JP4558436B2 - 立形マシニングセンタ - Google Patents

Description

本発明は、立形の主軸を有したマシニングセンタに関する。

立形マシニングセンタは、主軸頭に垂直方向の軸線を有して軸受支持され、先端部に工具を着脱可能に装着する立形主軸とワークを固定するテーブルとの間で、Ｘ，Ｙ，Ｚの直交３軸方向の相対移動を行って、ワークを加工する工作機械である。このワークに加工を施すことが可能な範囲を指して、ここでは加工領域と言う。この種立形マシニングセンタは、その加工領域の周りを３次元的に略、全周に亘ってスプラッシュガードやカバー類で覆い、加工に伴って発生する切屑や加工液の周囲（外域）への飛散や、機械の案内面、送り駆動機構、電装品への侵入を防止する構成が採られている。

前記のカバー類やガードは、通常、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸案内面及び送り機構を伸縮可能に覆う３つのカバー、機械の前面（通常、作業員が機械を操作するのに占める位置）及び両側面を覆うスプラッシュガード、機械の主軸頭上部が前記スプラッシュガード上面から突出した状態で、Ｘ軸及びＺ軸方向に移動する区域を覆うスライド式カバー及び加工領域の底面を覆う底面カバー等から成っている。

それらは、機械の主軸頭のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の動きに合わせてカバーを伸縮させたり、加工結果の確認、またはワークの段取りに必要なスプラッシュガードに開閉扉を設けるといった事に対応するため複雑な構成が要求される。上記のうち、スライド式カバー類は複雑な機構になるので省略されることもある。何れにしても、スプラッシュガーやカバー類は構造が複雑で、部品点数が多く、コストが嵩む。

立形マシニングセンタでは、ワークを加工するとき大量の切屑が発生するので、この切屑を収集、回収する必要が生じる。加工により発生した切屑を手動で回収するには、従来、機械を停止し加工（切削）液が落下しない状態にして、加工液タンク上部にある切屑受けから、切屑を掻き出す方法が採られていたが、その間、機械加工が中断されるから、加工能率の点から問題があった。そこで、切屑の収集、回収を自動的に行うのにスクリュコンベア、スクレーパコンベア、リフトアップコンベア等が、切屑の溜る個所や加工液タンク内に設けられている。

また、切削に加工液を用いる場合は、使用済み加工液を加工液タンク内に回収し、濾過後に再度加工部に供給、使用する構成にしているが、その場合、加工液タンクの設置場所は作業員の操作の妨げにならないよう機械装置の後側（機械に対し、作業員の配置位置と反対側）にする事が一般である。しかし、機械の後側に配置された加工液タンクでは、加工液の交換やタンク内の清掃のための広いメンテナンススペースを必要とした。

ところで、立形マシニングセンタの構成要素のうち、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の送り軸の組合せ構成には、種々のものがある。その代表的構成は、次の３例である。第１の構成例は、ベッド上にＸ軸方向に移動するサドル、前記サドル上にＹ軸方向に移動するテーブルを設け、コラムにＺ軸方向に移動する主軸頭を設けるものである。この構成例では、Ｘ軸及びＹ軸案内面と両送り機構にワークの重量が作用するから、ワーク重量が大きな場合、案内面の変形や送り精度に誤差を生じるおそれがある。

第２の構成例は、ベッドの前方上部にＸ軸方向に移動するテーブル、ベッド上の後方部にＹ軸方向に移動するコラムを設け、前記コラムにＺ軸方向に移動する主軸頭を設けるものである。コラムは通常、大きな構成体であるので、この構成例ではＹ軸案内面が加工部から遠く離れることになる。前記案内面には切削抵抗と加工部から案内面迄の長い距離を乗じたモーメント荷重が作用し、案内面の変形や送り抵抗を大きくしてしまう。

第３の構成例は、テーブルはベッド上の前方部に固定され、ベッド上の後方部でＸ軸方向に移動するサドル、サドル上にＹ軸方向に移動するコラムを設け、前記コラムにＺ軸方向に移動する主軸頭を設けるものである。この構成例では、コラムの下に大きなサドルが介在するので、大きなモーメント荷重及びコラム、サドルの重量も、Ｘ，Ｙ２軸案内面に作用する問題がある。

これらの構成例を含め、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸上の移動体の内の少なくとも１つの移動体、例えばテーブルを、Ｘ軸又はＹ軸の案内面に沿ってフルストロークに亘り移動しようとすると、ストロークエンド付近で案内面からオーバーハングする状態になることがある。オーバーハングしないような構成にすると案内面を長く採らねばならならず、機械全体が大きくなってしまう。
以上説明のうちの、数例は次に挙げる文献中にも記載されている。
実願平４−７７７６４号（実開平６−０３６７４４号）のＣＤ−ＲＯＭ 実願昭６２−８００５３号（実開昭６３−１８９５３３号）のマイクロフィルム 特開平０９−２２５７７７号公報 特開平１１−０４８０８３号公報

本願発明は、上述の問題点を解消することにある。つまり、切屑回収、加工液タンクの取扱を容易にする共に、加工に伴う機械の各軸案内面及び送り機構等に作用する負荷を低減し、送り精度の良い機械を提供し、もって、加工精度が高くて操作性の良い、構造簡単で、省スペースの立形マシニングセンタを得ることを目的としている。

上記目的を達成するため、本願発明では、
基台となるベッドと、
前記ベッドの後方部に立設されるコラムと、
前記コラムの前面で、左右のＸ軸方向及び上下のＺ軸方向に移動可能に設けられて、立形主軸を回転支持する主軸頭と、
前記ベッドの前方部でＸ軸及びＺ軸方向と互いに直交する、前後の水平Ｙ軸方向に移動可能に設けられたテーブルと、
前記テーブルの左右両側の低位置にＹ軸方向に沿って設けられ、切屑と加工液を下方のチップバケットへ導く穴を有したホッパ状の底面カバーと、
前記左右の底面カバーの下方空間部の床上に設けられて加工液を貯え、貯えた加工液を循環再利用するための加工液ポンプを有する加工液タンクと、
前記加工液タンクと前記底面カバーとの間に設けられ、Ｙ軸方向に引出し可能なチップバケットであり、該チップバケットは、ホッパ状に形成されており、その上方開口部はチップバケットへ切屑と加工液を導く前記底面カバーの穴より引出し方向に長く形成されており、引出し位置でも収納位置でも前記底面カバーから落下する切屑と加工液を受け止め、かつ、その底部に形成された穴は引出し位置でも収納位置でも前記左右の底面カバーの下方空間部の床上に設けられた状態の加工液タンクの加工液受入れ口上部に位置するように形成されており、前記底面カバーから落下した切屑と加工液のうち切屑を残し、加工液を前記加工液タンクに流下させるチップバケットと、
を具備する立形マシニングセンタ、が提供される。

通常、機械装置の配置は、工場内通路に機械の前面を向けて設置する事、及び立形マシニングセンタの運転操作は機械の前面側から行う点に鑑みれば、チップバケットが手前に引出し可能という事は、前記バケットの切屑処理を行うとかメンテナンスを施すのに、もともとスペースに余裕のある通路側を使用する事ができることを意味し、省スペースに有効である。機械の横や後側に引き出す構成に比較し、全体的に省スペースが達成される。

また、チップバケットを手前に引出した状態でも、底面カバーからの切屑、加工液の落下を受け止め、かつ、加工液のみを加工液タンクに流下させることが可能なようにチップバケットは引出し方向に長く、加工液タンクの加工液受け口も長く形成してある。従って、切屑や加工液が次々に発生してくる加工中であっても、チップバケットに溜った切屑を掃除することができ、切屑処理のため加工を停止する必要が無いから、加工能率を低下させるおそれが無い。

コの字状に形成した加工液タンクは、ベッド下部の両側及び前面の空間を巧みに利用して一体的に収納でき、機械装置のコンパクト化が図れる。さらに、メンテナンスのために加工液タンクを手前に引き出しても通路側に当たるため、格別のスペースを必要とせず、機械配置の省スペースを達成することができる。

立形マシニングセンタの構成において、Ｘ軸案内面をコラム前面に設け、このＸ軸案内面上を左右動するサドルを設けたこと、前記サドル前面にＺ軸案内面を設けた点、テーブルの短辺方向、つまりＹ軸方向にのみテーブルを移動するＹ軸案内面を設けた事によって、各軸案内面から加工点までの距離を可及的に短くして、ワークの加工に伴い各軸案内面が受ける切削抵抗によるモーメント荷重を小さくする事ができ、操作性が良く、加工精度を向上させた機械を提供することができる。

底面カバーと加工液タンクとの間を繋ぐ、手前に引出し可能なチップバケットを設けて、バケットを引き出した状態でも、底面カバーからの切屑、切削液の落下を受け止め、加工液のみを加工液タンクに流下させ、加工中も切屑の処理を可能とした立形マシニングセンタの実施形態を説明する。
前記加工液タンクを、マシニングセンタのベッド下部の前側と両側及び床面との間の空隙を利用してコの字状に形成、収納し、機械のコンパクト化を図り、かつ、加工液タンクを前側に引出し可能にして、メンテナンスに要する広いスペースを省略する。

立形マシニングセンタの各軸案内面から加工点までの距離を可級的に短くし、切削抵抗に基づき各軸案内面が受けるモーメント荷重を小さくして、加工精度が良く、操作性の高い装置を提供すること及び加工領域を囲うスプラッシュガード、各軸案内面を覆うカバー類の構成をできる限り簡素化して、カバー類の部品点数を少なくすることができる。

図３は、本発明の立形マシニングセンタの一実施形態の斜視図で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の基本構成を示している。基台となるベッド１の後方部にはコラム３が立設、固定されている。
コラム３の前面の垂直面には、一対のＸ軸案内面３ａ、３ｂが上下に離間して設けられている。このＸ軸案内面３ａ、３ｂに跨って、水平左右方向（Ｘ軸方向）に移動するサドル５が設けられている。このサドル５は、コラム３の左端部に設けられたＸ軸送りモータ９によって駆動されるボールねじナット機構７により、Ｘ軸方向に移動する。サドル５の前面には垂直方向に形成された一対のＺ軸案内面５ａ、５ｂが設けられている。このＺ軸案内面５ａ、５ｂにガイドされる主軸頭１１は、サドル５の上端部に設けられたＺ軸送りモータ１５により駆動されるボールねじ機構によって、上下（Ｚ軸）方向に移動する。

主軸頭１１にはＺ軸に並行な軸線を有し、主軸頭１１に軸受支持された立形主軸（図示せず）が設けられ、その主軸の下方の先端部には工具が着脱可能に装着される。一方、ベッド１の前方部の上面にはＸ軸案内面３ａ、３ｂ及びＺ軸案内面５ａ、５ｂと互いに直交する一対のＹ軸案内面１ａ、１ｂが、水平方向に設けられている。このＹ軸案内面１ａ、１ｂに跨って、水平前後方向（Ｙ軸方向）に移動するテーブル１７が設けられる。このテーブル１７は、ベッド後端部に設けられたＹ軸送りモータ（図示せず）によって駆動されるボールねじナット機構１９によりＹ軸方向に駆動される。

立形マシニングセンタの場合は、通常、テーブル１７は左右（Ｘ軸）方向が長い長方形状に形成され、テーブル１７が短辺方向のＹ軸方向にカイドされて移動する構成になっている。本実施形態では、更にコラム３のＸ軸案内面３ａ、３ｂの長さはＸ軸ストロークとサドル５の左右幅との和以上に、Ｙ軸案内面１ａ、１ｂの長さはテーブル１７のＹ軸ストロークとテーブル１７の前後幅との和以上に、サドル５のＺ軸案内面５ａ、５ｂの長さはＺ軸ストロークと主軸頭１１の被案内部の上下長さとの和以上に設定されている。つまり、サドル５、テーブル１７、主軸頭１１をフルストロークに亘って移動させても、案内面からオーバーハングすることが無い構成になっている。

図４は、立形マシニングセンタとその加工領域を囲むカバー類の一実施形態の斜視図を示している。同マシニングセンタでは、作業環境を良好に保ち、作業の安全性を確保し、機械の滑動部や電装品に切屑や加工液を侵入させず、常時、機械を正常な状態に維持するために加工領域をカバー類で囲う必要がある。そのため、加工領域の前面、左右、両側面及び上面の前方部をスプラッシュガード２１で覆ってある。スプラッシュガード２１は、ベッド１の張出部に載せて固定している。スプラッシュガード２１の前側には、両開きのスライド扉２３ａ、２３ｂが設けられている。スライド扉２３ａ、２３ｂは前面と上面とが一体で開閉することができ、テーブル１７上でワーク段取りを行う場合にクレーンを利用し易い構成にしてある。また、作業員が上半身を加工領域内に入れて作業をしても上面が開いているので、スプラッシュガード２１の内側に付着した加工液が垂れ落ちてこないという利点もある。

また、テーブル１７の前後両側にはＹ軸案内面１ａ、１ｂを覆って山形のＹ軸カバー２５ａ、２５ｂが設けられており、テーブル１７の前後動に伴ない伸縮する構造になっている。左右に勾配を有する山形のＹ軸カバー２５ａ、２５ｂによって切屑や加工液がＹ軸案内面１ａ、１ｂ及びボールねじナット機構１９に侵入せず、Ｙ軸カバー２５ａ、２５ｂに載った切屑や加工液は、左右両側へ流れ落ちる。この左右両側へ流れ落ちた切屑や加工液、テーブル１７から左右に流れ落ちる切屑や加工液、スプラッシュガード２１の内壁面から流れ落ちる切屑や加工液を受け止める底面カバー２７ａ、２７ｂを、ベッド１の前方左右張出し部にＹ軸方向に設けている。この底面カバー２７ａ、２７ｂはホッパ状に形成され、底には下方のチップバケット３７ａ、３７ｂへ切屑、加工液を導く穴が明いている。

一方、サドル５の上部には、主軸頭１１の上方部を含めてサドル上部全体を覆う箱形のサドルカバー２９が設けられている。このサドルカバー２９は主軸頭１１の周囲を覆う箱形の主軸頭カバー３１と入れ子式に形成され、主軸頭１１がＺ軸方向に移動するのに伴い主軸頭カバー３１は微小間隙を介してサドルカバー２９の内部を上下動する事ができる。この微小間隙部がラビリンス構造になっており、シール効果を奏している。主軸頭１１下部のＺ軸案内面５ａ、５ｂを覆うＺ軸カバーは、巻取りカバー形式で設けられている（図示せず）。

以上の説明中、未だ囲っていないのが加工領域の背面と上面後方部である。立形マシニングセンタの場合、通常、主軸頭上部をスプラッシュガードの上面に突出させながら主軸頭を移動できるようにするので、この部分のカバーを完全に行うのが難しく、構造が複雑になりがちである。本実施形態ではＸ軸カバー３３ａ、３３ｂを設けるだけで、この難題を見事に解決している。Ｘ軸カバー３３ａ、３３ｂは、伸縮可能なテレスコピック状に形成され、その左右一端側をサドルカバー２９に他端側をスプラッシュガード２１の両側面内側に固定しており、かつ下端部をＸ軸案内面３ｂの下方で可動支持され、彎曲して立って加工領域上面後方部のカバーも兼ね、スプラッシュガード２１の上面で上端側を可動支持されている。

つまり、Ｘ軸カバー３３ａ、３３ｂだけで加工領域の背面と上面後部を同時に囲っている事になる。これはカバー類の部品点数を少なくすることに寄与している。しかし、加工領域の上面後部を覆う、Ｘ軸カバーとは別体のカバーを設けても良い。また、スプラッシュガードでサドルも含めて加工領域の上面全体を覆う構成とすることを妨げるものではない。

次に、図１、図２、図４を参照して、加工液タンク３５とチップバケット３７ａ、３７ｂに就いて説明する。ベッドｌの前方部下方とテーブル１７が載置された個所の左右下部には床との間に空間が設けてあり、この空隙部に上方から見てコ字形の加工液タンク３５を配置している。底面カバー２７ａ、２７ｂと加工液タンク３５との間を繋いでチツプバケット３７ａ、３７ｂが更に設けられている。そのチップバケット３７ａ、３７ｂは、底面カバー２７ａ、２７ｂの穴から落下する切屑と加工液を受け、加工液をその下の加工液タンク３５に流し、切屑のみを残すための網目板を備えた穴を底部に有している。

チップバケット３７ａ、３７ｂは、それぞれ手前に引き出せるように取手を設けると共に、両側部が加工液タンク３５に設けたガイドに案内、支持される構造になっている。そして、一番手前に引き出した位置でも外枠が底面カバー２７ａ、２７ｂの穴位置から外れることなく、かつ、チップバケット３７ａ、３７ｂの網目穴が加工液タンク３５の加工液受入れ口上部に位置するように形成されている。

図１の右側のチップバケット３７ａは、奥に収容されている場合を、左側のチップバケット３７ｂは手前に引き出して、中に溜った切屑の掃除をしている場合を示している。何れの場合にも、さきに述べたとおり、外枠は底面カバー２７ａ、２７ｂの穴位置から外れることなく、底部に明けた網目穴は、加工液タンク３５の加工液受入れ口から外れない位置にある。

このように、チップバケット３７ａ、３７ｂは、手前に引き出している（奥に収容されている）場合でも、切屑及び加工液を受け取ることができるので、加工中であっても大量に発生する切屑を掃除することができる。従って、切屑除去のため機械を停止させる必要がなく、加工効率の向上に効果がある。加工液タンク３５には、加工液ポンプ３９が設けられ、回収した加工液は、循環再利用される。また、加工液タンク３５には、車輪３５ａ、３５ａと取手が付いており、手前に引き出せる構成になっている。

工場に立形マシニングセンタを設置する場合には、通常、機械の前面に作業員が立って運転操作するので、もともとスペースのある通路側に作業員が立つ事、また、チップバケット３７ａ、３７ｂの掃除や加工液タンク３５内の加工液の交換などの各種メンテナンス作業も通常は機械の後側で行うことが多いが、本実施形態では、手前に引き出して行えるので、専用のスペースを必要とせず、この点でも省スペースが図られている。加工液タンク３５とチップバケット３７ａ、３７ｂは、丁度、ベッド１と床との間の空隙部に収納されており、機械全体をコンパクトにする役目も果たしている。

上述の立形マシニングセンタでは、構成要素のＸ軸案内面をベッドに立設したコラム前面に設け、前記Ｘ軸案内面上を左右動するサドルを、コラム前面に設けたこと、このサドル前面にＺ軸案内面を設けて立形主軸頭をガイドした点、テーブルの短辺方向、つまりＹ軸方向にのみテーブルを移動するＹ軸案内面をベッド前方上面に設けた事により、各軸案内面から加工点までの距離を可及的に短くし、ワークの加工に基づき各軸案内面が受ける切削抵抗によるモーメント荷重を小さくする事によって、送り精度を向上させ、操作性が良好で加工精度の高いマシニングセンタを提供することができた。

本発明実施形態による加工液タンクとチップバケットの斜視図である。 本発明実施形態によるチップバケットの切屑掃除方法を示した説明図である。 本発明実施形態によるＸ、Ｙ、Ｚ軸の構成を示す斜視図である。 本発明実施形態による加工領域を囲うカバー類を示す斜視図である。

符号の説明

１ ベッド
１ａ、１ｂ Ｙ軸案内面
３ コラム
３ａ、３ｂ Ｘ軸案内面
５ サドル
５ａ、５ｂ Ｚ軸案内面
１１ 主軸頭
１７ テーブル
２１ スプラッシュガード
２３ａ、２３ｂ スライド扉
２５ａ、２５ｂ Ｙ軸カバー
２７ａ、２７ｂ 底面カバー
２９ サドルカバー
３１ 主軸頭カバー
３３ａ、３３ｂ Ｘ軸カバー
３５ 加工液タンク
３５ａ 車輪
３７ａ、３７ｂ チップバケット

Claims (1)

1. 基台となるベッドと、
   前記ベッドの後方部に立設されるコラムと、
   前記コラムの前面で、左右のＸ軸方向及び上下のＺ軸方向に移動可能に設けられて、立形主軸を回転支持する主軸頭と、
   前記ベッドの前方部でＸ軸及びＺ軸方向と互いに直交する、前後の水平Ｙ軸方向に移動可能に設けられたテーブルと、
   前記テーブルの左右両側の低位置にＹ軸方向に沿って設けられ、切屑と加工液を下方のチップバケットへ導く穴を有したホッパ状の底面カバーと、
   前記左右の底面カバーの下方空間部の床上に設けられて加工液を貯え、貯えた加工液を循環再利用するための加工液ポンプを有する加工液タンクと、
   前記加工液タンクと前記底面カバーとの間に設けられ、Ｙ軸方向に引出し可能なチップバケットであり、該チップバケットは、ホッパ状に形成されており、その上方開口部はチップバケットへ切屑と加工液を導く前記底面カバーの穴より引出し方向に長く形成されており、引出し位置でも収納位置でも前記底面カバーから落下する切屑と加工液を受け止め、かつ、その底部に形成された穴は引出し位置でも収納位置でも前記左右の底面カバーの下方空間部の床上に設けられた状態の加工液タンクの加工液受入れ口上部に位置するように形成されており、前記底面カバーから落下した切屑と加工液のうち切屑を残し、加工液を前記加工液タンクに流下させるチップバケットと、
   を具備することを特徴とした立形マシニングセンタ。

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