JPS6125707A - 主軸頭のバランス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 る主ビームにこの主軸頭の自重や転倒モーメントが負荷
しないようにした主軸頭のバランス装置に関する。

クロスレールやブリッジ或いはオーバアーム等の主ビー
ム（横桁）に沿って主軸頭が水平に移動する形成の工作
機械においては、主軸頭の自重により主ビームが変形し
て所定の加工精度を得られない場合があり、この傾向は
特に主軸頭の自重が数十トンにも達する大形工作機械の
場合に顕著である。

このため、例えば第１図に示すように主ビーム１０１の
一方の案内面１０２が後方に彎曲すると共に他方の案内
面１０３が上方に彎曲するような形状にあらかじめ主ビ
ーム１０１を加工しておいたり、特公昭３８−２４０４
２号公報に開示された原理を表す第２図に示すように、
主軸頭１０４が取付けられた中空主ビーム１０５内に補
正ビーム１０６を貫通させ、これら中空主ビーム１０５
と補正ビーム１０６とを複数組の押しボルト１０７と引
きボルト１０８とで連結し、これら押しボルト１０７と
引きボルト１０８との操作で中空主ビーム１０５の案内
１１０２゜１０３に第１図に示したような変形を与える
ことが行われている。

ところが、上述したような彎曲した案内面Ｉ０２゜１０
３を構成した場合には、主軸頭１０４の自重の増大に伴
って案内面１０２，１０３の彎曲量も次第に大きくしな
ければならず、主軸頭１０４が案内面１０２，１０３の
長手方向の一定幅に互って接していることから、主軸頭
１０４の往復動端近傍では主軸が鉛直線に対して左右に
大キく傾いてしまい、加工精度を維持することができな
い。又、このような彎曲した案内面１０２゜１０３を高
精度に形成することは非常に難しく、大幅な製造コスト
の上昇を招来する。

一方、西ドイツ特許公告第２１２２２０４号に開示され
たバランス装置も知られており、その原理を表す第３図
に示すように、主ビーム１０１にこれとほぼ平行な補助
ビーム１０９の両端を水平ピン１１０を介して取付け、
主ビーム１０１の案内面１０２，１０３に係合する主軸
頭１０４とこの補助ビーム１０９との間に圧縮ばね１１
１により上下動可能なローラ１１２を介装させ、主軸頭
１０４の自重を補助ビーム１０９に負荷させて主ビーム
１０１は主軸頭１０４の移動の案内と加工時の反力のみ
受けるようにしている。

しかし、この構造では案内面１０２，１０３を真直に形
成できるものの、主ビーム１０１に対し主軸頭１０４が
片持ち状態で係合しているため、主軸頭１０４には前後
の転倒モーメントが発生する。この結果、案内面１０２
，１０３が長尺なものでは主ビーム１０１が捩り変形を
起こし、主軸が鉛直線に対して前後に大きく傾いてしま
い、加工精度を低下させてしまうこととなっていた。

このように、大形の工作機械では主軸頭の重量が切削力
に較べて著しく大きく、その重量を支えて精度良く主軸
頭を運動させるため、本来の切削力に耐え得る程度の剛
性に対して数倍から数十倍もの高剛性をコラムや主ビー
ム等の構造物に与えなければならない。従って、構造物
が大きくしかも重くなって工作機械のコストを引き上げ
るばかりか、高速性や高応答性等の性能も劣化するもの
となっていた。

本発明はかかる従来の主軸頭のバランス装置における前
述した不具合に鑑み、主軸頭の左右の水平移動を案内す
るビームにこの主軸頭の自重や転倒モーメントが負荷し
ないようにし、これによって工作機械自体の小形化及び
低コスト化と同時に高精度な加工を能率良く行い得る工
作８Ｍの主軸頭用バランス装置を提供することを目的と
する。

この目的を達成する本発明の主軸頭のバランス装置にか
かる構成は、コラムに支持されると共に主軸頭が係合し
てこの主軸頭の水平な左右方向への移動を案内する案内
面が形成された主ビームと、前記主軸頭の重心点を挾ん
で前後に位置すると共に前記主ビームに沿って相互に平
行な一対の補助ビームと、前記コラムに対する前記主ビ
ームの連結部の直上或いは直下にこの主ビームと一体に
設けられると共に前記補助ビームのそれぞれ三箇所に嵌
合されて前記補助ビームに作用する負荷を前記主ビーム
の連結部側へ伝える複数本の水平ビンと、前記主軸頭と
前記補助ビームとの間にそれぞれ介装されて前記主軸頭
の自重を前記補助ビームへ伝える上下に伸縮可能な複数
の主軸頭保持手段とを具えたものである。

従って本発明によると、主軸頭の重心を挾んでその前後
に士ビームと平行な一対の補助ビームを配置し、主軸頭
の自重をこれら補助ビームで支持するようにしたので、
主ビームにはその切削反力に応じた剛性を持たせるだけ
で良く、しかも主ビームに形成される案内面を単純な真
直に設定することが可能である。この結果、補助ビーム
の剛性が低く強度のみ大きければ良いことと相俟って主
ビームや補助ビーム或いはコラム等の構造物、ひいては
工作機械全体を従来のものより小さくすることができる
と共に特に主ビームの製作が容易であり、その製造コス
トを下げることが可能である。又、一対の補助ビームに
より主軸頭には転倒モーメントが発生せず、前述したよ
うに主ビームの案内面を真直に設定できるため、主軸頭
の運動性能が大幅に改善されて加工精度も高まる。

以下、本発明による主軸頭のバランス装置を主ビームが
クロスレールとなったガントリ移動形式の門型工作機械
に応用した一実施例について、その全体の正面形状を表
す第４図（ａ）及びそのＢ−Ｂ矢視形状を表す第４図（
ｂｌ及び第４図ｆａｔ中の■−■矢視断面構造、Ｍ−Ｍ
矢視断面構造をそれぞれ表す第５図、第６図（ａｌ及び
この第６図ｆａｌ中のＢ−Ｂ矢視断面構造を表す第６図
ｆｂ）及び本実施例の主要部の油圧回路を表す第７図を
参照しながら詳細に説明する。なお、本実施例では主ビ
ームを上下に移動するクロスレールとしたが、コラムと
一体のブリッジとなったものやコラムに対して水平に旋
回するオーバアーム等を具えた工作機械にも本発明を応
用することができる。

ワークテーブル１１を挾んで対向する相互に平行な左右
一対のベッド１２上には、このベッド１２上を第４図ｔ
ａｌ中、紙面に対して垂直な方向に駆動するコラムベー
ス１３がそれぞれ載置されてお杉、これらコラムベース
１３（こそれぞれ垂直に突設されたコラム１４の上端は
、トップビーム１５により相互に一体的に連結され、全
体として門型フレームを構成している。前記コラム１４
にはこのコラム１４に沿って第４図ｆａｌ中、上下に駆
動するクロスレール１６の両端部が掛は渡されており、
このクロスレール１６には当該クロスレール１６に第４
図ｆａｔ中、左右方向に形成された一対の案内面１７に
沿って水平に駆動する主軸頭１８が取付けられている。

このラム１９に図示しない主軸やその駆動源等が組付け
られる。前記コラム１４の上下方向には、クロスレール
１６の自重等を受けるストッパブロック２０が一定間隔
て突設されており、これらストッパブロック２０に係止
する係止爪２１をピストンロッド２２に形成したクロス
レールロックシリンダ２３がクロスレール１６の左右両
端部にそれぞれ設けられ、ワークテープ）Ｌ、　１１上
に載置される図示しないワークの高さに応してクロスレ
ール１６を上下動したのち、ピストンロッド２２をコラ
ム１４側へ伸張させて所定の高さのストンパブロック２
０に係止爪２１を係止させてクロスレール１６を支える
ようになっており、このストッパブロック２０と係止爪
２１との係合箇所がクロスレール１６の支持点とな−て
いる。なお、これらの詳細な構造やコラムベース１３及
びクロスし・−ル１６及び主軸頭１８の駆動機構は、従
来のものと同してあって本願発明とは直接関係ないので
、説明を′背略ずろ５、 主軸頭１８をクロスレール１６と平行に貫通ずる一対の
補助ビーム２４は、主軸頭１８の重心点Ｇを挾んでその
前後に対向し、これらの両端部はスペーサ２５をそれぞ
れ介してコラムベース１３の移動方向と平行な水平ピン
２６にそれぞれ嵌合されている。補助ビーム２４に対し
て相対的に回動可能なこれら水平ピン２６は、前記クロ
スレールロックシリンダ２３のほぼ直上にクロスレール
１６に固設されたサポート２７に対してセットビス２８
を介し嵌着されており、従って補助ビーム２４の自重は
水平ピン２６からサポート２７を介してクロスレール１
６のクロスレールロックシリンダ２３の係止爪２１が係
合するストッパブロック２０を通ってコラム１４に伝え
られる。この場合、水平ピン２６がクロスレールロック
シリンダ２３のほぼ真トにあるｔ二め、補助ビーム２４
側から水平ピン２６へ作用する負荷によってクロスレー
ル１６が捩れ変形を起こすことがほとんどなく、主軸頭
１８の送り精度を保持することができる。なお、クロス
レールロックシリンダ２３と水平ピン２６との上下関係
は逆でも良く、前後の補助ビーム２４をそれぞれ別々の
水平ピンを介してクロスレール１６側に連結することも
可能である。

前記主軸頭１８にはバランスシリンダ２８が各補助ビー
ム２４の上方にそれぞれ左右に二台ずつ取付けられてお
り、これらバランスシリンダ２９のピストンロッド３０
下端には、補助ビーム２４に対して転勤自在に当接する
リニヤベアリング３１がそれぞれ装着されている。各バ
ランスシリンダ２９内には油圧ポンプ３２からの圧油が
減圧弁３３を介して供給されており、バランスシリンダ
２９の推力の和と主軸頭１８の自重とが等しくなった位
置でピストンロッド３０が静止している。つまり、主軸
頭１８はバランスシリンダ２９を介して補助ビーム２４
上に押し上げられた状態となっており、その反力により
補助ビーム２４は第６図（ｂｌ中、二点鎖線で示す状態
に変位するが、シリンダ室３４内の圧力は常に一定なた
め、主軸頭１８の高さが変化してクロスレール１６の案
内面１７に主軸頭１８の自重の一部が負荷するような虞
はない。

なお、補助ビーム２４に対してリニヤベアリング３１が
旋回しないように、ピストンロッド３０にはバランスシ
リンダ２９に取付けた回り止めキー３５に係合するキー
溝３６がその長手方向に刻設されている。

本実施例では主軸頭１８の重心点Ｇから各補助ビーム２
４までの距離を等しく設定しており、更に重心点Ｇに対
してバランスシリンダ２９を左右対称に配置しているた
め、すべて同一規格のシリンダを用いると共に各シリン
ダ室３４内へ送給される圧油の圧力をすべて等しく設定
することができるが、重心点Ｇから各補助ビーム２４ま
での距離が異なるような場合には、これらの距離の比に
反比例した推力が得られるようにシリンダ室の断面積や
圧油の圧力をそれぞれ調整する必要がある。又、本実施
例では主軸頭保持手段としてバランスシリンダ２９を用
いたが、適当なばね定数のばね材を流用することも可能
であり、リニヤベアリング３１の代りにローラやすべり
軸受等を用いても良い。更に、本実施例では補助ビーム
２４上にバランスシリンダ２９を介して主軸頭１８を持
ち上げるような構造にしているが、主軸頭１８を補助ビ
ーム２４に懸吊するような構造とすることもできる。

従って、クロスレール１６に対する主軸頭１８の左右方
向の位置が変化すると、主軸頭１８の自重が負荷する補
助ビーム２４の撓み量が変わる。しかし、先にも述べた
ようにシリンダ室３４内の油圧が一定に保たれるように
ピストンロッド３０がバランスシリンダ２９内で変化し
、クロスレール１６と主軸頭１８との上下方向の相対位
置は全く変化せず、主軸頭１８の自重の一部がクロスレ
ール１６の案内面１７に負荷するような虞はない。又、
主軸＄１８はその重心点Ｇを挾んで前後のバランスシリ
ンダ２９に保持されているため、前倒れ等の転倒モーメ
ントが発生せず、この転倒モーメントによるクロスレー
ル１６の案内面１７の変形も生じない。つまり、主軸＠
ｉｓの自重は完全に補助ビーム２４側へ伝えられ、これ
らの両端に嵌合された水平ピン２６を介してホルダ２７
からこれらの直下に位置するコラム１４のストッパブロ
ック２０側へ直接負荷が作用する。この結果、クロスレ
ール１６に捩れ等の変形が発生しにくくなり、高精度な
送りを主軸頭１８に伝えることが可能である。

ところで、主ビームが片持ち形へゝの工作機械の場合、
本発明を応用したその一実施例の外観を表す第８図に示
すように、一端側がコラム１４に昇降自在に支持された
オーバアーム３７には、主軸頭１８の水平移動を案内す
る一対の案内面１７が形成されており、一対の補助ビー
ム３８を支持する水平ピン２６は当然のことなからオー
１＜アーム３７の一端側に二１１１Ｍ設定し、これら補
助ビーム３８も片持ち状態にする必要がある。なお、第
８図において先に説明した実施例と同一機能の部材には
、これと同一の符号を記している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は従来の主軸頭のバランス装置の原理を
それぞれ表す概念図であり、第４図（ａｌは本発明によ
る主軸頭のバランス装置を門型工作機械に応用した一実
施例の正面図、第４図（ｂｌはそのＢ−Ｂ矢視図、第５
図は第４図ｆａｌ中のＶ−Ｖ矢視断面図、第６図（ａｌ
は第４図（ａｌ中の■−Ｍ矢視断面図、第６図（ｂ）は
そのＢ−Ｂ矢視断面図、第７図はその油圧回路図、第８
図は本発明の他の一実施例における工作機械の正面図で
ある。又、図中の符号で １４はコラム、 １６はクロスレール１ １７は案内面、 １８は主軸頭、 ２０はストッパブロック、 ２１は係止爪、 ２３はクロスレールロックシリンダ、 ２４．３８は補助ビーム、 ２６は水平ピン、 ２７はサポート、 ２９はバランスシリンダ、 ３１はリニヤベアリング、 ３７はオーバアームである。 特　　許　　出　　願　　人 三菱重工業株式会社 復　　代　　　理　　人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コラムに支持されると共に主軸頭が係合してこの主軸頭
   の水平な左右方向への移動を案内する案内面が形成され
   た主ビームと、前記主軸頭の重心点を挾んで前後に位置
   すると共に前記主ビームに沿って相互に平行な一対の補
   助ビームと、前記コラムに対する前記主ビームの連結部
   の直上或いは直下にこの主ビームと一体に設けられると
   共に前記補助ビームのそれぞれ二箇所に嵌合されて前記
   補助ビームに作用する負荷を前記主ビームの連結部側へ
   伝える複数本の水平ピンと、前記主軸頭と前記補助ビー
   ムとの間にそれぞれ介装されて前記主軸頭の自重を前記
   補助ビームへ伝える上下に伸縮可能な複数の主軸頭保持
   手段とを具えた主軸頭のバランス装置。