JP2010504221A - 天井固定部品の機械加工手段 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、少なくとも３つの並進軸Ｘ、Ｙ、Ｚにおいて変位可能な工作ヘッド（１０）からなる工作装置に関し、工作ヘッド（１０）上方に固定された静止状態のパーツを機械加工するためのものである。
【解決手段】前記工作ヘッドは、少なくとも３つの関着連結ロッド（３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ）によって一定の向きに保たれている。２つの連結ロッド（３１ａ、３２ａ）は、工作ヘッドと、それらが関着された第１のＹ往復台（３３ａ）と共に、ＸＺ平面において変形可能な関着平行四辺形を規定する。他の連結ロッド（３１ｂ）は、工作ヘッド（１０）および第２のＹ往復台（３３ｂ）に関着されている。第１のＹ往復台（３３ａ）は、Ｘに沿って変位可能な第１のＸ往復台（２０ａ）の上で、Ｙに沿って変位可能であり、第２のＹ往復台（３３ｂ）は、Ｘに沿って変位可能な第２のＸ往復台（２０ｂ）の上で、Ｙに沿って変位可能である。Ｘ往復台のＸに沿っての相対運動は、Ｚ方向への変位をもたらす。複数の装置を複数のトンネル（４０）内に配置可能であり、前記トンネルは複数の手段（１０７、１０８、１０９）を共有するように配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、寸法の少なくとも１つが大きなパーツあるいはワークピースを機械加工するための数値制御工作機械に関するものである。より詳しくは、ワークピースが工作手段上方の固定テーブル上に固定式で配置されており、かつ工作機械が工作作業中に移動する工作装置に関するものである。

ワークピースの寸法が大きく、よって正確な位置に固定および保持することが困難な場合、用いられる解決法は、ワークピースを静止状態で、同じく静止し、剛性が高く、しっかり固定されたテーブル上に保持し、ワークピースを機械加工する工具をテーブル上方のガントリー(gantry)を用いて動かすことである。

ガントリーは通常、２つのサイドポストによって支持された水平クロス部材を有する。

ガントリーは、テーブルの軸の１つ、特に長軸に沿って移動し、テーブルに固定された高精度の摺動トラックに乗っている。これはガントリーの水平クロス部材に沿って移動する１つ以上の工作ヘッドを担持する。

１つ以上の工作ヘッドはまた、機械加工に必要な様々な動き、すなわち、工作機械をテーブルに近づける並進の動き、および、場合によっては工作機械の回転軸を傾ける回転の動き、を行うことが可能である。

このタイプの機械は、業界では非常に一般的であり、時に数十メートルを超える非常に長いテーブルを利用可能とする。

しかし、このタイプの機械には、使用を難しくし産業上の収益性を減ずる幾つかの欠点がある。

１つに、ガントリーは、それが支持する工作ヘッドの複雑さおよび工作作業に必要とされる精度ゆえに、できるだけ剛性が高くなくてはならない。この剛性を得るために、ガントリーは、非常に大型かつ非常に重くなくてはならず、２０トン、３０トンあるいはそれ以上の重量となり、これが動きを困難とし、実際問題としては、特に機械加工時以外での移動速度を制限する。

一方、ガントリーは、テーブル上に配置されたワークピースを上方から機械加工することによって動作し、工作動作によって除去された素材のチップ（削りくず）の堆積を生じ、排除のための手段を設けることが必要となり、これが工作作業の中断を必要とする場合がある。

本発明の目的の１つは、工作ヘッド、およびガントリーを用いるシステムと比べて質量が非常に小さい、前記ヘッドを移動させる手段からなり、ワークピースを頭上で、すなわち機械加工中にワークピースが保持されるテーブルの下側において機械加工するのに好適な、より大きな剛性を有する組立体を提供するものである。

この結果を得るため、工作装置は、少なくとも３つの並進軸、すなわち縦軸Ｘ、横軸Ｙ、および垂直軸Ｚにおいて移動可能な、Ｚ軸において工作ヘッド上方に固定された静止状態のワークピースを機械加工するための工作ヘッドを有する。工作ヘッドは、少なくとも３つのヒンジリンクを有する連結手段によって一定の向きに保たれている。３つのリンクのうち２つのリンクは、工作ヘッドと、それらがヒンジで取り付けられた第１のＹ往復台とで、Ｘ、Ｚ方向によって規定される平面において変形可能な第１のヒンジ平行四辺形を形成する。３つ以上のリンクのうち少なくとも１つの他のリンクは、工作ヘッドおよび第２のＹ往復台の双方にヒンジで取り付けられており、よって少なくとも１つのリンク、工作ヘッド、および第２のＹ往復台によって形成されたヒンジ組立体は、Ｘ、Ｚ方向によって規定される平面において変形可能である。第１のＹ往復台は、Ｘ軸と平行な方向に移動可能な第１のＸ往復台の上で、Ｙ軸と平行な方向に移動可能であり、第２のＹ往復台は、Ｘ軸と平行な方向に移動可能な第２のＸ往復台の上で、Ｙ軸と平行な方向に移動可能である。

ある実施例では、装置の剛性を増すため、装置は少なくとも４つのヒンジリンクを有し、このうち少なくとも２つのリンクが、ヘッドと、それらがヒンジで取り付けられた第２のＹ往復台とで、少なくとも２つのリンクと、工作ヘッドと、第１のＹ往復台とで形成された第１のヒンジ平行四辺形に似た、Ｘ、Ｚ方向によって規定される平面において変形可能な第２のヒンジ平行四辺形を形成する。

Ｘ、Ｚ方向に望ましい大きさで工作ヘッドを動かすために、工作ヘッドのＸ軸沿いの位置は、両Ｘ往復台の同時移動によって変更され、そしてここで、工作ヘッドのＺ軸沿いの位置は、２つのＸ往復台のお互いに対する相対運動によって変更される。

工作ヘッドに安定性および平行四辺形に必要な剛性を与えるため、各リンクは、そのヒンジ端部のそれぞれに少なくとも２つのＵ字形金具を有し、その軸は基本的にはＹ方向と平行である。リンクの形状は好ましくは台形で、短い底辺は工作ヘッドにヒンジで取り付けられており、長い底辺はＹ往復台にヒンジで取り付けられており、リンクは、対向して設けられたテーパ付きローラー軸受けによってヒンジで取り付けられている。

好ましい実施の形態では、各Ｘ往復台は、その上に摺動トラックがＹ軸と平行に設置され、その上をＹ往復台が走るビームを有する。好適な剛性を得るため、ビームは例えば、本質的に三角形あるいは台形の閉じた断面を有するものとでき、その上をＹ往復台が走るビームの面は、好ましくは本質的に垂直であり、かつ好ましくは垂直に対して４５度以下で傾いている。

ある実施の形態では、Ｙ往復台は、装置の重心を慣性の中心に向けて動かすためおよび変形を制限するために、ビームの頂部に配置されたボールねじによってＹ軸に沿って駆動される。

Ｘ軸に沿っての移動のため、Ｘ往復台は案内手段を有し、これは好都合にはビーム端部に取り付けられた端板に設置され、同時にねじり剛性を増加させる。端板とビームの間の連結部の剛性は、必要であれば少なくとも１つの補強部材によって補強される。

Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に沿った工作ヘッドの複雑な進路を生じるＸ往復台、Ｙ往復台の複合動作を起こすため、往復台の様々な動きが数値制御手段によって制御される。ワークピースの要求に応じて、工作ヘッドは、軸を垂直なＺ以外の方向に向けることができる工作機械の少なくとも１つのスピンドルを有する。

本発明はまた、非常にコンパクトで生産性の高い複合工作機械用の工作機械に関するもので、これはトンネルに配置された上述の工作装置からなり、ワークピースはその天井に固定され、ここでＸ往復台は、トンネルの側壁に固定されたＸ方向への案内手段上に支持され、Ｘ軸に沿って移動する。

本発明による装置の実施の形態の詳細な説明は、以下の図面を参照して行う。

組立装置の主要な部材の斜視図である。 装置の変形例の斜視図である。 装置の部分図である。 装置を工作トンネル内で使用する複合工作機械の部分概略図である。 装置を工作トンネル内で使用する複合工作機械、およびチップ搬送手段の部分概略図である。 装置を工作トンネル内で使用する複合工作機械の底面図である。 ２つの装置を用いる複合工作機械の斜視図である。 ２つの装置を用いる複合工作機械、および本発明によるそれらの共通取扱手段の配置図である。 ４つの装置を用いる複合工作機械、および共通メンテナンス領域の配置図である。

図１に示すように、装置は、工作ヘッド１０、ほぼ水平な軸Ｘに沿って移動可能でありＸ往復台と呼ばれる第１および第２の往復台２０ａ、２０ｂ、および工作ヘッド１０をそれぞれＸ往復台２０ａ、２０ｂに対して所定位置に保つ連結手段３０ａ、３０ｂを有する。

少なくとも１つの連結手段３０ａは、少なくとも２つのリンク３１ａ、３２ａを有し、各リンクは、１つの端部で工作ヘッド１０に、他方の端部で第１の往復台３３ａにヒンジで取り付けられ、Ｙ往復台と呼ばれる前記往復台は、前記往復台のＸ移動軸にほぼ垂直なほぼ水平な方向Ｙに前記Ｘ往復台に沿って移動可能に、第１のＸ往復台２０ａに移動可能に固定されている。

第２の連結手段３０ｂは、１つの端部で工作ヘッド１０に、他方の端部で第２のＹ往復台３３ｂにヒンジで取り付けられた少なくとも１つのリンク３１ｂを有し、前記Ｙ往復台は、Ｙ方向に前記Ｘ往復台に沿って移動可能に、第２のＸ往復台２０ｂに移動可能に固定されている。

リンク３１ａ、３２ａ、３１ｂは、装置が取り付けられる複合工作機械が行わなければならない機械加工の静的および動的負荷に対して十分な剛性を持つように設計されている。各リンクは、前記ヘッドに連結された基準フレームにおけるＺ軸に沿って、すなわち往復台のＸ、Ｙ移動方向によって規定される平面にほぼ垂直な方向に、工作ヘッド１０が垂直に並進で移動可能なように、そして他の軸においては並進および回転の両方で固定位置に保たれるように、ヒンジで取り付けられている。この結果は部分的には、第１のＹ往復台３３ａと工作ヘッド１０の間のリンク３１ａ、３２ａが、工作ヘッドを一定の向きに保つ効果を有する平行四辺形を形成したようにリンクをヒンジで取り付けることによって、および部分的には、ヒンジピンで、リンク３１ａ、３２ａ、３１ｂを工作ヘッド１０およびＹ軸に平行およびほぼ平行なＹ往復台３３ａ、３３ｂへと連結することによって達成できる。

図２に示すある実施例では、第２の連結手段３０ｂも少なくとも２つのリンク３１ｂ、３２ｂを有し、前記２つのリンク、Ｙ往復台３３ｂ、および工作ヘッド１０が、第１の連結手段３０ａのリンク３１ａ、３２ａによって形成されたものと同様の平行四辺形を形成するように、工作ヘッド１０およびＹ往復台３３ｂへとヒンジで取り付けられている。

Ｙ軸に十分な剛性を付与するため、各リンクは好ましくは、その短い底辺がＹ軸に平行な軸を持つ少なくとも２つのＵ字形金具によって工作ヘッド１０にヒンジで取り付けられ、長い底辺が同じくＹ軸に平行な軸を持つ少なくとも２つのＵ字形金具によって関連するＹ往復台にヒンジで取り付けられている台形である。

各Ｙ往復台３３ａ、３３ｂは、それぞれ摺動トラック２１ａ、２２ａ、および２１ｂ、２２ｂによって、対応するＸ往復台２０ａ、２０ｂへ固定されている。これらは対応するＸ往復台上に設置され、Ｘ往復台とＹ往復台間に他のいかなる相対運動も許すことなく、Ｙ往復台がＸ往復台に沿ってＹ方向に並進で移動することを許容する。

各Ｘ往復台２０ａ、２０ｂは、好都合には、Ｙ軸に沿って向けられ、それぞれ２つの端板２４ａ、２５ａ、および２４ｂ、２５ｂで終わるビーム２３ａ、２３ｂをそれぞれ有する。ビームはそれぞれ、摺動トラック２１ａ、２２ａ、および２１ｂ、２２ｂを支持する。ビーム２３ａ、２３ｂの端部にある端板２４ａ、２５ａ、および２４ｂ、２５ｂは、ビームのねじれ剛性に貢献しており、Ｘ往復台２０ａ、２０ｂを支持する構造物と係合するための案内パッドなどの案内手段２６を支持している。

ビーム２３ａ、２３ｂは工作負荷を支え、機械加工と相いれない振動を防ぐのに十分な剛性を持つ必要がある。

ガントリーなどの複雑な可動構造物がなければ、ビームの形状は単純であるため、質量を増さずにこのような剛性を得ることは比較的たやすい。例えば、図３の部分図に示すように、ビーム２３ａ、２３ｂの断面は、好都合には閉じており、大ざっぱに言って三角形あるいは台形であり、大きな曲げ剛性を付与し、ビームに取り付けられた端板は、断面形状に対して、さらなるねじれ剛性を与える。

各Ｘ往復台２０ａ、２０ｂは、Ｘ移動方向へ移動可能である。（図示せず）手段がＸ往復台の制御された動きをもたらし、例えば、ボールねじやラックを用いる並進駆動装置である。Ｘ往復台のＸ方向への移動は、２つの往復台を隔てる距離が一定である両Ｘ往復台の共同運動、または２つのＸ往復台間の距離が変化する差動移動、あるいはこれら２つの動きを組み合わせたものである。

２つのＸ往復台のこれらの動きは、共同であるか相対的であるかを問わず、共通の基準点に対して各往復台の位置をチェックしながらの各Ｘ往復台の独立した動きによって、あるいは、Ｘ往復台の１つの絶対運動および前者に対する他方のＸ往復台の相対運動によって、起こすことができる。

各Ｙ往復台３３ａ、３３ｂは、それぞれが設置されているビーム２３ａ、２３ｂに沿ってＹ方向に移動可能である。Ｙ往復台の制御された動きは、ねじやラックなどの従来の手段によって達成可能である。ある実施例では、Ｙ往復台３３ａ、３３ｂの１つのみが前記手段によりＹに沿って駆動され、一方、これらの手段によって駆動されていないＹ往復台は、リンク３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂの連結部のねじれ剛性のみによって、自由に駆動されている。他の実施例においては、Ｙ往復台３３ａ、３３ｂの両方が同期した手段によって駆動され、Ｙ沿いの工作ヘッド１０の位置の正確さを高め、装置内の負荷の非対称を制限する。

工作ヘッド１０は剛構造体１１を有し、これは
様々なヒンジリンク３１ａ、３２ａ、および３１ｂ、３２ｂの取り付け点を含み、それぞれ、連結手段の平行四辺形の辺１２ａ、１２ｂを形成し、
２つの辺１２ａ、１２ｂの間、よっておよびリンク３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂの取り付け点の間に剛連結部１３をもたらす。

この剛構造体１１は、それが支持されているリンクによって形成される１つ以上の平行四辺形の形状により一定の向きを保つものであり、工作機械（図示せず）をその軸を中心に回転させるためのスピンドル１４を支持する。この工作スピンドル１４は、剛構造体１１に固定式で、あるいはもし工具の軸が機械加工の要求に沿うように調整可能であることが必要なら、１つ以上の軸を中心としたヒンジ式で設置された、電動式あるいは油圧式スピンドルなどの従来式のスピンドルである。図１は、Ｘ移動方向へ平行な軸１５を中心として剛構造体１１に対して回転可能なスピンドル１４の場合を示す。

装置はこのように、工作ヘッド１０を、主要な３つの軸に沿って並進で移動可能とする。

Ｘ往復台２０ａ、２０ｂによるＸ軸に沿っての移動は、Ｘ往復台の間に一定の距離を保ってＸ往復台が同時に動いたときに工作ヘッド１０がＸ軸に沿って移動するのを許容する。

ＸＹ移動軸によって規定される平面に垂直なＺ軸に沿っての工作ヘッド１０によっての移動は、２つのＸ往復台２０ａ、２０ｂ間の距離を変えることで達成できる。

よって、工作機械の従来式の数値制御によるＸ往復台２０ａ、２０ｂの組み合わせ移動は、使用される手段の寸法および形状によって許容される範囲内で、工作ヘッド上に配置された工具に関して、Ｘ、Ｚ軸によって規定される平面におけるあらゆる進路を容易に取り得るものとする。

Ｙ往復台３３ａ、３３ｂの同時移動は、ビーム２３ａ、２３ｂの長さによって強いられる制限内でのＹ方向への工作ヘッドの移動を可能とする。

これらの並進での移動のすべてが、ガントリーの場合ほど可動部の質量を大きくすることなく高剛性を付与可能な手段によって達成される。

この理由は、図４に示すように、Ｘ往復台２０ａ、２０ｂがその移動中、固定案内手段４４上に支持されているためである。前記固定案内手段は、床面に対して固定されている構造体４１、４２によって支持されおり、前記構造体は、装置の動的性能に悪影響を及ぼすであろう移動組立体の質量増加の恐れなしに、必要なだけ補強可能である。

本発明による装置は、装置が機械加工を実際に行っていないとき、同等の工作能力をもたらすガントリーの場合よりも１０〜２０倍の移動速度を実現することを可能とし、しかも機械加工中の剛性はさらに高い。工具の変更や機械加工中のワークピースの検査などの多くの作業では工作ヘッドをどかす必要があり、実際の工作作業に対するタイムロスの量は装置が従来式の機械で使用される場合の時間の５０％にも及ぶので、この非工作時の移動速度はきわめて重要である。

初期テストによれば、同等の工作能力の場合、本発明の装置は、静的作業において現在ガントリーによって実現されている剛性より、動的動作において高い剛性を実現することに何の問題もない。

工作ヘッドの動きおよび工作機械の軸は、Ｘ往復台２０ａ、２０ｂおよび工作ヘッド１０の上方に位置するワークピースを機械加工するように配置されている。前記ワークピースは、例えば、工作トンネル４０の天井４３に固定されており、その長さには理論的には制限がなく、好都合には、工作ヘッドによって到達可能なゾーンを越えて延びる装置の様々なパーツを収容するのに必要な大きさを考慮に入れ、ワークピースの最大長に合わせてある。

工作トンネル４０は、好都合には、工作作業およびメンテナンス作業の両方で、最大のワークピース１０４、工作装置、およびその動きを受け入れるのに十分な大きさである。

さらに工作トンネルのメンテナンスをより容易にするため、その作業ゾーンの外、例えば、トンネル端部１２３の一方へ工作装置を動かすことが好ましい。

ガントリーと違いトンネル４０は固定されているため、工作ヘッドの動きの加速を制限しない。よって使用される部材は、高密度で、非振動性で、望ましい剛性を得るのに必要な厚さを持つものとできる。

工作トンネル４０の使用時には、好都合には、Ｘ往復台２０ａ、２０ｂの案内パッド２６が、トンネル４０のほぼ垂直な側壁４１、４２に取り付けられた固定案内手段４４に乗っている。

オーバーヘッド式の機械加工の重要な利点は、特別なワーク保持手段が必要であるとはいえ、機械加工された素材のチップが、重力によって自然に除去されることにある。よってチップを除去するために大量の切削油を使う必要がなく、非常に高温のチップによってワークピースが損傷する恐れなしに乾式機械加工が可能である。

好都合には、図５ａに示すように、工作トンネル４０にはチップ収集装置１０５が設けられ、好ましくはトンネル４０の一端１２３に配置されている。実施の一例では、チップは、チップ搬送手段１５１によって収集され、これはベルトなどであり、工作ヘッドの下方に位置し、前記チップを前記収集装置へと運び去る。

操作者による工具取り付けを容易にするため、トンネル４０には好都合には、切削工具１０６のマガジンが設けられている。

操作者の介在なしでの自動的な工具制御および工具交換を許容するため、マガジン１０６は好都合には、自動工具交換装置が取り付けられている。

マガジン１０６および工具交換装置は好ましくは、トンネルの一端に配置され、マガジン１０６は、ルーフ２１２と呼ばれるトンネル４０の天井４３の上部へ固定され、工具交換装置は、トンネル４０内部でマガジン１０６の下方に配置されている。前記マガジンは、工作作業中に操作者の介在を必要とすることなく、１つのパーツ１０４を製作するのに必要な数の工具を有するのに十分な大きさである。

好都合には工作トンネル４０は、この閉鎖された構成により、工場で開放式の機械に使用するのは不可能な、例えば１５バールより大きい圧力での高圧潤滑を可能とする。潤滑油は、機械加工中にワークピース１０４から重力によって自然に排出され、同時にチップを床面へと取り除くのを助ける。さらに前記構成は、切削油による工場の空気の汚染を実質的になくす。

実施の一例では、図５ｂに示すように、ワークピース１０４をトンネル４０の天井４３へ据え付け、固定するために、前記ワークピースは、第２の往復台（図示せず）によって天井４３に配置され、工作ヘッドを備えた工作装置は、トンネルの一端１２３に置かれている。その後、操作者が、前記ワークピースを天井４３へと締着する。

実施の他の例では、トンネル４０の天井４３は開口１２５を有し、テーブル１２６を受け入れ、その上にワークピース１０４が従来の手段によって保持されている。前記テーブルは、移動ブリッジ（図示せず）などの持ち上げ手段によって、その後、ワークピースを準備するために前記テーブルを逆転させるのに用いられる支持体上に設置される前に、ルーフ２１２から持ち上げられる。前記持ち上げ手段は、前記テーブルを再び開口１２５内に配置することを可能とする。好都合には、前記テーブル１２６をトンネルの天井４３に固定するためにクランプなどの手段が設けられ、テーブル１２６、よってワークピース１０４を機械加工中に動かないようにする。

実施の他の例では、先行するワークピースの機械加工中にワークピースを準備する作業が、可逆テーブル１２６を用いて行われる。この可逆テーブルは、ワークピース準備用の機械によって床面上の占有面積を増加させない。よって、同時にテーブル１２６の一方の面２６１上で１つのワークピース１０４を機械加工し、同時に第１の面２６１と反対の第２の面２６２上で別のワークピース１４１準備することが可能になる。ここではテーブルを上下ひっくり返すのを可能とする手段が設けられている。

この実施例の具体的な形態では、前記可逆テーブルは、長軸を中心に回転する。

前記テーブルは必然的に、あらゆる工作負荷に対応するものとして設計されている。これは好ましくは十分な剛性を有し、他のワークピースが機械加工されている最中のワークピース１４１のセットアップが、ワークピース１４１の締着による振動など、トンネル内部で進行中の工作作業を邪魔しないものとする。

トンネル４０の第１の実施例では、ワークピース１４１のテーブル１２６への設置および除去を容易とするため、トンネル４０のルーフ２１２が、工場の床面とほぼ同じ高さか、あるいはわずかに高くなっている。チップ収集装置１０５は好ましくは、床面高さにある。この実施例は、工場内での空気汚染および騒音を著しく減少させ、換気のよい工場を可能とする。

トンネル４０の第２の実施例では、前記トンネル４０は工場の床面上に組み立てられ、仮の床面がトンネルのルーフ２１２とほぼ同じ高さに設けられ、先行するワークピースの機械加工中における、トンネル４０の外に位置するテーブルの面２６２上での、ワークピース１４１を準備する作業を単純化する。チップ収集装置１０５は好ましくは、トンネル４０の一端１２３に配置される。この場合、好都合には、メンテナンスのためのトンネル４０へのアクセスを簡単にするため、トンネルの一端に開口を設けることができる。

同時にいくつものワークピースを機械加工するため、トンネル４０を拡幅し２つの工作ヘッドを同一の工作装置に取り付けることが可能である。ただし、従来のガントリー装置の場合と同様、工作ヘッドのカップリング（工具をほぼ同じ高さにセットし、同クラスの工具を選択する）や、そのうちの１つをメンテナンスするため工作ヘッドのすべてをストップさせるなど、まだ多くの制約がある。工作装置を比較的簡略化し質量を小さくするという観点から、１つの工作装置が２つの工作ヘッドを有するより、２つの独立した工作装置が用いられ、それぞれが１つの工作ヘッドを有するほうが好ましい。さらに、２つの独立した工作装置を持つこうした構成は、１つの工作装置が２つの工作ヘッドを有するものと比べ、床面に著しく大きなスペースを占めるわけではない。

こうした装置の具体的なデザインでは、機械加工の質に影響を及ぼす剛性の問題を考慮することが特に重要である。装置の剛性および振動挙動に影響を及ぼす様々なパーツ（特にビームとリンク）は、数量および位置に関して、工作条件、工作負荷、および起こり得る振動数に合わせた剛性を持つ。

リンク３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂのヒンジ連結部は、好都合にはＵ字形金具を有し、好ましくはペアになっており、大きく作られ、連結部に十分な剛性を確保するため対向して配置されたテーパ付きローラー軸受けのペアを組み入れている。

ビーム２３ａ、２３ｂと側板２５ａ、２５ｂのそれぞれの間の連結部の剛性は、必要であれば、それぞれ補強部材２７ａ、２７ｂによって補強可能である。

ビーム２３ａ、２３ｂのそれぞれＹ往復台３３ａ、３３ｂを支持する面は、好都合には垂直に近く、好ましくはＹ、Ｚ方向によって規定される平面に対して４５度未満の角度で傾斜している。これにより組立体をより高剛性とでき、工作ヘッド（１０）をＺ方向に移動させる際の負荷の伝達をよりよくできる。

例えばボールねじなどのＹ往復台３３ａ、３３ｂの並進駆動手段は、好都合には、ビーム２３ａ、２３ｂの頂部において、Ｙ往復台の上方に位置している。こうした配置により、装置の重心が持ち上がり、前記重心が慣性の中心により近い位置となることが可能となる。よって全体の剛性が高まり、工作機械の変形が減る。

ある実施例では、２つの工作ヘッド１０を持つ複合工作機械１１１が、
・２つの工作テーブル１２６、
・取扱手段１０７、および
・ワークピース保管領域１０８を有する。

取扱手段１０７は、２つの工作テーブル１２６に求められるワークピース１４１のあらゆる動きを、前記取扱手段が行えるように配置されている。

保管領域１０８は、好ましくはテーブルの端部の一方に配置され、前記２つのテーブルで共有できるようになっている。

実施の一例では、図６ａ、６ｂに示すように、それぞれテーブル１２６と１つの工作ヘッド１０を持つ工作装置を有する２つのトンネル４０が、軸を並行に、かつ端部を同一の垂直平面に持つように配置され、側壁４１、４２の一方で接合されている。このいわゆる双設トンネル構成は、工場の床面積の占有を最小限にしながら、２つのワークピースの同時かつ独立した機械加工を可能とする。

ある具体的な実施例では、２つの接合壁４１、４２が単一の壁を形成する。２つのトンネル間に単一の壁を持つこの双設トンネル構成は、好都合には補強材を有し、必要な剛性を維持しながら使用部材の厚さを減じることを可能とする。

実施の他の例では、長さが２倍とされた単一のトンネル４０が、互いに同一線上に延びる２つのテーブル１２６を有し、２つの工作装置が１つの工作ヘッドを有する。２つの工作装置は、トンネル４０の全長にわたって移動可能で、よっていずれのテーブル１２６においても同様の容易さで機械加工に使用可能である。このように、この単一トンネル構成であれば、好ましくはトンネル中央に配置されたメンテナンス領域（図示せず）が、両工作装置によってメンテナンス用に共有できる。各工作トンネル４０からのチップは、好都合には、共通のチップ収集装置１０５へと搬送される。

他の実施例では、図７に示すように、４つの工作ヘッドを持つ複合工作機械１１２が、
・４つのテーブル１２６、
・メンテナンス領域１０９、
・２つの取扱手段１０７、および
・２つのワークピース保管領域１０８を有する。

この実施例では、４つのテーブルが平行なペアで配置されている。

メンテナンス領域１０９は、共通の指令および制御手段を用いるように配置され、整列テーブル間に置かれている。工作トンネルの天井が工場の床面とほぼ同じ高さなら、前記メンテナンス領域はまた、４つの工作装置に対して持ち上げおよび必要なメンテナンスを行うために用いられる。

各取扱手段１０７は、２つの工作テーブル１２６に求められるワークピース１４１のあらゆる動きを、各取扱手段が行えるように配置されている。

各保管領域１０８は、前記２つのテーブル間で共有されるように配置され、好ましくはメンテナンス領域１０９とは反対の２つのテーブル１２６の端部に位置している。

４つの工作ヘッドを持つ複合工作機械１１２のこのような配置は、カップリングに関する制約なしに、ただし従来の４ヘッド型ガントリー式工作機械と実質的に同じ、あるいはそれより狭い床面積内で、４つのワークピース１０４を同時に機械加工するのに利用可能である。

一実施例では、上述の２つの双設トンネル構成が平行に連結される。各双設トンネル構成は、接合二重壁または共通の分離壁を有する。

他の実施例では、それぞれ互いに同一線上に延びる２つのテーブル１２６を有し、２つの工作装置が１つの工作ヘッドを有する、平行かつ独立した、長さが２倍の２つのトンネル４０が、側壁４１、４２の１つを介して隣り合わせに配置されるか、あるいは代わりに、共通の分離壁を共有する。２つの工作装置は、トンネル４０の全長にわたって移動可能で、よっていずれのテーブル１２６においても同様の容易さで機械加工に使用可能である。

トンネル内部での潜在的事故を監視し、安全を確保するため、少なくとも１つのビデオ監視カメラおよび少なくとも１つのエネルギ停止制御装置が、好ましくはトンネル４０内部に設けられ、監視ディスプレイがカメラにつながれ、例えば、複合工作機械または問題の工作ヘッドの制御パネルの近傍に据え付けられている。

本発明はこのように、固定テーブルに設置されたワークピースを機械加工するための従来のガントリー式機械よりも速く、より生産性の高い数値制御工作機械を製作することを可能とする。

１０ 工作ヘッド
１１ 剛構造体
１２a、１２ｂ 辺
１３ 剛連結部
１４ スピンドル
１５ 軸
２０a、２０ｂ Ｘ往復台
２１a、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ 摺動トラック
２３a、２３ｂ ビーム
２４a、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ 端板
２６ 案内手段（案内パッド）
２７a、２７ｂ 補強部材
３０a、３０ｂ 連結手段
３１a、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ リンク
３３a、３３ｂ Ｙ往復台
４０ トンネル
４１、４２ 側壁（構造体）
４３ 天井
４４ 固定案内手段
１０４、１４１ ワークピース
１０５ チップ収集装置
１０６ 切削工具マガジン
１０７ 取扱手段
１０８ 保管領域
１０９ メンテナンス領域
１１１、１１２ 複合工作機械
１２３ トンネル端部
１２５ 開口
１２６ テーブル
１５１ チップ搬送手段
２１２ ルーフ
２６１、２６２ 面

Claims (35)

1. 少なくとも３つの並進軸、すなわち縦軸Ｘ、横軸Ｙ、および垂直軸Ｚにおいて移動可能な、静止状態のワークピースを機械加工するための工作ヘッド（１０）からなる工作装置において、
   ワークピースはＺ軸において工作ヘッド（１０）上方に固定されており、
   工作ヘッドは、少なくとも３つのヒンジリンク（３１ａ、３２ａ、３１ｂ）を有する連結手段（３０ａ、３０ｂ）によって一定の向きに保たれており、
   ３つ以上のリンクのうち２つのリンク（３１ａ、３２ａ）は、工作ヘッドと、それらがヒンジで取り付けられた第１のＹ往復台（３３ａ）とで、Ｘ、Ｚ方向によって規定される平面において変形可能な第１の平行四辺形を形成し、
   ３つ以上のリンクのうち少なくとも１つの他のリンク（３１ｂ）は、工作ヘッド（１０）および第２のＹ往復台（３３ｂ）の双方にヒンジで取り付けられており、よって少なくとも１つのリンク（３１ｂ）、工作ヘッド（１０）、および第２のＹ往復台（３３ｂ）によって形成されたヒンジ組立体は、Ｘ、Ｚ方向によって規定される平面において変形可能であり、
   第１のＹ往復台（３３ａ）は、Ｘ軸と平行な方向に移動可能な第１のＸ往復台（２０ａ）の上で、Ｙ軸と平行な方向に移動可能であり、
   第２のＹ往復台（３３ｂ）は、Ｘ軸と平行な方向に移動可能な第２のＸ往復台（２０ｂ）の上で、Ｙ軸と平行な方向に移動可能であることを特徴とする工作装置。
2. 少なくとも４つのヒンジリンク（３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ）を有し、このうち少なくとも２つのリンク（３２ａ、３２ｂ）が、ヘッド（１０）と、それらがヒンジで取り付けられた第２のＹ往復台（３３ｂ）とで、Ｘ、Ｚ方向によって規定される平面において変形可能な第２のヒンジ平行四辺形を形成することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 工作ヘッド（１０）のＸ軸沿いの位置は、両Ｘ往復台（２０ａ、２０ｂ）の同時移動によって変更され、そして、工作ヘッド（１０）のＺ軸沿いの位置は、２つのＸ往復台（２０ａ、２０ｂ）のお互いに対する相対運動によって変更されることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 各リンク（３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ）は、そのヒンジ端部のそれぞれに少なくとも２つのＵ字形金具を有し、その軸は基本的にはＹ方向と平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
5. リンクの形状は台形で、短い底辺は工作ヘッド（１０）にヒンジで取り付けられており、長い底辺はＹ往復台（３３ａ；３３ｂ）にヒンジで取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の装置。
6. リンクは、対向して設けられたテーパ付きローラー軸受けによってヒンジで取り付けられていることを特徴とする請求項４または５記載の装置。
7. 各Ｘ往復台（２０ａ、２０ｂ）は、その上に摺動トラック（２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂ）がＹ軸と平行に設置され、その上をＹ往復台が走るビーム（２３ａ、２３ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の装置。
8. ビーム（２３ａ、２３ｂ）は、本質的に三角形あるいは台形の閉じた断面を有することを特徴とする請求項７記載の装置。
9. その上をＹ往復台（３３ａ、３３ｂ）が走るビーム（２３ａ、２３ｂ）の面は、本質的に垂直であることを特徴とする請求項７または８記載の装置。
10. その上をＹ往復台（３３ａ、３３ｂ）が走るビーム（２３ａ、２３ｂ）の面は、垂直に対して４５度以下で傾いていることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. Ｙ往復台（３３ａ、３３ｂ）は、ビーム（２３ａ、２３ｂ）の頂部に配置されたボールねじによってＹ軸に沿って駆動されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項記載の装置。
12. Ｘ軸に沿っての移動のため、Ｘ往復台（２０ａ、２０ｂ）が案内手段（２６）を有する請求項１〜１１のいずれか１項記載の装置。
13. 案内手段（６）は、ビーム（２３ａ、２３ｂ）の端部に固定された端板（２４ａ、２５ａ、２４ｂ、２５ｂ）に配置されていることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 少なくとも１つの補強部材（２７ａ、２７ｂ）が、端板（２４ａ、２４ｂ）とビーム（２３ａ、２３ｂ）の間の連結部を補強することを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に沿った工作ヘッド（１０）の並進のため、Ｘ往復台（２０ａ、２０ｂ）、Ｙ往復台（３３ａ、３３ｂ）の動きが、数値制御手段によって制御されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載の装置。
16. 工作ヘッド（１０）は、軸を垂直なＺ以外の方向に向けることができる工作機械用に、少なくとも１つのスピンドル（１４）を有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載の装置。
17. 工作作業中に固定ワークピースを機械加工するための工作機械であり、請求項１〜１６のいずれか１項記載の装置はトンネル（４０）に配置され、ワークピースはその天井（４３）に固定され、ここでＸ往復台（２０ａ、２０ｂ）は、トンネル（４０）の側壁（４１、４２）に固定されたＸ方向への案内手段（４４）上に支持され、Ｘ軸に沿って移動するものであることを特徴とする工作機械。
18. 工作装置が工作ゾーンの外へ延びるのを許容するため、トンネル（４０）の長さは、最大のワークピース（１０４）の長さより大きいことを特徴とする請求項１７記載の工作機械。
19. チップ収集手段（１０５）に向け、トンネルの端部（１２３）の一方へ、ワークピース（１０４）の機械加工中に生じたチップを搬送するための手段（１５１）が設けられていることを特徴とする請求項１７または１８記載の工作機械。
20. トンネル（４０）の天井（４３）は、その上にワークピース（１０４）が保持されたテーブル（１２６）を受け入れ可能な開口（１２５）を有することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項記載の工作機械。
21. テーブル（１２６）は逆にできることを特徴とする請求項２０記載の工作機械。
22. 可逆テーブル（１２６）は、水平軸を中心に回転することを特徴とする請求項２１記載の工作機械。
23. トンネルの天井（４３）は、工場の床面と基本的に同じ高さであることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか１項記載の工作機械。
24. トンネル（４０）は、工場の床面と同じ高さであることを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか１項記載の工作機械。
25. 仮の床面が、トンネルのルーフ（２１２）と基本的に同じ高さに作られ、作業ゾーンを規定することを特徴とする請求項２４記載の工作機械。
26. トンネル内部に監視カメラを有することを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか１項記載の工作機械。
27. 工作作業中に固定ワークピースを機械加工するための複合工作機械（１１１）であり、請求項１７〜２８のいずれか１項記載の工作機械を２つ有し、かつ取扱手段（１０７）および保管領域（１０８）を有し、両方が２つの工作機械によって共有されるように設計されていることを特徴とする複合工作機械（１１１）。
28. それぞれが工作装置を有する２つのトンネル（４０）が、平行で、側壁（４１、４２）の１つで隣り合わせに接合されていることを特徴とする請求項２７記載の複合工作機械（１１１）。
29. 接合された２つの側壁（４１、４２）が、単一の壁を形成することを特徴とする請求項２８記載の複合工作機械（１１１）。
30. ２つのトンネル（４０）は、互いに同一線上に延びることを特徴とする請求項２７記載の複合工作機械（１１１）。
31. 工作作業中に固定ワークピースを機械加工するための複合工作機械（１１２）であり、請求項１７〜２８のいずれか１項記載の工作機械を４つ有し、かつ４つの工作機械によって共有されるように設計された、メンテナンス領域（１０９）、２つの取扱手段（１０７）、および２つの保管領域（１０８）を有することを特徴とする複合工作機械（１１２）。
32. それぞれが工作装置を有する４つのトンネル（４０）が、平行なペアに配置され、各双設トンネルは壁（４１、４２）の１つで隣り合わせに接合されていることを特徴とする請求項３１記載の複合工作機械（１１２）。
33. 各双設トンネルの接合された２つの壁（４１、４２）が、単一の壁を形成することを特徴とする請求項３２記載の複合工作機械（１１２）。
34. 長さが２倍のトンネル（４０）２つが、それぞれ２つの工作装置を有し、壁（４１、４２）の１つで隣り合わせに接合されていることを特徴とする請求項３１記載の複合工作機械（１１２）。
35. 接合された２つの壁（４１、４２）が、単一の壁を形成することを特徴とする請求項３４記載の複合工作機械（１１２）。

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