JP7536335B2

JP7536335B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP7536335B2
Application number: JP2022551513A
Authority: JP
Inventors: 忠良佐藤
Original assignee: HARU TECHNIQUE LABORATORY INC.
Current assignee: HARU TECHNIQUE LABORATORY INC.
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2024-08-20
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: WO2022064629A1; EP4219049A4; CN115151373A; JPWO2022064629A1; EP4219049A1; US20230330794A1; KR20220127321A; CN115151373B

Description

本発明は、工具を回転させながらワークの加工を行う工作機械に関する。

工作機械であるマシニングセンタとして、立形マシニングセンタと横形マシニングセンタが知られている。このうち、横形マシニングセンタは、工具（刃物）の回転軸は横向き（設置面に平行）であり、工具の位置は３軸方向に制御可能である。例えば、Ｘ軸方向（左右方向）においてテーブルの移動を制御することにより、テーブルと一体に工具が移動し、Ｘ軸方向において工具を目的の位置に移動させることができる。

テーブルの移動機構としてＬＭガイド（Linear Motion Guide）等の機構が用いられるが、テーブルの移動方向であるＸ軸方向において、モータやレールが延在するため、Ｘ軸方向における設置寸法が大きくなる。このため、特許文献１に記載の省スペース型自動工作機械においては、旋回軸の回転により加工用主軸をスィング運動させて、加工用主軸にＸ軸方向の変位を与えるようにして、移動ストロークを短縮させて、工作機械の小型化を図っている。

特開昭６３－５２９３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の省スペース型自動工作機械においては、加工用主軸をスィング運動させる機構は、旋回軸と加工用主軸との間にアーム状のスピンドルブラケットが介在している。この構成は、加工時においては、加工用主軸の推力がスピンドルブラケットを介して旋回軸に伝わるので剛性確保に不利な構成であった。

また、同構成においては、アーム状のスピンドルブラケットの回転に伴い、スピンドルブラケットの自重によるスピンドルブラケットの重量バランスが刻々と変化する。同構成はスピンドルブラケットが位置規制される構造ではないため、重量バランスの変化により、主軸の位置精度への影響が生じ得ることになる。このため、同構成は加工用主軸の位置決め精度の確保に不利な構成であった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、小型化を実現しつつ、主軸の移動機構の剛性確保に有利であり、かつ主軸の位置決め精度の確保にも有利な工作機械を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の工作機械は、移動可能なドラム架台と、前記ドラム架台に組み込まれ、外形が円形状のドラムと、前記ドラムの中心軸方向に貫通し、前記ドラムからの出代が調整可能なクイル式主軸とを備え、前記ドラム架台と前記ドラムとの間に、前記ドラムの外周に沿って設けた軸受が介在していることにより、前記ドラムは前記ドラム架台内で回転可能であり、前記ドラム架台の移動、前記ドラムの回転及び前記クイル式主軸の前記ドラムからの出代調整により、前記クイル式主軸に装着した工具の位置決めが可能であることを特徴とする。

前記本発明の工作機械によれば、工具の径方向における工具の位置決めは、ドラムの回転で実現できるため、ＬＭガイドのような工具の径方向に延在する機構は不要となり、小型化による省スペース化を図ることができる。また、本発明の工作機械は、クイル式主軸を採用していることにより、突起物等があるワークに対しても接近性が良好になり、かつワーク加工時における振動吸収性に優れ、切削面の状態も良好になる。あわせて、クイル式主軸は、摺動部は簡単な構造で足り、大掛かりなカバーは不要となり、この点においても、ワークへの接近性が良好になり、このことは切削時の応力経路が短くなることでもあり、切削性も良好になる。

また、本発明においては、クイル式主軸はドラムで支持され、ドラムは外周に沿って軸受を設けている。この構成によれば、クイル式主軸に装着した工具でワークを加工する際に、クイル式主軸の推力によって、ドラム側に作用する力の大半は、軸受部分に作用するスラスト荷重に留まり、スラスト荷重はドラムの全周に設けた軸受部分で万遍なく受けるため、ドラム自体を特別に補強する必要はなく、剛性確保に有利になる。また、スラスト荷重を軸受部分で万遍なく受けることにより、ドラム径を大きくしても、特別に補強する必要はなく、装置の奥行寸法が大きくなることもない。

さらに、外形が円形状のドラムは、回転しても配置状態は変化せず、重量バランスの変化を生じないことに加え、軸受がドラムの全周を囲んでいるので、ドラムが回転してもドラムの位置は常に規制され、ドラムが回転してもドラムの位置精度が悪化することはなく、ドラムに支持されたクイル式主軸の位置精度が悪化することもない。

前記本発明の工作機械においては、前記工作機械は、ベッド上に本体を設置して使用するものであり、前記本体に、前記ドラム架台の移動、前記ドラムの回転、前記クイル式主軸の前記ドラムからの出代調整及び前記クイル式主軸に装着した工具の回転を行う機構が一体になっていることが好ましい。この構成によれば、本体をベッドから分離させて、本体をベッドの他の位置に設置したり、他のベッド上に設置して使用することが可能になる。

また、前記本発明の工作機械においては、前記ドラムは、前記ドラムの外周部を回転させることにより回転することが好ましい。この構成によれば、ドラムの内側に配置されているクイル式主軸の移動量は、ドラムの外周部の移動量よりも小さくなる。このため、クイル式主軸の位置がドラムの外周部から離れていても、クイル式主軸の位置決め精度が増幅されることはない。

本発明の効果は前記のとおりであり、要約すれば、本発明によれば、小型化による省スペース化を図ることができ、クイル式主軸を採用していることにより、ワークへの接近性が良好になり、かつワーク加工時における振動吸収性に優れ、切削面の状態も良好になる。また、クイル式主軸はドラムで支持され、ドラムは外周に沿って軸受を設けているので、剛性確保に有利になり、ドラム径を大きくしても、特別に補強する必要はなく、装置の奥行寸法が大きくなることもない。さらに、外形が円形状のドラムは、回転しても配置状態は変化せず、重量バランスの変化を生じないことに加え、軸受がドラムの全周を囲んでいるので、ドラムが回転してもドラムの位置は常に規制され、ドラムが回転してもドラムの位置精度が悪化することはなく、ドラムに支持されたクイル式主軸の位置精度が悪化することもない。

本発明の一実施形態に係る工作機械の外観斜視図。図１に示した本体の主要部の内部構造を示す斜視図。本発明の一実施形態において、工具の加工領域を示す図。本発明の一実施形態に係る工作機械の正面図。本発明の一実施形態に係る工作機械の側面図本発明の一実施形態において、工具によりワークが加工されている状態を示す側面図。図６の状態から工具を後退させ、さらに上昇させた状態を示す側面図。図７の状態からＡＴＣの回転円盤に工具が装着された状態を示す側面図。図８の状態に続いてクイル式主軸から工具が取り外された状態を示す側面図。本発明の一実施形態において、ドラム及びクイル式主軸の駆動構造の別の例を示す斜視図。

本発明は工作機械に関するものであるが、より具体的には複数の工具（刃物）を自動交換でき、ＮＣ（数値制御）のプログラミング制御に従って穴あけやミーリング加工などの多種類の加工を１台で実現できるマシニングセンターである。以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る工作機械１の外観斜視図である。図１において左右方向（横方向）がＸ軸方向、上下方向がＹ軸方向、前後方向がＺ軸方向である。図示の便宜のため、図１においては、図４及び図５に示したＡＴＣ（自動工具交換装置）４０の図示は省略している。本体２に取り付けられたレール３にドラム架台４が係合している。ドラム架台４には外形が円形状のドラム５が組み込まれている。ドラム５には、ドラム５からの出代が調整可能なクイル式主軸６がドラム５の中心軸方向に貫通している。

ドラム架台４には延出部７が一体になっており、延出部７にナット８が固定されている。ナット８には上下軸ボールねじ１１が螺合している。上下軸ボールねじ１１が回転すると、この回転方向に応じてナット８が上方向又は下方向に移動し、これと一体に延出部７及びドラム架台４が上方向又は下方向に移動する。より具体的には、上下軸ボールねじ１１の回転により、ドラム架台４がＹ軸方向に移動し、ドラム架台４に取り付けられたドラム５、ドラム５に取り付けられたクイル式主軸６及びクイル式主軸６に取り付けられた工具１０がＹ軸方向に移動する。すなわち、上下軸ボールねじ１１の回転により、工具１０のＹ軸方向における位置決めが可能になる。

上下軸ボールねじ１１の回転駆動の駆動源はＹ軸駆動モータ１３である。ケース１４内には、一対のプーリー１５、１６が配置されており、プーリー１５はＹ軸駆動モータ１３に取り付けられ、プーリー１６は、上下軸ボールねじ１１に取り付けられている。プーリー１５、１６にはタイミングベルト１７が噛み合っている。Ｙ軸駆動モータ１３の回転軸の回転は、プーリー１５、タイミングベルト１７及びプーリー１６に伝達されて、上下軸ボールねじ１１が回転する。

以下、図２を参照しながら、クイル式主軸６及びドラム５の駆動について説明する。図２は、図１に示した本体２の主要部の内部構造を示す斜視図である。ドラム５は、ドラム架台４内に軸受２０を介して回転可能に取り付けられている。軸受２０は径の大きな転がり軸受けである。ドラム５の中心線２１とクイル式主軸６の中心線２２は平行であり、ドラム５の中心線２１方向（Ｚ軸方向）において、ドラム５を横切るようにクイル式主軸６がドラム５を挿通している。クイル式主軸６とドラム５の孔との間にはすべり軸受１９が介在している。クイル式主軸６は円筒体に回転軸９が内蔵されたものであり、回転軸９の先端部に工具１０の一部が差し込まれる。

クイル式主軸６は、外周部である円筒体は回転せず、内部の回転軸９が中心線２２を中心に回転し、これと一体に工具１０が回転してワークを加工する。クイル式主軸６の回転駆動の駆動源は主軸駆動モータ２３である。ブラケット２４内には、一対のプーリー２５、２６が配置されており、プーリー２５は主軸駆動モータ２３に取り付けられ、プーリー２６は回転軸９の後端部に取り付けられている。プーリー２５、２６にはタイミングベルト２７が噛み合っている。主軸駆動モータ２３の回転軸の回転は、プーリー２５、タイミングベルト２７及びプーリー２６に伝達されて、主軸駆動モータ２３の回転軸の回転方向に応じて、クイル式主軸６の回転軸９が回転し、これと一体工具１０が回転する（矢印a方向）。

ドラム駆動モータ３０には、歯車３１が取り付けられており、歯車３１はドラム５の外周部の全周に設けた歯３２と噛み合っている。歯３２は、ドラム５に取り付けた歯車の歯でもよく、ドラム５に直接形成したものであってよい。ドラム駆動モータ３０の回転軸が回転すると、歯車３１が回転し歯車３１に噛み合っている歯３２が回転し、これと一体にドラム駆動モータ３０の回転軸の回転方向に応じて、ドラム５が回転する（矢印ｂ方向）。ドラム５が回転すると、これと一体にドラム５に取り付けられているクイル式主軸６も回転する。

前記のとおり、クイル式主軸６のドラム５からの出代が調整可能である。この出代調整の駆動源はＺ軸駆動モータ３３である。Ｚ軸駆動モータ３３には前後軸ボールねじ３４が取り付けられている。前後軸ボールねじ３４はモータ支持体３５を挿通しており、このことにより、Ｚ軸駆動モータ３３はモータ支持体３５により支持されている。

図示の便宜のため、モータ支持体３５は破断して図示しているが、モータ支持体３５は、ドラム５側に延在し、先端がドラム５に固定されている。前後軸ボールねじ３４にはナット３６が螺合している。これらの構成によれば、Ｚ軸駆動モータ３３の回転軸が回転すると、この回転方向に応じてナット３６がＺ軸方向（前後方向）に移動する。

ナット３６はブラケット２４に固定されている。また、クイル式主軸６及び主軸駆動モータ２３もブラケット２４に固定されている。このため、ナット３６のＺ軸方向（前後方向）の移動と一体に、クイル式主軸６もＺ軸方向に移動し、ドラム５からのクイル式主軸６の出代が調整される。

また、前記のとおり、Ｚ軸駆動モータ３３を支持するモータ支持体３５はドラム５に固定され、ナット３６、クイル式主軸６及び主軸駆動モータ２３はブラケット２４に固定されているので、ドラム５が回転すると、これと一体にクイル式主軸６だけでなく、モータ支持体３５、ブラケット２４及び主軸駆動モータ２３も回転する。

以下、図３を参照しながら、工具１０の加工領域について説明する。前記のとおり、ドラム架台４は上下方向（Ｙ軸方向）に移動し、これと一体にドラム５も上下移動する。図３Ａは、ドラム５が上昇し切った上段位置におけるドラム５を示しており、図３Ｃは、ドラム５が下降し切った下段位置におけるドラム５を示しており、図３Ｂは、上段位置と下段位置の中間の中段位置におけるドラム５を示している。

図３Ｂにおいて、工具１０の回転半径をＲとすると、工具１０の中心点２９の軌跡はドラム５の中心点２８を中心とする円４０となる。この場合、Ｘ軸方向における工具１０の中心点２９の可動範囲は２Ｒとなり、Ｘ軸方向においては工具１０の中心点２９は、２Ｒの可動範囲内の任意の位置に移動可能である。ただし、ドラム５の中心点２８が固定されていると、工具１０の中心点２９は円４０上を移動するに留まり、例えば円４０上の点Ｐ１よりも下の点Ｐ２の位置には工具１０の中心点２９は移動しない。

一方、ドラム５を図３Ｂの位置から△Ｖだけ下降させれば、点Ｐ１の位置にあった工具１０の中心点２９は、点Ｐ２の位置に達することになる。同様にドラム５を適宜上下移動させることにより、点Ｐ３と点Ｐ４とを結ぶ垂直線４１上の任意の位置に工具１０の中心点２９を移動させることができる。点Ｐ３は、ドラム５が上段位置にあるときの工具１０の中心点２９の軌跡となる円４２上の点であり、点Ｐ４は、ドラム５が下段位置にあるときの工具１０の中心点２９の軌跡となる円４３上の点である。

垂直線４１上において、任意の位置に工具１０の中心点２９を移動できることについては、円４２の上半分の円弧上の点と円４３の下半分の円弧上の点とを結ぶ垂直線であれば同様である。このため、工具１０の中心点２９は、Ｘ軸方向における２Ｒの可動範囲内において、円４２の上半分の円弧と円４３の下半分の円弧との間の領域が可動領域となる。

したがって、ドラム５の回転移動量とドラム５の上下移動量とを適宜組み合わせることにより、可動領域内の任意の位置に工具１０を位置決めすることが可能となる。より具体的には、工具１０の平面上の目標位置は、Ｘ軸方向の位置とＹ軸方向の位置で決定される。このため、ドラム５を回転させて工具１０をＸ軸方向の目標位置に位置決めし、続いてドラム５を上下方向に移動させて工具１０をＹ軸方向の目標位置に位置決めすれば、工具１０を目標位置に位置決めすることが可能になる。工具１０を目標位置に位置決めした後は、ドラム５からクイル式主軸６を伸長させて（Ｚ軸方向）、工具１０によりワークを加工する。

本実施形態においては、工具１０のＸ軸方向の位置決めは、ドラム５の回転で実現できるため、ＬＭガイドのようなＸ軸方向に延在する機構は不要となり、小型化による省スペース化を図ることができる。

また、本実施形態においては、クイル式主軸６を採用しており、次のような効果が得られる。工具１０のワークへの接近時には、面積の大きなドラム架台４は移動せず、外形が円筒状のクイル式主軸６がＺ軸方向に伸長して工具１０がワークに接近する。この構成によれば、突起物等があるワークに対しても接近性が良好になる。

図２に示したように、クイル式主軸６はすべり軸受１９を介して、ドラム５に取り付けられている。この構成では、クイル式主軸６をＺ軸方向に移動させないミーリング加工時にはすべり軸受１９に静止摩擦力が生じ、クイル式主軸６をＺ軸方向に移動させる穴あけ加工時にはすべり軸受１９に動摩擦力が生じる。このため、クイル式主軸６はワーク加工時における振動吸収性に優れ、切削面の状態も良好になる。一方、ＬＭガイドを用いたユニット移動式では、転がり摩擦力しか生じないためビビリ易くなる。

また、ユニット移動式では、その摺動部であるＬＭガイドには切削粉塵を入れないための大掛かりなカバーが必要であり、加工対象物からスピンドルが離れてしまう。これに対してクイル式主軸６のスライドは、図２に示したようなすべり軸受け１９内をクイル式主軸６がスライドする構成である。このため、摺動部は簡単な構造で足り、大掛かりなカバーは不要となり、ワークへのクイル式主軸６接近性は良好になる。このことは、切削時の応力経路が短くなることでもあり、切削性も良好になる。

次に、本実施形態においては、図２に示したように、クイル式主軸６の支持構造は、ドラム架台４内に軸受２０を介して回転可能に取り付けられたドラム５でクイル式主軸６を支持する構造（以下、「ドラム式」という。）である。ドラム式では、クイル式主軸６に装着した工具１０でワークを加工する際に、クイル式主軸６の推力によって、ドラム５側に作用する力の大半は、軸受２０部分に作用するスラスト荷重に留まる。スラスト荷重はドラム５の全周に設けた軸受２０部分で万遍なく受けるため、ドラム５自体を特別に補強する必要はなく、ドラム式は剛性確保に有利な構造である。一方、アームの一端に旋回軸を取り付け、アームの他端に主軸を支持する構造（以下、「アーム式」という。）では、ワークの加工時に、主軸の推力が直接的にアームを変形させる方向に作用し、かつ旋回軸に伝わるので剛性確保に不利な構造となる。

このことは、工具の回転半径が大きくなるほど顕著になる。例えば、アーム式においては、回転半径が２倍になればワークの加工時に工具が受ける反力により旋回軸を支持する軸受に作用するモーメントが２倍になり、軸受に作用する力が大きくなる。この場合、旋回軸を太くして剛性を高めたり、旋回軸を長くして軸受に作用する力を軽減させる対策が必要になる。旋回軸を長くすると、装置の奥行寸法もそれに伴い大きくなってしまう。これに対し、ドラム式は前記のとおり、ワークの加工時のスラスト荷重は、ドラム５の全周に設けた軸受２０部分で万遍なく受けるため、ドラム径を大きくしても、特別に補強する必要はなく、装置の奥行寸法が大きくなることもない。

また、アーム式は、主軸の位置決め精度がアームの長さに比例して精度悪化の方向に増幅されていく。これに対し、図２に示したドラム式は、ドラム５の外周部を回転駆動させたときに、ドラム５の内側に配置されているクイル式主軸６の移動量は、ドラム５の外周部の移動量よりも小さくなる。このため、クイル式主軸６の位置がドラム５の外周部から離れていても、クイル式主軸６の位置決め精度が増幅されることはない。すなわち、図２に示したようなドラム５の外周部が回転駆動されるドラム式は、クイル式主軸６の位置決め精度に有利になる。

さらに、アーム式においては、アームの回転に伴いアームの配置状態が変化し、アームの自重によるアームの重量バランスが刻々と変化するが、アーム式は一端が自由端であり、自由端が支持される構造ではないため、重量バランスの変化により、主軸の位置精度への影響が生じ得る。

これに対し、外形が円形状のドラム５は、回転しても配置状態は変化せず、重量バランスの変化も生じない。また、図２に示したように、ドラム５は、ドラム架台４内に軸受２０を介して支持されており、この軸受構造により、ドラム５の位置は規制されている。軸受２０はドラム５の全周を囲んでいるので、ドラム５が回転してもドラム５の位置は常に規制される。このため、ドラム５が回転しても、ドラム５の位置精度が悪化することはなく、ドラム５に支持されたクイル式主軸６の位置精度が悪化することもない。このことは、微小な位置精度の悪化も問題となるワークの加工精度確保に有利になる。

次に、図４及び図５を参照しながら、工作機械１についてより具体的に説明する。図４は工作機械１の正面図であり、図５は工作機械１の側面図である。図４及び図５においては、図１では図示を省略したＡＴＣ（自動工具交換装置）４０を図示している。図４において、ＡＴＣ４０は、回転円盤４１を備えており、回転円盤４１に複数の工具４４が着脱可能に取り付けられている。回転円盤４１は図５に示したＡＴＣ回転モータ４２により回転駆動され、図４に示した回転円盤４１の中心４３を中心に回転する（矢印ｃ）。工具の交換時には、Ｙ軸方向においてドラム架台４が上昇し（矢印ｄ）、クイル式主軸６の先端に装着された工具１０と、ＡＴＣ４０の回転円盤４１に取り付けられた工具４４とが交換される

図４において、本体２はベッド４７上に設置されている。本体２は外装ケース４８内に収容されている。図示の便宜のため、図５～図９においては、外装ケース４８の図示は省略している。図５に示したように、Ｙ軸駆動モータ１３は、ケース１４を介して本体２と一体になっており、主軸駆動モータ２３及びＺ軸駆動モータ３３は本体２と一体になっている。図１及び図２（本体２の内部構造）に示したように、Ｙ軸駆動モータ１３、主軸駆動モータ２３及びＺ軸駆動モータ３３により駆動される機構は、ケース１４又は本体２内に内蔵されている。また、図２に示したように、ドラム駆動モータ３０及びドラム駆動モータ３０で駆動される機構も本体２内に内蔵されている。

すなわち、本体２に、Ｙ軸駆動モータ１３を駆動源とするドラム架台４を移動させる機構、主軸駆動モータ２３を駆動源とするクイル式主軸に装着した工具１０の回転を行う機構、Ｚ軸駆動モータ３３を駆動源とするクイル式主軸６のドラム５からの出代調整を行う機構及びドラム駆動モータ３０を駆動源とするドラム５を回転させる機構が一体になっている。この構成によれば、本体２をベッド４７から分離させて、本体をベッド４７の他の位置に設置したり、他のベッド４７上に設置して使用することが可能になる。例えば、３台の本体２をベッド４７上に設置することにより、Ｔ字型のワークについて、３方向からの同時加工が可能になるが、同ワークの加工が休止している間に、工作機械１全体を移動させることなく、例えば１基分の本体２のみを他のベッド４７上に設置することにより、他のワークの加工を行うことができる。

以下、図５～図９を参照しながら、工作機械１の動作について工程順に説明する。図５において、ワーク支持台４６上にワーク４５が支持されている。ワーク支持台４６及びワーク４５は概略的に図示しており、ワーク４５の支持構造の図示は省略している。図５の状態では、ドラム５（図４参照）の回転移動と上下移動により、工具１０のＸ軸方向の位置とＹ軸方向の位置が、ワーク４５の加工部位に対向する位置に位置決めされている。

図５の状態から、Ｚ軸駆動モータ３３を駆動してクイル式主軸６をＺ軸方向において前進させることにより（矢印ｅ方向）、クイル式主軸６の先端に装着された工具１０がワーク４５の目標加工部位に達する。この状態ではクイル式主軸６の回転軸９（図２参照）と一体の工具１０は、主軸駆動モータ２３の駆動により回転しており、工具１０によりワーク４５の加工が可能になる。

図６は、工具１０によりワーク４５が加工されている状態を示している。加工中、工具１０はクイル式主軸６の中心線２２（図２参照）回りに回転している。工具１０としてドリルを用いることにより、穴あけ加工を行うことができ、タップを用いることにより、タッピング加工を行うことができる。また、工具１０としてエンドミルを用いることにより、ミーリング加工を行うこともできる。この場合は、ドラム駆動モータ３０（図２参照）、Ｙ軸駆動モータ１３及びＺ軸駆動モータ３３を駆動させて、ＸＹＺ方向に工具１０の位置を適宜位置決めしながら加工を行う。

工具１０による加工が終了し、工具１０を交換して新たな加工を行うときは、ＡＴＣ４０により工具交換を行う。図７は工具交換直前の状態を示している。図７は図６の状態から工具１０を後退させ、さらに上昇させた状態である。図８は、工具１０をＡＴＣ４０の回転円盤４１に渡した状態を示している。この間、ＡＴＣ４０は移動することはなく、図７の状態から、ドラム架台４を上昇させることにより、工具１０をＡＴＣ４０の回転円盤４１に装着することができる。

図８は、ＡＴＣ４０の回転円盤４１に工具１０が装着された状態を示している。この状態からクイル式主軸６を後退させると（矢印ｆ）、クイル式主軸６から工具１０が取り外される。図９はクイル式主軸６から工具１０が取り外された状態を示している。図９の状態から回転円盤４１を回転させることにより（図４の矢印ｃ参照）、次の加工に必要な工具４４をクイル式主軸６に対向させることができる。以後は前記の逆の動作により、クイル式主軸６に新たな工具４４を装着し、工具４４をワーク４５に対向させ、続いてワーク４５の加工を行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、前記実施形態は一例であり、適宜変更したものであってもよい。図１０はドラム５の駆動構造の別の例を示す斜視図である。図１０は図２と同様に工作機械１の主要部の内部構造を示したものであり、図２と同一構成又は同様の構成のものは同一番号を付して、その説明は省略する。

図１０において、クイル式主軸６はブラケット３７、移動ブラケット３８及びブラケット３９の孔５３、孔５４及び切り欠き５５を挿通しており、クイル式主軸６に移動ブラケット３８が固定されている。図示は省略しているが主軸駆動モータ２３とクイル式主軸６内の回転軸９との間には、プーリー及びタイミングベルトで構成される回転機構が介在している。主軸駆動モータ２３により回転軸９が回転駆動され、これと一体に工具１０が回転する（矢印a方向）。

ドラム駆動モータ３０に、減速機５１を介してドラム回転軸５０が取り付けられている。ドラム回転軸５０はドラム５に固定されている。ドラム駆動モータ３０の回転軸が回転すると、減速機５１を介してドラム回転軸５０が回転し、これと一体にドラム駆動モータ３０の回転軸の回転方向に応じて、ドラム５が回転する（矢印ｂ方向）。減速機５１に代えて、プーリー及びタイミングベルトで構成される回転機構を用いてもよい。

Ｚ軸駆動モータ３３には前後軸ボールねじ５２が取り付けられている。前後軸ボールねじ５２はブラケット３９の孔５７を挿通しており、このことにより、Ｚ軸駆動モータ３３はブラケット３９により支持されている。また、前後軸ボールねじ５２にはブラケット３８と一体のナット５６が螺合している。これらの構成によれば、Ｚ軸駆動モータ３３の回転軸が回転すると、この回転方向に応じてナット５６と一体の移動ブラケット３８がＺ軸方向（前後方向）に移動する。

クイル式主軸６は、移動ブラケット３８に固定されている。一方、クイル式主軸６は、ブラケット３７の孔５３部分ではブラケット３７に対して独立して移動可能である。このため、移動ブラケット３８のＺ軸方向（前後方向）の移動と一体に、クイル式主軸６及び主軸駆動モータ２３もＺ軸方向に移動し、ドラム５からのクイル式主軸６の出代が調整される。クイル式主軸６の出代が伸びるときは、主軸駆動モータ２３はブラケット３９の切り欠き５５を通過するので、主軸駆動モータ２３とブラケット３９とが干渉することはない。

また、クイル式主軸６に移動ブラケット３８が固定され、クイル式主軸６には、主軸駆動モータ２３が一体になっており、さらにドラム回転軸５０にブラケット３７及びブラケット３９が固定されている。このため、ドラム回転軸５０が回転すると、ドラム５、クイル式主軸６、主軸駆動モータ２３及び移動ブラケット３８だけでなく、ブラケット３７、ブラケット３９及びＺ軸駆動モータ３３も回転する。

前記のとおり、図１０はドラム５の駆動構造の別の例であり、図１０のドラム５の駆動構造では、図２のような歯車３１及び歯車３２で構成される駆動機構を省くことができる。

以上、ドラム４及びクイル式主軸６の駆動構造の別の例を説明したが、他の構成についても適宜変更したものであってもよい。例えば、図５において、ＡＴＣ回転モータ４２は回転軸が縦方向になるように配置されているが、回転軸が横方向になるように配置し、回転モータ４２を回転円盤４１に直接取り付けてもよい。

また、前記実施形態の工作機械１はクイル式主軸６を横向きに配置した横形の例で説明したが、クイル式主軸６を立向きに配置した立形であってもよい。横形では、前記のとおりドラム架台４は上下方向（垂直方向）に移動するが、立形では、ドラム架台４は左右方向（水平方向）に移動する。

１工作機械
４ドラム架台
５ドラム
６クイル式主軸
１０，４４工具
１３Ｙ軸駆動モータ
２０軸受
２３主軸駆動モータ
３０ドラム駆動モータ
３３Ｚ軸駆動モータ
４０ＡＴＣ（自動工具交換装置）
４５ワーク
４７ベッド

Claims

工具を回転させながらワークの加工を行う工作機械であって、
レールに係合し、レールに沿って上下方向に移動可能なドラム架台と、
前記ドラム架台に組み込まれ、外形が円形状のドラムと、
前記ドラムの中心軸方向に貫通し、前記ドラムからの出代が調整可能なクイル式主軸とを備え、
前記ドラム架台と前記ドラムとの間に、前記ドラムの外周に沿って設けた軸受が介在していることにより、前記ドラムは前記ドラム架台内で回転可能であり、
前記ドラム架台の移動、前記ドラムの回転及び前記クイル式主軸の前記ドラムからの出代調整により、前記クイル式主軸に装着した工具の位置決めが可能であり、
前記ドラム架台に組み込まれる前記ドラムは１つであり、
前記工作機械は、ベッド上に本体を設置して使用するものであり、
前記本体に、前記ドラム架台の移動、前記ドラムの回転、前記クイル式主軸の前記ドラムからの出代調整及び前記クイル式主軸に装着した工具の回転を行う機構と自動工具交換装置が一体になっており、
前記ドラム架台が上昇して、前記クイル式主軸の先端に装着された工具を、前記自動工具交換装置に装着し、前記クイル式主軸を後退させることにより、前記クイル式主軸から工具を取り外すことができることを特徴とする工作機械。
前記ドラムは、前記ドラムの外周部を回転させることにより回転する請求項１に記載の工作機械。