JP3857398B2

JP3857398B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP3857398B2
Application number: JP23395197A
Authority: JP
Inventors: 正人塩崎
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JPH1170428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ装置により制御される工作機械に関する。詳しくは、超精密加工や微細加工などに適した工作機械に関する。
【０００２】
【背景技術】
超精密加工や微細加工などに適した工作機械として、空気静圧軸受で支承された主軸を内蔵するスピンドルヘッド（空気静圧軸受スピンドルヘッド）を持った工作機械が知られている。
空気静圧軸受スピンドルヘッドは、空気静圧軸受の特性から高精度な高速回転が得られることから、仕上げ加工を大きな切削送り速度で効率的に行うことができる。
【０００３】
最近では、この空気静圧軸受の特性を活用して、主軸を毎分数万回転程度で高速回転させることによって、毎分数メートルに及ぶ切削送り速度での高効率加工を行うことが試みられている。
しかし、主軸を毎分数万回転程度で高速回転させると振動が発生し、それによって高い仕上げ面精度を確保できないという問題がある。
【０００４】
この問題を解決するものとして、本出願人は、先に、特願平８−１４９１０４号「工作機械」を提案している。
これは、テーブルを有するベッドと、このベッドの一端部に立設されたコラムと、このコラムに設けられたスピンドルヘッドとを備えた工作機械において、コラムの上部と前記ベッドの他端部とをサポートで連結することによって、スピンドルヘッドが高速回転する主軸を内蔵した構造であっても、振動などの発生を低減し、かつ、ベッドを大型化、大重量化することによって、ベッドが設置された基礎フロアからの振動の影響を抑えるように構成したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の工作機械にあっても、より小型で、かつ、設置場所を移動できる工作機械が求められている。
しかしながら、上述した構造では、ベッドが設置された基礎フロアからの振動の影響を抑えるために、ベッドを大型化、大重量化してあるため、設置や移動が困難であるうえ、設置場所も広く確保しなければならないという課題があった。
【０００６】
また、テーブルを平面内で直交するＸおよびＹ方向へ、スピンドルヘッドをそれらと直交するＺ方向へ移動させる構造とした場合、これらの移動をＮＣ装置によって制御するようにしているが、通常、そのＮＣ装置を機械本体の近傍に設置していたため、場所をとるという課題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、このような課題を解決すべくなされたもので、小型かつ移動可能で、しかも、振動の影響を受けることが少ない工作機械を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の工作機械は、ＮＣ装置により制御される工作機械であって、ベースと、このベース上に設置され前記ＮＣ装置によって駆動制御される機械本体と、前記ベースと前記機械本体との間に設けられたレベラ手段とを備え、前記ベースには、表示装置を除く前記ＮＣ装置の本体部分が内蔵され、前記機械本体は、工具の装着される主軸を空気軸受で回転可能に支承した空気軸受スピンドルヘッドを備えて構成され、前記レベラ手段は、前記ベースに内蔵されたＮＣ装置からの発熱が前記機械本体に伝わるのを遮断する熱遮断手段と、前記ベースが設置された基礎フロアからの振動が前記機械本体に伝わるのを防ぐ防振手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
従って、上記構成によれば、機械本体を支えるためのベースを機械本体とは別体として構成するとともに、そのベース内に表示装置を除くＮＣ装置の本体部分を内蔵させたので、小型でかつ移動可能に構成できる。しかも、ベースと機械本体との間にレベラ手段を介在させてあるので、このレベラ手段によって、ベースに内蔵したＮＣ装置からの発熱を遮断することができるとともに、基礎フロアからの振動の影響を抑えることができる。よって、小型かつ移動可能で、しかも、振動の影響を受けることが少ない工作機械を提供できる。
【００１０】
上記構成において、前記ベースは、移動可能なキャスタを備えていれば、より移動を容易に行うことができる。
【００１１】
また、上記構成において、前記機械本体は、工具の装着される主軸を空気軸受で回転可能に支承した空気軸受スピンドルヘッドを備えていることが望ましい。
空気軸受スピンドルヘッドでは、高精度な高速回転が得られることから、高効率加工を実現できる。
【００１２】
この場合、前記機械本体は、前記空気軸受スピンドルヘッドを保持するスライダと、このスライダを移動自在に保持するクロスレールと、このクロスレールの両端を保持しかつ下部が上部よりも大きく形成されたコラムとを備えていることが望ましい。
これによれば、主軸が高速回転する空気軸受スピンドルヘッドであっても、振動の発生を低減できるから、高効率加工を実現しつつ、高精度な仕上げ面を確保できる。
【００１３】
また、前記機械本体は、内部が透視可能でかつ開閉可能なスプラッシュガードを備えていることが望ましい。
これによれば、作業者は加工中のワークや工具の状態を観察しながら作業を続行できる。
【００１４】
また、前記ベースに内蔵した前記ＮＣ装置からの発熱を発散させるエアーフロー手段を備えるようにするとよい。これにより、ベースに内蔵したＮＣ装置からの発熱を効率的に外部に発散できるから、熱による影響を極力低減できる。
この際、エアーフロー手段と空気軸受スピンドルヘッドとに１つのエアー源によってエアーを供給するようにすれば、より経済的である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態に係る工作機械を示す斜視図、図２はその断面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係る工作機械は、ＮＣ装置により制御される工作機械であって、ベース１と、このベース１上に設置されＮＣ装置５によって駆動制御される機械本体１１と、前記ベース１と前記機械本体１１との間に設けられたレベラ手段４１と、前記機械本体１１の背面側に設置されたエアーフロー手段５１とを備えている。
【００１６】
前記ベース１は、矩形台状に形成され、その底面に移動可能なキャスタ２および高さ調整可能な脚部３がそれぞれ複数取り付けられているとともに、内部に空間４が形成されている。空間４内には、前記機械本体１１を駆動制御するＮＣ装置５の少なくとも一部が内蔵されている。ここでは、表示装置５Ｂを除く本体部分５Ａが内蔵されている。
【００１７】
前記機械本体１１は、前記ベース１の上面に前記レベラ手段４１を介して据え付けられたベッド１２と、このベッド１２の上面に前後（Ｙ方向）へ移動可能に設けられたテーブル１３と、前記ベッド１２の両側に立設された一対のコラム１４，１５と、この両コラム１４，１５の上部間に掛け渡されたクロスレール１６と、このクロスレール１６に沿って左右方向（Ｘ方向）へ移動可能に設けられたスライダ１７と、このスライダ１７に上下方向（Ｚ方向）へ昇降可能に設けられたスピンドルヘッド１８と、前記コラム１４，１５間の前面部を覆うように設けられ内部が透視可能でかつ上端を支点として上下方向へ開閉可能なスプラッシュガード１９とから構成されている。
【００１８】
前記ベッド１２には、前記テーブル１３を案内するガイド（図示省略）とともに、テーブル１３をＹ方向へ移動させるＹ軸駆動機構２１が設けられている。Ｙ軸駆動機構２１としては、モータと、そのモータによって回転する送りねじ軸とからなる送り機構が用いられている。また、前端面には、前記ＮＣ装置５を介して、前記テーブル１３をＹ方向へ、スライダ１７をＸ方向へ、スピンドルヘッド１８をＺ方向へそれぞれ移動させる手動操作用のジョイスティック２２が設けられている。
前記各コラム１４，１５は、側面形状が、上部に対して下部が広くなった略三角形状に形成されている。これにより、下部が安定した構造であるから、スピンドルヘッド１８が高速回転するものであっても、振動の発生を低減できる。
【００１９】
前記クロスレール１６には、前記スライダ１７を移動可能に案内する２本のガイドレール２３が設けられているとともに、スライダ１７をＸ方向へ移動させるＸ軸駆動機構２４が設けられている。
前記スライダ１７には、前記スピンドルヘッド１８をＺ方向へ案内するガイド（図示省略）とともに、スピンドルヘッド１８をＺ方向へ昇降させるＺ軸駆動機構２５が設けられている。これらの駆動機構２４，２５についても、前記Ｙ軸駆動機構２１と同様に、モータと、そのモータによって回転する送りねじ軸とからなる送り機構が用いられている。
【００２０】
前記スピンドルヘッド１８は、図３に示すように、空気軸受スピンドルヘッドによって構成されている。つまり、前記クロスレール１６に昇降自在に設けられ前記Ｚ軸駆動機構２５によって昇降されるハウジング３１と、このハウジング３１に空気軸受３２，３３，３４を介して回転可能かつＺ方向と平行に支承され途中にフランジ３５Ａを有する主軸３５と、この主軸３５を回転駆動させるモータ３６とを備えた空気軸受スピンドルヘッドによって構成されている。
【００２１】
前記各空気軸受３２，３３，３４の内周面には、主軸２３に向かって軸直交方向から空気を吹き出す吹出口３７が複数形成されている。これらの各吹出口３７から噴出される空気によって主軸３５をラジアル方向に支持するラジアル軸受が形成されている。また、前記空気軸受３３，３４の互いに対向する軸方向端面には、主軸３５のフランジ３５Ａに向かって空気を噴出する吹出口３８が複数形成されている。これらの各吹出口３８から噴出される空気によって主軸３５をスラスト方向に支持するスラスト軸受が形成されている。なお、図３において、３９は各吹出口３７，３８に高圧空気を供給する給気通路、４０は排気通路、Ｔは工具である。
【００２２】
前記レベラ手段４１は、前記ベース１の上面の３箇所（前部中央および後部両側）に設置され、前記機械本体１１の底面を支持している。また、各位置に配置されたレベラ手段４１は、機械本体１１の高さレベルの調整手段のほかに、前記ベース１に内蔵されたＮＣ装置５の本体部分５Ａからの発熱が前記機械本体１１に伝わるのを遮断する熱遮断手段と、前記ベース１が設置された基礎フロアからの振動が前記機械本体１１に伝わるのを防ぐ防振手段とを有している。
【００２３】
具体的には、図４に示すように、３枚のくさび部材４２，４３，４４と、中間のくさび部材４３を上下のくさび部材４２，４４に対して進退させて上のくさび部材４２の高さレベルを調整するねじ式の調整機構４５と、下のくさび部材４４の下面に貼り付けらた断熱性を有する防振部材４６とから構成されている。防振部材４６としては、ゴムやプラスチックスに植物繊維（たとえば、しゅろなど）を混入させて所定厚みに成形したもので、これによって、熱遮断機能および防振機能を備えている。
【００２４】
前記エアーフロー手段５１は、前記機械本体１１の背面側に設置され前記ベース１の空間４と連通するカバー５２と、このカバー５２の上面に設けられた吹出口５３と、この吹出口５３内に設けられたファン（図示省略）とから構成されている。ファンの駆動により、ベース１の空間４からカバー５２内を通って吹出口５３から外部に向けて流れるエアーフローが形成されるようになっている。なお、５４は、前記空気軸受スピンドルヘッド１８にエアーを供給するコンプレッサであるが、これを利用して前記エアーフローを形成するようにしてもよい。また、コンプレッサの代わりに、工場に設備されているエアー配管などを利用してエアーフローを形成するようにしてもよい。
【００２５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
ワークの加工にあたっては、ワークをテーブル１３上にセットしたのち、ＮＣ装置５またはジョイスティック２２によって、テーブル１３と主軸３５とをＸ，Ｙ，Ｚ方向へ相対移動させながら、主軸３５に装着された工具Ｔによってワークを加工する。つまり、テーブル１３をＹ軸駆動機構２１を介してＹ方向へ、スピンドルヘッド１８をＸ軸駆動機構２４およびＺ軸駆動機構２５を介してＸおよびＺ方向へそれぞれ移動させながら、主軸３５に装着された工具Ｔによってワークを加工する。
【００２６】
この間、主軸３５を高速回転させても、その主軸３５を有するスピンドルヘッド１８を支持したクロスレール１６の両端が、上部より下部が広くなった略三角形状のコラム１４，１５によって保持されているから、振動の発生を低減することができる。
また、ベース１に内蔵されたＮＣ装置５の本体部分５Ａからの発熱は、その大部分がエアーフロー手段５１のエアーフローによって外部に発散される。ベース１からレベラ手段４１に伝わった一部の熱は、そのレベラ手段４１の熱遮断手段によって機械本体１１に伝熱することが少なく、また、レベラ手段４１によってベース１と機械本体１１との間に空気層が形成されているから熱伝導を一層少なくでき、このため、ＮＣ装置５の本体部分５Ａからの発熱が機械本体１１に影響を及ぼすことが少ない。
【００２７】
また、ベース１が設置された基礎フロアからの振動も、レベル手段４１の防振手段によって機械本体１１に伝わることがないから、振動が機械本体１１に影響を及ぼすことがない。
【００２８】
従って、本実施形態によれば、機械本体１１を支えるためのベース１を機械本体１１とは別体として構成するとともに、ベース１内にＮＣ装置５の本体部分５Ａを内蔵させたので、小型でかつ移動可能に構成できる。しかも、ベース１の底面には、キャスタ３が設けられているから、移動も容易である。
また、ベース１と機械本体１１との間にレベラ手段４１を介在させてあるので、このレベラ手段４１によって、ベース１に内蔵したＮＣ装置５からの発熱を遮断することができるとともに、基礎フロアからの振動の影響を抑えることができる。
【００２９】
また、機械本体１１は、ベッド１２と、このベッド１２の上面にＹ方向へ移動可能に設けられたテーブル１３と、前記ベッド１２の両側に立設された一対のコラム１４，１５と、この両コラム１４，１５間に掛け渡されたクロスレール１６と、このクロスレール１６に沿ってＸ方向へ移動可能に設けられたスライダ１７と、このスライダ１７にＺ方向へ昇降可能に設けられたスピンドルヘッド１８とを含み、両コラム１４，１５の側面形状が、上部に対して下部が広くなった略三角形状に形成されているから、スピンドルヘッド１８の主軸が高速回転しても、振動の発生を低減でき、高精度な仕上げ面にできる。
【００３０】
また、スピンドルヘッド１８を、主軸３５を空気軸受３２，３３，３４で回転可能に支承した空気軸受スピンドルヘッドとしたので、つまり、空気軸受スピンドルヘッドでは、高精度な高速回転が得られることから、大きな切削送り速度で加工を効率的に行うことができる。
また、前記コラム１４，１５間の前面部を覆うように、内部が透視可能でかつ開閉可能なスプラッシュガード１９を設けたので、加工中のワークや工具の状態を観察しながら加工作業を継続できる。
【００３１】
また、ベース１に内蔵したＮＣ装置５の本体部分５Ａからの発熱を発散させるエアーフロー手段５１を設けたので、ＮＣ装置５の本体部分５Ａからの発熱を効率的に外部に発散することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の工作機械によれば、小型でかつ移動可能で、振動の影響を受けることが少ないという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工作機械の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】同上実施形態の縦断面図である。
【図３】同上実施形態におけるスピンドルヘッドの断面図である。
【図４】同上実施形態におけるレベラ手段の斜視図である。
【符号の説明】
１ベース
２キャスタ
５ＮＣ装置
５ＡＮＣ装置の本体部分（ＮＣ装置の一部）
１１機械本体
１４，１５コラム
１６クロスレール
１７サドル
１８スピンドルヘッド
１９スプラッシュガード
４１レベラ手段
５１エアーフロー手段
５４コンプレッサ（エアー源）

Claims

ＮＣ装置により制御される工作機械であって、
ベースと、
このベース上に設置され前記ＮＣ装置によって駆動制御される機械本体と、
前記ベースと前記機械本体との間に設けられたレベラ手段とを備え、
前記ベースには、表示装置を除く前記ＮＣ装置の本体部分が内蔵され、
前記機械本体は、工具の装着される主軸を空気軸受で回転可能に支承した空気軸受スピンドルヘッドを備えて構成され、
前記レベラ手段は、前記ベースに内蔵されたＮＣ装置からの発熱が前記機械本体に伝わるのを遮断する熱遮断手段と、前記ベースが設置された基礎フロアからの振動が前記機械本体に伝わるのを防ぐ防振手段とを有することを特徴とする工作機械。
請求項１に記載の工作機械において、前記機械本体は、前記空気軸受スピンドルヘッドを保持するスライダと、このスライダを移動自在に保持するクロスレールと、このクロスレールの両端を保持しかつ下部が上部よりも大きく形成された一対のコラムとを備えていることを特徴とする工作機械。
請求項１または請求項２に記載の工作機械において、前記機械本体は、前面部に内部が透視可能でかつ開閉可能なスプラッシュガードを備えていることを特徴とする工作機械。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の工作機械において、前記ベースは、移動可能なキャスタを備えていることを特徴とする工作機械。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の工作機械において、前記ベースに内蔵した前記ＮＣ装置からの発熱を発散させるエアーフロー手段を備えていることを特徴とする工作機械。
請求項５に記載の工作機械において、前記機械本体は、工具の装着される主軸を空気軸受で回転可能に支承した空気軸受スピンドルヘッドを備えるとともに、この空気軸受スピンドルヘッドに供給するエアーと前記エアーフロー手段で使用するエアーの共通エアー源を備えていることを特徴とする工作機械。