JP7161068B2

JP7161068B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP7161068B2
Application number: JP2021556097A
Authority: JP
Inventors: 達裕中西; 龍彦栗谷; 茂次酒井
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2040-11-10
Also published as: CN114728390A; WO2021095714A1; US20220379421A1; EP4059659A4; EP4059659A1; JPWO2021095714A1

Description

本発明は、工作機械に関する。

工作機械では、刃物台、主軸台などの構造体がＸ、Ｙ、Ｚ方向に独立に駆動され、例えば刃物台に装着された切削工具により主軸に装着されたワークに切削加工が施される。

工作機械のベッドに装着された構造体は、通常、ベッドに設けられたガイドレールに沿って移動する。その際、ボールねじを利用して構造体の移動が行われる。ワークの切削加工による切削屑がボールねじに付着すると、ボールねじが損傷するおそれがある。ボールねじを切削屑から保護するには、ボールねじを覆うプロテクタが必要である。

例えば、特許文献１は、相対移動可能に内外に重なり合い且つ相対移動により伸縮し得るように組み合わされた複数のカバー体を備えた工作機械のテレスコピックカバーにおいて、内外に隣接する各組のカバー体において、外側カバー体の両側壁部に伸縮方向と平行に延びる１対の案内部材を設けると共に、内側カバー体の側壁部の外側カバー体側基端部から外側カバー体の方へ伸縮方向と平行に突出して前記１対の案内部材に摺動自在に夫々係合された１対の被案内部材を設けたことを特徴とする工作機械のテレスコピックカバーを提案している。

特開２００７－５０５０１号公報

ベッドに複数の構造体が装着される場合、構造体間にプロテクタを配置すると、プロテクタが障害となり、構造体同士の距離を近づけることが困難になる。例えば、構造体として第１主軸台、第２主軸台および１つ以上の刃物台を具備する工作機械の場合、工作機械によるワークの加工の利便性を考慮すると、刃物台と第１主軸台または第２主軸台との距離を自在に制御できることが望ましい。しかし、第１主軸台もしくは第２主軸台と刃物台との間にプロテクタが介在すると、刃物台を第１主軸台または第２主軸台に十分に接近させることが困難になる。

上記に鑑み、本発明の一側面は、案内部を具備するベッドと、前記ベッドにそれぞれ搭載された第１構造体および第２構造体と、前記第１構造体を前記案内部に沿って移動させる第１駆動部と、前記第１駆動部の少なくとも一部を覆うプロテクタと、を具備し、前記プロテクタは、前記第１構造体の移動に伴って伸縮可能であり、前記第１構造体および前記第２構造体の少なくとも一方が、前記プロテクタの少なくとも一部を収容するプロテクタ収容部を有し、前記プロテクタ収容部が、前記第１構造体および前記第２構造体の少なくとも一方の台部に設けられ、前記第１構造体の移動方向に向かって開口する空間である、工作機械に関する。

本発明に係る上記側面によれば、構造体を移動させる駆動部を切削屑から保護するプロテクタが構造体同士の接近を大きく制限することがない。よって、工作機械によるワークの加工の利便性が向上する。

本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本願の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

本実施形態に係る工作機械の一例の構成を示す正面図である。同工作機械の一例の構成を示す斜視図である。図２の領域Ａの拡大図である。図２の領域Ｂの拡大図である。第２主軸台のプロテクタ収容部を斜め下方から見た斜視図である。第２主軸台のプロテクタ収容部を斜め上方から見た斜視図である。第２主軸台のプロテクタ収容部側の側面図である。プロテクタに固定された回転体とワイヤーロープとの関係を示す図である。第２主軸台の後部側面に設けられた支持部材を示す斜視図である。

本発明の実施形態に係る工作機械は、案内部を具備するベッドと、ベッドにそれぞれ搭載された第１構造体および第２構造体と、第１構造体を案内部に沿って移動させる第１駆動部と、第１駆動部の少なくとも一部を覆うプロテクタとを具備する。プロテクタは、第１構造体の移動に伴って伸縮可能である。

第１構造体および第２構造体の少なくとも一方は、プロテクタの少なくとも一部を収容可能なプロテクタ収容部を有している。例えば、プロテクタ収容部に縮んだ状態のプロテクタの少なくとも一部を収容する場合、収容しない場合よりも、第１構造体と第２構造体との距離を短くすることが可能である。すなわち、プロテクタが構造体同士の接近を大きく制限することがなく、工作機械によるワークの加工の利便性が向上する。なお、第１駆動部は、その全体が切削屑から遮蔽されるように、プロテクタ、もしくはプロテクタと他の部材との組み合わせにより覆われることが望ましい。

ベッドとは、フロアに据え置かれる工作機械の下方部位であり、第１構造体および第２構造体が相対移動可能に搭載される上面を有する。ベッドは上面が傾斜したスラント型であってもよい。当該上面には、第１構造体（もしくは第１構造体と第２構造体の両方）を移動させる案内部が配置されている。

案内部は、ガイドレールであってもよく、レール状の構成を有さない摺動面であってもよい。ガイドレールは、ベッドと一体に形成されるか、またはベッドと別体に形成されてベッドに固定される。ガイドレール、摺動面などの案内部は、ベッドの上面に直線状に延在するように設けられる。案内部もしくはガイドレールの数は、特に限定されない。ガイドレールの構成も特に限定されないが、例えば、ローラガイドを用い得る。ローラガイドはランナーブロックを具備し、ランナーブロックが転動体（ボール）を介してガイドレール上をスライドすることにより、第１構造体の直線運動が案内される。

第１駆動部の構造は、特に限定されないが、第１駆動部として、例えばボールネジが用いられる。ボールネジは、シャフト状のネジ軸と、ネジ軸を回転させるモータと、ネジ軸を支持する軸受けと、ネジ軸の回転に伴ってネジ軸上を移動するナットとを具備する。ボールネジにより第１構造体の高精度の位置制御が可能である。

プロテクタは、少なくとも第１構造体と第２構造体との間に、第１駆動部の少なくとも一部を覆うように配置される。プロテクタは、第１構造体の移動に伴って伸縮可能な構造であればよい。工作機械が具備するプロテクタの数は、特に限定されない。例えば、第１構造体を挟むように２つの第２構造体を具備する工作機械は、２つのプロテクタを有してもよい。また、第１構造体と第２構造体との間以外の箇所に、別のプロテクタを設けてもよい。

プロテクタは、例えば、相対移動可能に、かつ隣接する一対の少なくとも一部が重なり合うように組み合わされた複数のカバー体を具備する。このようなプロテクタとしてテレスコピックカバーを例示できる。テレスコピックカバーは多段式の金属製カバーであり、例えば、パンタグラフ、ばね等によって複数のカバー体同士の重なりを制御することにより伸縮する。

第２構造体も、第１構造体と同様に、ガイドレールなどの案内部上を移動可能であってもよい。第２構造体を案内部に沿って移動させる第２駆動部にも、ボールネジを用い得る。この場合、第２駆動部の少なくとも一部もプロテクタで覆われる。第２駆動部も、その全体が切削屑から遮蔽されることが望ましい。第１構造体と第２構造体とは、それぞれ別の案内部に沿って移動するように構成されていてもよく、同じ案内部に沿って移動するように構成されていてもよい。

工作機械とは、例えば、旋盤、マシニングセンタ、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する複合加工機、金属付加加工が可能なＡｄｄｉｔｉｖｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＡＭ）機などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。第１構造体と第２構造体との組み合わせは、特に限定されない。例えば、第１構造体が、刃物台または振れ止めであり、第２構造体が、主軸台または心押し台であってもよい。また、第１構造体が、テーブルであり、第２構造体が、主軸（主軸頭）を装着するコラムであってもよい。

例えば、旋盤の一態様は、少なくとも１つの刃物台（第１構造体）と、第１主軸台および第２主軸台（いずれも第２構造体）とを具備する。この場合、刃物台（第１構造体）に加え、第２主軸台（第２構造体）も第１主軸台（第２構造体）に対して移動可能に構成してもよい。また、例えば、マシニングセンタは、少なくとも、ワークを支持するテーブル（第１構造体）と、主軸（主軸頭）を装着するコラム（第２構造体）とを具備する。

ここで、主軸もしくは主軸台とは、ワークに回転を与える軸、モータ、変速機などを具備する構造体である。刃物台とは、切削工具（バイト）を取り付ける構造体であり、フラット型、櫛刃型、タレット型などがある。振れ止めとは、研削盤、旋盤などに固定されたワークを半径方向に支持する構造体である。心押し台とは、ワークを安定させるためにワークに押しつける部材を具備する構造体である。テーブルとは、工作物を直接または各種取り付け装置を用いて間接的に固定し、一般には送り運動または切削運動を与える台をいう。

プロテクタの少なくとも一部を収容するプロテクタ収容部は、第１構造体および第２構造体の少なくとも一方に設ければよい。例えば、刃物台（第１構造体）と第１主軸台および第２主軸台（いずれも第２構造体）とを具備する旋盤の場合、第１主軸台および第２主軸台にプロテクタ収容部を設けることが容易である。

伸縮方向において離間して設けられたプロテクタの第１接続箇所および第２接続箇所を、それぞれ第１構造体および第２構造体に取り付けてもよい。例えば、第１構造体と第２構造体との間に配置されているプロテクタは、その伸縮方向における一方の端部および他方の端部を、それぞれ第１構造体および第２構造体に取り付けてもよい。これにより、第１構造体（および第２構造体が移動可能な場合は第２構造体）の移動に伴うプロテクタの伸縮が容易になる。

プロテクタ収容部は、第１構造体および第２構造体の少なくとも一方の台部に設けられ、第１構造体の移動方向（あるいは、プロテクタの伸縮方向）に向かって開口する空間である。ここで、第１構造体の移動方向に向かって開口するとは、当該開口を塞ぐ仮想的な平面を考えたとき、この平面と第１構造体の移動方向とが交差するように当該空間が開口していることをいう。この空間は、第１構造体の移動方向に沿って、当該空間が設けられる第１構造体および／または第２構造体を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。

プロテクタ収容部は、例えば、第１構造体および第２構造体の少なくとも一方の台部に設けられた空間であり、トンネル状空間であってもよい。台部とは、各構造体の下方部位である。このような空間は、各構造体の台部が鋳物である場合は、鋳抜き穴として形成してもよい。

プロテクタ収容部は、例えば、第１構造体の台部に設けられ、第２構造体に向かって開口する空間であってもよい。この空間は、第１構造体の移動方向に沿って、第１構造体を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。

プロテクタ収容部は、例えば、第２構造体の台部に設けられ、第１構造体に向かって開口する空間であってもよい。この空間は、第１構造体の移動方向に沿って、第２構造体を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。

プロテクタ収容部は、例えば、第１構造体および第２構造体の少なくとも一方の台部に設けられ、第１構造体の移動方向に沿って延びる空間であってもよい。この空間は、第１構造体の移動方向に沿って、当該空間が設けられる第１構造体および／または第２構造体を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。

プロテクタは、例えば、第１構造体の移動方向に沿って架設された長尺部材により支持してもよい。長尺部材には、ロープ、丸棒などのロッド部材を用い得る。架設された長尺部材でプロテクタを支持する場合、プロテクタをベッドの上面で支持する必要がなくなり、プロテクタの移動の自由度が大きくなる。プロテクタおよびプロテクタ収容部は、プロテクタがプロテクタ収容部を通過し得るように構成してもよい。

長尺部材は、ベッドの上面においてベッドの一端から他端までのほぼ全領域にわたって架設してもよい。長尺部材は、例えば、ベッドの最大長をＸとするとき、Ｘの７０％以上の距離、もしくはＸの８０％以上の距離にわたって架設される。長尺部材の一方および他方の端部は、それぞれベッドの一端および他端において、所定の固定部材により支持すればよい。

プロテクタが長尺部材で支持されるとき、プロテクタの伸縮の際の移動を容易にする観点から、プロテクタに長尺部材に沿って走行する回転体を設けてもよい。回転体としては、例えば長尺部材に沿って走行する滑車、カムフォロア等が好ましい。

第１構造体および第２構造体の少なくとも一方が、長尺部材を支持する少なくとも１つの支持部材を有してもよい。この場合、ベッド両端の所定の固定部材と支持部材とを含む複数の支点で長尺部材を支持することができるため、長尺部材の弛みが抑制され、プロテクタの伸縮や移動に対する抵抗が小さくなる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る工作機械の実施形態について更に具体的に説明する。実施形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「水平方向」、「長手方向」等）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本発明を限定するものでない。なお、各図面において、工作機械の各構成部品の形状または特徴を明確にするため、これらの寸法を相対的なものとして図示するが、必ずしも同一の縮尺比で表したものではない。また、各図面において同一の構成部品には同一の符号を用いて示す。

図１は、本実施形態に係る工作機械の一例の構成を示す正面図であり、図２は、同工作機械の構成を示す斜視図である。また、図３Ａは、図２の領域Ａの拡大図であり、図３Ｂは、図２の領域Ｂの拡大図である。図４および図５は、それぞれ第２主軸台のプロテクタ収容部を斜め下方および斜め上方から見た斜視図である。図６は、第２主軸台のプロテクタ収容部側の側面図である。

図１、２に示されるように、工作機械１００は、フロアに水平方向に設置された長尺のスラント型のベッド１１０、ベッドの上面１１０Ｐに水平移動可能に搭載された刃物台１２０（第１構造体）、刃物台１２０の一方側に配置された第１主軸台１３０、および、刃物台１２０の他方側に水平移動可能に配置された第２主軸台１４０を具備する。第１主軸台１３０は、ベッド１１０の一方の端部に固定されている。工作機械１００は、旋盤の一態様である。

なお、各図において、第１主軸台、第２主軸台、刃物台、ガイドレールを支持する支持部などは、細部を省略して描かれている。また、図１では、プロテクタの一部が省略されている。

図４～６に示されるように、ベッド１１０には、その長手方向に沿って水平方向に延在する複数のガイドレールＬと、刃物台１２０および第２主軸台１４０をそれぞれ一対のガイドレールＬに沿って移動させる第１ボールネジ１１２Ａおよび第２ボールネジ１１２Ｂとが設けられている。刃物台１２０および第２主軸台１４０は、いずれも同じガイドレールに沿って水平移動可能である。

図２、３に示されるように、ベッド１１０の上面１１０Ｐは、第１プロテクタ２１０、第２プロテクタ２２０および第３プロテクタ２３０の組み合わせによって覆われている。また、刃物台１２０と第２主軸台１４０との間に設けられた第２プロテクタ２２０は、第１ボールネジおよび第２ボールネジの少なくとも一部をそれぞれ覆っている。各プロテクタは、いずれも複数のカバー体を具備するテレスコピックカバーの形態を有する。

第１プロテクタ２１０の一端および他端は、それぞれ第１主軸台１３０および刃物台１２０に接続され、刃物台１２０の移動に伴って伸縮する。第２プロテクタ２２０の一端および他端は、それぞれ刃物台１２０および第２主軸台１４０に接続され、刃物台１２０および第２主軸台１４０の移動に伴って伸縮する。第３プロテクタ２３０の一端および他端は、それぞれ第２主軸台１４０およびベッド１１０の端部に接続され、第２主軸台１４０の移動に伴って伸縮する。

図４～６に示されるように、第２主軸台１４０には、第２プロテクタ２２０を収容し得るプロテクタ収容部１４１Ｓが設けられている。図示しないが、同様に、第１主軸台１３０には、第１プロテクタを収容し得るプロテクタ収容部が設けられている。なお、プロテクタ収容部を更に刃物台１２０にも設けてもよい。プロテクタ収容部１４１Ｓは、第２主軸台１４０の台部に設けられたトンネル状の空間であり、台部は鋳物で構成されている。トンネル状の空間は、台部を形成する際に鋳抜き穴として形成される。

第２主軸台１４０のプロテクタ収容部１４１Ｓは、刃物台１２０の移動方向に向かって開口している。第２主軸台１４０のプロテクタ収容部１４１Ｓは、刃物台１２０に向かって開口している。第２主軸台１４０のプロテクタ収容部１４１Ｓは、刃物台１２０の移動方向に沿って延びている。

第１主軸台１３０のプロテクタ収容部は、刃物台１２０の移動方向に向かって開口している。第１主軸台１３０のプロテクタ収容部は、刃物台１２０に向かって開口している。第１主軸台１３０のプロテクタ収容部は、刃物台１２０の移動方向に沿って延びている。

図１では、刃物台１２０と第２主軸台１４０とが十分に接近した状態が示されている。このような接近は、第２主軸台１４０の台部に設けられたプロテクタ収容部１４１Ｓに第２プロテクタ２２０を収容することで可能となる。同様に、第１プロテクタ２１０は、第１主軸台１３０の台部に設けられたプロテクタ収容部に収容される。

第１プロテクタ２１０と第２プロテクタ２２０は、それぞれ、ベッド１１０の長手方向における一端から他端にわたって平行に架設された一対の長尺部材（丸棒３００）により支持されている。図２では、丸棒３００は破線で概念的に示されている。丸棒３００は、刃物台１２０および第２主軸台１４０の移動方向と平行に架設されている。具体的には、図３Ａに示されるように、ベッド１１０の一端には、一対の丸棒３００の一端をそれぞれ固定するための環状の留め具１１３Ａが一対設けられている。一対の丸棒３００の一端は、それぞれ留め具１１３Ａの環に係合されて固定されている。また、図３Ｂに示されるように、ベッド１１０の他端には、上記と同様の環状の留め具１１３Ｂが一対設けられている。一対の丸棒３００の他端は、それぞれターンバックル３１０に接続されており、ターンバックル３１０は留め具１１３Ｂと接続されている。よって、丸棒３００の長さはベッド１１０の最大長Ｘとほぼ同じである。

一対の丸棒３００で第１プロテクタ２１０および第２プロテクタ２２０を支持し、丸棒３００上を各プロテクタが走行するように構成することで、各プロテクタを支持するための部材をベッド１１０の上面１１０ＰもしくはガイドレールＬ上に設置する必要がなくなる。すなわち、各プロテクタは、丸棒３００上を水平方向に走行し、第２主軸台１４０の台部に設けられているトンネル状のプロテクタ収容部１４１Ｓおよび第１主軸台１３０に設けられている図示しない別のプロテクタ収容部内に収容される。なお、刃物台１２０にも更に別のプロテクタ収容部を形成し、当該プロテクタ収容部内を各プロテクタが通過し得るようにしてもよい。

各プロテクタの丸棒３００との接触位置には、図７に示すように、滑車３２０が固定されている。滑車３２０の回転方向は丸棒３００と平行であり、滑車３２０が丸棒３００上を走行することで各プロテクタの伸縮および移動が容易になる。滑車３２０は、各プロテクタにそれぞれ１個または２個以上固定してもよい。

一対の丸棒３００だけで各プロテクタを支持してもよいが、さらに、刃物台１２０（第１構造体）および第２主軸台１４０（第２構造体）の少なくとも一方に、各プロテクタを支持するための支持部材を設けてもよい。これにより、より多くの支点で丸棒３００を支持することができるため、丸棒３００の弛みが抑制される。

図８に支持部材の一例を示す。図８では、第２主軸台１４０の後部側面に支持部材３３０が設けられている。図示例の支持部材３３０は、丸棒３００との抵抗を低減するなどの観点から、丸棒３００と平行に回転する滑車３３２を有しているが、支持部材３３０の構造は特に限定されない。なお、図８では、第２主軸台１４０は簡略化して描かれ、プロテクタのカバー部材は省略されている。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。

本発明に係る工作機械によれば、主軸台、刃物台などの構造体同士の接近が容易であり、工作機械によるワークの加工の利便性が向上する。

１００：工作機械、１１０：ベッド、１１０Ｐ：上面、１１２Ａ：第１ボールネジ、１１２Ｂ：第２ボールネジ、１１３Ａ，１１３Ｂ：環状の留め具、１２０（第１構造体）：刃物台、１３０：第１主軸台、１４０：第２主軸台、１４１Ｓ：プロテクタ収容部、２１０：第１プロテクタ、２２０：第２プロテクタ、２３０：第３プロテクタ、３００：丸棒、３１０：ターンバックル、３２０：滑車、３３０：支持部材、Ｌ：ガイドレール

Claims

案内部を具備するベッドと、
前記ベッドにそれぞれ搭載された第１構造体および第２構造体と、
前記第１構造体を前記案内部に沿って移動させる第１駆動部と、
前記第１駆動部の少なくとも一部を覆うプロテクタと、を具備し、
前記プロテクタは、前記第１構造体の移動に伴って伸縮可能であり、
前記第１構造体および前記第２構造体の少なくとも一方が、前記プロテクタの少なくとも一部を収容するプロテクタ収容部を有し、
前記プロテクタ収容部が、前記第１構造体および前記第２構造体の少なくとも一方の台部に設けられ、前記第１構造体の移動方向のみに向かって開口する空間である、工作機械。
前記プロテクタの伸縮方向において離間して設けられた第１接続箇所および第２接続箇所が、それぞれ前記第１構造体および前記第２構造体に取り付けられている、請求項１に記載の工作機械。
前記プロテクタが、相対移動可能に、かつ隣接する一対の少なくとも一部が重なり合うように組み合わされた複数のカバー体を有する、請求項１または２に記載の工作機械。
前記空間が前記第１構造体の台部に設けられる場合、前記第１構造体の前記空間は、前記第２構造体に向かって開口しており、
前記空間が前記第２構造体の台部に設けられる場合、前記第２構造体の前記空間は、前記第１構造体に向かって開口している、請求項１～３のいずれか１項に記載の工作機械。
前記プロテクタが、前記第１構造体の移動方向に沿って架設された長尺部材により支持されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の工作機械。
前記プロテクタが、伸縮の際に前記長尺部材に沿って走行する回転体を具備する、請求項５に記載の工作機械。
前記第１構造体および前記第２構造体の少なくとも一方が、前記長尺部材を支持する少なくとも１つの支持部材を有する、請求項５または６に記載の工作機械。
前記長尺部材が、ワイヤーロープまたはロッド部材である、請求項５～７のいずれか１項に記載の工作機械。
前記第２構造体を前記案内部に沿って移動させる第２駆動部を更に具備し、
前記第２駆動部の少なくとも一部も前記プロテクタで覆われている、請求項１～８のいずれか１項に記載の工作機械。
前記第１構造体が、刃物台または振れ止めであり、
前記第２構造体が、主軸台または心押し台である、請求項１～９のいずれか１項に記載の工作機械。
前記第１構造体が、テーブルであり、
前記第２構造体が、主軸を装着するコラムである、請求項１～９のいずれか１項に記載の工作機械。
前記プロテクタ収容部が、前記第１構造体の移動方向に沿って延びるように前記台部に設けられた穴である、請求項１～１１のいずれか１項に記載の工作機械。