JP4696779B2 - 工作機械のベッドの構造 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械のベッドの構造に関する。

従来より、数値制御装置等を備えた工作機械を用いてワークの加工を行う場合、ワークの被加工個所と加工工具との接触部を冷却するクーラントや、加工工具の潤滑及び冷却等を行うオイル等の流体が一般的に用いられている。これらの流体は工作機械に設けられた循環経路を介して回収されて再び供給される。
図１（斜視図）、図２（Ａ）（側面図）、図２（Ｂ）（正面図）に従来の工作機械１の例を示す。例えば工作機械１は、ベッド１０、主軸台１４、主軸１４ａ、心押台１５及びテーブル１５ａ、加工台２０、平型案内部材１２、Ｖ型案内部材１３等にて構成されている。なお、全ての図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は直交しており、Ｙ軸は鉛直上向きの方向を示しており、Ｚ軸は加工工具（加工台に設けられており、図示省略）がワーク（図示省略するが、主軸１４ａと心押台１５に挟持されている）に切り込む水平方向を示しており、Ｘ軸はＺ軸に垂直な水平方向を示している。
平型案内部材１２とＶ型案内部材１３はベッド１０上に固定されており、加工台２０のＸ軸方向の移動を案内する。加工台２０には加工工具（図示省略）が設けられており、加工工具は加工台２０上にてＺ軸方向に往復移動可能に設けられている。
ベッド１０には流体溝１６が設けられており、例えば加工工具とワークとの接触部の冷却に使用したクーラントを、当該流体溝１６を介してタンク等（図示省略）に回収して再度加工工具とワークとの接触部に供給する。

高い加工精度を実現するためには、ベッド１０には高い剛性が要求される。加工台２０に設けられた加工工具の位置を高精度に制御しても、ベッド１０の剛性が低い場合、ベッド１０が変形してベッド１０上のワークと加工工具との相対位置に誤差が生じるためである。
そこで特許文献１に記載した従来技術では、ベッドの底板に多角形の筒状体の支柱を立設し、当該支柱に天板を載置固定することで、ベッドの変形量を減少させるとともに、製造が簡便なベッドの構造が提案されている。
特開２００５−００７４９４号公報

特許文献１に記載した従来技術では、加工台２０と主軸台１４と心押台１５、テーブル１５ａ等の主たる重量物の各々を筒状体で下から支える点では有効な構造である。しかし、ベッド１０に流体溝１６を設けた場合、図２（Ａ）の例に示すように、流体溝１６によってベッド１０の剛性が低下するため、主軸台１４、心押台１５、テーブル１５ａ等が振動してワークと加工工具との相対位置が変動する可能性があり、加工精度が低下する可能性がある。
また、近年では工作機械１をより小型化するために、図２（Ｂ）の例に示すように、主軸台１４等がベッド１０の側面１０Ｌの側にオーバーハングするように突出している場合がある。このような工作機械１では、ベッド１０の剛性が低いと、オーバーハングした主軸台１４等が振動してワークと加工工具との相対位置が変動する可能性があり、加工精度が低下する可能性がある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、ベッドの剛性をより高くすることで加工精度をより向上させることができる工作機械のベッドの構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの工作機械のベッドの構造である。
請求項１に記載の工作機械のベッドの構造では、ベッドには、流体を流す流体溝が一方の側面から対向する側面にかけて横断するように形成されているとともに、前記一方の側面及び前記対向する側面の少なくとも一方において開口部を有するように前記流体溝が形成されており、前記流体溝の幅方向に架け渡すように補強部材が設けられている。
そして前記補強部材は、前記開口部が形成された一方の側面または前記対向する側面の少なくとも一方に設けられている。
そして前記補強部材が設けられた前記開口部に隣接する前記ベッド上には、前記ベッドから前記開口部が設けられた側面の側にオーバーハングするように所定部材が載置されており、前記所定部材を下から支持するように、前記補強部材が前記所定部材の方向に延設されている。

また、本実施の形態に記載の工作機械のベッドの構造では、前記補強部材は、前記開口部が形成された一方の側面または前記対向する側面の少なくとも一方に設けられている。

また、本実施の形態に記載の工作機械のベッドの構造では、前記補強部材が設けられた前記開口部に隣接する前記ベッド上には、前記ベッドから前記開口部が設けられた側面の側にオーバーハングするように所定部材が載置されており、前記所定部材を下から支持するように、前記補強部材が前記所定部材の方向に延設されている。

請求項１に記載の工作機械のベッドの構造では、例えば図３（Ａ）に示すように、ベッド１０の流体溝１６の幅方向に架け渡すように補強部材３０を設ける。
この補強部材３０によりベッド１０の剛性をより高くすることが可能であり、図２（Ａ）の例に示す主軸台１４及び心押台１５、テーブル１５ａの振動を抑制することができ、加工精度をより向上させることができる。

また、請求項１に記載の工作機械のベッドの構造によれば、例えば図３（Ｂ）に示すように、流体溝１６の開口部において流体溝１６の幅方向に架け渡すようにベッド１０の側面に補強部材３０を設けることで、ベッド１０上を移動する加工台２０に干渉しない位置に補強部材を設けることができる。このため、補強部材のサイズ、形状等の自由度が向上する。

また、請求項１に記載の工作機械のベッドの構造によれば、例えば図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、オーバーハングするように載置された部材（この場合、主軸台テーブル１４Ｔと主軸台１４がオーバーハングしている）を下から支持するように補強部材３０を延設する。
この補強部材３０によりベッド１０の剛性をより高くすることが可能であり、図２（Ｂ）の例に示す主軸台１４の振動を抑制することができ、加工精度をより向上させることができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
図１は従来の工作機械１の斜視図を示しており、同様に図２（Ａ）は従来の工作機械１の側面図を示しており、図２（Ｂ）は従来の工作機械１の正面図を示している。
従来の工作機械１のベッド１０には、流体（クーラントやオイル等）を流す流体溝１６が、ベッド１０の一方の側面１０Ｒから対向する側面１０Ｌにかけて横断するように形成されている。
また流体溝１６は、ベッド１０の一方の側面１０Ｒ及び対向する側面１０Lにおいて開口部１６Ｒ、１６Ｌを有するように形成されている。この開口部１６Ｒ、１６Ｌから流体をタンク等（図示省略）に回収する。
なお、図１、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示した従来の工作機械１の各構成要素については既に説明しているので、説明を省略する。

また図２（Ｂ）に示すように、流体溝１６は中央部が最も高く開口部１６Ｒ及び１６Ｌの部分が最も低くなるように形成されている。そして、この流体溝１６内に、底面が一方に傾斜した流体回収皿１７を収容することで、回収する流体を開口部１６Ｒの側から回収することも可能であるし、開口部１６Ｌの側から回収することも可能である。（開口部１６Ｌの側から回収する場合、図２（Ｂ）に示す流体回収皿１７の傾斜の方向が反対となるように流体回収皿１７を収容する。）
なお、流体溝１６は、中央部が最も高くなるように形成されていなくてもよく、開口部も一方のみに形成され、当該開口部に向けて傾斜するように設けられていてもよい。つまり、流体溝１６において開口部は開口部１６Ｒまたは開口部１６Ｌの少なくとも一方が形成されていればよい。

図２（Ａ）（側面図）の例に示すように、従来の工作機械１では、流体溝１６の部分にてベッド１０の剛性が低下しているため、主軸台１４及び主軸１４ａ、そして心押台１５、テーブル１５ａが、加工台２０に近づく方向及び遠ざかる方向に振動する場合があり、加工精度が低下する可能性がある。
また図２（Ｂ）（正面図）の例に示すように、従来の工作機械１では、ベッド１０上にベッド１０の側面からオーバーハングするように（側面から突出するように）設けられた部材がある場合、ベッド１０の剛性が低いと、当該突出した部材が突出方向に振動する場合があり、加工精度が低下する可能性がある。
以下、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す振動（主軸台１４等の振動）を抑制することができる、より高い剛性を有するベッド１０の構造を、第１〜第３の実施の形態にて説明する。

●［第１の実施の形態（図３（Ａ））］
図３（Ａ）に、第１の実施の形態におけるベッド１０の構造の例を示す。第１の実施の形態では、ベッド１０に形成した流体溝１６の幅Ｗｍに対して、幅方向に架け渡すように補強部材３０を設ける。補強部材３０は、１個所に設けてもよいし、複数個所に設けてもよい。
なお、補強部材３０は、Ｖ型案内部材１３及び平型案内部材１２の長手方向（Ｘ軸方向）に移動する加工台２０に干渉しない形状にすれば、流体溝１６に対して任意の位置に、幅方向に架け渡すように設けることができる。
この補強部材３０によりベッド１０の剛性をより高くすることが可能であり、図２（Ａ）の例に示す主軸台１４及び心押台１５、テーブル１５ａの振動を抑制することができ、加工精度をより向上させることができる。

●［第２の実施の形態（図３（Ｂ））］
図３（Ｂ）に、第２の実施の形態におけるベッド１０の構造の例を示す。第２の実施の形態では、ベッド１０に形成した流体溝１６の幅Ｗｍに対して、幅方向に架け渡すように補強部材３０を設けるとともに、開口部１６Ｒまたは開口部１６Ｌが設けられた一方の側面１０Ｒまたは対向する側面１０Ｌの少なくとも一方の側面に補強部材３０を設ける。図３（Ｂ）の例では側面１０Ｒと側面１０Ｌの双方に補強部材３０を設けた例を示している。
第２の実施の形態に示す補強部材３０は、第１の実施の形態に示す補強部材３０に対して、加工台２０が干渉しない位置に補強部材３０を設けることができるため、補強部材３０のサイズ、形状等の制約がなく、より適切なサイズ、より適切な形状の補強部材３０を設けることができる。
この補強部材３０によりベッド１０の剛性をより高くすることが可能であり、図２（Ａ）の例に示す主軸台１４及び心押台１５、テーブル１５ａの振動をより抑制することができ、加工精度をより向上させることができる。

●［第３の実施の形態（図４（Ａ）、（Ｂ））］
図４（Ａ）及び（Ｂ）に、第３の実施の形態におけるベッド１０の構造の平面図の例を示す。第３の実施の形態では、第２の実施の形態に対して、開口部１６Ｒまたは開口部１６Ｌに隣接するベッド１０上に、当該開口部が設けられた側面の側にオーバーハングするように載置された所定部材（図４（Ａ）及び（Ｂ）の例では、主軸台１４と主軸台テーブル１４Ｔ）を下から支持するように、補強部材３０を所定部材の下まで延設する。
この補強部材３０によりベッド１０の剛性をより高くすることが可能であり、図２（Ｂ）の例に示す主軸台１４の振動を更に抑制することができ、加工精度を更に向上させることができる。
なお、図４（Ａ）及び（Ｂ）の例では、補強部材３０とベッド１０とを更にリブ部材で接続し、オーバーハングしている所定部材の重量を更に適切に支えている。

●［本実施の形態の工作機械のベッドの構造の効果（図５）］
次に図５（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、本実施の形態にて説明した工作機械のベッドの構造の効果について説明する。
図５（Ａ）は、横軸をモード次数に設定し、縦軸を固有振動数［Ｈｚ］に設定したグラフであり、各モード次数に対して、補強無し（従来のベッドの構造）と、補強有り（第２の実施の形態）のグラフを示している。ここで「モード次数」は、グラフの下に示すように、片側を固定端とした場合の振動の節の数であり、１次モードでは節が１個、２次モードでは節が２個となる振動を指す。

図５（Ａ）のグラフが示すように、従来に対して本実施の形態のベッドの構造では、固有振動数が高くなる。これにより、従来では加工工具の使用範囲（例えば回転砥石を用いた研削盤の場合は砥石の回転数の使用範囲等）において発生する加工工具の振動数の範囲に、工作機械の固有振動数が入っていた場合、当該固有振動数にてベッド１０が共振して加工精度が低下する可能性があった。
しかし本実施の形態にて説明したベッド１０の構造では、工作機械１の固有振動数を高い側に移動させることができるので、加工工具の振動数の範囲から工作機械の固有振動数を逸脱させることが可能となる。これにより、加工工具の振動数と固有振動数とが一致して共振するようなことがなくなり、加工精度をより向上させることができる。
加工工具の使用範囲は加工精度等への影響が大きいために変更はできないが、本実施の形態のベッドの構造では、工作機械の固有振動数を高い側にずらすことができるため、加工精度をより向上させることができる。
なお、固有振動数を低い側にずらすよりも高い側にずらすほうが、より好ましい。低い側にずらした場合、加工工具の停止状態から使用範囲に到達させる間に固有振動数を経由するため、工作機械が共振する場合があり、好ましくない。

図５（Ｂ）は、横軸を周波数［Ｈｚ］に設定し、縦軸を振動量［μｍ／Ｎ］に設定したグラフであり、補強無し（従来のベッドの構造であり、点線で示す）と、補強有り（第２の実施の形態であり、実線で示す）と、補強改良（第３の実施の形態であり、一点鎖線で示す）のグラフを示している。
図５（Ｂ）のグラフが示すように、従来（点線のピーク２ａ部分）に対して、第２の実施の形態（実線のピーク２ｂ部分）及び第３の実施の形態（一点鎖線のピーク２ｃ部分）のほうが、固有振動数が高い側に移動しており、且つ振動量も低減されていることが確認できた。なお、グラフ中のピーク部２ａ、２ｂ、２ｃは、図５（Ａ）のモード次数［２］に相当する固有振動数である。

本発明の工作機械のベッドの構造は、本実施の形態で説明した工作機械の種類、外観、構成等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。また、本実施の形態にて説明した補強部材３０の形状、サイズ等は適宜変更が可能である。
補強部材３０を流体溝１６の幅方向に架け渡す位置は任意の位置とすることができる。また、補強部材３０の数も任意の数とすることができる。また補強部材３０の材質も種々の材質を用いることができる。

従来の工作機械のベッドの構造を説明する概略図（斜視図）である。 従来の工作機械のベッドの構造を説明する概略図（側面図、正面図）である。 本発明の工作機械のベッド１０の構造における第１の実施の形態と第２の実施の形態を説明する概略図（ベッド１０の斜視図）である。 本発明の工作機械のベッド１０の構造における第３の実施の形態を説明する図（補強部材３０の周辺の図）である。 本発明の工作機械のベッド１０の構造の効果を説明する図である。

１ 工作機械
１０ ベッド
１０Ｒ、１０Ｌ （ベッドの）側面
１０Ｆ （ベッドの）正面
１２ 平型案内部材
１３ Ｖ型案内部材
１４ 主軸台
１４Ｔ 主軸台テーブル
１４ａ 主軸
１５ 心押台
１５ａ テーブル
１６ 流体溝
１６Ｒ、１６Ｌ 開口部
１７ 流体回収皿
２０ 加工台
３０ 補強部材

Claims (1)

1. 工作機械のベッドの構造であって、
   前記ベッドには、流体を流す流体溝が一方の側面から対向する側面にかけて横断するように形成されているとともに、前記一方の側面及び前記対向する側面の少なくとも一方において開口部を有するように前記流体溝が形成されており、
   前記流体溝の幅方向に架け渡すように補強部材が設けられており、
   前記補強部材は、前記開口部が形成された一方の側面または前記対向する側面の少なくとも一方に設けられており、
   前記補強部材が設けられた前記開口部に隣接する前記ベッド上には、前記ベッドから前記開口部が設けられた側面の側にオーバーハングするように所定部材が載置されており、
   前記所定部材を下から支持するように、前記補強部材が前記所定部材の方向に延設されている、
   ことを特徴とする工作機械のベッドの構造。

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