JPH08318445A - 対称多軸リニアモータ工作機械 - Google Patents

対称多軸リニアモータ工作機械

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JPH08318445A
JPH08318445A JP7321494A JP32149495A JPH08318445A JP H08318445 A JPH08318445 A JP H08318445A JP 7321494 A JP7321494 A JP 7321494A JP 32149495 A JP32149495 A JP 32149495A JP H08318445 A JPH08318445 A JP H08318445A
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JP
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saddle
ram
spindle
frame
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JP7321494A
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English (en)
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Thomas Jules Lindem
ジュールズ リンデン トーマス
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Ingersoll Milling Machine Co
Original Assignee
Ingersoll Milling Machine Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 リニアモータにより駆動される回転切断工具
を少くとも３つの交軸線に沿って前進させるための工作
機械を提供する。 【解決手段】 第１軸線と直角な第２軸線方向に摺動可
能なサドルと、第２軸線と直角な第３軸線に沿って移動
可能にサドルにより支持され、第３軸線に沿ってスピン
ドルおよび回転切削工具を支持するラムと、ガントリー
を第１軸線に沿ってフレーム部材２０に対して移動させ
るリニアモータを有し、ガントリーおよび第１組の側フ
レーム部材により支持された第１リニア駆動装置と、サ
ドルをガントリーに沿って、且つ第２軸線に沿って移動
させるリニアモータを有し、ガントリーおよびサドルに
より支持された第２リニア駆動装置と、ラムおよびスピ
ンドルを第３軸線に沿って移動させるリニアモータを有
し、スピンドル、ラムおよびサドルにより支持された第
３リニア駆動装置とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複数の軸線に沿ってリニ
アモータにより駆動される工作機械に関し、より詳細に
は、フレームに支持され、少なくとも３つの交軸線に沿
って工具を高速移動させるためにリニアモータにより駆
動される工作機械に関する。本発明は３つの移動軸線
と、リニアモータによりこれらの軸線に沿って移動され
る加工要素とを有する工作機械に向けられている。加工
要素は加工帯域内で移動することが可能である。かくし
て、本発明はこの種類の種々の機械に適用できるが、簡
潔化のために、本発明を切削工具を有する工作機械につ
いて説明する。しかしながら、本発明は工作機械に及ぶ
だけのものとは限定されない。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】米国特
許第 5,368,425号はリニアモータ駆動式の工作機械を開
示しており、現在のように、多くの在来のねじ駆動式工
作機械において、垂直支柱が水平のＸ軸方向に移動する
ようにスライドに設けられており、垂直移動可能なスラ
イドはＹ軸線方向に支柱に沿って垂直に摺動できる。ス
ライドには、工具を支持するスピンドルがＸ軸線の上方
に間隔を隔てられた位置でＸ軸線およびＹ軸線と直角な
Ｚ軸線方向に水平に摺動可能に設けられている。これら
の３つの軸線は代表的には、互いに重ねられ、その結
果、軸線駆動力はスピンドルおよび鋼片を切断するため
の切削工具、例えば、フライスから片寄られている。切
削工具の軸線に対する駆動力のこの非対称配列の結果、
機械構造に撓みた生じ、且つ切断工程において不正確さ
が生じる。これは、米国特許第 5,368,425号におけるよ
うに、駆動力がサーボモータおよびボールねじ／ナット
の組み合わせにより供給されようが、リニアモータ駆動
装置により供給されようが、いずれにしても当てはま
る。この非対称配列の結果、（１）加工力または加速／
減速力による構造の撓み、（２）スピンドルスライドお
よびスピンドルの片持ちばり荷重で受けるような曲が
り、（３）必要な剛性を達成するために必要とされる大
きい質量による質量単位あたりの剛性の減少が生じる。
【０００３】米国特許第 5,368,425号は大きい直立支柱
を有する工作機械を開示しており、支柱はこれを支持す
る大きい重い基部に沿ってＸ方向に横切るように設けら
れている。リニアモータからの駆動力が支柱の下端部に
のみ加えられて支柱をＸ軸線方向に推進する。大きい不
動の基部は、支柱と、大きい支柱の垂直壁部に沿ってＹ
軸線方向に移動するスピンドルスライドおよびその工具
スピンドルとのＸ軸線およびＹ軸線方向の移動の水平整
合を行う。スピンドルはＺ軸線の方向に移動し、垂直支
柱壁部に沿って移動する片持ちばり式すなわち張出しス
ライドに支持される。かくして、この機械の心合わせは
安定のままである基礎に基づいている。基礎のコーナが
降下するか、或いは不整合されると、水平軸線が不整合
される。支柱をその底端部で支持するのに空間が必要と
されるため、且つ工具支持スライドの大きさのため、工
具スピンドルおよび工具はワークピースの底部に容易に
は達することができなかった。これを解消するには、基
礎は、ワークピースを機械加工すべくワークピースの底
部分に達するようにスピンドルを降下させるためにピッ
トを掘ることを必要としていた。このような基礎のピッ
トは、本発明に示す工作機械の種類のための大型の受注
寸法決めされた基礎と同様に高価である。更に、ベロー
ズ状であって、通路の端部に位置決めされる通路用のカ
バーが基礎の大きさおよび機械の大きさに加えられる。
これらのベローズ状のカバーはＸ軸線方向の支柱の移動
の終わりに機械基部上の位置に位置決めされ、従って機
械の全長さのフットプリントに加えられる。カバーは破
片および金属ダストを通路に入らないようにし、且つリ
ニアモータ部品に磁気的に引付けられないようにする。
【０００４】上記特許に開示された機械において大きい
支柱をＸ軸線に移動させるために、一対のリナアモータ
が設けられており、各リニアモータの２分１は不動の基
部に設けられており、端の半分は支柱を支持するＸ軸線
キャリアに設けられている。支柱上のこれらのリニアモ
ータ各々の２分１はその全重量に加わり、それにより支
柱をＸ軸線に沿って移動させるのに、より大きいリニア
モータの推力を必要とする。支柱上のこのリニアモータ
の重量に加えて、引付け磁力、すなわち、この場合、こ
れらのリニアモータのコイルと磁石との間の下向き磁力
である垂直磁力成分、例えば、支柱支持キャリアをＸ軸
線に沿って横断させるために解消しなければならない摩
擦の増大を引き起こす１０８９６ｋｇ（２４０００ lb
s）の下向き力がある。支柱の重量が３６３２ｋｇ（８
０００ポンド）であり、且つ１０８９６ｋｇ（２４００
０ lbs）の垂直引付け磁力が存在すれば、この磁力は解
消する必要がある質量に有意に加わる。リニアモータは
推力を支柱の底部にのみ加える。下端部が加速するとき
に支柱の非支持上端部の撓みを阻止するために、支柱に
は、支柱の重量に加わる重い構造部材が形成されてい
る。従って、１Ｇまたはそれ以上の加速度で支柱を移動
させるのに必要とされるリニアモータの力は、支柱がそ
の下端部でのみ駆動されず、且つこのような大きい引付
け垂直磁力が存在しなければ、必要とされる力から有意
に増大させる。
【０００５】一般的に言えば、現在のところ、約０．４
５４ｋｇ（１ポンド）の質量を移動させるには、リニア
モータからの０．４５４ｋｇ（１ポンド）の推力を利用
する。必要とされる推力が大きければ大きいほど、支柱
に加えなければならないリニアモータの重量が大きくな
る。違った言い方をすると、リニアモータから得る必要
がある力が大きくなればなるほど、リニアモータ、例え
ば、支柱キャリア上のコイルが重くなり、この重量の増
大がより大きい重量に加わってより大きい推力を必要と
するので、効果が累積する。上記特許に開示されたリニ
アモータ切断機械では、大きい支柱は軽量材料で構成さ
れ、その重量を減少させるために骨格化構造を有してお
り、それにより支柱を急速に加速し、且つリニアモータ
により推進される支柱の下端部に対する支柱の上端部の
撓みを減じるのに必要とされるリニア推力を減じる。支
柱には、アルミニウムブレース支持式台形フレームと、
骨格フレームを覆うアルミニウム外皮と、支柱に剛性を
加えためにフレーム要素のアルミニウムラダーとが形成
されている。１つが機械加工金属であるので、切断ワー
クピース表面に必要とされる精度を得るために切削工具
スライドおよびスピンドルを支持する支柱に高度の剛性
が必要とされる。
【０００６】上記特許では、スピンドル支持スライドが
Ｙ軸線に沿って垂直方向に移動するように支柱に張出さ
れており、すなわち、片持ちばり式に突出されている。
支柱はスピンドルスライドを加速したり減速したりする
のに使用される３つのリニアモータ用の永久磁石をその
３つの側部に支持していた。モータの固定子コイルはこ
のスライドの３つの側部に設けられ、支柱上の永久磁石
の３つの関連された垂直列に近くに隣接し、これらの沿
って移動するように位置決めされていた。３つのリニア
モータはスピンドルスライドを加速したり減速したりす
るのに必要とされ、これらの３つのリニアモータは支柱
の３つの側部に沿って内方に向けられた垂直な引付け磁
力を発生させる。スピンドル支持スライドは支柱に片持
ちばり式に突出されており、ラムおよびスピンドルの重
量により、ならびに支柱に隣接した方のスライドの側部
へのみ推力を加えることにより、曲がりおよび撓みを引
き起こしてしまい、このようないずれの曲がりおよび撓
みをも相殺するのに十分な構造部材をスライドに使用し
なければならなかった。３つのリニアモータはそれらの
推力を支柱壁部に隣接したたった１つの側部に加えるだ
けではなく、これらのリニアモータはスピンドルスライ
ドと支柱との間の摩擦を増大し、これは解消しなければ
ならなかった。かくして、８１７２ｋｇ（１８０００lb
s ）の垂直な引付け磁力が支柱とラムとの間に存在すれ
ば、それにより発生されるこの増大摩擦力を、スピンド
ルスライドをＹ軸線方向に加速するために解消しなけれ
ばならず、モータの推力が支柱の壁部のところでスライ
ドの近い側部に加えられるとき、片持ちばり式突出スラ
イドの遠位端部の曲がりおよび撓みを阻止するようにス
ライド構造体を構造部材で補強しなければならなかっ
た。
【０００７】このスピンドルスライドの大きさおよび重
量は、３列の３つのＹ軸線モータを支持するために、且
つスライドおよびスピンドルの剛性の片持ち式支持を行
ってワークピースに対する必要な剛性を切削工具に与え
るために、非常に大きかった。この特許に示されるスピ
ンドルスライドはリブ付き構造を有しており、このリブ
付き構造は横断面が非常に大きく、且つリブのまわりに
アルミニウム外皮を支持していた。スピンドルスライド
の大きい大きさは、スピンドルより下のスピンドルスラ
イドの高さがスピンドルの下方移動量を制限するので、
ワークピースに対して望むほど低くは降下することがで
きないことを意味している。
【０００８】
【課題を解決する手段】本発明によれば、従来技術の上
記問題を解消するような、リニアモータにより駆動され
る回転切削工具を少なくとも３つの交軸線に沿って前進
させるための工作機械が提供される。本発明によれば、
工作機械は切断工程の偏差および不正確さを引き起こす
撓みを最小にするために少なくとも２つの軸線に対して
対称に分布されたリニアモータ駆動装置を有している。
切断スピンドルの軸線の両側で対称に駆動される機械要
素を有することにより、構造撓みの減少、軽量の機械が
質量単位あたりの高い剛性を有すること、摩擦を増大す
る垂直な磁力の釣合いまたは消去、および片持ちばり式
荷重からの曲がりの除去が達成された。本発明によれ
ば、Ｘ軸線方向に駆動される構造部材またはガントリー
はその底部でのみではなく、その上端部および下端部の
両方でリニアモータにより駆動され、スピンドル支持ス
ライドはその一方の側でのみではなく、スライドの両側
でリニアモータによりＹ軸線方向に駆動される。上記特
許の機械におけるように可動のＸ─軸線／Ｙ−軸線構造
の一方の側でこれらの駆動力を加えるのではなく、可動
のＸ─軸線／Ｙ−軸線構造の両側でこれらの駆動力を釣
り合わせることにより、構造体は、力付加側から遠い側
の撓みまたは曲がりを阻止するのに付設される構造部材
を除去することによって軽量な構成のものである。従っ
て、本発明は垂直支柱および片持ちばり式スピンドルス
ライドの大きい重量に対して軽量のＸ─軸線／Ｙ−軸線
構造体を提供し、また引付け力の作用を消去することに
よって摩擦を減じる。Ｘ／Ｙリニアモータは工具支持ス
ピンドルの両側で対称に加えられる力でＸ／Ｙ移動機械
要素を駆動するために工具支持スピンドルの両側に対称
に配列されており、この結果、モータ引付け力、加速力
および切断力からの構造撓みが最小になる。この対称機
械構造は片持ちばり式荷重から対称機械構造で受ける曲
がりの大部分を除去する。好ましくは、リニアモータは
工具支持スピンドルのまわりで荷重および力を釣り合わ
せるために機械構造全体にわたって最適に分布されてお
り、これにより切断偏差および不正確さを最小にする。
曲がりおよび／または撓みを阻止するのに対称機械に使
用される多くの構造部材を不要にすることによって、質
量単位あたりの高い剛性で対称機械を軽量にすることが
できる。かくして、より少ないリニアモータで高い加速
および減速を達成することが可能である。
【０００９】本発明によれば、リニアモータ機械はスラ
イド支持ガントリーを有しており、ガントリーを移動さ
せるためのリニアモータは、ガントリーの両側で等しい
推進力を与え、且つガントリーと下側のフレーム支持部
材との間に小さい正味の下向き力が存在するような引付
け磁力釣合わせ原理を与えるためにガントリーの両側に
設けられている。好ましくは、これは、ガントリーの一
方の側、例えば、底部側にリニアモータ駆動装置を有
し、Ｘ方向にガントリーの底部側を付勢し、下方に引付
けることによって、およびリニアモータを他方の頂部側
に有し、Ｘ方向にガントリーの頂部側を付勢し、反対方
向、例えば、上方に引付けることによって、達成され
る。これは、支柱を移動させるためのリニアモータすべ
てが支柱の下端部を付勢し、同じ下方方向に引付ける上
記機械とは対照的である。同様に、モータの駆動力をス
ライドの一方の側にのみ加えるのではなく、工具支持ス
ライドまたはサドル（以後、サドルと呼ぶ）をその両
側、例えば、垂直な左右側に設けられたリニアモータに
よって駆動するのが好ましい。リニアモータをサドルの
両側に設置することにより、サドルの両側にＹ方向の推
進力を与え、また互いに対向した反対方向に向けられた
モータの引付け力を与える。これにより、力釣合わせ原
理を達成し、その結果、左右方向いずれかの減少した正
味の垂直な磁力、好ましくは、約０の正味の垂直な磁力
が得られる。これは、示された機械がすべてスライドの
一方の側に推進力を与え、且つ垂直支柱の３つの側部に
内向きの垂直磁力を及ぼすスライドを移動させる３つの
リニアモータを有する上記特許とは対照的である。
【００１０】本発明のガントリー／リニアモータ機械で
は、工具支持スピンドルは、上記特許に開示されるよう
に、支柱の１つの垂直壁部に片持ち式支持されるのでは
なく、一対の隣接した垂直なガントリーフレーム部材に
跨がる下側のサドルに支持されている。サドルの下側支
持により、片持ちばり式ラムの大きさに対してサドルの
大きさが大きく減少する。大きさの減少および重量の減
少の結果、Ｙ軸線方向に移動する必要がある重量が減少
し、且つＸ軸線方向に移動する必要がある重量が減少す
る。重量および大きさの減少の結果、コストが低くな
り、必要とされるモータの推力が小さくなる。実際、リ
ニアモータの数を、上記特許第 5,368,425号における６
ないし８からここに示す５まで減少することができる。
本発明の他の面によれば、機械フレームは構成が上側お
よび下側の平行な水平フレーム部材と、これらの部材に
接合された一対の間隔を隔てられた垂直なフレーム部材
とを有するボックス状である。機械の心合わせのために
大きい基礎が必要ではなく、むしろ、フレーム部材自身
が心合わせを行う。理論上、工作機械を９０°、１８０
°または２７０°にわたって回転させることができ、そ
れでも、この工作機械は回転を均等に行い、これは上記
特許に開示された支柱スタック機械ではそうではない。
【００１１】図示の好適な実施例では、機械フレーム
は、スライドと、Ｘ方向に移動する可動のリニアモータ
駆動式ガントリーの後部、頂部および底部、Ｙ方向にガ
ントリーに沿って移動可能なリニアモータ駆動式サドル
と、Ｚ方向にサドルに沿って移動可能なリニアモータ駆
動式スピンドルとを取り囲む不動のボックス型構造であ
る。この好適な実施例では、ガントリーはスピンドルの
両側で間隔を隔てられた頂および底リニアモータ駆動装
置に支持され、これらにより駆動される。好ましくは、
上側および下側リニアモータは実質的に同じである。か
くして、ガントリーの頂部および底部に加えられる力は
実質的に等しく、固定子コイルと磁石との間の対向した
垂直な磁力は自己消去性である。かくして、Ｘ軸線のま
わりに対称が生じる。本発明の図示の好適な実施例で
は、スピンドル支持サドルはガントリーの垂直な中心線
のところのスロット内を垂直方向に移動するように設け
られている。サドルはスロットの垂直方向両側でガント
リーに設けられた左側および右側のリニアモータにより
駆動される。リニアモータは同じであって、サドルの両
側に加えられた力が実質的に等しいように、且つ対向し
て右側および左側の垂直磁力が自己消去性であるよう
に、位置決めされている。かくして、Ｙ軸線に沿って、
ならびにＸ軸線に沿って対称である。
【００１２】スピンドルおよびラムはＺ方向に移動する
ようにサドルに設けられている。望むなら、ラムおよび
スピンドルをＺ方向に駆動し、且つ対称をもたらすため
に、スピンドルおよびラムの上方および下方にリニアモ
ータを設けてもよい。しかしながら、ラムの重量を減
じ、且つスピンドルのより大きい安定性のためにラムお
よびサドルの通路に引付け「予備荷重」を与えるために
Ｚ方向に延びる単一のリニアモータをラムの上方または
下方のいずれかに使用するのが好ましい。
【００１３】
【実施例】例示のための図面に示すように、機械１０は
ガントリー３８を支持するフレーム１２を有しており、
ガントリー３８は水平方向Ｘ軸線方向に移動でき、且つ
上側支持フレーム部材２０および下側支持フレーム部材
２２に沿って摺動できる。ガントリー３８はＹ軸線方向
に垂直に移動する工具支持スライドすなわちサドル５６
を支持している。サドル５６は往復動するラム６８およ
び工具スピンドル７８を支持しており、工具スピンドル
７８はワークピース支持体３４に設けられるワークピー
ス３０を切断する工具１１を有している。ガントリー３
８、サドル５６およびラム６８は、各々が永久磁石１１
０およびコイル固定子部分１１２を有する１０８で示す
リニアモータにより駆動される。本発明によれば、上側
水平フレーム部材２０に固着された上側リニアモータ１
０８ｂおよび下側水平フレーム部材２２に固着された下
側リニアモータ１０８ａにより上方および下方駆動力を
ガントリー３８の上端部３８ａおよび下端部３８ｂに加
える。図２に最も良く示すように、サドル５６および工
具支持スピンドル７８は両方とも、スピンドル７８のま
わりに対称が生じるように、上側および下側リニアモー
タ１０８ｂ、１０８ａ間に設けられている。これは、リ
ニアモータがすべて支柱の底部に設けられ、またすべ
て、支柱の下端を押し進めるような上記米国特許第 5,3
68,425号に開示された非対称機械とは対照的である。図
２および図３に示す機械１０では、リニアモータからの
実質的に等しい力が上側フレーム部材２０に隣接したガ
ントリー３８の頂部および下側フレーム部材２２に隣接
したガントリー３８の底部で推進力を及ぼす。スピンド
ル支持ラム６８の両側でガントリー３８の頂部および底
部で力が加えられるので、ガントリー３８は、支柱をＸ
軸方向に駆動するための機械基部のリニアモータすべて
の上方に位置決めされた工具スピンドルを有する上記米
国特許第 5,368,425号の大きい支柱のように、曲がりお
よび撓みを阻止するために、構造部材を有する必要がな
い。
【００１４】また、本発明の重要な特徴によれば、上側
リニアモータ１０８ｂが図１、図２および図３に矢印Ａ
で示すように２７２４ｋｇ（６０００ポンド）の力で引
上げ、下側リニアモータ１０８ａが図１図２および図３
に矢印Ｂで示すように２７２４ｋｇ（６０００ポンド）
の力で引き下げると言う点で、１つのモータあたり２７
２４ｋｇ（６０００ポンド）の引付け吸着磁気垂直力が
相殺している。正味の磁気垂直力は好ましくは約ゼロで
ある。何故なら、上側および下側リニアモータは大きさ
および磁界強さが実質的に同じであり、且つ同じ方法で
同時に制御されるからである。米国特許第 5,368,425号
の工作機械では、Ｘ方向リニアモータのすべてが、下向
き力、例えば１０８９６ｋｇ（２４０００ポンド）の下
向き力を及ぼしていた。これにより、追加の摩擦抵抗を
生じ、且つ撓みを阻止するために支柱により重い構造部
材が必要であった。本発明によれば、サドル５６はその
左右側が垂直ガントリーフレーム部材４０、４２により
支持されており、フレーム部材４０、４２の各々は工具
支持スピンドル７８の両側でリニアモータ１０８ｃ、１
０８ｄ（図１０）の垂直配置部分を支持している。すな
わち、リニアモータ駆動装置はスピンドル７８の両側に
設けられ、サドル５６の両側で等しい垂直に向けられた
力を及ぼすようにスピンドル７８と対称である。かくし
て、サドル５６はその両側が支持されており、左側およ
び右側のリニアモータ１０８ｃ、１０８ｄにより、サド
ル５６の両側でＹ方向の推進力が加えられる。これは、
一方の側が支柱に沿って摺動するように設けられ、スピ
ンドル支持スライドが片持ちばり式に支持された米国特
許第 5,368,425号におけるスピンドル支持スライドとは
対称的である。米国特許第 5,368,425号におけるよう
に、工具支持スライドのＹ軸移動可能なリニアモータは
すべて、推進力がスライドの一方の側、すなわち、スラ
イドの支柱に隣接した側に沿うように支柱壁部に設けら
れていた。米国特許第 5,368,425号における３つのリニ
アモータの各々が２７２４ｋｇ（６０００ lbs）の垂直
な引付け磁力で内方に引付けられるので、摩擦が増大さ
れた。より重要なことに、片持ちばり式スピンドルスラ
イドの構造は、スピンドル上の切削工具に必要とされる
剛性を与えるために、スピンドルスライドの曲がり及び
撓みを阻止するようにリブの重いフレーム構造により強
化されなければならなかった。スピンドル５６は非常に
軽く、且つより高い剛性対質量比を与えることができ
る。この軽量のサドル５６により、より速い加速を可能
にし、より小さいリニアモータの推力の使用を可能にす
る。
【００１５】かくして、スピンドル７８をＸ軸線および
Ｙ軸線モータに対して対称に設けるのがよく、その結
果、構造の撓みが最小になり、片持ちばり荷重で受ける
ような曲がりが除去され、垂直の引付け磁力が消去され
ることはわかるであろう。リニアモータをスピンドル７
８の上方および下方の両方でサドル５６に設けることが
可能であるが、スピンドル７８の下方に位置決めされた
たった１つのリニアモータ駆動装置を使用すること、お
よびスピンドル上の通路ときつく係合するようにラム６
８を予備負荷するために２７２４ｋｇ（６０００ｌｂ）
の垂直下方の引付け力を使用することが好ましい。米国
特許第 5,368,425号の機械では、基部を支持し、且つ積
み重ねられたＸ、Ｙ、Ｚ可動要素のＸ軸線方向の整合を
行うのに、ピットを有する非常に大きい基礎が必要とさ
れた。基礎のコーナが降下すると、この整合が失われ
た。ここでは、正方形または矩形のフレームはその整合
を、ガントリー、サドルおよびスピンドル支持ラム（以
後、これらをグループで可動部材と称する）を取り囲む
鋼スレーム部材１６、１８、２０、２２から受ける。好
ましくは、フレーム１２は鋼から構成され、部材２０、
２２間で測定したＹ方向の機械の高さは部材１６、１８
間で測定したＸ方向の機械の幅以下であり、可動部材１
４がそれらの夫々の移動軸線に沿って摺動するときに可
動部材１４のための安定なボックスフレーム支持を行
う。この機械を輸送して装着の用意をすることができ、
米国特許第 5,368,425号の機械のように、大きい基礎に
構成して高さ調整する必要がない。図１３でわかるよう
に、防振装置１５０を底フレーム部材２２と床との間に
位置決めするのがよく、機械は高さ調整またはそのため
の特殊化基礎なしに使用する用意が整うべきである。理
論的には、底フレーム部材２２ならびにフレーム１２の
残部を９０°、１８０°または２７０°回転させること
ができ、それでも、機械の対称のため、およびフレーム
のボックス状性質のため、この回転を行うことができ
る。
【００１６】ボックス状フレーム１２と、Ｘ軸可動部材
（ガントリー）の上方および下方のＸ軸モータ１０８
ｂ、１０８ａの対称位置とにより、米国特許第 5,368,4
25号に示された機械より非常に小さい幾何学的大きさす
なわちフットプリントを図示の機械に与えることができ
る。従来技術の垂直支柱機械では、通路の端部は大きい
ベロー状カバーを有しており、これらのカバーは通路を
越えて延び、機械の長さに有意に追加される。本発明で
は、ボックス状フレーム１２は、金属ダスト粒子および
破片を通路およびリニア磁気モータに入らないようにす
るためにファンからの空気により加圧される収容ハウジ
ングに包囲されている。複数の工作機械１０が移送ライ
ンに並んで配置されるようなより短い長さは特に重要で
ある。本発明の図示の実施例をより詳細に説明し、特に
図１０を参照すると、Ｘ軸線に沿って移動可能な可動部
材１４と同じくらい使用される垂直ガントリー３８が示
されている。垂直ガントリー３８はＸ軸線に沿って移動
可能に駆動され、頂および底部材２０、２２間に延びる
ようにフレーム１２に設けられている。垂直ガントリー
３８は頂、底壁部４４、４６にそれぞれ接合された平行
な細長い側トラス４０、４２を有している。前、後壁部
４８、５０はそれぞれトラス４０、４２と頂、底壁部４
４、４６との間に設けられており、各々、細長いスロッ
ト５２、５４を有しており、これらの細長いスロット５
２、５４は切削工具１１の移動Ｙ軸線を構成し、切削工
具１１をこれらのスロットを通してＺ軸線に沿って前進
させることができる。
【００１７】図１１を参照すると、Ｙ軸線に沿って移動
可能な部材１４と同じくらい使用されるサドル５６が示
されている。このサドル５６は、各々Ｌ字形輪郭を持つ
一対の横方向に間隔を隔てられた平行な側壁部５８、６
０を有している。サドル５６はトラス４０、４２間でガ
ントリー３８において垂直摺動可能に設けられている。
ガントリーの側トラス４０、４２は、サドル５６をガン
トリー３８により支持してガントリー３８においてＹ軸
線に沿って摺動可能に駆動するとき、ガントリーのトラ
ス４０、４２とサドルの側壁部５８、６０との間に締ま
り嵌めを行うために、サドルの側壁部５８、６０間の距
離より僅かに大きい距離を隔てられている。更に、サド
ル５６は側壁部５８、６０間に延びる平板の形態の取外
し可能な底ウェッブ壁部６２を有している。頂壁部６４
および前壁部６６はサドル５６の枠組みを完了し、後で
もっと十分に説明するようにラム６８を支持するクレー
ドルを構成する。サドル５６の前壁部６６は７０におけ
るように切り抜かれてアーチ形開口部７２を形成してお
り、ラム６８は、Ｚ軸線に沿って駆動されるとき、この
開口部７２を通って延びることができる。かくして、サ
ドル５６はラム６８をその下から支持して、米国特許第
5,368,425号に示すように片持ちばり支持と、それによ
り生じる不当な撓み応力とを除去する。
【００１８】ラム６８の構造を以下に図４ないし図８を
参照して説明する。ラム６８はスピンドル６８を支持す
るための中空のボディ７６を有している。ボディ７６は
これを通って延びる環状ボア７７を有している。ボディ
７６の外面７９は横断面で見て多数の異なる形状を有し
ている。ラム６８の好適な多角形形状が五角形として図
４に示されている。後でもっと十分に説明するように、
五角形自身の正確な形状は変化することができる。図４
でわかるように、好適な五角形ラム６８では、弾性プラ
スチックワイパ要素８１を利用することができ、ワイパ
８１は、ラム外面７９のまわりに締まり嵌めし、ラム６
８がＺ軸線に沿って摺動するとき、内部空間１３に運び
込まれないように金属破片およびダストの移動を制限す
るためにラム６８と同様な横断面形状を有している。更
に、ラム６８はその前面にボア７７のまわりに一連の穴
８６を有している。スピンドル７８は細長い環状の前フ
ランジ８２を有しており、このフランジ８２には、そこ
から後方に延びる円筒形ボディ８４が一体に形成されて
おり、フランジ８４はそれを通る一連の周方向に間隔を
隔てられた穴８８を有している。円筒形ボディ８４は、
ボア７７内にぴったり嵌まり、ラム前面８７およびスピ
ンドルの前フランジ８２の穴８６、８８を整合させ、ね
じボルト（図示せず）のような取付け部材をこれらの穴
に挿通することによってボア７７に固定されるように寸
法決めされた直径を有している。
【００１９】他の形態では、ラム６８ａは、図５でわか
るように設けられた円筒形表面７９ａを有する中空ボデ
ィ７６ａを有している。ラム６８ａは細長い環状の前フ
ランジ８０を有しており、この環状フランジ８０は、図
７で最も良くわかるようにボア７７の直径より僅かに小
さい内径を有し、且つ一連の穴８６ａをまわりに有して
いる。環状のフランジ８０、８２は協働してスピンドル
７８をラム６８に固着する。円筒形ボディ８４は、スピ
ンドル７８がラムのボア７７に嵌入することができるよ
うに環状の前フランジ８０の内径より僅かに小さい直径
を有しており、協働する前フランジ８０、８２は、例え
ば、それらの穴８６ａ、８８を整合させ、先に述べたよ
うに取付けことによって互いに固着される。ラムボディ
７６ａはラム６８ａをＺ軸線に沿って駆動するためにラ
ム６８ａと関連されたリニアモータ部分を取付けるため
に底支持板８１に取付けられている。更に、Ｚ軸線に沿
った摺動中にフレームの内部空間１３から外方に延びる
ラム６８ａの部分を保護するために、ラム６８ａをＺ軸
線に沿って駆動するときに、フレーム１２から開口部２
８を通って外方に延びるラム６８ａの部分をガードする
ための保護ドッグハウス状ハウジング９０がラム６８ａ
に設けられている。従って、ハウジング９０を用いる場
合には、ワイパ要素８１は必要ではない。ハウジング９
０は前端部９４および後端部９６を持つ鋼製屋根部９２
を有するのがよい。前端部９４には、垂直な前板９８が
設けられており、この前板９８は、ラム６８が摺動して
通ることができるように十分な直径の中央に開けられた
入口穴１００を有している。屋根部９２およびサドル５
６の前面６６には、側ベローズ１０２および底ベローズ
１０４が取付けられており、これらのベローズ１０２、
１０４および屋根部９４は協働して膨張可能な室１０６
を構成しており、ラム６８をこの室内でサドル５６の外
側に沿って前進させることができる。例えばボルト止め
等により屋根部９２の底部をその前端部９４でフランジ
８０に連結することによってハウジング９０を円筒形ボ
ディ７６に取付けことができる。屋根部９２がベローズ
よりも更にラムボディ７６に沿って長さ方向に延びると
き、アーチ形開口部７２の上方に７４のような尖った切
欠き部分が設けられ、この切欠き部分は、ラム６８がＺ
軸線に沿って摺動するとき、屋根部９２がこの切欠きを
通って延びることができるように屋根部９２の形状に対
応する。同様に、ガントリー３８の前壁部４８のスロッ
ト５２は、ベローズ１０２、１０４および鋼製屋根部９
２と共に前板９８がスロット５２を通って摺動すること
ができるように開けられている。他方、サドル５６の前
壁部６６は、ハウジング９０の前板９８がサドル５６の
前壁部６６に達するまで図１０における右側への移動が
許容されるとき、ハウジング９０がサドル５６の中へ延
びることができる距離を制限する。このようにして、膨
張可能な室１０６は、ラムがＺ軸線に沿ってサドル５６
に対して出入りするときに交互に収縮し、膨張する。
【００２０】上記のように、水平ラム６８、サドル５６
およびガントリー３８を含む可動部材１４がすべて工具
１０の３軸線移動のために互いに嵌め合わされる。より
詳細には、ガントリー３８はサドル５６、ラム６８およ
びスピンドル７８をＸ軸線に沿って支持し、サドル５６
はラム６８およびスピンドル７８をＹ軸線に沿って支持
し、ラム６８はスピンドル７８をＺ軸線に沿って支持す
るだけである。工具１０の３軸線移動のために可動部材
１４を駆動するのに、リニアモータ１０８が用いられ
る。これらのリニアモータ１０８は各々、固定子コイル
部分１１０および列状の永久磁石１１２を有しているリ
ニアモータ１０８の永久磁石１１２は列状に配置され、
可動部材１４およびフレーム１２に接合されており、列
における磁石間の空間はエポキシで埋められている。保
護用の非磁気金属材料製の薄ストリップが各列の磁石１
１２を覆っている。リニアモータ１０８は、駆動（不
動）部材と被駆動（移動）部材との間で接触が無いよう
にスラスト駆動力を生じる引付け磁力に基づいて作動す
る任意のモータでよい。例えば、リニアモータ１０８は
無ブラシＤＣモータであり、各々２０００ポンドの最大
推力を有すればよい。リニアモータ１０８は一般に可動
部材１４およびＸ軸線上の可動部材とフレーム１２との
間に位置決めされる。リニアモータ１０８用の制御装置
は機械フレーム１２に組み込まれ、例えば、制御パネル
１１６によって作動できる。位置フィードバック装置
（図示せず）が利用され、この位置フィードバック装置
はとして、当業界で知られているように、可動部材の位
置を検出し、信号を送って制御装置により部材をその移
動軸線に沿って駆動するのに必要とされるコイルのみを
付勢するのに使用される光学センサ、機械的センサまた
はレーザセンサを挙げることができる。
【００２１】リニアモータ１０８と同様に、協働する摩
擦防止用の細長いリニアレール１２０およびレール受け
トラック１２２の形態の支持構造体１１８が可動部材１
４およびＸ軸線上の可動部材とフレーム１２との間に位
置決めされて、これらの可動部材がリニアモータ１０８
によって駆動されるとき、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸線方向のそれら
の摺動を支持し、案内する。レイル１２０およびトラッ
ク１２２はローラまたはボールベヤリングを介して、或
いはテフロンのような低摩擦係数の材料で被覆された表
面を介して案内／支持機構をなす。ボックスフレーム１
２について、その構成を以下に図１、図１２および図１
３を参照して説明するが、当業者には明らかなように、
ボックスフレーム１２の正確な構成を変更することがで
きるが、それでも可動部材１４をＸ、Ｙ、Ｚ軸線に沿っ
て摺動可能に収容して支持する。側部材１６、１８間に
延びる中間隔壁部１２４によりボックスフレームの内部
空間１３を前領域および後領域１２６、１３６に分割す
ることができる。前フレームパネル２４をＴ字のアーム
および脚部の接合部のところでボックスフレーム１２用
のＴ字形基部１５に取付けることができ、この前フレー
ムパネル２４は基部から上方に延びており、支持体３４
用の機械加工用ハウジング３２にその後部の周囲に取付
けられている。パネル２４は中間壁部１２４と平行に延
びており、またパネル２４はハウジング３２にまわりで
嵌合するように中央の矩形切欠き２６を有しており、こ
の切欠き２６により、ラム６８がＺ軸線に沿ってハウジ
ング３２の中へ延びてハウジング３２内のワークピース
３０に係合する。中間隔壁部１２４は、側部材１６、１
８、前パネル２４および頂、底部材２０、２２と共に、
ボックスフレームの内部空間１３にガントリー前領域１
２６を構成している。前パネル２４と同様に、中間隔壁
部１２４は矩形の切欠き部分を有しており、Ｙ軸線に沿
ったサドルの移動中、サドル５６のＬ字形側壁部５８、
６０の底脚部１３０がこの切欠き部分を通って延び、ま
たラム６８がＺ軸線に沿って移動するとき、ラム６８が
この切欠き部分を通って延びる。
【００２２】２つの平行な側支持パネル１３２、１３４
がそれぞれボックスフレーム側部材１６、１８から内方
に間隔を隔てられるのがよく、これらの側支持パネル１
３２、１３４は中間隔壁部１２４からボックスフレーム
１２の後部に向けて延びている。中間隔壁部１２４、側
パネル１３２、１３４および頂、底部材２０、２２は協
働してボックスフレームの内部空間１３に後領域１３６
を構成しており、先に述べたように、サドルの底脚部１
３０およびラム６８がこの後領域１３６に突入すること
ができる。更に、後領域１３６は、タンク、ポンプおよ
び冷却器のような冷却水をリニアモータに供給するため
の種々の供給設備および支持設備を収容するための包囲
部をなす。ボックスフレーム１２はその前部中央開口部
２８が例えば開口部を遮断する構造体によりシールされ
るのがよく、Ｚ軸線に沿ったラム６８の摺動中、ラム６
８はこの開口部を通ることができる。このシール構造体
は、サドル３８およびラム６８をＸ軸線およびＹ軸線の
方向に移動させ得るが、それでもラム６８のまわりで開
口部２８を遮断するＸおよびＹカーテン１４２またはバ
ッフルの形態をとるのがよい。カーテン１４２はサドル
の上方に上カーテンロール１４２ａ、およびフレームの
底部のところでサドルの上方に下カーテンロール１４２
ｂを有している。上、下カーテンは、サドルが垂直方向
に移動するとき、ロール状に巻かれたり、展開したりす
る。機械の後部は後領域包囲部を完全にするために金属
板によりシールされるのがよい。ボックスフレームの内
部空間１３は機械加工操作中に発生されるダストおよび
ワークピース破片が内部空間に入らないようにするため
にファン１４６の形態の正圧手段により加圧されるのが
よい。ファン１４６はボックスフレームの後領域１３６
に設置され、周囲の濾過済み空気が供給されるのがよ
い。ファン１４６からの加圧空気は、リニアモータ１０
８の作動に悪影響するような、リニアモータ１０８の磁
気に引き付けられるかも知れないワークピースから発生
されるいずれの鋳鉄または鋼ダストからも内部空間を効
果的に隔絶することができる。
【００２３】図１３を参照して説明すると、支持表面に
直接取付けられる厚い底部材２２ａをフレーム１２に設
けながら、先に述べたように基部１５を取外すことが可
能である。機械および支持表面を、いずれにおける振動
も一方から他方へ伝達されないように互いから隔離する
ために、振動吸収弾性パッド１５０を底フレーム部材２
２ａに取付けるのがよい。機械の対称ボックスフレーム
構成のため、機械の心合せは基礎に依存しないので、支
持表面への機械の効果的な３点取付けを行うのに３つの
支持パッド１５０を利用するだけでよい。垂直ガントリ
ー３８をボックスフレーム１２においてＸ軸線の沿って
駆動するために、図３でわかるように、一対の対向リニ
アモータ１０８ａ、１０８ｂが設けられている。ガント
リー３８の頂部／底部駆動を行うことによって、ガント
リーを底部からのみ駆動することによって生じる撓み荷
重が実施的に取除かれる。米国特許第 5,368,425号でわ
かるように、長い自立支柱の底部駆動は、支柱の底部に
おける駆動力の集中に因り支柱の自由頂端部の近くで撓
みを引き起こし、それにより支柱を駆動するときに頂部
に撓み遅れを引き起こす。ボックスフレーム機械では、
底部ガントリーリニアモータ１０８のコイル固定子部分
１１２ａはガントリーの底部部材４６に設けられてお
り、永久磁石１１０ａの列がガントリーの前領域１２６
（図１２）において底フレーム部材２２にＸ軸線に沿っ
て設けられている。フレーム底部材２２に設けられたコ
イル固定子部分１１２ａに隣接して、一対の線状に整合
されたレール受けトラック１２２ａが設けられている
（図１０）。磁石１１０ａに隣接して位置決めされたス
ライドレール１２０ａがレール受けトラック１２２ａと
整合されており、従ってガントリー３８が協働するレー
ルおよびトラック１２０ａ、１２２ａによりＸ軸線に沿
って摺動可能に支持され、案内される。
【００２４】頂リニアモータ１０８ｂはガントリー３８
およびフレーム１２の頂部に或いはその近くに位置決め
されている。図１および図２でわかるように、好適な実
施例では、頂フレーム部材２０から平行に間隔を隔てら
れたガントリー前領域１２６には、水平方向に延びるフ
レーム部材１５４が設けられている。このフレーム部材
１５４は中間壁部１２４からフレーム１２の前部に向け
て延びており、壁部分１５４と頂フレーム部材２０との
間で延びる前パネル２４と中間壁部１２４との間で垂直
壁部分１５８に取付けられている。垂直ガントリー３８
をその頂部ならびに底部から駆動するために、コイル固
定子部分１１２ｂはガントリーの頂壁部４４に取付けら
れ、永久磁石１１０ｂの列がＸ軸線に沿ってコイル固定
子部分１１２ｂと整合されている。ガントリーをＸ軸線
に沿って前進させるとき、ガントリー３８をその頂部の
近くで案内し、支持するために、レール１２０ｂおよび
トラック１１２ｂがリニアモータ１０８ｂに近接して設
けられている。ガントリー３８は線状に配列された一対
のトラック１２２ｂを取付ける垂直フランジ１６２を有
している。フレーム１２の垂直壁部分１５８は摺動のた
めにトラック１２２ｂと整合するようにスライドレール
１２０ｂを取付けている。変更例では、トラック１２２
ｂおよびコイル部分１１２ｂの両方はガントリーの頂壁
部４４に並んだ関係で設けられており、レール１２０ｂ
および永久磁石１１０ｂの列は図１３に示すようにトラ
ック１２２ｂおよびコイル部分１１２ｂと整合してフレ
ーム頂部材２０に設けられている。当業者には明らかな
ように、協働するレール１２０ｂおよびトラック１２２
ｂと、リニアモータ１０８ｂとがガントリーの頂部駆動
を行うためにガントリーの頂部の近くに留まるかぎり、
レール１２０ｂおよびトラック１２２ｂおよびリニアモ
ータ１０８ｂの配列を、例えば、これらを中間壁部１２
４に設置することにより、変えることができる。このよ
うにして、頂、底リニアモータ１０８ａ、１０８ｂにお
ける引付け磁力は、米国特許第 5,368,425号の機械で加
えられるような不釣合いの磁力により引き起こされるよ
うな構造の撓みを制限すように自己消去性である。
【００２５】同様に、サドル５６がガントリーの側トラ
ス４０、４２間にこれらに沿ってＹ軸線方向に摺動可能
に釣合い荷重として設けられた状態では、Ｙ軸線を中心
にガントリー３８とサドル５６との間に付加される磁力
を釣り合わせるようにリニアモータ１０８ｃ、１０８ｄ
をそれぞれサドルの側壁部５８、６０とガントリーの側
トラス４０、４２との間に位置決めすることができる。
より詳細には、ガントリーの各側トラス４０、４２は、
好適な実施例ではＹ軸線に沿って延びる永久磁石１１２
ｃ、１１２ｄの列である（図１０）リニアモータ１０８
ｃ、１０８ｄの２分の１を取付ける。サドル５６および
それに支持されるラム６８をＹ軸線に沿って駆動するた
めに、コイル固定子部分１１２ｃ、１１２ｄはそれぞれ
サドルの側壁部５８、６０に設けられている。かくし
て、サドル５６はＹ軸線を中心にそのいずれかの側から
対称に駆動され、同時に取外し可能なウェッブ壁部６２
の形態の支持体をラム６８の下方に設け、それにより米
国特許第 5,368,425号におけるラム／スライド／支柱構
成で見られるいずれの張出し式または片持ちばり式荷重
をも除去する。サドルがＹ軸線方向に移動するときにサ
ドル５６を釣り合わせるために、リニアモータ１０８
ｃ、１０８ｄを作動しないとき、サドル５６がＹ軸線に
沿ってガントリー３８において不動のままであるよう
に、ガントリー３８とサドル５６との間に一対の釣合い
シリンダ１６６、１６８が取付けられている。シリンダ
１６６、１６８は、例えば、エアシリンダまたは液圧シ
リンダのいずれでもよく、当業界で知られているよう
に、それぞれ、ばねブレーキ１７０、１７２を有してい
る。かくして、動力ロスがあり、釣合いシリンダ１６
６、１６８から圧力が取り出されると、ばねブレーキ１
７０、１７２が付勢されてサドル５６をＹ軸線に沿った
適所に保持する。
【００２６】先に述べたように、サドル５６は、ラム６
８がＺ軸線に沿って摺動するときにラムにその下にクレ
ードルすなわち支持体を設けるための取外し可能な底ウ
ェッブ壁部６２を有している。図１１でわかるように、
任意の様々な周知の取付け手段により、例えば、ラム６
８とサドル５６との間の公差のいずれの変化についても
補正するようにウェッブ壁部６２を調整できるねじ穴お
よびボルトによってウェッブ壁部６２をサドル５６の主
部分に取付けることができる。ラム６８をＺ軸線に沿っ
て駆動するには、モータ１０８ｅの２分１をウェッブ壁
部６２に、モータ１０８ｅの他の半分をラム６８の下方
に設けた単一のリニアモータ１０８ｅを利用することが
好ましい。好ましくは、コイル固定子部分１１２ｅはそ
のいずれかの側に一対の線状に配列されたトラック１２
２ｅを位置決めして底ウェッブ壁部６２に設けられる。
永久磁石１１０ｅの列はラム６８の下方に設けられ、２
つの平行なレール１２０ｅが永久磁石１１０ｅの列の両
側に設けられており、磁石１１０ｅおよびレール１２０
ｅは、ラム６８をＺ軸線に沿って摺動駆動し、且つウェ
ッブ壁部６２により支持することができるようにコイル
１１２ｅおよびトラック１２２ｅと整合されている。こ
の構成では、リニアモータ１０８ｅにより生じられる強
い引付け力がレール１２０ｅおよびトラック１２２ｅに
予備荷重を生じてラム６８がＺ軸線に沿って往復動され
るときにスピンドルに大きい安定性を与える。
【００２７】機械の質量の大部分が不動の鋼フレーム１
２にあり、釣り合わされた駆動力がガントリー３８およ
びサドル５６のまわりに付加される対称ボックスフレー
ム構成により、可動要素１４、すなわち、ガントリー３
８、サドル５６およびラム６８は、すべて比較的軽量で
あり、それでも、工具１０を少なくとも 3810 cm (1500
インチ) ／分の速度および少なくとも１Ｇの加速度また
は減速度で前進させることができるように、夫々のリニ
アモータ１０８により高速移動のために正確に駆動され
るように、鋼のような高度の材料剛性を有する材料から
形成することができる。他の実施例では、図８に示すよ
うに、僅かに変更された五角形の形状（その平らな頂面
は列状の永久磁石１１０ｆを設けるようにするためにＸ
方向に延長されている）を利用することによって釣り合
わされた磁気駆動力が付加される。頂部取付けリニアモ
ータ１０８ｆを利用した変更ラム６８ｂはまた、僅かに
変更されたサドル構成を利用しており、この構成では、
磁石１１０ｆと整合してコイルパック１１２ｆをサドル
５６ａの水平頂部材１７４に設けることがでラム６８ｂ
をその頂部および底部の両方から駆動することができる
ように、サドル５６ａはラム６８ｂの周囲に正方形のフ
レームを構成する。
【００２８】明らかなように、ここで説明したボックス
フレーム工作機械にリニアモータ１０８を使用すること
により、米国特許第 5,368,425号の機械における在来の
ボールねじモータまたはリニアモータと違って、リニア
モータを工作機械ボックスフレーム１２全体にわたって
分布させて種々の移動軸線のまわりに力を釣り合わせる
ことができるので、その可動部材１４の設計に融通性が
得られる。このように、モータ１０８およびそれらの部
品、すなわち、磁石１１０およびコイル部分１１２の正
確な設置をここで説明した力／荷重釣合わせ原理により
変えることができる。かくして、対称に配列された可動
部材および駆動力では、在来の工作機械を上回って、向
上された精度、剛性、速度および加速を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による３軸工作機械を支持するためのボ
ックスフレームを示す３軸線方向に移動可能な工作機械
の斜視図である。
【図２】垂直なガントリー、サドルおよびラム／スピン
ドル構造体を示すためにボックスフレームの前面の一部
を取り外した図１の工作機械の正面裏面図である。
【図３】垂直なガントリー、サドルおよびラム／スピン
ドルを示し、且つＹ軸線に沿ったラムの移動を仮想で示
す図２の線３─３に沿った横断面図である。
【図４】ラムおよびワイパ要素と関連されたリニアモー
タの永久磁石を有するラム／スピンドル組立体の拡大分
解斜視図である。
【図５】変更形状のラムの拡大分解斜視図である。
【図６】図５のラム用の「ドッグハウス」／ベローズ組
立体の拡大斜視図である。
【図７】図５のラムの正面立面図である。
【図８】ラムをその頂部および底部でリニアモータによ
り駆動される図４のラムと同様な変更例のサドルおよび
ラムの正面立面図である。
【図９】従来の片持ちばり式ラムおよびこれと関連され
たリニアモータの断面端面図である。
【図１０】垂直なガントリーの拡大分解斜視図である。
【図１１】取外し可能な底板／固定子コイル組立体を示
す、サドルおよびこれと関連されたリニアモータのコイ
ル固定子部分の拡大分解斜視図である。
【図１２】垂直なガントリー、サドルおよびラム／スピ
ンドル組立体を収容するためのボックスフレームの部分
拡大斜視図である。
【図１３】ガントリー頂部のガイドおよびリニアモータ
のための変更例の位置を示す図３と同様な断面側立面図
である。
【符号の説明】
１０ 機械 １２ フレーム １６、１８、２０、２２ フレーム部材 ３４ ワークピース支持体 ３８ ガントリー ４０、４２ ガントリーフレーム部材 ５６ 工具支持スライドすなわちサドル ６８ ラム ７８ 工具支持スピンドル １０８ リニアモータ

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転切削工具のような工具を少なくとも
    ３つの相互交軸線に沿って前進させるための工作機械に
    おいて、 工具を設けたスピンドルと、 第１組の頂、底フレーム部材、および中央開口部を構成
    し、且つスピンドルおよび切削工具を、切断し、交軸線
    に沿って前進させながら、支持するように接合された第
    ２組の側フレーム部材を有するフレームと、 フレームに対して第１軸線方向に摺動可能に少なくとも
    ２つのフレーム部材に連結された垂直ガントリーと、 ガントリーに設けられ、ガントリーとともに支持され、
    且つ頂、底フレーム部材間で垂直ガントリーに沿って第
    １軸線と直角な第２軸線方向に摺動可能に設けられたサ
    ドルと、 第２軸線と直角な第３軸線に沿って移動可能にサドルに
    より支持され、第３軸線に沿ってスピンドルおよび回転
    切削工具を支持するラムと、 ガントリーを第１軸線に沿ってフレーム部材に対して移
    動させるための少なくとも１つのリニアモータを有し、
    ガントリーおよび第１組の側フレーム部材により支持さ
    れた第１リニア駆動装置と、 サドルをガントリーに沿って、且つ第２軸線に沿って移
    動させるための少なくとも１つのリニアモータを有し、
    ガントリーおよびサドルにより支持された第２リニア駆
    動装置と、 ラムおよびスピンドルを第３軸線に沿って移動させるた
    めの少なくとも１つのリニアモータを有し、スピンド
    ル、ラムおよびサドルにより支持された第３リニア駆動
    装置とを備えたことを特徴とする工作機械。
  2. 【請求項２】 頂、底フレーム部材は第１の所定間隔で
    垂直方向に隔てられており、側フレーム部材は平行であ
    って、第２の所定間隔で垂直方向に隔てられており、第
    １の所定間隔は第２の所定間隔と略等しいか、或いはそ
    れより小さいことを特徴とする請求項１に記載の工作機
    械。
  3. 【請求項３】 フレーム、ガントリー、サドルおよびラ
    ムは鋼から形成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。
  4. 【請求項４】 フレーム部材は内部空間を構成してお
    り、ガントリーおよびサドルはこの内部空間にフレーム
    に対して設けられており、フレームは、発生されるワー
    クピース破片および工具／ワークピース界面に使用され
    る冷却剤を機械加工操作中に内部空間に入らないように
    制限しながら、ラムおよびスピンドルが内部空間を越え
    て延び得るようにするために内部空間を実質的にシール
    して加圧するための手段を有していることを特徴とする
    請求項１に記載の工作機械。
  5. 【請求項５】 シール／加圧手段は、ラムが中央開口部
    を通って延び得るようにしながら、中央開口部を実質的
    に遮断するためのバッフルと、空気を供給して内部空間
    を加圧する正圧手段とよりなることを特徴とする請求項
    ４に記載の工作機械。
  6. 【請求項６】 ガントリーは頂壁部、底壁部および側壁
    部を有しており、サドルはラムを支持するためのクレー
    ドルを構成するために間隔を隔てられた側壁部およびこ
    れらの側壁部間に延びる底ウェッブ壁部を有しているこ
    とを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
  7. 【請求項７】 ガントリーの側壁部は第１の所定の間隔
    を有しており、サドルの側壁部は、第２軸線方向のサド
    ルの摺動中にガントリーの側壁部間に締まり嵌めするた
    めに第１の所定間隔より僅かに小さい第２の所定間隔を
    有していることを特徴とする請求項６に記載の工作機
    械。
  8. 【請求項８】 リニアモータは各々、コイル部分と協働
    する永久磁石列を有しており、第１リニアモータ駆動装
    置は、互いに相殺するために反対方向の磁力引付け力を
    有する第１の一対の対称リニアモータよりなることを特
    徴とする請求項６に記載の工作機械。
  9. 【請求項９】 第２リニアモータ駆動装置は、各々がガ
    ントリーの側壁部と対応するサドルの側壁部との間に位
    置決めされており、且つ互いに相殺する反対方向の磁力
    引付け力を有している第２の一対の対称リニアモータよ
    りなることを特徴とする請求項８に記載の工作機械。
  10. 【請求項１０】 ラムは底支持板を有しており、第３リ
    ニアモータ駆動装置は、ラムの底板とサドルの底ウェッ
    ブ壁部との間に位置決めされて第３軸線方向にラムを摺
    動させるためのリニアモータよりなることを特徴とする
    請求項６に記載の工作機械。
  11. 【請求項１１】 夫々のリニアモータにより引き起こさ
    れるガントリー、サドルおよびラムの摺動を案内する支
    持手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載の
    工作機械。
  12. 【請求項１２】 支持手段は協働する摩擦防止スライド
    レールおよびレール受けトラックを有しており、これら
    のスライドレールおよびトラックはそれぞれ一対のガン
    トリー壁部と一対のフレーム部材との間に位置決めされ
    ていることを特徴とする請求項１１に記載の工作機械。
  13. 【請求項１３】 ラムは、スピンドル受けボアを構成
    し、且つスライドレールを設けたボックス状ボディと、
    発生されるワークピース破片および工具／ワークピース
    界面に使用される冷却剤を機械加工操作中に工作機械に
    入らないように制限する手段とを有していることを特徴
    とする請求項１２に記載の工作機械。
  14. 【請求項１４】 複数の交軸線に沿って工具を駆動する
    ためのボックス組立体において、 工具を受けることが可能なスピンドルと、 前方向き開口部を構成する横方向に間隔を隔てられた側
    部間に延びる頂壁部および底壁部を有する内部空間を構
    成するボックスフレームと、 開口部に隣接して横方向に間隔を隔てられた側部間に延
    びる水平のＸ軸線に沿ってフレーム対して摺動可能に設
    けられ、頂壁部と底壁部との間の延びる垂直ガントリー
    とを備え、該ガントリーは２つの間隔を隔てられた側ト
    ラスを有しており、これらの側トラス間の前面がフレー
    ム開口部に隣接して細長い中央の垂直スロットを構成し
    ており、 スピンドルをＸ軸線と直角な２方向に摺動可能に設ける
    ためのキャッリジ手段を備え、一方の方向は垂直スロッ
    トと一致した垂直のＹ軸線に沿っており、キャッリジ手
    段は更に、スロットを通って延びる移動水平線に沿った
    他方の方向を定めており、 工具をＸ、Ｙ、Ｚ軸線に沿って少なくとも 3810 cm（15
    00インチ) ／分の速度および少なくとも１Ｇの加速度ま
    たは減速度で前進させることが可能であり、垂直ガント
    リーおよびキャリッジ手段と関連されたリニアモータ手
    段を備えており、フレーム、ガントリーおよびキャリッ
    ジ手段は高度の材料剛性を持つ材料から形成されている
    ことを特徴とするボックス組立体。
  15. 【請求項１５】 フレーム、垂直ガントリーおよびキャ
    リッジ手段は鋼から形成され、所定の固有構造周波数を
    有しており、リニア駆動手段は所定の作動周波数範囲を
    持つモータ駆動回路を有しており、作動周波数範囲は所
    定の固有構造周波数がモータ駆動回路の所定の作動周波
    数範囲より大きいように予め選定されることを特徴とす
    る請求項１４に記載のボックス組立体。
  16. 【請求項１６】 フレームを支持表面に取付け、且つボ
    ックス組立体および支持表面を互いに隔離するために、
    複数の弾性振動吸収パッドがボックスフレームに取付け
    られていることを特徴とする請求項１４に記載のボック
    ス組立体。
  17. 【請求項１７】 支持表面へのボックスフレームの３点
    取付けのために３つの振動パッドがフレームの底壁部に
    取付けられていることを特徴とする請求項１６に記載の
    ボックス組立体。
  18. 【請求項１８】 キャッリジ手段はスピンドルを支持す
    るための中空のラムおよびサドルを有しており、ラムは
    サドルおよびガントリーが不動のままで摺動可能にサド
    ルに設けられており、サドルはＹ軸線に沿ったサドル、
    ラムおよびスピンドルの移動のためにガントリートラス
    間にスピンドルを中心に対称に設けられていることを特
    徴とする請求項１４に記載のボックス組立体。
  19. 【請求項１９】 リニアモータ駆動手段は、互いに相殺
    するように反対方向に磁気引付け力を与えるようにガン
    トリーとボックスフレームの壁部との間に設けられた少
    なくとも第１および第２のリニアモータよりなることを
    特徴とする請求項１４に記載のボックス組立体。
  20. 【請求項２０】 リニアモータ駆動手段は更に、サドル
    およびラムをガントリーのいずれかの側から均等にＹ軸
    線に沿って対称に駆動するためにガントリートラスとサ
    ドルとの間に設けられた少なくとも第３および第４のリ
    ニアモータを有していることを特徴とする請求項１９に
    記載のボックス組立体。
  21. 【請求項２１】 リニアモータ駆動手段は更に、ラムお
    よびスピンドルをＺ軸線に沿って駆動するためにラムと
    サドルとの間に設けられた第５のリニアモータを有して
    いることを特徴とする請求項２０に記載のボックス組立
    体。
  22. 【請求項２２】 切削工具を設けた回転スピンドルと、 中央開口部を構成する側フレーム部材を有するフレーム
    と、 側フレーム部材と平行に延び、フレームに摺動可能に設
    けられた垂直ガントリーと、 ガントリーに設けられ、ガントリーとともに支持され、
    且つガントリーに沿って摺動可能に設けられたサドル
    と、 サドルにより支持され、中央開口部を通って摺動可能に
    設けられ、スピンドルおよび回転切削工具を開口部を介
    して支持するラムと、 各々が固定子コイル部分と、ガントリーの両端部に近接
    して設けられてガントリーを移動させるための永久磁石
    部分とを有する１つまたはそれ以上の対のリニアモータ
    を有する第１リニア駆動装置とを備え、磁力引付け力は
    対称を与えるように反対方向であり、 各々が固定子コイル部分と、ガントリーの両側に設けら
    れたサドルを移動させるための少なくとも一対のリニア
    モータとを有する第２リニア駆動装置を備え、磁力引付
    け力は対称を与えるように反対方向であり、 固定子コイル部分および永久磁石部分を有し、ラムおよ
    びスピンドルを移動させるための１つまたはそれ以上の
    モータを有する第３リニア駆動装置を備えたことを特徴
    とする工作機械。
  23. 【請求項２３】 第３リニア駆動装置はラムおよびスピ
    ンドルの下方に設けられた単一のリニアモータよりなる
    ことを特徴とする請求項２２に記載の工作機械。
  24. 【請求項２４】 リニアモータはガントリー、サドルお
    よびラムを移動させて工具を少なくとも 3810 cm（1500
    インチ) ／分の速度および少なくとも１Ｇまでの加速度
    または減速度で前進させることが可能であり、フレー
    ム、ガントリーおよびキャッリジ手段はこれらに高度の
    材料剛性を与えるために鋼から形成されていることを特
    徴とする請求項２３に記載の工作機械。
  25. 【請求項２５】 第３リニア駆動装置が一対のリニアモ
    ータを有し、該リニアモータは夫々、固定子コイル部分
    と、ラムの両側に取付けられた、ラム及びスピンドルを
    移動させるための永久磁石部分とを有し、磁力引付け力
    が対称を与えるように反対方向であることを特徴とする
    請求項２２に記載の工作機械。
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