JP2002144176A - 工作機械 - Google Patents
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
をはじめとして極力直線案内の少ない安定した構造によ
る高速機械加工を可能にすること。 【解決手段】 ツール・スライド(4、13、14)
が、工作機械テーブル(1)の上で/に沿って移動可能
に案内される横方向支持体(4)と、モータによってそ
れの長手方向に移動可能な2つのクロス・スライド(1
3、14)とを備え、機械加工ユニット(26)が、つ
ながれた状態で前記クロス・スライド(13、14)間
に配置されて、少なくとも2つの寸法的に剛な揺動アー
ム(31、32)を備える連結機構を介してワーク・ス
ピンドル(29、30、76、77)を軸方向に移動さ
せることを特徴とする工作機械。
Description
ワーク・スピンドルを備える機械加工ユニットの支持体
として工作機械テーブルの上で/に沿ってモータによっ
て移動可能なツール・スライドと、機械加工すべき工作
物を受けるための工作物テーブルとを備える工作物を切
削するための工作機械に関する。
加工に要する工具と工作物の間の相対運動は概ね、相互
に対して主座標軸に沿って直線移動可能な3つの機械部
品によって可能になる。たとえば、EP0721819
A1により公知の工作機械では、垂直方向切削ヘッドと
して形成される機械加工ユニットが、複合スライドによ
って相互に直角を成す2つの水平軸線に移動可能に工作
機械テーブルに配置される。複合スライドは、工作機械
テーブル上で第1のガイド・レール上で移動可能なクロ
ス・スライドと、前記クロス・スライド上で第2のガイ
ド・レール上で移動可能な長手方向スライドとから成
る。垂直軸線沿いの送り運動のため、切削ヘッドは長手
方向スライド上に第3のガイド・レール上で垂直移動可
能に配置される。このように設計された工作機械では、
主座標軸のうち1つの軸線に沿って移動可能な3つの機
械部品それぞれに関してそれぞれ別個のリニア・ガイド
が必要とされる。しかし、それらは設計が複雑であり、
かつ相応に高額の投資コストおよび設置コストを要す
る。その上、各座標軸に沿って移動すべき質量がそのよ
うな工作機械では比較的に大きく、それによって機械加
工ユニットの運動速度が限定され、ガイドおよびドライ
ブに対する要求事項も相応に高くなる。
軸で機械加工する工作機械が記載され、これではそれぞ
れ1つのスライドがフレーム形状の工作機械テーブルの
2つの横ビームのガイドで移動可能である。揺動アーム
により形成される連結装置が別のスライド並びにそれと
ともに移動可能なツール・ヘッドを備える機械加工ユニ
ットに2つのスライドをそれぞれに連結する。2つのス
ライドの長手方向スリーパでの制御された運動により、
機械加工ユニットは四角形の機械加工領域内でいずれの
位置にも移動可能である。しかし、機械加工ユニットの
一定の位置では、揺動アームの対応する角度位置におい
て極度の高負荷が連結装置に掛かり、そのためにこの工
作機械は高度の切削性能を伴う荒削り作業中等の高負荷
に関しては適さない。
に述べたタイプの工作機械を提供し、機械加工ユニット
の正確かつ迅速な位置決めをはじめとして極力直線案内
の少ない安定した構造による高速機械加工を可能にする
ことである。
的は、ツール・スライドが工作機械テーブルの上で/に
沿って摺動可能に案内される横方向支持体を備え、かつ
モータによって長手方向に移動可能な2つのクロス・ス
ライドを含み、加工ユニットは、連結されて前記クロス
・スライド間に配置され、少なくとも2つの寸法的に剛
な揺動アームを備える連結機構によってワーク・スピン
ドルの軸方向移動を可能にすることによって解決され
る。
的かつ同時に高度に正確な移動運動を可能にする簡潔な
構造のきわめて堅固な機械設計によって特徴付けられ
る。横方向支持体が工作機械テーブル上または沿いの第
1の座標軸に沿って移動できることにより、かつ2つの
クロス・スライドが第2の座標軸に沿って簡単に運動す
ることにより、加工ユニットを可動質量の少ない簡潔な
構造の連結機構によって迅速かつ正確に空間内に位置決
めすることが可能である。クロス・スライドもまた軽量
かつ簡素にすることができ、それによって高速移動およ
び高い加速が可能である。さらに本発明による工作機械
の重要な利点は、2つの軸線における移動運動に1つの
ガイドしか要さないことである。
な発展形態は従属請求項に規定してある。
械では、横方向支持体を工作機械の2つの側部に配置
し、水平移動可能にすることができる。しかし、横方向
支持体は、工作機械テーブルの前面または側壁に沿って
案内して垂直移動可能にすることもできる。両者いずれ
の実施形態においても、ワーク・スピンドルの高速な軸
方向移動が連結機構によって得られる。
たとえば、2つの揺動アームであって、その一方の端が
それぞれクロス・スライドに蝶着され、他方の端が機械
加工ユニットの対向側部に蝶着された揺動アームを備え
る。2つの揺動アームのうち一方に隣接してもう1つの
揺動アームが設けられ、それによって機械加工ユニット
がクロス・スライドの1つに連結される。こうして、一
種の平行ロッドまたは剪断運動機構が得られ、それによ
ってクロス・スライドが互いに反対方向に同期移動する
場合にはワーク・スピンドルの軸方向移動が可能とな
り、クロス・スライドが互いに同じ方向に同期移動する
場合にはワーク・スピンドルの軸方向に対する横方向の
移動が可能となる。
揺動アームはサイド・プレートおよび横支柱から溶接さ
れた連結ビームでもよい。揺動アームはまた、円形また
は方形断面を有する支持体等として形成することもでき
る。
動アームの長さが調節可能であることを特徴とする。こ
うして機械加工ユニットの傾斜姿勢が可能になり、それ
によって、たとえば、傾斜面形状等を単純な方法で機械
加工することができる。揺動アームの長さ調節を迅速か
つ適切に自動的に行うには、揺動アームを相互に対して
移動可能な内側および外側アーム部を備える伸縮アーム
として設計することによって実現される。アーム部の運
動は、リニア・ドライブまたはこの場合に適切な他のド
ライブによって達成されよう。
の方法は、2つのクロス・スライドのうち少なくとも1
つに横方向支持体上で水平方向に移動可能な第1の摺動
部と、これに載ってガイド・レールで摺動可能に案内さ
れるモータ駆動の第2の摺動部とを設け、上方揺動アー
ムの上端を前記第2の摺動部に蝶着する方法である。こ
うして、揺動アームの長さ調節は無しでも機械加工ユニ
ットの傾斜姿勢を得ることができる。
加工に特に適した実施形態では、工作物支持体がモータ
により垂直軸線回りに回転可能な支柱と、前記支柱(6
1)に周囲方向に等間隔に配置され中心軸線回りに回転
可能に配置されたクランピング・ブロック等とを備え
る。それによって工作物の迅速な交換を過剰な停滞時間
無く行うことができる。他方、大型および重量工作物の
機械加工のためには、工作物支持体を剛性の円形テーブ
ルまたは垂直軸線回りに回転可能な円形テーブルとする
ことができる。
部に配置された少なくとも2つの対向する工具マガジン
を備える工具格納手段を設けることによって特に有利な
態様で達成することができる。工具交換のためには、機
械加工ユニットを2つの工具マガジン間で移動すること
ができるが、その場合には使用済み工具は一方のマガジ
ンに片づけ、新しい工具を対向のマガジンから最小限の
移動距離で取るようにすることができる。
ドルが2つ以上のワーク・スピンドルを備える。こうし
て、数個の工作物を同時加工することができる。
所は、有利な実施形態に関して図面を参照する以下の説
明によって理解されよう。
法的に剛な工作機械テーブル1を備え、テーブル1は2
つの対向する側部2、3を含み、その上に2つの平行な
ガイド・レール5、6に載ってドライブ(図示せず)に
より第1の移動軸線(X軸)に沿って水平方向に移動可
能な横方向支持体4が配置される。工作機械テーブル1
の側部2、3は側壁として形成され、横向き後部壁7に
よって相互に強固に連結されるが、後部壁7は、図示の
実施形態では、工作機械テーブル1に、上面から見て、
その前面側に、側部2、3の間にほぼ半円形の凹所8が
設けられるように形成される。前記凹所8内側には、ベ
ース9の上面から見て円形の後部片側半分が配置され
る。ベース9上部に配置される切削および穿孔マシンの
ワーク・エリアは、横方向壁7の半円形側面によって後
部側に限定される。工作機械テーブル1に強固に連結さ
れ、もしくはテーブル1と一体形成されるベース9上
に、詳細を後述する機械加工すべき工作物を受けるため
の工作物支持体10が設けられる。ベース9の上部側
は、機械加工中にできるチップ等の受皿として形成され
る。
ル5、6に対して直角に2つのガイド・レール11、1
2が取り付けられ、このガイド・レール11、12上に
2つのクロス・スライド13、14が第1の移動軸線
(X軸)に対して直角な第2の移動軸線(Y軸)方向に
水平可動に配置される。
方向支持体4は、寸法的に剛な方形フレーム構造で、ガ
イド・レール5、6を走行する2つの短めの側部15、
16と、開口を備える長めの前後横方向バー17、18
とから成る。クロス・スライド13、14のガイド・レ
ール11、12は、2つの平行な離間した横方向バー1
7、18に取り付けられる。図3によれば、クロス・ス
ライド13、14は、それぞれ2つの案内要素19、2
0によってガイド・レール11または12の一方に案内
され、長手方向に延在する案内ボディ21または22
と、これに対して90度に設けられ、端側が1つの案内
要素25によってそれぞれ他方のガイド・レール12ま
たは11に沿って案内される水平方向支持ボディ23ま
たは24とから成る。2つのクロス・スライド13、1
4は、互い違いに配置され、一方のクロス・スライドの
案内ボディと他方のクロス・スライドの支持ボディがそ
れぞれ一方のガイド・レールに案内される。溶接構造等
の箱形に設計されたクロス・スライド13、14の側壁
には開口が設けられ、それによって移動すべき質量が減
少する。2つの支持ボディ23、24には、機械加工ユ
ニット26が2つの離間した横方向バー17、18間の
空きスペースに配置され、この場合は、ハウジング内に
支持され少なくとも1つの駆動モータ28によって駆動
される2つのワーク・スピンドル29、30を備え、揺
動アーム31、32および33を介して蝶着され、した
がって、機械加工ユニット26はクロス・スライド1
3、14の反対方向移動によりYおよびZ面上で動くこ
とができる。2つのクロス・スライド13、14の同方
向移動により、機械加工ユニット26はY軸に沿って移
動する。
ーム31、32の上端は、2つの支持ボディ23、24
の下向き突出部36、37に継手34、35により蝶着
される。揺動アーム31、32の下端は機械加工ユニッ
ト26のハウジング27の2つの横向きショルダ40、
41に継手38、39を介して蝶着される。図2によれ
ば、下方左揺動アーム32の上方に上方揺動アーム33
が設けられ、上端が支持ボディ24の横向きショルダ4
3に継手42により蝶着され、下端が機械加工ユニット
26のハウジング27の上端に蝶着される。図2に示す
実施形態では、上方揺動アーム33は相互に移動可能な
2つの内側および外側アーム部44、45を備える伸縮
アームとして形成される。外側アーム部45を適当なリ
ニア・ドライブ等(図示せず)により伸縮させることに
よって、機械加工ユニット26を傾斜させ、かつ図示の
垂直姿勢に戻すことができる。
3に示すように長さ固定の剛性ビームであってもよい。
ここで図示の実施形態では、たとえば、三角形状の上方
揺動アーム33の狭い上端46が支持ボディ24の中央
凹所47に蝶着され、かつ2つの横向き下方脚部48、
49によって、ハウジング27の左側(図3において)
に蝶着される。しかし、この実施形態では、機械加工ユ
ニットが傾斜姿勢をとることはできない。
は、機械加工ユニット26が以下のようにして傾斜姿勢
をとることができる。即ち、同図で、左クロス・スライ
ド14には、横方向支持体4のガイド・レール11、1
2上で水平方向に摺動可能な下方摺動部50と、下方摺
動部50のガイド・レール52上で駆動モータ(図示せ
ず)によって摺動可能に案内される上方摺動部51とが
設けられる。揺動アーム32の上端は下方摺動部50に
蝶着され、揺動アーム33の下端は上方摺動部51に蝶
着される。下方摺動部50上を上方摺動部52を移動さ
せることによって機械加工ユニット26の傾斜姿勢を得
ることができる。
イド13、14の駆動は図1および図2に示すボール・
スピンドル・ドライブによって達成され、ボール・スピ
ンドル・ドライブは各クロス・スライド13、14の案
内ボディ21、22に配置されたスピンドル・ナット5
3と、ベルト・ドライブ54を介しモータ55または5
6によって駆動されるねじ付きスピンドル57、58と
を備える。ねじ付きスピンドル57、58の端部は横方
向支持体4でアングル・ブラケット59、60により支
持され、右クロス・スライド13は前面側のねじ付きス
ピンドル57によって駆動され、左クロス・スライド1
4は後部側のねじ付きスピンドル58によって駆動され
る。しかし、2つのクロス・スライド13、14は、リ
ニア・ドライブその他の適切なドライブにより移動する
ことができる。図3では、クロス・スライド13、14
のドライブは簡潔にするために省略してある。
は、ベース9のほぼ中央にドライブ(図示せず)により
その垂直中心軸線回りに回転可能に配置された垂直支柱
61を備える。支柱61には、その周囲に沿って等間隔
に配置された角状支持体62が配置され、垂直上向きに
突出するその端部63で四角形クランピング・ブロック
65の側端ベアリング・ジャーナル64、クランピング
・プレート等が支持される。クランピング・ブロック6
5は、その他端に配置されたフランジ66により、その
水平方向中心軸線回りにドライブ(図示せず)によって
回転可能に支柱61に取り付けられる。機械加工すべき
工作物は、各クランピング・ブロック65の4つの側面
にクランプすることができる。図1の後部側に突出する
クランピング・ブロック65は、機械加工ポジションに
あり、一方前面に斜めに突出するクランピング・ブロッ
クは新たに機械加工すべき工作物がクランプされ、仕上
り工作物が取り外されるセットアップ・ポジションにあ
る。2つのクランピング・ブロック65へのアクセスを
向上するため、ベース9の前面側に上面から見て弓形形
状の凹所67が設けられる。さらに、図1から図3に示
す工作機械は、周囲環境保全のために保護キャビン内に
収容される。
加工ユニットは2つの平行なワーク・スピンドル29、
30を含めてX軸に沿って移動することができる。2つ
のクロス・スライド13、14が同一方向に同期移動中
に、機械加工ユニットは水平方向Y軸に沿って調節さ
れ、クロス・スライド13、14が相互に近寄るか離間
するときには、垂直方向Z軸に沿って調節される。他
方、機械加工ユニット26の傾斜姿勢は、伸縮アームと
して設計された揺動アーム33を伸ばすか、あるいは下
方摺動部50上を上方摺動部51を移動させることによ
って達成することができる。
は、方形の凹所68が設けられ、これを経て機械加工ユ
ニット26をその背後に用意された工具格納手段69に
移動させることができる。図3から分かるように、工具
格納手段69は、横方向壁6の背後、2つの側壁2、3
の間に配置された4つの工具マガジン70から成り、工
具マガジンの2つがそれぞれに対向配置され、使用後の
工具を一方の側に配置された工具マガジンに返し、新し
い工具を対向側の工具マガジンから取り出すことがで
き、工具マガジン70の間の中間位置に配置された機械
加工ユニット26の側面方向移動は最小限で済む。図示
の実施形態では、工具マガジンは2つの駆動ホイールま
たはディスク71、72で案内されるチェーン・マガジ
ンとして形成される。しかし、ディスク・マガジン等を
用いることも考えられる。
形態を示す。この実施形態では、横方向支持体4は工作
機械テーブルの縦方向前面または側壁75に配置され、
縦方向ガイド・レール73、74で縦軸線に沿って移動
可能である。横方向支持体4の2つの横方向壁17、1
8の間に、機械加工ユニット26が2つの水平方向ワー
ク・スピンドル76、77を含めて2つのクロス・スラ
イド13、14に3つの揺動アーム31、32、33を
備える連結機構を介して蝶着される。上述実施形態にお
けるように、この場合は、2つのクロス・スライド1
3、14を適当なドライブにより移動可能に横方向支持
体4に配置することもできる。したがって、2つのクロ
ス・スライド13、14を反対方向に同期移動し、2つ
のワーク・スピンドル76、77の水平方向への軸移動
を連結機構により達成することができる。他方、2つの
クロス・スライド13、14を同一方向に同期移動し、
2つのワーク・スピンドル76、77を軸方向に対して
横方向に水平移動することができる。
態に限定されない。複数のワーク・スピンドルを一種の
フレーム、スライド等に設けて、スピンドル間の間隔を
変更可能もしくは調節可能にすることもできる。このよ
うに、機械加工間隔の制御が可能であり、応用範囲の拡
張が可能である。さらに、機械加工ユニットを縦軸線回
りに回転可能に設計し、それによって個々のワーク・ス
ピンドルの姿勢を変更することもできる。共用モータに
よって駆動するワーク・スピンドルに代えて、1つまた
は複数の個別駆動モータ・スピンドルを使用することも
できる。実用上特に有利な変形例は、マルチ・スピンド
ル機械加工ユニットの1つまたはすべてのワーク・スピ
ンドルをそれぞれ工具毎に長さ調節して設け、それよっ
て摩耗、再研磨等により生じる個々の工具間の僅かな長
さの差を簡潔かつ時間損失無く補償することができる。
長さ補償は、手動により、あるいはより効率的には、モ
ータにより達成することができ、かつアクチュエータを
備えることにより、クランプされた工具を含む個々のワ
ーク・スピンドルの位置補正を対応する制御を行った上
で実施することができる。
ランプを備えるクランピング手段を剛性または、たとえ
ば、モータ駆動式円形テーブル等により代えることもで
きる。
横方向支持体4を上下水平方向面側ガイド・レール7
3、74で水平方向移動可能に、他の構成品を図5に示
すように90度回転して形成することもできる。
である。
した本発明の工作機械の概略正面図である。
結機構の別の実施形態を示す詳細図である。
である。
Claims (16)
- 【請求項1】 少なくとも1つのワーク・スピンドル
(29、30、76、77)を備える機械加工ユニット
(26)の支持体として工作機械テーブル(1)の上で
/に沿ってモータによって移動可能なツール・スライド
(4、13、14)と、 加工すべき工作物を受ける工作物支持体(10)とを備
える工作物を切削するための工作機械において、 ツール・スライド(4、13、14)が、工作機械テー
ブル(1)の上で/に沿って移動可能に案内される横方
向支持体(4)と、モータによってそれの長手方向に移
動可能な2つのクロス・スライド(13、14)とを備
え、 機械加工ユニット(26)が、つながれた状態で前記ク
ロス・スライド(13、14)間に配置されて、少なく
とも2つの寸法的に剛な揺動アーム(31、32)を備
える連結機構を介してワーク・スピンドル(29、3
0、76、77)を軸方向に移動させることを特徴とす
る工作機械。 - 【請求項2】 請求項1による工作機械において、横方
向支持体(4)が、水平方向に移動可能に工作機械テー
ブル(1)の2つの側部(2、3)上で案内されること
を特徴とする工作機械。 - 【請求項3】 請求項1による工作機械において、横方
向支持体(4)が、垂直方向または水平方向に移動可能
に工作機械テーブル(1)の前面または側壁(75)上
で案内されることを特徴とする工作機械。 - 【請求項4】 請求項1から請求項3までのいずれか1
項による工作機械において、横方向支持体(4)が、よ
り短い側部(14、15)およびより長い支持バー(1
7、18)からなる横長の寸法的に剛な方形フレーム構
造であり、長い支持バー間に機械加工ユニット(26)
が配置されていることを特徴とする工作機械。 - 【請求項5】 請求項1から請求項4までのいずれか1
項による工作機械において、連結機構が、2つの揺動ア
ーム(31、32)であって、一方の端でそれぞれ1つ
のクロス・スライド(13、14)に蝶着され、他方の
端で機械加工ユニット(26)の対向側部に蝶着された
2つの揺動アームと、それによって機械加工ユニット
(26)がクロス・スライド(13、14)の1つに連
結される付加揺動アーム(33)とを備えることを特徴
とする工作機械。 - 【請求項6】 請求項5による工作機械において、少な
くとも付加揺動アーム(33)の長さが調節可能である
ことを特徴とする工作機械。 - 【請求項7】 請求項6による工作機械において、長さ
が調節可能な揺動アーム(33)が、相互に対して移動
可能な内側および外側アーム部(44、45)を備える
伸縮アームであることを特徴とする工作機械。 - 【請求項8】 請求項5による工作機械において、2つ
のクロス・スライド(13、14)のうち少なくとも1
つが、横方向支持体(4)の上で/に沿って水平方向に
移動可能な第1の摺動部(50)と、第1の摺動部(5
0)上のガイド・レール(52)で移動可能に案内され
る第2の摺動部(51)とを備え、付加揺動アーム(3
3)が前記第2の摺動部(51)にフランジで取り付け
られることを特徴とする工作機械。 - 【請求項9】 請求項1から請求項8までのいずれか1
項による工作機械において、クロス・スライド(13、
14)が、それぞれリニア・ドライブ(53、57、5
8)によって駆動されることを特徴とする工作機械。 - 【請求項10】 前記請求項のいずれか1項による工作
機械において、機械加工ユニット(26)が、2つ以上
のワーク・スピンドル(29、30)を備えることを特
徴とする工作機械。 - 【請求項11】 請求項10による工作機械において、
ワーク・スピンドル(29、30)のうち少なくとも1
つには、それぞれクランプされた工作物を補償する長さ
が備えられていることを特徴とする工作機械。 - 【請求項12】 請求項1による工作機械において、工
作機械テーブル(1)の2つの側部(2、3)が、ほぼ
半円形の側面を有する横方向壁(7)によって連結され
ることと、同じく側部(2、3)を連結するベース
(9)が、そのようにして形成された空間に設けられ、
前記ベース(9)はチップ収集器となり、かつその上に
配置された工作物支持ユニット(10)を備えることと
を特徴とする工作機械。 - 【請求項13】 請求項12による工作機械において、
工作物支持ユニット(10)が、モータにより垂直軸線
回りに回転可能な支柱(61)と、前記支柱(61)に
周囲方向に等間隔に配置され水平方向中心軸線回りに回
転可能に配置された工作物クランプとなるクランピング
・ブロック(65)とを備えることを特徴とする工作機
械。 - 【請求項14】 請求項12による工作機械において、
工作物支持ユニット(10)が、剛性の円形テーブルで
あるか、またはモータによって垂直軸線回りに回転可能
であることを特徴とする工作機械。 - 【請求項15】 請求項12から請求項14までのいず
れか1項による工作機械において、工具格納部(69)
が、後部横方向壁(7)の背後に設けられることと、横
方向壁(7)の上部が、凹所(68)を備え、その凹所
を機械加工ユニット(26)が通過して工具を交換する
こととを特徴とする工作機械。 - 【請求項16】 請求項12から請求項15までのいず
れか1項による工作機械テーブル(1)を特徴とする請
求項1から請求項11までのいずれか1項による工作機
械。
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