JP6779319B2 - 工作機械 - Google Patents

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Description

本発明は、工具の姿勢を制御する２つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する３つの直線送り軸とを有した工作機械に関する。
直交３軸の直線送り軸に加えて少なくとも１の回転送り軸を備えた多軸の工作機械には、送り軸の構成によって様々なタイプの工作機械がある。特許文献１には、工具の姿勢を制御する２つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する３つの直線送り軸とを有した工作機械の一例が記載されている。こうした工作機械では、２つの回転送り軸が、工具を装着する主軸を回転可能に支持する主軸頭と共にワークに対して直線方向に相対送りされる。従って、２つの回転送り軸と主軸頭とを含めた移動体の重量が増加し、該移動体を工作機械のベッドのような固定部に対して移動可能に支持する例えばコラムが変形する。
特に、特許文献１の工作機械では、移動体を構成する送り台、サドル、ヘッドホルダおよび主軸ヘッドは、コラムの上端部付近に横架されたクロスレールから、Ｘ軸方向に大きなオーバーハングで突出している。そのため、特許文献１の工作機械では、コラムおよびクロスレールが捩じれ変形し、加工精度が低下する。
特開２０１５−１８２１７０号公報
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、工具の姿勢を制御する２つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する３つの直線送り軸とを有した工作機械において、工具を装着する主軸を回転可能に支持する主軸頭を含めた移動体の重心位置を、工作機械のベッドのような固定部からのオーバーハングを小さくした工作機械を提供することを目的としている。
上述の目的を達成するために、本発明によれば、工具の姿勢を制御する２つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する直線送り軸とを有した工作機械において、先端部に工具を装着する主軸と、前記主軸を主軸回転軸線周りに回転可能に支持する主軸頭と、前記主軸頭を前記主軸回転軸線に対して垂直に延びる第１の軸線周りに回転可能に支持する主軸頭支持部と、前記主軸頭支持部に設けられ、前記主軸頭を前記第１の軸線周りに回転送りする第１の回転送り軸装置と、前記主軸頭支持部を前記第１の軸線に対して垂直、かつ、前面側から背面側へ斜め上方に鉛直方向に対して傾斜して延びた第２の軸線周りに回転可能に支持するサドルと、前記サドルの前面側に設けられ、前記主軸頭支持部を前記第２の軸線周りに回転送りする第２の回転送り軸装置とを具備する工作機械が提供される。
本発明によれば、工具の姿勢を制御する２つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する３つの直線送り軸とを有した工作機械において、前記２つの回転送り軸の一方を傾斜させたことによって、２つの回転送り軸と、主軸頭とを含めた移動体のオーバーハングを小さくすることが可能となり、移動体の重量による工作機械の変形を低減可能となる。
本発明の好ましい実施形態による工作機械の一部を破断して示す側面図である。 図１の工作機械の正面図である。
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１、２を参照すると、工具の姿勢を制御する２つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する３つの直線送り軸とを有した工作機械の一例が示されている。工作機械１０は、工場の床面に固定された基台としてのベッド１２、ベッド１２の後端側（図１では右側）で同ベッド１２の上面に立設、固定されたコラム１４、ベッド１２の前方部分（図１では左側）の上面で前後方向またはＹ軸方向（図１では左右方向）に移動可能に設けられワークＷが固定されるテーブル２６、テーブル２６の上方に設けられ主軸２４を回転可能に支持する主軸頭２２、コラム１４の頂部で左右方向またはＸ軸方向（図１では紙面に垂直な方向）に移動可能に設けられたサドル１６、サドル１６に設けられ主軸頭２２を回転軸線Ｏaを中心として回転可能に支持する主軸頭支持部６０を具備している。主軸頭支持部６０は、サドル１６の前面で上下方向またはＺ軸方向に移動可能に取り付けられたＺ軸スライダ１８と、Ｚ軸スライダ１８に第２の回転軸線としての傾斜軸線Ｏcを中心としてＣ軸方向に回転可能に支持されたＣ軸旋回軸２０とを具備している。
コラム１４の上端部には一対のＸ軸ガイドレール２８が水平なＸ軸方向（図１の紙面に垂直な方向）に延設されており、コラム１４には、該Ｘ軸ガイドレール２８上を摺動可能なガイドブロック３０が取り付けられている。サドル１６をＸ軸ガイドレール２８に沿って往復駆動するＸ軸送り装置として、Ｘ軸方向に延設されたボールねじ３２と、該ボールねじの一端に連結されたＸ軸サーボモータ３４が設けられており、サドル１６には、ボールねじ３２に係合するナット（図示せず）が取り付けられている。また、コラム１４の上端には傾斜面１４ａが形成されている。傾斜面１４ａはＸ軸に対して平行に工作機械１０の前面側から背面側へ斜め上方に延びている。傾斜面１４ａの角度は、例えば水平面（ＸＹ平面）に対して４５°とすることができる。
サドル１６の前面には、一対のＺ軸ガイドレール３６が鉛直方向であるＺ軸方向に（図１、２では上下方向）に延設されており、Ｚ軸スライダ１８には、該Ｚ軸ガイドレール３６上を摺動可能なガイドブロック３８が取り付けられている。サドル１６には、Ｚ軸スライダ１８をＺ軸ガイドレール３６に沿って往復駆動するＺ軸送り装置として、Ｚ軸方向に延設されたボールねじ４０と、該ボールねじ４０の一端に連結されたＺ軸サーボモータ４４が設けられており、Ｚ軸スライダ１８には、ボールねじ４０に係合するナットが取り付けられている（図１には、該ナットを取り付けるブラケット４２が図示されている）。
Ｚ軸スライダ１８の下端部には、Ｃ軸旋回軸２０が軸受５０によって傾斜軸線Ｏcを中心として回転可能に支持されている。傾斜軸線Ｏcは、Ｘ軸に対して垂直に工作機械１０の前面側から背面側へ斜め上方に、傾斜面１４ａに対して略平行に延びている。傾斜軸線Ｏcと傾斜面１４ａは同じ方向に傾斜していればよいが、平行に近い方が一層効果的である。Ｚ軸スライダ１８は、また、Ｃ軸旋回軸２０を回転駆動するＣ軸送り装置または第２の回転送り装置としてＣ軸サーボモータ５２を内蔵している。Ｃ軸旋回軸２０の正面側の先端部には、傾斜軸線Ｏcに対して平行に延びる左右一対の腕部２０ａ、２０ｂが形成されている。
主軸頭２２は、主軸２４を主軸軸線Ｏs周りに回転可能に支持し、該主軸２４の先端部に工具Ｔが装着される。Ｃ軸旋回軸２０の左右一対の腕部２０ａ、２０ｂの間に主軸頭２２が配設される。主軸頭２２は、両側部に形成されたＡ軸旋回軸２２ａ、２２ｂによって、傾斜軸線Ｏcに対して垂直な第１の回転軸線としての回転軸線Ｏaを中心としてＡ軸方向に回転可能に主軸頭支持部６０のＣ軸旋回軸２０の腕部２０ａ、２０ｂに支持される。Ａ軸送り装置または第１の回転送り装置として、腕部２０ａ、２０ｂの一方（本実施形態では腕部２０ａ）にＡ軸旋回軸２２ａ、２２ｂの一方（本実施形態ではＡ軸旋回軸２２ａ）に結合されたＡ軸サーボモータ２１が組み込まれている。
なお、傾斜軸線Ｏcは、主軸２４の主軸軸線Ｏsと回転軸線Ｏaとの交点Ｏの近傍を通過する。また、図２に示すように、回転軸線Ｏaが水平のＸ軸と平行となるＣ軸送り装置の回転位置をＣ軸の原点位置とする。更に、Ｃ軸が原点位置にあるとき、主軸２４の主軸軸線Ｏsが鉛直となるＡ軸送り装置の回転位置をＡ軸の原点位置とする。
Ａ軸およびＣ軸が原点位置にあるとき、主軸２４端面および該主軸２４に装着された工具Ｔは、ワーク（図示せず）を取り付けるテーブル２６に対面する。ベッド１２の上面には、一対のＹ軸ガイドレール４６が水平なＹ軸方向（図１の左右方向）に延設されており、テーブル２６には、該Ｙ軸ガイドレール４６上を摺動可能なガイドブロック４８が取り付けられている。ベッド１２には、また、テーブル２６をＹ軸ガイドレール４６に沿って往復駆動するＹ軸送り装置として、Ｙ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＹ軸サーボモータ（図示せず）が設けられており、テーブル２６には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。
本実施形態によれば、工具の姿勢を制御する２つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する３つの直線送り軸とを有した工作機械において、前記２つの回転送り軸の一方を形成するＣ軸旋回軸２０をコラム１４側に傾斜させたことによって、Ａ軸送り装置とＣ軸送り装置の２つの回転送り軸と、主軸頭２２とを含めた移動体のコラム１４に対するオーバーハングを小さくすることが可能となり、該移動体の重心位置をコラム１４側にシフトすることが可能となる。これによって、コラム１４や、サドル１６の変形を低減可能となる。また、前記移動体を送るとき、加減速時にサドル１６やＺ軸スライダ１８の変形が低減される。
好ましくは、サドル１６の前面に凹部１６ｂを形成し、該凹部１６ｂ内にＺ軸のボールねじ４０を配置するようにできる。更に、主軸頭支持部６０の少なくとも一部をサドル１６の凹部１６ｂ内に配置するようにできる。これによって、前記移動体のコラム１４に対するオーバーハングを一層小さくすることが可能となる。
１０ 工作機械
１２ ベッド
１４ コラム
１４ａ 傾斜面
１６ サドル
１６ｂ 凹部
１８ Ｚ軸スライダ
２０ Ｃ軸旋回軸
２０ａ 腕部
２０ｂ 腕部
２１ Ａ軸サーボモータ
２２ 主軸頭
２２ａ Ａ軸旋回軸
２２ｂ Ａ軸旋回軸
２４ 主軸
２６ テーブル
２８ Ｘ軸ガイドレール
３４ Ｘ軸サーボモータ
３６ Ｚ軸ガイドレール
４２ ブラケット
４４ Ｚ軸サーボモータ
４６ Ｙ軸ガイドレール
５０ 軸受
５２ Ｃ軸サーボモータ
６０ 主軸頭支持部

Claims (6)

  1. 工具の姿勢を制御する２つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する直線送り軸とを有した工作機械において、
    先端部に工具を装着する主軸と、
    前記主軸を主軸回転軸線周りに回転可能に支持する主軸頭と、
    前記主軸頭を前記主軸回転軸線に対して垂直に延びる第１の軸線周りに回転可能に支持する主軸頭支持部と、
    前記主軸頭支持部に設けられ、前記主軸頭を前記第１の軸線周りに回転送りする第１の回転送り軸装置と、
    前記主軸頭支持部を前記第１の軸線に対して垂直、かつ、前面側から背面側へ斜め上方に鉛直方向に対して傾斜して延びた第２の軸線周りに回転可能に支持するサドルと、
    前記サドルの前面側に設けられ、前記主軸頭支持部を前記第２の軸線周りに回転送りする第２の回転送り軸装置と、
    を具備することを特徴とした工作機械。
  2. ベッドと、該ベッドに設けられ前記サドルを水平な左右方向に往復動可能に支持するコラムとを更に具備し、
    前記コラムが前記第２の軸線と略平行に延びる傾斜面を有しており、前記サドルが前記傾斜面の上方に配置される請求項１に記載の工作機械。
  3. 前記主軸頭支持部は、前記サドルの前面に鉛直方向に往復動可能に取り付けられたＺ軸スライダに前記第２の軸線周りに回転可能に支持されたＣ軸回転送り軸に形成された左右一対の腕部を有している請求項２に記載の工作機械。
  4. 前記第２の回転送り軸装置は、前記主軸頭支持部に組み込まれ、前記Ｃ軸回転送り軸に結合されたサーボモータを具備する請求項３に記載の工作機械。
  5. 前記主軸頭は、前記左右一対の腕部に水平な第１の軸線周りに回転可能に支持された旋回軸を有している請求項４に記載の工作機械。
  6. 前記第１の回転送り軸装置は、前記左右一対の腕部の一方に組み込まれ、前記主軸頭の旋回軸に結合されたサーボモータを具備する請求項５に記載の工作機械。
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