JP2007000966A - 工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】 5軸複合加工機でありながら小径であっても深穴の内径加工も行うことが可能で、しかも同一刃物台に設けた工作機械を提供すること。
【解決手段】 C軸割出し方向に回動自在に設けたターニングテーブル1をコラム2に対してY軸方向に移動自在に設け、このコラム2にX軸方向にクロスレール3を横設し、このクロスレール3に刃物台案内部4をX軸方向に移動自在に設け、この刃物台案内部4にZ軸方向に刃物台5を移動自在に設け、この刃物台5に工具取付部6をA軸割出し方向に回動自在に設け、刃物台5にラム8をZ軸方向に移動自在に設け、このラム8の下端部に少なくともワークWの深穴内径旋削加工を行う工具7を設けた工作機械。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えば旋盤やフライス盤あるいはターニング機能及びミーリング機能を有する複合5軸加工機(同時5軸制御可能なターニングセンター)に関するものである。
従来、旋盤やフライス盤,更には複雑な曲面加工が高能率に加工でき、立・横・斜めの穴加工,ねじ切り,ミーリング加工の多工程をもワンチャッキングで且つ標準工具で加工が可能であるターニング機能及びミーリング機能を有する立型の複合5軸加工機などが用いられているが、一般に旋盤やフライス盤では、ターニングテーブルに対して立設したコラムにクロスレールを上下動自在に設け、このクロスレールに沿ってX軸方向(左右方向)に移動自在に設けた刃物台に工具取付部を設けるかあるいは主軸を有するラムを設け、このラムの下端部に工具取付部を設けている。また、複合5軸加工機では、一般にコラムベッドに対してコラムをY軸方向(前後方向)に移動自在に設け、このコラムにクロスレールをZ軸方向(上下方向)に移動自在に設け、このクロスレールに沿ってX軸方向(左右方向)に刃物台を移動自在に設け、この刃物台に主軸を設けたラムを設け、このラムに例えば左右方向に傾斜自在(B軸割出し自在)に工具を設けると共に、工具下方に位置するワークをセットするターニングテーブルを回転方向(C軸割出し自在)に設け、工具をラム下端部の工具取付部にワンチャッキングするだけで、前記5軸の移動制御により、多工程の加工ができるように構成している。
しかしながら、いずれの工作機構も、Z軸方向(上下方向)に工具を移動制御する際、クロスレール毎工具を上下動するため、このクロスレールが邪魔となり深穴加工が行なえない。
即ち、Z軸移動はクロスレールの上下動によるものであるため、例えば内面に工具を傾けて当接し旋削する場合(あるいはミーリング加工する場合)、クロスレールが干渉するために、Z軸ストロークに大きな制限を生じ、深穴加工,特に深穴の内面加工ができないという問題がある。また、B軸移動量も制限される。
深穴加工でもクロスレールが邪魔とならないように、ラムの工具取付部に長い工具を取り付ければ良いとも考えられるが、工具自体が長すぎては強度が持たない。即ち、工具の長さにも制限があるため、従来の工作機械では、深穴加工に十分対応できないという問題があった。また、クロスレールの干渉により工具の割出し方向もその移動量も制限を受ける。
そこで、出願人は、工作機械においてこのような問題点を解決すべくクロスレールを上下動せず、クロスレールに沿って移動自在に設けた刃物台に上下動自在にラムを設けるラム型方式とすることにより、このラムの下端部に取り付けた工具をこのラムの上下動制御によって上下動する構成とし、クロスレールが干渉することがないために深穴加工が可能となり、またA軸あるいはB軸移動量も制限を受けにくく、例えば左右方向に180度あるいはそれ以上工具を首振り傾動させることができる工作機械を発明している。
特開2004−66430号公報
しかしながら、例えばこのようなA軸あるいはB軸に割出し可能な工具取付部(ユニバーサルヘッド)や回動切り換え選択自在な工具取付部(タレットヘッド)を刃物台あるいは刃物台に設けたラムに設ける前記構成とすると、たとえラムの下端部に設けても、この回動機構を備えた工具取付部が大きいため(小型化には限界があるため)深穴の内径旋削は行えるが、小径の深穴加工はできず、具体的にはφ700mm以下の小径の深穴の内径旋削加工はできない。
また、ラムの下端部の工具取付部として設けたアングルヘッドをアタッチメント方式とすれば、ユニバーサルヘッドを設ける場合よりは小径の深穴の内径旋削加工は可能となるが、その都度工具交換が必要となり、交換時間が長くなり、またこのアタッチメントの小型化の必要性から逆に任意角度の加工に対応させることは難しい。
一方、クロスレールに刃物台を別々に設けて2ヘッドとすると交換装置も夫々必要となり、退避時間も要するし、工具交換及び及び加工制御装置も二系統必要となり、干渉しないように設計する必要性から設計・製作も容易でない。
本発明は、従来の旋盤やフライス盤やターニングセンターなどの工作機械,特に5軸複合加工機において、ラム型方式を採用すれば深穴内径旋削加工も行えるが、小径の内径旋削加工が行えない問題点に着眼し、更にこれを2ヘッドとすることなくあくまで一つの刃物台をベースとする1ヘッド構成として大幅な設計変更や複雑な構成やその制御などを要せず大幅なコストアップ無しに前記問題点を解決したもので、移動制御する一つの刃物台に割出し可能なユニバーサルヘッドなどの回動制御される工具取付部と、これとは別にこの刃物台に小径深穴の内径の旋削加工を行うラムを上下動自在に設け、この上下動自在に設けたラムの下端部にこの小径深穴加工用の工具を設けて、小径であっても深穴の内径加工も行うことが可能で、しかも同一刃物台に設けることで設計・製作も制御も容易で大幅なコストアップとならず、また深穴の場合刃物台の移動を利用して工具をワークに接離しラムの移動によってワーク内に挿入させて加工移動するため、深穴加工に際して刃物台及びラムの退避用の高さも大きく必要とせず十分にコンパクト化も維持できる極めて画期的な工作機械を提供することを目的としている。
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
ターニングテーブル1に対して立設状態に設けたコラム2の所定高さ位置にクロスレール3を横設し、このクロスレール3に刃物台案内部4を移動自在に設け、この刃物台案内部4に上下方向たるZ軸方向に刃物台5を移動自在に設け、この刃物台5に工具取付部6を回動自在に設けて、この工具取付部6に設けた工具7の加工方向を割出し回動調整自在若しくは工具7を回動切り換え選択自在に設け、この回動自在に工具取付部6を設けた前記刃物台5にラム8をZ軸方向に移動自在に設け、このラム8の下端部に少なくともワークWの深穴内径旋削加工を行う工具7を設けたことを特徴とする工作機械に係るものである。
また、C軸割出し方向に回動自在に設けたターニングテーブル1をコラム2に対してY軸方向に移動自在若しくはコラム2を前記ターニングテーブル1に対してY軸方向に移動自在に設けて、ターニングテーブル1上のワークWに対してコラム2をY軸方向に相対移動自在に設け、このコラム2の所定高さ位置に前記Y軸方向と直交するX軸方向にクロスレール3を横設し、このクロスレール3に刃物台案内部4をX軸方向に移動自在に設け、この刃物台案内部4に上下方向たるZ軸方向に刃物台5を移動自在に設け、この刃物台5に工具取付部6をA軸若しくはB軸割出し方向に回動自在に設けて、この工具取付部6に設けた工具7の加工方向を割出し回動調整自在若しくは工具7を回動切り換え選択自在に設け、この回動自在に工具取付部6を設けた前記刃物台5にラム8をZ軸方向に移動自在に設け、このラム8の下端部に少なくともワークWの深穴内径旋削加工を行う工具7を設けたことを特徴とする工作機械に係るものである。
また、前記クロスレール3のZ軸方向幅は、前記刃物台5のZ軸方向幅よりも大きい幅広な構成とし、このクロスレール3と直交するZ軸方向に長さを有する縦レールを前記刃物台案内部4としてクロスレール3に沿ってX軸方向に移動自在に設けると共に、この刃物台案内部4に沿って前記刃物台5を、Z軸方向に少なくとも前記クロスレール3のZ幅方向幅若しくはそれ以上の所定範囲内で移動自在に設けたことを特徴とする請求項1,2のいずれか1項に記載の工作機械に係るものである。
また、前記回動自在に設けた工具取付部6と並設させてこの工具取付部6を設けた前記刃物台5に、必要に応じて径小な小外径に設定した前記ラム8をZ軸方向に移動自在に設け、このラム8の下端部に設けた工具7を前記刃物台5のZ軸方向の移動によってワークWに対して接離自在に設け、この刃物台5に設けたラム8のZ軸方向の移動によってワークWの深穴内に前記ラム8を介して工具7を挿入して小径深穴の内径旋削加工を行うように構成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の工作機械に係るものである。
また、前記工具取付部6の回動方向をY軸方向としてA軸割出し自在に構成し、少なくともこの工具取付部6を割出し回動してこの工具取付部6に設けた工具7の加工方向を割出し回動調整自在に構成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の工作機械に係るものである。
本発明は上述のように構成したから、任意角度の加工に対応できたり、また工具交換作業の簡素化が図れ、しかも移動制御する一つの刃物台にA軸若しくはB軸割出し可能なユニバーサルヘッドなどの回動制御される工具取付部とは別に、この刃物台に小径深穴の内径の旋削加工を行うラムを上下動自在に設け、この上下動自在に設けたラムの下端部にこの小径深穴加工用の工具を設けたため、小径であっても深穴の内径加工も行うことが可能で、しかも同一刃物台に設けることで設計も容易で制御も容易で大幅なコストアップとならず、また深穴の場合刃物台の移動を利用して工具をワークに接離しラムの移動によってワーク内に挿入させて加工移動するため、深穴加工に際して刃物台及びラムの退避用の高さも大きく必要とせず十分にコンパクト化も維持できる極めて画期的な工作機械となる。
また特に請求項2記載の発明においては、5軸複合加工機であって5軸制御が可能であり、複雑な加工もワンチャッキングで且つ標準工具でも容易に加工でき、特に工具を任意角度の加工に対応できたり、また工具交換作業の簡素化が図ることができる上に、小径であっても深穴の内径加工も行うことが可能で、しかも同一刃物台に設けることで設計も容易で制御も容易で大幅なコストアップとならないなど極めて画期的な工作機械を提供できることとなる。
また、特に請求項3記載の発明においては、安定性良く移動制御でき、また前記構成として画期的な作用効果を発揮しながらも刃物台の重量負荷に対して十分に対抗でき剛性も高く極めて実用性に秀れた工作機械となる。
好適と考える本発明の実施形態(発明をどのように実施するか)を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
ワークWに対する工具7の上下動(Z軸移動)は、水平架設したクロスレール3の上下動により行なわれるのではなく、クロスレール3に沿って横動自在に設けた刃物台案内部4に対して刃物台5が上下動することにより行なわれる。
従って、例えば高さのあるワークや深穴の内面を加工する場合でも、刃物台5を下降して工具7を上下動させて加工を行ない、クロスレール3毎下降しないため、ワークや他の部材に干渉することがないから、高さのあるワークでも深穴加工も可能となり、またクロスレール3との干渉が生じないため工具7の割出し方向も割出し量も制限を受けず、例えば前後方向あるいは左右方向に首振り自在に構成することも容易に実現できる。
従って、例えばX軸,Y軸,Z軸,前記工具7の取付傾斜度を割出すA軸割出し,ワークWのターニングテーブル1のC軸割出しの5軸を同時複合制御することで、複雑な曲面加工が行なえ、例え深穴であっても高能率に加工できる画期的な工作機械となる。
しかも、このようなA軸割出し自在に設けた工具取付部6に工具7を設けることで、工具7の加工角度を調整できたり、あるいは複数設けた工具7を回動させることで切り換え選択自在にできる。
またこのような工具取付部6(ユニバーサルヘッド)を設けた場合、たとえラム8下端に設ける構成としても、このジョイント部の小型化には限界があるため深穴加工できる内径はおよそφ700mm以上となり、これよりも小径な深穴の内径加工はできないが、本発明は従来機と異なり、移動制御する刃物台5に前記回動自在な工具取付部6を設けると共に、この刃物台5にこれと別に径小なラム8を上下動自在に設け、この上下動自在に設けたラム8の下端部に小径の深穴の内径加工用の工具7を設け、小径の内径加工場合には、同じ刃物台5を移動制御し、この刃物台5に設けたラム8を深穴内に挿入してラム8に設けた工具7によって内径加工を行うため、ラム8の外形を径小に設定することでかなり小径の深穴内径加工も行えることとなる。
しかも本発明は前述のように移動制御される一つの刃物台5に例えば5軸制御可能な5軸複合工作機械のようにA軸割出し回動可能な工具取付部6を介して工具7を設けると共に、この刃物台5にラム8を更に上下動自在に設けてこのラム8の下端部に小径深穴の内径旋削加工用の工具7を設ける構成としあくまで一つの刃物台5をベースに工具取付部6と上下動自在なラム8とを設けて、5軸加工及び小径の深穴内径加工をも行えるように構成できるため、設計も容易で制御も複雑とならず、必要最小限の工具交換制御で5軸同時複合加工に加えて小径の深穴内径加工を大幅なコストアップ無しに容易に実現可能となる。
また、この小径の深穴内径加工に際してワークWへの接離移動は刃物台5の移動制御によって行え、更に内径加工に際してはラム8を挿入してこのラム8に設けた工具7により内径加工を行う構成とし、刃物台5の上下動を利用する構成としたためラム8のストロークは深穴でも退避分を大きく必要とせずそれ故退避高さもそれだけ要せず本機の高さ制限も小さくてすみ、またラム8の外径設定によってかなり小径の深穴の加工も可能となる。
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
本実施例では、5軸複合工作機械として構成した実施例であって、コラム2を立設したコラムベッド9にターニングテーブル1をY軸方向(前後方向)にスライド自在に設けている。このターニングテーブル1(ワークテーブル)はコラムベッド9に沿って移動制御されるテーブル基台上にC軸割出し制御自在に設けられ、このターニングテーブル1にワークWを芯出し位置決め固定する構成としている。
本実施例では、このようにC軸割出し方向に回動自在に設けたターニングテーブル1をコラムベッド9上に移動自在に設けて、ターニングテーブル1上のワークWをコラム2に対してY軸方向に相対移動自在に設けている。
また、このコラム2の所定高さ位置に前記Y軸方向と直交するX軸方向(左右方向)に水平にクロスレール3を横設し、このクロスレール3に上下架設状態にして刃物台案内部4(縦クロスレール)を交叉係合してクロスレール3に沿ってX軸方向に移動自在に設け、この刃物台案内部4に沿って上下方向たるZ軸方向にベースとなる刃物台5を移動自在に設けている。
具体的には、クロスレール3に並設した螺子杆10をX軸方向駆動源11によって回転制御し、この螺子杆10に螺合し螺子杆10の回動によって螺動するナット部12を前記刃物台案内部4に設け、前記クロスレール3に係合しているこの刃物台案内部4を前記クロスレール3に沿ってX軸方向に移動制御する構成としている。
同様にこの刃物台案内部4に刃物台5をZ軸方向に移動自在に係合し、この刃物台案内部4に並設した螺子杆13をZ軸方向駆動源14によって回転制御し、この螺子杆13に螺合し螺子杆13の回動によって螺動するナット部15を前記刃物台5に設け、前記刃物台案内部4に係合しているこの刃物台5を前記刃物台案内部4に沿ってZ軸方向に移動制御する構成としている。
また、この刃物台5の一側下部に工具取付部6をA軸割出し方向(前後方向)に回動自在に設けて、この工具取付部6に設けた工具7の加工方向を割出し回動調整自在若しくは例えば図6に示すように複数種放射方向に設けた工具7を回動切り換え選択自在に設け、この回動自在に工具取付部6を設けた前記刃物台5に、前記工具取付部6とは別にこの同じ刃物台5をベースにラム8をZ軸方向に移動自在に設け、このラム8の下端部の工具取付部19に少なくともワークWの深穴内径旋削加工を行う工具7を設けている。このラム8もラム8に設けたナット部16をZ軸方向に設けた螺子杆17に螺合し、ラム用Z軸方向駆動源18の回動制御によって刃物台5に対してラム8を上下方向に移動制御するように構成している。
更に具体的に説明すると、例えば図5に示すように前記工具取付部6は、次のような回動機構を備えた構成のユニバーサルヘッドとしている。即ち、主軸20を回転自在に内装しこの下端部に工具チャック部21を設けた回動ヘッド基体22を回動軸部23により軸支し、ヘッド割出し駆動源24によって回動ヘッド基体22をY軸方向(前後方向)に回動制御自在に構成し、前記工具チャック部21にチャックした工具7を首振り回動調整して加工角度を調整できる構成としている。
主軸20は、主軸回転駆動源25から回動動力を前記回動軸部23方向から取得し、回動ヘッド基体22内に設けたベベルギア26を介して主軸20に伝達し、この主軸20を回動ヘッド基体22内でベアリング27で支承しつつ回転する構成とし、この主軸20に設けたチャック機構の工具チャック部21によって工具7を取り付けることができるように構成し、また主軸20を回転させない旋削工具の場合と、主軸20を回転させる回転工具の場合の双方の工具7を取り付け可能で、双方の加工ができるようにしている。
また、図6に示す第二実施例のように工具取付部6を旋削工具用のみとして単に工具取付部6を回動自在に設けてタレットヘッドに構成し、例えばこの工具取付部6の回動制御によって旋削工具の加工角度を調整できるようにしても良いし、工具取付部6に取り付ける取付基体の放射方向に複数の異なる工具7を設け、工具取付部6の回動によってこの複数の工具7を回動選択切り換え自在に構成しても良い。
いずれにしても、このような工具取付部6を設けることでA軸割出しによる工具7の向きを首振り回動調整でき、しかもクロスレール3に対して移動する刃物台案内部4に対して刃物台5が上下動するため大径ならば深穴の内径加工も加える。
しかし、前述のようにこのA軸割出し自在な工具取付部6は構造上小型化には限界があり、φ700mm以下の小径の内径加工は困難といえる。
そこで本実施例では、このような小径の内径加工にも対応できるように刃物台5に更に上下動自在にラム8を設けている。
このラム8は、別個の刃物台5に設けるのではなく、前記移動制御される刃物台5に設け、このベースとなる刃物台5の一側に前記回動自在な工具取付部6を設け、他側に上下動自在にラム8を設けている。
これにより5軸複合加工が行える構成でありながら小径の深穴の内径加工が行え、しかも構成も複雑とならず、移動制御も工具交換制御も容易に設計でき大幅なコストアップをさけることができる。
しかもこのラム8は径小に設定して深穴小径の内径加工専用に設定すれば、非常に効率が良い。そこで本実施例では、このラム8をφ700mm以下の径小のものとして刃物台5に貫通配設し、刃物台5のZ軸移動制御に加えてラム8をZ軸移動制御自在に構成し、このラム8の下端部にチャック機構を備えた工具取付部19を設け、この工具取付部19に内径旋削工具7を設けた構成としている。
従って、深穴小径の内径加工においてはこのラム8に設けた工具7で加工ができ、しかもこのワークWへの工具7の接離移動は刃物台5の移動制御で行い、深穴内の挿入退避はラム8の移動制御によって行うように構成することで、刃物台5の退避ストロークは大きくとることなく、且つラム8の退避ストロークも大きくとる必要がないため、本機の高さスペース制約を極力抑えることができることとなり、また加工制御も複雑とならずに小径の深穴加工に対応できる秀れた工作機械となる。
また、本実施例のクロスレール3のZ軸方向幅(上下幅)は、前記刃物台5のZ軸方向幅よりも大きい幅広な構成とし、このクロスレール3と直交するZ軸方向に長さを有する縦レールとしての前記刃物台案内部4をクロスレール3に沿ってX軸方向に移動自在に設けると共に、この刃物台案内部4のZ軸方向の長さを略クロスレール3の上下幅となるように構成し、前記刃物台5を刃物台案内部4に沿って略前記クロスレール3の幅広に設定した上下方向幅の範囲内でZ軸方向に移動自在に設けている。
従って、クロスレール3を幅広としてこの範囲で刃物台案内部4に沿って刃物台5を上下動自在に構成したから、安定性良く移動制御が行え、剛性も極めて向上するため、前記ラム機構を付加して刃物台5の重量が増大しても十分に安定性良くスムーズに移動制御できることとなる。
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
本実施例の概略構成説明斜視図である。 本実施例の概略構成説明正面図である。 本実施例の概略構成説明左側断面図である。 本実施例の概略構成説明右側断面図である。 本実施例の要部の概略構成説明正断面図である。 第二実施例の要部の概略構成説明斜視図である。
符号の説明
1 コラムベッド(ワークテーブル)
2 コラム
3 クロスレール
4 刃物台
5 ラム
6 工具
7 ターニングテーブル
8 ワーク

Claims (5)

  1. ターニングテーブルに対して立設状態に設けたコラムの所定高さ位置にクロスレールを横設し、このクロスレールに刃物台案内部を移動自在に設け、この刃物台案内部に上下方向たるZ軸方向に刃物台を移動自在に設け、この刃物台に工具取付部を回動自在に設けて、この工具取付部に設けた工具の加工方向を割出し回動調整自在若しくは工具を回動切り換え選択自在に設け、この回動自在に工具取付部を設けた前記刃物台にラムをZ軸方向に移動自在に設け、このラムの下端部に少なくともワークの深穴内径旋削加工を行う工具を設けたことを特徴とする工作機械。
  2. C軸割出し方向に回動自在に設けたターニングテーブルをコラムに対してY軸方向に移動自在若しくはコラムを前記ターニングテーブルに対してY軸方向に移動自在に設けて、ターニングテーブル上のワークに対してコラムをY軸方向に相対移動自在に設け、このコラムの所定高さ位置に前記Y軸方向と直交するX軸方向にクロスレールを横設し、このクロスレールに刃物台案内部をX軸方向に移動自在に設け、この刃物台案内部に上下方向たるZ軸方向に刃物台を移動自在に設け、この刃物台に工具取付部をA軸若しくはB軸割出し方向に回動自在に設けて、この工具取付部に設けた工具の加工方向を割出し回動調整自在若しくは工具を回動切り換え選択自在に設け、この回動自在に工具取付部を設けた前記刃物台にラムをZ軸方向に移動自在に設け、このラムの下端部に少なくともワークWの深穴内径旋削加工を行う工具を設けたことを特徴とする工作機械。
  3. 前記クロスレールのZ軸方向幅は、前記刃物台のZ軸方向幅よりも大きい幅広な構成とし、このクロスレールと直交するZ軸方向に長さを有する縦レールを前記刃物台案内部としてクロスレールに沿ってX軸方向に移動自在に設けると共に、この刃物台案内部に沿って前記刃物台を、Z軸方向に少なくとも前記クロスレールのZ幅方向幅若しくはそれ以上の所定範囲内で移動自在に設けたことを特徴とする請求項1,2のいずれか1項に記載の工作機械。
  4. 前記回動自在に設けた工具取付部と並設させてこの工具取付部を設けた前記刃物台に、必要に応じて径小な小外径に設定した前記ラムをZ軸方向に移動自在に設け、このラムの下端部に設けた工具を前記刃物台のZ軸方向の移動によってワークに対して接離自在に設け、この刃物台に設けたラムのZ軸方向の移動によってワークの深穴内に前記ラムを介して工具を挿入して小径深穴の内径旋削加工を行うように構成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の工作機械。
  5. 前記工具取付部の回動方向をY軸方向としてA軸割出し自在に構成し、少なくともこの工具取付部を割出し回動してこの工具取付部に設けた工具の加工方向を割出し回動調整自在に構成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の工作機械。
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