JPH1199420A - 複合工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 熱変形による加工精度への悪影響を回避しな
がら、加工領域を拡大でき、かつ待機中の工具がワーク
に干渉するのを防止でき、またモータ動力の伝達効率が
高く、送り速度を大幅に向上できる複合工作機械を提供
する。 【解決手段】 クロスレール５にサドル７，８をＸ軸方
向に移動可能に装着し、サドルにラム１３，１６をＺ軸
方向に移動可能に装着し、ラムに装着された加工ヘッド
１４ａにより複数の加工を可能とした複合工作機械１に
おいて、クロスレール５に２つのサドル７，８を独立し
てＸ軸方向に移動可能に装着し、各サドル７，８にラム
１３，１６をＺ軸方向に移動可能に装着し、一方のラム
１３の下端に機械加工ヘッド１４ａを装着するととも
に、他方のラム１６の下端にレーザ光を照射するレーザ
加工ヘッド１７を装着し、クロスレール５を加工テーブ
ル３上の加工領域より両外方に延長形成し、各延長部５
ｂに各サドルを待避させる退避部５ｃを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１台の機械で切
削，焼き入れ，研削（又は切削）加工を連続して行うこ
とができるようにした複合工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば工作機械の摺動面一体型ベ
ッドのようなワークの加工は、切削，焼入れ，研削加工
の各工程を経て完成する。これらの各行程は、マシニン
グセンタ，高周波焼入れ機，研削盤といった異なる機械
によって行われる。この場合、各工程毎に、上記ベッド
を各機械間で搬送し、各機械のテーブルおよび治具に精
度を出しながら固定する必要があり、これらの作業に多
大な時間がかかり、生産性が低いという問題がある。ま
た複数の機械で加工するため多くの設備が必要となりコ
スト高になるという問題がある。さらにまた、各機械に
おいて上記ベッドの取付時の誤差が重なり加工精度が低
下するという問題もある。

【０００３】このような問題を解消するために、上記複
数の工程を１台の機械で連続して行えるようにした複合
工作機械が提案されている。例えば、第１従来例とし
て、特開平４−２８９０３８号公報，及び特開平７−３
２８８７９号公報には、自動工具交換装置の工具マガジ
ンに切削工具，研削工具等とともにレーザ照射工具をセ
ットし、各工程に応じて各工具を主軸に装着するように
したものが提案されている。

【０００４】また、第２従来例として、実開昭６２−３
９９３３号公報には、加工テーブルの上方に該テーブル
を横切るように架設されたクロスレールに複数の主軸台
（サドル）を並列配置し、この各主軸台のラムにそれぞ
れ切削工具，研削工具，レーザ照射工具を装着したもの
が提案されている。

【０００５】また、上記第２従来例のようにクロスレー
ルに複数の主軸台（サドル）を配置した構造のもので
は、該主軸台の駆動機構として、例えば、１本のボー
ルねじをクロスレールに平行に配設し、該ボールねじに
上記各主軸台に装着されたナットを螺合させ、該各ナッ
トを各主軸台に装着されたモータにより回転駆動する機
構、各主軸台専用の複数のボールねじをクロスレール
に平行に配設し、該各ボールねじに各主軸台に装着され
たナットを螺合させ、上記各ボールねじを各主軸台用の
モータで回転駆動する機構、が採用できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記第１
従来例のように各工程ごとに切削工具，レーザ照射工具
を交換するように構成した場合、一般に主軸を支承する
ラムは重量が大きくレーザ加工時の高速動作には不向き
であり、またラムを長時間高速動作させると発熱により
熱変形するおそれがあり、仕上げ研削時の加工精度に悪
影響を与えるという懸念がある。さらにレーザ照射工具
は使用環境に制約があり、切削用主軸をレーザ照射工具
用に兼用するのは適切でない。

【０００７】一方、上記第２従来例のように複数の主軸
台に各工具を装着する構造の場合、熱変形による加工精
度への悪影響は回避できるものの、各主軸台の移動スト
ローク量が制限され加工領域が狭くなるという問題が生
じ、また待機している工具がワークに干渉するおそれが
ある。

【０００８】また、上記に示すように１本の共通のボ
ールねじを用いた駆動機構の場合、モータを軸移動する
主軸台側に設ける関係上、給電機構が複雑になるととも
に、移動重量が増大するという問題がある。また上記
に示すように各主軸台専用のボールねじを設けた場合、
長尺のボールねじを回転させる関係上、振動が発生し易
いという問題がある。また、何れの場合もモータの駆動
力をボールねじを介して伝達する構造であり、効率が低
く、送り速度を大きくするには限界がある。

【０００９】本発明は上記従来の状況に鑑みてなされた
もので、熱変形による加工精度への悪影響を回避しなが
ら、加工領域を拡大でき、かつ待機中の工具がワークに
干渉するのを防止でき、またモータ動力の伝達効率が高
く、送り速度を大幅に向上できる複合工作機械を提供す
ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ベッ
ド上にＹ軸方向に移動可能に配置された加工テーブルの
上方に該加工テーブルを横切るようにクロスレールを配
置し、該クロスレールにサドルをＸ軸方向に移動可能に
装着し、該サドルにラムをＺ軸方向に移動可能に装着
し、該ラムに装着された加工ヘッドにより複数の加工を
可能とした複合工作機械において、上記クロスレールに
２つのサドルを独立してＸ軸方向に移動可能に装着し、
該各サドルにラムをＺ軸方向に移動可能に装着し、該一
方のラムの下端に機械加工ヘッドを装着するとともに、
他方のラムの下端にレーザ光を照射するレーザ加工ヘッ
ドを装着し、上記クロスレールを上記加工テーブル上の
加工領域より両外方に延長形成し、該各延長部に各サド
ルを待避させる退避部を形成したことを特徴としてい
る。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１と同様の複合
工作機械において、上記サドルに２つのラムを独立して
Ｚ軸方向に移動可能に並列配置し、該一方のラムの下端
に機械加工ヘッドを装着するとともに、他方のラムの下
端にレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドを装着し、上
記サドルのレーザ加工ヘッド用ラムの保持部の下面を機
械加工ヘッド用ラムの保持部の下面より上方に位置させ
ることにより上記レーザ加工ヘッドを退避させる退避部
を形成したことを特徴としている。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１と同様の複合
工作機械において、上記クロスレールに２つのサドルを
独立してＸ軸方向に移動可能に装着し、該各サドルにラ
ムをＺ軸方向に移動可能に装着し、該一方のラムの下端
に機械加工ヘッドを装着するとともに、他方のラムの下
端にレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドを装着し、上
記クロスレールの上記サドルに対向する面にリニアモー
タの固定子を軸移動ストローク全長にわたって配設し、
上記各サドルの上記クロスレールに対向する面にリニア
モータの移動子を上記固定子に対向するように配設した
ことを特徴としている。

【００１３】

【発明の作用効果】請求項１の発明に係る複合工作機械
によれば、クロスレールにそれぞれ独立して移動する２
つのサドルを配置し、各サドルにラムを移動可能に配置
し、一方のラムに機械加工ヘッドを装着するとともに、
他方のラムにレーザ加工ヘッドを配設したので、レーザ
加工ヘッド側のラムを軽量化でき、高速化に対応できる
効果があり、また機械加工用ラムをレーザ加工用ラムに
兼用した場合に比較して発熱を抑制でき、熱変形による
加工精度への悪影響を防止できる効果がある。

【００１４】また、上記クロスレールを加工領域より外
方に延長形成し、該各延長部を各サドルを待避させる待
避部としたので、各サドルの加工時のストローク量を充
分に確保でき、加工領域が加工ヘッドを複数設けたこと
により制約されることはなく、かつ待機中の工具がワー
クに干渉するのを防止できる効果がある。

【００１５】請求項２の発明では、クロスレールに配置
したサドルにそれぞれ独立して移動する２つのラムを並
列配置し、該一方のラムに機械加工ヘッドを装着すると
ともに、他方のラムにレーザ加工ヘッドを装着し、上記
サドルの下部に上記レーザ加工ヘッドを待避させる待避
部を形成したので、該レーザ加工ヘッドが機械加工ヘッ
ドやワークと干渉するのを防止でき、機械加工ヘッドに
よる加工領域がレーザ加工ヘッドによって制限されるの
を防止でき、また１つのサドルに２つのラムを並列配置
したので、別々のサドルにラムを配置する場合に比べて
クロスレールのＸ軸方向長さを短くできる効果がある。

【００１６】請求項３の発明では、クロスレール側にリ
ニアモータの固定子を、サドル側に移動子を配設し、無
接触の固定子と移動子との間で発生する推力を利用して
サドルを駆動するようにしたので、従来のボールねじに
よる送り機構に比較して動力の伝達効率が高く、送り速
度を大幅に向上できる。そして、このリニアモータを配
設するにあたり、クロスレール側に配設された１組の固
定子に対し、２台のサドル側に配設された２組の移動子
を対向させたので、固定子を共通化でき、送り機構の構
造が簡素化され、コストを低減できる効果がある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１及び図２は請求項１，３
の発明の一実施形態による複合工作機械を説明するため
の図であり、図１，図２はそれぞれ複合工作機械の斜視
図，側面図である。

【００１８】図において、１は複合工作機械としての門
形マシニングセンタであり、これはベッド２の上面に、
ワークが位置決め固定される加工テーブル３をＹ軸方向
（正面視前後方向）に移動可能に配置し、上記ベッド２
の両側方に垂直コラム４，４を立設し、この両コラム４
の上端部同士に上記加工テーブル３を横切るように延び
るクロスレール５を架け渡して固定した概略構造を有し
ている。

【００１９】上記クロスレール５の前面５ａには第１，
第２サドル７，８がＸ軸方向（正面視左右方向）に移動
可能に装着されている。即ち、該クロスレール５の前面
５ａには上下２本のレール６，６が平行に配置固定され
ており、上記第１，第２サドル７，８のクロスレール５
との対向面には上記各レール６に摺動自在に係合するガ
イド９，９が配置固定されている。これにより第１，第
２サドル７，８はそれぞれ独立してＸ軸方向に移動可能
となっている。

【００２０】上記各サドル７，８はそれぞれ軸送り装置
としてのリニアモータ１０により駆動される。このリニ
アモータ１０は、上記クロスレール５の前面５ａに各サ
ドル７，８の移動ストロークに対応する長さを有する帯
板状の固定子１１を固定し、各サドル７，８に上記固定
子１１に所定隙間をあけて対向するように移動子１２，
１２を固定して構成されている。即ち、上記固定子１１
は２組の移動子１２，１２に対して共通となっている。

【００２１】上記固定子１１はＮ極とＳ極とを交互に着
磁した多数の界磁マグネットを等間隔に配置した概略構
造のものであり、また上記各移動子１２は珪素鋼板を積
層してなる平板に電機子コイルを配索した概略構造のも
のである。この移動子１２に電流を供給することにより
固定子１１との間に発生する推力によって各サドル７，
８がＸ軸方向に位置決め可能に移動する。

【００２２】上記クロスレール５は左, 右の垂直コラム
４より外方に延長形成されており、この左, 右の延長部
５ｂ，５ｃは上記第１，第２サドル７，８をそれぞれ加
工領域の外方に待避可能とする退避部となっている。こ
のようにして上記各サドル７，８は加工テーブル３上の
加工領域で移動できるだけでなく、該加工領域の左，右
外側に位置する上記延長部（退避部）５ｂ，５ｃにも移
動可能となっている。ここで、上記第１，第２サドル
７，８のうち何れか一方により加工している時は、他方
のサドルは上記退避部に退避することとなる。

【００２３】上記第１サドル７には上下方向に貫通して
延びる角筒ラム１３がＺ軸方向（上下方向）に移動可能
に挿着されている。このラム１３は、サドル７内面に配
設されたレールにガイドを介して摺動可能に係合してお
り、該サドル７に固定された固定子とラム１３に固定さ
れた移動子とからなるリニアモータによって駆動され
る。

【００２４】上記ラム１３内に回転可能に挿着された主
軸１４の下端部には切削工具Ｔを有する機械加工ヘッド
１４ａが交換可能に装着されており、該機械加工ヘッド
１４ａはラム１３の上端に配設されたモータ１５により
回転駆動される。この機械加工ヘッド１４ａは不図示の
自動交換装置により他の切削用，研削用工具を備えたも
のと自動交換される。

【００２５】また上記第２サドル８には上下方向に貫通
して延びる円筒ラム１６がＺ軸方向に移動可能に挿着さ
れており、該ラム１６は上記第１サドル７と同様の構造
のレール，ガイド及びリニアモータにより駆動される。
この円筒ラム１６は上記第１サドル７側の角筒ラム１３
より小径に形成されており、これにより軽量となり、高
速動作に対応できるようになっている。

【００２６】上記ラム１６の下端にはＹＡＧレーザ加工
ヘッド１７が旋回位置決め可能に装着されている。該レ
ーザ加工ヘッド１７は、被加工面に対してレーザ表面吸
収剤を吐出するとともに、レーザ光線を照射する照射ノ
ズル２０を備えており、該照射ノズル２０は上記円筒ラ
ム１６の上端に装着されたモータ１８によりＺ軸回り及
び水平軸回りに旋回位置決めされる。

【００２７】上記レーザ加工ヘッド１７には、レーザ光
を発生するＹＡＧレーザ発振器２２が光ファイバ２１を
介して接続されており、またレーザ表面吸収剤を供給す
る供給ポンプ２４が配管２３を介して接続されている。

【００２８】次に本実施形態の作用効果について説明す
る。本門形マシニングセンタ１は、予め設定された加工
プログラムに沿って加工テーブル３上の被加工ワーク
（例えば摺動面一体型ベッド）に切削加工，表面焼入
れ，仕上げ研削加工を連続して施すものである。

【００２９】例えば上記摺動面一体型ベッドが上記テー
ブル３上に載置され位置決め固定されると、上記切削工
程では、第２サドル８はクロスレール５の右端部５ｃの
待避部に位置決めされて退避する。また、第１サドル７
の機械加工ヘッド１４ａには自動工具交換装置により切
削工具Ｔを有するものが選択される。そして該第１サド
ル７，加工テーブル３，及びラム１３をそれぞれＸ軸，
Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向に移動位置決めしながら被加工部
に切削加工が施される。

【００３０】次の焼入れ工程では、第１サドル７はクロ
スレール５の左端部５ｂの待避部に移動して該位置に位
置決めされて退避する。そして第２サドル８が加工領域
に移動し、該第２サドル８，加工テーブル３，ラム１６
をそれぞれ３軸方向に移動しつつ上記ベッドの焼入れ面
に照射ノズル２０より表面吸収剤が塗布される。そして
同様に該第２サドル８，加工テーブル３，ラム１６をそ
れぞれ３軸方向に移動しつつ上記ベッドの焼入れ面に照
射ノズル２０よりレーザ光線が照射され、焼き入れが行
われる。この場合、照射ノズル２０は焼入れ面に対して
レーザ光線が最適な角度をなすように旋回位置決めされ
る。

【００３１】そして研削工程では、第２サドル８が右端
部５ｃの待避部に移動し、レーザ加工ヘッド１７が該位
置に再び待避し、また自動工具交換装置により機械加工
ヘッド１４ａが研削工具付きのものに交換され、続いて
第１サドル７，加工テーブル３，ラム１３をそれぞれ３
軸方向にそれぞれ移動位置決めしつつ仕上げ研削加工が
施される。このようにして一回の段取りで切削加工，焼
入れ加工，研削加工の各工程が連続して行われることと
なり、作業性，生産性の大幅な向上が可能となる。

【００３２】また本実施形態によれば、クロスレール５
にそれぞれ独立して移動可能の第１，第２サドル７，８
を配置し、該第１サドル７のラム１３に機械加工ヘッド
１４ａを配設するとともに、上記第２サドル８のラム１
６にレーザ加工ヘッド１７を装着したので、該ラム１６
については該レーザ加工ヘッド１７の支持に十分な強
度，剛性を有するものであれば足り、従って機械加工用
ラムをレーザ加工用に兼用したものに比較して小径にし
て軽量化を図ることが可能となり、高速化に対応でき
る。また上記機械加工ヘッド１４ａはレーザ加工用ラム
１６とは別のラム１３に装着されており、長時間駆動に
よる発熱を抑制でき、熱変形による加工精度への悪影響
を防止できる。

【００３３】そして本実施形態では、上記クロスレール
５を加工テーブル３上の加工領域より外方に延長形成
し、該各延長部５ｂ，５ｃを上記第１，第２サドル７，
８をそれぞれ待避させる待避部としたので、各サドル
７，８の加工領域での移動ストロークを充分に確保で
き、加工領域が制約されることはなく、かつ待機中の工
具がワークに干渉するのを防止できる。

【００３４】さらにまた本実施形態では、クロスレール
５側にリニアモータ１０の固定子１１を、サドル７，８
側に移動子１２を配設し、無接触の固定子１２と移動子
１１との間で発生する推力を利用してサドル７，８を駆
動するようにしたので、従来のボールねじによる送り機
構に比較して動力の伝達効率が高く、送り速度を大幅に
向上できる。

【００３５】そして上記リニアモータ１０を配設するに
あたり、クロスレール５側に配設された１組の固定子１
１に対し、２台のサドル７，８側に配設された２組の移
動子１２，１２を対向させたので、固定子１１を共通化
でき、送り機構の構造が簡素化され、コストを低減でき
る。

【００３６】図３は、請求項２の発明の一実施形態によ
る複合工作機械を説明するための斜視図である。図中、
図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。

【００３７】本実施形態の門形マシニングセンタ３０
は、ベッド２に加工テーブル３を移動可能に配置し、
左, 右の垂直コラム４，４の上端間にクロスレール５を
架設してなり、基本的構造は上記実施形態と略同様であ
ることから、以下異なる部分についてのみ説明する。

【００３８】上記クロスレール５にはリニアモータ１０
により駆動されるサドル３１がＸ軸方向に移動可能に配
設されている。このサドル３１には２つのラム１３，１
６がそれぞれ独立してＺ軸方向に移動可能に並列配置さ
れており、一方のラム１３には機械加工ヘッド１４ａ
が、他方のラム１６にはレーザ加工ヘッド１７が装着さ
れている。なお、レーザ加工用のラム１６は機械加工用
のラム１３より小径で軽量となっている。

【００３９】上記サドル３１の底部の右半部には切欠き
３２が形成されており、該切欠き３２によりサドル３１
の下面は下側下面３１ａとこれより上方に位置する上側
下面３１ｂとで構成されている。そしてレーザ加工ヘッ
ド１７の装着されるラム１６の先端は上記下側下面３１
ａより上方まで移動することができるようになってい
る。即ち、上記切欠き３２は、上記レーザ加工ヘッド１
７を機械加工ヘッド１４ａ及びワークとの干渉を防止す
るように待避させる待避部となっている。

【００４０】本実施形態では、サドル３１の切欠き３２
部分にレーザ加工ヘッド１７を待避させたので、該レー
ザ加工ヘッド１７が機械加工ヘッド１４ａやワークと干
渉するの防止でき、機械加工ヘッド１４ａによる加工領
域がレーザ加工ヘッド１７によって制限されることがな
い。また１つのサドル３１にラム１３，１６を並列配置
したので、別々のサドルにラムを配置する場合に比べて
クロスレールのＸ軸方向長さを短くできる。

【００４１】なお、上記実施形態では、垂直コラム４，
４の上端間にクロスレール５を架設した固定タイプの門
形マシニングセンタを例に説明したが、本発明は垂直コ
ラム間にクロスレールを昇降可能に配設した昇降タイプ
にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，３の発明の一実施形態による複合工
作機械を説明するための斜視図である。

【図２】上記複合工作機械の側面図である。

【図３】請求項２の発明の一実施形態による複合工作機
械の斜視図である。

【符号の説明】

１，３０ 門形マシニングセンタ（複合工作機
械） ２ ベッド ３ 加工テーブル ５ クロスレール ５ｂ，５ｃ 延長部（待避部） ７，８ 第１，第２サドル １０ リニアモータ １１ 固定子 １２ 移動子 １３，１６ 一方，他方のラム １４ａ 機械加工ヘッド １７ レーザ加工ヘッド ３１ サドル ３２ 切欠き（待避部）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベッド上にＹ軸方向に移動可能に配置さ
   れた加工テーブルの上方に該加工テーブルを横切るよう
   にクロスレールを配置し、該クロスレールにサドルをＸ
   軸方向に移動可能に装着し、該サドルにラムをＺ軸方向
   に移動可能に装着し、該ラムに装着された加工ヘッドに
   より複数の加工を可能とした複合工作機械において、上
   記クロスレールに２つのサドルを独立してＸ軸方向に移
   動可能に装着し、該各サドルにラムをＺ軸方向に移動可
   能に装着し、該一方のラムの下端に機械加工ヘッドを装
   着するとともに、他方のラムの下端にレーザ光を照射す
   るレーザ加工ヘッドを装着し、上記クロスレールを上記
   加工テーブル上の加工領域より両外方に延長形成し、該
   各延長部に各サドルを待避させる退避部を形成したこと
   を特徴とする複合工作機械。
2. 【請求項２】 ベッド上にＹ軸方向に移動可能に配置さ
   れた加工テーブルの上方に該加工テーブルを横切るよう
   にクロスレールを配置し、該クロスレールにサドルをＸ
   軸方向に移動可能に装着し、該サドルにラムをＺ軸方向
   に移動可能に装着し、該ラムに装着された加工ヘッドに
   より複数の加工を可能とした複合工作機械において、上
   記サドルに２つのラムを独立してＺ軸方向に移動可能に
   並列配置し、該一方のラムの下端に機械加工ヘッドを装
   着するとともに、他方のラムの下端にレーザ光を照射す
   るレーザ加工ヘッドを装着し、上記サドルのレーザ加工
   ヘッド用ラムの保持部の下面を機械加工ヘッド用ラムの
   保持部の下面より上方に位置させることにより上記レー
   ザ加工ヘッドを退避させる退避部を形成したことを特徴
   とする複合工作機械。
3. 【請求項３】 ベッド上にＹ軸方向に移動可能に配置さ
   れた加工テーブルの上方に該加工テーブルを横切るよう
   にクロスレールを配置し、該クロスレールにサドルをＸ
   軸方向に移動可能に装着し、該サドルにラムをＺ軸方向
   に移動可能に装着し、該ラムに装着された加工ヘッドに
   より複数の加工を可能とした複合工作機械において、上
   記クロスレールに２つのサドルを独立してＸ軸方向に移
   動可能に装着し、該各サドルにラムをＺ軸方向に移動可
   能に装着し、該一方のラムの下端に機械加工ヘッドを装
   着するとともに、他方のラムの下端にレーザ光を照射す
   るレーザ加工ヘッドを装着し、上記クロスレールの上記
   サドルに対向する面にリニアモータの固定子を軸移動ス
   トローク全長にわたって配設し、上記各サドルの上記ク
   ロスレールに対向する面にリニアモータの移動子を上記
   固定子に対向するように配設したことを特徴とする複合
   工作機械。