JP2005297084A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】幅広長尺ワークを加工する場合の加工精度を確保できる工作機械を提供する。
【解決手段】工具Ｔが装着された主軸２を相対移動させることにより加工テーブル５に搭載されたワークＷに所定の加工を施すようにした工作機械において、上記主軸２を加工ユニット３により上記加工テーブル５に対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持し、該加工ユニット３に上記ワークＷを加工テーブル５に押圧固定するワーク押え装置４０を設ける。
【選択図】 図３

Description

本発明は、工具が装着された主軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させることにより加工テーブルに搭載されたワークに所定の加工を施すようにした工作機械に関する。

比較的長尺のワークを加工するためのガントリ形マシニングセンタとして、例えば、特許文献１又は２に記載されたものがある。特許文献１のものは、長尺状のベッド２に門形のコラム７をＸ軸方向に移動可能に配設し、該コラム７のクロスレール７ｃの前面にサドル２５をＹ軸方向に移動可能に配設し、該サドル２５にラム３０をＺ軸方向に移動可能に配設し、該ラム３０に、工具３２が装着された主軸３１を配設した構造となっている。

この種のマシニングセンタでは、ベッド２上に比較的長尺のワークＷを搭載し、コラム７，サドル２５，ラム３０をそれぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させて主軸３１により上記ワークＷに所定の加工を行うようになっている。
特開２００１−２１９３２５号公報 特開平８−１５０５３４号公報

ところで、上記従来の工作機械において、加工テーブルの略全域に渡るような大きさの幅広長尺ワークを加工する場合、ワークの外縁部のみが固定されているだけであるから、ワーク中央部分での固定が十分でなくなり、該中央部分の加工精度にこのワーク固定方法が悪影響を与えるという懸念がある。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、幅広長尺ワークを加工する場合の加工精度を確保できる工作機械を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、工具が装着された主軸を相対移動させることにより加工テーブルに搭載されたワークに所定の加工を施すようにした工作機械において、上記主軸を加工ユニットにより上記加工テーブルに対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持し、該加工ユニットに、上記ワークを加工テーブルに対して押圧固定するワーク押え装置を設けたことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１において、上記ワーク押え装置は、上記加工ユニットに装着され、シリンダによりピストンロッドを進退自在に支持する複数のシリンダ機構を備えており、上記各ピストンロッドの先端部には上記ワークの形状に追随するよう取付姿勢又は形状を変化させつつ上記ワークを押圧するパッド部材が装着されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記加工テーブルは一方向に配置された複数の加工エリアを有し、上記加工ユニットは、上記加工エリアの配置方向に延びる長尺状のベッド上に該加工エリア配置方向に移動可能に搭載され、何れかの加工エリアに位置決めされた状態で上記主軸をＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させることにより上記ワークの加工を行うように構成されており、上記ワーク押え装置は、ワークの上記加工エリア部分のみを押圧固定するように構成されていることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３において、上記加工ユニットは、上記加工テーブルを跨ぐように上記ベッド上に配設されており、上記加工テーブルには各加工エリアの略全域に渡る大きさ，形状を有する幅広長尺ワークが搭載されており、上記シリンダ機構は、上記加工ユニットの上記加工テーブルを跨ぐ梁部材に略垂直下方に向けて配設され、上記ワークを垂直下方に押圧固定していることを特徴としている。

請求項１の発明に係る工作機械によれば、主軸を支持する加工ユニットにワークを加工テーブルに対して押圧固定するワーク押え装置を設けたので、幅広長尺ワークであってもワーク全体を加工テーブルに確実に固定することができ、加工精度を確保できる。

請求項２の発明では、各シリンダ機構のピストンロッドにワーク形状に追随するよう取付姿勢が変化するパッド部材を装着したので、ワークに傾斜面や凹凸があっても確実に該ワークを加工テーブルに押圧固定することができる。

請求項３の発明では、加工ユニットを何れかの加工エリアに位置決めした状態で主軸によるワーク加工を行うようにしたので、幅広長尺ワークであっても該ワークの加工エリア部分だけを押圧固定するだけで良く、ワーク全体を押圧する場合に比べてワーク押え装置を小型かつ簡単な構造にできる。

請求項４の発明では、加工ユニットの加工テーブルを跨ぐ梁部材にシリンダ機構を取り付けてワークを加工テーブル上に押圧固定したので、各加工エリアの略全域に渡るような大きさ，形状を有する幅広長尺ワークであっても該ワークの中央部分を確実に押圧固定でき、該中央部分を加工する場合の加工精度を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図６は、本発明の一実施形態によるガントリ形マシニングセンタ（工作機械）を説明するための図であり、図１はガントリ形マシニングセンタの全体斜視図、図２はガントリ形マシニングセンタの加工ユニットの斜視図、図３，図４はワーク押え装置を備えた加工ユニットの正面図，断面側面図、図５はワーク押え装置の側面図、図６は加工ユニットの主軸部分の斜視図である。

図において、１はガントリ形マシニングセンタを示しており、これは工具Ｔが装着された主軸２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向に相対移動可能に支持する加工ユニット３と、該加工ユニット３を上記Ｘ軸方向と平行なＵ軸方向（加工エリア配置方向）に移動可能に支持する左，右一対のベッド４，４とから構成されている。

上記左，右のベッド４，４の間には加工テーブル５が配置されている。この加工テーブル５は、長さが２０〜３０ｍで幅が３〜５ｍに渡る大形のものであり、上記Ｕ軸方向に配置された複数の加工エリアａ１〜ａ４を有している。また上記左，右のベッド４，４のＵ軸方向両端部には加工テーブル５のＵ軸方向外側に位置するよう加工ユニット３の退避スペースが設けられており、該退避スペースに加工ユニット３を位置させた状態で幅広長尺ワークＷを上下方向に着脱できるようになっている。

上記加工ユニット３は、機械正面から上記Ｕ軸方向に見たとき、加工テーブル５を跨ぐように左，右のベッド４，４に搭載された門形コラム８と、該コラム８によりＸ軸方向に移動可能に支持されたクロスレール９と、該クロスレール９によりＹ軸方向に移動可能に支持されたサドル１０と、該サドル１０によりＺ軸方向に移動可能に支持されたラム１１とを備えており、該ラム１１の下端に上記主軸２が軸線を概ね垂直方向に向けて配設されている。

上記ラム１１は、図６に示すように、主軸２を軸直角回りのＡ軸方向に回転割り出し駆動するとともに、主軸２を軸線回りのＣ軸方向に回転割り出し駆動する回転割り出し装置１３を備えており、これにより５軸制御によるワーク加工が行えるようになっている。

上記門形コラム８は、左，右のベッド４上に配置された側面視略長方形状の左，右のコラム本体１５，１６の前壁，後壁同士を前，後のクロスフレーム１７，１８により一体的に結合した構造となっている。上記左，右のコラム本体１５，１６は各ベッド４，４の上面に配設された一対のＵ軸ガイドレール１９，１９により上記Ｕ軸方向に移動可能に支持されている。

上記クロスレール９は、上下方向に開口した矩形箱状のものからなり、平面視で、上記左，右のコラム本体１５，１６及び前，後のクロスフレーム１７，１８とで囲まれた空間内に配置されている。またクロスレール９の左右上縁部にはフランジ部９ａ，９ａが形成されており、該左，右のフランジ部９ａが各コラム本体１５，１６の上面に配設されたＸ軸ガイドレール２１，２１によりＸ軸方向に移動可能に支持されている。

上記サドル１０は、上下方向に開口する角筒状のものからなり、上記クロスレール９内に配置されている。このサドル１０の前，後壁にはそれぞれ一対の三角ブラケット２５，２５が取付け固定されており、この前，後の各ブラケット２５，２５がクロスレール９の前，後上面に配設されたＹ軸ガイドレール２６，２６によりＹ軸方向に移動可能に支持されている。

また上記サドル１０の前，後壁の下縁にはフランジ部１０ａ，１０ａが形成されており、該前，後のフランジ部１０ａがクロスレール９の前，後下面に配設されたＹ軸ガイドレール２７，２７によりＹ軸方向に移動可能に支持されている。このようにしてサドル１０は上，下のＹ軸ガイドレール２６，２７により挟持されている。

上記ラム１１は、上下方向に延びる角筒状のものであり、上記サドル１０内に配置されている。このラム１１はこれの前後，左右壁の４面が上記サドル１０の各内壁面に配設されたすべり面（不図示）を介してＺ軸方向に移動可能に支持されている。なお、２９はラム１１のＺ軸方向位置を検出するスケールである。

上記Ｘ軸及びＹ軸ストロークは３〜４ｍ程度に設定され、Ｚ軸ストロークは１〜２ｍ程度に設定されている。また上記クロスレール９，サドル１０及びラム１１はそれぞれボールねじ３０，３１、３２及びサーボモータ３３，３４，３５により往復駆動される。また図示していないが、上記加工ユニット３は、Ｕ軸駆動装置により上記Ｕ軸方向に往復駆動される。

上記右側のコラム本体１６には作業者が出入り可能な大きさを有する作業用開口１６ａが形成されており、該開口１６ａには機内と機外とを仕切る不図示の開閉ドアが配設されている。また上記作業用開口１６ａ内のドア外側には操作パネル３７が配設されている。

上記左側のコラム本体１５の外側壁には多数の工具Ｔｎを保持する工具マガジン３８が配設されている。また上記コラム本体１５の交換位置に臨む部分には工具交換窓１５ａが形成されており、この工具交換窓１５ａを介して主軸２に装着された加工済み工具Ｔと、上記工具マガジン３８に保持された次工程工具とを不図示の工具交換アームにより自動的に交換するようになっている。

上記加工テーブル５の左，右側端部には、図３に示すように、クランプ装置４５が長手方向に所定間隔をあけて配置されている。この各クランプ装置４５は油圧シリンダ４６によりクランプロッド４７を進退自在に支持した概略構造のものである。このクランプロッド４７を幅広長尺ワークＷの左，右外縁部Ｗａ，Ｗｂに係合させて下降させることにより、幅広長尺ワークＷを加工テーブル５に位置決め固定している。また上記加工テーブル５には幅広長尺ワークＷの下面を支持する治具４９が配置されている。

上記加工ユニット３には、図３ないし図５に示すように、幅広長尺ワークＷを加工テーブル５に押圧固定するワーク押え装置４０が配設されており、該ワーク押え装置４０は以下の構造となっている。

上記コラム８の加工テーブル５を跨ぐように位置する前，後のクロスフレーム（梁部材）１７，１８の前，後壁面にはそれぞれ４つのシリンダ機構４１が所定間隔をあけて配設されており、各シリンダ機構４１は幅広長尺ワークＷの加工エリア部分のＵ軸方向前，後端部における幅方向両端部及び中央部に臨む位置に配置されている。

上記各シリンダ機構４１はこれのシリンダ４１ａが上，下一対のブラケット４２，４２により上記クロスフレーム１７，１８にボルト締め固定されている。この各シリンダ機構４１は、シリンダ４１ａ内に摺動自在に挿入されたピストン（不図示）にピストンロッド４３を接続してなり、該各ピストンロッド４３は各シリンダ４１ａに圧縮空気を供給することにより昇降駆動される。

上記各ピストンロッド４３の下端部にはスラストパッド（パッド部材）４４が装着されている。このスラストパッド４４はワークＷの傾斜面や凹凸に追随するようその取付姿勢及び形状が変化するようになっている。

上記各シリンダ機構４１への圧縮空気の供給圧力は幅広長尺ワークＷを十分に固定可能で、かつ該ワークＷを変形させることのない値に制御される。なお、各シリンダ機構４１を幅広長尺ワークＷの大きさ等に応じて個別又はグループ毎に制御しても良い。

本実施形態のガントリ形マシニングセンタ１でワーク加工を行うには、幅広長尺ワークＷを加工テーブル５の治具４９上に搭載して支持するとともに各クランプ装置４５により位置決め固定する。次に退避スペースにある加工ユニット３を第１加工エリアａ１に移動させて位置決め固定する。

そして上記各シリンダ機構４１に圧縮空気を供給してピストンロッド４３を下降させ、幅広長尺ワークＷを加工テーブル５上に押圧固定する。この場合、スラストパッド４４が幅広長尺ワークＷの傾斜面に追随するよう取付姿勢を変化させて傾斜し、あるいはさらに変形しつつワークＷを押圧することとなる。これにより幅広長尺ワークＷの第１加工エリアａ１の外周部は左，右のクランプ装置４５と前，後の各シリンダ機構４１により押圧固定される。この状態で主軸２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させつつ工具Ｔにより幅広長尺ワークＷに所定の加工が施される。

上記ワーク加工が終了すると、各ピストンロッド４３を上昇させて幅広長尺ワークＷの押圧を解除し、加工ユニット３を次の加工エリアａ２に移動させ、該加工エリアａ２にて上記同様に加工ユニット３を位置決め固定するとともに、各シリンダ機構４１により幅広長尺ワークＷを押圧固定し、主軸２によるワーク加工が行なわれる。このようにして加工エリアａ１〜ａ４毎に加工ユニット３を順次移動させ、各加工エリアａ１〜ａ４にて主軸２によるワーク加工が行なわれる。具体的には、例えば電車やバス等の大型車両ボディに所定間隔ごとに窓をくり抜いて形成したり、各窓孔の外周部にボルト孔等を形成したりする場合に好適である。

このように本実施形態によれば、主軸２をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能に支持する加工ユニット３に幅広長尺ワークＷの加工エリア部分を加工テーブル５に押圧固定するワーク押え装置４０を設けたので、幅広長尺ワークＷの固定が困難な中央部分に加工を施す場合の加工精度を確保できる。

本実施形態では、各シリンダ機構４１のピストンロッド４３にワーク形状に追随するよう取付姿勢が変化するスラストパッド４４を装着したので、上記幅広長尺ワークＷに傾斜面や凹凸があっても該ワークＷを確実に加工テーブル５に押圧固定することができる。

また上記加工ユニット３を加工テーブル５の各加工エリアａ１〜ａ４毎に移動させ、各加工エリアａ１〜ａ４内にて主軸２によるワーク加工を行うようにしたので、ワークの加工エリアａ１〜ａ４部分だけを押圧固定すれば済み、長尺ワーク全体を押圧する場合に比べてワーク押え装置４０を小型化でき、また構造が簡単で済む。

本発明の一実施形態によるガントリ形マシニングセンタの全体斜視図である。 上記ガントリ形マシニングセンタの加工ユニットの斜視図である。 ワーク押え装置を備えた加工ユニットの正面図である。 上記ワーク押え装置を備えた加工ユニットの断面側面図である。 上記ワーク押え装置の側面図である。 上記加工ユニットの主軸部分の斜視図である。

符号の説明

１ ガントリ形マシニングセンタ（工作機械）
２ 主軸
３ 加工ユニット
５ 加工テーブル
１７，１８ クロスフレーム（梁部材）
４０ ワーク押え装置
４１ シリンダ機構
４１ａ シリンダ
４３ ピストンロッド
４４ スラストパッド（パッド部材）
Ｗ 幅広長尺ワーク

Claims (4)

1. 工具が装着された主軸を相対移動させることにより加工テーブルに搭載されたワークに所定の加工を施すようにした工作機械において、上記主軸を加工ユニットにより上記加工テーブルに対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持し、該加工ユニットに、上記ワークを加工テーブルに対して押圧固定するワーク押え装置を設けたことを特徴とする工作機械。
2. 請求項１において、上記ワーク押え装置は、上記加工ユニットに装着され、シリンダによりピストンロッドを進退自在に支持する複数のシリンダ機構を備えており、上記各ピストンロッドの先端部には上記ワークの形状に追随するよう取付姿勢又は形状を変化させつつ上記ワークを押圧するパッド部材が装着されていることを特徴とする工作機械。
3. 請求項１又は２において、上記加工テーブルは一方向に配置された複数の加工エリアを有し、上記加工ユニットは、上記加工エリアの配置方向に延びる長尺状のベッド上に該加工エリア配置方向に移動可能に搭載され、何れかの加工エリアに位置決めされた状態で上記主軸をＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させることにより上記ワークの加工を行うように構成されており、上記ワーク押え装置は、ワークの上記加工エリア部分のみを押圧固定するように構成されていることを特徴とする工作機械。
4. 請求項３において、上記加工ユニットは、上記加工テーブルを跨ぐように上記ベッド上に配設されており、上記加工テーブルには各加工エリアの略全域に渡る大きさ，形状を有する幅広長尺ワークが搭載されており、上記シリンダ機構は、上記加工ユニットの上記加工テーブルを跨ぐ梁部材に略垂直下方に向けて配設され、上記ワークを垂直下方に押圧固定していることを特徴とする工作機械。

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