JP5436801B2 - 加工機におけるマルチ加工ユニット - Google Patents

Description

本発明は、加工機におけるマルチ加工ユニットに係り、詳しくは複数の工具装着部の配列ピッチを変更することができるマルチ加工ユニットに関する。

従来、マルチ加工ヘッドの位置決め機構として、特許文献１に開示されたものが提案されている。この位置決め機構は、移動フレームの前面に敷設された一対の平行なガイドレールに沿って複数の縦方向の加工ヘッドをそれぞれ片面側支持で往復移動可能に装着するとともに、各加工ヘッドを所定ピッチに同時に位置決めを行い、各加工ヘッド間の配列ピッチをそれぞれ補正可能に構成されている。即ち、前記複数の加工ヘッドはスプライン軸及びスプラインナットで連結されるとともに、前記隣接する加工ヘッド間がねじ軸及びナットで順次連結されている。回転位置制御された前記スプライン軸の回転を前記スプラインナットとねじ軸との間に設けられた回転伝達機構により該ねじ軸に伝達して加工ヘッドの位置決めを行うようになっている。さらに、前記各ねじ軸のナットにそれぞれ連結されている加工ヘッド間ピッチの補正用アクチュエータで前記各加工ヘッド間の配列ピッチ補正を行なうようになっている。

特許文献２にも、特許文献１と同様に複数のドリルヘッドによる穴開けピッチの変更を行うことができるマルチドリル構造が開示されている。
ところが、特許文献１及び特許文献２に開示されたマルチ加工ヘッドの位置決め機構は、ワークに対する複数の加工孔のピッチを小さくするために各加工ヘッド及び加工ヘッドを支持するベース部の移動方向の幅寸法が必要最小限に設定されていたので、次のような問題があった。即ち、各加工ヘッドは一対の平行なガイドレールに対し、加工ヘッドの移動方向に関しては加工ヘッドの幅狭のベース部のみで片持ち支持されているので、加工ヘッドが移動方向からの外力を受けた場合に、加工ヘッドの軸心がそのベース部のスライド位置を中心に移動方向に傾動し易く、支持剛性が低下する。このため、加工ヘッドの移動方向の位置決め精度が低下し、ワークに対する各加工孔の加工ピッチ等の加工精度が低下するという問題があった。

上記従来の問題を解消するために、例えば特許文献３に開示されているように、上下方向のガイドに対し往復動可能に支持された加工ヘッドのベース部の移動方向の幅寸法をドリルの装着部の移動方向の幅寸法よりも長く形成し、しかも、ドリルの軸心を挟んで両持ち式のスライド構造とすることにより、ガイドに対する加工ヘッドの移動方向の支持剛性を向上することも可能である。
特開平５−１１１８１３号公報 特開２００７−５０４９１号公報 実開平４−９２７５０号公報

特許文献３に開示されたガイドに案内される一対の加工ヘッドのように、上下方向に隣接する一対の加工ヘッドのベース部の延長方向をベース部が互いに離隔する方向に延長すると、両加工ヘッドの工具装着部を最接近させて、両工具装着部に支持されたドリルの配列ピッチを短くすることができる。しかし、前記ガイドに４箇所以上に加工ヘッドが支持されるマルチ加工ユニットの場合には、増設する加工ヘッドの工具装着部が前記第１又は第２加工ヘッドのベース部によって、第１又は第２加工ヘッドの工具装着部への接近を阻害されるので、工具装着部の配列ピッチを全て最小の等ピッチすることができないという問題が生じることになる。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、リニアガイドに対し４箇所以上に装着された加工ヘッドの各工具装着部の配列ピッチを最小にすることができるとともに、リニアガイドに対する各加工ヘッドの移動方向に関する支持剛性を向上することができ、ワークの加工精度を向上することができる加工機におけるマルチ加工ユニットを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、上下方向に所定の間隔をおいて互いに連結された下部フレームと上部フレームのうち下部フレームの上面には下部リニアガイドとしての一対のガイドレールを敷設するとともに、前記上部フレームの下面には前記下部リニアガイドから上方に離隔した位置に上部リニアガイドとしての一対のガイドレールを、前記下部リニアガイドと平行に敷設し、前記下部リニアガイドに対し軸方向を水平にした少なくとも２個以上の加工ヘッドをそれぞれ独立して往復移動可能に装着し、前記上部リニアガイドに対し、軸方向を水平にした少なくとも２個以上の加工ヘッドをそれぞれ独立して往復移動可能に装着し、前記各加工ヘッドを前記下部リニアガイドと前記上部リニアガイドのガイドレールに案内されるベース部と、該ベース部に一体的に形成された工具装着部とにより構成し、前記各工具装着部には、それぞれ主軸装置を横一列に並ぶように装着し、前記工具装着部の加工ヘッドの移動方向の外形寸法よりも前記ベース部の移動方向の外形寸法を長く設定し、前記各工具装着部間の移動方向の配列ピッチが最小となった状態において前記各ベース部同士が干渉しないように構成したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記下部リニアガイドに装着された隣接する一対の加工ヘッドのベース部の延長方向は、互いに離隔する方向に設定され、上部リニアガイドに装着された一対の加工ヘッドは、下部の一対の加工ヘッドを挟むように配設され、かつ両加工ヘッドのベース部の延長方向は、互いに接近する方向に設定されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記下部リニアガイドに装着された隣接する一対の加工ヘッドのベース部の延長方向は、互いに離隔する方向に設定され、上部リニアガイドに装着された互いに隣接する一対の加工ヘッドのベース部の延長方向も、互いに離隔する方向に設定されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記下部リニアガイドに装着された一対の加工ヘッドの工具装着部の間に、上部リニアガイドに装着された一つの加工ヘッドの工具装着部が位置し、かつ上部リニアガイドに装着された一対の加工ヘッドの工具装着部の間に、下部リニアガイドに装着された一つの加工ヘッドの工具装着部が位置するように構成されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１において、前記下部リニアガイドに装着された各加工ヘッドのベース部の延長方向は全て同方向に設定され、上部リニアガイドに装着された各加工ヘッドのベース部の延長方向は全て、前記下部リニアガイド側の加工ヘッドのベースの延長方向と反対方向に設定され、下部リニアガイド側の加工ヘッドの工具装着部と、上部リニアガイド側の加工ヘッドの工具装着部とが交互に隣接されるように構成されていることを要旨とする。

本発明によれば、工具装着部の加工ヘッドの移動方向の外形寸法よりもベース部の移動方向の外形寸法を長く設定するとともに、各工具装着部間の配列ピッチが最小となるように各ベース部の延長方向を設定した。このため、リニアガイドに対し４箇所以上に装着された加工ヘッドの各工具装着部の配列ピッチを最小にすることができるとともに、リニアガイドに対する各加工ヘッドの移動方向に関する支持剛性を向上することができ、ワークの加工精度を向上することができる。

以下、本発明を具体化した加工機におけるマルチ加工ユニットの一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、ベッド１１の上面にはＺ軸（前後）方向に二本のＺ軸ガイドレール１２が互いに平行に敷設され、両Ｚ軸ガイドレール１２にはスライダ１３を介してＺ軸移動体１４がＺ軸方向の往復移動可能に装着されている。図２に示すように、前記ベッド１１の後側上面にはサーボモータ１５が固着され、該サーボモータ１５の回転軸にはボールねじ１６が図示しない継手を介してＺ軸方向に指向するように連結され、該ボールねじ１６は前記Ｚ軸移動体１４の下部に取り付けられたボールねじナット１７に螺合されている。

前記Ｚ軸移動体１４は図２に示すように下部フレーム１４ａと、上部フレーム１４ｂと、両フレーム１４ａ，１４ｂを後端部において連結する連結部１４ｃとによって側面視コ字状に形成されている。前記下部フレーム１４ａの上面には下部リニアガイドとしての二本の下部Ｘ軸ガイドレール１８が図１に示すようにＸ軸（左右）方向に互いに平行に敷設され、両Ｘ軸ガイドレール１８にはスライダ１９を介して左右一対の軸方向を水平にした第２加工ヘッド２１及び第３加工ヘッド２４がＸ軸方向の往復動可能に装着されている。同様に、前記上部フレーム１４ｂの下面には上部リニアガイドとしての二本の上部Ｘ軸ガイドレール２２がＸ軸方向に互いに平行に敷設され、両Ｘ軸ガイドレール２２にはスライダ２３を介して左右一対の軸方向を水平にした第１加工ヘッド２０及び第４加工ヘッド２５がＸ軸方向の往復移動可能に装着されている。

前記第１加工ヘッド２０、第２加工ヘッド２１、第３加工ヘッド２４及び第４加工ヘッド２５には、それぞれ主軸装置２６が横一列に並ぶように装着され、各主軸装置２６はモータ２７を備え、該モータ２７によって主軸２８が水平軸を中心にして回転されるようになっている。前記主軸２８には工具ホルダによって工具Ｔが装着されている。

前記第１〜第４加工ヘッド２０，２１，２４，２５はそれぞれＸ軸送り機構３０によってＸ軸方向に独立して往復移動されるようになっている。前記Ｘ軸送り機構３０は同様に構成されているので、前記第２加工ヘッド２１のＸ軸送り機構３０についてのみ説明する。前記下部フレーム１４ａの上面には軸受３１が固着され、該軸受３１に所定位置において回転可能に支持されたボールネジ３２が前記第２加工ヘッド２１に固着されたボールねじナット３３に螺合されている。前記ボールネジ３２の基端部は継手３４を介して下部フレーム１４ａの上面に固着された正逆回転可能なサーボモータ３５の回転軸に連結されている。前記サーボモータ３５が起動されると、ボールネジ３２が回転されて、ボールねじナット３３を介して第２加工ヘッド２１がＸ軸方向に往復動される。

前記第２加工ヘッド２１は前記Ｘ軸ガイドレール１８の敷設方向に長く形成され、かつ前記ボールねじナット３３を内包したベース部２１ａと、該ベース部２１ａの上面に一体に形成され、かつ前記主軸装置２６を装着した工具装着部２１ｂとによって正面視横Ｌ字状に構成されている。前記第３加工ヘッド２４も前記第２加工ヘッド２１と同様にベース部２４ａと工具装着部２４ｂとによって構成されている。さらに、前記第１加工ヘッド２０も、ベース部２０ａと工具装着部２０ｂによって構成され、第４加工ヘッド２５もベース部２５ａと、工具装着部２５ｂによって構成されている。

図１に示すように、前記第２及び第３加工ヘッド２１，２４の工具装着部２１ｂ，２４ｂは、互いにＸ軸方向に隣接するように横一列に配設され、ベース部２１ａ，２４ａは互いに離隔する方向に、かつＸ軸方向に延長されるようにベース部２１ａ，２４ａのＸ軸方向の外形寸法が設定されている。同様にして、前記第１加工ヘッド２０は、その工具装着部２０ｂが前記工具装着部２１ｂの左方に隣接するように、かつベース部２０ａがＸ軸方向右方に延長されるように形成されている。前記第４加工ヘッド２５は、その工具装着部２５ｂが前記工具装着部２４ｂの右方に隣接するように、かつベース部２５ａがＸ軸方向左方に延長されるように形成されている。

図２に示すように、前記ベッド１１の前部にはワークを支持するためのワークテーブル４１が配設されている。
前記第１〜第４加工ヘッド２０，２１，２４，２５は、図示しない制御装置からの制御信号によって、前記各Ｘ軸送り機構３０のサーボモータ３５が制御されることにより、前記各主軸装置２６の配列ピッチが等間隔となるようにそれぞれ個別に移動制御される。

次に、前記のように構成された加工機におけるマルチ加工ユニットの動作について説明する。
図１に示すように、前記第１〜第４加工ヘッド２０，２１，２４，２５の主軸装置２６に装着された各工具Ｔが所定の等ピッチで配列された状態において、前記モータ２７が起動されて主軸装置２６及び工具Ｔが回転されると共に、図２に示す前記サーボモータ１５が起動されて、前記Ｚ軸移動体１４が前進される。これにより、前記第１〜第４加工ヘッド２０，２１，２４，２５が同期して前方に移動され、ワークテーブル４１の上面に支持されたワークＷが前記各工具Ｔによって加工される。

前記各工具ＴによるワークＷの加工孔等の加工ピッチを変更したい場合には、図１において、図示しない制御装置からの制御信号に基づいて、前記各Ｘ軸送り機構３０のサーボモータ３５を回転制御して、各加工ヘッド２０，２１，２４，２５をそれぞれＸ軸方向に所定距離移動する。

上記実施形態の加工機におけるマルチ加工ユニットによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記第１〜第４加工ヘッド２０，２１，２４，２５をそれぞれベース部２０ａ，２１ａ，２４ａ，２５ａと、工具装着部２０ｂ，２１ｂ，２４ｂ，２５ｂとによって構成した。又、前記工具装着部２０ｂ，２１ｂ，２４ｂ，２５ｂの加工ヘッドのＸ軸移動方向の外形寸法よりも前記ベース部２０ａ，２１ａ，２４ａ，２５ａのＸ軸移動方向の外形寸法を長く設定した。さらに、前記各工具装着部２０ｂ，２１ｂ，２４ｂ，２５ｂ間の配列ピッチが等ピッチで最小となった状態において前記各ベース部２０ａ，２１ａ，２４ａ，２５ａが干渉しないように各ベース部の延長方向を設定した。このため、各工具装着部２０ｂ，２１ｂ，２４ｂ，２５ｂの配列ピッチを最小限にすることができる。又、Ｘ軸方向に延長形成された各ベース部２０ａ，２１ａ，２４ａ，２５ａによって、片持ち式でも前記各工具装着部２０ｂ，２１ｂ，２４ｂ，２５ｂのＸ軸方向の支持剛性を向上することができる。この結果、前記各加工ヘッド２０，２１，２４，２５に支持された主軸装置２６のＸ軸方向の配列ピッチを所定ピッチで正確に保持することができ、ワークＷに対する複数の加工孔等の形成ピッチの精度を向上することができる。

（２）上記実施形態では、前記Ｚ軸移動体１４をコ字状に一体形成したので、下部フレーム１４ａ及び上部フレーム１４ｂに敷設した下部Ｘ軸ガイドレール１８及び上部Ｘ軸ガイドレール２２の取付精度を保持することができ、各加工ヘッドの取付精度を向上することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図４に示すように、上部Ｘ軸ガイドレール２２側に前記第１及び第４加工ヘッド２０，２５に代えて、前記第２及び第３加工ヘッド２１，２４と同形のベース部３６ａ，３７ａ及び工具装着部３６ｂ，３７ｂを有する加工ヘッド３６，３７を逆さに配置する。そして、加工ヘッド３６，３７，２１，２４の順に各主軸装置２６が一列に配列されるようにして、加工ヘッド３７の工具装着部３７ｂが加工ヘッド２１の工具装着部２１ｂのＸ軸方向左方に隣接するように構成してもよい。

・図５に示すように、加工ヘッド３６，２１，３７，２４の順に、各主軸装置２６が一列に配列されるようにして、加工ヘッド２１，２４の工具装着部２１ｂ，２４ｂの間に加工ヘッド３７の工具装着部３７ｂを介装し、加工ヘッド２１の工具装着部２１ｂのＸ軸方向左方に加工ヘッド３６の工具装着部３６ｂを隣接するようにしてもよい。

・図６，図７に示すように、前記下部Ｘ軸ガイドレール１８に前記第３加工ヘッド２４と同形のベース部３８ａ及び工具装着部３８ｂを有する加工ヘッド３８を複数個配置する。又、前記上部Ｘ軸ガイドレール２２に前記第４加工ヘッド２５と同形のベース部３９ａ及び工具装着部３９ｂを有する加工ヘッド３９を複数個配置して、上下の加工ヘッド３８，３９の工具装着部３８ｂ，３９ｂを交互に接近させて配列するようにしてもよい。同様に、前記第１加工ヘッド２０と同形の加工ヘッドと、前記第２加工ヘッド２１と同形の加工ヘッドとをそれぞれ複数個配列する構成としてもよい。

・図８に示すように、ベース部４０ａ，４２ａの中央部に工具装着部４０ｂ，４２ｂを一体に形成した加工ヘッド４０，４２を組み合わせてもよい。
以上の各実施形態の構成から明らかなように、前記加工ヘッドの各工具装着部間の配列ピッチが最小となっても前記各ベース部同士が干渉しないように各加工ヘッドの形状及び組み合わせが設定されている。

・図示しないが、前記Ｚ軸移動体１４をＹ軸（上下）方向に往復動する機構を備えた加工機に具体化してもよい。
・サーボモータ１５、ボールねじ１６及びボールねじナット１７よりなるＺ軸送り機構及びＸ軸送り機構３０として、ボールねじ機構以外の例えばリニアモータを用いてもよい。

・前記実施形態では、各Ｘ軸送り機構３０のサーボモータ３５の制御により、各主軸装置２６を等ピッチに移動制御する方法について述べたが、各主軸装置２６を変則ピッチでＸ軸方向に移動制御してワークの加工を行うようにしてもよい。又、各主軸装置２６のＸ軸方向の位置の微調整を行なってワークの加工を行うようにしてもよい。

この発明のマルチ加工ユニットを備えた加工機を具体化した１実施形態を示す正面図。 加工機の右側面図。 加工ヘッドの斜視図。 この発明の加工機におけるマルチ加工ユニットの別の実施形態を示す正面図。 この発明のマルチ加工ユニットの別の実施形態を示す正面図。 この発明のマルチ加工ユニットの別の実施形態を示す正面図。 この発明のマルチ加工ユニットの別の実施形態を示す正面図。 この発明のマルチ加工ユニットの別の実施形態を示す正面図。

符号の説明

１４ａ…下部フレーム、１４ｂ…上部フレーム、２０，２１，２４，２５，３６，３７，３８，３９，４０，４２…加工ヘッド、２０ａ，２１ａ，２４ａ，２５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａ，４０ａ，４２ａ…ベース部、２０ｂ，２１ｂ，２４ｂ，２５ｂ，３６ｂ，３７ｂ，３８ｂ，３９ｂ，４０ｂ，４２ｂ…工具装着部。

Claims (5)

1. 上下方向に所定の間隔をおいて互いに連結された下部フレームと上部フレームのうち下部フレームの上面には下部リニアガイドとしての一対のガイドレールを敷設するとともに、前記上部フレームの下面には前記下部リニアガイドから上方に離隔した位置に上部リニアガイドとしての一対のガイドレールを、前記下部リニアガイドと平行に敷設し、前記下部リニアガイドに対し軸方向を水平にした少なくとも２個以上の加工ヘッドをそれぞれ独立して往復移動可能に装着し、前記上部リニアガイドに対し、軸方向を水平にした少なくとも２個以上の加工ヘッドをそれぞれ独立して往復移動可能に装着し、前記各加工ヘッドを前記下部リニアガイドと前記上部リニアガイドのガイドレールに案内されるベース部と、該ベース部に一体的に形成された工具装着部とにより構成し、前記各工具装着部には、それぞれ主軸装置を横一列に並ぶように装着し、前記工具装着部の加工ヘッドの移動方向の外形寸法よりも前記ベース部の移動方向の外形寸法を長く設定し、前記各工具装着部間の移動方向の配列ピッチが最小となった状態において前記各ベース部同士が干渉しないように構成したことを特徴とする加工機におけるマルチ加工ユニット。
2. 請求項１において、前記下部リニアガイドに装着された隣接する一対の加工ヘッドのベース部の延長方向は、互いに離隔する方向に設定され、上部リニアガイドに装着された一対の加工ヘッドは、下部の一対の加工ヘッドを挟むように配設され、かつ両加工ヘッドのベース部の延長方向は、互いに接近する方向に設定されていることを特徴とする加工機におけるマルチ加工ユニット。
3. 請求項１において、前記下部リニアガイドに装着された隣接する一対の加工ヘッドのベース部の延長方向は、互いに離隔する方向に設定され、上部リニアガイドに装着された互いに隣接する一対の加工ヘッドのベース部の延長方向も、互いに離隔する方向に設定されていることを特徴とする加工機におけるマルチ加工ユニット。
4. 請求項１において、前記下部リニアガイドに装着された一対の加工ヘッドの工具装着部の間に、上部リニアガイドに装着された一つの加工ヘッドの工具装着部が位置し、かつ上部リニアガイドに装着された一対の加工ヘッドの工具装着部の間に、下部リニアガイドに装着された一つの加工ヘッドの工具装着部が位置するように構成されていることを特徴とする加工機におけるマルチ加工ユニット。
5. 請求項１において、前記下部リニアガイドに装着された各加工ヘッドのベース部の延長方向は全て同方向に設定され、上部リニアガイドに装着された各加工ヘッドのベース部の延長方向は全て、前記下部リニアガイド側の加工ヘッドのベースの延長方向と反対方向に設定され、下部リニアガイド側の加工ヘッドの工具装着部と、上部リニアガイド側の加工ヘッドの工具装着部とが交互に隣接されるように構成されていることを特徴とする加工機におけるマルチ加工ユニット。

Images