WO2015037155A1 - 工作機械 - Google Patents

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鈴木 健一郎
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株式会社牧野フライス製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a machine tool that supports a spindle head that rotatably supports a spindle on which a tool is mounted at a tip portion so as to be movable in the vertical direction with respect to a column.
  • a machine tool that processes a workpiece by performing a relative movement in three axis directions of the Y and Z axes is disclosed in Patent Document 1.
  • the cross rail is installed on the column so as to be movable up and down.
  • a saddle is installed on the cross rail so as to be movable in the horizontal direction, and a spindle head is attached to the saddle.
  • the cross rail is guided in the vertical direction by a Z-axis guide having a rolling guide and a sliding guide.
  • the rolling guide has a pair of guide rails provided on both left and right sides of the column and extending in the vertical direction, and a rolling guide unit that is attached to the back surface of the cross rail and engages with the guide rail.
  • the sliding guide has a sliding surface formed perpendicular to the rolling guide surface on the column side surface and a slider attached to the side surface of the cross rail and sliding on the sliding surface.
  • the cross rail is guided in the vertical direction at both ends thereof.
  • a movable body (cross rail) with a spindle head that rotatably supports the spindle on which the tool is mounted is guided in the vertical direction that is the direction of gravity at both ends, the movable body is deformed by the spindle head and its own weight. , Especially torsional deformation. Even if this deformation is small, it can be a large error at the tip of the spindle.
  • Increasing the rigidity of the moving body to prevent this causes an increase in the weight of the moving body and hinders high-speed and precise feeding of the moving body.
  • the present invention has a technical problem to solve such a problem of the prior art, and provides a machine tool that is attached to a column so as to be movable in the vertical direction and that prevents deformation of a movable body or a slider that supports a spindle head.
  • the purpose is that.
  • the vertical movement that is the direction of gravity is performed.
  • a column having at least three guides for guiding the head, and a moving body that supports the spindle head at the front and moves in the vertical direction along the guides.
  • the guides are a pair of left and right first guides. And at least one second guide provided inside and behind the pair of first guides.
  • the back surface of the moving body that moves in the vertical direction is the pair of left and right first guides and the rear of the first guide. Therefore, deformation of the moving body, in particular, torsional deformation is prevented or reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view of a machine tool according to a preferred embodiment of the present invention. It is a front view of the machine tool of FIG. It is a side view of the machine tool of FIG. It is a top view of the machine tool of FIG. It is an enlarged view of the part shown by V in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion indicated by VI in FIG. 4.
  • a machine tool 10 constitutes a horizontal machining center, and includes a bed 12 as a base fixed to the floor of a factory, a front portion (front side) of the bed 12.
  • a Y-axis slider 18 that is provided on the front surface of the column 14 so as to be movable in the vertical direction or the Y-axis direction.
  • An X-axis slider 20 provided on the X-axis, and a spindle head 22 attached to the X-axis slider 20 and rotatably supporting a spindle 24.
  • the column 14 has a recess 48 and a protrusion 14a that protrudes inward from the side wall of the recess 48.
  • the recess 48 has a substantially trapezoidal shape in which a cross section perpendicular to the Y-axis is tapered backward from the front surface of the column 14.
  • a pair of Y-axis guide rails 30 extending in the vertical direction as a first guide are attached to the front surface 46 outside the recess 48 in the X-axis direction.
  • At least one guide surface 32 in the present embodiment which faces the front in the Z-axis direction and extends in the Y-axis direction, is provided as the second guide.
  • the protruding portion 14a protrudes in the X-axis direction so as to form an extended portion of the guide surface 32.
  • the protruding portion 14a has a front surface formed flush with the guide surface 32 and a back surface opposite to the front surface.
  • the Y-axis guide rail 30 and the guide surface 32 form a guide for guiding the movement of the Y-axis slider 18 as a moving body in the vertical direction that is the gravity direction.
  • the table 16 is provided so as to reciprocate along a pair of Z-axis guide rails 26 extending in the horizontal Z-axis direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2) on the upper surface of the bed 12.
  • a pallet P for fixing a work (not shown) is attached to the upper surface of the table 16.
  • the table 16 incorporates a B-axis servomotor (not shown), and supports the pallet P so as to be capable of rotational feed in the B-axis direction about the axis Ob extending in the vertical direction. .
  • the bed 12 is a Z-axis feed device that reciprocates the table 16 along the Z-axis guide rail 26, and a ball screw 28 extending in the Z-axis direction, and a Z-axis connected to one end of the ball screw 28.
  • a servo motor 29 is provided, and a nut (not shown) that engages with the ball screw 28 is attached to the table 16.
  • the Y-axis slider 18 is provided so as to reciprocate along a pair of Y-axis guide rails 30 extending in the Y-axis direction (vertical direction) and a pair of guide surfaces 32 on the front surface of the column 14.
  • the column 14 includes a pair of ball screws 34 extending in the Y-axis direction and a pair of balls as a Y-axis feeding device that reciprocates the Y-axis slider 18 along the Y-axis guide rail 30 and the guide surface 32.
  • a Y-axis servomotor 36 connected to one end of each of the screws 34, in this example, the upper end is provided.
  • a nut (not shown) that engages with the ball screw 34 is attached to the Y-axis slider 18. Yes.
  • the X-axis slider 20 is provided so as to reciprocate along a pair of X-axis guide rails 38 extending in the X-axis direction (left-right direction in FIG. 2) on the front surface of the Y-axis slider 18.
  • the Y-axis slider 18 is connected to a ball screw 40 extending in the X-axis direction and one end of the ball screw 40 as an X-axis feeding device that reciprocates the X-axis slider 20 along the X-axis guide rail 38.
  • An X-axis servo motor 42 is provided, and a nut (not shown) that engages with the ball screw 40 is attached to the X-axis slider 20.
  • the X-axis slider 20 has a pair of A-axis arms 20a protruding forward in the Z-axis direction, and the spindle head 22 is located in the A-axis direction around the tilt axis Oa parallel to the X-axis between the A-axis arms 20a. It is supported so that it can be rotated.
  • One of the A-axis arms 20a incorporates an A-axis servo motor (not shown) for rotating and feeding the spindle head 22 in the A-axis direction around the tilt axis Oa.
  • the spindle head 22 supports the spindle 24 so as to be rotatable around the central axis O.
  • the spindle head 22 incorporates a servo motor (not shown) that rotationally drives the spindle 24.
  • the machine tool 10 sends the X axis, Y axis, Z axis, A axis, and B axis according to the NC program, so that the machine tool 10 is fixed to the table 16 and fixed to the tool T mounted on the tip of the main shaft 24 and the pallet P.
  • the workpiece mounted with the pallet P is relatively moved, and the workpiece is processed by the tool T.
  • the vertical movement of the Y-axis slider 18 is guided by the pair of Y-axis guide rails 30 and the pair of guide surfaces 32.
  • the pair of Y-axis guide rails 30 are disposed on the front surface 46 of the column 14.
  • the pair of guide surfaces 32 are disposed in a recess 48 having a substantially trapezoidal cross section along a plane perpendicular to the Y axis formed on the front surface 46 of the column 14 and faces the front in the Z axis direction.
  • the pair of Y-axis guide rails 30 are arranged in the column 14 forward in the Z-axis direction and outside in the X-axis direction with respect to the guide surface 32.
  • the Y-axis guide rail 30 and the guide surface 32 are arranged at each vertex of a trapezoid 50 indicated by a two-dot chain line.
  • the pair of ball screws 34 is disposed substantially along the hypotenuse of the trapezoid 50 at the center between the Y-axis guide rail 30 and the guide surface 32.
  • the Y-axis slider 18 is attached with a pair of carriages 52 that engage with the Y-axis guide rail 30.
  • the carriage 52 is a rolling type carriage provided with a plurality of rolling elements such as rollers and balls, and the Y-axis guide rail 30 forms a rolling type guide.
  • the Y-axis slider 18 has a holding plate 54 that engages with the protrusion 14 a and a sliding surface 18 a that slides with respect to the guide surface 32.
  • the pressing plate 54 is slidably in close contact with the back surface of the protruding portion 14 a and presses the sliding surface 18 a of the Y-axis slider 18 against the guide surface 32.
  • the guide surface 32 forms a sliding type guide.
  • a gap 56 is provided between the side surface of the protrusion 14 a and the presser plate 54.
  • the Y-axis slider 18 is attached to the column 14 so as to be movable in the vertical direction by a second guide composed of the surface 32, the sliding surface 18a, the protruding portion 14a, and the pressing plate 54.
  • the spindle head 22 since the back surface of the Y-axis slider 18 is constrained by the guide surface 32, the X-axis slider 20, the spindle head 22 has its own weight and the cutting resistance in the Y-axis direction acting on the spindle 24 around the X-axis of the Y-axis slider 18. Torsional deformation is prevented or reduced.
  • the presser plate 54 is slidably in close contact with the back surface of the protruding portion 14a, whereby the sliding surface 18a of the Y-axis slider 18 is pressed against the guide surface 32, and deformation of the Y-axis slider 18 is minimized.
  • the interval between the pair of second guides is narrower than the interval between the pair of first guides, the interval between the pair of first guides and the interval between the pair of second guides are equal.
  • the Y-axis slider 18 becomes smaller and lighter, and the load in the gravity direction acting on the Y-axis can be reduced.
  • the machine tool is a horizontal spindle with the spindle oriented horizontally, but since it has an A axis, it can also be used as a machine tool with a vertical spindle with the spindle oriented vertically. Is possible.
  • the present invention is also effective in a normal vertical spindle machine tool that does not have an A-axis.
  • both the first guide and the second guide may be a sliding guide composed of a guide surface and a sliding surface, or both the first guide and the second guide may be a rolling guide composed of a guide rail and a carriage.
  • the first guide having a wide interval between the pair of guides as the rolling guide, the friction coefficient is reduced and the parallelism in the Y-axis direction can be easily adjusted.
  • the second guide provided inside and rearward of the first guide as a sliding guide, the friction damping ability is enhanced, and the force to tilt the Y-axis slider 18 forward is applied to the guide surface 32 of the protrusion 14a. It is possible to prevent the Y-axis slider 18 from being tilted forward by receiving the entire rear surface.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

 主軸(24)に装着した工具(T)と、テーブル(16)に取り付けたワークとを相対移動させてワークを加工する工作機械(10)が、重力方向である上下方向の移動を案内する案内(30、32)を有したコラム(14)と、前方で主軸頭(22)を支持し、案内(30、32)に沿って上下方向に移動する移動体(18)とを具備し、案内(30、32)が、左右一対の第1の案内(30)と、一対の第1の案内(30)の内側でかつ後方に設けられている少なくとも1つの第2の案内(32)とを具備する。

Description

工作機械
 本発明は、先端部に工具を装着する主軸を回転可能に支持する主軸頭をコラムに対して上下方向に移動可能に支持した工作機械に関する。
 先端部に工具を装着する主軸を回転可能に支持する主軸頭をコラムに対して上下方向に移動可能に支持した工作機械であって、テーブルに固定されたワークと工具との間で、X、Y、Z軸の3軸方向の相対移動を行ってワークを加工する工作機械が特許文献1に開示されている。
 特許文献1に記載の工作機械では、クロスレールが上下に昇降可能にコラムに設置されている。該クロスレールには、サドルが水平方向左右に移動可能に設置され、該サドルに主軸頭が取り付けられている。
 クロスレールは、転がり案内と、すべり案内とを有したZ軸案内によって上下方向に案内される。転がり案内は、コラムの左右両側部に設けられ上下方向に延びる一組のガイドレールと、クロスレールの背面に取り付けられガイドレールに係合する転がり案内ユニットとを有している。滑り案内は、コラム側面に転がり案内の案内面に対して垂直に形成されたすべり面と、クロスレールの側面に取り付けられすべり面を摺動するスライダとを有している。
特開2003-326429号公報
 特許文献1に記載の工作機械では、クロスレールをその両端部において上下方向に案内している。このように、工具を装着した主軸を回転可能に支持する主軸頭を取り付けた移動体(クロスレール)をその両端部において重力方向である上下方向に案内すると、移動体は主軸頭や自重によって変形、特に捩じれ変形する。この変形は小さくとも、主軸先端では大きな誤差となり得る。これを防止するために移動体の剛性を高めると移動体の重量増を招き、移動体の高速かつ精密な送りを妨げる。
 本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、コラムに対して上下方向に移動可能に取り付けられ主軸頭を支持する移動体またはスライダの変形を防止した工作機械を提供することを目的としている。
 既述の目的を達成するために、本発明によれば、主軸に装着した工具と、テーブルに取り付けたワークとを相対移動させてワークを加工する工作機械において、重力方向である上下方向の移動を案内する少なくとも3本の案内を有したコラムと、前方で主軸頭を支持し、前記案内に沿って上下方向に移動する移動体とを具備し、前記案内が、左右一対の第1の案内と、前記一対の第1の案内の内側でかつ後方に設けられている少なくとも1つの第2の案内とを具備する工作機械が提供される。
 本発明によれば、第1の案内の内側でかつ後方に少なくとも1つの第2の案内を設けることによって、上下方向に移動する移動体の背面が左右一対の第1の案内とその後方の第2の案内とによって拘束されるため、移動体の変形、特に捩じれ変形が防止または低減される。
本発明の好ましい実施形態による工作機械の斜視図である。 図1の工作機械の正面図である。 図1の工作機械の側面図である。 図1の工作機械の平面図である。 図4においてVで示す部分の拡大図である。 図4においてVIで示す部分の拡大図である。
 以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
 図1を参照すると、本発明の好ましい実施の形態による工作機械10は、横形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド12、ベッド12の前方部分(手前側)の上面で水平前後方向またはZ軸方向に移動可能に設けられたテーブル16、ベッド12の後端側(奥側)で同ベッド12の上面に立設、固定されたコラム14、重力の方向である上下方向へ移動する移動体としてコラム14の前面において上下方向またはY軸方向に移動可能に設けられたY軸スライダ18、Y軸スライダ18の前面で水平左右方向またはX軸方向に移動可能に設けられたX軸スライダ20、該X軸スライダ20に取り付けられ主軸24を回転可能に支持する主軸頭22を具備している。
 コラム14は凹所48と、凹所48の側壁から内側に突出した突出部14aとを有している。図1、4を参照すると、凹所48はY軸に垂直な断面が、コラム14の前面から後方にテーパ状に狭くなる略台形となっている。コラム14において、X軸方向に凹所48の外側の前面46にはは、第1の案内としての上下方向に延びる一対のY軸案内レール30が取り付けられている。
 また、凹所48内には、第2の案内として、Z軸方向前方に面しY軸方向に延びる少なくとも1つの、本実施形態では一対の案内面32が設けられている。突出部14aは、案内面32の延長部分を形成するようにX軸方向に突出している。突出部14aは、案内面32に対して面一に形成された前面と、該前面の反対側の背面とを有している。本実施形態では、Y軸案内レール30および案内面32が、移動体としてのY軸スライダ18の重力方向である上下方向への移動を案内する案内を形成している。
 テーブル16は、ベッド12の上面において水平なZ軸方向(図2の紙面に対して垂直な方向)に延設された一対のZ軸案内レール26に沿って往復動可能に設けられており、テーブル16の上面にはワーク(図示せず)を固定するためのパレットPが取り付けられる。本実施形態では、テーブル16には、B軸サーボモータ(図示せず)が組み込まれており、パレットPを鉛直方向に延びる軸線Obを中心としてB軸方向の回転送りが可能に支持している。
 ベッド12には、テーブル16をZ軸案内レール26に沿って往復駆動するZ軸送り装置として、Z軸方向に延設されたボールねじ28と、該ボールねじ28の一端に連結されたZ軸サーボモータ29が設けられており、テーブル16には、ボールねじ28に係合するナット(図示せず)が取り付けられている。
 Y軸スライダ18は、コラム14の前面おいてY軸方向(鉛直方向)に延設された一対のY軸案内レール30と、一対の案内面32とに沿って往復動可能に設けられている。コラム14には、Y軸スライダ18をY軸案内レール30および案内面32に沿って往復駆動するY軸送り装置として、Y軸方向に延設された一対のボールねじ34と、該一対のボールねじ34の各々の一端、本例では上端に連結されたY軸サーボモータ36が設けられており、Y軸スライダ18には、ボールねじ34に係合するナット(図示せず)が取り付けられている。
 X軸スライダ20は、Y軸スライダ18の前面においてX軸方向(図2では左右方向)に延設された一対のX軸案内レール38に沿って往復動可能に設けられている。Y軸スライダ18には、X軸スライダ20をX軸案内レール38に沿って往復駆動するX軸送り装置として、X軸方向に延設されたボールねじ40と、該ボールねじ40の一端に連結されたX軸サーボモータ42が設けられており、X軸スライダ20には、ボールねじ40に係合するナット(図示せず)が取り付けられている。
 X軸スライダ20はZ軸方向前方に突出した一対のA軸アーム20aを有しており、該A軸アーム20aの間に主軸頭22がX軸と平行な傾動軸線Oa回りのA軸方向に回転送り可能に支持されいる。A軸アーム20aの一方には、主軸頭22を傾動軸線Oa回りのA軸方向に回転送りするためのA軸サーボモータ(図示せず)が組み込まれている。主軸頭22は、中心軸線O回りに回転可能に主軸24を支持している。主軸頭22は主軸24を回転駆動するサーボモータ(図示せず)を内蔵している。
 こうして、工作機械10は、X軸、Y軸、Z軸、A軸、B軸を夫々NCプログラムに従って送ることによって、主軸24の先端部に装着した工具Tと、パレットPに固定されテーブル16にパレットPと共に装着されるワークとを相対移動させ、前記工具Tによってワークを加工する。
 既述したように、Y軸スライダ18は、一対のY軸案内レール30と、一対の案内面32とによって上下方向の移動が案内される。本実施形態では、一対のY軸案内レール30はコラム14の前面46に配置されている。一対の案内面32は、コラム14の前面46に形成されたY軸に垂直な平面に沿う断面が略台形を呈する凹所48内に配置されZ軸方向前方に面している。こうして、一対のY軸案内レール30は、コラム14において、案内面32よりもZ軸方向に前方に、かつ、X軸方向に外側に配置されている。特に、図4を参照すると、Y軸案内レール30と案内面32は、二点鎖線で示す台形50の各頂点に配置されている。また、一対のボールねじ34は、台形50の斜辺に沿って概ねY軸案内レール30と案内面32との中央部に配置されている。このボールねじ34の配置によって、ボールねじ34の軸方向推力によって発生するY軸スライダ18を捩ろうとするモーメントの作用を第1と第2の案内で効率よく受けることができ、Y軸スライダ18の捩じれ変形が防止または低減される。
 一方、Y軸スライダ18は、Y軸案内レール30に係合する一対のキャリッジ52が取り付けられている。本実施形態では、キャリッジ52は複数のローラやボール等の転動体を備えた転がりタイプのキャリッジであり、Y軸案内レール30は転がりタイプの案内を形成している。
 特に、図6を参照すると、Y軸スライダ18は突出部14aに係合する押え板54と、案内面32に対して摺動する摺動面18aを有している。押え板54は、突出部14aの背面に摺動可能に密着して、Y軸スライダ18の摺動面18aを案内面32に押圧する。こうして、案内面32は滑りタイプの案内を形成している。なお、突出部14aの側面と押え板54との間には間隙56が設けられている。
 このように、本実施形態では、外側に配置された一対のY軸案内レール30とキャリッジ52の組合せで成る第1の案内に加えて、内側に配置された少なくとも1つ、好ましくは一対の案内面32と摺動面18aおよび突出部14aと押え板54とで成る第2の案内によって、Y軸スライダ18を上下方向に移動可能にコラム14に取り付けられている。従って、Y軸スライダ18の背面が案内面32によって拘束されるため、X軸スライダ20、主軸頭22の自重や主軸24に作用するY軸方向の切削抵抗によるY軸スライダ18のX軸回りの捩じれ変形が防止または低減される。特に、押え板54が突出部14aの背面に摺動可能に密着することによって、Y軸スライダ18の摺動面18aを案内面32に押圧され、Y軸スライダ18の変形が最小化される。
 また、一対の第2の案内の間隔が一対の第1の案内の間隔よりも狭くなっているので、一対の第1の案内の間隔と一対の第2の案内の間隔とを等しくした構成と比較して、Y軸スライダ18が小型、軽量となり、Y軸に作用する重力方向の負荷を軽減できる。
 図1では、主軸が水平に配向された横形主軸の工作機械となっているが、A軸を備えているため、主軸を鉛直方向に向けて立形主軸を備えた工作機械としても使用することが可能である。本発明はA軸を備えていない通常の立形主軸の工作機械でも有効である。
 ここで、第1の案内および第2の案内を共に案内面と摺動面で成る滑り案内にしても、或いは、第1の案内および第2の案内を共に案内レールとキャリッジで成る転がり案内にしても、本発明のY軸スライダ18の変形が最小化するという効果を奏する。本実施形態では、一対の案内の間隔が広い第1の案内を転がり案内とすることにより、摩擦係数が小さくなると共に、Y軸方向の平行度の調整が容易になる。第1の案内の内側でかつ後方に設けた第2の案内を滑り案内とすることにより、摩擦減衰能を高めると共に、Y軸スライダ18の前方への倒れる力を突出部14aの案内面32と、その背面の全面で受け、Y軸スライダ18の前方への倒れを抑制することが可能となる。
 10  工作機械
 12  ベッド
 14  コラム
 14a  突出部
 16  テーブル
 18  Y軸スライダ
 18a  摺動面
 20  X軸スライダ
 22  主軸頭
 30  Y軸案内レール
 32  案内面
 50  台形
 52  キャリッジ
 54  押え板

Claims (6)

  1.  主軸に装着した工具と、テーブルに取り付けたワークとを相対移動させてワークを加工する工作機械において、
     重力方向である上下方向の移動を案内する少なくとも3本の案内を有したコラムと、
     前方で主軸頭を支持し、前記案内上を移動する移動体と、
     を具備し、
     前記案内が、左右一対の第1の案内と、前記一対の第1の案内の内側でかつ後方に設けられている第2の案内とを具備することを特徴とした工作機械。
  2.  前記第1の案内が、前記コラムの前面に取り付けられ上下方向にのびる一対の案内レールを有し、前記第2の案内が前記コラムに形成された少なくとも1つの案内面を有しており、
     前記移動体が前記一対の案内レールに係合するキャリッジと、前記案内面に沿って摺動する摺動面とを有しており、
     前記キャリッジが転動体を備えている請求項1に記載の工作機械。
  3.  前記移動体を上下方向に駆動する送り装置を更に具備しており、
     該送り装置が、前記コラムに取り付けられ上下方向に延びる一対のボールねじと、
     前記ボールねじの各々の一端に連結されたサーボモータと、
     前記移動体に取り付けられ前記ボールねじに係合するナットとを具備する請求項1に記載の工作機械。
  4.  前記ボールねじが、前記第1の案内と前記第2の案内の間を結ぶ直線に沿って概ね中央部に配置されている請求項3に記載の工作機械。
  5.  前記コラムは、前記前面に形成された凹所を有しており、前記第1の案内が該凹所の外部に配置され、前記第2の案内が該凹所内に配置されている請求項1に記載の工作機械。
  6.  前記コラムは、前記凹所の側面から内側へ突出し上下方向に延設された突出部を有しており、該突出部は前記案内面に対して面一に形成された前面と、該前面の反対側の背面とを有しており、
     前記移動体が、前記突出部の背面に係合する押え板を具備している請求項5に記載の工作機械。
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