JP3939095B2 - 数値制御工作機械 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は、工具が装着された主軸をX軸、Y軸及びZ軸方向に移動してワーク支持部に取り付けられた航空機部品などの大形ワークを加工するための数値制御工作機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、航空機の機体の構成部品は細分化して加工し、それらをボルトやリベット等で接合して機体を形成する方法がとられてきた。しかしながら、近年、これらの部品をできる限り一体化し、接合部分を少なくする傾向になっている。そのため、加工する部品が大形化、複雑形状化してきており、このような部品を加工するための新たな工作機械が要求されている。
【0003】
こうした工作機械に要求される固有の性能は、加工するための大形のワークを取り付け可能なテーブルを備えること、大形のワークを加工するのに十分な送り軸ストロークを備えること、大形で複雑な形状の部品のあらゆる箇所及び形状の加工を一回の段取りで全て行えることである。さらには、こうした部品の加工を効率よく、しかも高速且つ高精度に行える必要がある。また、加工するワークのサイズは工作機械のユーザ毎に異なるが、各ユーザの要求するサイズの工作機械を適時にしかも迅速に製造して工場に設置できることが好ましい。
【0004】
ところで、大形のワークを固定するためには工作機械のテーブルを大形にせざるを得ないが、この大形テーブルをX軸、Y軸、Z軸の直交送り軸に沿った方向やA軸、B軸、C軸の回転送り軸に沿った方向に移動可能な構成にすることは高速、高精度加工を行う観点からは不利となることを考慮する必要がある。したがって、大形部品を加工するための工作機械は、通常の工作機械と異なり、テーブルは固定とされ、工具を把持して回転する主軸側が直交送り装置や回転送り装置を備えて各直交送り軸の方向及び各回転送り軸の方向に移動可能になっている必要がある。
【0005】
また、ワークが大形化してワークの段取り作業の効率が悪化する傾向があることから、ワークを固定するテーブル側にワークの交換を自動で行う手段を設けて段取り作業の効率及び工作機械の稼働率を向上させる必要性もある。
ここで、X軸及びY軸は垂直平面内で互いに直交し、それぞれ水平方向及び垂直方向に延び、Z軸はX軸及びY軸に対して垂直に水平方向に延びているものとする。また、A軸、B軸、C軸方向とは、それぞれ、X軸、Y軸、Z軸を中心とした回転方向を指すものとする。
【0006】
このような要求を満足するために利用可能な第一の従来技術として、例えば特開平8−318445号公報に記載の対称多軸リニアモータ工作機械がある。この工作機械は、上下に対向するフレーム上をX軸方向に移動可能な垂直ガントリと、垂直ガントリ上をY軸方向に移動可能なサドルと、サドル上をZ軸方向に移動するラムと、ラムの前端部に設けられ工具を装着する主軸を回転支持する主軸頭と、フレームの前方に固定されワークを載置するテーブルとを具備し、X軸、Y軸及びZ軸方向の各送り方向にはリニアモータによって駆動される構成になっている。また、垂直ガントリはフレームに対して上部と下部の二カ所で案内されてリニアモータによって駆動され、そのリニアモータの固定子及び移動子は、固定子の移動子に対する吸引力が上下で互いに相殺されるように、上下対称に取り付けられている。
【0007】
また、利用可能な第二の従来技術として、特開平9−262727号公報に記載の工作機械がある。この工作機械は、正面視中央に貫通穴を有する矩形枠状の垂直ベッドと、垂直ベッドの前面をX軸方向に移動可能で、正面視中央に貫通穴を有する矩形枠状のXスライドと、Xスライドの貫通穴内で支持、案内されつつY軸方向に移動可能なYスライドと、Yスライドに支持、案内されつつZ軸方向に移動可能なZスライドと、Zスライドの前端部に設けられ工具を装着する主軸を回転支持する主軸頭と、垂直ベッドの前方に固定されワークを載置するテーブルとを具備し、X軸、Y軸及びZ軸方向の各送り方向には、それぞれ一対のレール状ガイドで案内され、一対のリニアモータによって駆動される構成になっている。
【0008】
さらに、利用可能な第三の従来技術として、特開昭60−29261号公報に記載のワークパレット交換方法がある。ここに開示されているパレット交換装置付きの工作機械は、工具を装着する主軸を回転支持する主軸頭とワークを載置するテーブルとの間でX軸、Y軸及びZ軸方向の相対移動を行い、ワークを加工する機械本体と、機械本体に隣接して設けられ、テーブルとの間でパレットを授受交換するパレット交換装置とから構成されている。また、このパレット交換装置はパレットを取り付ける面が複数個あり、水平な回転軸線を中心として回転して、パレット交換位置、待機位置、又はワーク洗浄位置に割り出しされる構造になっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、大形部品を加工するための大形の工作機械、例えば航空機部品加工用工作機械は、一般的に、大形のワークを取り付けるテーブルが固定されて不動となっており、工具を把持して回転する主軸側が直交送り装置や回転送り装置を有して、X軸、Y軸及びZ軸方向の移動、A軸、B軸及びC軸方向の回転が可能となるように構成されている。加えてかかる工作機械は、一般的に横形主軸を有し、比較的長いX軸及びY軸方向ストロークを有しているので、背の高い大形のコラムがベッド上を水平X軸方向に沿って案内されて移動し、主軸頭がコラム上をY軸方向に移動するように構成される。
【0010】
このようにワーク自体が大形になる結果、テーブルへワークを取り付けたり、加工後にワークの切屑を除去したり、取り外したりする段取り作業に時間がかかる。したがって、段取り作業の間、工作機械が停止することになり、機械の稼働率が低下するという問題が生じる。また、X軸方向に移動する移動体(主軸頭及びコラム)は大形大重量とならざるを得ない。このため、高速送りが困難になり、X軸方向に移動する移動体の重量による摩擦抵抗などによりX軸方向の位置精度を高く維持することが困難になるという問題も生じる。
【0011】
こうした段取り作業に時間がかかることによる作業効率及び機械の稼働率の低下の問題に対する解決方法としては、特開昭60−29261号公報に記載のようなパレット交換装置を付属させることがある。しかしながら、大形ワークを取り扱わなければならないことから、大きな設置スペースが必要で大がかりな構成とならざるを得ず、必要とされる費用が相当に高くなる別な問題を引き起こす。
【0012】
一方、主軸支持側構造体の移動体が大形且つ大重量となる問題点を解決する方法としては、上述した特開平8−318445号公報又は特開平9−262727号公報に記載される工作機械のように、基台を枠状構造にしてその上下の二カ所にX軸方向ガイドを設け、同様に枠状構造にしたX軸スライドをその上下のガイドで案内して移動させることが考えられる。このように、上下二カ所で案内、駆動すれば移動体は片持ち状態とはならないので、移動体を比較的軽量としながらも必要な剛性を確保することが可能となる。また、移動体の送り駆動手段としてリニアモータを使用すれば、高速送りも実現可能となる。
【0013】
しかしながら、通常の工作機械と比較して長いX軸方向ストロークを必要とする工作機械に特有の新たな問題が発生する。それは、X軸方向のストロークが長くなるに伴って、ワークの加工により発生した切屑から保護するためにX軸方向のガイドや送り機構を覆うテレスコピック式や巻き取り式の可動カバーも長くならざるを得ず、この可動カバーの故障が発生しやすくなることである。特開平8−318445号公報又は特開平9−262727号公報はX軸方向のストロークが比較的長い工作機械を対象としたものではないことから、この問題が指摘されていない。また、X軸スライダが軽量化されたとは言え、Y軸方向ストロークもまた長くなることから、X軸方向ガイドにはある程度の荷重がかかり、その寿命に対する安全率を確保する必要も生じる。
【0014】
本願発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大形ワークを高速且つ高精度で加工することが可能であると共に、大形ワークの段取り作業を容易にした数値制御工作機械を得ることである。また、他の目的は、機械の稼働率の高い大形ワーク加工のための数値制御工作機械を得ることである。さらに、他の目的は、X軸方向のストロークの長い機械であっても製作、据え付けが容易な数値制御工作機械を得ることである。さらに別の目的は、切屑処理の容易な大形ワーク加工のための数値制御工作機械を得ることである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本願発明によれば、工具が装着された主軸をX軸、Y軸及びZ軸方向に移動してワーク支持部に取り付けられたワークを加工する数値制御工作機械において、床面に立設され上部と下部にそれぞれX軸方向のガイドを有した基台と、前記基台の上部及び下部のガイドに沿って案内されて左右のX軸方向に移動するX軸スライダと、前記X軸スライダ上を上下のY軸方向に案内されて移動するY軸スライダと、前記Y軸スライダ上を前後のZ軸方向に案内されて移動するZ軸スライダと、前記Z軸スライダに対して固定して設けられた又はA軸、B軸、C軸のうち少なくとも一つの方向に回転送り可能に設けられた主軸頭とで構成された主軸支持側構造体と、前記主軸支持側構造体の前面に設けられ、ワークを固定載置するワーク支持側構造体とで構成され、前記主軸支持側構造体の基台は、前記基台の上部と下部にX軸方向に延び下向きに開放された長手くぼみ部と、前記長手くぼみ部内または前記長手くぼみ部近傍の下向き面にそれぞれ設けられ、前記X軸スライダを案内、支持するガイドと、前記長手くぼみ部内で前記ガイドに沿って設けられ前記X軸スライダを移動させるX軸送り手段とを具備した数値制御工作機械が提供される。
【0016】
上記数値制御工作機械の一つの実施形態においては、前記X軸送り手段はリニアモータで構成され、前記X軸スライダは前記ガイド及び前記リニアモータの固定子に付着する塵埃を除去するワイパ手段を具備して構成される。
【0017】
別の実施形態においては、前記X軸送り手段はリニアモータで構成され、その固定子及び移動子は、前記固定子の前記移動子に対する吸引力が前記X軸スライダの前記ガイドに作用する重力方向の荷重を軽減させるように、互いに対向してそれぞれ前記基台及び前記X軸スライダに設けられてもよい。
また、他の実施形態においては、前記主軸支持側構造体と前記ワーク支持側構造体との間に設けられ、加工領域で発生した切屑を加工領域外へ排出する切屑排出手段を更に具備してもよい。
【0018】
さらに、別の実施形態においては、前記ワーク支持側構造体は、X軸方向の両端部にそれぞれ軸支持手段が立設されたベースと、X軸方向に延びる水平軸線を中心として回転割り出し可能に前記軸支持手段によって支持され、少なくとも一つのワーク取付面を有するワーク取付台とで構成されてもよい。
上記実施形態において、好適には、前記ワーク支持側構造体のワーク取付台は、X軸方向の水平軸線と平行な三つのワーク取付面を有する略三角柱形状に形成して構成される。また、好適には、前記ワーク支持側構造体は、前記ワーク取付台の下部と前記ベースとの間に、前記ワーク取付台に対して上向きの押圧力を付与する押圧手段を具備する。
【0019】
本願発明はさらに、工具が装着された主軸をX軸、Y軸及びZ軸方向に移動してワーク支持部に取り付けられたワークを加工する数値制御工作機械において、床面に立設された基台と、前記基台の上部と下部にそれぞれ設けられ、左右のX軸方向に延びる下向きに開放された長手くぼみ部と、前記長手くぼみ部内または前記長手くぼみ部近傍の下向き面に設けられたX軸方向ガイドと、前記X軸方向のガイドに係合して案内されX軸方向に移動するX軸スライダと、前記X軸スライダに対して上下のY軸方向に案内されて移動するY軸スライダと、前記Y軸スライダに対して前後のZ軸方向に案内されて移動するZ軸スライダと、前記Z軸スライダに対して固定して設けられた又はA軸、B軸、C軸のうち少なくとも一つの方向に回転送り可能に設けられた主軸頭とで構成された主軸支持側構造体と、前記主軸支持側構造体に対向して設けられ、X軸方向の両端部にそれぞれ軸支持手段が立設されたベースと、前記軸支持手段によってX軸方向に延びる水平軸線を中心として回転割り出し可能に支持され、ワークを取り付けるパレットを着脱可能に装着する少なくとも一つのパレット装着手段を有するワーク取付台とで構成されたワーク支持側構造体と、前記ワーク支持側構造体と隣接して設けられたパレットストッカと、前記ワーク取付台と前記パレットストッカとの間でパレットを搬送するパレットキャリアとから構成されるパレット交換手段と、前記主軸支持側構造体と前記ワーク支持側構造体との間に設けられ、加工領域で発生した切屑を加工領域外へ排出する切屑排出手段とを具備した数値制御工作機械を提供する。
【0020】
さらに、本願発明は、工具が装着された主軸をX軸、Y軸及びZ軸方向に移動してワーク支持部に取り付けられたワークを加工する数値制御工作機械において、所定のX軸方向単位長さを有する基台ユニットを複数個X軸方向に連接して床面に立設させた延長基台と、前記延長基台の上部と下部にそれぞれ設けられ、左右のX軸方向に延びる下向きに開放された長手くぼみ部と、前記長手くぼみ部内または前記長手くぼみ部近傍の下向き面に設けられたX軸方向のガイドと、前記X軸方向のガイドに係合して案内されX軸方向に移動するX軸スライダと、前記X軸スライダに対して上下のY軸方向に案内されて移動するY軸スライダと、前記Y軸スライダに対して前後のZ軸方向に案内されて移動するZ軸スライダと、前記Z軸スライダに対して固定して設けられた又はA軸、B軸、C軸のうち少なくとも一つの方向に回転送り可能に設けられた主軸頭とで構成された延長主軸支持側構造体と、前記延長主軸支持側構造体に対向して設けられ、X軸方向の両端部にそれぞれ軸支持手段が立設されたベースと、X軸方向に延びる水平軸線を中心として回転割り出し可能に前記軸支持手段によって支持され、少なくとも一つのワーク取付面を有するワーク取付台とで構成された所定のX軸方向単位長さを有するワーク支持側構造体ユニットを、その水平軸線をそろえて複数個X軸方向に連接した延長ワーク支持側構造と、前記延長主軸支持側構造体と前記延長ワーク支持側構造体との間に設けられ、加工領域で発生した切屑を加工領域外へ排出する切屑排出手段とを具備した数値制御工作機械を提供する。
【0021】
主軸支持側構造体においては、不動の基台に対して移動可能な移動体の構成要素の一つであるX軸スライダをその上下縁部で案内、支持することによってX軸スライダに作用する力(推力及び支持力)は略対称的な箇所に加えられるようになる。したがって、片持ち支持の場合のようにモーメント発生による遠位端部の曲がり及び撓みを防止するべくX軸スライダを構造部材で補強する必要がなくなり、軽量化し高速移動をさせることが可能となる。一般に、工作機械、特に大形ワークを加工するための工作機械では、X軸方向のストロークが長くなるので、X軸方向に移動する移動体を高速移動可能にすることは、工作機械全体の加工速度の高速化及び作業時間の短縮化に大きく寄与し、加工作業の効率を向上させることになる。
【0022】
さらに、X軸方向の水平軸線を中心として回転割り出し可能に支持されたワーク取付台を具備しているので、そのワーク取付面を上向き又は好適には水平にすることができ、段取り作業が容易になる。したがって、段取り時間が短縮され、機械の稼働率の向上に寄与する。
上記ワーク取付台がパレット装着手段を有していれば、パレット交換手段と組み合わせることで、パレット交換作業が自動化できるようになり、ワークを取り付けたパレットの交換作業がより効率化され、結果として加工作業の効率が向上する。
【0023】
また、主軸支持側構造体の基台に設けられた下向きに開放された長手くぼみ部は、ガイドやリニアモータ又はボールネジなどの送り駆動手段を切屑から保護するので通常X軸方向ガイド上に設けられる可動カバーを不要にする。したがって、X軸方向送り動力の損失を軽減する効果も奏し、X軸スライダのX軸方向移動を高速化することに寄与する。
X軸スライダをリニアモータで駆動すれば、X軸方向移動は高速化が可能となるが、X軸スライダのガイドに作用する重力方向の荷重を軽減させるように、リニアモータの固定子と移動子を配置することによって、ガイド部における摩擦抵抗は低下してより高速化が可能となる。またガイドと滑動子の寿命が向上する。
【0024】
切屑排出手段は、加工領域で発生して自然落下した切屑や切削液を所定の場所に排出して切屑除去作業の軽減を図っている。更に切屑排出手段によって主軸支持側構造体とワーク支持側構造体とが分離した構造になっており、大形工作機械の製造、据付けを容易にするとともに、主軸支持側構造体及びワーク支持側構造体のモジュール化を可能とさせる。もちろん主軸支持側構造体とワーク支持側構造体とは床に設けたコンクリートまたは金属部材等で間接的につなげられる必要はある。
以上の構成が奏する効果を組み合わせることによって、本願発明の数値制御工作機械は段取り作業時間及び加工時間を短縮させ、加工作業全体の効率を向上させる。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1は本願発明の数値制御工作機械11の全体構成図であり、図1に示される数値制御工作機械11は、主軸支持側構造体13と、ワーク支持側構造体15と、これら主軸支持側構造体13とワーク支持側構造体15との間に設けられた切屑排出手段17とによって構成されている。図2は図1に示される主軸支持側構造体13の斜視図である。
【0026】
以下の説明において、特に説明のない限り、前側とは加工機能を有する面側を指し、背面側とは加工機能を有する面とは反対側を指すものとする。また、図1に示されるように、工作機械の長手方向をX軸方向、垂直に延びる方向をY軸方向、X軸及びY軸方向に垂直な方向をZ軸方向として定義する。
【0027】
図1及び図2を参照すると、主軸支持側構造体13は、床面に立設された基台19と移動体21とを具備する。基台19は、さらに、上部に設けられたビーム23と、下部に設けられたベッド25と、背面側に設けられこれらの間を接続するコラム27とを含んで成り、側面から見てC字形状断面を有している。また、ビーム23とベッド25にはそれぞれその前部にX軸方向に延びる溝状長手空間29が形成されている。好適には、上記溝状長手空間29は図1及び図2に示されるように下向きに開放して形成される。
【0028】
コラム27はビーム23とベッド25を接続し、ビーム23がX軸方向に変形しないよう支持してビーム23の剛性を補っている。しかしながら、ビーム23にX軸方向の変形を生じさせない程度の剛性を保ち得る限りにおいては、図1及び図2に示されるように、開口部分31を設けてコラム27を構成する、若しくは、互いに離間して設けられた複数の柱部材からコラム27を構成してもよい。こうして開口部分31を設けることによって、主軸支持側構造体13の軽量化がなされ得る。もちろん大きな剛性を得る必要のある場合、開口部分31は不要である。
【0029】
図2を参照すると、移動体21は、基台19の長手空間29に沿って左右方向であるX軸方向に案内されて移動可能なX軸スライダ33と、X軸スライダ33上を上下方向であるY軸方向に案内されて移動可能なY軸スライダ35と、Y軸スライダ35上を前後方向であるZ軸方向に案内されて移動可能なZ軸スライダ37とを含んで成る。請求項に記載の長手くぼみ部は、この長手空間29のことである。
【0030】
X軸スライダ33は、正面視中央にY軸方向に細長い貫通開口部39を有した枠形状に形成されており、その上側部分及び下側部分からは基台19の溝状長手空間29へ延びる延長部41a、41bが突出している。この延長部41a、41bを介してX軸送り手段がX軸スライダ33を長手空間29に沿って移動させる。X軸送り手段は、例えば、モータとボールネジの組合せやリニアモータなどである。
【0031】
図2の基台19の下部(ベッド25)の前端部分の側面図である図3を参照すると、ベッド25の前端部には長手空間29の開放部を挟んで平行してX軸方向に延びる二本のレール状X軸ガイド43が設けられている。X軸スライダ33の延長部41bにはこのX軸ガイド43と係合する転動体を有した複数のX軸滑動子45が具備されており、これらX軸ガイド43とX軸滑動子45を介してX軸スライダ33がX軸方向に案内される。
【0032】
一方、延長部41bからベッド25の長手空間29内に延びる部分の先端部にはX軸送り手段であるリニアモータの移動子47が設けられ、ベッド25の長手空間29の内部には移動子47と対向するようにしてリニアモータの固定子49が設けられる。
長手空間29の開放部を挟んで平行して延びるX軸ガイドを設けることによって延長部41bが片持ち支持になることを回避し、それによって延長部に必要とされる剛性を確保している。
【0033】
X軸スライダ33の上側部分の延長部41a及び基台19の上部のビーム23に設けられた長手空間29においても、同様にして、X軸ガイド43及びX軸滑動子45とリニアモータの移動子47及び固定子49が設けられる。
上記実施形態においては、長手空間29の開放部を挟んで二本のX軸ガイド43が設けられているが、単一のX軸ガイドのみを設けることも可能である。また、レール状X軸ガイド31に代わって摺動面等他のタイプのガイドを使用することも可能である。さらに、X軸送り手段としては、リニアモータに代えて、モータとボールネジの組合せを使用することも可能である。
【0034】
このように構成されることによって、移動体21は、ビーム23及びベッド25に設けられたX軸ガイド43に案内、支持されながら、同じく長手空間29内に設けられたX軸送り手段によって駆動されて基台19上をX軸方向に移動することが可能となる。
また、基台19上を移動する移動体21のX軸スライダ33は、上部及び下部の二カ所で支持、案内されて移動するので、一カ所で支持、案内される片持ちの場合と異なり、X軸スライダ33に回転モーメントが作用することはなく、X軸スライダ33の剛性を確保しやすくなり、X軸スライダ33の軽量化が達成される。この結果、移動体21の軽量化が達成され、移動体21はX軸方向に高速に移動し得るようになる。
【0035】
さらに、長手空間29を下向きに開放して形成してその内部にX軸ガイド43やX軸送り手段を含む案内駆動機構部を収容することで、加工領域において発生する切屑やその他の塵埃がX軸方向の案内駆動機構部に侵入しにくくなる。
ビーム23及びベッド25の前端部に形成された溝状長手空間29が下方に開放されている場合には、図3に示されるように、長手空間29の幅が下方へ行くほど広がっており、その垂直断面が対称な側斜面を有する台形形状となっていると共に、長手空間29に位置するX軸スライダ33の延長部41a、41bの先端部もまた同様の台形形状となっていることが好ましい。このとき、延長部41a、41bの台形状先端部の両斜面に沿ってリニアモータの固定子49が配置され、X軸スライダ33に設けられたリニアモータの移動子47がこれと対向するようにして配置される。
【0036】
このように延長部41a、41bの先端部及び長手空間29の対称な斜面にリニアモータの移動子47と固定子49が配置されていれば、リニアモータの移動子47と固定子49との間に作用する吸引力によって、X軸スライダ33には重力と反対方向の力が作用する。したがって、X軸スライダ33にはそれに作用する重力と反対方向の力が作用し、X軸スライダ33からそこに設けられたX軸滑動子45を介してベッドに設けられたX軸ガイド43に作用する荷重が軽減される。このため、X軸滑動子45とX軸ガイド43との間の摩擦抵抗が軽減され、X軸スライダ33はより高速に移動することが可能となる。そして位置決め精度が向上する。
【0037】
また、リニアモータが取り付けられる延長部41a、41bの先端部及び長手空間29の傾斜面の傾斜角度を変えることによって、リニアモータのX軸方向の推力を変えることなく、X軸滑動子45に作用する重力を軽減する力の程度を調節することができる。よって、X軸スライダ33からX軸滑動子45を介してX軸ガイド43に作用する力を適正値にすることも可能となり、またX軸滑動子45の寿命を延ばすことができる。
【0038】
代替的には、図1及び図2に示されるビーム23の長手空間29のように、ビーム23及びベッド25の長手空間29は方形断面とされ、X軸スライド33の延長部41a、41bの先端部もまた同様の方形形状とされる。この場合には、長手空間29の頂部表面に沿ってリニアモータの固定子49が配置され、リニアモータの移動子49がこれと対向するようにしてX軸スライダ33上に配置される。このように配置しても、X軸スライダ33にはこれに作用する重力と反対方向の力が作用するので、X軸スライダ33からX軸滑動子45を介してX軸ガイド43に作用する重力方向の力を軽減することが可能となる。
【0039】
図2のX軸スライダ33及びY軸スライダ35を線IV−IVで切って上から見た断面図である図4を参照すると、X軸スライダ33の貫通開口部39の内部には、Y軸送り手段であるモータ(不図示)及びボールネジ55の組合せと、レール状Y軸ガイド51とが設けられている。一方、Y軸スライダ35には、X軸スライダ33に設けられたレール状Y軸ガイド51と係合するY軸滑動子53が左右対称に具備されており、このY軸ガイド51とY軸滑動子53とによってY軸スライダ35がY軸方向に案内される。また、図4を参照すると、Y軸送り手段のボールネジ55が、Y軸スライダ35に左右対称に配置されたナット部57のネジ穴(図中においてナット部はネジ穴のみが示されている)に螺合している。したがって、モータ(不図示)によってボールネジ55が回転させられると、ボールネジ55の回転がナット部57を介してY軸スライダ35に伝達され、Y軸スライダ35がY軸ガイド51及びY軸滑動子53によって案内され貫通開口部39内をY軸方向に移動することになる。
【0040】
Y軸スライダ35の背面斜視図である図5を参照すると、Y軸スライダ35にはZ軸方向に貫通して延びる空間が形成されており、その内部にはZ軸スライダ37が収容されている。また、空間内には、二つのレール状Z軸ガイド59と共にZ軸送り手段であるZ軸モータ63が固定的に設けられている。
一方、Z軸スライダ37は、Y軸スライダ35の内側の空間内に設けられたZ軸ガイド59と係合するZ軸滑動子61を具備しており、上記Y軸スライダ35と同様に、Y軸スライダ35に取り付けられたZ軸モータ63の回転がボールネジ(不図示)を介して伝達され、Y軸スライダ35の内側の空間内をZ軸方向に移動する。
【0041】
このようにして、移動体21はX軸、Y軸及びZ軸方向に移動することが可能となる。
なお、Y軸及びZ軸の送り手段はモータとボールネジの組合せとして説明されたが、リニアモータを使用することもできる。またY軸スライダ35の上下の貫通開口部39はそれぞれテレスコピックカバーで覆われており(不図示)、内部への切屑や切削液の侵入は防止されている。
【0042】
図6は図3に示されるレール状X軸ガイド43及びX軸滑動子45の構造を説明するための模式図であり、図7は図3に示されるリニアモータの移動子47及び固定子49の構造を説明するための模式図である。
図6及び図7に示されるように、X軸スライダ33のX軸方向の両端部のX軸滑動子45及びリニアモータの移動子47にはX軸ガイド43又はリニアモータの固定子49上に付着した切屑及び切削液を除去するためのワイパ手段がそれぞれ取り付けられ得る。好適には、ワイパ手段はX軸滑動子45又はリニアモータの移動子47の先端部側に配置された非接触ワイパ65、67とその内側に離間して配置された接触ワイパ69、71とを含んでなる。非接触ワイパ65、67はX軸ガイド43又はリニアモータの固定子49と直接的には接触しておらず、それらに付着した大きな切屑を除去する働きをする一方、接触ワイパ69、71はX軸ガイド43又はリニアモータの固定子49と直接的に接触してそれらに付着した細かい切屑及び切削液を除去する働きをする。接触ワイパ69、71には例えば潤滑のために油を含浸させたポリウレタンなどの高分子材料などが使用される。非接触ワイパ65、67には適宜の材料が使用される。
【0043】
係るワイパ手段をX軸滑動子45及びリニアモータ移動子47の前後両端部に設けることができるのはもちろんである。
また、X軸ガイド43及びリニアモータの固定子49のX軸ストローク端部では、図6及び図7に一点鎖線で示されるように、接触ワイパ69、71がX軸ガイド43又はリニアモータの固定子49の端部まで移動し、非接触ワイパ65、67はX軸ガイド43又はリニアモータの固定子49の端部を通り越した位置まで移動し得るようにしてもよい。このように構成することで、接触ワイパ69、71及び非接触ワイパ65、67によって掃拭されたX軸ガイド43又はリニアモータの固定子上49の切屑や加工液がそれらの端部から外部へ除去可能となる。
【0044】
さらに、X軸滑動子45又はリニアモータの移動子47から圧縮空気を噴出させて、X軸ガイド43又はリニアモータの固定子49上に付着した切屑及び切削液を補助的に吹き飛ばすようにしてもよい。
接触ワイパ、非接触ワイパ、圧縮空気の噴出等のワイパ手段を具備することによって、X軸ガイド43とX軸滑動子45の間又はリニアモータの移動子47と固定子49の間に切屑が巻き込まれてX軸滑動子45又はリニアモータの移動子47がX軸ガイド43又はリニアモータの固定子49に沿って滑らかに移動することが阻害されることを防止することが可能となり、案内機構又は駆動機構における故障の頻度を低減させ工作機械の稼働率が向上する。
【0045】
また、従来、X軸方向の案内駆動機構部には切屑侵入防止用の可動カバーが設けられおり、この可動カバーが長期の使用においてはかじりや、摩耗等故障の原因となりやすかった。しかし、上記のような下向きに開放した長手空間内にX軸ガイド43、X軸滑動子45、リニアモータの移動子47及び固定子49を収容すると共にX軸滑動子45及びリニアモータの移動子47に上記ワイパ手段を設けることで、可動カバーは不要になる。したがって、可動カバーを原因とした故障による機械停止が回避され、工作機械の稼働率が向上し得るようになる。また、可動カバーは送り動力の損失の原因となっていたが、これも軽減する利点を有している。
【0046】
図2を参照すると、移動体21のZ軸スライダ37の前端部には工具が装着された主軸75を回転支持する主軸頭73がさらに保持されている。
主軸頭73を含む部分の詳細図である図8に示されるように、主軸頭73は、Z軸方向と垂直な回転軸線77を中心としてA軸方向86に回転可能に旋回台79に枢支されており、この旋回台79に固定された旋回モータ81によって歯車83を介して回転される。一方、旋回台79はZ軸スライダ37に固定されたC軸モータ85に接続されており、C軸モータ85によってZ軸方向に延びる回転軸線を中心としてC軸方向87に回転可能となっている。したがって、主軸頭73はA軸及びC軸方向への回転が可能となり、複雑な加工に対応できる。歯車83と同じ歯車列が旋回台79の向う側にも設けられ、A軸の回転送り駆動は左右両側で行われており精度の高い回転送りが可能である。
【0047】
主軸頭73は、Z軸スライダ37に固定的に取り付けられ、A軸、B軸、C軸方向のいずれににも回転し得ないようになっていてもよい。また、主軸75が主軸頭73に対してZ軸方向(いわゆるW軸方向)に移動可能となっていてもよい。
次に、ワーク支持側構造体15について説明する。
図9は、図1に示されるワーク支持側構造体15からワーク89を除去した状態でのワーク支持側構造体15の部分側断面図であり、図10は、図9と類似であるワーク支持側構造体15の第二実施形態についての部分側断面図である。
【0048】
図1及び図9を参照すると、ワーク支持側構造体15は、ベース91と、そのX軸方向の両端部にそれぞれ立設された二つの軸支持手段93と、回転軸95を介して軸支持手段93に接続されてX軸方向に延びる水平軸線を中心として矢印97で示される方向に回転可能に支持されたワーク取付台99とを含んで成る。このワーク取付台99はモータや歯付きクラッチ(不図示)などによって複数位置に回転割り出し可能になっている。また、ワーク取付台99の下部とベース91との間に設けられた押圧手段101がベース91に設けられており、ワーク取付台99を上方へ押圧するようになっている。押圧手段101は、ワーク取付台99に対して上向きの押圧力を付与することによって、ワーク取付台99がX軸方向に長くなると生じやすくなるX軸方向の変形(たわみ)を防止し、ワーク89に対する高精度の加工を可能にする。
【0049】
図9に示されるワーク支持側構造体15のワーク取付台99は反対側に位置する二つのワーク取付面103を有しており、このワーク取付面103に直接又はパレット105を介してワーク89が取り付けられる。図1及び図9に示されるワーク支持側構造体15は、二つのワーク取付面103を有しているので、主軸支持側構造体13と対向して位置するワーク取付面103の一方で加工が行われている間に、ワーク取付面103の他方で加工と並行してワーク89の段取り作業を行うことができる。したがって、段取り作業のための機械停止時間を最小限に抑えて機械の稼働率を向上させることができる。
【0050】
また、図9に示されるワーク支持側構造体15の押圧手段101はベース91に対して出没可能になっている。例えば、図9に示されるように、サーボモータ107と、それによって回転される歯車109と、歯車109によって回転されるナット111と、ナットと係合した押圧ネジ113とによって押圧手段101を構成し、押圧手段101は出没可能となる。かかる機構は公知のものであるのでここでは詳述しない。もちろん、他の機構を用いて押圧手段101を出没可能にしても良い。
【0051】
かかる出没可能の押圧手段101は、ワーク取付台99の回転割り出しが行われる間はベース91に向かって後退してワーク取付台99の回転を妨害しないようにする一方、ワーク取付台99の回転割り出し後には、ベース91からワーク取付台99の下部に向かって前進してワーク取付台99を上方に押圧する。押圧後にワーク取付台99のたわみがほぼなくなるように押圧力をサーボモータで調節する。
【0052】
好適には、ワーク取付台99は図9における上側及び下側の面に切頭円錐形状の窪み115を有しており、この窪み115に先端部が切頭円錐形になった押圧ネジ113が挿入される。したがって、この場合には、押圧手段101は、ワーク取付台99を上方へ押圧すると共にワーク取付台99の割り出し位置を保持する作用を有するようになる。押圧手段101はX軸方向に少くとも一つ設けられる。
【0053】
図10に示されるワーク支持側構造体15の第二実施形態におけるワーク取付台99′は、図9に示される実施形態と対照的に、半円形上断面をしており、単一のワーク取付面103を有している。この場合には、ワーク取付面103を水平にしてワーク89の段取り作業が行われた後、ワーク取付台99′が90度回転され、図10に一点鎖線で示される加工位置に回転割り出しされる。したがって、段取り作業が行いやすくなって、その結果、段取り作業に必要とされる時間が短縮され、加工作業の効率化に寄与し得るようになる。
【0054】
なお、ワーク加工時にワーク取付面103を垂直にせず、傾斜させて位置決めして、斜め部分の加工を行うことも可能である。
また、図10の押圧手段101′は先端部にローラ117を枢支しており、図9の押圧手段101と異なりワーク取付台99′の半円形状の外周面とこのローラ117を介して常に接触して押圧するようになっている。これは、図10のワーク取付台99′は上述したように90度回転することができればことたり、押圧手段101′がワーク取付台99′の外周面と常に接触していても、押圧手段101′はワーク取付台99′の回転割り出しを妨害することがないからである。
【0055】
ワーク取付台は、図11に示されるワーク取付台99″の如く、三つのワーク取付面103a、103b、103cを有する正三角形断面の三角柱形状となるように構成することもできる。かかるワーク取付台99″は、図9及び図10に示されるワーク取付台99、99′が有する利点を併せ持つものである。すなわち、水平面から30度上向きになった第一ワーク取付面103aにおいてワーク89の段取り作業を行い、垂直になった第二ワーク取付面103bにおいて加工を行うことができるので、加工を行う間に段取り作業を行え、また、第一ワーク取付面103aはほぼ上向き面なので段取り作業は容易となる。さらに、水平面から30度下向きになった第三ワーク取付面103cでは、加工後にワーク89の洗浄を行えば、切屑や洗浄液を下方へ容易に自然落下させて回収できるというさらなる利点を有しており、したがって、加工作業はさらに効率化され得る。
【0056】
ワーク取付台が四つ以上のワーク取付面を有する多角柱形状に形成されてもよく、この場合にもワーク取付台は上記三つのワーク取付面を有する場合と同様の利点を有し得ることとなる。
【0057】
以上で説明した主軸支持側構造体13とワーク支持側構造体15は、図1に示されるように、切屑排出手段17を挟んで設置される。図1に示される実施形態においては、この切屑排出手段17としてリフトアップチップコンベアが使用されており、これがX軸方向に駆動され、加工領域で発生した切屑を加工領域の外側へ排出する。なお、リフトアップチップコンベアは公知のものであるので、図中においては簡略化して示されている。
【0058】
加工領域で発生したワーク89の切屑は切屑排出手段17であるリフトアップチップコンベアの水平走行部上に自然落下した後、持ち上げられて切削液と分離され、加工領域外に順次排出されるので、ワーク加工後における加工領域からの切屑の除去作業が軽減される。
また、主軸支持側構造体13とワーク支持側構造体15とは切屑排出手段17を挟んで設置されるので、一体として構成される必要はない。したがって、主軸支持側構造体13とワーク支持側構造体15は、各個、ユニット化することが可能となり、X軸方向に整列して接続すれば、より長いX軸方向のワーク89に対応させることが可能となる。
【0059】
図12は、モジュール化され、個別のユニットから構成された実施形態の本願発明の数値制御工作機械11′を示している。
この実施形態においては、図1に示される主軸支持側構造体13の単位長さの基台19をX軸方向に複数連接して延長基台19′が構成され、延長基台19′の上部及び下部の延長長手空間29′内に設けられたX軸ガイド43及びリニアモータの固定子49、すなわちX軸スライダ33の軌道がX軸方向に延長される。この延長された軌道に沿って単一の移動体21を移動させるようにすることで、延長主軸支持側構造体13′が構成される。一方、図1に示される単位長さのワーク支持側構造体15をそのワーク取付台99の回転軸線である水平軸線を整列させてX軸方向に複数連接して延長ワーク支持側構造体15′が構成される。こうして構成された延長主軸支持側構造体13′と延長ワーク支持側構造体15′とを切屑排出手段を挟んで設置することで、X軸方向に延長された数値制御工作機械11′が容易に作成される。なお、切屑排出手段も水平走行部をユニット化して延長することができるのである。
【0060】
したがって、工作機械のユーザからの要求に適したサイズの工作機械が容易且つ迅速に製造できるようになり、また一つ一つの工作機械構成要素がいたずらに大形になることも回避され、工作機械の据え付け作業も容易になる。
なお、図12に示される実施形態においては、複数のユニット化されたワーク取付台99にまたがってワーク89が取り付けられ、軸支持手段93の存在によってワーク89の回転方向が制限されるので、ワーク取付面の一方に取り付けられたワーク89の加工中にワーク取付面の他方でワーク89の段取り作業を行うことができることによる機械稼働率を向上させる利点が失われてしまう。しかしながら、この問題は、連接するワーク支持側構造体15の最も外側に配置される軸支持手段93を除いて軸支持手段93を除去し、接続部材によってワーク取付台99を接続し、押圧手段101を複数箇所に設けてたわみ防止を図ることによって解決し得ることである。
【0061】
さらに、図13に示されるようにして本願発明の数値制御工作機械11にパレット交換手段119を付加することによって、ワーク取付台99へワーク89(図13においては、簡単化のために省略されている)が取り付けられたパレット105を取り付け、交換する作業が簡易化され得る。図13においては、例として、図1に示されるタイプのワーク取付台99を具備したワーク支持側構造体15と組合せられたパレット交換手段119が示されている。なお、主軸支持側構造体13は図示を省略してある。
【0062】
図13を参照すると、パレット交換手段119は、ワーク支持側構造体15に隣接して設けられた、交換用パレット105を収納するためのパレットストッカ121と、ワーク取付台99とパレットストッカ121との間でパレット105を搬送するパレットキャリア123とを含んでなる。パレットストッカ121の図中右側にはZ軸方向に延びるZ軸方向案内レール125が設置されており、その上をキャリアベース127がZ軸方向に移動可能になっている。パレットキャリア123は、このキャリアベース127に乗せられてZ軸方向に移動し、各位置にてパレットストッカ121との間でパレット105の授受を行う。この授受は、パレットキャリア123の上部に設けられたシリンダ装置123aにより行われる。シリンダ装置123aのピストンロッドの先端には、パレット105と係合するフックが設けられており、ピストンロッドの伸縮動作によってパレットキャリア123とパレットストッカ121との間でパレット105をスライドさせて授受するのである。さらに、Z軸方向案内レール125の端部にはそこからワーク支持側構造体15のワーク取付台99の前方までX軸方向に延びるX軸方向案内レール129が設置されており、この端部にてパレットキャリア123はキャリアベース127からX軸方向案内レール129上へと移動することが可能になっている。
【0063】
したがって、パレットキャリア123を介してワーク支持側構造体15とパレットストッカ121との間でワーク89を取り付けられたパレット105の授受が可能となり、ワーク取付台99にパレット105の自動着脱を可能とさせるパレット装着手段135を装備すれば、大変な労力を伴うパレット交換が自動化される。パレット装着手段135は、例えば、ワーク89が取り付けられる面と反対側に位置するパレット105の面とその四隅で係合してワーク取付台99にパレット105を引き付けるシリンダなどによって構成される公知の手段である。
【0064】
さらに、パレットキャリア123の移動軌道、すなわち、X軸方向案内レール129及びZ軸方向案内レール125の途中に段取りステーション131が設けられてもよい。段取りステーション131には、好適には、段取り作業を容易にするためにパレット105を垂直姿勢と水平姿勢との間で90度転回させる手段133が設けられる。段取りステーション131は、ワーク支持側構造体15のパレット取付台99以外の段取り作業のためのスペースを確保し、段取り作業の効率化を促進する。
【0065】
なお、上記各実施形態は、回転割り出し可能なワーク取付台99を具備するものとして説明されたが、ワーク取付台99を固定としたもの(回転不能であるもの)であってもよい。すなわち、ワーク支持側構造体をワークを固定載置するワーク載置台として構成してもよい。
以上、本願発明を添付の図面に示す幾つかの実施形態について説明したが、これら実施形態はもっぱら説明上のものであり、制約的なものではない。また、本願発明の範囲は、請求の範囲によって限定されるものであるから、請求の範囲から逸脱することのない修正及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の数値制御工作機械の全体構成図である。
【図2】 図1に示される数値制御工作機械の主軸支持側構造体に関する斜視図である。
【図3】 図2に示される主軸支持側構造体の基台下部の前端部分の側面図である。
【図4】 図2に示される主軸支持側構造体のX軸スライダ及びY軸スライダを線IV−IVで切って上から見た断面図である。
【図5】 主軸支持側構造体のY軸スライダの後方斜視図である。
【図6】 図3に示されるX軸ガイド及びX軸滑動子の構造を説明するための模式図である。
【図7】 図3に示されるリニアモータの固定子及び移動子の構造を説明するための模式図である。
【図8】 図2に示される旋回台及び主軸頭を含む部分の詳細図である。
【図9】 ワークを除去した状態で示される、図1のワーク支持側構造体の断面図である。
【図10】 図9と類似であるワーク支持側構造体の第二実施形態の断面図である。
【図11】 ワーク支持側構造体のワーク取付台に関する第三実施形態である。
【図12】 モジュール化された本願発明の数値制御工作機械の実施形態である。
【図13】 本願発明による数値制御工作機械のワーク支持側構造体にパレット交換手段を組み合わせた実施形態である。
Claims (9)
- 工具が装着された主軸をX軸、Y軸及びZ軸方向に移動してワーク支持部に取り付けられたワークを加工する数値制御工作機械において、
床面に立設され上部と下部にそれぞれX軸方向のガイドを有した基台と、前記基台の上部及び下部のガイドに沿って案内されて左右のX軸方向に移動するX軸スライダと、前記X軸スライダ上を上下のY軸方向に案内されて移動するY軸スライダと、前記Y軸スライダ上を前後のZ軸方向に案内されて移動するZ軸スライダと、前記Z軸スライダに対して固定して設けられた又はA軸、B軸、C軸のうち少なくとも一つの方向に回転送り可能に設けられた主軸頭とで構成された主軸支持側構造体と、
前記主軸支持側構造体の前面に設けられ、ワークを固定載置するワーク支持側構造体とで構成され、
前記主軸支持側構造体の基台は、前記基台の上部と下部にX軸方向に延び下向きに開放された長手くぼみ部と、前記長手くぼみ部内または前記長手くぼみ部近傍の下向き面にそれぞれ設けられ、前記X軸スライダを案内、支持するガイドと、前記長手くぼみ部内で前記ガイドに沿って設けられ前記X軸スライダを移動させるX軸送り手段とを具備したことを特徴とする数値制御工作機械。 - 前記X軸送り手段はリニアモータで構成され、前記X軸スライダは前記ガイド及び前記リニアモータの固定子に付着する塵埃を除去するワイパ手段を具備して構成された請求項1に記載の数値制御工作機械。
- 前記X軸送り手段はリニアモータで構成され、その固定子及び移動子は、前記固定子の前記移動子に対する吸引力が前記X軸スライダの前記ガイドに作用する重力方向の荷重を軽減させるように、互いに対向してそれぞれ前記基台及び前記X軸スライダに設けられた請求項1に記載の数値制御工作機械。
- 前記主軸支持側構造体と前記ワーク支持側構造体との間に設けられ、加工領域で発生した切屑を加工領域外へ排出する切屑排出手段を更に具備した請求項1に記載の数値制御工作機械。
- 前記ワーク支持側構造体は、X軸方向の両端部にそれぞれ軸支持手段が立設されたベースと、X軸方向に延びる水平軸線を中心として回転割り出し可能に前記軸支持手段によって支持され、少なくとも一つのワーク取付面を有するワーク取付台とで構成された請求項1に記載の数値制御工作機械。
- 前記ワーク支持側構造体のワーク取付台は、X軸方向の水平軸線と平行な三つのワーク取付面を有する略三角柱形状に形成して構成された請求項5に記載の数値制御工作機械。
- 前記ワーク支持側構造体は、前記ワーク取付台の下部と前記ベースとの間に設けられ、前記ワーク取付台に対して上向きの押圧力を付与する押圧手段を具備した請求項5に記載の数値制御工作機械。
- 工具が装着された主軸をX軸、Y軸及びZ軸方向に移動してワーク支持部に取り付けられたワークを加工する数値制御工作機械において、
床面に立設された基台と、前記基台の上部と下部にそれぞれ設けられ、左右のX軸方向に延びる下向きに開放された長手くぼみ部と、前記長手くぼみ部内または前記長手くぼみ部近傍の下向き面に設けられたX軸方向のガイドと、前記X軸方向のガイドに係合して案内されX軸方向に移動するX軸スライダと、前記X軸スライダに対して上下のY軸方向に案内されて移動するY軸スライダと、前記Y軸スライダに対して前後のZ軸方向に案内されて移動するZ軸スライダと、前記Z軸スライダに対して固定して設けられた又はA軸、B軸、C軸のうち少なくとも一つの方向に回転送り可能に設けられた主軸頭とで構成された主軸支持側構造体と、
前記主軸支持側構造体に対向して設けられ、X軸方向の両端部にそれぞれ軸支持手段が立設されたベースと、前記軸支持手段によってX軸方向に延びる水平軸線を中心として回 転割り出し可能に支持され、ワークを取り付けるパレットを着脱可能に装着する少なくとも一つのパレット装着手段を有するワーク取付台とで構成されたワーク支持側構造体と、
前記ワーク支持側構造体と隣接して設けられたパレットストッカと、前記ワーク取付台と前記パレットストッカとの間でパレットを搬送するパレットキャリアとから構成されるパレット交換手段と、
前記主軸支持側構造体と前記ワーク支持側構造体との間に設けられ、加工領域で発生した切屑を加工領域外へ排出する切屑排出手段と、
を具備したことを特徴とする数値制御工作機械。 - 工具が装着された主軸をX軸、Y軸及びZ軸方向に移動してワーク支持部に取り付けられたワークを加工する数値制御工作機械において、
所定のX軸方向単位長さを有する基台ユニットを複数個X軸方向に連接して床面に立設させた延長基台と、前記延長基台の上部と下部にそれぞれ設けられ、左右のX軸方向に延びる下向きに開放された長手くぼみ部と、前記長手くぼみ部内または前記長手くぼみ部近傍の下向き面に設けられたX軸方向のガイドと、前記X軸方向のガイドに係合して案内されX軸方向に移動するX軸スライダと、前記X軸スライダに対して上下のY軸方向に案内されて移動するY軸スライダと、前記Y軸スライダに対して前後のZ軸方向に案内されて移動するZ軸スライダと、前記Z軸スライダに対して固定して設けられた又はA軸、B軸、C軸のうち少なくとも一つの方向に回転送り可能に設けられた主軸頭とで構成された延長主軸支持側構造体と、
前記延長主軸支持側構造体に対向して設けられ、X軸方向の両端部にそれぞれ軸支持手段が立設されたベースと、X軸方向に延びる水平軸線を中心として回転割り出し可能に前記軸支持手段によって支持され、少なくとも一つのワーク取付面を有するワーク取付台とで構成された所定のX軸方向単位長さを有するワーク支持側構造体ユニットを、その水平軸線をそろえて複数個X軸方向に連接した延長ワーク支持側構造体と、
前記延長主軸支持側構造体と前記延長ワーク支持側構造体との間に設けられ、加工領域で発生した切屑を加工領域外へ排出する切屑排出手段と、
を具備したことを特徴とする数値制御工作機械。
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