JP2019136856A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械の加工部に対する振動の伝達を適切の抑制すること。【解決手段】門形のフレーム１６に第１，第２移動体１７，１８を支持する。両移動体１７，１８はリニアモータによって作動される。そのリニアモータのコイルは電源から切り離された状態において短絡される。このため、フレーム１６に振動が加えられると、前記コイルに起電力が生じて、磁界が発生し、この磁界によって移動体１７，１８が拘束されて、移動体１７，１８の質量負荷によってブレーキが作用する。このため、移動体１７，１８がフレーム１６を拘束し、振動が抑制される。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば門形のフレームを有する工作機械に関するものである。

工作機械においては、加工機構部に対して外部からの振動が伝達されると、加工精度が低下する。このため、一般には振動の伝達系内に制振構成が設けられることが多い。例えば、特許文献１の技術においては、伝達系内に吸振のための弾性部材が設けられる。

特開２００２−２５７１９１号公報

特許文献１のように、弾性部材を備えた従来の制振機構においては、弾性部材の剛性が高いと吸振機能が十分ではなく、従って、振動吸収機能が十分ではないために、振動によって加工精度が低下しやすい。逆に弾性部材の剛性を低くして吸振機能を向上させると、その機械的剛性低下によって加工精度が低下しやすい。

本発明の目的は、加工機構部に対して伝達される振動を適切に抑制できる工作機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明においては、ワークを加工するための工具をフレーム上に有するとともに、移動体を前記フレーム上において移動させるようにした工作機械において、前記移動体に対し間隙を介して質量体を対抗させ、前記フレームに振動が付与された際に磁界を介して前記フレームと質量体とを連結する連結手段を設けたことを特徴とする。

以上の構成においては、フレームに振動が伝達されると、磁界を介してフレームと質量体とが連結される。このため、質量体の質量に起因してフレームに対してブレーキ力が作用する。従って、従来構成とは異なり、弾性部材を用いる必要がないため、フレームの振動を適切に抑制できる。

本発明によれば、フレームに作用する振動を適切に抑制できる効果がある。

第１実施形態の工作機械の斜視図。 図１の工作機械のリニアモータ部分の簡略図。 図１の工作機械の電気的構成を示す回路図。 第２実施形態の工作機械を示す簡略図。 図４の工作機械の電気的構成を示す回路図。 第３実施形態の工作機械の正面図。 図６の工作機械の連結手段の部分を示す断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態の工作機械を図１〜図３の図面に基づいて説明する。

図１に示すように、床面１１上には、一対の平行なレール１２が敷設され、両レール１２間の床面１１の固定位置にはテーブル１３が設置されている。テーブル１３上にワーク１００がセットされる。

レール１２には、一対の脚部１４と、両脚部１４の上端間においてレール１２と直交する方向に延びる架設部１５とよりなる橋脚形状のフレーム１６がレール１２上を移動可能に支持されている。

架設部１５の前面には、その長さ方向に沿って延びるガイドレール（図示しない）が設置され、そのガイドレールにはそれぞれ第１移動体１７及び第２移動体１８が架設部１５の延長方向、言い換えれば床面１１上の前記レール１２の延長方向とは直交する方向に沿って移動可能に支持されている。第１移動体１７の前面には、第１工具１９が昇降可能に搭載されている。第２移動体１８の前面には、第２工具２０が昇降可能に搭載されている。本実施形態において、第１，第２工具１９，２０は回転砥石によって構成され、それらの回転砥石は回転軸線の向きが異なる。そして、フレーム１６のレール１２上における一方向への移動、第１，第２移動体１７，１８の前記一方向とは直交する方向への移動及び第１，第２工具１９，２０の昇降をともないながら、第１工具１９及び第２工具２０によってテーブル１３上に設置されたワーク１００に対して所要の加工が施される。

図２に示すように、フレーム１６の架設部１５の前面には、それぞれ電磁石駆動手段を構成するサーボモータとしてのリニアモータ３１の一対のステータ３３が架設部１５の長さ方向に延在するように設置されている。両ステータ３３は、複数の永久磁石３５を列設して構成されている。従って、両ステータ３３はそれぞれ磁界発生手段を構成している。

第１移動体１７及び第２移動体１８には、前記リニアモータ３１のステータ３３にそれぞれ対応するコイルユニット３６，３７がそれぞれ一対ずつ支持されている。この各コイルユニット３６，３７は、図３に示すように、電磁石を構成する複数のコイル３６ａ，３７ａをそれぞれ備えている。なお、図３においては、各一対のコイルユニット３６，３７のうち一方のみが図示されている。そして、コイルユニット３６，３７の各コイル３６ａ，３７ａに一方向及びその逆方向の直線進行磁界が生じることにより、第１移動体１７及び第２移動体１８はステータ３３の延長方向に一方向及びその逆方向に移動される。

前記架設部１５には、前記ステータ３３の延長方向に延びるブレーキプレート６１が固定されている。第１，第２移動体１７，１８にはブレーキパッド６２が設けられている。そして、第１，第２移動体１７，１８の停止時には、ブレーキパッド６２が作動されて、第１，第２移動体１７，１８が機械的制動状態にされる。ただし、ブレーキパッド６２による制動時であっても、架設部１５の微小振動は、第１，第２移動体１７，１８にはほとんど伝達されず、言い換えれば、この機械的制動によって架設部１５の振動を抑えることは、ほとんどできない。

図３に示すように、電源回路（図示しない）を含む制御装置４１には三相の給電線４２，４３をそれぞれ介して前記コイルユニット３６，３７のコイル３６ａ，３７ａが接続されている。

制御装置４１とコイルユニット３６，３７のコイル３６ａ，３７ａとの間において、給電線４２，４３にはそれぞれ電源スイッチとしての第１，第２スイッチ４４，４５のメイン端子４６．４７がそれぞれ設けられている。そのメイン端子４６，４７には第１，第２スイッチ４４，４５のメイン接点４８，４９がそれぞれ開閉可能に対向している。第１，第２スイッチ４４，４５は手動操作されるものであって、メイン接点４８，４９は、第１，第２スイッチ４４，４５のオン操作によって閉じられる。

前記スイッチ４４，４５とコイルユニット３６，３７との間において、給電線４２，４３には分岐線５１，５０の一端が接続され、両分岐線５１，５０の他端には三相を短絡させる短絡部５３，５２となっている。両分岐線５１，５０には、サブ端子５５，５４がそれぞれ設けられている。サブ端子５５，５４には第１，第２スイッチ４４，４５のサブ接点５７，５６がそれぞれ開閉可能に対向している。このサブ接点５７，５６は、第１，第２スイッチ４４，４５のオンによって開放される。すなわち、サブ接点５７，５６は、メイン接点４８，４９が開放されたときに閉じられる。本実施形態においては、前記短絡部５３，５２，サブ端子５５，５４及びサブ接点５７，５６により短絡手段が構成されている。

次に、以上のように構成された工作機械の作用を説明する。
第１スイッチ４４がオンされると、第１移動体１７のコイルユニット３６における複数のコイル３６ａに対して直線進行磁界を励起するための電圧が付与される。また、第２スイッチ４５がオンされると、第２移動体１８のコイルユニット３７における複数のコイル３７ａに対して直線進行磁界を励起するための電圧が付与される。このため、第１移動体１７及び第２移動体１８の一方または双方が所要の方向に移動されて、第１工具１９または第２工具２０がワーク１００を加工する。

例えば、ワーク１００の加工のために、第１スイッチ４４がオンされるとともに、第２スイッチ４５がオフされた状態においては、第２スイッチ４５のサブ接点５６が閉じた状態にある。この状態においては、第１移動体１７のコイルユニット３６のコイル３６ａに対して所要の駆動電流が供給される。このため、第１移動体１７が所要の速度で所要位置に向かって移動されて、第１工具１９によってワーク１００に対する加工が実行される。

このときには、前記のように、第２スイッチ４５がオフされて、第２スイッチ４５のメイン接点４９が開放されるとともに、第２スイッチ４５のサブ接点５６が閉じた状態にあり、第２コイルユニット３７のコイル３７ａが制御装置４１の電源から切り離された状態で短絡状態に設定されている。

そして、この状態において、外部からフレーム１６の架設部１５に対して振動が付与されて、リニアモータ３１の永久磁石３５を有するステータ３３が振動されようとすると、第２コイルユニット３７のコイル３７ａが電気的に短絡状態にあるため、コイル３７ａに起電力が生じる。従って、磁界を介してステータ３３と第２移動体１８のコイルユニット３７とが拘束される。このため、第２移動体１８の質量負荷に起因して、フレーム１６の振動に対してブレーキが作用される。このため、フレーム１６の振動が抑制される。

逆に、第２スイッチ４５がオンされるとともに、第１スイッチ４４がオフされた状態においては、第１スイッチ４４のサブ接点５７が閉じた状態にある。この状態においては、第２移動体１８側である第２移動体１８のコイルユニット３７のコイル３７ａに対して所要の駆動電流が供給される。このため、第２移動体１８が所要の速度で所要位置に向かって移動されて、第２工具２０によってワーク１００に対する加工が実行される。

このときには、第１スイッチ４４のサブ接点５７が閉じた状態にあり、第１コイルユニット３６のコイル３６ａが給電回路の電源から切り離された状態で短絡状態に設定されている。

この状態において、この状態において、外部からフレーム１６の架設部１５に対して振動が付与されて、リニアモータ３１の永久磁石３５を有するステータ３３が振動されようとすると、コイル３６ａが電気的に短絡状態にあるため、第１コイルユニット３６のコイル３６ａに起電力が生じる。従って、磁界を介してステータ３３と第１移動体１７のコイルユニット３６とが拘束される。このため、第１移動体１７の質量負荷に起因して、フレーム１６の振動に対してブレーキが作用される。このため、フレーム１６の振動が抑制される。

以上のように、一方の移動体１７，１８が稼動状態にあるときに、他方の移動休止状態の移動体１８，１７とリニアモータ３１との間の磁気力により、フレーム１６の振動が抑制される。

従って、本実施形態においては、以下の効果がある。
（１）リニアモータ３１の磁気力に起因した拘束力により、フレーム１６の振動が抑制されるため、工作機械の外部からの振動などによる加工機構部の振動を抑制できて、ワーク１００に対する加工精度を向上できる。

（２）第１，第２移動体１７，１８を移動させるためのリニアモータ３１の磁気力を利用して制振作用を得るようになっているため、制振のための機構を設ける必要がなく、構成が簡単である。

（第２実施形態）
第２実施形態の工作機械を図４及び図５に基づいて説明する。
本実施形態においては、図４及び図５に示すように、前記第１実施形態のリニアモータ３１に加えて、制振専用リニアモータ７０が設けられている。制振専用リニアモータ７０のステータ２８は短いものでよく、質量体を構成する移動体２５のコイルユニット２９は前記実施形態と同様な構成である。移動体２５には質量負荷の大部分を構成するウェイト３０が設けられている。コイルユニット２９のコイル２９ａは、短絡部６３を構成する給電線４３を介して短絡されている。リニアモータ３１のコイルユニット３６，３７のための前記実施形態における第１，第２スイッチ４４，４５のサブ端子５５，５４及びサブ接点５７，５６は設けられていない。そして、フレーム１６の振動に対して制振専用リニアモータ７０の作用によって前記実施形態と同様に制振作用が発揮される。

第２実施形態においては、以下の効果がある。
（３）制振専用リニアモータ７０が設けられているため、リニアモータ３１及び第１，第２移動体１７，１８がどのような状態であっても、例えば、第１，第２移動体１７，１８の双方が稼働中であっても、制振作用を発揮することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の工作機械を図６及び図７に基づいて説明する。
本実施形態においては、図６及び図７に示すように、フレーム１６における架設部１５の上面中央に制振装置７１が搭載されている。この制振装置７１は、前記架設部１５に固定されたフレームケース７２を備え、そのフレームケース７２の内上面に絶縁材よりなる可撓ワイヤ７３を介して導電部材としての銅やアルミニウム等の導電板７４が吊下されている。導電板７４の上面には鉄などの重量材よりなるウェイト７５が固定されている。そのウェイト７５と対向するように、架設部１５の上面には永久磁石などよりなる磁石７６が固定されている。

そして、フレーム１６に振動が伝達されると、磁石７６にも振動が伝達される。このため、磁石７６と導電板７４との間に、渦電流に起因した磁界が生じるため、その磁界を介して磁石７６，すなわちフレーム１６とウェイト７５とが拘束される。結果として、ウェイト７５の質量によってフレーム１６の振動が抑制されて、高精度加工に寄与する。

従って、本実施形態においては、以下の効果がある。
（４）フレーム１６に制振装置７１を設けることにより、フレーム１６の振動を抑制できる。このため、工具を支持する移動体は、リニアモータに限らず、油圧駆動装置など、どのような駆動手段を用いてもよい。

（変更例）
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化してもよい。

・前記第１，第２実施形態においては、電磁駆動手段としてリニアモータを用いたが、回転型のサーボモータ，パルスモータなどの他の電磁駆動手段を用いること。
・リニアモータ３１や制振専用リニアモータ７０のステータ３３，２８の永久磁石３５を電磁石に変更すること。

・前記各実施形態においては、工具を回転砥石としたが、回転砥石に代えて、ドリル，エンドミルなどの他の工具を用いること。
・工具を移動させるためのリニアモータ，すなわち電磁駆動手段を１または３以上設けること。

・図３に示すサブ接点５７，５６をメイン接点４９，４８と連係させることなく、単独で切換えられるように構成すること。
・フレーム１６を移動させることなく、テーブル１３をレール上に支持してレール上を移動させる構成にしたり、フレーム１６及びテーブル１３の双方をレール上において移動させる構成にしたりすること。

・フレーム１６及び移動体１７，１８の双方にステータ及びコイルユニットをそれぞれ設けること。従って、この構成においては、磁界発生手段がフレーム１６及び移動体１７，１８の双方に設けられる。

・本発明を、門形のフレーム１６に代えて、ベッド上の複数のコラムにそれぞれリニアモータによって動作される移動体を昇降可能に支持すること。このような構成においては、ひとつのコラム側のブレーキ作用によって工作機械全体の振動を抑制できる。

１４…脚部、１５…架設部、１６…フレーム、１７…第１移動体、１８…第２移動体、１９…第１工具、２０…第２工具、３１…リニアモータ、３６ａ…コイル、３７ａ…コイル、４４…第１スイッチ、４５…第２スイッチ。

Claims (7)

1. ワークを加工するための工具をフレーム上に有するとともに、移動体を前記フレーム上に対して相対移動可能に支持した工作機械において、
   前記移動体及びフレームの一方に質量体を設けるとともに、移動体及びフレームの一方または双方に磁界発生手段を設け、前記フレームに振動が付与された際に磁界を介して前記フレームと質量体とを連結する連結手段を設けた工作機械。
2. ワークを加工するための工具をフレーム上に有するとともに、電磁石駆動手段によって移動体を前記フレーム上において移動させるようにした工作機械において、
   前記電磁石駆動手段のコイルを移動体に設け、電源から切り離された状態の前記コイルを短絡させる短絡手段を設けた工作機械。
3. 前記フレーム上に、前記電磁石駆動手段によって移動される複数の移動体を支持するとともに、前記工具を前記移動体に支持した請求項２に記載の工作機械。
4. フレーム上に一対の移動体をそれぞれ異なるサーボモータによって移動可能に支持した請求項２または３に記載の工作機械。
5. 前記フレームは、一対の脚部と、その両脚部の上端間の架設部とを有し、前記移動体はその架設部に水平移動可能に支持され、前記サーボモータは前記架設部と移動体との間に介在されたリニアモータである請求項４に記載の工作機械。
6. 前記短絡手段は、リニアモータのオン・オフを切換えるためのメインスイッチと連携するサブスイッチによって構成され、サブスイッチはメインスイッチが開かれたときに閉じられ、メインスイッチが閉じられたときに開かれる請求項４に記載の工作機械。
7. ワークを加工するための工具をフレーム上に有するとともに、移動体を前記フレーム上に対して相対移動可能に支持した工作機械において、
   前記移動体を導電部材によって構成するとともに、その導電部材上に質量体を搭載し、フレーム上には前記質量体と対向するように磁石を設けた工作機械。