JP5010654B2

JP5010654B2 - ワーク支持装置及び横形工作機械

Info

Publication number: JP5010654B2
Application number: JP2009201025A
Authority: JP
Inventors: 賢一中村
Original assignee: 倉敷機械株式会社
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP2011051051A

Description

本発明は、横形工作機械に併設され、ワークの重量および加工負荷が大きくなっても、ワークを任意角度で高精度且つ自動に傾斜保持し得るワーク支持装置に関するものである。

例えば、出力が１．５ＭＷ以上の大型風力発電機では、ブレードを取り付けるロータハブだけでも外形が２ｍ以上、重量が８トン以上のものとなり、このような大型で且つ大重量のワークの傾斜面を加工する場合には、一般的にワークを回転自在に支持する回転部を有する横中ぐり盤若しくは横型ＭＣを用い、回転部とワークの間に傾斜治具を挿入し、ワークを傾斜させて加工を行う方法が取られている。

この傾斜治具の挿入は、人の手作業で行うものであり、非常に時間の掛かる作業であると共に、精度を出す調整作業も非常に厄介であり、更に、ワークが変わり、傾斜角も変わってしまう場合には、その都度、傾斜治具を入れ替えなければならず、段取り作業に非常に時間が掛かり、作業効率が非常に悪いものであった。

そこで、従来から、回転部を自動で傾斜せしめる傾斜機構を具備したワーク支持装置を有する例えば、特公平０６−０８８１９２号公報に示されるような工作機械（以下、従来例という。）が提案されているが、この傾斜機構は回転部に設けた軸を軸受部で揺動自在に支承する構造、即ち、回転部とワークの重量負荷が軸と軸受の２点に集中する構造であり、大重量のワークには対応する剛性を備えていない。

従って、従来例を前述したロータハブのような重量の重いワークに対応させようとすれば、剛性を強化して傾斜機構を非常に大きなものにしなければならず、そのため、装置全体も大きくなると共に装置が高価なものとなってしまうという問題があった。

特公平０６−０８８１９２号公報

以上のように、傾斜治具を使用して手作業にて傾斜角を調整する場合は、段取り作業に非常に時間を要し、作業効率を著しく低下させてしまうという問題があり、また、従来例を重量のあるワークに対応させようとすれば、装置自体が非常に大型化し、また、装置が非常に高価なものとなり、例えば、ロータハブを加工する場合は、加工単価を考慮すると採算が合わないものとなる。

本発明は、上述の問題を解決したもので、横形工作機械に併設され、加工するワークが大型で大重量となっても加工することができ、しかも、ワークを任意角度に精度良く自動的に傾斜させることができ、更に装置全体がコンパクトで、且つ低コストで製造できるワーク支持装置を提供することを目的としている。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

横形工作機械に併設され該横形工作機械により加工するワーク１を支持可能な横形工作機械用のワーク支持装置であって、基台部２と、この基台部２の上部に水平方向に移動自在に設けられる水平移動部３と、この水平移動部３の上部に設けられ一側部が該水平移動部３に枢着される傾斜部５と、この傾斜部５の上部に設けられ上面がワーク載置面６に設定される回転部７とから成り、前記傾斜部５の他側部と前記水平移動部とには駆動部８を有する昇降機構４が介在せしめられ、また、前記傾斜部５及び前記回転部７は前記昇降機構４の作動により任意角度に傾斜保持されるように構成され、更に、前記水平移動部３の上面には水平移動部側接触板部14が設けられ、また、前記傾斜部５の下面には傾斜部側接触板部15が設けられ、前記昇降機構４は、前記傾斜部５が下降動し前記水平移動部側接触板部14と前記傾斜部側接触板部15とが当接後、前記駆動部８に所定の負荷がかかった際に動停止するように構成されていることを特徴とするワーク支持装置に係るものである。

また、請求項１記載のワーク支持装置において、前記昇降機構４は、螺子部９とナット部10から成るボールネジ機構であり、前記螺子部９が前記傾斜部５に連設され、更に、前記螺子部９を回転不能状態にするクランプ部11が設けられたことを特徴とするワーク支持装置に係るものである。

また、請求項１記載のワーク支持装置において、前記昇降機構４は、螺子部９とナット部10から成るボールネジ機構であり、前記ナット部10が前記傾斜部５に連設され、更に、前記螺子部９を回転不能状態にするクランプ部11が設けられたことを特徴とするワーク支持装置に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載のワーク支持装置において、前記傾斜部５と前記水平移動部３の間にして前記水平移動部３と前記傾斜部５の一側部とが枢着される枢着部12と前記昇降機構４との間には、前記傾斜部５を支持する支持部13が設けられていることを特徴とするワーク支持装置に係るものである。

また、請求項４記載のワーク支持装置において、前記支持部13は流体バネ部13であることを特徴とするワーク支持装置に係るものである。

また、請求項１〜５いずれか１項に記載のワーク支持装置において、前記ワーク１は重量が８トン以上であることを特徴とするワーク支持装置に係るものである。

また、請求項１〜６いずれか１項に記載のワーク支持装置を具備することを特徴とする横形工作機械に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、例えば、出力が１．５ＭＷ以上の大型風力発電機のロータハブのような大きさが２ｍ以上、重量が８トン以上もある大型で大重量のワークであっても、回転部上面のワーク載置面にワークを載置した状態でこの回転部を自動で任意角度に容易に傾斜保持することができ、大型ワークの傾斜面加工時の作業効率が非常に向上し、更に、装置全体を傾斜させるのではなく、水平移動部の上方に位置する傾斜部及び回転部を傾斜させる構造であるから、昇降機構の負担を可及的に軽減でき、この点においても重量のあるワークを傾斜させる構造としては秀れたものとなる。

また、本発明は、てこの原理を採用して昇降機構に掛かる負荷を低減する構造としたから、昇降機構自体を大型にする必要がなく、装置全体の大きさもコンパクトにすることができ、よって、製造コストを低減することが可能となる画期的なワーク支持装置となる。

本実施例の使用状態を示す説明側面図である。本実施例の使用状態を示す説明平面図である。本実施例のワークを載置し回転部を傾斜状態とした説明側面図である。本実施例の昇降機構を示す一部を切欠いた説明斜視図である。本実施例の空気バネを示す一部を切欠いた説明側面図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

ワーク１を回転部７のワーク載置面６に載置し、基台部２の上部に設けた水平移動部３を移動させ、回転部７を回転させてワーク１の加工面を加工に適した所定の位置に合わせる。

また、昇降機構４が昇降作動させ、傾斜部５の他側部を上下動させると、傾斜部５の一側部は水平移動部３に枢着されているから、傾斜部５は片持ち状態の傾斜状態となり、この傾斜部５の上部に設けられている回転部７も傾斜部５と同様に傾斜状態となり、回転部７のワーク載置面６に載置したワーク１の加工面は加工に適した任意角度に傾斜し、この傾斜角度が保持される。

従って、従来のように、人が手作業でワーク１と回転部７との間に傾斜治具を挿入してワーク１を所定の傾斜状態とする必要がなくなり、また、ワーク１が変わって、違う傾斜角度の傾斜面を加工する場合においても、一々傾斜治具を入れ替える必要もなくなり、段取り作業の時間を省くことができるので、大型で大重量のワーク１に対して傾斜面を加工する加工時間を大幅に短縮することができる。

また、この傾斜部５及び回転部７を傾斜させる構成は、傾斜部５が水平移動部３に枢着する部位が支点となり、昇降機構４が力点となり、ワーク１を載置している箇所が作用点となる、所謂てこの原理を用いた構成であるから、昇降機構４は小さい力でワーク１が載置されている回転部７の他側部を上方に容易に持ち上げることができ、昇降機構４に掛かる負荷を軽減できる。

つまり、従来例の場合、大重量のワーク１に対応させようとすると、剛性を向上させるために装置が非常に大型化し、製造コストも大幅に高くなってしまうという問題が生じるが、この点、本発明は前述した構成とすることで大重量のワーク１であっても大掛かりな構造とせずとも確実に対応することができることになる。

また、例えば、請求項２，３記載の発明の場合、昇降機構４は螺子部９とナット部10から成るボールネジ機構であり、螺子部９若しくはナット部10が傾斜部５に連設され、更に、螺子部９を回転不能状態にするクランプ部11が設けられているから、クランプ部11が螺子部９を強固に挟持することで、螺子部９が回転不能状態となり、ワーク１の重量や切削抵抗によって螺子部９に負荷が掛かり下方に押し下げようとする力や上方に押し上げようとする力が作用しても、螺子部９が逆回転しないため、昇降機構４が上下動することがなく、よって、傾斜部５の傾斜角度が変動せず、ワーク１は所定の傾斜角度に保持された状態が維持され、ワーク１の傾斜面を所定の角度に高精度に加工することができる。

また、例えば、請求項４記載の発明の場合、傾斜部５と水平移動部３との間にして枢着部12と昇降機構４との間に、傾斜部５を支持する支持部13が設けられているから、この支持部13が傾斜部５の下面を押し上げ、回転部７上面のワーク載置面６に載置されたワーク１の重量の影響で傾斜部５に撓みが生じることが抑制され、特に、この支持部13を請求項５記載の発明のように流体バネ部13とした場合には、この流体バネ部13に流体を送り込むことで流体バネ部13が傾斜に沿った形状で伸びて傾斜部５の下面に当接し、傾斜部５を上方に持ち上げるように支持するから、ワーク１の重量により傾斜部５が凹状に撓んでしまうことが防止され、更に、加工時の振動を吸収し減衰することもできるから、ワーク１を設計どおりに精度良く加工できることになる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、横形工作機械に併設され該横形工作機械により加工するワーク１を支持可能な横形工作機械用のワーク支持装置であって、基台部２と、この基台部２の上部に水平方向に移動自在に設けられる水平移動部３と、この水平移動部３の上部に設けられ一側部が該水平移動部３に枢着され他側部が昇降機構４を介して前記水平移動部３に設けられる傾斜部５と、この傾斜部５の上部に設けられ上面がワーク載置面６に設定される回転部７とから成り、前記傾斜部５及び前記回転部７は前記昇降機構４の作動により任意角度に傾斜保持されるように構成されているものである。

また、本実施例における横形工作機械とは、工作機械の主軸が水平方向に配置されたもので、例えば横形マシニングセンタや横中ぐり盤がその代表例であり、主軸が垂直方向に配置された立形工作機械（例えば、立形マシニングセンタやボール盤）と対置されるものである。

本実施例は、図１〜図２に示すように、横中ぐりフライス盤16に併設し、ワーク１としての１．５ＭＷクラス以上の大型風力発電機のロータハブ１（外形２ｍ以上、重量８トン以上）を載置し加工可能なワーク支持装置であり、基台部２と、この基台部２の上部に水平方向（本実施例においては主軸18を基準とした左右水平方向）に移動自在に設けられる水平移動部３と、この水平移動部３の上部に設けられ一側部が水平移動部３に枢着され他側部が昇降機構４を介して水平移動部３に設けられる傾斜部５と、この傾斜部５の上部に設けられる回転部７とで構成している。

具体的には、基台部２は、主軸18の軸方向に対して直交する左右水平方向に長さを有し、また、基台部２の上面には後述する水平移動部３を直線案内する二本の凸条ガイド部19が所定間隔を置いて設けられている（夫々の凸条ガイド部19は左右水平方向に延設されている。）。

また、この基台部２の上面には水平移動部３が左右水平方向に移動自在に設けられ、この下部の下面には前記凸条ガイド部19に嵌合する凹条溝部20が設けられ、水平移動部３に設けたボールネジ機構21の作動により水平移動部３は凸条ガイド部19に沿って左右水平方向にスライド移動する。

更に、図３に示すように、水平移動部３の横中ぐりフライス盤16側となる一側部の左右両端部には、後述する傾斜部５の一側部と枢着する枢着部12が設けられており、また、反対側となる他側部の左右両端部には昇降機構４が設けられており、この昇降機構４の上端部は傾斜部５の他側部と連設されており、昇降機構４の上下動により傾斜部５は傾斜状態となる。

この枢着部12には角度センサーが設けられており（図示省略）、傾斜部５が傾斜状態となり得られた角度信号より、複数の駆動部８としてのサーボモータ８を同期制御する構成としている。

本実施例は、この角度センサーを加工位置に近い枢着部12に設けたことで、より高精度の角度割出しが可能となる。

また、この昇降機構４は、図４に示すように、ＮＣ制御された駆動部８としてのサーボモータ８により、ウォームギア機構22を介してナット部10を回転させ、このナット部10の回転により、螺子部９を上下動させるボールネジ機構23を用いた構成としており、ウォームギア機構22は減速機構として用いられており、ウォームギア機構22を介することで大きなトルクを得られるので、駆動部８であるサーボモータ８を大型にする必要がなく、装置のコンパクト化及び製造コストの低減を図ることができ、更に、このウォームギア機構22は他の歯車機構に比べてバックラッシュが小さい特徴があり、よって、サーボモータ８の逆回転時の位置ズレが生ぜず、高精度に加工位置（角度）を割出すことができる。

また、この螺子部９の上端部は、傾斜部５の他側部に設けられた上リンク部24に連設されており、また、昇降機構４は、水平移動部３の他側部に設けられた下リンク部25に連設されている。

従って、このボールネジ機構23の螺子部９の直線運動が回転運動により、傾斜部５は枢着部12を支点として擺動することになり、昇降機構４への負荷を低減できることになる。

このように、本実施例は枢着部12を支点として、昇降機構４が力点、後述するワーク１を載置している箇所が作用点となる、てこの原理を利用した構成としている。

従って、重量物を持ち上げる際にも、少ない力で持ち上げることができるので、昇降機構４の駆動部８を小さくすることができ、装置のコンパクト化とコスト低減を図れることとなる。

尚、本実施例では枢着部12を水平移動部３の一側部の左右両端部に1つずつ、合計２つの枢着部12を設けた構成としているが、水平移動部３と傾斜部５とを回動自在に連設し、上述した、てこの原理を発揮できる構成であれば、この枢着部12の設置位置、設置数は、例えば中央に１つ若しくは水平方向に複数個設けた構成としても良い。

また、本実施例では螺子部９に傾斜部５を設けた構成とし、駆動部８によってナット部10が回転し、このナット部10の回転によって螺子部９を上下動させることで傾斜部５の他側部を昇降させる構成としているが、螺子部９を不動とし、ナット部10に傾斜部５を設け、駆動部８によって螺子部９を回転させ、この螺子部９の回転によってナット部10を上下動させることで傾斜部５の他側部を昇降させる構成としても良く、また、その他、ボールネジ機構23以外、例えば、台形螺子を用いた構成としても良い。

また、螺子部９の下端部には、この螺子部９を強固に締め付け回転不能状態とするクランプ部11が設けられている。

このクランプ部11は、ワーク１の重量負荷や切削抵抗などの外力によって、昇降機構４の螺子部９が逆転し傾斜角度にズレが生じることを防止する役割を担っており、割出した傾斜角度を維持でき、高精度にワーク１を加工することが可能となる。

また、図５に示すように、水平移動部３の上面には傾斜部５の下面を支持する支持部13が設けられている。

この傾斜部５の下面を支持する支持部13として、本実施例の場合、流体バネ部13（空気バネ）が用いられており、この空気バネ13は蛇腹状の容体の内部に圧縮空気を注入することで容体が膨張し支持物を支持するものであり、有効受圧面積が大きいものは１０トン以上の荷重を支えることができるものもある。

また、この空気バネ13は外周部の伸縮状態の差で偏角にも対応可能となっているから、傾斜部５が傾斜状態となっても、空気バネ13の全面が当接状態を保持でき、傾斜部５の撓みを下方から支持し抑制する効果があるため、複雑な機構の支持部13を設けなくても容易に傾斜部５を支持でき、大重量のワーク１を回転部７に載置してもワーク載置面６が撓むことがない。

尚、この空気バネ13を傾斜部７の下面に設けても良い。

更に、この空気バネ13は防振効果もあり、ワーク１を切削加工する際に生じる切削振動を吸収し装置自体の振動を軽減するので、高精度にワーク１を加工することができる。

尚、本実施例においては、この流体バネ部13として圧縮空気を利用した空気バネ13を用いたが、本実施例に用いた空気バネ13と同様の性能を発揮する流体、例えば、水や油などを用いた流体バネ部13を採用しても良い。

また、本実施例では、空気バネ13を水平移動部３の略中央部に２個並設しているが、ワーク支持装置の耐荷重や空気バネ13の大きさなどの変更により設置位置や設置数は適宜変更可能である。

また、水平移動部３の中央よりやや図３中左側の上面の左右両端部には、水平移動部側接触板部14が設けられており、後述する傾斜部５の下面同位置に設けた傾斜部側接触板部15と一定面圧で接触し傾斜部５の水平状態の位置を制御している。

具体的には、昇降機構４により傾斜部５が降下動し水平移動部側接触板部14と傾斜部側接触板部15とが当接して該傾斜部５が水平状態となった後もサーボモータ８は駆動を続け、このサーボモータ８に予め設定しておいた駆動を停止する負荷に達したとき、サーボモータ８の駆動を停止し傾斜部５の降下動が停止する。

この水平移動側接触板部14と傾斜部側接触板部15は、焼入れをして変形や摩耗が可及的に少ない鋼板で形成されており、両者が接触した状態で更に負荷がかかっても、接触面が押し潰されることがなく常に同じ位置を保持するから、傾斜部５は再現性良く水平位置となる。

尚、本実施例では、水平位置を制御する水平移動部側接触板部14及び傾斜部側接触板部15を夫々装置の左右両端部に１枚ずつ設けた構成としているが、設置位置、設置枚数は、中央でもよく、設置枚数も１枚或いは複数枚でもよく、本実施例と同様の効果が発揮できる構成であれば適宜採用し得るものである。

また、傾斜部５を昇降させるサーボモータ８に予め水平移動部側接触板部14と傾斜部側接触板部15が接触した状態における負荷を設定しておくことで、傾斜部５が水平状態となり、サーボモータ８にかかる負荷が大きくなり設定負荷に達したときに駆動が停止する構成としているから、必要以上にサーボモータ８に負荷がかからず、従って、サーボモータ８も故障しにくく長持ちすることになる。

また、横中ぐりフライス盤16により傾斜加工をしない場合においては、この水平移動部側接触板部14と傾斜部側接触板部15とは剛性確保に貢献することになる。

水平移動部３の上部には、傾斜部５が設けられており、この傾斜部５と前記水平移動部３との連結構造は前述のとおりである。

また、この傾斜部５の上部には、傾斜部５と共に傾斜し、回転軸26を回転支点として回転する回転部７が回転自在に設けられており、この回転部７の上面はワーク１を載置するワーク載置面６に設定されている。

よって、ワーク１は傾斜回動自在に設けることができる。

本実施例は、上述のように構成されているので、ワーク１を回転部７のワーク載置面６に載置した状態でワーク１を主軸18に対して左右方向に水平移動することができ、また、回転部７を回転させてワーク１を所定の向きに合わせることができ、更に、昇降機構４を昇降作動させることで、傾斜部５と、この傾斜部５の上部に設けられた回転部７とを自動で且つ高精度に所定の傾斜角度に傾斜状態とすることが可能となるので、大型で大重量のワーク１、例えば、１．５ＭＷクラス以上の大型風力発電機のロータハブ１のブレード取付け面となる傾斜面を容易に加工することができ、しかも、傾斜部５と回転部７を傾斜する構造とし、持ち上げる部位を最小限とすると共に、てこの原理を利用した構成として昇降機構４にかかる負荷を可及的に軽減することで、昇降機構４が大きな力を作用させなくても傾斜部５を上昇動することができるので、昇降機構４は大型化し剛性を図ったり、駆動部８を大型にする必要がなく、従って、昇降機構４はコンパクト化することができ、また、駆動部８も小型化することができ製造コストを低減することが可能となる。

また、この昇降機構４には、螺子部９を回転不能状態にするクランプ部11が設けられているので、このクランプ部11が螺子部９をクランプすることによって所定の角度に傾斜した傾斜部５の傾斜角度が加工中に変動せず、高精度の加工が可能となる。

更に、空気バネ13の支持により傾斜部５及び回転部７の撓みを抑制しているので、傾斜部５及び回転部７の剛性を大幅に上げることなく変形防止ができ、また、この空気バネ13が加工時に生じるワーク載置面６の振動を吸収し減衰しているからワーク１が振動することがなく高精度にワーク１を加工することができることになる。

また、水平移動部側接触板部14及び傾斜部側接触板部15による水平移動部３及び傾斜部５の剛性の向上が図られているので装置全体の剛性を向上させる必要がなく、よって、装置の大型化を抑制することができ、装置のコンパクト化及び製造コストの低減を図ることができ、装置の低価格化を実現可能とする秀れたワーク支持装置となる。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである

１ワーク
２基台部
３水平移動部
４昇降機構
５傾斜部
６ワーク載置面
７回転部
８駆動部
９螺子部
10 ナット部
11 クランプ部
12 枢着部
13 支持部，流体バネ部
14 水平移動部側接触板部
15 傾斜部側接触板部

Claims

横形工作機械に併設され該横形工作機械により加工するワークを支持可能な横形工作機械用のワーク支持装置であって、基台部と、この基台部の上部に水平方向に移動自在に設けられる水平移動部と、この水平移動部の上部に設けられ一側部が該水平移動部に枢着される傾斜部と、この傾斜部の上部に設けられ上面がワーク載置面に設定される回転部とから成り、前記傾斜部の他側部と前記水平移動部とには駆動部を有する昇降機構が介在せしめられ、また、前記傾斜部及び前記回転部は前記昇降機構の作動により任意角度に傾斜保持されるように構成され、更に、前記水平移動部の上面には水平移動部側接触板部が設けられ、また、前記傾斜部の下面には傾斜部側接触板部が設けられ、前記昇降機構は、前記傾斜部が下降動し前記水平移動部側接触板部と前記傾斜部側接触板部とが当接後、前記駆動部に所定の負荷がかかった際に作動停止するように構成されていることを特徴とするワーク支持装置。
請求項１記載のワーク支持装置において、前記昇降機構は、螺子部とナット部から成るボールネジ機構であり、前記螺子部が前記傾斜部に連設され、更に、前記螺子部を回転不能状態にするクランプ部が設けられたことを特徴とするワーク支持装置。
請求項１記載のワーク支持装置において、前記昇降機構は、螺子部とナット部から成るボールネジ機構であり、前記ナット部が前記傾斜部に連設され、更に、前記螺子部を回転不能状態にするクランプ部が設けられたことを特徴とするワーク支持装置。
請求項１〜３いずれか１項に記載のワーク支持装置において、前記傾斜部と前記水平移動部の間にして前記水平移動部と前記傾斜部の一側部とが枢着される枢着部と前記昇降機構との間には、前記傾斜部を支持する支持部が設けられていることを特徴とするワーク支持装置。
請求項４記載のワーク支持装置において、前記支持部は流体バネ部であることを特徴とするワーク支持装置。
請求項１〜５いずれか１項に記載のワーク支持装置において、前記ワークは重量が８トン以上であることを特徴とするワーク支持装置。
請求項１〜６いずれか１項に記載のワーク支持装置を具備することを特徴とする横形工作機械。