JP2006289511A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ラムの位置決め精度を確保して、加工精度を向上できる工作機械を提供する。
【解決手段】主軸６を支持する筒状のラム１４はクロススライド１３に形成されたラム案内穴１３ａ内に挿入され、該ラム１４の外周面下側部分にはＶ字状の被支持面１４ｄ，１４ｄが形成され、各被支持面１４ｄは、上記クロススライド１３のラム案内穴１３ａの内周面に形成されたＶ字状の支持面２２ａ，２２ａに搭載されてＺ軸方向位置が自動調心されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ベッド上に配設された主軸を移動可能に支持する主軸支持機構を備えた工作機械に関し、詳細には上記主軸を支持するラムの支持構造の改善に関する。

この種の工作機械として、例えば、ベッド上に配置されたコラムによりサドルを上下方向に移動可能に支持し、該サドルによりラム（主軸頭）を前後方向に移動可能に支持した構造のものがある。この工作機械では、上記サドルの前後方向に延びる平坦面に配置された左右一対のガイドレールにより上記ラムを移動可能に支持している（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２４８５３号公報

ところで、上記従来装置のように、ラムを平坦面上に配置された左右のガイドレールにより支持する構造を採用した場合には、上記左右のガイドレールと直交する左右方向における上記ラムの位置決め精度が確保しにくいといったおそれがあり、加工精度への影響が懸念される。

本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、ラムの左右方向における位置決め精度が確保し易く、加工精度を向上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、ベッド上に配設された主軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動可能に支持する主軸支持機構を備えた工作機械において、上記主軸支持機構は、上記ベッド上に配置されたコラムによりサドルを介してＺ軸（左右）及びＸ軸（上下）方向に移動可能に支持されたクロススライドと、該クロススライドによりＹ軸方向に移動可能に支持され、上記主軸を支持する筒状のラムとを備えており、該ラムは上記クロススライドに形成されたラム案内穴内に摺動可能に挿入され、該ラムの外周面下側には被支持面が形成され、上記クロススライドのラム案内穴の内周面下側には上記被支持面をＹ軸方向に摺動可能に支持する支持面が形成され、該支持面と上記被支持面とは上記ラムのＺ軸方向位置を自動調心するよう構成されている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、上記ラムの外周面上側には被押圧面が形成され、上記クロススライドのラム案内穴の内周面上側には上記被押圧面を摺動可能に押圧する押圧面が形成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２において、上記ラムの外周面は多角形をなし、そのうちの下側２辺がＶ字状の上記被支持面を構成し、残りのうちの上側２辺がＶ字状の被押圧面を構成しており、上記クロススライドのラム案内穴の内周面下側，上側にＶ字状の支持面，押圧面がそれぞれ形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２又は３において、上記クロススライドは、上記サドルに支持される平盤部と、上記ラム案内穴を有する筒状のラム支持部とを一体形成したものであり、該ラム案内穴の内周面に、上記支持面を構成するスライドプレート及び上記押圧面を構成する押圧プレートが設けられていることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項４において、上記スライドプレートは、Ｙ軸方向に厚さが一定の平行プレートにより構成されており、上記押圧プレートは、Ｙ軸方向に勾配を有するベースプレートとライナプレートとにより構成されていることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項４において、上記スライドプレートは上記ラム支持部のラム案内穴の内周面に一体形成されていることを特徴としている。

請求項７の発明は、請求項４ないし６の何れかにおいて、上記スライドプレート及び押圧プレートはそれぞれ上記ラム支持部の軸線方向両端部に配置されており、上記ラムの重心は該ラムの全ストロークに渡って上記ラム支持部の両端部間に常に位置していることを特徴としている。

請求項８の発明は、請求項１において、上記主軸はラムの軸線と直角方向を向けて装着された工具主軸を備えており、該工具主軸はＹ軸回りに回転割り出し可能に支持され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、ラムの外周面下側に形成された被支持面をクロススライドのラム案内穴の内周面下側に形成された支持面により支持すると、上記支持面と被支持面との調心作用により、上記ラムのＺ軸方向位置が自動調心されることとなる。その結果、ラムのＺ軸方向位置精度が向上し、それだけ加工精度を向上できる。

請求項２の発明では、ラムの外周面上側の被押圧面をクロススライドのラム案内穴の内周面下側に形成された押圧面により押圧したので、ラムのＺ軸方向位置精度及びＹ軸方向位置精度を向上でき、より一層加工精度を向上できる。

請求項３の発明では、多角形をなすラムの下側２辺をＶ字状の被支持面とし、残りの上側２辺をＶ字状の被押圧面とし、クロススライドに上記被支持面，被押圧面に対応するＶ字状の支持面，押圧面を形成したので、簡単な構造でラムの上記自動調心を実現できる。

請求項４の発明では、クロススライドを、平盤部とラム案内穴を有する筒状のラム支持部とが一体形成された構成としたので、クロススライドを分割形成する場合に比べてコストを低減できるとともに、寸法精度を向上できる。

またクロススライドのラム案内穴内に支持面を構成するスライドプレート及び押圧面を構成する押圧プレートを配置したので、ラムを取り付ける際の位置調整等が容易にできる。

請求項５の発明では、スライドプレートをＹ軸方向に厚さが一定の平行プレートで構成し、上記押圧プレートを勾配を有するベースプレートとライナプレートとで構成したので、スライドプレートを基準面とし、ベースプレートとライナプレートとで押圧力を調整することによりラムを精度良くかつ容易に組み付けることができる。

請求項６の発明では、スライドプレートをラム支持部の内周面に一体形成したので、部品点数及びコストを低減できる。

請求項７の発明では、スライドプレート及び押圧プレートをラム支持部の軸線方向両端部に配置し、該ラム支持部の両端部間にラムの重心を常に位置させたので、ラムのＹ軸方向移動に伴って重心がラム支持部からオーバハングするのを防止でき、加工反力によるラムの変形を防止でき、加工精度を向上できる。

請求項８の発明では、主軸の工具主軸をラムの軸線と直角方向を向けるとともに、Ｙ軸回りに回転割り出し可能としたので、いわゆるＢ軸駆動による複雑な加工が可能となる。

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８は、本発明の一実施形態による工作機械を説明するための図であり、図１，図２は複合旋盤の斜視図，右側面図、図３は第３主軸を支持する主軸支持機構の正面図、図４，図５はラムを支持するクロススライドの正面図，右側面図、図６（ａ），（ｂ）はクロススライドの正面図，背面図、図７は図６（ａ）のVII-VII 線断面図、図８は第３主軸をＺ軸方向に見た図である。なお、本実施形態でいう前後，左右とは、機械正面から見たときの前後，左右を意味する。

図において、１は複合旋盤を示している。この複合旋盤１は、図１に示す機械正面から見て、ベッド２と、該ベッド２上に配設された第１主軸台３と、該第１主軸台３と同軸をなしかつＺ軸（左右）方向に移動可能に配設された第２主軸台４と、上記第１，第２主軸台３，４の間にＸ軸（上下），Ｚ軸方向に移動可能に配設された刃物台５と、上記ベッド２上にＸ軸，Ｙ軸（前後）及びＺ軸方向に移動可能に配設された第３主軸６とを備えている。上記ベッド２の左側部には、上記第３主軸６に装着された加工済み工具と、次加工工具とを自動的に交換する工具交換装置７が配設されている。

上記ベッド２は、前側ベッド部２ａと後側ベッド部２ｂとを一体形成した構造となっている。この前側ベッド部２ａには第１，第２搭載面２ａ′，２ａ″が、また後側ベッド部２ｂには第３搭載面２ｂ′がそれぞれＺ軸方向及びＹ軸方向に水平をなすよう形成されている。

上記第１搭載面２ａ′に上記第１主軸台３が搭載されている。また、第２搭載面２ａ″に上記第２主軸台４及び上記刃物台５が移動可能に搭載されている。さらにまた上記第３搭載面２ｂ′に上記第３主軸６を移動可能に支持する主軸支持機構１０が搭載されている。

上記第１，第２主軸台３，４にはそれぞれ互いに対向するよう第１，第２主軸２８，２６が回転自在に挿着されている。上記第２主軸台４は、第１主軸台３の第１主軸２８に装着されたワークを直接受け取ることができる受渡し位置まで移動可能となっている。具体的には、第２主軸４は、第１，第２主軸２８，２６のチャックの前面が対向当接する位置までＺ軸方向に移動可能となっている。

上記刃物台５は、外周部に所定間隔をあけて多数本の工具Ｔが装着され、所要の工具Ｔを所定の加工位置に回転割り出し位置決めし、該加工位置にクランプするタレット３１と、該タレット３１をＸ軸方向に移動可能に支持する支持部材３０とを備えている。

そして上記刃物台５は、第１，第２主軸２８，２６が当接しているとき、第１，第２主軸台３，４の軸線ａの垂直下方に切削点ｃが位置するよう第１主軸台３の真下に位置している。これによりタレット３１の工具のワーク切り込み方向は垂直線ｂと一致する。具体的には、Ｚ軸方向右側から見ると、図２に示すように、第１，第２主軸台３，４の軸線ａを通る垂直線ｂ上に上記切削点ｃ及びタレット３１の回転中心ｄの両方が位置している。

上記主軸支持機構１０は、後側ベッド部２ｂの第３搭載面２ｂ′に垂直上方に延びるよう固定された矩形枠状のコラム１１と、該コラム１１の前面にＺ軸方向に移動可能に支持された矩形枠状のサドル１２と、該サドル１２の前面にＸ軸方向に移動可能に支持されたクロススライド１３と、該クロススライド１３にＹ軸方向に移動可能に支持され、上記第３主軸６を支持するラム１４とを備えている。

上記コラム１１は、左，右支柱部１１ｃ，１１ｄの上，下端同士を上，下梁部１１ａ，１１ｂで結合するよう一体鋳造してなるものである。このコラム１１は上記後側ベッド部２ｂの第３搭載面２ｂ′上に強固に固定されている。

上記サドル１２は、上記コラム１１と同様に、左，右支柱部１２ａ，１２ｂの上，下端同士を上，下梁部１２ｃ，１２ｄで結合するよう一体鋳造してなるものである。このサドル１２は、上記コラム１１の上，下梁部１１ａ，１１ｂの前面にＺ軸と平行に配置された上下一対のＺ軸ガイドレール１５，１５によりＺ軸方向に移動可能に支持されている。そしてこのサドル１２の上，下梁部１２ｃ，１２ｄに形成されたナット部１２ｅ，１２ｅにＺ軸ボールねじ１６，１６が螺挿されている。このサドル１２はＺ軸ボールねじ１６，１６をサーボモータ１６ａで同軸駆動することによりＺ軸方向に往復駆動される。なお、上記Ｚ軸ボールねじ１６，１６は上記コラム１１の上，下梁部１１ａ，１１ｂの前面にＺ軸と平行に配置されている。

上記クロススライド１３は、サドル１２の左，右支柱部１２ａ，１２ａの前面にＸ軸と平行に配置された左右一対のＸ軸ガイドレール１７，１７によりＸ軸方向に移動可能に支持されている。そしてこのクロススライドの左，右辺部に形成されたナット部にＸ軸ボールねじ１８，１８が螺挿されている。このクロススライド１３はＸ軸ボールねじ１８，１８をサーボモータ１８ａ，１８ａで回転駆動することによりＸ軸方向に往復駆動される。なお、上記Ｘ軸ボールねじ１８，１８は上記サドル１２の左，右支柱部１２ａ，１２ｂの前面にＸ軸と平行に配置されている。

上記第３主軸６は上記ラム１４内に回転可能に挿入されている。そしてこの第３主軸６の先端には、工具主軸６ａが軸線をＹ軸と直交するように向けて配置されている。この工具主軸６ａの先端には工具が取付けられ、駆動モータ６ｂで回転駆動される。また上記第３主軸６は、内蔵する回転割り出し機構（不図示）によりＹ軸回りに回転割り出し位置決め可能となっており、これによりいわゆるＢ軸加工が行なわれる。

ここで、上記刃物台５のタレット３１をＸ軸方向に移動可能に支持するためのＸ軸及びＹ軸に平行なＸＹ支持面と、上記第３主軸６をＸ軸方向に移動可能に支持するためのＸ軸及びＺ軸に平行なＸＺ支持面とは直交している。また、図２に示すように、上記刃物台５におけるタレット３１のＸ軸方向の移動線（上記垂直線ｂ）と上記第３主軸６のＸＺ支持面ｂ１とはＹ軸方向に所定距離ｔだけ離して配置されている。

上記第３主軸６の切削点は、上下一対のＺ軸ガイドレール１５，１５及び左右一対のＸ軸ガイドレール１７，１７で囲まれた領域内に常時位置している。また第３主軸６のＸ軸ストロークの下端は、Ｚ軸方向に見て、上記刃物台５の最大径ワークの切削点ｃと略一致するように設定されている。

上記クロススライド１３は、上記サドル１２の前面を覆うように形成された矩形厚板状の平盤部１３ｂと、該平盤部１３ｂの背面からサドル１２側に延びる筒状のラム支持部１３ｃとを鋳造により一体形成したものである。

上記平盤部１３ｂの背面の左，右端部に上記Ｘ軸ガイドレール１７，１７が配置され、該Ｘ軸ガイドレール１７，１７の内側に上記Ｘ軸ボールねじ１８，１８が配置されている。

上記平盤部１３ｂ及びラム支持部１３ｃには上記ラム案内穴１３ａがＹ軸方向に貫通形成されている。また上記ラム１４は、Ｙ軸ストローク全長に渡って移動する間、常にラム案内穴１３ａの前，後開口から外方に突出する長さを有している。

上記ラム１４は、外周面が八角形に形成された外筒部１４ａと、該外筒部１４ａの中心部に配置された円筒状の内筒部１４ｂと、該内筒部１４ｂと外筒部１４ａとを連結する複数の連結部１４ｃとを一体形成して構成されている。

上記ラム１４の外周面のうち下側２辺は、正面から見て、Ｖ字状をなしかつ該ラム１４の全長に渡って延びる被支持面１４ｄ，１４ｄとなっている。また上側２辺は、逆Ｖ字状をなしかつ該ラム１４の全長に渡って延びる被押圧面１４ｅ，１４ｅとなっている。この被支持面１４ｄ，１４ｄ及び被押圧面１４ｅ，１４ｅの夾角はそれぞれ４５度に設定されている。

また上記クロススライド１３のラム案内穴１３ａの内周面は、上記ラム１４の被支持面１４ｄ，１４ｄ、被押圧面１４ｅ，１４ｅに対応したＶ字状の下側プレート取付け座１３ｄ，１３ｄ、逆Ｖ字状の上側プレート取付け座１３ｅ，１３ｅとなっている。

この下側プレート取付け１３ｄ，１３ｄ及び上側プレート取付け座１３ｅ，１３ｅはそれぞれ機械加工により形成されたもので、上記被支持面１４ｄ，１４ｄ及び被押圧面１４ｅ，１４ｅと同じ角度に加工されている。

上記下側プレート取付け座１３ｄ，１３ｄには、それぞれ支持面２２ａ，２２ａを構成するスライドプレート２２，２２が配置固定されている。また上側プレート取付け座１３ｅ，１３ｅには、それぞれ押圧面２３ａ，２３ａを構成する押圧プレート２３，２３が配置固定されている。

上記スライドプレート２２，２２及び押圧プレート２３，２３は、それぞれ上記クロススライド１３の軸線方向両端部に配置されており、該両端部間に上記ラム１４の重心がＹ軸ストローク全長に渡って常に位置するようにラム１４，クロススライド１３の長さやストロークが設定されている。

上記各スライドプレート２２は、Ｙ軸方向に厚さが一定の平行プレートで構成されており、ラム１４の取付け基準面となっている。上記各押圧プレート２３は、所定の勾配を有するベースプレート１９とライナプレート２０とで構成されている。このベースプレート１９とライナプレート２０とのラム軸方向位置を調整することにより、上記ラム１４を上記左右のスライドプレート２２，２２に所定の押圧力でもって押圧しているようになっている。

上記各スライドプレート２２及び押圧プレート２３は半径方向に板厚の大きいブロック状に形成されている。なお、上記スライドプレート２２を別体のものとしたが、本発明ではスライドプレートをラム支持部の内周面に一体形成してもよい。この場合には、部品点数及びコストを低減できる。

上記ラム１４の各被支持面１４ｄは、上記クロススライド１３の各スライドプレート２２の支持面２２ａに摺動可能に搭載されており、該ラム１４はこれの自重によりＺ軸方向位置が自動調心されている。上記ラム１４の各被押圧面１４ｅは、上記クロススライド１３の押圧プレート２３の各押圧面２３ａにより摺動可能に押圧されている。

本実施形態の複合旋盤１では、第１主軸台３の第１主軸２８，又は第２主軸台４の第２主軸２６によってワークを回転させつつ刃物台５によって切り込むことにより施削加工が行なわれ、第３主軸６によって研削や穴あけ等の加工が行なわれる。

本実施形態によれば、ラム１４の外周面下側部分にＶ字状の被支持面１４ｄ，１４ｄを形成し、該被支持面１４ｄ，１４ｄをクロススライド１３のラム案内穴１３ａの内周面下側部分に形成されたＶ字状の支持面２２ａ，２２ａにより支持したので、ラム１４はその自重によりＺ軸方向位置が自動調心されることとなり、ラム１４のＺ軸方向の位置決め精度が向上するとともに、ラム１４の重量がクロススライド１３の両支持面２２ａ，２２ａに常に均等に加わることとなる。その結果、加工精度を向上できる。

またラム１４の外周面上側部分の被押圧面１４ｅ，１４ｅはクロススライド１３のラム案内穴１３ａの内周面上側部分に形成された押圧面２３ａ，２３ａにより押圧されているので、ラム１４のＹ軸方向位置決め精度についても向上でき、加工精度を向上できる。

本実施形態では、上記ラム１４を八角形のものとし、該ラム１４の下側２辺をＶ字状の被支持面１４ｄ，１４ｄとし、上側２辺をＶ字状の被押圧面１４ｅ，１４ｅとしたので、簡単な構造でラム１４の自動調心を実現できる。

なお、本実施形態では、ラム１４の外形を八角形としたが、本発明のラムは、八角形に限定されるものではなく、四角形，五角形，六角形，七角形等の何れであってもよく、要はラムの下側部分を自動調心作用を有する形状に形成すればよい。

また実施形態では、ラム１４を左右の押圧プレート２３，２３で押圧したが、本発明は例えば、図６に二点鎖線で示すように、１つの押圧プレート２３′で押圧してもよい。

本実施形態では、クロススライド１３を平盤部１３ｂと、ラム案内穴１３ａを有する筒状のラム支持部１３ｃとを鋳造により一体形成したので、クロススライドを分割形成する場合に比べてコストを低減できるとともに、寸法精度を向上できる。

また上記クロススライド１３のラム案内穴１３ａ内に支持面２２ａを構成するスライドプレート２２及び押圧面２３ａを構成する押圧プレート２３を配置固定したので、ラム１４を取り付ける際の位置調整等が容易にできる。

本実施形態では、上記スライドプレート２２をＹ軸方向に厚さが一定の平行プレートで構成し、上記押圧プレート２３を勾配を有するベースプレート１９とライナプレート２０とで構成したので、各スライドプレート２２を基準面とし、ベースプレート１９とライナプレート２０とで押圧力を調整することによりラム１４を精度良くかつ容易に組み付けることができる。

本実施形態では、上記各スライドプレート２２及び押圧プレート２３をクロススライド１３の軸線方向両端部に配置し、該両端部間にラム１４の重心を常に位置させたので、ラム１４のＹ軸方向移動に伴って重心がクロススライド１３からオーバハングするのを防止でき、加工反力によるラム１４の変形を防止でき、加工精度を向上できる。

本実施形態では、第３主軸６の工具主軸６ａをラム１４の軸線と直角方向を向けるとともに、Ｙ軸回りに回転割り出し可能としたので、いわゆるＢ軸駆動による複雑な加工が可能となる。

本発明の一実施形態による複合旋盤の斜視図である。 上記複合旋盤の側面図である。 第３主軸を支持する支持機構の正面図である。 ラムを支持するクロススライドの正面図である。 上記クロススライドの側面図である。 上記クロススライドの図である。 上記クロススライドの断面図（図６（ａ）のVII-VII 線断面図である。 上記第３主軸をＺ軸方向に見た図である。

符号の説明

１ 複合旋盤（工作機械）
２ ベッド
６ 第３主軸
６ａ 工具主軸
１０ 主軸支持機構
１１ コラム
１２ サドル
１３ クロススライド
１３ａ ラム案内穴
１３ｂ 平盤部
１３ｃ ラム支持部
１４ ラム
１４ｄ 被支持面
１４ｅ 被押圧面
１９ ベースプレート
２０ ライナプレート
２２ スライドプレート
２２ａ 支持面
２３ 押圧プレート
２３ａ 押圧面

Claims (8)

1. ベッド上に配設された主軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動可能に支持する主軸支持機構を備えた工作機械において、上記主軸支持機構は、上記ベッド上に配置されたコラムによりサドルを介してＺ軸（左右）及びＸ軸（上下）方向に移動可能に支持されたクロススライドと、該クロススライドによりＹ軸方向に移動可能に支持され、上記主軸を支持する筒状のラムとを備えており、該ラムは上記クロススライドに形成されたラム案内穴内に摺動可能に挿入され、該ラムの外周面下側には被支持面が形成され、上記クロススライドのラム案内穴の内周面下側には上記被支持面をＹ軸方向に摺動可能に支持する支持面が形成され、該支持面と上記被支持面とは上記ラムのＺ軸方向位置を自動調心するよう構成されていることを特徴とする工作機械。
2. 請求項１において、上記ラムの外周面上側には被押圧面が形成され、上記クロススライドのラム案内穴の内周面上側には上記被押圧面を摺動可能に押圧する押圧面が形成されていることを特徴とする工作機械。
3. 請求項２において、上記ラムの外周面は多角形をなし、そのうちの下側２辺がＶ字状の上記被支持面を構成し、残りのうちの上側２辺がＶ字状の被押圧面を構成しており、上記クロススライドのラム案内穴の内周面下側，上側にＶ字状の支持面，押圧面がそれぞれ形成されていることを特徴とする工作機械。
4. 請求項２又は３において、上記クロススライドは、上記サドルに支持される平盤部と、上記ラム案内穴を有する筒状のラム支持部とを一体形成したものであり、該ラム案内穴の内周面に、上記支持面を構成するスライドプレート及び上記押圧面を構成する押圧プレートが設けられていることを特徴とする工作機械。
5. 請求項４において、上記スライドプレートは、Ｙ軸方向に厚さが一定の平行プレートにより構成されており、上記押圧プレートは、Ｙ軸方向に勾配を有するベースプレートとライナプレートとにより構成されていることを特徴とする工作機械。
6. 請求項４において、上記スライドプレートは上記ラム支持部のラム案内穴の内周面に一体形成されていることを特徴とする工作機械。
7. 請求項４ないし６の何れかにおいて、上記スライドプレート及び押圧プレートはそれぞれ上記ラム支持部の軸線方向両端部に配置されており、上記ラムの重心は該ラムの全ストロークに渡って上記ラム支持部の両端部間に常に位置していることを特徴とする工作機械。
8. 請求項１において、上記主軸はラムの軸線と直角方向を向けて装着された工具主軸を備えており、該工具主軸はＹ軸回りに回転割り出し可能に支持されていることを特徴とする工作機械。

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