JPH01240202A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分舒〕 乙の発明は、例えばマシニングセンタ等の工作機械に関
するものであり、更に詳しくは、機枠コラムに支持され
たスピンドルヘッドを備え、先端に工具を掴んで回転す
るスピンドルが前記スピンドルヘッドに軸受は支持され
ているタイプの工作機械に関するものである。

〔従来の技術〕

近年の工作機械の技術の進歩により、一つの工作機械で
タップやフライスなどの種々の複雑な加工が可能になっ
たが、被工作物（ワーク）の形状は種々様々であるため
、ユーザーからはワークに対して三次元的に複数の方向
から加工を施すことのできる工作機械が要望されている
。

従来、ワークに対して三次元的に複数の方向から加工を
施すには、−船釣には縦形または横形のいずれか一方の
形に主軸を配置した工作機械によってワークの成る面に
加工を施し、次いでワークの姿勢を変えて別の面に加工
を施している。この場合、工作機械のステージ上でワー
クの姿勢を変えてセットシなおすのに多くの時間と手間
を要し、数値制御機械ではワークの再セットの都度、精
密な位置のデータ較正が不可欠となる。

そこでワークの再セットを行う必要なしに複数方向から
の加工を行い得るものとして、縦向きのスピンドルと横
向きのスピンドルとの双方を備えたマンニングセンタが
作られ、これら各スピンド７Ｌによりツールを回転して
ワークの多面（三次元）加工が行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述のようにスピンドルを複数方向に設けた工
作機械でも、未だに下記のような種々の問題点が存在し
た。

即ち、一つには、スピンドルを回転可能に保持するスピ
ンドルヘッドを複数装備しなければならないから構造が
複雑化し、工作機械自体が大形で大重量のものとなって
しまう不都合がある。また前述の従来技術においてはス
ピンドルヘッドが機枠コラムに対してタテかヨコの何れ
かの向きの固定されていたため、ワークに対する加工も
限られたものとなってしまい、垂直または水平方向の平
面的な加工はできるものの、傾斜面や立体曲面のような
複雑な形状のワークの加工をセラ１〜変え無しに行うこ
とは極めて困難であった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、Ｍ
雑な立体曲面や傾斜面の加工を単一スピンドルヘッドで
ワークのセット変え無しに行えるようにして、三次元形
状加工に対する加工効率の高い工作機械を提供しようと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

乙の発明の工作機械は、機枠コラム（こ支持されたスピ
ンドルへ・ラドを備えると共に、このスピンドルｌペッ
ドには先端に工具を掴んで回転するスピンドルが軸受は
支持されているタイプのものである。ここにおいて、前
述の課題は、前記スピンドルを垂直姿勢に保持する位置
と水平姿勢に保持する位置との間で前記スピンドルヘッ
ドを旋回動可能に装備させることで達成されるものであ
る。

この発明の工作機械は、前記機枠コラムに昇降可能に支
持された昇降ハウジングを備えていてもヨく、この場合
、昇降ハウジングはスピンドルヘッドを水平軸心回りに
旋回動可能に支持する。

好ましくは、前記スピンドルを垂直姿勢に保持する位置
と水平姿勢に保持する位置との夫々において前記スピン
ドルヘッドと機械的に係合してその旋回動を禁止する手
段が更に備えられている。

この発明の工作機械の別の態様においては、前記スピン
ドル・＼ラドの旋回動を予め定められた単位送り量で行
う旋回駆動手段が更に備えられている。

スピンドルを回転駆動する主軸モーフは、スピンドルヘ
ッド或いは前記昇降ハウジングのいずれかに支持されて
いる。

〔作用〕

この発明の工作機械では、スピンドルヘッドを旋回動可
能に装備している。先端にツールを装着したスピンドル
を縦向きまたは横向きに向けるために、スピンドルヘッ
ドはコラム上で水平軸回りに旋回動される。ワークを工
作機械のステージに固定したままスピンドルヘッドを旋
回動させることで、ツールを垂直方向または水平方向か
らワークニ当てて、実質的に５面加工をすることが可能
となる。また旋回動の連続的な送りを与えつつ加工を行
えば、複雑な立体的な曲面や傾斜面の連続加工が果せる
乙とになる。

昇降ハウジングを備える場合、昇降ハウジングによって
Ｚ軸（上下方向）の送りを与えつつ加工が行われる。。

Ｊた前記スピンドルを垂直姿勢に保持する位置と水平姿
勢に保持ずろ位置との夫々において前記スピンドル・＼
ラドと機械的に係合してその旋回動を禁止ずろ手段は例
えば流体圧シリンダ装置で駆動されるノツチ機構で構成
でき、これによって前記両位置におけるスピンド７Ｌ・
飄ツドの剛性を増し、かなりの重切削も安定に行えるよ
うになる。

スピシド／Ｌ、−＼ツドの旋回動を予め定められた単位
送り量で行う旋回駆動手段を備えた場合、数値制御によ
って例えば１／１０００度単位の旋回角送り指令を与え
て複雑な形状の切削が果せる。

尚、此の発明の工作機械において、ツールの自動交換装
置を組み合わせる場合、ツール交換を、スピンドルが縦
または横の何れに向いている位置で行うかは設訂上の選
択事項である。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面と共に詳細に説明す
る。

第１図は、この発明の一実施例に係る工作機械（マシニ
ングセンタ）を一部所面で示した要部の側面図であり、
第２図はそのＩＩ−ＩＩ線矢視拡大断面図である。これ
らの図において同−又は相当部分には同じ符号を付して
あり、２は機枠コラム、４はワークを取り付けて水平面
内にてワークにＸ軸およびそれに直角なＹ軸方向の送り
を与えるステージ、６はコラム２に固定支持された垂直
なガイド（Ｚ軸）　、８はガイド６に案内支持されてＺ
軸方向に移動される昇降ハウジングである。

昇降ハウジング８内にはキャビティ部３４が形成され、
このキャビティ部３４内にて昇降ハウジング８はスピン
ドルヘッド３２を水平軸心Ｈ回りに旋回動可能に支持し
ている。昇降ハウジング８内にはこの他にｌ＼ラッド回
駆動用サーボモータ３８と、スピンドル駆動モータ１０
とツールアノクラップ用の流体圧シリンダ装置２８ａ、
２８ｂとが取り付けられている。

スピンドル・＼ラド３２は、先端のベアリングケース３
０内に同軸状にスピンドル２４を回転可能に支持してい
る。スピンドル２４内には先端にコし・ツト等によって
ツールクランプ部２６を形成しく８） てあり、スピンドル中心を貫通する操作軸２５を皿バネ
２７に抗して上端からピン２９ａまたは２９ｂを介して
シリンダ装置２８ａまたζよ２８ｂによって押し下げる
ことにより、クランプ部のコレットを開き、ツールの着
脱を行えるようにしである。

尚、この実施例では、スピンドル２４が垂直に向いたと
きのツールアンクランプのためにシリンダ装置２８ａと
ピノ２９ａのベアを設け、スピンドル２４が水平に向い
たときのツールアンクランプのためにシリンダ装置２８
ｂとピノ２９ｂのベアを設けであるが、ツール交換の位
置が何れか一方に固定されている場合はこれらシリンダ
装置とビンは片方のベアだけ設ければよい。

スピンドル２４が垂直に向いたときにスビシドノシヘッ
ド３２を昇降ハウジング８に対して機械的に係合させる
ために、第２図に見られるように、キャビティ部３４に
は所定箇所においてノツチ装置４２ａ（図の例では流体
圧シリンダ装置）が取り付けられており、スピンドルヘ
ッド３２にはスピンドル２４が垂直に向いたときに前記
ノツチ装置４２ａのノツチピン先端を受は入れる雌部材
４３が固定されている。同様に、スピンドル２４が水平
に向いたときにスピンドルヘッド３２を昇降ハウジング
８に対して機械的に係合させるために、第１図に想像線
で示したようにキャビティ部３４の別の所定箇所に別の
ノツチ装置４２ｂが取り付けられており、乙の一ノツチ
装置４２ｂは、スピンドル２４が水平に向いたときにス
ピンドルヘッド３２の前記雌部材４３にその一ノツチピ
ン先端を挿し込むことになる。

第２図に示すように、スピンドル・＼ラド３２は両側で
軸１８，３６により各々ベアリング１７゜３５によって
回転自在にキャビティ部３４に軸受けされている。これ
ら両軸１８，３６は前記水平軸心Ｈ上にあり、一方の軸
１８はキャビティ部３４のみならずスピンドルヘッド３
２自体に対してもベアリング１９によって回転自在であ
り、他方の軸３６はこれに反してスピンドル２４内ド３
２と固定されている。このスピンドル・＼ラドと固定さ
れた軸３６は先端にウオームホイール４１を有し、前述
旋回駆動用サーボモータ３８によって回転されるウオー
ム４０がこのホイール４１と噛合っている。この場合、
前記サービモータ３８によるスピンドルヘッド３２の旋
回動は、周知のａ　値ＩＩＪ　御装置によって例えば１
／１０００度の回転角単位で送りをかけられるようにな
っている。

前記回転軸１８は、スピンドルヘッド内の先端に傘歯車
２０を有し、この傘歯車２０は、スピンドル２４に取り
付けられた傘歯車２２と噛合っている。回転軸１８の他
端にはプーリー１６が取りイ寸けられており、乙のプー
リー１６には、スピンドル駆動モータ１０の出力軸に嵌
められたプーリー１４との間にベルト１２が掛は回され
ている。

尚、モータ１０の出力軸尾端に取り付けられてし）るの
は、モータ回転角を検出するためのパルスエンコーダ４
４である。このパルスエンコーダ４４は、例えば数値制
御装置にエンコーダ４４からスピンドル２４の１回転単
位の信号を送り、昇降Ａウジノブ８によるＺ軸送り量を
これと同期させるように機械を制御して、ネジ切り用の
特別なツール（タッパ）を用いろことなく、スピンドル
２４に装着したツールで正確なネジ切り加工を直接行う
場合などに有用である。

このような構成を備えた本装置の動作を以下に説明する
。

先ず始めに例えば第１図の実線で示した状態で下向きに
なっているスピンドル２４の先端に所望のツール（例え
ばエンドミル等）を装着する。これはツール交換装置等
によってツール尾端をツールクランプ２６に挿し込むこ
とで行われる。

この場合、ノツチ装置４２ａばそのノツチピンを・＼ラ
ド３２の雌部材４３に挿し込んでヘッド３２を係止して
いる。

ツールを装着したスピンドル２４は、モータ１０による
ベルト１２を介しての回転軸１８の回転により、傘歯車
２０．２２を介して回転される。

この場合、ブーＩＪ−１４，１６の径の比、および傘歯
車２０，２２の歯数比は、モータ１０の回転数とスピン
ドル２４の回転数との設計上の減速比に応じて定められ
ることは述へるまでもない。

Ｚ軸方向の加工送りは昇降ハウジング８をガイド６に沿
って例えば送りねし機構等の駆動機構で移動させて行い
、Ｘ、Ｙ軸方向の加工送りはステージ４の移動によって
行えばよい。

この際、特にタップ穴をネジ切り加工で形成する場合に
は、パルスエンコーダ４４から出力されるパルス数を数
値制御装置でカラＪ）・し、カラン１、値とＺ軸送り量
とを数値制御装置に予め設定されたネジ切り加工情報に
合致するように制御する。

このようにしてワークの成る一面に対する加工を行う。

スピンドル２４を水平に向けるには、ノツチ装９１４２
　ａ　（Ｄ　／ッチピンを雌部材４３から抜いてスｅ　
：／’　Ｆ　Ｊｖ　”、ラド３２をフリーの状態にし、
旋回用サーボモーり３８によってウオーム４０を回転し
、これによってウオームホイール４１を回転させてスピ
ンドル・＼ノド３２を水平軸心Ｉ（回りに旋回動させる
。スビノドノ！２４が水平（こ向し）たら別のノツチ装
置４２ｂを作動させてそのノツチピンを雌部材４３に挿
し込み、スピン１ζ、レヘツ１：３２を固定する。

コノ状態ではスピンドルヘッド３２は第１図に想ｍｓで
示す位置になっており、ワー、、）縦面：。

対面して加工が行われる。

ノツチ装置４．２ａ、ｂを開放してスピンドルヘラ１，
３２を旋回可能な状態にしたまま加工を行うこともでき
る。乙の場合（こ（ま、Ｘ、Ｙ、Ｚ各市自送リド共ニサ
ーボモータ３８（こまって少しづつ旋回送すヲ与えるこ
とにより、連続的な曲面状の加工面を得る乙とができ、
或ｂ１１より−ボモータ３６（こよりすこしづつ正逆の
旋回送りを与えればさらに複雑な立体的曲面加工も実現
できる。

なお、以上に説明した実施例でζま１１．ツア装置ヲス
ヒントルノ垂直位置と水平位置の二箇所（。設けた例を
示したが、これ（ま例えζＸスピンドルが垂直と水平の
間の所望の角度（例え（ｘ３０°、４５・。

６０°など）で固定されろよう：０・′れら所望角度に
対応する位置にも設けてよし１゜ また、スピンドル駆動モータ１０からベルトとプーリー
で回転を伝達しているが、これはギア装置で構成しても
よい。

また前述の実施例で１よスピンドル駆動モータ１０と・
ソールアンクランプシリレダ２８ａ、２８ｂを昇降ハウ
ジング８に設置しているが、これも別の変形が可能であ
る。第３図はその一例であり、これらをスピット、ＩＬ
、−＼ラド自体に取り付けである。

即ち、第３図でスピンドルヘッド１３２は昇降ハウジン
グ１０８に水平軸心Ｉ］を中心に旋回動可能に支持され
ており、昇降ハウジング１０８は、図示しないコラムの
前面に固定されたスライドガイド１０６に沿って例えば
送りネジ装置などによってＺ軸送り可能になっている。

ヘッド１３２の旋回動の駆動機構は前述実施例のものと
大差ないので図示を省略するが、この・＼ラドては、ス
ピンドル１２４が垂直姿勢にあるときに旋回軸心Ｈから
スピンドル１２４が片持ち状にコラム前面に張り出して
いるので、ヘッド１３２の後部でバランスンリング装置
１４６によって昇降ハウジング１０８に荷重を分担させ
ている。スピンドルヘッド１３２内にはスピンドル１２
４が回転可能に配置され、そのツールクラップ１２６の
操作軸１２５の上端に対抗してアンクランプシリンダ１
２８がヘッド１３２内体に取り付けられている。ヘッド
１３２内にはまたスピンドル駆動モータ１１０が取り付
けられており、その出力軸のプーリー１１４とスピンド
ル１２４の上端部に取り付けられたブーＩＪ　−１，１
６との間にはベルト１１２が掛は回されている。このベ
ルトとプーリーによる回転伝達機構もギア装置で置換え
得ることは述べるまでもない。この第３図の実施例では
、アンクランプシリンダ１２８がヘッド１３２に取り付
けられているので、単一のアンクランプシリンダでスピ
ンドルの垂直および水平の何れの位置でもツールアンク
ランプ動作が行える利点がある。

尚、この実施例でスピンドル・＼ラド１３２の旋回動を
単に前記垂直位置と水平位置の二位置の切換えとして行
うのであれば、・＼ラド１３２の旋回駆動をシリンダ装
Ｍ１４６で行うように構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上に述へたように、この発明によれば、単一のスピン
ドル−＼ラドで異なる方向からツールをワークに当てる
ことができ、しかも乙の場合にワークをステージ上でセ
ットシ直す必要もない。従ってステージに一度セットし
たワークを再セットシ直すことなく、単一のスピンドル
ヘッドで多面加工を行うことができ、三次元立体曲面加
工が能率よく容易に実現できるようになるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る工作機械（マンニ
ングセンタ）を−線断面で示した要部の側面図、第２図
はそのＩＩ−ＩＩ綿矢視拡大断面図、第３図は別の実施
例の要部を一部断面で示す拡大側面図である。 ２：　コラム、４：ステージ、６：スライドガイド、８
：昇降ハウジング、１０ニスビンドル駆動モータ１２４
ニスピンドル、２６：・ソー、しクラツボ部、２８ａ、
２８ｂツ一ルアンクランプ用流体圧シリノダ装置、３２
ニスピンドル・＼・ラド、３８：旋回駆動用サーボモー
タ、４２ａ、４２ｂ：　−ノツチ装置、４．４：パルス
エノコーグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機枠コラムに支持されたスピンドルヘッドを備え、
   先端に工具を掴んで回転するスピンドルが前記スピンド
   ルヘッドに軸受け支持されている工作機械において、前
   記スピンドルを垂直姿勢に保持する位置と水平姿勢に保
   持する位置との間で前記スピンドルヘッドを旋回動可能
   に装備したことを特徴とする工作機械。 ２、機枠コラムに昇降可能に支持された昇降ハウジング
   を備え、この昇降ハウジングにスピンドルヘッドが水平
   軸心回りに旋回動可能に支持されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の工作機械。 ３、前記スピンドルを垂直姿勢に保持する位置と水平姿
   勢に保持する位置との夫々において前記スピンドルヘッ
   ドと機械的に係合してその旋回動を禁止する手段を更に
   備えたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。 ４、スピンドルヘッドの旋回動を予め定められた単位送
   り量で行う旋回駆動手段を備えたことを特徴とする請求
   項１に記載の工作機械。 ５、スピンドルを回転駆動する主軸モータがスピンドル
   ヘッドに支持されていることを特徴とする請求項１に記
   載の工作機械。 ６、スピンドルを回転駆動する主軸モータが昇降ハウジ
   ングに支持されていることを特徴とする請求項２に記載
   の工作機械。