JP3357947B2 - 工作機械 - Google Patents

工作機械

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主軸の位置安定性
を増大させた工作機械に関する。
【0002】
【従来の技術】第一及び第二サドルやコラムの主軸方向
(前後方向)長さの短縮化と、主軸ヘッドの前後方向の
送り速度の高速化とを実現させた工作機械であって、ベ
ッドにコラムを固設し、このコラムに第一サドルを上下
方向の移動可能に案内させ、第一サドルには第二サドル
を左右方向の移動可能に案内させ、第二サドルには主軸
ヘッドを前後方向の移動可能に案内させたものは知られ
ている(特開平4−365529号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記工作機械に於いて
第一サドルや第二サドルを上下左右へ移動させるときや
主軸ヘッドを前後へ移動させるときに、第二サドルの位
置安定性を図り難いのが実状であり、第二サドルの位置
安定性が十分でないと、主軸が振動して高精度な加工が
行えなくなるという問題が生じる。本発明は、斯かる問
題点に対処し得るものとした工作機械を提供することを
目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、ベッドにコラムを固設し、このコラム
に方形枠の第一サドルを上下方向の移動可能に案内さ
せ、該方形枠の第一サドルにはその大きさより横巾寸法
を小ならしめた方形枠の第二サドルを第一サドルの横巾
寸法内で左右方向の移動可能に案内させ、且つ第二サド
ル内には主軸ヘッドを前後方向の移動可能に案内させた
工作機械に於いて、第二サドルを左右方向へ案内するも
のとした案内軌道手段を第一サドルの方形枠前面側の上
下横部材箇所と、該第一サドルの方形枠背面側の上下横
部材箇所の何れか一方箇所或いはその両方箇所とに形成
したものとする。
【0005】これによれば、第一サドルは少なくとも3
つの案内軌道手段を介して第二サドルを案内するものと
なり、しかも、そのうちの前後方向で対向する2つの案
内軌道手段はこれら2つの案内軌道手段の間に位置する
第二サドル部分により前後方向遊動を厳密に規制される
ものとなり、従って第二サドルはその左右移動範囲の任
意位置で位置安定性を確保されるのである。
【0006】上記発明に於いて、好ましくは、請求項2
に記載したものとなすのであって、即ち、ベッドにコラ
ムを固設し、このコラムに方形枠の第一サドルを上下方
向の移動可能に案内させ、該方形枠の第一サドルにはそ
の大きさより横巾寸法を小ならしめた方形枠の第二サド
ルを第一サドルの横巾寸法内で左右方向の移動可能に案
内させ、且つ第二サドル内には主軸ヘッドを前後方向の
移動可能に案内させた工作機械に於いて、第二サドルを
左右方向へ案内するものとした案内軌道手段を第一サド
ルの方形枠前面側の上下横部材箇所と、該第一サドルの
方形枠背面側の上下横部材箇所とに形成したものとな
す。
【0007】これによれば、第二サドルの上下部を主軸
ヘッド用支持部として増強する場合に於いて、この支持
部が第一サドルの上下箇所の2つの案内軌道手段の支持
構造として効果的に寄与すると共にこれら2つの案内軌
道手段の遊動規制力を第二サドルに有効に伝達するもの
となる。
【0008】上記発明は次のように具体化するのであっ
て、即ち、請求項3に記載したように、案内軌道手段を
軌道部材と、この軌道部材に嵌合した状態で摺動変位す
る嵌合部材とからなるものとなす。この際、軌道部材は
第一サドル又は第二サドルの何れかに固定するのであ
り、また嵌合部材は、前記軌道部材が第一サドルに固定
されたときは第二サドルに固定し、一方、軌道部材が第
二サドルに固定されたときは第一サドルに固定する。こ
れによれば、案内軌道手段が公知の手段を使用して簡便
に形成されると共に軌道部材及び嵌合部材が第二サドル
に対し第一サドル上で遊動の抑制された状態で相対摺動
するものとなる。
【0009】さらには請求項4に記載したものでは、主
軸ヘッドがその案内態様から自重等により案内軌道手段
の部品遊動などで傾斜変位の生じがたい状態で安定的に
移動するものとなる。而して、主軸ヘッドの振動を効果
的に阻止し、高精度な加工を可能になすのである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図7を参照して説明
する。図1は本発明の一実施例である工作機械を示す側
面図、図2は前記工作機械の正面図、図3は前記工作機
械の平面図、図4は前記工作機械の要部を示す斜視図、
図5は前記工作機械の要部を示す側面視断面図、図6は
前記工作機械の案内軌道手段を示し、Aは斜視図で、B
はx1−x1部の断面図、図7は前記工作機械の主軸ヘ
ッドを第二サドルに対し移動可能範囲内の最前方へ移動
させた状態を示す作動説明図である。
【0011】本実施例の工作機械は、最下部を形成して
なるベッド1と、このベッド1上面に固定されたコラム
2と、このコラム2の前面に形成された上下向きの一対
の案内軌道手段3A、3Bを介して上下方向f1の摺動
変位自在に案内されるものとした第一サドル4と、この
サドル4の前面上下箇所と背面下箇所との三箇所に形成
された左右向きの一対の案内軌道手段5A、5B、5C
を介して左右方向f2の摺動変位自在に案内されるもの
とした第二サドル6と、この第二サドル6に形成された
前後向きの一対の案内軌道手段7A、7Bを介して前後
方向f3の摺動変位自在に案内されるものとした主軸ヘ
ッド8とを備えてなる。
【0012】上記各部の構造について説明すると、次の
通りである。即ち、ベッド1は鋼板で箱形に形成され、
コラム2よりも前側の上面に、図示しない工作台を固定
するための支持部材9、9を固着されたものとなされて
いる。
【0013】コラム2は左右一対の縦向き部2a、2a
と上下一対の横向き部2b、2cとを有し、中心部に比
較的大きな前後向きの四角孔aを形成された四角枠体を
主体となすと共に、上側の横向き部2bの左右端部にモ
ータ台2d、2dを形成したものとなされている。
【0014】そして、上記モータ台2d、2dに第一サ
ドル4を上下駆動するためのサーボモータ10、10を
固定し、これらモータ10、10の近傍箇所及び、左右
一対の縦向き部2a、2aの左右前面箇所には前記サー
ボモータ10、10の出力軸に結合された縦向きネジ軸
11、11を回転自在に支持するものとした軸受部材1
2a、12bを固定している。
【0015】第一サドル4は、図1、図2及び図4等に
示すように、左右一対からなる断面四角形の横向き部4
a、4bと上下一対からなる断面四角形の縦向き部4
c、4cとを有し、中心部に比較的大きな前後向きの四
角孔bを形成され、正面視大きさをコラム2の前面に収
まる程度となされ、背面の上下箇所に図1に示すような
後方への突出部4d、4dを形成されてなる鋳鋼製の四
角枠体を主体となし、上側の突出部4dの左右端部に、
前記縦向きネジ軸11、11を螺入されるナット体1
3、13を固定したものとなされている。
【0016】そして、上側の横向き部4aの前面右端部
には第二サドル6を左右駆動するためのサーボモータ1
4を固定すると共に、このモータ14の近傍箇所及び、
横向き部4aの前面左端箇所には前記モータ14の出力
軸に結合された横向きネジ軸15を回転自在に支持する
ものとした軸受部材16a、16bを固定している。
【0017】第二サドル6は、図4及び図5等に示すよ
うに、左右一対からなる断面四角形の横向き部6a、6
bと上下一対からなる断面四角形の縦向き部6c、6c
とを有し、中心部に主軸ヘッド8が挿入される程度の前
後向きの四角孔cを形成され、正面視大きさを第一サド
ル4の前面に収まる程度となされ、背面下部には図2に
示すように左右側面部17a、17a及び水平面部17
bを備えた主軸ヘッド用支持部17を一体状に形成して
なる鋳鋼製の縦向き四角枠体を主体となし、主軸ヘッド
用支持部17の後端面に後向きへ延出されるモータ台1
8を固定し、上側の横向き部6aの上面に前記横向きネ
ジ軸15を螺入されるナット体19を固定したものとな
されている。
【0018】そして、モータ台18の後端面には主軸ヘ
ッド8を前後方向f3へ変位させるためのサーボモータ
20を固定しており、また前記水平面部17bの巾中央
の前後箇所には前記サーボモータ20の出力軸と螺合さ
れる図示しない主軸用前後向きネジ軸を回転自在に支持
するものとした図2に示す軸受部材21を固定してい
る。
【0019】主軸ヘッド8は前後向きの主軸22を回転
自在に支持したヘッドフレーム23を備え、このヘッド
フレーム23の内方に主軸22を回転駆動するための図
示しない駆動モータを設けるほか、ヘッドフレーム23
の巾中央の前後方向長さ途中に前記主軸用前後向きネジ
軸を螺入される図示しないナット体を固定したものとな
されている。
【0020】次に各案内軌道手段3A、3B、5A、5
B、5C、7A、7Bについて説明する。各案内軌道手
段3A、3B、5A、5B、5C、7A、7Bは何れも
リニアモーションベアリングと呼称されている公知のも
のであって、図6に示すように、直状の軌道部材24
と、この軌道部材24に嵌合した状態で摺動変位する嵌
合部材25とを有するほか、これら軌道部材24と嵌合
部材25とを分離の規制された状態で円滑な相対摺動を
可能とする係合手段26を備えたものとなされている。
【0021】各部について説明すると、軌道部材24は
断面四角形となされたレール部材となされ、左右の各側
面の上寄り箇所と上面の左右端箇所に断面半円形の直状
溝27a、27b、27c、27dを形成されたものと
なされている。
【0022】嵌合部材25は左右の側面部25a、25
bとこれら側面部25a、25bを結合した中央部25
cとからなる断面コ形の比較的短い部材となされ、左右
の各側面部25a、25bの内面と中央部25cの内面
とに前記直状溝27a、27b、27c、27dのそれ
ぞれにこの順に対応した直状溝28a、28b、28
c、28dを形成するほか、各直状溝28a、28b、
28c、28d毎にこれの両端を連通させるための部分
扁平環状の断面円形の連通路28a’、28b’、28
c’、28d’を形成し、各連通路28a’、28
b’、28c’、28d’とこれに対応した直状溝27
a、27b、27c、27d及び直状溝28a、28
b、28c、28dとが一体状となって閉鎖扁平環形通
路29a、29b、29c、29dをなすものとなされ
ている。
【0023】係合手段26は多数の球体30からなり、
嵌合部材25がレール部材24に嵌合された状態の下で
閉鎖扁平環形通路29a、29b、29c、29dのそ
れぞれに一列状且つ密状に嵌挿された状態となされてい
る。
【0024】この際、第一サドル4を上下方向f1へ移
動させるための案内軌道手段3A、3Bのうち、3Aに
ついては、コラム2の前面の左端部に第一レール部材2
4を上下向きの一線状に固定され、第一サドル4の左端
部の上下箇所のそれぞれに前記第一レール部材24に嵌
合される嵌合部材25を固定されており、また3Bにつ
いてはコラム2の前面の右端部に第二レール部材24を
上下向きの一線状に固定され、第一サドル4の右端部の
上下箇所のそれぞれに前記第二レール部材24に嵌合さ
れる嵌合部材25を固定されている。
【0025】また第二サドル6を左右方向f2へ移動さ
せるための案内軌道手段5A、5B、5Cのうち、5A
については、第一サドル4の上側の各横向き部4aの前
面に第三レール部材24を左右向きの一線状に固定さ
れ、第二サドル6の上側の横向き部6aの左右端箇所の
それぞれに前記第三レール部材24に嵌合される嵌合部
材25を固定されており、また5Bについては、第一サ
ドル4の下側の横向き部4bの前面に第四レール部材2
4を左右向きの一線状に固定され、第二サドル6の下側
の横向き部6bの左右端箇所のそれぞれに前記第四レー
ル部材24に嵌合される嵌合部材25を固定されてお
り、また5Cについては、第一サドル4の下側の横向き
部4bの背面に第五レール部材24を左右向きの一線状
に固定され、第二サドル6の主軸ヘッド用支持部17の
下面に形成された突出部17cに、第五レール部材24
に嵌合される単一の嵌合部材25を固定されている。
【0026】さらに主軸ヘッド8を前後方向f3へ移動
させるための案内軌道手段7A、7Bのうち、7Aにつ
いては、ヘッドフレーム23の下面の左端部に第六レー
ル部材24を前後向きの一線状に固定され、主軸ヘッド
用支持部17の上面の左端部の前後端のそれぞれに前記
第六レール部材24に嵌合される嵌合部材25を固定さ
れており、また7Bについては、ヘッドフレーム23の
下面の右端部に第七レール部材24を前後向きの一線状
に固定され、主軸ヘッド用支持部17の上面の右端部の
前後端のそれぞれに前記第七レール部材24に嵌合され
る嵌合部材25を固定されている。
【0027】上記した構成を基礎としてマシニングセン
タを形成するには、さらに次のような図示しない構成を
付加するのであって、即ち、多数の工具を収納させた工
具マガジンや、工具マガジンの工具を受け取って主軸2
2の先端に嵌挿したり、或いはこれとは逆に主軸22の
先端から工具を抜き取って工具マガジンに戻すように作
動するものとした自動工具交換装置を設けるほか、ベッ
ド1上部の構造物の全体を覆うための囲壁を必要に応じ
て設ける。
【0028】次に上記のように構成した本発明に係る工
作機械の作動を説明すると、サーボモータ10、10が
回転されることにより、第一サドル4が上下方向f1へ
駆動変位され、またサーボモータ14が回転されること
により、第二サドル6が左右方向f2へ駆動変位され、
またサーボモータ20が回転されることにより、主軸ヘ
ッド8が前後方向f3へ駆動変位されるのであり、これ
により主軸22は三軸方向の任意位置へ向けて移動され
るものとなる。このような主軸22の変位と、主軸22
の先端に嵌着された工具tの駆動モータによる回転作動
とにより、図示しない工作台上に固定されたワークの加
工が可能となる。
【0029】第一サドル4は案内軌道手段3A、3Bに
於ける第一及び第二レール部材24、24と、これら各
レール部材24、24に嵌合された上下2つの嵌合部材
25、25に案内されて上下移動される。この際、第一
サドル4は上下左右の寸法が比較的大きいため、案内軌
道手段3A、3Bの部品遊動による傾斜変位の少ない状
態で安定的に移動するものとなる。
【0030】また第二サドル6は第一サドル4前面の案
内軌道手段5A、5Bに於ける第三及び第四レール部材
24、24と、これら各レール部材24、24に嵌合さ
れた左右2つの嵌合部材25、25に案内されると同時
に、第一サドル4背面の案内軌道手段5Cに於ける第五
レール部材24と、このレール部材24に嵌合された単
一の嵌合部材25に案内されて左右移動される。この
際、第二サドル6は適当に離れた3つの案内軌道手段5
A、5B、5Cにより三箇所を案内されるため、これら
案内軌道手段5A、5B、5Cの部品遊動による全ての
方向の傾斜変位を効果的に抑制されて安定的に移動する
ものとなる。
【0031】さらに主軸ヘッド8は案内軌道手段7A、
7Bに於ける第六及び第七レール部材24、24と、こ
れら各レール部材24、24に嵌合された前後2つの嵌
合部材25、25に案内されて前後移動される。この
際、主軸ヘッド8はその案内態様から自重等により案内
軌道手段7A、7Bの部品遊動による傾斜変位の生じが
たい状態で安定的に移動するものとなる。
【0032】またワークの加工状況によっては、主軸ヘ
ッド8が第二サドル6に対し図7に示すように大きく前
方へ送り出されることがあるのであり、このような場
合、第二サドル6は主軸ヘッド8の前後移動過程で、力
の作用方向が正逆に変化したり種々に大きさの変化する
ものとなるモーメントを付与されるのである。
【0033】このような場合にも第二サドル6を案内し
ている3つの案内軌道手段5A、5B、5Cはそのモー
メントによる傾斜変位を効果的に抑制するように作用す
るのであって、即ち、第二サドル6が前後側の何れかに
傾斜しようとしたとき2つの案内軌道手段5B、5Cの
うちの何れか一方が嵌合部材25とレール部材24とを
近接されるようになり、このような変位に対して係合手
段26が極めて効果的に対抗するものとなるのである。
このように第二サドルの傾斜変位が抑制されることは、
主軸ヘッド8の振動を効果的に阻止する上で寄与し、高
精度な加工を可能となすものである。
【0034】上記実施例は次のように変形することがで
きる。即ち、主軸ヘッド用支持部17の下面の突出部1
7cの巾中央に単一の嵌合部材25を設けることに代え
て、前記突出部17cの左右端部のそれぞれに、第七レ
ール部材24に嵌合される嵌合部材25、25を設ける
ことも差し支えない。これによれば、前記突出部17c
の巾中央に単一の嵌合部材25を設ける場合に比べて、
部品遊動による第二サドル6の傾斜変位が一層効果的に
抑制されるようになる。
【0035】第一サドル7の背面の下箇所のみに案内軌
道手段5Cを設けることに代えて、第一サドル7の背面
の上下箇所のそれぞれに案内軌道手段を設けることも差
し支えない。これによれば、第一サドル4の背面に案内
軌道手段5Cのみを設ける場合に比べて、部品遊動によ
る第二サドル6の傾斜変位が一層効果的に抑制されるよ
うになる。
【0036】案内軌道手段3A、3B、5A、5B、5
C、7A、7Bの球体30をローラに変更したものとな
すことも可能であり、この場合は閉鎖扁平環形通路29
a、29b、29c、29dをローラに対応して変形す
る必要がある。これによっても球体30による場合とほ
ぼ同様な作用が得られる。
【0037】案内軌道手段3A、3B、5A、5B、5
C、7A、7Bのレール部材24と嵌合部材25とは球
体30やローラ等の係合手段26を使用しないて所要の
作用を奏するものとなすこともできるのであって、即
ち、例えば嵌合部材25の断面形状を例えばC形等のよ
うな内拡がり状となし、これの内方空間にレール部材2
4を密状に内挿させたものとなす。これによっても適当
な潤滑手段を採用することにより所要の案内作用の得ら
れるものとなる。
【0038】
【発明の効果】以上の如く構成した本発明によれば、次
のような効果が得られる。即ち、請求項1に記載したも
のによれば、第一サドルが少なくとも3つの案内軌道手
段を介して第二サドルを案内し、しかも、そのうちの前
後方向で対向する2つの案内軌道手段はこれら2つの案
内軌道手段の間に位置する第二サドル部分により前後方
向遊動を厳密に規制されるため、第二サドルの左右移動
範囲の任意位置での位置安定性が確保されて主軸ヘッド
の振動が規制され、高精度な加工が行えるものとなる。
【0039】請求項2に記載したものによれば、第二サ
ドルの上下部を主軸ヘッド用支持部として増強する場合
に於いて、この支持部が第一サドルの上下箇所の2つの
案内軌道手段の支持構造として効果的に寄与すると共
に、これら2つの案内軌道手段の遊動規制力を第二サド
ル全体に有効に伝達するものとなる。
【0040】請求項3に記載したものによれば、案内軌
道手段を公知の手段を使用して簡易に形成できると共に
軌道部材及び嵌合部材を介して第二サドルを第一サドル
上で遊動の抑制された状態で相対摺動させることができ
る。
【0041】さらに請求項4に記載したものによれば、
主軸ヘッドがその案内態様から自重等により案内軌道手
段の部品遊動などで傾斜変位の生じがたい状態で安定的
に移動するものとなる。而して、主軸ヘッドの振動を効
果的に阻止し、高精度な加工を可能になすのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である工作機械を示す側面図
である。
【図2】前記工作機械の正面図である。
【図3】前記工作機械の平面図である。
【図4】前記工作機械の要部を示す斜視図である。
【図5】前記工作機械の要部で図2x−x部を示す側面
視断面図である。
【図6】前記工作機械の案内軌道手段を示し、Aは斜視
図で、Bはx1−x1部の断面図である。
【図7】前記工作機械の主軸ヘッドを第二サドルに対し
移動可能範囲内の最前方へ移動させた状態を示す作動説
明図である。
【符号の説明】
1 ベッド 2 コラム 4 第一サドル 5A 案内軌道手段 5B 案内軌道手段 5C 案内軌道手段 6 第二サドル 8 主軸ヘッド 24 レール部材(軌道部材) 25 嵌合部材 f1 上下方向 f2 左右方向 f3 前後方向

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベッドにコラムを固設し、このコラムに
    方形枠の第一サドルを上下方向の移動可能に案内させ、
    該方形枠の第一サドルにはその大きさより横巾寸法を小
    ならしめた方形枠の第二サドルを第一サドルの横巾寸法
    内で左右方向の移動可能に案内させ、且つ第二サドル内
    には主軸ヘッドを前後方向の移動可能に案内させた工作
    機械に於いて、第二サドルを左右方向へ案内するものと
    した案内軌道手段を第一サドルの方形枠前面側の上下横
    部材箇所と、該第一サドルの方形枠背面側の上下横部材
    箇所の何れか一方箇所とに形成したことを特徴とする工
    作機械。
  2. 【請求項2】 ベッドにコラムを固設し、このコラムに
    方形枠の第一サドルを上下方向の移動可能に案内させ、
    該方形枠の第一サドルにはその大きさより横巾寸法を小
    ならしめた方形枠の第二サドルを第一サドルの横巾寸法
    内で左右方向の移動可能に案内させ、且つ第二サドル内
    には主軸ヘッドを前後方向の移動可能に案内させた工作
    機械に於いて、第二サドルを左右方向へ案内するものと
    した案内軌道手段を第一サドルの方形枠前面側の上下横
    部材箇所と、該第一サドルの方形枠背面側の上下横部材
    箇所とに形成したことを特徴とする工作機械。
  3. 【請求項3】 第二サドルを左右方向へ案内する案内軌
    道手段が第一サドル又は第二サドルの何れかに固定され
    る軌道部材と、この軌道部材に嵌合した状態で摺動変位
    する嵌合部材からなり、この嵌合部材は軌道部材が第一
    サドルに固定されるときは第二サドルに固定され、一
    方、軌道部材が第二サドルに固定されるときは第一サド
    ルに固定されることを特徴とする請求項1又は2記載の
    工作機械。
  4. 【請求項4】 第二サドルの方形枠背面下部に対し、左
    右側面部17a、17b及び水平面部17bを備えた主
    軸ヘッド用支持部17を一体状に形成し、且つこの後端
    部には後向きへ延出されるモータ台18を固定し、また
    前記水平面部17bの巾中央の前後箇所に対し、モータ
    台18に固定したモータ20の出力軸と螺合して主軸用
    前後向きネジ軸を回転自在に支持するものとした軸受部
    材21を取付けたことを特徴とする請求項1又は2記載
    の工作機械。
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