JP3947799B2

JP3947799B2 - ターニングセンタ

Info

Publication number: JP3947799B2
Application number: JP2004063118A
Authority: JP
Inventors: 明古正
Original assignee: 株式会社セイキテクノデザイン
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2024-02-06
Also published as: JP2005219197A

Description

本発明は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸と、自動工具交換装置（ＡＴＣ）等から構成し、バイト、ボーリングバー等の固定工具による旋削加工を行う他、エンドミル等の回転工具によるミーリング加工を行うターニングセンタに関する。

図５は、従来のターニングセンタ３０を示す右側面図である。ベッド３１は、側面視で略逆Ｔ字状に形成され、ベッド３１の上面３２には、２本のＺ軸ガイドレール（以下、Ｚ軸レールという）３１ａ、３１ａが配置され、そして、ブロック３１ｂ、３１ｂが移動自在に嵌入されており、その上にはサドル３３が載置されている。
また、サドル３３の上には、２本のＹ軸レール３３ａがそれぞれ水平に配置され、そして、ブロック３３ｂ、３３ｂが移動自在に嵌入されており、その上にコラム３５が搭載されている。正面視でコラム３５の左側面（主軸台３８）側にはマガジンＭが載置されている。また、コラム３５の正面（図中左端面）には、２本のＸ軸レール３５ａが垂直に配置されてクロススライド３６が配置されている。そして、クロススライド３６には、刃物台３７が固定されており、刃物台３７はＸ軸（上下）方向へ移動自在になっている。なお、一例としてＹ軸の移動量は＋７５ｍｍ、−７５ｍｍである。

正面視で、ベッド３１の左側には、主軸台３８が配置されている。主軸台３８は、工作物を回転するための主軸を備え、主軸の先端には工作物を把持するチャック３８ａが装着されている。さらに、ベッド３１の正面の右側垂直面３１ｄには、Ｚ軸方向に２本の心押台用移動レール３９ａ、３９ａが配設されており、心押台用移動レール３９ａには心押台３９が左右方向へ移動自在に支持されている。

刃物台３７は、刃物台本体と旋回するタレットとから構成され、タレットには、バイト、ボーリングバー等が取り付けられたツールシャンクから構成される固定工具と、ドリル、エンドミル等の回転工具が取り付けられたツールシャンクから構成される回転工具の２種類の工具をそれぞれ装着する工具装着部を備えている（特許文献１参照）。
その結果、Ｘ，Ｙ，Ｚを有し、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を備え、コンパクトで、しかもまとまりの良いターニングセンタを実現している。
特開２０００−１５５０４号公報（段落０００５〜０００７、図１）

しかしながら、従来のターニングセンタ３０では、正面視で、サドル３３上のコラム３５がＹ軸として前後方向へ移動するため、Ｙ軸の移動量を例えば、＋１５０ｍｍ、−１５０ｍｍ程度に大きくすると、コラム３５が従来よりさらに７５ｍｍ移動することになり、サドル３３からオーバーハングするため、機械の重心が移動し不安定になるという問題があった。さらに、Ｙ軸ストロークが大きいと、コラム３５が周辺機器と干渉するという問題があった。また、コラム３５と心押台３９、心押台３９に取って替わる、例えば、背面主軸台等との干渉は避けられないという問題があった。さらに、心押台３９、背面主軸台等がベッド３１に対して、構造上、強度的に成立できないという問題があった。

そこで、本発明では、前記した問題を鑑み創案されたもので、Ｙ軸の移動量を大きくしても干渉がなく、心押台または背面主軸台のスライドへのオーバーハングがないようにして、ガイドレールに対して曲げモーメントを少なくし、構造上、強度的な問題を解決したターニングセンタを提供することを課題とする。

請求項１に記載のターニングセンタ（１１）の発明は、略矩形ベッド（１）の正面の一端には主軸台（２）が配置され、他端には背面主軸台（１３）が配置され、前記ベッド（１）の中央にはセンターコラム（４）と、刃物台（７）と、マガジン（Ｍ）と、ＡＴＣ装置（８）と、下刃物台（２０）が載置されたターニングセンタ（１１）において、前記センターコラム（４）が左右方向へ移動するＺ_１軸と、クロススライド（５）が上下方向へ移動するＸ_１軸と、前記クロススライド（５）に貫通され、前記センターコラム（４）内をクイル（６）が前後方向へ移動するＹ軸と、前記クイル（６）の先端に設けられた前記刃物台（７）と、で構成され、前記下刃物台（２０）のサドル（２３）を移動させる２本のＺ _２軸レール（１８ａ）に嵌入されたブロック（１８ｂ）の配置は、手前側のＺ _２軸レール（１８ａ）には２個のブロック（１８ｂ）が配置され、奥側のＺ _２軸レール（１８ａ）には１個のブロック（１８ｂ）が配置されて、手前が広く、奥が狭い向きで平面視でトライアングル（三角形）構造になっていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、背面主軸台１３と下刃物台２０が配置され、クイル６がクロススライド５に貫通され、センターコラム４内をクイル６が前後方向へ移動し、クイル６の先端に刃物台７が設けられたことにより、Ｙ軸の移動量を大きくしても干渉がなく、ガイドレールに対して曲げモーメントを少なくし、構造上、強度的な問題を解決したターニングセンタを提供することができる。

さらに、ブロック１８ｂの配置を平面視でトライアングル構造の三角形配置にしたことにより、切削力を受ける側の剛性を確保するとともに、切粉の堆積にならず、切粉はけがよくできる。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明であるターニングセンタ１０の標準仕様の軸構成を示す斜視図である。図１に示すように、略矩形のベッド１の正面には、左側に主軸台２、右側に心押台３が配置され、ベッド１上の中央にはセンターコラム４と、刃物台７と、マガジンＭが載置されている。また、主軸台２の後方にはＡＴＣ装置８とそのアーム８ａが配置されている。つまり、従来のターニングセンタとの大きな違いは、刃物台７の下部にサドルがない他、Ｚ軸はセンターコラム４が担当し、Ｘ軸はクロススライド５、Ｙ軸はクロススライド５に貫通されて、前記センターコラム４内に配設されたクイル６が担当する軸構成とした点である。したがって、センターコラム４の中に配設されたクイル６がＹ軸（前後）方向へ移動する。そのクイル６の先端には刃物台７が配設されている。

図１に示すように、ベッド１の水平面である上面には、２本のＺ軸ガイドレール（以下、Ｚ軸レールと略す）１ａ、１ａが配置されている。それぞれのＺ軸レール１ａには、ボールを介したブロック１ｂ、１ｂが移動自在に嵌入されている。Ｚ軸レール１ａとブロック１ｂは直動ころがり案内を構成し、ブロック１ｂ、１ｂ…上には、センターコラム４が載置されている。したがって、センターコラム４は、ベッド１上をＺ軸（主軸２の軸線と平行な左右）方向に移動自在に移動する。

センターコラム４の下面には、Ｚ軸ボールネジ１４ａが配設されており、そのＺ軸ボールネジ１４ａに螺合するナット（図示せず）がセンターコラム４の下面に設けられている。Ｚ軸ボールネジ１４ａの両端は、ベッド１に固定されたブラケットのベアリング（図示せず）により回転自在に軸支されている。Ｚ軸ボールネジ１４ａの一端は、Ｚ軸サーボモータ１４の出力軸に連結部材（図示せず）を介して連結されている。その結果、Ｚ軸サーボモータ１４を起動し、Ｚ軸ボールネジ１４ａを回転させることにより、センターコラム４はＺ軸（左右）方向へ移動する。

さらに、センターコラム４の側面（図中左側）にはマガジンＭが搭載されている。このマガジンＭにはバイト、ボーリングバー等の固定工具の他に、エンドミル、ドリル、グラインダ等の回転工具が各ポットに格納されている。マガジンＭのツール本数は、２０、４０本等の仕様で用意されている。
さらに、マガジンＭの近傍にはＡＴＣ装置８が配設されており、マガジンＭに格納されているツールを把持して、刃物台７のツールとを交換するためのアーム８ａが設けられている。

センターコラム４の正面には、２本のＸ軸レール４ａ、４ａがそれぞれ垂直に配置されている。それぞれＸ軸レール４ａには、ブロック４ｂ、４ｂが移動自在に嵌入されている。Ｘ軸レール４ａとブロック４ｂとは、同様に直動ころがり案内を構成する。ブロック４ｂ、４ｂには、クロススライド５が配設されている。クロススライド５は、クイル６と刃物台７をＸ軸（上下）方向へ移動自在に移動させる。
クロススライド５の裏面には、ナット（図示せず）が固定されている。そのナットにはＸ軸ボールネジ１５ａが螺合され、Ｘ軸ボールネジ１５ａはクロススライド５に保持されたベアリングに回転自在に軸支されている。Ｘ軸ボールネジ１５ａの一端は、Ｘ軸サーボモータ１５の出力軸に連結部材（図示せず）を介して連結されている。その結果、Ｘ軸サーボモータ１５を回転起動し、Ｘ軸ボールネジ１５ａを回転させることによりクロススライド５をＸ軸（上下）方向へ移動させる。
クロススライド５は正面視では板状であるが、箱状に形成され、クイル６のＹ軸（前後）方向への移動をガイドする機能を有している。Ｘ軸ボールネジ１５ａは、クイル６との干渉がない位置に配置されている。

クイル６は四角柱をしており、Ｙ軸（前後）方向へ移動自在にクロススライド５に嵌入されている。クイル６の後部には図示しないナットが固定され、そのナットにはＹ軸用ボールネジが配設され、クロススライド５の後部に設けられたＹ軸サーボモータ（図示せず）の出力軸に連結部材を介して連結されている。その結果、Ｙ軸サーボモータを起動し、Ｙ軸用ボールネジを回転させることによりクイル６をＹ軸（前後）方向へ移動させる。

刃物台７は、クイル６の先端部に設けられ、クイル６の中を回転工具の回転駆動軸が配設されており、回転工具を回転駆動するモータが配設されている。刃物台７は、固定工具と回転工具の２つに対応できるようになっている。
また、刃物台７は、任意角度に回動するＢ軸が設けられており、位置割出し機構を有している。例えば、ツール（工具）を主軸台２の方へ９０度回動して位置決めをすることによって、ワークの端面にエンドミルにより、例えば、四角形の溝入れ加工等することができる他、ＡＴＣ装置８のアーム８ａにより、ツール（工具）交換をすることができる。
また、刃物台７は、固定工具により旋削加工を行うために必要な位置決めクランプ機構と、回転工具によりミーリング加工を行うための連続回転を行う機能も兼ね備えている。

主軸台２は、正面視でベッド１の左側に配置されている。主軸台２には、ワーク（工作物）を回転するための回転軸を備え、ワークを把持するチャック２ａが装着されている。
また、主軸台２はビルトインモータが搭載されている。主軸２はＣ（回転制御）軸の回転・位置決めする機能の他に、回転工具によりミーリング加工を行うためのクランプ機能を兼ね備えている。その他の構造と機能は周知であり、詳細な説明は省略する。

心押台３は、図１に示すように、ベッド１の右側正面に配置されている。Ｚ軸方向に２本の心押台用ガイドレール９ａ、９ａが配置されている。心押台ガイドレール９ａの上にはブロック９ｂが嵌入されており、そのブロック９ｂ、９ｂの上にはサドル９と心押台３が載置され、左右方向へ移動自在に支持されている。

図２は、本発明であるターニングセンタ１１の軸構成を示す斜視図である。図１のターニングセンタ１０との相違点は、図２に示すように、背面主軸台１３が心押台３に取って代わり配設されている点と、主軸台２と背面主軸台１３の間に下刃物台２０が配設されている点である。なお、ベッド１、主軸台２、センターコラム４、クロススライド５、クイル６、刃物台７、ＡＴＣ装置８等の説明は前記した通りであり、重複するため省略する。
背面主軸台１３は、心押台のガイドレール９ａ、９ａをそのまま使用され、サドル１２と背面主軸台１３が載置されている。
主軸台２がワークの表加工（第１工程）を担当するのに対して、背面主軸台１３は裏加工（第２工程）を担当する。背面主軸台１３は、図３に２点鎖線で示すように、第１工程を担当する主軸台２によって表加工が終了すると、背面主軸台１３は、主軸台２へ向って前進し、ワークの受け渡しを行ない、後退して元の位置に戻り、下刃物台２０の支援を受けながら第２工程を行ない、工程集約して完成品にする。

背面主軸台１３下のサドル１２の裏面には、ナット（図示せず）が固定されている。そのナットにはＷ軸ボールネジ１７ａ（図４参照）が螺合され、その一端は、ベッド１内に設けられたＷ軸サーボモータ１２ａ（図２参照）の出力軸に図示しないプーリが連結され、歯付ベルト（図示せず）を介して連結されている。その結果、Ｗ軸サーボモータ１２ａを回転起動し、Ｗ軸ボールネジ１７ａを回転させることによりサドル１２を主軸台２の方向へ移動させる。
サドル１２は、ガイドレール９ａ、９ａに両端支持され、切粉が堆積しにくいように傾斜面が設けられている。

図３は主軸台２と背面主軸台１３と下刃物台２０を示す正面図、図４はその右側面図である。下刃物台２０は、図３に示すように、主軸台２または背面主軸台１３へ支援をするためのものである。下刃物台２０は、図４に示すように、サドル２３の上に配置されたＸ_２軸レール２４ｂ、２４ｂとそのブロックに載置され、Ｘ_２軸、Ｚ_２軸へ移動自在に移動する。
下刃物台２０は、本体２１とタレット２２とから構成され、タレット２２には、主にバイトやボーリングバー等の固定工具が装着できるようになっている。
図４に示すように、下刃物台の切削力がかかる方の手前側（図中左）のＺ _２軸レール１８ａには、２個のブロック１８ｂ、１８ｂが嵌入され、奥側（図中右）Ｚ_２軸レール１８ａには１個（１点支持）のブロックが嵌入されている。図３に示すように、手前側のＺ_２軸レール１８ａには２個のブロック１８ｂ、１８ｂが配置され、奥側のＺ_２軸レール１８ａには１個のブロック１８ｂが配置されている。これを上から見ると、ちょうど三角形（トライアングル）構造を形成している。その結果、切粉の堆積がなく、切粉はけがよい。また、オーバーハング量を最小限に抑え、剛性を高め、案内に対して曲げモーメントを極小にしている。さらに、Ｙ軸の移動量の増大に対応して心押台の軸心位置も手前方向に位置が移動したので、従来の支持方法とは異なるサドル型にすることにより、構造上、強度を高めている。
また、図４に示すように、Ｙ軸はクイル６の移動によるため、主軸台２、背面主軸台１３と、刃物台７との干渉が回避されているのが判る。

なお、本発明はその技術思想の範囲内で種々の改造、変更が可能であり、本発明はこの改造、変更された発明であっても、権利が及ぶことは当然である。例えば、各軸の案内部は直動ころがり案内の代わりにすべり案内であっても良いし、クイルの形状は４角柱に限らず、円柱であってもよい。本発明のターニングセンタは、Ｙ軸の移動量の増大が引き起こす切削力を受ける際の負荷の問題、剛性の問題、切粉の問題をトータル的に解決したものである。

本発明であるターニングセンタの軸構成を示す斜視図である。ターニングセンタの軸構成を示す斜視図である。主軸台と背面主軸台と下刃物台を示す正面図である。下刃物台の右側面図である。従来のターニングセンタを示す右側面図である。

符号の説明

１ベッド
１ａＺ軸ガイドレール（レール）
１ｂブロック
２主軸台
２ａチャック
３心押台
４センターコラム
４ａＸ軸ガイドレール（レール）
４ｂブロック
５クロススライド
６クイル
７刃物台
８ＡＴＣ装置
９サドル
１０、１１ターニングセンタ
１２サドル
１２ａＷ軸サーボモータ
１３背面主軸台
１３ａチャック
１４Ｚ軸サーボモータ
１４ａＺ軸ボールネジ
１５Ｘ軸サーボモータ
１５ａＸ軸ボールネジ
１６Ｙ軸サーボモータ
１６ａＹ軸ボールネジ
１７Ｗ軸サーボモータ
１７ａＷ軸ボールネジ
１７ｂＷ軸ガイドレール（レール）
１７ｃＷ軸ブロック
１８Ｚ_２軸
１８ａＺ_２軸ガイドレール（レール）
１８ｂＺ_２軸ブロック
１８ｃＺ_２軸ボールネジ
２０下刃物台
２１下刃物台本体
２２タレット
２３サドル
２４Ｘ_２軸サーボモータ
２４ａＸ_２軸ボールネジ
２４ｂＸ_２軸ガイドレール（レール）
２４ｃＸ_２軸ブロック
２５カバー
２６チップコンベア

Claims

略矩形ベッド（１）の正面の一端には主軸台（２）が配置され、他端には背面主軸台（１３）が配置され、前記ベッド（１）の中央にはセンターコラム（４）と、刃物台（７）と、マガジン（Ｍ）と、ＡＴＣ装置（８）と、下刃物台（２０）が載置されたターニングセンタ（１１）において、
前記センターコラム（４）が左右方向へ移動するＺ_１軸と、
クロススライド（５）が上下方向へ移動するＸ_１軸と、
前記クロススライド（５）に貫通され、前記センターコラム（４）内をクイル（６）が前後方向へ移動するＹ軸と、
前記クイル（６）の先端に設けられた前記刃物台（７）と、で構成され、
前記下刃物台（２０）のサドル（２３）を移動させる２本のＺ _２軸レール（１８ａ）に嵌入されたブロック（１８ｂ）の配置は、手前側のＺ _２軸レール（１８ａ）には２個のブロック（１８ｂ）が配置され、奥側のＺ _２軸レール（１８ａ）には１個のブロック（１８ｂ）が配置されて、手前が広く、奥が狭い向きで、平面視で、トライアングル（三角形）構造になっていることを特徴とするターニングセンタ（１１）。