JP6745725B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、機械幅の寸法が小さい工作機械に関する。

工作機械には幅方向の寸法を抑えたコンパクトなものが種々提案されており、下記の特許文献１及び特許文献２には、機械幅の寸法を小さくした２軸の工作機械が開示されている。いずれの工作機械も、主軸の軸線方向であるＺ軸方向が水平方向で且つ作業者に向かって前後方向になるように構成され、それに直交するＸ軸方向が鉛直な上下方向になるように構成されている。特許文献１の工作機械は、コラムとして機能する側壁が幅方向両側に設けられており、側壁の上端部及び前端部に送りガイドが形成され、それぞれに送り機構が設けられている。そのため、主軸台が側壁の上端部を前後方向へ移動するように構成され、工具台などが側壁の前端部を上下方向に移動するように構成されている。一方、特許文献２の工作機械は、２つの支柱の上に支持体が固定された門型のコラムが設けられ、主軸台が支持体の下部を前後方向へ移動するように構成され、工具台が支持体の前面部を上下方向に移動するように構成されている。

特開２００７−１４４５２９号公報 特開２０１０−１７９４１８号公報

前述した工作機械は、水平な前後方向のＺ軸と鉛直な上下方向のＸ軸とによって、その機械幅の寸法が小さく構成されている。しかし従来の工作機械は、主軸台がコラムによって左右から挟み込まれ、その位置で主軸台がＺ軸方向に移動する構成であるため、機械幅が小さくなった分だけ主軸によって保持することが可能なワーク、すなわち加工可能なワークが小さくなってしまっている。従って、工作機械が小型化されたことに伴って加工可能なワークのサイズが制限されてしまっていた。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、機械幅の寸法に比して大きなワークの加工が可能な工作機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様における工作機械は、ベース上を前後方向に移動可能な可動ベッドと、軸線方向が前後方向の主軸を備え、前記可動ベッド上に固定された主軸台と、前記主軸台の左右幅方向の一方の近接した位置に配置され、前記可動ベッド上に固定されたコラムと、前記主軸の前方側に位置し、前記主軸に保持されたワークを加工するための工具を備えた工具台と、前記コラムの前記主軸台側に構成され、前記工具台を鉛直方向であるＸ軸方向に移動させるＸ軸スライドが前記主軸台の上方で摺動自在に取り付けられたＸ軸駆動装置と、前記主軸台の上方に位置するようにＺ軸ガイドが前記Ｘ軸スライドに固定され、前記工具台を支持して前記主軸の軸線上で軸線方向と平行なＺ軸方向に移動させるＺ軸スライドが前記Ｚ軸ガイド内を摺動自在に組み付けられたＺ軸駆動装置とを備えたものである。

本発明によれば、主軸を備えた主軸台が可動ベッドに固定され、その主軸に保持されたワークに対する工具台の移動が、可動ベッド上に設置された駆動装置によって行われる。その駆動装置によれば、Ｚ軸駆動装置に支持された工具台が、主軸の上方に配置された当該Ｚ軸駆動装置によりＺ軸方向に移動し、主軸の左右幅方向の一方側に配置されたＸ軸駆動装置により、主軸の上方で移動するＺ軸駆動装置とともに工具台がＸ軸方向に移動する。よって、駆動装置が主軸の上方で作動する構成であるため、機械幅の寸法を小さくしつつ、その機械幅の寸法に比して大きなワークを加工できる。

複数の工作機械からなる加工機械ラインを示した斜視図である。 工作機械の一実施形態であって、その内部構造である加工モジュールとベースとの関係を示した斜視図である。 加工モジュールを示した斜視図である。 加工モジュールの駆動装置について、正面から見た左側側面を示した図である。 工作機械のカバー内部を示した正面図である。 工作機械のカバー内部を正面から見た図であって、ワークサイズと機械幅との関係を示した図である。

次に、本発明に係る工作機械の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の工作機械を複数並べて構成された加工機械ラインを示した斜視図である。加工機械ライン１は、基礎となるベース２の上に６台の工作機械５が搭載されている。６台の工作機械５はいずれも同じ型のＮＣ旋盤であり、外形形状や寸法が揃えられている。各工作機械５は、外装カバー６によって覆われ、その内部には工作機械５ごとに閉じられた加工室が構成されている。そして前方には、前カバー７によって一つのワーク搬送室が構成され、その中には、各工作機械５とワークの受渡しを行うワーク搬送装置が設置されている。

図２は、工作機械５の内部構造である加工モジュールを示した斜視図である。この図では、加工モジュール１０が台車１００に載せられてベース２の後方へ引き出された状態が示されている。工作機械５は、ベース２の上に加工モジュール１０が搭載され、図１に示すように外装カバー６によって覆われている。図２では、１台の加工モジュール１０しか示されていないが、ベース２は、２台の加工モジュール１０が搭載可能である。そのためベース２は、加工モジュール１０の幅に合わせてレール２０１が２本ずつ設けられている。加工モジュール１０は、車輪を備えた可動ベッド１６上に構成され、レール２０１に沿ってベース２上を前後方向に移動可能である。なお、工作機械５は、加工モジュール１０だけではなく、外装カバー６と加工モジュール１０とが一体となった移動も可能である。

図１の加工機械ライン１は、３台のベース２が幅方向に近接して並べられ、その上に搭載された工作機械５も隣同士が極めて近接して配置されている。従って、図１に示す状態では、外装カバー６内の加工モジュール１０のメンテナンスなどが困難である。しかし、前述したように本実施形態では工作機械５がベース２に対して前後方向に移動可能である。そのため、対象となる工作機械５を前後方向に移動させることで、隣の工作機械５の影響を受けずにメンテナンスや交換などの作業を行うことができる。

図３は、加工モジュール１０を示した斜視図である。また、図４は、加工モジュール１０の駆動装置について、工作機械５の正面から見た左側側面を示した図である。この加工モジュール１０は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具を装着した工具台１３１を備えるタレット旋盤である。そのため加工モジュール１０は、ワークＷを掴んで保持するチャック１１を備えた主軸台１２、工具台１３１を備えたタレット装置１３、そのタレット装置１３をＺ軸やＸ軸に沿って移動させるＺ軸駆動装置やＸ軸駆動装置および、各駆動装置を制御するための加工制御装置１５などを備えている。

ここで、Ｚ軸は、ワークＷを回転させる主軸台１２の回転軸（主軸）と平行な水平軸である。また、Ｘ軸は、Ｚ軸に対して直交し、タレット装置１３の工具をＺ軸に対して進退させる移動軸であり、本実施形態では鉛直な上下方向である。そして、主軸に直交する加工モジュール１０の左右幅方向がＹ軸方向である。図１に対応させてみれば、工作機械５の前後方向がＺ軸方向であり、工作機械５が複数並んだ幅方向がＹ軸方向である。そして鉛直な上下方向がＸ軸方向である。

加工モジュール１０は、前述したようにベース２の上を移動可能な可動ベッド１６に構成されている。可動ベッド１６は車輪を備えた支持台であり、その可動ベッド１６上に主軸台１２が固定されている。主軸台１２は、回転自在に支持された主軸に対してチャック１１と従動プーリ１７とが一体に形成されている。その主軸台１２の上方位置には主軸用サーボモータ１８が配置され、その回転軸に主動プーリ１９が固定されている。そして、主動プーリ１９と従動プーリ１７とにＶベルト２０が掛け渡され、主軸用サーボモータ１８の回転が主軸台１２へと伝達されるようになっている。

次に、工具をＺ軸方向及びＸ軸方向に移動させる駆動装置は、先ずタレット装置１３がＺ軸スライド２２に対して一体的に構成され、そのＺ軸スライド２２とともにＸ軸スライド３２に搭載されている。Ｚ軸スライド２２は、Ｘ軸スライド３２に固定されたＺ軸ガイド２１内を摺動することにより、水平なＺ軸方向に移動自在な構成となっている。そのＺ軸ガイド２１およびＺ軸スライド２２は、主軸台１２及び主軸用サーボモータ１８の上方にあり、上下方向に見た場合に重なる位置に配置されている。そして、Ｚ軸駆動装置は、Ｚ軸スライド２２をＺ軸方向に移動させるため、Ｚ軸用サーボモータ２３の回転出力を直進運動に変換するボールネジ駆動方式が採用されている。

Ｚ軸ガイド２１には後方側に支持フレーム２４が固定され、ネジ軸２５が、その支持フレーム２４の軸受２４１に回転支持されている。また、ネジ軸２５は、Ｚ軸スライド２２内に設けられた非回転のナットに螺合している。Ｚ軸サーボモータ２３は、軸受２４１の上方に配置され、ネジ軸２５に対し互いのプーリを介してＶベルト２６が掛け渡されている。従って、Ｚ軸駆動装置は、Ｚ軸用サーボモータ２３の駆動によりネジ軸２５が回転し、その回転運動がナットの直線運動に変換され、Ｚ軸スライド２２がＺ軸方向に移動するよう構成されている。

次に、主軸台１２のＹ軸方向の隣に近接して配置されたコラム３１が、可動ベッド１６に対して固定されている。このコラム３１は、前記Ｚ軸駆動装置を含む駆動装置全体の支持部材であり、特に本実施形態では主軸台１２と一体的に構成され、可動ベッド１６上に固定されている。そのコラム３１には主軸台１２側に２本のガイド３１１が上下方向に設けられ、そのガイド３１１に対してＸ軸スライド３２が摺動自在に取り付けられている。そして、Ｘ軸スライド３２をガイド３１１に沿った鉛直方向に昇降させるため、Ｘ軸駆動装置にもＸ軸用サーボモータ３３の回転出力を昇降運動に変換するボールネジ駆動方式が採用されている。

コラム３１には、鉛直方向に配置されたネジ軸３５が回転可能に支持されている。ネジ軸３５は、上下の両端部が軸受３１５，３１６に支持され、その間にはＸ軸スライド３２内に設けられた非回転のナットが螺合している。コラム３１の上部にはＸ軸用サーボモータ３３が固定され、ネジ軸３５に対し互いのプーリを介してＶベルト３６が掛け渡されている。従って、Ｘ軸駆動装置は、Ｘ軸用サーボモータ３３の駆動によりネジ軸３５が回転し、その回転運動がナットの直線運動に変換され、Ｘ軸スライド３２がＸ軸方向に昇降するよう構成されている。

次に図５は、工作機械５のカバー内部を示した正面図である。工作機械５は、加工モジュール１０が外装カバー６によって覆われている。図示するように、正面側から見た場合、外装カバー６の手前側には、工具台１３１を備えたタレット装置１３と、ワークＷを保持するチャック１１が上下に位置している。チャック１１の中心すなわち主軸の回転軸Ｏは、外装カバー６の幅方向に見てほぼ中央に位置している。そして、チャック１１やタレット装置１３の後方には右側にコラム３１が配置され、外装カバー６の側壁に沿って起立している。コラム３１の上部にはＸ軸用サーボモータ３３があり、その内側には不図示の軸受３１５（図４参照）が位置している。更に、タレット装置１３の後方にはＺ軸ガイド２１が重なっており、Ｚ軸ガイド２１の奥には上方にＺ軸サーボモータ２３が位置している。

本実施形態の工作機械５では、チャック１１に保持されたワークＷに対して、例えば次のようにして加工が行われる。先ず、タレット装置１３の旋回割出しによって工具台１３１に装着された工具が選択される。そして、Ｘ軸用サーボモータ３３が駆動してネジ軸３５が回転し、その回転運動がナットを介してＸ軸スライド３２の昇降運動に変換される。よって、切削工具の先端がワークＷの加工部の高さに揃うようにＸ軸方向の位置決めが行われる。次に、Ｚ軸用サーボモータ２３が駆動してネジ軸２５が回転し、その回転運動がナットを介してＺ軸スライド２２の水平な直線運動に変換される。そして、ワークＷは、主軸用サーボモータ１８の駆動によって回転し、そのワークＷに対して切削工具がＺ軸方向に位置制御され、中ぐり加工などが行われる。

ここで図６は、工作機械５のカバー内部を示した正面図であって、ワークサイズと機械幅との関係を示した図である。工作機械５の機械幅Ｂ１は、外装カバー６の左右両側壁の外側面の距離である。ただ、工作機械５は機械幅Ｂ１を小さくしたコンパクト化を目的としたものであるため、外装カバー６の幅寸法（Ｂ１）は、加工モジュール１０を搭載した可動ベッド１６の幅寸法にほぼ一致する大きさで形成されている。したがって、工作機械５の機械幅Ｂ１を小さくするためには、可動ベッド１６の幅を小さくする必要がある。

その一方で、単に機械幅Ｂ１の寸法を小さくするだけでは従来例のように、加工可能なワークが小さくなってしまう。この点、本実施形態では、機械幅Ｂ１を小さくしながらも、加工可能なワークＷの径を大きくすることができた。図６に示すワークＷは、工作機械５において加工が可能な最大径のものであり、そのワーク径をＢ２とする。そうした場合、本実施形態の工作機械５では、機械幅Ｂ１の寸法がワーク径Ｂ２の１．５倍弱であった。具体的には、機械幅Ｂ１が約４４５ｍｍであるのに対し、ワーク径Ｂ２は３００ｍｍである。

よって、本実施形態では、機械幅Ｂ１の寸法をワーク径Ｂ２の１．５倍以下にすることができた。つまり、工作機械５の機械幅Ｂ１の寸法を小さくしながらも、加工可能なワークＷを大きくすることができた。このような効果は、工作機械５の次のような構成によって得られる。すなわち、可動ベッド１６に対して主軸台１２が固定され、ワークＷに対して工具を移動させる駆動装置が、主軸台１２の上方で作動するよう構成されている点である。更に好ましいのは、駆動装置の構造本体であるコラム３１が主軸台１２と一体的に構成され、しかも主軸台１２のＹ軸方向隣の極めて近くに配置されている点である。

また、主軸台１２とコラム３１とが極めて近い構成であること、更には主軸台１２とコラム３１とが一体的に構成されて可動ベッド１６に固定されている構成であることは、コラム３１から工具までの距離が極めて近くなるため、駆動装置が片持ち支持構造であっても、加工時に受ける反力に対して十分な剛性を有している。すなわち、剛性を得るため過度に堅牢な構造とする必要がないため、この点でも機械幅の寸法を小さくすることを可能にしている。更に工作機械５は、加工モジュール１０が可動ベッド１６に搭載され、ベース２上を前後に移動するため、メンテナンスや交換などの作業に極めて有効である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、主軸台１２とコラム３１とが一体的に構成されているが、近接した位置関係が保たれていれば、別々に可動ベース１６へ固定する構成であってもよい。また、工作機械は、前記実施形態で示したタレット旋盤に限るものではない。

１…加工機械ライン ２…ベース ５…工作機械 ６…外装カバー ７…前カバー １０…加工モジュール １１…チャック １２…主軸台 １３…タレット装置 １６…可動ベッド １８…主軸用サーボモータ ２１…Ｚ軸ガイド ２２…Ｚ軸スライド ２３…Ｚ軸用サーボモータ ３１…コラム ３２…Ｘ軸スライド ３３…Ｘ軸用サーボモータ Ｗ…ワーク

Claims (5)

1. ベース上を前後方向に移動可能な可動ベッドと、
   軸線方向が前後方向の主軸を備え、前記可動ベッド上に固定された主軸台と、
   前記主軸台の左右幅方向の一方の近接した位置に配置され、前記可動ベッド上に固定されたコラムと、
   前記主軸の前方側に位置し、前記主軸に保持されたワークを加工するための工具を備えた工具台と、
   前記コラムの前記主軸台側に構成され、前記工具台を鉛直方向であるＸ軸方向に移動させるＸ軸スライドが前記主軸台の上方で摺動自在に取り付けられたＸ軸駆動装置と、
   前記主軸台の上方に位置するようにＺ軸ガイドが前記Ｘ軸スライドに固定され、前記工具台を支持して前記主軸の軸線上で軸線方向と平行なＺ軸方向に移動させるＺ軸スライドが前記Ｚ軸ガイド内を摺動自在に組み付けられたＺ軸駆動装置と、
   を備えた工作機械。
2. ベース上を前後方向に移動可能な可動ベッドと、
   軸線方向が前後方向の主軸を備え、前記可動ベッド上に固定された主軸台と、
   前記主軸台の左右幅方向の一方の近接した位置に配置され、前記可動ベッド上に固定されたコラムと、
   前記主軸の前方側に位置し、前記主軸に保持されたワークを加工するための工具を備えた工具台と、
   前記コラムの前記主軸台側に構成され、前記工具台を鉛直方向であるＸ軸方向に移動させるＸ軸スライドが前記主軸台の上方で摺動自在に取り付けられたＸ軸駆動装置と、
   前記主軸台の上方に位置するようにＺ軸ガイドが前記Ｘ軸スライドに固定され、前記工具台を支持して前記主軸の軸線上で軸線方向と平行なＺ軸方向に移動させるＺ軸スライドが前記Ｚ軸ガイド内を摺動自在に組み付けられたＺ軸駆動装置とを備え、
   前記Ｚ軸駆動装置が前記主軸台及び前記主軸に回転を与える主軸用モータに対して上下方向に見た場合に重なる位置に配置されている工作機械。
3. 前記主軸台、前記Ｘ軸駆動装置、前記Ｚ軸駆動装置ならびに前記工具台のそれぞれが前記可動ベッドの幅方向の内側に収まるように配置され、前記可動ベッドの幅寸法が、前記主軸に保持されるワークの最大径の１．５倍以下である請求項１又は請求項２に記載の工作機械。
4. 前後方向にレールを備えた一又は二以上のベースと、前記ベース上のレールに従って移動可能な加工モジュールが幅方向に複数並べられた加工機械ラインであって、
   前記加工モジュールの一つである工作機械が、
   前記ベース上のレールに対応した車輪を備える可動ベッドと、
   軸線方向が前後方向の主軸を備え、前記可動ベッド上に固定された主軸台と、
   前記主軸台の左右幅方向の一方の近接した位置に配置され、前記可動ベッド上に固定されたコラムと、
   前記主軸の前方側に位置し、前記主軸に保持されたワークを加工するための工具を備えた工具台と、
   前記コラムの前記主軸台側に構成され、前記工具台を鉛直方向であるＸ軸方向に移動させるＸ軸スライドが前記主軸台の上方で摺動自在に取り付けられたＸ軸駆動装置と、
   前記主軸台の上方に位置するようにＺ軸ガイドが前記Ｘ軸スライドに固定され、前記工具台を支持して前記主軸の軸線上で軸線方向と平行なＺ軸方向に移動させるＺ軸スライドが前記Ｚ軸ガイド内を摺動自在に組み付けられたＺ軸駆動装置と、
   を備えたものである加工機械ライン。
5. 前記コラムは、前記可動ベッド上に固定された前記主軸台と一体的になって前記可動ベッドに固定されたものである請求項４に記載の加工機械ライン。
   

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