(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前述の上面視で移動体の移動範囲をカバーするようにベッドが形成されているような構造では、移動体の重量を確実にベッドで受けることが出来るものの、ベッド自体が大型化し、その重量も増すことから、材料費、運搬費等の面でコスト高となり問題となっていた。すなわち、ワークを精度よく加工処理するために、サドルや主軸頭等の移動体の可動負荷に耐えられるようなベッドの剛性を確保しながらも、材料費や運搬費等のコスト削減や、運搬や設置する際のユーザの作業負担を軽減するために、ベッドの重量化を抑制して、軽量化を図ることが望ましい。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ベッドの剛性を確保しながら、その軽量化を図ることの可能な、新規かつ改良された工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、ワークを切削加工処理する工作機械であって、ベッドと、前記ベッドの一端側に立設されるコラムと、を備え、
前記コラムが立設される前記ベッド
の前記一端側には、上面視における前記コラムと重複する部位のうち、前記コラム
の脚部と当接する
脚部受部の下側を除く部位のみに該コラムに対して鉛直方向に貫通する構成となっている切り欠き部が設けられることを特徴とする。
【0008】
本発明の一態様によれば、ベッドの上面視におけるコラムと重複する部位のうち、コラムと当接していない部位の一部を削り取って形成される切り欠き部を設けても、工作機械のワークを加工処理する領域で必要とされる高い剛性を確保できるので、ベッドの剛性を確保しながら、その軽量化が図れる。
【0009】
このとき、本発明の一態様では、前記コラムは、前記ベッドの端部のうち前記ワークの加工処理領域側とは異なる端部側に立設されることとしてもよい。
【0010】
このようにすれば、ベッドの加工処理領域と反対側に立設されるコラムの下側の部位を削り取って切り欠き部を設けても、工作機械のワークの加工処理領域では、必要とされる高い剛性を確保できるので、ベッドの剛性を確保しながら、その軽量化が図れる。
【0011】
また、本発明の一態様では、前記切り欠き部は、前記ベッドの前記一端から中心に向かうにつれ、水平面内において前記ベッドの端部同士を結ぶ直線に直交する方向の幅が小さくなるように前記コラム
の脚部と当接する
脚部受部の下側を除く部位のみに形成されることとしてもよい。
【0012】
このようにすれば、工作機械のワークの加工処理領域では、必要とされる高い剛性を確保しながら、その反対側の部位を削り取って切り欠き部が設けられるので、ワークの加工処理領域で必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッドの軽量化が図れる。
【0013】
また、本発明の一態様では、前記コラムの頂部側には、前記加工処理領域に向けて昇降する主軸頭を水平方向に移動可能なサドルが設けられ、前記切り欠き部は、上面視における前記サドルの移動範囲の一部分を欠く形状となるように形成されることとしてもよい。
【0014】
このようにすれば、ベッドの剛性に寄与しない部位を切り欠き部として削り取れるので、工作機械のワークの加工処理領域で必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッドの軽量化が確実に図れる。
【発明の効果】
【0015】
以上説明したように本発明によれば、工作機械のベッドでワークの加工処理領域に必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッドの軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【0018】
まず、本発明の一実施形態に係る工作機械の構成について、図面を使用しながら説明する。
図1(A)は、本発明の一実施形態に係る工作機械の右側面図であり、
図1(B)は、本発明の一実施形態に係る工作機械の底面図である。
【0019】
本発明の一実施形態に係る工作機械100は、
図1(A)に示すように、ベッド150の後方側に立設されたコラム110の頂部側に、主軸頭120を前方側で支持するサドル130が設けられた立形マシニングセンタである。
【0020】
ベッド150の前方側には、ワーク(図示せず)を載置するテーブル140が設けられている。また、テーブル140は、不図示のガイドレール等の移動機構によって、ベッド150の幅方向(
図1(B)に示すX軸方向)に移動可能に設けられている。
【0021】
ベッド150の後方側には、コラム110が立設されている。すなわち、コラム110は、ベッド150の端部のうちワークの加工処理領域側とは異なる端部側に設けられている。すなわち、コラム110は、ベッド150の端部のうちワークの加工処理領域となるテーブル140の設置部位に対向する一端側に立設されている。コラム110は、断面が略矩形であり、コラム110の底部側の四隅が脚部112となっており、ベッド150と当接する部位となっている。
【0022】
コラム110の頂部側には、サドル130が設けられている。サドル130は、主軸頭120を前方側で支持しながら、当該主軸頭120を不図示のガイドレール等の移動機構によって、水平方向(
図1(A)に示すY軸方向)に移動させる機能を有する。
【0023】
主軸頭120の下端部には、主軸122が回転自在に支持され、当該主軸122には、工具(図示せず)が着脱可能に装着される。主軸頭120の一側面側には、
図1(A)及び
図1(B)に示すように、複数の工具を保管している工具マガジン124から所望の工具を取り出して、主軸122に取り付ける工具交換装置126が設けられている。主軸頭120は、不図示のガイドレール等の移動機構によって、上下方向(
図1(A)に示すZ軸方向)に昇降可能となっている。
【0024】
このように、本実施形態の工作機械100は、テーブル140がX軸方向、サドル130がY軸方向、主軸頭120がZ軸方向にそれぞれ移動可能となっている。そして、工作機械100に内蔵された記憶部(図示せず)にインストールされた加工処理プログラムに沿って、工作機械100は、主軸122に装着された工具を鉛直軸周りに回転駆動させながら、当該工具とテーブル140に載置したワークとを相対的に前後、左右、上下の直交3軸方向に移動させることにより、ワークの切削加工処理を行う。
【0025】
本実施形態では、
図1(B)に示すように、ベッド150の上面視におけるコラム110と重複する部位のうち、コラム110と当接していない部位の一部を削り取って形成される切り欠き部152が設けられることを特徴とする。具体的には、ベッド150の上面視におけるコラム110と重複する部位のうち、コラム110と当接していない部位の一部をベッド150の一端150aから削り取って形成される切り欠き部152が設けられる。すなわち、ベッド150は、後方側を略V字型の鋭角に抉るように、上面視においてサドル130の移動範囲の一部を欠く構造となっており、コラム110の下側の部位に切り欠き部152が設けられる。なお、ベッド150に設けられる切り欠き部152の構成の詳細については、後述する。
【0026】
また、ベッド150が正確に水平に設置されているかどうかは、ワークの加工部位における加工精度に重大な影響を与える。このため、工作機械100の設置個所の起伏状況や角度等の変化に対応してテーブル140のワーク載置面140aを水平に保つために、ベッド150の底面側の四隅には、高さ調整機構160が設けられている。
【0027】
次に、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの構成の詳細について、図面を使用しながら説明する。
図2(A)は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの前方側からの斜視図であり、
図2(B)は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの底面図であり、
図3(A)は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの後方側からの斜視図であり、
図3(B)は、本発明の一実施形態に係る工作機械の底面側からの斜視図である。
【0028】
本発明者らは、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、上方に主軸頭120やサドル130等の移動体が載置されるベッド150においても、求める剛性を確保するために必要である箇所とそうでない箇所が存在することを見出した。すなわち、ベッド150は、サドル130や主軸頭120等の重量物を相対移動可能に支持するために、高い剛性が要求されるが、ベッド150の全領域に対して均等に高い剛性が必要とされないことを見出した。
【0029】
また、本発明者らは、上面視で当該移動体の移動範囲の一部分を欠くような切り欠き部152を有する形状としても、ベッド150の剛性が大きく低下しないことを見出した。このため、かかる知見に基づき更に研究を行った結果、ベッド150を上面視で当該移動体の移動範囲の一部分を欠く切り欠き部152を有する形状にして、欠いた部位に相当する重量分を同じベッド150において剛性を高める必要のある異なる箇所や、ベッド150以外の箇所へ配分することによって、重量を増すこと無く、高剛性を有する工作機械100を実現した。
【0030】
ベッド150は、FC300等の鋳鉄等から形成され、
図2(A)に示すように、コラム110(
図1(A)参照)を載置するコラム載置面153がテーブル140(
図1(A)参照)を載置するテーブル載置面154より高位置に配置されるように、段差を有する箱型の構成となっている。コラム載置面153には、コラム110を載置した際に、脚部112(
図1(A)参照)と当接する脚部受部153aが四隅側にそれぞれ設けられている。
【0031】
前述したように、ベッド150には、上面視におけるコラム110と重複する部位のうち、コラム110と当接していない部位の一部をベッド150の一端150aから削り取って形成される切り欠き部152が設けられる。具体的には、
図2(B)に示すように、切り欠き部152は、ベッド150の一端150aから中心150bに向かうにつれ、水平面内においてベッド150の端部同士を結ぶ直線に直交する方向の幅が小さくなるようにコラム110と当接していない部位の一部を削り取って形成される。
【0032】
このようにして、切り欠き部152は、ベッド150の一端150aから中心150bに向かうにつれ、水平面内においてベッド150の端部同士を結ぶ直線に直交する方向の幅が小さくなるように、すなわち、ベッド150の一端150a側に有する脚部受部153aの内側からベッド150の中心150bに向かい縮径するように、コラム110と当接していない部位の一部を略V字型に削り取って形成される。換言すると、ベッド150のコラム載置面153側では、当該ベッド150の脚部受部153aの内側の一部が削られる構成となっている。
【0033】
なお、本実施形態では、切り欠き部152は、ベッド150の上面視におけるコラム110と重複する部位のうち、コラム110と当接していない部位の一部をベッド150の一端150aから削り取って形成されるが、切り欠き部152の設計部位は、かかる部位に限定されない。例えば、ベッド150の上面視におけるコラム110と重複する部位の真ん中をくり抜くようにして、切り欠き部を形成してもよい。
【0034】
また、ベッド150のコラム載置面153側の側壁155は、
図2(B)及び
図3(A)に示すように、テーブル載置面154の幅よりも小さくなるように、ベッド150の一端150a側に有する脚部受部153aに向けて内側に展開される構成となっている。すなわち、ベッド150のコラム載置面153側では、当該ベッド150の脚部受部153aの外側の一部が削られる構成となっている。
【0035】
このようにして、本実施形態では、ベッド150のうち、テーブル140が載置されるワークの加工処理領域と反対側に設けられるコラム載置面153側の部位は、一部を除いて、高い剛性が必要とされないので、高い剛性が必要とされない部位を削り取って、ベッド150の軽量化が図られている。
【0036】
すなわち、ベッド150のコラム載置面153側では、コラム110の脚部112との当接部となる脚部受部153aの下側は、コラム110やサドル130、主軸頭120、工具マガジン124、工具交換装置126等の重量負荷に耐え得る大きさの剛性が必要となるが、脚部受部153aの下側を除く部位は、それ程、大きな剛性を必要とされない。このため、本実施形態では、ベッド150のうち、コラム載置面153側に有する大きな剛性を必要とされない部位を削り取った構成として、ベッド150の軽量化を図っている。
【0037】
一方、ワークの加工処理領域となるベッド150のテーブル載置面154側では、
図3(B)に示すように、テーブル載置面154の下側に4つのテーブル側リブ158が密に設けられている。これらのテーブル側リブ158は、ベッド150の先端側中心150cから放射状に設けられ、当該テーブル側リブ158の他端は、接続用リブ157に連結されて、当該接続用リブ157は、ベッド150の中心150bを介して切り欠き部152を構成する切り欠き面152aに連結されている。なお、テーブル側リブ158の個数は、4つに限定されず、他の枚数としてもよい。また、ワークの加工処理領域となるベッド150のテーブル載置面154側の補強態様は、
図3(B)に示す態様に限定されない。
【0038】
これに対して、ベッド150のコラム載置面153側では、脚部受部153aの下側を除く部位は、それ程、大きな剛性が必要ないので、コラム載置面153の下側には、
図3(B)に示すように、切り欠き部152を構成する切り欠き面152aを支持するコラム側リブ156が一対のみ設けられている。
【0039】
ワークの加工処理領域は、テーブル140上においてワークの切削加工処理を実行する際に、主軸122や主軸頭120の可動負荷がかかる。ワークを精度よく切削加工処理するためには、ワークの加工処理領域となるベッド150のテーブル載置面154側の部位は、かかる可動負荷に耐えられる高い剛性が必要となる。このため、本実施形態では、ベッド150のテーブル載置面154側の部位となるテーブル載置面154の下側には、高い剛性を確保するために、複数の複数のテーブル側リブ158が密に設けられている。
【0040】
また、これらのテーブル側リブ158は、切り欠き部152を形成する際に、ベッド150のコラム110の脚部112と当接していない部位の一部を削り取った部分の材料の少なくとも一部を利用して形成される。すなわち、切り欠き部152を形成する際に、ベッド150のコラム110と当接していない部位の一部を削り取った部分の材料の少なくとも一部を利用して、テーブル側リブ158を密に形成することによって、ベッド150の上面視における加工処理領域に有するテーブル載置面154の下側を補強するように構成されている。
【0041】
このように、本実施形態では、ベッド150の剛性に寄与しない部位を切り欠き部152として削り取ることによって、工作機械100のワークの加工処理領域で必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッド150の軽量化が確実に図れるようになる。また、切り欠き部152を形成する際に削り取った材料をテーブル側リブ158等の形成に利用して、剛性が必要とされる加工処理領域を補強することによって、ベッド150の重量を増加させることなく、加工処理領域の剛性を確実に確保することができる。このため、切削加工時における工作機械100のワークの加工処理領域で発生するびびり振動を抑制するので、切削加工処理の精度が向上するようになる。
【0042】
なお、本実施形態では、切り欠き部152に相当する重量をベッド150の別の箇所へ配分しているが、単にベッド150の一部分を欠くことに留めれば、工作機械100の全体重量を軽減出来るため、材料コスト面でも有利となる。
【0043】
次に、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの実施例について、図面を使用しながら説明する。
図4(A)乃至(C)は、本発明の一実施形態に係る工作機械のベッドの構造解析のシミュレーション結果を示す図である。なお、
図4(A)は、従来例となるベッド50の斜視図であり、
図4(B)は、従来例となるベッド50の構造解析結果を示す斜視図であり、
図4(C)は、本発明の一実施形態に係るベッド150の実施例の斜視図である。
【0044】
図4(A)に示す従来例となるベッド50について、コンピュータを用いた構造解析を行った結果、
図4(B)に示すように、ベッド50のテーブル載置面54側は、黒塗り箇所で表されるように、広範囲にわたり最も高い剛性が必要である旨が分かった。特に、テーブル載置面54の下側は、最も高い剛性が必要である旨が分かった。
【0045】
一方、ベッド50のコラム載置面53側は、
図4(B)に示すように、コラム110の脚部112との当接部とその下側は、黒塗り箇所で表されるように、最も高い剛性が必要である旨が分かった。また、コラム載置面53の下側の中心近傍は、グレー塗り箇所で表されるように、やや高い剛性が必要である旨が分かった。しかしながら、
図4(B)における黒塗り箇所及びグレー塗り箇所以外の部位については、ベッド50の剛性に大きく寄与しない箇所である旨が分かった。
【0046】
そこで、本発明の一実施形態に係る工作機械100のベッド150の実施例では、
図4(C)に示すように、ベッド150のコラム載置面153の下側等のベッド150の剛性に大きく寄与しない箇所を削り取って、切り欠き部152を形成した。また、従来例のベッド50の側壁55も一部削り取って、テーブル載置面154の幅より小さくなるように側壁155を設けた。
【0047】
従来例のベッド50と、本発明の一実施形態に係る工作機械100のベッド150の実施例のX軸方向の剛性、Y軸方向の剛性、Z軸方向の剛性、及び質量の値について、それぞれ検証した結果、ベッド150のX軸方向、すなわち幅方向と、Z軸方向、すなわち、高さ方向の剛性は、それぞれ2〜5%程度向上したことが分かった。一方、ベッド150のY軸方向、すなわち水平方向(長さ方向)の剛性は、殆ど変化がないことが分かった。また、ベッド150の質量に関しては、10〜15%程度減少したことが分かった。
【0048】
このことから、ベッド150の剛性に大きく寄与しない箇所を削り取って切り欠き部152を形成しても、ベッド150の剛性を劣化させずに、幾分、向上させ、かつ、ベッド150の軽量化を図れることが分かった。すなわち、ベッド150の剛性に寄与しない部位を切り欠き部152として削り取ることによって、工作機械100のワークの加工処理領域で必要とされる高い剛性を確保しながら、ベッド150の軽量化が確実に図れることが分かった。
【0049】
なお、上記のように本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【0050】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、工作機械の構成、動作も本発明の一実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。