JP2009279753A - 回転軸のクランプ装置を有する回転可能且つ旋回可能なワークピース台を備えるマシニングセンタ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動制御部を伴わずに旋回ブリッジの作動クランプを実現、及び作動クランプに実質的にクリアランスが無く最大の加工モーメントも確実且つ正確に受け止めることができること。
【解決手段】旋回ブリッジ２２の作動クランプが、円形リング形で該旋回ブリッジ２２のベアリングピン１３の回りに回転可能に配置固定されてディスク型コネクタ１２に作動連結される摩擦ロック式クランプシステム１によって行われ、摩擦ロック式クランプシステム１のクランプ力が、エネルギー貯蔵部２によって発生させられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水平軸の回りを旋回するように２つの耐力壁間で支持される旋回ブリッジと、旋回ブリッジのディスク型コネクタに取り付けられる少なくとも１つの駆動スプロケットと、耐力壁の外側に取り付けられて旋回ブリッジの駆動スプロケットに作動連結される少なくとも１つの駆動システムとを備える、穴あけ加工、フライス加工、又は旋盤加工若しくは研削加工用のマシニングセンタに関する。

穴あけ加工、フライス加工、又は旋盤加工若しくは研削加工によってワークピースを切断加工するための現代のマシニングセンタには、回転可能且つ旋回可能なワークピース台が設けられることが多くなっている。このようなマシニングセンタを用いる場合、ワークピース台上のワークピースの最初のクランプを解除する必要なく、ワークピース台を回転及び旋回させることによって、ワークピースをほぼ全ての可能な位置にすることができる。これにより、１回のワークピースクランプで、例えば穴あけ加工又はフライス加工によってワークピースのほぼ全ての可能な立体角で処理される。

概して、回転可能なワークピース台は、機械加工すべきワークピースを受け止めるためにいわゆる旋回ブリッジ上に配置される。旋回ブリッジは、通常は両側を支持され、概して水平軸の回りを旋回し得る。しかしながら、旋回ブリッジの片側のみが支持されている構成もよく知られている。

機械加工サイクルを開始する場合、旋回ブリッジを所定の角度位置に旋回させてから、保持手段によってこの位置にしっかりと固定する。それから初めて、対応する穴あけ加工又はフライス加工がワークピースに施される。穴あけ加工又はフライス加工による機械加工中、部分的に非常に大きな加工力又は加工モーメントが生じ得る。当該加工力又は加工モーメントは、旋回ブリッジの保持手段によって確実に受け止められなければならない。そうしなければ、加工力又は加工モーメントに起因して旋回ブリッジが所定の位置から押し退けられてしまう。さらに、旋回ブリッジの保持手段は、フェイルセーフ機能も提供しなければならない。重力に起因した旋回ブリッジの無秩序な旋回又はコーストダウンが生じないように、エネルギーが途絶えた場合でも保持手段が機能することが保証されなければならない。

特許文献１には、旋回ブリッジを含む一般的な回転可能且つ旋回可能なワークピース台が記載されている。特許文献１に開示されている旋回ブリッジは、両側を支持され、水平方向に位置合わせされた旋回軸の回りを旋回することができる。旋回ブリッジは、力の流れが短くなるように、且つベアリングピンにねじり荷重がかからないように、耐力壁の外側に配置される駆動モータによってその駆動スプロケットを介して直接駆動される。フェイルセーフ機能を有する旋回ブリッジの保持手段は、特許文献１には明確に開示されていない。しかしながら、特許文献１に開示されているような駆動アセンブリの駆動モータには一体型のモータクランプが概して設けられることが、技術の現状である。上記一体型のモータクランプは、永久磁石の原理に基づいて作動し、すなわち無電解状態でクランプされる。クランプの通気は、電磁的に行われる。マシニングセンタの電源を切ると（メインスイッチをＯＦＦにしてマシニングセンタをエネルギー供給から電気的に分離すると）、又は予想外にエネルギーが途絶えた場合、クランプハブが磁石に引き付けられることで駆動モータのモータ軸が保持される。モータクランプは、特定数の非常制動用、すなわち作動中の非常ＯＦＦ又はエネルギー途絶の場合の制動用にも構成される。したがって、旋回ブリッジの保持手段のフェイルセーフ機能が確保される。

しかしながら、モータクランプは、加工ステップ中に角度的に正確な加工位置で旋回ブリッジを保持するようにはなっておらず、これに適してもいない。このために、この場合の旋回ブリッジは、駆動モータの位置制御によってその加工位置に保持されなければならない。この準電子クランプが、旋回ブリッジの角度的に正確な加工位置を保証する。この場合、旋回ブリッジの保持手段は２つ部材、すなわち、非常途絶又は非常オフの場合のフェイルセーフ機能用の機械的モータクランプ（非常クランプ又は非常制動）、及び加工ステップ中の旋回ブリッジの角度的に正確な位置決め用の「電子」クランプ（作動クランプ）から成る。

特許文献１に開示されている旋回ブリッジの保持手段には、以下の欠点がある。

旋回ブリッジの作動クランプを維持するために、「電子クランプ」、したがって関連の回転軸の駆動制御部を、数時間にわたって部分的に起動しなければならない。これは、かなりの電流消費につながる。

欧州特許第１２６２２７５号明細書

この技術の現状に基づき、駆動制御部を伴わずに旋回ブリッジの作動クランプを実現することができるという点、及び作動クランプに実質的にクリアランスが無く最大の加工モーメントも確実且つ正確に受け止めることができるという点で、既知のマシニングセンタをその利点を維持しながら改良することが、本発明の基礎にある目的である。

本発明によれば、上記目的は以下の特徴によって解決される。

穴あけ加工、フライス加工、又は旋盤加工若しくは研削加工用のマシニングセンタが、水平軸の回りを旋回するように２つの耐力壁間で支持される旋回ブリッジと、当該旋回ブリッジのディスク型コネクタに取り付けられる少なくとも１つの駆動スプロケットと、耐力壁の外側に取り付けられて旋回ブリッジの駆動スプロケットに作動連結される少なくとも１つの駆動システムとを備え、旋回ブリッジの作動クランプが、円形リング形で当該旋回ブリッジのベアリングピンの回りに回転可能に配置固定されてディスク型コネクタに作動連結される摩擦ロック式クランプシステムによって行われ、当該摩擦ロック式クランプシステムのクランプ力が、エネルギー貯蔵部によって発生させられる。

作動クランプのためのクランプ力は、本発明によるエネルギー貯蔵部によって発生させられるため、旋回ブリッジの駆動制御部は作動クランプに必要ない。

摩擦ロック式クランプシステムはさらに、ベアリングピンを囲んでその外部に設けられるため、クランプシステムに最大限の直径を選択することができる。これにより、クランプシステムは、最大限のレバーアーム、ひいては最大限可能なクランプ力を有する。

クランプシステムは、旋回ブリッジのディスク型コネクタに直接作動連結されるため、旋回ブリッジのクランプ時の力の流れが短くなる。これは、作動クランプの静剛性及び動剛性に非常に有利である。

好適なさらなる発展形態及び実施の形態は、従属請求項から得られる。

好適なさらなる発展形態によれば、作動クランプのためのクランプ力を発生させるエネルギー貯蔵部は、機械ばねエネルギー蓄積部から成る。一般的な機械部材としての機械ばねエネルギー蓄積部は、いかなる設計でも利用可能であるため、機械ばねエネルギー蓄積部は、特に単純に実現することができ安価である。さらに、機械ばねエネルギー蓄積部は、クランプ力を発生させるために大きな制御努力も必要としない。

代替として、作動クランプのためのクランプ力を発生させるためのエネルギー貯蔵部は、油圧又は空気圧式蓄圧器から成ることもできる。

好ましくは、機械ばねエネルギー蓄積部は、半径方向に弾性変形させることができる複数の環状に配置されたばね又は複数の環状に配置されたディスク型ダイヤフラムから成る。このような設計により、大規模なクランプを発生させることができ、これがさらに大きなクランプ力をもたらす。

好適な実施の形態によれば、摩擦ロック式クランプシステムには、ばねエネルギー蓄積部によって駆動スプロケットの方に付勢される押圧片が設けられる。このような押圧片は、駆動スプロケットに大きなクランプ力を伝達することができることで、確実なクランプを保証する。

好適な実施の形態によれば、作動クランプのための摩擦ロック式クランプシステムは、エネルギーが途絶えた場合に必然的にエネルギー貯蔵部によってクランプが行われるようにフェイルセーフ機能を備える。この構成により、付加的な機械手段を必要とせずに、摩擦ロック式クランプシステムにフェイルセーフ機能が組み込まれる。したがって、クランプシステムは２つの機能を有し、一方では旋回ブリッジを所望の位置にクランプし、他方ではフェイルセーフ装置として働く。

旋回ブリッジへのクランプ力の対称的な力伝達を保証するために、作動クランプのための摩擦ロック式クランプシステムを旋回ブリッジの耐力壁の両側に配置することが好ましい。

好適な実施の形態によれば、作動クランプのための摩擦ロック式クランプシステムは、円形リングの形状の半径方向クランプシステムとしてさらに形成される。

これにより、クランプは、クランプ中に押圧片が外方又は内方に押されるように、好ましくは半径方向外方又は半径方向内方に行われる。

好ましくは、円形リング形半径方向クランプシステムは、旋回ブリッジの駆動スプロケットに作用する。これにより、円形リング形半径方向クランプシステムは、好ましくは、旋回ブリッジの駆動スプロケットに対して外方にクランプする
代替として、円形リング形半径方向クランプシステムは、旋回ブリッジのディスク型コネクタに作用することもできる。

この場合、円形リング形半径方向クランプシステムは、好ましくは、旋回ブリッジのディスク型コネクタに対して内方にクランプする。

好適なさらなる発展形態によれば、本発明のマシニングセンタの旋回ブリッジは、フェイルセーフ機能を有する２つの独立した有効なクランプシステム、すなわち、旋回ブリッジの駆動モータにおけるフェイルセーフ機能を有するモータクランプによって形成される第１のクランプシステムと、旋回ブリッジのベアリングピンにおけるフェイルセーフ機能を有する上記クランプシステムによって形成される第２のクランプシステムとを含む。

本発明のさらなる詳細、特徴、及び利点は、図面に基づく以下の説明から得られる。

解除されたクランプシステムを含む本発明のマシニングセンタの第１の実施形態の詳細図を示す。 解除されたクランプシステムを含む本発明のマシニングセンタの第２の実施形態の詳細図を示す。 締め付けたクランプシステムを有する図１に類似の詳細図を示す。 締め付けたクランプシステムを含む本発明のマシニングセンタの第３の実施形態の詳細図を示す。 本発明のマシニングセンタと技術の現状によるマシニングセンタとの比較を示す。

図１には、ここで対象となる本発明のマシニングセンタの一部の第１の実施形態が示されている。

回転可能なワークピース台２４（図２を参照）を支持する旋回ブリッジ２２の左側部分を認識することができる。ワークピース台２４の上に、ワークピースをクランプすることができ、このときワークピースは、旋回ブリッジの上方に位置付けられるマシニングセンタの作業領域２３に突出し、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動可能な工具スピンドル２８（図２を参照）によって加工され得る。

旋回ブリッジ２２は空洞２１を有し、空洞２１は、エネルギーライン及び信号ライン、並びに場合によっては駆動部材、例えば回転可能なワークピース台２４を駆動するための歯付きベルトを収容する役割を果たす。

旋回ブリッジ２２の一端には円形コネクタ１２があり、その中心にベアリングピン１３が配置される。この場合、ベアリングピン１３は、中空であり、ベアリングスリーブ１６に着座しているボールベアリング１４内に支持され、ベアリングスリーブ１６はさらに、マシニングセンタ（図示せず）の耐力壁９内に支持される。

ベアリングピン１３の自由端には、軸ナット２０が螺入されて旋回ブリッジ２２の確実な支持を保証する。

例えば保守及び／又は修理を目的としたベアリングピン１３へのアクセスを可能にするために、ベアリングピン１３は、旋回ブリッジ２２に配置されているカバー１５を通してアクセス可能である。

コネクタ１２は、外側がシールリング１０によって囲まれている。さらに、摺動シール又はラビリンスシール１１が、コネクタ１２とシールリング１０との間に設けられる。

コネクタ１２の外周付近には、駆動スプロケット８が配置されてコネクタ１２からベアリングピン１３の方に突出する。駆動スプロケット８には、ピニオン７と噛み合う外歯が設けられ、ピニオン７には、モータ軸２７及び副変速機１７を介して駆動モータ１８が設けられる。駆動モータ１８には、モータクランプ１９（モータブレーキ）及び駆動制御部２５（図５を参照）が設けられる。

駆動モータ１８を用いて、旋回ブリッジ２２を軸Ａの回りで旋回させることができる。さらに、一体型のモータクランプ１９（モータブレーキ）は、非常制動もフェイルセーフ機能も可能にする。一体型のモータクランプ１９は、永久磁石の原理に基づいて作動し、すなわち無電解状態でクランプされる。モータクランプ１９の通気は、電磁的に行われる。マシニングセンタの電源を切ると（メインスイッチをＯＦＦにしてマシニングセンタをエネルギー供給から電気的に分離すると）、又は予想外にエネルギーが途絶えた場合、クランプハブが磁石本体に引き付けられることで駆動モータ１８のモータ軸が保持される。

耐力壁９内では、円形リング形のクランプシステム１がベアリングピン１３の回りに配置され、駆動スプロケット８をクランプすることで旋回ブリッジ２２をクランプする役割を果たす。

クランプシステム１は、複数の半径方向に整列した押圧片５を含む。各押圧片５は、ばねとして形成されることが好ましいエネルギー貯蔵部２によって駆動スプロケット８に向けて外方に押される。押圧片２のうちエネルギー貯蔵部２に面していない側には、圧力室３が設けられ、ここで流体ライン４が終わる。流体ライン４は、電磁的に作動可能な制御弁６に連結される。

図１は、耐力壁９における旋回ブリッジ２２の片側支持を示しているが、図２は、旋回ブリッジ２２が左側耐力壁９及び右側耐力壁２６で支持されているため両側で支持されている実施形態を示している。右側耐力壁２６での旋回ブリッジ２２の支持は、左側耐力壁９での支持と同一であるため、図１に関する説明を参照されたい。

図１及び図２は、クランプシステム１が有効ではない、すなわち旋回ブリッジ２２のクランプが行われていない状態を示す。図３は、クランプシステム１が有効である、すなわち旋回ブリッジ２２のクランプが行われている状態を示す。

圧力室３が流体で加圧されている図１及び図２に示す位置では、旋回ブリッジ２２を旋回させるために、押圧片５が半径方向内方に押されることでエネルギー貯蔵部２も半径方向内方に押されるように制御弁６が位置決めされる。この状態では、押圧片５が駆動スプロケット８に作用しないため、駆動モータ１８によってコネクタ１２を旋回させることで旋回ブリッジ２２を旋回させることができる。

旋回ブリッジ２２をクランプするためには、制御弁を図１及び図２に示す位置から図３に示す位置に電磁的に変位させる。この位置では、圧力室３が流体で加圧されないため、押圧片５がエネルギー蓄積部２によって半径方向外方に押される。この状態では、圧力片５が駆動スプロケット８に作用するため、コネクタ１２がクランプされることで旋回ブリッジ２２がクランプされる。

さらに、クランプシステム１は、フェイルセーフ機能を特徴とする。導電状態では、電磁的に作動可能な制御弁６は図１及び図２に示す位置にある。この位置では、圧力室３は流体で加圧され、押圧片５は、エネルギー貯蔵部２の力に反して半径方向内方に押されるため、駆動スプロケット８に作動連結されること、及びこれをクランプすることができない。

予想外にエネルギーが途絶した場合、電磁的に作動可能な制御弁６には電流が供給されなくなり、続いて、例えばばね荷重によって、圧力室３が流体で加圧されなくなる図３に示す位置を取る。圧力室３がこのとき減圧されるため、エネルギー貯蔵部２は、押圧片５を半径方向内側に押して、駆動スプロケット８に作用してこれをクランプする。

図４は、クランプシステム１が図１〜図３に示すように内側からではなく、外側から駆動スプロケット８に作用する、さらなる実施形態を示す。これを除いて、構造及び機能は図１〜図３に関連して説明したものと同一である。

図５は、技術の現状によるマシニングセンタ（左側）と本発明によるマシニングセンタ（右側）との比較を示す。技術の現状では、旋回ブリッジ２２のクランプもフェイルセーフ機能も、駆動モータ１９単独でしか行われないが、本発明による旋回ブリッジ２２のクランプは、駆動モータ１９が旋回ブリッジ２２を旋回させる役割のみを果たす一方でクランプシステム１がクランプを行うように、駆動モータ１９から切り離されている。この構成により、予想外にエネルギーが途絶した場合に駆動モータ１９もクランプシステム１も旋回ブリッジ２２のクランプを行い得るため、フェイルセーフ機能も冗長になる。

代替形態として、作動クランプのためのクランプ力は、図示及び上述したような機械ばねエネルギー蓄積部の代わりに油圧又は空気圧蓄圧器によって発生させてもよい。

ばねによって形成される図示のエネルギー貯蔵部２の代わりに、環状に配置され半径方向に弾性変形可能なディスク型のダイヤフラムも用いることができる。

さらに、クランプシステム１は、駆動スプロケット８の代わりに旋回ブリッジ２２のコネクタ１２に作用することもできる。このような場合、押圧片５は、半径方向ではなく軸方向に変位可能となる。

本発明による上記説明は、例示の目的を果たすだけであり、本発明を限定する意図は無い。本発明の範囲内で、本発明及びその均等物の範囲を逸脱せずに、複数の補正及び変更が可能である。

１ クランプシステム
２ エネルギー蓄積部
３ 圧力室
４ 流体ライン
５ 押圧片
６ 制御弁
７ ピニオン
８ 駆動スプロケット
９ 耐力壁
１０ シールリング
１１ 摺動シール又はラビリンスシール
１２ コネクタ
１３ ベアリングピン
１４ ボールベアリング
１５ カバー
１６ ベアリングスリーブ
１７ 副変速機
１８ 駆動モータ
１９ モータクランプ
２０ 軸ナット
２１ 空洞
２２ 旋回ブリッジ
２３ 作業領域
２４ ワークピース台
２５ 駆動制御部
２６ 耐力壁
２７ モータ軸
２８ 工具スピンドル

Claims (14)

1. 水平軸の回りを旋回するように２つの耐力壁（９、２６）間で支持される旋回ブリッジ（２２）と、前記旋回ブリッジ（２２）のディスク型コネクタ（１２）に取り付けられる少なくとも１つの駆動スプロケット（８）と、前記耐力壁（９、２６）の外側に取り付けられて前記旋回ブリッジ（２２）の前記駆動スプロケット（８）に作動連結される少なくとも１つの駆動システム（７、１７、１８、１９、２７）とを備える、穴あけ加工、フライス加工、又は旋盤加工若しくは研削加工用のマシニングセンタであって、
   前記旋回ブリッジ（２２）の作動クランプが、円形リング形で前記旋回ブリッジ（２２）のベアリングピン（１３）の回りに回転可能に配置固定されて前記ディスク型コネクタ（１２）に作動連結される摩擦ロック式クランプシステム（１）によって行われ、
   前記摩擦ロック式クランプシステム（１）のクランプ力が、エネルギー貯蔵部（２）によって発生させられることを特徴とするマシニングセンタ。
2. 前記作動クランプのための前記クランプ力を発生させる前記エネルギー貯蔵部（２）は、機械ばねエネルギー蓄積部から成ることを特徴とする請求項１に記載のマシニングセンタ。
3. 前記作動クランプのための前記クランプ力を発生させるための前記エネルギー貯蔵部（２）は、油圧又は空気圧式蓄圧器から成ることを特徴とする請求項１に記載のマシニングセンタ。
4. 前記機械ばねエネルギー蓄積部は、半径方向に弾性変形させることができる複数の環状に配置されたばね又は複数の環状に配置されたディスク型ダイヤフラムから成ることを特徴とする請求項２に記載のマシニングセンタ。
5. 前記摩擦ロック式クランプシステム（１）には、前記ばねエネルギー蓄積部（２）によって前記駆動スプロケット（８）の方に付勢される押圧片（５）が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマシニングセンタ。
6. 前記作動クランプのための前記摩擦ロック式クランプシステム（１）は、エネルギーが途絶えた場合に必然的に前記エネルギー貯蔵部（２）によってクランプが行われるようにフェイルセーフ機能を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のマシニングセンタ。
7. 前記作動クランプのための前記摩擦ロック式クランプシステム（１）を前記旋回ブリッジ（２２）の前記耐力壁（９、２６）の両側に配置することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のマシニングセンタ。
8. 前記作動クランプのための前記摩擦ロック式クランプシステム（１）は、円形リング形半径方向クランプシステムとして形成されることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のマシニングセンタ。
9. 前記クランプは、クランプ中に前記押圧片（５）が外方又は内方に押されるように半径方向外方又は半径方向内方で機能することを特徴とする請求項８に記載のマシニングセンタ。
10. 前記円形リング形半径方向クランプシステムは、前記旋回ブリッジ（２２）の前記駆動スプロケット（８）に作用することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のマシニングセンタ。
11. 前記円形リング形半径方向クランプシステムは、前記旋回ブリッジ（２２）の前記駆動スプロケット（８）に対して外方にクランプすることを特徴とする請求項１０に記載のマシニングセンタ。
12. 前記円形リング形半径方向クランプシステムは、前記旋回ブリッジ（２２）の前記ディスク型コネクタ（１２）に作用することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のマシニングセンタ。
13. 前記円形リング形半径方向クランプシステムは、前記旋回ブリッジ（２２）の前記ディスク型コネクタ（１２）に対して内方にクランプすることを特徴とする請求項１２に記載のマシニングセンタ。
14. 前記旋回ブリッジ（２２）は、フェイルセーフ機能を有する２つの独立した有効なクランプシステム、すなわち、前記旋回ブリッジ（２２）の前記駆動モータ（１８）におけるフェイルセーフ機能を有するモータクランプによって形成される第１のクランプシステムと、前記旋回ブリッジ（２２）の前記ベアリングピン（１３）におけるフェイルセーフ機能を有する前記クランプシステム（１）によって形成される第２のクランプシステムとを含むことを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載のマシニングセンタ。

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