(57)【要約】【課題】移動式のコラムの傾きを防止できる工作機械を提供すること。【解決手段】工作機械１は、ベース１０に設置されてワークを載置するテーブル１１と、ベース１０に設置されて所定のコラム移動方向に延びるコラム移動機構１３と、コラム移動機構１３に支持されてコラム移動方向に移動可能なコラム１５と、コラム１５に昇降自在に支持されかつ主軸１６１が水平かつコラム移動方向と交差する方向に配置された主軸ヘッド１６と、ベース１０に設置されてコラム移動機構と平行に延びる補助レール２１と、コラム１５に設置されて補助レール２１に荷重を伝達可能な荷重伝達機構２２と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに設置されてワークを載置するテーブルと、
前記ベースに設置されて所定のコラム移動方向に延びるコラム移動機構と、
前記コラム移動機構に支持されて前記コラム移動方向に移動可能なコラムと、
前記コラムに昇降自在に支持されかつ主軸が水平かつ前記コラム移動方向と交差する方向に配置された主軸ヘッドと、
前記ベースに設置されて前記コラム移動機構と平行に延びる補助レールと、
前記コラムに設置されて前記補助レールに荷重を伝達可能な荷重伝達機構と、を有することを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記荷重伝達機構は、前記コラムから前記補助レールまで延びる伝達アームと、前記伝達アームに設置されて前記補助レールの表面に当接可能な当接部を有することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記当接部は、一対が対向配置され、互いに近接離隔することで前記補助レールの一部をクランプ可能であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記当接部は、互いに対向配置された一対のローラであり、前記ローラは前記補助レールの反対向きの表面にそれぞれ転動可能であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項５】
前記補助レールは、前記コラム移動機構を挟んで前記テーブルとは反対側に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項６】
本発明の工作機械において、
前記補助レールは、前記コラム移動機構よりも高い位置に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動式のコラムを有する工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械においては、加工時の反力により主軸を支持する各部に変形が生じる。このような変形は、ワークの加工精度が低下する原因となるため、機械的な変形防止対策や、変形を補正する対策が講じられている。
例えば、特許文献１に記載の工作機械では、各軸移動機構に補強を行うことで、変形を抑制している。
また、特許文献２に記載の工作機械では、ワークからの加工反力を検出し、変形量を算出し、この変形を打ち消すような補正を行っている。
しかし、これらの対策は、いずれも大規模で装置構成も複雑化する傾向にあり、基本的な変形対策は、依然として各部の剛性強化によっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６６２５７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
工作機械のうち、横フライス盤や横中ぐり盤などの工作機械では、水平な主軸を有する主軸ヘッドをコラムに昇降自在に支持している。このような工作機械では、大きな変形要因であるコラムの剛性を高めることで、コラムの傾きや倒れを防止している。
このようなコラムを有する工作機械の一部では、移動機構を介してコラムを支持することで、コラムを所定の移動方向へ移動可能としている。このような形式の工作機械では、コラムの剛性強化によってそれ自体の変形が防止できるものの、移動機構に生じる変形が十分に防止できないという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、移動式のコラムの傾きを防止できる工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の工作機械は、ベースに設置されてワークを載置するテーブルと、前記ベースに設置されて所定のコラム移動方向に延びるコラム移動機構と、前記コラム移動機構に支持されて前記コラム移動方向コラム移動方向に移動可能なコラムと、前記コラムに昇降自在に支持されかつ主軸が水平かつ前記コラム移動方向と交差する方向に配置された主軸ヘッドと、前記ベースに設置されて前記コラム移動機構と平行に延びる補助レールと、前記コラムに設置されて前記補助レールに荷重を伝達可能な荷重伝達機構と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、コラム移動機構により、コラムをコラム移動方向へ水平に移動させ、主軸ヘッドをコラムに沿って昇降させることで、主軸ヘッドの主軸に装着した工具をテーブル上のワークに対して相対移動させ、所期の加工を行うことができる。
ここで、ワークに対する加工が、ドリルによる孔開け加工であると、加工反力は水平かつコラム移動方向と交差する方向となり、コラムの上側を同方向に傾けるようなモーメントを生じる。コラムの曲げ変形については、それ自体の剛性で対応することができる。一方、コラムとベースとの間のコラム移動機構では、可動部分であるため剛性強化に制約があり、コラムの傾きを生じさせる原因となる。
しかし、本発明では、荷重伝達機構を介してコラムを傾ける力を補助レールに伝達することで、コラムの傾きを防止することができる。
なお、加工によってはコラムの上側をコラム移動方向に傾ける反力が生じるが、コラム移動機構に接続するコラム下部を同方向に長さを増すことで傾きに耐えることができる。
【０００８】
本発明の工作機械において、前記荷重伝達機構は、前記コラムから前記補助レールまで延びる伝達アームと、前記伝達アームに設置されて前記補助レールの表面に当接可能な当接部を有することが好ましい。
【０００９】
本発明では、伝達アームを延ばすことで補助レールをコラムから離れた位置に設置でき、コラムの傾きモーメントを補助レールで効果的に受け止めることができる。
なお、当接部としては、コラムの傾きモーメントを受けるのに適した向きで補助レールの表面に当接して荷重を伝達できればよい。当接部は、コラムのコラム移動方向への移動を許容するために、補助レールに当接したまま摺動してもよく、ローラなどを用いて転動させてもよい。当接部を可動式として、補助レールへの当接状態と離脱状態を切り換えるようにしてもよい。一対の当接部を対向配置して、補助レールを挟むようにしてもよく、いずれかの側を可動式とし、クランプ状態とアンクランプ状態（クランプ解除状態）とを切り換えてもよい。
【００１０】
本発明の工作機械において、前記当接部は、一対が対向配置され、互いに近接離隔することで前記補助レールの一部をクランプ可能であることが好ましい。
【００１１】
本発明では、一対の当接部を近接させて補助レールをクランプすることができ、コラムの傾きを生じる加工反力が、主軸が延びるＺ軸方向のいずれであっても、この反力を確実に補助することができる。一方、コラムを移動する際には、一対の当接部を離隔させてアンクランプ状態とすることができる。
本発明において、一対の当接部を近接離隔する手段としては、油圧シリンダやソレノイドなどを適宜利用することができる。
【００１２】
本発明の工作機械において、前記当接部は、互いに対向配置された一対のローラであり、前記ローラは前記補助レールの反対向きの表面にそれぞれ転動可能であることが好ましい。
【００１３】
本発明では、一対のローラで補助レールを挟み込むことで、コラムの傾きが主軸方向のいずれであっても、確実に補助することができる。一方、当接部がローラであるため、一対で補助レールを挟み込んだ状態のままでも、コラムの移動を許容することができる。
【００１４】
本発明の工作機械において、前記補助レールは、前記コラム移動機構を挟んで前記テーブルとは反対側に設置されていることが好ましい。
本発明では、テーブルに干渉することなく補助レールを設置することができる。
【００１５】
本発明の工作機械において、前記補助レールは、前記コラム移動機構よりも高い位置に設置されていることが好ましい。
本発明では、傾きによる変位が顕著になるコラムの上側に補助レールを近づけることができ、荷重伝達による傾きの防止を有効にできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、移動式のコラムの傾きを防止できる工作機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態を示す立面図。
【図２】前記実施形態の要部を示す断面図。
【図３】本発明の他の実施形態の要部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、工作機械１は、大型の中ぐり盤であり、ベース１０の上に構築される。ベース１０には、ワークを載置するテーブル１１が設置され、これに隣接してピット１２が形成されている。
【００１９】
ピット１２内にはコラム移動機構１３が設置され、コラム移動機構１３によってコラム１５が支持されている。
コラム移動機構１３は、一対のレール１３１，１３２を有する。レール１３１，１３２は、図１直交方向（Ｘ軸方向）へ水平に延びている。
コラム１５は、レール１３１，１３２に沿ってコラム移動方向であるＸ軸方向の任意位置へ移動可能である。コラム１５は、コラム下部１４がＸ軸方向に延長され、レール１３１，１３２に沿った長さが延長されており、これによりコラム１５のＸ軸方向への倒れ防止が図られている。
【００２０】
コラム１５には主軸ヘッド１６が支持されている。
コラム１５には、主軸ヘッド１６を昇降自在に支持する昇降機構１５１が設置され、主軸ヘッド１６はコラム１５に沿って鉛直方向（Ｙ軸方向）の任意位置へ昇降可能である。
コラム１５には、カウンタバランス機構１５２が設置され、主軸ヘッド１６の自重に相当する重錐により、昇降機構１５１にかかる荷重軽減が図られている。
【００２１】
主軸ヘッド１６には、先端に工具を装着可能な主軸１６１が水平に設置されている。
主軸１６１の回転軸線は、Ｚ軸方向に延びている。主軸１６１は、ラム１６２に支持されており、主軸ヘッド１６およびコラム１５に対してＺ軸方向へ進退可能である。
【００２２】
主軸ヘッド１６は、コラム１５の昇降機構１５１によりＹ軸方向の任意高さへ昇降可能であり、コラム１５を支持するコラム移動機構１３によりＸ軸方向の任意位置へ移動可能である。従って、主軸１６１に装着された工具は、前述したＸ軸方向およびＹ軸方向の移動により、テーブル１１に載置されたワークの任意位置に対して孔開けや切削など、工具に応じた加工が可能である。また、工具による加工の進展に伴って、ラム１６２で工具をＺ軸方向へ送ることができる。
【００２３】
ベース１０には、ピット１２のテーブル１１とは反対側に、コラム移動機構１３と平行に延びる補助レール２１が設置されている。
補助レール２１は、ピット１２の開口辺縁の段差部分に設置されており、ピット１２の底部に設置されたコラム移動機構１３よりも高い位置とされている。
コラム１５の下部には、補助レール２１に荷重を伝達可能な荷重伝達機構２２が設置されている。
【００２４】
荷重伝達機構２２は、コラム１５から補助レール２１まで延びる伝達アーム２３と、伝達アーム２３に設置されて補助レール２１の上下の表面にそれぞれ当接可能な一対の当接部２４，２５を有する。
伝達アーム２３は、Ｌ字状に形成されており、一部がコラム１５の側面に沿って固定されている。
【００２５】
図２において、一対の当接部２４，２５は、補助レール２１をクランプ可能なクランプ機構を構成している。
当接部２４は、伝達アーム２３の先端に固定されたブロック状の部材である。当接部２４の側面には凹部が形成され、凹部には油圧シリンダあるいはソレノイドを用いた駆動機構２６が収容されている。
【００２６】
当接部２５は、当接部２４の側面に配置された断面Ｃ字状の部材である。当接部２５の下端側は当接部２４の下面に対して対向配置されている。補助レール２１は、断面Ｈ字状の部材であり、上側のフランジ部が当接部２４の下面に沿わされ、当接部２５の下端側との間に挟まれる状態で配置されている。
【００２７】
当接部２５の上端側は駆動機構２６に接続され、当接部２５は全体が駆動機構２６によって当接部２４に対して昇降可能である。駆動機構２６で当接部２５を上昇させることで、当接部２５の下端側が当接部２４に近接し、これらの当接部２４，２５により補助レール２１のフランジ部をクランプすることができる。
【００２８】
荷重伝達機構２２においては、当接部２４，２５で補助レール２１をクランプすることで、コラム１５は補助レール２１に対してＸ軸方向位置を固定されるとともに、コラム１５の上端がＺ軸方向に振れるような傾きを生じるＸ軸回りのモーメントに対抗することができる。
コラム１５の上端が図１右側へ傾こうとした場合、図２の矢印Ｆ１のように、当接部２４が補助レール２１の上面に当接し、コラム１５の傾きを防止することができる。
コラム１５の上端が図１左側へ傾こうとした場合、図２の矢印Ｆ２のように、当接部２５が補助レール２１の上側フランジ下面に当接し、コラム１５の傾きを防止することができる。
【００２９】
一方、荷重伝達機構２２においては、当接部２４，２５による補助レール２１のクランプを解除することで、当接部２４，２５と補助レール２１との間にそれぞれ僅かな隙間が形成される。これにより、コラム１５は補助レール２１に対してＸ軸方向の任意位置へと移動可能となる。
【００３０】
本実施形態においては、次のような手順でワークの加工を行う。
先ず、テーブル１１にワークを載置する。
次に、コラム１５をＸ軸方向の所定位置へ移動させ、荷重伝達機構２２の当接部２４，２５で補助レール２１をクランプする。
続いて、主軸ヘッド１６をコラム１５に沿ったＹ軸方向の所定位置へ移動させ、主軸１６１に装着された工具でワークの加工を行う。
【００３１】
主軸１６１に装着された工具が、例えば孔開け用のドリルであるとき、主軸ヘッド１６のラム１６２を前進させてドリルをワークに切り込ませてゆく。このとき、主軸ヘッド１６には、Ｚ軸方向の加工反力（図１右向き）が生じ、コラム１５にはその上側をワークと反対側（Ｚ軸方向図中右側）へ傾けるＸ軸回りのモーメントが生じる。
コラム１５は、コラム移動機構１３の一対のレール１３１，１３２で支持され、これらがＸ軸方向へ延びていることから、これらだけではＸ軸回りのモーメントに対して十分に剛性が得られない。
しかし、本実施形態では、補助レール２１および荷重伝達機構２２により、加工反力によるコラム１５のＸ軸回りのモーメントに対抗することができ、コラム１５の傾きを防止することができる。
【００３２】
なお、装着された工具がフライスなどで、加工反力がＸ軸方向であるとき、コラム１５にはＺ軸回りのモーメントが生じる。このようなＺ軸回りのモーメントについては、Ｘ軸方向に延びるコラム移動機構１３およびコラム下部１４で十分に対抗することができる。
【００３３】
現在位置での加工が済んだら、主軸１６１を後退させてワークから離す。そして、荷重伝達機構２２による補助レール２１のクランプを解除した後、コラム１５を次の加工位置へと移動させることができる。次の加工位置がＸ軸方向の同じ位置であれば、クランプ解除およびコラム１５の移動は省略し、主軸ヘッド１６の昇降だけを行えばよい。
【００３４】
このような本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態の工作機械１では、コラム移動機構１３によりコラム１５をコラム移動方向（Ｘ軸方向）へ水平に移動させ、主軸ヘッド１６をコラム１５に沿って昇降させることで、主軸ヘッド１６の主軸１６１に装着した工具をテーブル１１上のワークに対して相対移動させ、所期の加工を行うことができる。
【００３５】
加工の際に、加工反力がＸ軸方向であれば、コラム１５にＺ軸回りのモーメントが生じる。このようなＺ軸回りのモーメントについては、Ｘ軸方向に延びるコラム移動機構１３およびコラム下部１４で十分に対抗することができる。
一方、加工反力がＺ軸方向であれば、コラム１５にＸ軸回りのモーメントが生じる。このようなＸ軸回りのモーメントについては、荷重伝達機構２２を介してコラム１５を傾ける力を補助レール２１に伝達することで、コラム１５の傾きを防止することができる。
【００３６】
本実施形態の荷重伝達機構２２では、伝達アーム２３を延ばすことで補助レール２１をコラム１５から離れた位置に設置でき、コラム１５を傾けようとするＸ軸回りのモーメントを補助レール２１で効果的に受け止めることができる。
【００３７】
本実施形態の荷重伝達機構２２では、上下に対向配置された一対の当接部２４，２５を設け、これらを近接させて補助レール２１をクランプするようにしたので、コラム１５の傾きを生じる加工反力が、主軸１６１が延びるＺ軸方向のいずれであっても、この反力を確実に補助することができる。
一方、コラム１５を移動する際には、一対の当接部２４，２５を離隔させてアンクランプ状態とすることができる。
一対の当接部２４，２５の近接離隔は、油圧シリンダやソレノイドなどを用いた駆動機構２６により行うことができ、簡素な構成で確実な動作を行うことができる。
【００３８】
本実施形態では、補助レール２１を、コラム移動機構１３を挟んでテーブル１１とは反対側に設置したため、テーブル１１に干渉することなく補助レール２１を設置することができ、Ｘ軸回りのモーメントに対抗するために必要なコラム１５からの距離も確保することができる。
【００３９】
本実施形態では、補助レール２１を、コラム移動機構１３よりも高い位置に設置したので、Ｘ軸回りのモーメントによるコラム１５の傾き、およびこの傾きによる変位が顕著になるコラム１５の上側に、補助レール２１を近づけることができ、荷重伝達機構２２を用いた荷重伝達による傾きの防止を有効にできる。
【００４０】
図３には、本発明の他の実施形態が示されている。
前述した図１の実施形態では、荷重伝達機構２２として、図２に示すような一対の当接部２４，２５および駆動機構２６を伝達アーム２３の先端に設置し、駆動機構２６で一対の当接部２４，２５を上下方向に近接離隔させて補助レール２１をクランプ状態またはアンクランプ状態に切り換えていた。
これに対し、図３に示す他の実施形態では、荷重伝達機構３２として、伝達アーム３３の先端に、当接部としてのローラ３４，３５を有する一対のブラケット３６，３７を接続し、向かい合わせた一対のローラ３４，３５で補助レール３１を上下に挟み込んでいる。なお、図３に示す他の実施形態は、荷重伝達機構３２および補助レール３１以外の構成については、前述した図１と同様の構成を備えている。
【００４１】
このような図３の実施形態では、一対のローラ３４，３５により補助レール３１に対して、伝達アーム３３からの上向きおよび下向きの力を伝達することができる。
コラム１５の上端が図１右側へ傾こうとした場合、図３の矢印Ｆ１のように、ローラ３４が補助レール３１の上面に当接し、コラム１５の傾きを防止することができる。
コラム１５の上端が図１左側へ傾こうとした場合、図３の矢印Ｆ２のように、ローラ３５が補助レール３１の下面に当接し、コラム１５の傾きを防止することができる。
【００４２】
本実施形態においては、このような荷重伝達機構３２および補助レール３１により、コラム１５の傾きに関して、前述した図１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、一対の当接部としてローラ３４，３５を用い、これらを補助レール３１に転動させることで、クランプ状態とアンクランプ状態を切り換える必要がなく、図２の駆動機構２６を省略することができ、配管類などを含めて構造を簡略化できる。
さらに、一対のローラ３４，３５で補助レール３１を上下に挟み込んだままでも、ローラ３４，３５が補助レール３１に転動することで、コラム１５をＸ軸方向へ移動させることができる。従って、図２の実施形態のように、クランプ状態とアンクランプ状態を切り換える操作を行う必要がなく、動作手順を簡素化することができる。
【００４３】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前述した図１の実施形態および図３の実施形態では、それぞれ補助レール２１，３１を当接部２４，２５あるいはローラ３４，３５で上下方向に挟み付けていた。しかし、上下方向以外、例えば水平方向に挟み付ける構造、あるいは水平方向に凹凸が噛み合う機構などとしてもよく、コラム１５を傾けるＸ軸回りのモーメントに対抗できるようなクランプ状態が実現できればよい。
【００４４】
前述した各実施形態では、補助レール２１，３１を１本だけ設置したが、２本以上を平行に設置し、各々に荷重伝達する複数の荷重伝達機構２２，３２を設置してもよい。
複数の補助レールを設置する場合、縦方向に並列配置してもよく、水平に並列配置してもよい。
複数の補助レールを設置する場合、１本は荷重伝達機構により上下方向にクランプされ、他は水平方向にクランプされるなど、異なるクランプ形態を組み合わせて設置してもよい。
【００４５】
前述した各実施形態において、補助レール２１，３１は、コラム１５のＸ軸方向移動範囲の全長にわたって延びるものとすればよい。ただし、コラム１５の移動範囲であればよく、コラム移動機構１３の全長に及ぶ長さとする必要はない。
さらに、補助レール２１，３１は、コラム１５のＸ軸方向のうち頻繁に利用される領域だけに限定してもよい。ただし、荷重伝達機構２２，３２は、補助レール２１，３１のある領域とない領域とにわたって移動することになり、補助レール２１，３１を挟む状態に移行する際に、補助レール２１，３１の端部に対して円滑に導入されるような処理、例えば導入用の傾斜面を形成する等行うことが望ましい。
【００４６】
前述した各実施形態では、それぞれ一対の当接部２４，２５あるいはローラ３４，３５を用いたが、コラム１５に傾きを生じる工具からの加工反力が専ら一方向だけであれば、当該反力に対応する一方の当接部だけであってもよい。この場合、一方だけの当接部は、補助レールに対して摺動自在な部材などであってもよく、補助レールに転動するローラとしてもよい。
【００４７】
本発明の工作機械は、前述した各実施形態における工作機械１の構成に限定されるものではなく、工作機械の形式も大型の中ぐり盤に限らず、移動式のコラムを有し、工具の加工反力によりコラムの傾きが問題となる工作機械であれば、本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、移動式のコラムを有する工作機械に利用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１…工作機械、１０…ベース、１１…テーブル、１２…ピット、１３…コラム移動機構、１３１，１３２…レール、１４…コラム下部、１５…コラム、１５１…昇降機構、１５２…カウンタバランス機構、１６…主軸ヘッド、１６１…主軸、１６２…ラム、２１，３１…補助レール、２２，３２…荷重伝達機構、２３，３３…伝達アーム、２４，２５…当接部、２６…駆動機構、３４，３５…ローラ、３６，３７…ブラケット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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