JP2004223683A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト且つ高い精度を確保することができると共に汎用性が高い工作機械を提供する。
【解決手段】マシンベッド２の上面２ａにワークテーブルユニット３を配設すると共にマシンベッド２の下面２ｂに主軸ユニット４を配設してマシニングセンタ１を構成した。従って、マシニングセンタ１をコンパクトに構成することができ、力のループ距離Ｌが極めて短くなり高い精度を確保することが可能となる。また、テーブル１５の下方がオープンスペースとなり、該オープンスペースを利用してマシニングセンタ１を各種仕様に順応させてマシニングセンタ１の汎用性を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に関するもので、特にドライ加工に向けて好適な工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、マシニングセンタによる加工は、所要部位にクーラントが供給されて工具及びワークの冷却、潤滑、切粉の排除等がなされている。そして、劣化した使用済みのクーラントは回収されて専用の業者により廃棄処理されている。このクーラントの廃棄処理には多大な費用を要し、マシニングセンタのランニングコストを増大させる要因となっている。また、クーラントの廃棄は環境破壊にも繋がるため、近年、マシニングセンタ（工作機械）は、クーラントを使用しないドライ加工化又はセミドライ加工化の傾向にある。従来のマシニングセンタは、マシンベッド上に主軸ユニット及びワークテーブルユニットが配設されているため、熱を帯びた切粉がマシンベッド上に堆積する。そして、マシンベッドが堆積した切粉の熱を吸収して膨張し、これによりマシニングセンタの精度が悪化する。なお、マシンベッドの熱膨張によるマシニングセンタの精度への影響は、マシンベッドが大きく、加工時の力のループ距離、即ち、ワーク加工時にマシニングセンタに作用する内部応力の伝達経路が長くなるほど多大なものとなることが知られている。
【０００３】
そこで、マシンベッドに切粉排出用の穴が設けられたマシニングセンタが従来からある。このマシニングセンタでは、マシンベッドの下面に切粉排出穴と連通する切粉排出用の溝が設けられ、該切粉排出溝に収容されたチップコンベアが駆動されて切粉排出穴へ落下した切粉が回収される。しかしながら、このマシニングセンタでは、切粉排出穴を設けたことによるマシンベッドの剛性の低下を補うため、マシンベッドの厚みが増大されており、マシニングセンタが大幅に大型化及び重量化され、且つマシニングセンタが高価なものとなる。また、主軸が横向きに配置される主軸ユニットとテーブル面が下方に向けられたワークテーブルユニットとを具備する工作機械が従来からある（例えば、特許文献１参照。）。この工作機械では、主軸ユニットとワークテーブルユニットとが、下部が開口された箱型構造のフレームに配設されており、フレーム下部の開口部の下方には切粉を回収するための台車が設置されている。
【０００４】
しかしながら、上記工作機械は、切粉の熱によるフレームの変形が回避されるが、フレームの剛性が極めて小さく、また力のループ距離が長いため、フライス加工のような負荷が大きい重切削には不向きである。さらに、フレームが箱型構造であるため、作業性（寄り付き性）が極めて悪い。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３３４４３２公報（段落番号０００７〜０００８、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コンパクト且つ高い精度を確保することができると共に汎用性が高い工作機械を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、工具が装着される主軸ユニットとワークが固定されるワークテーブルユニットとを具備する工作機械であって、主軸ユニットとワークテーブルユニットとのいずれか一方がマシンベッドの上面に配設されると共にいずれか他方がマシンベッドの下面に配設されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、マシンベッドの上面にテーブル面が下方に向けられたワークテーブルユニットが設けられ、またマシンベッドの下面に主軸が横向きに配置された主軸ユニットが設けられることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ワークテーブルユニットのテーブル面の下方の領域がオープンスペースであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、主軸ユニットがマシンベッドの一側に設けられ、ワークテーブルユニットがマシンベッドの他側に設けられることを特徴とする。
【００１１】
従って、請求項１に記載の発明では、従来構造の工作機械と比較して、工作機械をコンパクトに形成することができる。また、力のループ距離が極めて短くなり、マシン剛性を大幅に向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、切粉がマシンベッド上に堆積することがなく、切粉の処理が容易であると共に堆積された切粉の熱によるマシンベッドの熱変形を防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、段取り作業及びメンテナンス作業が容易であると共に、オープンスペースを利用して当該工作機械を各種仕様に順応させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、工作機械をコンパクトに構成することが可能となる。また、力のループ距離が極めて短くなり、マシン剛性を大幅に向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１に本発明の工作機械が具体化された横型マシニングセンタ１（以下、単にマシニングセンタ１と称す）を示す。この図に示されるように、本マシニングセンタ１は、マシンベッド２の上面２ａにワークテーブルユニット３が設けられ、またマシンベッド２の下面２ｂに主軸ユニット４が設けられている。そして、本マシニングセンタ１は、ワークテーブルユニット３のワークテーブル５が下向きに設置され、また主軸ユニット４の主軸６が横向き（水平）に設置されている。これにより、本マシニングセンタ１は、上記ワークテーブルユニット３と主軸ユニット４とを含んで構成される加工ユニットがコンパクトに形成される構造になっている。また、本マシニングセンタ１は、力のループ距離Ｌが極めて短くなり、マシン剛性が向上して高い加工精度を確保することができる構造になっている。なお、本実施の形態において力のループ距離Ｌとは、ワーク加工時にマシニングセンタ１に作用する内部応力の伝達経路、即ち、主軸６に装着された工具７（本実施の形態ではフライス）とワークテーブル５に取付けられたワーク８間にマシンベッド２を介して作用する力（加工応力）の伝達経路を指す。
【００１６】
図１〜図３に示すように、上記マシンベッド２は、下面２ｂのマシン幅方向（図２における紙面視左右方向、以下、Ｘ軸方向と称す）の両側が本体フレーム９の対向する一対の側板１０で支持されている。そして、図２に示すように、本マシニングセンタ１は、マシンベッド２と対向する一対の側版１０とが門型形状に形成されている。また、本マシニングセンタ１は、ワークテーブルユニット３のコラム構造のユニットベース１１が直動ガイド１２を介してマシンベッド２の上面２ａに設けられている。これにより、本マシニングセンタ１は、ワークテーブルユニット３が上記直動ガイド１２によりＸ軸方向へ案内される構造になっている。そして、上記ユニットベース１１は下面にナットが固定され、該ナットが、マシンベッド２の上面２ａに設けられＸ軸方向へ延びるボールねじに螺合されている。さらに、本マシニングセンタ１は、Ｘ軸方向へ延びるボールねじの一端にＸ軸駆動用モータが連結されており、該Ｘ軸駆動用モータを駆動してワークテーブルユニット３をＸ軸方向へ移動させる構造になっている。
【００１７】
また、図１に示すように、上記ユニットベース１１の垂直面にはテーブルキャレッジ１３が直動ガイド１４を介して設けられている。これにより、本マシニングセンタ１は、テーブルキャレッジ１３が上記直動ガイド１４によりマシン上下方向（以下、Ｙ軸方向と称す）へ案内される構造になっている。そして、上記テーブルキャレッジ１３は裏面にナットが固定され、該ナットが、ユニットベース１１の垂直面に設けられてＹ軸方向へ延びるボールねじに螺合されている。さらに、本マシニングセンタ１は、Ｙ軸方向へ延びるボールねじの一端にＹ軸駆動用モータが連結されており、該Ｙ軸駆動用モータを駆動してテーブルキャレッジ１３をＹ軸方向へ移動させる構造になっている。また、テーブルキャレッジ１３にはテーブル面５ａが下方へ向けて水平に配置されたワークテーブル５が垂設されている。そして、該ワークテーブル５のテーブル面５ａにはワークの上側を把持する天吊り治具１６が取り付けられている。さらに、上記ワークテーブル５はテーブルキャレッジ１３に設けられたＢ軸駆動用モータの駆動により回転軸（以下、Ｂ軸と称す）の回りに回転してＢ軸回りの任意の角度に位置決め可能な構造になっている。
【００１８】
また、図１に示すように、本マシニングセンタ１は、主軸ユニット４の主軸ヘッド１８が直動ガイド１７を介してマシンベッド２の下面２ｂに設けられている。これにより、本マシニングセンタ１は、主軸ユニット４が、マシンベッド２を支持する本体フレーム９の対向する一対の側板１０間に収容されて上記直動ガイド１７によりマシン前後方向（図１における紙面視左右方向、以下、Ｚ軸方向と称す）に案内される構造になっている。そして、上記主軸ヘッド１８は上面にナットが固定され、該ナットが、マシンベッド２の下面２ｂに設けられてＺ軸方向へ延びるボールねじに螺合されている。さらに、本マシニングセンタ１は、Ｚ軸方向へ延びるボールねじの一端にＺ軸駆動用モータが連結されており、該Ｚ軸駆動用モータを駆動して主軸ユニット４をＺ軸方向へ移動させる構造になっている。また、上記主軸ヘッド１８は、Ｚ軸（図１における紙面視左右方向に設定された軸）に対して平行に配置されて先端に設けられたテーパ孔に工具７が装着される主軸６を回転可能に支持している。そして、該主軸６は、主軸ヘッド１８に設置された主軸駆動用モータの駆動により所要の回転数で回転される構造になっている。
【００１９】
また、本マシニングセンタ１は、Ｘ軸（Ｘ軸駆動用モータ）、Ｙ軸（Ｙ軸駆動用モータ）、Ｚ軸（Ｚ軸駆動用モータ）、Ｂ軸（Ｂ軸駆動用モータ）及び主軸６の回転がＮＣ制御装置により制御されている。そして、本マシニングセンタ１は、上記ＮＣ制御装置に格納された加工プログラムに基づいて各軸の位置制御を行うことにより、任意に設定された加工原点（プログラム原点）に対して工具７が位置決めされる構造になっている。また、図１及び図２に示すように、本マシニングセンタ１は、ワークテーブルユニット３のワークテーブル５のテーブル面５ａの下方の領域がオープンスペース２０になっている。そして、本マシニングセンタ１は、上記オープンスペース２０をカバー２１で囲繞して完全密閉された治具室を現出させて、マシン運転中の切粉の飛散を防止する構造になっている。さらに、本マシニングセンタ１は、カバー２１で囲繞された治具室の下側にスパイラル状に形成されたスクリューコンベア２２が配設されており、該スクリューコンベア２２で切粉をマシン後方（図１における紙面視右方向）へ順次搬出して所定位置に載置された切粉収容箱１９に収容する構造になっている。なお、図１〜図３に示す符号２３は、中継ボックスである。
【００２０】
次に、本実施の形態の作用を説明する。まず、予め、各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸）を所定のワークセット位置に位置決めしておいて、この状態でカバー２１の扉を開いてワークテーブル５に設置された天吊り治具１６にワーク８を固定する。この時、ワークテーブル５の下方及び主軸ユニット４のマシン前方（図１における紙面視左方向）がオープンスペース２０であるので、マシンへの寄り付き性が高く、作業を容易に且つ迅速に行うことが可能である。ワーク８を天吊り治具１６に固定した後、加工プログラムを実行させて主軸６に装着された工具７（本実施の形態ではフライス）によりワーク８にフライス加工を施す。そして、本マシニングセンタ１は、ワークテーブルユニット３がマシンベッド２の上面２ａに配設され、また主軸ユニット４がマシンベッド２の下面２ｂに配設されているため、ワークテーブルユニット３と主軸ユニット４とを含んで構成される加工ユニットをコンパクトに形成することができる。
【００２１】
これにより、図１に示すように、本マシニングセンタ１は、加工時における力のループ距離Ｌ（加工応力の伝達経路）が極めて短くなり、マシン剛性が高く、加工応力による各部の歪み、特に、マシンベッド２の歪みを抑制することができると共に、室温の変化に伴う熱膨張による歪みを抑制して高い加工精度を確保することが可能となる。また、本マシニングセンタ１は、フライス加工で生じる切粉が、下方へ落下してスクリューコンベア２２によりマシン後方（図１における紙面視右方向）へ順次搬出されて切粉収容ボックス１９に収容される。これにより、本マシニングセンタ１は、切粉がワークテーブル５上やマシンベッド２上に堆積するようなことがなく、切粉が発する熱の影響でマシンベッド２等が変形して加工精度を低下させてしまうことがない。また、本マシニングセンタ１は、クーラントを噴射させて切粉を流す必要がなく、クーラントレスを実現することが可能となる。
【００２２】
この実施の形態では以下の効果を奏する。
マシンベッド２の上面２ａにワークテーブルユニット３が配設されると共にマシンベッド２の下面２ｂに主軸ユニット４が配設されるので、マシニングセンタ１がコンパクト且つシンプルに形成されて低コストのマシニングセンタ１を提供することができる。
ワークテーブルユニット３と主軸ユニット４とを含んで構成される加工ユニットがコンパクトに形成されるので、力のループ距離Ｌ（加工応力の伝達経路）が極めて短く、マシン剛性が高くなり、また室温の変化に伴う熱膨張による歪みを抑制して加工精度が確保され、高品質の製品を安定して得ることが可能となる。
ワークテーブルユニット３のワークテーブル５のテーブル面５ａが下方へ向けて配置され、またワークテーブル５の下方がオープンスペース２０となるので、切粉がワークテーブル５上又はマシンベッド２上に堆積することがなく、切粉が発する熱でワークテーブル５又はマシンベッド２が変形して加工精度が低下する事態を回避することができる。また、切粉を流すためにクーラントを噴射する必要がなく、クーラントレスを実現することができる。さらに、上記加工ユニットへの寄り付き性が極めて高く、段取り作業及びメンテナンス作業が容易となり、作業者への負担を軽減させることが可能となる。また、ワークテーブル５の下方のオープンスペース２０をカバー２１で囲繞して完全密封された治具室を形成することで、切粉が周囲に飛散するようなことがなく、日々の清掃及びメンテナンス作業が容易となる。
ワークテーブル５の下方及び主軸ユニット４のマシン前方がオープンスペース２０となるので、マシニングセンタ１をライン上に配置して簡易なワーク搬送装置が可能となる等、各種仕様への順応性、汎用性を向上させることができる。
【００２３】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
マシンベッド２の上面２ａに主軸ユニット４を配設すると共にマシンベッド２の下面２ｂにワークテーブルユニット３を配設し、主軸６の下方がオープンスペースとなる縦型マシニングセンタとしてもよい。
本マシニングセンタ１は単体で使用されるだけでなく、例えば、一製品を生産する工程を複数の工程に分業し、工程に応じて分業された各工程の加工を行うマシニングセンタ１を生産ライン上に配設しておいて、該生産ラインに沿って走行可能な走行ローダによりワーク８を各工程に順次搬送させてもよい。このような仕様に容易に順応できるのは、ワークテーブル５の下方及び主軸６のマシン前方の領域がオープンスペース２０であるからである。
主軸６に装着される工具７は、フライスに限らず、例えば、図４に示すように、軸ヘッドを回転させて所要のドリル、タップを選択する多軸ヘッドのようなものでもよい。
ワークテーブルユニット３及び主軸ユニット４は一方がマシンベッド２の一側面に配設されると共に他方がマシンベッド２の他側面に配設されていればよく、例えば、床面に設置されたベースプレート上にマシンベッド２を立設し、ワークテーブルユニット３をマシンベッド２の右側面に配設すると共に主軸ユニット４をマシンベッド２の左側面に配設してマシニングセンタ１を構成してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、コンパクト且つ高い精度を確保することができると共に汎用性が高い工作機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本マシニングセンタの側面図である。
【図２】本マシニングセンタの正面図である。
【図３】本マシニングセンタの斜視図である。
【図４】他の実施の形態のマシニングセンタの正面図及び側面図である。
【符号の説明】
１ マシニングセンタ（工作機械）
２ マシンベッド
２ａ 上面（マシンベッド）
２ｂ 下面（マシンベッド）
３ ワークテーブルユニット
４ 主軸ユニット
５ａ テーブル面
６ 主軸
２０ オープンスペース

Claims (4)

1. 工具が装着される主軸ユニットとワークが固定されるワークテーブルユニットとを具備する工作機械であって、前記主軸ユニットと前記ワークテーブルユニットとのいずれか一方がマシンベッドの上面に配設されると共にいずれか他方が前記マシンベッドの下面に配設されることを特徴とする工作機械。
2. 前記マシンベッドの上面にテーブル面が下方に向けられた前記ワークテーブルユニットが設けられ、また前記マシンベッドの下面に主軸が横向きに配置された前記主軸ユニットが設けられることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記ワークテーブルユニットのテーブル面の下方の領域がオープンスペースであることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 主軸ユニットがマシンベッドの一側に設けられ、ワークテーブルユニットが前記マシンベッドの他側に設けられることを特徴とする工作機械。

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