JP4804114B2

JP4804114B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP4804114B2
Application number: JP2005319705A
Authority: JP
Inventors: 久博甲斐
Original assignee: Horkos Corp
Current assignee: Horkos Corp
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-11-02
Also published as: JP2007125641A

Description

本発明は、床面に定置されるベースと、下端部に工具を固定される縦回転駆動軸を具備した加工ヘッドと、前記ベースの上面上に形成され前記加工ヘッドを案内部を介して前後方向、左右方向及び上下方向へ変位させる案内駆動手段とを備えた工作機械（マシニングセンタ）に関する。

工作機械として特許文献１に示すようなものが存在しているのであって、その概要を説明すると、ベースの前面の左右端部を前方へ張り出させてなる左右一対の比較的大きな側壁部を具備し、これら側壁部間にワーク支持用の治具が設けられ、またベースの前下部が前方へ張り出されて前記治具の下方にまで到達されると共に、加工ヘッドがベースの上部を介してベースの前方へ張り出され治具の真上に位置されており、さらに前記ベースの前下部の上面に切粉搬出手段が形成されたものとなされている。

また従来より使用されている図２４に示すような工作機械は存在しているのであり、ベース１００の前下部が前方へ張り出されてワークｗ支持用の治具２８の下方にまで到達されると共に、加工ヘッド１０２がベース１００の上部を介してベース１００の前方へ張り出され治具２８の真上に位置されており、さらにベース１００の前下部の上面に切粉搬出手段が形成されている構成は特許文献１に示す工作機械と一致している。
特許第２９６８９３８号公報

上記した従来の工作機械にあっては、左右一対の側壁部が加工ヘッドの左右移動を制限して左右方向のワーク加工可能範囲の拡大化を阻むと共に、治具真上でのワークの左右方向移動を制限して治具に対する簡易迅速なワークの搬入搬出を困難となすのであり、またベースの前下部上に高温の切粉が集積されるため、該切粉の熱に起因してワーク加工精度が損なわれ易いのであり、またベースの前下部が上下方向のワーク加工可能範囲を制限すると共に切粉搬出手段の設置自在性を低減させるなどの問題点がある。

さらにはワーク加工時の工具に作用する力が図２４に示すように工具Ｔ、加工ヘッド１０２、ベース１００、治具２８、ワークｗを経てループＬＰ１を描くように伝達されるのであり、この伝達距離が比較的長いものであるため、機械全体の剛性が低下し、工具Ｔに作用する力が大きいとき加工精度が損なわれることが生じるのである。

本出願人はこれらの問題点を解消させることのできる工作機械として、既に特願平１７−７９８５８号を提案している。
この特願平１７−７９８５８号では、ベースの前面と治具との前後方向距離を一定程度以上に大きくすると、ベース及び治具周辺の剛性が低下して精度の高い加工が行えなくなるため、前記前後方向距離は一定程度以下になされるが、このようになされると、治具及びこれに固定されたワークの左右方向線回りの旋回半径の大きさが前記一定程度に関連して制限されるため、左右方向線回りの旋回により加工可能し得るワークの大きさが前記旋回半径大きさに関連して制限されるのである。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたもので、即ち、特願平１７−７９８５８号の工作機械の利点を維持させつつ、しかも高精度な加工の行えるワークの大きさの制限を緩和させることのできる工作機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明に係る第一の工作機械は、請求項１に記載したように、床面に定置されるベースと、下端部に工具を固定される縦回転駆動軸を具備した加工ヘッドと、前記ベースの上面上に形成され該加工ヘッドを案内部を介して前後方向、左右方向及び上下方向へ変位させる案内駆動手段とを備えた工作機械において、前記ベースの前面の略全体を前後方向に対し直交した単一平面になし、この前面の左右端部の上下方向全長箇所又は上下方向略全長箇所を含む左右一対のベース左右方向端前部の間をなすベース左右方向中間前部をこれ以外のベース部分に対し脱着可能となすと共に、前記工具で加工されるワークを固定するための治具を前記前面の高さ途中箇所から前方へ張り出させた状態に設けたことを特徴とする

また本発明に係る第二の工作機械は、請求項２に記載したように、床面に定置されるベースと、下端部に工具を固定される縦回転駆動軸を具備した加工ヘッドと、前記ベースの上面上に形成され該加工ヘッドを案内部を介して前後方向、左右方向及び上下方向へ変位させる案内駆動手段とを備えた工作機械において、前記ベースが前面の略全体を前後方向に対し直交した単一平面になした後に、この前面の左右端部の上下方向全長箇所又は上下方向略全長箇所を含む左右一対のベース左右方向端前部の間をなすベース左右方向中間前部を切除された形態となされると共に、前記工具で加工されるワークを固定するための治具が前記前面の高さ途中箇所から前方へ張り出した状態に設けられる構成を特徴とする。

上記発明は次のように具体化するのがよい。
即ち、請求項３に記載したように、前記ベース左右方向端前部の前後方向長さが凡そ１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度となされている構成となす。

また請求項４に記載したように、左右各側の前記ベース左右方向端前部の左右方向長さが凡そ１００ｍｍ程度以上となされている構成となす。

また請求項５に記載したように、前記治具が左右一対の前記ベース左右方向端前部の前端面をなす前記前面部分から前方へ張り出させてある構成となす。

また請求項６に記載したように、前記治具が前記ベース左右方向中間前部の前端面をなす前記前面部分から前方へ張り出させてある構成となす。

さらには請求項７に記載したように、前記治具が左右一対の前記ベース左右方向端前部の間に位置され且つ前記前面の後側に位置されている構成となす。

本発明によれば次のような効果が得られる。
即ち、請求項１に記載したものによれば、ベースの前面の治具やこれに固定されたワークの左右箇所に縦形マシニングセンタの構成部材が存在しないものとなるから、加工ヘッドによる加工領域の左右方向範囲を比較的広く確保することができると共に治具の直上近傍でワークを左右方向へ移動させることができて治具へのワークの搬入や治具上からのワークの搬出を簡易迅速に行うことができるものとなる。

またベース上に高温の切粉が堆積しないものとなることから、切粉の熱がベースに伝達され難くなって、ワーク加工精度を良好に維持させることができるのであり、また治具の真下にベースが存在しなくなるため、加工ヘッドによる上下方向のワーク加工領域がベースの存在で制限されることのないものとなるほか切粉排出手段としての切粉コンベアの設置自在性が向上する。

またワークの加工中には工具に作用する力が加工ヘッド、案内駆動手段、ベース、治具及びワークを経てループ状に伝達されるが、この際の力の伝達距離は治具がベースの前面の高さ途中から前方へ張り出し状に設けられていることから比較的短いものとなり、該力に対する縦形マシニングセンタの剛性を増大させてワークの加工精度を向上させることができる。

さらには、ベース左右方向中間前部を他のベース部分から分離させ除去することにより、ベース前面に凹み部が形成されるため、治具やこれに固定されたワークの旋回半径をベース左右方向端前部の前後方向長さ（ベース左右方向中間前部の前後方向長さ）に関連して増大させることができるのであり、このさいベース左右方向端前部はベースの前面の左右端部の上下方向全長箇所又は上下方向略全長箇所を含みしかも左右方向長さ及び前後方向長さが特定大きさであるものとなされているため、特願平１７−７９８５８号のものに比べこれの加工時の力の伝達距離を伸ばすことなく、しかも殆どそのベースの剛性を低下させることなく、治具やこれに固定されたワークの旋回半径を増大させることができ、高精度な加工を行うことのできるワークの上限大きさの制限を緩和させることができる。

そして、分離され除去されたベース左右方向中間前部を元位置に装着した状態では、ベース左右方向中間前部の前面に治具などを固定させることが可能となって、特願平１７−７９８５８号のものと同様に機能させることができるものである。

請求項２に記載したものによれば、請求項１記載の工作機械においてベース左右方向中間前部が取り外されたものと同一形態となって同一の効果が得られるものである。

請求項３に記載したものによれば、前後左右及び上下方向の長さが数ｍに及ぶ大きさとなされるベースの剛性を実際上殆ど低下させることなく治具及びこれに固定されたワークの左右方向線回りの旋回半径を凡そ１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度大きくなすことができ、これにより高精度な加工が可能となるワークの左右方向線回りの旋回半径の長さを凡そ１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度大きくなすことができる。

請求項４に記載したものによれば、前後左右及び上下方向の長さが数ｍに及ぶ大きさとなされるベースの剛性を実際上殆ど低下させることなく治具及びこれに固定されたワークの左右方向線回りの旋回半径をベース左右方向端前部の前後方向長さに関連して大きくなすことができる。

また請求項５に記載したものによれば、治具が左右一対のベース左右方向端前部の前端面である前記前面部分から前方へ張り出させてあるため、治具の左右箇所がベースの前記前面部分に支持されてこの治具に固定されたワークが安定的に支持されるものとなる。

また請求項６に記載したものによれば、治具がベース左右方向端前部を介することなくベース左右方向中間前部で支持されるため比較的左右方向長さの小さな治具を介してワークを支持させることができるのであり、これにより加工時の力伝達距離を小さくなしてベース及び治具の加工時の外力による歪みを小さくなすことができ、高精度な加工が行えるものとなる。

さらには請求項７に記載したように、治具が左右一対のベース左右方向端前部の間に位置され且つこれらベース左右方向端前部の前端面をなす前面部分の後側に位置されるため、治具に固定されたワークの被加工範囲を前記単一平面よりも前側に位置させ且つ前記単一平面に近い位置に位置させることができ、これにより加工時の力伝達距離を一層小さくなしてベース及び治具の加工時の外力による歪みを可及的に小さくなすことができ、高精度な加工が行えるものとなる。

図１〜図２３は本発明に係る工作機械としての縦形マシニングセンタを示すものであり、図１は第１実施例の縦形マシニングセンタの一部を省略した斜視図、図２は前記縦形マシニングセンタの側面図、図３は図１に示す縦形マシニングセンタからベース左右方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図、図４は図１中の治具を変形した状態の縦形マシニングセンタを示す斜視図、図５は図１中の治具を変形した状態の縦形マシニングセンタを示す斜視図、図６は図１中の治具を変形した状態の縦形マシニングセンタを示す斜視図、図７は図１の縦形マシニングセンタにホッパー部などを設けた状態を示す斜視図、図８は図６の縦形マシニングセンタに外周カバーを設けた状態を示す斜視図、図９は前記縦形マシニングセンタをこれの治具を省略した状態で斜め下方から見た図、図１０は図８の縦形マシニングセンタに内側カバーを設けた状態を示す斜視図、図１１は図１０の縦形マシニングセンタの治具にテーブルを具備したものとした状態を示す斜視図、図１２は前記縦形マシニングセンタの工具交換装置などの平面視説明図、図１３は前記工具交換装置の側面視作動説明図、図１４は前記縦形マシニングセンタのワーク加工時の力の伝達状態を示す説明図、図１５は図６の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図、図１６は図１５の縦形マシニングセンタを示す側面図、図１７は図７の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図、図１８は図４の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図、図１９は図５の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図、図２０は図１１の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図、図２１は図１７中の治具を変形した状態の縦形マシニングセンタを示す斜視図、図２２は６台の前記縦形マシニングセンタを列設した状態を示し、Ａは平面図でＢは側面図、図２３は６台の前記縦形マシニングセンタを列設した別の状態を示し、Ａは平面図でＢは一部を省略した側面図である。

図１〜図３に示すように、本発明に係る縦形マシニングセンタはベース１００、案内駆動手段１０１及び加工ヘッド１０２を備えている。
ベース１００は床面に定置されるもので全体形状を左右方向（Ｘ軸方向）長さが凡そ１．４ｍ〜２．８ｍ程度、前後方向（Ｙ軸方向）長さが凡そ２ｍ〜４ｍ程度、上下方向（Ｚ軸方向）長さが１ｍ〜３ｍ程度である略々方形体となされ、また左右の各側面１ａ、１ｂを左右方向と直交した単一平面になされると共に前面１ｃ及び後面１ｄの大部分を前後方向と直交した単一平面になされている。

ベース１００の下部は床面に支持されるベッド部ａ１をなしており、該ベッド部ａ１の下面１ｅの四隅近傍には高さ調整可能となされた支持部材２が設けられている。このさい、前側の左右一対の支持部材２、２はベッド部ａ１の前面下端部の左右端箇所に前方Ｙ１へ張り出させた張出付加部２ａを設け、この張出付加部２ａに縦ネジ部材２ｂを螺着し、この縦ネジ部材２ｂの下端にこの縦ネジ部材２ｂを支持するように係着され、ベース１００の左右各側面１ａ、１ｂよりも左右方向の外方へ張り出さないように位置されている。そして後側の左右一対の支持部材２、２はベッド部ａ１の後面下端部の左右端箇所に側面視コ形の凹み部２ｃを形成し、この凹み部２ｃの下側部位２ｄに縦ネジ部材２ａを螺着し、この縦ネジ部材２ａの下端にこの縦ネジ部材２ａを支持するように係着され、ベース１００の左右側面１ａ、１ｂから左右方向の外方へ張り出さないように且つベース１００の後面１ｄから後方Ｙ２へ張り出さないように位置されている。

ベース１００の前部には左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａとベース左右方向中間前部１００Ｂとからなっている。そして、ベース左右方向端前部１００Ａのそれぞれはベース１００の前面１ｃの左右端部の上下方向全長箇所（又は上下方向略全長箇所）を含み、しかも前後方向長さＬ１を凡そ２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度となされ且つ左右方向長さＬ２を凡そ１００ｍｍ程度以上（好ましくは凡そ２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度）となされており、またベース左右方向中間前部１００Ｂは左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａの間に位置したベース１００前部分をなすもので左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａの前端面ａ３である前面部分の間に位置した前面１ｃ部分を前端面ａ４としたものとなされている。

ここに、前後方向長さＬ１が凡そ２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度であること及び左右方向長さＬ２が凡そ１００ｍｍ程度以上であることは、縦形マシニングセンタによるワーク加工時にベース１００に作用する外力に対してベース１００（特に左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａの周辺部分）の剛性を十分な大きさに維持するに足りるものである。また左右方向長さＬ２が凡そ２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度であることは前記外力がさらに大きなものとなってもベース１００の剛性を十分な大きさに維持することを可能となすものである。

ベース左右方向中間前部１００Ｂはこれを含まないベース１００部分に対して脱着可能となされており、ベース左右方向中間前部１００Ｂの装着状態ではボルトによりベース左右方向中間前部１００Ｂを含まないベース１００部分に締結固定された状態となされ、左右側面箇所を左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａのそれぞれの内方側の側面に密接され、後面箇所が前記これを除いたベース１００部分に密接された状態となされるのであり、また取外しにさいしては例えば、加工ヘッド１０２を後方Ｙ２へ移動させた状態の下で、クレーンなどで上方へ抜き外されるものとなすのがよい。

ベースの下面１ｅにはＹ軸方向へ延びる凹み溝部ａ２が形成されており、またベース１００の内方でベッド部ａ１の上側箇所にはベース上面１ｆの一部を開放された空間ａ５が形成されている。

上記案内駆動手段１０１は第１サドル４、第１案内部５及び第１駆動部６と、第２サドル７、第２案内部８及び第２駆動部９と、第３案内部１０及び第３駆動部１１とからなっている。
これをさらに具体的に説明すると、第１サドル４は側面視略台形のブロックとなされベース上面１ｆ上に配置されるもので、下面が水平面となされ、前面がＹ軸方向と直交した平面となされ高さ中央箇所が側面視凹み状となされ、左右側部が側面視三角状になされている。

そして第１案内部５は、ベース上面１ｆの左右側に固設されＹ軸方向へ直状となされた一対のガイドレール１２と、第１サドル４の下面の左右側の前後位置に固設され対応する１本のガイドレール１２に摺動変位自在に嵌合されたガイドブロック１３とからなっている。

そして第１駆動部６は、ベース上面１ｆと第１サドル４の下面との間でＸ軸方向中央位置にＹ軸方向に沿って位置され軸受を介してベース上面１ｆの特定位置で回動自在に保持された第１ネジ軸１４と、該第１ネジ軸１４を回転駆動する第１サーボモータ１５と、第１サドル４の下面に固定され第１ネジ軸１４を螺合された図示しないナット体とからなり、第１サーボモータ１５が図示しない数値制御による制御装置（ＮＣ制御装置）からの指令により回転作動されることにより第１サドル４がベース１００上でＹ軸方向へ移動されるものとなされている。

また第２サドル７は縦向き略方形板状のブロックとなされていて第１サドル４の前面に近接して配置されたもので、上部及び下部の左右端が中央部の左右端から少し左右側へ張り出した状態となされると共に上部が中央部及び下部よりも後方へ張り出されているものである。

そして第２案内部８は、第１サドル４の前面の下箇所に固設されＸ軸方向へ直状となされた下側のガイドレール１７ａと、第１サドル４の上面前部に固設されＸ軸方向へ直状となされた上側のガイドレール１７ｂと、それぞれのガイドレール１７ａ、１７ｂに摺動変位自在に嵌合され案内される左右一対のガイドブロック１８とからなっている。

そして第２駆動部９は、第１サドル４の前面と第２サドル７の後面との間のＺ軸方向中央位置にＸ軸方向に沿って位置され軸受を介して第１サドル４の前面の特定位置で回動自在に保持された第２ネジ軸１９と、該第２ネジ軸１９を回転駆動する第２サーボモータ２０と、第２サドル７の後面に固定され第２ネジ軸１９を螺合されたナット体とからなり、第２サーボモータ２０が図示しないＮＣ制御装置からの指令により回転作動されることにより第２サドル７が第１サドル４の前面上でＸ軸方向へ移動されるものとなされている。

また第３案内部１０は、上側ヘッド本体部２３ｂ及び下側ヘッド本体部２３ａからなるヘッド本体部２３の後面の左右側に固設されＺ軸方向へ直状となされた一対のガイドレール２２と、第２サドル７の前面の左右各側の上下位置に固設され前記１本のガイドレール２２を摺動変位自在に嵌合され上下方向へ案内するガイドブロックｂ１、ｂ２からなっている。

そして第３駆動部１１は、第２サドル７の前面と上側ヘッド本体部２３ｂの後面との間でこれらのＸ軸方向中央にＺ軸方向に沿って位置され軸受を介して第２サドル７の前面の特定位置で回動自在に保持された図示しない第３ネジ軸と、この第３ネジ軸を回転駆動する第３サーボモータ２４と、上側ヘッド本体部２３ｂの後面に固定され前記第３ネジ軸を螺合された図示されないナット体とからなり、第３サーボモータ２４が図示しないＮＣ制御装置からの指令により回転作動されることにより加工ヘッド１０２が第２サドル７の前面上でＺ軸方向へ移動されるものとなされている。

加工ヘッド１０２は、ヘッド本体部２３と、下端に工具Ｔを固定されヘッド本体部２３に軸受を介して回転のみ自在に支持された縦回転駆動軸２６と、上側ヘッド本体部２３ｂに固定され縦回転駆動軸２６を回転させるスピンドルモータ２７とを備えている。

上記した構成において、ベース１００の前面１ｃにはワークｗを固定状に支持するための治具２８が設けられている。この治具２８はワークｗをネジ部材などを介して固定状に支持可能となされた平板体となされており、またベース１００のＸ軸方向中央位置上での治具２８の高さを複数箇所の任意位置に変更するための手段が形成されているのであって、具体的にはベース１００の前面１ｃであるベース左右方向端前部１００Ａの前面部分ａ３とベース左右方向中間前部１００Ｂの前面部分ａ４とに多数のネジ孔ｃ１がＺ軸方向へ列設されていて、治具２８を固定するためのネジ部材ｃ３を螺着するべきネジ孔ｃ１、ｃ２を変更することにより治具２８がそのネジ孔ｃ１、ｃ２に対応した高さに変更されるようになされている。治具２８は図４に示すような鈎状板となしてもよいし、或いは図５に示すように主要部２８ａが直方体状となされた肉厚ブロックとなしてもよい。

この際、治具２８を固定するために例えばベース１００の前面１ｃと治具２８との間に図示しない比較的薄厚の板部材を突出状に設けることや、治具２８をＺ軸方向へ案内するために凸状或いは凹み状の案内軌道などを設けることも差し支えない。また前面１ｃには必要に応じて比較的前後方向の寸法の小さいその他の凸状部や凹み状部を形成することもある。このように前面１ｃに設けられる比較的前後方向寸法の小さい凸状部や凹み状部は、本発明上、前面１ｃが単一平面であるという構成を逸脱するものではない。

治具２８はワーク支持部をＮＣ制御装置を介して任意な方向へ移動させることを可能となすように支持する構成となすこともできるのであり、例えば図６に示すように、ベース１００の前面１ｃの左右箇所にサーボモータの組み込まれた駆動部ｄ１と軸受部ｄ２とかなるテーブルｄを前方Ｙ１への張出状に固設し、これら駆動部ｄ１と軸受部ｄ２との間にＸ軸方向の回転支持軸を介してワーク支持部ｄ３を左右方向線Ｏ１回りの旋回可能に設け、該ワーク支持部ｄ３の左右方向線回りの位置がＮＣ制御装置からの指令により変化されるものとなしてもよいのであり、またこれに代えて、ワーク支持部ｄ３に固定されたワークｗの左右傾斜姿勢がＮＣ制御装置からの指令により変化されるものとなしたり、或いはワーク支持部ｄ３に固定されたワークｗがＮＣ制御装置からの指令によりＺ軸方向の特定軸回りへ変位されるものとなすことも可能である。これらの治具２８についてもこれの高さを変更調整可能となすことは必要に応じて任意になし得ることである。それには例えば、サーボモータや流体圧シリンダなどの駆動装置の作動に連動して治具２８を特定軌道上でＺ軸方向へ平行移動させる機構を形成することも差し支えないのであり、またワーク支持部ｄ３に固定されたワークｗの任意の特定方向への移動を手動ハンドルの操作により行わせてもよい。

なお上記の図１〜図６に示す治具はベース左右方向端前部の前面部分ａ３、ａ３に固定されているが、これに代えて、ベース左右方向中間部１００Ｂの前面部分ａ４に固定しても或いはこれら双方の前面部分ａ３、ａ４に固定することも差し支えない。

ベース１００の下側には、一般に、治具２８に固定されたワークｗが切削されたときに生じる切粉を特定場所へ搬送するための切粉コンベア２９が設けられる。該切粉コンベア２９は治具２８の真下に切粉入口２９ａを位置されると共に切粉出口２９ｂを切粉搬出に適した場所に位置されるのであり、切粉コンベア２９の切粉搬送方向は現場の状況に応じて適当に決定されるのであって、図示のようにＹ軸方向へ向けられたり、或いはＸ軸方向などへ向けられることもある。切粉コンベア２９は切粉を上面に載置した状態で移動させる無限搬送帯２９ｃを具備すると共に、該無限搬送帯２９ｃの外周囲をケーシング２９ｄで液密状に囲った状態となされ、ケーシング２９ｄ内がクーラントの通路として使用されると共に、ケーシング２９ｄの長手方向途中箇所にクーラントを貯溜するためのタンク２９ｅを形成されている。

図１〜図６に示す縦形マシニングセンタでは、一般に、図４、図５、図７、図８に示すように、治具２８の下側でベース１００の前面１ｃ箇所に、治具２８に固定されたワークｗを切削したときに生成される切粉や工具Ｔによるワークｗの切削箇所などに供給されるクーラントを受け入れ下端開口を通じ切粉コンベア２９の切粉入口２９ａ内に落下させるものとしたホッパー部３０が形成される。そして、ホッパー部３０の上側であるベース１００の前側空間と、ベース１００の上側空間とを包囲するための外周カバー３１が設けられる。図４、図５、図７、図８のそれぞれに示される縦形マシニングセンタにおける外周カバー３１は左右の側面壁３１ａ、３１ｂと、前面壁３１ｃと、第一サドル４に固定された上部Ｘ軸方向縦面壁３１ｄを備えるほか、上部Ｘ軸方向縦面壁３１ｄの上部と前面壁３１ｃ上部内面とを結合し且つＹ軸方向の伸縮変形自在となされた蛇腹状水平面壁３１ｅなどを備えたものとなされる。この際、蛇腹状水平面壁３１ｅの左右の各端縁は左右の側面壁３１ａ、３１ｂの内面に近接される。なお、前面壁３１ｃや左右の側面壁３１ａ、３１ｂには必要に応じワークｗを外周カバー３１内に搬入し或いは外周カバー３１内から搬出するための開閉口が形成される。また図９に示すように、上部Ｘ軸方向縦面壁３１ｄの下端縁とベース１００の前端上縁部との間でヘッド本体部２３の下端部の左右各側にはヘッド本体部２３のＸ軸方向移動に連動して変位する摺動壁面３１ｇ、３１ｇが形成されており、この摺動壁面３１ｇ、３１ｇはヘッド本体部２３がＸ軸方向の任意位置に移動しても、上部Ｘ軸方向縦面壁３１ｄの下端縁とベース１００の前端上縁部との間を切粉やクーラントの外方飛散を阻止する状態に保持するものとなされている。またヘッド本体部２３の左右各側の摺動壁面３１ｇはヘッド本体部２３がＸ軸方向へ大きく変位してもベース１００の左右側面１ａ、１ｂの外方へ出ない構造となされるのであって、具体的には特許公報第３１６８３２８号に開示された技術を使用するのであり、摺動壁面３１ｇがヘッド本体部２３により大きくＸ軸方向へ押されたときに、案内レール３１ｈの案内作用により、ベース１００の左右側面１ａ、１ｂ近傍で立ち上がり状に姿勢変更するものとなされている。

また図８の縦形マシニングセンタの場合には、さらに図１０に示すように必要に応じて外周カバー３１の内方に軸受部ｄ１、ｄ２の周囲を包囲する内側カバー３２ａ、３２ｂを設けるのがよいのであり、これら内側カバー３２ａ、３２ｂは軸受部ｄ１、ｄ２の相対摺動面に切粉が入り込んだり駆動部ｄ１や軸受部ｄ２の周辺にクーラントが飛散して付着するのを阻止する上で寄与する。また治具２８が図１１に示すように上下方向線回りへ回転されるテーブルｄを図８に示されたワーク支持部ｄ３上に設けたものとなされることがあるが、この場合にも、テーブルｄの駆動部を包囲する適宜な内側カバーを外周カバー３１の内方に設け、ワーク加工領域とテーブルｄ用の駆動装置の存在領域とをこの内側カバーで液密状に遮断して、テーブルｄ用の駆動装置にクーラントや切粉が降りかからないようになされる。

ベース１００の内方の空間ａ５内には工具交換装置３３が形成されている。工具交換装置３３は種々に形成できるが、ここでは図１２及び図１３に示すように、ベース１００内にサーボモータ３４を備えた駆動部３５を介して支持された円盤３６に工具Ｔを保持する爪部３７を配設し、サーボモータ３４と減速機により工具Ｔの割り出しを行うようになされている。なおベース左右方向中間前部１００Ｂを含むベース１００の前部には工具交換のさいに加工ヘッド１０２の縦回転駆動軸２６やこれにクランプされた工具Ｔの移動を可能となす通路ａ７が形成されている。

そして、工具Ｔの交換が次のように行われるものとなされているのであり、即ち、加工可能領域ｐ１に位置している縦回転駆動軸２６が工具交換開始位置ｐ２に移動され、続いて工具交換位置ｐ３に移動され、次に縦回転駆動軸２６に既に装着されている工具Ｔが工具交換位置ｐ３に位置された爪部３７に保持された状態で、その工具Ｔのアンクランプ作動が行われ、この後、縦回転駆動軸２６が上昇され、次に工具Ｔを保持している円盤３６が旋回され、次に装着すべき工具Ｔが工具交換位置ｐ３に割り出された後、縦回転駆動軸２６が降下して工具交換位置ｐ３に位置された工具Ｔのクランプ作動が行われ、その後、縦回転駆動軸２６が工具交換開始位置ｐ２と同じ位置である工具交換終了位置に移動され、次の加工指令に備えるものとなされている。このような工具交換装置３３であればベース１００の設置場所以外に工具交換装置３３を設置する場所が不必要となって機械の設置スペースが小さくて済む。上記工具交換装置３３は、機械前側部、右側面部、左側面部、案内駆動手段１０１などに配置することも差し支えない。

次に上記した図１、図２、図４〜図１３に示す縦形マシニングセンタにより、ベース左右方向中間前部１００Ｂをベース１００から取り外さない状態の下でワークｗを加工する場合の使用例及び作用について説明する。

作業者は外周カバー３１の外側に存在するワークｗを治具２８のワーク支持部ｄ３上に搬入し固定するのであり、またワークｗの加工が終了した後、治具２８からワークｗを取り外し外周カバー３１の外側へ搬出する。この際、ベース１００の前面１ｃが単一平面であり且つ該単一平面の高さ途中に治具２８を設けた構成であるため、特に図１〜図５に示す治具２８の場合には外周カバー３１の内方で治具２８の前側及び左右側となる箇所に縦形マシニングセンタの構成部材が何ら存在しないものとなり、また図６に示す治具の場合には外周カバー３１の内方で治具２８の前側及び左右側となる箇所に駆動部及び軸受部以外には縦形マシニングセンタの構成部材が存在しないものとなり、従ってワークｗは外周カバー３１の外側から前面壁３１ｃの開閉口を通じて治具２８の前側からＹ軸方向へ移動されることにより、或いは左右の側面壁３１ａ、３１ｂの開閉口を通じて治具２８の左右側からＸ軸方向へ移動されることにより比較的容易に治具２８上に搬入されるようになり、また治具２８上から前面壁３１ｃの開閉口を通じてＹ軸方向へ移動されることにより、或いは左右の側面壁３１ａ、３１ｂの開閉口を通じてＸ軸方向へ移動されることにより比較的容易に外周カバー３１の外側へ搬出されるようになるのであり、また図１〜図６に示す各実施例においてベース１００の前面１ｃが単一平面であり且つ該単一平面の高さ途中に治具２８を設けた構成は治具２８に固定することのできるワークｗのＸ軸方向の寸法範囲を比較的大きくなす上でも寄与するものである。

またワークｗの大きさが変更されるなどにより工具Ｔによる加工領域を変化させる必要の生じたときは、治具２８を固定するためのネジ部材ｃ２を螺着するネジ孔ｃ１を変更するなどして、治具２８の高さを変更する。この際、治具２８の床面からの高さを小さくすると、治具２８から初期位置にある加工ヘッドの工具Ｔに至るまでの上下方向距離が増大されて上下方向の加工可能範囲が増大されるのであり、逆に治具２８の高さを大きくすると、治具２８から初期位置にある加工ヘッドの工具Ｔに至るまでの上下方向距離が減少されて上下方向の加工可能範囲が減少されるのである。

また治具２８に固定されたワークｗを加工する際は図示しないＮＣ制御装置の作動を開始させるのであり、これによりＮＣ制御装置は予め入力されたプログラムに基づいて第１〜第３のサーボモータ１５、２０、２４を適宜に作動させて加工ヘッド１０２をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向へ移動させると共に、スピンドルモータ２７を作動させて縦回転駆動軸２６及びこれに装着された工具Ｔを回転させるほか、必要に応じて図６に示す治具２８の駆動部ｄ１のサーボモータを回転させてワーク支持部ｄ３及びこれに固定されたワークｗを左右方向線Ｏ１回りへ旋回させるのであり、また必要に応じて工具交換装置３３を作動させて加工ヘッド１０２の工具Ｔを交換させたり、図示しないクーラント供給手段を適時に作動させてクーラントを供給させる。

上述した図示しないＮＣ制御装置の制御作動により、工具Ｔがワークｗを予定形状に加工するものとなるのであり、この加工時において工具Ｔに作用する力は図１４に示すように加工ヘッド１０２、第２サドル７、第１サドル４、ベース１００、治具２８及びワークｗを経てループＬＰ１を描くように伝達される。

加工ヘッド１０２によるワークｗの加工中には工具Ｔによるワークｗの切削を円滑となし且つ切削箇所を冷却するために図示しないクーラント供給手段がクーラントを供給するのであり、一方で工具Ｔはワークｗを切削して切粉を生成させるのであり、これらクーラントや切粉は工具Ｔの回転により周囲に飛散されつつ重力作用により落下する。飛散されたクーラントや切粉は外周カバー３１（前面壁３１ｃ、左右の側面壁３１ａ、３１ｂ、伸縮水平面壁３１ｅなど）やベース１００などで外方への飛散を阻止された後、ホッパー部３０の内方に落下する。そしてクーラントは工具Ｔによる切削箇所に液状で供給されるときには切粉を洗い流すように流下し、またミスト状で供給されるときは切粉に付着した状態で落下する。

こうしてホッパー部３０内に落下したクーラントや切粉は重力作用により、ホッパー部３０内の底部に集められ、その下端開口から切粉コンベア２９の切粉入口２９ａ内に落下する。この際、クーラントや切粉は、ベース１００の前面１ｃがＺ軸方向に沿った単一平面となされているため、ベース１００表面に堆積することなく円滑に切粉入口２９ａ内に落下するのであり、従って摩擦熱で高温になった切粉がベース１００に堆積してベース１００を加熱するような従来の現象は発生しなくなり、ベース１００は切粉による熱変形を抑制され、加工精度を良好に維持する。

切粉入口２９ａ内に達したクーラント及び切粉のうち、クーラントは無限搬送帯２９ｃの隙間を通り過ぎてケーシング２９ｄ内の底部に達し該底部を経てタンク２９ｅ内に流入するのであり、また切粉は無限搬送帯２９ｃ上に載置状に支持され無限搬送帯２９ｃの移動により切粉出口２９ｂへ向けて搬送されるのであり、切粉に付着したクーラントは切粉が無限搬送帯２９ｃで搬送される過程で重力作用により分離されてケーシング２９ｄ内の底部に落下しタンク２９ｅ内に流入する。タンク２９ｅ内に貯溜されたクーラントは再び使用されるのであり、また切粉出口２９ｂから排出された切粉は切粉出口２９ｂ下方に配置された容器に収容される。

ところで、図１０〜図１１に示すような治具２８を使用する場合、ワーク支持部ｄ３及びこれに固定されたワークｗを左右方向線Ｏ１回りへ旋回させたいことがあるが、このとき左右方向線Ｏ１からベース１００の前面１ｃまでの距離が不十分なためワーク支持部ｄ３及びワークｗを旋回させることができないことが生じる。

この場合には、案内駆動手段１０１により加工ヘッド１０２を後方Ｙ２へ大きく後退させて加工ヘッド１０２がベース左右方向中間前部１００Ｂの真上から後側へ外れた状態となし、この状態の下でベース左右方向中間前部１００Ｂをベース本体部に結合させているボルトをベース左右方向中間前部１００Ｂを含まないベース１００部分（ベース本体部）から取り外すと共に、天井クレーンなどを使用することによりベース左右方向中間前部１００Ｂに引上げ力を付与し、これを吊り上げることによりベース本体部から取り外した状態になす。

ベース１００からベース左右方向中間前部１００Ｂが取り外された後には、図１５及び図１６に示すように、左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａの間をなす箇所は直方体状の空間ｋ１となされており、したがって左右方向線（ワーク支持部ｄ３の旋回中心）Ｏ１と、ベース本体部の左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａ間をなすベース１００部分の前端面ａ６との距離Ｌ３はベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａの前後方向長さ（ベース左右方向中間前部１００Ｂの前後方向長さ）Ｌ１の分だけ増大されるのであり、これにより左右方向線Ｏ１回りの最大旋回半径はベース左右方向中間前部１００Ｂの取り外される前よりもベース左右方向端前部１００Ａの前後方向長さＬ１だけ増大するのであり、治具２８及びこれに固定されたワークｗはその旋回半径がこの増大された最大旋回半径の範囲内にある限り仮想線位置ｋａを経て左右方向線Ｏ１回りに旋回し得るものとなり、これらの旋回により加工可能なワークｗの大きさが増大化されるのである。

ベース左右方向中間前部１００Ｂが取りはずれた状態の縦形マシニングセンタはベース左右方向中間前部１００Ｂが取り外される前の場合に準じて使用されるのであり、その使用状態は例えば図１７〜図２０のそれぞれに示すとおりであり、説明は省略する。

また図２１はベース左右方向中間前部１００Ｂが取りはずれた状態の縦形マシニングセンタでのみ使用される治具２８を示している。この治具２８は左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａの間に位置され且つ前面部分ａ３の後側に位置されるものであり、具体的には、左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａの前端面をなす全面部分ａ３に左右両端をボルトｃ３で固定され左右方向中央部２８ｂを後方へ突出され平面視コ字形となされた固定板２８Ａと、左右方向中央部２８ｂの前面箇所に固定されたテーブルｄとを備えたものとなされており、左右方向中央部２８ｂ及びテーブルｄが前面部分ａ３よりも後側に位置されている。
この治具２８は、テーブルｄを使用するにも拘わらず前面部分ａ３からのワークｗの前張り出し量を小さく抑える上で寄与するものである。

図１７〜図２１に示すようにベース左右方向中間前部１００Ｂが取りはずれた状態の縦形マシニングセンタによる加工時においても、工具Ｔに作用する力は図１４に示すように加工ヘッド１０２、第２サドル７、第１サドル４、ベース１００、治具２８及びワークｗを経てループＬＰ１を描くように伝達される。このさい、ベース左右方向中間前部１００Ｂが取りはずれていると否とに拘わらず、ループＬＰ１の長さに変更はない。また左右一対のベース左右方向端前部１００Ａ、１００Ａのそれぞれが前後方向長さＬ１を凡そ１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度となされ且つ左右方向長さＬ２が凡そ１００ｍｍ程度以上となされているため、ベース左右方向中間前部１００Ｂが取りはずれていても、ベース１００及び治具２８の全体の剛性は、ワークｗの加工時にベース１００などに通常状態で作用する外力により加工精度が損なわれる程度まで低下するものとならない。

次に上記した縦形マシニングセンタを複数配列する場合の設置例について説明する。図２２及び図２３のそれぞれは６台の上記縦形マシニングセンタを列設した状態を示し、Ａは平面図でＢは側面図である。なお、図２３の側面図では一部が省略されている。

図２２に示すものでは、各縦形マシニングセンタＭ１〜Ｍ６はそのＹ軸方向を加工ラインｋと直交するように配置されると共に各縦形マシニングセンタＭ１〜Ｍ６の生成した切粉をＹ軸方向へ搬送するための独立の切粉コンベア２９を具備しており、各縦形マシニングセンタＭ１〜Ｍ６で生成された切粉はその対応する独立の切粉コンベア２９でベース１００の後側へ搬出され容器３３内に収集される構成となされている。また加工ラインＫ上にはワークｗをＸ軸方向及びＺ軸方向へ搬送することのできる動力搬送装置３４が設けられている。ｅ１及びｅ２は側面壁３１ａ、３１ｂに設けられた動力開閉口であり、また３５はワーク仮置き台である。

一方、図２３に示すものにおいては、４台の縦形マシニングセンタＭ１〜Ｍ４がそれぞれの生成させた切粉をＸ軸方向へ搬送する共通した単一の切粉コンベア２９を備えると共に、他の２台の縦形マシニングセンタＭ５、Ｍ６がそれぞれの生成させた切粉をＸ軸方向へ搬送する共通した他の単一の切粉コンベア２９を備えた構成となされている。この際、各縦形マシニングセンタＭ１〜Ｍ６で生成された切粉はその対応する切粉入口２９ａ内に落下し、その対応する切粉コンベア２９で搬出され容器３３内に収集される。その他の構成は図２２に示すものと変わりない。

図２２及び図２３の何れに示すものにおいても、動力搬送装置３４はワークｗを加工ラインＫ上でＸ軸方向へ前進搬送することで各縦形マシニングセンタＭ１〜Ｍ６の治具２８のワーク支持部ｄ３に動力により順に位置させることができるのであり、従って各ワークｗは加工ライン上を図中左側へ間欠的に搬送され、６台の縦形マシニングセンタＭ１〜Ｍ６により順次、自動的に加工されるものとなる。

図２２及び図２３に示す複数の縦形マシニングセンタＭ１〜Ｍ６は左右側面を密接させた状態に配列される場合もあるのであり、この場合、ベース１００の脚部をなす支持部材２がベース１００の左右の側面１ａ、１ｂから張り出さないようにしたことから支持部材２同士の干渉が回避されるのであり、また前側の左右一対の支持部材２、２はベース１００の前面ｃ１よりも前方Ｙ１へ張り出させてあるため、このように張り出させない場合に比べてベース１００のより安定的な支持に寄与するのであり、また後側の左右一対の支持部材２、２はベース１００の後面１ｄよりも後方Ｙ２へ張り出さないようにしたことから切粉コンベア２９のタンク２９ｅをベース１００の後面１ｄに当接させてもタンク２９ｅ干渉しないものとなる。

本発明に係る第１実施例の縦形マシニングセンタの一部を省略した斜視図である。前記第１実施例の縦形マシニングセンタの側面図である。図１に示す縦形マシニングセンタからベース左右方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図である。図１中の治具を変形した状態の縦形マシニングセンタを示す斜視図である。図１中の治具を変形した状態の縦形マシニングセンタを示す斜視図である。図１中の治具を変形した状態の縦形マシニングセンタを示す斜視図である。図１の縦形マシニングセンタにホッパー部などを設けた状態を示す斜視図である。図６の縦形マシニングセンタに外周カバーを設けた状態を示す斜視図である。前記縦形マシニングセンタをこれの治具を省略した状態で斜め下方から見た図である。図８の縦形マシニングセンタに内側カバーを設けた状態を示す斜視図である。図１０の縦形マシニングセンタの治具にテーブルを具備したものとした状態を示す斜視図である。前記縦形マシニングセンタの工具交換装置などの平面視説明図である。前記工具交換装置の側面視作動説明図である。前記縦形マシニングセンタのワーク加工時の力の伝達状態を示す説明図である。図６の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図である。図１５の縦形マシニングセンタを示す側面図である。図７の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図である。図４の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図である。図５の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図である。図１１の縦形マシニングセンタのベース前後方向中間前部を取り外した状態を示す斜視図である。図１７中の治具を変形した状態の縦形マシニングセンタを示す斜視図である。６台の前記縦形マシニングセンタを列設した状態を示し、Ａは平面図でＢは側面図でる。６台の前記縦形マシニングセンタを列設した別の状態を示し、Ａは平面図でＢは一部を省略した側面図である。従来の工作機械において加工時に発生する力の伝達経路を示す側面図である。

符号の説明

１００ベース
１００Ａベース左右方向端前部
１００Ｂベース左右方向中間前部
１０１案内駆動手段
１０２加工ヘッド
１ｃベース１００の前面
１ｆベース１００の上面
５案内部
８案内部
１０案内部
２６縦回転駆動軸
２８治具
Ｌ１前後方向長さ
Ｌ２左右方向長さ
Ｔ工具
Ｙ１前方
ａ３前面部分

Claims

床面に定置されるベースと、下端部に工具を固定される縦回転駆動軸を具備した加工ヘッドと、前記ベースの上面上に形成され該加工ヘッドを案内部を介して前後方向、左右方向及び上下方向へ変位させる案内駆動手段とを備えた工作機械において、前記ベースの前面の略全体を前後方向に対し直交した単一平面となし、この前面の左右端部の上下方向全長箇所又は上下方向略全長箇所を含む左右一対のベース左右方向端前部の間をなすベース左右方向中間前部をこれ以外のベース部分に対し脱着可能となすと共に、前記工具で加工されるワークを固定するための治具を前記前面の高さ途中箇所から前方へ張り出させた状態に設けたことを特徴とする工作機械。
床面に定置されるベースと、下端部に工具を固定される縦回転駆動軸を具備した加工ヘッドと、前記ベースの上面上に形成され該加工ヘッドを案内部を介して前後方向、左右方向及び上下方向へ変位させる案内駆動手段とを備えた工作機械において、前記ベースが前面の略全体を前後方向に対し直交した単一平面になされた後に、この前面の左右端部の上下方向全長箇所又は上下方向略全長箇所を含む左右一対のベース左右方向端前部の間をなすベース左右方向中間前部を切除された形態となされると共に、前記工具で加工されるワークを固定するための治具が前記前面の高さ途中箇所から前方へ張り出した状態に設ける構成を特徴とする工作機械。
前記ベース左右方向端前部の前後方向長さが凡そ１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度となされていることを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械。
左右各側の前記ベース左右方向端前部の左右方向長さが凡そ１００ｍｍ程度以上となされていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の工作機械。
前記治具が左右一対の前記ベース左右方向端前部の前端面をなす前記前面部分から前方へ張り出させてあることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の工作機械。
前記治具が前記ベース左右方向中間前部の前端面をなす前記前面部分から前方へ張り出させてあることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の工作機械。
前記治具が左右一対の前記ベース左右方向端前部の間に位置され且つ前記前面の後側に位置されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の工作機械。