WO2016016928A1 - 旋盤 - Google Patents

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WO2016016928A1
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lathe
dynamic
tool
spacer
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Inventor
惠史 鈴山
康元 塩谷
修 長井
Original Assignee
富士機械製造株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a lathe for machining a workpiece.
  • Patent Document 1 discloses a method of controlling the cutting angle of the tool with respect to the workpiece so that the tool comes into contact with the workpiece from a direction in which the rigidity of the workpiece is high.
  • Patent Document 2 discloses a headstock device that fixes a spindle case to a headstock by a slit ring.
  • an operation of attaching the slit ring to the head stock and an operation of tightening the spindle case from the outside in the radial direction by the slit ring are required. These operations are complicated.
  • it is necessary to support a spindle case by a double-supported structure Specifically, it is necessary to sandwich the spindle case from both sides in the axial direction by a split ring and a bolt (specifically, a bolt inserted through the flange portion of the spindle case).
  • the structure is complex. Therefore, an object of the present invention is to provide a lathe having a simple structure and high dynamic rigidity of a workpiece in the cutting direction of the tool.
  • the lathe according to the present invention has a fixing member, a mounting flange attached to the fixing member, a main shaft rotatable around its own axis, and a work attached to the main shaft and detachable.
  • the angle at which the tool cuts into the workpiece is defined as the 0 ° position. Including at least one of them.
  • the axial direction of the main shaft is the “Z direction” or “main shaft direction”
  • the direction orthogonal to the Z direction and the direction in which the tool cuts into the workpiece is the “X direction” or “cutting direction”
  • the Z direction and the X direction is referred to as “Y direction” or “cutting direction”.
  • Attachment refers to the part where the attachment flange is attached to the fixed member.
  • the “attachment portion” may be separate from the fixing member and the attachment flange.
  • the “attachment portion” may be integrated with at least one of the fixing member and the attachment flange.
  • the “relief portion” refers to a Z-direction gap defined between the fixing member and the attachment flange in the attachment portion.
  • the relief part separates a part of the fixing member and a part of the mounting flange in the axial direction of the main shaft. For this reason, according to the lathe of the present invention, the gap, that is, the escape, is deliberately compared to the conventional method of “highly connecting a plurality of members to increase rigidity” (same as the headstock device of Patent Document 2). By setting the part, the rigidity in a desired direction can be increased.
  • the dynamic rigidity of the workpiece in the X direction tends to affect the machining accuracy of the workpiece.
  • the dynamic rigidity of the workpiece in the Y direction hardly affects the machining accuracy of the workpiece. This is because the Y direction of the work corresponds to the tangential direction of the work. Therefore, in order to improve the machining accuracy of the workpiece, it is more effective to improve the dynamic stiffness of the workpiece in the X direction than to improve the dynamic stiffness of the workpiece in the Y direction.
  • the relief portion extends over 90 ° or more.
  • the dynamic rigidity in the X direction can be selectively improved with respect to the dynamic rigidity in the Y direction as compared with the case where the amount of the relief portion (extending angle range) is less than 90 °.
  • the position of the escape portion includes at least one of the 90 ° position and the 270 ° position. For this reason, at both the 90 ° position and the 270 ° position (that is, both ends in the Y direction), the extending portion of the mounting portion (the portion other than the escape portion.
  • the fixing member and the mounting flange are directly or indirectly in the Z direction. Compared to the case where the continuous portion is set, the dynamic stiffness in the X direction can be selectively improved with respect to the dynamic stiffness in the Y direction.
  • the dynamic stiffness in the X direction of the mounting portion can be made higher than the dynamic stiffness in the Y direction of the mounting portion. For this reason, according to the lathe of the present invention, it is possible to increase the dynamic rigidity in the X direction of the spindle stock and, in turn, the workpiece attached to the spindle stock with a simple structure.
  • the attachment portion is an end-spaced spacer that is interposed between the attachment flange and the fixing member and is coaxially arranged with the main shaft, and the relief
  • the part is preferably configured to be set between one end and the other end of the spacer.
  • the fixing member has an insertion hole through which the headstock is inserted and has an attachment surface at an opening edge, and the spacer is formed between the attachment surface and the attachment flange. It is better to be sandwiched between the main shafts in the axial direction.
  • the spacer can be sandwiched from the Z direction by the mounting surface of the fixing member and the mounting flange of the headstock. For this reason, the dynamic rigidity of the Z direction of the workpiece
  • work attached to the spindle stock and the spindle stock can be made high.
  • the spacer does not tighten the spindle stock from the outside in the radial direction.
  • the radial dynamic rigidity of the spacer tends to increase over the entire circumference. For this reason, it becomes difficult to set a difference between the dynamic stiffness in the Y direction and the dynamic stiffness in the X direction.
  • the spacer does not clamp the headstock from the outside in the radial direction (for example, a radial gap is secured between the inner peripheral surface of the spacer and the outer peripheral surface of the headstock. ) For this reason, the dynamic rigidity in the X direction can be easily made higher than the dynamic rigidity in the Y direction.
  • the one end of the spacer is set at the 0 ° position and the escape portion extends over less than 180 °.
  • the extended portion of the spacer (the portion other than the escape portion) is set at both the 0 ° position and the 180 ° position (that is, both ends in the X direction). For this reason, the dynamic rigidity in the X direction can be easily made higher than the dynamic rigidity in the Y direction.
  • FIG. 1 is a right side view of the vicinity of a column of a lathe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the headstock in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view in the III-III direction of FIG.
  • FIG. 4 is an experimental result graph (Z direction).
  • FIG. 5 is an experimental result graph (Y direction).
  • FIG. 6 is an experimental result graph (X direction).
  • FIG. 1 is a right side view (a front view in the Z direction) of the vicinity of a column of a lathe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the vicinity of the headstock in FIG.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view in the III-III direction of FIG. 1 to 3, the left-right direction corresponds to the Z direction (main axis direction), the up-down direction corresponds to the X direction (cutting direction), and the front-back direction corresponds to the Y direction (cutting direction).
  • the lathe 1 includes a column 2, a head stock 3, a tool base 4, and a spacer 5.
  • the column 2 is included in the concept of the “fixing member” of the present invention.
  • Column 2 is erected from a bed (not shown).
  • the column 2 extends in the vertical direction.
  • the column 2 has an insertion hole 20.
  • the insertion hole 20 extends in the left-right direction.
  • An endless annular mounting surface 200 is set on the opening edge on the right side (tool table 4 side) of the insertion hole 20.
  • the quill-type spindle stock 3 includes a spindle case 30, a spindle 31, and a chuck 32.
  • the spindle case 30 has a cylindrical shape extending in the left-right direction.
  • the spindle case 30 is inserted through the insertion hole 20.
  • the spindle case 30 includes a mounting flange 300.
  • the mounting flange 300 has an endless annular shape.
  • the mounting flange 300 protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the spindle case 30.
  • the mounting flange 300 is disposed on the right side of the insertion hole 20.
  • the mounting flange 300 and the mounting surface 200 face each other in the left-right direction.
  • the main shaft 31 is arranged inside the main shaft case 30 in the radial direction.
  • An axis (radial center line) A of the main shaft 31 extends in the left-right direction.
  • the main shaft 31 is rotatable around the axis A.
  • the chuck 32 is disposed at the right end of the main shaft 31.
  • the chuck 32 includes a plurality of claws 320. The plurality of claws 320 can grip and release the workpiece W.
  • the tool table 4 includes an X-direction slide 40, a Z-direction slide 41, and a turret 42.
  • the X direction slide 40 is arranged in the column 2.
  • the X-direction slide 40 can be slid in the vertical direction by a ball screw (not shown).
  • the Z direction slide 41 is arranged on the X direction slide 40.
  • the Z-direction slide 41 can be slid in the left-right direction by a ball screw (not shown).
  • the turret 42 is disposed on the right surface of the Z-direction slide 41.
  • a tool T is detachably disposed on the turret 42 at every predetermined angle. The tool T can be cut into the workpiece W from above.
  • the spacer 5 includes an extending part 50 and a relief part 51.
  • the extending part 50 has a C-shape with a constant curvature.
  • the extending part 50 is arranged coaxially with the axis A of the main shaft 31.
  • the escape portion 51 is set between the 0 ° position and the 135 ° position. That is, the escape portion 51 is set between one end 500 (0 ° position) of the extending portion 50 and the other end 501 (135 ° position).
  • a bolt (not shown) passes through the mounting flange 300 and the spacer 5 from the right side and is screwed to the column 2. For this reason, the spacer 5 is sandwiched between the mounting flange 300 and the mounting surface 200 from the left-right direction.
  • a part of the attachment surface 200 of the column 2 (a part adjacent to the left side of the relief part 51) and a part of the attachment flange 300 (a part adjacent to the right side of the relief part 51) They are spaced apart in the left-right direction via the relief portion 51.
  • the workpiece W is fixed by the plurality of claws 320 of the chuck 32.
  • the main shaft 31, that is, the workpiece W is rotated around the axis A.
  • the X-direction slide 40 is slid downward, and the tool T is brought into contact with the outer peripheral surface of the workpiece W from the upper side. In this way, the workpiece W is cut.
  • the escape part 51 is extended over 90 degrees or more. Specifically, the relief portion 51 extends over 135 °. For this reason, compared with the case where the amount of the escape portion 51 (the extending angle range) is less than 90 °, the dynamic stiffness in the X direction (vertical direction) with respect to the dynamic stiffness in the Y direction (front-rear direction) It can be selectively improved.
  • the position of the escape portion 51 includes a 90 ° position. For this reason, compared with the case where the extending portions 50 of the spacer 5 are set at both the 90 ° position and the 270 ° position (that is, both ends in the Y direction), the dynamic stiffness in the Y direction is less than that in the X direction. The dynamic rigidity can be selectively improved.
  • the dynamic rigidity in the X direction of the spacer 5 can be made higher than the dynamic rigidity in the Y direction of the spacer 5. For this reason, according to the lathe 1 of the present embodiment, the dynamic rigidity in the X direction of the work head 3 extending to the head stock 3 can be increased with a simple structure.
  • the spacer 5 is sandwiched from the Z direction (left-right direction) by the mounting surface 200 of the column 2 and the mounting flange 300 of the headstock 3. For this reason, the dynamic rigidity in the Z direction of the workpiece W attached to the spindle stock 3 and the spindle stock 3 can be increased.
  • the spacer 5 does not tighten the spindle case 30 from the radially outer side. For this reason, the dynamic rigidity in the X direction can be easily made higher than the dynamic rigidity in the Y direction.
  • one end 500 of the extending portion 50 is set at a 0 ° position, and the escape portion 51 extends over less than 180 °. For this reason, the extending portions 50 are set at both the 0 ° position and the 180 ° position (that is, both ends in the X direction). Therefore, the dynamic rigidity in the X direction can be easily increased with respect to the dynamic rigidity in the Y direction.
  • the 180 ° position is opposed to the 0 ° position (the angle at which the tool T shown in FIG. 1 cuts into the workpiece W) across the axis A. For this reason, when the tool T cuts into the workpiece W, a large pressing force is easily applied to the 180 ° position.
  • the extending portion 50 is disposed at a 180 ° position. For this reason, when the tool T cuts into the workpiece W, the workpiece W is not easily displaced.
  • the column 2 is used as the fixing member of the present invention.
  • a bed or a base may be used as the fixing member.
  • the fixing member may be a member to which the head stock 3 and the tool base 4 are attached together.
  • the cutting direction is not particularly limited to the vertical direction. It may be a horizontal direction (front-rear direction, left-right direction), a direction inclined with respect to the horizontal direction, or the like.
  • the spacer 5 is disposed separately from the column 2 and the mounting flange 300 as the “mounting portion” of the present invention. And the escape part 51 was arrange
  • the mounting surface 200 and the mounting flange 300 shown in FIG. 3 may be brought into direct contact (without the spacer 5 interposed). Then, the relief portion 51 shown in FIG. In this case, a part of the column 2 corresponds to the mounting portion.
  • the mounting surface 200 and the mounting flange 300 may be directly brought into contact with each other, and the relief portion 51 shown in FIG. 2 may be provided in the left surface of the mounting flange 300 (the surface on the mounting surface 200 side). In this case, a part of the mounting flange 300 corresponds to the mounting portion.
  • the mounting surface 200 and the mounting flange 300 are brought into direct contact with each other, a recess is provided on each of the left surfaces of the mounting surface 200 and the mounting flange 300, and a pair of left and right recesses are combined to form the relief portion 51 shown in FIG. May be.
  • a part of the column 2 and a part of the mounting flange 300 correspond to the mounting part.
  • the lathe 1 can be implemented in a form in which at least one of the amount and the position of the escape portion 51 is not specified.
  • the amount of the escape portion 51 may be set to less than 90 °.
  • the position of the escape portion 51 may be set so as not to include any of the 90 ° position and the 270 ° position.
  • the kind of lathe 1 is not specifically limited. For example, a front lathe, a vertical lathe, and an NC (Numerical Control) lathe may be used.
  • Example 1 is a lathe 1 shown in FIGS.
  • Comparative Example 1 is a lathe having an endless annular (no escape portion 51) spacer instead of the spacer 5 shown in FIGS.
  • Dynamic compliance is the reciprocal of dynamic stiffness. The greater the dynamic compliance, the lower the dynamic stiffness. Conversely, the smaller the dynamic compliance, the higher the dynamic stiffness.
  • the experiment is an impulse excitation test.
  • an acceleration sensor was attached to the workpiece end B shown in FIGS.
  • Example 1 lathe 1
  • the work W was hit with an impulse hammer.
  • dynamic compliance was calculated by analyzing the data of the acceleration sensor by FFT (Fast Fourier Transform).
  • FFT Fast Fourier Transform
  • FIG. 4 shows an experimental result graph (Z direction).
  • FIG. 5 shows an experimental result graph (Y direction).
  • FIG. 6 shows an experimental result graph (X direction).
  • the data of Comparative Example 1 are indicated by thin lines. It should be noted that the dynamic compliance at the frequency of 150 Hz (shown by the dotted line in FIGS. 4 to 6), that is, the dynamic rigidity, affects the machining of the workpiece W.
  • the dynamic compliance of the workpiece edge B was smaller in Example 1 than in Comparative Example 1.
  • the maximum value of the dynamic compliance in Example 1 was 0.042 ⁇ m / N at a frequency of 442 Hz as indicated by a point P2.
  • the maximum value of the dynamic compliance of Comparative Example 1 was 0.095 ⁇ m / N at a frequency of 477 Hz as indicated by a point P1.
  • Example 1 can secure dynamic rigidity in the Y direction and Z direction, which is comparable to that of Comparative Example 1.
  • the peak of Comparative Example 1 point P1 can be divided into two peaks (points P2, P3). It was also found that peaks (points P2 and P3) can be set on the low frequency side and the high frequency side, respectively, avoiding the resonance frequency. Moreover, it turned out that the height (dynamic compliance) of a peak (point P2, point P3) can be made small.
  • Example 1 is a lathe 1 shown in FIGS.
  • Comparative Example 2 is a lathe in which the other end 501 shown in FIG. That is, the lathe is provided with the extended portions 50 of the spacer 5 at both the 90 ° position and the 270 ° position (that is, both ends in the Y direction). Moreover, it is a lathe in which the relief portion 51 extends over 70 °.
  • Comparative Example 3 is a lathe in which one end 500 shown in FIG. 2 is disposed at a 75 ° position and the other end 501 is disposed at a 105 ° position with respect to Example 1. In other words, the lathe is provided with a relief portion 51 at a 90 ° position and an extension portion 50 at a 270 ° position. Further, the lathe 51 has a relief portion 51 extending over 30 °.
  • SYMBOLS 1 Lathe, 2: Column (fixing member), 20: Insertion hole, 200: Mounting surface, 3: Spindle mount, 30: Spindle case, 300: Mounting flange, 31: Spindle, 32: Chuck, 320: Claw, 4 : Tool base, 40: X direction slide, 41: Z direction slide, 42: Turret, 5: Spacer, 50: Extension part, 500: One end, 501: The other end, 51: Relief part, A: Axis, B: Work edge, T: tool, W: work.

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Abstract

 簡単な構造で、工具(T)の切り込み方向のワーク(W)の動剛性が高い旋盤(1)を提供することを課題とする。旋盤(1)は、固定部材(2)と、固定部材(2)に取り付けられる取付フランジ(300)と、自身の軸周りに回転可能な主軸(31)と、主軸(31)に取り付けられワーク(W)を着脱可能なチャック(32)と、を有する主軸台(3)と、ワーク(W)を加工する工具(T)を有する工具台(4)と、固定部材(2)に取付フランジ(300)を取り付けると共に、逃がし部(51)を有する取付部(5)と、を備える。逃がし部(51)は、主軸(31)の軸方向から見て、主軸(31)の軸線Aを中心に、90°以上に亘って延在すると共に、工具(T)がワーク(W)に切り込む角度を0°位置として、90°位置、270°位置のうち、少なくとも一方を含んでいる。

Description

旋盤
 本発明は、ワークに加工を施す旋盤に関する。
 ワークの動剛性が低い場合、旋盤でワークを加工する際、ワークが変位しやすい。このため、ワークの加工精度が低下してしまう。この点について、特許文献1には、ワークの剛性が高い方向から工具がワークに当接するように、ワークに対する工具の切り込み角度を制御する方法が開示されている。また、特許文献2には、すり割りリングにより、ヘッドストックにスピンドルケースを固定する主軸台装置が開示されている。
特開2010-17801号公報 特開2007-245255号公報
 特許文献1の制御方法の場合、ワークを加工する前に、ワークの動剛性が高い角度を検出し、工具の切り込み角度を当該角度に揃える作業が必要になる。当該作業は煩雑である。特許文献2の主軸台装置の場合、すり割りリングは、スピンドルケースを、全周的に、径方向外側から締め付けている。並びに、すり割りリングは、ヘッドストックに、ボルトにより取り付けられている。このため、ヘッドストックにスピンドルケースをしっかりと固定することができる。しかしながら、特許文献2の主軸台装置によると、すり割りリングの取付作業が必要になる。すなわち、すり割りリングをヘッドストックに取り付ける作業、およびすり割りリングによりスピンドルケースを径方向外側から締め付ける作業が必要になる。これらの作業は煩雑である。また、特許文献2の主軸台装置によると、スピンドルケースを、両持ち構造で支持する必要がある。具体的には、すり割りリングと、ボルト(詳しくは、スピンドルケースのフランジ部に挿通されたボルト)と、により、軸方向両側から、スピンドルケースを挟み込む必要がある。当該構造は複雑である。そこで、本発明は、簡単な構造で、工具の切り込み方向のワークの動剛性が高い旋盤を提供することを目的とする。
 (1)上記課題を解決するため、本発明の旋盤は、固定部材と、該固定部材に取り付けられる取付フランジと、自身の軸周りに回転可能な主軸と、該主軸に取り付けられワークを着脱可能なチャックと、を有する主軸台と、該ワークを加工する工具を有する工具台と、該固定部材に該取付フランジを取り付けると共に、逃がし部を有する取付部と、を備え、該逃がし部は、該主軸の軸方向から見て、該主軸の軸線を中心に、90°以上に亘って延在すると共に、該工具が該ワークに切り込む角度を0°位置として、90°位置、270°位置のうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする。
 以下、主軸の軸方向を「Z方向」または「主軸方向」、Z方向に対して直交する方向であって工具がワークに切り込む方向を「X方向」または「切り込み方向」、Z方向およびX方向に対して直交する方向であって工具がワークを切削する方向を「Y方向」または「切削方向」と称す。
 「取付部」とは、固定部材に取付フランジを取り付ける部分をいう。「取付部」は、固定部材、取付フランジと別体であってもよい。また、「取付部」は、固定部材および取付フランジのうち少なくとも一方と、一体であってもよい。また、「逃がし部」とは、取付部において、固定部材と取付フランジとの間に区画されるZ方向隙間をいう。
 逃がし部は、固定部材の一部と取付フランジの一部とを、主軸の軸方向に、離間させている。このため、本発明の旋盤によると、「複数の部材をしっかりと連結することにより剛性を高くする」という従来の手法(特許文献2の主軸台装置も同様)に対して、敢えて隙間、すなわち逃がし部を設定することにより、所望の方向の剛性を高くすることができる。
 また、ワークのX方向の動剛性は、ワークの加工精度に影響を与えやすい。これに対して、ワークのY方向の動剛性は、ワークの加工精度に影響を与えにくい。その理由は、ワークのY方向は、ワークの接線方向に、相当するからである。よって、ワークの加工精度を向上させるためには、ワークのY方向の動剛性を向上させるよりも、ワークのX方向の動剛性を向上させる方が、より効果的である。この点に鑑み、本発明の旋盤によると、逃がし部は、90°以上に亘って延在している。このため、逃がし部の量(延在する角度範囲)が90°未満の場合と比較して、Y方向の動剛性に対して、X方向の動剛性を、選択的に向上させることができる。並びに、逃がし部の位置は、90°位置、270°位置のうち、少なくとも一方を含んでいる。このため、90°位置、270°位置の双方(つまりY方向両端)に、取付部の延在部(逃がし部以外の部分。固定部材と取付フランジとが、直接あるいは間接的に、Z方向に連なる部分。)が設定されている場合と比較して、Y方向の動剛性に対して、X方向の動剛性を、選択的に向上させることができる。
 このように、逃がし部の量および位置を設定することにより、取付部のY方向の動剛性に対して、取付部のX方向の動剛性を、高くすることができる。このため、本発明の旋盤によると、簡単な構造で、主軸台、延いては主軸台に取り付けられたワークのX方向の動剛性を、高くすることができる。
 (2)上記(1)の構成において、前記取付部は、前記取付フランジと前記固定部材との間に介装され、前記主軸と同軸上に配置される有端環状のスペーサであり、前記逃がし部は、該スペーサの一端と他端との間に設定される構成とする方がよい。
 特許文献2の主軸台装置の場合、すり割りリングの取付作業が必要になる。すなわち、すり割りリングをヘッドストックに取り付ける作業、およびすり割りリングによりスピンドルケースを径方向外側から締め付ける作業、が必要になる。これらの作業は煩雑である。また、特許文献2の主軸台装置の場合、スピンドルケースを、両持ち構造で支持する必要がある。これに対して、本構成の場合、簡単な構造で、主軸台、延いては主軸台に取り付けられたワークのX方向の動剛性を、高くすることができる。
 (2-1)上記(2)の構成において、前記固定部材は、前記主軸台が挿通され開口縁に取付面を有する挿通孔を有し、前記スペーサは、該取付面と前記取付フランジとの間に、前記主軸の軸方向から挟持される構成とする方がよい。
 本構成によると、固定部材の取付面と、主軸台の取付フランジと、により、スペーサを、Z方向から挟み込むことができる。このため、主軸台延いては主軸台に取り付けられたワークのZ方向の動剛性を高くすることができる。
 (2-2)上記(2)の構成において、前記スペーサは、前記主軸台を径方向外側から締め付けない構成とする方がよい。特許文献2のすり割りリングのように、スペーサで主軸台を径方向外側から締め付ける場合、スペーサの径方向の動剛性が全周的に高くなりやすい。このため、Y方向の動剛性とX方向の動剛性との間に、差を設定しにくくなる。この点、本構成によると、スペーサが、主軸台を、径方向外側から締め付けない(例えば、スペーサの内周面と、主軸台の外周面と、の間に、径方向の隙間が確保されている)。このため、簡単に、Y方向の動剛性に対して、X方向の動剛性を、高くすることができる。
 (2-3)上記(2)の構成において、前記スペーサの前記一端は、前記0°位置に設定され、前記逃がし部は、180°未満に亘って延在する構成とする方がよい。本構成によると、0°位置、180°位置の双方(つまりX方向両端)に、スペーサの延在部(逃がし部以外の部分)が設定されている。このため、簡単に、Y方向の動剛性に対して、X方向の動剛性を、高くすることができる。
 本発明によると、簡単な構造で、工具の切り込み方向のワークの動剛性が高い旋盤を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態となる旋盤のコラム付近の右面図である。 図2は、図1の主軸台付近の拡大図である。 図3は、図2のIII-III方向断面図である。 図4は、実験結果グラフ(Z方向)である。 図5は、実験結果グラフ(Y方向)である。 図6は、実験結果グラフ(X方向)である。
 以下、本発明の旋盤の実施の形態について説明する。図1に、本発明の一実施形態となる旋盤のコラム付近の右面図(Z方向正面図)を示す。図2に、図1の主軸台付近の拡大図を示す。図3に、図2のIII-III方向断面図を示す。図1~図3において、左右方向はZ方向(主軸方向)に、上下方向はX方向(切り込み方向)に、前後方向はY方向(切削方向)に、各々対応している。
 <旋盤の構成>
 まず、本実施形態の旋盤の構成について説明する。図1~図3に示すように、旋盤1は、コラム2と、主軸台3と、工具台4と、スペーサ5と、を備えている。コラム2は、本発明の「固定部材」の概念に含まれる。コラム2は、ベッド(図略)から立設されている。コラム2は、上下方向に延在している。図3に示すように、コラム2は、挿通孔20を有している。挿通孔20は、左右方向に延在している。挿通孔20の右側(工具台4側)の開口縁には、無端環状の取付面200が設定されている。
 クイル式の主軸台3は、主軸ケース30と、主軸31と、チャック32と、を備えている。主軸ケース30は、左右方向に延在する円筒状を呈している。主軸ケース30は、挿通孔20に挿通されている。主軸ケース30は、取付フランジ300を備えている。取付フランジ300は、無端環状を呈している。取付フランジ300は、主軸ケース30の外周面から、径方向外側に突設されている。取付フランジ300は、挿通孔20の右側に配置されている。取付フランジ300と取付面200とは、左右方向に対向している。主軸31は、主軸ケース30の径方向内側に配置されている。主軸31の軸線(径方向中心線)Aは、左右方向に延在している。主軸31は、軸線Aの軸周りに回転可能である。チャック32は、主軸31の右端に配置されている。チャック32は、複数の爪320を備えている。複数の爪320は、ワークWを、把持、解放可能である。
 工具台4は、X方向スライド40と、Z方向スライド41と、タレット42と、を備えている。X方向スライド40は、コラム2に配置されている。X方向スライド40は、ボールねじ(図略)により、上下方向にスライド可能である。Z方向スライド41は、X方向スライド40に配置されている。Z方向スライド41は、ボールねじ(図略)により、左右方向にスライド可能である。図1に一点鎖線で示すように、タレット42は、Z方向スライド41の右面に配置されている。タレット42には、所定角度ごとに、工具Tが、着脱可能に配置されている。工具Tは、上側から、ワークWに切り込み可能である。
 スペーサ5は、延在部50と、逃がし部51と、を備えている。延在部50は、曲率一定のC字状を呈している。延在部50は、主軸31の軸線Aと同軸上に配置されている。図2に示すように、右側(主軸31の正面側)から見て、軸線Aを中心に、図1に示す工具TがワークWに切り込む角度を0°位置として、時計回り方向に角度が進行する場合、逃がし部51は、0°位置と135°位置との間に設定されている。すなわち、逃がし部51は、延在部50の一端500(0°位置)と、他端501(135°位置)と、の間に設定されている。ボルト(図略)は、右側から取付フランジ300とスペーサ5とを貫通し、コラム2に螺着されている。このため、スペーサ5は、取付フランジ300と取付面200とにより、左右方向から挟持されている。
 図2、図3に示すように、コラム2の取付面200の一部(逃がし部51の左側に隣接する部分)と取付フランジ300の一部(逃がし部51の右側に隣接する部分)とは、逃がし部51を介して、左右方向に離間している。並びに、コラム2の取付面200の他部(延在部50の左側に隣接する部分)と取付フランジ300の他部(延在部50の右側に隣接する部分)とは、延在部50を介して、左右方向に連なっている。
 ワークWの加工時においては、まず、チャック32の複数の爪320により、ワークWを固定する。次に、主軸31つまりワークWを、軸線Aの軸周りに回転させる。続いて、X方向スライド40を下側にスライドさせ、上側から、工具TをワークWの外周面に当接させる。このようにして、ワークWに切削加工が施される。
 <作用効果>
 次に、本実施形態の旋盤の作用効果について説明する。図2に示すように、本実施形態の旋盤1のスペーサ5には、逃がし部51が設定されている。このため、「複数の部材をしっかりと連結することにより剛性を高くする」という従来の手法(特許文献2の主軸台装置も同様)に対して、所望の方向の剛性を高くすることができる。
 また、逃がし部51は、90°以上に亘って延在している。具体的には、逃がし部51は、135°に亘って延在している。このため、逃がし部51の量(延在する角度範囲)が90°未満の場合と比較して、Y方向(前後方向)の動剛性に対して、X方向(上下方向)の動剛性を、選択的に向上させることができる。
 並びに、逃がし部51の位置は、90°位置を含んでいる。このため、90°位置、270°位置の双方(つまりY方向両端)に、スペーサ5の延在部50が設定されている場合と比較して、Y方向の動剛性に対して、X方向の動剛性を、選択的に向上させることができる。
 このように、逃がし部51の量および位置を設定することにより、スペーサ5のY方向の動剛性に対して、スペーサ5のX方向の動剛性を、高くすることができる。このため、本実施形態の旋盤1によると、簡単な構造で、主軸台3延いては主軸台3に取り付けられたワークWのX方向の動剛性を、高くすることができる。
 また、図2に示す逃がし部51を、反時計回り方向に0°位置から225°位置まで135°に亘って延在させた場合も(つまり、逃がし部51を、図2に示すIII-III線を境に、前後反転させた場合も)、同様の効果を得ることができる。
 また、図3に示すように、スペーサ5は、コラム2の取付面200と、主軸台3の取付フランジ300と、により、Z方向(左右方向)から挟持されている。このため、主軸台3延いては主軸台3に取り付けられたワークWのZ方向の動剛性を高くすることができる。
 また、仮に、スペーサ5で主軸ケース30を径方向外側から締め付ける場合、スペーサ5の径方向の動剛性が全周的に高くなりやすい。このため、Y方向の動剛性とX方向の動剛性との間に、差を設定しにくくなる。この点、本実施形態の旋盤1によると、スペーサ5が、主軸ケース30を、径方向外側から締め付けない。このため、簡単に、Y方向の動剛性に対して、X方向の動剛性を、高くすることができる。
 また、図2に示すように、延在部50の一端500は、0°位置に設定されており、逃がし部51は、180°未満に亘って延在している。このため、0°位置、180°位置の双方(つまりX方向両端)に、延在部50が設定されている。したがって、簡単に、Y方向の動剛性に対して、X方向の動剛性を、高くすることができる。
 特に、180°位置は、軸線Aを挟んで、0°位置(図1に示す工具TがワークWに切り込む角度)に対向している。このため、工具TがワークWに切り込む際、180°位置には、大きな押圧力が加わりやすい。この点、本実施形態の旋盤1によると、180°位置に延在部50が配置されている。このため、工具TがワークWに切り込む際、ワークWが変位しにくい。
 <その他>
 以上、本発明の旋盤の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
 上記実施形態の場合、本発明の固定部材としてコラム2を用いた。しかしながら、固定部材としてベッドやベースなどを用いてもよい。すなわち、固定部材は、主軸台3と工具台4とが共に取り付けられる部材であればよい。切り込み方向は、上下方向に特に限定しない。水平方向(前後方向、左右方向)、水平方向に対して傾斜する方向などであってもよい。
 上記実施形態においては、本発明の「取付部」として、コラム2、取付フランジ300と別体の、スペーサ5を配置した。そして、スペーサ5に逃がし部51を配置した。しかしながら、スペーサ5を配置しなくてもよい。すなわち、コラム2および取付フランジ300のうち少なくとも一方と一体に、取付部を配置してもよい。
 例えば、図3に示す取付面200と取付フランジ300とを直接(スペーサ5を介装せずに)当接させてもよい。そして、取付面200に図2に示す逃がし部51を凹設してもよい。この場合は、コラム2の一部が、取付部に相当することになる。
 また、取付面200と取付フランジ300とを直接当接させ、取付フランジ300の左面(取付面200側の面)に図2に示す逃がし部51を凹設してもよい。この場合は、取付フランジ300の一部が、取付部に相当することになる。
 また、取付面200と取付フランジ300とを直接当接させ、取付面200および取付フランジ300の左面に各々凹部を設け、左右一対の凹部を合体させることにより、図2に示す逃がし部51を形成してもよい。この場合は、コラム2の一部および取付フランジ300の一部が、取付部に相当することになる。
 なお、旋盤1は、逃がし部51の量および位置のうち、少なくとも一方を、敢えて、特定しない形態で実施することも可能である。例えば、逃がし部51の量を90°未満に設定してもよい。また、逃がし部51の位置を、90°位置、270°位置のいずれも含まないように設定してもよい。また、逃がし部51の量、位置の数値範囲を、敢えて限定しない形態で実施してもよい。この場合であっても、逃がし部51を配置することにより、コラム(固定部材)2の一部と、取付フランジ300の一部と、を主軸31の軸方向に離間させることができる。すなわち、「複数の部材をしっかりと連結することにより剛性を高くする」という従来の手法(特許文献2の主軸台装置も同様)に対して、敢えて逃がし部51を設定することにより、所望の方向の剛性を高くすることができる。また、スペーサ(取付部)5に、複数の逃がし部51を設定してもよい。また、旋盤1の種類は特に限定しない。例えば、正面旋盤、立型旋盤、NC(Numerical Control)旋盤などであってもよい。
 <実験>
 実験においては、図1~図3に示す逃がし部51の有無が動剛性に与える影響を調べるために、実施例1、比較例1の動的コンプライアンスを測定した。なお、実施例1は、図1~図3に示す旋盤1である。また、比較例1は、図1~図3に示すスペーサ5の代わりに無端環状(逃がし部51なし)のスペーサを有する旋盤である。また、動的コンプライアンスは、動剛性の逆数である。動的コンプライアンスが大きいほど、動剛性は低くなる。反対に、動的コンプライアンスが小さいほど、動剛性は高くなる。
 実験は、インパルス加振試験である。実験においては、まず、実施例1の図2、図3に示すワーク端Bに、加速度センサを取り付けた。続いて、切削状態のまま実施例1(旋盤1)を停止した。それから、ワークWに、インパルスハンマで打撃を加えた。そして、加速度センサのデータをFFT(Fast Fourier Transform)解析することにより、動的コンプライアンスを算出した。比較例1についても、同様に動的コンプライアンスを算出した。図4に、実験結果グラフ(Z方向)を示す。図5に、実験結果グラフ(Y方向)を示す。図6に、実験結果グラフ(X方向)を示す。なお、図4~図6においては、比較例1のデータを細線で示す。なお、ワークWの加工に影響を及ぼすのは、周波数150Hz(図4~図6に点線で示す)以上の動的コンプライアンス、つまり動剛性である。
 まず、Z方向(主軸方向)の動的コンプライアンスについて説明する。図4に示すように、ワーク端Bの動的コンプライアンスは、実施例1と比較例1とであまり相違しなかった。具体的には、実施例1の動的コンプライアンスの最大値は、周波数400Hzにおいて、0.002μm/Nだった。また、比較例1の動的コンプライアンスの最大値は、周波数531Hzにおいて、0.003μm/Nだった。
 次に、Y方向(切削方向)の動的コンプライアンスについて説明する。図5に示すように、ワーク端Bの動的コンプライアンスは、実施例1と比較例1とであまり相違しなかった。具体的には、実施例1の動的コンプライアンスの最大値は、周波数400Hzにおいて、0.035μm/Nだった。また、比較例1の動的コンプライアンスの最大値は、周波数457Hzにおいて、0.032μm/Nだった。
 次に、X方向(切り込み方向)の動的コンプライアンスについて説明する。図6に示すように、ワーク端Bの動的コンプライアンスは、実施例1の方が、比較例1よりも、小さかった。具体的には、実施例1の動的コンプライアンスの最大値は、点P2に示すように、周波数442Hzにおいて、0.042μm/Nだった。また、比較例1の動的コンプライアンスの最大値は、点P1に示すように、周波数477Hzにおいて、0.095μm/Nだった。
 このように、実験から、比較例1よりも実施例1の方が、X方向の動的コンプライアンスが小さくなることが判った。すなわち、比較例1よりも実施例1の方が、X方向の動剛性が高くなることが判った。また、実施例1は、比較例1と同程度の、Y方向、Z方向の動剛性を確保できることが判った。
 また、図6に示す比較例1の動的コンプライアンスのピーク(点P1)の周波数(=477Hz)は、ワークWの共振周波数(固有振動数)に対応している。この点、実施例1によると、比較例1のピーク(点P1)を、2つのピーク(点P2、P3)に分割できることが判った。また、共振周波数を避けて、低周波数側と高周波数側に、各々ピーク(点P2、P3)を設定できることが判った。また、ピーク(点P2、点P3)の高さ(動的コンプライアンス)を小さくできることが判った。
 <シミュレーション>
 シミュレーションにおいては、図1~図3に示す逃がし部51の位置、長さが動剛性に与える影響を調べるために、実施例1、比較例2、3に対して、FEM(Finite Element Method)解析を行い、動的コンプライアンスを算出した。
 実施例1は、図1~図3に示す旋盤1である。また、比較例2は、実施例1に対して、図2に示す他端501が70°位置に配置されている旋盤である。すなわち、90°位置、270°位置の双方(つまりY方向両端)に、スペーサ5の延在部50が設定されている旋盤である。並びに、逃がし部51が70°に亘って延在している旋盤である。また、比較例3は、実施例1に対して、図2に示す一端500が75°位置に、他端501が105°位置に、各々配置されている旋盤である。すなわち、90°位置に逃がし部51が、270°位置に延在部50が、各々設定されている旋盤である。並びに、逃がし部51が30°に亘って延在している旋盤である。
 比較例2のワーク端BのX方向の動的コンプライアンスの最大値を100%とした場合、比較例3のワーク端BのX方向の動的コンプライアンスの最大値は98%だった。すなわち、比較例2よりも比較例3の方が、動的コンプライアンスが2%小さかった。また、比較例2のワーク端BのX方向の動的コンプライアンスの最大値を100%とした場合、実施例1のワーク端BのX方向の動的コンプライアンスの最大値は94%だった。すなわち、比較例2よりも実施例1の方が、動的コンプライアンスが6%小さかった。このように、シミュレーションから、比較例2、3よりも実施例1の方が、X方向の動的コンプライアンスが小さくなることが判った。すなわち、比較例2、3よりも実施例1の方が、X方向の動剛性が高くなることが判った。
 1:旋盤、2:コラム(固定部材)、20:挿通孔、200:取付面、3:主軸台、30:主軸ケース、300:取付フランジ、31:主軸、32:チャック、320:爪、4:工具台、40:X方向スライド、41:Z方向スライド、42:タレット、5:スペーサ、50:延在部、500:一端、501:他端、51:逃がし部、A:軸線、B:ワーク端、T:工具、W:ワーク。

Claims (2)

  1.  固定部材と、
     該固定部材に取り付けられる取付フランジと、自身の軸周りに回転可能な主軸と、該主軸に取り付けられワークを着脱可能なチャックと、を有する主軸台と、
     該ワークを加工する工具を有する工具台と、
     該固定部材に該取付フランジを取り付けると共に、逃がし部を有する取付部と、
    を備え、
     該逃がし部は、該主軸の軸方向から見て、該主軸の軸線を中心に、90°以上に亘って延在すると共に、該工具が該ワークに切り込む角度を0°位置として、90°位置、270°位置のうち、少なくとも一方を含む旋盤。
  2.  前記取付部は、前記取付フランジと前記固定部材との間に介装され、前記主軸と同軸上に配置される有端環状のスペーサであり、
     前記逃がし部は、該スペーサの一端と他端との間に設定される請求項1に記載の旋盤。
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