JP2016198832A - クロスレール及びそれを用いた工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の被加工物に対応することができ、しかも高速・高加速で駆動しても、振動や変位を可及的に抑制すること。【解決手段】生産ラインに設置される工作機械１００およびそれに用いられるクロスレール１４を開示している。クロスレール１４は、Ｙ軸方向に沿ってフレーム体１６に設けられたレール３１を備えている。レール３１は、ガントリ機構１０を構成するラムアセンブリ４０を予め設定されたストロークＳでＹ軸方向沿いに往復移動可能にガイドする。フレーム体１６の横断面形状は、下辺１６２が上辺１６１よりも長い台形又は、底辺１８０が下向きの三角形に形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、クロスレール及びそれを用いた工作機械に関する。

一般に航空機等、大型の被加工物を加工する場合においては、特許文献１に開示されているように、ガントリ形の工作機械が用いられる。同工作機械は、生産ラインにおいて三次元直交座標系の予め設定された一軸方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に直交する水平方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とした場合に、Ｘ軸方向に沿って生産ラインに設けられる長尺のベッドと、このベッドの上に横架されて、Ｘ軸方向沿いに往復移動可能なクロスレールと、このクロスレールに担持されて、Ｙ軸方向に往復移動可能なラムアセンブリとを備えている。ラムアセンブリは、ラムサドルと、ラムと、工具を装着する主軸とを含んでいる。ラムサドルは、クロスレール上に載置され、Ｙ軸方向に往復駆動される。ラムは、ラムサドル上に載置され、上下（Ｚ軸方向）に往復駆動される。主軸は、ラムの下端に設けられている。主軸は、クロスレールがベッド上でＸ軸方向に駆動され、ラムサドルがクロスレール上でＹ軸方向に駆動され、ラムがＺ軸方向に駆動されることにより、任意の座標で被工作物を加工することができる。

特開２００５−２６２３７５号公報

近年、この種の工作機械においては、被加工物の大型化に伴い、クロスレールやラムアセンブリの大型化及び高速・高加速化が要請されている。しかしながら、大型のクロスレールやラムアセンブリに俊敏性を持たすためには、相当にトルクの高いモータを利用して大きな駆動力を作用させる必要がある。そのため、クロスレールやラムアセンブリが駆動しているときの加速度も高まり、クロスレールやラムアセンブリに振動や変位が発生しやすくなる、という課題があった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、大型の被加工物に対応することができ、しかも高速・高加減速で駆動しても、振動や変位を可及的に抑制することのできるクロスレール及びそれを用いた工作機械を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、生産ラインにおいて予め設定された一水平軸方向を三次元直交座標系のＸ軸方向とし、このＸ軸方向に直交する他の水平方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とした場合に、前記生産ラインに前記Ｘ軸方向に沿って設置された一対のベッド上に横架され、前記ベッド上において前記Ｘ軸方向に移動し、且つ前記Ｚ軸方向に移動可能なラムと前記ラムの下端に担持されるとともに前記一対のベッド間に配置された被加工物を加工する工具が下端に装着される主軸とを備えたラムアセンブリを支持しながら当該ラムアセンブリをＹ軸方向に往復移動することにより当該ラムアセンブリをＸＹ平面上で駆動するクロスレールであって、前記一対のベッド上に前記Ｙ軸方向に沿って横架されて前記Ｘ軸方向に往復移動するフレーム体と、前記Ｙ軸方向に沿って前記フレーム体に設けられ、且つ前記ラムアセンブリを予め設定されたストロークで前記Ｙ軸方向沿いに往復移動可能にガイドするレールとを備え、少なくとも前記ストロークの範囲内における前記フレーム体の横断面形状は、上下方向下側に向かうに伴ってＸ軸方向の幅が長くなるように上側が狭く下側が広く設定されていることを特徴とするクロスレールである。この態様では、フレーム体の横断面形状は、少なくともラムアセンブリのストローク範囲内において、上下方向下側に向かうに伴ってＸ軸方向の幅が長くなるように上側が狭く、下側が広く設定されている。クロスレールは、上側が捩れやすく、下側は捩れにくくなる。また、主軸のＸ軸方向の変位は、クロスレールの捩れと、クロスレールとラムの下側支持点からのラム突き出し量（Ｚ軸移動量）の影響を受ける。この結果、クロスレールがＸ軸方向に移動する場合において、ラムがＺ軸ストローク上限付近に位置するとき、すなわち、ラムがクロスレールの下側支持点より突き出し量が少ないときは、クロスレールは、従来よりも捩れやすいが、突き出し量が少ないため、主軸のＸ軸方向の変位量は、僅かに増加するに過ぎない。一方、ラムがＺ軸ストローク下限付近に位置するとき、すなわち、ラムがクロスレールの下側支持点よりも突き出し量が多いときは、クロスレールの下側のＸ軸スパンが長いので、クロスレールは、従来よりも捩れにくく、突き出し量が多くても、主軸のＸ軸方向の変位量は、従来よりも小さくなる。よって、クロスレールがＸ軸方向に高速・高加減速で移動した場合において、例えば、Ｙ軸回りのモーメントが作用したときでも、ラムのＺ軸位置によるクロスレール捩れの影響を弱めることができ、ラムのＺ軸ストローク上限位置と下限位置による主軸の変位差を小さくできる。従って、クロスレールを大型化して高速・高加減速で駆動しても、工具が装着される主軸下端の振動や変位が小さくなる。さらに、フレーム体の上側が短く、下側が広く設定されているので、Ｙ軸回りのモーメントに対する主軸の変位への影響を弱めつつ、質量は、むしろ軽くなり、軽量化や材料費軽減に寄与することができる。

また、好ましい態様のクロスレールにおいて、前記フレーム体の横断面形状のＸ軸方向の全幅は、当該フレーム体の高さよりも長く設定されている。この態様では、フレーム体の重心が一層下側にできるので、フレーム体がより安定する。

また、好ましい態様のクロスレールにおいて、前記フレーム体は、Ｙ軸方向に沿って延びる鉛直な端板を有する一対のフレーム片であって、上下方向下側に向かうに伴ってＸ軸方向の幅が長くなるように上側が狭く設定された横断面形状を有する前記一対のフレーム片を含み、前記一対のフレーム片は、それぞれの前記端板が前記Ｘ軸方向に対向するように配置されているとともに、前記一対のフレーム片の間に、前記ラムアセンブリを前記Ｙ軸方向に沿って移動可能に挿通する挿通孔を形成している。この態様では、一対のフレーム片を設け、それぞれの横断面形状が規定する端板をＸ軸方向に対向させているので、フレーム体の下端側の幅を上端側に比べて大幅に大きく設定し、Ｙ軸回りのモーメントに対する主軸の変位への影響を弱め、安定した構造を得ることができる。また、一対のフレーム片の間にラムアセンブリを配置して、Ｙ軸方向にラムアセンブリを駆動することができる。

また、好ましい態様のクロスレールにおいて、前記一対のフレーム片は、Ｙ軸方向に沿って前記フレーム体を二等分する鉛直な仮想面を中心に対称形に形成されている。この態様では、Ｘ軸方向に沿う往動方向にも復動方向にも安定した構造を得ることができる。また、一対のフレーム片を対称形に形成することにより、フレーム体が熱対称構造にもなり得るので、熱影響に対しても強い耐性を発揮することができる。

特に好ましい態様において、前記フレーム片の横断面形状は、底辺が下向きの三角形又は下辺が上辺よりも長い台形に形成されることが好ましい。

或いは、前記ストロークの範囲内における前記フレーム体の横断面形状は、底辺が下向きの三角形又は下辺が上辺よりも長い台形に形成されることが好ましい。

また、本発明の態様のクロスレールにおいて、前記一対のベッドに対応して対をなし、前記フレーム体の下面に設けられるクロスレールサドルと、前記フレーム体を前記ベッドに対し相対的に前記Ｘ軸方向に沿って移動する力を出力する出力軸を含み、且つ前記出力軸が鉛直方向に沿って前記クロスレールサドル内に臨むように、前記フレーム体に縦置きに取り付けられたモータとをさらに備えている。この態様では、クロスレールの移動時に慣性力等の影響をクロスレールに与えるモータが縦置きに配置され、しかも平面視において、クロスレールの面内に収められているので、モータによって起因する振動や変位等をも効果的に抑制することが可能となる。

本発明の別の態様は、生産ラインにおいて予め設定された一水平軸方向を三次元直交座標系のＸ軸方向とし、このＸ軸方向に直交する他の水平方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とした場合に、前記Ｘ軸方向に沿って前記生産ラインに前記Ｘ軸方向に沿って設置された一対のベッドと、前記一対のベッド上に横架され、且つ前記Ｘ軸方向に沿って往復移動する、前記クロスレールと、前記Ｚ軸方向に移動可能なラムと前記ラムの下端に担持されるとともに前記一対のベッド間に配置された大型の被加工物を加工する工具が下端に装着される主軸とを含み、且つ前記クロスレール上で前記Ｙ軸方向に沿って往復移動するラムアセンブリとを備えている、ことを特徴とする工作機械である。

以上説明したように本発明によれば、フレーム体の横断面形状を所定の三角形又は台形に形成しているので、クロスレールがＸ軸方向に沿って高速に駆動された場合において、Ｙ軸回りのモーメントがクロスレールに作用したときであっても、ラムのＺ軸ストローク上限付近ではラムの突き出し量が少ないことにより、Ｚ軸ストローク下限近傍ではクロスレールが捩れにくくなっていることにより、上記モーメントによる影響を弱めることで、工具が装着される主軸下端でのＸ軸方向の変位を小さくできる。この結果、大型の被加工物に対応することができ、しかも高速・高加減速で駆動しても、振動や変位を可及的に抑制することができる、という顕著な効果を奏する。

本発明のさらなる特徴、目的、構成、並びに作用効果は、添付図面と併せて読むべき以下の詳細な説明から容易に理解できるであろう。

本発明の実施の一形態に係る工作機械の要部を示す斜視図である。 図１の工作機械の平面部分略図である。 図１の工作機械の正面略図である。 図１の工作機械の一部を破断して示す側面略図である。 図３の要部を拡大して示す拡大図である。 図４の要部を拡大して示す断面図である。 別の実施形態に係る工作機械の一部を破断して示す側面略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

まず、図１を参照して、図示の実施形態に係る工作機械１００は、航空機その他の大型被加工物の加工に適した５軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｃ軸、Ｂ軸）の工作機械の一例である。工作機械としては、５軸の他、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）構成のものであってもよい。

以下の説明では、予め設定された一水平軸方向を三次元直交座標系のＸ軸方向とし、このＸ軸方向に直交する他の水平方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸とする。また、Ｙ軸方向を左右とし、Ｘ軸方向において、図２の左側並びに各図の対応する側を仮に前方とする。

図示の例において、工作機械１００は、ガントリ機構１０と、このガントリ機構１０によってＸＹ軸方向に駆動されるラムアセンブリ４０とを備えている。

ガントリ機構１０は、一対のベッド１１を備えている。各ベッド１１は、それぞれＸ軸方向に沿って延びる長尺の構造体である。各ベッド１１の上部には、レール１２がＸ軸方向に沿って設けられている。

またガントリ機構１０は、レール１２上に横架されるクロスレール１４を備えている。クロスレール１４は、レール１２上に載置されるクロスレールサドル１５と、クロスレールサドル１５を介して両ベッド１１、１１間に横架され、Ｙ軸方向に延びるフレーム体１６とを有し、ベッド１１と協働してラムアセンブリ４０をＸＹ軸方向に駆動する構造体である。

クロスレールサドル１５は、フレーム体１６下側に配置され、フレーム体１６のＸ軸方向全長にわたって延びる構造体であり、Ｘ軸方向中央部分の上側を切り欠いて軽量化を図っている一方、当該切欠部分の左右両側にフレーム体１６と連通するギアボックス１５ａを形成している。図５に示すように、クロスレールサドル１５には、レール１２に連結されるスライダ１７が固定されており、このスライダ１７を介して、レール１２により、前後に移動可能にガイドされている。スライダ１７の側部には、クロスレールサドル１５のギアボックス１５ａごとにフレーム体１６に取り付けられたドライブユニット２０の一部が嵌入し、下方に突出している。

各ドライブユニット２０は、モータ２１と、モータ２１の出力軸２２（図５に中心線のみ図示）から出力されるトルクを減速する減速機２３と、減速機２３に減速されたトルクが出力されるピニオンギア２４とを有している。ピニオンギア２４の軸芯は、鉛直線に沿って配置されている。一方、ベッド１１には、ピニオンギア２４と噛合するラック２５がレール１２と平行に固定されている。従って、各ピニオンギア２４が出力するトルクがラック２５に伝達されることにより、トルクがＸ軸方向にクロスレール１４を推進する力に変換され、クロスレール１４は、Ｘ軸方向に沿って往復移動することが可能となる。

図１〜図４を参照して、フレーム体１６は、全体として、平面でみてＹ軸方向に長く延びる長方形に設定されている。また、フレーム体１６は、平面でみてＹ軸方向に長く延びる長溝状の挿通孔３０を形成している。挿通孔３０は、上下に連通している。フレーム体１６の上面において、挿通孔３０の前後両側には、Ｙ軸方向に沿って平行に延びるレール３１が敷設されている。ラムアセンブリ４０は、挿通孔３０を挿通して一部が挿通孔３０内に収められている。そして、ラムアセンブリ４０は、そのラムサドル４１のスライダ４２をレール３１上に載置させることにより、レール３１に規定される範囲内で、Ｙ軸方向に沿って左右に移動することができるように構成されている。すなわち、図２に示すように、レール３１は、挿通孔３０内において、ラムアセンブリ４０が左右に移動するストロークＳを規定している。

図１及び図４を参照して、フレーム体１６の横断面（Ｘ軸方向に切った面）の形状は、上下方向下側に向かうに伴ってＸ軸方向の幅が長くなるように上側が狭く、下側が広く設定されており、図示の例では、中央部分に上下に開く長方形の挿通孔３０を形成した台形断面の外観を呈している。この台形の横断面形状は、上下方向下側に向かうに伴ってＸ軸方向の幅が長くなるように、上辺１６１が短く設定され、下辺１６２が相対的に長く設定されている。上辺１６１の長さＷ１は、レール３１上でラムアセンブリ４０のラムサドル４１を担持するのに必要充分な寸法に短く設定されている。一方、下辺１６２の長さＷ２は、例えば上辺１６１の２倍〜２．５倍程度に設定されている。この下辺１６２の長さＷ２は、フレーム体１６の高さＨよりも長く設定されている。このため、フレーム体１６にラムアセンブリ４０を組み付けた場合、ラム４５がＺ軸ストローク上限付近では、ラム４５の突き出し量が少ないことにより、Ｚ軸ストローク下限付近では、クロスレールが捩れにくくなっていることにより、Ｙ軸回りのモーメントに対する、主軸４６の変位への影響を弱めることができる。

図示の実施形態において、フレーム体１６は、Ｙ軸方向に長く延びる一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂの両端をＸ軸方向に延びる梁体１６Ｃで組み合わせて構成されている。

各フレーム片１６Ａ、１６Ｂは、Ｙ軸方向に沿ってフレーム体１６を二等分する鉛直な仮想面Ｖを中心に対称形に形成されている。各フレーム片１６Ａ、１６Ｂの横断面は、何れも略直角三角形に形成されており、図４に示すように、その底辺と直角な辺が互いにＸ軸方向に間隔を隔てて対向している。また、梁体１６Ｃは、各フレーム片１６Ａ、１６Ｂと同じ高さに設定された矩形断面に形成されている。

各フレーム片１６Ａ、１６Ｂ及び梁体１６Ｃは、板金や鋼棒材を組み合わせて溶接した中空の構造体であり、軽量でありながら、堅固な構造体となっている。

まず、図１、図２、図６を参照して、一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂは、それぞれ、平面でみてＹ軸方向に長く延びる長方形に形成され、且つフレーム体１６の下辺１６２を構成する底板１６３と、正面でみてＹ軸方向に長く延びる長方形に形成され、且つ底板１６３から直角に立ち上がる端板１６４と、平面でみてＹ軸方向に長く延びる長方形に形成され、且つ端板１６４および底板１６３とともに略三角形横断面形状の中空体を構成する傾斜板１６５と、Ｙ軸方向に長く延びて端板１６４と傾斜板１６５とを接続し、且つフレーム体１６の上辺１６１を構成する上端稜材１６６と有している。

これらの各板１６３、１６４、１６５、並びに上端稜材１６６は、溶接で一体化されており、適所には、図略の補強材で補強されている。

また、梁体１６Ｃは、一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂの横断面形状に適合する台形に形成された端板１６９と、端板１６９の上辺および下辺をそれぞれ構成する板材１７０、１７１とを有している。

そして、各フレーム片１６Ａ、１６Ｂを構成する各板１６３、１６４、１６５及び上端稜材１６６、並びに左右の梁体１６Ｃを構成する端板１６９及び板材１７０、１７１が溶接等によって一体化されることにより、上記挿通孔３０を形成するフレーム体１６が構成される。

図６を参照して、各フレーム片１６Ａ、１６Ｂの端板１６４、１６４の下部近傍部位には、それぞれＹ軸方向に延びるレール３２が敷設されている。これらのレール３２は、ラムアセンブリ４０に設けられたスライダ４３と連結されており、上端稜材１６６に配置されたレール３１と協働して、ラムアセンブリ４０を安定的に支持している。特に、上端稜材１６６に配置されたレール３１は、底辺近傍に配置されているので、レール３１との上下間隔が大きくなり、ラムアセンブリ４０の安定化に寄与している。

さらに一方（後ろ側）のフレーム片１６Ｂには、高さ方向中間部分にラック３３が固定されている。ラック３３は、Ｙ軸方向に延び、歯面を下向きにして固定されている。ラムアセンブリ４０には、ラック３３の歯面と噛合するピニオンギア４４を備えている。このピニオンギア４４を図略のモータで駆動することにより、ラムアセンブリ４０は、フレーム片１６Ｂと相対的に移動できるようになっている。従って、ラムアセンブリ４０は、挿通孔３０に規定されるストロークＳ内で、Ｙ軸方向に往復移動することができるように構成されている。

図１、図６を参照して、ラムアセンブリ４０は、上述した要素の他、従来技術と同様に、ラム４５と、ラム４５の下端に設けられた主軸４６とを含んでいる。ラム４５は、ラムサドル４１上に載置され、上下（Ｚ軸方向）に往復駆動される。さらにラム４５は、図略のモータによって、水平軸回り（Ｂ軸方向）に主軸４６を駆動するＢ軸機構と、このＢ軸機構を介して、主軸４６を鉛直線回り（Ｃ軸方向）に回動するＣ軸機構とを含んでおり、これらの機構によって、主軸４６は、任意の座標で被工作物を加工することができるように構成されている。主軸４６は、クロスレール１４がベッド上でＸ軸方向に駆動され、ラムサドル４１がクロスレール１４上でＹ軸方向に駆動され、ラム４５がＺ軸方向に駆動される。主軸４６の下端には、図略の工具が装着される。

具体的には図示していないが、生産ラインには、コントロールユニットが併設されている。コントロールユニットは、被加工物に応じて、予め設定された手順と仕様（クロスレール１４の送り速度や、主軸４６の回転数等）で、モータ２１等の動作を制御する。

次に、本発明の別の実施形態について説明する。

本発明では、図７に示すような工作機械２００を採用することも可能である。

図７を参照して、同図におけるクロスレール１４のフレーム体は、図１の実施形態における一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂのうち、一方のフレーム片１６Ａと梁体１６Ｃとを省略して、フレーム片１６Ｂのみで構成され、このフレーム片１６Ｂの端板１６４にラムアセンブリ４０を担持した構成になっている。フレーム体の上端部を構成する稜材１６６には、Ｙ軸方向に延びるレール３１が固定されている。また、フレーム体の端板１６４の底辺近傍には、Ｙ軸方向に延びるレール３２が固定されている。各レール３１には、スライダ４２が、レール３２には、スライダ４３が、それぞれＹ軸方向に移動可能に取り付けられている。一方、ラムアセンブリ４０のラムサドル４１は、フレーム体の端板１６４及び稜材１６６に対向するように設けられており、スライダ４２、４３がこのラムサドル４１に固定されて、稜材１６６のレール３１と端板１６４のレール３２とに連結されている。

上記構成においても、フレーム体としてのフレーム片１６Ｂの底辺１８０のＸ軸方向の長さＷは、フレーム片１６Ｂの端板１６４の高さよりも長く設定されており、安定的にラムアセンブリ４０を支持することが可能になっている。

なお、各実施形態に採用されているレール１２、３１、３２に連結されるスライダ１７、４２、４３は、何れもリニアガイド機構で構成され、スライダ１７、４２、４３をレール１２、３１、３２に沿って滑らかガイドするものであるが、その構成自体は、公知であるので、詳細な説明については省略する。

以上説明したように、上述した各実施形態において、フレーム体１６の横断面形状は、何れも上下方向下側に向かうに伴ってＸ軸方向の幅が長くなるように上側が短く設定されており、例えば、図１〜図６に示したように、下辺１６２が上辺１６１よりも長い台形、又は図７に示したように、底辺１８０が下向きの三角形に形成される。この結果、各実施形態において、クロスレール１６は、全体として質量の増加を伴うことなく、下側のＸ軸方向のスパン（すなわち、下辺１６２の長さＷ２又は長さＷ）が長くなるので、Ｘ軸方向への移動時に、ラム４５のＺ軸ストローク上限付近ではラム４５の突き出し量が少ないことにより、Ｚ軸ストローク下限付近ではクロスレールが捩れにくくなっていることにより、主軸４６に対するクロスレールの捻れの影響を弱めることができる結果、工具が装着される主軸４６の下端の振動や変位を小さくできる。そのためクロスレール１４がＸ軸方向に沿って高速・高加減速で駆動された場合において、Ｙ軸回りのモーメントがクロスレール１４に作用したときであっても、クロスレール１６の下側のＸ軸方向のスパンが長くなっているので、姿勢が安定し、上記モーメントによる主軸４６の変位への影響が弱まることで、クロスレール１４を大型化して高速・高加減速で駆動しても、クロスレール１４の振動や変位が少なくなる結果、工具が装着される主軸４６の下端の振動や変位を抑制でき、高速・高加減速での加工が可能になる。

特に、ラムアセンブリ４０の主軸４６は、ラム４５とともに、Ｚ軸方向に駆動されるものであるが、下端部分のＺ軸方向の座標によって、移動時に受ける加速度の影響は異なる。下端部が最上位にあるときをストローク０とし、最下位にあるときをストローク最大とした場合に、主軸４６のＸ軸方向の振動や変位は、ストローク最大のときに大きくなる傾向があった。上述した各実施形態では、フレーム体の形状をＹ軸方向からみて台形又は三角形に形成しているので、フレーム体の質量を抑制しつつ、ストローク最大時における主軸４６の下端部分のＸ軸方向の振動や変位を可及的に抑制することができる。よって、優れた高速送り能力を発揮し、精度の高い加工が可能になる。例えば被加工物が航空機である場合に切削加工を被加工物に施すときは、クロスレール１４をＸ軸方向に沿って高速度で駆動するように、モータ２１が制御される。これは、従来の切削加工における速度の３倍から４倍の速度である。また、従来機では、速度上限が低いため、低い加速度で加工機の能力を発揮できるが、上述のような高速でクロスレール１４を駆動した場合、高速送り能力を活かし、生産効率を上げるためには、高い加速度が必要であり、クロスレール１４には、大きな慣性力や、Ｙ軸回りのモーメント等、振動や変位の要因となる力が作用する。しかしながら、本実施形態のクロスレール１４は、Ｙ軸方向でみて台形に設定されたクロスレール１４を採用しているので、高速、高加減速で駆動した場合であっても、ストローク最大時における主軸４６の下端部分の変位や振動を抑制し、安定した動作を実現することが可能になる。そのため、加工時間を大幅に短縮し、格段に高速な切削加工を施すことが可能となる。さらに、フレーム体１６の上側が短く、下側が広く設定されているので、ストローク最大時における主軸４６の下端の変位や振動が小さくなるようにバランスよくＹ軸回りのモーメントに対する剛性を高めつつ、質量は、むしろ軽くなり、軽量化や材料費軽減に寄与することができる。

また、各実施形態において、フレーム体１６の底辺１８０又は下辺１６２は、当該フレーム体１６の高さＨよりも長く設定されている。このためフレーム体１６の重心が一層下側にできるので、フレーム体１６がより安定する。

また、図１〜図６に示した第１の実施形態において、フレーム体１６は、Ｙ軸方向に沿って延びる鉛直な端板１６４、１６４を有する一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂを含んでいる。一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂは、上下方向下側に向かうに伴ってＸ軸方向の幅が長くなるように上側が狭く設定された横断面形状を有する。このため、第１の実施形態では、一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂを設け、それぞれの横断面形状が規定する端板１６４、１６４をＸ軸方向に対向させているので、フレーム体１６の下端側の幅を上端側に比べて大幅に大きく設定し、より一層、Ｙ軸回りのモーメントに対して格段に耐性の高い安定した構造を得ることができる。よって、例えば、０．６Ｇ程度の大きな加速度が生じた場合であっても、振動や変位を効果的に抑制することが可能となる。また、一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂの間にラムアセンブリ４０を配置して、Ｘ軸方向にラムアセンブリ４０を駆動することができるので、ラムアセンブリ４０の質量がＹ軸回りのモーメントに与える影響を低減し、フレーム体１６の安定化を図ることができる。

また、第１の実施形態において、一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂは、Ｙ軸方向に沿ってフレーム体１６を二等分する鉛直な仮想面Ｖを中心に対称形に形成されている。このため第１の実施形態では、Ｘ軸方向に沿う往動（前方への移動）方向にも復動（後方への移動）方向にも安定した構造を得ることができる。また、一対のフレーム片１６Ａ、１６Ｂを対称形に形成することにより、フレーム体１６が熱対称構造にもなり得るので、熱影響に対しても強い耐性を発揮することができる。

また、各実施形態におけるクロスレール１４は、一対のベッド１１に対応して対をなし、フレーム体１６の下面に設けられるクロスレールサドル１５を備えている。クロスレール１４のフレーム体１６には、クロスレールサドル１５のギアボックス１５ａごとに縦置きのモータ２１が配置され、モータ２１の出力軸２２は、Ｚ軸方向に沿ってクロスレールサドル１５のギアボックス１５ａ内に臨むようにフレーム体１６に取り付けられている。モータ２１の出力により、減速機２３を介してベッド１１に付設されたラック２５に伝達されるので、モータ２１のトルクが直線方向の駆動力に変換され、クロスレール１４がモータ２１の回転方向に応じてＸ軸方向沿いに往動または復動する。このため本実施形態では、モータ２１が縦置きのレイアウトとされ、しかも、平面でみてフレーム体１６内に収まっているので、モータ２１によって起因する振動や変位等をも効果的に抑制することが可能となる。

その他、本発明は、種々の変形が可能である。

例えば、クロスレールの横断面形状は、上述した各実施形態に示したように、フレーム体１６の全長にわたって同一形状であることが好ましい。しかしながら、所期の効果を奏するためには、少なくともストロークＳの範囲内において、上記三角形又は台形の横断面形状に形成されていればよい。

さらにまた、台形に形成する際、横断面が三角形に形成された複数のフレーム片を用意し、これらを任意の個数でトラス状に組み合わせたものを採用してもよい。

さらにまた、各図の態様では、フレーム片１６Ａ、１６Ｂの横断面形状を三角形に形成しているが、これらを台形形状に形成してもよい。

その他、種々の変形が可能であることは、いうまでもない。

１０ ガントリ機構
１１ ベッド
１２ レール
１４ クロスレール
１５ クロスレールサドル
１６ フレーム体
１６Ａ フレーム片
１６Ｂ フレーム片
１６Ｃ 梁体
２０ ドライブユニット
２１ モータ
２２ 出力軸
３０ 挿通孔
３１ レール
３２ レール
３３ ラック
４０ ラムアセンブリ
４５ ラム
４６ 主軸
１００ 工作機械（工作機械の一例）
１６１ 上辺
１６２ 下辺
１６３ 底板
１６４ 端板
１８０ 底辺
２００ 工作機械（工作機械の一例）
Ｈ 高さ
Ｓ ストローク
Ｖ 仮想面
Ｗ 長さ
Ｗ１ 長さ
Ｗ２ 長さ

Claims (8)

1. 生産ラインにおいて予め設定された一水平軸方向を三次元直交座標系のＸ軸方向とし、このＸ軸方向に直交する他の水平方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とした場合に、前記生産ラインに前記Ｘ軸方向に沿って設置された一対のベッド上に横架され、前記ベッド上において前記Ｘ軸方向に移動し、且つ前記Ｚ軸方向に移動可能なラムと前記ラムの下端に担持されるとともに前記一対のベッド間に配置された被加工物を加工する工具が下端に装着される主軸とを備えたラムアセンブリを支持しながら当該ラムアセンブリをＹ軸方向に往復移動することにより当該ラムアセンブリをＸＹ平面上で駆動するクロスレールであって、
   前記一対のベッド上に前記Ｙ軸方向に沿って横架されて前記Ｘ軸方向に往復移動するフレーム体と、
   前記Ｙ軸方向に沿って前記フレーム体に設けられ、且つ前記ラムアセンブリを予め設定されたストロークで前記Ｙ軸方向沿いに往復移動可能にガイドするレールとを備え、
   少なくとも前記ストロークの範囲内における前記フレーム体の横断面形状は、上下方向下側に向かうに伴ってＸ軸方向の幅が長くなるように上側が狭く下側が広く設定されている
   ことを特徴とするクロスレール。
2. 請求項１に記載のクロスレールにおいて、
   前記フレーム体の横断面形状のＸ軸方向の全幅は、当該フレーム体の高さよりも長く設定されている
   ことを特徴とするクロスレール。
3. 請求項１又は２に記載のクロスレールにおいて、
   前記フレーム体は、Ｙ軸方向に沿って延びる鉛直な端板を有する一対のフレーム片であって、上下方向下側に向かうに伴ってＸ軸方向の幅が長くなるように上側が狭く設定された横断面形状を有する前記一対のフレーム片を含み、
   前記一対のフレーム片は、それぞれの前記端板が前記Ｘ軸方向に対向するように配置されているとともに、前記一対のフレーム片の間に、前記ラムアセンブリを前記Ｙ軸方向に沿って移動可能に挿通する挿通孔を形成している
   ことを特徴とするクロスレール。
4. 請求項３に記載のクロスレールにおいて、
   前記一対のフレーム片は、Ｙ軸方向に沿って前記フレーム体を二等分する鉛直な仮想面を中心に対称形に形成されている
   ことを特徴とするクロスレール。
5. 請求項３又は４に記載のクロスレールにおいて、
   前記フレーム片の横断面形状は、底辺が下向きの三角形又は下辺が上辺よりも長い台形に形成される
   ことを特徴とするクロスレール。
6. 請求項１又は２に記載のクロスレールにおいて、
   前記ストロークの範囲内における前記フレーム体の横断面形状は、底辺が下向きの三角形又は下辺が上辺よりも長い台形に形成される
   ことを特徴とするクロスレール。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載のクロスレールにおいて、
   前記一対のベッドに対応して対をなし、前記フレーム体の下面に設けられるクロスレールサドルと、
   前記フレーム体を前記ベッドに対し相対的に前記Ｘ軸方向に沿って移動する力を出力する出力軸を含み、且つ前記出力軸が鉛直方向に沿って前記クロスレールサドル内に臨むように、前記フレーム体に縦置きに取り付けられたモータと
   をさらに備えていることを特徴とするクロスレール。
8. 生産ラインにおいて予め設定された一水平軸方向を三次元直交座標系のＸ軸方向とし、このＸ軸方向に直交する他の水平方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とした場合に、前記Ｘ軸方向に沿って前記生産ラインに前記Ｘ軸方向に沿って設置された一対のベッドと、
   前記一対のベッド上に横架され、且つ前記Ｘ軸方向に沿って往復移動する、請求項１から５の何れか１項に記載のクロスレールと、
   前記Ｚ軸方向に移動可能なラムと前記ラムの下端に担持されるとともに前記一対のベッド間に配置された大型の被加工物を加工する工具が下端に装着される主軸とを含み、且つ前記クロスレール上で前記Ｙ軸方向に沿って往復移動するラムアセンブリと
   を備えている、ことを特徴とする工作機械。
   

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