JP2013509307A - 立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタ - Google Patents

立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタ Download PDF

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Abstract

立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタであって、水平に設置される工作機械本体(６)及び垂直に設置される縦支柱(７)を含む。工作機械本体(６)には、Ｘ軸側部支持ラインレール(２)とＸ軸親ねじ(５)が設置され、且つ往復移動する単軸旋回台(１)が配置され、単軸旋回台(１)は、第一外回転子トルクモーターにより直接駆動方式で駆動される。縦支柱(７)に、Ｚ軸側部支持ラインレール(１０)とＺ軸親ねじ(９)が縦方向に設置され、且つ上下に往復移動する横梁(１１)が配置されている。横梁(１１)には、横方向のＹ軸ラインレール(１３)とＹ軸親ねじ(１２)が設置され、且つＹ軸親ねじ(１２)に沿って往復移動する首振りフライスヘッドサドルが配置され、首振りフライスヘッドは、第二外回転子トルクモーターにより直接駆動方式で駆動される。当該立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタは、Ｂ軸及びＣ軸において直接駆動技術を応用し、モーターのトルクを大幅に高め、機能部材を安定的に運転させ、これによって、マシニングセンタ全体の剛性及び安定性を高める。
【選択図】図７

Description

本発明は、工作機械設備に関し、特に立複合型旋削・フライス盤工作機械設備に関する。
自動車、国防、航空宇宙などの産業の急速な発展及びアルミニウム合金などの新材料の利用に従って、旋盤を合わせるに対する要求が益々高まってくる。比較的典型的な航空産業におけるタービンケーシング、ファンケーシング等の典型的な部品を例として取り下げると、このような部品は、技術的には旋削、フライス削り、ラジアルボーリング・中ぐりなどの加工を同時に行う必要があり、同時に精度に対する要求が非常に高い。そのため、実際の加工においては、被加工物に対して複数の工作機械の間で位置決め、部品のクランプ及び工具セッティングを繰り返す必要がある。これは、時間の無駄遣いばかりでなく、生産効率も低下させ、また、工具を交換し段取替を続けるため、中間過程で不必要な誤差を多く生じさせる。これらの機能を総合することができれば、生産性及び加工精度を著しく高めることができる。
また、従来技術において、機械的駆動技術とは、モーターの回転により動的力を発生させ、例えば変速機、減速機、ボールネジ、ウォームギヤのような機械的な伝動要素によって動力を拡大してからアクチュエーターに伝達し、機械を運転させるものであり、このような機械的駆動技術は、例えば工作機械のＣ軸回転作業台、工作機械のＢ軸首振りフライスヘッドなどのような工作機械の重要部に応用されている。従来の工作機械では実現できなかった機能が既に多く実現されたが、単に機械的な伝動によって機能を実現するこれらの技術は、速度、精度及び使用寿命の面では現在の世界工作機械製造業の進展するペースに追いつくことができない。
なお、現在、国内外の大半の複合多軸工作機械における、例えば単軸回転作業台のような重要部を駆動するには、単軸センター駆動、即ち一本のボールねじによる駆動が採用されており、このような構造は、加工過程における駆動力が充分に正確に運動部材の重心に作用しないため、高速切削、特に比較的大きい送り速度又は旋回台の高回転速度という条件下で、捩れ運動が発生する傾向がある。このような避けられない捩れ運動も、運動部材による慣性作用も、工作機械の振動を引き起こし、例えば工作機械本体又は縦支柱などの鋳造部材のような工作機械の構成要素を曲がり・変形させ、旋回台の精度及び寿命に悪い影響を与える。
一方、現在、市場でよく知られる立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタに対する調査により、伝統的な立複合型旋削・フライス盤複合で採用された首振りヘッドは、構造と寸法の制限によって、部品の内部に入り込んで加工を行えないことが確認された。また、伝統的な立型旋盤はフライス削り作業を行うことができない。この両種の機能を一つの機械に集約できれば、タービンケーシング類の部品の加工要求を満足させる事ができる。
更に、製造業の発展と競争が日に激しくなるにつれて、部品に対する加工要求が益々複雑になってくる。一部の大型キャビネット類部品に対して、旋削、フライス削り、ボーリングの加工が同時に要求される。実際の加工においては、立型旋盤とフライス盤、ボール盤の間でワークを運搬し、工具セッティングを行う必要がある。このような場合工作機械の利用効率が低いばかりでなく、複雑な操作は補助作業時間とその中で生じる誤差を増大させ、加工効率と加工精度に悪い影響を与える。現在、既存のパワーヘッド又はアングルヘッドは全て工作機械の主軸により加工動力が伝動されるものであり、立型旋盤と類似するような工具の揺動機能を有しない構造には応用できない。ところが、フライス加工とボウリング加工が可能な立型旋盤のような工作機械が急激に要求されている。
従来技術に存在している上記問題の弱点に鑑み、本発明の目的は、加工プログラミングによって、一回の締付けでタービンケーシングなどの円形キャビネット類部品の旋削、フライス削り、ボーリング、研削、中ぐりなどの加工処理を成し遂げられ、内部の比較的大きい部品の内部にも入り込み倣いフライス加工を行うことができる立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタを提供することである。
本発明の技術的解決案は以下のように実現される。
立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタであって、
水平に設置される工作機械本体と、
工作機械本体一端部の左右両側にそれぞれ固定され、工作機械本体と直交する二本の縦支柱と、を備え、
更に、Ｘ軸方向に沿って、二本の縦支柱に対応するように左右に分布して工作機械の両側に設置される、二つのＸ軸側部支持ラインレールと更に端部にそれぞれＸ軸駆動モーターが設けられる二つのＸ軸親ねじと、
前記二つのＸ軸側部支持ラインレールの間に着座し、下部の第一外回転子トルクモーターにより直接駆動方式で駆動され、横方向サドルがＸ軸に沿って往復移動するように前記二つのＸ軸親ねじに嵌めて接続される単軸旋回台と、
Ｚ軸方向に沿ってそれぞれ前記縦支柱に設置される二つの第一Ｚ軸側部支持ラインレールと二つの第一Ｚ軸親ねじであって、二つの第一Ｚ軸側部支持ラインレールの間に横梁が架設され、前記横梁はＺ軸方向に沿って上下往復移動するように前記二つの第一Ｚ軸親ねじに嵌めて接続され、前記Ｚ軸親ねじの端部にそれぞれ第一Ｚ軸駆動モーターが設置される、二つの第一Ｚ軸側部支持ラインレールと二つの第一Ｚ軸親ねじと、
Ｙ軸に沿って上下に分布して前記横梁に設置される二つのＹ軸ラインレールと一つのＹ軸親ねじであって、前記横梁に横方向滑りテーブルが配置されており、前記横方向滑りテーブルはＹ軸に沿って往復移動するように前記Ｙ軸親ねじに嵌めて接続され、前記Ｙ軸親ねじの端部にＹ軸駆動モーターが設置される、二つのＹ軸ラインレールと一つのＹ軸親ねじと、を備え、
前記横方向滑りテーブルに首振りフライスヘッド部材が設置され、前記首振りフライスヘッドはその後部の第二外回転子トルクモーターにより直接駆動方式で駆動される。
更に、前記単軸旋回台下部の中間位置がＸ軸の中部支持ラインレールに着座し、
且つ前記単軸旋回台の重心が両側のＸ軸親ねじが所在する平面内に位置し、前記Ｘ軸親ねじの間の中間位置に位置する。
更に、前記立旋削フライス複合マシニングセンタは、また垂直刃物台部材を備え、
前記垂直刃物台部材は、細長い構造を有する垂直刃物台と、刃物台ベース及び両者の間の対向面両側に配置される第二Ｚ軸支持ラインレール及び第二Ｚ軸ねじつがいと、を備え、当該第二Ｚ軸ねじつがいは、軸継手によって第二Ｚ軸駆動モーターに接続され、
前記刃物台ベースは、前記横方向滑りテーブルの前記首振りフライスヘッドサドル側に固定され、横方向滑りテーブルと共にＹ軸方向に沿って往復移動し、
前記垂直刃物台は、前記第二Ｚ軸支持ラインレールに支持され、且つ前記第二Ｚ軸親ねじにより動かされ、Ｚ軸方向に沿って往復移動し、
前記垂直刃物台の下部に工具クランプ機構が設置されている。
更にまた、前記垂直刃物台部材上のＺ軸ラインレールは、減衰スライドブロックを更に含め、前記減衰スライドブロックは、レール上に配列され、ボルトで前記垂直刃物台ベースに固定されている。
また、トルクモーターにより直接駆動される工具ホルダは、工具ハンドルを介して前記工具クランプ機構と接続されており、
前記工具ホルダは、キャビネットを有し、前記工具ホルダのキャビネット内に心軸とトルクモーターが設けられ、
前記心軸は、前記工具ホルダのキャビネットに配置された軸受セットによって支持及び位置決めされ、軸受は、心軸の肩にロックナットで固定され、前記心軸の先端には、工具の締め付けに用いられる円錐孔が加工され、前記円錐孔はカッティングスリーブ及び先端ロックナットにっよって工具をクランプしている。
前記モーターは心軸の中央に位置し、モーターの回転子は心軸に密接し、一方、モーターの固定子は前記工具ホルダのキャビネット壁に固定されている。
セルフシーリング式電気インタフェースは、前記工具ホルダに取り付けられ、前記垂直刃物台部材に組み合わせて取り付けられた工具クランプ機構上の電気インタフェースと補間的に接続されている。
前記電気インタフェースは、電源インタフェースとサーボ駆動インタフェースを含む。
且つ、前記心軸の后端末にロータリエンコーダーが取り付けられ、前記電気インタフェースは、エンコーダーインタフェースを更に含む。
なお更に、前記垂直刃物台部材上の第二Ｚ軸支持ラインレールは、減衰スライドブロックを含め、前記減衰スライドブロックはレール上に配列され、ボルトで前記刃物台ベースに固定されている。
従来技術と比べ、本発明の技術的効果は極めて著しいものである。
まず、五軸立複合型旋削・フライス盤マシニング設備として、本発明は、Ｂ軸(即ちＹ軸の周りを回転する)とＣ軸(即ちＺ軸の周りを回転する)において直接駆動技術を応用し、そして工作機械上のすべての機能部材に対して外回転子トルクモーターによる直接駆動が採用されている。これによって、モーターのトルクが大幅に高められ、機能部材を安定運転させ、工作機械全体の剛性及び安定性が大幅に高められ、伝統的な機械伝動で解決できない問題を多く解決した。
効率に関し、従来技術の工作機械が伝統的な機械伝動機能部材を採用し、十から数十回転/分の割出速度を実現することと比べ、本発明においては、機能部材に対して直接駆動技術が採用されたことで、旋回台の回転速度及び首振りヘッドの首振り速度が数百回転/分に達することができ、本発明の工作機械設備が業界内の多くのよく知られる設備と比べ、生産効率の面で１０倍以上向上できることを意味する。
精度に関し、直接駆動技術が採用された本発明の前記設備は、機能部材において数千分の一ミリメートル又は秒級の感度を手軽に実現できるが、従来技術の機械伝動では、大部分の同類設備が数百分の一ミリメートル又は分級の感度しか実現できない。
設備の寿命の面では、直接駆動技術を採用した本設備は機械伝動部品の点数を削減し、磨耗を減少し、設備の寿命を高め、エネルギーを節約したと同時に、原材料と製造コストを大幅に節約し、工場全体のコストを低減させた。
本発明の二つの重要な機能部材は、それぞれ外回転子直接駆動技術が採用された単軸旋回台と首振りフライスヘッド部材を含め、外回転子構造のトルクモーターが同じ体積の内回転子トルクモーターより更に高いトルクを有し、機械的能力が更に高くなり、その結果安定的な回転が更に実現できる。また、外回転子には、油圧式ブレーキ機構が採用され、構造が簡単となり、クランプの作動範囲が大きく、更に大きいブレーキ力を有し、且つクランプが安定し、システム及び駆動に対する影響が小さい；これと同時に、同じ理想てきなトルクを有する他のモーターと比べて、外回転子トルクモーターの体積が更に小さいが、工作機械業界において、同じ性能下で体積が小さい場合の利点は言うまでもない。
本発明においては、単軸旋回作業台が二本のボールねじの間に配置され、旋回台が無負荷時に、理想的で仮想であるが、実際の駆動力が重心を通る場合と全く同じ理想的な効果を生じられる重心を形成させる。これによって、Ｘ軸が駆動を行う時に生じる振動と曲がりを極めてよく抑制し、単軸旋回作業台がＸ軸方向に沿って高速運動しても、重心が変化せず、安定的な駆動を実現する。また、本発明の前記設備には、三つのラインレールも採用でき、即ち、単軸旋回台の両側のほかに、底部の中心位置にも主に支持用のラインレールが取り付けられ、これにより、旋回台が負荷を受ける場合でも、変形量を最小限に低減させることができる。
本発明に採用されたトルクモーターにより直接駆動される工具ホルダは、工具ハンドルを介して工作機械の工具クランプ機構に接続され、工具ホルダに取り付けられたセルフシーリング式電気インタフェースとの連結の工具クランプ機構に組み合わせて取り付けられた電気インタフェースとの突き合わせによって動力を入力し、且つトルクモーターの直接駆動により被加工物の加工を行う。即ち、電源を付ける時に、前記工具ホルダのキャビネットに取り付けられたモーターは、直接工具の心軸を駆動し回転させ、心軸の先端に設けられ、工具を接続するための円錐孔とロックナットによって、各種所要の工具を締め付けることができる。
これによって、本装置に付加のフライス削りとボーリングの機能を有し、軸方向又は径方向における加工を行うことで、種種の加工分野を満足させる。また、セルフシーリング式電気インタフェースを採用することにより、加工時の切屑とクーラント及びエアーによる汚染を有効に防ぐことができる。
減衰スライドブロックは、ガイドレールシステム、即ち前記第二Ｚ軸支持ラインレールにおける振動を低減させ、加工品質を高め、振動条件下での工具の寿命を伸ばし、且つラインレールシステムを過負荷より保護できる。
本発明は、被加工物の着脱、工具交換調整の補助時間を短縮しその結果それによって生じる誤差を減少させ、部品加工の精度を高め、製品のサイクルタイムを短縮し、生産効率とメーカーの市場対応能力を高めることができ、加工工程が分散していた伝統的な生産方法と比べて、繰り返し加工締及びそれによる精度の損失と時間の浪費を避け、加工効率を高め加工精度を保証することができる。
要約すれば、本発明に開示された立型複合マシニングセンタは、全体的に振動を大幅に低減させ、工作機械全体の性能を究極的に最適化させるとともに、旋回台及び他の機能部材の加工精度を有効に向上でき、表面粗度と形状精度を低下させない前提で、複合立型マシニングセンタの旋回台駆動軸の直線送り運動の加速度を高めると同時に、工具の寿命を高め、特に工作機械による製造加工の手順を簡単化し、生産コストを低減させる。
実施例１の構造概略図である。 直接駆動式外回転子トルクモーターの構造概略図である。 実施例１における単軸旋回台設置方式の平面図である。 図３における単軸旋回台の底面図である。 実施例１における単軸旋回台の構造概略図である。 実施例１における単軸旋回台と非重心駆動の旋回台の振動幅の比較図である。 実施例２の構造概略図である。 図７の側面図である。 実施例２において、内径が比較的深い部品の場合、垂直刃物台で旋削加工を行う概略図である。 実施例２において、内径が比較的深い部品の場合、垂直刃物台でフライス削りとボーリング加工を行う概略図である。 実施例２において、前記刃物台のベース及びその関連部材の構造概略図である。 実施例２において、垂直刃物台及びその付属部材の構造概略図である。 前記工具クランプ機構及び工具ハンドルを介して前記工具クランプと接続したトルクモーターによって直接駆動される工具ホルダの構造概略図である。 トルクモーターにより直接駆動される前記工具ホルダの構造概略図である。 前記トルクモーターにより直接駆動される前記工具ホルダの径方向加工型構造の使用状態図である。 前記トルクモーターにより直接駆動される前記工具ホルダの軸方向加工型構造の使用状態図である。
立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタは、図１に示すように、水平に設置される工作機械本体６と、工作機械本体一端部の左右両側にそれぞれ固定され、工作機械本体と直交する二つの縦支柱７と、を備え、二つのＸ軸側部支持ラインレール２と二つのＸ軸親ねじ５が、二本の縦支柱に対応するように左右に分布して工作機械本体６の両側に設置され、単軸旋回台１が二つのＸ軸側部支持ラインレール２に着座し、前記単軸旋回台１の横方向サドルはＸ軸に沿って往復移動するように前記二つのＸ軸親ねじ５に嵌めて接続され、前記Ｘ軸親ねじの端部にはそれぞれＸ軸駆動モーター３が設置され、前記単軸旋回台１は、その下部における第一外回転子トルクモーター２０４により直接駆動方式で駆動される。
前記二つの縦支柱７には、第一Ｚ軸側部支持ラインレール１０と第一Ｚ軸親ねじ９がそれぞれＺ軸方向に沿って設置され、二つの第一Ｚ軸側部支持ラインレール１０の間に横梁１１が架設され、前記横梁１１はＺ軸に沿って上下往復移動するように前記二つの第一Ｚ軸親ねじ９に嵌めて接続され、前記Ｚ軸親ねじ９の端部にそれぞれ第一Ｚ軸駆動モーター８が設置される。
二つのＹ軸ラインレール１３と一つのＹ軸親ねじ１２が、Ｙ軸方向に沿って上下に分布して前記横梁１１に設置され、Ｙ軸駆動モーター１４が前記Ｙ軸親ねじ１２の端部に設置され、前記横梁１１に横方向滑りテーブルが配置されており、前記横方向滑りテーブルはＹ軸に沿って往復移動するように前記Ｙ軸親ねじ１２に嵌めて接続され、前記横方向滑りテーブルに首振りフライスヘッド部材１５が設置され、前記首振りフライスヘッド部材１５はその後部の第二外回転子トルクモーターにより直接駆動方式で駆動され、B軸としY軸に対し旋回する。
前記第二外回転子トルクモーターは、図２に示すように、直接駆動方式で前記首振りフライスヘッド部材１５を駆動し、トルクモーター固定子１１１と、回転子１１０と、制動作用を有するクランプ装置１０９、冷却用のモーター冷却装置並びに他の、エンコーダーａ１０３、エンコーダーａの支持枠１０１、主軸箱１０２、旋盤・フライス盤主軸１０４、軸受グランド１０５、旋回台軸受１０６、軸受座１０７、ハウジング１０８、床板１１２、水ジャケット１１３など、首振りヘッドに関連した補助構造物から成っている。
前記単軸旋回台は、図３と図４に示すように、単軸旋回台１の下部両側がＸ軸側部支持ラインレール２に対称的に着座し、単軸旋回台１の下部中間位置がＸ軸中間支持ラインレール４に着座するように設置されており、ここで、前記支持ラインレールが主に支持作用を果たすものである。前記Ｘ軸側部支持ラインレール２及びＸ軸中部支持ラインレール４と平行し、且つＸ軸側部支持ラインレール２の上方に位置するように、Ｘ軸親ねじ５が対称的に設置され、単軸旋回台１が横方向サドル９９によりＸ軸親ねじ５に接続され、モーター３が親ねじ５を駆動して回転させる時、横方向サドル９９が前記Ｘ軸親ねじ５上をＸ軸に沿って往復移動すること可能とする。前記単軸旋回台１の重心が横方向においては横方向サドル９９の中心位置に位置し、縦方向においては主にＸ軸中間支持ラインレール４により支持される。
前記単軸旋回台の構造は、図５に示すように、作業台本体２１２と、第一直接駆動式外回転子トルクモーター２０４と、回転子２０８と、制動用の締め付け装置２０９と、冷却用のモーター冷却装置２０３並びに他の支持板２０１、基板２０２、ハウジング２０５、スリーブ２０６、転がり軸受２０７、エンコーダーc２１０、連結盤２１１のようの補助部から成っている。
前記単軸旋回台は重心駆動方式を採用し、非重心駆動の旋回台と比べて、図６に示すように、その振動幅が明らかに降下する。
本実施例における前記五軸立型複合マシニングセンタの二つの重要な機能部材には、直接駆動技術が応用され、即ちモーターにより設備を直接駆動し運転され、機械伝動のような中間部品がなくなる。前記五軸立型複合マシニングセンタは、図２に示すように、そのＢ軸では直接駆動式首振りフライスヘッドが応用され、図５に示すように、Ｃ軸では直接駆動方式の単軸旋回台が応用され、両者の共通の特徴は、トルクモーターは重要な駆動要素として回転運動を行い、ダブル直接駆動の五軸フライス機能を実現することである。外回転子構造とは、外コイルが永久磁石回転子であり、内コイルが珪素鋼板及びコイル巻線からなる固定子であるものを指し、制動機構が外回転子体に作用する。前記単軸旋回台を例としていうと、単軸旋回台の上面が直接交流永久磁石同期外回転子式トルクモーター回転子の端部に固定され、旋回台の固定ケーシングをトルクモーターの固定子冷却スリーブとトルクモーターの固定子に接続させることで、本実施例の外回転子式トルクモーターにより駆動される単軸旋回台における中間の伝動部品が省略化し、旋回台の運転精度と安定性を高めることが出来た。モーターが比較的大きいトルクを出力できるため、機械効率を高めた。また、油圧式ブレーキ機構を採用することにより、ブレーキ機構が簡単化され、クランプ面積が増加し、ブレーキ力が比較的大きくなるため、クランプが安定し、システム及び伝動に対する影響が小さくなる。同じ性能条件下で、外回転子トルクモーターの容積が更に小さいため、旋回台の体積を更に縮小させ、工作機械の全体構造を更にコンパクト化させることが出来る。
実施例１で示した様、前記立旋削・フライス複合マシニングセンタは、図７と図８及び実施例２に示すようにす、更に垂直刃物台部材１７を備える。
前記垂直刃物台部材は、細長い構造を有する垂直刃物台１７１と、刃物台ベース１７２及び両者の間の対向面両側に配置される第二Ｚ軸支持ラインレール１７６及び第二Ｚ軸ねじつがいとを備え、当該第二Ｚ軸親ねじ１７５１が軸継手１７４によって第二Ｚ軸駆動モーター１７３に接続される。
前記刃物台ベース１７２は、図１０に示すように、前記横方向滑りテーブル１６の前記首振りフライスヘッド側に固定され、横方向滑りテーブル１６と共にＹ軸方向に沿って往復移動する。
前記垂直刃物台１７１は、図１１に示すように、前記第二Ｚ軸支持ラインレール１７６に支持され、且つ前記第二Ｚ軸ねじつがいにより動かされ、Ｚ軸方向に沿って往復移動し、具体的には、即ち前記第二Ｚ軸サポートリニアガイドのレール１７６１が垂直刃物台１７１の両側に固定され、サーボモーターが第二Ｚ軸ねじ１７５１とナット１７５２により垂直刃物台１７１を動かして上下移動させる。
前記第二Ｚ軸サポートリニアガイド１７６は、図１０に示すように、更に減衰スライドブロック１７６３とレール上に配列され、ボルトで前記刃物台ベース１７２に固定される。ここで取り付けられた減衰スライドブロックＲＵＤＳ．．−Ｄは、ガイドレールシステム、即ち前記第二Ｚ軸サポートリニアガイドの上の振動を減衰させるのに用いられ、加工品質を高め、振動条件下での工具寿命を延長し、且つラインレールシステムを過負に対し保護できる。
前記垂直刃物台１７１の下部に工具クランプ機構１７７が設置されており、図１２に示すように、変位センサー１７７１、油圧シリンダー１７７２、皿形ばね１７７３、流体移送接続部材１７７４及び引抜き用ジョー１７７５を含め、その具体的な動作方式は以下の通りである。
工具を取り外す際、シリンダー１７７２が下方に押し出し、皿ばね１７７３を下方へ押すことによって引抜き用ジョー１７７５を動かして、工具の工具ハンドル４０９を外し工具を外す。
工具をクランプする際、シリンダー１７７２が戻り、皿ばね１７７３が上へ持ち上げられ、引抜き用ジョー１７７５を動かして工具ハンドル４０９をクランプする。
図９-１と図９-２に示すように、工具クランプ機構全体は油圧による工具のアンクランプと機械的なクランプ機構を採用し、シリンダーがなんらかの理由で圧力を失う時に引き起こす危険を避け、機構全体を更に安全で信頼性が高いようにする。
工具ハンドルには、標準種類がありＨＳＫ-Ａ６３用が採用され、工具の自動交換に便利であり、これ以外に種種の技術的要求に適要可能である。又ユーザーにとって選択が自由である。
当然、ここで、前記工具ハンドル４０９は個々の要求に従って造ることができる。その中、ＨＳＫ、ＢＴ.ＳＫ、ＤＩＮ、ＣＡＴなどが含まれているが、これらに限定されていない。
実際の作業中、前記垂直刃物台１７１はその細長い構造により部品の内部の比較的深い部位に入り込んで加工を行うことができるので、伝統的の切削工具の長い刃物と比べて、前記垂直刃物台のほうが更に高い剛性を有し、加工中に更に高い加工精度が得られ、また、高剛性工具をクランプでき、内径の径方向フライス削り及び穴明けボーリングなどの加工を行える。
前記動力工具は、トルクモーターにより直接駆動される工具ホルダ４００であり、図１３に示すように、キャビネットが設けられており、前記工具ホルダのキャビネットの中に心軸４０５とモーター４０３が設置されている。
前記モーター４０３は心軸４０５全体の中央部に設置されている。モーターの回転子４０３１は心軸４０５上に密接し、モーターの固定子４０３２は工具ホルダのキャビネットの内壁に嵌設されている。心軸４０５の先端に工具をクランプ可能な標準円錐孔及び先端ロックナット４０６を有し、各種の工具をクランプするのに用いられる。先端部正面カバー４０８内にスケルトンオイルシールを有し、オイル漏れを防止する。前後端軸受セットが対向するように取り付けられ、それぞれ二つの角接触軸受セットにより構成され、心軸４０５の位置決めと加工時に受ける軸方向の力に耐えるのに用いられる。先端の軸受セット４０４は心軸４０５の位置決めに用いられるため、先端カバー４０８が軸受の外コイルに当接する時に、位置決めの的確性と隙間がないことを保証するようにマッチング研削をする必要がある。後端の軸受セット４０２は、心軸４０５上の肩と後端ロックナット４０１により位置決めされ、心軸４０５に対して補助支持作用を果たす。前後二つの軸受セットが同時に切削力を受け、構造全体の運行をもっと安定化する。後端カバー４１２内に密封コイルが設置され、オイル漏れを防止する。前記心軸４０５の末端には、ユーザーがトルクモーターの回転速度の状況を随時追跡し検出できるように、回転エンコーダーｂ４１３が取り付けられている。
図１２に示すように、トルクモーターにより直接駆動される工具ホルダ４００と汎用工具ホルダ４００’のクランプ方式が同じであり、前記工具ホルダ４００はクランプ時に工具ハンドル４０９を介して工作機械の工具クランプ機構１７７と接続され、工具ホルダ４００上のセルフシーリング電気インタフェース４１０は工作機械の工具クランプ機構上の外部電気インタフェース１７７６と突き合わせる。前記工具ホルダ上のセルフシーリング電気インタフェース４１０は、電源インタフェースと、サーボ駆動インタフェースとエンコーダーインタフェースとを含む。セルフシーリング式電気インタフェースを採用することによって、加工時の切屑と水気汚染を有効に防ぐことができる。
工具ホルダ１００を被加工物３００の加工部位近傍に移動し、制御器によって電源を付け、工具ホルダの心軸４０５がモーター４０３の駆動下で回転し始め、加工が行える。
工具動力装置を工具の内部に移動したような構造は、通常の電気主軸とアングルヘッドを含む構造と比べて、工具クランプ機構のサイズをもっと有効に縮小し、垂直刃物台の構造をもっとコンパクトにし、サイズをもっと小さくにすることができる。これにより、当該刃物台の最小内径加工範囲を拡大し、刃物台の適応性を高めた。
前記工具ホルダは、ニーズによって図１４-１に示すような径方向加工型、図１４−２に示すような軸方向加工型、乃至±１１０℃割出し型にオーダーメードできる。
上記内容は、本発明の最適な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲はこれに限定されていない。本技術分野を熟知するすべての技術者により、本発明に開示された技術範囲で、本発明の技術案及びその発明の構想に基づいて行われる均等な置換と変更は、本発明の保護範囲に含まれる。
１.単軸旋回台 ２.Ｘ軸側部支持ラインレール ３.Ｘ軸駆動モーター ４.Ｘ軸中部支持ラインレール ５.Ｘ軸親ねじ ６.工作機械本体 ７.縦支柱 ８.Ｙ軸駆動モーター ９.Ｚ軸親ねじ １０.第一Ｚ軸側部サポートリニアガイド １１.横梁 １２.Ｙ軸親ねじ １３.Ｙ軸リニアガイド １４.Ｙ軸駆動モーター １５.首振りフライスヘッド １６.横方向滑りテーブル １７.垂直刃物台部材 ９９.横方向サドル
１０１.エンコーダーａの支持枠 １０２.主軸箱 １０３.エンコーダーａ １０４.旋盤・フライス盤主軸 １０５.軸受グランド １０６.旋回台軸受 １０７.軸受座 １０８.第二直接駆動式外回転子トルクモーターのハウジング １０９.クランプ装置 １１０.第二直接駆動式外回転子トルクモーターの回転子 １１１.第二直接駆動式外回転子トルクモーターの固定子 １１２.第二直接駆動式外回転子トルクモーターの床板 １１３.水ジャケット
１７１.垂直刃物台 １７２.刃物台ベース １７３.第二Ｚ軸駆動モーター １７４.軸継手 １７５１/１７５２.第二Ｚ軸ねじつがい(ねじ/ナット) １７６.第二Ｚ軸支持ラインレール １７６１.ガイドレール １７６２.ガイドレールスライドブロック １７６３.減衰スライドブロック １７７.工具クランプ機構 １７７１.移センサー １７７２.シリンダー １７７３.皿形ばね １７７４.流体伝送接続部材 １７７５.引抜き用ジョー１７７６.外部電気インタフェース
２０１.支持板 ２０２.第一直接駆動式外回転子トルクモーターの床板 ２０３.モーター冷却装置 ２０４.第一直接駆動式外回転子トルクモーター ２０５.第一直接駆動式外回転子トルクモーターのハウジング ２０６.内部スリーブ ２０７.回転軸受 ２０８.第一直接駆動式外回転子トルクモーターの回転子 ２０９.締め付け装置 ２１０.エンコーダーｃ ２１１.連結皿 ２１２.作業台本体
３００.加工待ち被加工物
４００.トルクモーターにより直接駆動される工具ホルダ ４０１.後端ロックナット ４０２.後端軸受セット ４０３.工具ホルダ内のモーター ４０３１.工具ホルダ内のモーター回転子 ４０３２.工具ホルダ内のモーター固定子 ４０４.先端軸受セット ４０５.心軸 ４０６.先端ロックナット ４０７.カッティングスリーブ ４０８.先端カバー ４０９.工具ハンドル ４１０.セルフシーリング式電気インタフェース ４１１.軸受ブッシュ ４１２.後端カバー ４１３.回転エンコーダー
４００’汎用工具ホルダ
なお、現在、国内外の大半の複合多軸工作機械における、例えば単軸回転作業台のような重要部を駆動するには、単駆センター駆動、即ち一本のボールねじによる駆動が採用されており、このような構造は、加工過程における駆動力が充分に正確に運動部材の重心に作用しないため、高速切削、特に比較的大きい送り速度又は旋回台の高回転速度という条件下で、捩れ運動が発生する傾向がある。このような避けられない捩れ運動も、運動部材による慣性作用も、工作機械の振動を引き起こし、例えば工作機械本体又は縦支柱などの鋳造部材のような工作機械の構成要素を曲がり・変形させ、旋回台の精度及び寿命に悪い影響を与える。
一方、現在、市場でよく知られる立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタに対する調査により、伝統的な立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタで採用された首振りヘッドは、構造と寸法の制限によって、部品の内部に入り込んで加工を行えないことが確認された。また、伝統的な立型旋盤はフライス削り作業を行うことができない。この両種の機能を一つの機械に集約できれば、タービンケーシング類の部品の加工要求を満足させる事ができる。
１.単軸旋回台 ２.Ｘ軸側部支持ラインレール ３.Ｘ軸駆動モーター ４.Ｘ軸中部支持ラインレール ５.Ｘ軸親ねじ ６.工作機械本体 ７.縦支柱 ８.Ｙ軸駆動モーター ９.Ｚ軸親ねじ １０.第一Ｚ軸側部サポートリニアガイド １１.横梁 １２.Ｙ軸親ねじ １３.Ｙ軸リニアガイド １４.Ｙ軸駆動モーター １５.首振りフライスヘッド １６.横方向滑りテーブル １７.垂直刃物台部材 ９９.横方向サドル
１０１.エンコーダーａの支持枠 １０２.主軸箱 １０３.エンコーダーａ １０４.旋盤・フライス盤主軸 １０５.軸受グランド １０６.旋回台軸受 １０７.軸受座 １０８.第二直接駆動式外回転子トルクモーターのハウジング １０９.クランプ装置 １１０.第二直接駆動式外回転子トルクモーターの回転子 １１１.第二直接駆動式外回転子トルクモーターの固定子 １１２.第二直接駆動式外回転子トルクモーターの床板 １１３.水ジャケット
１７１.垂直刃物台 １７２.刃物台ベース １７３.第二Ｚ軸駆動モーター １７４.軸継手 １７５１/１７５２.第二Ｚ軸ねじつがい(ねじ/ナット) １７６.第二Ｚ軸支持ラインレール １７６１.ガイドレール １７６２.ガイドレールスライドブロック １７６３.減衰スライドブロック １７７.工具クランプ機構 １７７１.変位センサー １７７２.シリンダー １７７３.皿形ばね １７７４.流体伝送接続部材 １７７５.引抜き用ジョー１７７６.外部電気インタフェース
２０１.支持板 ２０２.第一直接駆動式外回転子トルクモーターの床板 ２０３.モーター冷却装置 ２０４.第一直接駆動式外回転子トルクモーター ２０５.第一直接駆動式外回転子トルクモーターのハウジング ２０６.内部スリーブ ２０７.回転軸受 ２０８.第一直接駆動式外回転子トルクモーターの回転子 ２０９.締め付け装置 ２１０.エンコーダーｃ ２１１.連結皿 ２１２.作業台本体
３００.加工待ち被加工物
４００.トルクモーターにより直接駆動される工具ホルダ ４０１.後端ロックナット ４０２.後端軸受セット ４０３.工具ホルダ内のモーター ４０３１.工具ホルダ内のモーター回転子 ４０３２.工具ホルダ内のモーター固定子 ４０４.先端軸受セット ４０５.心軸 ４０６.先端ロックナット ４０７.カッティングスリーブ ４０８.先端カバー ４０９.工具ハンドル ４１０.セルフシーリング式電気インタフェース ４１１.軸受ブッシュ ４１２.後端カバー ４１３.回転エンコーダー
４００’汎用工具ホルダ

Claims (8)

  1. 水平に設置される工作機械本体と、
    工作機械本体一端部の左右両側にそれぞれ固定され、工作機械本体と直交する二本の縦支柱と、を備え、
    更に、Ｘ軸方向に沿って、二本の縦支柱に対応するように左右に位置して工作機械の両側に設置される、二つのＸ軸側部支持ラインレールと更に端部にそれぞれＸ軸駆動モーターが設けられる二つのＸ軸親ねじと、
    前記二つのＸ軸側部サポートリニアガイドの間に着座し、下部の第一外回転子トルクモーターにより直接駆動方式で駆動され、横方向サドルがＸ軸に沿って往復移動するように前記二つのＸ軸親ねじに嵌めて接続される単軸旋回台と、
    Ｚ軸方向に沿ってそれぞれ前記縦支柱に設置される二つの第一Ｚ軸側部サポートリニアガイドと二つの第一Ｚ軸親ねじであって、二つの第一Ｚ軸側部サポートリニアガイドの間に横梁が架設され、前記横梁はＺ軸方向に沿って上下往復移動するように前記二つの第一Ｚ軸親ねじに嵌めて接続され、前記Ｚ軸親ねじの端部にそれぞれ第一Ｚ軸駆動モーターが設置される、二つの第一Ｚ軸側部支持ラインレールと二つの第一Ｚ軸親ねじと、
    Ｙ軸に沿って上下に分布して前記横梁に設置される二つのＹ軸ラインレールと一つのＹ軸親ねじであって、前記横梁に横方向滑りテーブルが配置されており、前記横方向滑りテーブルはＹ軸に沿って往復移動するように前記Ｙ軸親ねじに嵌めて接続され、前記Ｙ軸親ねじの端部にＹ軸駆動モーターが設置される、二つのＹ軸ラインレールと一つのＹ軸親ねじと、を備え、
    前記横方向滑りテーブルに首振りフライスヘッド部材が設置され、前記首振りフライスヘッドはその後部の第二外回転子トルクモーターにより直接駆動方式で駆動される、
    ことを特徴とする立型旋盤・フライス盤複合マシニングセンタ。
  2. 前記単軸旋回台下部の中間位置がＸ軸の中部支持ラインレールに着座し、
    且つ前記単軸旋回台の重心が両側のＸ軸親ねじが所在する平面内に位置し、前記Ｘ軸親ねじの間の中間位置に位置する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の立型旋盤・フライス盤複合マシニングセンタ。
  3. 垂直刃物台部材を、更に備え、
    前記垂直刃物部材は、細長い構造を有する垂直刃物台と、刃物台ベース及び両者の間の対向面両側に配置される第二Ｚ軸サポートリニアガイド及び第二Ｚ軸ねじつがいと、を備え、当該第二Ｚ軸ねじつがいは、軸継手によって第二Ｚ軸駆動モーターに接続され、
    前記刃物台ベースは、前記横方向滑りテーブルの前記首振りフライスヘッドサドル側に固定され、横方向滑りテーブルと共にＹ軸方向に沿って往復移動し、
    前記垂直刃物台は、前記第二Ｚ軸支持ラインレールに支持され、且つ前記第二Ｚ軸親ねじにより動かされ、Ｚ軸方向に沿って往復移動し、
    前記垂直刃物台の下部に工具クランプ機構が設置されている、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立型旋盤・フライス盤複合マシニングセンタ。
  4. トルクモーターにより直接駆動される工具ホルダは、工具ハンドルを介して前記工具クランプ機構と接続されており、
    前記工具ホルダは、キャビネットを有し、前記工具ホルダのキャビネット内に心軸とトルクモーターが設けられ、
    前記心軸は、前記工具ホルダのキャビネットに配置された軸受セットによって支持及び位置決めされ、軸受は、心軸の肩とロックナットで固定され、前記心軸の先端には、工具の締め付けに用いられる円錐孔が形成され。前記円錐孔はカッティングスリーブ及び先端ロックナットによって協働して工具をクランプし、
    前記モーターは心軸の中央に位置し、モーターの回転子は心軸に密接し、一方モーターの固定子は前記工具ホルダのキャビネット壁に固定され、セルフシーリング式電気インタフェースは、前記工具ホルダに取り付けられ、前記垂直刃物台部材に組み合わせて取り付けられた工具クランプ機構上の電気インタフェースと補完的に接続され、
    前記電気インタフェースは、電源インタフェースとサーボ駆動インタフェースを含む、
    ことを特徴とする請求項３に記載のいずれか一つの立型旋盤・フライス盤複合マシニングセンタ。
  5. 前記垂直刃物部材上の第二Ｚ軸サポートリニアガイドは、減衰スライドブロックを更に含め、前記減衰スライドブロックは、第二Ｚ軸のサポートガイドの上に並べ、ボルトで前記刃物台ベースに固定される、
    ことを特徴とする請求項３に記載のいずれか一つの立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタ。
  6. 前記垂直刃物台部材上のＺ軸リニアガイドは、減衰スライドブロックを更に含め、前記減衰スライドブロックは、ガイドの上に並べ、ボルトで前記刃物台ベースに固定される、
    ことを特徴とする請求項４に記載のいずれか一つの立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタ。
  7. 前記心軸の末端に回転エンコーダーが取り付けられ、
    前記電気インタフェースは、エンコーダーインタフェースを更に含む、
    ことを特徴とする請求項４に記載のいずれか一つの立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタ。
  8. 前記心軸の末端に回転エンコーダーが取り付けられ、
    前記電気インタフェースは、エンコーダーインタフェースを更に含む、
    ことを特徴とする請求項６に記載のいずれか一つの立複合型旋削・フライス盤マシニングセンタ。
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