JP5435169B1

JP5435169B1 - 工作機械

Info

Publication number: JP5435169B1
Application number: JP2013171531A
Authority: JP
Inventors: 禎晴四十物; 勝行嶋作; 一洋布村; 真宣林
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: JP2015039734A

Abstract

【課題】スライド機構の強度、剛性を高め、精度を上げ、水平方向のテーブル面を有効に確保する。さらに、Ｚ軸方向の剛性や強度を向上させ、ストロークの増大を図る。
【解決手段】ワークテーブル２１の上面端２１ａ側に第一のＸ軸レール５ａと、ワークテーブル側からみて第一のＸ軸レールより遠くかつ第一のＸ軸レールより低い位置に第二のＸ軸レール５ｂを設ける。第一及び第二のＸ軸レールを介してＸ軸方向に移動可能にされたＸ軸支持台６と、Ｘ軸支持台に対して上下方向に移動可能にＸ軸支持台に支持されたＹ軸支持台９と、Ｘ軸とは直角かつワークテーブルの上面とは平行かつワークテーブル側方向に移動可能にＹ軸支持台に支持されたＺ軸支持台１３を順次設ける。ワークを加工できるようにＺ軸支持台に工具主軸３を設ける。Ｙ軸をＸ軸とは直角方向で、かつワークテーブルに対してワークテーブル側に傾斜させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを載置するための水平の上面を有するワークテーブルに対して、横（Ｘ軸）方向、上下（Ｙ軸）方向、前後（Ｚ軸）方向に主軸を動作させ、ワークを加工する横型マシニングセンタ等の工作機械に関する。

従来、横型マシニングセンタの主軸はワークに対して、横（Ｘ軸）方向、上下（Ｙ軸）方向、前後（Ｚ軸）方向の順にスライド機構を設けて、Ｚ軸上の主軸を動作させるものが多い。特許文献１においては、Ｘ軸レールをワークテーブルの側面に上下に設けて、Ｘ軸レールによりＸ軸方向に移動するＸ軸方向支持台（縦サドル）を設ける。さらにＸ軸支持台に対してＹ軸方向へ移動できるＹ軸支持台（コラム）、さらにＹ軸支持台に対してＺ軸方向へ移動できるＺ軸支持台（主軸ユニット）を設ける。このＺ軸支持台に主軸を設けてワークを加工する。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸により、主軸を移動させ３次元加工を行う。Ｘ軸レールをワークテーブルの側面に設けることにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸支持台の重量による負荷と、加工反力とを別々に受け、負荷変動の影響を少なくし、スライド機構（ユニット）全体の剛性を高めている。また、テーブル側面を使用することにより、テーブル本体の小型化を図っている。

また、特許文献２においては、ワークテーブルに対して、レール上面がワークテーブルの上面と平行かつワークテーブル上面端側に設けられた第一のＸ軸レール（コラム用ガイドレール）と、第一のＸ軸レールと平行かつワークテーブル側からみて第一のＸ軸レールより遠くかつ第一のＸ軸レールより高い位置に第二のＸ軸レール（コラム用ガイドレール）を設けている。これにより、コラムの重心とＸ軸の駆動（ボールねじ）中心を近づけて、コラムを倒すように働くモーメントを小さくしている。また、加工反力に対するモーメントも小さくできる。なお、Ｚ軸はワークテーブル側を移動させている。

また、複合旋盤の場合であるが、特許文献３においては、ワーク載置面を手前側に斜めにして、特許文献１と同様に、ワーク載置面に対して直角方向の斜面を設け、この斜面にＸ軸レール（Ｚ軸ガイド）を上下に設けて、Ｘ軸レールによりＸ軸（横）方向に移動するＸ軸方向支持台（Ｚ軸スライド台）を設けている。さらにＸ軸支持台に対してＹ軸方向へ移動できるＹ軸支持台（Ｙ軸スライド台）、さらにＹ軸支持台に対してＺ軸方向へ移動できるＺ軸支持台（Ｘ軸スライド台：旋盤のためＸ，Ｙとは逆となっている）を設ける。このＺ軸支持台に刃物台を設けてワークテーブル側のワークを回転させて加工している。

特開平８−３３６７３３号公報特開平１０−０４３９７５号公報特開２００４−１４２０２４号公報

しかし、特許文献１においては、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸支持台の全重量を側面でささえ、かつ片持ち支持になるので、重量及び加工反力による曲げモーメントによる負荷及び精度低下に対抗するため、ワークテーブル側面、Ｘ軸レール（スライド機構）の強度や剛性を大きくしなければならない。そこで、特許文献２にようにＸ軸を傾斜させて、重量及び負荷を軽減させるようにしてもよい。しかし、特許文献２においては、ワークテーブル側からみて第一のＸ軸レールより遠くかつ第一のＸ軸レールより高い位置に第二のＸ軸レールを設けているので、ワークテーブル側面を有効に使用できない。また、特許文献２のものは、Ｚ軸をテーブル側に設けている。これをＸ軸側に設けると前後向のストロークを有効にとれないという問題があった。

さらに、特許文献３のものでは、ワーク面は斜面であり、特許文献１のワークテーブル面を４５°回転させ、Ｘ軸レール上面が上になるようにするにとどまる。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は互いに直交するので、水平のワークテーブル面には適用できないという問題があった。本発明の課題は、かかる問題点に鑑みて、水平ワークテーブル面に対して、スライド機構の強度、剛性を高め、精度を上げることである。また、水平方向のテーブル面を有効に確保することである。さらには、Ｚ軸方向の移動に対する剛性や強度を向上させ、Ｚ軸方向のストロークの増大を図ることである。

本発明においては、ワークが載置される水平の上面を有するワークテーブルと、レール上面が前記ワークテーブルの上面と平行かつワークテーブル上面端側に設けられた第一のＸ軸レールと、前記第一のＸ軸レールと平行かつ前記ワークテーブル側からみて前記第一のＸ軸レールより遠くかつ第一のＸ軸レールより低い位置に設けられた第二のＸ軸レールと、前記第一及び第二のＸ軸レールを介してＸ軸方向に移動可能にされたＸ軸支持台と、前記Ｘ軸支持台に対して上下方向に移動可能に前記Ｘ軸支持台に支持されたＹ軸支持台と、前記Ｘ軸とは直角かつ前記ワークテーブルの上面とは平行かつ前記ワークテーブル側方向に移動可能に前記Ｙ軸支持台に支持されたＺ軸支持台と、前記ワークを加工できるように前記Ｚ軸支持台に設けられた工具主軸と、を有する工作機械を提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、レール面を上面とし、ワークテーブル上面端側に第一のＸ軸レールを設け、第一のＸ軸レールと平行かつワークテーブル側からみて第一のＸ軸レールより遠くかつ第一のＸ軸レールより低い位置に第二のＸ軸レールを設けることにより、ワークテーブル端部に垂直ではなく傾斜させたＸ軸支持台を設ける。これにより、スライド機構の重量を垂直方向で受け、加工反力を傾斜配置させた上側の第一のＸ軸レールを中心にして下側の第二のＸ軸レールで受けるようにしたので、ワークテーブルの側面には力がかからない。また、Ｘ軸支持台の奥行き（ワーク方向）を大きくできる。

第二のＸ軸レールを第一のＸ軸レールと平行かつワークテーブル側からみて第一のＸ軸レールより遠くかつ第一のＸ軸レールより低い位置としたが、床面積や強度等からみて４５°程度が好ましい。また、水平、垂直では従来と差がない。そこで、請求項２に記載の発明においては、前記第一及び第二のＸ軸レールの中心を結ぶ線と、前記ワークテーブルの上面との交差角αが３０°以上６０°以下である工作機械とした。

また、Ｘ軸を傾斜させたが、Ｙ軸の方向をワークテーブル上面に対し垂直にすれば従来と同様の移動ができる軸構成となる。そこで、請求項３に記載の発明においては、前記Ｙ軸は前記ワークテーブル上面の平面と直交する工作機械とした。

さらに、請求項４に記載の発明においては、前記Ｙ軸は前記Ｘ軸とは直角方向で、かつ前記ワークテーブルに対してワークテーブル側に傾斜している工作機械とした。Ｘ軸支持台の奥行きを大きくできるので、Ｙ軸をワークテーブル側に傾斜できる。これにより、Ｙ軸方向成分の一部をＺ軸方向成分に加えることが可能となる。また、Ｙ軸の傾斜角は１０°以上４５°以下が好ましい。さらに、Ｘ軸の傾斜角を４５°、Ｙ軸の傾斜角を３０°とするのがより好ましい。なお、第一及び第二のＸ軸レールの中心を結ぶ線とワークテーブルの上面との交差角α（Ｘ軸の傾斜角）と、Ｙ軸とワークテーブルとの傾斜角β（Ｙ軸の傾斜角）とは同一でも、異ならせてもよい。

本発明においては、レール面を上面とし、ワークテーブル端部に傾斜させたＸ軸支持台を設け、スライド機構の重量を垂直方向で受け、加工反力を傾斜配置させた上側の第一のＸ軸レールを中心にして下側の第二のＸ軸レールで受けるようにし、特許文献１のようなテーブル側面による片持ち支持を解消した。さらに、Ｘ軸支持台を大きくできるので、スライド機構の強度、剛性が高まり、精度を向上するものとなった。また、Ｘ軸レールを傾斜させることにより、Ｚ軸方向のテーブルの下部を含む床面積は増大する。しかし、特許文献１の場合は、スライド機構が側面より大きく張り出して床面積を必要とする。これに対し、本発明の傾斜させた部分はテーブル下部面積では影響するが工作機械の平面全体の寸法には影響が無いので床面積が増すことはない。従って、テーブル面を浸食することがなく水平方向のテーブル面を有効に確保できる。

また、請求項２に記載の発明においては、前記第一及び第二のＸ軸レールの中心を結ぶ線と、ワークテーブルの上面との交差角αを３０°以上６０°以下としたので、ワークテーブル床面積を過大とすることなく、強度、剛性を確保できるものとなった。また、Ｘ軸支持台の奥行き（ワーク方向）を大きくできるので、Ｙ軸支持台を小さくできる。なお、Ｘ軸駆動機構をＸ軸レール側（テーブル側）に設ければ、ワークテーブル下方部を有効に使用でき、スライド機構を軽量化できる。

また、請求項３に記載の発明においては、Ｙ軸をワークテーブル上面の平面と直交する工作機械としたので、従来と同様の動作となり、制御も同一でよい。

さらに、請求項４に記載の発明に示すように、Ｙ軸をワークテーブル側に傾斜させ、Ｙ軸方向成分の一部をＺ軸方向成分に加えられるので、Ｚ軸方向の移動に対する剛性や強度を向上させ、Ｚ軸方向のストロークの増大を図ることができるものとなった。

本発明の実施の形態を示す工作機械の側面図である。本発明の他の実施の形態を示す工作機械の側面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、工作機械１は横型マシニングセンタの１種である。工作機械１は、図示しないワークが取り付けられるワークテーブル２と工具主軸３をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動させるスライド機構４とからなる。ワークテーブル２はワークが載置されるワーク取付け部２ａを備え、ワークテーブルの上面２１は水平とされる。図で見てワークテーブル２の右側面２２の上側面が斜めに切り取られ、斜面２３を形成している。

斜面２３の上端２３ａとワークテーブル上面端２１ａとの間に図でみてＸ軸方向（紙面に垂直方向）に伸びる第一のＸ軸レール５ａが設けられている。また、斜面２３の下端２３ｂとワークテーブル右側面２２の上端２２ａとの間に第一のＸ軸レール５ａと同様に第二のＸ軸レール５ｂが設けられている。第一、第二のＸ軸レールのレール上面５ｕはワークテーブルの上面２１と平行にされている。ワークテーブル２側からみて第二のＸ軸レール５ｂは第一のＸ軸レール５ａより遠くかつ第一のＸ軸レールより低い位置となる。なお、第一及び第二のＸ軸レールの中心を結ぶ線とワークテーブルの上面との交差角α（Ｘ軸の前後方向の傾斜角）は４５°である。

第一及び第二のレール５ａ，５ｂにリニアスライド５ｃ、５ｄを介して該レールに沿って移動自在にＸ軸支持台６が立設されている。Ｘ軸支持台のＺ軸方向（図で見て左右方向）幅はリニアスライドを含む第一及び第二レールの幅とほぼ同一とされている。また、Ｘ軸支持台のＺ軸方向面はそれぞれワークテーブル上面端２１ａ、右側面２２とほぼ同位置にされる。斜面２３の下側のワークテーブル２にＸ軸用駆動サーボモータ７が取付けられ、図示しないボールねじ機構を介して、Ｘ軸支持台６に接続されている。これにより、Ｘ軸支持台６はワークテーブル２に対してＸ軸方向（ワークに対して横方向）に移動可能にされている。

Ｘ軸支持台６の内側に一対の上下レール８が垂直方向に伸びている。一対の上下レール８にリニアスライド８ｃ、８ｄを介して該レールに沿って移動自在にＹ軸支持台９が支持されている。なお、上下レール８は上面からみてＸ軸支持台の４隅に配置すればより好ましい。Ｙ軸支持台９は側面視で、ワーク側が垂直で上辺側が長い略台形形状である。またＹ軸支持台９は上下レール８間を上下移動可能である。Ｘ軸支持台６の上端６ａに垂直にＹ軸用駆動サーボモータ１０が取付けられ、ボールねじ機構１１を介して、Ｙ軸支持台９に接続されている。これにより、Ｙ軸支持台９はワークテーブル２に対してＹ軸方向（ワークに対して上下方向）に移動可能にされている。

Ｙ軸支持台９の上面には、一対の前後レール１２がＺ軸（ワークに対して前後）方向に伸びている。一対の前後レール１２にリニアスライドを介して該レールに沿って移動自在にＺ軸支持台１３が支持されている。Ｚ軸支持台１３は、Ｘ軸とは直角かつワークテーブルの上面２１とは平行かつワークテーブル側方向に前後（Ｚ軸）移動可能である。Ｙ軸支持台９の後端９ｂに水平にＺ軸用駆動サーボモータ１４が取付けられ、図示しないボールねじ機構を介して、Ｚ軸支持台１３に接続されている。これにより、Ｚ軸支持台１３はワークテーブル２に対してＺ軸方向（ワークに対して前後方向）に移動可能にされている。

Ｚ支持台１３には、先端に回転切削工具１５がツーリング１６を介して取り付けられる工具主軸３、該主軸を回転駆動する主軸モータ１８が順次設けられている。かかる工具主軸３をＸ、Ｙ、Ｚ軸レール、支持台、駆動モータ等で構成されるスライドユニット４を制御してワークを加工する。

本発明の実施の形態の工作機械においては、スライド機構４の重量を垂直方向で受け、加工反力を傾斜配置させた上側の第一のＸ軸レール５ａを中心にして下側の第二のＸ軸レール５ｂで受ける。これによりＸ軸支持台６を大きくし、Ｙ軸支持台９を過大としなくてよく、剛性が高い。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を参照して説明する。前述した実施の形態と同様な部分については同符号を付し説明の一部又は全部を省略する。前述した実施の形態とはＹ軸（上下軸）の傾きが異なる。図２に示すように、第一及び第二のレール５ａ，５ｂにリニアスライド５ｃ、５ｄを介して該レールに沿って移動自在にＸ軸支持台３６が立設され、さらに、Ｘ軸支持台３６のワークテーブル面から上位置では、ワークテーブル２側にβ°（例示では３０°）傾いている。

Ｘ軸支持台３６の内側に一対の傾斜上下レール３８がＸ軸支持台３６の上部傾きに合わせた角度で伸びている。一対の傾斜上下レール３８にリニアスライド８ｃ、８ｄを介して該レールに沿って傾斜方向に移動自在にＹ軸支持台３９が支持されている。Ｙ軸支持台３９の上面は水平にされている。前述したと同様、Ｙ軸支持台３９は側面視で、ワーク側が垂直で上辺側が長い略台形形状である。またＹ軸支持台３９は傾斜上下レール３８間を傾斜上下移動可能である。Ｘ軸支持台３６の傾斜上端３６ａに垂直にＹ軸用駆動サーボモータ１０が取付けられ、ボールねじ機構１１を介して、Ｙ軸支持台３９に接続されている。これにより、Ｙ軸支持台３９はワークテーブル２に対してＹ軸及びＺ軸方向（ワークに対して上下、前後方向）に移動可能にされている。

本発明の他の実施の形態においては、Ｙ軸を傾斜上下、即ち、上下及び前後方向に移動できるので、Ｚ軸方向の移動距離を増加することができる。上下方向の移動が少なく深穴加工やふところが大きいワークの加工に適したものとなる。例えば、Ｙ軸の傾きを３０°とすると、Ｙ軸支持台３９のＺ軸のストロークを実ストロークＬを２０％（０．２Ｌ）増加できる。逆に必要ストロークに対して、Ｙ軸支持台３９のＺ軸ストロークを最遠位置で２０％縮めることができる。また、Ｙ軸を傾けることにより、主軸の突き出し量が小さくなり剛性も上がる。また高さも小さくできる。

なお、ワークテーブルは箱形で例示したが、脚付きテーブルタイプやフレームで構成する等種々の形態が可能である。また、ワーク載置台を移動、回転させてもよいことはいうまでもない。

１工作機械
２ワークテーブル
３工具主軸
５ａ第一のＸ軸レール
５ｂ第二のＸ軸レール
５ｕレール上面
６、３６Ｘ軸支持台
９、３９Ｙ軸支持台
１３Ｚ軸支持台
２１ワークテーブル上面
２１ａワークテーブル上面端
α Ｘ軸レールの交差角
β Ｙ軸レールの傾斜角

Claims

ワークが載置される水平の上面を有するワークテーブルと、レール上面が前記ワークテーブルの上面と平行かつワークテーブル上面端側に設けられた第一のＸ軸レールと、前記第一のＸ軸レールと平行かつ前記ワークテーブル側からみて前記第一のＸ軸レールより遠くかつ第一のＸ軸レールより低い位置に設けられた第二のＸ軸レールと、前記第一及び第二のＸ軸レールを介してＸ軸方向に移動可能にされたＸ軸支持台と、前記Ｘ軸支持台に対して上下方向に移動可能に前記Ｘ軸支持台に支持されたＹ軸支持台と、前記Ｘ軸とは直角かつ前記ワークテーブルの上面とは平行かつ前記ワークテーブル側方向に移動可能に前記Ｙ軸支持台に支持されたＺ軸支持台と、前記ワークを加工できるように前記Ｚ軸支持台に設けられた工具主軸と、を有することを特徴とする工作機械。
前記第一及び第二のＸ軸レールの中心を結ぶ線と、前記ワークテーブルの上面との交差角が３０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
前記Ｙ軸は前記ワークテーブル上面の平面と直交することを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械。
前記Ｙ軸は前記Ｘ軸とは直角方向で、かつ前記ワークテーブルに対してワークテーブル側に傾斜し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。