JP3847437B2 - Linear motor driven machine tool - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具主軸をワークに対して互いに直交する3方向に移動してワークを加工する工作機械、特に、少なくとも1方向における工具主軸の送りがリニアモータにより駆動される形式の工作機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
この主の工作機械としては、特開平8−318445号公報に開示されている。この公開特許公報に開示された工作機械は、図9及び図10に概略図示されるように、ベース80上に箱形のフレーム81を立設し、この箱形フレームの中央に開口する方形の窓82内で箱形のガントリ83をその上下端部で案内し、このガントリ83の上下端部とフレーム81の対向面との間に設けた一対のリニアーモータ84,85によりガントリ83を左右X方向に送るように構成されている。
【0003】
また、ガントリ83は縦長の方形窓86が形成され、サドル87はこの方形窓86内で図略の左右一対のリニアガイド機構により上下動可能に案内されると共に左右一対のリニアモータ88により上下Y方向に送られる。また、サドル87にはラム90が前後動可能に図略のリニアガイド機構により案内されてリニアモータにより前後Z方向に移動される。このラム90は、図略の駆動モータにより回転駆動される工具主軸91をZ方向に延びる軸線の周りに回転自在に支持している。
【0004】
前記ガントリ83を左右案内するリニアガイド機構は、各々がガイドレールとこのレール上を走行するベアリングブロックとを含む下部ガイド機構91と上部ガイド機構92とからなる。下部ガイド機構91はガントリ83の下面と箱形フレーム81の下横桁部材81aとの間に配置され、上部ガイド機構92はフレーム81のクロスビーム81aの前面とこれに対面するガントリ83の上部の背面との間に配置されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のリニアモータ駆動式工作機械においては、ガントリ83がフレーム81の中央に開口する方形窓82内で移動されるように配置されているので、ガントリ83の左右移動ストロークがフレーム81の左右の柱部材81bにより制限される。
【0006】
また、フレーム81のクロスビーム81aはガントリ83の上端面を被さるように配置されるので、フレーム81の背丈が高くなり、機械が大型となる。
さらに、ガントリ83の下端部を左右方向に案内する下部リニアガイド機構91がガントリのベース板83aの下面に取付けられているので、ガントリ83の方形窓86の左右内端面に装架されたサドル87の上下動のためのリニアガイド機構及びリニアモータ88を点検及び修理・交換する場合、ガントリ83のベース板81a上で直立する全ての構成部材を個々に分離して機械から取外さなければならず、点検或いは修理・交換作業後の再組付けが手間のかかる作業となる。
【0007】
従って、本発明の主たる目的は、ガントリと固定フレームの柱部材との干渉によるガントリの左右ストロークの制限を受けずに、ガントリの左右ストロークを大きくすることができるようにすることである。
本発明のもう一つの別の目的は、固定フレームの柱部材の上端を連結するクロスビームが工作機械の背丈を高くしなく、これにより工作機械を小型とし剛性を高めることである。
【0008】
本発明の他の目的は、ガントリを構成する左右一対の縦桁部材を互いに他のものから分離した場合にでも、これら縦桁部材がガントリの下端部を案内するリニアガイド機構のガイドレールに保持された状態を保持でき、これにより分解後の再組付けを能率良く行えるようにすることである。
本発明の付加的な目的は、工具主軸に作用する切削抵抗に対して強固に対向できるようにガントリ及びサドルを案内するガイド機構を構成することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の課題及びこれに関連する目的は、以下に述べる各請求項に記載の工作機械を提供することにより解決され達成される。即ち、請求項1に記載の発明は、ベースと、このベース上に上下方向に延びて固定された固定フレームと、縦長の窓を中央に開口し前記ベース上で第1水平方向に移動可能なガントリと、このガントリの前記縦長の窓内で上下方向に案内されたサドルと、このサドルにより前記第1水平方向と直交する第2水平方向に移動可能に案内されたラムと、このラムにより前記第2水平方向に延びる軸線の周りに回転自在に支持され前端部に工具を装着可能な工具主軸と、この工具主軸を回転駆動する主軸駆動モータと、前記工具主軸の前方に配置され加工すべきワークを取付け可能なワークテーブルとを含み、前記ガントリを前記固定フレームと前後方向に重複した関係で移動できるように前記固定フレームの前面に配置し、前記ガントリの下面とベースとの間に配置した下部ガイド手段と前記固定フレームの上部前面と前記ガントリの上部背面との間に配置した上部ガイド手段とで前記ガントリを前記第1水平方向に案内するガイド手段を構成し、前記ガントリの下面を駆動する下部リニアモータと前記ガントリの上部背面を駆動する上部リニアモータとで前記ガントリを前記第1水平方向に駆動する駆動手段を構成し、前記上部リニアモータと前記下部リニアモータのそれぞれの吸引力作用中心点は前記ガントリの重心点或いはこのガントリと共に移動する組立体の重心点を含む前記第1水平方向と平行な同一の鉛直面内で前記重心点を挟んで該重心点の両側に位置されるとともに、前記上部及び下部リニアモータは前記下部リニアモータが前記ガントリの下面を前記ベースに対して上下方向に吸引力を作用すると共に前記上部リニアモータが前記ガントリの上部背面を前記固定フレームの上部に対し略前後方向に吸引力を作用するように異なる向きに配置されていることを特徴とするものである。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記した上部及び下部ガイド手段として上部及び下部レール手段を使用し、これらレール手段の前記第1水平方向における両端を前記固定フレームの中央に開口する方形窓を超えて延長する。これにより、ガントリの前記第1水平方向の端部を固定フレームの左右の柱部材の前側まで移動でき、かつこの状態でガントリの支持剛性をこのガントリが左右方向の中央位置にある時と同様に高く維持できる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、固定フレームのクロスビームの前端をガントリの前後方向における幅の中間位置近辺まで張り出し、上部レール手段及び上部リニアモータをガントリの前後方向の中間位置に配置できるようにする。請求項4に記載の発明は、下部リニアモータを上部レール手段及び上部リニアモータの鉛直下方に配置し、また下部レール手段を第1水平方向に延びる2本のレールとすると共に、これらレールを下部リニアモータを間に置いた状態で前記前後方向における下部リニアモータの両側に配置する。
【0013】
請求項5に記載の発明は、ベースには後方に向って上方に傾斜するスラント面を形成する。固定フレームの第1水平方向の両端の柱部材は上端がガントリ側に向かって前方に張り出すように前傾させる。また、ガントリの下面及び上部後面をそれぞれスラント面部及び前記柱部材と平行に形成する。請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、下部リニアモータを上部レール手段の鉛直下方でベースのスラント面とこのスラント面に平行なガントリの下面との間に配置し、下部レール手段は下部リニアモータを間に置いた状態でベースのスラント面上に固定され第2水平方向において前後に離間した一対のガイドレールを含む。
【0014】
請求項7に記載の発明は、左右一対の縦桁部材とこれら縦桁部材の下端部同士及び上端部同士を分離可能に連結する下横桁部材と上横桁部材とからなる4部材でガントリを構成する。下部ガイド手段を構成する少なくとも一対のベアリングブロックを縦桁部材の下面にそれぞれ直接取付け、縦桁部材を分離した場合でも、縦桁部材が下部ガイド手段のガイドレール上をこれらベアリングブロックを介して走行できるようにする。
【0015】
請求項8に記載の発明は、固定フレームのクロスビームを左右の柱部材から分離可能とし、またガントリの下部ガイドレールとして一対のガイドレールを設け、ガントリの縦桁部材を案内するガイドレールと別のガイドレールにガントリの下横桁部材を案内するようにし、ガントリを構成する左右の縦桁部材及び上下の横桁部材を点検或いは修理・交換のために4部材に分離した場合でもこれら4部材の各々が1つのガイドレールに案内された状態に維持されるようにする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第1の実施の形態〕
図1〜3は、本発明によるリニアモータ駆動式工作機械の第1の実施の形態の平面図、右側面図及び正面図をそれぞれ示す。本実施の形態における工作機械は、ベース10の前部に配置されたワークテーブル11、ベース10の後部に配置された固定フレーム15、固定フレーム15の前側でベース10及び固定フレーム15によりガイドされてX方向に水平移動するガントリ20、このガントリ20により案内されてY方向に上下移動するサドル50、サドル50によりZ方向に水平移動するラム60、ガントリ20,サドル50,ラム60をそれぞれ移動する電気リニアモータ35,37,51,52,67、及びラム60に回転自在に支持された工具主軸71を主要な構成要素としている。
【0017】
ベース10の前部上面にはワークテーブル11がテーブル支持機構12により支持されている。ワークテーブル11は上面にワークWを取り付ける水平取付面11aを有する。テーブル支持機構12はワークテーブ11を単に固定保持する形式のものでもよいが、望ましくは公知の回転割出機構(図示省略)を内蔵する形式のものとされる。
【0018】
この回転割出機構は、ワークテーブル11を垂直な軸線の周りに90度毎の4面割出しする形態でもよいが、図略の数値制御装置によりNC制御されるサーボモータにより任意な角度位置に割出可能な形態でもよい。また、テーブル支持機構12は、後述する工具主軸71の軸線と平行又は直角な軸線の周りにワークテーブル11を割出できる形態を含めてその他各種の形態を採り得る。
【0019】
ワークテーブル11を配置する前部の正面幅よりも幾分広がった幅を持つベース10の後部上面には、固定フレーム15が立設されている。固定フレーム15は、図3に示されるように、この工作機械の左右方向である水平のX方向(第1水平方向)に離間した2本の柱部材16,16と、これら柱部材の上端面にその両端下面が図略のボルトにより分離可能に連結されるクロスビーム17とを含み、ベース10の後部上面と柱部材16,16の内側対向面とクロスビーム17の下面とで画定される方形窓18を工作機械の前後方向である水平のZ方向(第2水平方向)に向けて開口している。
【0020】
固定フレーム15の前側には、図3のように、中央に縦長方形窓24を固定フレーム15の方形窓18とラップして開口する箱形のガントリ20が下面及び上部背面をベース10及び固定フレーム15にそれぞれ案内されてX方向(第1水平方向)に移動自在に設けられている。ガントリ20は、左右の縦桁部材21と上下の横桁部材22,23をボックス状に組立てて構成され、中央部に縦長の方形窓24を工作機械の正面側に向けて開口している。
【0021】
より詳細には、下横桁部材23は、Z方向の幅が縦桁部材21のそれよりも狭くなっており、図4に示すように、下面が後述するリニアモータのコイルユニットを取付けるため前側が後側よりも高くなる段付面23aとして形成され、両端部上面には縦桁部材21の下端が着座する着座面23bと縦桁部材21の下端部内側面を受ける垂直受面23cが形成されている。左右の垂直受面23cは垂直リム23dにより一体結合されている。
【0022】
各縦桁部材21の下端部は、図5に代表して示すように、下横桁部材23の着座面23b上に固定される。この固定は、縦桁部材21の下部外側端に開口するポケット21b,21cからボルトを挿入し、着座面23b上に開口するネジ穴(符号省略)にねじ込んでなされる。縦桁部材21の下端部内側面は、下横桁部材23の垂直受面23cと分離可能に結合される。この結合は、垂直リム23d側からボルトを垂直受面23cを挿通して縦桁部材21のネジ穴にねじ込むことによりなされる。
【0023】
縦桁部材21の上端部同士は、上端面に上横桁部材22の両端部を分離可能に固定して上横桁部材22により連結される。より詳細には、上横桁部材22の左右端の水平部22aからボルトを挿入し、この水平部22aを挿通して縦桁部材21の上端のネジ穴にねじ込む。このように左右の縦桁部材21と横桁部材22,23が箱形に組立てされ、縦長方形窓24が縦桁部材21の対向内側面と上下の横桁部材22,23の対向下面と上面とで画定される。
【0024】
固定フレーム15の前方のベース10上の部分とガントリ20の下面との間には下部ガイド手段としてのリニアガイド機構27が設けられ、一方、固定フレーム15の上部前面とガントリ20の上部背面との間に上部ガイド手段としてのリニアガイド機構28が設けられている。下部ガイド機構27は、Z方向に離間した位置でX方向に延びてベース10上に固定された互いに平行な2本の直線レール29,29と、これらレール上を走行する各レールについて2個づつの2対のベアリングブロック30,31を含む。
【0025】
前側の一対のベアリングブロック30は、縦桁部材21のそれぞれの下面の前側に直接取付けされる。この取付けは、図5に示す最前側のポケット21aからボルトを挿入し、縦桁部材21の下端面を挿通してベアリングブロック30のネジ穴にねじ込んでなされる。
後側の左右のベアリングブロック31は、縦桁部材21の直下で下横桁部材23の各着座面23bの下面に取付けされる。この取付けは、下横桁部材23に縦桁部材21を結合するに先立って行われ、着座面23bの上面側からボルトを下横桁部材23を挿通してベアリングブロック31の上面に開口するネジ穴にねじ込んでなされる。この場合、ボルトとして例えば六角穴付きボルトが使用され、それらの頭部は着座面23bから突き出ないようにされる。
【0026】
ここで、ベアリングブロック31が下横桁部材21に取付けされる関係で、後側のガイドレール29を取付けるベース10の上面は前側のガイドレール29を取付けるそれに比べて着座面23b部の板厚分だけ下げられていることが理解されよう。
上部ガイド機構28は、ガイドレール29と平行にX方向に延びてクロスビーム17の前面に固定された単一のガイドレール32とこの上を走行する左右一対のベアリングブロック33を含む。ガイドレール32をZ方向におけるガントリ20の幅員の中間位置、つまり下部の一対のガイドレール29間のZ方向における中間位置に配置するため、クロスビーム17は前側が縦桁部材21の上端の後側の略半分まで覆い被さるように前方に張り出している。
【0027】
これと同じ目的で、ガントリ20の上横桁部材22は、Z方向の幅が縦桁部材21の同方向の幅の半分程度に狭くされており、その前端縁が縦桁部材21の前面と略整列するように縦桁部材21の上面の前半分側に寄せた状態で長手方向の両端が前述したように縦桁部材21の上面に分離可能に図略のボルトにより固着されている。上横桁部材22は垂直背面22bを有し、縦桁部材21の真上となるこの垂直背面22bの長手方向両端部にそれぞれベアリングブロック33を取付けている(図3参照)。
【0028】
本発明による実施の形態における特徴の1つは、固定フレーム15がガントリ20の上部背面をガイドするようにしており、この構成はガントリ20の上端と固定フレーム15の上端とを略同一背丈にすることを可能とし、サドル50の所要のY方向ストロークを確保する条件下で工作機械全体の背丈を低くし、工作機械の小形化と剛性の強化に寄与する。
【0029】
また、本発明による実施の形態における他の特徴の1つとして、ガントリ20は固定フレーム15の方形窓18内に存在せずに固定フレーム15の前側に配置され、また好適には下部ガイドレール29及び上部ガイドレール32の両端は対応する側の柱部材16の前側まで伸ばされている。これにより、ガントリ20は左右の縦桁部材21の各々を固定フレーム15の対応する側の柱部材16の前側にラップするように進出でき、ガントリ20の所要のX方向ストロークを確保する条件下で柱部材16のX方向間隔が狭くされ、工作機械の正面間口を狭くできる。
【0030】
ガイドレール32とベアリングブロック33とで構成されるリニアガイド機構28は、Z方向に作用する最大荷重に抗する向きで取付けられている。リニアガイド機構28をZ方向の最大荷重に抗する向きに取付けて、Y方向に作用する最大荷重に抗するように取付けされた一対の下部リニアガイド機構27の取付向きとは90度異なる向きにした構成が本発明による実施の形態の他の特徴の1つとして注目されよう。
【0031】
ガントリ20は、下端及び上端が同期制御される下部の電気リニアモータ35及び上部の電気リニアモータ37によりそれぞれ駆動される。下部リニアモータ35は、2本のガイドレール29間でこれに沿ってべース10上に敷設された固定の磁石板ユニット35aとこれに対向して下横桁部材23の下面に取付けされた電磁コイルユニット35bとで構成される。磁石板ユニット35aは複数の磁石板をガントリ20の移動方向に直列に配置して構成される。
【0032】
これに対し、上部リニアモータ37は、ガイドレール32に沿って固定フレーム15のクロスビーム17の前面に敷設された固定の磁石板ユニット37aとこれに対向してガントリ20の上横桁部材22の背面に取付けされた電磁コイルユニット37bとで構成される。
これらリニアモータ35,37は、コイルユニット35b,37bを図略の数値制御装置(NC)により同期制御してコイルユニット35b,37bとこれらに対向する磁石板ユニット35a,37aとの励磁関係をNCプログラムに従って進行方向に移行することによりガントリ20をベース10及び固定フレーム15上で移動させるように動作する。この送り動作過程において、コイルユニット35bは磁石板ユニット35aに吸引されるように磁力を生起し、これによりガントリ20をベース10に向かい下方に押し付けるように作用する。一方、コイルユニット37bはガントリ20を固定フレーム15のクロスビーム17に向かう後方に押し付けるように磁力を生起する。
【0033】
本発明による実施の形態の他の特徴の1つとして、上下のリニアモータ35,37はガントリ20の重心,好ましくはガントリ20とこれと共に上下動する機構の組立体の重心を通る鉛直面内の上下端部を駆動するようにZ方向にはガントリ20の幅の中間部に配置されている。本発明による実施の形態のさらなる特徴の1つとして、リニアモータ35,37が生起す吸引力F1,F2の合力は、図2に矢印Ftとして示すように、ガントリ20を斜め後方の下向きへ押し付けるように作用する。このため、工具主軸71に作用する切削抵抗がガントリ20を上方に持ち上げる方向に働く場合や前記切削抵抗が断続的に変動する場合でも、ガントリ20はベース10及び固定フレーム15に対し上下(Y)方向及び前後(Z)方向に不動に強固に保持され、ガイドレール29,32とベアリングブロック30,31,33との摺動勘合部に存在するスキマによりガントリ20がベース10及び固定フレーム15に対して前後方向及び上下方向にふらつくことが防止され、高い加工精度を保証できる。
【0034】
前記ガントリ20の縦長方形窓24内には、同じく箱形のサドル50が上下方向に移動自在に案内されている。この案内機構は、ガントリ20の縦桁部材21の内側対向端面の前部に設けた前部ガイド手段としてのリニアガイド機構51と同じく対向端面の後部に設けた後部ガイド手段としてリニアガイド機構52からなる。前部ガイド機構51を構成する一対のガイドレール53は、縦長の方形窓24の高さ方向の幅に略匹敵する全長を有し、縦桁部材21の前部で内側の対向面にそれぞれ固定されている。各ガイドレール53上を走行自在なベアリングブロック54,54は、そのガイドレールと対向するサドル50の側面の上下端部にそれぞれ固着されている。
【0035】
後部ガイド機構52を構成する左右一対のガイドレール55は、ガイドレール53の全長よりも短い長さを有し、縦桁部材21の後部で方形窓24の下方に寄せて内側の対向面にそれぞれ固定されている。各ガイドレール55上を走行自在な単一のベアリングブロック56は、そのガイドレールと対向するサドル50の側面の下端部に固着されている。これにより、サドル50は、前部がその4隅に固着された4個のベアリングブロック54にガイドされ、後部が下部の2隅に固着された2個のベアリングブロック56によりガイドされる。
【0036】
本発明による実施の形態における付加的な特徴の1つとして、図6の機構図で示すように、図2の右側面図方向から観ると、前部の上下2個のベアリングブロック54と後部の1個のベアリングブロック56を結ぶ線は直角三角形となり、工具主軸71に作用する切削抵抗に対して高い剛性を持つ。また、同じく図2の右側面図方向から観ると、ガントリ20の下部をガイドする前後のベアリングブロック30,31と上部をガイドする1個のベアリングブロック33を結ぶ線は二等辺三角形となり、この配置も切削抵抗に対し高い剛性を持つ。
【0037】
図2に破線で示すように、サドル50を上下(Y)方向に送る送り手段は、サドル50の両側面と縦桁部材21の内側面との間にそれぞれ配置された電気リニアモータ57からなる。各リニアモータ57は、サドル50の各側面で前後のガイドレール53,55の間で上下方向に沿って縦桁部材21の対応する内側面上に敷設された磁石板ユニット57aとこれに対向してサドル50の側面に固着されたコイルユニット57bにより構成される。
【0038】
サドル50は、箱形で前後方向に長い筒状となっており、後部を固定フレーム15の方形窓18内に臨ませている。サドル50の中央窓50a内にはラム60が前後(Z)方向に移動自在に案内されている。ラム60は、図3の正面から観ると、幅の狭い上面に向けて両側面から傾斜する6角形状をなし、サドル50を挿通すると共に方形窓24,18をも挿通して後端が固定フレーム15の後方から突き出るように前後(Z)方向に細長い形状をなしている。
【0039】
ラム60を前後方向に案内するガイド手段は、広幅下面の両側とサドル50との間に配置された一対の下部リニアガイド機構61と狭幅上面とサドル50との間に配置された単一の上部リニアガイド機構62からなる。これらガイド機構61,62の各々は、前述したリニアガイド機構と同様に直線ガイドレール63,64とこのレール上を走行する1又は2のベアリングブロック65,66とで構成される。
【0040】
このラム60の前後(Z)方向ガイド手段の特徴は、ガイドレール63,64をラム60に固着し、ベアリングブロック65,66をサドル50に固着している点にある。より詳しくは、図7に示すように、下部リニアガイド機構61の各々では2つのベアリングブロック65をラム60の長手方向の前部と中間部に固着し、上部リニアガイド機構62では1つのベアリングブロック66をラム60の前部に固着している。
【0041】
本発明による実施の形態における付加的な別の特徴の1つとして、図7の機構図で示すように、図2の右側面図方向から観るとき、上部及び下部ベアリングブロック65,66の配置は、それらを結ぶ線が直角三角形をなし、工具主軸71に作用する加工抵抗に対し高い剛性を持つ構造となっている。
ラム60を前後(Z)方向に送る駆動手段として、ラム60の下面とサドル50との間に配置した電気リニアモータ67が使用される。このリニアモータ67は、ガイドレール63,63間でサドル50に取付けられた電磁コイルユニット67bと、複数の磁石板をZ方向に直列にしてラム60の下面にコイルユニット67bと対面して取付けた磁石板ユニット67aとで構成される。
【0042】
ラム60は円筒形のベアリングケース(図略)を収容し、このケースは工具主軸71を図略の軸受装置を介してZ方向に延びる軸線の周りに回転自在に支持している。ケース70は工具主軸71を回転駆動する図略のビルトインモータをも内蔵している。前記軸受装置は、ボールベアリング,ローラベアリング,空気や液体を軸受媒体として使用する流体ベアリングの1又はこれらを組み合わせて使用する形式のものである。
【0043】
工具主軸71は、前端に工具Tを装着する機構を内蔵しており、これにより工具主軸71の前端にドリル、エンドミル、フライス、タップ、リーマ、研削砥石、必要に応じてバイト等の各種の工具を手交換またはATCにより自動交換してワークWに種々の加工を施すことが可能である。
上記のように構成した第1の実施の形態の動作を説明する。
【0044】
ワークWはワークテーブル11上に適宜の治具を介して装着される。図略のNC装置は、入力されるNCプログラムに従って、工具主軸71を回転駆動すると共に、ガントリ20,サドル50及びラム60をそれぞれX方向,Y方向及びZ方向に移動し、工具主軸71の前端に装着した切削工具TをワークWに当接してワークWを切削加工する。
【0045】
ここで工具Tがドリルの場合、NC装置はリニアモータ35,37を同期駆動し、ガントリ20の上下両端部でガントリ20を早送り速度でX方向に移動し、ドリルTをワークWの加工すべき穴位置のX座標位置(左右方向位置)に位置決めする。この場合、ワークWの大きさに依存して、ガントリ20はその左右の縦桁部材21を対応する側の固定フレーム15の柱部材16にラップする位置まで進出する。
【0046】
この位置決め動作と並行し或いはこの位置決め動作の後に、NC装置はリニアモータ57,57を同期駆動し、サドル50の左右両端部でサドル50を早送り速度でY方向に移動し、ドリルTをワークWの加工すべき穴位置のY座標位置(上下方向位置)に位置決めする。これにより、ドリルTが加工すべき穴位置と同心となる。
【0047】
ドリルTを加工すべき穴位置と同心にした後、NC装置はリニアモータ67を駆動し、ラム60をワークWに向かって早送りし、ドリルTの先端がワークWの表面に対し所定の間隔位置に至ると前進送り速度を切削送り速度に切り替え、ワークWに所定のドリル加工を施す。ガントリ20,サドル50及びラム60の早送りの開始過程及び終了過程は、例えば1G或はこれ以上の加速度及び減速度で行われる。
【0048】
1つの穴加工が終了すると、ラム60はドリルTの先端とワークWの表面との間に所定のクリアランスが確保される位置まで後退し、次にガントリ20及びサドル50が早送り速度で移動されてドリルTが次に加工すべき穴位置に整列され、再びラム60が切削送りされて次の穴が加工される。このようにして、ワークWの表面に多数の穴が順次高速で加工される。
【0049】
工具Tがフライス加工用のもの、例えばミーリングカッタやエンドミルである場合、ガントリ20とサドル50が上述したドリル加工の場合と同様に早送り制御され、ワークWの加工開始位置のX及びY座標にカッタ或いはエンドミルTが位置決めされる。この後、ラム60が切込み送りされてカッタ或いはエンドミルTを所定の深さまでワークWの表面に食い込ませ、その後ガントリ20又はサドル50を選択的又は同時に切削送り速度でそれぞれX方向及びY方向に移動させ、ワークWの表面にフライス加工を施す。
【0050】
この場合、工具主軸71には大きな切削抵抗が作用する。本発明による工作機械においては、ガントリ20をガイドする下部リニアガイド機構27はガントリ20が下方向に沈む方向の力に対して大きな剛性を持つように向けられて配置され、上部リニアガイド機構28はガントリ20が後方に後退する方向の力に対して大きな剛性を持つように下部リニアガイド機構27に対し90度異なる向きで配置されている。また、ガントリ20の重心を通る下端及び上端を駆動する下部リニアモータ35及び上部リニアモータ37は、ガントリ20をベース10に向かう下方向及びガントリ20を固定フレーム15に向かう後方向にそれぞれ吸引している。このため、ワークWの加工時にガントリ20を持ち上げる方向に作用する力に対して強固に反発すると共に、Z方向に作用する力の断続的変動に対しても強固に反発する。この結果、下部リニアガイド機構27及び上部リニアガイド機構28の各レールとベアリングブロック間に存在するスキマやガタの分だけガントリ20がベース10及び固定フレーム15に対し上下或いは前後方向に変位することが回避され、加工精度への悪影響が排除される。
【0051】
次に、ガントリ20を構成する4つの部材、つまり左右の縦桁部材21及び上下の横桁部材22,23の分離及び再組付け作業について説明する。このような作業は、主としてガントリ20の下部リニアモータ35の点検や交換、さらにはガントリ20にガイドされたサドル50上の構成部品の点検や交換を行う場合に必要となる。
【0052】
ガントリ20の分離作業は、先ず、固定フレーム15のクロスビーム17の両端を左右の柱部材16の上端面に固着している図略のボルトを取外し、またガントリ20の上横桁部材22の両端を左右の縦桁部材16の上端面に固着しているボルト(符号省略)を取外すことにより行われる。これにより、上横桁部材22をクロスビーム17にガイドした状態で、これらの上横桁部材22,クロスビーム17を図略のホイストクレーンにより持ち上げ、工作機械から分離する。
【0053】
次に、サドル50を図略のホイストクレーンで懸垂して上方に持ち上げ、サドル50のベアリングブロック54,56を左右の縦桁部材21上のガイドレール53,55との係合を外す。これにより、サドル50及びこれに支持されたラム60及び工具主軸71はサドル50と共に工作機械から分離され、図略の作業台上に移され、これらへの点検及び必要に応じて分解及び再組立てが作業し易い状態で行われる。
【0054】
次に、図5のポケット21b,21cに挿入され各縦桁部材21を下横桁部材23に固着しているボルトを緩めて取外し、各縦桁部材21を下横桁部材23と分離する。これにより、左右の縦桁部材21の下端部同士の連結が解除される。この状態では、各縦桁部材21は、その下面に固着したベアリングブロック30により、依然として前側のガイドレール29上で移動自在にガイドされた状態にある。
【0055】
従って、左右の縦桁部材21の各々を互いに他のものと独立して任意に移動することができ、作業者は間隔を広げられた左右の縦桁部材21間に入り込んで、各縦桁部材21の内側面に取付けらた上下駆動用のリニアモータ57の磁石板ユニット57aや前後のガイドレール53,55の点検及び修理・交換を容易に行うことができる。この点検及び修理・交換作業は、各縦桁部材21とその下面のベアリングブロック30を分離せずに行えるので、これらベアリングブロック30のX方向のガイド方向とサドル50の上下案内用ガイドレール51,52のY方向のガイド方向の直角度が確保されており、この作業後に再組付けを容易に行えると共に分離前の案内精度を確実に再現できる利点がある。
【0056】
さらに、ガントリ20の下部リニアモータ35、特にその電磁コイルユニット35bの点検及び交換作業は、縦桁部材21を下横桁部材23から上述の如く分離した後、コイルユニット35bを下横桁部材23に取付けているボルトを下横桁部材23の両端の受面23b側から緩めて取外し、コイルユニット35bを下横桁部材23から分離する。これにより、コイルユニット35bの点検及び交換作業を容易に行うことができる。
【0057】
この状態では下横桁部材23は後部のガイドレール29に案内されるベアリングブロック31に依然として固着保持されたままであるので、下桁部材23の両端部にある着座面23bと各縦桁部材21の下端面との平行度及び下桁部材23の垂直受面23cと各縦桁部材21の下部内側面との平行度も確保されており、このためコイルユニット38の点検及び交換作業を終えた後に各縦桁部材21を下横桁部材23に再組付けする作業が容易に行えると共に、両縦桁部材21を下横桁部材23に組付けた組立体としての案内精度を容易かつ高精度に再現できる。
【0058】
上述したように点検や必要に応じて修理・交換を終えた後、サドル50とこれに支持したラム60及び工具主軸71からなる組立体をホイストクレーンに懸垂し、サドル50の両側面のベアリングブロック54,56を縦桁部材21の上端側から上下案内用のガイドレール53,55に勘合させて左右の縦桁部材21上に容易に再組付けできる。この再組付けにおいては、ベアリングブロック54,56をサドル50から分離しない限りこれらベアリングブロック54,56とガイドレール53,55との平行度を含めた配置関係が不変に維持されているので、単に再組付けが容易となるのみならず、再組付後の案内精度を容易かつ高精度に再現できる。
【0059】
サドル54を左右の縦桁部材21に再組付けした後、固定フレーム15のクロスビーム17とガントリ20の上桁部材22を、両者が組立てされた状態でホイストクレーンにより懸垂して、それぞれ左右の柱部材16及び左右の縦桁部材21上に再び組付ける。この組付け作業は、左右の縦桁部材21の再組付けにおいて両者間の間隔が上述したように分離前の状態に容易に再現されるため、また縦桁部材21と下端のベアリングブロック30と前部ガイドレール29の3者間の組付け関係が不変に維持されているため、クロスビーム17と左右の柱部材16との組付け状態を再現しながら同時に上横桁部材22と左右の縦桁部材21との組付け状態を容易に再現でき、かつ分離前の組付けを再現した状態においてガントリ20のベース10及び固定フレーム15上での案内精度も元通りに復元される。
【0060】
なお、説明を省略したが、左右の縦桁部材21と下横桁部材23との組付けはボルトによる固着に加えて両者間にテーパピンを周知慣用の如く打込むようにしているので、分離時にはボルトを緩めて取外すと共にテーパピンを抜出し、逆に再組付け時にはテーパピンを先に両者間に打込んでからボルトをねじ込むことにより両者間の固着状態における相対位置が確実に再現される。このようなテーパピンは、クロスビーム17の両端と柱部材16との組付け及び上横桁部材22の両端と左右の縦桁部材21との組付けにも同様に使用される。
【0061】
本発明による実施の形態における他の1つの付加的な特徴として、ガントリ20を構成する左右の縦桁部材21及び上下の横桁部材22,23を4部材に分離した状態においても少なくとも左右の縦桁部材21、好ましくは前記4部材の各々がが1つのガイドレールに対してベアリングブロックを介してガイドされた状態に保持され、これによりガントリ20の再組立てが上述したように容易に行え、かつ再組立て後の案内精度が分離前の高い精度に確実に再現される。
【0062】
さらに、サドル50の後端が固定フレーム15の方形窓18内に臨まないようにサドル50を短くできる場合では、別の分離方法を採用できる。この方法では、ラム60の前後ストローク端を機械的に規制する図略のストップ機構を取り外すことにより、工具主軸71を支持したラム60の組立体がサドル50の正面或いは背面から抜き出される。この後、ガントリ20の左右ストローク端を機械的に規制する図略のストップ機構を取り外し、ガントリ20をその構成4部材である左右の縦桁部材21と上下の横桁部材22,23を一体的に組立てかつサドル50をガイドした状態で、固定フレーム15の右方又は左方に抜き出すことができる。
【0063】
ガントリ20は、このようにベース10及び固定フレーム15から取り外して必要個所の点検及び修理・交換作業を行なった後、再度ベース10及び固定フレーム15に案内されるように再組み付けされる。
この分離方法は、ガントリ20を固定フレーム15の前側でガイドするようにした本発明の1つの特徴的構成とガントリ20のX方向駆動機構及び好適にはラム60のZ方向駆動機構がリニアモータにより構成した点の相乗的組合わせに基づき、容易に達成できる。
【0064】
次に、本発明による第2の実施の形態について図8を参照して説明する。この実施の形態における構成要素の参照番号は100位桁で示してあり、各構成要素はその10位桁以下の番号が前述した第1の実施の形態のものと一致する部材と同一の機能を持つ。
この実施の形態においては、ベース110の後部上面は、後方に向かって上方に傾斜するスラント面110bとして形成され、このスラント面110bの後端部からこのスラント面110bに垂直に固定フレーム115の左右の柱部材116が立設されている。
【0065】
柱部材116は、上端側に向かうに連れて前傾する形状をなし、それらの上端面においてクロスビーム117の両端下面を分離可能に固着している。クロスビーム117の前面117aは、両端の柱部材116の前面と整列するように上方に向かうに連れて前方に傾斜している。
ガントリ120は、その底面となる下横桁部材123の底面がスラント面110bと略平行となり、その上部後面となる上横桁部材122の背面122b及び左右の縦桁部材121の上部背面が上横桁部材117の前面117a及び柱部材116の上部前面と平行となっている。これにより、ガントリ120は、工作機械の正面から観るときは第1の実施の形態と同様に箱形をなすが、図8の右側面図方向から観るときは斜辺が上下方向に垂直な直角三角形に近似の形状をなしている。
【0066】
ガントリ120の下部をX方向に案内する下部ガイド手段127は、前部リニアガイド機構と後部リニアガイド機構とからなり、前部ガイド機構のベアリングブロック130は左右の縦桁部材121の前部下面に直接取付けされるが、後部ガイド機構のベアリングブロック131は下横桁部材123の下面に取付けされている。前部及び後部ガイドレール129に沿ってかつこれらの間に、下部リニアモータ135が配置され、その電磁コイルユニット135bが下横桁部材123の下面に分離可能に取付けされている。
【0067】
ガントリ120の上部をX方向に案内する単一の上部リニアガイド機構128は、そのガイドレール132がクロスビーム117の前面117aの上端縁に沿って水平に延びた状態でクロスビーム117の前面117aに固着される。
ガントリ120の上部をX方向に駆動する上部リニアモータ137は、上部リニアガイド機構128に接近した下方で磁石板ユニット137aをクロスビーム117の前面117aに取付け、電磁コイルユニット137bを上横桁部材122の背面122bに取付けている。
【0068】
ここで、下部にある前後のリニアガイド機構はスラント面110bに対して垂直に向かう方向の最大荷重F1に抗するように配置され、一方上部のリニアガイド機構128はスラント面110bと平行な方向の最大荷重F2に抗するように配置され、下部リニアガイド機構と90度異なる方向に向けられている。同様に、下部リアモータ135は下部リニアガイド機構127の最大荷重F1作用方向にガントリ120を吸引し、上部リニアモータ137は上部リニアガイド機構128の最大荷重F2作用方向にガントリ120を吸引する。
【0069】
下部及び上部リニアモータ135,137の各々の吸引方向と対応するリニアガイド機構127,128の最大荷重F1,F2の作用方向とを同一方向とし、リニアガイド機構127,128の各ガイドレール129,132の両側案内面に偏摩耗が生じないようにしている。
また、前記最大荷重F1,F2の合力Ftが後方に向かうに連れてやや下降する方向に作用するようにしてある。これにより、工具主軸171に作用する切削抵抗がガントリ120を持ち上げる傾向の連続的或いは断続的な力が作用しても、このような持ち上げ傾向の力に対してガントリ120を強固に保持でき、リニアガイド機構127,128の案内部に存在するガタがガントリ120を前後及び上下方向にふらつかせることを排除している。
【0070】
さらに、上部リニアモータ137は、下部リニアモータ135の真上に位置させ、両リニアモータ137,135をX方向と重力作用方向がなす鉛直面内でX方向に配設している。好ましくは、この鉛直面は、この面内にガントリ120の重心、好ましくはガントリ120とこれと共に上下動する組立体の重心が存在するように選択される。上下のリニアモータ137,135をガントリ120の重心を含む鉛直面内に配置することにより、X方向の移動におけるガントリ120の蛇行を確実に排除できる。
【0071】
ガントリ120の縦長方形窓内でサドル150を上下方向駆動する左右のリニアモータ157は、それらの駆動方向と直交するZ方向の中心が上下のリニアモータ137,135及びガントリ120の重心を含む前述した鉛直面内に存在するように配置されている。サドル150を上下方向に案内し駆動するその他の機構と、サドル150の方形窓内にラム160を前後方向にガイドし駆動する機構と、さらにはラム160に工具主軸171を回転できるように支持する機構は、前述した第1の実施の形態と同様であるのでこれら機構の詳細な説明は割愛する。
【0072】
また、この実施の形態の動作も第1の実施の形態で説明した通りであるので割愛するが、第1の実施の形態と第2の実施の形態の動作上の違いは、第2の実施の形態における下部リニアガイド機構127は第1の実施の形態における下部リニアガイド機構27よりもZ方向の加工反力に対しより積極的に対抗する点にある。
【0073】
上述した各実施の形態においては固定フレーム15,115に方形窓18,118を形成し、この方形窓内でサドル50,150及びラム60,160の後端部が移動可能としたが、Z方向の移動ストロークが短い形式の工作機械においては前記方形窓18,118は不要であり、前記サドル50,150やラム60,160の後端部も前記固定フレーム15,115の前側で移動可能としてもよい。
【0074】
また、上述した各実施の形態においてはガントリ20,120の下横桁部材23,123を縦桁部材21,121の平坦な下面に固着しているが、下横桁部材23,123の両端の受面23bの部分の厚み分だけ縦桁部材21,121の下面の後部に段差を設けて縦桁部材21,121の下部に配置する前後のリニアガイド機構27,127のガイドレール29,129をベース10,110上の単一平面上に敷設できるようにしてもよい。
【0075】
また、ガントリ20,120の下面を案内するガイド機構27,127をZ方向に一対のものとして設けたが、このガイド機構は必ずしも一対である必要はなく、前側のリニアガイド機構29,30(129,130)のみを設けるようにしてもよい。
前述したリニアガイド機構の各々は、各ベアリングブロックが減摩媒体としての多数のボール或いはコロなどの転動体を循環可能に保持し、これら転動体を介してガイドレール上をこのレールの長手方向のみ走行できる形式のものであるが、減摩媒体として圧力流体を使用する形式のガイド機構などの他の形式のものを使用できる。
【0076】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1に記載の発明によれば、ガントリを固定フレームの前側で第1水平方向に移動できるように配置したので、ガントリを固定フレームと前後方向に重複した関係で移動でき、ガントリの移動ストローク端が固定フレームを構成する部材に制限されず、ガントリの所要の移動ストロークを確保した上で工作機械の間口を狭くできる。またガントリを前記第1水平方向に移動させるための上部及び下部ガイド手段とガントリをこのガイド手段に沿って駆動する上部及び下部リニアモータをガントリの下面とベースの上面との間及びガントリの上部背面と固定フレームの上部前面との間に配置したので、ガントリを上下部で案内しかつ駆動する要求を満たしながら固定フレームの背丈を低くでき、正面間口を狭くできることと相俟って工作機械を小形化できる。さらに、上部及び下部リニアモータをそれら吸引力作用点がガントリの重心或いはこのガントリと共に移動する組立体の重心点を含む第1水平方向と平行な同一の鉛直面内で重心点を挟んで該重心点の両側に位置するように配置したので、ガントリを蛇行させずに円滑に移動させることができる。さらに、上部及び下部リニアモータを、各々が異なる方向に吸引力を生起し、これら吸引力の合力がガントリを後向きでかつ下向き傾向の斜め方向に固定フレームに押付けるように配置したので、工具主軸に断続的負荷が作用する場合でもベース及び固定フレームに対するガントリのその移動方向と直交する上下方向および前後方向の相対位置を不動に維持できる。
【0077】
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、ガントリの上部及び下部ガイド手段を構成するレール手段の両端を固定フレームの中央に開口する窓を超えて延ばすことにより、ガントリが移動ストロークの各端部に位置されるときの剛性を確保できる。
【0079】
請求項3に記載の発明によれば、固定フレームのクロスビームを第1水平方向と直交する第2水平方向におけるガントリの中間位置までガントリ側に張出し、この張出し部の前面に上部ガイド手段を配置したので、ガントリを上端部ではガントリの重心の上方で案内でき、ガントリを蛇行させずに第1水平方向に円滑に移動させることができる。
【0080】
好ましくは、請求項4に記載の発明のように、下部リニアモータを第2水平方向では上部ガイドレール手段の鉛直下方に配置し、また下部ガイド手段を前記下部リニアモータの前記第2水平方向における両側で第1水平方向に延びる一対のガイドレール手段により構成したので、ガントリの下部をガントリの重心の鉛直下方で第1水平方向に案内及び駆動することができ、上部ガイド手段と協働してガントリの第1水平方向における移動を一層円滑に行なうことができる。
【0081】
請求項5に記載の発明によれば、ベースの第2水平方向における後部上面に後方に向かって上方に傾斜するスラント面を形成し、固定フレームの左右の柱部材をこのスラント面上にこの面と直角に立設すると共に、柱部材の上端同士を連結するクロスビームがガントリに向かって前方に張り出すようにしたので、ガントリの上端を第1水平方向に案内及び駆動する上部ガイド手段及び上部リニアモータをガントリの重心の第2水平方向における真上に配置することができ、ガントリの上端を第1水平方向において蛇行させずに円滑にガイドし駆動できる。
【0082】
請求項6に記載の発明によれば、請求項5に記載の発明において、請求項4の発明が奏する効果を発揮させることができる。請求項7に記載の発明によれば、ガントリを左右の縦桁部材とこれら縦桁部材の上部同士及び下部同士を分離可能に結合する上横桁部材及び下横桁部材とで構成し、また下部ガイド手段のガイドレール上を走行する2つのベアリングブロックを縦桁部材の下面にそれぞれ取付けたので、ガントリを左右の縦桁部材と上下の横桁部材の4部材に分離した場合でも、左右の縦桁部材を下面に取付けたベアリングブロックを介して下部ガイド手段のガイドレール上で個々に移動可能に直立状態に保持でき、左右の縦桁部材の間隔を広げて各縦桁部材の内側面に設けたサドルのガイド手段及び駆動手段の点検及び修理・交換が容易となる。
【0083】
請求項8に記載の発明によれば、固定フレームのクロスビームを左右の柱部材から分離可能とし、またガントリの下部ガイド手段として一対のガイドレールを設け、ガントリの縦桁部材を案内するガイドレールとは別のガイドレールにガントリの下横桁部材を案内したので、ガントリを構成する左右の縦桁部材及び上下の横桁部材を点検或いは修理のために4部材に分離した場合でもこれら4部材の各々を全てガイドレールに案内させた状態に保持できる。このため、分離状態においてこれら4部材の各々とこれを案内するガイドレールとのガイド状態が分離前の状態に保持されので、点検或いは修理後の再組付けが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す平面図。
【図2】第1の実施の形態の右側面図。
【図3】図1のA−A線矢視方向から観た第1の実施の形態の正面図。
【図4】第1の実施の形態においてガントリを構成する下横桁部材の右端部を示す斜視図。
【図5】第1の実施の形態においてガントリを構成する縦桁部材と下横桁部材との結合関係を示す斜視図。
【図6】第1の実施の形態においてガントリを左右方向に案内するベアリングブロックの配置関係にサドルを上下方向に案内するベアリングブロックの配置関係を併せて示す説明図。
【図7】第1の実施の形態においてサドルを上下方向に案内するベアリングブロックの配置関係にラムを前後方向に案内するベアリングブロックの配置関係を併せて示す説明図。
【図8】図2に対応する本発明の第2の実施の形態の右側面図。
【図9】従来のリニアモータ駆動式工作機械の正面図。
【図10】図9のB−B線矢視方向の断面図。
【符号の説明】
10,110・・・ベース
15,115・・・固定フレーム
20,120・・・ガントリ
50,150・・・サドル
60,160・・・ラム
71,171・・・工具主軸
28,27,128,127・・・上部及び下部リニアガイド機構
37,35,137,135・・・上部及び下部リニアモータ
29,32,129,132・・・ガイドレール
18・・・方形窓
16,116・・・柱部材
17,117・・・クロスビーム
110b・・・スラント面
21,121・・・縦桁部材
22,122・・・上横桁部材
23,123・・・下横桁部材
30,31,33,130,131,133・・・ベアリングブロック[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a machine tool that processes a workpiece by moving a tool spindle in three directions orthogonal to the workpiece, and more particularly to a machine tool of a type in which feed of the tool spindle in at least one direction is driven by a linear motor.
[0002]
[Prior art]
This main machine tool is disclosed in JP-A-8-318445. As shown schematically in FIGS. 9 and 10, the machine tool disclosed in this published patent publication has a
[0003]
Further, the
[0004]
The linear guide mechanism that guides the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional linear motor driven machine tool, the
[0006]
Further, since the cross beam 81a of the
Further, since the lower
[0007]
Accordingly, a main object of the present invention is to increase the left-right stroke of the gantry without being restricted by the left-right stroke of the gantry due to the interference between the gantry and the column member of the fixed frame.
Another object of the present invention is to prevent the cross beam connecting the upper ends of the column members of the fixed frame from increasing the height of the machine tool, thereby reducing the size of the machine tool and increasing its rigidity.
[0008]
Another object of the present invention is that even when the pair of left and right stringers constituting the gantry are separated from each other, these stringers are held on the guide rail of the linear guide mechanism that guides the lower end of the gantry. It is to be able to maintain the state that has been made, and to perform reassembly after disassembly efficiently.
An additional object of the present invention is to constitute a guide mechanism for guiding the gantry and the saddle so that it can firmly oppose the cutting force acting on the tool spindle.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The above-mentioned problems of the present invention and the objects related thereto are solved and achieved by providing the machine tools described in the following claims. That is, the invention according to
[0010]
The invention according to claim 2 uses the upper and lower rail means as the upper and lower guide means described above, and exceeds the square window that opens both ends of the rail means in the first horizontal direction to the center of the fixed frame. Extend. As a result, the first horizontal end of the gantry can be moved to the front side of the left and right column members of the fixed frame, and the support rigidity of the gantry in this state is the same as when the gantry is at the center in the left-right direction. Highly maintainable.
[0012]
Claim3According to the invention described above, the front end of the cross beam of the fixed frame is extended to the vicinity of the middle position of the width in the front-rear direction of the gantry so that the upper rail means and the upper linear motor can be arranged at the middle position in the front-rear direction of the gantry. Claim4The lower linear motor is arranged vertically below the upper rail means and the upper linear motor, the lower rail means is two rails extending in the first horizontal direction, and these rails are used as the lower linear motor. It arrange | positions on the both sides of the lower linear motor in the said front-back direction in the state put in between.
[0013]
Claim5The slant surface which inclines upwards toward back is formed in the base of description. The column members at both ends in the first horizontal direction of the fixed frame are tilted forward so that the upper ends project forward toward the gantry side. The lower surface and upper rear surface of the gantry are formed in parallel with the slant surface portion and the column member, respectively. Claim6The invention described in claim5The lower linear motor is disposed vertically below the upper rail means between the slant surface of the base and the lower surface of the gantry parallel to the slant surface, and the lower rail means has the lower linear motor interposed therebetween. A pair of guide rails fixed on the slant surface of the base in the state and spaced apart in the second horizontal direction.
[0014]
Claim7In the invention described in, the gantry is composed of a pair of left and right string members, and four members composed of a lower and upper beam members that detachably connect the lower end portions and the upper end portions of the string members. . Even when at least a pair of bearing blocks constituting the lower guide means are directly attached to the lower surface of the stringer member and the stringer members are separated, the stringer member runs on the guide rails of the lower guide means via these bearing blocks. It can be so.
[0015]
Claim8According to the present invention, the cross beam of the fixed frame can be separated from the left and right column members, a pair of guide rails are provided as the lower guide rails of the gantry, and the guide rails separate from the guide rails that guide the stringers of the gantry Even when the left and right vertical girder members and the upper and lower horizontal girder members constituting the gantry are separated into four members for inspection or repair / replacement, each of these four members is It is made to maintain the state guided by one guide rail.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
1 to 3 show a plan view, a right side view, and a front view, respectively, of a first embodiment of a linear motor driven machine tool according to the present invention. The machine tool according to the present embodiment is guided by the
[0017]
A work table 11 is supported by a
[0018]
This rotary indexing mechanism may be configured such that the work table 11 is indexed in four planes every 90 degrees around a vertical axis, but can be set at an arbitrary angular position by a servo motor NC-controlled by a numerical control device (not shown). An indexable form may be used. Further, the
[0019]
A fixed
[0020]
On the front side of the fixed
[0021]
More specifically, the lower
[0022]
The lower end portion of each
[0023]
The upper end portions of the
[0024]
A
[0025]
The pair of front bearing blocks 30 are directly attached to the front sides of the lower surfaces of the
The left and right bearing blocks 31 on the rear side are attached to the lower surface of each
[0026]
Here, because the
The
[0027]
For the same purpose, the upper
[0028]
One of the features of the embodiment according to the present invention is that the fixed
[0029]
As another feature of the embodiment according to the present invention, the
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
On the other hand, the upper
These
[0033]
As another feature of the embodiment according to the present invention, the upper and lower
[0034]
Similarly, a box-shaped
[0035]
The pair of left and right guide rails 55 constituting the
[0036]
As one of the additional features in the embodiment according to the present invention, as shown in the mechanism diagram of FIG. 6, when viewed from the right side view direction of FIG. A line connecting one
[0037]
As shown by a broken line in FIG. 2, the feeding means for feeding the
[0038]
The
[0039]
Guide means for guiding the
[0040]
The feature of the longitudinal (Z) direction guide means of the
[0041]
As another additional feature in the embodiment according to the present invention, as shown in the mechanism diagram of FIG. 7, when viewed from the right side view direction of FIG. 2, the arrangement of the upper and lower bearing blocks 65 and 66 is as follows. The line connecting them forms a right triangle, and has a structure having high rigidity against the machining resistance acting on the
An electric
[0042]
The
[0043]
The
The operation of the first embodiment configured as described above will be described.
[0044]
The work W is mounted on the work table 11 via an appropriate jig. The NC device (not shown) rotates the
[0045]
Here, when the tool T is a drill, the NC device drives the
[0046]
In parallel with this positioning operation or after this positioning operation, the NC device drives the
[0047]
After making the drill T concentric with the hole position to be machined, the NC device drives the
[0048]
When one hole is finished, the
[0049]
When the tool T is for milling, for example, a milling cutter or an end mill, the
[0050]
In this case, a large cutting resistance acts on the
[0051]
Next, the separation and reassembly operation of the four members constituting the
[0052]
The separation operation of the
[0053]
Next, the
[0054]
Next, the bolts inserted in the
[0055]
Accordingly, each of the left and
[0056]
Further, inspecting and exchanging the lower
[0057]
In this state, the lower
[0058]
After the inspection and repair / replacement as necessary, as described above, the assembly comprising the
[0059]
After the
[0060]
Although the explanation is omitted, since the assembly of the left and right
[0061]
Another additional feature of the embodiment according to the present invention is that at least the left and right
[0062]
Furthermore, when the
[0063]
The
In this separation method, one characteristic configuration of the present invention in which the
[0064]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The reference numerals of the constituent elements in this embodiment are shown in the 100th digit, and each constituent element has the same function as the member whose number in the tenth digit or less matches that in the first embodiment described above. Have.
In this embodiment, the upper surface of the rear portion of the
[0065]
The
In the
[0066]
The lower guide means 127 for guiding the lower part of the
[0067]
A single upper
The upper
[0068]
Here, the front and rear linear guide mechanisms in the lower part are arranged so as to resist the maximum load F1 in a direction perpendicular to the slant surface 110b, while the upper
[0069]
The suction directions of the lower and upper
Further, the resultant force Ft of the maximum loads F1 and F2 acts in a direction that slightly decreases as it goes rearward. As a result, even if the cutting force acting on the
[0070]
Further, the upper
[0071]
The left and right
[0072]
Also, since the operation of this embodiment is the same as described in the first embodiment, it will be omitted, but the difference in operation between the first embodiment and the second embodiment is the second embodiment. The lower
[0073]
In each of the embodiments described above, the
[0074]
In the above-described embodiments, the lower
[0075]
Further, although the
In each of the linear guide mechanisms described above, each bearing block holds a large number of rolling elements such as balls or rollers as an antifriction medium so that they can circulate, and only the longitudinal direction of the rails on the guide rails via these rolling elements. Other types can be used, such as a guide mechanism that uses a pressure fluid as the anti-friction medium, although it is of a type that can run.
[0076]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, the gantry is arranged so as to be movable in the first horizontal direction on the front side of the fixed frame, so that the gantry overlaps with the fixed frame in the front-rear direction. The moving stroke end of the gantry is not limited to the members constituting the fixed frame, and the front end of the machine tool can be narrowed while ensuring the required moving stroke of the gantry. Upper and lower guide means for moving the gantry in the first horizontal direction and upper and lower linear motors for driving the gantry along the guide means are provided between the lower surface of the gantry and the upper surface of the base, and the upper rear surface of the gantry. And the upper front surface of the fixed frame, the height of the fixed frame can be reduced while satisfying the requirements for guiding and driving the gantry from the top and bottom, and the front opening can be narrowed to make the machine tool small. Can be Further, the upper and lower linear motors are moved in the same vertical plane parallel to the first horizontal direction including the gravity center of the gantry or the gravity center of the assembly that moves together with the gantry.Located on both sides of the barycentric point across the barycentric pointThus, the gantry can be moved smoothly without meandering.In addition, the upper and lower linear motors are arranged so that each generates a suction force in different directions, and the resultant force of these suction forces presses the gantry against the fixed frame in a rearward and diagonal direction. Even when an intermittent load is applied to the gantry, the relative positions of the gantry relative to the base and the fixed frame in the vertical direction and the front-rear direction perpendicular to the moving direction can be maintained immovable.
[0077]
Preferably, as in the invention described in claim 2, by extending both ends of the rail means constituting the upper and lower guide means of the gantry beyond the window opening in the center of the fixed frame, the gantry is moved in each of the moving strokes. Ensures rigidity when positioned at the endit can.
[0079]
Claim3According to the invention described in the above, since the cross beam of the fixed frame is projected to the gantry side up to the middle position of the gantry in the second horizontal direction orthogonal to the first horizontal direction, and the upper guide means is disposed on the front surface of the projecting portion. The gantry can be guided at the upper end above the center of gravity of the gantry and can be smoothly moved in the first horizontal direction without meandering.
[0080]
Preferably, the claim4In the second horizontal direction, the lower linear motor is disposed vertically below the upper guide rail means, and the lower guide means is disposed on both sides of the lower linear motor in the second horizontal direction. The lower part of the gantry can be guided and driven in the first horizontal direction vertically below the center of gravity of the gantry, and the first horizontal direction of the gantry can cooperate with the upper guide means. Can be moved more smoothly.
[0081]
Claim5According to the invention described above, the slant surface inclined upward rearward is formed on the rear upper surface in the second horizontal direction of the base, and the left and right column members of the fixed frame are perpendicular to the surface on the slant surface. Since the cross beam connecting the upper ends of the column members projects forward toward the gantry, the upper guide means and the upper linear motor for guiding and driving the upper end of the gantry in the first horizontal direction are provided. The gantry can be disposed directly above the center of gravity in the second horizontal direction, and can smoothly guide and drive the upper end of the gantry without meandering in the first horizontal direction.
[0082]
Claim6According to the invention described in claim5In the invention described in
[0083]
Claim8According to the present invention, the cross beam of the fixed frame can be separated from the left and right column members, and a pair of guide rails are provided as lower guide means of the gantry, separate from the guide rails for guiding the gantry stringer members. Since the lower girder members of the gantry are guided to the guide rails of the left and right, even when the left and right vertical girder members and the upper and lower girder members constituting the gantry are separated into four members for inspection or repair, All can be kept guided by the guide rail. For this reason, in the separated state, the guide state of each of these four members and the guide rail that guides the four members is maintained in the state before the separation, so that reassembly after inspection or repair is facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a right side view of the first embodiment.
FIG. 3 is a front view of the first embodiment viewed from the direction of arrows AA in FIG. 1;
FIG. 4 is a perspective view showing a right end portion of a lower cross beam member constituting the gantry in the first embodiment.
FIG. 5 is a perspective view showing a coupling relationship between a stringer member and a lower beam member constituting the gantry in the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory view showing the arrangement relationship of bearing blocks for guiding the saddle in the vertical direction in addition to the arrangement relationship of bearing blocks for guiding the gantry in the left-right direction in the first embodiment.
FIG. 7 is an explanatory view showing the arrangement relationship of bearing blocks for guiding the ram in the front-rear direction together with the arrangement relationship of bearing blocks for guiding the saddle in the vertical direction in the first embodiment.
8 is a right side view of the second embodiment of the present invention corresponding to FIG. 2; FIG.
FIG. 9 is a front view of a conventional linear motor driven machine tool.
10 is a cross-sectional view in the direction of arrows BB in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
10, 110 ... Base
15, 115 ... fixed frame
20, 120 ... Gantry
50,150 ... saddle
60, 160 ... ram
71,171 ... Tool spindle
28, 27, 128, 127 ... upper and lower linear guide mechanisms
37, 35, 137, 135 ... Upper and lower linear motors
29, 32, 129, 132 ... guide rails
18 ... Square window
16, 116 ... pillar member
17, 117 ... Cross beam
110b ... Slant surface
21, 121 ... string member
22, 122 ... Upper cross girder member
23, 123 ... Lower girder members
30, 31, 33, 130, 131, 133 ... bearing block
Claims (8)
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