JP6754431B2 - レール走行構造およびそのレール走行構造を備えた工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、敷設されたレール上を車輪が転動することにより走行台が移動するレール走行構造および、そのレール走行構造を備えた工作機械に関する。

機械本体が移動可能な工作機械などには、ベース上にレールを敷設し、機械本体を搭載した走行台が移動するようにしたレール走行構造が構成されている。下記特許文献１には、作業機におけるレール走行構造が開示されている。作業機の一つである旋盤は、切削加工を行う旋盤モジュールがベースの上に移動可能に搭載され、全体が機体カバーによって覆われている。旋盤モジュールは、前後左右に４つの車輪を備えた可動ベッド上に構成され、ベース上には左右に所定の間隔で配置された２本のレールが敷設されている。２本のレールは異なる断面形状を有しており、車輪形状もレールに合わせて左右で異なっている。具体的には、２本あるレールの一方が山形断面であり、他方は矩形断面である。従って、レール上を転動する車輪は、左右の一方側の車輪はＶ形溝が形成され、他方側の車輪は矩形形状の溝が形成されている。

国際公開ＷＯ２０１６／０６３４１０号公報

前記従来例では、矩形形状の溝を有する車輪とレールとの間には、車輪の矩形溝内において隙間が存在している。そのため、車輪とレールとの間に幅方向の位置ずれがあったとしても、隙間によってその位置ずれが許容される。一方で、Ｖ形溝を有する車輪とそれに対応するレールとでは、両側の斜面同士が接しているため幅方向における位置ずれが制限されている。そのため、旋盤モジュールをベース上で移動させる場合、幅方向を拘束するＶ溝車輪側の作用により優れた直進性が得られる。一方、移動可能な旋盤モジュールは、加工を行うためには車輪がレール上に停止して、移動時の直進性だけではなく停止状態での制振性も求められる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、移動時の直進性と停止状態での制振性を高めたレール走行構造およびそのレール走行構造を備えた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レール式走行構造は、左右の車輪が２本のレール上をそれぞれ転動することにより、その車輪を備えた走行台を前記レールに沿って移動させ、前記レールの所定位置で前記走行台を停止させるものであって、前記２本のレールは、前記車輪が転動する移動部分と前記車輪が停止する停止部分とを有し、前記移動部分の断面が左右両側に斜面した台形形状であり、前記停止部分の形状が２本のレールの中間方向に低くなるように傾斜したテーパ形状であって、前記左右の車輪は、その円周面に、前記レールの移動部分が入る溝形状の第１部分と、前記レールの停止部分のテーパ形状に角度を合わせたテーパ面の第２部分とが、車軸方向に区別して形成され、前記左右の車輪の一方の第１部分は、前記レールの左右の斜面部分に当たるＶ形溝であり、前記左右の車輪の他方の第１部分は、前記レールの上面部分に当たる矩形溝である。

本発明の他の態様における工作機械は、ベース上に２本のレールが敷設され、前記２本のレール上をそれぞれ転動する左右の車輪を備えた走行台に加工モジュールが搭載され、前記走行台を移動させることにより、前記加工モジュールの移動と作業位置での停止とを可能にするものであって、前記２本のレールは、前記車輪が転動する移動部分と前記車輪が停止する停止部分とを有し、前記移動部分の断面が左右両側に斜面した台形形状であり、前記停止部分の形状が２本のレールの中間方向に低くなるように傾斜したテーパ形状であって、前記左右の車輪は、その円周面に、前記レールの移動部分が入る溝形状の第１部分と、前記レールの停止部分のテーパ形状に角度を合わせたテーパ面の第２部分とが、車軸方向に区別して形成され、前記左右の車輪の一方の第１部分は、前記レールの左右の斜面部分に当たるＶ形溝であり、前記左右の車輪の他方の第１部分は、前記レールの上面部分に当たる矩形溝である。

本発明によれば、走行台を移動させるためのレールを移動部分と停止部分とによって構成したため、各部分の形状によって移動時の直進性と、停止時の制振性とを高めることができるようになる。

工作機械の一実施形態について内部構造を示した斜視図である。 実施形態のレール走行構造を構成するレールと車輪を示した斜視図である。 移動用レールと可動ベッドとを示した断面図である。 停止用レールと可動ベッドとを示した断面図である。 移動用レールと第１車輪を示した一部拡大断面図である。 移動用レールと第２車輪を示した一部拡大断面図である。

次に、本発明に係るレール走行構造およびそのレール走行構造を備えた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。本実施形態では、工作機械としてマシニングセンタを例に挙げて説明する。図１は、マシニングセンタの本体内部の構造を示した斜視図である。このマシニングセンタ１は、旋盤など他の工作機械とともに並べられて加工機械ラインの一部をなすものであり、他の工作機械とともにコンパクトに構成されたものである。加工機械ラインでは、オートローダによって順番にワークの受け渡しが行われ、各工作機械において所定の加工が実行される。

マシニングセンタ１は立型であり、機械本体である加工モジュール２が不図示の機体カバーによって覆われており、そのカバー内部には密閉されたワークに対する加工室が構成されている。加工モジュール２は、ベース３上を前後方向に移動可能なものであり、車輪を備えた可動ベッド４上に組み付けられている。なお、本実施形態では、マシニングセンタ１の機体前後方向がＹ軸方向、機体幅方向がＸ軸方向、機体上下方向がＺ軸方向である。そして、図１に示すマシニングセンタ１や加工モジュール２は、図面手前が前方である。

加工モジュール２は、工具を保持する主軸ヘッド５が前部に設けられている。主軸ヘッド５は、ドリルやエンドミル等の工具を着脱可能に取り付ける主軸チャック１１を備え、その主軸チャック１１に保持された工具を回転させる主軸用モータ１２が設けられている。工具を回転させる主軸ヘッド５の回転軸は鉛直方向（Ｚ軸方向）である。そして、主軸ヘッド５の下方には、回転体１３に固定されたワークテーブル１５が機体前方側に張り出しており、そのワークテーブル１５の上面にはワークを保持するクランプ機構が設けられている。

ワークテーブル１５は、可動ベッド４上の架台１６に対して取り付けられ、主軸ヘッド５は、その架台１６上に構成された加工駆動部によって３軸方向に移動可能に取り付けられている。また、架台１６と加工駆動部との間、すなわちワークテーブル１５と主軸ヘッド５との間には、複数の工具を収納したツールマガジン６が設けられている。ツールマガジン６は、箱型のマガジン本体内部に複数の工具が収容され、扉の開閉に伴って工具テーブルが外に送り出され、主軸チャック１１との間で工具交換が行われるようになっている。また、加工モジュール２には、可動ベッド４の後方に、主軸用モータ１２や回転体１３の駆動モータなどを駆動制御するための制御装置７が搭載されている。

主軸ヘッド５の加工駆動部は、主軸ヘッド５が保持した工具をＺ軸方向に移動させるためのＺ軸駆動機構、Ｘ軸方向に移動させるためのＸ軸駆動機構、そしてＹ軸方向に移動させるためのＹ軸駆動機構が設けられている。特に加工モジュール２は、３軸方向の各駆動機構が機体前後方向に並べられ、機体の幅寸法が小さくなるように設計されている。具体的に、Ｙ軸駆動機構は、Ｙ軸スライダ２１がツールマガジン６上にＹ軸方向に移動自在に搭載され、Ｘ軸駆動機構は、Ｙ軸スライダ２１に対してＸ軸スライダ２２がＸ軸方向に移動自在に搭載されている。更に、Ｚ軸駆動機構は、Ｘ軸スライダに対してＺ軸スライダ２３がＺ軸方向に移動自在に搭載され、そのＺ軸スライダ２３に主軸ヘッド５が搭載されている。

Ｙ軸スライダ２１、Ｘ軸スライダ２２及びＺ軸スライダ２３は、いずれもガイドレールとガイドブロックとが摺動可能に嵌め合され、各方向に摺動自在に組み付けられている。そして、各駆動機構は、サーボモータの回転軸に連結されたネジ軸に、各スライダに固定されたナットが螺合している。従って、各サーボモータの駆動制御により、回転が直線運動に変換され、Ｙ軸スライダ２１、Ｘ軸スライダ２２及びＺ軸スライダ２３が各方向に所定量移動することなる。これにより、主軸ヘッド５に保持された工具に対して、ワークテーブル１５上のワークに対する位置制御が行われることになる。

ところで、このマシニングセンタ１を含む複数の工作機械からなる加工機械ラインは、互いの工作機械が幅方向に近接して配置され、全体が非常にコンパクトな設計となっている。このマシニングセンタ１も、そのコンパクト化を達成するため、Ｙ軸スライダ２１、Ｘ軸スライダ２２及びＺ軸スライダ２３がＹ軸方向に重なった配置になっており、Ｘ軸方向である幅方向の寸法が小さくなっている。そして、コンパクトなマシニングセンタ１は、その加工モジュール２が他の工作機械の加工モジュールと、１つのベース３上に近接して搭載される。

ベース２上には、加工モジュール２や他の工作機械の加工モジュールの幅に対応した２本のレール２５が２組敷設されている。従って、ベース２上には、加工モジュール２の隣に接近して他の加工モジュールが搭載されることとなる。そして、加工モジュール２は、可動ベッド４に設けられた左側の第１車輪２７と右側の第２車輪２８とが、２本あるレール２５を転動することにより、レール２５に沿って前後方向に移動可能になっている。よって、マシニングセンタ１は、ベース３上で隣の工作機械と接近して配置されていたとしても、例えば、機体カバーによって覆われた加工モジュール２をベース３の後方側に引き出し、メンテナンスやそれ自体の交換を行うことができる。

マシニングセンタ１は、２本のレール２５と可動ベッド４の第１及び第２車輪２７，２８とを備えたレール走行構造が組み込まれている。このレール走行構造は、図１に示すように第１及び第２車輪２７，２８がレール２５の上で停止し、加工のためベース２上の定位置にて加工モジュール２が位置決めされる一方、メンテナンスなどの際には、その停止位置から前後方向に加工モジュール２を移動することができる。そして、本実施形態のレール走行構造は、その加工モジュール２がレール２５上を移動する場合と加工位置に配置された場合とを考慮した構成がとられている。図２は、そのレール走行構造を構成するレール２５と、その上に載った第１車輪２７を示した斜視図である。

レール２５は、第１車輪２７が転動する移動用レール３１と、第１車輪２７が停止する停止用レール３３とが同一直線上に配置されて１本のレールが構成されている。図１は、加工モジュール２が可動ベッド４上で停止した加工時の搭載状態が示されているが、図示するレール２５は、可動ベッド４の第１車輪２７が置かれた個所に停止用レール３３があり、それ以外の個所は移動用レール３１となっている。なお、ここでは第１車輪２７に対するレール２５を示したが、第２車輪２８に対するレール２５も同じく移動用レール３１と停止用レール３３によって構成されている。

図１に示す停止状態の加工モジュール２は、マシニングセンタ１の加工精度を落とさないように加工時に生じる振動に対する制振性が要求される。その一方で、ベース２上を移動させる場合には、重量物である加工モジュール２であってもレール２５上を動かし易いように直進性が求められる。本実施形態のレール走行構造は、レール２５や第１及び第２車輪２７，２８に対して当該要求に対応する構成がとられている。

図３及び図４は、レール２５と可動ベッド４とを示したＹ軸方向に直交する断面図であり、特に、図３には、第１及び第２車輪２７，２８が移動用レール３１上にある場合が示され、図４には、第１及び第２車輪２７，２８が停止用レール３３上にある場合が示されている。また、図５は、移動用レール３１と第１車輪２７を示した一部拡大断面図であり、図６は、移動用レール３１と第２車輪２８を示した一部拡大断面図である。

レール２５を構成する移動用レール３１は、図５に示すように、上方に突き立てられた部分の長手方向に見た断面が台形であり、平面である上面部分３１１とその左右両側に裾広がり状態の斜面部分３１２が形成されている。そして、第１車輪２７は、左右両側の斜面部分３１２に角度を合わせたＶ形溝２７１が円周状に形成されている。そのため、移動用レール３１上を転動する第１車輪２７は、Ｖ形溝２７１の斜面が移動用レール３１の斜面部分３１２を左右両側から挟み込むようにして当てられ、そこに可動ベッド４からの荷重が加わっている。従って、第１車輪２７側の移動用レール３１は、第１車輪２７の左右幅方向の変位を拘束し、直進性を得るための基準レールとして機能する。

一方、第２車輪２８は、図６に示すように、上面部分３１１に接する面をもった矩形溝２８１が円周状に形成されている。移動用レール３１上を転動する第２車輪２８は、矩形溝２８１の内側面と移動用レール３１との間に隙間２８５が設けられ、左右幅方向の相対的な変位が許容されている。よって、ベース３上を移動する可動ベッド４は、一方の移動用レール３１を転動する第１車輪２７で直進性が得られ、他方の移動用レール３１を転動する第２車輪２８側で幅方向の組み付け誤差や寸法公差などが吸収されることとなる。そして、第２車輪２８側の移動用レール３１は、第１車輪２７側の移動用レール３１が基準レールであるのに対し、可動ベッド４の移動を支える支えレールとして機能する。

ところで、第１車輪２７と第２車輪２８の円周面は、Ｖ形溝２７１あるいは矩形溝２８１が形成されるほか、内面側より外面側の径が小さくなるように傾斜したテーパ面２７２，２８２が形成されている。具体的には、第１車輪２７および第２車輪２８の円周面は、可動ベッド４の車体幅方向の内側から外側に向けて径が小さくなるようにテーパがつけられており、その円周面の軸方向中間部分にＶ形溝２７１あるいは矩形溝２８１が形成されている。

このテーパ面２７２，２８２は、停止用レール３３に対応した形状である。すなわち、停止用レール３３は、図４に示すように第１車輪２７や第２車輪２８のテーパ面２７２，２８２と同じ角度のテーパ面３３１が形成されている。２本のレール２５は左右対称に形成されており、左右に位置するテーパ面３３１は、２本あるレール２５の中間方向つまり可動ベッド４の内側に向けて低くなるように傾斜している。そして、停止用レール３３のテーパ面３３１に対して、第１車輪２７や第２車輪２８のテーパ面２７２，２８２が当てられている。

そのため、第１車輪２７及び第２車輪２８が停止用レール３３の上に位置する場合には、可動ベッド４上の荷重の反力が停止用レール３３から第１車輪２７及び第２車輪２８に対して可動ベッド４の車体幅方向の内側に向けて作用する。すなわち、第１車輪２７及び第２車輪２８を介して可動ベッド４が左右両側から支えられるようにして配置されることとなる。よって、本実施形態では、下方にかかる荷重が第１車輪２７及び第２車輪２８を左右両側から拘束する力として作用し、可動ベッド４上の加工モジュール２の制振性が高められるようになっている。

そこで、更にその制振性を高めるため、ベース３には可動ベッド４に対して下方へ荷重を加えるための装置が設けられている。同装置の具体的な説明は省略するが、図３及び図４に示すように、可動ベッド４には、断面が漏斗形のスロット部４１が前後方向に貫通して形成され、ベース３から突き出した引き込みロッド４２が挿入されている。特に、引き込みロッド４２は、上部に形成された逆三角形の引掛け部４２１がスロット部４１内に挿入される。そして、引き込みロッド４２は、不図示のロッド引き込み装置によって下方に引き下ろされると、スロット部４１の縮径部分に引掛けられた引掛け部４２１を介して、可動ベッド４に下方への荷重が作用するようになっている。

よって、本実施形態では、可動ベッド４を移動させるためのレール２５を移動用レール３１と停止用レール３３によって構成したため、移動時の直進性と、停止時の制振性とをともに高めることができる。そして、第１車輪２７及び第２車輪２８には、移動用レール３１と停止用レール３３の両方に対応する部分が円周面上に形成されているため、移動用レール３１と停止用レール３３からなる１本のレール２５上において、第１車輪２７及び第２車輪２８をスムーズに転動させることができる。また、第１車輪２７及び第２車輪２８は、左右一対のレール２５を転動する際、左右で異なる機能を発揮させるものになるが、移動用レール３１を上面部分３１１と斜面部分３１２とを備えた台形型にしたため、左右一対のレール２５を同じものにすることができる。

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、前記実施形態では可動ベッド４の左側に第１車輪２７が取り付けられ、右側には第２車輪２８が取り付けられているが、第１車輪２７と第２車輪２８は、取り付け位置が左右逆であってもよい。
また、前記実施形態では、マシニングセンタ１に組み込まれたレール走行構造を説明したが、レール走行構造は工作機械以外に使用してもよい。

１…マシニングセンタ ２…加工モジュール ４…可動ベッド ２５…レール ２７…第１車輪 ２８…第２車輪 ３１…移動用レール ３３…停止用レール ２７１…Ｖ形溝 ２８１…矩形溝 ２７２，２８２…テーパ面 ３１１…上面部分 ３１２…斜面部分 ３３１…テーパ面

Claims (6)

1. 左右の車輪が２本のレール上をそれぞれ転動することにより、その車輪を備えた走行台を前記レールに沿って移動させ、前記レールの所定位置で前記走行台を停止させるレール式走行構造において、
   前記２本のレールは、前記車輪が転動する移動部分と前記車輪が停止する停止部分とを有し、前記移動部分の断面が左右両側に斜面した台形形状であり、前記停止部分の形状が２本のレールの中間方向に低くなるように傾斜したテーパ形状であって、
   前記左右の車輪は、その円周面に、前記レールの移動部分が入る溝形状の第１部分と、前記レールの停止部分のテーパ形状に角度を合わせたテーパ面の第２部分とが、車軸方向に区別して形成され、前記左右の車輪の一方の第１部分は、前記レールの左右の斜面部分に当たるＶ形溝であり、前記左右の車輪の他方の第１部分は、前記レールの上面部分に当たる矩形溝であることを特徴とするレール式走行構造。
2. 前記車輪は、その円周面に対して、内面側より外面側の径が小さくなるように傾斜した前記第２部分を構成するテーパ面と、そのテーパ面の軸方向中間部分に断面が凹形状に形成された前記第１部分を構成する溝面とが形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のレール式走行構造。
3. 前記レールは、前記移動部分と前記停止部分が分離して構成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレール式走行構造。
4. ベース上に２本のレールが敷設され、前記２本のレール上をそれぞれ転動する左右の車輪を備えた走行台に加工モジュールが搭載され、前記走行台を移動させることにより、前記加工モジュールの移動と作業位置での停止とを可能にする工作機械において、
   前記２本のレールは、前記車輪が転動する移動部分と前記車輪が停止する停止部分とを有し、前記移動部分の断面が左右両側に斜面した台形形状であり、前記停止部分の形状が２本のレールの中間方向に低くなるように傾斜したテーパ形状であって、
   前記左右の車輪は、その円周面に、前記レールの移動部分が入る溝形状の第１部分と、前記レールの停止部分のテーパ形状に角度を合わせたテーパ面の第２部分とが、車軸方向に区別して形成され、前記左右の車輪の一方の第１部分は、前記レールの左右の斜面部分に当たるＶ形溝であり、前記左右の車輪の他方の第１部分は、前記レールの上面部分に当たる矩形溝であることを特徴とする工作機械。
5. 前記車輪は、その円周面に対して、内面側より外面側の径が小さくなるように傾斜した前記第２部分を構成するテーパ面と、そのテーパ面の軸方向中間部分に断面が凹形状に形成された前記第１部分を構成する溝面とが形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
6. 前記レールは、前記移動部分と前記停止部分が分離して構成されたものであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の工作機械。
   

Images