JPH1058252A - 工作機械 - Google Patents

工作機械

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JPH1058252A
JPH1058252A JP9185945A JP18594597A JPH1058252A JP H1058252 A JPH1058252 A JP H1058252A JP 9185945 A JP9185945 A JP 9185945A JP 18594597 A JP18594597 A JP 18594597A JP H1058252 A JPH1058252 A JP H1058252A
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frame
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workpiece
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JP9185945A
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Peter Meier
ツェーハー−９４０３ ゴルダッハ アッペンツェラーシュトラッセ １１ スイス国
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STARRFRAESMAS AG
Original Assignee
STARRFRAESMAS AG
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フレームが良好な剛性性能を有し，しかしよ
りコンパクトに製作できる工作機械を提供する。 【解決手段】 工具取付装置２と，工作物取付装置３
と，少なくとも１つの移動装置２５，３２とフレーム１
とを含む工作機械は，閉じた箱構造が構成されるように
配列され設計された，フレーム１の一体となった部分で
ある壁部材４〜９を備えており，この箱構造によって，
工作物の工作の際に生じる負荷を吸収させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，工具取付装置と，
工作物取付装置と，工具取付装置と工作物取付装置との
間の相対的な移動を遂行するための移動装置と，工作物
取付装置，工具取付装置及び移動装置が連結されるフレ
ームと，工作スペースを形成する壁部材とを含む切削工
作機械，特にフライス盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】工業的製造において，ストックの除去に
より工作物を工作するために工作機械が使用されてい
る。例えばフライス盤あるいは他の旋盤のようなこれら
の工作機械には，異なる要求が課せられることが知られ
ている。すなわち一方において，可能な限りの高い精度
の製品は，この製造の手段により達成され得る。他方に
おいて，効率的な製造は，通常高い切削能力が要求され
るこのような機械により可能になる。しかし一般的に，
これは高い回転速度と高い切削力によってのみ達成可能
であるが，それは機械の工作結果における不利な結果を
ともない，すなわち製品許容誤差の近似に維持すること
がより困難になる。また，費用効率的な生産を達成する
ためには機械ができるだけ安価でなければならず，これ
は一般的に，単純に構成することによってのみ達成でき
る。容易に分かるように，このように基本的に相互に矛
盾する要求が工作機械に課せられているのである。
【０００３】工作物を工作する際に生ずる負荷を吸収で
きるようにするために，フライス盤は一般に重構造を有
する。フライス盤はベッド，コラム，エクステンション
アーム等のような負荷支持部材からなり，これらは一対
になってフレーム構造を形成し，一部は静止し，一部は
動いて，スライドやロータリースピンドル等のような移
動する部材を支持する。これまで知られていた工作機械
のこのような負荷支持構造は，一般的には柱と梁との棒
構造のタイプであった。それ自体移動する部材も，負荷
を吸収するための棒構造を備えていた。このように，例
えば既述したベッドとコラムのような個々のフレーム部
分にロータリースピンドルを取り付けることは，マシニ
ングセンタ及びフライス盤においては通常の慣行であっ
た。もしも必要ならば，フレーム部分も相互に相対的に
動くようにしてもよい。
【０００４】この関係において，フレームのこれらの部
分は，工作スペースの外側に配置されているが，例えば
箱型の設計により，それぞれそれだけで完備しているこ
とも以前から知られている。この場合，ロータリースピ
ンドルは，ロータリースピンドルに取り付けられた工作
物ホルダあるいは工具ホルダとともにフレーム部分から
突出するような方法でそれぞれのフレーム部分に取り付
けられている。
【０００５】閉じた工作スペースを得るために，金属板
あるいは透光性のある材料から作られたブースが利用さ
れている。これらの壁の機能は，工員の保護を確保し，
冷却潤滑剤及び特にチップを捕えることである。高速度
切削（ＨＳＣ切削）の際には作業スペースパネルは，お
そらく工具あるいは工作物の破裂の高いエネルギー密度
のために，操作者のためのさらなる保護作用を与えら
れ，安全な形になるようにそれ相応に設計され，寸法を
与えられていなければならない。
【０００６】しかしながら，この機械コンセプトは機械
の嵩が大きくなり，重くなるという不都合を伴う。機械
をよりコンパクトにしようとするなら，一般にはフレー
ム横断面を減少させればよい。しかしこれはフレームの
剛性をも減少させてしまう。それゆえ事実上，機械の寸
法における減少，及びそれゆえの機械のコストにおける
減少は，既に先述したように，低い負荷能力，及び到達
可能な製品の精度及び生産能力の減少をもたらす。
【０００７】重負荷支持構造は，関係する構成部分それ
自体が動かされる場合に特に不利である。これは例えば
ベッド型に構成された機械における場合である。この場
合，比較的大きな質量を動かさなければならず，一方で
は高い駆動力が要求され，他方では機械の少ない原動力
（ダイナミックス）を生じさせる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は，そのフレームが良好な剛性性能を有し，しかしより
従来製品よりもコンパクトに製作できる，新規かつ改良
された工作機械を提供するこである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明によれば，工具取付装置と，工作物取付装置
と，工具取付装置と工作物取付装置との間の相対的な移
動を遂行するための少なくとも１つの移動装置と，工作
物取付装置，工具取付装置及び移動装置が取り付けられ
たフレームと，工作スペースを形成する壁部材とを含む
切削工作のための工作機械であって，壁部材はフレーム
の一体となった部分であり，かつ工作物の工作の際に生
ずる負荷がこれら壁部材によって吸収されるような形に
配列され設計されていることを特徴とする工作機械が提
供される。
【００１０】以上のような構成によれば，予想外に見出
されたことだが，フレームのこの構造により，工作機械
のためのビームの数及び／またはサイズを大幅に減少さ
せることが可能である。それゆえ，この構造はビームの
みからなるのではなく，閉じた箱構造が形成されるよう
な形で相互に連結された壁部材からなる。確実な剛性性
能を得るためには，本発明に係る機械のコンセプトにお
いては，すべての利用可能な壁面がもはや相互に別個の
フレームの単なる個々の部材あるいは部分としてではな
く使用されることを利点とする。このような負荷支持部
材は，静的あるいは動的な剛性に関する不利の許容を強
いられることがなく，完全に，あるいは少なくとも部分
的に避けられ得る。逆に，壁部材の適当な構造を選択す
ることにより，よりコンパクトな構造にも拘らず，従来
知られている工作機械における場合よりもフレームの剛
性に関してより良好な性能を有するような工作機械を設
計することもできる。本発明により設計された機械は，
従来の機械と比較して約２０パーセント少ない作業スペ
ースしか要さないことも分かる。
【００１１】本発明の好適な実施例においては，機械の
負荷支持構造は，相互にそれぞれ固定された位置に配置
され，例えば溶接のような接合法により一体に合体させ
た壁部材のみからなる。
【００１２】他の実施例においては，フレームは，灰鋳
鉄あるいはミネラルキャスティングから製造される。さ
らに，格子構造あるいは他のストラット構造により好適
に強化された，単にビーム部材から構成される閉じた構
造を備えることができる。壁部材は，このようなビーム
部材あるいはストラット構造に対し，内側，ビーム部材
の間あるいは外側に択一的に配置され，このビーム部材
あるいはストラット構造に，例えば工作物取付装置，工
具取付装置及び移動装置が配置され，これによって工作
物の工作の際に生ずる負荷を吸収させることができる。
壁部材とビーム部材，あるいは壁部材の省略のあらゆる
組み合わせも本発明の範囲内である。
【００１３】機械の剛性と共振作用に関し，壁部材がそ
れぞれ相互に立方体あるいは平行六面体に配列されてい
れば，ここでは特に有利である。これによって全空間方
位におけるフレーム中の力の閉じた流れが実現でき，力
の流れによって特に見事な形でフレームの歪みが減少さ
れ，回避され得る。
【００１４】本発明に係る工作機械においては，工作ス
ペースは負荷支持を行う壁部材により形成される。フレ
ームは工作スペースを四方から取り囲んでいる。工具ホ
ルダと工作物ホルダはフレームの内部に配置される。従
来知られた機械コンセプトの場合におけるものとは異な
り，本発明に係る工作機械フレームは便宜上一体に設計
され，運動のすべての軸はこのフレームにより支承され
ている。この機械コンセプトにより，基部は工作機械の
「運動質量」を可能な限り小さく維持するように製作さ
れている。運動の軸において発生する負荷を伝達できる
ようにするために，他のフレーム部分に対して移動可能
に配置しなければならない重フレーム部分として後者を
設計することはもはや必要ではない。同様に，負荷はも
はや一つのフレーム部分から他に伝達される必要はな
い。
【００１５】本発明のさらに他の面によると，機械のフ
レームの設計とは別に重要なことであるが，移動装置の
ガイドは工作スペースの外側に配置される。しかしなが
ら，本発明により設計されたフレームとの組み合わせに
おいて，ガイドのこの配置を備えることが好適である。
【００１６】ガイド用の支承として使用するために，壁
部材の外面は適切に工作されて準備されている。強化さ
れあるいは肋材が施された壁部材により，付加的なコス
トなしに，事実上工作スペースの外側のどの点にもガイ
ドを配置することが可能である。本発明の好適な実施例
においては，ガイドは外側の壁に，工作スペースから離
れて，壁部材に配置される。これにより，チップあるい
は冷却潤滑剤が移動装置のガイドに到達する状況を避け
ることができる。さらなる利点は，工作機械の製造の際
に，容易に利用しやすい外面が工作されなければならな
いという事実に存する。ガイドについての複雑な工作操
作，あるいはフレームの内部において配置されるガイド
の支持面は，いまや解消されている。
【００１７】工作機械の剛性の更なる改善を得るため
に，移動装置の通常は３本の並進運動あるいは直進運動
の軸の内の少なくとも１本は，工作物取付装置を駆動す
ることが好適である。よって，このような本発明に係る
好適な実施例においては，工作物取付装置は移動装置に
操作的に連結している。
【００１８】本発明の好適な実施例においては，例えば
磁気リニア駆動装置のようなリニア駆動装置が移動装置
として利用される。既に述べたように，この機械コンセ
プトにおいて都合が良いことは，個々の運動の軸のすべ
てのガイド及び駆動装置は壁部材の外側の壁に配置され
ていることである。よって，例えばチップあるいは冷却
潤滑剤により引き起こされるような汚染により持久性が
損なわれることがなく，一般的には汚れに非常に敏感な
リニア駆動装置を利用することが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら，
本発明の好適な実施形態にかかる工作機械について詳細
に説明する。
【００２０】図１に示す本発明に係るマシニングセンタ
は，フレーム１と，相互に移動可能である横方向に移動
可能な工具取付装置２と移動可能な工作具取付装置３と
を有する。
【００２１】本発明によると，フレーム１は複数のプレ
ート状の壁部材４，５，６，７，８，９を備えた閉じた
箱として設計されている。壁部材４〜９は本質的に肋材
の施された中空の本体よりなる。これらの壁部材４〜９
の可能な構成は，図２に示される。図２に切り欠き部分
で示された壁部材４，８に見えるように，壁部材４〜９
は，ほぼ同じ厚さを有し，「ハニカム」形式に配列され
た金属製の肋材１４により相互に連結された２枚の，例
えば１４ｍｍの厚さの，金属プレート１２，１３と１
２′，１３′より構成される。よって壁部材は，例えば
１５０から２００ｍｍの厚さを得る。壁部材４〜９は，
相互に隣接する壁部材のプレートによりその端面におい
て閉じられて，壁の剛性を追加的に増加させている。こ
の場合，肋材１４も隣接するプレートに相互に溶接され
ている。
【００２２】図１に示すように，壁部材がそれぞれの平
行六面体の側面に配置されるように，壁部材４〜９は平
行六面体の形状に配列されている。平行六面体のそれぞ
れの側面は，壁部材の外側プレート１２，１２′に一致
させることにより完全に形成されている。壁部材４〜９
は境を接する端に沿って溶接により相互に接合されてい
る（図２）。壁部材は別として，フレーム１は負荷支持
部材を有さない。
【００２３】工作スペース１６は壁部材４〜９のすべて
の内面１３，１３′により形成される。従って工作スペ
ースはマシニングセンタの一体の構造の単一のフレーム
部分により四方が取り囲まれている。フレーム１の基台
部材９には，その内側のワークホルダの下方に傾斜プレ
ート１７が備えられている。このプレート１７は，チッ
プと冷却潤滑剤のためのシュートとしての役割を果し，
これにより水路状の凹部１８へ受け渡す。さらに，金属
製のシート１９がプレート１７に向かい合って配置され
ており，金属製のシート１９も同様に水路１８に向かっ
て傾斜している。
【００２４】水路１８中に設置され，開口２０に通じる
チップコンベヤ（図示していない）がチップを受け取
る。図１から３に示されているように，工作物取付装置
３に対向する壁部材４は，操作者のための方形の開口２
２を有している。壁部材４は，開口２２の境界面がプレ
ート２４により閉じられている。さらに，工具取付装置
２に対向する壁部材７には，他の開口２３が備えられて
おり，これを通じて，例えば工作物自動供給装置（図示
していない）がマシニングセンタから工作物を取り除
き，まだ工作される工作物を機械に運び入れる。マガジ
ン（図示していない）から取り外された工具はさらに他
の開口（同様に図示していない）を通じて交換され，こ
れは例えば，工具取付装置２のスピンドルの上方に配置
される。これらすべての開口は，切削過程の間はドアに
より閉じられる。実施における改良の必要に応じ，壁部
材に描かれたこの開口は省略でき，あるいは図において
示されているよりも大きくすることができる。
【００２５】図３は壁部材４〜９の他の可能な設計を示
す。ここでは，プレートあるいは中空の本体の強化は，
壁部材４〜９中に「のこ歯状」に配列された肋材１４′
により達成される。原則として，中空の本体を強化しよ
うとするならば，強化肋材は事実上どんな形でも壁部材
４〜９内に配列されていればよい。よって，例えば他の
択一的な形の壁部材４〜９の強化も波形の金属製のシー
トと類似の外形を有する。
【００２６】マシニングセンタの移動部材は，図４に表
わされている。工具取付装置２は，二重の矢印により示
された２つの運動の軸Ｘ及びＹに沿って移動することが
できる。このために，工具取付装置２は，壁部材５の方
形の穴に配置された移動装置２５に固定されている。移
動装置２５は，リニアガイドであるガイドレール２８，
２８′（詳細には図示していない）に，並進運動するよ
うにＸ方向について運動できるためのような方法で配置
されたクロススライド２７に装着されている。この場
合，本発明によると，リニアガイドのガイドレール２
８，２８′は工作スペース１６の外側の壁部材５の外面
１２′′に配置されている。同様に，Ｙ軸のガイドレー
ルはクロススライド２７の側面２９，２９′に，工作ス
ペース１６から離れて固定されている。クロススライド
２７の電動機（図示していない）も壁部材４〜９により
形成される工作スペース１６の外側に配置されている。
【００２７】工具取付装置２０に設置された工具の回転
軸（工具軸）のための駆動装置３０も同様に，壁部材５
の外面１２′′の領域に配置されている。
【００２８】工作物取付装置３は，運動のさらに他の並
進運動軸，Ｘ，Ｙとともにデカルト座標系を形成するＺ
軸のために移動装置３２に備えられている。Ｚ軸のため
の移動装置３２も，対応する壁部材６の外面１２′′′
に配置されたガイドレール３１，３１′を有する。さら
に，工作物取付装置３は，回転Ａ及びＢの２つの軸に関
して回転可能に配置されている（図１から３）。この場
合，Ａ軸はＹ−Ｚ平面に対して直角方向を向いており，
これに対してＢ軸はＸ−Ｚ軸に直交するように延びてい
る。このように駆動装置及び供給手段は，リニアガイド
のみならず回転ガイドにもよって，作業スペースの外側
に配置することができる。
【００２９】上記の説明により明らかになるように，運
動のそれぞれの軸の電動モータのすべては，カプセルに
包まれた工作スペース１６の外側に配置される。駆動装
置により生ずる熱は，ここでは問題なく放散されるの
で，例えばガイドの熱による歪みなどのような，熱に起
因する製品の不正確さは，最大限可能な範囲まで回避す
ることができる。
【００３０】熱変形による工作の不正確性の危険は，壁
部材，好適にはすべての壁部材と工作スペースとを熱的
に安定させることにより，さらに減少させることができ
る。このような熱的安定を達成するために，壁部材に
は，好適には液体の，冷却剤が充填される。冷却剤の循
環に不可欠であるが，熱交換器によって，工作機械がカ
プセルに包まれているにも拘らず，工作スペースの内部
における工作から発生する熱は，工作スペースの外側に
導き出すことができる。
【００３１】同様に，すべてのリニアガイドは工作スペ
ース１６の外側に，工作スペースから離れて，壁部材４
〜９の側面１２，１２′，１２′′，１２′′′に配置
されている。この処置は，他の従来の工作スペース中の
ガイドの配置とは対照的に，ガイドが冷却潤滑剤及びチ
ップにより汚染されないことを保証している。
【００３２】図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明に係る
マシニングセンタのさらに他の実施例を示す。上述した
機械とは異なり，ここでは移動装置は異なる壁部材に取
り付けられている。すなわち，図５（ａ）によるマシニ
ングセンタにおいては，工作物取付装置の移動部材３２
は上部部材８に取り付けられている。これに対比して，
図５（ｂ）に示すマシニングセンタにおけるクロススラ
イド２７は，工具取付装置２を伴って同じ上部部材８に
配置されている。加えて，この図に示したマシニングセ
ンタは，運動の直線軸の異なる割当により，上述したマ
シニングセンタとは異なっている。ここで，工具取付装
置２はＸ及びＹ方向に移動でき，工作物取付装置３はＹ
方向に移動できる。しかし，それぞれの要請に合致し
て，他の実施例における運動の軸は，事実上どのような
形であっても，個々の壁部材，及び工作具取付装置と工
具取付装置とに割り当てられている。図６（ａ）と６
（ｂ）においては，破線４０，４１で示される，従来の
フライス盤（図６（ａ））における力の流れは，本発明
に係るマシニングセンタ（図６（ｂ））における力の流
れと比較される。図６（ａ）において見られるように，
従来のフライス盤における力の流れは，工具４２から最
初のフレーム部分，特にコラム４３に，そしてそこから
ガイド４４を通じて第２のフレーム部分，ベッド４５に
達する。力の流れはスライド４６を通って工作物４７に
至る。ここでは大きなたわみ負荷（矢印４８で示され
る）がコラム４３とスライド４６とに生じ，たわみ負荷
はフレーム特にベッド４５によりかろうじて相殺するこ
とができる。
【００３３】以上添付図面を参照しながら，本発明にか
かる工作機機械の好適な実施形態について説明したが，
本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特
許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において
各種の変更例または修正例に想到し得ることが明らかで
あり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属
するものと了解される。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように，本発明に係るマシ
ニングセンタにおける工作物の同じ工作の際には，工作
の間に生ずる力は一体のフレームの中を通るのみであ
る。壁部材のために，力の閉じた流れがフレーム中に生
じ，その結果たわみ負荷は吸収されて補償される。それ
ゆえフレームの変形ははるかに良好な形で回避されう
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる工作機械の透視図である。
【図２】壁部材の一部を切り欠き部分として示した図１
の工作機械を示す透視図である。
【図３】壁部材の他の可能な構造を示した本発明に係る
工作機械の図２と同様の透視図である。
【図４】図１の本発明にかかる工作機械の他の透視図を
示す。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は，それぞれ本発明
に係る工作機械のさらに他の２つの実施例を示す透視図
である。
【図６】図６（ａ）は，従来のフライス盤の側面図であ
り，図６（ｂ）は，図１の工作機械の平面図である。
【符号の説明】
１ フレーム ２ 工具取付装置 ３ 工作物取付装置 ４ 壁部材 ５ 壁部材 ６ 壁部材 ７ 壁部材 ８ 壁部材 ９ 壁部材 ２５ 移動装置 ３２ 移動装置

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 工具取付装置と，工作物取付装置と，工
    具取付装置と工作物取付装置との間の相対的な移動を遂
    行するための少なくとも１つの移動装置と，工作物取付
    装置，工具取付装置及び移動装置が取り付けられたフレ
    ームと，工作スペースを形成する壁部材とを含む切削工
    作のための工作機械であって，壁部材（４，５，６，
    ７，８，９）はフレーム（１）の一体となった部分であ
    り，かつ工作物の工作の際に生ずる負荷がこれら壁部材
    （４〜９）によって吸収されるような形に配列され設計
    されていることを特徴とする工作機械。
  2. 【請求項２】 壁部材（４〜９）は，一体のプレート状
    部材（１２，１２′，１２′′，１２′′′，１３，１
    ３′）を含む負荷支持部材として設計されていることを
    特徴とする，請求項１に記載の工作機械。
  3. 【請求項３】 壁部材（４〜９）は，それぞれ２枚のプ
    レート（１２，１３；１２′，１３′）を有し，少なく
    とも部分的に相互に実質的に平行に配列され，かつ補強
    のための肋材（１４）により相互に一体に連結されてい
    ることを特徴とする，請求項２に記載の工作機械。
  4. 【請求項４】 負荷を吸収するために相互に連結された
    壁部材（４〜９）を有する梁なし及び／または柱なしの
    フレーム（１）であることを特徴とする，請求項１，
    ２，または３のいずれかに記載の工作機械。
  5. 【請求項５】 壁部材（４〜９）は，負荷のいずれの方
    向においても力の閉じた流れになるような形で配列され
    ていることを特徴とする，請求項１，２，３，または４
    のいずれかに記載の工作機械。
  6. 【請求項６】 壁部材（４〜９）は，それぞれ平行六面
    体あるいは立方体形状になるように相互に配列されてい
    ることを特徴とする，請求項１，２，３，４，または５
    のいずれかに記載の工作機械。
  7. 【請求項７】 工作スペース（１６）は，フレーム
    （１）を形成する壁部材（４〜９）により取り囲まれて
    いることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５，ま
    たは６のいずれかに記載の工作機械。
  8. 【請求項８】 少なくとも１つの移動装置の一つのガイ
    ドは，工作スペース（１６）の外側に配置された外面
    （１２，１２′）に備えられていることを特徴とする請
    求項１，２，３，４，５，６，または７のいずれかに記
    載の工作機械。
  9. 【請求項９】 移動装置（２５，３２）の運動（Ｘ，
    Ｙ，Ｚ）のすべての直線軸のガイドは，工作スペース
    （１６）の外側に配置されてい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】 工作物取付装置，工具取付装置及び移
    動装置が配置されたフレーム（１）は，これによって工
    作物の工作の際に生ずる負荷を吸収することができるビ
    ームを含むことを特徴とする，請求項１または９に記載
    の工作機械。
  11. 【請求項１１】 少なくとも１つの移動装置（２５，３
    ２；３４）の駆動装置は，工作スペース（１６）の外側
    に配置されていることを特徴とする，請求項１，２，
    ３，４，５，６，７，８，９，または１０のいずれかに
    記載の工作機械。
  12. 【請求項１２】 移動装置（２５，３２）の少なくとも
    １つのためにリニア駆動装置が備えられていることを特
    徴とする，請求項１，２，３，４，５，６，７，８，
    ９，１０，または１１のいずれかに記載の工作機械。
  13. 【請求項１３】 工作物取付装置は，移動装置の少なく
    とも１本の直線軸に操作的に連結していることを特徴と
    する，請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１
    ０，１１，または１２のいずれかに記載の工作機械。
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