CN110325321A - 机床 - Google Patents

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Abstract

一种机床，该机床(100)具有将刀具(T)安装在前端的主轴(152)；旋转支承主轴的主轴头(120)；使主轴和安装工件的工作台(122)相对地移动的正交3轴方向的直线进给轴；以及可变更主轴的旋转轴线(O)的方向的旋转进给轴，其中，具备旋转轴进给装置(118)和主轴头基座(112)，该旋转轴进给装置(118)使主轴头绕倾斜轴线(OI)旋转，该倾斜轴线(OI)与直线进给轴的任一个均不平行，且与主轴的旋转轴线交叉；该主轴头基座(112)以主轴的旋转轴线和倾斜轴线的交点与确定在主轴的前端侧的基准点(PR)一致的方式将主轴头支承成可旋转。

Description

机床
技术领域
本发明涉及一种使主轴头绕与正交3轴方向的直线进给轴中的任一个均不平行的倾斜轴线进行旋转进给的机床。
背景技术
在机床的领域中，有如下的多轴控制的机床，该机床具有将刀具安装在前端的主轴；将上述主轴支承成绕旋转轴线旋转的主轴头；使上述主轴和安装工件的工作台相对地移动的正交3轴方向的直线进给轴；以及可变更上述主轴的旋转轴线的方向的旋转进给轴，在将工件固定在工作台上后，能够不从工作台拆下地对该工件进行各种加工。
在专利文献1中，公开了如下的机床，该机床可将主轴的方向转位到3个相互正交的方向，在该机床中具有主轴头，该主轴头能够将主轴定位与在2个方向的水平位置及铅直位置对应的间隔120°的3个位置。另外，在专利文献2中，公开了如下的机床，该机床具有主轴壳体，该主轴壳体将主轴头可绕水平轴线旋转地安装在水平滑块上，在该主轴壳体的下端部安装了可绕与上述水平轴不同的其它的水平轴线旋转的叉头。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭58-077428号公报
专利文献2：日本特开2005-527387号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的机床中，存在如下的问题：由于只能将主轴头绕倾斜轴线b在间隔120°的3个位置定位，所以只能将主轴转位到水平的2个方向及铅直方向的相互正交的3个方向，不能进行使刀具从工件的下面朝上突出地加工工件的根切。
在专利文献2的机床中，存在如下的问题：在进行根切时，因为叉头15将主轴壳体13配置在刀具的上方，所以需要避免主轴壳体与工件的干涉，因此必须使用长的刀具。因此，存在刀具挠曲或者倒下而加工误差变大的问题。另外，由于叉头的旋转中心位置离开了刀具，所以使用叉头的旋转定位误差与从叉头的旋转中心到刀具前端的距离成比例，也就是说，也产生在刀具前端以杆比变大的问题。
本发明以解决这样的现有技术的问题为技术课题，其目的是提供一种如下的机床，该机床即使不像专利文献2的机床的那样使用长的刀具，也可高精度地进行根切。
为了解决课题的手段
为了达到上述目的，根据本发明，提供一种机床，该机床具有将刀具安装在前端的主轴；将上述主轴支承成绕旋转轴线旋转的主轴头；使上述主轴和安装工件的工作台相对地移动的正交3轴方向的直线进给轴；以及可变更上述主轴的旋转轴线的方向的旋转进给轴，其中，具备旋转轴进给装置和主轴头基座，该旋转轴进给装置使上述主轴头绕倾斜轴线旋转，该倾斜轴线与上述直线进给轴的任一个均不平行，且与上述主轴的旋转轴线交叉；该主轴头基座以上述主轴的旋转轴线和上述倾斜轴线的交点与确定在上述主轴的前端侧的基准点一致的方式将上述主轴头支承成可旋转。
发明的效果
根据本发明，由于能够进行使刀具从工件的下面朝上突出地加工工件的根切，并且以倾斜轴线在确定在主轴的前端侧的基准点与主轴的旋转轴线交叉的方式将主轴头支承在主轴头基座上，所以机床能够不依靠以上述倾斜轴线为中心的旋转位置地进行加工精度高的各种加工。这是因为，改变主轴头的姿势的旋回中心位于主轴的前端侧，不容易产生主轴头与工件的干涉，可使用短的刀具，刀具的合成度高，且改变刀具的姿势的旋回中心与刀具前端的距离也变短，主轴头的旋转定位误差即使在刀具前端也不变得太大。
附图说明
图1是本发明的优选的实施方式的机床的立体图。
图2是表示图1的机床的主轴头基座、A轴旋转进给装置、主轴头的局部放大立体图。
图3是表示在图1中在箭头线III的方向观察的主轴头基座、A轴旋转进给装置及主轴头的局部放大侧视图。
图4是将A轴旋转进给装置的一部分剖开表示的局部剖切立体图。
图5是表示在图1中在箭头线III的方向观察的A轴旋转进给装置及处于水平位置的主轴头的局部放大侧视图。
图6是表示在图1中在箭头线VI的方向观察的A轴旋转进给装置及处于水平位置的主轴头的局部放大侧视图。
图7是表示在图1中在箭头线VII的方向观察的A轴旋转进给装置及处于水平位置的主轴头的局部放大主视图。
图8是表示在图1中在箭头线III的方向观察的A轴旋转进给装置及处于铅直位置的主轴头的局部放大侧视图。
图9是表示在图1中在箭头线III的方向观察的A轴旋转进给装置及处于根切位置的主轴头的局部放大侧视图。
图10是与刀具保持架一起表示的主轴前端部分的局部剖视图，是用于说明基座点的图。
图11是与图10不同的刀具保持架一起表示的主轴前端部分的局部剖视图，是用于说明基座点的图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
下面，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。
参照图1～3，本发明的优选的实施方式的机床100构成了由NC装置(未图示)控制的5轴加工中心，具备作为被设置在工厂的地板面上的床身102；被设置成在床身102的前方部分的上面中可在前后方向或者Z轴方向移动，并可装卸地安装将工件(未图示)固定的托盘P的工作台122；被设置成在床身102的后端侧可在左右方向或者X轴方向移动的立柱104；在该立柱104的前面中可在上下方向方向或者Y轴方向移动地设置的主轴头基座112；安装在主轴头基座112上，将主轴152支承成可旋转的主轴头120。
工作台122被设置成可沿在床身102的上面中在水平的Z轴方向延伸设置的一对Z轴导轨(未图示)往复动，在床身102中，作为沿Z轴导轨往复驱动工作台122的Z轴进给装置，设置了在Z轴方向延伸设置的滚珠丝杠(未图示)和与该滚珠丝杠的一端连结的Z轴伺服马达124，在工作台122上，安装了与上述滚珠丝杠卡合的螺母(未图示)。另外，机床10可以具有测定工作台122的Z轴方向的坐标位置的Z轴刻度尺(未图示)。进而，工作台122构成了绕铅直轴线旋转进给被安装的托盘P的B轴进给装置。
在床身102的前方，能够配设将托盘P在与工作台122进行交换的自动托盘交换装置126。另外，在床身102的侧部，能够配设保持多个刀具的刀具库128。在刀具库128中，能够配设在刀具库128和主轴152之间在将刀具安装在刀具保持架上的状态下进行交换的自动刀具交换装置(未图示)。
立柱104被设置成可沿在床身102的后端部分中在X轴方向延伸设置的一对X轴导轨106往复动。在立柱104的下端部，安装了可在X轴导轨106上滑动的导块104a。在床身102上，作为沿X轴导轨106往复驱动立柱104的X轴进给装置，设置了在X轴方向延伸设置的X轴滚珠丝杠108；和与X轴滚珠螺杆108的一端连结的X轴伺服马达(未图示)。在X轴滚珠丝杠108上，安装了与上述滚珠丝杠卡合的螺母(未图示)。另外，机床100可以具有测定X轴滑块104的X轴方向的坐标位置的X轴刻度尺(未图示)。
主轴头基座112被设置成可沿在立柱104的前面中在Y轴方向(在图1中是上下方向)延伸设置的一对Y轴导轨110往复动。在主轴头基座112的背面上，安装了可在Y轴导轨110上滑动的导块112a。在立柱104上，作为沿沿Y轴导轨110往复驱动主轴头基座112的Y轴进给装置，设置了在Y轴方向延伸设置的Y轴滚珠丝杠114；和与Y轴滚珠丝杠114的一端连结的Y轴伺服马达116，在主轴头基座112上，安装了与Y轴滚珠丝杠114卡合的螺母(未图示)。另外，机床100可以具有测定主轴头基座112的Y轴方向的坐标位置的Y轴刻度尺(未图示)。
在主轴头基座112上，经倾斜轴旋转进给装置或者A轴进给装置118安装了主轴头120。参照图4，A轴进给装置118具有空心状的壳体130。在壳体130的下端部，经轴承146以倾斜轴线OI为中心可转动地安装了A轴旋回基座136。在壳体130内，作为固定部的法兰138从壳体130的内周面向半径方向内侧伸出，A轴转轴140经轴承148可转动地被支承在该法兰138上。A轴转轴140在其下端部与A轴旋回基座136结合。A轴转轴140在其上端部由螺母142固定，以便不从法兰138在轴方向移动。另外，在壳体130中，为了旋转驱动A轴旋回基座136，内置了由定子132和转子134构成的A轴伺服马达。另外，A轴进给装置118可以具有旋转编码器(未图示)，该旋转编码器测定作为A轴旋回基座136的绕倾斜轴线OI的旋转角度位置的A轴坐标。
在A轴旋回基座136上安装了主轴头120。在本实施方式中，主轴头120的壳体150与A轴旋回基座136一体地形成。主轴头120将沿旋转轴线O延伸的主轴152支承成可以旋转轴线O为中心旋转。主轴头120具有与以往公知的通常的主轴头同样的结构，具备旋转支承主轴152的轴承(未图示)；旋转驱动主轴152的伺服马达(未图示)；将安装在形成于主轴152的前端的锥孔152a中的刀具保持架TH(参照图10、11)夹紧的由拉杆及夹头构成的夹紧装置(未图示)；将拉杆推出而将被夹紧了的刀具保持架TH松开的松开装置(未图示)等。
在本发明中，主轴头120以A轴旋转进给装置118的倾斜轴线OI与主轴152的旋转轴线O交叉的方式安装在A轴旋转进给装置118上。特别是，主轴头120以倾斜轴线OI和旋转轴线O的交点PO与主轴152的前端部的基准点PR一致的方式定向，并安装在A轴进给装置118上。
参照图10、11，对基准点PR进一步详细地说明。
图10表示由ISO 7388规定的那样的具有7/24锥度的柄形状的刀具保持架TH1，作为7/24锥度的柄形状，包括BT(日本标准锥度，瓶锥)柄、NT(德国标准锥度)柄。在此情况下，将规线LG和旋转轴线O的交点作为基准点PR。当将具有7/24锥度的柄形状S1的刀具保持架TH1安装在主轴152的锥孔152a中时，刀具T的轴方向的长度(刀具长度)由从规线LG到刀具T的前端的长度规定。规线LG取决于柄形状的精度，但通常设定在距主轴152的端面152b为δ＝0.1～0.2mm的位置。在具有7/24锥度的柄形状S1的刀具保持架TH1情况下，将倾斜轴线OI和旋转轴线O的交点PO作为规线LG上的基准点PR。
图11表示由ISO 12164规定的那样的具有1/10锥度的空心柄形状S2的刀具保持架TH2。作为1/10锥度的空心柄形状S2，包括具有法兰接触面(后面)160的HSK柄。在此情况下，由于刀具保持架TH2的法兰后面160与主轴152的端面152b紧密接触，所以安装在刀具保持架TH2上的刀具的长度由从法兰后面160到刀具T的前端的长度规定。在具有1/10锥度的空心柄形状S2的刀具保持架TH2的情况下，将主轴152的端面152b与旋转轴线O的交点作为基准点PR。
也就是说，在本发明中，在具有7/24锥度的柄形状S1的刀具保持架TH1的情况下和在具有1/10锥度的空心柄形状的刀具保持架TH2的情况下，基准点PR都是用于设定刀具长度的基准点或者原点，同时也是机床100的机械坐标系的基准点。机床100的NC装置(未图示)基于基准点PR的坐标控制X轴、Y轴、Z轴的进给轴。
在本实施方式中，如图4所示，倾斜轴线OI与旋转轴线O之间的角度α为51.15°。此外，如图5至7所示，将旋转轴线O与Z轴平行、主轴头120成为水平位置H的位置作为A轴旋转进给装置118的原点位置。当A轴进给装置118处于原点位置时，A轴的坐标成为0°。当A轴进给装置118处于原点位置时，倾斜轴线OI如图7所示相对于X轴在角度β＝32.09°的方向延伸。也就是说，在作为一例表示的实施方式中，倾斜轴线OI相对于Z轴在角度α＝51.15°的方向延伸，且相对于X轴在角度β＝32.09°的方向延伸。由此，A轴进给装置118可在图8所示的铅直位置和图9所示的根切位置之间，包括图5～7所示的水平位置在内，以倾斜轴线OI为中心将主轴头120定位在任意的旋转角度位置。在铅直位置，将主轴152的端面152b朝向下方，旋转轴线O相对于水平面成为90°。此时，在作为一例表示的实施方式中，作为以倾斜轴线OI为中心的旋转角度位置的A轴的坐标是113.2°。在根切位置，将主轴152的端面152b朝上，旋转轴线O与水平位置H之间的角度γ最大成为25.8°。此时，作为以倾斜轴线OI为中心的旋转角度位置的A轴的坐标是-66.8°。
在本实施方式中，由于以倾斜轴线OI在基准点PR与旋转轴线O交叉的方式将主轴头120相对于A轴进给装置118定向地可旋转地安装在A轴进给装置118上，所以机床100可以不依赖于A轴旋转进给装置的坐标地不使加工精度降低地加工工件。
也就是说，由于A轴旋转进给动作可以看作是主轴头以主轴前端中心附近为中心改变姿势的旋回动作，所以在本实施方式中，使倾斜轴线OI和刀具前端的加工点的距离变短，使杆比尽可能变小，防止与A轴转位误差相伴的加工精度的降低。进而，在本实施方式中，与A轴旋转进给相伴的主轴头周围的构造物的旋回动作变得紧凑，抑制机械的行程的增加，也不容易产生主轴头与工件的干涉。另外，本实施方式与以往的叉头比较，在主轴为铅直向下的姿势时，能够大地获取从托盘上面到主轴前端面的距离，并也可以应对个头高的工件的面加工。另外，在本实施方式中，对倾斜轴线OI和主轴的旋转轴线O的交点PO与刀具长度的基准点PR一致的情况进行了说明，但也可以构成为以刀具前端侧的主轴旋转轴线O上的任意确定的点为基准点，此基准点成为倾斜轴线OI和主轴的旋转轴线O的交点。
符号的说明：
100：机床
102：床身
104：立柱
112：主轴头基座
118：A轴旋转进给装置
120：主轴头
122：工作台
136：A轴旋回基座
152：主轴。

Claims (6)

1.一种机床，该机床具有将刀具安装在前端的主轴；将上述主轴支承成绕旋转轴线旋转的主轴头；使上述主轴和安装工件的工作台相对地移动的正交3轴方向的直线进给轴；以及可变更上述主轴的旋转轴线的方向的旋转进给轴，其特征在于，具备旋转轴进给装置和主轴头基座，
该旋转轴进给装置使上述主轴头绕倾斜轴线旋转，该倾斜轴线与上述直线进给轴的任一个均不平行，且与上述主轴的旋转轴线交叉；
该主轴头基座以上述主轴的旋转轴线和上述倾斜轴线的交点与确定在上述主轴的前端侧的基准点一致的方式将上述主轴头支承成可旋转。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，上述基准点是安装在上述主轴的前端的刀具的轴方向的长度的基准点。
3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，上述基准点是上述机床的机械坐标系的基准点。
4.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，上述主轴头基座可在上述正交3轴方向的至少2轴方向相对于上述工作台进行相对移动。
5.根据权利要求4所述的机床，其特征在于，还具备床身、工作台和立柱，
该床身成为被设置在地板面上的基台；
该工作台被设置成在该床身的上面的前方部分中可在水平前后方向移动，将工件固定；
该立柱在上述床身的上面的后方部分中可在相对于作为上述工作台的移动方向的水平前后方向垂直的水平左右方向移动，
上述主轴头基座被安装成在上述立柱的前面中可在铅直方向进行往复移动。
6.根据权利要求5所述的机床，其特征在于，上述工作台可绕在铅直方向延伸的轴线旋转进给工件。
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