication number: JP4675607B2
Application number: JP2004315417A
Authority: JP
Inventors: 恒彦山崎; 直臣宮川
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP2006123099A; US20070000886A1; US7739854B2; US20090242530A1; US7918008B2

Description

本発明は、工作機械のコラムやベッドの製造方法及び構造物に関する。

図１は、工作機械の基本的な構造を示す説明図である。
全体を符号１で示す工作機械は、加工ヘッド１０を上下動自在に支持するサドル２０を有し、サドル２０は、コラム３０に対して水平移動自在に支持される。
コラム３０は、モータ４０を有しベッド５０上を長手方向に移動する。ベッド５０は、１対の構造物を桁６０で連結した構成を有する。
図２（ａ）は、工作機械のベッド５０を構成する従来の製缶構造の製造工程を示す。

工程Ｓ１０で材料切断を行う。切断の手段として、例えばプラズマ溶断を行うと、１０００ｍｍの溶断に対して、プラス・マイナス１ｍｍ程度の寸法公差となる。

工程Ｓ１１で切断された材料を仮組立し、工程Ｓ１２で溶接を行う。工程Ｓ１３で溶接により発生した歪み取りを行う。例えば、全長８ｍ程度の長尺の構造物においては、通常１０ｍｍ以上の歪みが生ずる。更に、歪み取り作業は、非常に高度な熟練を有する作業者によって長時間を要する作業である。この構造物を工程Ｓ１４で焼鈍設備まで搬送し、工程Ｓ１５で焼鈍を行う。焼鈍後の構造物にショット処理を施し、工程Ｓ１７で機械加工設備まで搬送し、工程Ｓ１８で機械加工を施し、ベッド５０を完成する。この機械加工は、比較的汎用の大型機においても最大加工範囲が４ｍ以下であり、それを超す大型加工物については、極端に加工場所が限定される。
なお、工作機械の構造物を溶接製缶構造で構成することは、下記の非特許文献に開示されている。
「工作機械の設計原理」エフ・ケーニヒスベルガー著塩崎進訳１９７１年（株）養賢堂発行雑誌「応用機械工学」特集溶接構造設計昭和４５年３月１日発行第１１巻第３号

工作機械のベッド等は、大型の構造物であるので、搬送等も手間を要し、また、大型の焼鈍炉等の設備を必要とする。
また、機械加工用の設備も大型の機械を必要とし、工数も多大なものとなる。製作時間についても、従来の工程によれば２〜３ヶ月かかるものである。
本発明の目的は、上述した問題を解決する工作機械のコラムやベッド等の構造体の製造方法及びこの製造方法により作成される構造物を提供するものである。

本発明の工作機械のコラム・ベッドの製造方法は、基本的な手段として、板金素材にレーザ精密加工を施して板金部材を作成する工程と、加工が必要な板金部材に折り曲げ加工を施す工程と、機械加工部材を作成する工程と、板金部材と機械加工部材を組立てる工程とを備えるものである。
そして、レーザ精密加工により作成される板金部材の組立構造を有する工作機械のコラムは、移動軸に直交する軸線方向に延びるコラム本体と、コラム本体の両端部にとりつけられるコラム足部材とを備え、コラム本体は、軸線に平行な面内でレーザ精密加工分割される前部部材及び後部部材と、前部部材と後部部材が形成する閉断面空間の両端部を覆うカバーと、前部部材と後部部材の内側に配設されて両部材に結合される複数枚のリブとを備える。
また、レーザ精密加工により作成される板金部材の組立構造を有する工作機械のベッドは、ベッドの上部ユニットと下部ユニットを備え、ベッドの下部ユニットは、ベッドの長手方向に延びる対向して配設される側板と、側板の底部を覆う底板と、側板の上部に配設される角柱部材と、側板の両端部を覆う端面板と、
内部に配設されて側板に結合される複数枚のリブと、両側板を締結する締結ユニットとを備える。

本発明によれば、大型の構造物である工作機械のベッドやコラムを板金材料を組立てて容易に構築することができる。
この板金部材の組立構造でベッドやコラムを製造することは、レーザ加工の高精度化が達成される事により完成するものである。
本発明によれば、これらの大型構造物を３〜４日程度で製造することが可能となる。

図２の（ｂ）は、本発明によるベッドの製造工程を示す説明図である。
工程Ｓ２０において、板金素材を切断して、必要な部材を作成する。切断手段として、レーザ精密加工を使用する。レーザ精密加工は、１０００ｍｍの切断長に対して、プラス・マイナス０．０５ｍｍの高精度な寸法公差を持つ。この材料切断工程と並行して、工程Ｓ２１において、ベッドに組付ける機械加工部材の加工を行う。
工程Ｓ２２において、板金部材を組立てるとともに、機械加工された部材を組付けることにより、ベッド５０が完成する。

以上のように、本発明によれば、レーザ精密加工が利用できることにより、板金部材はホゾやホゾ穴を含めて高精度に加工され、これらの部材を組立てることによりコラムやベッド等の構造物を容易に製造することができる。部材の締結には、ボルト・ナット等の締結部材を使用し、大規模な溶接を必要としないとともに焼鈍が不要である。そこで、溶接歪み等が発生せず、高精度な構造物を得ることができる。
また、レーザ精密加工に並行して機械加工を行うことができるので、生産性が高く、短期間で必要な構造物を製造することができる。
以下、本発明によるコラムとベッドの構造と製造方法を説明する。

図３は、本発明の製造方法により作成されるコラムの全体構成を示す斜視図である。
全体を符号３０Ａで示すコラムユニットは、コラム本体１００とコラム本体１００の両側端にとりつけられるコラム足部材２００を備える。

図４は、コラム本体１００の斜視図であって、コラム本体１００は、前部部材１１０，後部部材１３０と両側端部にとりつけられる側面カバー１４０を有する。

図５は、コラム本体の分解図、図６は、図５のＡ部の詳細図、図７は、図５のＢ部の詳細図である。
コラム本体は、板材を折り曲げ加工するとともに、スリット等の必要な加工が施された前部部材１１０と、同様な加工を施された後部部材１３０を有し、前部部材１１０と後部部材１３０が形成する閉断面空間の内側には、２種類のリブ１５０，１６０が配設される。そして、コラム本体の両側端部は、側面カバー１４０で覆われる。

図６は、コラム本体後部部材１３０と側面カバー１４０の係合構造を示す説明図、図７はコラム本体前部部材１２０とリブ１６０及び側面カバー１４０の係合構造を示す説明図である。
後部部材１３０の端部には、ホゾとなる複数の突部１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅ，１３０ｊ，１３０ｋ等が設けられる。
一方、側面カバー１４０にはホゾ穴となる複数のスリット１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ，１４０ｅ，１４０ｍ，１４０ｎ，１４０ｐ，１４０ｑ，１４０ｒ等の他に、凹部１４０ｊ，１４０ｋ，１４０ｌが形成される。

後部部材１３０の突部１３０ａは側面カバー１４０のスリット１４０ａに挿入され、固定される。同様に、後部部材１３０の突部１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅはそれぞれ、側面カバー１４０のスリット１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ，１４０ｅに挿入され、固定される。また、後部部材１３０の突部１３０ｊ，１３０ｋは、側面カバー１４０凹部１４０ｊ，１４０ｋに係合される。
後部部材１３０は、図７で説明するリブ１６０の突部が挿入されるスリット１３０ｆ，１３０ｇ，１３０ｈを有する。

図７において、前部部材１２０は、端部に複数の突部１２０ｍ，１２０ｎ，１２０ｐ，１２０ｑ，１２０ｒ，１２０ｌを有するとともに、面板部にスリット１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ等が形成される。
端部の突出部１２０ｍ，１２０ｎ，１２０ｐ，１２０ｑ，１２０ｒは、図
６で説明した側面カバー１４０の対応するスリット１４０ｍ，１４０ｎ，１４０ｐ，１４０ｑ，１４０ｒに挿入、固定される。
リブ１６０は、外縁部に複数の突部１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄ，１６０ｅ，１６０ｆ，１６０ｇ，１６０ｈが設けられる。

リブ１６０の突部１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄはそれぞれ前部部材１２０の対応するスリット１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄに挿入、固定される。
リブ１６０の底部の突部１６０ｅは、前部部材１２０の底部に形成される図示しないスリットに挿入、固定される。
同様に、リブ１６０突部１６０ｆ，１６０ｇ，１６０ｈは、後部部材１３０の対応するスリット１３０ｆ，１３０ｇ，１３０ｈに挿入、固定される。
上述した締結構造によりコラム本体は組立てられる。

図８は、コラム足部材２００の斜視図、図９は、コラム足部材の分解図である。
全体を符号２００で示すコラム足部材は、足本体２１０、底板２２０、本体カバー２３０、２種類のリブ２４０，２５０、ストッパ２６０、ストッパカバー２７０を有する。

図９に示すように、コラム足部材を構成する各部材は、板金を精密レーザ加工し、必要個所を折り曲げ加工することにより作成される。
足本体２１０は、両側部に突部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄ，２１０ｅ，２１０ｆ，２１０ｇを有するとともに、折り曲げた下端部に凹部２１０ｈ，２１０ｋ，２１０ｌを有する。
また、上面には、スリット２１０ｍ，２１０ｎ，２１０ｐ，２１０ｑ，２１０ｒ，２１０ｓが形成される。
底板２２０は、突部２２０ｈ，２２０ｋ，２２０ｌを有し、本体２１０の対応する凹部２１０ｈ，２１０ｋ，２１０ｌに係合する。

本体カバー２３０には、複数のスリット２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ，２３０ｄ，２３０ｅ，２３０ｆ，２３０ｇ等が形成される。足本体２１０の突部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄ，２１０ｅ，２１０ｆ，２１０ｇはそれぞれ対応する本体カバー２３０のスリット２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ，２３０ｄ，２３０ｅ，２３０ｆ，２３０ｇに挿入される。
リブ２４０は、上部に突部２４０ｍ，２４０ｎ，２４０ｐを有し、各突部は足本体２１０の対応するスリット２１０ｍ，２１０ｎ，２１０ｐに挿入される。この突部２４０ｍ，２４０ｎ，２４０ｐは足本体２１０の上面を貫通し、上方へ突出する。

リブ２５０は、上部に突部２５０ｑ，２５０ｒ，２５０ｓを有し、足本体２１０の対応するスリット２１０ｑ，２１０ｒ，２１０ｓに挿入される。
ストッパ２６０は、角柱形状に折り曲げられ、端部に複数の突部２６０ａ，２６０ｂ等が設けられる。ストッパカバー２７０は、対応する凹部２７０ａ，２７０ｂ等を有し、ストッパ２６０の両側部にストッパカバー２７０が係合される。

本発明のコラムは、以上に説明した構成を有し、精密レーザ加工により作成された板金部材を用意し必要個所に設けた突部をスリットに挿入することにより全体のユニットを組立てるものである。
各構成部材は、全て板金部材であるので、加工も自動化でき短時間で必要なユニットを製造することができる。

図１０は、ベッドユニットの斜視図である。
全体を符号５０Ａで示すベッドユニットは、ベッド下部３００と、ベッド上部６００で構成される。

図１１は、ベッド下部ユニット３００とベッド上部６００の組立構造を示し、ベッド下部ユニット３００の完成後に上部製缶加工部材６１０，６２０を取りつけてベッドユニットを完成する組立手順を示す。

図１２は、ベッド下部ユニット３００の組立図、図１３は分解図である。
ベッド下部ユニット３００は、４枚の側板３１０，３２０，３３０，３４０と底板３６０，３６２を有し、これらの側板と底板を連結する多様な形状を有するリブ３７０，３７２，３８０，３９０，３９２，４００等を備える。

図１４は、図１３のＡ部の詳細を示し、図１５はＢ部の詳細を示す。
２枚の側板３１０と側板３２０は、それぞれの端部に形成される蟻ホゾ３１０ａと蟻ホゾ溝３２０ａを利用した継手構造を組合せることにより１枚の側板ユニットに構成される。
側板ユニットを２枚の側板で組立構成するので、各側板の加工に大型のレーザ加工機を使用する必要がなく、生産性と加工精度が向上する。
同様に、側板３３０と側板３４０も蟻ホゾ３３０ａと蟻ホゾ溝３４０ａを組合せることにより１枚の側板ユニットに構成される。

図１４は、この側板３３０と側板３４０の継手構造を示す。
側板３３０の端部には３個の蟻ホゾ３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃが設けられる。一方、側板３４０の端部には３個の蟻ホゾ溝３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃが形成される。
この３個所の蟻ホゾと蟻ホゾ溝を組合せることにより、２枚の側板は１枚の側板ユニットに組立てられる。
側板ユニット３３０は、リブの突部が挿入されるスリット３３０ｄ，３３０ｅ，３３０ｆ等を有し、また、後述する締結ユニットを装着するための角穴３３０ｇ，３３０ｈ，３３０ｊ，３３０ｋ等を備える。
同様に、側板３４０もリブの突部が挿入されるスリット３４０ｄ，３４０ｅ，３４０ｆや締結ユニットを装着するための角穴３４０ｇ等を備える。
底板３６２も、側板の下部に形成される突部が挿入されるスリット３６２ａ，３６２ｂ，３６２ｃ，３６２ｄや、リブの突部が挿入されるスリット３６２ｅを有する。

図１５に示すように、側板３１０の端部には複数の突部が設けてあり、突部３１０ｃは、端側板３５０の対応するスリット３５０ｃに挿入される。端側板３５０に形成されるスリット３５０ｄには、図１３に示す側板３３０の端部の突部３３０ｄが挿入される。側板の端部に設けられる複数の突部と、側端板に形成される複数のスリットを組合せることで、剛性の高いベッドユニットを構成することができる。
１対のリブ３７０，３７２は、フランジ部３７０ａ，３７２ｄを有し、側板３１０のスリット３１０ａ，３１０ｄを貫通して突出する。このフランジ部３７０ａ，３７２ｄは、左右のベッドユニットを連結する横桁を取付けるために使用される。
一方のリブ３７０は、締結ユニット用の角穴３７０ｂを有し、他方のリブ３７２は、ボルト貫通用の丸穴３７２ｂが形成される。

図１６は、ベッド下部ユニットを構成する部材のうちのレーザ加工部材の一覧を示す。

図１７は、ベッドの断面構造を示す。対向する側板３１０，３３０は、リブ３７０で結合され、締結ユニット５００で締結される。締結ユニット５００は、パイプ５１０と、パイプ５１０内に挿入されるボルト５２０と、ナット５３０で構成される。
パイプ５１０は、２枚の側板３１０，３３０の内壁部に圧接される。ボルト５２０は、丸頭部５２４と、丸頭部５２４の直下の着部に形成される角柱部５２２と、ねじ部５２６を有する。

このボルト５２０を一方の側板３３０に形成した角穴に挿入することにより、ボルト５２０は廻り止めされる。そこで、他方の側板３１０の外側に突出するボルトのねじ部５２６にナット５３０を螺合することによりパイプ５１０と協同して２枚の側板３１０，３３０を強固に組付けることができる。
また、対向する側板３１０，３３０の上部には、角柱形状の部材４５０が配設され、締結ユニット５００で結合される。
２枚の側板３１０，３３０の内側には、複数のリブが配設される。また、側板の下端部に設けられる突部は基板のスリットに挿入される。
上述した構成により、剛性の高いベッドユニットを製造することができる。
この剛性を向上する機構は、レーザ加工によって寸法精度０．０５〜０．１ｍｍ程度に加工された高精度な突部（ホゾ）とスリット（ホゾ穴）を有し、レーザ加工機によって寸法精度０．０５〜０・０１ｍｍ程度に加工された高精度な多数の構成部材と、ランダムに配置された多数の突部とスリットと多数の締結ボルト等で締結し、それらの要素を一体に組み立てることによって、寸法公差を相殺し、剛性の高い一体構造物を構成することによるものである。

工作機械の基本的な構造を示す説明図。工作機械のベッドの製造工程を示す図。本発明のコラム組立図。本発明のコラムの本体の組立図。本発明のコラムの本体の分割図。図５のＡ部の詳細図。図５のＢ部の詳細図。コラム足部材の組立図。コラム足部材の分解図。本発明のベッドの組立図。本発明のベッドの上部部材と下部部材の説明図。ベッド下部ユニットの組立図。ベッド下部ユニットの分解図。図１３のＡ部の詳細図。図１３のＢ部の詳細図。ベッド下部ユニットのレーザ加工部材の一覧図。ベッド下部ユニットの断面図。

符号の説明

１工作機械
１０加工ヘッド
２０サドル
３０，３０Ａコラム
４０モータ
５０，５０Ａベッド
１００コラム本体
２００コラム足部材
３００ベッド下部ユニット
５００締結ユニット
６００ベッド上部ユニット

Claims

レーザ精密加工により作成される板金部材の組立構造を有する工作機械のベッドであって、
ベッドの上部ユニットと下部ユニットを備え、
ベッドの下部ユニットは、
ベッドの長手方向に延びる対向して配設される側板と、
側板の底部を覆う底板と、
側板の上部に配設される角柱部材と、
側板の両端部を覆う端面板と、
内部に配設されて両側板に結合される複数枚のリブと、
両側板を締結する締結ユニットと、
を備え、
側板は複数枚の板金部材を結合した構造を有し、
板金部材を結合する継手構造は、一方の部材の端部に設けられる蟻ホゾと、他方の部材の端部に形成されて蟻ホゾが挿入される蟻ホゾ溝であり、
リブと側板の結合構造は、リブの外縁部に設けられる突部と、側板に形成されて突部が挿入されるスリットであって、
締結ユニットは、両側板の内面に当接するパイプと、両側面とパイプを貫通するボルトと、ボルトに螺合するナットと、
を備える工作機械のベッド。