JP2020082214A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじをメンテナンスする際に、作業がし易くなるとともに、作業スペースおよび作業量を少なくすることができる工作機械を提供する。【解決手段】工作機械１００は、移動体を構成するワーク支持台５１と、ワーク支持台５１の直線運動をガイドするガイド部６２と、ガイド部６２が固定された支持体６３とを備えている。また、工作機械１００は、ワーク支持台５１に連結されたナット部と、支持体６３に支持されナット部に螺合するボールねじ６６とを備えている。ボールねじ６６は、支持体６３に対して、ワーク支持台５１とは反対側に着脱可能に構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、工作機械に関する。

マシニングセンタ等の工作機械は、先端に工具を取り付け可能な主軸と、ワーク支持台に支持されるワークとを互いに直交する３軸方向にそれぞれ相対移動させる移動機構を備えている（例えば、特許文献１参照）。

このような工作機械の移動機構は、移動体に連結されたナット部と、ナット部に螺合するボールねじとを備えている。これらのナット部やボールねじは、機械加工時に大きな負荷がかかるため、定期的に交換等のメンテナンスが必要となる。

特開２０１３−１８８７９８号公報

特許文献１に記載の工作機械では、ボールねじの交換は次のように行われる。すなわち、作業者は、コラムの支持部（移動体）の下部に設けられたナット保持部からナット部を取り外した後、ボールねじの後端を上方へ持ち上げながらボールねじを後方に引き出して新品と交換する。この場合、ボールねじが長尺であるため、ボールねじの長さ分だけボールねじの略軸方向へ引き出す作業が必要となってしまい、メンテナンス時の作業スペースを多く取る必要がある。

一方、ボールねじを移動体側に取り出すことは、移動体が邪魔になるため作業が困難である。また、移動体を工作機械から取り外した後にボールねじを移動体側に取り出すことも考えられるが、移動体の取外しおよび取付け作業が追加されるため、作業量が多くなり作業工数も増える。

本発明は、ボールねじをメンテナンスする際に、作業がし易くなるとともに、作業スペースおよび作業量を少なくすることができる工作機械を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の工作機械は、移動体と、前記移動体の直線運動をガイドするガイド部と、前記ガイド部が固定された支持体とを備えている。また、前記工作機械は、前記移動体に連結されたナット部と、前記支持体に支持され前記ナット部に螺合するボールねじとを備えている。前記ボールねじは、前記支持体に対して、前記移動体とは反対側に着脱可能に構成されている。

本発明によれば、ボールねじをメンテナンスする際に、作業がし易くなるとともに、作業スペースおよび作業量を少なくすることができる工作機械を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る工作機械の側面図である。 工作機械の平面図である。 工作機械の正面図である。 前斜め上方向から見た工作機械の斜視図である。 後斜め上方向から見た工作機械の斜視図である。 Ｙ軸方向移動機構を後斜め上方向から見た拡大斜視図である。 Ｙ軸方向移動機構を前斜め上方向から見た拡大斜視図である。 支持体に対するガイド部の配置形態の変形例を模式的に示す平面図である。 支持体に対するガイド部の配置形態の他の変形例を模式的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る工作機械の側面図である。 工作機械の平面図である。 工作機械の正面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る工作機械１００の側面図である。図２は、工作機械１００の平面図である。図３は、工作機械１００の正面図である。以下、説明の都合上、図１における左側を「前」側、その反対側を「後」側と呼ぶ場合がある。図４は、前斜め上方向から見た工作機械１００の斜視図である。図５は、後斜め上方向から見た工作機械１００の斜視図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態では、工作機械１００は、主軸装置２０の主軸２１が水平方向に沿うように配置される横形の工作機械である。工作機械１００は、ベース１０と、主軸装置２０と、ワーク支持装置５０とを備えている。ベース１０は、床面上に固定されている。

主軸装置２０は、先端に工具Ｔを取り付け可能な主軸２１と、主軸２１の径方向外側に配置され主軸２１を回転可能に支持するハウジング２２と、主軸２１を回転させるモータ２３とを備えている。工作機械１００は、主軸装置２０の回転する主軸２１の先端に取り付けた工具Ｔによって、ワークＷに対して加工を行う。ワーク支持装置５０は、ワークＷを支持するワーク支持台５１に取り付けられている。

図４、図５に示すように、ベース１０は、平坦な上面を有する設置台１１を備えている。ベース１０の設置台１１の後側には、第１主軸支持台３０が、Ｘ軸方向移動機構３１によって、ベース１０に対してＸ軸方向（左右方向）に移動可能に設けられている。

Ｘ軸方向移動機構３１は、第１主軸支持台３０のＸ軸方向の直線運動をガイドするガイド部３２と、ガイド部３２が固定された支持ブロック３３とを備える。ガイド部３２は、平行に設けられた一対のガイドレール３２ａ，３２ｂを有している。ガイドレール３２ａ，３２ｂ上には、複数のスライダ３７がガイドレール３２ａ，３２ｂに沿って摺動自在に設置されている。スライダ３７は、第１主軸支持台３０の底面に固定されている。支持ブロック３３は、設置台１１上にねじ締結等によって固定されている。

また、Ｘ軸方向移動機構３１は、第１主軸支持台３０に連結されたナット部（図示せず）と、ナット部に螺合するボールねじ３４と、ボールねじ３４を回転駆動するモータ３５とを備える。ボールねじ３４のモータ３５とは反対側の先端部が、軸受３６を介して設置台１１に支持されている。モータ３５は、設置台１１に支持されている。そして、第１主軸支持台３０は、モータ３５によるボールねじ３４の正逆回転によってねじ送りされることで、Ｘ軸方向に沿って移動させられる。

第１主軸支持台３０には、主軸装置２０が取り付けられた第２主軸支持台４０が、Ｚ軸方向移動機構４１によって、第１主軸支持台３０に対してＺ軸方向（前後方向）に移動可能に設けられている。

Ｚ軸方向移動機構４１は、第２主軸支持台４０のＺ軸方向の直線運動をガイドするガイド部４２と、ガイド部４２が固定された支持ブロック４３とを備える。ガイド部４２は、平行に設けられた一対のガイドレール４２ａ，４２ｂを有している。ガイドレール４２ａ，４２ｂ上には、複数のスライダ４７がガイドレール４２ａ，４２ｂに沿って摺動自在に設置されている。スライダ４７は、第２主軸支持台４０の底面に固定されている。支持ブロック４３は、第１主軸支持台３０にねじ締結等によって固定されている。

また、Ｚ軸方向移動機構４１は、第２主軸支持台４０に連結されたナット部（図示せず）と、ナット部に螺合するボールねじ４４（図２参照）と、ボールねじ４４を回転駆動するモータ４５とを備える。このボールねじ４４のモータ４５とは反対側の先端部が、軸受４６を介して支持ブロック４３に支持されている。モータ４５は、支持ブロック４３に支持されている。そして、第２主軸支持台４０は、モータ４５によるボールねじ４４の正逆回転によってねじ送りされることで、Ｚ軸方向に沿って移動させられる。

ベース１０の設置台１１の前側には、ワーク支持台５１が、Ｙ軸方向移動機構６１によって、ベース１０に対してＹ軸方向（上下方向）に移動可能に設けられている。ワーク支持装置５０は、ワーク支持台５１に取り付けられてＹ軸方向に移動可能なキャリッジ５２と、キャリッジ５２に取り付けられてワークＷ（図１参照）を保持する保持部５３とを備えている。保持部５３は、Ｘ軸に平行な軸のまわりで回転可能に構成されている。ワーク支持台５１には、工具Ｔ（図１参照）によって加工されるワークＷが、ワーク支持装置５０を介して支持される。ここで、ワーク支持台５１は、Ｙ軸方向移動機構６１によって移動させられる対象である移動体に相当する。

図２、図５に示すように、Ｙ軸方向移動機構６１は、ワーク支持台５１のＹ軸方向の直線運動をガイドするガイド部６２と、ガイド部６２が固定された支持体６３とを備える。支持体６３は、主軸２１の中心軸ＣＬ（図２参照）に垂直であって主軸２１の先端から基端へ向かう方向を向く対向面８１を有している。ガイド部６２は、支持体６３の対向面８１に固定されている。

ガイド部６２は、平行に設けられた一対のガイドレール６２ａ，６２ｂを有している。支持体６３は、一対のガイドレール６２ａ，６２ｂがそれぞれ固定された一対の支持部６４，６５を有している。ガイドレール６２ａ，６２ｂ上には、複数のスライダ６７がガイドレール６２ａ，６２ｂに沿って摺動自在に設置されている。スライダ６７は、ワーク支持台５１の底面（前端面）に固定されている。支持体６３は、設置台１１上にねじ締結等によって固定されている。

図６は、Ｙ軸方向移動機構６１を後斜め上方向から見た拡大斜視図である。図７は、Ｙ軸方向移動機構６１を前斜め上方向から見た拡大斜視図である。

図６に示すように、Ｙ軸方向移動機構６１は、ワーク支持台５１に連結されたナット部６８（図７参照）と、ナット部６８に螺合するボールねじ６６（図７参照）と、ボールねじ６６を回転駆動するモータ６９とを備える。

図７に示すように、ナット部６８は、ねじ部材７８によって、ワーク支持台５１に設けられたナット保持部５１ａに連結されている。ナット保持部５１ａは、ナット部６８の胴部が嵌入する保持孔５１ｂを有しており、保持孔５１ｂの前部にはスリット５１ｃが形成されている。このスリット５１ｃの幅は、ナット部６８の胴部の外径よりも小さく、ボールねじ６６の外径よりも大きく設定されている。したがって、ナット部６８を軸方向に移動させて保持孔５１ｂから引き抜いた後に、ボールねじ６６をスリット５１ｃを通して前方に移動させてナット保持部５１ａから取り外すことができる。

ボールねじ６６は、Ｙ軸方向（上下方向）に沿って配置されている。ボールねじ６６のモータ６９とは反対側の先端部が、軸受７０を介して支持体６３に支持されている。そして、ワーク支持台５１は、モータ６９によるボールねじ６６の正逆回転によってねじ送りされることで、Ｙ軸方向に沿って移動させられる。

ボールねじ６６のモータ６９側の基端部は、カップリング７４を介してモータ６９の回転軸（図示せず）と接続されている。カップリング７４は、筒体７１の内部に配置されている。ボールねじ６６の基端側は、筒体７１および筒体７１に設置された軸受７２を介して支持体６３に支持されている。モータ６９は、筒体７１に、ねじ部材７５によって固定されている。筒体７１の径方向外側に、一対の翼部７３が突出して設けられており、筒体７１の一対の翼部７３が、ねじ部材７６によって支持体６３に固定されている。つまり、モータ６９および筒体７１は、支持体６３に対して、前方からねじ止めされることによって取り付けられている。

本実施形態では、一対の支持部６４，６５の間に、ボールねじ６６の着脱時に該ボールねじ６６が通過可能な空間７７が形成されている。つまり、ボールねじ６６は、支持体６３に対して、ワーク支持台５１とは反対側に着脱可能に構成されている。

工作機械１００は、運転が開始されると、主軸装置２０の回転する主軸２１の先端に取り付けた工具Ｔによって、ワークＷに対して加工を行う。ここで、主軸装置２０とワークＷとが互いに直交する３軸方向にそれぞれ相対移動させられることによって、ワークＷが所望の形状に加工される。

次に、Ｙ軸方向移動機構６１のボールねじ６６のメンテナンスについて説明する。
Ｙ軸方向移動機構６１のナット部６８やボールねじ６６は、機械加工時に大きな負荷がかかるため、定期的に交換等のメンテナンスが行われる。

ボールねじ６６の交換は、例えば以下のように行われる。すなわち、図７に示すように、まず、ねじ部材７８を取り外すことによって、ナット部６８とワーク支持台５１との連結が解除される。続いて、ねじ部材７６を取り外すことによって、モータ６９および筒体７１と、支持体６３との連結が解除される。そして、モータ６９の回転軸と接続された状態のボールねじ６６が、少し上方に移動させられて軸受７０から引き抜かれた後、矢印７９で示す方向、すなわちワーク支持台５１とは反対側（前側）に取り出される。なお、ボールねじ６６を取り出す前に、ボールねじ６６と、モータ６９および筒体７１とが分離されるようにしてもよい。

前記したように本実施形態の工作機械１００は、移動体としてのワーク支持台５１と、ワーク支持台５１の直線運動をガイドするガイド部６２と、ガイド部６２が固定された支持体６３とを備えている。また、工作機械１００は、ワーク支持台５１に連結されたナット部６８と、支持体６３に支持されナット部６８に螺合するボールねじ６６とを備えている。ボールねじ６６は、支持体６３に対して、ワーク支持台５１とは反対側に着脱可能に構成されている。

このような構成では、ボールねじ６６の交換等のメンテナンス作業を、支持体６３のワーク支持台５１とは反対側で行うことができるため、ワーク支持台５１が邪魔になることがなく、作業がし易くなる。また、ボールねじ６６のメンテナンス時に、ボールねじ６６の長さ分だけボールねじ６６の略軸方向へ引き出す必要がないため、作業スペースは少なくて済む。しかも、ボールねじ６６のメンテナンス時に、ワーク支持台５１を工作機械１００から取り外す必要がないため、作業量も少なくて済む。
すなわち、本実施形態によれば、ボールねじ６６をメンテナンスする際に、作業がし易くなるとともに、作業スペースおよび作業量を少なくすることができる工作機械１００を提供できる。

また、本実施形態では、支持体６３は、主軸２１の中心軸ＣＬに垂直であって主軸２１の先端から基端へ向かう方向を向く対向面８１を有し、ガイド部６２は、支持体６３の対向面８１に固定されている。このような構成では、ボールねじ６６は、支持体６３から、主軸２１の基端から先端へ向かう方向に取り出すことができる。また、ボールねじ６６は、支持体６３へ、主軸２１の先端から基端へ向かう方向に取り付けることができる。

なお、ガイド部６２は、支持体６３の対向面８１以外の面に固定されていてもよい。
図８は、支持体６３に対するガイド部６２の配置形態の変形例を模式的に示す平面図である。図８に示すように、この変形例では、支持体６３は、主軸２１の中心軸ＣＬに垂直であって主軸２１の基端から先端へ向かう方向を向く背面８２を有し、ガイド部６２は、支持体６３の背面８２に固定されている。このような構成では、ボールねじ６６は、支持体６３から、主軸２１の先端から基端へ向かう方向に取り出すことができる。また、ボールねじ６６は、支持体６３へ、主軸２１の基端から先端へ向かう方向に取り付けることができる。

図９は、支持体６３に対するガイド部６２の配置形態の他の変形例を模式的に示す平面図である。図９に示すように、この変形例では、支持体６３は、主軸２１の中心軸ＣＬに平行な側面８３を有し、ガイド部６２は、支持体６３の側面８３に固定されている。このような構成では、ボールねじ６６は、支持体６３から、主軸２１の中心軸ＣＬに垂直な方向に取り出すことができる。また、ボールねじ６６は、支持体６３へ、主軸２１の中心軸ＣＬに垂直な方向に取り付けることができる。

また、本実施形態では、ボールねじ６６は、上下方向に沿って配置されている。このような構成では、ボールねじ６６のメンテナンス時に、ボールねじ６６の長さ分だけボールねじ６６の略軸方向である上方へ引き出す必要がない。このため、工作機械１００の上方に配置されることが多いワーク搬送装置等の他の装置とボールねじ６６とが干渉することを防止できる。したがって、工作機械１００を工場内に設置する際のレイアウトの自由度が向上する。

また、本実施形態では、ガイド部６２は、平行に設けられた一対のガイドレール６２ａ，６２ｂを有し、支持体６３は、一対のガイドレール６２ａ，６２ｂがそれぞれ固定された一対の支持部６４，６５を有している。そして、一対の支持部６４，６５の間に、ボールねじ６６の着脱時にボールねじ６６が通過可能な空間７７が形成されている。このような構成では、一対のガイドレール６２ａ，６２ｂでワーク支持台５１の直線運動を確実にガイドしつつ、ボールねじ６６の取出しおよび取付けを一対の支持部６４，６５の間を通ってコンパクトな構成で行える。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る工作機械１００ａの側面図である。図１１は、工作機械１００ａの平面図である。図１２は、工作機械１００ａの正面図である。以下、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を省略する。
なお、説明の都合上、図１１では、支持台４０ａおよび主軸装置２０が図示省略されており、図１２では、モータ４５が図示省略されている。

前記した第１実施形態では、支持体６３に対して移動体としてのワーク支持台５１とは反対側に着脱可能に構成されたボールねじ６６は、Ｙ軸方向移動機構６１に使用されている。これに対して、第２実施形態では、図１０〜図１２に示すように、支持体４３ａに対して移動体としての支持台４０ａとは反対側に着脱可能に構成されたボールねじ４４は、Ｚ軸方向移動機構４１ａに使用されている。

Ｚ軸方向移動機構４１ａは、支持台４０ａのナット保持部４０ｂに連結されたナット部４８と、ナット部４８に螺合するボールねじ４４と、ボールねじ４４を回転駆動するモータ４５とを備える。支持台４０ａには、ここでは、例えば主軸装置２０が取り付けられているが、これに限定されない。支持台４０ａには、ワーク支持装置５０が取り付けられていてもよい。ナット部４８は、ねじ締結によって支持台４０ａと連結されている。ボールねじ４４は、Ｚ軸方向（前後方向）に沿って配置されている。ボールねじ４４のモータ４５とは反対側の先端部が、軸受４６を介して支持体４３ａに支持されている。そして、支持台４０ａは、モータ４５によるボールねじ４４の正逆回転によってねじ送りされることで、Ｚ軸方向に沿って移動させられる。

ボールねじ４４のモータ４５側の基端部は、カップリング７４ａを介してモータ４５の回転軸４５ａと接続されている。カップリング７４ａは、筒体７１ａの内部に配置されている。ボールねじ４４の基端側は、筒体７１ａおよび筒体７１ａに設置された軸受７２ａを介して支持体４３ａに支持されている。モータ４５は、筒体７１ａに、ねじ部材７５ａによって固定されている。筒体７１ａの径方向外側に、一対の翼部７３ａ（図１２参照）が突出して設けられており、筒体７１ａの一対の翼部７３ａが、ねじ部材７６ａによって支持体４３ａに固定されている。つまり、モータ４５および筒体７１ａは、支持体４３ａに対して、下方からねじ止めされることによって取り付けられている。

第２実施形態では、支持体４３ａの下側に、ボールねじ４４の着脱時に該ボールねじ４４が通過可能な空間７７ａが形成されている。つまり、ボールねじ４４は、支持体４３ａに対して、支持台４０ａとは反対側に着脱可能に構成されている。

このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様に、ボールねじ４４をメンテナンスする際に、作業がし易くなるとともに、作業スペースおよび作業量を少なくすることができる工作機械１００ａを提供できる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではない。本発明は、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。

例えば、前記した実施形態では、移動体とは反対側に着脱可能に構成されたボールねじが、Ｙ軸方向移動機構６１やＺ軸方向移動機構４１ａに使用されている場合について説明したが、本発明はこれらに限定されない。本発明は、移動体とは反対側に着脱可能に構成されたボールねじがＸ軸方向移動機構に使用されている場合にも適用可能である。

また、前記した実施形態では、横形の工作機械１００について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、縦形の工作機械等の各種の工作機械にも適用可能である。

２１ 主軸
５１ ワーク支持台（移動体）
６２ ガイド部
６２ａ，６２ｂ ガイドレール
６３ 支持体
６４ 支持部
６５ 支持部
６６ ボールねじ
６８ ナット部
７７ 空間
８１ 対向面
８２ 背面
８３ 側面
４０ａ 支持台（移動体）
４２ ガイド部
４３ａ 支持体
４４ ボールねじ
４８ ナット部
７７ａ 空間
１００，１００ａ 工作機械
ＣＬ 中心軸
Ｔ 工具
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 移動体と、
   前記移動体の直線運動をガイドするガイド部と、
   前記ガイド部が固定された支持体と、
   前記移動体に連結されたナット部と、
   前記支持体に支持され前記ナット部に螺合するボールねじと、を備え、
   前記ボールねじは、前記支持体に対して、前記移動体とは反対側に着脱可能に構成されていることを特徴とする工作機械。
2. 先端に工具を取り付け可能な主軸を備え、
   前記移動体は、前記工具によって加工されるワークを支持するワーク支持台であり、
   前記支持体は、前記主軸の中心軸に垂直であって前記主軸の先端から基端へ向かう方向を向く対向面を有し、
   前記ガイド部は、前記支持体の前記対向面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 先端に工具を取り付け可能な主軸を備え、
   前記移動体は、前記工具によって加工されるワークを支持するワーク支持台であり、
   前記支持体は、前記主軸の中心軸に垂直であって前記主軸の基端から先端へ向かう方向を向く背面を有し、
   前記ガイド部は、前記支持体の前記背面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
4. 先端に工具を取り付け可能な主軸を備え、
   前記移動体は、前記工具によって加工されるワークを支持するワーク支持台であり、
   前記支持体は、前記主軸の中心軸に平行な側面を有し、
   前記ガイド部は、前記支持体の前記側面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
5. 前記ボールねじは、上下方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の工作機械。
6. 前記ガイド部は、平行に設けられた一対のガイドレールを有し、
   前記支持体は、一対の前記ガイドレールがそれぞれ固定された一対の支持部を有し、
   一対の前記支持部の間に、前記ボールねじの着脱時に該ボールねじが通過可能な空間が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の工作機械。

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