JP6813406B2 - 門型工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、コラムを備える門型工作機械に関する。

門型工作機械は、左右一対のコラムにより両端部が支持されたクロスレールと、クロスレールに支持された主軸頭を備えている。
このような門型工作機械は、クロスレール及び主軸頭の重量に耐久し、なおかつ、撓みにより主軸頭の加工精度に影響を及ぼさないように、左右のコラムの剛性高める必要がある。
従来の門型工作機械は、左右のコラムの中空内部において斜め方向に凸条のリブを設けてその剛性を高めていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２８６７３４号公報

上記従来の門型工作機械は、リブがクロスレールの長手方向に傾斜して形成されているので、クロスレールの長手方向に対する荷重に対して高い剛性を得ることができる。
しかしながら、クロスレールが主軸頭を支持する構造の場合、クロスレールに対して主軸頭側となる方向への荷重が生じ易く、上記従来の門型工作機械が、同方向への荷重に対する剛性が不充分だった。このため、クロスレールに対して主軸頭側に左右のコラムが撓み、加工精度の低下が生じる可能性があった。

本発明は、コラムの撓みを抑制し、加工精度の高い門型工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る門型工作機械は、
天板部と底板部とを備える第一のコラム及び第二のコラムと、
前記第一のコラム及び前記第二のコラムに支持されたクロスレールと、
前記クロスレールに支持された主軸頭とを備え、
前記クロスレールに対する前記主軸頭側を前とする場合に、前記第一のコラム及び前記第二のコラムのそれぞれの前記底板部の後端部と前記天板部の前端部とを連結するように、前記クロスレールに対する前記主軸頭側に傾斜した筋違が設けられている構成とした。
また、他の本発明に係る門型工作機械は、
第一のコラム及び第二のコラムと、
前記第一のコラム及び前記第二のコラムに支持されたクロスレールと、
前記クロスレールに支持された主軸頭とを備え、
前記第一のコラム及び前記第二のコラムのそれぞれに、上方に向かうにつれて前記クロスレールに対する前記主軸頭側に傾斜した筋違が設けられており、
前記第一のコラム及び前記第二のコラムは、いずれも、前記筋違に対して前記クロスレールに対する前記主軸頭側に設けられた第一の支柱と、前記筋違に対して前記クロスレールに対する前記主軸頭側とは反対側に設けられた第二の支柱とを備え、
前記第一の支柱は、前記第二の支柱よりも剛性が高くなるように形成されている構成とした。
また、他の本発明に係る門型工作機械は、
第一のコラム及び第二のコラムと、
前記第一のコラム及び前記第二のコラムに支持されたクロスレールと、
前記クロスレールに支持された主軸頭とを備え、
前記第一のコラム及び前記第二のコラムのそれぞれに、上方に向かうにつれて前記クロスレールに対する前記主軸頭側に傾斜した筋違が設けられており、
前記主軸頭における、前記クロスレールの長手方向の一方の端部側に工具が配置され、
前記クロスレールの長手方向の他方の端部側に位置する前記第二のコラムが、前記第一のコラムよりも剛性が高くなるように形成されている構成とした。

本発明によれば、コラムの撓みを抑制し、加工精度の高い門型工作機械を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る門型工作機械を示す斜視図である。 図２（Ａ）は第一のコラム又は第二のコラムの斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＷ−Ｗ線に沿った断面図である。 第一のコラム又は第二のコラムの筋違の向きと主軸頭の位置関係を説明する門型工作機械の側面図である。 門型工作機械の加工装置が異なる例を示す斜視図である。

［門型工作機械の概要］
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る門型工作機械１を示す斜視図である。図中、Ｘ軸方向及びＹ軸方向はいずれも水平であって互いに直交し、Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向に直交する鉛直上下方向である。以下の説明では、Ｘ軸方向の一方を前、他方を後とし、Ｙ軸方向の一方を左、他方を右とする。

門型工作機械１は、ワークの一面を研削するいわゆる研削盤であり、基部３１ａ，３１ｂ、第一のコラム１０、第二のコラム２０、クロスレール３２、サドル３３１、主軸頭３３２、加工装置３４、ならびにワークが配置されるテーブル３６及びベッド３５を備えている。

［ベッド］
ベッド３５は、Ｘ軸方向に沿った図示しない一対のリニアガイドを備え、テーブル３６をＸ軸方向に沿って移動可能に支持している。また、ベッド３５には、テーブル３６をＸ軸方向に沿って搬送する図示しない搬送機構が搭載されている。搬送機構は、動作量を任意に制御可能なモーターを駆動源としており、テーブル３６にワーク（加工対象物）を保持してＸ軸方向に搬送することを可能としている。

また、ベッド３５のＹ軸方向の両側には、一対の基部３１ａ，３１ｂが張り出されるように連結装備されている。右側の基部３１ａには第一のコラム１０が載置装備され、左側の基部３１ｂには第二のコラム２０が載置装備されており、各コラム１０，２０の下端部は、ボルトや溶接等の周知の方法で基部３１ａ，３１ｂに固定されている。

［クロスレール］
第一のコラム１０及び第二のコラム２０はベッド３５を挟んでＹ軸方向に並んで立設されている。そして、これらコラム１０，２０の上端部には、ブラケット３２ａ（第二のコラム２０側のブラケットは図示略）を介して、クロスレール３２がＹ軸方向に向けられた状態で固定支持されている。そして、各コラム１０，２０の上端部は、ボルトや溶接等の周知の方法でクロスレール３２に固定されている。
クロスレール３２は、Ｙ軸方向に長尺であって、その前面側において、図示しないリニアガイドを介してサドル３３１をＹ軸方向に移動可能に支持している。
また、クロスレール３２には、サドル３３１をＹ軸方向に沿って移動位置決めする図示しない搬送機構が搭載されている。この搬送機構も、動作量を任意に制御可能なモーターを駆動源としており、サドル３３１をＹ軸方向に沿って任意に移動位置決めすることができる。
サドル３３１は、主軸頭３３２を支持し、主軸頭３３２は、加工装置３４を支持している。一方、クロスレール３２によるサドル３３１のＹ軸方向の移動制御と、ベッド３５によるワークのＸ軸方向の移動制御とは協働して行われる。これにより、ワークに対して加工装置３４を相対的にＸ−Ｙ平面の任意の位置に移動位置決めすることができ、ワークの全面又はいずれの位置にも研削加工を行うことができる。

［主軸頭及びサドル］
主軸頭３３２は、サドル３３１を介してクロスレール３２によってＹ軸方向に移動可能に支持され、サドル３３１によりＺ軸方向に沿って昇降可能に支持されている。また、主軸頭３３２は、下端部に加工装置３４を支持している。

サドル３３１は、主軸頭３３２をＺ軸方向に沿って昇降させる役割を担うものである。
このため、サドル３３１は、図示しないリニアガイドにより主軸頭３３２をＺ軸方向に沿って移動可能に支持している。そして、サドル３３１には、主軸頭３３２をＺ軸方向に沿って移動位置決めする図示しない搬送機構が搭載されている。この搬送機構も、動作量を任意に制御可能なモーターを駆動源としており、主軸頭３３２をＺ軸方向に沿って任意に移動位置決めすることができる。

［加工装置］
加工装置３４は、主軸頭３３２の下端部に保持されている。
この加工装置３４は、工具として、Ｙ軸回りに回転駆動される円板状又は円筒状の砥石３４ａを有する研削装置である。砥石３４ａは、主軸頭３３２の下端部の右端に配置されている。この砥石３４ａは、回転によりその外周をワークに摺接させて研削を行う。

［第一及び第二のコラム］
図２（Ａ）は第一又は第二のコラム１０，２０の斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＷ−Ｗ線に沿った断面図である。
なお、第一のコラム１０と第二のコラム２０とは、Ｙ軸方向の幅が異なる点を除いて同一構造なので、これらの同一構成部分については、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に基づいて一緒に説明する。なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）では説明の簡略化のために、第一のコラム１０と第二のコラム２０のＹ軸方向の幅が同一で示されているが上述したように実際には第二のコラム２０の方がＹ軸方向の幅が広い。

第一及び第二のコラム１０，２０は、鋼材などの金属から一体的に鋳造された内部中空の支柱であり、Ｙ軸方向から見て略台形状を呈している。
第一及び第二のコラム１０，２０は、天板部１１，２１と、底板部１２，２２と、第一の支柱１３，２３と、第二の支柱１４，２４と、筋違１５，２５とを備えている。

天板部１１，２１と底板部１２，２２は、いずれもＸ軸方向に長尺な矩形板状であり、天板部１１，２１よりも底板部１２，２２の方が長い。また、天板部１１，２１と底板部１２，２２には、軽量化のために矩形の開口が形成されている。

第一の支柱１３，２３は、天板部１１，２１の前端部と底板部１２，２２の前端部とを連結しており、上方に向かうにつれて幾分後方に傾斜している。また、第一の支柱１３，２３は、溝形鋼に近似した構造である。即ち、第一の支柱１３，２３は、Ｙ軸方向の両端部に全長に渡って後方に向かって立設されたフランジ１３１，２３１が形成され、断面コ字状となっている。

第二の支柱１４，２４は、天板部１１，２１の後端部と底板部１２，２２の後端部とを連結しており、Ｚ軸方向に沿って形成されている。また、第二の支柱１４，２４は、溝形鋼に近似した構造である。即ち、第二の支柱１４，２４は、Ｙ軸方向の両端部に全長に渡って前方に向かって立設されたフランジ１４１，２４１が形成され、断面コ字状となっている。

また、前述したように、クロスレール３２に対してサドル３３１及び主軸頭３３２は前側に装備されている。このため、第一及び第二のコラム１０，２０に対するクロスレール３２の支持荷重は前側に大きくなる。このため、第一の支柱１３，２３は、第二の支柱１４，２４に比べて長手方向の圧縮荷重に対する剛性が高くなる構造が採られている。具体的には、第一の支柱１３，２３のフランジ１３１，２３１の幅（支柱の長手方向に直交する方向の幅）が第二の支柱１４，２４のフランジ１４１，２４１よりも広くなっている。
なお、第一の支柱１３，２３を第二の支柱１４，２４よりも長手方向の圧縮荷重に対する剛性を高める構造はこれに限定されず、他の構造を採っても良い。例えば、第一の支柱１３，２３の壁面厚さやフランジ１３１，２３１の厚さを厚くしても良いし、第一の支柱１３，２３に上下に沿ったリブを設けても良いし、第一の支柱１３，２３に補強材を取り付けても良い。

筋違１５，２５は、天板部１１，２１の前端部と底板部１２，２２の後端部とを連結するように、上方に向かうにつれて前方に傾斜している。また、筋違１５，２５は、Ｈ形鋼に近似した構造である。即ち、筋違１５，２５は、Ｙ軸方向の両端部に全長に渡って前後両方向に向かって立設されたフランジ１５１，２５１が形成されている。

また、前述したように、加工装置３４は、砥石３４ａが主軸頭３３２の下端部の右端に配置されている。このため、研削時に砥石３４ａに対して主軸頭３３２全体が左方に位置した状態となるので、左方に位置する第二のコラム２０の方が第一のコラム１０よりも荷重が大きくなる場合が多い。
従って、第二のコラム２０は、第一のコラム１０に比べて上下の圧縮方向の剛性が高くなる構造が採られている。具体的には、第二のコラム２０のＹ軸方向幅が第一のコラム１０よりも広くなっている。
なお、第二のコラム２０を第一のコラム１０よりも上下の圧縮方向の剛性を高める構造はこれに限定されず、他の構造を採っても良い。例えば、第一のコラム１０に比して、第二のコラム２０の各支柱２３，２４又は筋違２５の壁面厚さやフランジ２３１，２４１，２５１の厚さを厚くしても良いし、各支柱２３，２４又は筋違２５に上下に沿ったリブを設けても良いし、第二のコラム２０の各支柱２３，２４又は筋違２５やフランジ２３１，２４１，２５１に補強材を取り付けても良い。

［第一及び第二のコラムの筋違と主軸頭との関係］
図３は第一及び第二のコラム１０，２０の筋違１５，２５と主軸頭３３２との関係を示す門型工作機械１の右側面図である。
前述したように、第一及び第二のコラム１０，２０の筋違１５，２５は、上方に向かうにつれて前方に傾斜している。そして、門型工作機械１をクロスレール３２の長手方向（Ｙ軸方向）から見た場合に、筋違１５，２５の長手方向に沿ったその延長線ｅに交差するように主軸頭３３２が配置されている。筋違１５，２５の延長線ｅは、フランジ１５１，２５１の幅方向の中心位置を通過する。

また、主軸頭３３２は、サドル３３１に対して上下動を行う。図３において、実線の主軸頭３３２は、上下動の上限位置を示し、二点鎖線の主軸頭３３２は、上下動の下限位置を示している。
図３に示すように、主軸頭３３２が上限位置から下限位置の範囲で昇降を行った場合でも、主軸頭３３２は、筋違１５，２５の延長線ｅに交差する配置となっている。

［発明の実施形態の技術的効果］
門型工作機械１では、第一のコラム１０及び第二のコラム２０のそれぞれに、上方に向かうにつれてクロスレール３２に対する主軸頭３３２側（前側）に傾斜した筋違１５，２５が設けられている。
クロスレール３２に対して主軸頭３３２が前側に支持されている場合、各コラム１０，２０に対する支持荷重は前側が大きくなるが、このような荷重に対して上記方向に傾斜した筋違１５，２５は高い剛性を示す。
このため、各コラム１０，２０の材料使用量を減らして装置の軽量化を図った場合でも、高い剛性を得ることができ、各コラム１０，２０の撓みを抑制することが可能となる。
そして、これにより、主軸頭３３２の傾斜の発生を低減し、加工装置３４の砥石３４ａを適正な向きでワークに当てることができるので、加工精度の向上を図ることが可能となる。

なお、上記筋違１５，２５を有するコラム１０，２０は、例えば、内部中空の箱状であって、内部に上下方向に沿った凸条のリブ（補強構造）を設けた一般的なコラムと比較した場合、材料使用量を半分程度に低減（およそ半分に軽量化）した場合でも、一般的なコラムと同程度の剛性を得ることができる。

また、門型工作機械１は、第一のコラム１０及び第二のコラム２０の前側の第一の支柱１３，２３が第二の支柱１４，２４よりも剛性が高くなるように形成されている。
第一のコラム１０及び第二のコラム２０について、クロスレール３２に対する主軸頭３３２側の剛性を高めることができ、各コラム１０，２０の撓みを低減して加工精度のさらなる向上を図ることが可能となる。

また、第一のコラム１０及び第二のコラム２０の筋違１５，２５は、いずれも、断面Ｈ形に形成されているので、筋違１５，２５を軽量化しつつ剛性を高めることができ、門型工作機械１の剛性を維持しつつも装置全体のさらなる軽量化を実現することが可能となる。

また、門型工作機械１では、主軸頭３３２のＹ軸方向における砥石３４ａの配置に対応して、砥石３４ａの配置と逆側の第二のコラム２０が第一のコラム１０よりも剛性が高くなるように形成されている。
主軸頭３３２のＹ軸方向について砥石３４ａを片側（右側）に配置した場合、主軸頭３３２のほぼ全体が常に砥石３４ａの左側に位置しているので、加工動作において、左側に配置された第二のコラム２０の支持荷重が大きくなる場合が多い。このため、第二のコラム２０の剛性を第一のコラム１０よりも高くすることで、加工動作中の傾きを低減し、装置の加工精度のさらなる向上を図ることが可能となる。
また、第二のコラム２０の支持荷重が大きくなる場合でも、耐荷重を高めて耐久性の向上を図ることが可能となる。

また、門型工作機械１では、Ｙ軸方向から見て、第一のコラム１０及び第二のコラム２０の筋違１５，２５の延長線ｅ上に交差するように主軸頭３３２が配置されている。
このような配置の場合、クロスレール３２に対する主軸頭３３２の配置に起因する支持荷重に対して、第一のコラム１０及び第二のコラム２０の筋違１５，２５は、より効果的に高い剛性を示す。
さらに、主軸頭３３２が上下の可動範囲内のいずれに位置する場合でも、主軸頭３３２が筋違１５，２５の延長線ｅ上に交差する配置を維持する構成としている。この場合、加工の際に加工装置３４が昇降を行っても、常に高い剛性で支持することができる。
このため、加工装置３４の昇降動作の影響を抑え、高精度で加工作業を行うことが可能となる。

［その他］
上記発明の実施形態では、門型工作機械１として、砥石３４ａを有する加工装置３４を備える研削盤を例示したが、門型であれば、加工装置の加工の種別に制限はない。
例えば、図４に示すように、主軸頭３３２がエンドミルやフライスヘッド等の工具３４Ａａを備える加工装置３４Ａを支持する切削盤のような門型工作機械１Ａに第一及び第二のコラム１０，２０を適用しても良い。
また、図１に示す加工装置３４のように砥石３４ａの回転軸が水平である研削盤に限らず、回転軸が他の方向を向いた門型工作機械や回転軸の向きが可変制御可能な門型工作機械にも第一及び第二のコラム１０，２０を適用しても良い。

また、第一のコラム１０及び第二のコラム２０は、いずれも、左右の側面が開口しているが、開口のない平板状に形成しても良い。また、開口を閉塞する板材を接合しても良いし、カバーを設けてもよい。

１，１Ａ 門型工作機械
１０ 第一のコラム
２０ 第二のコラム
１１，２１ 天板部
１２，２２ 底板部
１３，２３ 第一の支柱
１４，２４ 第二の支柱
１５，２５ 筋違
３２ クロスレール
３３１ サドル
３３２ 主軸頭
３４，３４Ａ 加工装置
３４Ａａ 砥石（工具）
１３１，１４１，１５１，２３１，２４１，２５１ フランジ
ｅ 延長線

Claims (7)

1. 天板部と底板部とを備える第一のコラム及び第二のコラムと、
   前記第一のコラム及び前記第二のコラムに支持されたクロスレールと、
   前記クロスレールに支持された主軸頭とを備え、
   前記クロスレールに対する前記主軸頭側を前とする場合に、前記第一のコラム及び前記第二のコラムのそれぞれの前記底板部の後端部と前記天板部の前端部とを連結するように、前記クロスレールに対する前記主軸頭側に傾斜した筋違が設けられている門型工作機械。
2. 第一のコラム及び第二のコラムと、
   前記第一のコラム及び前記第二のコラムに支持されたクロスレールと、
   前記クロスレールに支持された主軸頭とを備え、
   前記第一のコラム及び前記第二のコラムのそれぞれに、上方に向かうにつれて前記クロスレールに対する前記主軸頭側に傾斜した筋違が設けられており、
   前記第一のコラム及び前記第二のコラムは、いずれも、前記筋違に対して前記クロスレールに対する前記主軸頭側に設けられた第一の支柱と、前記筋違に対して前記クロスレールに対する前記主軸頭側とは反対側に設けられた第二の支柱とを備え、
   前記第一の支柱は、前記第二の支柱よりも剛性が高くなるように形成されている門型工作機械。
3. 第一のコラム及び第二のコラムと、
   前記第一のコラム及び前記第二のコラムに支持されたクロスレールと、
   前記クロスレールに支持された主軸頭とを備え、
   前記第一のコラム及び前記第二のコラムのそれぞれに、上方に向かうにつれて前記クロスレールに対する前記主軸頭側に傾斜した筋違が設けられており、
   前記主軸頭における、前記クロスレールの長手方向の一方の端部側に工具が配置され、
   前記クロスレールの長手方向の他方の端部側に位置する前記第二のコラムが、前記第一のコラムよりも剛性が高くなるように形成されている門型工作機械。
4. 前記第一のコラム及び前記第二のコラムは、いずれも、前記筋違に対して前記クロスレールに対する前記主軸頭側に設けられた第一の支柱と、前記筋違に対して前記クロスレールに対する前記主軸頭側とは反対側に設けられた第二の支柱とを備え、
   前記第一の支柱は、前記第二の支柱よりも剛性が高くなるように形成されている請求項１に記載の門型工作機械。
5. 前記主軸頭における、前記クロスレールの長手方向の一方の端部側に工具が配置され、
   前記クロスレールの長手方向の他方の端部側に位置する前記第二のコラムが、前記第一のコラムよりも剛性が高くなるように形成されている請求項１，２又は４に記載の門型工作機械。
6. 前記筋違は、断面Ｈ形である請求項１から５のいずれか一項に記載の門型工作機械。
7. 前記クロスレールの長手方向から見て、前記第一のコラム及び前記第二のコラムの前記筋違の延長線に交差するように、前記主軸頭が配置されている請求項１から６のいずれか一項に記載の門型工作機械。

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