JP2014079813A

JP2014079813A - 門形工作機械

Info

Publication number: JP2014079813A
Application number: JP2012227040A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Kanno; 敏史貫野; Junji Inoue; 淳司井上; Takayuki Kume; 隆行粂
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: JP6016568B2

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ、クロスレールの捻じれ剛性を十分に確保すると共に、ブリッジを設けることなくコラムの倒れを防止して、加工精度を向上することができる門形工作機械を提供する。
【解決手段】水平方向に互いに間隔を有して基面に支持された一対のコラム３と、該コラム３の前面６に配された両端部と、コラム３間に突出するように配された中央部１５とを有して水平方向に沿って配されたクロスレール８と、クロスレール８に水平方向にスライド可能に設けられたサドル１２と、一対のコラム３とクロスレール８との間にそれぞれ設けられ、クロスレール８を上下方向に案内する案内部９と、クロスレール８の中央部１５に対してコラム３の内側面１８を上下に相対移動可能として水平方向に支持する支持部２５とを備えることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

この発明は、門形工作機械に関するものである。

平行に立設された一対のコラムと、これらコラム間に亘って昇降可能に取り付けられたクロスレールとを備えた門形工作機械が知られている。この種の門形工作機械は、一般に大型の工作物の切削に用いられ、クロスレールの正面側に左右方向に移動可能なサドルが取り付けられている。サドルにはラムが取り付けられ、このラム先端に加工工具が取り付けられるようになっている。
このような門形工作機械は、非常に高い加工精度を要求されるため、自重およびラム先端から入力される加工反力に対して、捻じれや撓みが生じないように、十分な剛性を有する構造体が必要となる。
そこで、コラムの横倒れを防止するために、コラムの上端同士を繋ぐブリッジを設けたり、クロスレールの捻じれを防止するためにクロスレールの捻じれ剛性を増大したりしていた。
例えば、特許文献１には、クロスレールとブリッジとを一体化すると共に、クロスレールの奥行き方向の中央部にサドルを配置することでサドルの自重によるクロスレールの捻じれを抑制する構造が提案されている。

特開平１０−２６３９５９号公報

しかしながら、特許文献１で提案されている門形工作機械は、クロスレールの奥行き方向の中央にサドルが配置されており、クロスレールがコラム間に２本の梁を渡すような形状となっている。そのため、クロスレールの前後方向のたわみや前後方向の加工反力に対する捻じれを抑制するために、より剛性の高い大きなクロスレールが必要となってしまい、このクロスレールを支持するコラムも大型化して、装置全体が大型化してしまうという課題がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を抑制しつつ、クロスレールの捻じれ剛性を十分に確保すると共に、ブリッジを設けずにコラムの倒れを防止して、加工精度を向上することができる門形工作機械を提供するものである。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る門形工作機械は、水平方向に互いに間隔を有して基面に支持された一対のコラムと、該コラムの前面に配された両端部と、前記コラム間に突出するように配された中央部とを有して水平方向に沿って配されたクロスレールと、前記クロスレールに水平方向にスライド可能に設けられたサドルと、前記一対のコラムと前記クロスレールとの間にそれぞれ設けられ、前記クロスレールを上下方向に案内する案内部と、前記クロスレールの前記中央部に対して前記コラムの内側面を上下に相対移動可能として水平方向に支持する支持部とを備えることを特徴としている。
このように構成することで、中央部においてクロスレールの奥行き方向への寸法を拡大することができるので、加工反力に対して、捻じれや撓みが生じないような十分な剛性を確保することができる。また、中央部が支持部によって水平方向で支持されるのでクロスレールの更なる捻じれ剛性向上を図ることができる。また、コラムの内側に中央部が配置されるので、コラムの内側面を中央部によって支持することができる。

さらに、この発明に係る門形工作機械は、上記門形工作機械において前記支持部が、前記コラムの内側面と、前記中央部の外側面との少なくとも一方の表面に易すべり層を備えていてもよい。
このように構成することで、クロスレールを昇降する際の摩擦抵抗を低減してスムーズに昇降させることができる。

さらに、この発明に係る門形工作機械は、上記門形工作機械において、前記支持部が、前記コラムの内側面と、該内側面に対向する前記中央部の外側面とが離間および近接する方向へ変位することを規制する規制部を備えていてもよい。
このように構成することで、規制部によってコラムの内側への横倒れだけではなく、外側への横倒れをも防止することができる。

さらに、この発明に係る門形工作機械は、上記門形工作機械において、前記支持部が、前記コラムと前記クロスレールとの少なくとも一方に、他方を押圧可能な押圧機構を備えていてもよい。
このように構成することで、クロスレールを昇降する際には、押圧機構による押圧を行わない状態にする一方で、クロスレールを昇降する際には、押圧機構により押圧を行うことができるので、例えば、加工工具により切削加工などが行われている際に、クロスレールとコラムとの結合を強固なものにして構造体の剛性を向上させることができる。

この発明に係る門形工作機械によれば、装置の大型化を抑制しつつ、クロスレールの捻じれ剛性を十分に確保すると共に、ブリッジを設けることなくコラムの倒れを防止して、加工精度を向上することができる。

この発明の第一実施形態における門形工作機械の概略構成を示す斜視図である。上記門形工作機械のコラムおよびクロスレールの平面図である。上記門形工作機械の支持部を分解して拡大した平面図である。この発明の第二実施形態における支持部の拡大平面図である。この発明の第三実施形態におけるガイド溝の拡大平面図である。この発明の第一、第二実施形態の変形例における潤滑油供給機構の平面図である。

次に、この発明の第一実施形態における門形工作機械について図面に基づき説明する。
図１に示すように、この実施形態における門形工作機械１は、平坦な基面２に支持された一対のコラム３を有している。コラム３は、水平方向に互いに間隔をあけてそれぞれ立設されている。これら一対のコラム３は、中空な略四角柱状に形成されている。これら一対のコラム３の間の基面２には、コラム３同士の間隙と略同一の幅寸法を有すると共に、コラム３の配列方向と直交する前後方向に向かって延びるようにしてベッド４が載置されている。ベッド４の上面には、ベッド４の長手方向に摺動可能なテーブル５が取り付けられており、このテーブル５上には、工作物Ｋが載置されている。なお、図１中、門形工作機械１の前後・左右・上下方向をそれぞれ矢印で示している。

一対のコラム３の前面６には、それぞれ上下方向に延びるガイド部材７が取り付けられている。これらガイド部材７には、それぞれクロスレール８の両端部１４の後面１７に設けられた被ガイド部（図示せず）が昇降可能に支持されている。つまり、クロスレール８は、これら一対のコラム３間を渡るようにして左右水平方向に延びると共に、左右水平な状態を保持したままガイド部材７に沿って上下方向に昇降可能となっている。クロスレール８は、図示しないサーボモータ等の駆動源を備え、この駆動源からの出力によって、その昇降位置が可変となっている。ここで、クロスレール８を昇降させる機構としては、チェーンやベルトを介して駆動力を伝達するものや、ラックアンドピニオンやボールネジなどにより駆動力を伝達するものなど様々な機構を適用可能である。なお、上述したガイド部材７と被ガイド部とによって、コラム３とクロスレール８との間に設けられる案内部９が構成されている。

クロスレール８の前面１０側には、左右水平方向に延びるガイド部材１１が設けられている。このガイド部材１１には、左右方向にスライド可能にサドル１２が支持されており、このサドル１２が、サーボモータ（図示せず）などの駆動力によって左右方向に移動可能となっている。このサドル１２の下部には、例えば傾斜や回転が可能なものなど様々な形式のヘッド１３が装着可能になっている。また、このヘッド１３の主軸（図示せず）には、研削や切削用の加工工具（図示せず）が装着可能とされる。つまり、上記門形工作機械１の構成によれば、クロスレール８の上下方向への昇降、サドル１２の左右方向への摺動、テーブル５の前後方向への摺動によって、工作物Ｋに対する加工工具の位置が、前後・左右・上下へと相対移動可能となっており、また、ヘッド１３の種類に応じて加工工具の位置を様々な角度に配置可能となっている。

図２に示すように、クロスレール８は、コラム３の前面６にガイド部材７を介して取り付けられる両端部１４と、一対のコラム３の間に突出するように配された中央部１５とを有している。つまり、クロスレール８は、両端部１４の前後厚さが相対的に薄く、中央部１５の前後厚さが相対的に厚く形成されている。この実施形態においては、コラム３の上部１６同士を接続するブリッジが省略され、その分だけ中央部１５の前後方向の寸法が拡大されており、中央部１５の前後方向寸法が、コラム３の前後方向の寸法と同等に設定されている。

中央部１５は、両端部１４の後面１７からコラム３の内側面１８と略平行に後方に延びる外側面１９を備えている。また、中央部１５には、外側面１９の後方に、後方ほど左右方向の幅寸法が縮小されるように傾斜する傾斜面２０が形成されている。これら傾斜面２０の後縁２１同士は、クロスレール８の前面１０と略平行な後面２２により接続されている。また、中央部１５は、内部空間２３を備える中空状に形成され、この内部空間２３には、平面視でトラス状となるリブ２４が形成されている。このようにリブ２４を形成することによって、重量比剛性を向上することが可能になるとともに、中央部１５の前面から後面側に円滑に荷重伝達がなされ、とりわけトラス状とすることで曲げ剛性を向上することが可能となっている。

図３に示すように、中央部１５の外側面１９は、それぞれコラム３の内側面１８によって左右両側から僅かに押圧されるようになっており、これら中央部１５の外側面１９とコラム３の内側面１８とによって、中央部１５に対してコラム３の内側面１８を上下に相対移動可能として水平方向に支持する支持部２５が構成されている。この支持部２５には、摺動摩擦係数を低減させるために、対向する外側面１９と内側面１８との両方の表面に、摺動摩擦係数の小さな易すべり層２６が形成されている。この易すべり層２６としては、対荷重と低摩擦係数との条件を満たす、銅などの金属や、ポリ４フッ化エチレンや、ターカイト（登録商標）などを用いることができる。なお、対向する外側面１９と内側面１８との両方に易すべり層２６を設ける場合について説明したが、何れか一方にだけ設けるようにしてもよい。また、図３の説明においては、中央部１５の左側の支持部２５を用いて説明したが、右側の支持部２５は、左側の支持部２５と左右対称な構成であるため詳細説明を省略する（以下、第二、第三実施形態も同様）。

したがって、上述した第一実施形態の門形工作機械によれば、中央部１５においてクロスレール８の前後方向の寸法を拡大することができるので、加工工具からの加工反力に対して、クロスレール８に捻じれや撓みが生じないような剛性を確保することができる。また、中央部１５が支持部２５によって水平方向で支持されるのでクロスレール８の更なる捻じれ剛性向上を図ることができる。また、一対のコラム３の内側に中央部１５が配置されるので、コラム３の内側面１８を中央部１５によって支持することができる。その結果、装置の大型化を抑制しつつ、クロスレール８の捻じれ剛性を十分に確保するとともに、ブリッジを設けることなくコラム３の倒れを防止することができるため、構造体の剛性を向上して加工精度を向上することができる。

また、支持部２５に易すべり層が形成されることで、コラム３によって中央部１５を押圧しつつ、クロスレール８を昇降する際の摩擦抵抗を低減してスムーズに昇降させることが可能となる。

次に、この発明の第二実施形態における門形工作機械について図面に基づき説明する。なお、この第二実施形態の門形工作機械は、上述した第一実施形態の門形工作機械と支持部の構造が異なるだけであるため、同一部分に同一符号を付して説明し、重複する説明を省略する。

図４は、コラム３の内側面１８と、クロスレール８の外側面１９との間に形成された支持部１２５の拡大図である。
図４に示すように、クロスレール８には、ガイド溝３０が形成される一方で、コラム３には、ガイド溝３０に沿って上下方向にガイドされる被ガイド部３１が突設されている。この実施形態においては、これらガイド溝３０および被ガイド部３１によってこの発明の支持部１２５が形成されている。被ガイド部３１は、平面視で略Ｌ字状に形成され、コラム３側に向かって水平方向に延びる左右延在部３２と、この左右延在部３２の端部３３から前後方向に突出する前後突出部３４とを備えている。

一方で、ガイド溝３０は、被ガイド部３１が没入可能な溝本体部３５と、この溝本体部３５の一方の側面３６から突出して前後突出部３４の水平方向への移動を規制するギブ部３７とを備えている。また、ガイド溝３０の開口部３８には、前後方向でギブ部３７とは反対側に傾斜面３９が形成されており、これにより開口部３８が左右方向のコラム３側に向かうほど拡幅されている。なお、上述した前後突出部３４とギブ部３７とによってこの発明の規制部４０が構成されている。

ガイド溝３０の内面４１、より具体的には溝本体部３５の内面４２およびギブ部３７の内面４３とには、それぞれ上述した第一実施形態と同様の易すべり層４４が形成されている。同様に、被ガイド部３１の外面４５、より具体的には、前後突出部３４の外面４６には、上述下第一実施形態と同様の易すべり層４７が形成されている。なお、ガイド溝３０と被ガイド部３１との両方に易すべり層４４，４７を設ける場合について説明したが、この構成に限られず、ガイド溝３０と被ガイド部３１との何れか一方に易すべり層４４又は易すべり層４７を設けるようにすれば良い。

溝本体部３５の前後寸法Ｌ１は、易すべり層４４を含めて、その全ての内面４２が前後突出部の外面４５と接触するような寸法に設定されている。そして、被ガイド部３１がガイド溝３０に案内されている状態では、コラム３の内側面１８とクロスレール８の外側面１９とが接触しないようになっている。

したがって、上述した第二実施形態の門形工作機械によれば、前後突出部３４の水平方向への相対移動をギブ部３７によって規制することができるため、コラム３の内側への横倒れだけではなく、外側への横倒れをも防止することができる。その結果、構造体の剛性が向上して更なる加工精度の向上を図ることが可能となる。

次に、この発明の第三実施形態における門形工作機械について図面に基づき説明する。なお、この第三実施形態は、押圧機構５３を追加したものであるため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図５に示すように、クロスレール８にはガイド溝３０が形成され、コラム３に被ガイド部３１が形成され、この実施形態の支持部２２５は、これらガイド溝３０および被ガイド部３１を備えている。ガイド溝３０と被ガイド部３１との対向する内面４１、外面４５には、上述した第二実施形態の易すべり層４４，４７は形成されておらず、ガイド溝３０と被ガイド部３１との間の僅かな隙間をもって、クロスレール８が上下方向に昇降可能とされる。

クロスレール８は、ガイド溝３０の内側に向かって出没可能なピストンロッド５２を具備した押圧機構５３を備えている。この押圧機構５３は、加工工具によって工作物Ｋを加工している際にピストンロッド５２がガイド溝３０の内側に突出されてコラム３側の被ガイド部３１を押圧するようになっている。これにより、クロスレール８の上下方向への移動が規制される。一方で、押圧機構５３のピストンロッド５２は、加工工具による工作物Ｋの加工が行われていないときには、ガイド溝３０の外側に没入されて被ガイド部３１を押圧しないようになっている。これによりクロスレール８の上下方向への移動が許容される。この押圧機構５３は、門形工作機械の各種動作を制御する制御部（図示せず）により駆動制御される。なお、押圧機構５３としては、例えば、油圧シリンダーや電動アクチュエータなどを用いることができる。

したがって、上述した第三実施形態の門形工作機械によれば、クロスレール８を昇降する際には、押圧機構５３による押圧を行わない状態にする一方で、クロスレール８を昇降する際には、押圧機構５３により押圧を行うことができるので、加工工具により工作物Ｋの加工が行われている際に、クロスレール８とコラム３との結合を強固なものにして構造体の剛性を向上させることができる。

なお、この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した第一実施形態においては、クロスレール８の中央部１５の後部に傾斜面２０を形成する場合について説明したが、必ずしも傾斜面２０は必要ではなく省略しても良い。傾斜面２０を設けた場合には、クロスレール８の軽量化を図ることができる点で有利となる。
また、中央部１５の前後方向の寸法は、コラム３の前後方向の寸法と同等の寸法に限られず、例えば、コラム３よりも前後方向の寸法を大きく形成するようにしても良い。

さらに、上述した第二実施形態においては、コラム３にガイド溝３０を形成する場合について説明したが、断面Ｌ字状の溝をクロスレール８に形成して、断面Ｌ字状のレールをコラム３に形成するようにしてもよい。また、ガイド溝３０と被ガイド部３１との形状は上述した断面Ｌ字状に限られず、コラム３に対してクロスレール８が水平方向に移動することを規制できる形状であればよく、例えば、断面Ｔ字状やＹ字状であっても良い。

さらに、上述した第三実施形態では、ガイド溝３０の内面４１と被ガイド部３１の外面４５との間に隙間を設けて、ガイド溝３０の内面４１と被ガイド部３１の外面４５とに易すべり層４４，４７を設けない場合を一例にして説明したが、第二実施形態のように、ガイド溝３０と被ガイド部３１との間に隙間を有さない支持部１２５に対して押圧機構５３を追加するようにしても良い。これにより、更なる構造体の剛性向上を図ることができる。

また、押圧機構５３をクロスレール８側に設ける場合について説明したが、押圧機構５３は、コラム３とクロスレール８との少なくとも一方に設けられていれば良く、例えば、コラム３側に設けたり、コラム３およびクロスレール８の両方に設けたりしても良い。
さらに、ピストンロッド５２をガイド溝３０の内側に向かって突出させる場合を一例に説明したが、クロスレール８の外側面１９とコラム３の内側面１８との何れか一方から他方に向かって突出させるようにしても良い。つまり、第一実施形態の支持部２５に対して、押圧機構５３を設けるようにしてもよい。

上述した第一実施形態および第二実施形態においては、易すべり層２６，４４，４７を形成する場合を一例に説明したが、摺動する対向面における摺動摩擦係数を低減可能であれば良く、例えば、図６に示す変形例のように、潤滑油供給機構６０を設けるようにしても良い。この潤滑油供給機構６０は、摺動するクロスレール８の外側面１９に溝６１を備え、この溝６１に対して内部通路６２を介して外部から潤滑油が供給される。このようにすることで、摺動する対向面に潤滑油を供給して摺動摩擦係数を低減することが可能となる。図６に示す溝６１は一例であって、潤滑油を供給可能であれば環状に限られるものではない。

２基面
３コラム
６前面
８クロスレール
９案内部
１２サドル
１４両端部
１５中央部
１８内側面
２５，１２５，２２５支持部
２６，４４，４７易すべり層
４０規制部
５３押圧機構

Claims

水平方向に互いに間隔を有して基面に支持された一対のコラムと、
該コラムの前面に配された両端部と、前記コラム間に突出するように配された中央部とを有して水平方向に沿って配されたクロスレールと、
前記クロスレールに水平方向にスライド可能に設けられたサドルと、
前記一対のコラムと前記クロスレールとの間にそれぞれ設けられ、前記クロスレールを上下方向に案内する案内部と、
前記クロスレールの前記中央部に対して前記コラムの内側面を上下に相対移動可能として水平方向に支持する支持部とを備えることを特徴とする門形工作機械。
前記支持部は、前記コラムの内側面と、前記中央部の外側面との少なくとも一方の表面に易すべり層を備える請求項１に記載の門形工作機械。
前記支持部は、前記コラムの内側面と、該内側面に対向する前記中央部の外側面とが離間および近接する方向へ変位することを規制する規制部を備える請求項１又は２に記載の門形工作機械。
前記支持部は、前記コラムと前記クロスレールとの何れか一方に、他方を押圧可能な押圧機構を備える請求項１又は２に記載の門形工作機械。