JPH05345245A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】異なる方向や位置に加工部位を有する種々のワ
ークに対して、単一の工作機械により容易かつ確実に所
望の加工作業を遂行することを可能にする。 【構成】ワークテーブル１２上に位置決め固定されたワ
ークＷに対して進退方向および該進退方向に交差する横
方向に移動自在な装置本体１４と、この装置本体１４の
前記ワークＷに対向する前面１６に設けられたガイドレ
ール１８ａ、１８ｂに沿って昇降可能な駆動ユニット２
０と、この駆動ユニット２０に設けられた水平軸部２１
に支承され、該駆動ユニット２０の作用下にスピンドル
２２の軸線を少なくとも水平位置と垂直位置とに配置可
能に旋回されるスピンドルユニット２４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークに対して移動自
在な装置本体に、スピンドルユニットが旋回可能に装着
された工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、ＮＣ（数値制御）工作機械では、
単一のスピンドルによりワークに対して加工作業が行わ
れている。

【０００３】ところで、近年、特に少量多種生産化およ
び補機類の取付数の増大に伴い、加工部位の位置や方向
が異なる種々のワークが存在している。従って、これら
のワークを加工するためには、各ワークに対応した専用
工作機械を用意する必要があり、設備全体が大型かつ高
価なものとなってしまう。

【０００４】そこで、例えば、特開昭６１−２７０００
７号公報に開示されているように、スピンドルを支持し
て軸方向に移動可能なクイルを、装置本体に対して揺動
自在に構成したスピンドルユニットが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の従来
技術では、クイル自体が揺動可能であるため、ある程度
傾斜した加工孔や傾斜面を加工することができるもの
の、特に水平面および垂直面に加工部位を有するワーク
の加工には適さないという問題が指摘されている。この
ため、対応可能なワークの種類が限定されてしまい、実
際上、複数台の工作機械を使用しなければならないとい
う問題がある。

【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、異なる方向や位置に加工部位を有する種々のワー
クに対して、単一の工作機械により容易かつ確実に所望
の加工作業を遂行することが可能な工作機械を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、ワークに対して進退方向および該進退
方向に交差する横方向に移動自在な装置本体と、前記装
置本体の前記ワークに対向する前面に設けられたガイド
レールに沿って昇降可能な駆動ユニットと、前記駆動ユ
ニットに設けられた水平軸部に支承され、該駆動ユニッ
トの作用下にスピンドルの軸線を少なくとも水平位置と
垂直位置とに配置可能に旋回されるスピンドルユニット
と、を備えることを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記の本発明に係る工作機械では、装置本体が
ワークに対して進退方向および横方向に選択的に移動さ
れるとともに、駆動ユニットが昇降されてスピンドルユ
ニットが前記ワークに対応して配置される。そして、ス
ピンドルユニットが、駆動ユニットの水平軸部に沿って
旋回され、このスピンドルユニットに設けられたスピン
ドルがワークの加工部位に対して同軸的に位置決めされ
る。ここで、スピンドルユニットは、駆動ユニットの作
用下にスピンドルの軸線を少なくとも水平位置と垂直位
置とに配置可能であり、ワークの加工部位が種々の方向
や位置に存在していても、前記スピンドルの工具をこの
加工部位に確実かつ容易に対向させることができる。こ
れにより、種々の異なるワークに対し、単一の工作機械
で対応することが可能になり、設備全体の効率化が遂行
される。

【０００９】

【実施例】本発明に係る工作機械について実施例を挙
げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【００１０】図１および図２において、参照符号１０
は、本実施例に係る工作機械を示す。この工作機械１０
は、ワークテーブル１２上に位置決め固定されたワーク
Ｗに対して進退方向（矢印Ｚ方向）および該進退方向に
交差する横方向（矢印Ｘ方向）に移動自在な装置本体１
４と、この装置本体１４の前記ワークＷに対向する前面
１６に設けられたガイドレール１８ａ、１８ｂに沿って
昇降（矢印Ｙ方向）可能な駆動ユニット２０と、この駆
動ユニット２０に設けられた水平軸部２１に支承され、
該駆動ユニット２０の作用下にスピンドル２２の軸線を
少なくとも水平位置と垂直位置との間に配置可能に旋回
されるスピンドルユニット２４とを備える。

【００１１】装置本体１４は、基台２６上に矢印Ｘ方向
に進退自在に配設されるＸテーブル２８に載置されてお
り、この基台２６には、ガイドレール３０ａ乃至３０ｃ
と第１モータ３２とが固設され、この第１モータ３２に
連結されて矢印Ｘ方向に延びるボールねじ３４がＸテー
ブル２８の図示しないナット部材に係合する。このＸテ
ーブル２８には、矢印Ｚ方向に延びるガイドレール３８
ａ、３８ｂと第２モータ４０とが固着され、この第２モ
ータ４０に連結されて矢印Ｚ方向に延びるボールねじ４
２が装置本体１４のＺテーブル４４に設けられたナット
部材（図示せず）に係合する。

【００１２】装置本体１４は、鉛直方向に長尺なコラム
４８を備え、このコラム４８の上部に昇降モータ５０が
鉛直下方向に向かって固着される。この昇降モータ５０
に軸着されるボールねじ５２は、コラム４８の下端側で
支持されるとともに、駆動ユニット２０を構成するＹテ
ーブル５４に設けられた図示しないナット部材に係合す
る。

【００１３】駆動ユニット２０は、ハウジング５８を備
え、このハウジング５８の両側部に水平軸部２１を構成
する軸受カバー６０ａ、６０ｂが設けられる。ハウジン
グ５８の上部には、旋回モータ（旋回駆動源）６２が鉛
直下方向に向かって固着され、この旋回モータ６２に連
結された回転軸６４にウオーム歯車機構（旋回機構）６
５を構成するウオーム６６が軸着される（図３および図
４参照）。このウオーム６６にウオーム歯車６８が噛合
するとともに、このウオーム歯車６８は、スピンドルユ
ニット２４を構成するハウジング２４ａの外周部一端に
固着された軸体７０に軸着される。この軸体７０は、ハ
ウジング５８の一方の軸受カバー６０ａ内に複数の軸受
７２を介して回転自在に支持される一方、スピンドルユ
ニット２４のハウジング２４ａの外周部他端に固着され
た軸体７４が、複数の軸受７６を介して他方の軸受カバ
ー６０ｂ内に回転自在に支持されている。

【００１４】スピンドルユニット２４と駆動ユニット２
０とには、このスピンドルユニット２４を前記駆動ユニ
ット２０に対して少なくとも水平姿勢と垂直姿勢との間
の所定の角度位置で保持するためのクランプ機構７８が
備えられる。このクランプ機構７８は、スピンドルユニ
ット２４に対し軸体７０と同軸的に設けられる環状回動
部材８０と、ハウジング５８内でこの環状回動部材８０
の外周に摺接自在に配設されてその直径を拡縮自在な環
状クランプ部材８２とを備える。

【００１５】図４に示すように、環状回動部材８０は、
半径方向外方に突出するリング部８４を有し、このリン
グ部８４の外周部に半径方向外方に向かって軸線方向内
方に傾斜する外側テーパ面８６が形成される。環状クラ
ンプ部材８２は、半径方向内方に突出するリング部８８
を有し、このリング部８８の内周部に半径方向内方に向
かって軸線方向外方に傾斜する内側テーパ面９０が形成
される。リング部８８には、環状回動部材８０の外側テ
ーパ面８６と環状クランプ部材８２の内側テーパ面９０
との摺動抵抗を低減すべく潤滑用オイル供給孔９１が設
けられる。

【００１６】図３および図５に示すように、環状クラン
プ部材８２の内周部には、所定角度間隔離間して半径方
向に複数のスリット９２が形成される。この環状クラン
プ部材８２の両端面９４ａ、９４ｂ同士が互いに離間す
るとともに、この両端面９４ａ、９４ｂ近傍の外周部を
切り欠いて係止部９６ａ、９６ｂが形成され、この係止
部９６ａ、９６ｂにクランプ棒体９８、９８が係合す
る。クランプ棒体９８は、駆動ユニット２０を構成する
ハウジング５８に設けられたピストン室１００内に摺動
自在に配設されるピストン１０２を備え、このピストン
１０２は、ばね１０４を介して前記ハウジング５８内に
押圧されている。ピストン室１００には、ばね１０４と
反対側の室内に圧縮流体（例えば、圧油）を供給してク
ランプ棒体９８をこのばね１０４の弾発力に抗してハウ
ジング５８の外方に押圧するためのポート１０５が形成
される。

【００１７】ピストン１０２の端部には、このピストン
１０２と同軸的にハウジング５８内に延びる押圧ロッド
１０６が設けられ、この押圧ロッド１０６が環状クラン
プ部材８２の係止部９６ａ、９６ｂに係合するととも
に、前記押圧ロッド１０６から所定間隔離間して該環状
クランプ部材８２の両端面９４ａ、９４ｂに係合するス
トッパ部１０８が設けられる。

【００１８】図６に示すように、スピンドルユニット２
４のハウジング２４ａ内には、スピンドル２２が複数の
軸受１１０を介して回転自在に支承されるとともに、こ
のスピンドル２２とスピンドルモータ１１２とが一体的
に構成されている。このスピンドルモータ１１２は、ス
ピンドル２２の中間部外周面に係着されるロータ１１４
と、このロータ１１４を覆ってハウジング２４ａの内周
面に固着されるステータ１１６と、このステータ１１６
に巻装されるコイル１１８とを備える。このスピンドル
モータ１１２は、通常のモータと同様に、コイル１１８
に通電することにより、ロータ１１４とスピンドル２２
とが一体的に回転駆動される。

【００１９】スピンドル２２の先端部に工具ホルダ１２
０が取り外し自在に装着されており、この工具ホルダ１
２０に所定の工具１２２が保持されている。

【００２０】基台２６上には、装置本体１４の側方にあ
って自動工具交換ユニット１３０が装着される。この自
動工具交換ユニット１３０は、進退および回転駆動され
るアーム部材１３２を備え、このアーム部材１３２の両
側部に工具把持手段１３４、１３６が装着される。自動
工具交換ユニット１３０に近接して工具マガジン１３８
が配設され、この工具マガジン１３８に複数の工具１２
２ａ乃至１２２ｎが取り外し自在に保持されている。

【００２１】次に、このように構成される工作機械１０
の動作について説明する。

【００２２】先ず、ワークテーブル１２にワークＷが所
定の加工姿勢で位置決め保持される一方、装置本体１４
に装着されているスピンドルユニット２４には、このワ
ークＷの加工作業に対応して、例えば工具１２２が予め
装着されている。そこで、この工具１２２は、スピンド
ルモータ１１２を介して回転されるとともに、ワークＷ
の加工部位に対応して位置決めされる。

【００２３】すなわち、工具１２２を上下方向に位置決
めする際には、昇降モータ５０の駆動作用下にボールね
じ５２が回転されることにより、Ｙテーブル５４が、ガ
イドレール１８ａ、１８ｂの案内作用下に上下方向に移
動する。このため、Ｙテーブル５４に固定された駆動ユ
ニット２０の水平軸部２１に支持されているスピンドル
ユニット２４の軸芯が、ワークＷの垂直面加工部位Ｗｖ
の高さ位置に対応して位置決めされる。

【００２４】一方、工具１２２をワークＷに対して矢印
Ｘ方向に位置決めする際には、第１モータ３２の作用下
にボールねじ３４が回転され、Ｘテーブル２８が、ガイ
ドレール３０ａ乃至３０ｃの案内作用下に矢印Ｘ方向に
対して移動する。さらに、工具１２２をワークＷの垂直
面加工部位Ｗｖに向かって（矢印Ｚ方向前方）移動させ
る際には、第２モータ４０の作用下にボールねじ４２が
回転されることにより、コラム４８が矢印Ｚ方向に対し
て変位する。

【００２５】従って、上記の各動作が選択的に行われる
ことにより、スピンドルユニット２４に装着されて回転
している工具１２２が、ワークＷの垂直面加工部位Ｗｖ
に対し加工作業を自動的に遂行する。この加工作業が終
了した後、第２モータ４０が前記とは逆方向に駆動さ
れ、コラム４８がワークＷから離間する方向に移動して
工具１２２をワークＷから離脱させる。そして、加工終
了後のワークＷがワークテーブル１２から取り外され、
このワークテーブル１２には新たな加工前のワークＷが
取着され、前述した加工作業を行うことによりこのワー
クＷに対する加工作業が行われる。

【００２６】ところで、本実施例では、単一の工作機械
１０により、ワークテーブル１２に固定されたワークＷ
の垂直面加工部位Ｗｖの他、水平面加工部位Ｗｈの加工
をも容易かつ迅速に行うことができる。すなわち、先
ず、クランプ機構７８において、ポート１０５からピス
トン室１００内に圧縮流体が供給され、クランプ棒体９
８がばね１０４の弾発力に抗してハウジング５８の外方
に移動する。このため、クランプ棒体９８に設けられた
押圧ロッド１０６とストッパ部１０８とに保持されてい
る環状クランプ部材８２は、その両端面９４ａ、９４ｂ
が互いに離間する方向に押圧され、この環状クランプ部
材８２の直径が拡径して環状回動部材８０のクランプ作
用を解除する。その際、環状クランプ部材８２の内周面
には、複数のスリット９２が形成されており、このスリ
ット９２を介して容易かつ円滑に拡径することができ
る。

【００２７】次いで、駆動ユニット２０に設けられた旋
回モータ６２が駆動されると、回転軸６４とウオーム６
６とが一体的に回転され、このウオーム６６に噛合する
ウオーム歯車６８が回転する。このウオーム歯車６８の
回転により、軸体７０が軸受７２を介し軸受カバー６０
ａに対して回動するとともに、他方の軸体７４が軸受７
６を介し軸受カバー６０ｂに対して回動し、この軸体７
０、７４が固着されたスピンドルユニット２４のハウジ
ング２４ａが回動する。そして、このハウジング２４ａ
が、水平姿勢から垂直姿勢に姿勢変換された状態で、旋
回モータ６２の駆動が停止される。

【００２８】さらに、クランプ機構７８を構成するピス
トン室１００内への圧縮流体の供給が停止されると、ク
ランプ棒体９８がばね１０４の弾発力を介してこのピス
トン室１００の内方に移動する。このため、押圧ロッド
１０６が環状クランプ部材８２の係止部９６ａ、９６ｂ
を互いに近接する方向に押圧してこの環状クランプ部材
８２が縮径し、該環状クランプ部材８２の内側テーパ面
９０が環状回動部材８０の外側テーパ面８６に摺接して
この環状回動部材８０が回動不能に固定される。

【００２９】そこで、第２モータ４０の作用下にコラム
４８がワークテーブル１２側に移動されることにより、
スピンドルユニット２４に装着されている工具１２２の
軸線がワークＷの水平面加工部位Ｗｈに対応して位置決
めされることになる（図２中、二点鎖線参照）。

【００３０】このように、本実施例によれば、工具１２
２の軸線を、水平位置から垂直位置までの間において任
意の角度に位置決めすることができる。従って、ワーク
Ｗの垂直面加工部位Ｗｖおよび水平面加工部位Ｗｈのよ
うに、このワークＷの加工部位が種々の方向や位置に存
在していても、スピンドルユニット２４自体を旋回させ
るだけで、工具１２２を該加工部位に確実かつ容易に対
向させることが可能になる。これにより、少量多種生産
化等に伴い加工部位の位置や方向が異なる種々のワーク
に対しても、単一の工作機械１０で対応することがで
き、設備全体の効率化並びに低コスト化が遂行されると
いう効果が得られる。なお、工具１２２の軸線を任意の
角度に位置決めしてこの工具１２２をその軸線方向に移
動させる際には、第２モータ４０と昇降モータ５０とを
駆動制御して矢印Ｚ軸方向と矢印Ｙ軸方向との二軸制御
を行えばよい。

【００３１】さらに、本実施例では、スピンドルユニッ
ト２４において、スピンドル２２とスピンドルモータ１
１２とが一体的に構成されているため、このスピンドル
ユニット２４の全長を有効に短尺化することができる。
従って、スピンドルユニット２４の旋回軸線である軸体
７０、７４をこのスピンドルユニット２４の長手方向略
中央部に設けることにより、コラム４８の前面１６から
前方への該スピンドルユニット２４の突き出し量が少な
くなる。これによって、スピンドルユニット２４の支持
剛性が一挙に向上するという利点が得られる。

【００３２】なお、本実施例では、スピンドルユニット
２４が水平姿勢から垂直姿勢まで略９０°の角度範囲で
回動する場合について説明したが、これに限定されるも
のではなく、９０°以上の角度範囲に設定することがで
きる。また、旋回機構としてウオーム歯車機構６５を用
いて説明したが、これに限定されるものではなく、例え
ば、旋回駆動源によって進退変位するラックとスピンド
ルユニット２４に固着されるピニオンとを備えたラック
ピニオン機構を採用することも可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係る工作機械によれば、以下の
効果が得られる。

【００３４】スピンドルユニットが、駆動ユニットの水
平軸部に沿って少なくとも水平位置と垂直位置とに配置
可能に旋回されるため、このスピンドルユニットに設け
られたスピンドルをワークの加工部位に対して容易に位
置決めすることができる。従って、ワークの加工部位が
種々の方向や位置に存在していても、スピンドルをこの
加工部位に確実かつ迅速に対向させることが可能にな
り、種々の異なるワークに対しても、単一の工作機械で
有効に対応することができる。これにより、設備全体の
効率化並びに低コスト化が容易に遂行される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る工作機械の斜視説明図である。

【図２】前記工作機械の側面説明図である。

【図３】前記工作機械の要部斜視説明図である。

【図４】前記工作機械の要部横断面図である。

【図５】前記工作機械の一部断面側面図である。

【図６】前記工作機械を構成するスピンドルユニットの
縦断面図である。

【符号の説明】

１０…工作機械 １２…ワークテーブル １４…装置本体 １６…前面 １８ａ、１８ｂ…ガイドレール ２０…駆動ユニット ２２…スピンドル ２４…スピンドルユニット ２４ａ…ハウジング ２６…基台 ２８…Ｘテーブル ４４…Ｚテーブル ４８…コラム ５８…ハウジング ６５…ウオーム歯車機構 ７０、７４…軸体 ７８…クランプ機構 ８０…環状回動部材 ８２…環状クランプ部材 ８６…外側テーパ面 ９０…内側テーパ面 ９８…クランプ棒体 １１２…スピンドルモータ １３０…自動工具交換ユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークに対して進退方向および該進退方向
   に交差する横方向に移動自在な装置本体と、 前記装置本体の前記ワークに対向する前面に設けられた
   ガイドレールに沿って昇降可能な駆動ユニットと、 前記駆動ユニットに設けられた水平軸部に支承され、該
   駆動ユニットの作用下にスピンドルの軸線を少なくとも
   水平位置と垂直位置とに配置可能に旋回されるスピンド
   ルユニットと、 を備えることを特徴とする工作機械。
2. 【請求項２】請求項１記載の工作機械において、駆動ユ
   ニットは、旋回駆動源と、 前記旋回駆動源とスピンドルユニットとに連結される旋
   回機構と、 を備えることを特徴とする工作機械。
3. 【請求項３】請求項１記載の工作機械において、スピン
   ドルユニットを、駆動ユニットに対して少なくとも水平
   姿勢と垂直姿勢との間の所定の位置で保持するためのク
   ランプ機構を備え、 前記クランプ機構は、前記スピンドルユニットに設けら
   れて前記駆動ユニットの水平軸部と同軸的な回動部材
   と、 前記回動部材の外周に配設されてその直径を拡縮自在な
   環状クランプ部材と、 を備えることを特徴とする工作機械。
4. 【請求項４】請求項１記載の工作機械において、スピン
   ドルユニットのスピンドルは、電動モータと同軸的かつ
   一体的に構成されることを特徴とする工作機械。