JP2017001146A

JP2017001146A - 加工機

Info

Publication number: JP2017001146A
Application number: JP2015118916A
Authority: JP
Inventors: 勇人須藤; Isato Sudo
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2017-01-05
Also published as: WO2016199660A1

Abstract

【課題】加工ヘッドをＸ軸方向にもθ軸方向にも自動的に移動させることができ、またθ軸駆動機構の構造を簡素化して加工機が巨大化するのを防止できる加工機を提供する。【解決手段】加工機２は、垂直面内に配置される円弧形軌道台６、及び円弧形軌道台６に沿って移動可能な移動体７を有し、移動体７又は円弧形軌道台６に取り付けられる加工ヘッド３を円弧の軌道に沿って旋回させるθ軸駆動機構４と、θ軸移動機構４を水平方向のＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構５と、を備える。加工ヘッド３に、円弧形軌道台６の半径方向に工具を移動させる少なくとも一つの半径方向駆動機構１４，１５を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、加工機に関し、特に航空機の胴体部等の大きな構造物を加工するのに適する加工機に関する。

航空機の胴体部を加工（ドリル加工、リベッティング、ミーリング等）する加工機として、チルトヘッド付き５軸加工機が知られている。この加工機は、加工ヘッドを直交する３軸方向に移動させるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸駆動機構と、加工ヘッドの姿勢を変化させる２軸の回転駆動部と、を備える。円筒形の胴体部を加工するとき、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸駆動機構を駆動させ、丸みを帯びた胴体部の外周に沿って加工ヘッドを移動させる。そして、２軸の回転駆動部を駆動させ、加工ヘッドの姿勢を制御する。

しかし、この加工機には、胴体部の天井部を加工するとき、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸駆動機構のコラムのオーバーハング量が大きくなり、コラムの撓みを抑制するために加工機が巨大化するという課題がある。加工機の巨大化は、加工機の製造コストの増大、加工機を収容するための空間の巨大化を招く。

この課題を解決する加工機として、特許文献１には、加工ヘッドをＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構のみを備える加工機が開示されている。円筒形の航空機の胴体部の長手方向（Ｘ軸方向）の両端部には、円筒形のフレームからなる一対の支持部材が配置される。支持部材には、Ｘ軸駆動機構の両端部が着脱可能に取り付けられる。加工ヘッドには、胴体部に孔を開けるドリル、孔にリベットを打ち込むリベットハンマが搭載される。Ｘ軸駆動機構によって加工ヘッドをＸ軸方向に移動させることで、胴体部の長手方向に多数のリベットを打ち込むことができる。

特開昭６０−１２７９３０号公報

しかし、特許文献１に記載の加工機にあっては、円筒形の胴体部のθ軸方向の異なった位置にリベットを打ち込むために、Ｘ軸駆動機構を円筒形の胴体部のθ軸方向に設置し直す必要があり、この作業に手間がかかるという課題がある。また、加工ヘッドは孔開けとリベッティングの専用となっており、これら以外のミーリング、ポリッシング、溶接等の機能を追加するのには、加工ヘッドのボリュームに限界があるという課題もある。

そこで本発明は、加工ヘッドをＸ軸方向にもθ軸方向にも自動的に移動させることができ、またθ軸駆動機構の構造を簡素化して装置が巨大化するのを防止できる加工機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、垂直面内に配置される円弧形軌道台、及び前記円弧形軌道台に沿って相対的に移動可能な移動体を有し、前記移動体又は前記円弧形軌道台に取り付けられる加工ヘッドを円弧の軌道に沿って旋回させるθ軸駆動機構と、前記θ軸駆動機構を水平方向のＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構と、を備える加工機である。

本発明によれば、円弧の軌道に沿って加工ヘッドが旋回する間、加工ヘッドに搭載される工具が常に円弧の軌道の中心を向く。この特性を利用することで、θ軸駆動機構の構造の簡素化が実現できる。また、θ軸駆動機構をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構を設けることで、加工ヘッドをＸ軸方向にもθ軸方向にも自動的に移動させることができる。

本発明の一実施形態の加工機の斜視図である。本実施形態の加工機の、航空機の胴体部側から見た斜視図である。本実施形態の加工機の案内装置の斜視図である（一部断面図を含む）。本実施形態の加工機の、Ｘ軸方向から見た正面図である。本実施形態の加工機のθ軸駆動機構の拡大図である。本実施形態の加工機のθ軸駆動機構の他の例を示す正面図である（図６（ａ）は時計方向に旋回した加工ヘッドの上端位置を示し、図６（ｂ）は反時計方向に旋回した加工ヘッドの下端位置を示す）。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態の加工機を詳細に説明する。ただし、本発明の加工機は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

図１及び図２は、本実施形態の加工機の斜視図を示す。符号１は加工対象である航空機の胴体部であり、符号２は加工機、符号３は加工機の加工ヘッドである。以下の明細書においては、図１に示すように、水平方向をＸ軸、垂直方向をＺ軸、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸をＹ軸として、加工機の構成を説明する。

本実施形態の加工機２は、加工ヘッド３を円弧の軌道に沿って旋回させるθ軸駆動機構４と、θ軸駆動機構４を水平方向のＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構５と、を備える。本実施形態の加工機２は、例えば航空機の胴体部１にリベットを打ち込むリベッティング装置として使用される。この場合、加工ヘッド３には、胴体部１に孔開け加工するためのドリル、孔開け箇所にリベットを打ち込むリベットハンマ等の工具が搭載される。

θ軸駆動機構４は、垂直面であるＹＺ平面に配置される円弧形軌道台としての円弧形第一軌道台６と、円弧形第一軌道台６に沿って移動可能な移動体としての第一移動体７と、を備える。円弧形第一軌道台６と第一移動体７とは、円弧の軌道に沿う加工ヘッド３の運動を案内する案内装置を構成する。

図３は案内装置の斜視図を示す。図３に示すように、円弧形第一軌道台６は曲率半径Ｒの円弧に曲げられる。円弧形第一軌道台６と第一移動体７との間には、転がり運動可能に多数のボール等の転動体２４が介在する。円弧形第一軌道台６の幅方向の両側には、ボール等の転動体２４が転がり運動する転動体転走部６ａが形成される。

第一移動体７は、ブロック本体７−２と、ブロック本体７−２の移動方向の両端面に取り付けられる一対の蓋部材７−１と、を備える。ブロック本体７−２には、転動体転走部６ａに対向する負荷転動体転走部２５、負荷転動体転走部２５に平行な戻し路２６が形成される。各蓋部材７−１には、ブロック本体７−２の負荷転動体転走部２５と戻し路２６とを接続するＵ字状の方向転換路２７が形成される。転動体転走部６ａと負荷転動体転走部２５との間に負荷転走路、戻し路２６、及び一対の方向転換路２７によって、転動体２４を循環させる循環路が構成される。

上記のように、円弧形第一軌道台６と第一移動体７との間に転動体２４を介在させることで、第一移動体７の高精度の案内及び第一移動体７のひっかかりのない円滑な移動が保証される。第一移動体７には、加工ヘッド３が取り付けられる。加工ヘッド３の旋回に円弧形第一軌道台６及び第一移動体７を使用することで、加工ヘッド３を高い剛性で支持することができ、加工ヘッド３にリベッティング以外のミーリング、ポリッシング、溶接等の機能を付加することができ、複合加工が実現できる。

図４の正面図に示すように、Ｘ軸方向から見るとき、円弧形第一軌道台６の円弧の中心Ｃは、円筒形の胴体部１の中心Ｃと一致する。また、円弧形第一軌道台６は、円筒形の胴体部１と同心円上に配置される。円弧形第一軌道台６の中心角αは、特に限定されるものではなく、例えば１８０度未満、又は１８０度以上３６０度未満に設定される。中心角αが１８０度未満であれば、胴体部１を架台に据え付けるときに円弧形第一軌道台６が邪魔になるのを防止できるし、加工ヘッド３に搭載される装置の配線の処理が容易になる。中心角αが１８０度以上３６０度未満であれば、胴体部１の天井付近まで加工することが可能になる。

図５のθ軸駆動機構４の拡大図に示すように、第一移動体７には、加工ヘッド３のテーブル８が取り付けられる。加工ヘッド３は、ラック９及びピニオン１０によって円弧形第一軌道台６に沿って駆動される。加工ヘッド３のテーブル８には、ピニオン１０を回転駆動させるモータ１１が取り付けられる。円弧形第一軌道台６には、円弧形第一軌道台６と同心円の円弧形のラック９が一体に形成される。ただし、これには限定されず、ラック９は、円弧形第一軌道台６と別体に形成されてもよい。円弧形第一軌道台６は、円弧形のベースプレート１２に取り付けられる。ラック９には、ピニオン１０が噛み合う。モータ１１がピニオン１０を回転駆動させると、ピニオン１０がラック９に沿って旋回（θ軸方向に移動）し、ピニオン１０と一緒に加工ヘッド３が円弧の軌道に沿って旋回（θ軸方向に移動）する。

加工ヘッド３のテーブル８には、工具を円弧形第一軌道台６の半径方向（円弧形第一軌道台６の円弧の中心Ｃを向く方向）に移動させる少なくとも一つの、この実施形態では２つの、半径方向駆動機構としてのリニアモータ１４，１５が設けられる。半径方向駆動機構としては、リニアモータ以外にボールねじ等を用いることもできる。リニアモータ１４，１５は、本体部１４ａ，１５ａと、本体部１４ａ，１５ａに対して軸方向に直線運動する軸１４ｂ，１５ｂと、を備える。本体部１４ａ，１５ａが加工ヘッド３のテーブル８に取り付けられ、軸１４ｂ，１５ｂの先端にドリル、リベットハンマ等の工具１６，１７（図４参照）が取り付けられる。

図４に示すように、Ｘ軸方向から見て、２つのリニアモータ１４，１５は放射状にθ軸方向に位置をずらして配置される。各リニアモータ１４又は１５は、円弧形第一軌道台６の円弧の中心Ｃに向かって、又は中心Ｃから離れるように、半径方向に工具を移動させる。２つのリニアモータ１４，１５は、２つの工具１６，１７を円弧形第一軌道台６の円弧の中心Ｃに向かって、又は中心Ｃから離れるように、半径方向に工具を移動させる。

図１に示すように、Ｘ軸駆動機構５は、ベース１８に取り付けられる平行な一対のＸ軸第二軌道台１９と、Ｘ軸第二軌道台１９に直線運動可能に組み付けられる複数の第二移動体２０と、を備える。Ｘ軸第二軌道台１９と第二移動体２０との間には、転がり運動可能に多数のボール等の転動体が介在する。第二移動体２０には、転動体を循環させる循環路が設けられる。Ｘ軸第二軌道台１９と第二移動体２０との間に転動体を介在させることで、第二移動体２０の高精度の案内及び第二移動体２０のひっかかりのない円滑な移動が保証される。第二移動体２０には、θ軸駆動機構４のベースプレート１２が取り付けられる。

ベース１８の内部には、θ軸駆動機構４のベースプレート１２をＸ軸方向に移動させるアクチュエータ（図示せず）が組み込まれる。アクチュエータは例えば、スライダと、スライダをＸ軸方向に移動させるボールねじ、プーリ・ベルト、ラック・ピニオン、リニアモータ等からなる駆動機構と、を備える。ベース１８には、Ｘ軸方向に細長い溝２１が形成される。図４に示すように、θ軸駆動機構４のベースプレート１２の下部には、軸２２が固定される。軸２２は溝２１を介してベース１８の内部のアクチュエータのスライダに結合される。アクチュエータがスライダをＸ軸方向に駆動させる力が、軸２２を介してθ軸駆動機構４のベースプレート１２に伝達される。

本実施形態の加工機２の使用方法は、以下のとおりである。まず、Ｘ軸駆動機構５を作動させ、加工ヘッド３をＸ軸方向に位置決めする。次に、θ軸駆動機構４を作動させ、加工ヘッド３をθ軸方向に位置決めする。次に、ドリルが取り付けられたリニアモータ１４を作動させ、胴体部１に孔を開ける。次にθ軸駆動機構４を微動させ、リベットハンマが取り付けられたリニアモータ１５をドリルで開けた孔に位置決めする。次に、リベットハンマが取り付けられたリニアモータ１５を作動させ、孔にリベットを打ち込む。

図６は、本実施形態の加工機２のθ軸駆動機構４の他の例を示すＸ軸方向から見た正面図である。図５に示すθ軸駆動機構４では、ベースプレート１２に円弧形第一軌道台６を取り付け、加工ヘッド３のテーブル８に第一移動体７を取り付けている。しかし、この例では、図６に示すように、ベースプレート１２´に第一移動体７を取り付け、加工ヘッド３のテーブル８に円弧形第一軌道台６を取り付けている。第一移動体７、円弧形第一軌道台６、加工ヘッド３、リニアモータ１４，１５は、図５に示すものと同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。ベースプレート１２´には、ピニオン１０´を回転駆動させるモータ１１´が取り付けられる。ピニオン１０´は、円弧形第一軌道台６に一体の円弧形のラック９に噛み合う。モータ１１´がピニオン１０´を回転させると、円弧形第一軌道台６が、円弧の軌道に沿って旋回（θ軸方向に移動）し、円弧形第一軌道台６に取り付けられる加工ヘッド３が円弧の軌道に沿って旋回（θ軸方向に移動）する。図６（ａ）は、時計方向に旋回した加工ヘッド３の上端位置を示し、図６（ｂ）は、反時計方向に旋回した加工ヘッド３の下端位置を示す。

本実施形態の加工機２によれば、以下の効果を奏する。加工ヘッド３にドリル、リベットハンマ等の工具を円弧形第一軌道台６の円弧の中心に向けてセットすることで、円弧の軌道に沿って加工ヘッド３が旋回する間、工具が常に円弧の中心を向く。すなわち、円筒形の胴体部１に対して工具が常に垂直方向を向く。この特性を利用することで、θ軸駆動機構４の構造の簡素化が実現できる。また、θ軸駆動機構４をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構５を設けるので、加工ヘッド３をＸ軸方向にもθ軸方向にも自動的に移動させることができる。

円弧形第一軌道台６の半径方向に工具を移動させるリニアモータ１４，１５を設けるので、円筒形の胴体部１に対して垂直方向に工具を移動させることができる。このため、円筒形の胴体部１の加工が容易になる。

加工ヘッド３に、Ｘ軸方向から見て、複数のリニアモータ１４，１５を放射状に配置するので、複数の工具を円筒形の胴体部１に対して垂直方向に移動させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に具現化可能である。例えば、上記実施形態では、胴体部の外側に加工機を配置し、胴体部の外側から内側に向かって胴体部を加工している。しかし、胴体部の内側に加工機を配置し、胴体部の内側から外側に向かって加工することも可能である。

上記実施形態では、胴体部の片側に１台の加工機を設置している。しかし、加工効率を２倍にするために胴体部の両側に２台の加工機を設置することも可能である。

上記実施形態では、半径方向駆動機構としてのリニアモータを加工ヘッドのテーブルに直接取り付けているが、半径方向駆動機構としてのリニアモータと加工ヘッドのテーブルとの間にリニアモータを首振りさせる旋回駆動機構を設けることも可能である。

上記実施形態では、ベースにＸ軸第二軌道台を取り付け、ベースプレートに第二移動体を取り付けているが、ベースに第二移動体を取り付け、ベースプレートにＸ軸第二軌道台を取り付けることもできる。

１…航空機の胴体部、２…加工機、３…加工ヘッド、４…θ軸駆動機構、５…Ｘ軸駆動機構、６…円弧形第一軌道台（円弧形軌道台）、７…第一移動体（移動体）、８…テーブル、９…ラック、１０…ピニオン、１１…モータ、１２…ベースプレート、１４，１５…リニアモータ（半径方向駆動機構）、１６，１７…工具、１８…ベース、１９…Ｘ軸第二軌道台、２０…第二移動体、２１…溝、２２…軸、Ｃ…円弧形第一軌道台の中心、α…円弧形第一軌道台の中心角

Claims

垂直面内に配置される円弧形軌道台、及び前記円弧形軌道台に沿って相対的に移動可能な移動体を有し、前記移動体又は前記円弧形軌道台に取り付けられる加工ヘッドを円弧の軌道に沿って旋回させるθ軸駆動機構と、
前記θ軸駆動機構を水平方向のＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構と、を備える加工機。
前記加工ヘッドは、
前記円弧形軌道台の半径方向に工具を移動させる少なくとも一つの半径方向駆動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の加工機。
前記加工ヘッドに、前記Ｘ軸方向から見て、複数の前記半径方向駆動機構を放射状に配置することを特徴とする請求項２に記載の加工機。
前記加工機は、航空機の胴体部を加工するのに用いられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の加工機。