JP2002137131A - 工作機械の機体形態 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動機構の質量を小さくし、移動体の支持手
段の剛性を大きくすることにより、迅速かつ高精度な位
置決めを実現する工作機械の形態を提供する。 【解決手段】 被加工物Ｗを取り付けるためのテーブル
１２を有するベース部材１１と、ベース部材１１の一平
面上で移動自在に支持されたプレート１４と、ベース部
材１１に旋回支持されるとともにプレート１４に回転自
在に連結され一平面内でプレート１４を所定位置に移動
させる第１の移動手段３３と、一平面と直交する方向に
プレート１４に移動自在に装着され、主軸４０を回転自
在に支持する主軸ユニット１３と、主軸ユニット１３を
一平面と直交する方向に対して移動自在に移動させる第
２の移動手段２０とから工作機械の機体形態を構成す
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、マシニングセンタ
またはＮＣフライス盤等の工作機械の機体形態に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マシニングセンタやＮＣフライス
盤等の工作機械の基本形態において、工具と被加工物と
の相対的運動を行う位置決め機構は、互いに直交する３
つの直線駆動機構により構成されている。この機体形態
では、移動部材のねじれや回転移動を発生させずに高精
度の位置決めを行うために質量の大きな部材により駆動
機構を構成し剛性を大きくする必要がある。しかし、こ
の機構では移動部材の移動に際して大きな慣性が発生
し、迅速な位置決めを行うことが困難である。

【０００３】そこで、移動部材の質量を小さくし、迅速
な位置決めを容易にするパラレルメカニズムと呼ばれる
リンク機構を応用した形態の工作機械（特開２０００−
１２６９５６，特開２０００−２４６５６７）や、一平
面内での位置決めをリンク機構で行い、当該平面に直交
する方向を直線駆動機構で行ういわゆるハイブリッド型
と呼ばれる形態の工作機械（特開平９−１６８９３３、
特開平１０−１５１５３６、特開平１０−２６３９６
５）が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】パラレルメカニズムを
応用した工作機械では駆動機構である各アクチュエータ
の質量を小さくすることができるため、迅速な位置決め
が可能となる。しかし、主軸ユニットと各アクチュエー
タおよび各アクチュエータとベース部材とを結合するジ
ョイントには１点を中心とする旋回運動が要求されるた
め、構造上その剛性を大きくすることが難しく、高精度
の位置決めが困難である。

【０００５】また、ハイブリッド型の工作機械では、主
軸ユニットを一平面内において任意の位置に移動可能な
ように支持するためのリンク機構を構成する質量の大き
い支持アームを備えており、主軸ユニットの移動に際し
て大きな慣性が発生するため、迅速な位置決めが難し
い。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、駆動機構の質量を小さくし移動体
の支持手段の剛性を大きくすることにより、迅速かつ高
精度な位置決めを実現する工作機械の機体形態を提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、被加工物を取り付けるためのテーブルを有するベー
ス部材と、前記ベース部材の一平面上で移動自在に支持
されたプレートと、前記ベース部材に旋回支持されると
ともに前記プレートに回転自在に連結され前記一平面内
で前記プレートを所定位置に移動させる第１の移動手段
と、前記一平面と直交する方向に前記プレートに移動自
在に装着され主軸を回転自在に支持する主軸ユニット
と、前記主軸ユニットを前記一平面と直交する方向に移
動させる第２の移動手段とから工作機械の機体形態を構
成するようにした。

【０００８】前述の機体形態において、前記ベース部材
の一平面上とプレートとの間で静圧軸受を構成し、プレ
ートを一平面内で移動自在に支持するようにした。

【０００９】前述の機体形態において、前記ベース部材
に旋回自在に係合するブラケットと、ナットを回転体と
して有するサーボモータと、前記主軸ユニットを中心と
してプレートに設けた案内部に回転自在に係合するリン
グに固着し前記ナットに螺合するボールねじとから前記
第１の移動手段を構成した。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例を図１およ
び図２に基づいて説明する。図１は第１の実施例の斜視
図を示し、図２は上面から見た動作説明図を示す。図１
において、ベース部材１１の下部に被加工物Ｗを取り付
けるためのテーブル１２を設けている。プレート１４の
下面には図示しないが環状のポケットおよびこの環状ポ
ケットに通じる絞りを有する供給穴が設けられており、
外部から供給される圧縮気体によりベース部材１１の上
面との間で静圧軸受を構成し、プレート１４をＸＹ平面
内で移動自在に支持している。プレート１４には、主軸
ユニット１３をＺ軸方向に進退自在に支持する案内部１
５が設けられている。主軸ユニット１３は先端に工具４
１を装着した主軸４０を回転自在に支持する。さらに、
プレート１４には主軸ユニット１３をＺ軸方向に進退自
在に移動させるための第２の移動手段２０が配置されて
いる。第２の移動手段２０はサーボモータ２１とボール
ねじ２２および主軸ユニット１３の他端に固着された連
結部材１６に設けたナット２３により構成される。すな
わち、プレート１４に固着されたサーボモータ２１によ
りボールねじ２２を回転させ、ボールねじ２２に螺合す
るナット２３を介して主軸ユニット１３をＺ軸方向に移
動させる。

【００１１】第１の移動手段３３は、ベース部材１１に
旋回自在に係合したブラケット３４ａ、３４ｂと、ブラ
ケット３４ａ、３４ｂに固着されナット３５ａ、３５ｂ
を回転体として有するサーボモータ３０ａ、３０ｂと、
主軸ユニット１３を中心としてプレート１４に設けた案
内部１５の外径に回転自在に係合されたリング３２ａ、
３２ｂに固着されナット３５ａ、３５ｂに螺合するボー
ルねじ３１ａ、３１ｂにより構成される。

【００１２】次に第１の実施例の作用を説明する。図２
において、第１の移動手段３３を構成するサーボモータ
３０ａ、３０ｂによりナット３５ａ、３５ｂを回転させ
ボールねじ３１ａ、３１ｂを進退移動させると、主軸ユ
ニット１３の中心Ａとサーボモータ３０ａ、３０ｂの旋
回中心Ｂ、Ｃとの間の距離がサーボモータ３０ａ、３０
ｂの回転量に応じて変化する。すなわち、サーボモータ
３０ａ、３０ｂの回転量に応じて、３つの点Ａ、Ｂ、Ｃ
で構成される三角形の各辺のうち、点Ｂ、Ｃはベース部
材１１に固定されているため辺ＡＢおよび辺ＡＣの長さ
が変化し、その結果、点Ａの位置が変化する。従って、
サーボモータ３０ａ、３０ｂを所定量回転させることに
より、主軸ユニット１３をＸＹ平面内で所望の位置に位
置決めすることができる。

【００１３】一方、図１においてプレート１４上に配置
された第２の移動手段２０を構成するサーボモータ２１
を所定量回転させると、ボールねじ２２、ナット２３、
連結部材１６を介して、主軸ユニット１３がＺ軸方向に
所望量だけ移動する。そこで、第１の移動手段３３と第
２の移動手段２０により、主軸４０に装着された工具４
１を用いて被加工物Ｗに所望の加工を行う。

【００１４】本実施例では、主軸４０に対する工具装着
の向きをプレート１４の静圧軸受構成面側と同じ向きに
しているため、ベース部材１１上面に主軸ユニット１３
がＸＹ平面内で移動できるための穴を設ける必要がある
が、主軸を上向きに取り付け被加工物Ｗを吊り下げる形
態にすれば、当該穴は不要になる。また、第１の実施例
ではプレート１４をベース部材１１の一平面上で移動自
在に支持する手段として、静圧軸受を使用しているが、
他に図３に示すようにボールを回転自在に支持する複数
の軸受５１をプレートの下面にボルト５２により取り付
け、プレートを移動自在に支持することもできる。

【００１５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図４は第２の実施例による機体形態の上面図を示
す。図４において、プレート１１４は互いに直交する２
組の直動案内機構によりＸＹ平面内で移動自在に支持さ
れている。１０１ａ、１０１ｂはベース部材１１１に固
着された１組の直動ガイドで、１０２ａ、１０２ｂは直
動ガイド１０１ａ、１０１ｂ上を直線移動する直動案内
式のころがり軸受である。

【００１６】１０３ａ、１０３ｂは前記の直動ガイド１
０１ａ、１０１ｂに直交する１組の直動ガイドで、１０
４ａ、１０４ｂはプレート１１４に固着された直動案内
式のころがり軸受である。これらの２組の直動ガイド１
０１ａ、１０１ｂと１０３ａ、１０３ｂは互いに直交す
るように配置されることにより、ベース部材１１１と一
定距離を保持した状態で、プレート１１４をＸＹ平面内
においてベース部材１１１の上部に設けた穴１１７の内
側で移動自在に支持する。主軸ユニット１１３の移動手
段は実施例１に述べた第１の移動手段３３および第２の
移動手段２０を用いている。

【００１７】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図５は第３の実施例の断面図を示したもので、図
６はその上面図を示したものである。第３の実施例にお
いて、ベース部材２１１に旋回自在に係合したブラケッ
ト２３４ａ、２３４ｂ、ブラケット２３４ａ、２３４ｂ
に固着されたサーボモータ２３０ａ、２３０ｂ、および
サーボモータ２３０ａ、２３０ｂにより駆動されるボー
ルねじ２３１ａ、２３１ｂ、主軸ユニット２１３の案内
部２１５の外径に回転自在に係合されたフランジ２３２
ａ、２３２ｂの円周上に固着されボールねじ２３１ａ、
２３１ｂに螺合するナット２３５ａ、２３５ｂにより第
１の移動手段２３３が構成されている。

【００１８】第３の実施例において、ＸＹ平面内でプレ
ート２１４を任意の位置に支持する手段は第１の実施例
で述べた静圧軸受を採用しているが、第２の実施例で述
べた直動案内機構を採用することもできる。また、主軸
ユニット２１３をＺ軸方向に移動させる手段は第１の実
施例で述べた第２の移動手段２０を採用している。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による形態
の工作機械では移動部材はプレートとプレート上に装着
された主軸ユニットおよび第２の移動手段のみで構成さ
れるために従来に比べて質量を小さくできるため、迅速
な位置決めができるとともに、静圧軸受あるいはころが
り軸受によりプレートを支持しているため剛性が大きく
高精度の位置決めができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の機体形態の斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施例の動作説明図である。

【図３】一平面上を移動自在に支持する他の実施例を示
す断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例の機体形態の上面図を示
す。

【図５】本発明の第３の実施例の機体形態の断面図であ
る。

【図６】本発明の第３の実施例の機体形態の上面図であ
る。

【符号の説明】

１１ ベース部材 １３ 主軸ユニット １４ プレート ２０ 第２の移動手段 ３３ 第１の移動手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物を取り付けるためのテーブルを
   有するベース部材と、前記ベース部材の一平面上で移動
   自在に支持されたプレートと、前記ベース部材に旋回支
   持されるとともに前記プレートに回転自在に連結され前
   記一平面内で前記プレートを所定位置に移動させる第１
   の移動手段と、前記一平面と直交する方向に前記プレー
   トに移動自在に装着され主軸を回転自在に支持する主軸
   ユニットと、前記主軸ユニットを前記一平面と直交する
   方向に移動させる第２の移動手段とから構成されること
   を特徴とする工作機械の機体形態。
2. 【請求項２】 前記ベース部材の一平面上とプレートと
   の間で静圧軸受を構成し、プレートを一平面内で移動自
   在に支持できるようにしたことを特徴とする請求項第１
   項記載の工作機械の機体形態。
3. 【請求項３】 前記ベース部材に旋回自在に係合するブ
   ラケットと、ナットを回転体として有するサーボモータ
   と、前記主軸ユニットを中心としてプレートに設けた案
   内部に回転自在に係合するリングに固着し前記ナットに
   螺合するボールねじとから前記第１の移動手段を構成し
   たことを特徴とする請求項第１項記載の工作機械の機体
   形態。