JP2003127040A

JP2003127040A - 万能複合フライス中ぐり盤

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Publication number: JP2003127040A
Application number: JP2002246682A
Authority: JP
Inventors: Hans Gronbach; グロンバッハハンス; Gerd Hoppe; ホッペゲルト
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: ES2232700T3; DE10141865A1; EP1287945B1; DE50201445D1; EP1287945A2; CN1177673C; DE10141865B4; EP1287945A3; US20030049087A1; CN1406710A; JP4022112B2; US6682278B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】設計がコンパクトで、そのユニットの極めて
高い剛直性と非常に正確な工具位置決めによる高度の機
械加工精度を保証する、プログラム制御式万能複合フラ
イス中ぐり盤を提供する。【解決手段】本発明による万能複合フライス中ぐり盤
は、工作台２の支持部としての水平基台３と、機械フレ
ーム１と、少なくとも１つのスピンドル・ヘッドのため
の支持システム２３であって、寸法的に安定した中央管
４３、その下端に取り付けられたスピンドル・ヘッド支
持部６６、１２０°の隅角変位で配置されてスピンドル
・ヘッド支持部に自在軸受で連結された３本の入れ子バ
ー５０、５１、５２、ならびに中央管４３と各入れ子バ
ー５０、５１、５２のための自在軸受４１、６０、６
１、６２を有する上部支持部材２２を含む、支持システ
ム２３とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作台の支持部と
して使用される水平基台と、機械フレームと、少なくと
も１つのスピンドル・ヘッドのための支持システムとを
含み、この支持システムは、寸法的に安定した中央管
（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙｓｔａｂｌｅｃｅｎ
ｔｒａｌｔｕｂｅ）、その下端に取り付けられたスピ
ンドル・ヘッド支持部、１２０°の隅角変位（ｓｏｌｉ
ｄａｎｇｌｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）で配置さ
れスピンドル・ヘッド支持部にカルダン式取付け（ｃａ
ｒｄａｎｉｃｍｏｕｎｔｉｎｇ）によって連結された
３本の入れ子バー、ならびに中央管と各入れ子バーのた
めの自在軸受を有する頂部支持部材を含む、プログラム
制御式万能複合フライス中ぐり盤（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ
ｃｏｍｂｉｎｅｄｍｉｌｌｉｎｇａｎｄｂｏｒ
ｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】さまざまな設計のこの種の工作機械がｔ
ｒｉｃｅｐｔ（登録商標）の装置名で、ＮＥＯＳＲＯ
ＢＯＴＩＣＳ社によって製造されている。知られるよう
になった機械のすべては、大きな航空機部品などの大面
積の被加工物を加工処理するために設計されており、こ
れらの被加工物を収容して正確に固定するために対応す
る長さの移動式工作台を有し、および／または対応する
長さのガイド・レールで被加工物に沿って横方向に動く
ことができ、かつ切削ユニット（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ
ｕｎｉｔ）の支持システムが上に取り付けられる、いわ
ゆる移動式スタンドを有する。基本軸線は並列運動学
（ｐａｒａｌｌｅｌｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）として実
現され、ヘッド軸線は直列軸線（ｓｅｒｉａｌａｘｅ
ｓ）として設計されている。

【０００３】雑誌ＶＤＩ−Ｚ１４３（２００１）、第６
号（６月号）の３８ページから４０ページにおける、Ｗ
ｅｒｎｅｒＥｂｅｒｌｅｉｎ博士とＵｌｒｉｃｈＳ
ｃｈｌｅｉｄｅｒによる論文「三脚技法によるマシニン
グセンタ（Ｂｅａｒｂｅｉｔｕｎｇｓｚｅｎｔｒｕｍ
ｍｉｔＴｒｉｐｏｄｅｎｔｅｃｈｎｉｋ）」には、フ
ライス加工ヘッド（ｍｉｌｌｉｎｇｈｅａｄ）を支え
る切削ユニットが三脚の形で実現される万能工作機（ｕ
ｎｉｖｅｒｓａｌｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ）が記載
されている。ここでは、スピンドル支持ケースが自由度
３で支持されて、３つの三角形ガイドによって各々継手
を通じて動かされ、各三角形ガイドは関連する直線ガイ
ド・システムに対し回転されている。ガイド・システム
は、円筒状の受容体に配置されている。総合スライド
（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｌｉｄｅｓ）が長手方向に
循環ボールネジとサーボ駆動部によって動かされる。こ
のシステムでは、総合駆動モータ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅ
ｄｄｒｉｖｅｍｏｔｏｒ）を有する作業スピンドル
が８０°の隅角内で動くことができる。これらの機械形
式はまた、面積が非常に大きな被加工物、特に、例えば
全長が２．５ｍで移動経路が３０ｍにまで達する可能性
のある翼の領域にある、大きな構造部品を機械加工する
ためにも設計されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、設計
がコンパクトで、またそのユニット（ｕｎｉｔｓ）の極
めて高い剛直性と非常に正確な工具位置決めによる高度
の機械加工精度を保証する、汎用タイプの万能複合フラ
イス中ぐり盤を作り出すことである。

【課題を解決するための手段】

【０００５】本発明によれば、この目的は、２つの側壁
と寸法的に安定した前横桁（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌ
ｙｓｔａｂｌｅｆｒｏｎｔｔｒａｖｅｒｓｅ）と
下部後壁とを有する、統合された寸法的に安定した支持
構造として、基台とともに機械フレームを実現し、支持
システムの支持部材を下部後壁と横桁との間で傾斜させ
ることによって達成される。

【０００６】工作台の統合基台（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
ｂａｓｅ）とともに機械フレームを準備するので、ボ
ックス状の形状は極めて高度の剛直性を保証し、これに
よって最大限の機械加工精度を得る。切削ヘッド（ｍａ
ｃｈｉｎｅｈｅａｄ）を有する中央管と３本の入れ子
バーのための支持エレメントの傾斜した位置は、結果的
に、作業区域における支持管の端部に取り付けられたス
ピンドル・ヘッドのために特に有利な位置となり、また
支持エレメントの垂直または水平配置と比較してより均
一の負荷となる。全体として、本発明による工作機械は
極めてコンパクトであり、したがって必要なものは対応
する小さな床空間のみである。機械の有利な三脚取付け
は、基台に固定された台によって可能である。

【０００７】本発明による万能機械の特に有用な開発
は、それ自体を、支持システムの支持部材が平らな寸法
的に安定したスライドとして設計され、モータによって
横桁と後壁の水平ガイドの中で移動可能であることで区
別する。スライドのこの可動性、さらにまたこれによる
切削ユニットの可動性は、被加工物に対する切削ヘッド
の最適位置付けを常に可能にする。スライドとこれによ
って支持されるユニットとの質量は比較的小さくて、ほ
ぼ一定であるから、駆動および制御集合体の設計と効果
性に関して、スライドの移動にさらに有利な結果とな
る。

【０００８】スライドが、ほとんど三角形の形状を有
し、その長い後側を介して、後壁に取り付けられたガイ
ド・レール上に２つの終端ガイド・エレメントによって
支持され、その短い前側を介して、前部上横桁に取り付
けられたガイド・レール上に少なくとも１つのガイド・
エレメントによって支持されることが有用である。スラ
イドのこの形状と支持によって、切削工具（ｍａｃｈｉ
ｎｉｎｇｔｏｏｌ）が極度に変位した場合でも、スラ
イドから機械フレームへの機械加工中にスライド力の好
ましい移転が発生する。

【０００９】前述の従来の技術と比較して、本発明によ
る工作機械（ｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ）の特徴はま
た、知られている多部品設計（ｍａｌｔｉｐａｒｔｄ
ｅｓｉｇｎｓ）に対して中央管が単一部品設計（ｓｉｎ
ｇｌｅ−ｐａｒｔｄｅｓｉｇｎ）となっていることで
ある。この多部品設計では、さまざまな個別の部品を組
立て中および固定中に互いに整列しなければならず、こ
れは結果的に位置決め挙動の不正確さをもたらすことが
ある。単一部品の管設計によって、整列ステップは不必
要となり、直線ガイドとして作用する入れ子バーに対す
る自在継手の位置決め精度が、製造中に直接生み出さ
れ、したがって遵守される許容誤差を小さくすることが
できる。

【００１０】本発明のさらに有用な実施形態は従属請求
項に定義されている。

【００１１】本発明による万能工作機械の好ましい実施
形態を、添付の図面によって詳細に説明する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１に示す工作機械は、極めて剛
性の高い機械フレーム１と、工作台２の支持部として機
械フレームの内部に統合された水平基台３とを含む。機
械フレームは、その前側で開いたボックスの形に設計さ
れ、２つの垂直側壁４、５、垂直後壁６、前底に傾斜し
かつ側壁４、５と後壁６が接する底部材７、ならびに側
壁４、５の最上部を互いに接合する横方向の頂部前方横
桁８から構成されている。側壁４、５は、各々が基台３
の側壁９、１０と隣接した、より広い底部と、垂直前面
を有するよりせまい中央部と、前方に向かって傾斜して
突出する頂部１４、１５を有し、この頂部に、極めて剛
性の高い横桁８の一端が各々接している。

【００１３】特に図３から明らかなように、複数の凹所
１１を備えた後壁６は、高さが側壁４、５よりも低く、
傾斜した端面１２を有し、この端面の上に連続ガイド・
レール１３が取り付けられ固定されている。両側壁４、
５の後側の頂部１４、１５も上前方に向かって傾斜して
おり、横桁８のそれぞれの端部に堅固に結合されてい
る。傾斜部に広がるカバー・エレメント１６、１７が各
側壁４、５の内側に設けられ、その頂部は横桁８の内側
に堅固に連結されている。別のガイド・レール２０が、
前頂部に向かって形成された角領域１９の中に、横桁８
の寸法的に安定した連続ウェブ１８によって取り付けら
れている。この長さは、２つのカバー・エレメント１
６、１７によって画定された自由空間２１よりも大き
い。２つのガイド・レール１３、２０に沿ってスライド
２２を移動させることができる。この場合、スピンドル
駆動部（ボール・キャスタ・スピンドル（ｂａｌｌｃ
ａｓｔｅｒｓｐｉｎｄｌｅ））はスライドの移動用駆
動部として働き、２つの台座２８における後壁６の端面
１２の上に支持された軸線平行スピンドル（ａｘｉｓ−
ｐａｒａｌｌｅｌｓｐｉｎｄｌｅ）２９と、スライド
２２の上に取り付けられた循環ボール・ナット２５とか
ら構成されている。後壁６の後側には、支持部２６がト
レーリング・ケーブル（ｔｒａｉｌｉｎｇｃａｂｌ
ｅ）２７に取り付けられ、このケーブルを介して、スラ
イド２２によって支えられたさまざまな装置のエネルギ
ー供給および制御が実施される。

【００１４】図１、３による実施形態では、回転台とし
て設計された工作台２が、側壁４、５の前縁部の先まで
前方に突出している基台３の上に配置されており、少な
くともその後部において、特に傾斜した底部材７によっ
て画定された樋形状の切削屑収集器によって囲まれてい
る。基台の右画定壁１０から出る接続管３０、３１は、
液体および切削屑を除去する働きをする。

【００１５】図２に示す万能複合フライス中ぐり盤の基
本設計は、図１による実施形態に対応するので、対応す
る部品には図１のものと同じ参照番号を付けた。図１に
よる実施形態に対する相違は、並んで配置された２つの
工作台２ａ、２ｂのための支持部として使用され、相応
じて展開される変形基台（ｖａｒｉｅｄｂａｓｅ）３
である。図１による実施形態におけるように固定された
工作台２ａ、２ｂは、図示するように基台に取り付けて
固定されるか、または図１による回転台として開発され
ることが可能である。２つの工作台の使用は、例えば被
加工物供給を交替することによって全体として切削屑の
発生を増す。

【００１６】図１および図２Ａによる機械は両方とも、
スピンドル・ヘッド２４として開発された切削ユニット
のために図４に示す支持システムを使用する。主要部材
として、この支持システムは、上面図では先端が切り取
られた三角形の形状をなす平らなチャンバとして形成さ
れた、極めて剛性の高いスライド２２を含む。スライド
２２の広い後側部３５には、ガイド・シュー３６、３７
がそれぞれの隅部領域に取り付けられ、両方とも後壁６
の傾斜した上側部の上に取り付けられているガイド・レ
ール１３と協働する。横桁８に設けられたガイド・レー
ル２０の中を走行するさらに２つの取付け固定されたガ
イド・シュー３８、３９が、スライド２２の狭い前側部
に位置する。極めて剛性の高いスライドの、この特殊な
形状と展開は、切削ユニットによってスライドに伝達さ
れた負荷の、各々極めて剛性の高い機械フレーム部材へ
の正確な移転を確実にする。

【００１７】自在軸受４１が例えばカルダン式設計の形
で取り付けられている中央円形凹所４０が、スライド２
２の内部に配置されている。中央管４３が、直径方向に
対向した２つの直線ガイド４４によって、この軸受４１
の軸受ブッシング４２の中で長手方向に可動であってね
じれのない方式で案内される。２つの角位置測定システ
ム（ａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅａｓｕｒ
ｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ：図示せず）が、２つの直径方
向に対向するカルダン式軸受群の中に統合されて、プロ
グラム制御のために対応する測定値を供給する。これに
加えて、長手方向に延びる直線目盛４５が中央管４３の
上に取り付けられ、中央管には、この長手方向に中央管
４３の送り運動を検出するための測定部材が連結されて
いる。

【００１８】図５に示すように、中央管ケース４３は単
一部品から構成されており、これは剛直性を増し、した
がって多部品の実施形態と比較して位置決め精度も増
す。

【００１９】切削ユニット２４の支持システムも、モー
タによって延長可能な３本の入れ子バー５０、５１、５
２から構成され、これらの外管は駆動ユニット５３、５
４、５５と各々フランジ連結されている。入れ子バーの
内部バーはこれらの駆動ユニットを作動することによっ
て伸縮する。これらの内部バーの端部はスラスト玉軸受
５６、５７、５８の中で支持されており、これらの軸受
は中央管ケース４３の広がった端部フランジ５９の中に
形成されている。スピンドル・ヘッド支持部６６がこの
端部フランジに固定されているか、またはスピンドル・
ヘッド２４が取り付けられている中央管４３の中央軸線
６４の周りに回転可能に取り付けられている。洗浄用流
体供給部（ｒｉｎｓｉｎｇｆｌｕｉｄｓｕｐｐｌ
ｙ）がこのスピンドル・ヘッド支持部６６の内部に延び
ており、スピンドルの作動のため、および旋回や回転運
動のための駆動ユニットも、この中に含むことができ
る。

【００２０】機械加工精度に通常決定的な機械フレーム
の高い剛性度合に加えて、上述の実施形態の万能複合フ
ライス中ぐり盤は、工作台が前側の側壁「切抜き部分」
から突出しているので、快適でしたがって作業領域への
信頼性のある接近が可能であるという利点をさらに有す
る。もう１つの主な利点は、最も異なる切削工程および
被加工物寸法においても一定のままであり、本発明によ
る機械形式では固定式に取り付けられた部材を含むスラ
イドによってのみ構成されている移動質量（ｍｏｖｅｄ
ｍａｓｓｅｓ）に由来するものである。両ガイド・レ
ール１３、２０の中に転倒防止式およびねじり防止式に
支持されたスライドの可動性によって、スピンドルのそ
れぞれの切削位置を静止被加工物に対して最適化するこ
とができる。中央管４３のカルダン式軸受内における２
つの角位置測定システムと、絶対直線測定目盛４５とに
よって形成された測定システムは、作業区域における工
具位置とその角位置の重複決定を可能にし、最優先の位
置制御の基礎を形成して、位置決め精度の向上を目的と
する。さらにまた、中央管ケースの一部品設計は結果的
に、ねじり剛性の改善と玉軸受の強度の最適化が行われ
ることになり、回転式駆動ユニットは、このケースの下
部の広い部分に適応するようになっている。支持エレメ
ントまたはスライド２２の傾斜した位置の好ましい角度
範囲は、３０°から６０°の範囲にあり、中央管４３は
その正規の非変位中央位置に、スライド面に直角に延び
ている。垂直に対する４５°の角度におけるスライドの
配置は、片側にフライス・ヘッドが取り付けられている
等側面プリズム（ｅｑｕａｌ−ｓｉｄｅｄｐｒｉｓ
ｍ）の形のスピンドル・ヘッド支持部６６が使用される
ときには、特に便利である（図４ｂを参照）。中央管４
３の軸線６４の周りにおけるスピンドル・ヘッド支持部
６６の単なる１８０°の回転（ｓｉｎｇｌｅ１８０°
ｒｏｔａｔｉｏｎ）は、スピンドル・ヘッド２４をそ
の垂直位置からその水平位置へ、およびその逆に移動さ
せるために役立つ。

【００２１】本発明は、上述の実施形態に限定されるも
のではない。例えば、より小さな機械の場合には、スラ
イドを上部傾斜カバー壁の一体部分として開発すること
ができ、切削ユニットのための支持システムはこの場合
定置している。しかし、支持システムの傾斜した配置は
この場合には、中央管の対応する傾斜した位置を得るた
めにも維持されるべきである。それは、これが、被加工
物の送り中においても、また切削中においても被加工物
の取り扱いを含む作業区域の最大寸法に関して、有利な
条件を得るために役立つからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】万能複合フライス中ぐり盤の斜視図である。

【図２】二重台を有する図１による万能複合フライス中
ぐり盤の変形形態を示す図である。

【図３】図１による万能複合フライス中ぐり盤の後面斜
視図である。

【図４】スライド形状の支持部材を有するスピンドル・
ヘッドの支持システムの傾斜した前面図（ａ）および側
面図（ｂ）である。

【図５】支持システムの中央管を通る軸方向断面図であ
る。

【符号の説明】

１機械フレーム２工作台３水平基台４垂直側壁５垂直側壁６後壁７底部材８頂部前方横桁９側壁１０側壁１１凹所１２傾斜した端面１３連続ガイド・レール１４、１５頂部分１６、１７カバー・エレメント１８横桁、連続ウェブ２０ガイド・レール２１自由空間２２スライド２３スピンドル・ヘッドのための支持システム２４スピンドル・ヘッド、切削ユニット２５循環ボール・ナット２６支持部２７トレーリング・ケーブル２８台座２９軸平行スピンドル３０接続管３１接続管３５広い後側部３６、３７、３８、３９ガイド・シュー４１自在軸受４２軸受ブッシング４３中央管、中央管ケース４４直線ガイド４５直線目盛５０、５１、５２入れ子バー５３、５４、５５駆動ユニット５６、５７、５８スラスト玉軸受５９端部フランジ６０、６１、６２自在軸受６６スピンドル・ヘッド支持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ゲルトホッペドイツ連邦共和国ハビヒトスヴァルト、ロールベルクシュトラーセ５Ｆターム(参考） 3C048 AA01 BB20 BC01 DD00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作台（２）の支持部としての水平基台
（３）と、機械フレーム（１）と、少なくとも１つのスピンドル・ヘッドのための支持シス
テム（２３）であって、寸法的に安定した中央管（４
３）と、その下端に取り付けられたスピンドル・ヘッド
支持物（６６）と、１２０°の隅角変位で配置されて前
記スピンドル・ヘッド支持部に自在軸受で連結された３
本の入れ子バー（５０、５１、５２）と、中央管（４
３）と各入れ子バー（５０、５１、５２）のための自在
軸受（４１、６０、６１、６２）を有する頂部支持部材
（２２）とを含む、支持システム（２３）と、を含む、プログラム制御式万能複合フライス中ぐり盤で
あって、機械フレーム（１）は、統合された寸法的に安定した支
持構造として基台（３）とともに設計され、２つの横壁
（４、５）と、頂部前横桁（８）と、下部後壁（６）と
を有し、支持システム（２３）の支持部材（２２）が後壁（６）
の頂部側と横桁（８）との間で傾斜していることを特徴
とするプログラム制御式万能複合フライス中ぐり盤。
【請求項２】支持部材（１）が平らな寸法的に安定し
たスライドとして設計され、モータによって後壁（６）
と横桁（８）の水平ガイド（１３、２０）の中を移動す
ることができることを特徴とする、請求項１に記載のプ
ログラム制御式万能複合フライス中ぐり盤。
【請求項３】ボックス形状のスライド（２２）がほぼ
三角形の形状を有し、そのより長い後側を介して、後壁
（６）の傾斜した頂部側に取り付けられたガイド・レー
ル（１３）上の２つの末端ガイド・エレメント（３６、
３７）によって、およびそのより短い前側を介して、横
桁（８）のガイド・レール（２０）上の少なくとも１つ
のガイド・エレメント（３８）によって移動可能に支え
られていることを特徴とする、請求項２に記載のプログ
ラム制御式万能複合フライス中ぐり盤。
【請求項４】中央管ケース（４３）が単一部品として
設計されていることを特徴とする、請求項１から請求項
３までのいずれか一項に記載のプログラム制御式万能複
合フライス中ぐり盤。
【請求項５】２つの工作台（２ａ、２ｂ）が基台
（３）の上に並んで配置されていることを特徴とする、
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロ
グラム制御式万能複合フライス中ぐり盤。
【請求項６】機械フレーム（１）または基台（３）の
底部が樋形状の切削屑収集装置を有することを特徴とす
る、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の
プログラム制御式万能複合フライス中ぐり盤。
【請求項７】スピンドル・ヘッド支持部（６６）を中
央管（４３）の長手方向軸線（６１）の周りに回転させ
ることができることを特徴とする、請求項１から請求項
６までのいずれか一項に記載のプログラム制御式万能複
合フライス中ぐり盤。
【請求項８】スライド（２２）によって形成された支
持エレメントが垂直に対して３０°から６０°の角度範
囲で、好ましくは４５°の角度で整列していることを特
徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか一項に
記載のプログラム制御式万能複合フライス中ぐり盤。
【請求項９】スピンドル・ヘッド支持部（６６）が前
記中央管の軸線（６４）の周りに回転可能なプリズムと
して形成され、フライス・ヘッドが前記プリズムの片側
に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から
請求項８までのいずれか一項に記載のプログラム制御式
万能複合フライス中ぐり盤。