JP3357075B2 - 六極マシニングセンタ - Google Patents

六極マシニングセンタ

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、長さが調節可能な６本の支材により相互に
接続された固定フレームと支持体とから成る六極マシニ
ングセンタに関する。特に、本発明は、請求の範囲第１
項の節を包括した特徴を有する六極マシニングセンタに
関する。
背景技術 六極マシニングセンタは、工作機械の構造として使用
される。特に、フライス削り、孔あけ加工、丸削り或い
は研削等の金属切削作業に用いる機械や、レーザー加工
用の機械に適する。この機械構造は、座標測定器や操作
技術の分野に対しても使用可能である。
六極マシニングセンタは、原則として、場合によって
は作業台ともいわれる支持体と固定フレームとから構成
されており、前記支持体と前記フレームは長さが調整可
能な６本の支材により相互に接続されている。これによ
り作業台は、合計６つの空間自由度、即ち３つの並進自
由度と３つの回転自由度で移動することができる。
第一の六極マシニングセンタは米国特許第5,401,128
号明細書から公知である。この公知の工作機械構造は、
12本の固定ブレースを有する八面体の機械フレームから
構成されている。機械フレームの中心には、主軸を備え
た機械加工部が配設されている。さらに、八面体の機械
フレームの下部には固定工作物受け入れ装置が配設され
ている。工作物受け入れ装置の上方には、六極体、即ち
機械加工部のための支持体と作業台が配設されている。
前記機械加工部は、例えば、ドリルの主軸かカッターの
主軸である。長さが調整可能な２本の六極体支材は、そ
れぞれ端部の一方を機械フレームの三角形の上側フレー
ム部材の一方の角部に関節接合させている。機械フレー
ム上にある２本の支材の関節点は、互いに僅かな垂直距
離を隔てて配設されている。作業台上にある６本の支材
の関節点は、すべて一つの共通平面内に位置決めされて
いる。この構成によれば、回転動作が制限される。さら
に、これらの支材は主荷重方向には延びていないので、
力が最適な態様で支材に吸収されない。
米国特許第5,354,158号明細書からは、別の六極マシ
ニングセンタが公知である。そこに見られる六極体の場
合、隣り合う２本の支材は作業台上の仮想三角形の一角
に関節接合される。そして別の隣り合う２本の支材もま
たフレーム上の別の仮想三角形に関節接合される。平行
に配設された２つの三角形は、互いに対して回転移動す
る。作業台上の支材とフレーム上の支材のそれぞれの関
節点は、共通平面内で関節接合されている。さらに米国
特許第5,354,158号明細書は、離間した２つの平面内に
フレーム上の関節点を配設する手段を開示している。作
業台の可動性と力の吸収性に関しては、この構成は、米
国特許第5,401,128号明細書に係る構成と同様の欠点を
示している。
したがって、本発明の目的は、はじめに述べた型の六
極マシニングセンタにおいて全部で６つの空間自由度、
特に３つの回転自由度における支持体の可動性を改良
し、力の吸収性を最適化することにある。
この目的は、請求項の範囲第１項に係る特徴を有する
六極マシニングセンタにより達成される。
発明の開示 はじめに述べた六極マシニングセンタの場合、この目
的は、支持体上にある３本の支材の関節点が使用平面を
画成し、かつ別の３本の支材の関節点が別の使用平面を
画成するという特徴により達成される。
これは、支持体上の関節点における支材の接合部が互
いに妨害しないため、作業台の移動の自由度が増加する
という効果を奏する。特に、回転自由度における移動の
自由が、これにより増大する。従って、六極マシニング
センタは、よりコンパクトな支持体や小さな機械にも利
用できる。キャリア上の関節点が離間していることによ
り、支持体の安定性が改善され、その結果、マシニング
センタにより達成可能な製造精度が高まる。
支持体には、機械加工部及び／又は位置検出のための
感知手段を設けることができる。機械加工部は、空間内
における主軸の所望の位置が条件に応じて例えば水平又
は垂直になるように主軸を支持することができる。フレ
ームの構造は、この目的に適した態様で適合させてい
る。
本発明の好適な実施形態によれば、各支材は、フレー
ム上にある３本の支材の各関節点が、合計２つの別個の
使用平面を画成するように、各支材がフレーム内に懸架
されている。このように支材を構成することで、特に回
転自由度に関してより高い可動性が得られると共に、よ
り均一な力の吸収を可能にすることができる。また、こ
の構成により、支持体上とフレーム上の関節点を分配す
ることで関節点におけるそれぞれの接合部の設計に一層
広い空間が利用し得るので、利用可能な構造空間を特に
有効に活用できる。これにより、構造設計の自由度が高
まり、さらにコンパクトな構造にできる。
好ましくは、作業台上にある支材の関節点は、立方体
や直方体などの仮想多面体上か、若しくは仮想球体上に
配設される。これは、個々の支材に対して荷重がより均
等に分配され、且つ、個々の支材が空間内で互いに妨害
することなく、さらに支持体の可動性をも制限しないと
いう効果を奏する。支持体それ自体は任意の形をとるこ
とができる。例えば、個々の支材の関節点を仮想多面体
上や仮想球体上にある関節点に対応させて、機械加工部
を支持した略円筒体として実現してもよい。力をより均
一に加えるために、それぞれ関節点を備えている。関節
点が仮想立方体の個々の面の面中心に配設されると、力
が特に均一に加わるようになる。
好ましくは、フレーム上の支材の関節点は、例えば立
方体や直方体など仮想三次元多面体の個々の外側端縁部
に配設される。これにより、フレームにかかる力を均一
にできる。フレーム自体は必ずしも立方体や球体である
必要はないが、任意の機械構造、例えば、枠組構造を持
つことができる。重要なことは、関節点が互いに対して
それぞれの位置に留まるということである。支持体の対
向面は、それぞれの支材を介して、フレームの平行な外
側端縁部に接続されることが好ましい。仮想立方体や直
方体のフレームの外側端縁部は、隣り合う端縁部か若し
くは対向する端縁部とすることができる。
フレーム内における支材の懸架と支持体上の関節点に
ついては、２本の対向する支材を左右対称に配設するこ
とにより、支持体の移動の実施に必要な制御技術への投
資を軽減することができる。
本発明の更なる展開例によれば、支持体は、該支持体
の主対角線に沿って延出し、例えば仮想立方体の対角を
通る主軸を備えている。３つの面が立方体若しくは直方
体の一角で会合するので、主軸が主対角線に沿って配向
されることにより、この３面での三脚支持が可能にな
り、結果として最適な力の吸収性と支持体の可動性を得
ることができる。この立方体若しくは直方体の残りの三
面上での支持を追加することにより、主軸軸線の位置が
安定する。
好ましくは、支持体の主軸は、静止位置で、ワーク座
標系の空間内の軸線と平行に配向される。これにより、
支持体を動かすのに必要な支材の移動量を決定する際の
座標変換を簡素化することができる。この支材の長さ
は、制御された態様で調節可能である。
本発明の更に有利な実施形態は従属請求項の中で開示
する。
図面の簡単な説明 図１は、六極マシニングセンタにおいて作業台の支持
体の第一の実施形態の概略を示す図であり、立体図
（ａ）、底面図（ｂ）、正面図（ｃ）、側面図（ｄ）と
して示す。
図２は、六極マシニングセンタにおける作業台の懸架
の第２の実施形態を示す図であり、立体図（ａ）、底面
図（ｂ）、正面図（ｃ）、側面図（ｄ）として示す。
図３は、三角形の基底部を有する工作機械としての六
極マシニングセンタを示す図であり、立体図（ａ）、上
面図（ｂ）、側面図（ｃ）、正面図（ｄ）として示す。
図４は、長方形の基底部を有する工作機械としての六
極マシニングセンタを示す図であり、立体図（ａ）、上
面図（ｂ）、側面図（ｃ）、正面図（ｄ）として示す。
図５は、図３に係る工作機械のフレームの枠組構造を
示す図であり、立体図（ａ）、上面図（ｂ）、側面図
（ｃ）、正面図（ｄ）として示す。
図６は、略円筒状の作業台を有する図３に係る工作機
械を示す図であり、立体図（ａ）、上面図（ｂ）、側面
図（ｃ）、正面図（ｄ）として示す。
図７は、略円筒状の作業台を有する工作機械を示す図
であり、立体図（ａ）、上面図（ｂ）、側面図（ｃ）、
正面図（ｄ）として示す。
発明を実施するための最良の形態 以下、本発明を、実施形態に基づき、図面を参照しな
がら説明する。
先ず、図１と図２に基づいて、どのように支持体２が
フレーム３から懸架されているのかを説明する。この種
の懸架は、図３乃至図７に示された工作機械の場合に実
現可能である。
各実施形態で作業台として実現される支持体２は、６
本の支材１を介して、フレーム３から懸架されている。
各支材は、固定部分と延伸可能部分とから成る。
各支材は、水圧若しくは空気圧シリンダとして、或い
は、再循環ボールネジ及びナットとして実現可能であ
る。図示実施形態では、各延伸可能部は、作業台上に関
節接合される。各関節点の空間位置を説明するために、
図１では作業台２は立方体として示されており、該立方
体は立方体フレーム３内に懸架されている。
しかしながら、作業台とフレームの具体的な構造設計
は、厳密に立方体や直方体のような幾何学的に三次元の
形状に限定されるものではない。図１から分かるよう
に、作業台２上の支材の３個の関節点がそれぞれ共通の
使用面を画成し、合計２つの別個の使用面が画成され
る。図示した場合では、作業台２は、仮想立方体の６個
の面中心を介して関節接合される。この結果、作業台上
には離間した関節接合面が形成され、各関節接合面は３
つの関節点により形成される。主軸の軸線を２つの平面
に対して直角に配設した場合、主軸軸線の特に良好な安
定化が得られる。仮想立方体の対向する面中心は、支材
を介して、フレーム３の平行な外側端縁部に接続され
る。図１に係る具体的実施形態では、これらの外側端縁
部は、仮想フレーム立方体の隣接する外側端縁部であ
る。図２に示した実施形態は、対向する支材がフレーム
立方体の対向する外側端縁部上で該フレーム立方体に関
節接合されるという点でのみ図１に示した実施形態と異
なる。両者の場合、フレーム上の３個の関節点がそれぞ
れ共通使用面を画成し、合計２つの別個の使用面が画成
されるようにしている。
関節点のこの構成に基づき、それぞれの対向する支材
１に対して、作業台の移動中に個々の支材の移動量を制
御するために必要な作業を減少させることができる。更
にこの構成により、力の均一な吸収が可能となる。作業
台２上の関節点の配置により支材１は主荷重方向に支持
効果を生じさせるので、六極マシニングセンタは高い加
工精度を達成し得ると共に、よりコンパクトな寸法を個
々の支材に付与することができるよう、特に高い構造剛
性を有する。
幾つかの使用平面内における作業台上での支材の有節
構造によって、構造設計の可能範囲が増大するので、作
業台のよりコンパクトな構造設計、並びに、特に回転自
由度においてより大きな可動性が達成可能となる。仮想
フレーム立方体の隣接又は対向する外側端縁部上の支材
の対に対する個々の懸架態様も、互いに組み合わせるこ
とができる。
支材１の有節構造は、球形継手又はカルダン継手等の
継手を介して実現される。
図３では、六極マシニングセンタを工作機械として示
している。フレーム３は、枠組構造として実現され、三
角形の基底部を有する。フレーム３は、その上に固定工
具テーブル５を有する。図示した実施形態において、作
業台２は、工具テーブル５上に配設されて垂直方向に配
向された主軸４をその上に備えている。主軸は、作業台
の仮想立方体の対角線の方向に延出される。フレームを
適切に適合させることにより、主軸は、作業台２の支持
形状を維持しつつ、空間内の任意の方向に配向させるこ
とができる。
枠組構造の三角形の基底部に代えて、図４に示したよ
うな四角形の基底部を設けることもできる。フレーム３
の個々の関節点も、枠組構造を介して基部に接続されて
いる。原則として、フレームの各部は従来ハウジングと
しても利用可能である。また、枠組構造により、工具テ
ーブル５への最適接近性及び該枠組構造の内部に位置す
る加工空間への最適接近性という利点が達成される。図
５には、三角形の基底部を有する工作機械用の枠組構造
のみが示されている。
図６及び図７は、図３及び図４により一般的に示した
工作機械の特別な実施形態を示すが、この特別な実施形
態は特に作業台２の構造設計に関係する。前記図６及び
図７において、前記作業台２は、その長手方向軸線に沿
って主軸４を支持した円筒体として本質的に実現でき
る。この場合、支材１は、図では互いに重なるように位
置するが、明らかに離間している二つの平行な平面内で
円筒状の作業台２上に関節接合されており、主軸４の軸
線は前記平面に直角に延出している。
図では上側平面を構成する平面の支材の関節点は、フ
レーム３上の共通な上側平面内に配設されており、一
方、下側平面の支材のフレーム関節点は、フレーム３の
対応する共通面内に配設されている。主軸の軸線に対し
て直角な平面に対する上側支材の傾きは、作業台２の中
央の静止位置での下側支材の傾きと逆である。
主軸軸線方向の軸線方向力を吸収するために、上側支
材は、主軸軸線に対して主に半径方向支持として機能す
る下側支材より急な角度で延出している。横方向の支持
手段の傾きが緩やかになればなるほど、作業台２は、図
６及び図７の水平方向軸線廻りにより多く軸回動するこ
とができる。下側支材と比較して上側支材のより急な傾
きは、作業台２が工具テーブル５の方向に移動するとき
に維持される。支持体２上の各接合部を始点とした、XY
平面に対する下側支材の角度は、好ましくは０度以下で
ある。
フロントページの続き (72)発明者 ノイゲバウアー，ライムント ドイツ連邦共和国 デー―01189 ドレ ースデン，ムルデール・シュトラーセ 26 (56)参考文献 特開 平６−190667（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−6159（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 1/44

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】長さが調節可能な６本の支材（１）を介し
    て相互に接続される固定フレーム（３）と、前記支材
    （１）の６個の関節点（６）を有する支持体（２）とか
    ら成る六極マシニングセンタであって、そこにおいて、
    前記支持体（２）上の３本の前記支材（１）の３個の関
    節点（６）が第一の使用面を画成すると共に、前記支持
    体（２）上の３本の別の支材（１）の３個の関節点
    （６）がもう一つの使用面を画成し、前記支持体（２）
    上の前記第一の使用面の前記３本の支材（１）の各関節
    点（６）がフレーム（３）上に使用面を画成すると共
    に、前記支持体（２）上の前記もう一つの使用面の前記
    ３本の支材（１）の各関節点（６）が前記フレーム
    （３）上にもう一つの使用面を画成し、 前記支持体（２）上の前記第一の使用面が前記支持体
    （２）上の前記もう一つの使用面側に位置するとき、前
    記フレーム（３）上の前記第一の使用面が前記フレーム
    （３）上の前記もう一つの使用面側に位置し、且つ 前記支持体（２）上の前記各支材（１）の前記各関節点
    （６）が、仮想三次元多面体、仮想立方体又は仮想球体
    上に配設される一方、前記フレーム（３）上の前記各支
    材（１）の前記各関節点（７）が、仮想三次元多面体、
    仮想立方体又は仮想球体上の各外方端縁部に配設される
    ことを特徴とする六極マシニングセンタ。
  2. 【請求項２】前記仮想立方体が六つの面を有し、その各
    面上に前記支持体（２）上の関節点（６）を配設して成
    ることを特徴とする請求項１に記載の六極マシニングセ
    ンタ。
  3. 【請求項３】前記仮想立方体が各面の面中心に前記関節
    点（６）を配設して成ることを特徴とする請求項２に記
    載の六極マシニングセンタ。
  4. 【請求項４】前記支持体（２）の対向面上の前記各関節
    点（６）が前記各支材（１）を介して前記フレーム
    （３）の平行する各外方端縁部の各関節点（７）に連結
    されることを特徴とする請求項１に記載の六極マシニン
    グセンタ。
  5. 【請求項５】前記各支材（１）のための前記各関節点
    （７）を有する前記フレーム（３）が枠組装置として与
    えられることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に
    記載の六極マシニングセンタ。
  6. 【請求項６】前記各関節点（７）が前記枠組装置を介し
    て基部に連結されることを特徴とする請求項５に記載の
    六極マシニングセンタ。
  7. 【請求項７】前記フレーム（３）が三角形の基底部を有
    することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載
    の六極マシニングセンタ。
  8. 【請求項８】前記フレーム（３）が四角形の基底部を有
    することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載
    の六極マシニングセンタ。
  9. 【請求項９】前記支持体（２）が、その長手方向軸線が
    前記支持体（２）の前記各関節点の前記二つの使用面に
    交差する主支軸（４）を具備することを特徴とする請求
    項１〜８の何れか１項に記載の六極マシニングセンタ。
  10. 【請求項１０】前記支持体（２）が該支持体（２）の主
    対角線に沿って延伸する主支軸（４）を具備することを
    特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の六極マシ
    ニングセンタ。
  11. 【請求項１１】前記支持体（２）の静止位置で前記主支
    軸（４）が被加工物座標系のＺ軸に平行に配向されるこ
    とを特徴とする請求項９又は10に記載の六極マシニング
    センタ。
  12. 【請求項１２】前記各支材（１）が前記支持体の主荷重
    方向に配設されることを特徴とする請求項１〜11の何れ
    か１項に記載の六極マシニングセンタ。
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