專利名稱：機床及加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如臥式銑床等機床，特別是涉及具有抑制具有主軸的移動體上產(chǎn)生 的振動的振動衰減機構(gòu)的機床及加工方法。
背景技術(shù)：
例如在臥式銑床中，在床身上立柱底座沿該床身的長度方向移動自如地被支承， 在該立柱底座上沿垂直方向設(shè)置有立柱。而且，在該立柱上床鞍沿垂直方向移動自如地被 支承，在該床鞍上滑塊體沿與立柱底座的移動方向正交的水平方向移動自如地被支承。另 外，在滑塊體上主軸可驅(qū)動旋轉(zhuǎn)地被支承，在該主軸的前端部可安裝工具。因此，在主軸的前端部安裝規(guī)定的工具，另一方面，在工作臺的側(cè)方保持被加工 物，在該狀態(tài)下驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，使立柱底座水平移動，同時使床鞍垂直移動，且使滑塊體水 平移動，由此，通過工具對被加工物進行規(guī)定的加工。但是，在臥式銑床等機床中，由于滑塊體等通過鑄造制作，所以具有由彈簧常數(shù)和 質(zhì)量決定的固有振動頻率。因此，當主軸旋轉(zhuǎn)時，對應(yīng)于該固有振動頻率在特定的轉(zhuǎn)速下產(chǎn) 生共振，另外，當工具產(chǎn)生切削力時，主軸的振動增大。當主軸的振動增大時，安裝于主軸上 的工具前端的振動增大，加工精度降低。因此，作為降低主軸的振動的裝置，有下述專利文獻1、2中記載的裝置。該專利文 獻1所記載的機床中，在第一床鞍的四角框體及第二床鞍的四角框體內(nèi)及水平引導(dǎo)框內(nèi)適 宜密封填充混凝土，制成減振構(gòu)造體，抑制主軸頭等的振動，從而可進行高精度的加工。另 外，該專利文獻2所記載的主軸的支承構(gòu)造中，對于加工中心的主軸，通過兩個軸承強固地 支承安裝有工具的前端部側(cè)，通過一個具有阻尼器部的軸承支承終端部側(cè)，由此尤其是能 夠有效地抑制安裝有工具的前端部側(cè)的振動。專利文獻1 日本特許第3256879號公報專利文獻2 日本特開2004-150563號公報在上述專利文獻1所記載的機床中，由于在各構(gòu)成部件的內(nèi)部密封填充混凝土而 制成減振構(gòu)造體，因此，裝置的重量增加，使裝置移動時需要大的驅(qū)動力，導(dǎo)致裝置大型化、 高成本化。另外，在上述的臥式銑床等機床中，在滑塊體上旋轉(zhuǎn)自如地支承主軸，在該主軸上 安裝有工具，但在這樣的構(gòu)成中，不適于多面加工或5軸加工等復(fù)雜的加工，因此，制成經(jīng) 由配件在滑塊體上安裝工具的構(gòu)成，可進行復(fù)雜形狀的加工。因此，固有振動頻率根據(jù)配件 的重量、移動位置發(fā)生變化。于是，如上述專利文獻2中記載的主軸的支承構(gòu)造那樣，即使 通過具有阻尼器部的軸承支承加工中心的主軸，當由于更換配件而重量變化、或滑塊體移 動而配件的位置變化，固有振動頻率發(fā)生變化時，難以通過阻尼器部抑制振動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述的課題而創(chuàng)立的，其目的在于，提供能夠通過使固有振動頻率根據(jù)配件的更換及移動而變化來有效地衰減工具的振動的機床及加工方法。為實現(xiàn)上述目的，第一技術(shù)方案的機床，具有機床主體、相對于該機床主體移動 自如地支承的移動體、可被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)地支承于該移動體上的主軸、以及可在所述移動體的 前端部上拆裝的配件，其特征在于，具備設(shè)于所述移動體上的振動衰減部、設(shè)于所述移動 體和所述振動衰減部之間的彈性體、使該彈性體變形的變形單元、以及根據(jù)所述配件的質(zhì) 量或移動位置通過所述變形單元調(diào)整所述彈性體的變形程度的變形程度調(diào)整單元。第二技術(shù)方案的機床，其特征在于，垂直移動體相對于所述機床主體沿垂直方向 移動自如地支承，水平移動體沿水平方向移動自如地支承在該垂直移動體上，所述配件可 在所述水平移動體的前端部上拆裝，所述變形程度調(diào)整單元根據(jù)所述配件的質(zhì)量或所述水 平移動體引起的所述配件的移動位置，通過所述變形單元調(diào)整所述彈性體的變形程度。第三技術(shù)方案的機床，其特征在于，在所述水平移動體的內(nèi)部經(jīng)由所述彈性體支 承呈環(huán)形狀的阻尼器作為所述振動衰減部，并且，在所述水平移動體的內(nèi)部設(shè)置擠壓所述 彈性體使其變形的擠壓部件作為所述變形單元，所述變形程度調(diào)整單元通過所述擠壓部件 擠壓所述彈性體而調(diào)整變形程度，由此調(diào)整所述阻尼器的固有振動頻率。第四技術(shù)方案的機床，其特征在于，所述彈性體是以與所述阻尼器接觸的方式保 持的0型環(huán)，所述擠壓部件通過擠壓所述0型環(huán)來調(diào)整所述阻尼器的固有振動頻率。第五技術(shù)方案的機床，其特征在于，設(shè)有檢測所述移動體的振動的振動檢測單元， 所述變形程度調(diào)整單元根據(jù)所述振動檢測單元的檢測結(jié)果，通過所述變形單元調(diào)整所述彈 性體的變形程度。第六技術(shù)方案的加工方法，其特征在于，在具有機床主體、相對于該機床主體移動 自如地支承的移動體、可被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)地支承于該移動體上的主軸、以及可在所述移動體的 前端部上拆裝的配件的機床中，在所述移動體和振動衰減部之間設(shè)有彈性體，可通過變形 單元使該彈性體變形，根據(jù)所述配件的質(zhì)量或所述配件的移動位置，通過所述變形單元調(diào) 整所述彈性體的變形程度，且利用安裝于所述配件上的工具進行加工。根據(jù)第一技術(shù)方案的機床，由于設(shè)有設(shè)于移動體上的振動衰減部、設(shè)于移動體和 振動衰減部之間的彈性體、使彈性體變形的變形單元、以及根據(jù)配件的質(zhì)量或移動位置通 過變形單元調(diào)整彈性體的變形程度的變形程度調(diào)整單元，因此，在更換配件而導(dǎo)致質(zhì)量發(fā) 生變化或配件移動而導(dǎo)致其位置發(fā)生變化時，變形程度調(diào)整單元利用變形單元調(diào)整彈性體 的變形程度，由此使振動衰減部的固有振動頻率與移動體同步，通過兩者的共振現(xiàn)象使振 動衰減，有效地衰減工具的振動，從而可提高加工精度。根據(jù)第二技術(shù)方案的機床，相對于機床主體沿垂直方向移動自如地支承垂直移動 體，在垂直移動體上沿水平方向移動自如地支承水平移動體，可在水平移動體的前端部上 拆裝配件，變形程度調(diào)整單元根據(jù)配件的質(zhì)量或水平移動體引起的配件的移動位置，通過 變形單元調(diào)整彈性體的變形程度，因此，在相對于機床主體垂直移動體沿垂直方向移動、或 水平移動體沿水平方向移動時，配件也沿相同方向移動，此時，變形程度調(diào)整單元根據(jù)配件 的移動位置利用變形單元調(diào)整彈性體的變形程度，由此，可使振動衰減部的固有振動頻率 與移動體同步，從而通過共振現(xiàn)象來衰減振動。根據(jù)第三技術(shù)方案的機床，在水平移動體的內(nèi)部經(jīng)由彈性體支承呈環(huán)形狀的阻尼 器作為振動衰減部，并且，在水平移動體的內(nèi)部設(shè)置擠壓彈性體使其變形的擠壓部件作為變形單元，變形程度調(diào)整單元通過擠壓部件擠壓彈性體來調(diào)整變形程度，由此調(diào)整阻尼器 的固有振動頻率，因此，通過在水平移動體的內(nèi)部設(shè)置彈性體、阻尼器、擠壓部件，可抑制裝 置的大型化。根據(jù)第四技術(shù)方案的機床，將彈性體設(shè)為以與阻尼器接觸的方式保持的0型環(huán)， 擠壓部件通過擠壓0型環(huán)來調(diào)整阻尼器的固有振動頻率，因此，可通過簡單的構(gòu)成來調(diào)整 阻尼器的固有振動頻率，可實現(xiàn)構(gòu)造的簡化及低成本化。根據(jù)第五技術(shù)方案的機床，設(shè)有檢測移動體的振動的振動檢測單元，變形程度調(diào) 整單元根據(jù)振動檢測單元的檢測結(jié)果，通過變形單元調(diào)整彈性體的變形程度，因此，不需要 事先掌握與配件的質(zhì)量或移動位置相對應(yīng)的彈性體的變形程度，變形程度調(diào)整單元在在線 狀態(tài)下根據(jù)振動檢測單元的檢測結(jié)果，利用變形單元調(diào)整彈性體的變形程度，可有效地衰 減工具的振動。根據(jù)第六技術(shù)方案的加工方法，在移動體和振動衰減部之間設(shè)有彈性體，通過變 形單元可使彈性體變形，根據(jù)配件的質(zhì)量或配件的移動位置，通過變形單元調(diào)整彈性體的 變形程度，同時利用安裝于配件上的工具進行加工，因此，當更換配件而導(dǎo)致質(zhì)量發(fā)生變 化、或配件移動而導(dǎo)致其位置發(fā)生變化時，通過利用變形單元調(diào)整彈性體的變形程度，使振 動衰減部的固有振動頻率與移動體同步，通過兩者的共振現(xiàn)象衰減振動，有效地衰減工具 的振動，由此可提高加工精度。


圖1是作為本發(fā)明實施例1的機床的臥式銑床的概略構(gòu)成圖；圖2是表示實施例1的臥式銑床中的阻尼器安裝部的剖面圖；圖3是圖2的III-III剖面圖；圖4是表示實施例1的臥式銑床的概略圖；圖5是表示相對于0型環(huán)擠壓量的彈簧常數(shù)的坐標圖；圖6是表示相對于0型環(huán)擠壓量的可動質(zhì)量系的固有振動頻率的坐標圖；圖7是表示相對于頻率的柔量(compliance)的坐標圖；圖8是作為本發(fā)明實施例2的機床的臥式銑床的概略構(gòu)成圖；圖9是作為本發(fā)明實施例3的機床的臥式銑床的概略構(gòu)成圖；圖10是表示實施例3的臥式銑床的動作狀態(tài)的概略圖；圖11是作為本發(fā)明實施例4的機床的臥式銑床的概略構(gòu)成圖；圖12是表示相對于頻率的振動的振幅的坐標圖。標號說明11 床身12立柱底座13 立柱14床鞍(垂直移動體)15滑塊體(水平移動體)16 主軸17 配件
21,41阻尼器(振動衰減部)22,42 0型環(huán)(彈性體)23,43擠壓部件(變形單元)24 NC裝置(變形程度調(diào)整單元)
具體實施例方式下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明的機床及加工方法的最佳實施例。另外，本發(fā)明不 受該實施例限定。實施例1圖1是作為本發(fā)明實施例1的機床的臥式銑床的概略構(gòu)成圖，圖2是表示實施例 1的臥式銑床的阻尼器安裝部的剖面圖，圖3是圖2的III-III剖面圖，圖4是表示實施例 1的臥式銑床的概略圖，圖5是表示相對于0型環(huán)擠壓量的彈簧常數(shù)的坐標圖，圖6是表示 相對于0型環(huán)擠壓量的可動質(zhì)量系的固有振動頻率的坐標圖，圖7是表示相對于頻率的柔 量的坐標圖。實施例1中，應(yīng)用臥式銑床作為機床進行說明。實施例1的臥式銑床中，如圖4所 示，設(shè)于規(guī)定位置的床身11中，在其上表面形成有一對導(dǎo)軌11a，立柱底座12通過該導(dǎo)軌 Ila沿床身11的長度方向移動自如地被支承。立柱底座12中，在上表面沿垂直方向配置有 形成箱型形狀的立柱(機床主體)13。而且，該立柱13中，在其側(cè)面形成有一對導(dǎo)軌13a， 床鞍(垂直移動體)14通過該導(dǎo)軌13a沿垂直方向移動自如地被支承。床鞍14在其側(cè)面 形成有一對導(dǎo)軌14a，滑塊體(水平移動體)15通過該導(dǎo)軌14a沿與立柱底座12的移動方 向正交的水平方向移動自如地被支承。在該滑塊體15上，沿與滑塊體15的移動方向平行的方向貫通有主軸16，由未圖示 的軸承旋轉(zhuǎn)自如地支承，并且，通過內(nèi)置于該滑塊體15的驅(qū)動電動機可被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。而且， 該主軸16中，端部從滑塊體15向外側(cè)突出，可安裝未圖示的工具。另外，如圖1所示，在滑 塊體15的前端部可安裝配件17，在該配件17的驅(qū)動軸18上可安裝未圖示的工具。該情況 下，配件17在滑塊體15上拆裝自如，可根據(jù)對被加工物的加工進行更換。另外，圖中未圖示，但立柱底座12、床鞍14、滑塊體15可通過未圖示的驅(qū)動裝置進 行移動。因此，將規(guī)定的工具安裝于主軸16的前端部，另一方面，在床身11的側(cè)方保持被 加工物，在該狀態(tài)下驅(qū)動主軸16旋轉(zhuǎn)，使立柱底座12水平移動同時使床鞍14垂直移動，并 且使滑塊體15水平移動，由此，可通過工具對被加工物進行規(guī)定的加工。另外，如圖1 圖3所示，滑塊體15呈中空形狀，在內(nèi)部支承有作為振動衰減部的 呈環(huán)狀的阻尼器21，并且，在滑塊體15和阻尼器21之間以與該阻尼器21接觸的方式設(shè)置 有作為彈性體的0型環(huán)22。另外，滑塊體15在內(nèi)部設(shè)置有擠壓該0型環(huán)22使之變形的擠 壓部件23，作為使該0型環(huán)變形的變形單元。而且，設(shè)置有NC裝置24作為變形程度調(diào)整單 元，其根據(jù)配件17的質(zhì)量，通過擠壓部件23來調(diào)整0型環(huán)22的變形程度、即擠壓量。該情 況下，通過擠壓部件23擠壓0型環(huán)22而調(diào)整變形程度，由此調(diào)整阻尼器21的固有振動頻 率。S卩，在滑塊體15中，在位于殼體31的安裝有配件17的一側(cè)附近，在其內(nèi)面沿周方向隔開規(guī)定間隔固定有形成圓筒形狀的氣缸32，在該各氣缸32內(nèi)，呈活塞形狀的擠壓部件 23沿滑塊體15的徑方向移動自如地被支承。而且，通過該各擠壓部件23的前端部經(jīng)由0 型環(huán)22支承阻尼器21。該情況下，0型環(huán)22在擠壓部件23和阻尼器21之間沿滑塊體15 的軸方向(長度方向)介裝有多個(本實施例中為兩個)。另外，在滑塊體15的內(nèi)部，劃分有通過殼體31、各氣缸32和各擠壓部件23劃分 出的多個壓力室33，在殼體31上分別形成有從外部連通到該各壓力室33的連通孔34。而 且，連結(jié)有液壓源35的液壓配管36的端部與該各連通孔34連結(jié)，在液壓配管36上安裝有 流量調(diào)整閥37。因此，當開放流量調(diào)整閥37并調(diào)整其開度時，液壓源35的液壓通過液壓配管36 從各連通孔34被供給到各壓力室33，各擠壓部件23前進而擠壓0型環(huán)22，由此其形狀改 變，該0型環(huán)22的彈簧常數(shù)變化，從而可調(diào)整阻尼器21的固有振動頻率。另外，圖中未圖 示，但壓力室33連結(jié)有具有未圖示的流量調(diào)整閥的排出配管，通過開放該流量調(diào)整閥并調(diào) 整開度，使壓力室33的液壓排出，使各擠壓部件23后退而減少0型環(huán)22的擠壓量，由此其 形狀改變，0型環(huán)22的彈簧常數(shù)變化，從而可調(diào)整阻尼器21的固有振動頻率。NC (Numerical Control machining 數(shù)控加工)裝置24可基于預(yù)先設(shè)定的NC程 序數(shù)據(jù)(加工數(shù)據(jù))對立柱底座12、床鞍14、滑塊體15、主軸16等進行數(shù)值控制。即，NC 裝置24通過基于NC程序數(shù)據(jù)驅(qū)動控制驅(qū)動裝置，可控制滑塊體15的移動。另外，NC裝置 24通過基于NC程序數(shù)據(jù)(加工數(shù)據(jù))對未圖示的自動工具更換裝置進行驅(qū)動控制，可選定 加工所需的配件17并安裝于滑塊體15上。而且，NC裝置24根據(jù)安裝于滑塊體15上的配件17的質(zhì)量調(diào)整流量調(diào)整閥37的 開度，控制向各壓力室33供給的液壓，由此可調(diào)整各擠壓部件23對0型環(huán)22的擠壓量，可 調(diào)整其變形程度而調(diào)整阻尼器21的固有振動頻率。將安裝有配件17的滑塊體15側(cè)的質(zhì)量設(shè)為M，將阻尼器21側(cè)的質(zhì)量設(shè)為m時，兩 者的質(zhì)量比μ可通過下述數(shù)學(xué)式(ι)求得。[數(shù)學(xué)式1]
權(quán)利要求
一種機床，具有機床主體、相對于該機床主體移動自如地支承的移動體、可被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)地支承于該移動體上的主軸、以及可在所述移動體的前端部上拆裝的配件，其特征在于，具備設(shè)于所述移動體上的振動衰減部；設(shè)于所述移動體和所述振動衰減部之間的彈性體；使該彈性體變形的變形單元；以及根據(jù)所述配件的質(zhì)量或移動位置通過所述變形單元調(diào)整所述彈性體的變形程度的變形程度調(diào)整單元。
2.如權(quán)利要求1所述的機床，其特征在于，垂直移動體相對于所述機床主體沿垂直方 向移動自如地支承，水平移動體沿水平方向移動自如地支承在該垂直移動體上，所述配件 可在所述水平移動體的前端部上拆裝，所述變形程度調(diào)整單元根據(jù)所述配件的質(zhì)量或所述 水平移動體引起的所述配件的移動位置，通過所述變形單元調(diào)整所述彈性體的變形程度。
3.如權(quán)利要求2所述的機床，其特征在于，在所述水平移動體的內(nèi)部經(jīng)由所述彈性體 支承呈環(huán)形狀的阻尼器作為所述振動衰減部，并且，在所述水平移動體的內(nèi)部設(shè)置擠壓所 述彈性體使其變形的擠壓部件作為所述變形單元，所述變形程度調(diào)整單元通過所述擠壓部 件擠壓所述彈性體而調(diào)整變形程度，由此調(diào)整所述阻尼器的固有振動頻率。
4.如權(quán)利要求3所述的機床，其特征在于，所述彈性體是以與所述阻尼器接觸的方式 保持的0型環(huán)，所述擠壓部件通過擠壓所述0型環(huán)來調(diào)整所述阻尼器的固有振動頻率。
5.如權(quán)利要求1所述的機床，其特征在于，設(shè)有檢測所述移動體的振動的振動檢測單 元，所述變形程度調(diào)整單元根據(jù)所述振動檢測單元的檢測結(jié)果，通過所述變形單元調(diào)整所 述彈性體的變形程度。
6.一種加工方法，其特征在于，在具有機床主體、相對于該機床主體移動自如地支承的 移動體、可被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)地支承于該移動體上的主軸、以及可在所述移動體的前端部上拆裝 的配件的機床中，在所述移動體和振動衰減部之間設(shè)有彈性體，可通過變形單元使該彈性體變形，根據(jù) 所述配件的質(zhì)量或所述配件的移動位置，通過所述變形單元調(diào)整所述彈性體的變形程度， 且利用安裝于所述配件上的工具進行加工。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機床及加工方法，在床身(11)上沿水平方向移動自如地支承立柱底座(12)，在立柱底座(12)上直立設(shè)置立柱(13)，在立柱(13)的側(cè)面沿垂直方向移動自如地支承床鞍(14)，在床鞍(14)上沿水平方向移動自如地支承滑塊體(15)，在滑塊體(15)上可驅(qū)動主軸(16)旋轉(zhuǎn)地將其支承而構(gòu)成，在滑塊體(15)中設(shè)有阻尼器(21)，在滑塊體(15)和阻尼器(21)之間設(shè)有O型環(huán)(22)，可通過擠壓部件(23)使該O型環(huán)(22)變形，NC裝置(24)可根據(jù)配件(17)的質(zhì)量調(diào)整擠壓部件(23)引起的O型環(huán)(22)的變形程度，由此根據(jù)配件的更換或移動使固有振動頻率變化，由此可有效地衰減工具的振動。
文檔編號B23Q11/00GK101945722SQ20088012676
公開日2011年1月12日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月15日
發(fā)明者井上淳司, 古立哲, 堂丸宏之, 長谷川智治 申請人:三菱重工業(yè)株式會社