JP2010076048A

JP2010076048A - 複合加工工作機械

Info

Publication number: JP2010076048A
Application number: JP2008247394A
Authority: JP
Inventors: Junpei Yamaguchi; 純平山口; Isamu Takehana; 勇竹鼻; Yoshihito Fujita; 善仁藤田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】省スペースで、しかも一台の機械で小型のワークから大型のワークまで幅広く対応することが可能な複合加工工作機械を提供する。
【解決手段】工具１２をＣ２軸周りで回転可能に軸支する主軸ヘッド１３と、ｚ軸方向に移動可能に工作物１８を支持するテーブル１９とを備える複合加工工作機械に、ｘ軸方向およびｙ軸方向に移動可能であるとともにｚ軸方向に平行なＣ１軸周りで回転可能に設けられたヘッドストック１５を設け、このヘッドストック１５にＣ１軸の径方向に沿って移動可能に且つＣ１軸の接線方向に平行なＢ１軸周りで回転可能に主軸ヘッド１３を支持するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合加工工作機械に関する。

従来、工作機械においては、例えば開口端にフランジを有する円筒形状の工作物に対して、フランジの端面に対する表面加工やフランジに対する軸方向の穴あけ加工、円筒部分に対する径方向の穴あけ加工、内周面に対する表面加工等の複数の種類の機械加工を行う場合がある。このように一つの工作物に対して多種類の加工を行う場合、加工の種類に応じて工作機械を変更することが考えられる。しかし、加工ごとに工作機械を変更するようにすると、段取替を行う必要があるため加工に時間を要して生産性が低下してしまうといった問題があった。

このような問題に対し、例えば下記特許文献１には、工具を保持する主軸ヘッドを水平軸方向から鉛直下方までその角度を９０度変更することができるように構成して工具の向きを可変とする一方、工作物を支持するテーブルを、鉛直軸に平行な軸周りで回転可能な構成として、段取替えを行うことなく一つの工作物に対して多種類の加工を行うことを可能とした複合加工工作機械が開示されている。

特開２００１−２８７１０２号公報

しかしながら、上述した従来の複合加工工作機械にあっては加工中に工作物を鉛直軸に平行な軸周りで回転させる必要があるため、大きい工作物に対して機械加工を行う場合には工作物による振りが大きくなり、一台の複合加工工作機械によって加工を行うことが可能である一方、工作物を旋回させるために空間を広くとる必要があり、省スペース化が困難であるという問題があった。

また、テーブルの大きさや、工具と工作物との距離を調整するためのストロークの設定等を考慮すると、一台の機械で小型の工作物から大型の工作物まで幅広く対応することが困難であるという問題もあった。

このようなことから本発明は、省スペースで、しかも一台の機械で小型のワークから大型のワークまで幅広く対応することが可能な複合加工工作機械を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る複合加工工作機械は、工具を第一の回転軸周りで回転可能に軸支する工具保持手段と、第一の水平軸方向に移動可能に工作物を支持する工作物支持手段とを備える複合加工工作機械であって、第一の水平軸方向に直交する第二の水平軸方向および鉛直軸方向に移動可能であるとともに第一の水平軸に平行な第二の回転軸周りで任意の角度で回転可能に設けられた回転支持手段を備え、工具保持手段が、回転支持手段に第二の回転軸の径方向に沿って移動可能に支持され、且つ第二の回転軸の接線方向に平行な第三の回転軸周りで回転可能に構成されたことを特徴とする。

第２の発明に係る複合加工工作機械は、第１の発明に係る複合加工工作機械において、工作物支持手段が円筒状の工作物を該工作物の軸方向が第一の水平軸方向に平行になるように支持する一方、工具による加工中は、第二の回転軸が工作物と同軸上に配置されるとともに、回転支持手段の第一の水平軸方向の位置および鉛直軸方向の位置が固定されることを特徴とする。

第３の発明に係る複合加工工作機械は、第１の発明に係る複合加工工作機械において、工作物支持手段が、鉛直軸に平行な第四の回転軸周りに任意の角度で回転可能に構成されたことを特徴とする。

上述した第１の発明に係る複合加工工作機械によれば、工具を第一の回転軸周りで回転可能に軸支する工具保持手段と、第一の水平軸方向に移動可能に工作物を支持する工作物支持手段とを備える複合加工工作機械であって、第一の水平軸方向に直交する第二の水平軸方向および鉛直軸方向に移動可能であるとともに第一の水平軸に平行な第二の回転軸周りで任意の角度で回転可能に設けられた回転支持手段を備え、工具保持手段が、回転支持手段に第二の回転軸の径方向に沿って移動可能に支持され、且つ第二の回転軸の接線方向に平行な第三の回転軸周りで回転可能に構成されたので、加工中の工作物支持手段の移動を最小限に抑えることができ、工作物の重量、大きさによらず省スペースで、しかも一台の機械で小型のワークから大型のワークまで幅広く対応することができる。

また、上述した第２の発明に係る複合加工工作機械によれば、工作物支持手段が円筒状の工作物を該工作物の軸方向が第一の水平軸方向に平行になるように支持する一方、工具による加工中は、第二の回転軸が工作物と同軸上に配置されるとともに、回転支持手段の第一の水平軸方向の位置および鉛直軸方向の位置が固定されるので、機械加工を高精度に実施することができる。

また、上述した第３の発明に係る複合加工工作機械によれば、工作物支持手段が、鉛直軸に平行な第四の回転軸周りに任意の角度で回転可能に構成されたので、異形状の工作物であっても段取替を行うことなく一つの工作機械で多種類の加工を行うことができる。

本発明の実施の形態の詳細を以下の実施例により説明する。

以下、図１ないし図６に基づいて本発明の実施例を説明する。図１は本実施例に係る複合加工工作機械の概略構造図、図２は本実施例に係るヘッドストック１５の正面図、図３は図１の要部拡大図、図４は図２の要部断面図、図５は本実施例の複合加工工作機械による加工例を示す説明図、図６は本実施例の複合加工工作機械による加工例を示す他の説明図、図７は本実施例に係る複合加工工作機械による加工例を示す斜視図である。

図１ないし図３に示すように、本実施例に係る複合加工工作機械は、ベッド１１の長手方向の一方（図１中、左側）に工具１２を支持する工具保持手段としての主軸ヘッド１３、移動台１４、回転支持手段としてのヘッドストック１５、サドル１６、コラム１７を備える一方、コラム１７の前方（図１中、右側）に工作物（ワーク）１８を固定する工作物支持手段としてのテーブル１９を備えている。

より詳しくは、本実施例において、ベッド１１上には該ベッド１１の幅方向である第二の水平軸方向としてのｘ軸方向に沿って第一ガイドレール２８が延設され、この第一ガイドレール２８にコラム１７が支持されている。これにより、コラム１７はｘ軸方向に移動可能となっている。

また、ベッド１１上には該ベッド１１の長手方向である第一の水平軸方向としてのｚ軸方向に沿って第二ガイドレール２９が延設され、この第二ガイドレール２９にテーブル１９が支持されている。これにより、テーブル１９がｚ軸方向に移動可能となっている。そして本実施例ではこのテーブル１９に、フランジ１８ａを有する円筒状の工作物１８がその軸方向とｚ軸方向とが平行になるように向きを設定されて固定されている。

コラム１７の前面には鉛直方向であるｙ軸方向に沿って第三ガイドレール３０が延設され、この第三ガイドレール３０にサドル１６が支持されている。これにより、サドル１６はｙ軸方向に移動可能となっている。このサドル１６の前面にはヘッドストック１５がｚ軸に平行なＣ１軸周りで回転可能に軸支されている。

そしてヘッドストック１５は、図２及び図３に示すように、概ね円盤状に形成されたヘッドストック本体部１５１と、このヘッドストック本体部１５１の中央部に設けられサドル１６側に向かって突出する概ね円柱状のヘッドストック側連結部１５２とから構成されている。

このヘッドストック本体部１５１の前面にはＣ１軸の径方向であるｕ軸方向に沿って第四ガイドレール３１が延設され、この第四ガイドレール３１に移動台１４が支持されている。これにより、移動台１４はＣ１軸周りに旋回可能であると共に、ｕ軸方向に移動可能となっている。

ここで、本実施例においてヘッドストック１５は、サドル１６に対してＣ１軸周りに任意の角度で回転可能に構成されているものとする。例えば、ヘッドストック側連結部１５２とサドル１６の前面に設けられたサドル側連結部１６１とに図示しないギアカップリングを設けてヘッドストック１５をサドル１６に対してＣ１軸周りの任意の角度で回転させることができるように構成されているものとする。

そして移動台１４には、主軸ヘッド１３がＣ１軸の接線方向に平行なＢ１軸周りで回転可能に軸支され、これにより工具１２がＢ１軸周りで旋回可能となっている。移動台１４は、相互に平行に設けられた二つの支持部１４１，１４２と、これら二つの支持部１４１，１４２を連結する連結部１４３とから構成されている。

さらに、図４に示すように、主軸ヘッド１３は、主軸２０を支持する概ね直方体の本体部１３１と、本体部１３１の側方に該本体部１３１を挟んで相互に対向配置された回転体支持部１３２および回転軸１３３とが一体的に形成されて構成されている。回転体支持部１３２および回転軸１３３は、それぞれ支持部１４１，１４２にＢ１軸周りで回転可能に支持されている。

本体部１３１は軸受２１を介してその内部に主軸２０をｚ軸方向に平行なＣ２軸周りで回転可能に軸支している。この主軸２０はその先端に工具ホルダ２２を引き込んでこの工具ホルダ２２に一体的に設けられた工具１２を保持するものであり、外周部に主軸側伝達ギア２０ａを備えている。なお、本実施例では主軸側伝達ギア２０ａとしてかさ歯車を設けている。

回転体支持部１３２は軸受２３を介して回転体２４をＢ１軸と平行なＢ２軸周りに回転可能に軸支している。回転体２４にはその主軸２０側の外周部に回転体側第一伝達ギア２４ａが設けられている。この回転体側第一伝達ギア２４ａはかさ歯車であり、主軸側伝達ギア２０ａと噛み合って回転体２４の回転を主軸２０に伝達するように構成されている。

また、回転体２４の主軸２０側とは反対側の外周部には回転体側第二伝達ギア２４ｂが設けられている。この回転体側第二伝達ギア２４ｂは第一モータ２５の先端に設けられた第一モータ側伝達ギア２５ａにベルト２６を介して連結されている。

つまり、本実施例においては第一モータ２５の回転を第一モータ側伝達ギア２５ａ、ベルト２６、回転体側第二伝達ギア２４ｂを介して回転体２４に伝達し、これを回転体側第一伝達ギア２４ａ、主軸側伝達ギア２０ａを介して主軸２０に伝達することにより、工具をＣ２軸周りで回転させるように構成されている。

回転軸１３３は本体部１３１から回転体支持部１３２とは反対側に向かって延び、その外周部に回転軸側伝達ギア１３３ａを備えている。本実施例では回転軸側伝達ギア１３３ａとしてウォームホイールを設けている。この回転軸側伝達ギア１３３ａは第二モータ２７に設けられた第二モータ側伝達ギア（本実施例ではウォーム）２７ａと噛み合って第二モータ２７の回転を回転軸１３３に伝達するように構成されている。これにより、主軸ヘッド１３全体がＢ１軸周りで回転可能となっている。

なお、本実施例においてヘッドストック１５は、サドル１６に対してＣ１軸周りに任意の角度で回転可能に構成されているものとする。例えば、ヘッドストック側連結部１５２とサドル１６の前面に設けられたサドル側連結部１６１との間に図示しないギアカップリングを設けてヘッドストック１５をサドル１６に対してＣ１軸周りの任意の角度で回転させることができるように構成されているものとする。

次に、図５に基づいて図１〜４に示し上述した本実施例に係る複合加工工作機械を用いて工作物に多種類の加工を施す例を説明する。図５（ａ）は工作物の端面に面加工を施す例を示す説明図、図５（ｂ）は工作物のフランジに穴あけ加工を施す例を示す説明図、図５（ｃ）は工作物の円筒部に穴あけ加工を施す例を示す説明図、図５（ｄ）は工作物の内周面に面加工を施す例を示す説明図である。

以下、一例として、工作物１８に対して図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）の順に穴あけ加工又は表面の加工を行う例を説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、工作物１８の端面１８ｃに対して加工を行う場合は、ヘッドストック１５の軸心が工作物１８の軸心と同軸上に位置するように、サドル１６及びコラム１７を移動する。さらに、第二モータ２７を駆動し、主軸ヘッド１３をＢ１軸周りに回転させて、工具１２をその先端が端面１８ｃに対向するように旋回させる。換言すると、工具１２の軸方向と工作物１８の軸方向が平行となるように工具１２を旋回させる。移動台１４、テーブル１９は第四ガイドレール３１、第二ガイドレール２９に沿ってそれぞれ所望の位置に移動させる。

そして、第一モータ２５を駆動して工具１２をＣ２軸周りに回転させ、この工具１２によって工作物１８の端面１８ｃに対する加工を行う。加工中は、ヘッドストック１５のＣ１軸周りの回転と、移動台１４のｕ軸方向の移動とを制御することによって工具１２と工作物１８との相対位置を変化させるものとし、サドル１６及びコラム１７の位置は固定しておくものとする。

端面１８ｃに対する加工処理が終了したら、工作物１８と工具１２とが離間するようにテーブル１９をガイドレール３１に沿ってｚ軸方向に移動させる。

続いて図５（ｂ）に示すように、工作物１８のフランジ１８ａを貫通する穴１８ｄをあける加工を行う。このような加工を行う場合、まず、工具１２の先端がフランジ１８ａの所望の位置に対向配置されるように、ヘッドストック１５をＣ１軸周りに回転させるとともに移動台１４をｕ軸方向に移動させる。

その後、テーブル１９を制御して工作物１８を加工位置まで移動させ、第一モータ２５を駆動し主軸２０をＢ１軸周りに回転させて加工を開始する。加工中は、テーブル１９のｚ方向の移動を制御することによって工具１２と工作物１８との相対位置を変化させるものとし、移動台１４、ヘッドストック１５、サドル１６、及びコラム１７の位置は固定しておくものとする。

一箇所に対する穴あけ加工を終えたら、工作物１８と工具１２とが離間するようにテーブル１９を移動させる。そして、ヘッドストック１５を所定の角度でＣ１軸周りに回転させた後固定し、再度テーブル１９を制御して工作物１８をｚ軸方向に移動させるようにする。これを必要な回数繰り返す。

フランジ１８ａに対する穴あけ加工の処理が終了したら、工作物１８と工具１２とが離間するようにテーブル１９をガイドレール３１に沿ってｚ軸方向に移動させる。

続いて図５（ｃ）に示すように、工作物１８の円筒部１８ｂに径方向に貫通する穴１８ｅをあける加工を行う。このような加工を行う場合、まず、第二モータ２７を駆動し、主軸ヘッド１３をＢ１軸周りに回転させて、工具１２をその先端がＣ１軸の径方向外側を向くように旋回させる。これにより、工具１２の軸（Ｃ２軸）方向が工作物１８の周面に直交した状態となる。

また、移動台１４をＣ１軸の軸心側へ移動させ、工具１２の先端を工作物１８の内周面１８ｆより内側に位置させる。

その後、テーブル１９を制御して工作物１８を加工位置まで移動させ、第一モータ２５を駆動し主軸２０をＢ１軸周りに回転させて加工を開始する。加工中は、移動台１４のｕ軸方向の移動を制御することによって工具１２と工作物１８との相対位置を変化させるものとし、ヘッドストック１５、サドル１６、コラム１７及びテーブル１９の位置は固定しておくものとする。

一箇所に対する穴あけ加工を終えたら、工作物１８と工具１２とが離間するように移動台１４を第四ガイドレール３１に沿ってｕ軸方向へ移動させる。そして、ヘッドストック１５を所定の角度でＣ１軸周りに回転させた後固定し、再度移動台１４を第四ガイドレール３１に沿ってｕ軸方向に移動させ、工具１２による穴あけ加工の処理を行う。これを必要な回数繰り返す。

円筒部１８ｂに対する穴あけ加工の処理が終了したら、工作物１８と工具１２とが離間するように移動台１４を第四ガイドレール３１に沿ってｕ軸方向へ移動させる。

続いて図５（ｄ）に示すように、工作物１８の内周面１８ｆに対する加工を行う。このような加工を行う場合、工具１２の先端が工作物１８の軸方向の所望の位置に対向配置されるように、テーブル１９を第二ガイドレール２９に沿ってｚ軸方向に移動させる。

その後、第一モータ２５を駆動して主軸２０をＢ１軸周りに回転させるとともに、移動台１４を第四ガイドレール３１に沿ってｕ軸方向に移動させて加工を開始する。加工中は、ヘッドストック１５のＣ１軸周りの移動、テーブル１９のｚ軸方向の移動、及び移動台１４のｕ軸方向の移動を制御して、工具１２と工作物１８との相対位置を変化させるものとし、サドル１６及びコラム１７の位置は固定しておくものとする。

内周面１８ｆに対する加工処理が終了したら、工作物１８と工具１２とが離間するように移動台１４を第四ガイドレール３１に沿ってｕ軸方向へ移動させるとともに、テーブル１９を第二ガイドレール２９に沿ってｚ軸方向に移動させ、全ての加工処理を終了する。

上述した本実施例に係る複合加工工作機械によれば、サドル１６の前面にＣ１軸周りで回転可能なヘッドストック１５を設けるとともに、このヘッドストック１５の前面にｕ軸方向に沿って移動可能な移動台１４を設け、且つ、この移動台１４が主軸ヘッド１３をＢ１軸周りで回転可能に支持する構成としたので、複数種類の加工を行う場合であっても段取替を行うことなく多種類の加工を一台の工作機械で行うことができる。

さらに、工作物１８の一つの円筒体に対する加工中に、この工作物１８をｙ軸に平行な軸周りで回転させる必要がないため、テーブル１９の移動は最小限でよく、省スペース化が可能であるとともに、一台の機械で小型の工作物から大型の工作物まで幅広く対応することが可能である。

なお、工作物１８の円筒部１８ｂに径方向に貫通する穴１８ｅをあける場合、図５（ｃ）に示す方法に代えて図６に示す方法で加工を行っても良い。即ち、工具１２の先端が工作物１８の軸心側を向くように、第二モータ２７を制御して主軸ヘッド１３を回転させるとともに、移動台１４を第四ガイドレール３１に沿ってｕ軸方向の所望の位置に移動させて、工作物１８の外周面側から穴１８ｅをあける加工を行ってもよい。

また、上述した実施例では第四ガイドレール３１をヘッドストック１５の前面に径方向に沿ってその両端部がそれぞれヘッドストック１５の外周縁の近傍に位置するように設ける例を示したが、第四ガイドレール３１の構成はこれに限らず、工作物１８に対する加工を円滑に行うことができれば良い。例えば、上述した第四ガイドレール３１に代えて、一方の端部がヘッドストック１５の軸心の近傍に位置するように構成したガイドレールを用いる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

さらに、図７に示すように、工作物１８として端部にフランジ１８ａを有する複数の円筒部１８ｂを一体的に備えるものの加工を行う場合、図１に示し上述したテーブル１９に代えてｙ軸と平行なＢ３軸周りで回転可能に設けられた旋回テーブルを用いれば、工作物１８に対する全ての面加工、穴あけ加工を、段取替等を行うことなく実施することができ、好適である。

本発明は、複合加工工作機械に適用して好適なものである。

本発明の実施例に係る複合加工工作機械の概略構造図である。本発明の実施例に係るヘッドストック１５の正面図である。図１の要部拡大図である。図２の要部断面図である。図５（ａ）は工作物の端面に面加工を施す例を示す説明図、図５（ｂ）は工作物のフランジに穴あけ加工を施す例を示す説明図、図５（ｃ）は工作物の円筒部に穴あけ加工を施す例を示す説明図、図５（ｄ）は工作物の内周面に面加工を施す例を示す説明図である。本発明の実施例における複合加工工作機械による加工例を示す他の部分断面図である。本発明の実施例に係る複合加工工作機械による加工例を示す斜視図である。

符号の説明

１１ベッド
１２工具
１３主軸ヘッド
１４移動台
１５ヘッドストック
１６サドル
１７コラム
１８工作物
１９テーブル
２０主軸

Claims

工具を第一の回転軸周りで回転可能に軸支する工具保持手段と、第一の水平軸方向に移動可能に工作物を支持する工作物支持手段とを備える複合加工工作機械であって、
前記第一の水平軸方向に直交する第二の水平軸方向および鉛直軸方向に移動可能であるとともに前記第一の水平軸に平行な第二の回転軸周りで任意の角度で回転可能に設けられた回転支持手段を備え、
前記工具保持手段が、前記回転支持手段に前記第二の回転軸の径方向に沿って移動可能に支持され、且つ前記第二の回転軸の接線方向に平行な第三の回転軸周りで回転可能に構成された
ことを特徴とする複合加工工作機械。
前記工作物支持手段が円筒状の前記工作物を該工作物の軸方向が前記第一の水平軸方向に平行になるように支持する一方、
前記工具による加工中は、前記第二の回転軸が前記工作物と同軸上に配置されるとともに、前記回転支持手段の前記第一の水平軸方向の位置および前記鉛直軸方向の位置が固定される
ことを特徴とする請求項１記載の複合加工工作機械。
前記工作物支持手段が、前記鉛直軸に平行な第四の回転軸周りに任意の角度で回転可能に構成された
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の複合加工工作機械。