JP2009202282A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺な被加工物に対して、省スペースで、且つ、効率良く多面加工を行うことができる工作機械を提供する。
【解決手段】工具Ｔを着脱可能に装着する主軸４５を当該主軸４５の軸心と直交する鉛直軸周りに旋回させると共に、ワークＷを主軸４５の軸心及び鉛直軸と直交する水平軸周りに回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具と被加工物とを相対移動させて当該被加工物を加工する工作機械に関する。

マシニングセンタ等の工作機械においては、主軸に着脱可能に装着される工具と、テーブルに取り付けられるワークとを、相対移動させることにより、当該ワークの加工を行っている。このような工作機械の中には、主軸とワークとを直交３軸方向に相対移動させる移動機構に加えて、装着された工具の加工姿勢の自由度を増加させるために、主軸の向きを複数の方向に旋回させる旋回機構や、ワークを複数の方向に回転させる回転機構等を備えたものが提供されている。

これにより、ワークに対して多面加工が行えるようになっており、このような従来の工作機械は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００1−２８７１０２号公報

しかしながら、上記従来の工作機械を用いて長尺なワークを加工する場合には、ワークの振り回しが大きくなるため、その分、機械の大型化を招いてしまう。また、特に、横形の工作機械においては、斜め孔等の加工位置によっては、機械構造物の相互干渉を避けるために、工具長を長く設定する必要がある。これにより、工具の剛性が低下するだけでなく、段取り替えの増加を招き、加工効率の低下を招くおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、長尺な被加工物に対して、省スペースで、且つ、効率良く多面加工を行うことができる工作機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る工作機械は、
被加工物を加工する工具を着脱可能に装着する主軸と、
前記主軸を当該主軸の軸心と直交する旋回軸周りに旋回させる主軸旋回手段と、
被加工物を前記主軸の軸心及び旋回軸と直交する軸周りに回転させる被加工物回転手段とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る工作機械は、
第１の発明に係る工作機械において、
前記主軸を回転させる主軸回転手段を備え、
前記主軸回転手段と前記主軸旋回手段とを、同軸上に、または、直交する２つの軸上にそれぞれ配置する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る工作機械は、
第２の発明に係る工作機械において、
前記主軸旋回手段は、軸心が旋回軸上に配置され、且つ、前記主軸を回転可能に支持する旋回軸部材を有し、
前記主軸と前記主軸回転手段とを、前記旋回軸部材内で連結する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る工作機械は、
第１乃至第３のいずれかの発明に係る工作機械において、
前記主軸は、水平軸周りに回転可能に支持される
ことを特徴とする。

本発明に係る工作機械によれば、主軸を当該主軸の軸心と直交する旋回軸周りに旋回させると共に、被加工物を主軸の軸心及び旋回軸と直交する軸周りに回転させることにより、被加工物の振り回しを小さくすることができるので、長尺な被加工物に対して、省スペースで、且つ、効率良く多面加工を行うことができる。

以下、本発明に係る工作機械について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係る工作機械の概略斜視図、図２はサドルの拡大図、図３は図２のIII−III矢視断面図、図４は中加工位置に配置されたワークの加工の様子を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図５は上加工位置に配置されたワークの加工の様子を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図６は下加工位置に配置されたワークの加工の様子を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。なお、各図に記載される、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｚ軸方向は、それぞれが直交する直交３軸方向を示すものである。

図１に示すように、工作機械１には、ベッド１１が設けられており、このベッド１１の上面には、Ｚ軸方向に延在する左右一対のガイドレール１２ａ，１２ｂが設けられている。ガイドレール１２ａ，１２ｂには、コラム１３がＺ軸方向に摺動可能に支持されている。従って、図示しないコラム駆動モータやコラム送りねじ機構等からなるコラム駆動手段を駆動させることにより、コラム１３はＺ軸方向に移動可能となっている。

コラム１３の前面には、Ｙ軸方向に延在する左右一対のガイドレール１４ａ，１４ｂが形成されており、このガイドレール１４ａ，１４ｂには、サドル１５がＹ軸方向に摺動可能に支持されている。従って、図示しないサドル駆動モータやサドル送りねじ機構等からなるサドル駆動手段を駆動させることにより、サドル１５はＹ軸方向に移動可能となっている。

また、ベッド１１の上面におけるガイドレール１２ａ，１２ｂの端部近傍には、Ｘ軸方向に延在する左右一対のガイドレール１６ａ，１６ｂが設けられている。ガイドレール１６ａ，１６ｂには、テーブルベース１７がＸ軸方向に摺動可能に支持されており、更に、テーブルベース１７の上面には、左右一対のテーブル支持板１８が立設されている。そして、これらテーブル支持板１８の先端間には、回転テーブル１９が回転可能に支持されており、この回転テーブル１９には、取付治具２０を介して、長尺なワークＷが着脱可能に取り付けられている。

従って、図示しないテーブル駆動モータやテーブル送りねじ機構等からなるテーブル駆動手段を駆動させることにより、テーブルベース１７にテーブル支持板１８を介して回転可能に支持される回転テーブル１９は、Ｘ軸方向に移動可能となっている。更に、図示しないテーブル回転モータ等からなるテーブル回転手段（被加工物回転手段）を駆動させることにより、回転テーブル１９は水平軸周りに回転可能となっている。

次に、図２及び図３を用いてサドル１５の構成について説明する。

図２及び図３に示すように、サドル１５の先端部は略円筒状をなしており、その先端部内には、筒状の中空部３１が形成されている。中空部３１は、小径中空部３１ａ及び大径中空部３１ｂから構成されており、大径中空部３１ｂは、小径中空部３１ａの内径よりも大きな内径を有し、且つ、その軸方向中間部に形成されている。また、大径中空部３１ｂの先端側には、サドル１５の前面に開口する開口部３１ｃが形成されている。

中空部３１内には、円筒状の旋回軸部材４１が回転可能に支持されている。旋回軸部材４１は、小径軸部４１ａ及び大径軸部４１ｂから構成されており、大径軸部４１ｂは、小径軸部４１ａの外径よりも大きな外径を有し、且つ、その軸方向中間部に形成されている。そして、旋回軸部材４１の小径軸部４１ａは、中空部３１の小径中空部３１ａ内に軸受４２を介して回転可能に支持されている。小径中空部３１ａと小径軸部４１ａとの間には、旋回駆動モータ４３が設けられており、この旋回駆動モータ４３は、小径部３１ａの内周面に固定されるステータ４３ａと、小径軸部４１ａの外周面に固定されるロータ４３ｂとから構成されている。一方、旋回軸部材４１の大径軸部４１ｂは、中空部３１の大径中空部３１ｂ内において、その側面が開口部３１ｃを臨むように配置されている。大径軸部４１ｂ内には、軸受４４を介して主軸４５が回転可能に支持されており、この主軸４５の先端には、工具Ｔが着脱可能に装着されている。

旋回軸部材４１の小径軸部４１ａの上端外側には、環状の環状部材４６が設けられる一方、小径軸部４１ａの下端外側には、円盤状の円盤部材４７が設けられている。また、小径軸部４１ａの上端及び環状部材４６の上面には、主軸モータ４８が設けられており、この主軸モータ４８の出力軸４９は、小径軸部４１ａ内及び大径軸部４１ｂ内に挿入されている。そして、出力軸４９の先端には、かさ歯車４９ａが形成されており、このかさ歯車４９ａは、主軸４５の外周面に形成されるかさ歯車４５ａと噛み合っている。

即ち、主軸モータ４８を駆動させることにより、その駆動力が出力軸４９のかさ歯車４９ａから主軸４５のかさ歯車４５ａに伝達されて、主軸４５と共に工具Ｔも回転駆動することになる。また、旋回駆動モータ４３を駆動させて、外側のステータ４３ａに対して、内側のロータ４３ｂを回転させることにより、サドル１５の中空部３１に対して、旋回軸部材４１が鉛直軸周りに回転することになるので、その大径軸部４１内に支持される主軸４５と共に工具Ｔも旋回駆動することになる。このとき、主軸モータ４８は旋回軸部材４１の小径軸部４１ａに固定されているので、旋回軸部材４１の回転（旋回）時においては、主軸モータ４８も同時に鉛直軸周りに回転することになる。これにより、出力軸４９からの駆動力が、かさ歯車４５ａ，４９ａを介して、主軸４５に適切に伝達されることになる。

なお、中空部３１、旋回軸部材４１、旋回駆動モータ４３、主軸モータ３８、及び、出力軸４９は、同軸上に配置されている。そして、中空部３１、旋回軸部材４１、旋回駆動モータ４３等は、主軸旋回手段を構成し、また、テーブル支持板１８、回転テーブル１９等は、被加工物回転手段を構成し、更に、旋回軸部材４１、主軸４５、主軸モータ４８、出力軸４９等は、主軸回転手段を構成するものである。更に、本実施例においては、主軸モータ４８を旋回駆動モータ４３と同軸上に設けるようにしたが、主軸４５と同軸上に設けるようにしても構わない。

従って、ワークＷを５面加工する場合には、先ず、取付治具２０が最上位に配置されるように回転テーブル１９を水平軸周りに割出回転させた後、この状態で、取付治具２０にワークＷを取り付ける（図５（ｂ）参照）。

次いで、図４（ａ），（ｂ）に示すように、回転テーブル１９を割出回転させて、ワークＷをコラム１３（サドル１５）と対向するような中加工位置Ｐ１に配置させる。そして、主軸モータ４８を駆動させて工具Ｔを回転させながら、コラム１３をＺ軸方向に移動させたり、サドル１５をＹ軸方向に移動させたり、旋回駆動モータ４３により工具Ｔを鉛直軸周りに旋回させたり、回転テーブル１９をＸ軸方向に移動させたりする。これにより、図４（ａ）の２点鎖線に示すように、工具Ｔが移動することになり、中加工位置Ｐ１に配置されたワークＷの端面Ｗａ，Ｗｄ，Ｗｅに対する加工が行われる。なお、工具Ｔの形状によっては、ワークＷの端面Ｗｂ，Ｗｃに対しても加工を行うことができる。

次いで、図５（ａ），（ｂ）に示すように、回転テーブル１９を割出回転させて、ワークＷを最上位の上加工位置Ｐ２に配置させる。そして、主軸モータ４８を駆動させて工具Ｔを回転させながら、コラム１３をＺ軸方向に移動させたり、サドル１５をＹ軸方向に移動させたり、旋回駆動モータ４３により工具Ｔを鉛直軸周りに旋回させたり、回転テーブル１９をＸ軸方向に移動させたりする。これにより、図５（ａ）の２点鎖線に示すように、工具Ｔが移動することになり、上加工位置Ｐ２に配置されたワークＷの端面Ｗｃ，Ｗｄ，Ｗｅに対する加工が行われる。なお、工具Ｔの形状によっては、ワークＷの端面Ｗａに対しても加工を行うことができる。

次いで、図６（ａ），（ｂ）に示すように、回転テーブル１９を割出回転させて、ワークＷを最下位の下加工位置Ｐ３に配置させる。そして、主軸モータ４８を駆動させて工具Ｔを回転させながら、コラム１３をＺ軸方向に移動させたり、サドル１５をＹ軸方向に移動させたり、旋回駆動モータ４３により工具Ｔを鉛直軸周りに旋回させたり、回転テーブル１９をＸ軸方向に移動させたりする。これにより、図６（ａ）の２点鎖線に示すように、工具Ｔが移動することになり、上加工位置Ｐ３に配置されたワークＷの端面Ｗｂ，Ｗｄ，Ｗｅに対する加工が行われる。なお、工具Ｔの形状によっては、ワークＷの端面Ｗａに対しても加工を行うことができる。

また、必要に応じて、ワークＷが所定の形状に加工されるまで、当該ワークＷを加工位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に関わらず任意の角度に配置させて加工を行う。

従って、本発明に係る工作機械によれば、主軸４５を当該主軸４５の軸心と直交する鉛直軸周りに旋回させると共に、ワークＷを主軸４５の軸心及び鉛直軸と直交する水平軸周りに回転させることにより、ワークＷの振り回しを小さくすることができるので、長尺なワークＷに対して、省スペースで、且つ、効率良く多面加工を行うことができる。また、旋回駆動モータ４３と主軸モータ４８とを同軸上に配置することにより、簡素な構成にすることができるので、小型化を図ることができる。

更に、工具Ｔがどのような姿勢においても、主軸４５の先端とワークＷとの距離を短くすることができるので、工具長を短くすることができ、工具Ｔの剛性を向上させることができる。しかも、工作機械１を工具Ｔが水平軸周りに回転する横形としたことにより、ワークＷに切粉が堆積することがないので、工具寿命を向上させることができる。

本発明は、長尺ワークを短時間で加工することができる工作機械に適用可能である。

本発明の一実施例に係る工作機械の概略斜視図である。 サドルの拡大図である。 図２のIII−III矢視断面図である。 中加工位置に配置されたワークの加工の様子を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 上加工位置に配置されたワークの加工の様子を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 下加工位置に配置されたワークの加工の様子を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ 工作機械
１１ ベッド
１２ａ，１２ｂ ガイドレール
１３ コラム
１４ａ，１４ｂ ガイドレール
１５ サドル
１６ａ，１６ｂ ガイドレール
１７ テーブルベース
１８ テーブル支持板
１９ 回転テーブル
２０ 取付治具
３１ 中空部
３１ａ 小径部
３１ｂ 大径部
３１ｃ 開口部
４１ 旋回軸部材
４１ａ 小径軸部
４１ｂ 大径軸部
４２ 軸受
４３ 旋回駆動モータ
４３ａ ステータ
４３ｂ ロータ
４４ 軸受
４５ 主軸
４５ａ かさ歯車
４６ 環状部材
４７ 円盤部材
４８ 主軸モータ
４９ 出力軸
４９ａ かさ歯車
Ｔ 工具
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 被加工物を加工する工具を着脱可能に装着する主軸と、
   前記主軸を当該主軸の軸心と直交する旋回軸周りに旋回させる主軸旋回手段と、
   被加工物を前記主軸の軸心及び旋回軸と直交する軸周りに回転させる被加工物回転手段とを備える
   ことを特徴とする工作機械。
2. 請求項１に記載の工作機械において、
   前記主軸を回転させる主軸回転手段を備え、
   前記主軸回転手段と前記主軸旋回手段とを、同軸上に、または、直交する２つの軸上にそれぞれ配置する
   ことを特徴とする工作機械。
3. 請求項２に記載の工作機械において、
   前記主軸旋回手段は、軸心が旋回軸上に配置され、且つ、前記主軸を回転可能に支持する旋回軸部材を有し、
   前記主軸と前記主軸回転手段とを、前記旋回軸部材内で連結する
   ことを特徴とする工作機械。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の工作機械において、
   前記主軸は、水平軸周りに回転可能に支持される
   ことを特徴とする工作機械。

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