WO2011055597A1 - ラムたわみ補正装置及び補正方法 - Google Patents

ラムたわみ補正装置及び補正方法 Download PDF

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tension bar
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deflection
bar
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Inventor
智治 長谷川
拓至 田内
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/001—Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine
    • B23Q11/0028—Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine by actively reacting to a change of the configuration of the machine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
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    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work

Definitions

  • the present invention relates to a ram deflection correction device and a correction method for a horizontal machine tool or the like.
  • Fig. 7 shows an outline of a conventional horizontal machine tool.
  • a column base 52 is provided on a bed 51 so as to be movable in a horizontal direction (referred to as a front-rear direction for convenience), and a column 53 is erected on the column base 52.
  • a saddle 54 is supported on one side surface of the column 53 so as to be movable in the vertical direction (referred to as an up-down direction for the sake of convenience).
  • the saddle 54 has a horizontal direction (referred to as a left-right direction H for the sake of convenience). .) Is supported so as to be movable.
  • the ram 55 has a main shaft, and the workpiece to be processed is processed using a tool attached to the tip of the main shaft.
  • a tension bar 61 is provided in the longitudinal direction inside the ram 55 along the left-right direction H.
  • a tensile force F is applied to the ram 55 at the distal end side.
  • a tension portion 61a is provided to the ram 55, and a piston 61b and a cylinder portion 60 are provided on the rear end side of the ram 55.
  • FIG. 9 shows a graph comparing the relationship between the ram discharge amount and the ram deflection amount with and without the tension bar. As shown in the graph of FIG. 9, the displacement of the ram tip can be corrected by using a tension bar as shown in FIG. Japanese Patent Publication No. 03-064264
  • the conventional tension bar as shown in FIG. 8 can correct the displacement of the ram tip, but as can be seen from FIG. 9, as a result of the correction, the ram tip is inclined. Since the inclination of the ram tip varies depending on the load applied to the ram tip (with or without attachment, the type), if the displacement of the ram tip is prioritized and corrected, the inclination of the ram tip increases and the spindle tilts, resulting in a machined surface. There arises a problem that a step is formed in the connecting portion. On the other hand, the conventional tension bar as shown in FIG. 8 can correct the inclination of the ram tip in preference to the displacement of the ram tip, but in this case, the displacement of the ram tip is completely corrected.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a ram deflection correction device and a correction method that can simultaneously correct displacement and inclination of the ram tip.
  • a ram deflection correcting device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • a first tension bar that is provided above the center line of the ram along the horizontal direction and applies a first tensile force that pulls the tip of the ram inward;
  • a second tension bar that is provided above the center line of the ram along the horizontal direction and applies a second tensile force that pulls the position inside the tip of the first tension bar inward.
  • a ram deflection correcting device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the first tension bar and the second tension bar are arranged at positions separated from the bending center of the ram.
  • a ram deflection correcting device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the first tension bar and the second tension bar are arranged coaxially.
  • a ram deflection correcting device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • a first compression bar that is provided below the center line of the ram along the horizontal direction and that provides a first pushing force that pushes the tip of the ram outward;
  • a second compression bar that is provided below the center line of the ram along the horizontal direction and that provides a second pushing force that pushes the position inside the tip of the first tension bar outward.
  • a ram deflection correcting device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the first compression bar and the second compression bar are arranged at positions separated downward from the bending center of the ram.
  • a ram deflection correcting device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the first compression bar and the second compression bar are arranged coaxially.
  • a ram deflection correction method for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • a ram deflection correction method using the ram deflection correction device according to any one of the first to third inventions,
  • the displacement amount of the ram tip is zero, and the sum of the bending moment of the ram generated by the weight of the ram and the bending moment due to the first tensile force and the second tensile force is zero at the ram tip.
  • the obtained first tensile force and second tensile force are applied by the first tension bar and the second tension bar.
  • a ram deflection correcting method for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • a ram deflection correction method using the ram deflection correction device according to any one of the fourth to sixth inventions,
  • the displacement amount of the ram tip is zero, and the sum of the bending moment of the ram generated by the weight of the ram and the bending moment of the first pushing force and the second pushing force becomes zero at the ram tip.
  • the obtained first pressing force and the second pressing force are applied by the first compression bar and the second compression bar.
  • a ram deflection correction method for solving the above-described problems is as follows.
  • the ram deflection correcting method according to the seventh or eighth invention, When an attachment is attached to the ram tip, the bending weight of the ram is obtained by adding the weight of the attachment to the weight of the ram.
  • the displacement of the ram tip not only the displacement of the ram tip but also the inclination of the ram tip can be corrected at the same time, and the straightness and squareness of the ram can be improved.
  • the displacement and inclination of the ram tip can be corrected simultaneously, variations in the displacement and inclination of the ram tip that occur for each attachment with different mass can be suppressed, and high machining accuracy can be achieved with any attachment. be able to.
  • 1 is a schematic view showing a horizontal machine tool having a ram deflection correcting device according to the present invention. It is a figure explaining the ram deflection correction device concerning the present invention. It is sectional drawing of the ram deflection correction apparatus which concerns on this invention. It is a bending moment diagram explaining the principle of ram deflection correction concerning the present invention, and (a) shows the 1st stage tension bar and (b) shows the 2nd stage tension bar.
  • 6 is a flowchart showing a ram deflection correction method according to the present invention. It is the graph showing the effect of the present invention about the relation between the amount of ram out and the amount of ram deflection. It is the schematic which shows the conventional horizontal machine tool. It is a figure explaining the conventional tension bar. It is the graph which compared the case where there is a tension bar, and the case where there is no tension bar regarding the relationship between the amount of ram discharge and the amount of ram deflection.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a horizontal machine tool having a ram deflection correcting device of the present embodiment
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the ram deflection correcting device
  • FIG. 3 is a sectional view of the ram deflection correcting device. It is.
  • a horizontal machine tool 10 shown in FIG. 1 has a column base 12 provided on a bed 11 so as to be movable in the front-rear direction, and a column 13 is erected on the column base 12.
  • a saddle 14 is supported on one side of the column 13 so as to be movable in the vertical direction, and a ram 15 is supported on the saddle 14 so as to be movable in the left-right direction H.
  • the ram 15 has a main shaft, and the workpiece to be processed is processed using a tool attached to the tip of the main shaft.
  • the first tension bar 21 and the second tension bar 21 A two-stage tension bar (hereinafter referred to as a two-stage tension bar) 20 having a tension bar 22 is provided on the ram 15 so that not only the displacement of the ram 15 tip but also the inclination of the ram 15 tip can be corrected simultaneously. ing.
  • the two-stage tension bar 20 has a first tension bar 21 and a second tension bar 22 arranged on the same axis, and is provided above the center line L of the ram 15. Further, on the rear end side of the ram 15, a cylinder portion 23 for applying a tensile force F 1 (first tensile force) and a tensile force F 2 (second tensile force) to the first tension bar 21 and the second tension bar 22. Is provided.
  • the first tension bar 21 is provided along the longitudinal direction (left-right direction H) of the ram 15 over substantially the entire length thereof. Specifically, the first tension bar 21 is provided with a tension portion 21 a for applying a tensile force F ⁇ b> 1 to the ram 15 on the front end side of the ram 15.
  • the piston 21b and the support portion 23a are provided, and an oil chamber 24 is formed between the piston 21b and the support portion 23a.
  • the second tension bar 22 is also provided along the longitudinal direction (left and right direction H) of the ram 15, but its length is shorter than that of the first tension bar 21.
  • the second tension bar 22 is arranged on the outer peripheral side of the first tension bar 21 so as to be coaxial with the first tension bar 21.
  • the columnar first tension bar 21 is coaxially arranged inside the cylindrical second tension bar 22, which is a so-called double cylinder structure.
  • the second tension bar 22 is not a front end side of the ram 15 but a tension for applying a tensile force F2 to the ram 15 on the inner side (near the rear end) from the positions of the tensile portion 21a and the receiving portion 15a.
  • a portion 22a is provided, and a cylinder portion 23 on the rear end side of the ram 15 is provided with a piston 22b and a support portion 23b, and an oil chamber 25 is formed between the piston 22b and the support portion 23b.
  • the pressures P1 and P2 to the oil chambers 24 and 25 can be controlled, not only the proportional electromagnetic control valve but also other pressure variable devices may be used.
  • the tensile forces F1 and F2 generated by the first tension bar 21 and the second tension bar 22 may be generated using a driving force of a motor or the like.
  • the reason why the two-stage tension bar 20 in this embodiment can also correct the inclination of the tip of the ram 15 will be described.
  • the conventional tension bar is referred to as a one-stage tension bar.
  • the description thereof is omitted here.
  • ⁇ ⁇ Deflection due to the ram's own weight is caused by the bending moment generated by the uniform load.
  • the bending moment generated by the self-weight is a quadratic curve as shown by the alternate long and short dash line graphs in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • the force applied by the tension force of the tension bar is a moment and is constant.
  • the bending moment by the first-stage tension bar is represented by a solid line graph in FIG. 4A
  • the bending moment by the second-stage tension bar is represented by a solid line graph in FIG. 4B.
  • the tension force of the tension bar is set so that the displacement amount of the ram tip is zero.
  • the sum of the bending moment of the ram generated by the ram's own weight and the bending moment of the tension bar at the ram tip (hereinafter referred to as the ram deflection) It is only required that “the sum of bending moments”) can be brought close to “0”.
  • the sum of bending moments can be brought close to “0”.
  • a single-stage tension bar if the bending moment generated by the first-stage tension bar is applied to the bending moment generated by its own weight, a bending moment diagram as shown in the dotted line graph in FIG. It is difficult to bring the sum of bending moments close to “0” at the ram tip (in FIG. 4A, at a position where the ram length is 1.6 m).
  • the sum of the bending moments is brought close to “0” at the ram tip by using a two-stage tension bar.
  • a two-stage tension bar if the bending moment generated by the two-stage tension bar is applied to the bending moment of the ram generated by the ram's own weight, the bending moment line as shown in the dotted line graph in FIG.
  • the sum of bending moments is set to “0” at the ram tip (the position where the ram extension amount is 1.6 m in FIG. 4B). It can be approached.
  • the tension bar is of a two-stage type, the sum of bending moments can be brought close to “0” at the ram tip, and not only the displacement amount of the ram tip but also the inclination is corrected for the ram deflection. It becomes possible. If the tension bar is a multi-stage type (for example, three-stage type) larger than two stages, the degree of freedom of correction is further increased, and the sum of bending moments can be made closer to “0” at the ram tip.
  • the position of the second tension bar 22 arranged inside in the two-stage tension bar 20 in the horizontal direction H is as follows.
  • the position of the second tension bar 22 disposed inside in the horizontal direction H that is, the position of the tension portion 22a of the second tension bar 22 in the horizontal direction H is as described above.
  • the sum of bending moments may be arranged so as to approach “0”.
  • the bending moment diagrams shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) are for the case where no attachment is attached to the ram 15, but the same applies when the attachment is attached.
  • the amount of the ram 15 fed, the weight of the attachment to be attached, the rigidity of the ram 15, the tensile force F1 of the first tension bar 21, the second tension A bending moment diagram as shown in FIG. 4B is calculated from the tensile force F2 of the bar 22, and the sum of bending moments at the tip of the ram 15 is set to “0” within a range in which the tensile forces F1 and F2 can be changed.
  • the position where the displacement amount and inclination of the ram tip are minimized is derived, and the tension portion 22a of the second tension bar 22 is provided at the derived position. The same applies to a multi-stage tension bar larger than two stages.
  • the vertical position of the two-stage tension bar 20 arranged on the ram 15 is arranged as follows.
  • the two-stage tension bar 20 applies a bending moment to the ram 15 and corrects the deflection, similarly to the conventional one-stage tension bar.
  • the two-stage tension bar 20 in the present embodiment is disposed at a position close to the upper surface of the ram 15.
  • a two-stage bar (hereinafter referred to as compression) that is arranged below the ram center line and generates a pushing force.
  • compression a two-stage bar
  • the displacement and inclination of the ram tip are corrected by pushing up the ram by the bending moment generated by the first and second pushing force of the first and second compression bars. It is also possible to do.
  • compression force acts on the compression bar, it is necessary to prevent the compression bar itself from being cramped. For this reason, the compression bar needs to be thickened. Therefore, when it is desired to make the ram compact, it is desirable to use a two-stage tension bar arranged above the ram.
  • a plurality of two-stage tension bars arranged above the center line of the ram may be provided, or the lengths are different from the two-stage tension bars arranged coaxially.
  • Two independent tension bars may be arranged above the center line of the ram.
  • a plurality of two-stage compression bars arranged below the center line of the ram may be provided.
  • two independent compression bars having different lengths may be provided.
  • the compression bar may be arranged below the center line of the ram.
  • an attachment to be attached to the ram 15 is selected, and a correction formula corresponding to this attachment is also selected (step S1).
  • the position information (Z, W, Y position) of each axis in the ram 15 is acquired (step S2).
  • a correction force F ij that minimizes the displacement amount and inclination of the tip of the ram 15 is calculated. 2 Convert to pressures P1 and P2 to the tension bar 2.
  • the correction force F ij is defined as follows for each tension bar and each attachment.
  • the following function f is determined by measuring with an actual machine.
  • the correction force F ij is the tensile force F1, F2, and the oil chamber 24 necessary for applying such correction force F ij to the receiving portions 15a, 15b. , 25 may be converted as pressures P1 and P2.
  • the function f has a series of factors (1) to (4) below, and therefore the relational expression cannot be generally obtained, and is determined by measuring the actual measurement value with an actual machine. Therefore, when obtaining the pressures P1 and P2, the pressures P1 and P2 are obtained after grasping the following conditions (1) to (4).
  • the pressures P1 and P2 that minimize the inclination of the tip of the ram 15 have a bending moment as shown in FIG. 4B together with the selected correction formula and the acquired position information (Z, W, Y position) and the like. Calculate and find out.
  • the ranges of the pressures P1 and P2 are obtained with respect to the range of the allowable inclination, and the ranges of the pressures P1 and P2 are separately obtained with respect to the range of the allowable displacement amount.
  • the first tension bar 21 and the second tension bar are supplied so as to instruct the obtained pressures P1 and P2 from the control device provided in the horizontal machine tool 10 (step S4) and supply the hydraulic pressures of the pressures P1 and P2.
  • Each proportional electromagnetic control valve 22 is driven (step S5).
  • the deflection of the ram 15 is corrected by the hydraulic pressures P1 and P2 supplied to the first tension bar 21 and the second tension bar 22, respectively, and the displacement amount and inclination of the ram 15 tip are controlled to be minimized (see FIG. Step S6).
  • step S7 the pressures P1 and P2 are calculated and controlled in real time by feeding back the position of the ram 15 until the machining is completed. Thus, the pressures P1 and P2 are changed (step S7).
  • the amount of ram deflection obtained is shown in the graph of FIG.
  • the case of a single-stage tension bar is also shown.
  • the amount of displacement due to deflection can be corrected at the tip of the ram, and at the same time, the inclination can also be corrected. Yes.
  • the straightness and squareness of the ram can be improved, and variations in the ram tip displacement and inclination occurring for each attachment with different mass can be suppressed, and high machining accuracy can be realized.
  • the present invention is suitable for horizontal machine tools such as horizontal lathes.

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Abstract

　ラム先端の変位及び傾きを同時に補正することができるラムたわみ補正装置及び補正方法を提供する。そのため、水平方向Ｈに移動可能にサドルに支持された工作機械のラム１５のたわみを補正するラムたわみ補正装置において、水平方向Ｈに沿って、ラム１５の中心線Ｌより上方に設けられ、ラム１５の先端を内側に引っ張り上げる引張力Ｆ１を付与する第１テンションバー２１と、水平方向Ｈに沿って、ラム１５の中心線Ｌより上方に設けられ、第１テンションバー２１の先端より内側の位置を内側に引っ張る引張力Ｆ２を付与する第２テンションバー２２とを有する。

Description

ラムたわみ補正装置及び補正方法
　本発明は、横型工作機械等におけるラムたわみ補正装置及び補正方法に関する。
　図７に、従来の横型工作機械の概略を示す。横型工作機械５０は、ベッド５１上に水平方向（便宜的に前後方向と呼ぶ。）に移動可能にコラムベース５２が設けられ、コラムベース５２上にコラム５３が立設されている。コラム５３の１つの側面には、鉛直方向（便宜的に上下方向と呼ぶ。）に移動可能にサドル５４が支持されており、このサドル５４には、水平方向（便宜的に左右方向Ｈと呼ぶ。）に移動可能にラム５５が支持されている。ラム５５は、主軸を有しており、主軸先端に取り付けた工具を用いて、加工対象のワークに加工を行うことになる。加工を行う際には、コラムベース５２、サドル５４、ラム５５を移動させながら、所望の加工を行うことになる。このとき、ラム５５は、その左右方向Ｈへの移動に伴い、たわみＤが生じ（後述する図９の点線のグラフ参照）、加工面の直角度が悪化する問題があった。
　上述した問題を解決するため、図８に示すように、ラム５５内部にテンションバー６１を設け、ラム５５先端を引っ張ることにより、たわみを補正する技術が既に存在する（特許文献１）。図８を参照して、具体的に説明すると、左右方向Ｈに沿って、テンションバー６１がラム５５内部の長手方向に設けられており、ラム５５の先端側には、引張力Ｆをラム５５に付与するための引張部６１ａが設けられ、ラム５５の後端側にはピストン６１ｂ及びシリンダ部６０が設けられている。ラム出し量に応じて、圧力Ｐ１を変化させて、シリンダ部６０に供給すると、ピストン６１ｂが後端側へ移動し、ピストン６１ｂの移動と共にテンションバー６１及び引張部６１ａが後端側へ移動し、ラム５５の先端側が引張力Ｆで引っ張られることになる。その結果、ラム５５の先端がＣ方向に変位されて、ラム５５のたわみが補正されることになる。
　図９に、ラム出し量とラムたわみ量の関係について、テンションバーが有る場合と無い場合とを比較したグラフを示す。図９のグラフに示すように、図８に示すようなテンションバーを用いることにより、ラム先端の変位を補正することができる。
特公平０３－０６４２６４号公報
　図８に示すような従来のテンションバーは、ラム先端の変位を補正することはできるが、図９からもわかるように、補正した結果、ラム先端には傾きが生じていた。ラム先端の傾きは、ラム先端にかかる荷重（アタッチメントの有無、種類）によって異なるため、ラム先端の変位を優先して補正すると、ラム先端の傾きが大きくなり、主軸に傾きが生じて、加工面のつなぎ部に段差が生じる問題が発生する。一方、図８に示すような従来のテンションバーでは、ラム先端の変位よりラム先端の傾きを優先して補正することも可能であるが、その場合には、ラム先端の変位を完全に補正することができないため、位置精度が悪化する問題が発生する。このように、従来のテンションバーでは、ラム先端の変位及び傾きを同時に補正することができず、加工面の直角度、加工の位置精度には依然として問題があった。
　本発明は上記課題に鑑みなされたもので、ラム先端の変位及び傾きを同時に補正することができるラムたわみ補正装置及び補正方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決する第１の発明に係るラムたわみ補正装置は、
　水平方向に移動可能にサドルに支持された工作機械のラムのたわみを補正するラムたわみ補正装置において、
　前記水平方向に沿って、前記ラムの中心線より上方に設けられ、前記ラムの先端を内側に引っ張り上げる第１引張力を付与する第１テンションバーと、
　前記水平方向に沿って、前記ラムの中心線より上方に設けられ、前記第１テンションバーの先端より内側の位置を内側に引っ張る第２引張力を付与する第２テンションバーとを有することを特徴とする。
　上記課題を解決する第２の発明に係るラムたわみ補正装置は、
　上記第１の発明に記載のラムたわみ補正装置において、
　前記第１テンションバー及び前記第２テンションバーを、前記ラムの曲げ中心より上方に離れた位置に配置したことを特徴とする。
　上記課題を解決する第３の発明に係るラムたわみ補正装置は、
　上記第１又は第２の発明に記載のラムたわみ補正装置において、
　前記第１テンションバーと前記第２テンションバーとを同軸に配置したことを特徴とする。
　上記課題を解決する第４の発明に係るラムたわみ補正装置は、
　水平方向に移動可能にサドルに支持された工作機械のラムのたわみを補正するラムたわみ補正装置において、
　前記水平方向に沿って、前記ラムの中心線より下方に設けられ、前記ラムの先端を外側に押し上げる第１押出力を付与する第１コンプレッションバーと、
　前記水平方向に沿って、前記ラムの中心線より下方に設けられ、前記第１テンションバーの先端より内側の位置を外側に押し上げる第２押出力を付与する第２コンプレッションバーとを有することを特徴とする。
　上記課題を解決する第５の発明に係るラムたわみ補正装置は、
　上記第４の発明に記載のラムたわみ補正装置において、
　前記第１コンプレッションバー及び前記第２コンプレッションバーを、前記ラムの曲げ中心より下方に離れた位置に配置したことを特徴とする。
　上記課題を解決する第６の発明に係るラムたわみ補正装置は、
　上記第４又は第５の発明に記載のラムたわみ補正装置において、
　前記第１コンプレッションバーと前記第２コンプレッションバーとを同軸に配置したことを特徴とする。
　上記課題を解決する第７の発明に係るラムたわみ補正方法は、
　上記第１から第３の発明のいずれか１つに記載のラムたわみ補正装置を用いたラムたわみ補正方法であって、
　前記ラム先端の変位量が０となり、かつ、前記ラムの自重により発生する前記ラムの曲げモーメントと前記第１引張力及び前記第２引張力による曲げモーメントとの和が前記ラム先端で０となる前記第１引張力及び前記第２引張力を求め、
　求めた前記第１引張力及び前記第２引張力を前記第１テンションバー及び前記第２テンションバーにより付与することを特徴とする。
　上記課題を解決する第８の発明に係るラムたわみ補正方法は、
　上記第４から第６の発明のいずれか１つに記載のラムたわみ補正装置を用いたラムたわみ補正方法であって、
　前記ラム先端の変位量が０となり、かつ、前記ラムの自重により発生する前記ラムの曲げモーメントと前記第１押出力及び前記第２押出力による曲げモーメントとの和が前記ラム先端で０となる前記第１押出力及び前記第２押出力を求め、
　求めた前記第１押出力及び前記第２押出力を前記第１コンプレッションバー及び前記第２コンプレッションバーにより付与することを特徴とする。
　上記課題を解決する第９の発明に係るラムたわみ補正方法は、
　上記第７又は第８の発明に記載のラムたわみ補正方法において、
　前記ラム先端にアタッチメントを装着した場合には、前記ラムの自重に前記アタッチメントの重量を加えて、前記ラムの曲げモーメントを求めることを特徴とする。
　本発明によれば、ラム先端の変位だけでなく、同時に、ラム先端の傾きも補正することができ、ラムの真直度、直角度を改善することができる。又、ラム先端の変位及び傾きを同時に補正できるため、質量の異なるアタッチメント毎に生じるラム先端の変位、傾きのばらつきを抑えることができ、どのようなアタッチメントを用いても、高い加工精度を実現することができる。
本発明に係るラムたわみ補正装置を有する横型工作機械を示す概略図である。 本発明に係るラムたわみ補正装置を説明する図である。 本発明に係るラムたわみ補正装置の断面図である。 本発明に係るラムたわみ補正の原理を説明する曲げモーメント線図であり、（ａ）は、１段テンションバー、（ｂ）は、２段テンションバーを示すものである。 本発明に係るラムたわみ補正方法を示すフローチャートである。 ラム出し量とラムたわみ量の関係について、本発明の効果を表したグラフである。 従来の横型工作機械を示す概略図である。 従来のテンションバーを説明する図である。 ラム出し量とラムたわみ量の関係について、テンションバーが有る場合と無い場合とを比較したグラフである。
　１０　横型工作機械
　１５　ラム
　２０　２段テンションバー
　２１　第１テンションバー
　２２　第２テンションバー
　以下、図１～図６を参照して、本発明に係るラムたわみ補正装置及び補正方法を説明する。
（実施例１）
　図１は、本実施例のラムたわみ補正装置を有する横型工作機械を示す概略図であり、図２は、そのラムたわみ補正装置を説明する図、図３は、そのラムたわみ補正装置の断面図である。
　図１に示す横型工作機械１０は、ベッド１１上に前後方向に移動可能にコラムベース１２が設けられ、コラムベース１２上にコラム１３が立設されている。コラム１３の１つの側面には、上下方向に移動可能にサドル１４が支持されており、このサドル１４には、左右方向Ｈに移動可能にラム１５が支持されている。ラム１５は、主軸を有しており、主軸先端に取り付けた工具を用いて、加工対象のワークに加工を行うことになる。加工を行う際には、コラムベース１２、サドル１４、ラム１５を、各々、前後方向、上下方向、左右方向Ｈに移動させながら、所望の加工を行うことになる。
　前述したように、ラム１５は、左右方向Ｈへの移動に伴い、たわみが生じ、加工面の直角度が悪化する問題があったが、本実施例においては、第１テンションバー２１及び第２テンションバー２２を有する２段式のテンションバー（以降、２段テンションバーと呼ぶ。）２０をラム１５に設け、ラム１５先端の変位だけでなく、同時に、ラム１５先端の傾きも補正できるようにしている。
　本実施例における２段テンションバー２０について、図２、図３を参照して、その具体的な構成を説明する。
　本実施例において、２段テンションバー２０は、同軸上に配置した第１テンションバー２１と第２テンションバー２２とを有し、ラム１５の中心線Ｌより上方に設けられている。又、ラム１５の後端側には、第１テンションバー２１及び第２テンションバー２２に引張力Ｆ１（第１引張力）、引張力Ｆ２（第２引張力）を付与するためのシリンダ部２３が設けられている。
　第１テンションバー２１は、ラム１５の長手方向（左右方向Ｈ）に沿って、その略全長に渡って、設けられている。第１テンションバー２１は、具体的には、ラム１５の先端側には、引張力Ｆ１をラム１５に付与するための引張部２１ａが設けられ、ラム１５の後端側のシリンダ部２３には、ピストン２１ｂ及び支持部２３ａが設けられ、ピストン２１ｂと支持部２３ａとの間に油室２４が形成されている。
　第２テンションバー２２も、ラム１５の長手方向（左右方向Ｈ）に沿って設けられているが、その長さは第１テンションバー２１より短い。又、第２テンションバー２２は、第１テンションバー２１と同軸となるように、第１テンションバー２１の外周側に配置されている。換言すると、円筒状の第２テンションバー２２の内部に円柱状の第１テンションバー２１を同軸配置しており、謂わば、二重シリンダの構造となっている。第２テンションバー２２は、具体的には、ラム１５の先端側ではなく、引張部２１ａ、受け部１５ａの位置より内側（後端寄り）に、引張力Ｆ２をラム１５に付与するための引張部２２ａが設けられ、ラム１５の後端側のシリンダ部２３には、ピストン２２ｂ及び支持部２３ｂが設けられ、ピストン２２ｂと支持部２３ｂとの間に油室２５が形成されている。
　従って、油室２４に圧力Ｐ１が供給されると、ピストン２１ｂが後端側へ移動し、ピストン２１ｂの移動と共にテンションバー２１及び引張部２１ａが後端側へ移動し、ラム１５の先端側の受け部１５ａが引張力Ｆ１で引っ張られることになる。又、油室２５に圧力Ｐ２が供給されると、ピストン２２ｂが後端側へ移動し、ピストン２２ｂの移動と共にテンションバー２２及び引張部２２ａが後端側へ移動し、ラム１５の受け部１５ｂが引張力Ｆ２で引っ張られることになる。油室２４、２５への圧力Ｐ１、Ｐ２は、例えば、比例電磁制御弁（図示省略）を各々駆動することにより、所望の圧力Ｐ１、Ｐ２に制御するようにしている。
　なお、油室２４、２５への圧力Ｐ１、Ｐ２を制御できれば、比例電磁制御弁に限らず、他の圧力可変器を用いてもよい。又、油圧に限らず、モータ等の駆動力を用いて、第１テンションバー２１、第２テンションバー２２による引張力Ｆ１、Ｆ２を発生するようにしてもよい。
　そして、本実施例における２段テンションバー２０では、ラム１５の先端側の受け部１５ａを引張力Ｆ１で引っ張ると共に、その内側（後端寄り）の受け部１５ｂを引張力Ｆ２で引っ張ることにより、ラム１５の先端側（受け部１５ａの部分）、ラム１５の先端より内側（受け部１５ｂの部分）が上方に変位されて、ラム１５先端の変位量が補正されると共に傾きも補正されることになる。
　ここで、図４（ａ）、（ｂ）に示す曲げモーメント線図を参照して、本実施例における２段テンションバー２０が、なぜ、ラム１５先端の傾きも補正できるのか説明する。ここでは、従来のテンションバーを１段テンションバーと呼んで説明している。又、ラム１５先端の変位量が補正できることは、前述の図９で説明しているので、ここでは、その説明は省略する。
　ラム自身の自重によるたわみは、均等荷重によって発生する曲げモーメントにより発生する。この自重によって発生する曲げモーメントは、図４（ａ）、（ｂ）中の一点鎖線のグラフに示すように、２次曲線となる。一方、テンションバーの引張力によって加えられる力は、モーメントであり、一定である。例えば、１段テンションバーによる曲げモーメントは、図４（ａ）中の実線のグラフで表され、２段テンションバーによる曲げモーメントは、図４（ｂ）中の実線のグラフで表される。ここで、テンションバーの引張力は、ラム先端の変位量を０とする大きさとしている。
　ラムのたわみについて、ラム先端の変位量だけでなく、傾きも補正するためには、ラム先端において、ラム自重により発生するラムの曲げモーメントとテンションバーの引張力による曲げモーメントとの和（以降、単に、「曲げモーメントの和」と呼ぶ。）を、「０」に近づけることができればよい。１段テンションバーの場合、自重によって発生する曲げモーメントに、１段テンションバーによって発生する曲げモーメントを作用させると、図４（ａ）中の点線のグラフに示されるような曲げモーメント線図となり、ラム先端（図４（ａ）中では、ラム出し量１．６ｍの位置）において、曲げモーメントの和を「０」に近づけることは難しい。
　そこで、本実施例においては、テンションバーを２段式にすることにより、ラム先端において、曲げモーメントの和を「０」に近づけるようにしている。２段テンションバーの場合、ラム自重によって発生するラムの曲げモーメントに、２段テンションバーによって発生する曲げモーメントを作用させると、図４（ｂ）中の点線のグラフに示されるような曲げモーメント線図となり、図４（ａ）に示す１段テンションバーと比較して、ラム先端（図４（ｂ）中では、ラム出し量１．６ｍの位置）において、曲げモーメントの和を「０」に近づけることができている。このことから、テンションバーを２段式にすれば、ラム先端において、曲げモーメントの和を「０」に近づけることができ、ラムのたわみについて、ラム先端の変位量だけでなく、傾きも補正することが可能となる。なお、テンションバーを２段より大きい多段式（例えば、３段式）にすれば、より補正の自由度が増し、ラム先端において、曲げモーメントの和をより「０」に近づけることができる。
　以上説明した原理を前提にして、２段テンションバー２０において、内側に配置される第２テンションバー２２の水平方向Ｈにおける位置については、以下のようにしている。
　具体的には、内側に配置される第２テンションバー２２の水平方向Ｈにおける位置、つまり、第２テンションバー２２の引張部２２ａの水平方向Ｈにおける位置については、前述したように、ラム１５先端において、曲げモーメントの和が「０」に近づくように配置すればよい。図４（ａ）、（ｂ）に示した曲げモーメント線図は、ラム１５にアタッチメントを装着していない場合のものであるが、アタッチメントを装着した場合でも、同様である。
　従って、第２テンションバー２２の引張部２２ａの水平方向Ｈにおける位置については、ラム１５の繰り出し量、装着するアタッチメントの重量、ラム１５の剛性、第１テンションバー２１の引張力Ｆ１、第２テンションバー２２の引張力Ｆ２から、図４（ｂ）に示すような曲げモーメント線図を計算し、引張力Ｆ１、Ｆ２の変更可能な範囲で、ラム１５先端において、曲げモーメントの和を「０」に近づけて、ラム先端の変位量及び傾きが最小となるような位置を導き出し、導き出した位置に第２テンションバー２２の引張部２２ａを設けるようにしている。これは、２段より大きい多段式のテンションバーでも同様である。
　又、ラム１５に配置される２段テンションバー２０の上下方向における位置については、以下のように配置している。
　本実施例における２段テンションバー２０は、従来の１段テンションバーと同様に、ラム１５に曲げモーメントを与えて、たわみの補正を実施するものである。図２を参照し、第１テンションバー２１を例にとって、説明すると、曲げモーメントをＭとし、ラム１５の曲げ中心から第１テンションバー２１の中心線までの距離をａとした場合、引張力Ｆ１により発生する曲げモーメントＭは、以下の式で表すことができる。
　Ｍ＝ａ×Ｆ１
　曲げモーメントＭをできる限り大きくするには、上記式から、引張力Ｆ１を大きくするか、距離ａを大きくすればよいことがわかる。従って、距離ａ、つまり、第１テンションバー２１の配置位置は、曲げ中心からできるだけ遠い位置に配置することで、同一の引張力Ｆ１であっても、より大きな曲げモーメントＭを発生させることができる。従って、本実施例における２段テンションバー２０は、ラム１５の上面に近い位置に配置することが望ましい。
　なお、原理的には、ラムの中心線より上方に配置した２段式のテンションバーに代えて、ラムの中心線より下方に配置した、押出力を発生させる２段式のバー（以降、コンプレッションバーと呼ぶ。）を用い、第１コンプレッションバー、第２コンプレションバーの第１押出力、第２押出力により発生させた曲げモーメントにより、ラムを押し上げることにより、ラム先端の変位及び傾きを補正することも可能である。しかしながら、この場合、コンプレッションバーには圧縮力が働くため、コンプレッションバー自体の挫屈を防止する必要があり、そのため、コンプレッションバーを太くする必要がある。従って、ラムをコンパクトにしたい場合には、ラム上方に配置した２段式のテンションバーを用いることが望ましい。
　更に、変形例としては、ラムの中心線より上方に配置した２段式のテンションバーを複数設けるようにしてもよいし、同軸に配置した２段式のテンションバーに代えて、長さの異なる２つの独立したテンションバーをラムの中心線より上方に配置するようにしてもよい。同様に、ラムの中心線より下方に配置した２段式のコンプレッションバーを複数設けるようにしてもよいし、同軸に配置した２段式のコンプレッションバーに代えて、長さの異なる２つの独立したコンプレッションバーをラムの中心線より下方に配置するようにしてもよい。又、上述したテンションバーとコンプレッションバー（共に、２段式、独立式を含む）とを組み合わせるようにしてもよい。
　次に、本実施例における２段テンションバー２０を用いたラム１５のたわみの補正方法について、図５を参照して、説明を行う。なお、以下の制御は、横型工作機械１０に備えられた制御装置において実施される。
　最初に、ラム１５に装着するアタッチメントを選択し、このアタッチメントに該当する補正式も選択する（ステップＳ１）。
　ラム１５における各軸の位置情報（Ｚ、Ｗ、Ｙ位置）を取得する（ステップＳ２）。
　選択した補正式及び取得した位置情報（Ｚ、Ｗ、Ｙ位置）に基づいて、ラム１５先端の変位量及び傾きが最小となる補正力Ｆijを計算し、これを第１テンションバー２１、第２テンションバー２への圧力Ｐ１、Ｐ２へ換算する。
　なお、上記補正力Ｆijは、テンションバー毎、アタッチメント毎に、以下のように定義する。又、下記の関数ｆは、実際の機械で計測することにより決定している。
　Ｆij＝ｆij（y,z,w）
　ｉ：テンションバー番号（本実施例の場合、ｉ＝１、２）
　ｊ：アタッチメント番号
　例えば、図２、図３を参照して説明すると、補正力Ｆijは引張力Ｆ１、Ｆ２であり、このような補正力Ｆijを受け部１５ａ、１５ｂに付与するために必要な油室２４、２５での油圧を、圧力Ｐ１、Ｐ２として換算すればよい。
　又、関数ｆは、下記（１）～（４）の一連の要因があるため、一概に関係式を求めることができず、実際の機械で実測値を計測することで決定している。従って、圧力Ｐ１、Ｐ２を求める際には、下記（１）～（４）の状態を把握した上で、圧力Ｐ１、Ｐ２を求めている。
　（１）Ｚ、Ｗ、Ｙ軸移動による自重によるたわみ
　（２）アタッチメントの有無及びアタッチメントの種類によるラムのたわみ
　（３）上記（１）及び（２）の複合的な要因による工作機械全体の倒れ
　（４）温度変化による工作機械の変形
　その際、ラム１５先端の傾きを最小とする圧力Ｐ１、Ｐ２は、選択した補正式及び取得した位置情報（Ｚ、Ｗ、Ｙ位置）等と共に、図４（ｂ）に示すような曲げモーメントを計算して、求めればよい。このとき、許容可能な傾きの範囲に対して、圧力Ｐ１、Ｐ２の範囲を求め、又、許容可能な変位量の範囲に対して、圧力Ｐ１、Ｐ２の範囲を別途求めておき、許容可能な傾きの範囲に対する圧力Ｐ１、Ｐ２の範囲と許容可能な変位量の範囲に対する圧力Ｐ１、Ｐ２の範囲とが重なる領域において、ラム１５先端の変位量及び傾きが最小となる圧力Ｐ１、Ｐ２を導き出せばよい。
　横型工作機械１０に備えられた制御装置から、求められた圧力Ｐ１、Ｐ２を指令し（ステップＳ４）、当該圧力Ｐ１、Ｐ２の油圧を供給するように、第１テンションバー２１、第２テンションバー２２各々の比例電磁制御弁を駆動する（ステップＳ５）。
　第１テンションバー２１、第２テンションバー２２へ各々供給された圧力Ｐ１、Ｐ２の油圧により、ラム１５のたわみが補正され、ラム１５先端の変位量及び傾きが最小となるように制御される（ステップＳ６）。
　上記ステップＳ２～Ｓ６までの制御は、加工が終了するまで、ラム１５の位置をフィードバックすることにより、圧力Ｐ１、Ｐ２がリアルタイムで計算されて、制御されており、当然ながら、ラム出し量に応じて、圧力Ｐ１、Ｐ２を変化させている（ステップＳ７）。
　上述した制御の結果、得られたラムたわみ量を図６のグラフに示す。なお、比較のため、テンションバーが無い場合、１段テンションバーの場合も併記した。図６のグラフからわかるように、本実施例の２段テンションバーを用い、ラムの２箇所を引っ張ることにより、ラム先端において、たわみによる変位量を補正できると共に、同時に、その傾きも補正できている。
　従って、ラムの真直度、直角度を改善することができ、又、質量の異なるアタッチメント毎に生じるラム先端の変位、傾きのばらつきを抑えることができ、高い加工精度を実現することができる。
　本発明は、横中繰り盤等の横型工作機械に好適なものである。

Claims (9)

  1. 　水平方向に移動可能にサドルに支持された工作機械のラムのたわみを補正するラムたわみ補正装置において、
    　前記水平方向に沿って、前記ラムの中心線より上方に設けられ、前記ラムの先端を内側に引っ張り上げる第１引張力を付与する第１テンションバーと、
    　前記水平方向に沿って、前記ラムの中心線より上方に設けられ、前記第１テンションバーの先端より内側の位置を内側に引っ張る第２引張力を付与する第２テンションバーとを有することを特徴とするラムたわみ補正装置。
  2. 　請求項１に記載のラムたわみ補正装置において、
    　前記第１テンションバー及び前記第２テンションバーを、前記ラムの曲げ中心より上方に離れた位置に配置したことを特徴とするラムたわみ補正装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載のラムたわみ補正装置において、
    　前記第１テンションバーと前記第２テンションバーとを同軸に配置したことを特徴とするラムたわみ補正装置。
  4. 　水平方向に移動可能にサドルに支持された工作機械のラムのたわみを補正するラムたわみ補正装置において、
    　前記水平方向に沿って、前記ラムの中心線より下方に設けられ、前記ラムの先端を外側に押し上げる第１押出力を付与する第１コンプレッションバーと、
    　前記水平方向に沿って、前記ラムの中心線より下方に設けられ、前記第１テンションバーの先端より内側の位置を外側に押し上げる第２押出力を付与する第２コンプレッションバーとを有することを特徴とするラムたわみ補正装置。
  5. 　請求項４に記載のラムたわみ補正装置において、
    　前記第１コンプレッションバー及び前記第２コンプレッションバーを、前記ラムの曲げ中心より下方に離れた位置に配置したことを特徴とするラムたわみ補正装置。
  6. 　請求項４又は請求項５に記載のラムたわみ補正装置において、
    　前記第１コンプレッションバーと前記第２コンプレッションバーとを同軸に配置したことを特徴とするラムたわみ補正装置。
  7. 　請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のラムたわみ補正装置を用いたラムたわみ補正方法であって、
    　前記ラム先端の変位量が０となり、かつ、前記ラムの自重により発生する前記ラムの曲げモーメントと前記第１引張力及び前記第２引張力による曲げモーメントとの和が前記ラム先端で０となる前記第１引張力及び前記第２引張力を求め、
    　求めた前記第１引張力及び前記第２引張力を前記第１テンションバー及び前記第２テンションバーにより付与することを特徴とするラムたわみ補正方法。
  8. 　請求項４から請求項６のいずれか１つに記載のラムたわみ補正装置を用いたラムたわみ補正方法であって、
    　前記ラム先端の変位量が０となり、かつ、前記ラムの自重により発生する前記ラムの曲げモーメントと前記第１押出力及び前記第２押出力による曲げモーメントとの和が前記ラム先端で０となる前記第１押出力及び前記第２押出力を求め、
    　求めた前記第１押出力及び前記第２押出力を前記第１コンプレッションバー及び前記第２コンプレッションバーにより付与することを特徴とするラムたわみ補正方法。
  9. 　請求項７又は請求項８に記載のラムたわみ補正方法において、
    　前記ラム先端にアタッチメントを装着した場合には、前記ラムの自重に前記アタッチメントの重量を加えて、前記ラムの曲げモーメントを求めることを特徴とするラムたわみ補正方法。
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