JP5994562B2

JP5994562B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP5994562B2
Application number: JP2012229922A
Authority: JP
Inventors: 治明小澤; 光典廣▲瀬▼
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: JP2014079854A

Description

この発明は、旋盤等の工作機械に関し、特に工具またはワークを支持する加工機器を定められた方向に案内する機構に関する。

旋盤等の工作機械では、ワークに対して工具を移動させて加工を行う形式（例えば特許文献１，２）と、工具に対してワークを移動させて加工を行う形式とがある。いずれの形式についても、移動させる工具またはワークを支持する加工機器は、ベッドにガイド機構を介して進退自在に設置された送り台に搭載されて、進退駆動機構により進退駆動させられる。ガイド機構は、例えば、ベッドに送り台の送り方向に沿って設置した２本のガイドに対して、送り台に設けられた被ガイド部品が進退自在に接する構成とされる。被ガイド部品は、例えば、ガイドに対して滑り接触する樹脂等からなる部品または直動転がり軸受等の転がり接触する部品である。

従来のガイド機構は、一般に図７に示す構造であった。同図は、工具Ｔを支持する刃物台３が送り台９に搭載されて進退する例を示している。ワークＷの軸心方向を前後方向（Ｚ軸方向）とし、ワークＷの周面に対する工具Ｔの切込み方向を左右方向（Ｘ軸方向）とした場合、加工点Ｑに近い前側のガイド１５には、上下の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂと前後の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂとが接している。また、加工点Ｑから遠い後側のガイド１６には、上下の被ガイド部品１９Ａ，１９Ｂのみが接している。なお、前記加工点Ｑは、加工時におけるワークＷと工具Ｔの接触点のことである。従来、各被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂの左右方向（Ｘ軸方向）長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、すべて同じとされていた。

特開２００２−２７３６０１号公報特開２００３−１７５４０２号公報

加工点Ｑに近い方のガイド１５の加工点Ｑ側の側面（図７の例では前側面）に接する被ガイド部品１８Ａの被案内面は基準面とされ、この基準面がＸ軸方向に長いほど、ガイド機構１１の直進性、および加工点Ｑに切削負荷が作用したときの剛性が向上することが知られている。よって、被ガイド部品１８Ａ、およびこの被ガイド部品１８Ａと対となる被ガイド部品１８ＢのＸ軸方向長さを長くするのが望ましいが、送り台９全体のＸ軸方向寸法を大きくするのは、送り台９の重量が重くなり運動性が低下すると共に、材料の増加によるコストアップにつながるという問題がある。

この発明の目的は、送り台の重量増加および材料増加を抑えつつ、ガイド機構の直進性および剛性の向上を図ることができる工作機械を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、工具を支持する加工機器およびワークを支持する加工機器をコンパクトに配置することである。
この発明のさらに他の目的は、ワークに対して工具を移動させて加工を行う形式の工作機械に適用可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、工具に対してワークを移動させて加工を行う形式の工作機械に適用可能とすることである。

この発明の工作機械は、ベッドと、このベッドにガイド機構を介して進退自在に設置された送り台と、この送り台に搭載されて工具またはワークを支持する加工機器と、前記送り台を進退駆動する進退駆動機構とを備える。前記ガイド機構による前記送り台の進退方向はワーク周面に対する工具の切込み方向であるＸ軸方向であり、前記ガイド機構は、前記ベッド上にワーク軸心方向であるＺ軸方向に離れて互いに平行に設置された２本のガイドと、前記送り台に設けられて前記２本のガイドに被案内面が摺動自在に接触する複数の被ガイド部品とよりなる。前記加工機器に支持された前記工具または前記ワークにおける前記ワークまたは前記工具との接触点である加工点が前記２本のガイドの並び幅から離れた位置にあり、前記２本のガイドのうちの前記加工点に近い方のガイドにおける、前記Ｚ軸方向を向く面に接する前記被ガイド部品の被案内面の長さを、前記加工点から遠い方のガイドにおける、前記Ｘ軸方向およびＺ軸方向と平行な平面に沿う面に接する前記被ガイド部品の被案内面の長さよりも長くした。

この構成であると、２本のガイドのうちの加工点に近い方のガイドにおける、Ｚ軸方向を向く面に接する被ガイド部品の被案内面の長さを長くしたことにより、ガイド機構の直進性、および加工点に切削負荷が作用したときの剛性が向上する。加工点から遠い方のガイドにおける、Ｘ軸方向およびＺ軸方向と平行な平面に沿う面に接する被ガイド部品は、切削負荷による荷重の持ち上げ、押し付けを受けるだけであるため、被案内面を長くしなくてもよい。このように、直進性および剛性の向上に必要な被ガイド部品の被案内面のみを長くして、それ以外の被ガイド部品の被案内面は長くしないことにより、重量および材料の無駄な増加を抑えながら、ガイド機構の直進性および剛性の向上が得られる。

前記加工点に近い方のガイドにおける前記Ｚ軸方向を向く面に接する前記被ガイド部品を、前記加工点から遠い方のガイドにおける前記Ｘ軸方向およびＺ軸方向と平行な平面に沿う面に接する前記被ガイド部品に対して、前記加工点から離れる方へ前記Ｘ軸方向に延ばすことで、前記Ｚ軸方向を向く面に接する前記被ガイド部品の被案内面を長くするとよい。
Ｚ軸方向を向く面に接する被ガイド部品を加工点から離れる方へＸ軸方向に延ばすと、送り台と他の加工機器との干渉が避けられるため、工具を支持する加工機器とワークを支持する加工機器とを互いに近づけてコンパクトに配置することができる。

前記送り台に搭載された前記加工機器は、工具を支持する刃物台であってもよく、ワークを支持する主軸であってもよい。いずれの場合にも、この発明を適用することができる。

この発明の工作機械は、ベッドと、このベッドにガイド機構を介して進退自在に設置された送り台と、この送り台に搭載されて工具またはワークを支持する加工機器と、前記送り台を進退駆動する進退駆動機構とを備え、前記ガイド機構による前記送り台の進退方向はワーク周面に対する工具の切込み方向であるＸ軸方向であり、前記ガイド機構は、前記ベッド上にワーク軸心方向であるＺ軸方向に離れて互いに平行に設置された２本のガイドと、前記送り台に設けられて前記２本のガイドに被案内面が摺動自在に接触する複数の被ガイド部品とよりなり、前記加工機器に支持された前記工具または前記ワークにおける前記ワークまたは前記工具との接触点である加工点が前記２本のガイドの並び幅から離れた位置にあり、前記２本のガイドのうちの前記加工点に近い方のガイドにおける、前記Ｚ軸方向を向く面に接する前記被ガイド部品の被案内面の長さを、前記加工点から遠い方のガイドにおける、前記Ｘ軸方向およびＺ軸方向と平行な平面に沿う面に接する前記被ガイド部品の被案内面の長さよりも長くしたため、送り台の重量増加および材料増加を抑えつつ、ガイド機構の直進性および剛性の向上を図ることができる。

前記加工点に近い方のガイドにおける前記Ｚ軸方向を向く面に接する前記被ガイド部品を、前記加工点から遠い方のガイドにおける前記Ｘ軸方向およびＺ軸方向と平行な平面に沿う面に接する前記被ガイド部品に対して、前記加工点から離れる方へ前記Ｘ軸方向に延ばすことで、前記Ｚ軸方向を向く面に接する前記被ガイド部品の被案内面を長くした場合は、工具を支持する加工機器およびワークを支持する加工機器をコンパクトに配置することができる。

この発明をワークに対して工具を移動させて加工を行う形式の工作機械に適用する場合、刃物台を搭載する送り台の重量増加および材料増加を抑えつつ、ガイド機構の直進性および剛性の向上を図ることができる。

この発明を工具に対してワークを移動させて加工を行う形式の工作機械に適用する場合、主軸を搭載する送り台の重量増加および材料増加を抑えつつ、ガイド機構の直進性および剛性の向上を図ることができる。

この発明の一実施形態にかかる工作機械の全体平面図である。（Ａ）は同工作機械の刃物台、送り台、およびガイド機構の平面図、（Ｂ）はその破断側面図である。同刃物台および送り台を斜め上から見た斜視図である。同送り台を斜め下から見た斜視図である。この発明の異なる実施形態にかかる工作機械の全体平面図である。（Ａ）は同工作機械の主軸、送り台、およびガイド機構の平面図、（Ｂ）はその破断側面図である。（Ａ）は従来の工作機械の刃物台、送り台、およびガイド機構の平面図、（Ｂ）はその破断側面図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１はこの工作機械の概略構成を示す平面図である。この工作機械は旋盤であり、ベッド１上に、加工機器である主軸２および刃物台３を備える。

主軸２は、前後方向（Ｚ軸方向）に沿う軸であって、前端にワークＷを把持するチャック４を有する。前後方向（Ｚ軸方向）は、チャック４に把持されたワークＷの軸心方向である。主軸２は、ベッド１上に設置された主軸台５に回転自在に支持され、主軸モータ６により回転駆動される。

刃物台３は、例えば正面形状が多角形のタレットからなり、その各外周面部分に複数の工具Ｔが取り付けられている。図では、一つの工具Ｔのみを示し、他の工具Ｔは省略している。刃物台３は、タレットバー８を介してベッド１上の送り台９に前後方向（Ｚ軸方向）に進退自在に支持され、進退用モータ１０により進退させられる。タレットバー８は送り台９に対して回転自在であり、割出モータ７によりタレットバー８と共に刃物台３を回転させることにより、任意の工具Ｔの回転割出が行われる。

また、送り台９は、ガイド機構１１によりベッド１に対して左右方向（Ｘ軸方向）に進退自在に支持され、進退駆動機構１２により進退駆動される。左右方向（Ｘ軸方向）は、ワークＷの周面に対する工具Ｔの切込み方向である。進退駆動機構１２は、ボールねじ機構１３と、このボールねじ機構１３のねじ軸１３ａを回転させるモータ等の回転駆動源１４とでなる。

図２に示すように、前記ガイド機構１１は、ベッド１上に設置されてそれぞれ左右方向に延びる前後２本のガイド１５，１６を備える。これら２本のガイド１５，１６に対して、送り台９の下部に設けられた複数の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ摺動自在に接触することで、ガイド１５，１６に沿って送り台９が案内される。この例では、被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂは、ガイド１５，１６にすべり接触する部品であるが、転がり接触する部品であってもよい。

具体的には、前側すなわちワークＷと工具Ｔの接触点である加工点Ｑに近い方のガイド１５には、上下および前後の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂが摺動自在に接触している。上下一対の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂは、被ガイド面１７Ａａ，１７Ｂａがガイド１５の上面および下面にそれぞれ接触して、ガイド１５を上下に挟み込むように設けられている。下側の被ガイド部品１７Ｂは、送り台９の底面に固定された取付部材２０に取り付けられている。前後一対の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂは、被ガイド面１８Ａａ，１８Ｂａがガイド１５の前後の側面にそれぞれ接触して、ガイド１５を前後に挟み込むように設けられている。

前後の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂは、上下の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂよりも、加工点Ｑから離れる方向である右方向に長く延ばされている。つまり、被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂの左右方向長さＬ１よりも、被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの左右方向長さＬ２の方が長い。被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの延ばされた部分である延長部１８ＡＡ，１８ＢＢを保持する延長保持部９ａが、送り台９に設けられている。

また、後側すなわち前記加工点Ｑから遠い方のガイド１６には、上下一対の被ガイド部品１９Ａ，１９Ｂが摺動自在に接触している。これら被ガイド部品１９Ａ，１９Ｂは、被ガイド面１９Ａａ，１９Ｂａがガイド１６の上面および下面にそれぞれ接触して、ガイド１６を上下に挟み込むように設けられている。下側の被ガイド部品１９Ｂは、送り台９の底面に固定された取付部材２１に取り付けられている。被ガイド部品１９Ａ，１９Ｂの左右方向長さＬ３は、前記被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂの左右方向長さＬ１と同じであり、かつ前記被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの左右方向長さＬ２よりも短い。

上記説明において、ガイド１５，１６の上面および下面は、請求項で言う「Ｘ軸方向およびＺ軸方向と平行な平面に沿う面」のことである。Ｘ軸方向およびＺ軸方向と平行な平面は、図２に示すＸＺ平面２２である。ガイド１５の前後の側面は、請求項で言う「Ｚ軸方向を向く面」のことである。

また、上記説明における前記各被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂの長さの比較は、それぞれの被ガイド面１７Ａａ，１７Ｂａ，１８Ａａ，１８Ｂａ，１９Ａａ，１９Ｂａの長さに関してのものである。この例では、被ガイド部品１７Ａ，…がガイド１５，１６に対してすべり接触する部品であるため、被ガイド面１７Ａａ，…の長さが被ガイド部品１７Ａ，…の長さと一致するが、被ガイド部品１７Ａ，…がガイド１５，１６に対して転がり接触する部品である場合は、被ガイド面１７Ａａ，…の長さは被ガイド部品１７Ａ，…の両端間の距離を言う。

なお、上記送り台９の形状、および各被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂの取り付け位置を把握し易いように、刃物台３および送り台９を斜め上から見た斜視図（図３）と、送り台９を斜め下から見た斜視図（図４）とを参照図として示してある。

この工作機械は、ワークＷは位置固定で、ワークＷに対して工具Ｔを移動させることで加工を行う。すなわち、送り台９に対して刃物台３を前後方向（Ｚ軸方向）に移動させることで、工具Ｔを主軸２の軸心に沿って送り、ガイド機構１１のガイド１５，１６に沿って送り台９を左右方向（Ｘ軸方向）に移動させることで、工具ＴによるワークＷの切込み量を調整する。

上記構成の作用を説明する。
加工点Ｑに作用する切削負荷のうちの主分力Ｐ_１は、両ガイド１５，１６に対する上下の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１９Ａ，１９Ｂにより受けられる。切削負荷のうちの送り分力Ｐ_２は、加工点Ｑに近い方のガイド１５に対する前後の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂにより受けられる。また、切削負荷のうちの背分力Ｐ_３は、加工点Ｑに近い方のガイド１５に対する前後の被ガイド部品１８Ａ，１８ＢにモーメントＭとして作用する。

上記モーメントＭを受けるためには被案内面１８Ａａ，１８Ｂａの長さが長い方が望ましいことから、前後の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの長さＬ２を、上下の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１９Ａ，１９Ｂの長さＬ１，Ｌ３よりも長くしてある。それにより、ガイド機構１１の直進性、および加工点Ｑに切削負荷が作用したときの剛性が向上する。このように、直進性および剛性の向上に必要な被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの被案内面１８Ａａ，１８Ｂａのみを長くして、それ以外の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１９Ａ，１９Ｂの被案内面１７Ａａ，１７Ｂａ，１９Ａａ，１９Ｂａは長くしないことにより、ガイド機構１１の重量および材料の無駄な増加を抑えられる。

前後の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの延長部１８ＡＡ，１８ＢＢを、加工点Ｑから離れる方向である右方向に延ばしたため、被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂを長くしたにもかかわらず、刃物台３と主軸２とを互いに近づけてコンパクトに配置することができる。

図５はこの発明の異なる実施形態を示す。この工作機械は、工具Ｔに対してワークＷを移動させて加工を行う形式であって、加工機器として、左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能にベッド１に設置された主軸２と、前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能にベッド１に設置された刃物台３とを備える。

主軸２は、前記実施形態と同様に、前後方向（Ｚ軸方向）に沿う軸であって、前端にワークＷを把持するチャック４を有する。主軸２は、送り台である主軸台２５に回転自在に支持され、主軸モータ６により回転駆動される。主軸台２５は、ガイド機構１１によりベッド１に対して左右方向（Ｘ軸方向）に進退自在に支持され、進退駆動機構１２により進退駆動される。進退駆動機構１２は、ボールねじ機構１３と、このボールねじ機構１３のねじ軸１３ａを回転させるモータ等の回転駆動源１４とでなる。

刃物台３は、前記実施形態と同様のタレットからなり、その外周面部分に取り付けられた複数の工具Ｔのうち任意の一つの工具Ｔが回転割出される。刃物台３は、図示しない送り台に搭載されて前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能である。

図６に示すように、ガイド機構１１は前記実施形態と同じ構成であって、ベッド１上に設置されてそれぞれ左右方向に延びる前後２本のガイド１５，１６に対して、主軸台２１の下部に設けられた複数の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ摺動自在に接触することで、ガイド１５，１６に沿って主軸台２５が案内される。

具体的には、前側すなわち加工点Ｑに近い方のガイド１５には、上下および前後の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂが摺動自在に接触している。上下一対の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂは、被ガイド面１７Ａａ，１７Ｂａがガイド１５の上面および下面にそれぞれ接触して、ガイド１５を上下に挟み込むように設けられている。前後一対の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂは、被ガイド面１８Ａａ，１８Ｂａがガイド１５の前後の側面にそれぞれ接触して、ガイド１５を前後に挟み込むように設けられている。

この実施形態の場合、前後の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂは、上下の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂよりも、加工点Ｑから離れる方である左方向に長く延ばされている。これにより、被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂの左右方向長さＬ１よりも、被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの左右方向長さＬ２の方が長くなっている。被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの延ばされた部分である延長部１８ＡＡ，１８ＢＢを保持する延長保持部２５ａが送り台である主軸台２５に設けられている。

また、後側すなわち加工点Ｑから遠い方のガイド１６には、上下一対の被ガイド部品１９Ａ，１９Ｂが摺動自在に接触している。これら被ガイド部品１９Ａ，１９Ｂは、被ガイド面１９Ａａ，１９Ｂａがガイド１６の上面および下面にそれぞれ接触して、ガイド１６を上下に挟み込むように設けられている。被ガイド部品１９Ａ，１９Ｂの左右方向長さＬ３は、前記被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂの左右方向長さＬ１と同じであり、前記被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの左右方向長さＬ２よりも短い。

この工作機械は、ガイド機構１１のガイド１５，１６に沿って主軸台２５を左右方向（Ｘ軸方向）に移動させることで、工具ＴによるワークＷの切込み量を調整し、刃物台３を前後方向（Ｚ軸方向）に移動させることで、工具Ｔに対してワークＷを送る。

この実施形態も、前記実施形態と同様に、被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂにより、加工点Ｑに作用する切削負荷を受ける。そのとき、加工点Ｑに近い方のガイド１５に対する前後の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの長さＬ２を他の被ガイド部品１７Ａ，１７Ｂ，１９Ａ，１９Ｂの長さＬ１，Ｌ３よりも長くしてあるため、ガイド機構１１の重量および材料の無駄な増加を抑えつつ、ガイド機構１１の直進性および剛性を向上させることができる。また、加工点Ｑに近い方のガイド１５に対する前後の被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂの延長部１８ＡＡ，１８ＢＢを、加工点Ｑから離れる方である左方向に延ばしたため、被ガイド部品１８Ａ，１８Ｂを長くしたにもかかわらず、主軸２と刃物台３とを互いに近づけてコンパクトに配置することができる。

上記各実施形態では、加工機器を、ワーク周面に対する切込み方向であるＸ軸方向に進退させるガイド機構１１に本発明が適用されているが、本発明は、加工機器をワーク軸心方向であるＺ軸方向に進退させる加工機器（図示せず）に適用してもよい。

１…ベッド
２…主軸（加工機器）
３…刃物台（加工機器）
９…送り台
１１…ガイド機構
１２…進退駆動機構
１５，１６…ガイド
１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ…被ガイド部品
１７Ａａ，１７Ｂａ，１８Ａａ，１８Ｂａ，１９Ａａ，１９Ｂａ…被ガイド面
２５…主軸台（送り台）
Ｑ…加工点
Ｔ…工具
Ｗ…ワーク

Claims

ベッドと、
このベッドにガイド機構を介して進退自在に設置された送り台と、
この送り台に搭載されて工具またはワークを支持する加工機器と、
前記送り台を進退駆動する進退駆動機構とを備え、
前記ガイド機構による前記送り台の進退方向はワーク周面に対する工具の切込み方向であるＸ軸方向であり、
前記ガイド機構は、前記ベッド上にワーク軸心方向であるＺ軸方向に離れて互いに平行に設置された２本のガイドと、前記送り台に設けられて前記２本のガイドに被案内面が摺動自在に接触する複数の被ガイド部品とよりなり、
前記加工機器に支持された前記工具または前記ワークにおける前記ワークまたは前記工具との接触点である加工点が前記２本のガイドの並び幅から離れた位置にあり、
前記２本のガイドのうちの前記加工点に近い方のガイドにおける、前記Ｚ軸方向を向く面に接する前記被ガイド部品の被案内面の長さを、前記加工点から遠い方のガイドにおける、前記Ｘ軸方向およびＺ軸方向と平行な平面に沿う面に接する前記被ガイド部品の被案内面の長さよりも長くした、
工作機械。
前記加工点に近い方のガイドにおける前記Ｚ軸方向を向く面に接する前記被ガイド部品を、前記加工点から遠い方のガイドにおける前記Ｘ軸方向およびＺ軸方向と平行な平面に沿う面に接する前記被ガイド部品に対して、前記加工点から離れる方へ前記Ｘ軸方向に延ばすことで、前記Ｚ軸方向を向く面に接する前記被ガイド部品の被案内面を長くした請求項１記載の工作機械。
前記送り台に搭載された前記加工機器は、工具を支持する刃物台である請求項１または請求項２記載の工作機械。
前記送り台に搭載された前記加工機器は、ワークを支持する主軸である請求項１または請求項２記載の工作機械。