JPWO2017056253A1 - マシニングセンタ - Google Patents

Abstract

立形のマシニングセンタ（１１）において、ベッド（１３）上で左右方向にテーブル（３５）を移動案内するＸ軸案内（２９ａ、２９ｂ）と、ベッド（１３）に設けられ、テーブル（３５）を備えた移動体（２７）が左右方向に進入できるようにＸ軸案内（２９ａ、２９ｂ）を前後方向に跨ぐ開口部（７）が設けられたコラム（１５）と、コラム（１５）の上部に、前後方向に延び左右方向右側の第１Ｙ軸案内（１９ａ）、及び、下側でかつ平行に位置する左側の第２Ｙ軸案内（１９ｂ）を設け、前後方向に移動可能に配置されたサドル（１７）と、サドル（１７）の左側側面に配置され、上下方向に移動する主軸頭（２２）とを備えたことを特徴とする。

Description

本発明は、ワークと工具を相対移動させてワークを加工する工作機械に関する。特に、機械剛性を高めながら機械設置空間を小さくした立形マシニングセンタに関する。

特許文献１には、図１に示すような５軸の立形マシニングセンタが開示されている。この従来技術のマシニングセンタは、基台となるベッド１３、ベッド１３に立設されたコラム１５、ベッド１３上を左右に移動する移動体２７に配置された回転テーブル３５、主軸２５を支持する主軸頭２１、主軸頭２１をコラム１５の左側面にＺ軸方向に上下動可能に支持するサドル１７を具備している。ベッド１３の上には一対のレール２９ａ、２９ｂが延設されており、移動体２７が、レール２９ａ、２９ｂに沿ってベッド１３上を左右方向に往復移動可能に設置されている。

この従来技術では、コラム１５の左側面にＹ軸方向に前後動するサドル１７が、コラム１５と主軸頭２１の間にあり、コラム１５から主軸２５への水平方向の距離が大きくなってオーバーハングするので、機械剛性や減衰性能を維持する為に構造物が重厚になる。このため、機械全体の大きさが大きくなって大きな設置スペースが必要となってしまっていた。また、特許文献２には、コラムをスラント形状にして、機械剛性を高めた工作機械が開示されている。しかしながら、特許文献２の従来技術では、ベッド上面に水平方向に移動する移動機構が、コラムに阻まれて移動範囲が十分確保できないのでコラムから遠くに離して移動範囲を確保している。そのため、加工ヘッドがコラムから離れた位置に届くように、やはりオーバーハングしてしまい、特許文献１の従来技術と同様な問題点が生じていた。

国際公開第２００９／１４４８３１号パンフレット 特開平１０−２７７８５７号公報

本発明は、上記従来技術の問題を解決することを技術的課題としており、機械剛性を高めながら機械設置空間を小さくした立形マシニングセンタを提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、工具とワークとを相対的に移動し、該ワークを加工する立形のマシニングセンタにおいて、ベッド上で左右方向にテーブルを移動案内するＸ軸案内と、前記ベッドに設けられ、前記テーブルが左右方向に進入できるように前記Ｘ軸案内を前後方向に跨ぐ開口部が設けられたコラムと、前記コラムの上部に、前後方向に延びる第１Ｙ軸案内、及び、前記第１Ｙ軸案内に対して平行に下側かつ左右方向にずれて位置する第２Ｙ軸案内を設け、前後方向に移動可能に配置されたサドルと、前記サドルの第２Ｙ軸案内側の側面に配置され、上下方向に移動する主軸頭と、を備えたマシニングセンタが提供される。

本発明によれば、コラム下部に開口部を設けて、テーブルがコラム下部に潜り込む構造にすることでスペースを縮小させた。また、コラム上部にサドルを載せることで、主軸のオーバーハングを減らし、コラム上部をスラント形状にすることで機械剛性を高めた。これにより、機械剛性を高めながら機械設置空間を小さくした立形のマシニングセンタを提供することができる。

特許文献１の従来技術の工作機械の正面図である。 本発明の第１実施形態によるマシニングセンタの斜視図である。 本発明の第１実施形態によるマシニングセンタの正面図である。 本発明の第１実施形態によるマシニングセンタの側面図である。 本発明の第１実施形態によるマシニングセンタの正面図である。 本発明の第２実施形態によるマシニングセンタの正面図である。 本発明の第２実施形態によるマシニングセンタの斜視図である。 本発明の第３実施形態によるマシニングセンタの斜視図である。

以下、図２〜４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
本発明の第１実施形態による立形のマシニングセンタ１１は、図２に示すように、基台となるベッド１３、ベッドに設けられた切りくずを回収するトラフ３、ベッド１３に立設された上面がスラント形状のコラム１５、コラム１５上を前後方向に移動可能に配置されたサドル１７、サドル１７に対して上下動する主軸台２２、主軸２５を鉛直な軸線（Ｚ軸）周りに回転可能に支持する主軸頭２１、ベッド上を左右方向に移動し回転テーブル３５を有する移動体２７を主要な構成要素として具備している。主軸台２２には主軸頭２１が設置され、主軸２５には工具Ｔ（図２には図示せず）が取り付けられる。第１実施形態は、５軸の立形マシニングセンタで説明するが、これに限定されるものではない。なお、移動体２７の構成については後述する。

本実施形態では、図２に示すように、テーブル（ワークテーブル）としての回転テーブル３５は、ベッド１３に対して左右方向のＸ軸方向に移動し、Ｘ軸及び主軸２５のＺ軸にそれぞれ垂直な方向に、Ｙ軸を定義する。移動体２７は、Ｘ軸と平行な回転軸周りのＡ軸方向に回転可能に両端が支持されたクレードル３３を備え、クレードル３３にはＺ軸と平行な回転軸周りのＣ軸方向に回転可能な回転テーブル３５が設けられている。したがって、移動体２７は、ベッド１３の左右方向であるＸ軸方向に移動し、サドル１７は、前後方向のＹ軸方向に移動し、主軸頭２１は上下方向のＺ軸方向に移動する。Ｃ軸、Ａ軸は通常通りに従い定義する。なお、本発明は、回転テーブル３５の前後方向にＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な方向にＹ軸を定義した工作機械であっても良い。テーブル３５は、必ずしも回転テーブルでなくても良く、また、移動体２７に直接テーブル３５が取り付けられていても良い。テーブルには、パレットＰやワークなどが固定される。

コラム１５の上部は、上面がスラント形状に形成されて、コラム１５の加工領域側が下側に位置するように傾斜しており、２本のリニアガイドレールが設けられている。これらのレールとして、コラム１５の傾斜上側には、第１Ｙ軸案内１９ａ、コラム１５の傾斜下側には、第２Ｙ軸案内１９ｂが取り付けられている。第１Ｙ軸案内１９ａは、左右方向右側に設けられており、第２Ｙ軸案内１９ｂは、第１Ｙ軸案内１９ａに対し第１Ｙ軸案内の下側でかつ平行に位置する。第１Ｙ軸案内１９ａ、第２Ｙ軸案内１９ｂの間には、Ｙ軸送り手段が設けられている。Ｙ軸送り手段は、Ｙ軸方向に延設されたボールネジ（図示せず、コラムに設置）、及び、ボールネジの一端に連結されたＹ軸送りモータ（図示せず）を有し、サドル１７は前記ボールネジに係合するナット（図示せず）を有している。このような送り手段を、以下直動軸駆動機構という。

サドル１７左側の側面（加工領域側）には、一対のＺ軸案内２３ａ、２３ｂが延設されており、主軸台２２はＺ軸案内２３ａ、２３ｂに沿って上下方向に往復移動可能にサドル１７に取り付けられている。サドル１７と主軸台２２には、Ｚ軸送り手段として直動軸駆動機構が設けられている。コラム１５の上部は、上面がスラント形状に形成されているので、サドル１７の左側側面の下端は、ワークＷに近接させることができる。Ｚ軸方向の主軸台２２のＺ軸方向のストローク下端を下方側に近づけることができるので、剛性を保ちながら機械高さを低くすることができる。

ベッド１３の上には、後方側の第１Ｘ軸案内２９ａ、前方側の第２Ｘ軸案内２９ｂが延設されており、移動体２７は、第１Ｘ軸案内２９ａ、第２Ｘ軸案内２９ｂに沿って、ベッド１３上に往復移動可能に設置されている。ベッド１３と移動体２７の間で、かつ、トラフ３とはオーバーラップしない位置に、Ｘ軸送り手段として直動軸駆動機構３９（図４参照）が設けられている。すなわち、直動軸駆動機構３９は、第１Ｘ軸案内２９ａと、トラフ３との間のベッド上に設置されている。直動軸駆動機構３９により、移動体２７は、その一部がコラム１５内のアーチ状トンネルに形成された開口部７に進入可能となっている。直動軸駆動機構３９は、図４では、移動体２７の後方側に設置されているが、必ずしもこれに限定されない。

開口部７の断面形状は、円形、アーチ形状、四角形、多角形等、移動体の通過を阻害しない限り任意の形状であって良い。コラム１５の下部をアーチ形状などにし、テーブル３５がコラム１５の下部に潜り込む構造にすることで、Ｘ軸方向のスペースを縮小させることができる。これと併せて、本実施形態では、コラム１５の上部は、上面がスラント形状に形成されて、機械の高さも抑えることができる。これによって、機械剛性を高めながらも機械全体がコンパクトな構造になる。

図２に示すように、移動体２７は、左側の第１梁部材２７ｃ、右側の第２梁部材２７ｄ、及び、両者を連結する前後の連結部材２７ｅ、２７ｅから構成され、上方から見て中央に空洞Ｈが形成された概四角形に構成されている。本実施形態では、左右方向に移動する移動体２７中央に空洞Ｈを開けている。Ａ軸方向に回転するクレードル３３は、空洞Ｈ内に配置している。これにより、積もった切りくずはトラフ３に直接落下する。

ベッド１３には、Ｘ軸方向に切りくずを回収するトラフ３が、板金製の切りくず受け４３（図４）を内蔵して、溝状に形成されている。トラフ３の長手方向とは、Ｘ軸方向と平行である。本実施形態では、トラフ３は断面が長方形の溝に形成されている。トラフ３の断面は長方形に限定されるものではなく、その他任意の形状であって良い。移動体２７の中央の空洞Ｈは、上からこのトラフ３側に開口しており、切りくずがトラフ３に直接落下するように形成されている。移動体２７の左側第１梁部材２７ｃ、右側第２梁部材２７ｄには、それぞれ支柱２７ａ、２７ｂが、一体若しくは別体で固定されている。ここで、左側第１梁部材２７ｃには、支柱２７ａが含まれたものとし、右側第２梁部材２７ｄには、支柱２７ｂが含まれたものとする。

移動体２７の支柱２７ａ、２７ｂには、揺動軸３１ａ、３１ｂ（図３）によってクレードル３３がＡ軸方向に回転可能に支持されている。クレードル３３を揺動駆動する電気モータは、右側の支柱２７ｂに内蔵されている。このため、右側の支柱２７ｂが大きくなっても、コラム下部のアーチ形状の開口部７に潜り込ませることができ、Ｘ軸方向の長さを縮小させることができる。

クレードル３３には、ワークを固定する回転テーブル３５が、Ｃ軸方向に回転可能に設置されている。前後の連結部材２７ｅ、２７ｅは、第１Ｘ軸案内２９ａ、第２Ｘ軸案内２９ｂの上に覆うように設置して、トラフ３にはかからないようにすると良い。切りくずが良好に排出されるように、図４に示す傾斜面カバー４１が前後の連結部材２７ｅ、２７ｅには設けられている。移動体２７の外側にも、同様に、傾斜面カバー４１を、テレスコピックカバ―にして、第１Ｘ軸案内２９ａ、第２Ｘ軸案内２９ｂの上を覆うようにする。すなわち、切りくずをトラフ３に誘導する傾斜面カバー４１が、直動軸駆動機構３９、第１Ｘ軸案内２９ａ、第２Ｘ軸案内２９ｂを覆うように配置されている。クレードル３３と回転テーブル３５の幅はほぼ同程度なので、切りくずは堆積するようなことはなく、トラフ３に直接落下する。切りくずは、トラフ３に誘導する傾斜面カバー４１に沿って、トラフ３の切りくず受け４３に落下した後は、コンベア（図示せず）や噴流でタンク４７内に収集される。移動体２７の外側の傾斜面カバー４１として、テレスコピックカバーを例に説明したが、移動体２７の外側の傾斜面カバー４１は、連結部材２７ｅ、２７ｅに固定された左右方向に長い一体の板金カバーでもよいし、巻取り式のカバーや蛇腹式カバーでもよい。

図４に示すように、クレードル３３がＡ軸方向に回転する揺動軸３１ａ、３１ｂは、トラフ３の長手方向の中心に対して、オペレータとは反対側にオフセットして、前記第１梁部材２７ｃ、前記第２梁部材２７ｄに支持されるようにしても良い。Ａ軸の回転中心が、後方に寄せられているので、切りくずが落ちる空洞Ｈはオペレータ側が広くなっている。また、このようにすると、作業者のアプローチ性が高まるとともに、Ａ軸の回転中心が、後方に寄せられて重心位置が後方に寄ることで、重心位置とＸ軸送り手段の直動軸駆動機構３９との距離が短くなり、機械剛性が高まる。

次に、図５〜７を参照して本発明の第２実施形態を説明する。図５は、第１実施形態の場合の正面図であり、Ｙ軸保護カバー５５をスライド支持する上側ガイドレール５１は、サドル１７の上方のスプラッシュガード９の天井９ａに設けられている。
これに対して、第２実施形態は、図６、７に示すように、サドル１７に開けた貫通穴３１に、上側ガイドレール５１を通して、上側ガイドレール５１と下側ガイドレール５３によって、Ｙ軸保護カバー５５をスライド支持した実施形態である。図７に示すように、上側ガイドレール５１と下側ガイドレール５３が、前後のスプラッシュガード９間に掛け渡され、金具５１ａ、５３ａで固定されている。これら上側ガイドレール５１と下側ガイドレール５３にガイドされて、Ｙ軸保護カバー５５は、サドル１７と後側スプラッシュガード９間及びサドル１７と前側スプラッシュガード９間にそれぞれ固定される。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

これにより、Ｙ軸保護カバー５５は、サドル１７の前後方向の移動に追従して伸び縮みする。Ｙ軸保護カバー５５としては、ステンレス製の鎧体蛇腹カバー、テレスコピックカバーなどの伸縮自在カバーを採用すると良い。Ｙ軸保護カバー５５は、第１及び第２Ｙ軸案内１９ａ、１９ｂを覆い、これらを切りくずなどから保護することができる。

本実施形態では、サドル１７に開けた貫通穴３１に、Ｙ軸保護カバー５５をスライド支持する上側ガイドレール５１を通し、Ｙ軸保護カバー５５の上端をサドル１７の高さより低くしたものである。図５の実施形態においては、機械全体の高さがやや高くなってしまっていた。これに対して、第２実施形態では、サドル１７に開けた貫通穴３１に上側ガイドレール５１を通しているので、機械全体の高さを図６の想像線の高さより、低くすることができる。したがって、立形マシニングセンタの機械設置空間をより小さくすることができる。特に機械運搬時に規定サイズのコンテナに収納できたり、工場建屋の入口を容易に通すことができる。

図８は、本発明の第３実施形態を示している。
本実施形態は、ケーブルや配管の取り回しにおいて、コラム１５の上部をスラント形状にしたことで発生した余剰空間を、有効活用した実施形態である。キャプタイヤケーブルなどの給電用・制御用の電線類、クーラントや加工液などのフレキシブルな配管類を、この余剰空間を利用して無駄なく配置したことを特徴としている。

これらのケーブルやホース等を、主軸台２２に固定した第１固定具５５内部に通して、スラント形状のコラム１５上側に弛ませて保持する。また、サドル１７に固定した第１固定具５７内部に通して、スラント形状のコラム１５上側に弛ませて保持する。これら電線類、配管類の反対側の端部は、コラム１５に固定した第２固定具５９内部を通して、所定の電線類、配管類の供給部に至るように配設される。これにより、スラント形状のコラム１５上側のスペースを有効に利用することができ、機械高さを抑えることができる。このとき、主軸台２２の第１固定具５５とコラム１５の第２固定具５９との間に弛ませて保持された電線類、配管類６１は、Ｙ軸及びＺ軸の動きを吸収することができ、サドル１７の第１固定具５７とコラム１５の第２固定具５９との間に弛ませて保持された電線類、配管類６３は、Ｙ軸の動きを吸収することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した一実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、一実施形態で挙げた具体的構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

１１ マシニングセンタ
１３ ベッド
１５ コラム
１７ サドル
１９ａ、１９ｂ 第１Ｙ軸案内、第２Ｙ軸案内
２１ 主軸頭
２２ 主軸台
２５ 主軸
２７ 移動体
３３ クレードル
３５ 回転テーブル

Claims (4)

1. 工具とワークとを相対的に移動し、該ワークを加工する立形のマシニングセンタにおいて、
   ベッド上で左右方向にテーブルを移動案内するＸ軸案内と、
   前記ベッドに設けられ、前記テーブルが左右方向に進入できるように前記Ｘ軸案内を前後方向に跨ぐ開口部が設けられたコラムと、
   前記コラムの上部に、前後方向に延びる第１Ｙ軸案内、及び、前記第１Ｙ軸案内に対して平行に下側かつ左右方向にずれて位置する第２Ｙ軸案内を設け、前後方向に移動可能に配置されたサドルと、
   前記サドルの第２Ｙ軸案内側の側面に配置され、上下方向に移動する主軸頭と、
   を備えたことを特徴とするマシニングセンタ。
2. 前記Ｘ軸案内によって左右方向に移動する移動体と、
   前記移動体にＸ軸と平行な回転軸で回転可能に両端が支持されたクレードルとを更に備え、前記クレードルには前記テーブルが設けられている請求項１に記載のマシニングセンタ。
3. 前記サドルに接続され、前記サドルの前後方向の移動に追従して伸び縮みする、前記第１及び第２Ｙ軸案内を覆う保護カバーを更に備え、
   前記サドルに開けた貫通穴に、前記保護カバーをスライド支持するガイドレールを通し、前記保護カバーの上端を前記サドル高さより低くした請求項１又は２に記載のマシニングセンタ。
4. 前記主軸頭は主軸台に固定されて前記サドルを上下方向に移動し、
   給電若しくは制御ケーブル、又は、加工液若しくは冷却液用配管を、前記サドル又は前記主軸台に固定した第１固定具と、前記コラムに固定した第２固定具を通して、スラント形状の前記コラム上側に弛ませて保持した請求項１〜３のいずれか１項に記載のマシニングセンタ。

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