JP2001198747A - 旋回座標式工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具と工作物を相対移動する複雑な直線ガイ
ド機構が持つ種々の問題を少なくでき、構造が簡単で製
作が容易な低コスト工作機械を提供する。 【解決手段】 第１軸１６の周りに旋回割出可能な第１
揺動体１４に主軸ヘッド２４を第１軸１６と平行な方向
に送り可能に設け、第１軸１６と平行な第２軸１７の周
りに旋回割出可能な第２揺動体１５に工作物取付治具３
０を設ける。サーボモータ２１と２２により第１及び第
２揺動体１４，１５を旋回割出し、主軸ヘッド２４上で
駆動モータ２８により回転される主軸２７と治具３０に
固定した図略の工作物の任意の加工箇所とを主軸２７の
旋回軌跡上で同芯に整合し、その後送りモータ２６の動
作により主軸ヘッド２４を進退送りして工具Ｔにより工
作物を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作物と工具とを
相対送りして工作物を加工する工作機械に関し、好適に
は、工作物上の加工箇所に対して工具を位置決めした後
にこの工具を軸方向に切り込みしてセンタリング、穴明
け加工、タップ加工、リーマ加工等を施すようにした切
削工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のマシニングセンタ等の切削工作機
械においては、工作物を支持するワークテーブルと工具
を装着する主軸を回転自在に支持する主軸ヘッドとは、
互いに直交する３つの運動軸、つまりＸ軸、Ｙ軸及びＺ
軸に沿って相対的に直線運動するように構成されてい
る。この直線運動を可能とするため、前記３つの運動軸
は直線式のスライドやガイドレールにより構成されてい
た。また、ロボットのような多くの関節を持った構成の
工作機械も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】各制御軸が直線運動す
る従来の工作機械では、直線スライド面を持っているた
め、製造時においてスライド面又は転がり面の品質を確
保するのに時間と費用がかかり、工作機械の製造コスト
を上昇する原因となっていた。又、ワークと工具主軸が
衝突するような異常が発生した場合や、長期使用により
スライド面が磨耗した場合には、直線運動性能を再現す
る必要があり、このような修復作業においても、長い修
理時間や高価な修理費用を必要としていた。さらに、直
線案内機構を構成する部品の点数が多いため機構が複雑
となり、このような構成の複雑さが機械の価格を高くす
る要因となっていた。

【０００４】また、ロボットのような多くの関節を持っ
た構成の工作機械では、機構の自由度が大きく柔軟性が
あるが、加工抵抗に対抗する機械剛性が小さく、軽微な
切削力を伴う加工には適しているものの、重切削を必要
とする鉄系材料の加工に使用することは、事実上不可能
であった。特に、産業ロボットを利用する加工機械のよ
うに工作物と工具主軸との間の送り系に複数の関節機構
を配置した工作機械では、1段目の関節の剛性は容易に
大きくできるが、2段目以降の関節の剛性を大きくする
ことが困難であるため、機械系全体に大きな剛性を確保
することが不可能であった。

【０００５】従って、本発明の主たる目的は、直線案内
機構の使用を減少して直線性の品質確保に伴う困難性を
緩和し、かつ構成部品点数の削減により安価に製作で
き、その上主軸の軸方向の加工抵抗に対しては大きな抗
力を発揮できる構成の工作機械を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明によれば、主軸の軸線と直交す
る面内での工作物と主軸の相対運動は、主軸を支持する
第１揺動体と工作物を支持する第２揺動体の旋回運動に
より与えるえようにし、主軸の軸線方向に沿って主軸先
端の工具を工作物の加工面に対し切込み送りする運動は
第１揺動体上で直線ガイドを介して与えように構成し
た。工作物上の任意の１つの加工箇所と主軸とを同芯に
整合する運動は、前記主軸の軸線と平行な第１軸及び第
２軸の周りに第１及び第２揺動体をそれぞれ旋回割出す
ることにより与えられ、前記加工箇所と前記主軸とを整
合した状態において第１揺動体上で前記主軸を軸方向移
動することにより工具は工作物に対し切り込み送りされ
る。

【０００７】この切り込み送りにおいて主軸に作用する
加工抵抗は、第１及び第２揺動体に分散して作用し、こ
れら第１及び第２揺動体のスラスト軸受部により強固に
受け止められる。また、工作物上の任意の１つの加工箇
所と主軸とを同芯にする運動は、第１及び第２揺動体の
旋回運動の組み合わせにより与えられるため、短時間内
に終了でき、工具と工作物とが接触しない非加工時間が
短縮される。

【０００８】好適な実施の形態として請求項２に記載さ
れる発明は、前記第1及び第2揺動体を旋回支持する第1
軸及び第2軸が直角三角形の直角部以外の２点位置を取
るように配置し、かつ第1軸に対する主軸の偏芯距離と
第２軸に対する揺動体上の工作物取り付け領域の中心部
の偏芯距離を前記直角三角形の直角部近辺にて加工を遂
行できるように設定した。加工が直角三角形の直角部近
辺にて行われるように構成することにより、工作物上の
任意の加工箇所と主軸軸線との整合は、前記第1及び第2
揺動体の小さな旋回動作により達成される。

【０００９】さらに好適な実施の形態として、請求項３
に記載される発明では、前記主軸、第1及び第2軸を重力
方向に直立するように配置し、前記第2揺動体が工作物
を前記主軸よりも下方位置において工作物の下面を支え
るように構成した。加工動作中、加工抵抗は、一方にお
いて主軸を介して第1揺動体を上方に突き上げるように
作用し、他方において第2揺動体を下方に押し下げるよ
うに作用する。第1揺動体及び第2揺動体のスラスト支持
部の剛性を大きく設計することにより、第1及び第2揺動
体が加工抵抗に強固に対抗する。

【００１０】別の好適な実施の形態として、請求項４に
記載の発明では、請求項１における前記主軸と第1及び
第2軸を水平に配置し、第1及び第2揺動体が垂直面内で
旋回するようにし、また前記第2揺動体が工作物の垂直
の１つの加工面を工具主軸に向けるように工作物を支持
するように構成した。

【００１１】主軸ヘッドを支持する第1揺動体と工作物
を支持する第2揺動体は、共に垂直面内で旋回されて工
作物の加工面上の任意の加工個所を主軸ヘッド上の回転
主軸と整合する。この整合動作の後、主軸ヘッドが第1
揺動体上で工作物に向かって前進され、主軸先端の工具
により前記任意の加工個所を加工する。この場合、加工
抵抗は、第1及び第2揺動体において第1及び第2軸の軸方
向に作用する。この方向におけるこれら揺動体のスラス
ト受け部の剛性を大きく設計することにより、第1及び
第2揺動体が加工抵抗に強固に対抗する。

【００１２】請求項４の発明の変形例としての請求項５
の発明では、起立位置にある第2揺動体の頂面に工作物
が取り付けられ、この起立位置近辺で工作物上の任意の
加工個所と主軸軸線とが整合され、その後主軸ヘッドが
前進して工具が工作物に切り込まれ、加工が行われる。
加工動作は第２揺動体が起立位置近辺に在る状態で行わ
れるので、第２揺動体に作用する旋回モーメントの変動
が小さく、第２揺動体は高精度に割り出し可能となる。

【００１３】さらに好適な実施の形態としての請求項６
の発明では、請求項１〜５の何れか１の発明において、
多数の工具を主軸と平行に取り外し可能に貯蔵する工具
マガジンを工具交換位置に配置する。また、第1揺動体
を第1軸の周りに定義される加工位置と交換位置との間
で旋回可能とする。主軸上の使用済み工具をマガジン上
の工具と交換するとき、第1揺動体は交換位置まで旋回
し、工具マガジン内に使用済み工具を返却してからマガ
ジン上の別の工具を主軸の先端に装着する。使用済み工
具の返却及び新工具の取り出しは、第1揺動体の旋回動
作、第1揺動体上での主軸ヘッドの進退及び工具マガジ
ンの割出動作を組み合わせて行うようにする。

【００１４】第1揺動体の加工位置から工具交換位置へ
の移動は、加工位置で主軸が描く単一の旋回動作軌跡の
延長線に沿う運動となるので、工具交換位置と加工位置
との間の主軸ヘッドの往復所要時間が短縮され、所謂チ
ップ・ツー・チップ（ｃｈｉｐ−ｔｏ−ｃｈｉｐ）時間
が短くなる。なお、本願発明における「主軸ヘッド」と
は、第１揺動体１４上において主軸を回転支持して工作
物に対し切込み送りされる部材を意味し、所論ラム式主
軸切込み機構のラム部材も包含するものである。

【００１５】

【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。図１は、本発明の第1の実施の形
態を縦形主軸を持った縦形工作機械として示す。ベッド
１０上には、上方から見て大略Ｌ字形のコラム１１が直
立され、このコラム１１の機械正面から見て手前側には
工作物支持機構部１２が配置され、奥側には主軸支持機
構部１３が配置されている。これら機構部１３及び１２
は、それぞれ主軸ヘッド支持体として機能する第1揺動
体１４及びワーク支持体としての第2揺動体１５を第1軸
１６及び第2軸１７を介して旋回可能に支持している。
第1揺動体１４の上下端部をスラスト方向に案内するス
ラスト受部１１ａ、１１ｂと第2揺動体１５の上下端部
をスラスト方向に案内するスラスト受部１１ｃ、１１ｄ
がコラム１１から突出している。

【００１６】第1軸１６と第2軸１７は、第1揺動体１４
と第2揺動体１５にそれぞれ一体回転結合され、これら
第1揺動体１４と第2揺動体１５を一体的に旋回割出する
ために各々の上端部においてサーボモータ２１、２２に
直結されている。これら直結のモータの代わりに、ボール
ネジ機構を使用して旋回運動を行わせる旋回駆動機構を
採用できる。図例の直結の場合は、剛性を持たせるため
に減速機を介在させる構成とすることもある。

【００１７】この実施の形態の１つの特徴は、Ｘ軸の支
点ブラケットとしてのスラスト受部１１ａ、１１ｂと、
Ｙ軸の支点ブラケットとしてスラスト受部１１ｃ、１１
ｄをコラム１１の本体部１１ｍを介して実質的にベッド
１０と一体にできる点にある。このため、後述する加工
動作時に第１揺動体及び第２揺動体に作用する加工抵抗
は、コラム１１により直接受け止められ、機械全体の剛
性を高めることができる。

【００１８】第１揺動体１４の自由端部には、上下（Ｚ
軸）方向に延びる直線ガイド２３が形成され、このガイ
ド２３上に主軸ヘッド２４が案内されている。主軸ヘッ
ド２４は、第１揺動体１４の上端に取り付けたサーボモ
ータ２６により、公知のボールネジ・ナット機構２５を
介して、第１揺動体１４上で上下送りされるようになっ
ている。このＺ軸の送り機構としては、ボールネジ・ナ
ット機構２５とサーボモータ２６とにより構成されるも
のに代えて、リニアモータを主軸ヘッド２４と第１揺動
体１４との間に配置してもよい。

【００１９】主軸ヘッド２４は、第１及び第２軸１６、
１７と平行に主軸２７を回転自在に支持しており、上端
に取り付けた回転速度変更可能なモータ２８により主軸
２７を回転できるようにしている。図示省略されている
が、主軸２７の下端は、工具Ｔを取り外し可能に装着す
ることができ、また主軸２７内には下端に装着された工
具Ｔを釈放可能にクランプするクランプ機構が内蔵され
ている。さらに、この主軸ヘッド２４は、必要に応じ
て、主軸２７内をクーラントが通るような構成とするこ
とができる。

【００２０】第２揺動体１５は、第１軸と一体的に結合
される基体部の下端から工作物支持部１５ａが主軸２７
の直下まで水平に延びる大略Ｌ字形状の部材として形成
されている。この支持部１５ａには、工作物取付治具３
０が搭載固着され、この取付治具３０に加工すべき図略
の工作物を着脱可能に取り付けることができる。図１
は、第１及び第２揺動体１４、１５が共に加工位置に在
る加工位置状態であって、特に、工作物の取付領域を定
義する取付治具３０の中心と主軸２７の軸線が同芯に整
合して両者が直交Ｘ−Ｙ平面座標の原点Ｇ（図２参照）
に位置する状態を示している。

【００２１】図２は、前記直交Ｘ−Ｙ平面座標系におけ
る座標原点Ｇ（０，０）と第１及び第２軸１６、１７の
位置関係を説明する説明図である。この説明図から明ら
かなように、この実施の形態における特徴として、座標
原点Ｇ（０、０）と第１軸１６と第２軸１７は、これら
第１軸１６と第２軸１７を結ぶ直線が斜辺をなす直角三
角形を形成するような位置関係に配置して定義される。
つまり、加工原位置状態では、主軸２７の軸線及び取付
治具３０の中心は、Ｘ−Ｙ座標系の原点Ｇ（０、０）位
置で同芯となって整合し、主軸軸線と第１軸１６を結ぶ
直線は取付治具３０の中心と第２軸１７を結ぶ直線に対
し原点Ｇ（０、０）点で直角に交差するように第１及び
第２揺動体１４、１５のアーム長が設定されている。

【００２２】このような座標構成を採る本実施の形態に
おいては、加工プログラムを作成するとき、工作物Ｗ上
の任意の加工個所Ｈｎを直交Ｘ−Ｙ座標系の座標原点Ｇ
（０、０）に対するＸ軸上の座標点（Ａ）とＹ軸上の座
評点（Ｂ）とで指定する。しかしながら、機械のＸ軸と
Ｙ軸は旋回するため、直交Ｘ−Ｙ座標系上の前記加工個
所の座標Ｈｎ（Ａ，Ｂ）を機械のＸ軸回転座標系及びＹ
軸回転座標系上の位置として座標変換する。

【００２３】この座標変換においては、直交Ｘ−Ｙ座標
系の加工個所座標ＨｎのＸ座標値（Ａ）は、原点Ｇと第
１軸１６とを結ぶ線分を０角度方位とするＸ軸の回転角
度±θｘに変換され、同様に同加工個所座標ＨｎのＹ座
標値（Ｂ）は、原点Ｇと第２軸１７とを結ぶ線分を０角
度方位とするＹ軸の回転角度±θｙに変換される。この
ような直交座標系から回転座標系の変換処理は、公知の
変換処理プログラムを実行することにより実施される
が、一例として、下記の数式１〜数式７の処理を実行す
る自動変換プログラムを図略の数値制御装置に内蔵した
コンピュータにより処理させることにより実施される。

【００２４】

【数１】

【数２】

【数３】

【数４】

【数５】

【数６】

【数７】

【００２５】より詳細には、主軸２７軸線が第１軸１６
を中心として旋回する軌跡ＳＡＬを数式１のように求
め、また工作物Ｗ上の任意の加工箇所Ｈｎ（Ａ，Ｂ）が
第２軸１７を中心として旋回するときの軌跡ＨｎＬを数
式４のように求める。この数式４は、Ｘ−Ｙ座標系にお
ける第２軸１７の座標（−Ｒ_２，０）と前記任意の加工
箇所Ｈｎとを結ぶ線分の長さ（つまり前記任意の加工箇
所Ｈｎを通る円の半径Ｒ _３）を三角関数により数式２の
ように求め、次に前記任意の加工箇所Ｈｎを通る円の数
式３に半径Ｒ_３を代入して求める。次に、数式１及び数
式４を連立方程式として、α＝Ａ及びβ＝Ｂを満足する
座標値（ｘ，ｙ）を求め、これを主軸の旋回軌跡ＳＡＬ
と加工箇所Ｈｎの旋回軌跡ＨｎＬとの交点である座標値
（α、β）とする。そして最後に、この交点座標値
（α、β）を数式５〜数式７に代入してこの交点座標値
（α、β）に主軸２７及び前記加工箇所Ｈｎをそれぞれ
位置決めするために必要な第１揺動体１４の旋回角度θ
ｘと第２揺動体の旋回角度（θｙ_１＋θｙ_２）を求め
る。

【００２６】第２旋回体１５は、図２に示す治具中心旋
回軌跡ＧＬに沿って旋回移動する。工作機械の作業者が
位置する正面側の旋回端は、取付治具３０の中心と第２
軸１７とを結ぶ線分が図２の直交座標系のＹ軸と平行に
なる工作物交換位置ＷＣＰに制限される。つまり、この
交換位置ＷＣＰは、図１に示す加工原位置から第２軸１
７を中心として時計方向に９０度旋回した位置に定義さ
れる。この工作物交換位置ＷＣＰでは、第２揺動体１５
のワーク支持部１５ａは作業者側に差し出され、取付治
具３０に対する工作物の着脱を容易にしている。この工
作物の着脱は、作業者の手動操作により行ってもよい
が、この実施の形態の工作機械が自動化ラインの一部を
構成するような場合では加工済工作物と未加工工作物の
自動交換を実行するために、ロボットを使用する公知の
ワーク着脱システムや他の公知のパレット交換装置等が
使用される。

【００２７】一方、第１揺動体１４は、図２に示す主軸
中心旋回軌跡ＳＡＬに沿って旋回移動する。工作機械の
右側におけるこの旋回軌跡ＳＡＬの末端は、主軸２７の
軸線と第１軸１６とを結ぶ線分が図２の直交座標系のＸ
軸と平行になる工具交換位置ＴＣＰに制限される。つま
り、この交換位置ＴＣＰは、第１軸１６を中心として反
時計方向に９０度旋回した位置に定義され、この位置Ｔ
ＣＰに複数の工具保持部を選択的に割出しできる工具マ
ガジン４０が設けられている。

【００２８】工具マガジン４０は、コラム１１の右側面
にブラケット４２を介して円盤４１を垂直軸線周りの旋
回割出可能に支持し、この円盤４１を割出駆動モータ４
３により旋回割出するように構成される。円盤４１の外
周にはこの円盤４１の径方向外方から工具を収納或いは
取り出しできる複数の工具保持部としての半円状保持穴
が形成されている。工具マガジン４０は、円盤４１に代
えて、円又は楕円軌道に沿って周回割出可能なチエーン
に複数の工具保持部を設けた構成を採用できる。

【００２９】次に、上記のように構成された第１の実施
形態に係わる縦形工作機械の動作を説明する。第２揺動
体１５が図１の加工原位置から９０度時計方向に旋回し
た工作物交換位置ＷＣＰに位置決めされた状態におい
て、作業者の手動操作或いは適宜の工作物着脱装置によ
り、工作物が治具３０上に取り付けされる。この取り付
け動作完了と共に、図略の数値制御装置により加工プロ
グラム（ＮＣプログラム）に従ってモータ２１、２２、
２６、２８及び４３が制御され、工作機械が下記のよう
に加工動作を実行する。

【００３０】加工開始状態では、第１揺動体１４は図１
に示すようにＸ軸旋回座標系の方位０の角度位置に在
り、第２揺動体１５はサーボモータ２２の回転により反
時計方向に旋回して治具３０上に固着した工作物を主軸
２７の直下まで運ぶ。次に、工作物上の任意の加工個所
と主軸軸線とを同芯に整合するまでサーボモータ２１、
２２が回転駆動され、第１及び第２揺動体１４、１５を
揺動旋回する。この整合が確保される状態で、サーボモ
ータ２６が回転駆動されると共に主軸駆動モータ２８が
起動される。主軸ヘッド２４は、第１揺動体１４上で下
降され、主軸２７の下端に装着した例えばドリルのよう
な工具を回転させた状態で工作物の上面から切り込み送
りする。

【００３１】所定量の切り込みの後、主軸ヘッド２４は
工具Ｔの先端と工作物表面との間に所定のクリアランス
を持つ位置まで上昇され、その後工作物の別の加工個所
と主軸２７を同芯に整合するようにサーボモータ２１、
２２が制御される。続いて、サーボモータ２６が駆動さ
れて主軸ヘッド２４が下降動作と上昇動作を行い、工具
Ｔが工作物の別の加工箇所を穴明け加工する。このよう
にして、第２揺動体１５は工作物上の任意の加工箇所を
主軸２７の第１軸１６を中心とする旋回軌跡ＳＡＬ上に
位置決めするように旋回され、一方第１揺動体１４は旋
回軌跡ＳＡＬ上に位置決めされる前記任意の加工箇所上
に主軸２７を位置決めするように旋回され、第１及び第
２揺動体１４，１５の旋回動作により工作物上の任意の
加工箇所と主軸２７とを同芯に整合できる。

【００３２】工具交換が図略のＣＮＣ装置により指令さ
れるとき、第１揺動体１４は図１の加工位置状態から工
具交換位置ＴＣＰまで９０度反時計方向に旋回して、工
具交換動作を実行する。この交換動作においては、主軸
ヘッド２４は、工具マガジン４０の円盤４１の外周にあ
る空になった工具保持部に使用済み工具を返却し、自身
に内蔵した工具のクランプ機構をアンクランプ動作して
使用済み工具を釈放し、サーボモータ２６の動作により
上昇して使用済み工具を円盤４１上に置き去りにし、サ
ーボモータ４３の動作により円盤４１が主軸２４の直下
に新工具を割り出した後下降して新工具を受け取り、ク
ランプ機構をクランプ動作して新工具を主軸２７に保持
させる。

【００３３】図３は、本発明を横型工作機械に適用した
第２の実施態様を示す。図３及び図１に示す構成部材で
あって参照番号の下２桁の番号が一致するもの同士は、
機能が同一の構成部材である。この実施態様において
は、第１軸１１６，第２軸１１７、主軸１２７は互いに
平行状態で水平に支持される。第２揺動体１１５は、垂
直面内で旋回でき、取付治具１３０を時計の３時位置近
辺で上下旋回する。第１揺動体１１４は、図示の起立位
置（時計の１２時位置）近辺で左右に揺動する加工位置
と時計の３時位置にある工具交換位置ＴＣＰとの間で旋
回可能である。第１揺動体１１４は、第２揺動体１１５
上の取付治具１３０に工作物を取り付けるとき、前記加
工位置と工具交換位置ＴＣＰの略中間位置へ待避し、こ
の待避位置で待機する。

【００３４】加工指令が与えられると、第２揺動体１１
５は取付治具１３０に保持した工作物上の任意の加工箇
所を主軸１２７の旋回軌跡上にもたらすようにサーボモ
ータ１２２の動作により旋回位置決めさる。この実施の
形態においては、工作物の加工面は主軸１２７と対面す
る垂直面である。一方、第１揺動体１１４は、工作物の
任意の加工箇所が主軸１２７の旋回軌跡上で占める位置
へ主軸１２７を位置決めするようにサーボモータ１２１
が駆動されて旋回位置決めされる。これにより、任意の
加工箇所と主軸１２７とは垂直面上の一点において水平
方向に同芯に整合され、この状態で駆動モータ１２８を
動作させて主軸１２７を回転し、サーボモータ１２６を
駆動して主軸ヘッド１２４を工作物に対し前進すること
により、工作物の任意の加工箇所に水平の穴を加工でき
る。

【００３５】上述した第２の実施態様では、第２揺動体
１１５が図示の加工位置に在る状態で取付治具１３０に
工作物を取り付けるように第２揺動体１１５の加工位置
と工作物交換位置とを同一にしているが、別の変形例に
おいては、前記工作物交換位置を図２の図示水平状態か
ら反時計方向に１８０度旋回した位置に設定し、取付治
具１３０を第２揺動体１１５の図示状態における自由端
部の下面に固着するようにしてもよい。この場合、第２
揺動体１１５は、工作物交換位置では取付治具１３０を
上向き姿勢に保持してオペレータや自動ワーク着脱装置
による工作物取付・取外作業を容易に行えるようにし、
また、加工位置ではその自由端の下面に工作物を懸垂状
態に保持し、加工動作中に発生する切屑を直接ベッド１
１０上に開口する図略の回収口へ落下させて第２揺動体
１１５上に堆積しないようにできる。工作物取付・取外
作業を一層容易にする観点では、第２揺動体１１５は、
工作物交換位置において、その自由端部をベッド１１０
の外に差し出すようにベッド１１０と第２揺動体１１５
のアーム長等の幾何学寸法が設定される。

【００３６】図４は、図３に示す横型工作機械の形態を
一部変更した本発明の第３の実施の態様を示す。図４及
び図３に示す構成部材であって参照番号の下２桁の番号
が一致するもの同士は、機能が同一の構成部材である。
図４は、第１揺動体２１４及び第２揺動体２１５がそれ
ぞれ加工位置に位置決めされている状態を示している。
この実施の形態においては、工作物は第２揺動体２１５
の自由端面、つまり起立状態における頂面に固着された
工作物取付治具２３０に固定された状態で加工される。
この加工動作中では、第２揺動体２１５は、図示の起立
位置を中心とする左右の所定角度範囲内で揺動されるの
で、取付治具２３０や工作物の重量は第２軸２１７の上
方から下方に向かって作用し、第２揺動体２１５に作用
する回転モーメントの変動を小さくしている。このた
め、この実施の形態は、重量が大きな工作物の加工に好
適な横型工作機械の構成となっている。

【００３７】第２揺動体２１５は、図示の起立位置が工
作物加工位置であると共に工作物交換位置として設計さ
れるが、この工作物交換作業におけるオペレータや自動
ワーク着脱装置の接近性を向上する観点では、工作物交
換位置は図示起立位置から時計方向に９０度旋回した水
平位置に設定してもよい。さらに必要があれば、この工
作物交換位置では、第２揺動体２１５の自由端部がベッ
ド２１０の外へ差し出されるようにしてもよい。

【００３８】一方、第１揺動体２１４は、加工動作中は
図示水平の加工位置近辺で揺動するが、工具交換動作が
指令されるとき上方に旋回して時計の略１０時位置に設
定される工具交換位置へ旋回移動し、工具マガジン２４
０と協働して工具交換動作を遂行する。加工位置近辺の
ベッド２１０上及び第２揺動体２１５が反時計方向に９
０度旋回する位置の直下のベッド２１０上には、図示さ
れてない切屑回収口が開口され、切削加工中に発生する
切屑の排出を容易にしている。

【００３９】上記した第１〜第３の実施の態様における
加工動作は、ドリル、センタリング、リーマ、タッピン
グなどの穴加工について説明したが、これら実施の態様
の工作機械はエンドミル加工のように切削抵抗が主軸２
７、１２７、２２７の半径方向に作用する切削加工にも
適用できることは言うまでもない。しかしながら、これ
ら実施の態様の工作機械は、主軸２７、１２７、２２７
の軸線方向に大きな剛性を持つので、この主軸軸線方向
に切削抵抗が作用する加工に好適である。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、第１及び第２揺動体をそれぞれ互いに平行な軸
線の周りに旋回可能に設け、第１揺動体上に支持した工
具主軸の軸線が描く旋回軌跡と第２揺動体上に支持した
工作物の任意の加工箇所が描く旋回軌跡との交点に前記
主軸及び加工箇所を整列して前記主軸上の工具により前
記加工箇所を加工するようにしたので、機械構成、特に
第１及び第２揺動体の運動案内機構の構成を簡単にで
き、この結果、精度確保や信頼性向上などの機械の品質
の作り込みの容易化と機械の製作コストの低減や製作の
容易化を図ることができる。

【００４１】特に、主軸に作用する加工抵抗が第１及び
第２揺動体のスラスト受部により強固に受け止められる
ので、主軸軸線方向の加工抵抗に対する剛性を大きくで
きる。さらに、工作物上の任意の１つの加工箇所と主軸
とを同芯にする運動は、第１及び第２揺動体の旋回運動
の組み合わせにより与えるようにしたので、短時間で実
行され、工具と工作物とが接触しない非加工時間を短縮
できる。

【００４２】好ましくは、請求項２の発明のように、第
１揺動体の旋回中心である第１軸と第２揺動体の旋回中
心である第２軸とを、これら第１及び第２軸を結ぶ直線
が直角三角形の斜辺をなすと共にこの直角三角形の直角
部近辺にて加工が行われるように配置したので、この工
作機械がカバーする加工領域を広くできる。

【００４３】さらに好ましくは、請求項３の発明のよう
に、前記主軸、第１及び第２軸を重力方向に直立するよ
うに配置し、前記第２揺動体が工作物を前記主軸よりも
下方位置において工作物の下面を支えるように構成した
ので、加工動作中における加工抵抗は、一方において主
軸を介して第１揺動体を上方に突き上げるように作用
し、他方において第２揺動体を下方に押し下げるように
作用し、第１揺動体及び第２揺動体のスラスト受部の剛
性を大きく設計することにより、これら揺動体を加工抵
抗に強固に対抗させることができる。

【００４４】請求項４に記載の発明によれば、前記主軸
と第１及び第２軸を水平に配置して第１及び第２揺動体
が垂直面内で旋回するようにし、また前記第２揺動体が
工作物の垂直の１つの加工面を工具主軸に向けるように
工作物を支持するように構成したので、加工抵抗が第１
及び第２揺動体の旋回平面と垂直方向に作用し、この方
向におけるこれら揺動体のスラスト受部の剛性を大きく
設計することにより、これら揺動体を加工抵抗に強固に
対抗させることができる。この利点に加え、切屑の回収
を容易にできる利点がある。

【００４５】請求項５の発明によれば、前記第２揺動体
を垂直となる起立位置近辺を加工位置とし、かつこの起
立位置にある第２揺動体の頂面に工作物を取り付るよう
にしたので、重量の大きな工作物を第２揺動体に取り付
けた場合でも、第２揺動体に作用する割出動作における
モーメントの変動を減少でき、位置決め精度、つまり加
工箇所の割出精度の低下を防止できる。

【００４６】さらに請求項６の発明によれば、多数の工
具を主軸と平行に取り外し可能に貯蔵する工具マガジン
を工具交換位置に配置し、第１揺動体を加工位置と交換
位置との間で旋回可能としたので、使用済み工具の返却
及び新工具の取り出しは、第１揺動体の旋回動作、第１
揺動体上での主軸ヘッドの進退及び工具マガジンの割出
動作を組み合わせにより行うことができる。また、第１
揺動体の加工位置から工具交換位置への移動は、常に加
工位置で主軸が描く単一の旋回動作軌跡の延長線に沿う
運動となるので、工具交換位置と加工位置との間の主軸
ヘッドの往復所要時間が短縮され、所謂チップ・ツー・
チップ時間を短くでき、加工能率を向上できる。

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施の形態である工作機械
を正面の右上方から観た斜視図。

【図２】工作物上の任意の加工箇所を主軸と整合するた
めに第１及び第２揺動体をＸ−Ｙ座標系にて旋回割り出
しする動作の説明図。

【図３】本発明による第２の実施の形態である工作機械
を正面の右上方から観た斜視図。

【図４】本発明による第３の実施の形態である工作機械
を正面の右上方から観た斜視図。

【符号の説明】

１０・・・ベッド、 １１・・・コラム、 １４・・・
第１揺動体、 １５・・・第２揺動体、 １６・・・第
１軸、 １７・・・第２軸、 ２１、２２・・・旋回駆
動モータ、 ２４・・・主軸ヘッド、 ２６・・・送り
モータ、 ２７・・・主軸、 ２８・・・主軸駆動モー
タ、 ３０・・・工作物取付治具、 Ｔ・・・工具、
４０・・・工具マガジン、 ＷＣＰ・・・工作物交換位
置、 ＴＣＰ・・・工具交換位置。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に工具を装着可能な主軸を回転自在
   に支持する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドを前記主軸軸
   線方向に送り可能に案内する第1可動体と、工作物を取
   り付ける第2可動体と、前記第1及び第2可動体を前記主
   軸軸線と直交する面内でそれぞれ移動する第1及び第2送
   り機構と、前記主軸ヘッドを前記第1可動体上で前記主
   軸軸線方向に移動する第３送り機構とを備えた工作機械
   において、前記第１及び第２可動体をそれぞれ第１及び
   第２揺動体として構成し、前記第1及び第2送り機構を、
   前記主軸軸線と平行な第1軸及び第2軸の周りで前記第1
   及び第2揺動体を旋回可能に支持する支持機構と、前記
   第１及び第2の揺動体を旋回位置決めする第1及び第2旋
   回駆動モータとにより構成し、前記第１及び第２揺動体
   の旋回割り出し動作により前記工作物の任意な加工箇所
   と前記主軸軸線上とを整合できるように前記第1軸及び
   第2軸を配置したことを特徴とする旋回座標式工作機
   械。
2. 【請求項２】 前記第1軸と第２軸とを結ぶ直線が斜辺
   をなす直角三角形の直角部近辺で加工が行われるように
   前記第1軸と前記第2軸を配置したことを特徴とする請求
   項１記載の旋回座標式工作機械。
3. 【請求項３】 前記主軸と第１及び第２軸が共に重力方
   向に延びて配置され、前記第２揺動体が前記主軸の下方
   位置まで水平に延出して前記工作物を下方から支持する
   工作物取付部を備えることを特徴とする請求項１又は２
   記載の旋回座標式工作機械。
4. 【請求項４】 前記主軸と第１及び第２軸が水平方向に
   延びて配置され、前記第２揺動体が前記工作物の１つの
   面を前記主軸側に向けるようにこの１つの面以外の面を
   支持するように構成されていることを特徴とする請求項
   １又は２に記載の旋回座標式工作機械。
5. 【請求項５】 前記主軸と第１及び第２軸が水平方向に
   延びて配置され、前記第２揺動体は垂直となる起立位置
   における上面に前記工作物を取り付け可能であり、前記
   第２揺動体が前記起立位置近辺に在る状態で前記工作物
   の加工が行われるようにしたことを特徴とする請求項
   １、２又は４記載の旋回座標式工作機械。
6. 【請求項６】 前記第１揺動体は、前記工作物の１つの
   面と対向する加工位置とこの加工位置から離間した工具
   交換位置との間で旋回可能に支持され、取り外し可能に
   支持した多数の工具を工具着脱位置へ選択的に割り出し
   可能な工具マガジンを前記工具交換位置に設け、前記第
   １揺動体の旋回動作と前記主軸ヘッドの主軸軸線に沿う
   進退動作と前記工具マガジンの割出動作とにより主軸上
   の使用済工具を前記工具マガジンへ返却してから前記工
   具マガジンに保持される別の工具を前記主軸の先端に装
   着可能としたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１
   項に記載の旋回座標式工作機械。