WO2010110030A1 - ２軸工作機械 - Google Patents

Abstract

　各軸の加工機器間の優れた振動伝播抑止効果と、剛性，質量増による自己振動抑制効果とを両立させることのできる２軸工作機械を提供するために、左右の互いに独立したベッド１，１と、これら左右のベッド１，１上にそれぞれ設置された加工機器２，２とを備え、左右のベッド１，１を振動抑制装置１１で連結する。振動抑制装置１１は、左右のベッド１，１にそれぞれ取付けられる左右のプレート部材１３，１４の間に粘弾性体１２を介在させてなる。

Description

２軸工作機械 関連出願

　本出願は、２００９年３月２７日出願の特願２００９－７８２９４の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、左右の互い独立したベッドと、これら左右のベッド上にそれぞれ設置された加工機器とを備える２軸旋盤などの２軸工作機械に関する。

　２軸旋盤などの２軸工作機械において、片側の加工機器の加工時の振動がもう片側の加工機器に伝播するのを回避する対策として、両加工機器のベッドを完全に独立分離させる構成のものがある。この場合、片側の加工機器からもう片側の加工機器への振動伝播は、フロアを介する分のみとなるので、振動伝播は小さくなる。しかし、一方では、両加工機器が共通のベッドに設置されている場合に得られる剛性・質量増による振動減衰効果が低減されることとなる。

　振動伝播を回避する他の対策として、両加工機器のベッドを分離せず一体型とし、ベッド自体に振動減衰要素を付加する構成のものも提案されているが、振動伝播の回避対策として満足できる効果が得られていない。

　そこで、振動伝播を回避するさらに他の対策として、前記両加工機器のベッドを完全に独立分離させ、分離独立させた両ベッド間にパッキングを介挿させると共に、両ベッドに跨がって配置した平板を両ベッドにボルトで締め付け固定する構成のものが提案されている（例えば特許文献１）。

特許４２０６１５７号公報 特許２６０６５１１号公報 特開平１１－５８１７２号公報

　しかし、パッキングと平板で両ベッドを連結した前記構成の場合、平板をボルトで各ベッドに締め付け固定しているため、ボルト－平板－ボルトの経路で片側の加工機器での振動がもう片側の加工機器に伝播してしまう。そのため、良好な振動伝播抑止効果を得ることができない。

　この発明の目的は、各軸の加工機器間の優れた振動伝播抑止効果と、剛性，質量増による自己振動抑制効果とを両立させることのできる２軸工作機械を提供することである。
　この発明の他の目的は、振動伝播抑止効果および自己振動抑制効果をより一層向上させることである。
　この発明のさらに他の目的は、振動発生方向に応じた効果的な振動伝播抑止効果および自己振動抑制効果が得られるようにすることである。

　この発明の２軸工作機械は、左右の互いに独立したベッドと、これら左右のベッド上にそれぞれ設置された加工機器とを備える２軸工作機械であって、前記左右のベッドを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる振動抑制装置で連結している。　この構成によると、加工機器がそれぞれ設置された左右のベッドを互いに独立させているが、両ベッドを互いに連結したため、単に左右のベッドを独立させて非連結としたものに比べて、ベッドの剛性が向上し、かつ加振対象の質量が増加し、振動抑制効果が得られる。そのため、自己の振動、つまり振動を発生する加工機器自体や、その加工機器が設置されたベッド自体の振動が抑制される。また、左右のベッドを互いに連結したが、その連結を、粘弾性体を用いた振動抑制装置を介して行ったため、片側の加工機器で発生した振動がもう片側の加工機器に伝播することが、粘弾性体によって効果的に遮断される。このように、各軸の加工機器間の優れた振動伝播抑止効果と、剛性，質量増による自己振動抑制効果とを両立させることができる。その結果、断続切削から高精度切削まで多用・高品位加工を行うことができる。

　この発明において、前記振動抑制装置は、左側のベッドに一端部が固定され他端部が中央寄りに延びた形状の左側プレート部材と、右側のベッドに一端部が固定され他端部が中央寄りに延びた形状であって左側プレート部材の他端部と前後方向にずれて重なる部分を有する右側プレート部材と、左側プレート部材と右側プレート部材との間に介在して両プレート部材に固定され前後方向よりも左右方向に長い形状を有する粘弾性体とよりなるものとしても良い。
　このように、振動抑制装置を左右２枚のプレート部材とその間に介在した粘弾性体とのサンドイッチ構造とした場合、片側、例えば左側プレート部材に左右方向や垂直方向の振動が加わっても、その振動は粘弾性体で効果的に減衰し、右側プレート部材に伝播されない。そのため、より一層良好な振動伝播抑止効果を得ることができる。また、粘弾性体が前後方向よりも左右方向に長い形状を有するため、粘弾性体により左右のベッドが連結されることで、剛性，質量増による自己振動抑制効果が高まるのに加えて、粘弾性体で左右方向や垂直方向の振動伝播を防止する効果が良好に得られる。

　この発明において、前記２軸工作機械が平行２軸旋盤であって、前記左右のベッドにそれぞれ設置された加工機器として、前後方向に延びる主軸を有するものであっても良い。
　旋盤では、回転する主軸に支持されたワークと工具との間で振動が発生するため、振動の発生方向は、主軸の軸心に対して垂直でかつ工具と主軸の並び方向となる。このため、主軸が前後方向に延びるものであると、振動発生方向が主に左右方向になる。したがって上記のように左右のベッドを、粘弾性体を有する振動抑制装置で連結した構成であると、左右方向の振動に対し、剛性増による自己振動抑制効果、および振動伝播の防止効果が高いものとなる。このように、振動発生方向に対して優れた振動抑制効果，振動伝播効果が得られるため、より一層効果的に自己振動抑制効果および振動伝播抑止効果が得られる。特に、振動抑制装置が上記のサンドイッチ構造のものである場合は、その振動抑制効果および振動伝播の防止効果が得られる方向と加工機器による振動発生方向とが一致することにより、自己振動抑制効果および振動伝播抑止効果が、さらに効果的に発揮される。

　この発明において、前記振動抑制装置は前記左右のベッドの前面および後面に設置されていることが好ましい。この構成により、高い振動抑制効果が得られる。

　この発明において、２つの前記振動抑制装置が前記左右のベッドの前面に上下に離間して設置され、上側の振動抑制装置の方が下側の振動抑制装置がよりも上下幅寸法が大きいことが好ましい。２軸工作機械では、前面でワークの加工が行われるので、加工に伴って発生する振動は背面側に比べて前面側の方が大きくなる。また、振動は床面に近い部分よりも床面から情報に離れた部分で大きくなる。したがって、上記構成により、振動を効果的に抑制できる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
この発明の一実施形態にかかる２軸工作機械の斜視図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は同２軸工作機械の概略構成を示す正面図、平面図および背面図である。 （Ａ）は同２軸工作機械における振動抑制装置の平面図、（Ｂ）は同振動抑制装置の正面図である。

　この発明の一実施形態を図１ないし図３（Ａ），（Ｂ）と共に説明する。図１はこの実施形態の２軸工作機械の斜視図を示す。この２軸工作機械は、左右の互いに独立したベッド１上に、それぞれ加工機器として、前後方向（Ｚ軸方向）に延びる主軸２と、刃物台７を有する切削機構３とを設置した平行２軸旋盤である。各ベッド１は、工場の床面Ｆ上に設置される。床面上に共通のベース台を介して両ベッド１を設置しても良い。

　各主軸２は、ベッド１上に設置された主軸台４に回転自在に支持され、その前端にワークＷ（図２（Ａ））を把持する主軸チャック２ａを有する。主軸２は、主軸台４に設置された主軸モータ（図示せず）により回転駆動される。各主軸台４は、各ベッド１上における互いの隣接側の端部に配置されている。

　各切削機構３は、対応する主軸２の側方にそれぞれ配置された送り台５と、この送り台５に支持されて主軸２と平行に前後に延びるタレット軸６と、このタレット軸６の先端に設けられた多角形のタレットからなる刃物台７とを有する。刃物台７の外周に、複数種類の工具Ｔ（図２（Ａ））が取り付けられる。タレット軸６は、送り台５に回転自在に支持され、割出回転より、刃物台７の複数種類の工具Ｔのうちから使用する工具Ｔが、主軸２と対向する位置となるように選択される。送り台５は、タレット軸６を進退自在に支持するか、または送り台５を上下２段の構成として送り台上側部分を送り台下側部分に対して進退自在とすることで、刃物台７を前後移動自在としている。

　このような基本構造の２軸工作機械において、左右のベッド１が、振動抑制装置１１により連結される。この振動抑制装置１１は粘弾性体１２を有し、この粘弾性体１２によって振動抑制作用を生じさせるものである。図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に概略の正面図、平面図、および背面図を示すように、この振動抑制装置１１は、２軸工作機械の正面の上下に離間した２箇所、および背面の下部１箇所において、それぞれ左右のベッド１を連結している。

　図３（Ａ），（Ｂ）は、振動抑制装置１１の具体的構成の平面図および正面図を示す。
この振動抑制装置１１は、２枚のプレート部材１３，１４の間に粘弾性体１２を介在させて両プレート部材１３，１４に接着等により固定したサンドイッチ構造のものである。両プレート部材１３，１４は、いずれも鋼板等の金属板からなり、正面形状が矩形状の平板状とされている。左側プレート部材１３は、左側のベッド１に一端部１３ａが固定され他端部１３ｂが中央寄りに延びた形状としている。図示の例では、他端部１３ｂは、右側のベッド１の前方に位置している。右側プレート部材１４は、右側のベッド１に一端部１４ａが固定され他端部１４ｂが中央寄りに延びた形状としている。右側プレート部材１４の他端部１４ｂおよび中間部１４ｃは、左側プレート部材１３の他端部１３ｂおよび中間部１３ｃと前後方向（ここでは前方）にずれて重なる部分１４ｂａを有する。左側プレート部材１３および右側プレート部材１４を短くした場合、左側プレート部材１３の他端部１３ｂと右側プレート部材１４の他端部１４ｂのみが前後方向に重なる。つまり、左側プレート部材１３と右側プレート部材１４は少なくとも他端部１３ｂ、１４ｂ同士が前後方向に重なる。
　左右のプレート部材１３，１４は、それぞれ一端部１３ａ，１４ａが、介在部材１７，１８を介して左右のベッド１の正面または背面に配置され、ボルト１６により、ベッド１に締め付け固定される。ボルト１６は、プレート部材１３，１４および介在部材１７，１８に設けられたボルト挿通孔に挿通され、ベッド１に設けられたねじ孔（図示せず）にねじ込まれる。介在部材１７，１８は、板状またはブロック状の鋼材等の金属材であり、各プレート部材１３，１４の端縁部分に重なる幅の矩形状とされている。介在部材１７，１８は、円形等の座金状として各ボルト１６毎に１つ設けても良い。左右の介在部材１７，１８は、粘弾性体１２と左側プレート部材１３の厚み分だけ、互いに厚みを異ならせてある。また、前後方向にベッド１に近い方に位置する左側プレート部材１３は、介在部材１７を介在させることにより、ボルト１６による固定箇所の周辺を除き、つまり介在部材１７の重なる部分を除き、ベッド１の正面または背面に対して隙間を生じさせている。

　前記粘弾性体１２は、前後方向（Ｚ軸方向）よりも左右方向（Ｘ軸方向）に長い形状である。粘弾性体１２は、ブロック状であっても良いが、この例では矩形の板状とされ、その板厚方向が前後方向とされている。また、粘弾性体１２は、図３（Ｂ）に示すように、上下方向よりも左右方向に長く形成されている。

　粘弾性体１２の材質は、粘性と弾性の両方を併せ持つ粘弾性を有するものであれば良いが、損失係数の大きな弾性体となる有機高分子物質等のベース材に、振動に対する損失係数を増加させる粉体を混入させたものが好適に用いられる。上記ベース材には、ブチルゴム等の損失係数の大きなゴムや、液晶ポリマー等が用いられる。損失係数を増加させる粉体には、カーボンブラックやセラミックス、金属粉等が用いられる。粘弾性体１２は、この実施形態では非層状のもの、つまり単層のものとしているが、板厚方向に層が重なる複数層（例えば３～５層）の層状体とされていても良い。

　この構成の２軸工作機械によると、図１の左右の両ベッド１を互いに独立して設けたが、振動抑制装置１１で連結したため、非連結とした場合に比べて、剛性向上・質量増により、各加工機器での自己振動抑制効果が向上することになる。また、振動抑制装置１１が粘弾性体１２を有するので、片側の主軸２等の加工機器で発生した振動が、もう片側の主軸２等の加工機器に伝播することが、振動抑制装置１１の粘弾性体１２により効果的に抑制される。このように、各軸の加工機器間の優れた振動伝播抑止効果と、剛性，質量増による自己振動抑制効果とを両立させることができる。その結果、断続切削から高精度切削まで多用途・高品位加工を行うことができる。

　この実施形態では、振動抑制装置１１として、左右２枚のプレート部材１３，１４とその間に介在した粘弾性体１２とのサンドイッチ構造としたため、片側、例えば左側プレート部材１３に左右方向や垂直方向の振動が加わっても、その振動は粘弾性体１２で効果的に減衰し、右側プレート部材１４に伝播されない。そのため、より一層良好な振動伝播抑止効果を得ることができる。また、粘弾性体１２が前後方向よりも左右方向に長い形状を有するため、粘弾性体１２により左右のベッドが連結されることで、剛性，質量増による自己振動抑制効果が高まるとともに、粘弾性体１２で左右方向や垂直方向の振動伝播を防止する効果が良好に得られる。

　また、この２軸工作機械は平行２軸旋盤であって、左右のベッド１にそれぞれ設置された加工機器として、前後方向に延びる主軸２を有するものであるため、より効果的に振動が抑制される。すなわち、旋盤では、回転する主軸２に支持されたワークＷと工具Ｔとの当接により振動が発生するため、振動の発生方向は、主軸２の軸心に対して垂直でかつ工具Ｔと主軸２の並び方向となる。この並び方向は左右方向（Ｘ軸方向）である。このため、左右のベッド１を粘弾性体１２を有する振動抑制装置１１で連結した構成であると、左右方向の振動に対し、剛性増による自己振動抑制効果、および振動伝播の防止効果が高いものとなる。特に、振動抑制装置１１が上記のサンドイッチ構造のものであると、その振動抑制効果および振動伝播の防止効果が得られる方向と加工機器による振動発生方向とが一致することにより、自己振動抑制効果および振動伝播抑止効果が、さらに効果的に発揮される。

　振動抑制装置１１の配置は、上記のように行われることが好ましい。すなわち、２軸工作機械では前面側でワークＷの加工が行なわれるので、加工に伴って発生する振動は背面に比べて前面側の方が大きくなる。そこで、図１および図２（Ａ）に示したように、２軸工作機械の前面では上下２箇所に振動抑制装置１１が設けることにより、その振動を効果的に抑制することができる。また、この振動は、床面Ｆに近い部分よりも床面Ｆから上方に離れた部分で大きくなる。このため、前面における上下２箇所の振動抑制装置１１では、上側の振動抑制装置１１の粘弾性体１２の上下幅寸法を、下側の振動抑制装置１１の粘弾性体１２の上下幅寸法よりも大きくして、振動の大きい上部位置に配置される振動抑制装置１１で大きな振動抑制効果が得られるようにすることが好ましい。図２（Ｃ）に示した背面に１つ設けられる振動抑制装置１１の位置は、振動の抑制の面からは、振動の大きい上部位置に配置することがより好ましいが、この実施形態のように下部に配置することによっても好ましい振動抑制効果が得られ、また下部に配置する方が、保守点検や周辺機器の配置の障害になり難い。

　なお、この実施形態では、２軸工作機械の前面の上下２箇所と背面の下部一箇所を振動抑制装置１１で連結したが、振動抑制装置１１による連結箇所の数および連結位置は、対象となる振動の特性に応じて任意に設定することができる。また、抑制対象となる振動周波数に合わせて、振動抑制装置１１の粘弾性体１２の厚みや面積を設定するものとすれば、抑制したい周波数の振動を効果的に伝播抑制することができる。
　振動抑制装置１１は、上記のような２枚のプレート部材１３，１４間に粘弾性体１２を介在させたものに限らず、例えばブロック状の粘弾性体１２のみで構成されて左右のベッド１に接着等で固定されたものであっても良い。

　以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１…ベッド
２…主軸（加工機器）
３…切削機構（加工機器）
１１…振動抑制装置
１２…粘弾性体
１３…左側プレート部材
１４…右側プレート部材

Claims (5)

1. 　左右の互いに独立したベッドと、これら左右のベッド上にそれぞれ設置された加工機器とを備える２軸工作機械であって、前記左右のベッドを、粘弾性体を有しこの粘弾性体によって振動抑制作用を生じる振動抑制装置で連結した２軸工作機械。
2. 　前記振動抑制装置は、左側のベッドに一端部が固定され他端部が中央寄りに延びた形状の左側プレート部材と、右側のベッドに一端部が固定され他端部が中央寄りに延びた形状であって左側プレート部材の他端部と前後方向にずれて重なる部分を有する右側プレート部材と、前記左側プレート部材と右側プレート部材との間に介在して両プレート部材に固定され前後方向よりも左右方向に長い形状を有する粘弾性体とよりなる請求項１記載の２軸工作機械。
3. 　前記２軸工作機械が平行２軸旋盤であって、前記左右のベッドにそれぞれ設置された加工機器として、前後方向に延びる主軸を有する請求項１記載の２軸工作機械。
4. 　前記振動抑制装置は前記左右のベッドの前面および後面に設置されている請求項１記載の２軸工作機械。
5. 　２つの前記振動抑制装置が前記左右のベッドの前面に上下に離間して設置され、上側の振動抑制装置の方が下側の振動抑制装置がよりも上下幅寸法が大きい請求項１記載の２軸工作機械。

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