JP2012179702A - 工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】被加工物の曲面に対して、高精度に加工を行うことができる工作機械を提供する。
【解決手段】平坦な平面Ｗａと湾曲した曲面Ｗｂとを有するワークＷを、平面Ｗａが水平に配置された状態で固定して、曲面Ｗｂに対して孔開け加工を行う工作機械であって、曲面Ｗｂに対して孔開け加工を行う工具Ｔ１を回転可能に装着する下加工ヘッド２５と、下加工ヘッド２５を工具Ｔ１の軸方向に移動させる下サドル２４と、平面Ｗａに対して、曲面Ｗｂの曲率に応じて設定された傾斜角度αで傾いて設けられ、下サドル２４を傾斜角度αの傾斜方向に移動可能に支持する下クロスレール２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物の曲面に対して加工を行うことができる工作機械に関する。
一般的に、航空機の翼を製造する場合には、桁、外板、リブ等の翼構成部材をそれぞれ個別に製造した後、これら翼構成部材同士をリベットやファスナ等によって連結することにより、翼を組み立てるようにしている。そして、上述した、翼構成部材の製造時や翼構成部材同士の連結時においては、最終的な翼の組み立て精度を満足するために、各種の工作機械によって、様々な加工を行うようになっている。
例えば、特許文献１では、２つの翼分割構造体を最終的に連結することにより、翼を組み立てるようにしている。そして、その翼分割構造体同士の連結時においては、互いの連結面に対して平坦度加工を行って、それら連結面における面精度の向上を図るようにしている。
特開昭５８−８９４９６号公報
ここで、完成品としての翼は流線形をなすことから、その翼を構成する翼構成部材の中には、曲面形状を有するものがある。しかしながら、上記従来の工作機械は、平坦度加工を行う専用機であるため、平面状の被加工面に対する加工は可能であっても、湾曲した被加工面に対する加工には、適用することが困難であった。
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、被加工物の曲面に対して、高精度に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、
平坦な平面と、前記平面と対向し、且つ、湾曲した曲面とを有する被加工物を、前記平面が水平に配置された状態で固定して、前記曲面に対して加工を行う工作機械であって、
前記曲面に対して加工を行う第１回転工具を回転可能に装着する第１加工ヘッドと、
前記第１加工ヘッドを前記第１回転工具の軸方向に移動させる第１サドルと、
前記平面に対して、前記曲面の曲率に応じて設定された所定の第１傾斜角度で傾いて設けられ、前記第１サドルを前記第１傾斜角度の傾斜方向に移動可能に支持する第１クロスレールとを備える
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、
前記曲面は、前記第１傾斜角度の傾斜方向と直交する方向において、前記平面に対して所定の第２傾斜角度で傾斜するように形成され、
前記第１クロスレールを前記第２傾斜角度の傾斜方向に移動可能に支持する第１ベッドを備える
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、
前記平面に対して加工を行う第２回転工具を回転可能に装着する第２加工ヘッドと、
前記第２加工ヘッドを前記第２回転工具の軸方向に移動させる第２サドルと、
前記第２サドルを水平方向に移動させる移動手段とを備え、
前記第１回転工具による前記曲面に対する加工と、前記第２回転工具による前記平面に対する加工とを、同時に行う
ことを特徴とする。
従って、本発明に係る工作機械によれば、第１加工ヘッドを、曲面の形状に沿うように移動させることができるので、第１回転工具を、曲面における所定の加工位置に対して直交する方向に移動させることができると共に、第１加工ヘッドのストローク量を小さくすることができるため、当該第１加工ヘッドの剛性を向上させることができる。これにより、被加工物の曲面に対して、高精度に加工を行うことができる。
本発明の一実施例に係る工作機械の正面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
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。
先ず、図１及び図２に示した工作機械１は、筒状のワーク（被加工物）Ｗの上平面Ｗａ及び下曲面Ｗｂに対して、孔開け加工を行うものである。このワークは、例えば、航空機における翼の骨格構造体となるものである。
ここで、ワークＷの上平面Ｗａは、平坦に形成されており、下曲面Ｗｂと対向している。一方、ワークＷの下曲面Ｗｂは、ワーク幅方向において、所定の曲率を有して湾曲すると共に、ワーク長手方向おいて、上平面Ｗａに対して所定の傾斜角度（第２傾斜角度）βで傾斜するように形成されている。即ち、下曲面Ｗｂは、傾斜した曲面形状となっている。
そして、工作機械１においては、ワークＷを、上平面Ｗａが、上向きで、且つ、水平に配置された状態で固定して、その上平面Ｗａ及び下曲面Ｗｂに対して、孔開け加工を行うようになっている。即ち、工作機械１においては、ワークＷを、水平に配置した上平面Ｗａに対して下曲面Ｗｂが傾斜した状態で、固定するようになっている。このような、孔開け加工時におけるワークＷの固定状態は、翼の航空機への設置時における当該翼の中に組み込まれたワークＷの設置（固定）状態と同じ状態となっている。
次に、工作機械１の構成について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、工作機械１の左右両側には、左右一対の側壁１１ａ，１１ｂが、水平なＸ１軸方向（機械縦方向）に設けられている。側壁１１ａ，１１ｂの上面には、取付治具１２ａ，１２ｂが設けられており、この取付治具１２ａ，１２ｂには、ワークＷの左側面Ｗｃ及び右側面Ｗｄが、それぞれ固定されている。
更に、側壁１１ａ，１１ｂの上面における取付治具１２ａ，１２の外側には、上ベッド１３ａ，１３ｂが、Ｘ１軸方向に延設している。そして、この上ベッド１３ａ，１３ｂの上案内面３３ａ，３３ｂには、門形の上クロスレール１４が、ワークＷを跨ぐように、Ｘ１軸方向に移動可能に支持されている。なお、上ベッド１３ａ，１３ｂ及び上クロスレール１４は、移動手段を構成するものである。
上クロスレール１４の前案内面３４には、上サドル（第２サドル）１５が、水平なＹ１軸方向（機械幅方向）に移動可能に支持されている。そして、上サドル１５内には、上加工ヘッド（第２加工ヘッド）１６が、鉛直なＺ１軸方向（機械上下方向）に摺動可能に支持されており、この上加工ヘッド１６の下端には、ドリル等の工具（第２回転工具）Ｔ２が回転可能に装着されている。
従って、上クロスレール１４をＸ１軸方向に移動させると共に、上サドル１５をＹ１軸方向に移動させることにより、上加工ヘッド１６を、水平配置されたワークＷの上平面Ｗａに沿うように水平移動させることができる。また、上クロスレール１４及び上サドル１５によって、Ｘ１，Ｙ１軸方向に位置決めされた上加工ヘッド１６を、Ｚ１軸方向（工具Ｔ２の軸方向）に移動させることにより、工具Ｔ２を、水平配置されたワークＷの上平面Ｗａに対して直交する方向に移動させることができる。
また、側壁１１ａ，１１ｂの内側には、左右一対の下ベッド（第１ベッド）２１ａ，２１ｂが、Ｘ１軸方向に延設している。ここで、下ベッド２１ａ，２１ｂの上案内面４１ａ，４１ｂは、前端から後端に向かうに従って上方に向けて傾斜しており、固定状態のワークＷにおける下曲面Ｗｂの傾斜角度βと同じ傾斜角度となるように設定されている。
下ベッド２１ａ，２１ｂの上案内面４１ａ，４１ｂには、下移動部材２２ａ，２２ｂが、Ｘ２軸方向（上案内面４１ａ，４１ｂの傾斜方向）に移動可能に支持されている。これら下移動部材２２ａ，２２ｂの高さは、異なっており、ワークＷの下曲面Ｗｂの曲率（曲面形状）に応じて、下移動部材２２ａの高さが下移動部材２２ｂの高さよりも低くなるように設定されている。そして、下移動部材２２ａ，２２ｂの上端間には、下クロスレール（第１クロスレール）２３が架け渡されている。即ち、下クロスレール２３は、ワークＷの下曲面Ｗｂの曲率に応じて設定された所定の傾斜角度（第１傾斜角度）αを有した状態で、Ｘ２軸方向に移動可能となっている。
下クロスレール２３の前案内面４３には、下サドル（第１サドル）２４が、Ｘ１，Ｘ２軸方向と直交するＹ２軸方向（前案内面４３の傾斜方向）に移動可能に支持されている。そして、下サドル２４内には、下加工ヘッド（第１加工ヘッド）２５が、Ｙ２軸方向と直交するＺ２軸方向に摺動可能に支持されており、この下加工ヘッド２５の上端には、ドリル等の工具（第１回転工具）Ｔ１が回転可能に装着されている。
従って、下クロスレール２３をＸ２軸方向に移動させると共に、下サドル２４をＹ２軸方向に移動させることにより、下加工ヘッド２５を、湾曲し、且つ、傾斜したワークＷの下曲面Ｗｂに沿うように移動させることができる。また、下クロスレール２３及び下サドル２４によって、Ｘ２，Ｙ２軸方向に位置決された下加工ヘッド２５を、Ｚ２軸方向（工具Ｔ１の軸方向）に移動させることにより、工具Ｔ１を、湾曲し、且つ、傾斜したワークＷの下曲面Ｗｂに対して直交する方向に移動させることができる。
よって、工作機械１を用いて、ワークＷの上平面Ｗａ及び下曲面Ｗｂに対して孔開け加工を行う場合には、先ず、ワークＷの左側面Ｗｃ及び右側面Ｗｄを、取付治具１２ａ，１２ｂを介して固定する。このとき、ワークＷは、上平面Ｗａが水平に配置された状態で、固定されることになる。
次いで、上クロスレール１４をＸ１軸方向に移動させると共に、上サドル１５をＹ１軸方向に移動させ、上加工ヘッド１６を所定の位置に位置決めする。そして、上加工ヘッド１６をＺ１軸方向に所定のストローク量で移動させ、回転させた工具Ｔ２によって、ワークＷの上平面Ｗａにおける所定の孔開け位置に、孔を開ける。
これと同時に、下クロスレール２３をＸ２軸方向に移動させると共に、下サドル２４をＹ２軸方向に移動させ、下加工ヘッド２５を所定の位置に位置決めする。そして、下加工ヘッド２５をＺ２軸方向に所定のストローク量で移動させ、回転させた工具Ｔ１によって、ワークＷの下曲面Ｗｂにおける所定の孔開け位置に、孔を開ける。
更に、上述したような、工具Ｔ１による孔開け加工と、工具２による孔開け加工とを同時に行いながら、ワークＷの上平面Ｗａ及び下曲面Ｗｂに対して、所定数量の孔をそれぞれ開ける。
次いで、孔開け加工が完了したワークＷを、工作機械１から取り外した後、当該ワークＷの上平面Ｗａ及び下曲面Ｗｂに対して、開口された複数の孔を用いて、翼の外板（図示省略）を取り付ける。
これにより、工具Ｔ１，Ｔ２によって加工された全ての孔は、ワークＷにおける上平面Ｗａ及び下曲面Ｗｂの各所定の孔開け位置において、当該上平面Ｗａ及び下曲面Ｗｂに対して直交するように開口することになるため、外板を高精度に取り付けることができる。
なお、上述した工作機械１においては、ワークＷを、上平面Ｗａが、上向きで、且つ、水平に配置された状態で固定して、その上平面Ｗａ及び下曲面Ｗｂに対して、孔開け加工を行うような構成にしているが、ワークＷを、上平面Ｗａが、下向きで、且つ、水平に配置された状態で固定して、その上平面Ｗａ及び下曲面Ｗｂに対して、孔開け加工を行うような構成としても構わない。
上記構成としては、例えば、工具Ｔ２を移動させるための上ベッド１３ａ，１３ｂ、上クロスレール１４、上サドル１５、上加工ヘッド１６等を、固定したワークＷに対して、工作機械１の下方に反転させる一方、工具Ｔ１を移動させるための下ベッド２１ａ，２１ｂ、下クロスレール２３、下サドル２４、下加工ヘッド２５等を、固定したワークに対して、工作機械１の上方に反転させるようにした構成であっても良い。
また、上述した工作機械１においては、ドリル加工用の工具Ｔ１，Ｔ２を装着して、孔開け加工を行うようにしているが、フライス加工用の工具を装着して、平坦度加工を行うことも可能である。更に、ドリル加工用及びフライス加工用に関わらず、異なった種類の加工が可能な工具を、上加工ヘッド１６及び下加工ヘッド２５のそれぞれに装着するようにしても構わない。
従って、本発明に係る工作機械１によれば、平坦な上平面Ｗａと、湾曲した下曲面Ｗｂとを有するワークＷを、上平面Ｗａが水平に配置された状態で固定して、上平面Ｗａに対して、下曲面Ｗｂの曲率に応じて設定された傾斜角度αで傾斜するように下クロスレール２３を設け、この下クロスレール２３に、工具Ｔ１を装着可能な下加工ヘッド２５を移動可能に支持することにより、下加工ヘッド２５を下曲面Ｗｂの曲面形状に沿うように移動させることができる。これにより、工具Ｔ１を、下曲面Ｗｂの所定の孔開け位置に対して直交する方向に移動させることができると共に、下加工ヘッド２５のストローク量を小さくすることができるため、当該下加工ヘッド２５の剛性を向上させることができる。この結果、ワークＷの下曲面Ｗｂに対して、高精度に孔開け加工を行うことができる。
また、ワークＷにおける下曲面Ｗｂの傾斜角度βと同じ傾斜角度で傾斜する下ベッド２１ａ，２１ｂを設け、この下ベッド２１ａ，２１ｂの上案内面４１ａ，４１ｂに、下クロスレール２３を移動可能に支持することにより、下加工ヘッド２５を下曲面Ｗｂの傾斜に沿うように移動させることができる。これにより、下曲面Ｗｂが傾斜していても、当該下曲面Ｗｂに対して、高精度に孔開け加工を行うことができる。
更に、ワークＷの上平面Ｗａに対して孔開け加工を行う工具Ｔ２を装着可能な上加工ヘッド１６を、水平方向に移動可能に設け、工具Ｔ１による下曲面Ｗｂに対する孔開け加工と、工具Ｔ２による上平面Ｗａに対する孔開け加工とを、同時に行うようにしたことにより、孔開け加工の効率化を図ることができる。
本発明は、三次元曲面に対して加工を行えるようにした工作機械に適用可能である。
１ 工作機械
１１ａ，１１ｂ 側壁
１２ａ，１２ｂ 取付治具
１３ａ，１３ｂ 上ベッド
１４ 上クロスレール
１５ 上サドル
１６ 上加工ヘッド
２１ 下ベッド
２２ａ，２２ｂ 下移動部材
２３ 下クロスレール
２４ 下サドル
２５ 下加工ヘッド
３３ａ，３３ｂ，４１ａ，４１ｂ 上案内面
３４，４３ 前案内面
Ｔ１，Ｔ２ 工具
Ｗ ワーク
Ｗａ 上平面
Ｗｂ 下曲面
Ｗｃ 左側面
Ｗｄ 右側面

Claims (3)

  1. 平坦な平面と、前記平面と対向し、且つ、湾曲した曲面とを有する被加工物を、前記平面が水平に配置された状態で固定して、前記曲面に対して加工を行う工作機械であって、
    前記曲面に対して加工を行う第１回転工具を回転可能に装着する第１加工ヘッドと、
    前記第１加工ヘッドを前記第１回転工具の軸方向に移動させる第１サドルと、
    前記平面に対して、前記曲面の曲率に応じて設定された所定の第１傾斜角度で傾いて設けられ、前記第１サドルを前記第１傾斜角度の傾斜方向に移動可能に支持する第１クロスレールとを備える
    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、
    前記曲面は、前記第１傾斜角度の傾斜方向と直交する方向において、前記平面に対して所定の第２傾斜角度で傾斜するように形成され、
    前記第１クロスレールを前記第２傾斜角度の傾斜方向に移動可能に支持する第１ベッドを備える
    ことを特徴とする工作機械。
  3. 請求項１または２に記載の工作機械において、
    前記平面に対して加工を行う第２回転工具を回転可能に装着する第２加工ヘッドと、
    前記第２加工ヘッドを前記第２回転工具の軸方向に移動させる第２サドルと、
    前記第２サドルを水平方向に移動させる移動手段とを備え、
    前記第１回転工具による前記曲面に対する加工と、前記第２回転工具による前記平面に対する加工とを、同時に行う
    ことを特徴とする工作機械。
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