JP2014018925A

JP2014018925A - Machine tool

Info

Publication number: JP2014018925A
Application number: JP2012160926A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Tanaka; 克敏田中; Norio Yamanishi; 紀男山西; Wataru Osone; 渡大曽根; Masanobu Ishida; 雅信石田; Akihiko Yoshitani; 明彦葭谷
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc; Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc; Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a machine tool capable of achieving weight reduction of a spindle head with hardly generating deformation and distortion.SOLUTION: A spindle head 43 includes a spindle head body 51 provided in an ascendable/descendable manner in a saddle, a spindle 52 rotatably provided in the spindle head body 51 via a bearing mechanism 56, and a rotary drive source 53 rotationally driving the spindle 52. The spindle head body 51 is formed into a square cylindrical shape having a front wall 60, a rear wall 70, both side walls 80 and a bottom wall 90 by carbon fiber-reinforced plastic, stores a bearing mechanism 56 supporting the spindle 52 and the rotary drive source 53 at the inside and has a through hole 91 penetrated and formed to project the spindle in the bottom wall 90.

Description

本発明は、工作機械に関する。特に、微細加工に適した工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool. In particular, the present invention relates to a machine tool suitable for fine processing.

近年、工作機械において、生産性向上の要求から、高速化の要請が高まっている。
この要請に応えるべく、工作機械のなかには、軽量化および高剛性を目的として、一部の部品、例えば、クロスレールを炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で一体成形したものが知られている（特許文献１参照）。 In recent years, there has been an increasing demand for higher speeds in machine tools due to demands for improving productivity.
In order to meet this demand, some machine tools are known in which some parts, for example, a cross rail are integrally formed of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) for the purpose of weight reduction and high rigidity (Patent Literature). 1).

特開２０００−２６３３５６号公報JP 2000-263356 A

ところで、微細加工を行う工作機械にあっては、特に、主軸ヘッドの軽量化が必須である。そこで、主軸ヘッドを構成する本体部分をＣＦＲＰで構成することが考えられるが、これを前提として（本体部分をＣＦＲＰで構成することを前提として）、より軽量化のために本体部分の肉厚を薄型化すると、変形や歪みが生じ、高精度な加工が期待できない。 By the way, in a machine tool that performs micromachining, it is essential to reduce the weight of the spindle head. Therefore, it is conceivable that the main body part constituting the spindle head is made of CFRP. On the premise of this (assuming that the main body part is made of CFRP), the thickness of the main body part is reduced for further weight reduction. If the thickness is reduced, deformation and distortion occur, and high-precision processing cannot be expected.

本発明の目的は、このような従来の課題に対して、変形や歪みなどが生じることが少なく、主軸ヘッドの軽量化を達成できる工作機械を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a machine tool that is less likely to be deformed or distorted with respect to such a conventional problem and can achieve a reduction in the weight of a spindle head.

本発明の工作機械は、主軸ヘッド支持部材と、この主軸ヘッド支持部材に昇降可能に設けられた主軸ヘッドと、この主軸ヘッドを昇降させる昇降機構とを備えた工作機械において、前記主軸ヘッドは、前記主軸ヘッド支持部材に昇降可能に設けられた主軸ヘッド本体と、この主軸ヘッド本体に軸受機構を介して回転可能に設けられ先端に工具を有する主軸と、この主軸を回転駆動させる回転駆動源とを含んで構成され、前記主軸ヘッド本体は、炭素繊維強化プラスチックによって、前壁、後壁、両側壁および底壁を有する四角筒形状に形成され、内部に前記主軸を支持した軸受機構および回転駆動源を収納するとともに、前記底壁に前記主軸を突出させる貫通孔が貫通形成されている、ことを特徴とする。 The machine tool of the present invention is a machine tool comprising a spindle head support member, a spindle head provided on the spindle head support member so as to be movable up and down, and a lifting mechanism for raising and lowering the spindle head. A spindle head body provided on the spindle head support member so as to be movable up and down, a spindle provided rotatably on the spindle head body via a bearing mechanism and having a tool at a tip, and a rotation drive source for rotating the spindle The spindle head main body is formed of carbon fiber reinforced plastic into a rectangular tube shape having a front wall, a rear wall, both side walls, and a bottom wall, and a bearing mechanism that supports the spindle inside and a rotational drive A through hole is formed through the bottom wall to house the source and project the main shaft.

このような構成によれば、主軸やこれを回転駆動させる回転駆動源を収納する主軸ヘッド本体が、炭素繊維強化プラスチックによって、前壁、後壁、両側壁および底壁を有する四角筒形状に形成されているから、変形や歪みなどが生じることが少なく、主軸ヘッドの軽量化を達成できる。従って、主軸ヘッドの高速化が実現できるから、微細可能に適用できるとともに、生産性の向上に寄与できる。 According to such a configuration, the spindle head main body that accommodates the spindle and the rotational drive source that rotationally drives the spindle is formed into a rectangular tube shape having a front wall, a rear wall, both side walls, and a bottom wall by carbon fiber reinforced plastic. Therefore, deformation and distortion are less likely to occur, and the spindle head can be reduced in weight. Accordingly, since the spindle head can be speeded up, it can be applied finely and can contribute to the improvement of productivity.

本発明の工作機械において、前記昇降機構は、前記主軸ヘッド支持部材と前記主軸ヘッド本体との間に設けられたガイド機構およびリニアモータ機構を含んで構成され、前記リニアモータ機構は、前記主軸ヘッド本体の後壁において前記主軸ヘッド本体の昇降方向に沿って配列されたマグネットと、このマグネットに隙間を隔てて前記主軸ヘッド支持部材の正面に取り付けられたコイルとを含んで構成され、前記主軸ヘッド本体の後壁には前記マグネットを前記後壁に固定するためのボルトが挿通されるボルト挿通孔が形成されるとともに、前記後壁の内面には前記ボルトが螺合されるマグネット取付プレートが固定されている、ことが好ましい。 In the machine tool of the present invention, the elevating mechanism includes a guide mechanism and a linear motor mechanism provided between the spindle head support member and the spindle head main body, and the linear motor mechanism includes the spindle head. The spindle head is configured to include a magnet arranged on the rear wall of the main body along the up-and-down direction of the main spindle head main body, and a coil attached to the front surface of the main spindle head support member with a gap therebetween. A bolt insertion hole through which a bolt for fixing the magnet to the rear wall is inserted is formed on the rear wall of the main body, and a magnet mounting plate to which the bolt is screwed is fixed to the inner surface of the rear wall. It is preferable that

このような構成によれば、昇降機構は、ガイド機構およびリニアモータ機構を含んで構成され、リニアモータ機構を構成するマグネットとコイルのうち、マグネットが主軸ヘッド本体の後壁にボルトによって取り付けられる。このとき、主軸ヘッド本体の後壁にはボルトが挿通されるボルト挿通孔が形成され、更に、後壁の内面には、ボルトが螺合されるマグネット取付プレートが固定されているから、マグネットを主軸ヘッド本体の後壁に簡単にかつ強固に固定することができる。 According to such a configuration, the elevating mechanism is configured to include the guide mechanism and the linear motor mechanism, and the magnet is attached to the rear wall of the spindle head main body by the bolt among the magnets and coils constituting the linear motor mechanism. At this time, a bolt insertion hole through which the bolt is inserted is formed in the rear wall of the spindle head main body, and a magnet mounting plate to which the bolt is screwed is fixed to the inner surface of the rear wall. It can be easily and firmly fixed to the rear wall of the spindle head body.

つまり、ボルトをマグネット、主軸ヘッド本体の後壁を通してマグネット取付プレートに螺合するだけで、マグネットを主軸ヘッド本体の後壁に簡単かつ強固に固定することができる。しかも、この状態では、マグネットとマグネット取付プレートとが主軸ヘッド本体の後壁を挟み込んだ状態となるので、つまり、これらのマグネットやマグネット取付プレートが補強材として機能するので、後壁の強度、更には、主軸ヘッド本体の強度を高めることができる。 In other words, the magnet can be easily and firmly fixed to the rear wall of the spindle head body simply by screwing the bolt into the magnet mounting plate through the magnet and the rear wall of the spindle head body. Moreover, in this state, the magnet and the magnet mounting plate sandwich the rear wall of the spindle head body, that is, since these magnets and the magnet mounting plate function as a reinforcing material, the strength of the rear wall, Can increase the strength of the spindle head body.

本発明の工作機械において、前記ガイド機構は、前記主軸ヘッド本体の後壁に前記マグネットを挟んで前記主軸ヘッド本体の昇降方向に沿って互いに平行に配置された一対のガイドレールと、前記主軸ヘッド支持部材の正面に固定されガイドレールをスライド可能に案内するスライド部材とを含んで構成され、前記主軸ヘッド本体の後壁には、前記ガイドレールを前記後壁に固定するためのボルトが螺合される複数のナットが埋設されている、ことが好ましい。 In the machine tool according to the present invention, the guide mechanism includes a pair of guide rails arranged in parallel with each other along the ascending / descending direction of the spindle head body with the magnet sandwiched between the rear walls of the spindle head body, and the spindle head A slide member fixed to the front surface of the support member and slidably guiding the guide rail, and a bolt for fixing the guide rail to the rear wall is screwed onto the rear wall of the spindle head body. It is preferable that a plurality of nuts to be embedded are embedded.

このような構成によれば、ガイド機構を構成する一対のガイドレールとスライド部材のうち、ガイドレールが主軸ヘッド本体の後壁にボルトによって取り付けられる。このとき、主軸ヘッド本体の後壁には、ボルトが螺合されるナットが埋設されているから、ボルトをガイドレールを通して主軸ヘッド本体の後壁に螺合するだけで、ガイドレールを主軸ヘッド本体の後壁に簡単に固定することができる。しかも、この状態では、ガイドレールがマグネットとともに補強材として機能するので、後壁の強度、更には、主軸ヘッド本体の強度をより高めることができる。 According to such a structure, a guide rail is attached to the rear wall of a spindle head main body with a volt | bolt among a pair of guide rail and slide member which comprise a guide mechanism. At this time, since the nut into which the bolt is screwed is embedded in the rear wall of the spindle head body, the guide rail is simply screwed into the spindle wall of the spindle head body through the guide rail. Can be easily fixed to the rear wall. Moreover, in this state, since the guide rail functions as a reinforcing material together with the magnet, the strength of the rear wall and further the strength of the spindle head main body can be further increased.

本発明の工作機械において、前記主軸ヘッド本体の後壁は、前記前壁および両側壁の厚みよりも厚く形成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、主軸ヘッド本体の後壁は、前壁および両側壁の厚みよりも厚く形成されているから、マグネットやガイドレールを取り付けても十分な強度を確保できる。従って、全体の重量を大幅や増やすことなく、強度が要求される部分のみの肉厚を厚くすることによって対応することができる。 In the machine tool of the present invention, it is preferable that the rear wall of the spindle head main body is formed thicker than the thickness of the front wall and both side walls.
According to such a configuration, since the rear wall of the spindle head main body is formed thicker than the thickness of the front wall and both side walls, sufficient strength can be secured even if a magnet or a guide rail is attached. Therefore, it is possible to cope with the problem by increasing the thickness of only the portion where strength is required without significantly increasing the overall weight.

本発明の工作機械において、前記主軸ヘッド本体の前壁には、作業用孔が形成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、主軸ヘッド本体の内部に主軸を支持した軸受機構や回転駆動源を収納、取り付ける際にも、これらの作業用孔を利用して作業することができるから、取り付け作業も容易に行うことができる。 In the machine tool of the present invention, it is preferable that a work hole is formed in the front wall of the spindle head body.
According to such a configuration, it is possible to work using these working holes when housing and attaching the bearing mechanism and the rotational drive source that support the spindle inside the spindle head body. Can also be done easily.

本発明の実施形態に係る工作機械を示す斜視図。The perspective view which shows the machine tool which concerns on embodiment of this invention. 前記実施形態において、主軸装置およびその周辺部分を示す図。The figure which shows a main shaft apparatus and its peripheral part in the said embodiment. 前記実施形態において、主軸ヘッドを示す斜視図。The perspective view which shows a spindle head in the said embodiment. 前記実施形態において、主軸ヘッドを示す横断面図。In the said embodiment, the cross-sectional view which shows a spindle head. 前記実施形態において、主軸ヘッドを示す背面図。In the said embodiment, the rear view which shows a spindle head.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜実施形態の構成＞
本工作機械は、図１に示すように、ベース１と、このベース１にＸ軸ガイド機構１１およびＸ軸リニアモータ機構１２を介してＸ軸方向へ移動可能に設けられ上面にワークＷを載置するテーブル１３と、このテーブル１３を跨いで設けられた門型コラム２０と、この門型コラム２０の水平ビーム２０ＡにＹ軸ガイド機構２１およびＹ軸リニアモータ機構２２を介してＹ軸方向へ移動可能に設けられた主軸装置３０とから構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Configuration of Embodiment>
As shown in FIG. 1, the machine tool is provided with a base 1, and is movable on the base 1 in the X-axis direction via an X-axis guide mechanism 11 and an X-axis linear motor mechanism 12. The table 13 to be placed, the portal column 20 provided across the table 13, and the horizontal beam 20A of the portal column 20 in the Y-axis direction via the Y-axis guide mechanism 21 and the Y-axis linear motor mechanism 22 The main shaft device 30 is movably provided.

Ｘ軸ガイド機構１１は、ベース１の上面にＸ軸方向に沿って互いに平行に配置されたガイドレール１１Ａと、テーブル１３の下面にガイドレール１１Ａに沿ってスライド可能に設けられたスライド部材１１Ｂとを含んで構成されている。
Ｘ軸リニアモータ機構１２は、ベース１の上面においてガイドレール１１Ａの間にこれらと平行に配列されたマグネット１２Ａと、このマグネット１２Ａに隙間を隔ててテーブル１３の下面に取り付けられたコイル１２Ｂとを含むリニアモータによって構成されている。 The X-axis guide mechanism 11 includes a guide rail 11A disposed on the upper surface of the base 1 in parallel along the X-axis direction, and a slide member 11B provided on the lower surface of the table 13 so as to be slidable along the guide rail 11A. It is comprised including.
The X-axis linear motor mechanism 12 includes a magnet 12A arranged in parallel with the guide rail 11A on the upper surface of the base 1, and a coil 12B attached to the lower surface of the table 13 with a gap between the magnet 12A. It is comprised by the linear motor containing.

Ｙ軸ガイド機構２１は、図２にも示すように、門型コラム２０の水平ビーム２０Ａの上面にＹ軸方向に沿って互いに平行に配置されたガイドレール２１Ａと、主軸装置３０の下面にガイドレール２１Ａに沿ってスライド可能に設けられたスライド部材２１Ｂとを含んで構成されている。
Ｙ軸リニアモータ機構２２は、門型コラム２０の水平ビーム２０Ａの上面においてガイドレール２１Ａの間にこれらと平行に配列されたマグネット２２Ａと、このマグネット２２Ａに隙間を隔てて主軸装置３０の下面に取り付けられたコイル２２Ｂとを含むリニアモータによって構成されている。 As shown in FIG. 2, the Y-axis guide mechanism 21 includes guide rails 21 A arranged parallel to each other along the Y-axis direction on the upper surface of the horizontal beam 20 A of the portal column 20, and guides on the lower surface of the spindle device 30. And a slide member 21B provided so as to be slidable along the rail 21A.
The Y-axis linear motor mechanism 22 includes a magnet 22A arranged in parallel with the guide rail 21A on the upper surface of the horizontal beam 20A of the portal column 20, and a lower surface of the spindle device 30 with a gap between the magnet 22A. It is comprised by the linear motor containing the attached coil 22B.

（主軸装置の説明：図２参照）
主軸装置３０は、図２にも示すように、門型コラム２０の水平ビーム２０ＡにＹ軸ガイド機構２１およびＹ軸リニアモータ機構２２を介してＹ軸方向へ移動可能に設けられた主軸ヘッド支持部材としてのサドル３３と、このサドル３３にＺ軸ガイド機構４１および昇降機構としてのＺ軸リニアモータ機構４２を介してＺ軸方向へ昇降可能に設けられた主軸ヘッド４３と、この主軸ヘッド４３の重量の少なくとも一部を支える付勢力を発生するバランスシリンダ４４と、サドル３３の主軸ヘッド４３とは反対側に取り付けられたバランスウエイト４５とから構成されている。 (Description of spindle device: see FIG. 2)
As shown in FIG. 2, the spindle device 30 is also provided with a spindle head support that is provided on the horizontal beam 20 A of the portal column 20 so as to be movable in the Y axis direction via the Y axis guide mechanism 21 and the Y axis linear motor mechanism 22. A saddle 33 as a member, a spindle head 43 provided on the saddle 33 through a Z-axis guide mechanism 41 and a Z-axis linear motor mechanism 42 as an elevating mechanism so as to be movable up and down in the Z-axis direction, The balance cylinder 44 that generates an urging force that supports at least a part of the weight and the balance weight 45 that is attached to the opposite side of the spindle head 43 of the saddle 33 are configured.

Ｚ軸ガイド機構４１は、主軸ヘッド４３の裏面にＺ軸方向に沿って互いに平行に配置されたガイドレール４１Ａと、サドル３３の正面に固定されガイドレール４１Ａをスライド可能に案内するスライド部材４１Ｂとを含んで構成されている。
Ｚ軸リニアモータ機構４２は、主軸ヘッド４３の裏面においてガイドレール４１Ａの間にこれらと平行に配列されたマグネット４２Ａと、このマグネット４２Ａに隙間を隔ててサドル３３の正面に取り付けられたコイル４２Ｂとを含むリニアモータによって構成されている。
ここで、コイル４２Ｂの周囲は遮熱部材４２Ｃで覆われている。遮熱部材４２Ｃとしては、アルミニウムまたはプラスチックスなどの材料によって箱状に形成されている。 The Z-axis guide mechanism 41 includes a guide rail 41A arranged parallel to each other along the Z-axis direction on the back surface of the spindle head 43, and a slide member 41B fixed to the front surface of the saddle 33 and slidably guiding the guide rail 41A. It is comprised including.
The Z-axis linear motor mechanism 42 includes a magnet 42A arranged in parallel with the guide rail 41A on the back surface of the spindle head 43, and a coil 42B attached to the front surface of the saddle 33 with a gap between the magnet 42A. It is comprised by the linear motor containing.
Here, the periphery of the coil 42B is covered with a heat shield member 42C. The heat shield member 42C is formed in a box shape from a material such as aluminum or plastics.

主軸ヘッド４３は、図１に示すように、主軸ヘッド本体５１と、この主軸ヘッド本体５１に軸受機構５６を介して回転可能に支持された主軸５２と、この主軸５２を回転駆動させる回転駆動源５３とを含んで構成されている。主軸５２には工具５４が着脱可能に取り付けられる。回転駆動源５３は、モータによって構成されている。 As shown in FIG. 1, the spindle head 43 includes a spindle head main body 51, a spindle 52 that is rotatably supported by the spindle head main body 51 via a bearing mechanism 56, and a rotational drive source that rotationally drives the spindle 52. 53. A tool 54 is detachably attached to the main shaft 52. The rotation drive source 53 is configured by a motor.

バランスシリンダ４４は、主軸ヘッド４３を挟んだ両側にそれぞれ設けられている。
各バランスシリンダ４４は、上端がブラケット５５を介してサドル３３に支持されたシリンダ本体４４Ａと、上端にシリンダ本体４４Ａ内に摺動可能に収納されたピストンを有し下端が主軸ヘッド４３の下端に連結されたピストンロッド４４Ｂとから構成されている。
ピストンで区画されたシリンダ本体４４Ａの下室には、図示省略の空気供給源からのエアーが圧力レギュレータ等を介して供給されている。その結果、バランスシリンダ４４によって、主軸ヘッド４３の重量とバランスする付勢力が主軸ヘッド４３に上向きに与えられている。 The balance cylinders 44 are provided on both sides of the spindle head 43, respectively.
Each balance cylinder 44 has a cylinder main body 44 A whose upper end is supported by the saddle 33 via a bracket 55, and a piston which is slidably housed in the cylinder main body 44 A at its upper end, and its lower end is at the lower end of the spindle head 43. The piston rod 44B is connected to the piston rod 44B.
Air from an air supply source (not shown) is supplied to the lower chamber of the cylinder body 44A partitioned by the piston via a pressure regulator or the like. As a result, an urging force that balances the weight of the spindle head 43 is applied upward to the spindle head 43 by the balance cylinder 44.

（主軸ヘッド本体５１の説明：図３〜図５参照）
本実施形態においては、主軸ヘッド４３のうち、主軸ヘッド本体５１が、炭素繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)によって構成されている。そこで、主軸ヘッド本体５１の構成を詳細に説明する。
主軸ヘッド本体５１は、炭素繊維強化プラスチックによって、前壁６０、後壁７０、および、両側壁８０を有する四角筒形状に形成され、この四角筒形状の底面に底壁９０を有し、内部に主軸５２を支持した軸受機構５６および回転駆動源５３が収納されている。なお、前壁６０、後壁７０および両側壁８０によって構成される四角筒の四隅は、角隅部が最も肉厚が厚くなるような円弧面状に形成されている。 (Description of the spindle head body 51: see FIGS. 3 to 5)
In the present embodiment, the spindle head main body 51 of the spindle head 43 is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP). Therefore, the configuration of the spindle head main body 51 will be described in detail.
The spindle head main body 51 is formed of a carbon fiber reinforced plastic into a square tube shape having a front wall 60, a rear wall 70, and both side walls 80, and has a bottom wall 90 on the bottom surface of the square tube shape. A bearing mechanism 56 that supports the main shaft 52 and a rotational drive source 53 are accommodated. In addition, the four corners of the square cylinder constituted by the front wall 60, the rear wall 70, and the both side walls 80 are formed in an arcuate surface shape such that the corners are thickest.

前壁６０には、縦長矩形状の２つの作業用孔６１，６２が上下に形成されているとともに、その作業用孔６１，６２を挟んだ両側に円形状の８つの作業用孔６３が形成されている。 The front wall 60 is formed with two vertically-long rectangular work holes 61 and 62, and eight circular work holes 63 are formed on both sides of the work holes 61 and 62. Has been.

後壁７０は、厚みが一様な後壁部材７０Ａと、この後壁部材７０Ａの背面に接着固定された補強部材７０Ｂとを有し、前壁６０および両側壁８０の厚みよりも厚く形成されている。
補強部材７０Ｂは、幅方向中央の薄肉部７１と、この薄肉部７１の両側に形成された第１厚肉部７２と、この第１厚肉部７２の外側に形成され第１厚肉部７２よりも薄くかつ薄肉部７１よりも厚い肉厚を有する第２厚肉部７３とを有する。
薄肉部７１の幅方向両側には、Ｚ軸リニアモータ機構４２のマグネット４２Ａを取り付けるためのボルト７７が挿通される複数のボルト挿通孔７４が一定ピッチで上下方向（Ｚ軸方向）に沿って形成されているとともに、これと対応する後壁７０の内面にはボルト７７が螺合されるマグネット取付プレート７５が固定されている。マグネット取付プレート７５は上下方向（Ｚ軸方向）に長い板状で、一定ピッチ間隔で雌ねじが形成されている。
第２厚肉部７３には、Ｚ軸ガイド機構４１のガイドレール４１Ａを取り付けるためのボルト７８が螺合される複数のナット７６が一定ピッチで上下方向（Ｚ軸方向）に沿って埋設されている。 The rear wall 70 includes a rear wall member 70A having a uniform thickness and a reinforcing member 70B bonded and fixed to the back surface of the rear wall member 70A, and is formed to be thicker than the thicknesses of the front wall 60 and the side walls 80. ing.
The reinforcing member 70B includes a thin portion 71 at the center in the width direction, a first thick portion 72 formed on both sides of the thin portion 71, and a first thick portion 72 formed outside the first thick portion 72. And a second thick part 73 having a thickness thinner than that of the thin part 71.
A plurality of bolt insertion holes 74 through which bolts 77 for attaching the magnet 42A of the Z-axis linear motor mechanism 42 are inserted are formed at a constant pitch along the vertical direction (Z-axis direction) on both sides of the thin portion 71 in the width direction. In addition, a magnet mounting plate 75 to which a bolt 77 is screwed is fixed to the inner surface of the rear wall 70 corresponding thereto. The magnet mounting plate 75 has a plate shape that is long in the vertical direction (Z-axis direction), and female threads are formed at regular pitch intervals.
A plurality of nuts 76 into which bolts 78 for attaching the guide rail 41A of the Z-axis guide mechanism 41 are screwed are embedded in the second thick portion 73 along the vertical direction (Z-axis direction) at a constant pitch. Yes.

両側壁８０には、幅方向中央でかつ作業用孔６２の高さ位置に円形状の作業用孔８１が貫通形成されているとともに、上部内面に吊り上げ用の突起８２が突設されている。
底壁９０には、軸受機構５６および主軸５２を突出させる貫通孔９１が貫通形成されている。 A circular work hole 81 is formed through the both side walls 80 at the center of the width direction and at the height of the work hole 62, and a lifting projection 82 projects from the upper inner surface.
A through hole 91 through which the bearing mechanism 56 and the main shaft 52 protrude is formed through the bottom wall 90.

＜実施形態の作用、効果＞
このような構成の工作機械において、ワークＷを加工するには、ワークＷをテーブル１３上にセットしたのち、テーブル１３をＸ軸方向へ、サドル３３をＹ軸方向へ、主軸ヘッド４３をＺ軸方向へ移動させながら、工具５４によってワークＷを加工する。
本実施形態では、主軸ヘッド４３を構成する主軸ヘッド本体５１が、炭素繊維強化プラスチックによって構成されているから、主軸ヘッド４３を軽量化することができる。しかも、主軸ヘッド本体５１は四角筒形状に形成されているから、肉厚を薄く構成しても、高剛性を確保できる。
従って、軽量化と高剛性を達成できるから、変形や歪みなどが生じることが少なく、主軸ヘッド４３を軽量化できる。そのため、主軸ヘッド４３の移動速度を高速化することができるから、微細加工が実現できるとともに、生産性の向上が期待できる。 <Operation and Effect of Embodiment>
In the machine tool having such a configuration, in order to process the workpiece W, after setting the workpiece W on the table 13, the table 13 is set in the X-axis direction, the saddle 33 is set in the Y-axis direction, and the spindle head 43 is set in the Z-axis. The workpiece W is machined by the tool 54 while moving in the direction.
In the present embodiment, since the spindle head main body 51 constituting the spindle head 43 is made of carbon fiber reinforced plastic, the spindle head 43 can be reduced in weight. Moreover, since the spindle head main body 51 is formed in a rectangular tube shape, high rigidity can be secured even if the wall thickness is thin.
Therefore, since weight reduction and high rigidity can be achieved, deformation and distortion are less likely to occur, and the spindle head 43 can be reduced in weight. Therefore, since the moving speed of the spindle head 43 can be increased, fine processing can be realized and productivity can be expected to be improved.

また、主軸ヘッド４３を昇降させるための昇降機構が、主軸ヘッド４３に主軸ヘッド４３の昇降方向に沿って設けられたマグネット４２Ａと、サドル３３にマグネット４２Ａに対向して配置されたコイル４２Ｂとを含むＺ軸リニアモータ機構４２を含んで構成されているから、主軸ヘッド４３を円滑かつ高精度に昇降動作させることができる。このとき、Ｚ軸リニアモータ機構４２を構成するコイル４２Ｂの周囲は遮熱部材４２Ｃで覆われているから、コイルからの発熱によって、主軸ヘッド本体５１などが熱変形を起こすことを防ぐことができる。従って、高精度を維持できる。 In addition, an elevating mechanism for elevating the spindle head 43 includes a magnet 42A provided on the spindle head 43 along the raising / lowering direction of the spindle head 43, and a coil 42B disposed on the saddle 33 so as to face the magnet 42A. Since the Z-axis linear motor mechanism 42 is included, the spindle head 43 can be moved up and down smoothly and with high accuracy. At this time, since the periphery of the coil 42B constituting the Z-axis linear motor mechanism 42 is covered with the heat shield member 42C, it is possible to prevent the spindle head main body 51 and the like from being thermally deformed by heat generated from the coil. . Therefore, high accuracy can be maintained.

また、主軸ヘッド本体５１の後壁７０には、ボルト７７が挿通されるボルト挿通孔７４およびマグネット取付プレート７５が固定されているから、ボルト７７をマグネット４２Ａ、主軸ヘッド本体５１の後壁７０を通してマグネット取付プレート７５に螺合するだけで、マグネット４２Ａを主軸ヘッド本体５１の後壁７０に簡単にかつ強固に固定することができる。しかも、この状態では、マグネット４２Ａとマグネット取付プレート７５とが主軸ヘッド本体５１の後壁７０を挟み込んだ状態となるので、つまり、これらのマグネット４２Ａやマグネット取付プレート７５が補強材として機能するので、後壁７０の強度、更には、主軸ヘッド本体５１の全体の強度を高めることができる。 Further, since the bolt insertion hole 74 through which the bolt 77 is inserted and the magnet mounting plate 75 are fixed to the rear wall 70 of the spindle head main body 51, the bolt 77 is passed through the magnet 42A and the rear wall 70 of the main spindle head main body 51. The magnet 42 A can be easily and firmly fixed to the rear wall 70 of the spindle head main body 51 simply by screwing onto the magnet mounting plate 75. Moreover, in this state, the magnet 42A and the magnet mounting plate 75 are in a state of sandwiching the rear wall 70 of the spindle head main body 51, that is, the magnet 42A and the magnet mounting plate 75 function as a reinforcing material. The strength of the rear wall 70 and further the strength of the main spindle head main body 51 can be increased.

また、Ｚ軸ガイド機構４１を構成する一対のガイドレール４１Ａとスライド部材４１Ｂのうち、ガイドレール４１Ａが主軸ヘッド本体５１の後壁７０にボルト７８によって固定される。このとき、主軸ヘッド本体５１の後壁７０には、ナット７６が埋設されているから、ボルト７８をガイドレール４１Ａを通して主軸ヘッド本体５１の後壁７０のナット７６に螺合するだけで、ガイドレール４１Ａを主軸ヘッド本体５１の後壁７０に簡単に固定することができる。
しかも、ガイドレール４１Ａも補強材として機能するので、後壁７０の強度、更には、主軸ヘッド本体５１の全体の強度をより高めることができる。 Of the pair of guide rails 41 A and the slide member 41 B constituting the Z-axis guide mechanism 41, the guide rail 41 A is fixed to the rear wall 70 of the spindle head main body 51 with a bolt 78. At this time, since a nut 76 is embedded in the rear wall 70 of the spindle head main body 51, the guide rail can be simply screwed into the nut 76 of the rear wall 70 of the main spindle head main body 51 through the guide rail 41A. 41A can be easily fixed to the rear wall 70 of the spindle head main body 51.
In addition, since the guide rail 41A also functions as a reinforcing material, the strength of the rear wall 70 and further the strength of the entire spindle head main body 51 can be further increased.

また、主軸ヘッド本体５１の後壁７０は、前壁６０および両側壁８０の厚みよりも厚く形成されているから、マグネット４２Ａやガイドレール４１Ａを取り付けても十分な強度を確保できる。従って、全体の重量を大幅や増やすことなく、強度が要求される部分のみを肉厚を厚くすることによって対応することができる。 Further, since the rear wall 70 of the spindle head main body 51 is formed to be thicker than the thickness of the front wall 60 and the side walls 80, sufficient strength can be secured even if the magnet 42A and the guide rail 41A are attached. Therefore, it is possible to cope with the problem by increasing the thickness of only the portion where strength is required without significantly increasing the overall weight.

また、主軸ヘッド本体５１の前壁６０および側壁８０には、作業用孔６１〜６３，８１を形成したので、主軸ヘッド本体５１の内部に主軸５２を支持した軸受機構５６や回転駆動源５３を収納、取り付ける際にも、これらの作業用孔６１〜６３，８１を利用して作業することができるから、取付作業も容易に行うことができる。 Further, since the working holes 61 to 63 and 81 are formed in the front wall 60 and the side wall 80 of the spindle head main body 51, a bearing mechanism 56 and a rotation drive source 53 that support the main spindle 52 are provided inside the spindle head main body 51. Since the work holes 61 to 63 and 81 can be used for storage and attachment, the attachment work can be easily performed.

また、主軸ヘッド本体５１の両側壁８０の上部内面には、吊り上げ用の突起８２が突設されているから、この突起８２を利用して主軸ヘッド４３を吊り上げて、組み立てることができる。従って、組立、分解作業も比較的容易に行うことができる。 Further, since the lifting projections 82 project from the upper inner surfaces of the side walls 80 of the spindle head main body 51, the spindle head 43 can be lifted and assembled using the projections 82. Therefore, assembly and disassembly operations can be performed relatively easily.

＜変形例＞
なお、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
前記実施形態では、主軸ヘッド本体５１を四角筒形状に構成したが、四角筒形状の途中に底壁と略平行な仕切壁を１または数枚挿入して強度を更に高めるようにしてもよい。 <Modification>
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the above-described embodiment, the spindle head main body 51 is formed in a square cylinder shape. However, one or several partition walls substantially parallel to the bottom wall may be inserted in the middle of the square cylinder shape to further increase the strength.

前記実施形態では、主軸ヘッド本体５１の前壁６０および側壁８０に作業用孔６１〜６３，８１を形成したが、これらは無くてもよい。その場合、底壁９０を別部材として構成し、底壁９０に主軸５２を支持した軸受機構５６や回転駆動源５３を取り付けたのち、この底壁９０を主軸ヘッド本体５１の四角筒形状の底に接着あるいはリベットなどで接合するようにすればよい。 In the above embodiment, the working holes 61 to 63, 81 are formed in the front wall 60 and the side wall 80 of the spindle head main body 51, but these may be omitted. In this case, the bottom wall 90 is configured as a separate member, and the bottom wall 90 is attached to the bottom wall 90 with the bearing mechanism 56 and the rotation drive source 53 supporting the main shaft 52. What is necessary is just to make it join to an adhesive or a rivet.

前記実施形態では、工作機械として、テーブル１３がＸ軸方向へ、主軸ヘッド４３がＹ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能であったが、これに限られない。要は、テーブル１３と主軸ヘッド４３が二次元（２軸方向）あるいは三次元（３軸方向）へ相対移動可能な構造であれば、いずれが移動する構造であってもよい。 In the embodiment, the table 13 is movable in the X-axis direction and the spindle head 43 is movable in the Y-axis direction and the Z-axis direction as a machine tool. However, the present invention is not limited to this. In short, any structure may be used as long as the table 13 and the spindle head 43 can move relative to each other in two dimensions (two-axis direction) or three dimensions (three-axis direction).

また、前記実施形態では、各軸移動機構をリニアモータ機構、つまり、Ｘ軸リニアモータ機構１２、Ｙ軸リニアモータ機構２２、Ｚ軸リニアモータ機構４２によって構成したが、必ずしも、リニアモータ機構でなくてもよい。ボールねじを用いた送り機構であってもよい。
また、前記実施形態では、主軸５２の回転駆動源５３として、モータを用いたが、これに限らず、例えば、エアータービン機構などであってもよい。 Further, in the above-described embodiment, each axis moving mechanism is configured by the linear motor mechanism, that is, the X-axis linear motor mechanism 12, the Y-axis linear motor mechanism 22, and the Z-axis linear motor mechanism 42, but is not necessarily a linear motor mechanism. May be. A feed mechanism using a ball screw may be used.
Moreover, in the said embodiment, although the motor was used as the rotational drive source 53 of the main axis | shaft 52, it is not restricted to this, For example, an air turbine mechanism etc. may be sufficient.

また、前記実施形態では、バランスシリンダ４４によって主軸ヘッド４３の重量とバランスする付勢力を発生させるようにしたが、必ずしも、主軸ヘッド４３の重量とバランスする付勢力でなくてもよく、主軸ヘッド４３の重量の少なくとも一部を支える付勢力を発生する構成であってもよい。 In the embodiment, the urging force that balances the weight of the spindle head 43 is generated by the balance cylinder 44. However, the urging force that balances the weight of the spindle head 43 is not necessarily required. The structure which generate | occur | produces the biasing force which supports at least one part of the weight of may be sufficient.

本発明は、一般的な工作機械に限らず、超精密非球面加工機などの超精密工作機械にも応用できる。 The present invention can be applied not only to general machine tools but also to ultraprecision machine tools such as ultraprecision aspherical machines.

３３…サドル（主軸ヘッド支持部材）、
４１…Ｚ軸ガイド機構（昇降機構）、
４１Ａ…ガイドレール、
４１Ｂ…スライド部材、
４２…Ｚ軸リニアモータ機構（昇降機構）、
４２Ａ…マグネット、
４２Ｂ…コイル、
４３…主軸ヘッド、
５１…主軸ヘッド本体、
５２…主軸、
５３…回転駆動源、
５４…工具、
５６…軸受機構、
６０…前壁、
６１，６２，６３，８１…作業用孔、
７０…後壁、
７４…ボルト挿通孔、
７５…マグネット取付プレート、
７６…ナット、
７７，７８…ボルト、
８０…側壁、
９０…底壁、
９１…貫通孔。 33. Saddle (main spindle head support member),
41 ... Z-axis guide mechanism (elevating mechanism),
41A ... guide rail,
41B ... slide member,
42 ... Z-axis linear motor mechanism (elevating mechanism),
42A ... Magnet,
42B ... coil,
43 ... spindle head,
51 ... spindle head body,
52 ... Spindle,
53 ... Rotation drive source,
54 ... Tool,
56 ... Bearing mechanism,
60 ... the front wall,
61, 62, 63, 81 ... work holes,
70 ... rear wall,
74: Bolt insertion hole,
75 ... Magnet mounting plate,
76 ... nuts,
77, 78 ... bolts,
80 ... sidewall,
90 ... bottom wall,
91 ... through hole.

Claims

In a machine tool comprising a spindle head support member, a spindle head provided on the spindle head support member so as to be movable up and down, and a lifting mechanism for raising and lowering the spindle head.
The spindle head includes a spindle head main body provided on the spindle head support member so as to be movable up and down, a spindle provided rotatably on the spindle head main body via a bearing mechanism and having a tool at a tip, and the spindle is driven to rotate. A rotational drive source
The main spindle head body is formed of a carbon fiber reinforced plastic into a square tube shape having a front wall, a rear wall, both side walls, and a bottom wall, and houses a bearing mechanism and a rotation drive source that support the main spindle inside, A through hole for projecting the main shaft is formed through the bottom wall.
A machine tool characterized by that.

The machine tool according to claim 1,
The elevating mechanism includes a guide mechanism and a linear motor mechanism provided between the spindle head support member and the spindle head main body.
The linear motor mechanism includes a magnet arranged in the rear wall of the spindle head main body along the ascending / descending direction of the spindle head main body, and a coil attached to the front surface of the main spindle head support member with a gap between the magnets. Comprising
A bolt insertion hole through which a bolt for fixing the magnet to the rear wall is inserted is formed in the rear wall of the spindle head body, and a magnet is attached to the inner surface of the rear wall. The plate is fixed,
A machine tool characterized by that.

The machine tool according to claim 2,
The guide mechanism is fixed to a front surface of the spindle head support member and a pair of guide rails arranged in parallel with each other along the ascending / descending direction of the spindle head body with the magnet sandwiched between the rear wall of the spindle head body. A slide member that slidably guides the guide rail,
A plurality of nuts to which bolts for fixing the guide rail to the rear wall are screwed are embedded in the rear wall of the spindle head body.
A machine tool characterized by that.

The machine tool according to claim 3,
The rear wall of the spindle head body is formed thicker than the thickness of the front wall and both side walls,
A machine tool characterized by that.

The machine tool according to claim 4,
A work hole is formed in the front wall of the spindle head body.
A machine tool characterized by that.