JP2008279541A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸台を主軸の軸線方向に沿って高精度で円滑に案内移動させることができて、ワークの加工精度及び加工能率を向上させることができる工作機械を提供する。
【解決手段】主軸１５を主軸台１２に回転可能に支持する。刃物台２３を刃物台支持体１９に、主軸１５の軸線と直交する方向へ移動可能に支持する。主軸台１２の先端部を刃物台支持体１９に、滑り軸受２７を介して主軸１５の軸線方向へ移動可能に支持する。主軸台１２の基端部を主軸１５の軸線と直交する方向における２箇所において、ベッド１１上のガイドレール２９に転がり軸受３０を介して主軸１５の軸線方向へ移動可能に支持する。
【選択図】図１

Description

この発明は、棒状のワークを主軸の先端に把持して、同ワークに対して切削や穿孔等の加工を施すようにした工作機械に係り、特に加工に際して主軸を軸線方向に移動させるようにした主軸移動型旋盤よりなる工作機械に関するものである。

従来、この種の工作機械において、特に長尺状の棒状ワークを加工する主軸移動型旋盤としては、例えば特許文献１に開示されるような構成が提案されている。
この特許文献１に記載の従来構成では、主軸の前方においてワークの先端部を挿通支持するためのガイドブッシュを脱着できるように構成している。そして、ガイドブッシュの装着状態においては、主軸に把持されたワークがガイドブッシュにも支持されて、ガイドブッシュの前方において、刃物台上の刃物により切削等の加工が施される。この場合、ワークに対して同ワークの軸線方向と直交する方向に作用する加工時の荷重はガイドブッシュにより受けられる。このため、ワークが長尺状で撓みやすいものであっても高精度に加工することができる。

一方、前記特許文献１の従来構成において、ガイドブッシュを取り外した場合には、短いワークを加工することができる。また、短いワークを加工できるようにした主軸移動型旋盤としては、特許文献２及び特許文献３に開示されるような構成が提案されている。

この特許文献２及び特許文献３に記載の従来構成では、前記ガイドブッシュは備えられていない。
特許文献２に記載の構成では、刃物台支持体に主軸を非接触状態で貫通させるための貫通孔が形成されている。そして、主軸台の前進に伴い、主軸の先端が貫通孔を貫通して刃物台支持体の前方に突出され、刃物台上の刃物によりワークに加工が施される。また、特許文献３に記載の構成では、主軸台が上フレームに対して、十字形に配置された水平滑り案内面及び垂直すべり案内面を介して主軸の軸線方向へ移動可能に貫通支持されている。そして、上フレームの前方側において、刃物台上の刃物によりワークに加工が施される。
実公平３−４０４８８号公報 特開２００６−３２６７３２号公報 実公平７−１９６９４号公報

ところが、これらの従来構成においては、次のような問題があった。
まず、特許文献１に記載の従来構成では、主軸の前方にガイドブッシュが装着された状態においては、主軸とガイドブッシュとの間にガイドブッシュの長さを含む間隔が形成され、この間隔に相当する長さのワーク残材が発生する。従って、ガイドブッシュが装着された状態においては、ワークを有効利用することができないばかりでなく、短いワークの場合にはガイドブッシュが邪魔になって、その短いワークを加工することが困難である。

ガイドブッシュを取り外した状態の特許文献１の従来構成及び前記特許文献２及び特許文献３の従来構成においては、ガイドブッシュが存在しないために、前記のような問題は生じない。

しかしながら、ガイドブッシュを取り外した状態の特許文献１の従来構成においては、ガイドブッシュ支持台上のガイドブッシュの代わりに同支持台上にガイドスリーブが取り付けられ、主軸の先端に取り付けられた円筒スリーブが滑り軸受を構成する前記ガイドスリーブの内周面によって摺動案内される。従って、この状態では、主軸が前記円筒スリーブの分だけ実質的に前方に延長されることになる。そして、この状態では、主軸基端側だけで主軸を支持できる程度に同主軸基端側に対する案内剛性が必要である。よって、主軸先端側を加工時の負荷を受けることができるほど強固に滑り軸受で案内するためには、主軸基端側の案内部に対する主軸先端側の案内部の精度をきわめて高くする必要がある。現実的にはそれほどの精度を得ることは無理がある。たとえ出来たとしても、非常にコストがかかる。この問題を解消するためには、主軸先端側の案内剛性をきわめて弱くする必要がある。従って、特許文献１の構成を現実的に提供しようとすれば、主軸先端側で加工時の負荷をほとんど受け止めることができない程度に案内剛性を弱めざるを得ない。このため、特許文献２と同様にオーバーハングした状態で主に主軸基端側が負荷を受けることになり、結果として主軸の剛性が低下して加工精度が低下する。

また、特許文献２に記載の従来構成では、主軸台を主軸の軸線方向へ移動可能に案内支持するための案内部材が、刃物台支持体との干渉を避けるように、その刃物台支持体の後方に配置されている。そして、主軸及びその主軸を支持する支持スリーブの先端部が、案内部材から前方側へ大きくオーバーハングした状態で、片持ち梁の状態で配置されている。このため、加工時において主軸に対して高い支持剛性を与えることが困難であり、加工精度の低下を招くという問題があった。

さらに、特許文献３に記載の従来構成では、上フレームと刃物とが近接しているので、高い剛性で加工が可能である。しかし、上フレームに対する主軸台の案内構成が、全体として十字形に配置された水平滑り案内面及び垂直すべり案内面からなっているため、その案内面の構成が複雑であるとともに、案内面の数が多いために、こじれのおそれがあるばかりでなく、案内面の加工に手間がかかるものであった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ワークを有効利用できるばかりでなく、主軸台を主軸の軸線方向に沿って高剛性、高精度で円滑に案内移動させることができて、ワークの加工精度及び加工能率を向上させることができ、しかも、案内面の加工が容易な工作機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は主軸が回転可能に支持された主軸台の先端部を、ベッドに滑り軸受を介して主軸の軸線方向へ移動可能に支持し、前記主軸台の基端部を主軸の軸線と直交する方向に離間した２箇所において、前記ベッドに転がり軸受を介して主軸の軸線方向へ移動可能に支持したことを特徴としている。

従って、この発明の工作機械では、主軸台をワークの加工位置に近い先端部において、滑り軸受により主軸の軸線方向に沿って高精度に案内移動させることができる。それとともに、主軸台をワークの加工位置から離れた基端部において、転がり軸受により円滑に案内移動させることができる。よって、単純な形状の案内面によって主軸を案内でき、ワークの加工精度及び加工能率の向上を図ることができる。

前記の構成において、刃物台が支持された刃物台支持体を前記ベッド上に固定し、主軸台の先端部をその刃物台支持体に前記滑り軸受を介して支持するとよい。
また、前記の構成において、前記主軸台が主軸筒を備え、前記主軸がこの主軸筒内に回転可能に支持されるとともに、主軸筒が前記滑り軸受に支持されように構成するとよい。

さらに、前記の構成において、前記転がり軸受をガイドレール上を移動するボール軸受にするとよい。
加えて、前記転がり軸受を前記主軸の軸線を挟んだ両側に配置するとよい。このようにすれば、主軸台をバランス良く支持できる。

以上のように、この発明によれば、短いワークを加工できてワークを有効利用できるとともに、主軸台を主軸の軸線方向に沿って高剛性、高精度で円滑に案内移動させることができて、ワークの加工精度及び加工能率を向上させることができる等の効果を発揮する。

（第１実施形態）
以下に、この発明を主軸移動型旋盤に具体化した第１実施形態を、図１〜図６に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、この第１実施形態の主軸移動型旋盤においては、ベッド１１上に主軸台１２が支持されている。ベッド１１上にはＺ軸移動用モータ１３が配設され、このモータ１３の回転により、図示しないボールネジ送り機構を介して主軸台１２が基端部及び先端部においてＺ軸方向に往復移動される。

図１〜図３に示すように、前記主軸台１２の前部には主軸台１２の先端部を構成する円筒状の主軸筒１４が固定されている。この主軸筒１４内には、主軸１５が複数の軸受１６を介してＺ軸方向に延びる軸線の周りで回転可能に支持されている。主軸１５の先端中心部には、棒状のワークＷを着脱可能に把持するためのコレット１７が取り付けられている。主軸台１２の基端部には主軸回転用モータ１８が配設され、このモータ１８の回転により、図示しないベルト等の伝達機構を介して主軸１５が自身の軸線を中心に回転される。この主軸回転用モータ１８及び伝達機構により、主軸台１２の基端部に配置された主軸１５の駆動機構が構成されている。

図１〜図３に示すように、前記主軸台１２の前方において、ベッド１１上には刃物台支持体１９が立設されて固定されている。そして、前記主軸筒１４が刃物台支持体１９を移動可能に貫通している。刃物台支持体１９にはＹ軸移動体２０がアリ状のガイド部２１を介してＺ軸と直交するＹ軸方向へ移動可能に支持され、図示しないＹ軸移動用モータの回転により、ボールネジ送り機構２２を介して同Ｙ軸方向に往復移動される。Ｙ軸移動体２０には刃物台２３がＺ軸及びＹ軸と直交するＸ軸方向へ移動可能に支持され、Ｘ軸移動用モータ２４により、図示しないボールネジ送り機構を介して同Ｘ軸方向に往復移動される。刃物台２３上にはワークＷに切削等の加工を施すための複数の工具２５が支持されている。

次に、前記主軸台１２をＺ軸方向へ移動可能に案内支持するための構成について説明する。
図３及び図４に示すように、前記刃物台支持体１９には貫通孔２６が形成され、その貫通孔２６には円筒状の滑り軸受２７が嵌着されている。そして、この滑り軸受２７には前記主軸台１２の先端部の主軸筒１４がＺ軸方向へ移動可能に挿通して面接触状態で支持されている。滑り軸受２７の先端部には、滑り軸受２７内への切り屑の進入を抑制するためのダストシール２８が取り付けられている。

図１及び図２に示すように、前記ベッド１１の上面において、前記主軸１５の軸線を挟んだ両側の位置には、一対のガイドレール２９がＺ軸方向へ平行に延びるように敷設されている。そして、前記主軸台１２の基端部が主軸１５の軸線と直交するＹ軸上で離間した２箇所において、転がり軸受３０を介して両ガイドレール２９に移動可能に支持されている。従って、この転がり軸受３０は前記駆動機構と対応して配置されている。

図５及び図６に示すように、前記各転がり軸受３０においては、ブロック状の軸受本体３１が主軸台１２の下面に固定されている。この軸受本体３１の前後両端部に一対の端面板３２が固定されている。軸受本体３１内にはガイドレール２９上のガイド溝２９ａ内を移動可能な各一対の第１ボール列３３及び第２ボール列３５がリテーナ３４，３６により保持されている。これの第１，第２ボール列３３，３５の各ボール３３ａ，３５ａは前記端面板３２により閉じられた環状路に沿って移動可能である。そして、各ボール３３ａ，３５ａとガイド溝２９ａとの係合により、主軸台１２の基端部がベッド１１上に移動可能に支持されている。

次に、前記のように構成されたこの第１実施形態の主軸移動型旋盤の動作を説明する。
さて、この主軸移動型旋盤において、棒状のワークＷに切削等の加工を施す場合には、図１及び図３に示すように、ワークＷをコレット１７により主軸１５の先端部に装着する。この状態で、主軸移動型旋盤を運転させると、主軸回転用モータ１８により主軸１５が回転されて、ワークＷが主軸１５の軸線を中心に回転される。このとき、Ｚ軸移動用モータ１３により主軸台１２がＺ軸方向に移動されるとともに、図示しないＹ軸移動用モータ及びＸ軸移動用モータ２４により刃物台２３がＹ軸及びＸ軸方向の少なくとも一方向に移動される。これらの移動により、刃物台２３上の工具２５がワークＷ上の所定加工位置に対応配置されて、この工具２５によりワークＷに切削等の加工が施される。

このワークＷの加工時においては、主軸台１２の先端部が刃物台支持体１９に滑り軸受２７により案内されながら、主軸１５の軸線に沿ってＺ軸方向に移動される。それとともに、主軸台１２の基端部が主軸１５の軸線と直交するＹ軸方向の２箇所において、ベッド１１上のガイドレールに対して転がり軸受３０により円滑に案内される。よって、図１〜図３に示すように、主軸台１２を主軸１５の軸線方向に沿って高剛性、高精度で円滑に案内移動させることができて、ワークＷの加工精度及び加工能率を向上させることができる。

従って、この第１実施形態においては、以下の作用及び効果を得ることができる。
（１） 主軸台１２の先端部を滑り軸受２７を介して刃物台支持体１９に支持するとともに、主軸台１２の基端部を２箇所において、ベッド１１に転がり軸受３０を介して移動可能に支持している。このため、主軸台１２をワークＷの加工位置に近い側において主軸１５の軸線方向に沿って高剛性、高精度に案内移動させることができるとともに、ワークの加工位置から離れた位置において主軸台１２が円滑に安定支持される。従って、ワークＷの加工位置に近い位置で主軸１５が支持されるとともに、３点で安定して支持されるため、高い案内面剛性と案内精度を確保できる。このため、ガイドブッシュが存在しなくてもワークＷを高精度で高能率に加工できる。従って、短いワークＷでも加工でき、よって、長い残材が残ることを回避できて、ワークを有効利用できる。

（２） 主軸台１２の基端部を転がり軸受３０によって受けているため、主軸台１２すなわち主軸１５を円滑かつ高精度に案内移動させることができる。つまり、主軸１５の案内面剛性と案内精度は加工位置に近い滑り軸受２７によって確保され、滑り軸受２７と転がり軸受３０との間の精度差は転がり軸受によって吸収されるため、案内面のこじれを防止できる。

（３） 主軸台１２，すなわち主軸１５を３点で高精度に案内できるため、主軸台１２の先端部を案内する滑り軸受２７は円筒状の単純な形状でよい。このため、案内面の加工が容易である。

（３） しかも、転がり軸受３０を主軸１５の軸線を挟んだ両側に配置しているため、主軸台１２を安定支持できて、前記案内精度をさらに向上できる。
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

さて、この第２実施形態においては、図７及び図８に示すように、刃物台支持体１９上にタレット４０ａを有するタレット刃物台４０が一対のガイドレール４１に沿ってＸ軸方向へ移動可能に支持され、そのタレット刃物台４０に複数の工具２５が支持されている。そして、このタレット刃物台４０が図示しないＸ軸移動用モータによりボールネジ送り機構を介してＸ軸方向に往復移動されて、所定の工具２５がワークＷ上の加工位置に対応配置される。

また、この第２実施形態では、刃物台支持体１９に貫通孔が形成されることなく、刃物台支持体１９の外面に軸受体４２が取り付けられている。そして、この軸受体４２内に前記第１実施形態と同様の円筒状の滑り軸受２７が収容されて、その滑り軸受２７中に主軸台１２の先端部がＸ軸方向へ移動可能に挿通支持されている。さらに、主軸台１２の基端部は前記第１実施形態の場合と同様に、主軸１５の軸線と直交するＸ軸上で離間した２箇所において、転がり軸受３０を介してベッド１１上のガイドレール２９に移動可能に支持されている。

従って、この第２実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果と同様な効果を得ることができる。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・ 滑り軸受２７として静圧軸受を用いること。
・ 転がり軸受３０としてローラ軸受を用いること。

この発明を具体化した主軸移動型旋盤の第１実施形態を示す正面図。 図１の主軸移動型旋盤の主軸台を拡大して示す要部平面図。 同主軸移動型旋盤の部分拡大断面図。 滑り軸受の部分を示す拡大断面図。 同主軸移動型旋盤の主軸台を支持するための転がり軸受を拡大して示す部分破断斜視図。 同転がり軸受の断面図。 主軸移動型旋盤の第２実施形態を示す平面図。 同じく第２実施形態を示す正面図。

符号の説明

１１…ベッド、１２…主軸台、１３…Ｚ軸移動用モータ、１４…主軸筒、１５…主軸、１８…主軸回転用モータ、１９…刃物台支持体、２３…刃物台、２５…工具、２７…滑り軸受、２９…ガイドレール、３０…転がり軸受、４０…タレット刃物台、Ｗ…ワーク。

Claims (5)

1. 主軸が回転可能に支持された主軸台の先端部を、ベッドに滑り軸受を介して主軸の軸線方向へ移動可能に支持し、前記主軸台の基端部を主軸の軸線と直交する方向に離間した２箇所において、前記ベッドに転がり軸受を介して主軸の軸線方向へ移動可能に支持したことを特徴とする工作機械。
2. 刃物台が支持された刃物台支持体を前記ベッド上に固定し、主軸台の先端部をその刃物台支持体に前記滑り軸受を介して支持したことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記主軸台が主軸筒を備え、前記主軸がこの主軸筒内に回転可能に支持されるとともに、主軸筒が前記滑り軸受に支持されたことを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記転がり軸受がガイドレール上を移動するボール軸受であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
5. 前記転がり軸受を前記主軸の軸線を挟んだ両側に配置したことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の工作機械。

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