JP2007152467A - 門形ガントリ式工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】サドル移動によるコラムの倒れやクロスレールの捩じれなどで生じる主軸端位置の変位を補償すると共に、偏荷重によるスライダの寿命低下を回避すること。
【解決手段】ガイドレール１３Ｒ、１３Ｌに各々係合して門形フレーム２０の荷重を受け持つ荷重補償用スライダ５８Ｒ、５８Ｌ、５９Ｒ、５９Ｌを押付荷重調整手段である油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、５１Ｒによって左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌに取り付けれる。
【選択図】図２

Description

この発明は、門形ガントリ式工作機械に関し、特に、航空機部品製造等に用いられる高速移動タイプの門形ガントリ式工作機械に関するものである。

門形工作機械（門形マシニングセンタ）として、固定配置のベッドと、前記ベッドの左右両側に各々当該ベッドに沿って設置された左右のガイドレールと、左右のコラムと当該左右のコラム間に掛け渡されたクロスレール（横けた部材）とによる門形フレームと、クロスレールに取り付けられて水平方向に移動可能なサドルおよびサドルに取り付けられた主軸頭とを有し、前記門形フレームが前記ベッドを跨ぐように配置されて前記左右のコラムが各々前記左右のガイドレール上に搭載され、前記門形フレームが前記左右のガイドレールに案内されて移動する門形ガントリ式のものがある。

門形ガントリ式工作機械によって航空機部品を加工、製造する場合、ワーク材料が被削性がよいアルミニウム合金であることから、高速回転の主軸を用いて高速送りするのが通常である。このため、門形フレームの送り速度の高加減速に有利なように、門形フレームの送り駆動モータの容量アップは勿論のこと、移動体である門形フレームの軽量化が図られることもある。

門形ガントリ式工作機械では、送り速度の高速化に伴い、機械の移動体側に設置されている電動モータや油圧制御用の電磁機器等の電気品に対してフロア設置の制御盤より電力や電気信号を供給する可撓性の電力ケーブルや電線の寿命が低下すること、また、門形フレームの高速移動に伴う、これら電力ケーブルや電線の引っ張り、圧縮による影響力によって門形フレームの案内精度が低下することを回避するために、制御盤がクロスレールの背面部に搭載設置されることがある。

また、門形ガントリ式工作機械では、工具交換による非切削時間の短縮のために、通常は、フロア設置される自動工具交換装置およびその工具収納マガジンをクロスレールの端部に設置されることもある。

制御盤や自動工具交換装置、工具収納マガジンは、門形フレームの非対称位置に追加設置されるため、門形フレームのコラムの倒れやクロスレールの捩じれや案内部の撓みなどが生じ、門形フレームのガイド部の負荷状態も左右前後で不均一になり、左右のコラムの下底部に設置されているガイドレール上のスライダには不均一な荷重がかかるようになる。このため、偏荷重によるスライダの寿命低下、撓みによる主軸端面位置の変位等の位置精度の低下や案内精度の低下が生じる。

この発明が解決しようとする課題は、門形フレームに、制御盤や自動工具交換装置、工具収納マガジン等が非対称位置に追加設置されても、門形フレームのコラムの倒れやクロスレールの捩じれや案内部の撓みなどにより生じる主軸端面位置の変位を補償して加工精度の向上を図ると共に、偏荷重によるスライダの寿命低下を回避することである。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、固定配置のベッドと、前記ベッドの左右両側に各々当該ベッドに沿って設置された左右のガイドレールと、左右のコラムと当該左右のコラム間に掛け渡されたクロスレールとによる門形フレームと、クロスレールに取り付けられて水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能なサドルおよびサドルに上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に取り付けられた主軸頭とを有し、前記門形フレームが前記ベッドを跨ぐように配置されて前記左右のコラムが各々前記左右のガイドレール上に搭載され、前記門形フレームが前記左右のガイドレールに案内されてＸ軸方向に移動する門形ガントリ式工作機械において、前記ガイドレールに係合して前記門形フレームの荷重を受け持つ荷重補償用スライダが押付荷重調整手段を介して前記左右のコラムの各々に取り付けられている。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、好ましくは、前記荷重補償用スライダが前記左右のコラムの各々の前後位置に設けられている。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、好ましくは、前記荷重補償用スライダは、前記コラムの下底部がガイドレールと対向する真下位置に配置されて前記ガイドレールに係合するフレームガイド用スライダとは別に、前記コラムに外付けされている。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、好ましくは、前記押付荷重調整手段は油圧シリンダ装置によって構成される。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、好ましくは、前記油圧シリンダ装置は、一つの荷重補償用スライダ毎に個別に設けられており、その各油圧シリンダ装置毎にリリーフ付き減圧弁が個別に接続されている。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、好ましくは、前記油圧シリンダ装置は、一つの荷重補償用スライダ毎に個別に設けられており、その各油圧シリンダ装置毎に比例電磁式リリーフ付き減圧弁が個別に接続されている。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、好ましくは、前記サドルのＹ軸方向位置に応じて前記左右のコラムに設けられている前記荷重補償用スライダの前記ガイドレールに対する押付荷重を前記押付荷重調整手段によって制御する。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、好ましくは、前記サドルに前記主軸頭がＡ軸スイベルヘッドによってＸ軸と平行なＡ軸周りに傾動可能に設けられており、前記サドルのＹ軸方向位置と前記主軸頭のＺ軸位置と前記Ａ軸スイベルヘッドのＡ軸角度とに応じて前記左右のコラムに設けられている前記荷重補償用スライダの前記ガイドレールに対する押付荷重を前記押付荷重調整手段によって制御する。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、好ましくは、前記サドルに前記主軸頭がＢ軸スイベルヘッドによってＹ軸と平行なＢ軸周りに傾動可能に設けられており、前記サドルのＹ軸方向位置と前記主軸頭のＺ軸位置と前記Ｂ軸スイベルヘッドのＢ軸角度とに応じて前記左右のコラムに前後に設けられている前記荷重補償用スライダの前記ガイドレールに対する押付荷重を前記押付荷重調整手段によって制御する。

この発明による門形ガントリ式工作機械は、好ましくは、前記サドルに前記主軸頭がＡ軸スイベルヘッドとＢ軸スイベルヘッドによってＸ軸と平行なＡ軸周りに傾動可能、且つＢ軸周りに傾動可能に設けられており、前記サドルのＹ軸方向位置と前記主軸頭のＺ軸位置と前記Ａ軸スイベルヘッドのＡ軸角度と前記Ｂ軸スイベルヘッドのＢ軸角度とに応じて前記左右のコラムに前後に設けられている前記荷重補償用スライダの前記ガイドレールに対する押付荷重を前記押付荷重調整手段によって制御する。

この発明による門形ガントリ式工作機械によれば、左右のコラムの各々に取り付けられた荷重補償用スライダのガイドレールに対する押付荷重を押付荷重調整手段によって個別に調整することにより、門形フレームのガイド部の負荷状態が均一になるように補償することができる。

これにより、門形フレームに、制御盤や自動工具交換装置、工具収納マガジン等が非対称位置に追加設置されても、門形フレームのコラムの倒れやクロスレールの捩じれや案内部の撓みなどによって生じる主軸端面位置の変位が補償されて加工精度が向上し、偏荷重によるスライダの寿命低下をや撓みによる案内精度の低下が生じることを防止できる。

この発明による門形ガントリ式工作機械の一つの実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。

門形ガントリ式工作機械は、フロア１０００上にレベル調整装置（レベリングブロック）１００１によって水平に固定配置されたベット１０を有する。ベット１０は、Ｘ軸方向（図１の紙面を直角方向に貫通する方向）に長く、上面がワーク載置用のワークテーブル面１１になっている。

ベット１０の左右両側には、各々、Ｘ軸方向に沿ってフレーム載置部１２Ｒ、１２Ｌがベット１０と一体的に設けられている。フレーム載置部１２Ｒ、１２Ｌの上面部には、各々、ベット１０に沿ってＸ軸方向にＸ軸ガイドレール１３Ｒ、１３Ｌが設置されている。

ベット１０の上方にはベット１０を左右方向（Ｙ軸方向）に跨ぐように、門形フレーム２０が設けられている。門形フレーム２０は、左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌと、この左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌ間に掛け渡されて両端近傍を各々コラム２１Ｒ、２１Ｌに強固に固定連結されたクロスレール２２とにより構成されている。

コラム２１Ｒ、２１Ｌの下底部がＸ軸ガイドレール１３Ｒ、１３Ｌと対向する真下位置には、各々、ボール循環式のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌが取り付けられている。フレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌは、コラム２１Ｒ、２１Ｌに固定装着されていてＸ軸ガイドレール１３Ｒ、１３Ｌに係合している。これにより、門形フレーム２０は、左右のＸ軸ガイドレールに案内されてＸ軸方向に移動する。

フレーム載置部１２Ｒ、１２Ｌの側面部には、各々、Ｘ軸方向に沿ってラック１４Ｒ、１４Ｌが固定装着されている。コラム２１Ｒ、２１Ｌの各々の下底部にはフレーム送り歯車箱２４Ｒ、２４Ｌが取り付けられている。フレーム送り歯車箱２４Ｒ、２４Ｌには、各々、ラック１４Ｒ、１４Ｌと噛合するピニオンギア２５Ｒ、２５Ｌと、ピニオンギア２５Ｒ、２５Ｌを回転駆動するＸ軸サーボモータ（フレーム送りサーボモータ）２６Ｒ、２６Ｌが取り付けられている。

Ｘ軸サーボモータ２６Ｒ、２６Ｌによってピニオンギア２５Ｒ、２５Ｌが回転駆動されることにより、ピニオンギア２５Ｒ、２５Ｌとラック１４Ｒ、１４Ｌとの噛合によって門形フレーム２０がＸ軸方向に軸送りされる。

なお、Ｘ軸サーボモータ２６Ｒ、２６Ｌには、モータ位置（Ｘ軸位置）検出を行うロータリエンコーダ２７Ｒ、２７Ｌが取り付けられている。

クロスレール２２にはＹ軸ガイドレール２８がＹ軸方向に水平に取り付けられている。
Ｙ軸ガイドレール２８にはサドル２９に取り付けられたボール循環式のサドルガイド用スライダ３０が係合している。これにより、サドル２９はＹ軸ガイドレール２８に案内されてＹ軸方向に移動する。

クロスレール２２にはＹ軸ボールねじ３１がＹ軸方向に水平に取り付けられている。サドル２９にはボールナット３２が取り付けられており、ボールナット３２はＹ軸ボールねじ３１とねじ係合している。クロスレール２２の一端部にはサドル送り歯車箱３３が取り付けられている。サドル送り歯車箱３３にはＹ軸ボールねじ３１を回転駆動するＹ軸サーボモータ３４が取り付けられている。

Ｙ軸サーボモータ３４によってＹ軸ボールねじ３１が回転駆動されることにより、Ｙ軸ボールねじ３１とボールナット３２とのねじ係合によってサドル２９がＹ軸方向に軸送りされる。

なお、Ｙ軸サーボモータ３４には、モータ位置（Ｙ軸位置）検出を行うロータリエンコーダ３５が取り付けられている。

サドル２９にはラム３６がＺ軸方向（上下垂直方向）に移動可能に設けられている。ラム３６は、ビルドインモータ方式の主軸頭によって構成され、主軸３７の下端部に形成されたテーパ孔３８に、図示省略の工具交換装置（ＡＴＭ）によって工具（図示省略）を交換可能に装着される。

ラム３６の上端部にはモータ載置板３９が取り付けられている。モータ載置板３９には二台のＺ軸サーボモータ４０が並列に搭載されている。Ｚ軸サーボモータ４０には各々Ｚ軸ボールねじ４１が連結されている。Ｚ軸ボールねじ４１は各々ラム３６に取り付けられたボールねじ４２にねじ係合している。

Ｚ軸サーボモータ４０によってＺ軸ボールねじ４１が回転駆動されることにより、Ｚ軸ボールねじ４１とボールナット４２とのねじ係合によってラム３６がＺ軸方向に軸送りされる。

なお、Ｚ軸サーボモータ４０には、モータ位置（Ｚ軸位置）検出を行うロータリエンコーダ４３が取り付けられている。

クロスレール２２の背面部には載置棚４４が背側に張り出して設けられている。載置棚４４には制御盤（コンソール）４５が搭載されている。制御盤４５は、数値制御装置等を含むものであり、各軸のサーボモータ２３Ｒ、２３Ｌ、３４、４０のパルス制御、主軸モータ（ビルドインモータ）の電力制御、門形フレーム２０に設置されている図示されていない油圧機器の油圧制御、空気圧機器の空気圧制御等を行う。

クロスレール２２の端部には自動工具交換装置の工具収納マガジン４６が取り付けられている。

以上の構成は、従来から知られている門形ガントリ式工作機械の一般的構成である。

この実施形態による門形ガントリ式工作機械では、左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌの各々の前面部および後面部に、各々、押付荷重調整手段である油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、油圧シリンダ装置５１Ｒ、５１Ｌが外付け式に下向きに取り付けられている。油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、油圧シリンダ装置５１Ｒ、５１Ｌは、各々、ピストン５２Ｒ、５２Ｌ、５３Ｒ、５３Ｌを有していて、ピストン上側に油圧室５４Ｒ、５４Ｌ、５５Ｒ、５５Ｌを画定している（図５参照）。

油圧シリンダ装置５０Ｒ、５１Ｒのピストンロッド５６Ｒ、５７Ｒの先端部（下端部）には、各々、荷重補償用スライダ５８Ｒ、５９Ｒが取り付けられている。荷重補償用スライダ５８Ｒ、５９Ｒは、ボールまたはコロ循環式のものであり、Ｘ軸ガイドレール１３Ｒに係合し、門形フレーム２０の荷重を受け持っている。

油圧シリンダ装置５０Ｌ、５１Ｌのピストンロッド５６Ｌ、５７Ｌの先端部（下端部）には、各々、荷重補償用スライダ５８Ｌ、５９Ｌが取り付けられている。荷重補償用スライダ５８Ｌ、５９Ｌは、ボールまたはコロ循環式のものであり、Ｘ軸ガイドレール１３Ｌに係合し、門形フレーム２０の荷重を受け持っている。

これにより、荷重補償用スライダ５８Ｒ、５８Ｌ、５９Ｒ、５９Ｌは、それぞれ、油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、５１Ｒ、５１Ｌによって左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌの前面部および後面部の外側に外付けされていることになる。

油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、５１Ｒ、５１Ｌの油圧室５４Ｒ、５４Ｌ、５５Ｒ、５５Ｌに供給する油圧を、各油圧シリンダ装置毎に個別に制御することにより、左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌの各々に取り付けられている荷重補償用スライダ５８Ｒ、５８Ｌ、５９Ｒ、５９Ｌのガイドレール１３Ｒ、１３Ｌに対する押付荷重が個別に調整される。これにより、門形フレーム２０のガイド部の負荷状態が均一になるように補償することができる。

図５に示されている油圧制御回路では、油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、５１Ｒ、５１Ｌの各油圧室５４Ｒ、５４Ｌ、５５Ｒ、５５Ｌに対してリリーフ付き減圧弁６０Ｒ、６０Ｌ、６１Ｒ、６１Ｌが個別に接続されている。リリーフ付き減圧弁６０Ｒ、６０Ｌ、６１Ｒ、６１Ｌには、油圧ユニット７０のポンプ７１より圧油を供給される油圧供給管７２と、ドレン管７３が接続されている。

この実施形態では、例えば、サドル２９が左右ストロークの中央位置にある時に、Ｘ軸ガイドレール１３Ｒ、１３Ｌ上のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷が互いに均一になるように、荷重補償用スライダ５８Ｒ、５８Ｌ、５９Ｒ、５９Ｌが支持する値を各々個別に決定し、それに応じてリリーフ付き減圧弁６０Ｒ、６０Ｌ、６１Ｒ、６１Ｌの設定圧を各々個別に設定する。

これにより荷重補償が行われ、門形フレーム２０に、制御盤４５や自動工具交換装置、工具収納マガジン４６等が非対称位置に追加設置されても、門形フレーム２０の左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌの倒れ、クロスレール２２の捩じれや案内部撓みなどによる案内精度の低下が防止される。

荷重補償用スライダ５８Ｒ、５８Ｌ、５９Ｒ、５９Ｌは、油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、５１Ｒ、５１Ｌを介してコラム２１Ｒ、２１Ｌに取り付けられているので、ガイドレール１３Ｒ、１３Ｌに理想的に当たることができる。このため、荷重補償用スライダ５８Ｒ、５８Ｌ、５９Ｒ、５９Ｌには、負荷容量一杯に負荷をかけることができる。

荷重補償用スライダ５８Ｒ、５８Ｌ、５９Ｒ、５９Ｌは、コラム２１Ｒ、２１Ｌに外付けされているので、交換作業性がよい。したがって、予期せぬ荷重が生じても荷重補償用スライダ５８Ｒ、５８Ｌ、５９Ｒ、５９Ｌの保守作業による機械の休止時間の短縮を図ることができる。

油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、５１Ｒ、５１Ｌの油圧制御回路の他の実施形態を、図６を参照して説明する。

この実施形態では、油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、５１Ｒ、５１Ｌの各油圧室５４Ｒ、５４Ｌ、５５Ｒ、５５Ｌに対して比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌが個別に接続されている。比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌには、油圧ユニット７０のポンプ７１より圧油を供給される油圧供給管７２と、ドレン管７３が接続されている。

比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌは、供給電流値に応じて設定圧を比例的に可変設定するものであり、比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌに対する供給電流値の制御は、制御装置２００によって、各比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌ毎に個別に行われるようになっている。

制御装置２００は、コンピュータ式のものであり、例えば、サドル２９のＹ軸位置情報として、Ｙ軸サーボモータ３４のロータリエンコーダ３５の出力信号を入力し、サドル２９のＹ軸位置に応じて比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌに与える供給電流値を個別に制御する。

これにより、サドル２９のＹ軸位置に応じて、左右の油圧シリンダ装置５０Ｒ、５１Ｒと５０Ｌ、５１Ｌのシリンダ圧（押付荷重）が制御され、サドル２９のＹ軸位置に応じてコラム２１Ｒの荷重補償用スライダ５８Ｒ、５９Ｒによる支持荷重と、コラム２１Ｌの荷重補償用スライダ５８Ｌ、５９Ｌによる支持荷重とが変化することを補償する制御が、サドル２９のＹ軸位置に応じて動的に行われる。

つまり、サドル２９のＹ軸方向位置に応じて左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌに設けられている荷重補償用スライダ５８Ｒ、５９ＲのＸ軸ガイドレール１３Ｒに対する押付荷重と荷重補償用スライダ５８Ｌ、５９ＬのＸ軸ガイドレール１３Ｌに対する押付荷重が、左右の油圧シリンダ装置５０Ｒ、５１Ｒと５０Ｌ、５１Ｌによって個別に制御される。

これにより、サドル２９のＹ軸移動による左右のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷変動が補償され、サドル２９のＹ軸位置の如何に拘らず、門形フレーム２０の左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌのフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌには、常時同じ荷重が負荷されることになり、姿勢精度や案内精度の低下が防止される。

この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態を、図７、図８を参照して説明する。なお、図７、図８において、図１、図２に対応する部分は、図１、図２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、サドル２９にＡ軸スイベルヘッド８０がＸ軸と平行なＡ軸周りに傾動可能に設けられている。Ａ軸スイベルヘッド８０には、ラム（主軸頭）３６がＺ軸方向（上下垂直方向）に移動可能に設けられている。これにより、主軸３７がＡ軸スイベルヘッド８０によってＡ軸周りに傾動可能になる。

Ａ軸スイベルヘッド８０は、サドル２９に取り付けられたＡ軸サーボモータ８１によってＡ軸角度を定量的に可変設定される。Ａ軸サーボモータ８１には、モータ位置（Ａ軸角度）検出を行うロータリエンコーダ８２が取り付けられている。

Ａ軸スイベルが行われると、ラム３６の重心位置がＡ軸角度とＺ軸位置によって変化する。例えば、図７に示されているように、Ａ軸角度が０度よりα度変化すると、ラム３６の重心位置は、Ｂａ点よりＢｂ点に変化する。この重心位置の変化により、左右のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷が変動する。

このことに対して、この実施形態の場合、図６に示されている油圧制御回路を用い、制御装置２００に、サドル２９のＹ軸位置情報として、Ｙ軸サーボモータ３４のロータリエンコーダ３５の出力信号を入力する共に、ラム３６のＺ軸位置情報として、Ｚ軸サーボモータ４０のロータリエンコーダ４３の出力信号と、Ａ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度情報として、Ａ軸サーボモータ８１のロータリエンコーダ８２の出力信号を入力し、サドル２９のＹ軸位置とラム３６のＺ軸位置とＡ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度とに応じて比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌに与える供給電流値を個別に制御することが行われる。

この制御により、サドル２９のＹ軸方向位置とラム３６のＺ軸位置とＡ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度とに応じて左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌに設けられている荷重補償用スライダ５８Ｒ、５９ＲのＸ軸ガイドレール１３Ｒに対する押付荷重と、荷重補償用スライダ５８Ｌ、５９ＬのＸ軸ガイドレール１３Ｌに対する押付荷重が、左右の油圧シリンダ装置５０Ｒ、５１Ｒと５０Ｌ、５１Ｌによって個別に制御される。

これにより、サドル２９のＹ軸移動による左右のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷変動が補償されると共に、Ａ軸スイベルによる左右のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷変動が補償され、サドル２９のＹ軸位置とラム３６のＺ軸位置とＡ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度の如何に拘らず、門形フレーム２０の左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌのフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌには、常時同じ荷重が負荷されることになり、姿勢精度や案内精度の低下が防止される。

この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態を、図９、図１０を参照して説明する。なお、図９、図１０においても、図１、図２に対応する部分は、図１、図２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、サドル２９にＢ軸スイベルヘッド８３がＹ軸と平行なＢ軸周りに傾動可能に設けられている。Ｂ軸スイベルヘッド８３には、ラム（主軸頭）３６がＺ軸方向（上下垂直方向）に移動可能に設けられている。これにより、主軸３７がＢ軸スイベルヘッド８３によってＢ軸周りに傾動可能になる。

Ｂ軸スイベルヘッド８３は、サドル２９に取り付けられたＢ軸サーボモータ８４によってＢ軸角度を定量的に可変設定される。Ｂ軸サーボモータ８４には、モータ位置（Ｂ軸角度）検出を行うロータリエンコーダ８５が取り付けられている。

Ｂ軸スイベルが行われると、ラム３６の重心位置がＢ軸角度とＺ軸位置によって変化する。例えば、図１０に示されているように、Ｂ軸角度が０度よりβ度変化すると、ラム３６の重心位置は、Ｂｃ点よりＢｄ点に変化する。この重心位置の変化により、左右のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの前後の負荷が変動する。

このことに対して、この実施形態の場合、図６に示されている油圧制御回路を用い、
制御装置２００に、サドル２９のＹ軸位置情報として、Ｙ軸サーボモータ３４のロータリエンコーダ３５の出力信号を入力する共に、ラム３６のＺ軸位置情報として、Ｚ軸サーボモータ４０のロータリエンコーダ４３の出力信号と、Ｂ軸スイベルヘッド８３のＢ軸角度情報として、Ｂ軸サーボモータ８４のロータリエンコーダ８５の出力信号を入力し、サドル２９のＹ軸位置とラム３６のＺ軸位置とＢ軸スイベルヘッド８３のＢ軸角度とに応じて比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌに与える供給電流値を個別に制御することが行われる。

この制御により、サドル２９のＹ軸方向位置に応じて左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌに設けられている荷重補償用スライダ５８Ｒ、５９ＲのＸ軸ガイドレール１３Ｒに対する押付荷重と、荷重補償用スライダ５８Ｌ、５９ＬのＸ軸ガイドレール１３Ｌに対する押付荷重が、左右の油圧シリンダ装置５０Ｒ、５１Ｒと５０Ｌ、５１Ｌによって個別に制御されると共に、ラム３６のＺ軸位置とＢ軸スイベルヘッド８３のＢ軸角度とに応じて左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌの各々の前部に設けられている荷重補償用スライダ５８Ｒ、５８ＬのＸ軸ガイドレール１３Ｒ、Ｘ軸ガイドレール１３Ｌに対する押付荷重と、左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌの各々の後部に設けられている荷重補償用スライダ５９Ｒ、５９ＬのＸ軸ガイドレール１３Ｒ、Ｘ軸ガイドレール１３Ｌに対する押付荷重が、油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌと５１Ｒ、５１Ｌによって個別に制御される。

これにより、サドル２９のＹ軸移動による左右のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷変動が補償されると共に、Ｂ軸スイベルによるフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷変動が補償され、サドル２９のＹ軸位置、ラム３６のＺ軸位置、Ｂ軸スイベルヘッド８０のＢ軸角度の如何に拘らず、門形フレーム２０の左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌのフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌには、常時同じ荷重が負荷されることになり、姿勢精度や案内精度の低下が防止される。

この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態を、図１１を参照して説明する。なお、図１１において、図１、図２、図７〜図１０に対応する部分は、図１、図２、図７〜図１０に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、サドル２９にＡ軸スイベルヘッド８０がＸ軸と平行なＡ軸周りに傾動可能に設けられており、Ａ軸スイベルヘッド８０にＢ軸スイベルヘッド８３がＹ軸と平行なＢ軸周りに傾動可能に設けられている。Ｂ軸スイベルヘッド８３には、ラム（主軸頭）３６がＺ軸方向（上下垂直方向）に移動可能に設けられている。これにより、主軸３７は、Ａ軸スイベルヘッド８０によってＡ軸周りに傾動可能、且つＢ軸スイベルヘッド８３によってＢ軸周りに傾動可能になっている。

この実施形態の場合、図６に示されている油圧制御回路を用い、制御装置２００に、サドル２９のＹ軸位置情報として、Ｙ軸サーボモータ３４のロータリエンコーダ３５の出力信号を入力する共に、ラム３６のＺ軸位置情報として、Ｚ軸サーボモータ４０のロータリエンコーダ４３の出力信号と、Ａ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度情報として、Ａ軸サーボモータ８１のロータリエンコーダ８２の出力信号と、Ｂ軸スイベルヘッド８３のＢ軸角度情報として、Ｂ軸サーボモータ８４のロータリエンコーダ８５の出力信号を入力し、サドル２９のＹ軸位置とラム３６のＺ軸位置とＡ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度とＢ軸スイベルヘッド８３のＢ軸角度とに応じて比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌに与える供給電流値を個別に制御することが行われる。

これにより、サドル２９のＹ軸移動による左右のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷変動が補償されると共に、Ａ軸スイベル、Ｂ軸スイベルによるフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷変動が補償され、サドル２９のＹ軸位置、ラム３６のＺ軸位置、Ａ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度、Ｂ軸スイベルヘッド８３のＢ軸角度の如何に拘らず、門形フレーム２０の左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌのフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌには、常時同じ荷重が負荷されることになり、姿勢精度や案内精度の低下が防止される。

この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態を、図１２を参照して説明する。なお、図１２においても、図１、図２、図７〜図１０に対応する部分は、図１、図２、図７〜図１０に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、サドル２９にラム３６がＺ軸方向（上下垂直方向）に移動可能に設けられ、ラム３６にＡ軸スイベルヘッド８０がＸ軸と平行なＡ軸周りに傾動可能に設けられている。更に、Ａ軸スイベルヘッド８０にＢ軸スイベルヘッド８３がＹ軸と平行なＢ軸周りに傾動可能に設けられ、Ｂ軸スイベルヘッド８３に主軸３７が取り付けられている。これにより、この実施形態でも、主軸３７は、Ａ軸スイベルヘッド８０によってＡ軸周りに傾動可能、且つＢ軸スイベルヘッド８３によってＢ軸周りに傾動可能になっている。
なお、機械構成では、Ａ軸スイベル、Ｂ軸スイベルによる重心移動は、ラム３６のＺ軸位置に関しては不感で、Ｚ軸位置が変化しても、重心位置がＸ軸方向、Ｙ軸方向の変化することがない。

したがって、この実施形態の場合、図６に示されている油圧制御回路を用い、制御装置２００に、サドル２９のＹ軸位置情報として、Ｙ軸サーボモータ３４のロータリエンコーダ３５の出力信号を入力する共に、Ａ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度情報として、Ａ軸サーボモータ８１のロータリエンコーダ８２の出力信号と、Ｂ軸スイベルヘッド８３のＢ軸角度情報として、Ｂ軸サーボモータ８４のロータリエンコーダ８５の出力信号を入力し、サドル２９のＹ軸位置とＡ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度とＢ軸スイベルヘッド８３のＢ軸角度とに応じて比例電磁式リリーフ付き減圧弁６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌに与える供給電流値を個別に制御することが行われる。

これにより、サドル２９のＹ軸移動による左右のフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷変動が補償されると共に、Ａ軸スイベル、Ｂ軸スイベルによるフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌの負荷変動が補償され、サドル２９のＹ軸位置、ラム３６のＺ軸位置、Ａ軸スイベルヘッド８０のＡ軸角度、Ｂ軸スイベルヘッド８３のＢ軸角度の如何に拘らず、門形フレーム２０の左右のコラム２１Ｒ、２１Ｌのフレームガイド用スライダ２３Ｒ、２３Ｌには、常時同じ荷重が負荷されることになり、姿勢精度や案内精度の低下が防止される。

なお、上述の実施形態では、押付荷重調整手段として、油圧シリンダ装置５０Ｒ、５０Ｌ、５１Ｒを用いたが、本発明はコレに限られることはなく、押付荷重調整手段は、電歪素子等によって構成することも可能である。

この発明による門形ガントリ式工作機械の一つの実施形態を示す正面図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械の一つの実施形態の門形フレーム部分を示す側面図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械の一つの実施形態の要部を示す拡大正面図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械の一つの実施形態の要部を示す拡大側面図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械における押付荷重調整用の油圧シリンダ装置の油圧制御回路の一つの実施形態を示す油圧制御回路図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械における押付荷重調整用の油圧シリンダ装置の油圧制御回路の他の実施形態を示す油圧制御回路図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態の要部の部分的な正面図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態の要部の門形フレーム部分を示す側面図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態の要部の部分的な正面図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態の要部の門形フレーム部分を示す側面図である この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態の要部の部分的な正面図である。 この発明による門形ガントリ式工作機械の他の実施形態の要部の部分的な正面図である。

符号の説明

１０ ベット
１１ ワークテーブル面
１２Ｒ、１２Ｌ フレーム載置部
１３Ｒ、１３Ｌ Ｘ軸ガイドレール
１４Ｒ、１４Ｌ ラック
２０ 門形フレーム
２１Ｒ、２１Ｌ コラム
２２ クロスレール
２３Ｒ、２３Ｌ フレームガイド用スライダ
２４Ｒ、２４Ｌ 歯車箱
２５Ｒ、２５ ピニオンギア
２６Ｒ、２６Ｌ Ｘ軸サーボモータ
２７Ｒ、２７Ｌ ロータリエンコーダ
２８ Ｙ軸ガイドレール
２９ サドル
３０ サドルガイド用スライダ
３１ Ｙ軸ボールねじ
３２ ボールナット
３３ サドル送り歯車箱
３４ Ｙ軸サーボモータ
３５ ロータリエンコーダ
３６ ラム
３７ 主軸
３８ テーパ孔
３９ モータ載置板
４０ Ｚ軸サーボモータ
４１ Ｚ軸ボールねじ
４２ ボールナット
４３ ロータリエンコーダ
４４ 載置棚
４５ 制御盤
４６ 工具収納マガジン
５０Ｒ、５０Ｌ、５１Ｒ、５１Ｌ 油圧シリンダ装置
５２Ｒ、５２Ｌ、５３Ｒ、５３Ｌ ピストン
５４Ｒ、５４Ｌ、５５Ｒ、５５Ｌ 油圧室
５６Ｒ、５６Ｌ、５７Ｒ、５７Ｌ ピストンロッド
５８Ｒ、５８Ｌ、５９Ｒ、５９Ｌ 荷重補償用スライダ
６０Ｒ、６０Ｌ、６１Ｒ、６１Ｌ リリーフ付き減圧弁
６２Ｒ、６２Ｌ、６３Ｒ、６３Ｌ 比例電磁式リリーフ付き減圧弁
７０ 油圧ユニット
７１ ポンプ
７２ 油圧供給管
７３ ドレン管
８０ Ａ軸スイベルヘッド
８１ Ａ軸サーボモータ
８２ ロータリエンコーダ
８３ Ｂ軸スイベルヘッド
８４ Ｂ軸サーボモータ
８５ ロータリエンコーダ
２００ 制御装置
１０００ フロア
１００１ レベル調整装置

Claims (10)

1. 固定配置のベッドと、前記ベッドの左右両側に各々当該ベッドに沿って設置された左右のガイドレールと、左右のコラムと当該左右のコラム間に掛け渡されたクロスレールとによる門形フレームと、クロスレールに取り付けられて水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能なサドルおよびサドルに上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に取り付けられた主軸頭とを有し、前記門形フレームが前記ベッドを跨ぐように配置されて前記左右のコラムが各々前記左右のガイドレール上に搭載され、前記門形フレームが前記左右のガイドレールに案内されてＸ軸方向に移動する門形ガントリ式工作機械において、
   前記ガイドレールに係合して前記門形フレームの荷重を受け持つ荷重補償用スライダが押付荷重調整手段を介して前記左右のコラムの各々に取り付けられている門形ガントリ式工作機械。
2. 前記荷重補償用スライダが前記左右のコラムの各々の前後位置に設けられている請求項１記載の門形ガントリ式工作機械。
3. 前記荷重補償用スライダは、前記コラムの下底部がガイドレールと対向する真下位置に配置されて前記ガイドレールに係合するフレームガイド用スライダとは別に、前記コラムに外付けされている請求項１または２記載の門形ガントリ式工作機械。
4. 前記押付荷重調整手段は油圧シリンダ装置である請求項１から３のいずれか一項に記載の門形ガントリ式工作機械。
5. 前記油圧シリンダ装置は、一つの荷重補償用スライダ毎に個別に設けられており、その各油圧シリンダ装置毎にリリーフ付き減圧弁が個別に接続されている請求項４記載の門形ガントリ式工作機械。
6. 前記油圧シリンダ装置は、一つの荷重補償用スライダ毎に個別に設けられており、その各油圧シリンダ装置毎に比例電磁式リリーフ付き減圧弁が個別に接続されている請求項４記載の門形ガントリ式工作機械。
7. 前記サドルのＹ軸方向位置に応じて前記左右のコラムに設けられている前記荷重補償用スライダの前記ガイドレールに対する押付荷重を前記押付荷重調整手段によって制御する請求項１、２、３、４、６のいずれか一項記載の門形ガントリ式工作機械。
8. 前記サドルに前記主軸頭がＡ軸スイベルヘッドによってＸ軸と平行なＡ軸周りに傾動可能に設けられており、前記サドルのＹ軸方向位置と前記主軸頭のＺ軸位置と前記Ａ軸スイベルヘッドのＡ軸角度とに応じて前記左右のコラムに設けられている前記荷重補償用スライダの前記ガイドレールに対する押付荷重を前記押付荷重調整手段によって制御する請求項１、２、３、４、６のいずれか一項記載の門形ガントリ式工作機械。
9. 前記サドルに前記主軸頭がＢ軸スイベルヘッドによってＹ軸と平行なＢ軸周りに傾動可能に設けられており、前記サドルのＹ軸方向位置と前記主軸頭のＺ軸位置と前記Ｂ軸スイベルヘッドのＢ軸角度とに応じて前記左右のコラムに前後に設けられている前記荷重補償用スライダの前記ガイドレールに対する押付荷重を前記押付荷重調整手段によって制御する請求項２、３、４、６のいずれか一項記載の門形ガントリ式工作機械。
   に応じて
10. 前記サドルに前記主軸頭がＡ軸スイベルヘッドとＢ軸スイベルヘッドによってＸ軸と平行なＡ軸周りに傾動可能、且つＢ軸周りに傾動可能に設けられており、前記サドルのＹ軸方向位置と前記主軸頭のＺ軸位置と前記Ａ軸スイベルヘッドのＡ軸角度と前記Ｂ軸スイベルヘッドのＢ軸角度とに応じて前記左右のコラムに前後に設けられている前記荷重補償用スライダの前記ガイドレールに対する押付荷重を前記押付荷重調整手段によって制御する請求項２、３、４、６のいずれか一項記載の門形ガントリ式工作機械。
    

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