JP3697697B1

JP3697697B1 - 横形マシニングセンタ、および、それによる加工方法

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Publication number: JP3697697B1
Application number: JP2004372276A
Authority: JP
Inventors: 厚夫渡部
Original assignee: 厚夫渡部
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: JP2006150576A

Abstract

【課題】高信頼性を保証する切粉に強い横形マシニングセンタを提供する。
【解決手段】ベッド２と、ワークＷを取り付けた回転Ｂ軸可能な回転テーブル１３を上下方向へ回動（Ａ軸）するテーブル架台１２と、主軸１１が組み込まれた主軸台１０を前後（Ｚ軸）方向と、左右（Ｘ軸）方向に移動可能に取り付けられたサドル７と、前記サドル７を上下（Ｙ軸）方向に移動可能に装架されたクロスレール５とから構成された横形マシニングセンタ１であって、テーブル架台１２は、サドル７の左右方向に互いに間隔を取って前記ベッド１から直立する一対の直立側壁３，３に支承されて装架されるとともに、一対の直立側壁３，３の後方の垂直端面部３ａ，３ａにクロスレール案内面６，６が設けられ、さらに、前記クロスレール５が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けられた構成とする横形マシニングセンタ１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、横形マシニングセンタと、テーブル架台と回転テーブルが設けられた横形マシニングセンタによる加工方法に関する。

近年、ＮＣ工作機械は、高速化、高精度化を追い求めてきた。中でも横形マシニングセンタは、研究開発が盛んに行われており、高速化、高精度化に適した直交３軸構成を有した横形マシニングセンタが提案されている。図５は、従来の横形マシニングセンタを示し、図６に示すＩ−Ｉ線の断面図であり、図６は図５の右側面図である。
図５に示すように、ベッド１０１の後部に立設固定されたコラム１０３の前面に、左右一対の上下方向案内レール１０５，１０５を設け、サドル１０７（図６参照）が上下移動可能に取り付けられている。サドル１０７の前面に上下一対の左右方向案内レール１１５，１１５を設け、主軸頭１１７が左右移動可能に取り付けられている。ベッド１０１のコラム１０３の前方に、一対の前後方向案内レール１２５，１２５を設け、テーブル１２７が水平方向の前後移動可能に取り付けられている。サドル１０７と、主軸頭１１７と、テーブル１２７との送り駆動手段をそれぞれ設けて、直交３軸を有した工作機械（横形マシニングセンタ）が構成され、高精度の加工を可能にしている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、長時間稼動、無人運転の工場の増加にともない、横形マシニングセンタの問題点は、高速化、高精度化への対応の他にもう１つ、信頼性の向上がある。信頼性の指標の１つである平均故障間隔（ＭＴＢＦ；ＭｅａｎＴｉｍｅＢｅｔｗｅｅｎＦａｉｌｕｒｅｓ）は、前回の故障から次に故障が起きるまでの稼動時間をいう。つまり、ＭＴＢＦが短い機械ほど稼動率が低く、故障しやすい。この平均故障間隔（ＭＴＢＦ）が短い原因は、切粉の詰まり、切粉の堆積等である。切粉の堆積によりテーブル１２７の移動が指令値通りに移動できずアラームが点灯して突然停止するため、平均故障間隔が短くなる。
特に、荒引き加工による重切削により、切粉が比較的大きく、長くなると、ワークを固定する治具に絡みついてＺ軸方向のテーブル面に切屑が堆積し、水平方向の前進、後退の移動が不可能になり機械を停止させる。
そのため、生産計画に遅れが発生し、納期確保ができなくなるという問題があった。
特開２００３−２６６２５７号公報（図１、図２）

そこで、本発明は、従来の横形マシニングセンタの切粉問題を抜本的に解決するために創案されたものであり、切粉や切屑がワークを保持するテーブル面に堆積しないようにして、平均故障間隔を延ばし、高信頼性を保証し、しかも、高剛性、高精度化、省スペース化を図った横形マシニングセンタを提供するとともに、テーブル架台と回転テーブルが設けられた横形マシニングセンタによる加工方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明の横形マシニングセンタ（１）は、ベッド（２）と、ワーク（Ｗ）を取り付けた回転（Ｃ軸）可能な回転テーブル（１３）を上下方向へ回動（Ａ軸）するテーブル架台（１２）と、主軸（１１）が組み込まれた主軸台（１０）を前後（Ｚ軸）方向と、左右（Ｘ軸）方向に移動可能に取り付けられたサドル（７）と、前記サドル（７）を上下（Ｙ軸）方向に移動可能に装架されたクロスレール（５）とから構成された横形マシニングセンタ（１）であって、前記テーブル架台（１２）は、前記ベッド（１）から直立する一対の直立側壁（３，３）に回動可能に支承されて装架されるとともに、前記一対の直立側壁（３，３）の後方の垂直端面部（３ａ，３ａ）にクロスレール案内面（６，６）が設けられ、さらに、前記クロスレール（５）が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けられたことを特徴とする。

請求項２に係る発明の請求項１に記載の横形マシニングセンタ（１）は、前記ベッド（１）から直立する一対の直立側壁（３，３）の上端部（３ｂ，３ｂ）につなぎ部（４）が一体に設けられ、正面視で、□状に閉鎖したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、ベッド（２）と、ワーク（Ｗ）を取り付けた回転（Ｃ軸）可能な回転テーブル（１３）を上下方向へ回動（Ａ軸）するテーブル架台（１２）と、主軸（１１）が組み込まれた主軸台（１０）を前後（Ｚ軸）方向と、左右（Ｘ軸）方向に移動可能に取り付けられたサドル（７）と、前記サドル（７）を上下（Ｙ軸）方向に移動可能に装架されたクロスレール（５）とから構成された横形マシニングセンタ（１）において、前記テーブル架台（１２）は、前記ベッド（１）から直立する一対の直立側壁（３，３）に回動可能に支承されて装架されるとともに、前記一対の直立側壁（３，３）の後方の垂直端面部（３ａ，３ａ）にクロスレール案内面（６，６）が設けられ、さらに、前記クロスレール（５）が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けられた横形マシニングセンタ（１）であって、前記テーブル架台（１２）を１８０度上方へ回動させた加工位置（ａ）の、ワーク（Ｗ）を逆さにした姿勢で加工を行うことを含むことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、この発明の横形マシニングセンタ（１）におけるテーブル架台（１２）は、前記ベッド（２）から直立する一対の直立側壁（３，３）に回動可能に支承され、装架される構成である。また、直立側壁（３，３）の後方の垂直端面部（３ａ，３ａ）にクロスレール案内面（６，６）が設けられ、さらに、前記クロスレール（５）が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けられた構成である。このクロスレール案内面（６，６）は、切粉の発生箇所よりも一番離間しており、切粉が侵入しにくい位置にあり、しかも、テレスコープ式のカバー（１７ａ）によって遮蔽されている。
さらに、ベッド（２）と一体化された一対の直立側壁（３，３）は、従来の横形マシニングセンタのコラム（１０３）（図５，図６参照）と同様の架台になるため、従来のコラム１０３のような鋳造成型品が不要になることから、省スペース化が可能である。

請求項２に係る発明によれば、ベッド（１）から直立する一対の直立側壁（３，３）の上端部（３ｂ，３ｂ）につなぎ部（４）を設けて、正面視で、□状に閉鎖したことにより、高剛性、高精度化を図った横形マシニングセンタを提供することができる。

請求項３に係る発明によれば、前記回転テーブル（１３）のテーブル架台（１２）は、１８０度上方へ回動させた加工位置（ａ）の、ワーク（Ｗ）を逆さにした姿勢での加工を行うことを含むようにしたので、５面の加工面のうち、４面の加工の発生した切粉は、切削水の勢いを借りなくても、切粉は重力により、直接、下部の切粉排出口（１４）に落下することになるため、切粉はけのよい、切粉に強い横形マシニングセンタ（１）を提供することができる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す横形マシニングセンタ１の正面図、図２はその右側面図である。
図１に示すように、本発明の横形マシニングセンタ１は、回転テーブル１３を取り付けたテーブル架台１２がクランク状に形成してあり、両端の軸は左右の直立側壁３，３に回動可能に両端支持されている。
横形マシニングセンタ１は、直線軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の３軸の他、回転テーブル１３の回転（Ｂ軸）およびテーブル架台１２の回動軸（Ａ軸）の回動によって、回転テーブル１３に取り付けた側の面を除くワークＷの各側面をツールＴによって切削加工することができる５軸制御の５面加工機の横形マシニングセンタ１である。

図２に示すように、テーブル架台１２は、大きく分けて３つの加工位置に区分される。
加工位置ａは、切粉はけを最大限によくするため、ワークＷを逆さ吊り状態にして、主に、ワークＷの側面（４面）（図１、図２参照）を加工する際に使用する。
加工位置ｂは、主に、ワークＷの上面ｄ（図３参照）を加工する際に使用する。
加工位置ｃは、主に、ワークＷの着脱の際に使用する（図２参照）。

図１に示すように、ベッド２は、底部から左右方向に所定の間隔をもって直立する一対の直立側壁３，３と一体に形成され、中央に空間（スペース）を有するＵ字状に形成されている。図２に示すように、それぞれの直立側壁３，３の後方の垂直端面部３ａ，３ａは、クロスレール案内面６，６が配設されている。このクロスレール案内面６，６の近傍には、たとえば、サーボモータ（図示せず）でＹ軸（上下）方向へ移動することができるクロスレール５が装架されている。クロスレール５にはサドル７をＸ軸（左右）方向へ移動することができるように、サドル案内面８，８が配設されている。さらに、このサドル７の上部には、主軸台案内面９，９が配設され、Ｚ軸（前後）方向へ移動可能な主軸台１０が載置されており、この主軸台１０には、ツールＴを装着して回転させることのできる主軸１１が組み込まれている。
また、図２に示すように、ベッド２の側面形状は、略Ｌ型に形成されており、主軸１１が受けるスラスト力の反力を充分に受けるために、サドル７の後端の近傍まで、ベッド後端面２ａが延長され、より低重心化と安定性を図った構造になっている。
さらに、テーブル架台１２のＡ軸は、サーボモータ（図示せず）駆動により、０度、９０度、１８０度と回動し、加工位置を変える。また、回転テーブル１３も同様に、サーボモータ（図示せず）駆動により、たとえば、０度、９０度、１８０度、２７０度と回動し、ワークＷの向きを主軸１１の方向へ変える。

図３は図１の平面図である。図３に示すように、テーブル架台１２は、Ａ軸によって９０度回動した加工位置ｂの状態に有り、ワークＷの上面ｄを加工する様子を示している。
ベッド２の底部はツールＴによってワークＷを加工した切粉および切削水の落下および排出に利用するために、Ｖ字状の勾配形状を形成し、大きな切粉排出口１４を設けている。また、ベッド後端面２ａから、たとえば、チップコンベヤ１６を挿入し、切屑搬送トンネル１５（図１参照）を経て、切粉は外部に排出される。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態を示す横形マシニングセンタ１の正面図である。ベッド２から直立する一対の直立側壁３，３の上端部３ｂ，３ｂには、一体につなぎ部４が設けられている。そして、ベッド２は、正面視で□（四角）状に閉鎖されて形成されている。これにより、高剛性、高精度化を図った横形マシニングセンタ１を提供することができる。このつなぎ部４によって一体化したベッド２はベッドのコラム化であり、コラムのベッド化である。この結果、横形マシニングセンタ１は、主軸１１が水平になっている分、スペースをとるため、省スペース化はこれまで難題であったが、このベッド２のコラム化により、コラム分のスペースを削減することができる。

ここで、請求項３に係る横形マシニングセンタ１の加工方法について説明する。
１．最初、テーブル架台１２を０度（一般的なテーブルの加工位置の角度）の姿勢にし、回転テーブル１３上にワークＷを固定する。ワークＷの装着が完了すると、ドア１７ｂを閉じる。
２．起動釦が押され（ＯＮ）、加工プログラムが開始すると、主軸１１が回転し、図示しない切削水がワークＷをめがけて噴射する。
３．テーブル架台１２は上方へ１８０度、Ａ軸で回動し、加工位置ａに固定する。回転テーブル１３に装着されたワークＷを逆さにした姿勢で加工を開始する。その時、ベッド２上には切粉の落下をさえぎるテーブルやガイド等はないため、直接、下部の切粉排出口１４に落下する。
４．ワークＷの一面が加工終了すると、回転テーブル１３が９０度（Ｂ軸）回動し、位置決めされる。そして、主軸１１のツールＴは、図示しないＡＴＣ装置によって、図示しないツールマガジン装置から新たなツールＴと交換され、主軸台１０が、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の軸移動を行い、もう一側面の加工が開始する。そして、同様の手順によって、三面、四面の加工が終了する。
５．つづいて、テーブル架台１２は下方へ９０度回動し、ワークＷの上面ｄ（図２のｂ参照）を側面にして傾けた姿勢で加工を開始する。この加工部位から発生した切粉は、前記同様に下部の切粉排出口１４に落下し、チップコンベヤ１６によって、機外へ搬送される。
６．全加工が終了すると、テーブル架台１２は、また、上方へ９０度回動し、ワークＷを逆さにし（図２のａ参照）、下部に設けられたノズル（図示せず）によって切削水が噴射されて洗浄し、加工穴、削り面に残った切粉を完全に除去する。
７．テーブル架台１２は、１８０度回動し、スタート時の０度の加工位置ｃ（図２のｃ参照）に戻り、プログラムが終了する。
８．ドア１７ｂを開き、加工完了のワークＷを取り外す。

なお、本発明はその技術思想の範囲内で種々の改造、変更が可能である。たとえば、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の案内面は、ころがりガイドであるが、すべりガイドであってもよい。各軸のサーボモータの個数については、Ｘ軸は１個、Ｙ軸は２個、Ｚ軸は１個としてもよい。また、各軸の駆動方式は、サーボモータとボールネジの組み合わせでもよいし、リニアモータであっても構わない。さらに、ＡＴＣ装置や、ツールマガジン装置等についても、マシニングセンタの常道手段であるため、図を省略したが、どのような形態のものであっても構わない。

ところで、切粉本位に機械構成を考えた旋盤に逆立ち旋盤がある。これは立旋盤を逆さにしたもので、ワークＷを把持するチャックが下向きになる。これは切削水の勢いを借りなくても切粉が重力によって落下することから、まさに「ニュートン旋盤」である。
同様に本発明のＭＣ（マシニングセンタ）も、切粉本位の機械構成であり、切粉を重力によって落下させるＭＣであるため、本発明の機械は、「ニュートン横形ＭＣ」である。

本発明の第１実施形態を示す横形マシニングセンタの正面図である。図１の右側面図である。図１の平面図である。本発明の第２実施形態を示す横形マシニングセンタの正面図である従来の横形マシニングセンタ示し、図６に示すＩ−Ｉ線の断面図である。従来の横形マシニングセンタ示し、図５の右側面図である。

符号の説明

１横形マシニングセンタ
２ベッド
２ａベッド後端面
３直立側壁
３ａ垂直端面部
３ｂ上端部
４つなぎ部
５クロスレール
６クロスレール案内面
７サドル
８サドル案内面
９主軸台案内面
１０主軸台
１１主軸
１２テーブル架台
１３回転テーブル
１４切粉排出口
１５切粉搬送トンネル
１６チップコンベヤ
１７ａカバー
１７ｂドア
Ｔツール（工具）
Ｗワーク（工作物）
ａ回動位置（１８０度）
ｂ回動位置（９０度）
ｃ回動位置（０度）
ｄ上面

Claims

ベッド（２）と、ワーク（Ｗ）を取り付けた回転（Ｃ軸）可能な回転テーブル（１３）を上下方向へ回動（Ａ軸）するテーブル架台（１２）と、主軸（１１）が組み込まれた主軸台（１０）を前後（Ｚ軸）方向と、左右（Ｘ軸）方向に移動可能に取り付けられたサドル（７）と、前記サドル（７）を上下（Ｙ軸）方向に移動可能に装架されたクロスレール（５）とから構成された横形マシニングセンタ（１）であって、
前記テーブル架台（１２）は、前記ベッド（１）から直立する一対の直立側壁（３，３）に回動可能に支承されて装架されるとともに、前記一対の直立側壁（３，３）の後方の垂直端面部（３ａ，３ａ）にクロスレール案内面（６，６）が設けられ、さらに、前記クロスレール（５）が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けられたことを特徴とする横形マシニングセンタ（１）。
前記ベッド（１）から直立する一対の直立側壁（３，３）の上端部（３ｂ，３ｂ）につなぎ部（４）が一体に設けられ、正面視で、□状に閉鎖したことを特徴とする請求項１に記載の横形マシニングセンタ（１）。
ベッド（２）と、ワーク（Ｗ）を取り付けた回転（Ｃ軸）可能な回転テーブル（１３）を上下方向へ回動（Ａ軸）するテーブル架台（１２）と、主軸（１１）が組み込まれた主軸台（１０）を前後（Ｚ軸）方向と、左右（Ｘ軸）方向に移動可能に取り付けられたサドル（７）と、前記サドル（７）を上下（Ｙ軸）方向に移動可能に装架されたクロスレール（５）とから構成された横形マシニングセンタ（１）において、
前記テーブル架台（１２）は、前記ベッド（１）から直立する一対の直立側壁（３，３）に回動可能に支承されて装架されるとともに、前記一対の直立側壁（３，３）の後方の垂直端面部（３ａ，３ａ）にクロスレール案内面（６，６）が設けられ、さらに、前記クロスレール（５）が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けられた横形マシニングセンタ（１）によりワーク（Ｗ）を加工する加工方法であって、
前記テーブル架台（１２）を１８０度上方へ回動させた加工位置（ａ）の、ワーク（Ｗ）を逆さにした姿勢で加工を行うことを含むことを特徴とする横形マシニングセンタ（１）による加工方法。