JP4735162B2 - 工作機械における摺動体の構造 - Google Patents
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Description
ここで図4〜図7に、特許文献1に記載された従来技術を示す。
図4は、リニアモータ40にて進退送りされる摺動体10を有する工作機械から、摺動体10の周囲の部材を抽出した図を示しており、この例では回転砥石を有する工作機械の例を示している。また図5(A)は図4におけるA−A断面図を示しており、図5(B)は図5(A)に対して別の実施例の図を示している。また図6(A)は図5(A)から本体部11を抽出した図(静圧ポケットへの油路等は図示省略)を示しており、図7は摺動体10の底面図を示している。
図4に示す例では、摺動体10(この場合、砥石台)は、本体部11と、本体部11の前部に形成されたL字形取付面11Dに固定された軸受ユニット13にて構成され、Z軸方向に進退移動可能である。
軸受ユニット13は、摺動体10の進退方向(Z軸方向)と直交する水平な軸線(X軸)上で砥石軸14を回転自在に支持している。砥石軸14は、図4における奥側の一端において砥石駆動モータ(図示省略)の出力軸に結合され、手前側の他端において砥石車Gを固定している。摺動体10が前進した図4の状態では、主軸台(図示省略)及び心押台(図示省略)からなる工作物支持装置により砥石軸14と平行な水平軸上で回転されるようにセンタ支持された工作物であるワークW(この例では、カムシャフト)を砥石車Gが研削加工している。
リニアモータ40は、本体部11の下面に配置され、電磁コイルユニット41と永久磁石ユニット42にて構成されている。
例えば工作機械がカム研削盤の場合、ワークWの回転に同期して本体部11が前進動作(図4において本体部11がワークWに近づく方向への動作)と後退動作(図4において本体部11がワークWから遠ざかる方向への動作)を高い加速度で繰り返し実行する。このため、本体部11は軽量且つ高い剛性が要求される。
本体部11は、進退方向の所定間隔位置で幅方向に延びる複数の隔壁11Mが配置され、隣接する隔壁11M同士間、及び前壁11F、後壁11Bのそれぞれと隣接する隔壁11Mとの間に略箱形空間11Sを形成して軽量化と高剛性化が図られている。
また、挟み板21の内側面は、直線ガイド部材22の両側面と所定の隙間を有して対向している。一対の水平ガイド部材20及び直線ガイド部材22は、本体部11の進退方向の略全長と進退ストロークST(図4参照)を加えた長さに設定され、ベッド25に固定されたベース26に固定されている。また各挟み板21の内側面には、挟み板21の全長に亘って複数の静圧ポケット31が対称に配置されており、各静圧ポケット31には絞り穴(図示省略)を介して作動油が供給される。また摺動体10の砥石車Gを配置する一側において、リニアスケール51がブラケット52を介してベース26に支持されており、本体部11に固定された読み取りヘッド53にて進退位置が検出される。
また図7に示すように、摺動体10において水平ガイド部材20の上面と対向する下向き案内面には、静圧ポケット27が進退方向に配置され、各静圧ポケット27には、作動油を供給する絞り穴28が設けられている。同様に、挟み板21において水平ガイド部材20の下面と対向する上向き案内面には、静圧ポケット29が進退方向に配置され、各静圧ポケット29には、作動油を供給する絞り穴(図示省略)が設けられている。
また、一対の脚部11Kは、それぞれ三角形空間11Tを形成する部分から下方に垂下されている。
図6(B)に示すように、摺動体10の下面には、摺動体10の自重とリニアモータ40の吸引力の合成力Fがかかり、当該下面が前記合成力Fによって変形すると、一対の脚部11Kが開く方向に力を受ける。この開き方向の力に対向するために、三角形空間11T及び逆台形空間11Vを形成するようにリブ部材11Rを設けている。
しかし近年ではリニアモータ40の性能が向上し、より高い加速度で短時間に加工を行うことができるようになってきた。しかし、性能が向上したリニアモータ40により、より高い加速度で加工を行うと、より強力な吸引力にて合成力Fが増加し、摺動体10にびびり等の振動が発生する場合がある。摺動体10にびびり等の振動が発生すると加工精度に影響を及ぼすため、好ましくない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より高い剛性を有する工作機械における摺動体の構造を提供することを課題とする。
請求項1に記載の工作機械における摺動体の構造では、摺動体を進退自在に案内する一対の水平ガイド部材を、ベース上に平行に離間して設け、リニアモータの電磁コイルユニット及び永久磁石ユニットの一方を前記摺動体の下面に固着するとともに他方を前記ベースの上面に固着した工作機械における摺動体の構造において、前記摺動体は、進退方向を長手方向とする直方体形状を有する本体部と、前記本体部の下面に前記進退方向に沿って設けられ、前記一対の水平ガイド部材の対向した内側面と対面するように垂下させた一対の脚部とを備える。
そして前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、前記本体部の内部は空洞状であり、前記本体部の側面を1辺とする第1の三角形空間を形成するように、外側へ傾斜するとともに、前記本体部の上面と前記本体部の底面とを接続する一対の第1リブ部材を、前記本体部の内部に長手方向に沿って設ける。
また前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、前記一対の脚部を前記第1の三角形空間の下部に配置し、前記第1の三角形空間に隣接するように、且つ前記第1リブ部材を1辺とする第2の三角形空間を形成するように、前記本体部の底面に対してほぼ垂直に、前記本体部の上面と前記本体部の底面とを接続する一対の第2リブ部材を前記本体部の内部に長手方向に沿って設ける。
請求項2に記載の工作機械における摺動体の構造では、摺動体を進退自在に案内する一対の水平ガイド部材をベース上に平行に離間して設け、リニアモータの電磁コイルユニット及び永久磁石ユニットの一方を前記摺動体の下面に固着するとともに他方を前記ベースの上面に固着した工作機械における摺動体の構造において、前記摺動体は、進退方向を長手方向とする多角柱形状を有する本体部と、前記本体部の下面に前記進退方向に沿って設けられ、前記一対の水平ガイド部材の対向した内側面と対面するように垂下させた一対の脚部とを備える。
そして前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、前記本体部の内部は空洞状であり、前記多角柱形状は、前記本体部の底面に対して前記本体部の上面は平行であり、前記本体部の底面の両端から前記本体部の上面よりも低い所定高さ位置に向けて、前記本体部の内側に傾斜するように一対の第1側面部を有し、前記第1側面部の前記所定高さ位置から前記本体部の上面に向けて、前記第1側面部の傾斜よりも緩やかな傾斜で前記本体部の内側に傾斜して、前記第1側面部と前記本体部の上面とを接続する一対の第2側面部を有している。
また前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、前記第1側面部を1辺とする第1の三角形空間を形成するように、外側へ傾斜するとともに、前記第1側面部の前記所定高さ位置と前記本体部の底面とを接続する一対の第1リブ部材を、前記本体部の内部に長手方向に沿って設ける。
また前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、前記一対の脚部を前記第1の三角形空間の下部に配置し、前記第2側面部と前記本体部の上面との接続部から、前記本体部の底面に対してほぼ垂直に、前記本体部の上面と前記本体部の底面とを接続する一対の第2リブ部材を、前記本体部の内部に長手方向に沿って設ける。
請求項3に記載の工作機械における摺動体の構造は、請求項2に記載の工作機械における摺動体の構造であって、前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、前記本体部の底面と前記本体部の上面との距離を半径として前記本体部の底面の端部から前記半径の距離だけ内側の位置を中心とする円弧に沿って前記第1側面部及び前記第2側面部が配置されている。
請求項4に記載の工作機械における摺動体の構造は、請求項2または3に記載の工作機械における摺動体の構造であって、前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、前記第1側面部及び前記第1リブ部材の肉厚を、前記本体部の上面、前記第2側面部、前記第2リブ部材よりも厚くする。
請求項5に記載の工作機械における摺動体の構造は、請求項2または3に記載の工作機械における摺動体の構造であって、前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、前記本体部の底面と前記第1側面部と前記第1リブ部材とで囲まれた第1の三角形空間の部分を空洞状に形成することなく充填した構造とする。
この本体部61の構造(摺動体の構造)により、より高い剛性を有する摺動体とすることができる。
この本体部61の構造(摺動体の構造)により、より高い剛性を有する摺動体とすることができる。
これにより、第1側面部61Mと第2側面部61Nの傾斜角度及び長さをより適切に設定することができ、より高い剛性を有する摺動体とすることができる。
図1は、本発明の工作機械における摺動体の構造の第1の実施の形態を説明するための本体部61の断面図の例を示しており、図2(A)は、本発明の工作機械における摺動体の構造の第2の実施の形態を説明するための本体部61の断面図の例を示している。
なお、図1、図2(A)及び(B)に示す断面図では、静圧ポケットに作動油を供給する油路を省略している。また、水平方向の間隙を保つための静圧ポケットは、挟み板71の内側の側面71Mに設けてもよいし、脚部62の外側の側面62Gに設けてもよい。
また本発明の工作機械における摺動体の構造において、工作機械は、従来と同様、摺動体を進退自在に案内する一対の水平ガイド部材20がベース26上に平行に離間して設けられている。また、リニアモータ40の電磁コイルユニット41は摺動体の下面に固着されており、リニアモータ40の永久磁石ユニット42はベース26の上面に固着されている。
図1は工作機械の摺動体において、進退方向(Z軸方向)に垂直な断面を示している。
第1の実施の形態において、摺動体は、進退方向を長手方向とする内部が空洞状の略直方体形状を有する本体部61と、本体部61の下面に進退方向に沿って設けられ、一対の水平ガイド部材20の対向した内側面と対面するように垂下させた一対の脚部62とを備えている。なお、各脚部62の下方には挟み板71が設けられ、底面61Dと脚部62と挟み板71とで形成されたコの字状の挟持部62Kが水平ガイド部材20に嵌合される。
図1に示すように、本体部61の断面は、上面61Uと、側面61Lと、底面61Dとを有している。そして本体部61の内部には、側面61Lを1辺とする第1の三角形空間61Tを形成するように、一対の第1リブ部材61Aが長手方向に沿って設けられている。
第1リブ部材61Aは、外側へ傾斜するとともに、上面61Uと底面61Dとを接続しており、上端は上面61Uと側面61Lとの接続部に接続されている。
また本体部61の内部には、底面61Dに対してほぼ垂直な一対の第2リブ部材61Bが長手方向に沿って設けられている。
第2リブ部材61Bは、上面61Uと底面61Dとを接続し、第2の三角形空間61Sを形成する。第2の三角形空間61Sは、第1の三角形空間61Tに隣接するとともに、第1リブ部材61Aを1辺とし、第2リブ部材61Bを1辺としている。この結果、本体部61の中央部には四角形空間61Vが形成される。
また、第2リブ部材61Bの上部または下部から(図1の例では上部から)ボルトにて電磁コイルユニット41(または永久磁石ユニット42)が固定されている。リニアモータ40の電磁コイルユニット41と永久磁石ユニット42は、一方を摺動体10の下面に固着するとともに他方をベース26の上面に固着すれば、どちらを摺動体10の下面に固着してもよい。
第2リブ部材61B(縦リブ)は、電磁コイルユニット41(または永久磁石ユニット42)がボルト締めされる位置であり、力が作用する位置である。
図2(A)は工作機械の摺動体において、進退方向(Z軸方向)に垂直な断面を示している。
第2の実施の形態において、摺動体は、進退方向を長手方向とする内部が空洞状の多角形形状を有する本体部61と、本体部61の下面に進退方向に沿って設けられ、一対の水平ガイド部材20の対向した内側面と対面するように垂下させた一対の脚部62とを備えている。なお、各脚部62の下方には挟み板71が設けられ、底面61Dと脚部62と挟み板71とで形成されたコの字状の挟持部62Kが水平ガイド部材20に嵌合される。
図2(A)に示すように、本体部61の断面は、上面61Uと、底面61Dと、一対の第1側面部61Mと、一対の第2側面部61Nとを有している。
また底面61Dと上面61Uとは平行であり、底面61Dの両端から上面61Uよりも低い所定高さHの位置に向けて、本体部61の内側に傾斜(図2(A)の傾斜角θ1)するように一対の第1側面部61Mが設けられている。そして第2側面部61Nは、第1側面部61Mの所定高さHの位置(上端)から上面61Uに向けて、前記第1側面部61Mの傾斜(傾斜角θ1)よりも緩やかな傾斜(図2(A)の傾斜角θ2)で本体部61の内側に傾斜して、第1側面部61Mと上面61Uとを接続している。
一対の脚部62は、底面61Dの下側、且つ第1の三角形空間61Tの下に配置されている。
また本体部61の内部には、底面61Dに対してほぼ垂直な一対の第2リブ部材61Bが長手方向に沿って設けられている。
第2リブ部材61Bは、上面61Uと第2側面部61Nとの接続部と、底面61Dとを接続し、第2の三角形空間61Sを形成する。第2の三角形空間61Sは、第1の三角形空間61Tに隣接するとともに、第1リブ部材61Aと第2側面部61Nと第2リブ部材61Bとで囲まれた空間である。この結果、本体部61の中央部には四角形空間61Vが形成される。
また、第2リブ部材61Bの上部または下部から(図2(A)の例では上部から)ボルトにて電磁コイルユニット41(または永久磁石ユニット42)が固定されている。リニアモータ40の電磁コイルユニット41と永久磁石ユニット42は、一方を摺動体10の下面に固着するとともに他方をベース26の上面に固着すれば、どちらを摺動体10の下面に固着してもよい。
第2リブ部材61B(縦リブ)は、電磁コイルユニット41(または永久磁石ユニット42)がボルト締めされる位置であり、力が作用する位置である。
底面61Dと上面61Uとの距離を距離rとし、底面61Dの端部から距離rだけ内側の位置Pを中心とした半径rの円弧Rを描いたときに、円弧Rに沿って第1側面部61Mと第2側面部61Nが位置するように、第1側面部61M及び第2側面部61Nの傾斜及び長さを設定すると、より剛性が向上されるので好ましい。なお位置Pは、前記の電磁コイルユニット41を固定するボルトのボルト孔の位置であり、底面61Dのボルト孔(第2リブ部材61Bのボルト孔)と電磁コイルユニット41のボルト孔とが当接する位置である。
また第1リブ部材61Aは、位置Pを中心とした円弧Rの半径に沿うように配置されている。位置Pは、リニアモータ40の吸引力による力がかかる位置である。
また、第1リブ部材61Mの厚さT1、及び第1側面部61Mの厚さT2を、上面61U、第2側面部61N、第2リブ部材61Bの厚さよりも肉厚とすると、更に剛性が向上するので好ましい。
第3の実施の形態では、図2(A)の例に示した第2の実施の形態に対して、第1の三角形空間61Tを空洞状に形成することなく充填した構造とする。つまり、第2の実施の形態から第1側面部61Mの厚さと第1リブ部材61Aの厚さを限界まで肉厚とした構造とする(図示省略)。
次に図3を用いて第1〜第3の実施の形態による効果について確認した結果を説明する。図3は、本体部の構造において、従来の構造、第1の実施の形態の構造、第2の実施の形態の構造、第3の実施の形態の構造に対して、リニアモータの吸引力を発生させた場合の各々の変形量(挟み板の開き量)を測定したグラフを示している。
図3に示すグラフにより、第1〜第3の実施の形態の各々について、従来の構造よりもより剛性が向上していることを確認することができる。
本実施の形態の説明では、回転砥石を備えた工作機械におけるリニアモータ送りの静圧スライド構造を有する摺動体の例で説明したが、リニアモータで摺動させる摺動体を備えた種々の工作機械の摺動体に適用することが可能である。
また、本実施の形態の説明では、静圧スライドの例にて説明したが、LMガイド(リニアモーション(直動)ガイド)に適用することも可能である。
11 本体部
11K 脚部
11T 第1の三角形空間
20 水平ガイド部材
21 挟み板
22 直線ガイド部材
26 ベース
25 ベッド
40 リニアモータ
41 電磁コイルユニット
42 永久磁石ユニット
61 本体部
61A 第1リブ部材
61B 第2リブ部材
61T 第1の三角形空間
61S 第2の三角形空間
61U 上面
61D 底面
61L 側面
61M 第1側面部
61N 第2側面部
62 脚部
71 挟み板
Claims (5)
- 摺動体を進退自在に案内する一対の水平ガイド部材をベース上に平行に離間して設け、
リニアモータの電磁コイルユニット及び永久磁石ユニットの一方を前記摺動体の下面に固着するとともに他方を前記ベースの上面に固着した工作機械における摺動体の構造において、
前記摺動体は、
進退方向を長手方向とする直方体形状を有する本体部と、
前記本体部の下面に前記進退方向に沿って設けられ、前記一対の水平ガイド部材の対向した内側面と対面するように垂下させた一対の脚部とを備え、
前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、
前記本体部の内部は空洞状であり、
前記本体部の側面を1辺とする第1の三角形空間を形成するように、外側へ傾斜するとともに、前記本体部の上面と前記本体部の底面とを接続する一対の第1リブ部材を、前記本体部の内部に長手方向に沿って設け、
前記一対の脚部を、前記第1の三角形空間の下部に配置し、
前記第1の三角形空間に隣接するように、且つ前記第1リブ部材を1辺とする第2の三角形空間を形成するように、前記本体部の底面に対してほぼ垂直に、前記本体部の上面と前記本体部の底面とを接続する一対の第2リブ部材を、前記本体部の内部に長手方向に沿って設ける、
ことを特徴とする工作機械における摺動体の構造。 - 摺動体を進退自在に案内する一対の水平ガイド部材をベース上に平行に離間して設け、
リニアモータの電磁コイルユニット及び永久磁石ユニットの一方を前記摺動体の下面に固着するとともに他方を前記ベースの上面に固着した工作機械における摺動体の構造において、
前記摺動体は、
進退方向を長手方向とする多角柱形状を有する本体部と、
前記本体部の下面に前記進退方向に沿って設けられ、前記一対の水平ガイド部材の対向した内側面と対面するように垂下させた一対の脚部とを備え、
前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、
前記本体部の内部は空洞状であり、
前記多角柱形状は、前記本体部の底面に対して前記本体部の上面は平行であり、前記本体部の底面の両端から前記本体部の上面よりも低い所定高さ位置に向けて、前記本体部の内側に傾斜するように一対の第1側面部を有し、前記第1側面部の前記所定高さ位置から前記本体部の上面に向けて、前記第1側面部の傾斜よりも緩やかな傾斜で前記本体部の内側に傾斜して、前記第1側面部と前記本体部の上面とを接続する一対の第2側面部を有し、
前記第1側面部を1辺とする第1の三角形空間を形成するように、外側へ傾斜するとともに、前記第1側面部の前記所定高さ位置と前記本体部の底面とを接続する一対の第1リブ部材を、前記本体部の内部に長手方向に沿って設け、
前記一対の脚部を、前記第1の三角形空間の下部に配置し、
前記第2側面部と前記本体部の上面との接続部から、前記本体部の底面に対してほぼ垂直に、前記本体部の上面と前記本体部の底面とを接続する一対の第2リブ部材を、前記本体部の内部に長手方向に沿って設ける、
ことを特徴とする工作機械における摺動体の構造。 - 請求項2に記載の工作機械における摺動体の構造であって、
前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、
前記本体部の底面と前記本体部の上面との距離を半径として前記本体部の底面の端部から前記半径の距離だけ内側の位置を中心とする円弧に沿って前記第1側面部及び前記第2側面部が配置されている、
ことを特徴とする工作機械における摺動体の構造。 - 請求項2または3に記載の工作機械における摺動体の構造であって、
前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、
前記第1側面部及び前記第1リブ部材の肉厚を、前記本体部の上面、前記第2側面部、前記第2リブ部材よりも厚くする、
ことを特徴とする工作機械における摺動体の構造。 - 請求項2または3に記載の工作機械における摺動体の構造であって、
前記本体部における前記進退方向に垂直な断面において、
前記本体部の底面と前記第1側面部と前記第1リブ部材とで囲まれた第1の三角形空間の部分を空洞状に形成することなく充填した構造とする、
ことを特徴とする工作機械における摺動体の構造。
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