JP2008126360A - 複合加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸ヘッドを旋盤加工およびフライス加工に応じた位置に移動した場合でも、加工反力に対する剛性を維持することができる複合加工装置を提供すること。
【解決手段】複合加工装置１は、機台１１に対し、主軸ヘッド９０を水平位置に保持して旋盤加工を行うとともに、主軸ヘッドを鉛直位置に保持してフライス加工を行う複合加工装置１において、主軸ヘッド９０を保持するヘッド保持部材９１と、機台１１に設けられ、ヘッド保持部材９１を介して主軸ヘッド９０を水平位置と鉛直位置との間で移動自在に支持する支持フレーム１７０と、少なくとも水平位置および鉛直位置におけるヘッド保持部材９１と支持フレーム１７０とを相互に密接するように締結する締結機構１７２と、を備えた。
【選択図】図８

Description

本発明は、加工対象物に対し、旋盤加工やフライス加工等を行う複合加工装置に関するものである。

従来、この種の加工装置としてフライス盤が知られている（特許文献１参照）。このフライス盤は、加工工具を装着する主軸ヘッドと、主軸ヘッドを上下方向に昇降自在に保持するコラム（ヘッド保持部材）とを有しており、このコラムはベース（機台）に固定されている。
特開平１１−４８０１８号公報

ところで、一つの加工装置で旋盤加工やフライス加工を行う場合、主軸ヘッドを各加工に応じた位置にまで移動させる必要がある。しかしながら、従来の加工装置では、装置が大型で重く、主軸ヘッドやヘッド保持部材が特殊工具で固定されていることもあるため、主軸ヘッドを簡単に移動させることは困難である。逆に、装置を軽量化して主軸ヘッドを加工形態に合わせて簡単に移動できるようにした場合には、可動部により加工反力に対する装置の剛性が低くなり、加工精度に影響が生じる問題が想定される。

本発明は、主軸ヘッドを旋盤加工およびフライス加工に応じた位置に移動した場合でも、加工反力に対する剛性を維持することができる複合加工装置を提供することを目的とする。

本発明の複合加工装置は、機台に対し、主軸ヘッドを水平位置に保持して旋盤加工を行うとともに、主軸ヘッドを鉛直位置に保持してフライス加工を行う複合加工装置において、主軸ヘッドを保持するヘッド保持部材と、機台に設けられ、ヘッド保持部材を介して主軸ヘッドを水平位置と鉛直位置との間で移動自在に支持する支持フレームと、少なくとも水平位置および鉛直位置におけるヘッド保持部材と支持フレームとを相互に密接するように締結する締結機構と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、締結機構によりヘッド保持部材と支持フレームとを相互に密接するように締結すると、ヘッド保持部材と支持フレームとが締結機構の強度に加え、ヘッド保持部材と支持フレームとの相互の摩擦力により一体化する。これにより、装置全体の剛性を高めることができ、主軸ヘッドが受ける加工反力を機台に適切に逃がすことができる。したがって、主軸ヘッドを可動しても、加工精度が損なわれることがない。

本発明の他の複合加工装置は、機台に対し、主軸ヘッドを水平位置に保持して旋盤加工を行うとともに、主軸ヘッドを鉛直位置に保持してフライス加工を行う複合加工装置において、主軸ヘッドを保持するヘッド保持部材と、ヘッド保持部材を挟持するように機台に設けられ、ヘッド保持部材を介して主軸ヘッドを水平位置と鉛直位置との間で移動自在に支持する一対の支持フレームと、少なくとも水平位置および鉛直位置におけるヘッド保持部材と各支持フレームを相互に密接するように締結する一対の締結機構と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、一対の締結機構によりヘッド保持部材とこれを挟持する一対の支持フレームとを相互に密接するように締結すると、ヘッド保持部材と各支持フレームとが締結機構の強度に加え、ヘッド保持部材と各支持フレームとの相互の摩擦力により一体化する。これにより、装置全体の剛性を高めることができ、主軸ヘッドが受ける加工反力を機台に適切に逃がすことができる。したがって、主軸ヘッドを可動しても、加工精度が損なわれることがない。

これらの場合、締結機構は、支持フレームおよびヘッド保持部材のいずれか一方を貫通し、他方に螺合するねじ機構で構成されていることが好ましい。

この構成によれば、ねじ機構により、締結機構を単純な構造とすることができる。なお、ねじ機構は、雄ねじと雌ねじから成るが、雄ねじは、通常のボルトや植込みボルトを用い、雌ねじは、ナットや支持フレームおよびヘッド保持部材のいずれかに形成したねじ穴とすることができる。

この場合、ねじ機構は、ヘッド保持部材に形成した雌ねじと、支持フレームに形成した貫通孔を貫通して雌ねじに螺合する雄ねじと、を有し、貫通孔は、水平位と鉛直位置との間における雄ねじの移動軌跡に沿って長孔に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、水平位置と鉛直位置との間に雄ねじの移動軌跡に沿って長孔が形成されているので、雄ねじを完全に外さなくても緩めるだけで、主軸ヘッドの移動が可能となる。また、これにより、水平位置と鉛直位置との間の任意の位置に主軸ヘッドを簡単に固定することができ、テーパー加工等も可能となる。

この場合、雄ねじは、ユリアねじで構成されていることが好ましい。

この構成によれば、工具を用いることなく、簡単にねじを締めたり、緩めたりすることができ、主軸ヘッドの移動を簡単に行うことができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係る複合加工装置を卓上サイズ（平面視Ａ４サイズ）に構成される卓上複合加工装置に適用した場合について説明する。この卓上複合加工装置は、主として旋盤およびフライス盤としての機能を有しており、主軸ヘッドを水平姿勢にしてワーク（加工対象物）Ｗに対し旋盤加工を行うと共に、主軸ヘッドを鉛直姿勢にしてワークＷに対しフライス加工を行うものである。また、卓上複合加工装置で加工されるワークＷは、金属製かつ比較的小さいもの（例えば、丸物であれば直径４ｍｍ、角物であれば１５ｍｍ角）であり、この卓上複合加工装置は、ウォッチパーツ等の小型部品の作成に適している。

図１および図２で示すように、卓上複合加工装置１は、機台１１と、機台１１上の一端側に設置されると共に、主軸ヘッド９０を有した主軸ユニット１２と、主軸ヘッド９０を水平姿勢と鉛直姿勢との間で移動するよう主軸ユニット１２を支持する支持部１３と、機台１１上の他端側に設置されたＸＹθテーブル１４と、旋盤加工時においてＸＹθテーブル１４上に取り付けられ、各種バイトＢを保持する工具台１５と、フライス加工時においてＸＹθテーブル１４上に取り付けられ、ワークＷを保持するバイス台１６と、を備えている。また、本装置の駆動電源となる電源部１７が機台１１下側に設置されると共に、本装置を操作する操作パネル１８が機台１１側面に設置され、操作パネル１８の操作により装置本体を制御する制御部１９が電源部１７と共に配置されている。

卓上複合加工装置１は、例えば、設置面がＡ４サイズとなっており、コンパクトな構成となっている。この卓上複合加工装置１において、旋盤加工を行う場合は、主軸ヘッド９０（後述する主軸スピンドル１００）の軸方向が水平となる水平姿勢にしておいて、主軸ヘッド９０にワークＷをチャッキングすると共に、ＸＹθテーブル１４にバイトＢを保持した工具台１５を取り付ける。この後、回転するワークＷに対し、ＸＹθテーブル１４を移動させてバイトＢを接触させることで旋盤加工を行う（図１参照）。一方、フライス加工を行う場合は、主軸ヘッド９０の軸方向が鉛直となる鉛直姿勢にしておいて、主軸ヘッド９０にフライス刃Ｆをチャッキングすると共に、ＸＹθテーブル１４にワークＷを保持したバイス台１６を取り付ける。この後、回転するフライス刃ＦをワークＷに接触させ、ＸＹθテーブル１４を移動させることでフライス加工を行う（図２参照）。

なお、この使用に限らず、立て旋盤、横フライス盤等として使用しても良い。つまり、立て旋盤加工を行う場合は、鉛直姿勢の主軸ヘッド９０にワークＷをチャッキングすると共に、ＸＹθテーブル１４にバイトＢを保持した工具台１５を取り付ける。一方、横フライス加工を行う場合は、水平姿勢の主軸ヘッド９０にフライス刃Ｆをチャッキングすると共に、ＸＹθテーブル１４にワークＷを保持したバイス台１６を取り付ける。

機台１１は、長方体状に形成されたベッド部２５と、ベッド部２５の長手方向（Ｘ軸方向）の両端部に設けられ、ベッド部２５を支持する一対の脚部２６，２６と、を備えており、主軸ユニット１２およびＸＹθテーブル１４は、ベッド部２５の長手方向において隣接して設置されている。ベッド部２５の下面には、上記の電源部１７が配設され、また、ベッド部２５には、ＸＹθテーブル１４を長手方向においてスライド自在にガイドするガイド孔２７が形成されている（図３参照）。ガイド孔２７は、いわゆる段付孔であり、ベッド部２５の長手方向に延在するようベッド部２５に貫通して形成され、その断面は、逆「Ｔ」字状に形成されている。なお、図示は省略するが、機台１１の一方の脚部２６には、ベッド部２５の水平度を測定する水平測定器が設けられ、各脚部２６には、ベッド部２５の上下位置（高さ）を調節する２つのアジャスタボルトが設けられている。これにより、４つのアジャスタボルトでベッド部２５を水平に調整することが可能となっている。

図３に示すように、ＸＹθテーブル１４は、工具台１５およびバイス台１６が設置されると共にベッド部２５の短手方向（Ｙ軸方向）に移動するＹ軸テーブル３０と、Ｙ軸テーブル３０が設置されると共にＸ軸方向に移動するＸ軸テーブル３１と、Ｘ軸テーブル３１が設置されると共にθ方向に回転するθテーブル３２と、θテーブル３２が設置されると共に機台１１上をＸ軸方向にスライド自在に移動するベース台３３と、を有している。

Ｙ軸テーブル３０およびＸ軸テーブル３１は、その内部にボールねじによるリードねじ機構を有しており、各テーブル３０，３１の側方に伸びたハンドル４０、４１を回すことにより、各軸方向に移動可能になっている。なお、図示では省略したが、各ハンドル４０、４１には、各テーブル３０，３１の移動量を示す目盛環が付されており、この目盛環は、０点合わせが可能な構成となっている。

Ｙ軸テーブル３０は、その上面に、工具台１５をセットするバイトセットエリアＢＡと、バイス台１６をセットするワークセットエリアＷＡとが設けられており、各セットエリアＢＡ，ＷＡは、Ｙ軸方向に並んで配置されている。なお、本実施形態では図示手前側がバイトセットエリアＢＡとなっており、図示奥側がワークセットエリアＷＡとなっている。また、各セットエリアＢＡ，ＷＡは、工具台１５およびバイス台１６を入れ替えセット可能に構成されている。また、Ｙ軸テーブル３０の上面には、工具台１５およびバイス台１６を位置決めして載置するよう、バイトセットエリアＢＡおよびワークセットエリアＷＡに亘って相互に平行な３本の角溝４５がＹ軸方向に延在して形成されると共に、工具台１５およびバイス台１６を固定するためのねじ穴（図示省略）が複数形成されている。このとき、工具台１５およびバイス台１６の一方は、予め固定された他方に突き当てることで、Ｙ軸方向への位置決めが可能となっている。

θテーブル３２は、短い円柱状に形成されており、θ方向に回転自在となっている。また、θテーブル３２の内部には、θテーブル３２をθ方向において固定するねじ止め機構が設けられており、ユーザは、θテーブル３２の側面にある止めねじ５０を緩め、これを摘んで回転させて位置調整をした後、止めねじ５０を締めることでθテーブル３２をθ方向において固定する。

ベース台３３は、Ｘ軸テーブル３１、Ｙ軸テーブル３０およびθテーブル３２が載置される共に、これらをＸ軸方向にスライド移動させるものである。ベース台３３は、ベッド部２５と同幅の長方体状に形成された台本体５５と、台本体５５の側面に添設され、台本体５５の位置決めを行う位置決め板５６と、台本体５５の内部に設けられ、ベース台３３をベッド部２５に固定するクランプ機構５７と、を有している。

位置決め板５６は、ベッド部２５の側面に当接するよう台本体５５から下方へはみ出すよう板状に形成されており、位置決めを行う際は、ベッド部２５の側面に当該位置決め板５６の側面を当接させて、ベース台３３をＹ軸方向において位置決めしている。

クランプ機構５７は、ベース台３３の側面に設けられたクランプレバー６０と、ベッド部２５に形成されたガイド孔２７と係合するよう断面逆「Ｔ」字状に形成された係合部材（図示省略）と、クランプレバー６０を回動させることにより、係合部材を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる連結部（図示省略）と、を備えている。ベース台３３をベッド部２５に固定する場合は、クランプレバー６０を回動して係合部材を上方に引き上げ、台本体５５と係合部材とでベッド部２５を挟み込むことにより、ベース台３３を固定している。

図４（ａ）に示すように、工具台１５は、バイトＢと、バイトＢを上下で挟み込んで固定するバイトホルダ６５と、バイトホルダ６５を着脱自在に保持するホルダ保持台６６と、を備えている。バイトホルダ６５は、ホルダ保持台６６に取り付けるバイトＢの上下方向の位置調節を行う上下調節ねじ６７を有しており、上下調節ねじ６７はバイトホルダ６５を上下に貫通して螺合すると共に、その先端は、ホルダ保持台６６に当接している。つまり、上下調節ねじ６７を回転させ、バイトホルダ６５から突出した上下調節ねじ６７の先端の突出量を変化させることで、上下の位置を調整している。バイトホルダ６５のＹ軸方向の側面には、これを保持するための指かけ溝６８が形成され、また、バイトホルダ６５の下面には、後述するホルダ保持台６６のロック駒８１が係合する係合溝６９が形成されている（図４（ｂ）参照）。なお、バイトホルダ６５は、異なるバイトを保持したものが複数用意されており、旋盤加工時において、ホルダ保持台６６にバイトホルダ６５を付け替えることで異なる加工を行うことが可能なよう構成されている。すなわち、バイトＢと、バイトホルダ６５とは、ユニット化されている。

ホルダ保持台６６は、その下面に、ＸＹθテーブル１４の隣り合う２本の角溝４５に嵌合する２本の突条部７５が、Ｙ軸方向に延在するよう平行に形成されており、Ｘ軸方向に位置決めされ且つＹ軸方向にスライド自在となっている。これにより、ホルダ保持台６６は、３本の角溝４５のうち任意の２本の角溝４５に、２本の突条部７５を嵌合させることで、Ｘ軸方向の任意の位置に段階的に、ホルダ保持台６６をＹ軸テーブル３０上に位置決めすることができる。また、ホルダ保持台６６は、Ｙ軸テーブル３０上に形成した複数のねじ穴を介してねじ止め固定される。

また、図４（ｂ）に示すように、ホルダ保持台６６は、その上部にバイトホルダ６５を着脱自在に固定するホルダ固定部７６を有しており、ホルダ固定部７６は、「コ」字状に形成された固定ブロック８０と、固定ブロック８０内部のＸ軸方向に挿通され、バイトホルダ６５の係合溝６９に係合するロック駒８１と、ロック駒８１に連なると共にロック駒８１を固定ブロック８０側に引き付けるロックレバー８２と、ロック駒８１を押し戻す戻しバネ８３と、を有している。バイトホルダ６５の係合溝６９に、ホルダ固定部７６のロック駒８１を係合させた状態で、バイトホルダ６５をホルダ保持台６６に載置した後、ロックレバー８２を回動させると、ロック駒８１がバイトホルダ６５と共に固定ブロック８０側に引き付けられる。そして、バイトホルダ６５と固定ブロック８０とが当接することで位置決めがなされ、さらにロックレバー８２を回動して締めることで、ロック駒８１と固定ブロック８０との間に係合溝６９を介してバイトホルダ６５を挟み込むことにより、ホルダ保持台６６にバイトホルダ６５を固定する。一方、ロックレバー８２を回動して緩めると、戻しバネ８３によりロック駒８１が押し戻されることで、バイトホルダ６５のロック状態が解除され、バイトホルダ６５を取り外すことが可能となる。これにより、ロックレバー８２を回動させることで、容易にバイトホルダ６５が着脱自在に付け替え可能な構成となっている。

図５に示すように、バイス台１６は、ワークＷを挟み込んで保持するバイス８５と、バイス８５を設置固定するバイス設置台８６と、を備えている。バイス設置台８６も、上記のホルダ保持台６６と同様に、隣り合う２本の角溝４５に嵌合する２本の突条部７５が形成され、ＸＹθテーブル１４に形成した複数のねじ穴を介してねじ止め固定される。

電源部１７は、商用電源からの交流電流を直流電流に変換するＡＣアダプタ（図示省略）と、ＡＣアダプタに接続され、図示しない回路基板上に形成された電源回路部と、電源回路部に接続され、ＡＣアダプタから供給された電力を充電するバッテリ電源１８１と、を備えている。電源回路部は、ＡＣアダプタから供給された電力を、駆動モータ１０１の駆動時には、バッテリ電源１８１が充電済みでない限り、バッテリ電源１８１に充電を行いつつ駆動モータ１０１に電力を供給し、駆動モータ１０１の非駆動時には、バッテリ電源１８１に電力を供給し充電させる。また、電源回路部は、ＡＣアダプタを取り外した状態において駆動モータ１０１を駆動させる場合は、バッテリ電源１８１から駆動モータ１０１に電力が供給される。これにより、屋外等で卓上複合加工装置１を使用することが可能となる。

操作パネル１８は、電源の「ＯＮ」「ＯＦＦ」を行う電源スイッチ１８５と、駆動モータ１０１の回転数を調整する回転数ダイヤル（スピードコントローラ）１８６と、駆動モータ１０１の回転方向の正逆を切り替える回転方向切替ボタン１８７と、を備えており、駆動モータ１０１の駆動を操作している。

制御部１９は、上記の回路基板上に形成された制御回路部であり、制御回路部は、電源回路部および操作パネル１８に接続され、操作パネル１８から指示に基づいて、駆動モータ１０１を制御している。

図６に示すように、旋盤加工時の主軸ユニット１２は、主軸ヘッド９０と、主軸ヘッド９０を保持するヘッド保持部（ヘッド保持部材）９１と、を備えており、ヘッド保持部９１は、主軸ヘッド９０を軸方向に移動させるヘッドホルダ９２と、ヘッドホルダ９２を保持すると共に、支持部１３に支持されるホルダベース９３と、を備えている。

主軸ヘッド９０は、先端部にフライス刃ＦまたはワークＷをチャッキングすると共にこれを回転させる主軸スピンドル１００と、主軸スピンドル１００とヘッドホルダ９２との間に介設されると共に、主軸スピンドル１００の駆動源となる駆動モータ１０１と、駆動モータ１０１の動力を主軸スピンドル１００に伝達する動力伝達機構１０２と、を備え、主軸スピンドル１００および駆動モータ１０１は、これらを保持するヘッドフレーム１０３の内部に収容されている。また、主軸スピンドル１００と駆動モータ１０１とは、その軸方向が平行となるように且つ近接して配置されており、主軸スピンドル１００の回転軸と駆動モータ１０１の出力軸との軸間距離は、例えば、４４ｍｍとなっている。

図７（ａ）に示すように、ヘッドフレーム１０３は、アルミニウムで構成されたブロック体に対し、主軸スピンドル１００が収容されるスピンドル収容部１１０と、駆動モータ１０１が収容されるモータ収容部１１１と、をくり貫いて形成したものである。また、スピンドル収容部１１０近傍に位置するヘッドフレーム１０３の外側の部分には、主軸スピンドル１００の軸方向に延在するよう割りスリット１１４が形成されている。主軸スピンドル１００の先端部および後端部を露出した状態で、これをスピンドル収容部１１０に収容し、締結ねじ１１５によりこの割りスリット１１４を狭めてゆくことで、主軸スピンドル１００はヘッドフレーム１０３に挟持され、これにより、ヘッドフレーム１０３に主軸スピンドル１００が固定される。

また、ヘッドフレーム１０３は、モータ収容部１１１の前後の開口部を覆う一対の蓋体１２０を有しており、駆動モータ１０１は、一対の蓋体１２０の一方に取り付けられている。このとき、駆動モータ１０１は、ヘッド保持部９１に近接して配設されている。図示左側に配置された一方の蓋体１２０ａは、駆動モータ１０１の出力軸をヘッドフレーム１０３外部に突出させるための出力軸開口１２３と、駆動モータ１０１を取り付けるための一対の長孔１２４とが形成されており、一対の長孔１２４は、主軸スピンドル１００の回転軸と駆動モータ１０１の出力軸との軸間方向に延在して貫通形成されている（図７（ｂ）参照）。なお、出力軸開口１２３には、これに連なると共に、駆動モータ１０１に接続された配線を通すための配線開口１２２が形成されている。これにより、駆動モータ１０１は、軸間方向において任意の位置に位置決め可能な状態で、一対の長孔１２４を介してねじ止めされる。図示右側に配置された他方の蓋体１２０ｂには、傾斜した複数の羽根板１２６で構成されたガラリ式の排熱口１２５が形成されており、複数の羽根板１２６は、蓋体１２０ｂの一部を斜めに切削した複数のスリット１２７により構成されている（図７（ｃ）参照）。

動力伝達機構１０２は、主軸スピンドル１００の回転軸の後端部に軸着された従動プーリ１３０と、駆動モータ１０１の出力軸に軸着された駆動プーリ１３１と、駆動プーリ１３１および従動プーリ１３０に掛け渡された平ベルト１３２と、を有している。従動プーリ１３０の径は、駆動プーリ１３１の径に比して２倍となっており、駆動モータ１０１の回転数を１／２に減速している。なお、各プーリ１３０，１３１は、交換可能となっているため、両プーリ１３０，１３１の組合せにより加工に応じて適切な減速比を選択することができる。また、平ベルト１３２が緩い場合は、一対の長孔１２４を介して駆動モータ１０１を軸間方向に移動させることで、平ベルト１３２の張りを調整することが可能となっている。

駆動モータ１０１の出力軸が回転すると、駆動プーリ１３１が回転し、平ベルト１３２を介して、従動プーリ１３０に伝達され、従動プーリ１３０が固定された主軸スピンドル１００に回転が伝達される。この回転力により主軸スピンドル１００は、チャッキングした工具（フライス刃）もしくはワークＷを回転させる。なお、言うまでも無いが、駆動モータ１０１は、配線を介して制御部１９および電源部１７に接続されており、スピードコントローラにより無段変速で回転数を調整することが可能となっている。

図１、図２および図６に示すように、ヘッドホルダ９２は、主軸ヘッド９０を保持する第１ヘッドホルダ１４０と、第１ヘッドホルダ１４０を保持する第２ヘッドホルダ１４１と、を有しており、第１ヘッドホルダ１４０と第２ヘッドホルダ１４１との間には、主軸ヘッド９０を軸方向に微小移動させて加工位置を調整する加工調整機構１４２が介設され、また、第２ヘッドホルダ１４１とホルダベース９３との間には、主軸ヘッド９０を軸方向に大まかに移動させ、主軸ヘッド９０の位置を調整する位置調整機構１４３が介設されている。

加工調整機構１４２は、いわゆるボールねじによるリードねじ機構であり、第２ヘッドホルダ１４１の図示左側面に設けられたヘッドハンドル１４５を回転させることにより、主軸ヘッド９０を軸方向に微小移動させるものである。また、ヘッドハンドル１４５と第２ヘッドホルダ１４１との間には、板状のストッパ１４６が第２ヘッドホルダ１４１に添設されている。このストッパ１４６は、第１ヘッドホルダ１４０に当接することにより、加工調整機構１４２の軸方向への移動を規制している。なお、このヘッドハンドル１４５にも、上記の目盛環が軸着されている。

位置調整機構１４３は、ホルダベース９３に対し第２ヘッドホルダ（主軸ヘッド９０）１４１をＸＹθテーブル１４側へ前進させる前進位置と後退させる後退位置との間で、内蔵したスライドガイドにより、スライド自在に保持するものであり、第２ヘッドホルダ１４１に形成されたねじ穴１５０と、ホルダベース９３を介してこれに螺合する固定ねじ１５１と、を有している。つまり、詳細は後述するが、ホルダベース９３には、主軸ヘッド９０の軸方向に延びたガイド長孔１６２が形成されており、固定ねじ１５１はガイド長孔１６２を介してねじ穴１５０に螺合している。これにより、ホルダベース９３が固定ねじ１５１の頭部と第２ヘッドホルダ１４１との間に挟み込まれるため、固定ねじ１５１が緩んでいる場合には、第２ヘッドホルダ１４１がガイド長孔１６２をガイドとして、ホルダベース９３に対し軸方向にスライド移動し、固定ねじ１５１が締められた場合には、第２ヘッドホルダ１４１がホルダベース９３に固定されるようになっている。このとき、前進位置と後退位置との間の距離は、例えば、４０ｍｍとなっている。また、位置調整機構１４３は、第２ヘッドホルダ１４１を、旋盤加工時において前進位置に位置決めすると共に、フライス加工時において後退位置近傍に位置決めするよう構成されている。

ホルダベース９３は、主軸ヘッド９０およびヘッドホルダ９２を載置するヘッド載置部１６０と、ヘッド載置部１６０の一端部から突出した突出部１６１とで、断面Ｌ字状に一体形成されている。ホルダベース９３は、旋盤加工時においてベッド部２５に当接すると共に、フライス加工時においてベッド部２５から離間するよう構成されているため、ホルダベース９３の屈曲部分は、移動時においてベッド部２５に突き当たることの無いよう大きく面取りされている。ヘッド載置部１６０には、上記のガイド長孔１６２が形成されている。ガイド長孔１６２は、いわゆる段付孔であり、軸方向に延在するようホルダベース９３に貫通形成され、その断面は、逆「Ｔ」字状に形成されている。このガイド長孔１６２には、ホルダベース９３の裏面側から嵌入された固定ねじ１５１の頭部が、ホルダベース９３から突出しないよう収容されている。これにより、旋盤加工時において、ホルダベース９３から突出しないよう収容されている。これにより、旋盤加工時において、ホルダベース９３の裏面はベッド部２５に当接しているため、上記の位置調整機構１４３により第２ヘッドホルダ１４１を移動させる場合は、ホルダベース９３とベッド部２５との間を離間させた状態で行わなければならない。また、ホルダベース９３の突出部１６１の上端部には、Ｙ軸方向に貫通形成された回動孔１６４が設けられており、この回動孔１６４には、後述する回動支軸１７１が回動自在に挿通される。これにより、主軸ユニット１２は、回動支軸１７１を中心として水平姿勢と鉛直姿勢との間で回動自在に移動するよう構成されている。

支持部１３は、主軸ユニット１２（ヘッド保持部材９１）を挟み込むように立設した一対の支持フレーム１７０と、一対の支持フレーム１７０間に掛け渡され、ホルダベース９３の回動孔１６４に挿通される上記の回動支軸１７１と、主軸ユニット１２を一対の支持フレーム１７０に締結する一対の締結機構１７２と、を備えている。

各支持フレーム１７０は、略台形板状に形成され、その下端部が、ベッド部２５の両側面に固定されており、各支持フレーム１７０には、回動支軸１７１を中心とした円弧状の貫通孔１７５が形成されている。この貫通孔１７５は、その下端部において、主軸ヘッドの水平姿勢の位置決めを行うと共に、その上端部において、主軸ヘッドの鉛直姿勢の位置決めを行っている。また、各支持フレーム１７０と、主軸ユニット１２（ヘッド保持部材９１）との間には、主軸ユニット１２の移動の際に、各支持フレーム１７０との強い接触を避けるために、設計上５μｍ程度の間隙が設けられている（図８（ａ）参照）。そして、各支持フレーム１７０は、ヘッド保持部材９１を介して主軸ヘッド９０を水平姿勢（水平位置）と鉛直姿勢（鉛直位置）との間で移動自在（回動自在）に支持している（図１および図２参照）。

図１、図２および図８に示すように、各締結機構１７２は、各支持フレーム１７０（支持部１３）を貫通し、ヘッド保持部材９１（ホルダベース９３）に螺合するねじ機構１７４で構成され、各機台１１に対して、少なくとも水平位置および鉛直位置におけるヘッド保持部材９１と支持フレーム１７０とを相互に密接するように締結する。ねじ機構１７４は、ホルダベース９３のヘッド載置部１６０の両側面に形成した雌ねじ（ねじ穴）１６３と、各支持フレーム１７０の貫通孔１７５を介して雌ねじ１６３にそれぞれ螺合する雄ねじ１７６と、を備えており、雄ねじ１７６は、ユリアねじ１７６で構成されている。これにより、工具を用いることなく、簡単にねじを締めたり、緩めたりすることができる。なお、本実施形態では、一対の締結機構１７２を備えた構成を説明するが、複数対の締結機構１７２を備えた構成、つまり、複数対のねじ機構１７４を備えた構成でもよい。また、本実施形態では、ヘッド載置部１６０の両側面に雌ねじを形成したが、ホルダベース９３およびヘッドホルダ９２の両側面であれば、雌ねじ１６３は形成することができる。また、雄ねじ１７６には、ユリアねじ１７６の他に、通常のボルトや植込みボルトを用い、雌ねじ１６３には、ナットや支持フレーム１７０およびヘッド保持部材９１のいずれかに形成されたねじ穴を用いてもよい。

また、各支持フレーム１７０に形成された貫通孔１７５は、水平位置と鉛直位置との間における雄ねじ１７６の移動軌跡に沿った長孔に形成されている（図１および図２参照）。これにより、雄ねじ１７６を完全に外すことなく緩めるだけで、主軸ヘッド９０の移動が可能となり、水平位置と鉛直位置との間の任意の位置に主軸ヘッド９０を簡単に固定することができる。

一対のユリアねじ１７６を、それぞれ各支持フレーム１７０の貫通孔１７５を貫通させて、ヘッド保持部材９１に形成された雌ねじ１６３にそれぞれ螺合するように締めてゆくと、各支持フレーム１７０は、ヘッド保持部材９１側に撓んで、各支持フレーム１７０とヘッド保持部材９１との間隙が小さくなってゆく。ユリアねじ１７６を完全に締めて、各支持フレーム１７０の内側面とヘッド保持部材９１の両側面とを相互に強く密接するように締結すると、支持フレーム１７０とヘッド保持部材９１とが、締結機構１７２、つまりねじ機構１７４自身の強度に加え、支持フレーム１７０とヘッド保持部材９１との相互の摩擦力により一体化する。これにより、装置全体の剛性を高めることができ、主軸ヘッド９０が加工により受ける加工反力を機台１１に適切に逃がすことができる。したがって、主軸ヘッド９０を可動しても、加工精度が損なわれることがない。

主軸ヘッド９０を水平姿勢から鉛直姿勢に移動する際は、一対のユリアねじ１７６を緩めると共に、回動支軸１７１を中心に、主軸ユニット１２を上方へ回動させる。このとき、ユリアねじ１７６（雄ねじ）と雌ねじ１６３とは半螺合状態（仮締め状態）で、雄ねじ１７６の移動軌跡に沿った長孔に形成された貫通孔１７５に従い、水平姿勢から鉛直姿勢に移動する。主軸ユニット１２を回動してゆくと、各ユリアねじ１７６の雄ねじ部分が貫通孔１７５の上端部に当接する。このとき、主軸ヘッド９０は鉛直姿勢に位置決めされ、この状態で各ユリアねじ１７６を締めて、雌ねじ１６３と螺合させることにより（本締め）、ヘッド保持部材９１（主軸ユニット１２）を一対の支持フレーム１７０が挟み込むように固定する。すなわち、締結機構１７２により、ヘッド保持部材９１と各支持フレーム１７０とが相互に密接するように締結される（図８（ｂ）参照）。これにより、ヘッド保持部材９１と各支持フレーム１７０とが相互の摩擦力により一体化し、装置全体の剛性を高めることができる。

一方、主軸ヘッド９０を鉛直姿勢から水平姿勢に移動する際は、一対のユリアねじ１７６を緩めると共に、回動支軸１７１を中心に、主軸ユニット１２を下方へ回動させる。ここで、ユリアねじ１７６（雄ねじ）と雌ねじ１６３とは半螺合状態（仮締め状態）で、貫通孔１７５に沿って、鉛直姿勢から水平姿勢に移動する。主軸ユニット１２を回動してゆくと、各ユリアねじ１７６の雄ねじ部分が貫通孔１７５の下端部に当接すると共に、ホルダベース９３がベッド部２５に当接する。このとき、主軸ヘッド９０は水平姿勢に位置決めされ、この状態で各ユリアねじ１７６を締めて、雌ねじ１６３と螺合させることにより（本締め）、ヘッド保持部材９１（主軸ユニット１２）を一対の支持フレーム１７０が挟み込むように固定する。すなわち、締結機構１７２により、ヘッド保持部材９１と各支持フレーム１７０とが相互に強く密接するように締結される（図８（ａ）参照）。これにより、ヘッド保持部材９１と各支持フレーム１７０とが相互の摩擦力により一体化し、装置全体の剛性を高めることができる。

また、雄ねじ１７６の移動軌跡に沿って長孔に形成された貫通孔１７５により、水平姿勢および鉛直姿勢における主軸ヘッド９０の固定のみならず、水平姿勢と鉛直姿勢との間の中間位置に主軸ヘッド９０を固定することも可能となる。これにより、例えば、フライス加工として、主軸ユニット１２（主軸ヘッド９０）を傾斜姿勢にすることで、ワークＷの角部の切削加工を行うことが可能になると共に、ワークＷに対しテーパー加工を行うことが可能となる。

次に、卓上複合加工装置１を用いた旋盤加工およびフライス加工の作業手順について説明する。旋盤加工において、先ず、ユーザは、主軸ヘッド９０を水平姿勢にし、主軸スピンドル１００の先端にワークＷをチャッキングする。このとき、主軸ヘッド９０が前進位置に臨んでいない場合は、主軸ユニット１２を鉛直姿勢にし、位置調整機構１４３により主軸ヘッド９０を前進位置に移動させた後、主軸ユニット１２を水平姿勢に戻す。一方、ＸＹθテーブル１４上には、所望のバイトホルダ６５を装着した工具台１５をバイトセットエリアＢＡにセットする。この後、電源スイッチ１８５を押し、駆動モータ１０１を駆動させ、ワークＷを回転させる。このとき、操作パネル１８により駆動モータ１０１の回転数等を調整する。そして、ＸＹθテーブル１４を移動させ、ワークＷにバイトＢを接触させることで、ワークＷに旋盤加工を行う。

一方、フライス加工において、ユーザは、主軸ヘッド９０を鉛直姿勢にし、主軸スピンドル１００の先端にフライス刃Ｆをチャッキングする。このとき、ＸＹθテーブル１４に接触する場合は、ＸＹθテーブル１４を退避させる。また、位置調整機構１４３により主軸ヘッド９０を後退位置近傍に移動させる。一方、ＸＹθテーブル１４上には、ワークＷを保持したバイス台１６をワークセットエリアＷＡにセットする。この後、電源スイッチ１８５を押し、駆動モータ１０１を駆動させ、フライス刃Ｆを回転させる。そして、加工調整機構１４２によりフライス刃ＦをＺ軸方向に移動させ、ワークＷにフライス刃Ｆを接触させ、ＸＹθテーブル１４を移動させることで、ワークＷにフライス加工を行う。

このように、卓上複合加工装置１における締結機構１７２が、ヘッド保持部材９１と支持フレーム１７０とを相互に密接するように締結すると、締結機構１７２の強度に加えて、ヘッド保持部材９１と支持フレーム１７０との相互の摩擦力により一体化する。これにより、装置全体の剛性を高めることができ、主軸ヘッド９０が受ける加工反力を機台１１に適切に逃がすことができる。したがって、主軸ヘッド９０を可動しても、加工精度が損なわれることがない。

なお、本実施形態に係る卓上複合加工装置１では、一対の支持フレーム１７０および締結機構１７２を備えた構成を例に説明したが、この構成に限定されるものではなく、単一つの支持フレーム１７０および締結機構１７２で構成してもよい。また、締結機構１７２は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、断面「Ｌ」字状のヘッド保持部材９１にばか孔を有し、このばか孔の内側から各支持フレーム１７０に向かって外側にヘッド保持部材９１を貫通し、各支持フレーム１７０に螺合するねじ機構で構成してもよい。すなわち、ねじ機構１７４は、支持フレーム１７０およびヘッド保持部材９１のいずれか一方を貫通し、他方に螺合する構成であれば、本発明は適用することができる。また、ヘッド保持部材９１と支持フレーム１７０との相互の接触面をローレット加工等の荒げた加工面とし、摩擦力を高めることも好ましい。

また、本実施形態において、ＸＹθテーブル１４上には、工具台１５およびバイス台１６がセットされるが、これに限らず、各種アタッチメントがセットされるよう構成されており、この各種アタッチメントをセットすることで、ワークＷに対し柔軟な加工処理を行うことが可能となる。

以下、図９および図１０を参照して、各種アタッチメントについて簡単に説明する。図９に示すように、このアタッチメントは、ワークＷに対し偏心加工を行うための偏心加工用アタッチメント２００である。偏心加工用アタッチメント２００は、断面「Ｌ」字状のアタッチメント本体２１１と、アタッチメント本体２１１をＸ軸方向に貫通するように取り付けられたチャック２１２と、チャック２１２を固定するロック機構２１３とを有している。チャック２１２は、Ｘ軸を中心に回転するよう構成され、チャック２１２の先端部には、ワークＷがチャッキングされると共に、アタッチメント本体２１１を挟んで、チャック２１２の後端部には、目盛環２２１と、目盛環２２１の後方に設けられた円柱部２２２と、が軸着されており、円柱部２２２は目盛環２２１側の端面周縁部に周方向に等間隔に没入形成された１２個の没入孔２２３が形成されている。ロック機構２１３は、没入孔に挿入される挿入ピン２３１と、アタッチメント本体２１１の図示手前側の側面に設けられ、挿入ピン２３１をＸ軸方向に作動させるピン作動レバー２３２と、アタッチメント本体２１１の図示奥側の側面に設けられ、チャック２１２を固定する固定つまみ２３３と、を有している。

この偏心加工用アタッチメント２００を用いて、ワークＷに偏心加工を行う場合は、主軸スピンドル１００にドリル刃（図示省略）をチャッキングすると共に、チャック２１２にワークＷをチャッキングする。そして、ＸＹθテーブル１４を移動させて、ワークＷに対し偏心した位置において、ドリル刃によりワークＷを穿孔する。この後、ＸＹθテーブル１４をＸ軸方向において退避させた後、固定つまみ２３３を緩め、ピン作動レバー２３２により挿入ピン２３１を後退させる。次に、円柱部２２２を回転させ、ピン作動レバー２３２により挿入ピン２３１を前進させて、異なる没入孔２２３に挿入ピン２３１を挿入する。そして、固定つまみ２３３を締めた後、ＸＹθテーブル１４をＸ軸方向に移動させ、ドリル刃によりワークＷを穿孔する。これを繰り返すことで、ワークＷに対し最大１２個の穿孔穴を周方向に等間隔に形成することができる。

次に、図１０に示したアタッチメントは、上記のバイス台１６に、バイス８５をθ方向に回転させるθテーブル２５０と、バイス８５を傾斜させる傾斜テーブル２５１と、をさらに備えたものである。これにより、フライス加工時において、ワークＷを傾斜させたり回転させたりすることができるため、ワークＷへのフライス加工の自由度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る卓上複合加工装置の旋盤加工時における状態を模式的に表した側面図である。 卓上複合加工装置のフライス加工時における状態を模式的に表した側面図である。 ベッド部上に載置したＸＹθテーブルの外観斜視図である。 （ａ）は、工具台の外観斜視図であり、（ｂ）は、工具台のホルダ固定部廻りの断面図である。 バイス台の外観斜視図である。 主軸ユニットの断面模式図である。 （ａ）は、ヘッドフレームのＸ軸方向からの正面図であり、（ｂ）は、一方の蓋体の模式図であり、（ｃ）は、他方の蓋体の模式図である。 （ａ）は、締結機構を模式的に表した図１のＡ−Ａ´の断面図であり、（ｂ）は、締結機構を模式的に表した図２のＣ−Ｃ´の断面図である。 偏心加工用アタッチメントの外観斜視図である。 θテーブルおよび傾斜テーブルを備えたバイス台の外観斜視図である。

符号の説明

１…卓上複合加工装置 １１…機台 ９０…主軸ヘッド ９１…ヘッド保持部 １６３…雌ねじ １７０…支持フレーム １７２…締結機構 １７３…雄ねじ １７４…ねじ機構 １７５…貫通孔

Claims (5)

1. 機台に対し、主軸ヘッドを水平位置に保持して旋盤加工を行うとともに、前記主軸ヘッドを鉛直位置に保持してフライス加工を行う複合加工装置において、
   前記主軸ヘッドを保持するヘッド保持部材と、
   前記機台に設けられ、前記ヘッド保持部材を介して前記主軸ヘッドを前記水平位置と前記鉛直位置との間で移動自在に支持する支持フレームと、
   少なくとも前記水平位置および前記鉛直位置における前記ヘッド保持部材と前記支持フレームとを相互に密接するように締結する締結機構と、を備えたことを特徴とする複合加工装置。
2. 機台に対し、主軸ヘッドを水平位置に保持して旋盤加工を行うとともに、前記主軸ヘッドを鉛直位置に保持してフライス加工を行う複合加工装置において、
   前記主軸ヘッドを保持するヘッド保持部材と、
   前記ヘッド保持部材を挟持するように前記機台に設けられ、前記ヘッド保持部材を介して前記主軸ヘッドを前記水平位置と前記鉛直位置との間で移動自在に支持する一対の支持フレームと、
   少なくとも前記水平位置および前記鉛直位置における前記ヘッド保持部材と前記各支持フレームを相互に密接するように締結する一対の締結機構と、を備えたことを特徴とする複合加工装置。
3. 前記締結機構は、前記支持フレームおよび前記ヘッド保持部材のいずれか一方を貫通し、他方に螺合するねじ機構で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の複合加工装置。
4. 前記ねじ機構は、前記ヘッド保持部材に形成した雌ねじと、前記支持フレームに形成した貫通孔を貫通して前記雌ねじに螺合する雄ねじと、を有し、
   前記貫通孔は、前記水平位置と前記鉛直位置との間における前記雄ねじの移動軌跡に沿って長孔に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の複合加工装置。
5. 前記雄ねじは、ユリアねじで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の複合加工装置。

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