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JP6737848B2 - Machine Tools - Google Patents
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Description

本発明は工作機械に関し、特に詳細には、コラムの上にラムが配置された構造を有する工作機械に関するものである。 The present invention relates to a machine tool, and more particularly, to a machine tool having a structure in which a ram is arranged on a column.

いわゆる縦型の工作機械は基本的に、ベッド(基台)の上に立設されたコラムと、このコラムの上に水平に設置されて加工ヘッドを直接支持するラムとを有し、縦向きの主軸が取り付けられた加工ヘッドにより、テーブルに載置されている被加工物に対して加工がなされるように構成されている。 A so-called vertical machine tool basically has a column standing on a bed (base) and a ram horizontally installed on the column to directly support the machining head. The processing head to which the main spindle is attached is configured to perform processing on a workpiece placed on the table.

上述のような構成の工作機械において、コラムとラムとの間に、ラムをコラムに対して水平方向に移動自在に案内するガイド機構を設けた構成のものは、テーブルの下にサドルのような移動体を配置する場合と比べると、テーブルをより低くすることが可能で、作業性が向上するという利点がある。また、上記の構成は、サドルが有る場合の荷重の制限が小さくなるので、加工槽の容量をより大きくすることができる。そのため、上記の構成は大型の工作機械に採用されることが多く、そうした場合は結果的に、ラムが大きくなりやすい。 In the machine tool having the above-described structure, a structure in which a guide mechanism for guiding the ram horizontally with respect to the column is provided between the column and the ram is a saddle-like member under the table. Compared to the case where the moving body is arranged, the table can be made lower, which has the advantage of improving workability. Further, in the above-described configuration, since the load limitation when the saddle is provided is reduced, the capacity of the processing tank can be increased. Therefore, the above configuration is often adopted in a large machine tool, and in such a case, as a result, the ram tends to be large.

上述のようにコラムとラムとの間にガイド機構を設けた構造は、ガイド機構によりラムを移動可能に支持する必要があるので、ラムがコラムに固定された構造と比べると、ラムを支持する強度が低くなりがちである。そのため、ラムが例えば前後方向(Y軸方向)に移動する場合は、ラムが前進したときに前側に傾斜してモーメントの片寄りを引き起こし、その結果、ラムの移動に伴って加工における位置決め精度が低下したり、機械全体に揺動や振動が生じたりすることがある。 As described above, the structure in which the guide mechanism is provided between the column and the ram needs to support the ram so that the ram can be moved by the guide mechanism, and thus supports the ram as compared with the structure in which the ram is fixed to the column. The strength tends to be low. Therefore, when the ram moves, for example, in the front-rear direction (Y-axis direction), when the ram moves forward, it tilts to the front side and causes a deviation of the moment. As a result, the positioning accuracy in machining is increased as the ram moves. It may decrease, or the entire machine may shake or vibrate.

従来、上記の問題に対処するようにした工作機械も提案されている。例えば特許文献1には放電加工装置において、ラムおよびバランサにネジ軸を螺合させ、このネジ軸を回転させてラムとバランサとを互いに反対方向に移動させ、それにより、ラムに作用するモーメントをバランサによって相殺させるようにした技術が示されている。また特許文献2には放電加工機において、ラムに大型の補強リブを取付けて剛性を向上させ、上述のモーメントによるラムのオーバーハングを防止するようにした技術が示されている。 Conventionally, a machine tool has also been proposed that addresses the above problems. For example, in Patent Document 1, in an electric discharge machine, a screw shaft is screwed onto a ram and a balancer, and the screw shaft is rotated to move the ram and the balancer in mutually opposite directions, thereby generating a moment acting on the ram. The technique that the balancer tries to offset is shown. Further, Patent Document 2 discloses a technique in an electric discharge machine in which a large reinforcing rib is attached to a ram to improve rigidity and prevent the overhang of the ram due to the above-mentioned moment.

特開平2−152740号公報JP-A-2-152740 特許第3837910号公報Japanese Patent No. 3837910

しかし、上記特許文献1や2に示された技術には、工作機械の構造を複雑化させたり、ラムの重量を増加させて大きなモーメントを発生させ易い、といった問題が認められている。 However, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above have problems in that the structure of the machine tool is complicated and that the weight of the ram is increased to easily generate a large moment.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ラムに発生するモーメントによる位置決め精度の低下や、振動発生を防止することができる工作機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a machine tool capable of preventing a decrease in positioning accuracy due to a moment generated in a ram and the occurrence of vibration.

本発明による工作機械は、
コラムと、
このコラムの上方に配置されたラムと、
コラムとラムとの間に介設されて、ラムをコラムに対して前後方向に移動自在に案内するガイド機構と、
を備えた工作機械において、
上端側がラムに回転可能に支承された上リンクと、下端側がコラムに回転可能に支承されると共に上端側が上リンクの下端側と回転可能に連結された下リンクとを有し、連結している上リンクおよび下リンクが前方に向かって180°未満の角度で開いた状態とされたリンク体が、前後方向に間を置いて2体設けられてなるリンク機構と、
上記2体のリンク体のうち前後方向の前側に配置された前側リンク体の、上リンクと下リンクとの連結部に対して前方を向く力を加えると共に、上記2体のリンク体のうち前後方向の後側に配置された後側リンク体の、上リンクと下リンクとの連結部に対して後方を向く力を加える付勢手段と、
が設けられたことを特徴とするものである。
The machine tool according to the present invention is
A column,
A ram placed above this column,
A guide mechanism that is interposed between the column and the ram and that guides the ram to the column so as to be movable in the front-rear direction,
In a machine tool equipped with
The upper link is rotatably supported on the ram, and the lower link is rotatably supported on the column and the upper link is rotatably connected to the lower link of the upper link. A link mechanism in which two link bodies, in which the upper link and the lower link are opened forward at an angle of less than 180°, are provided with a gap in the front-rear direction,
Of the two link bodies, a front-side link body disposed on the front side in the front-rear direction is applied with a forward force to the connecting portion between the upper link and the lower link, and the front-back direction of the two link bodies. Urging means for applying a force directed rearward to the connecting portion between the upper link and the lower link of the rear link body arranged on the rear side in the direction,
Is provided.

本発明の工作機械において、上記の付勢手段としては例えば、前側リンク体と後側リンク体とを連結する、伸長する方向に付勢力が付与された連結アームを好適に用いることができる。 In the machine tool of the present invention, as the urging means, for example, a connecting arm that connects the front link body and the rear link body and is urged by the urging force in the extending direction can be preferably used.

上述のような連結アームは、より具体的には、前側リンク体に連結する一端部と、後側リンク体に連結する他端部と、上記一端部と他端部との間に介設された圧縮ばねとから構成することができる。 More specifically, the connecting arm as described above is provided between one end connected to the front link body, the other end connected to the rear link body, and the one end and the other end. And a compression spring.

また上述のような連結アームが適用される場合は、連結アームの一端部が、前側リンク体の上リンクと下リンクとの連結部に連結され、連結アームの他端部が、後側リンク体の上リンクと下リンクとの連結部に連結されていることが望ましい。 When the above-mentioned connecting arm is applied, one end of the connecting arm is connected to the connecting portion between the upper link and the lower link of the front link body, and the other end of the connecting arm is connected to the rear link body. It is desirable that the upper link and the lower link are connected to each other.

他方、上記2体のリンク体は、コラムおよびラムの左右外側にそれぞれ設けられていることが望ましい。ただしそれに限らず、上記2体のリンク体は、コラムおよびラムの左外側だけに、あるいは右外側だけに設けられてもよい。 On the other hand, it is desirable that the two link bodies are provided on the left and right outer sides of the column and the ram, respectively. However, the present invention is not limited to this, and the two link bodies may be provided only on the left outer side of the column and the ram, or only on the right outer side.

本発明による工作機械は、コラムとラムとの間に設けられる前後2体のリンク体を含んでなるリンク機構と、例えば連結アームからなる付勢手段とを有しているので、前側リンク体の上リンクからラムに向きの力が作用し、後側リンク体の上リンクからラムに下向きの力が作用する。そこで、それら上向きの力と下向きの力により、ラムにおいて発生するラムの前側を下方に押すような下向きのモーメントが打ち消されるようになり、このモーメントに起因する位置決め精度の低下や、振動発生が防止される。なお上述の「モーメントが打ち消される」とは、モーメントが完全に相殺されることを意味するものではなく、モーメントによるラムの前側を下方に押すような下向きの力が低減されることを意味するものである。 Since the machine tool according to the present invention has the link mechanism including the front and rear two link bodies provided between the column and the ram, and the biasing means including, for example, a connecting arm, the front link body An upward force acts on the ram from the upper link, and a downward force acts on the ram from the upper link of the rear link body. Therefore, due to these upward and downward forces, the downward moment generated in the ram, which pushes the front side of the ram downward, is canceled out, and the deterioration of the positioning accuracy and the occurrence of vibration due to this moment are prevented. To be done. It should be noted that the above-mentioned "moment is canceled" does not mean that the moments are completely canceled, but means that the downward force that pushes the front side of the ram downward by the moment is reduced. Is.

本発明の一実施形態による工作機械の側面図Side view of a machine tool according to an embodiment of the present invention 上記工作機械においてラムに生じるモーメントを打ち消す力を説明する図Diagram for explaining the force that cancels the moment generated in the ram in the machine tool 上記工作機械におけるリンク機構をモデル化した図Diagram that models the link mechanism in the above machine tool 上記工作機械における、モーメントを打ち消す力の分布状態を示すグラフGraph showing the distribution of force canceling the moment in the above machine tool モーメントを打ち消す力の分布状態の別の例を示すグラフGraph showing another example of distribution of force that cancels out moment

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態による工作機械10の側面形状を示している。この工作機械10は一例としてワイヤ放電加工機であり、ベッド(基台)1と、このベッド1の上に水平1軸方向(Y軸方向)に往復移動可能に立設されたコラム2と、このコラム2の上にY軸方向と平行な水平1軸方向(V軸方向)に往復移動可能に水平に設置されたラム3と、このラム3の前側(+Y側)の端部に固定された支持体4と、この支持体4に取り付けられた加工ヘッド5とを有している。なお加工ヘッド5は、支持体4に鉛直1軸方向(Z軸方向)に支持された上下移動体5Aと、この上下移動体5Aに対して水平1軸方向(X軸方向)に移動可能とされた図示外のテーブルと、このテーブルに対して平行な水平1軸方向(U軸方向)に往復移動可能に取り付けられた左右移動体5Bとを有する。上下移動体5Aおよび左右移動体5Bは、一体でZ軸方向に移動する。また上記左右移動体5Bの上側アームの先端には、上側ワイヤガイドユニット6が固定されている。なお、加工ヘッド5における左右移動体5Bは、ラム3と共にテーパ機構の移動体である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a side shape of a machine tool 10 according to an embodiment of the present invention. The machine tool 10 is, for example, a wire electric discharge machine, and includes a bed (base) 1 and a column 2 that is erected on the bed 1 so as to be capable of reciprocating in a horizontal 1-axis direction (Y-axis direction). A ram 3 is installed horizontally on the column 2 so as to be capable of reciprocating in a horizontal 1-axis direction (V-axis direction) parallel to the Y-axis direction, and is fixed to a front side (+Y side) end of the ram 3. And a processing head 5 attached to the support 4. In addition, the processing head 5 is movable in a vertical 1-axis direction (Z-axis direction) supported by the support 4 and in a horizontal 1-axis direction (X-axis direction) with respect to the vertical moving body 5A. And a left and right moving body 5B mounted so as to be able to reciprocate in a horizontal 1-axis direction (U-axis direction) parallel to the table. The up-down moving body 5A and the left-right moving body 5B move integrally in the Z-axis direction. An upper wire guide unit 6 is fixed to the tip of the upper arm of the left and right moving body 5B. The left-right moving body 5B of the processing head 5 is a moving body of a taper mechanism together with the ram 3.

上記ラム3の底部にはY軸方向に延びる複数のレール11が固定され、これらのレール11は、コラム2の上部に固定された複数のリニアガイド12と係合している。それによりラム3は、Y軸方向に直線移動するコラム2に対してY軸に平行な軸方向、つまりV軸方向に相対的に直線移動可能となっている。なおリニアガイド12は公知のものが適宜利用可能であり、該リニアガイド12とレール11とによって、ラム3をコラム2に対して位置決め案内するガイド機構が構成されている。 A plurality of rails 11 extending in the Y-axis direction are fixed to the bottom of the ram 3, and these rails 11 are engaged with a plurality of linear guides 12 fixed to the upper portion of the column 2. As a result, the ram 3 is linearly movable relative to the column 2 that is linearly moved in the Y-axis direction, in the axial direction parallel to the Y-axis, that is, in the V-axis direction. A known one can be used as the linear guide 12 as appropriate, and the linear guide 12 and the rail 11 constitute a guide mechanism for positioning and guiding the ram 3 with respect to the column 2.

一方支持体4の前端には、Z軸方向に延びる複数のレール13が固定され、これらのレール13は、上下移動体5Aの支持体4に対向する面に固定された複数のリニアガイド14と係合している。それにより上下移動体5は、支持体4に対して上下方向つまりZ軸方向に相対直線移動可能となっている。主に上下移動体5Aと、この上下移動体5Aに取り付けられた左右移動体5Bとからなる加工ヘッド5は、本例のようなワイヤ放電加工機の場合は、上アームを介して上側ワイヤガイドユニット6を支持するように構成されている。なお、被加工物を載置して水平1軸方向(X軸方向)に移動可能なテーブルは、図示を省略している。また、そのテーブルに載置される被加工物は、通常、テーブルに取り付けられている加工槽内の加工液中に浸漬した状態で加工されるが、その加工槽等は図示を省略してある。 On the other hand, a plurality of rails 13 extending in the Z-axis direction are fixed to the front end of the support body 4, and these rails 13 are provided with a plurality of linear guides 14 fixed to the surface of the vertical moving body 5A facing the support body 4. Engaged. As a result, the vertical moving body 5 can move relative to the support body 4 in the vertical direction, that is, in the Z-axis direction. In the case of a wire electric discharge machine such as this example, the machining head 5 mainly composed of the vertical moving body 5A and the horizontal moving body 5B attached to the vertical moving body 5A has an upper wire guide via an upper arm. It is configured to support the unit 6. A table on which a workpiece is placed and which can be moved in the horizontal 1-axis direction (X-axis direction) is not shown. Further, the workpiece placed on the table is usually processed in a state of being immersed in the processing liquid in the processing tank attached to the table, but the processing tank and the like are not shown. ..

上記コラム2とラム3とは、前側リンク体20Fおよび後側リンク体20Rによって連結されている。なおこれら2体のリンク体20Fおよび20Rからなるリンク機構は、コラム2およびラム3の左右外側にそれぞれ設けられているが、図1では右側(+Y側から−Y側に見た際に向かって右となる側)に設けられたものだけが示されている。前側リンク体20Fと後側リンク体20Rとは、前後方向つまりY軸方向に互いに間を置いて配置されている。 The column 2 and the ram 3 are connected by a front link body 20F and a rear link body 20R. The link mechanism composed of these two link bodies 20F and 20R is provided on the left and right outer sides of the column 2 and the ram 3, respectively, but in FIG. 1, the link mechanism faces the right side (when viewed from the +Y side to the -Y side). Only those provided on the right side) are shown. The front-side link body 20F and the rear-side link body 20R are arranged so as to be spaced from each other in the front-rear direction, that is, the Y-axis direction.

前側リンク体20Fおよび後側リンク体20Rは、それぞれ上リンク21と下リンク22とから構成されている。上リンク21は、上端側が軸23を介してラム3に回転可能に支承され、下リンク22は下端側が軸25を介してラム3に回転可能に支承されている。そして上リンク21の下端側と、下リンク22の上端側は軸24を介して互いに回転可能に連結されている。また前側リンク体20Fおよび後側リンク体20Rの各々において、上リンク21および下リンク22は、前方つまり+Y側に向かって180°未満の角度で開いた状態で互いに連結している。 The front link body 20F and the rear link body 20R each include an upper link 21 and a lower link 22. An upper end of the upper link 21 is rotatably supported by the ram 3 via a shaft 23, and a lower end of the lower link 22 is rotatably supported by the ram 3 via a shaft 25. The lower end side of the upper link 21 and the upper end side of the lower link 22 are rotatably connected to each other via a shaft 24. Further, in each of the front side link body 20F and the rear side link body 20R, the upper link 21 and the lower link 22 are connected to each other in an open state at an angle of less than 180° toward the front, that is, the +Y side.

前側リンク体20Fとその後方の後側リンク体20Rとは、連結アーム30によって連結されている。この連結アーム30は、本発明における付勢手段を構成するものであり、前側リンク体20Fに連結する一端部31と、後側リンク体20Rに連結する他端部32と、一端部31および他端部32の間に介設された圧縮ばね33とを有している。一端部31は、上リンク21および下リンク22に対して軸24を介して連結され、前側リンク体20Fの両リンク21および22に対して軸24の周りに相対回転可能とされている。他端部32も、上リンク21および下リンク22に対して軸24を介して連結され、後側リンク体20Rの両リンク21および22に対して軸24の周りに相対回転可能とされている。 The front link body 20F and the rear link body 20R behind the front link body 20F are connected by a connection arm 30. The connecting arm 30 constitutes the urging means in the present invention, and has one end portion 31 connected to the front link body 20F, the other end portion 32 connected to the rear link body 20R, the one end portion 31 and others. The compression spring 33 is provided between the end portions 32. The one end portion 31 is connected to the upper link 21 and the lower link 22 via a shaft 24, and is relatively rotatable around the shaft 24 with respect to both links 21 and 22 of the front link body 20F. The other end 32 is also connected to the upper link 21 and the lower link 22 via a shaft 24, and is relatively rotatable around the shaft 24 with respect to both links 21 and 22 of the rear link body 20R. ..

なお一端部31は、圧縮ばね33を収めている筒状部分に対して例えばスプライン係合されており、それにより、該一端部31がその軸周りに回転してしまうことが防止されている。他端部32も上記と同様にして、その軸周りに回転してしまうことが防止されている。上述の構成を有する連結アーム30は、前側リンク体20Fおよび後側リンク体20Rに連結された状態では、圧縮ばね33の作用で伸長する方向に反発する。なお、連結アーム30は、前側リンク20Fと後側リンク20Rとを所定の力で反発する作用を有しているものであればよく、その他具体的には、例えば、図1に示される圧縮ばね33を収めている筒状体に代えて流体シリンダを用いることができる。 The one end portion 31 is, for example, spline-engaged with a tubular portion accommodating the compression spring 33, thereby preventing the one end portion 31 from rotating around its axis. The other end 32 is also prevented from rotating around its axis in the same manner as above. The connecting arm 30 having the above-described configuration repels in the extending direction by the action of the compression spring 33 when being connected to the front link body 20F and the rear link body 20R. The connecting arm 30 may have any action as long as it has a function of repulsing the front link 20F and the rear link 20R with a predetermined force, and other specifically, for example, the compression spring shown in FIG. A fluid cylinder can be used instead of the cylindrical body containing 33.

上述のような連結アーム30は、前側リンク体20Fの上リンク21の上端部(つまり軸23を介してラム3に連結している部分)に上向きの力を加える一方、後側リンク体20Rの上リンク21の上端部に下向きの力を加えるように作用する。そこでラム3には、前側リンク体20Fに連結している部分に上向きの力、そして後側リンク体20Rに連結している部分に下向きの力が加わるようになる。 The connecting arm 30 as described above applies an upward force to the upper end portion of the upper link 21 of the front link body 20F (that is, the portion connected to the ram 3 via the shaft 23), while the rear link body 20R has the same structure. It acts so as to apply a downward force to the upper end of the upper link 21. Therefore, in the ram 3, an upward force is applied to a portion connected to the front side link body 20F, and a downward force is applied to a portion connected to the rear side link body 20R.

ラム3の前側に設けられる支持体4、加工ヘッド5、上側アームを含む上側ワイヤガイドユニット6等は、ラム3の後側に比べてラム3の前側にそれぞれの質量の合計によって下向きの負荷を与える“重い要素”である。ラム3の自重を含めて各重い要素を前側で支持しているラム3には、前側を下方に押す向きのモーメントが作用するが、前側リンク体20Fおよび後側リンク体20Rからなるリンク機構と連結アーム30とによる上記の力はこのモーメントを打ち消すように作用する。なお、この「モーメントを打ち消す」とは、完全に相殺することに限らず、このモーメントによる下向きの力を低減することを意味する。そこで、上記モーメントのために放電加工における位置決め精度が低下したり、放電加工機全体に揺動や振動が生じたりすることが抑制される。また、前側リンク体20Fおよび後側リンク体20Rからなるリンク機構と連結アーム30とによる上記の力は、ガイド機構に偏って加わる負荷を軽減するので、ガイド機構の損耗が低減される。 The support 4, the processing head 5, and the upper wire guide unit 6 including the upper arm, which are provided on the front side of the ram 3, apply a downward load to the front side of the ram 3 as compared with the rear side of the ram 3 due to the sum of the respective masses. It is a "heavy element" to give. The ram 3 that supports the heavy elements including the weight of the ram 3 on the front side acts on the ram 3 in a direction to push the front side downward, but a link mechanism including a front link body 20F and a rear link body 20R is used. The force exerted by the connecting arm 30 acts to cancel this moment. It should be noted that "to cancel the moment" does not necessarily mean to completely cancel the moment, but means to reduce the downward force due to this moment. Therefore, it is possible to prevent the positioning accuracy in the electric discharge machining from being lowered due to the moment, and to prevent the electric discharge machine from swinging or vibrating. Further, the above-mentioned force by the link arm composed of the front side link body 20F and the rear side link body 20R and the connecting arm 30 reduces the load biasedly applied to the guide mechanism, so that the wear of the guide mechanism is reduced.

なお放電加工に際しては、図示外の駆動手段により、コラム2に対してラム3が前後方向(Y軸方向)に相対移動されることがある。上記のモーメントは、コラム2に対してラム3がより前方に移動するほど大きくなる。本実施形態では、このモーメントが大きくなるほど、つまりラム3がより前側(+Y側)に移動するほど、前側リンク体20Fからラム3に作用する上向きの力がより大きくなるようにして、上記モーメントを打ち消す作用がより顕著になるように構成されている。以下、その点について詳しく説明する。 During electric discharge machining, the ram 3 may be moved relative to the column 2 in the front-rear direction (Y-axis direction) by a driving unit (not shown). The above moment increases as the ram 3 moves further forward with respect to the column 2. In the present embodiment, the larger the moment, that is, the more the ram 3 moves to the front side (+Y side), the larger the upward force acting on the ram 3 from the front link body 20F becomes, so that the moment is increased. It is configured so that the canceling action becomes more prominent. Hereinafter, that point will be described in detail.

図2は、上述のようにラム3が移動するにつれて、前側リンク体20Fの上リンク21からラム3に(つまり軸23に)作用する上向きの力Fvがより大きく変化する様子を模式的に表している。この図2では、軸23の位置が前後方向内で7つの位置を取った場合に、各位置で軸23に作用する力Fvを示している。なお同図では、上記7つの位置の中で、軸23が最前方の位置を取った場合について、上リンク21および下リンク22を通常の形で示しているが、それ以外の6つの位置を取った場合については、上リンク21および下リンク22を1本の線で示している。ここに図示される通り、軸23の位置がより前方にあるほど、軸23に作用する上向きの力Fvはより増大している。 FIG. 2 schematically shows how the upward force Fv acting on the ram 3 (that is, on the shaft 23) from the upper link 21 of the front side link body 20F changes more greatly as the ram 3 moves as described above. ing. In FIG. 2, when the position of the shaft 23 takes seven positions in the front-rear direction, the force Fv acting on the shaft 23 at each position is shown. In the figure, the upper link 21 and the lower link 22 are shown in a normal form when the shaft 23 takes the foremost position among the above seven positions, but the other six positions are shown. When taken, the upper link 21 and the lower link 22 are shown by one line. As shown here, the more forward the position of the shaft 23, the greater the upward force Fv acting on the shaft 23.

以下、上向きの力Fvを上述のように変化させ得ることについて説明する。上リンク21および下リンク22からなる図2の前側リンク体20Fを、図3のようなモデル系として考える。この系において、下リンク22の長さをLa、上リンク21の長さをLb、両リンク21および22からなるリンク体の高さをH、下リンク22および上リンク21の鉛直方向に対する角度をそれぞれα、βとする。このとき、連結アーム30によって上リンク21と下リンク22との連結部に下向きの角度θで力Bを作用させたとすると、力Bの水平方向成分を力Aで表わすことができる。したがって、図3において、力Aを仮想ベクトルとして、力Aと力Bとの関係を求めると、以下のとおりである。
A=Bcosθ−Asinθ・tanα
=B(cosθ−sinθ・tanα)
Hereinafter, it will be described that the upward force Fv can be changed as described above. The front link body 20F of FIG. 2 including the upper link 21 and the lower link 22 is considered as a model system as shown in FIG. In this system, the length of the lower link 22 is La, the length of the upper link 21 is Lb, the height of the link body composed of both links 21 and 22 is H, and the angle of the lower link 22 and the upper link 21 with respect to the vertical direction is Let α and β respectively. At this time, if the force B is applied to the connecting portion between the upper link 21 and the lower link 22 by the connecting arm 30 at a downward angle θ, the horizontal component of the force B can be represented by the force A. Therefore, in FIG. 3, the relationship between the force A and the force B is calculated using the force A as a virtual vector as follows.
A=B cos θ−A sin θ·tan α
= B (cos θ-sin θ·tan α)

ここで、上リンク21の長さと下リンク22のそれぞれの長さ、およびリンク体の高さHと、角度θおよび角度βとの関係から
H=La・cosα+Lb・cosβ
∴ cosβ=(H−La・cosα)/Lb
であり、また一般式として、sinβ=√(1−cosβ)
である。そして、上リンク21および下リンク22からなるリンク体の上端の前後方向位置Yと、リンク角度α、βとの関係は、
Y=Lb・sinβ−La・sinα
である。
Here, from the relationship between the length of the upper link 21, the length of each of the lower links 22, the height H of the link body, and the angle θ and the angle β, H=La·cosα+Lb·cosβ
∴ cosβ=(H−La·cosα)/Lb
And, as a general formula, sin β=√(1-cos 2 β)
Is. Then, the relationship between the front-rear direction position Y of the upper end of the link body composed of the upper link 21 and the lower link 22 and the link angles α and β is
Y=Lb·sinβ−La·sinα
Is.

まず、上リンク21と下リンク22との連結部に水平方向に力Aを作用させたとき、上リンク21に働く上記の力Fと力Aとの関係は、
A−Fsinβ=Fcosβ・tanα
で表わされるので、力Fは、
F=A/(cosβ・tanα+sinβ)・・・(1)
となる。次に、上リンク21と下リンク22との連結部に水平方向ではなく、下向き角度θで連結アーム30によりBの力を作用させたとき、上記(1)式のAに相当する水平方向成分が生じるとすると、力Aは、次の(2)式のように表わされる。
A=Bcosθ−Bsinθ・tanα
∴ A=B(cosθ−sinθ・tanα)・・・(2)
ここで、式(1)における力Aに式(2)を代入すると、
F=B(cosθ−sinθ・tanα)/(cosβ・tanα+sinβ)
となり、よって上リンク21の上端に働く力の垂直方向成分である力Fvは、
Fv=Fcosβ
となる。
First, when a force A is applied in the horizontal direction to the connecting portion between the upper link 21 and the lower link 22, the relationship between the force F and the force A acting on the upper link 21 is as follows.
A-Fsinβ=Fcosβ·tanα
The force F is
F=A/(cos β·tan α+sin β) (1)
Becomes Next, when the force of B is applied to the connecting portion between the upper link 21 and the lower link 22 by the connecting arm 30 at the downward angle θ, not in the horizontal direction, the horizontal component corresponding to A in the above formula (1) is obtained. Is generated, the force A is expressed by the following equation (2).
A=Bcos θ−B sin θ·tan α
∴A=B(cos θ−sin θ·tan α) (2)
Here, when the equation (2) is substituted for the force A in the equation (1),
F=B(cos θ−sin θ·tan α)/(cos β·tan α+sin β)
Therefore, the force Fv, which is the vertical component of the force acting on the upper end of the upper link 21, is
Fv=Fcosβ
Becomes

以上のことを基にして、ラム10がコラム11に対して前記V軸方向(Y軸と平行な方向)に相対位置を変えたときの10か所の位置について、垂直方向成分である力Fvを計算により求めた。なお、このときの上記H、La、Lb、B、θの値は下の表1にまとめて示す通りである。上記計算によるFvの値を、他の変数と併せて表2に示す。位置Vは、ラム10が直線移動する前後方向に関して、所定の基準位置からラム10の前端までの位置を示す。この位置は、正の値がより大であるほど、ラム10がコラム11から前方により大きく偏位した状態を示している。この偏位がより大であるほど、ラム10の自重等から発生するモーメントはより大きくなる。図4に、このときの角度α毎の垂直方向成分Fvの値を、棒グラフにして示す。 Based on the above, the force Fv, which is the vertical direction component, is obtained at ten positions when the ram 10 changes its relative position in the V-axis direction (direction parallel to the Y-axis) with respect to the column 11. Was calculated. The values of H, La, Lb, B, and θ at this time are as summarized in Table 1 below. The value of Fv calculated above is shown in Table 2 together with other variables. The position V indicates a position from a predetermined reference position to the front end of the ram 10 in the front-back direction in which the ram 10 linearly moves. This position shows that the larger the positive value, the more the ram 10 is displaced forward from the column 11. The larger this deviation is, the larger the moment generated from the weight of the ram 10 or the like becomes. FIG. 4 is a bar graph showing the values of the vertical component Fv for each angle α at this time.

以上から明らかな通り本実施形態では、ラム3がより前側(+Y側)に移動するほど、前側リンク体20Fからラム3に作用する上向きの力Fvがより大きくなって、上記モーメントを打ち消す作用がより顕著になる。 As is clear from the above, in the present embodiment, the more the ram 3 moves to the front side (+Y side), the larger the upward force Fv acting on the ram 3 from the front link body 20F becomes, and the effect of canceling the moment is obtained. It becomes more prominent.

なお本発明において、ラム3がより前側に移動するほど、前側リンク体20Fからラム3に作用する上向きの力Fvをより大きくすることは、必ずしも必要ではない。つまり、ラム3の移動位置に関わらず、上記上向きの力Fvが略一定になるように構成してもよい。そのようにした場合の一例について、前述したH、La、Lb、B、θの値を下の表3にまとめて示す。この例において、ラム10の12か所のV軸方向位置毎に、垂直方向成分Fvを計算で求めた結果を、その他の変数と併せて表4に示す。この表4における位置Vは、前述した表2におけるものと同じである。また図5に、このときの角度α毎の垂直方向成分Fvの値を、棒グラフにして示す。 In the present invention, it is not always necessary to increase the upward force Fv acting on the ram 3 from the front link body 20F as the ram 3 moves to the front side. That is, the upward force Fv may be configured to be substantially constant regardless of the moving position of the ram 3. Regarding the example of such a case, the values of H, La, Lb, B, and θ described above are collectively shown in Table 3 below. In this example, the results obtained by calculating the vertical direction component Fv for each of the 12 positions of the ram 10 in the V-axis direction are shown in Table 4 together with other variables. The position V in Table 4 is the same as that in Table 2 described above. Further, FIG. 5 shows a bar graph of the values of the vertical component Fv for each angle α at this time.

以上、前側リンク体20Fからラム3に作用する上向きの力Fvについて説明したが、後側リンク体20Rからラム3に作用する下向きの力についても、基本的に上述の考えに基づいて求めることができる。また以上は、図1でコラム2およびラム3の右側に設けられた前側リンク体20Fに関して考えたが、コラム2およびラム3の左側に設けられた前側リンク体20Fについては、図3のモデル系に対して左右反対としたモデル系を考えることにより、ラム3に作用する上向きの力Fv等を求めることが可能である。 Although the upward force Fv acting on the ram 3 from the front side link body 20F has been described above, the downward force acting on the ram 3 from the rear side link body 20R can be basically obtained based on the above idea. it can. Further, the above is considered with respect to the front side link body 20F provided on the right side of the column 2 and the ram 3 in FIG. 1, but regarding the front side link body 20F provided on the left side of the column 2 and the ram 3, the model system of FIG. It is possible to obtain the upward force Fv acting on the ram 3 and the like by considering a model system in which the left and right sides are opposite.

以上説明した実施形態においては、図1に示される通り、前側リンク体20Fの両リンク21および22を連結する軸24が、後側リンク体20Rの両リンク21および22を連結する軸24よりも低い位置にあるように構成されているが、それとは反対に、前側リンク体20Fの両リンク21および22を連結する軸24が、後側リンク体20Rの両リンク21および22を連結する軸24よりも高い位置にあるように構成されてもよいし、さらにはそれら2つの軸24が略同じ高さ位置にあるように構成されてもよい。 In the embodiment described above, as shown in FIG. 1, the shaft 24 that connects both links 21 and 22 of the front link body 20F is more than the shaft 24 that connects both links 21 and 22 of the rear link body 20R. Although it is configured to be in a low position, on the contrary, the shaft 24 connecting both the links 21 and 22 of the front link body 20F is connected to the shaft 24 connecting the both links 21 and 22 of the rear link body 20R. It may be configured to be at a higher position, or the two shafts 24 may be configured to be at substantially the same height position.

また前側リンク体20Fと後側リンク体20Rとを連結する連結アーム30は、上リンク21と下リンク22とを連結する上記軸24の部分で各リンク体20F、20Rに連結しているが、軸24の部分ではなく、そのやや上方あるいは下方の部分で各リンク体20F、20Rに連結するように構成されてもよい。そのように連結アーム30が、軸24からやや離れた位置において各リンク体20F、20Rに連結する場合でも、連結アーム30による力は両方の軸24に作用する。したがってこの場合も、付勢手段である連結アーム30は、前側リンク体20Fの両リンク21、22の連結部に対して前方を向く力を加えると共に、後側リンク体20Rの両リンク21、22の連結部に対して後方を向く力を加えていることになる。 The connecting arm 30 that connects the front link body 20F and the rear link body 20R is connected to the link bodies 20F and 20R at the shaft 24 that connects the upper link 21 and the lower link 22. The shafts 24 may be configured to be connected to the link bodies 20F and 20R at a portion slightly above or below the shaft 24. Thus, even when the connecting arm 30 connects to the link bodies 20F and 20R at a position slightly separated from the shaft 24, the force by the connecting arm 30 acts on both shafts 24. Therefore, also in this case, the connecting arm 30 as the urging means applies a forward force to the connecting portion of the links 21 and 22 of the front side link body 20F, and also the links 21 and 22 of the rear side link body 20R. This means that a force that is directed rearward is applied to the connecting portion of.

また、前側リンク体20Fの両リンク21、22の連結部に対して前方を向く力を加えると共に、後側リンク体20Rの両リンク21、22の連結部に対して後方を向く力を加える付勢手段としては、上述のような連結アーム30に限らず、その他の公知の手段を適宜用いることができる。 In addition, a forward force is applied to the connecting portion of both links 21 and 22 of the front link body 20F, and a backward force is applied to the connecting portion of both links 21 and 22 of the rear link body 20R. The biasing means is not limited to the connecting arm 30 as described above, and other known means can be used as appropriate.

以上説明した本実施形態の工作機械10は、ラム3がY軸と平行なV軸方向に移動するように構成されたものであるが、本発明は、ラム3がV軸方向に対して平行なY軸方向に移動する構造の場合はもちろん、ラム3がX軸方向に移動するように構成された工作機械に対しても適用可能である。ラム3がX軸方向に移動する構造である場合は、X軸に沿った方向を、本発明における前後方向として考えればよい。さらに本発明は、ワイヤ放電加工機以外の工作機械に対しても適用可能である。 Although the machine tool 10 of the present embodiment described above is configured such that the ram 3 moves in the V-axis direction parallel to the Y-axis, the present invention is directed to the ram 3 being parallel to the V-axis direction. The present invention can be applied not only to a structure that moves in the Y-axis direction, but also to a machine tool configured so that the ram 3 moves in the X-axis direction. When the ram 3 has a structure that moves in the X-axis direction, the direction along the X-axis may be considered as the front-back direction in the present invention. Furthermore, the present invention can be applied to machine tools other than the wire electric discharge machine.

1 ベッド
2 コラム
3 ラム
5 加工ヘッド
10 工作機械
11、13 レール
12、14 リニアガイド
20F 前側リンク体
20R 後側リンク体
21 上リンク
22 下リンク
23、24、25 リンクの軸
30 連結アーム
31 連結アームの一端部
32 連結アームの他端部
33 連結アームの圧縮ばね
1 bed 2 column 3 ram 5 processing head 10 machine tool 11, 13 rail 12, 14 linear guide 20F front side link body 20R rear side link body 21 upper link 22 lower link 23, 24, 25 link shaft 30 coupling arm 31 coupling arm 31 End part 32 of the connecting arm of the other end 33 compression spring of the connecting arm

Claims (5)

コラムと、
前記コラムの上方に配置されたラムと、
前記コラムと前記ラムとの間に介設されて、前記ラムを前記コラムに対して前後方向に移動自在に案内するガイド機構と、
を備えた工作機械において、
上端側が前記ラムに回転可能に支承された上リンクと、下端側が前記コラムに回転可能に支承されると共に上端側が前記上リンクの下端側と回転可能に連結された下リンクとを有し、連結している上リンクおよび下リンクが前方に向かって180°未満の角度で開いた状態とされたリンク体が、前記前後方向に間を置いて2体設けられてなるリンク機構と、
前記2体のリンク体のうち前記前後方向の前側に配置された前側リンク体の、上リンクと下リンクとの連結部に対して前方を向く力を加えると共に、前記2体のリンク体のうち前記前後方向の後側に配置された後側リンク体の、上リンクと下リンクとの連結部に対して後方を向く力を加える付勢手段と、
が設けられたことを特徴とする工作機械。
A column,
A ram arranged above the column,
A guide mechanism that is interposed between the column and the ram, and guides the ram so as to be movable in the front-rear direction with respect to the column,
In a machine tool equipped with
An upper link whose upper end side is rotatably supported by the ram, and a lower link whose lower end side is rotatably supported by the column and whose upper end side is rotatably connected to the lower end side of the upper link, are connected. A link mechanism in which two upper and lower links are opened forward at an angle of less than 180° and two link bodies are provided with a space in the front-rear direction.
Of the two link bodies, the front link body disposed on the front side in the front-rear direction of the two link bodies applies a forward force to the connecting portion between the upper link and the lower link. A biasing means for applying a rearward force to the connecting portion between the upper link and the lower link of the rear link body arranged on the rear side in the front-rear direction,
A machine tool characterized by being provided with.
前記付勢手段が、前記前側リンク体と前記後側リンク体とを連結する、伸長する方向に付勢力が付与された連結アームである請求項1に記載の工作機械。 The machine tool according to claim 1, wherein the urging means is a connecting arm that connects the front link body and the rear link body and is provided with a biasing force in an extending direction. 前記連結アームが、前記前側リンク体に連結する一端部と、前記後側リンク体に連結する他端部と、前記一端部と他端部との間に介設された圧縮ばねとから構成されている請求項2に記載の工作機械。 The connecting arm includes one end connected to the front link body, the other end connected to the rear link body, and a compression spring interposed between the one end and the other end. The machine tool according to claim 2. 前記連結アームの一端部が、前記前側リンク体の上リンクと下リンクとの連結部に連結され、前記連結アームの他端部が、前記後側リンク体の上リンクと下リンクとの連結部に連結されている請求項2または3に記載の工作機械。 One end of the connecting arm is connected to a connecting portion between the upper link and the lower link of the front side link body, and the other end of the connecting arm is a connecting portion between the upper link and the lower link of the rear side link body. The machine tool according to claim 2, which is connected to the machine tool. 前記2体のリンク体が、前記コラムおよびラムの左右外側にそれぞれ設けられている請求項1から3いずれか1項に記載の工作機械。 The machine tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the two link bodies are provided on the left and right outer sides of the column and the ram, respectively.
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