WO2019053830A1 - 工作機械 - Google Patents

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WO2019053830A1
WO2019053830A1 PCT/JP2017/033112 JP2017033112W WO2019053830A1 WO 2019053830 A1 WO2019053830 A1 WO 2019053830A1 JP 2017033112 W JP2017033112 W JP 2017033112W WO 2019053830 A1 WO2019053830 A1 WO 2019053830A1
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WO
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column
axis
machine tool
base
axis direction
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PCT/JP2017/033112
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French (fr)
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和也 井戸
勇一 米光
尚一 杉山
直哉 角田
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株式会社牧野フライス製作所
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Publication date
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Priority to EP17925242.4A priority patent/EP3683009B1/en
Priority to US16/646,851 priority patent/US20210078120A1/en
Priority to TW106137158A priority patent/TWI713795B/zh
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    • B23Q2220/00—Machine tool components
    • B23Q2220/006—Spindle heads

Definitions

  • the present application relates to a machine tool having three linear feed axes orthogonal to one another and at least two rotary feed axes.
  • Patent Document 1 discloses a structure for improving the rigidity of a table in a 5-axis processing machine.
  • a saddle is provided opposite the column with a horizontal spindle head.
  • the saddle is formed with an inclined surface which is inclined with respect to the axis of the spindle head.
  • a support is provided on the inclined surface.
  • the support is rotatable about an inclined axis which is inclined relative to the axis of the spindle head.
  • the support is provided with a worktable.
  • the worktable is rotatable about an axis inclined relative to the axis of rotation of the support.
  • Patent Document 2 discloses a structure for improving the rigidity of a column.
  • the column moves in the X-axis direction.
  • the column is configured to move by means of two guide rails and a ball screw arranged between these guide rails.
  • the two guide rails are arranged such that there is a height difference between these guide rails. That is, the guide rail far from the work transfer means is disposed above the guide rail near the work transfer means.
  • the ball screw is disposed at the upper side, and thus, the ball screw is disposed at a position close to the center of gravity of the column. Therefore, when moving the column at high acceleration, the inertial force acting on the column is reduced.
  • One aspect of the present disclosure relates to a machine tool having three linear movement feed axes orthogonal to one another and at least two rotary feed axes, a base, and a column moving horizontally at least horizontally on the base.
  • a spindle head which vertically moves on the column and rotatably supports the spindle, and a table provided with a work mount on the front of the column on the base, the work mounting surface of the work mount being ,
  • a table which is rotationally fed to a posture including horizontal and vertical, the column is guided in the lateral direction by forward and upward inclined linear guide, and the rear of the inclined linear guide is inclined
  • a first table mount disposed on a base the table being a higher table than the front portion of the linear motion guide, the table having a backward-facing and upward-facing inclined-type rotational guide, the inclined-type rotational guide
  • the front of the slope A first table table disposed at a position higher than a rear portion of the rotary guide, and a second table table provided on the inclined
  • the inclined linear guide of the column and the inclined rotary guide of the table are disposed to face each other in the front-rear direction. Therefore, the opposing reaction force generated between the main shaft and the table when machining a workpiece can be received by the opposing inclined linear motion guide and the inclined rotational guide, and a rigid, well-balanced machine configuration is realized. can get
  • the column may move on the base in the lateral X-axis direction, the main shaft may be horizontal, and the column may move on the vertical Y-axis direction, and the first table base is
  • the front of the column may be moved horizontally on the base in the back and forth direction Z axis direction of the base, and the second table base may be rotated on the first table base in the C axis direction around the tilt axis
  • the workpiece mounting base may rotate on the second table base in the B-axis direction around a variable axis inclined with respect to the inclination axis.
  • the total center of gravity of the load on the second table base and the second table base may be configured to be located on the tilt axis or in the vicinity of the tilt axis. In this case, since the distance from the tilt axis to the center of gravity is short, the rotational inertia around the tilt axis is small. Therefore, the movement in the C-axis direction can be controlled quickly. Also, a small motor can be used to rotate the second table base.
  • At least one of the acceleration and the jerk of the lateral movement of the column may be controlled.
  • the column moves if the main shaft is in a relatively low position, a smaller impact will act on the column. Therefore, by controlling at least one of the acceleration and the jerk of the column according to the height of the main shaft, the impact and vibration applied to the column are reduced, and the acceleration / deceleration time of the column is shortened.
  • At least one of the acceleration and the jerk of the forward and backward movement of the first table base may be controlled. In this case, the impact and vibration applied to the table are reduced, and the acceleration / deceleration time of the table is shortened.
  • FIG. 1 is a schematic view of the machine tool according to the first embodiment, showing a state in which the table 30 is in the pallet changing position and the work mounting surface 37a of the pallet P as the work mounting base is in the horizontal posture.
  • FIG. 2 is a schematic view showing another state of the machine tool shown in FIG. 1, in which the table 30 is in the processing position and the workpiece mounting surface 37a of the pallet P is in the vertical posture.
  • machine tool 100 is a horizontal machining center.
  • the machine tool 100 is a five-axis machine having three translational feed axes (X axis, Y axis and Z axis) and two rotary feed axes (C axis and B axis).
  • the machine tool 100 includes a bed (also referred to as a base) 10, a column 20, a table (also referred to as a movable body) 30, a pallet changer 40, and a pallet loading station 50.
  • the bed 10 may be fixed to, for example, a floor of a factory.
  • a column 20 is provided on the bed 10 along the back side 11 of the bed 10.
  • a saddle 21 movable in the vertical direction is provided on the front side surface of the column 20.
  • a spindle head 22 projects in the horizontal direction from the front side surface of the saddle 21 and supports the spindle 23 rotatably around a horizontal rotation axis Os.
  • the rotation axis Os of the main spindle 23 is along the horizontal direction, and the direction parallel to the rotation axis Os is defined as the Z-axis direction (also referred to as the front-rear direction). .
  • the direction in which the main shaft 23 protrudes along the Z-axis direction is the front, and the opposite direction is the rear.
  • a horizontal direction perpendicular to the Z-axis direction is defined as an X-axis direction (also referred to as a left-right direction), and a vertical direction is defined as a Y-axis direction (also referred to as an up-down direction).
  • the saddle 21 is driven in the Y-axis direction by a feeding device having a ball screw connected to the motor 21a and guided by a guide (not shown).
  • the ball screw has a screw shaft rotatably supported by the column 20 and extending in the Y-axis direction, and a nut fixed to the saddle 21.
  • the screw shaft By rotating the screw shaft by the motor 21a, the nut moves in the Y-axis direction, and hence the saddle 21 moves in the Y-axis direction.
  • the feed in the Y-axis direction is controlled by the NC device.
  • the column 20 moves on the bed 10 in the X-axis direction. Specifically, the column 20 is guided in the X-axis direction by the inclined linear motion guide 24.
  • the inclined linear guide 24 is generally forward and upward facing, and is inclined so that the rear is positioned higher than the front.
  • the inclined linear motion guide 24 has a front guide 25F and a rear guide 25R.
  • Each of the front guide 25F and the rear guide 25R includes a rail 27 fixed on the bed 10 and extending in the X-axis direction and a block 28 fixed to the column 20.
  • the rear guide 25R is disposed at a higher position than the front guide 25F. From another point of view, the guide 25R far from the table 30 is located higher than the guide 25F close to the table 30.
  • the bed 10 has a rear rail support surface 12 facing upward along the rear side surface 11.
  • the bed 10 has a front side rail support surface 13 facing upward in front of the rear side rail support surface 12, and the rear side rail support surface 12 is formed at a position higher than the front side rail support surface 13 There is. In other embodiments, at least one of the rear rail support surface 12 and the front rail support surface 13 may face forward.
  • the rails 27 of the rear guide 25R are disposed on the rear rail support surface 12, and the rails 27 of the front guide 25F are disposed on the front rail support surface 13.
  • the column 20 is driven in the X-axis direction by a feeder having a ball screw connected to a motor 26.
  • the ball screw is disposed between the front guide 25F and the rear guide 25R.
  • the ball screw has a screw shaft rotatably supported on the bed 10 and extending in the X-axis direction, and a nut fixed to the column 20. By rotating the screw shaft by the motor 26, the nut is moved in the X-axis direction, and hence the column 20 is moved in the X-axis direction.
  • the feed in the X-axis direction is controlled by the NC device.
  • FIG. 4 is a graph showing the feed rate of the column, where (a) shows the feed rate in the lateral direction of the column 20 when the main shaft 23 is positioned at a relatively low height, and (b) shows the main shaft 23 Indicates the feed speed in the left-right direction of the column 20 when it is positioned at a relatively high height.
  • the stroke of the main shaft 23 in the Y-axis direction is 750 mm and the lower end of the stroke is defined as 0 mm
  • the range of 0 mm ⁇ Y ⁇ 350 mm can be defined as a relatively low position
  • 350 mm ⁇ Y ⁇ 750 mm Can be defined as a relatively high position.
  • the main shaft 23 is at a relatively low position (0 mm ⁇ Y ⁇ 350 mm)
  • the impact due to the inertia acting on the column 20 when the column 20 translates is relatively small.
  • the magnitudes (absolute values) of the acceleration and the jerk of the column 20 are set to values larger than the standard value.
  • the magnitudes of the acceleration and the jerk of the column 20 can be set to standard values.
  • the column 20 moves at the instructed velocity Vc.
  • the column 20 accelerates while increasing the acceleration by the jerk j 11 , j 21 and then the constant acceleration a 12 , accelerated with a 22, it will be accelerated at the jerk j 13, j 23 until a constant velocity Vc while reducing acceleration.
  • the column 20 decelerates while decreasing the acceleration with jerks j 15 and j 25 (the magnitude (absolute value) of the acceleration increases), and then, constant negative acceleration a 16 .
  • the motor decelerates at 26 and then decelerates until it stops while increasing the acceleration at accelerations j 17 and j 27 (the magnitude (absolute value of the acceleration decreases)).
  • the magnitudes of the accelerations a 12 and a 16 and the jerks j 11 and j 13 and j 15 and j 17 when the main shaft 23 is at a relatively low position Is larger than the corresponding acceleration a 22 , a 26 and the jerk j 21 , j 23 , j 25 , j 27 (FIG. 4 (b)) when the main axis 23 is at a relatively high position.
  • the acceleration and the jerk are switched and controlled between the two values shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • the acceleration and the jerk may be continuously variably controlled based on interpolation or a function.
  • the table 30 is provided on the bed 10 in front of the column 20.
  • the table 30 supports the pallet P (or the work if the work is directly attached to the table 30).
  • the table 30 moves on the bed 10 in the Z-axis direction along a pair of left and right guides 31 arranged in the X-axis direction.
  • Each of the guides 31 includes a rail fixed to the bed 10 and extending in the Z-axis direction, and a block fixed to the table 30.
  • a ball screw connected to the motor 32 is disposed between the two guides 31.
  • the ball screw has a screw shaft rotatably supported on the bed 10 and extending in the Z-axis direction, and a nut fixed to the table 30.
  • the nut By rotating the screw shaft by the motor 32, the nut is moved in the Z-axis direction, and hence the table 30 is moved in the Z-axis direction.
  • the feed in the Z-axis direction is controlled by the NC device.
  • the table 30 moves between the rear stroke end E1 and the front stroke end (in the present embodiment, the pallet replacement position) E2.
  • the table 30 In FIG. 1, the table 30 is in the pallet exchange position.
  • table 30 is in the processing position in FIG.
  • the processing position may be set, for example, at a position separated from the front stroke end E2 by a predetermined distance or more.
  • the table 30 has a first table base 35, a second table base 36, and a pallet mount 37.
  • the first table base 35 is provided on the bed 10 and moves on the bed 10 in the Z-axis direction.
  • the block of the above-mentioned guide 31 is fixed to the first table base 35.
  • the first table base 35 has an inclined surface 35 a inclined with respect to the moving direction of the table 30. Specifically, the inclined surface 35a is inclined at 45 ° or about 45 ° from the horizontal surface so as to be backward and upward.
  • the first table base 35 has an inclined rotary guide 38 along the inclined surface 35a. Therefore, the inclined rotary guide 38 is directed rearward and upward, and the front is located higher than the rear.
  • the inclined rotary guide 38 rotates the second table base 36 about an inclined axis Oc perpendicular to the inclined surface 35 a (that is, perpendicular to the inclined rotary guide 38).
  • the rotational feed direction of the second table base 36 is defined as the C-axis direction.
  • the inclined rotary guide 38 has, for example, a cross roller bearing, and rotates the second table pedestal 36 by, for example, a motor or a hydraulic device. The feed in the C-axis direction is controlled by the NC device.
  • the second table base 36 is provided on the inclined rotary guide 38.
  • the second table base 36 has a turning surface 36 a.
  • the turning surface 36a is inclined at 45 ° or about 45 ° from the inclined surface 35a.
  • the pivoting surface 36a pivots about the tilt axis Oc as the second table base 36 rotates.
  • the second table base 36 has a pallet rotation guide 39 along the turning surface 36a.
  • the pallet rotation guide 39 rotates the pallet mount 37 about a variable axis Ob perpendicular to the turning plane 36a. It should be understood that, with reference to FIGS. 1 and 2, the direction of the variable axis Ob changes in accordance with the position of the second table base 36 in the C-axis direction.
  • the rotational feed direction of the pallet rotational guide 39 is defined as the B-axis direction.
  • the pallet rotation guide 39 has, for example, a rolling bearing, and is rotationally driven by, for example, a motor or a hydraulic device. The feed in the B-axis direction is controlled by the NC device.
  • the pallet mount 37 incorporates a pallet clamp device and is provided on the pallet rotation guide 39.
  • the pallet P mounted on the pallet mounting base 37 has a work mounting surface 37a parallel to the turning surface 36a.
  • the workpiece is attached to the workpiece attachment surface 37a.
  • the work attachment surface 37a is oriented in an arbitrary posture in accordance with the position of the second table base 36 in the C-axis direction movable range. For example, in FIG. 1, the workpiece mounting surface 37a is in the horizontal position, and in FIG. 2, the workpiece mounting surface 37a is in the vertical position.
  • FIG. 3 is a right side view showing the machine tool of FIG. 1 being processed.
  • the inclined linear guide 24 of the column 20 and the inclined rotary guide 38 of the table 30 are disposed to face each other in the Z-axis direction.
  • the inclined linear guide 24 of the column 20 has a portion overlapping the inclined rotary guide 38 of the table 30 in the Y-axis direction (vertical direction). Therefore, as shown in FIG. 3, when the workpiece W attached to the pallet P is processed by the tool T gripped by the main shaft 23, the forces F1 and F2 having the components in the front-rear direction facing each other are respectively It occurs on the column 20 side and the table 30 side.
  • the forces F1 and F2 press the bed 10 obliquely downward on the column 20 side and the table 30 side.
  • the forces F1 and F2 have vertically downward components, which compress the bed 10 downward, so that the amount of deformation of the bed 10 is small, and eventually, the opposing inclined surface structure has the front and back of the column 20 and the table 30
  • the rigidity in the direction is improved and the rigidity balance is also improved.
  • the rigidity on the side of the column 20 can be adjusted by setting the inclination angle of the inclined linear motion guide 24. Therefore, by devising the inclination angle of the inclined linear motion guide 24 in design, the rigidity balance between the column 20 side and the table 30 side can be maintained.
  • the stiffness balance is optimized, it has high stiffness with respect to the weight of the column 20 and the table 30, and realizes an excellent structure in both agility and stiffness.
  • the total gravity center G of the second table pedestal 36 and the load on the second table pedestal 36 (that is, the pallet mounting pedestal 37, the pallet P and the work) is It is located on the tilting axis Oc or in the vicinity of the tilting axis Oc.
  • the center of gravity G can be set to be located on the inclined axis Oc, and the pallet P and the table 30 have other weights.
  • the center of gravity G can be located in the vicinity of the tilt axis Oc. In such a configuration, the rotational inertia about the tilt axis Oc is small.
  • the acceleration / deceleration speed of the rapid traverse in the C-axis direction can be increased, and as a result, the non-machining time can be shortened.
  • the shape of the second table base 36 is determined so as to be located substantially on the tilt axis Oc. In this way, even if the shape, weight and mounting position of the workpiece deviate from the assumption, the position of the center of gravity G does not greatly deviate from the tilt axis Oc.
  • the machine tool 100 for example, in accordance with the position of the second table base 36 in the C-axis direction (that is, the height of the second table base 36) similarly to the operation of the column 20 shown in FIG.
  • the acceleration and jerk in the front-rear direction (Z-axis direction) of the table base 35 are controlled.
  • the pallet rotation guide 39 can be rotated in the range of 0 ° to 360 ° in the B axis direction, while the second table base 36 is 0 ° (horizontal attitude) to -90 ° (45 °) in the C axis direction. Tilt position) to -180 ° (vertical position) (clockwise in plan view +, counterclockwise-).
  • the range of -90 ° ⁇ C ⁇ 0 ° can be defined as a relatively high position of the center of gravity, and the range of ⁇ 180 ° ⁇ C ⁇ 90 ° can be defined as a relatively low position of the center of gravity. .
  • the second table base 36 When the second table base 36 is at a relatively low position ( ⁇ 180 ° ⁇ C ⁇ 90 °) of the center of gravity, the impact due to the inertia acting on the table 30 when the table 30 translates is relatively small. . Therefore, when the second table base 36 is at a relatively low position ( ⁇ 180 ° ⁇ C ⁇ 90 °) of the center of gravity, the magnitudes of the acceleration and the jerk of the first table base 35 are greater than the standard values. If the second table base 36 is at a relatively high position ( ⁇ 90 ° ⁇ C ⁇ 0 °) of the center of gravity, the magnitudes of the acceleration and the jerk of the first table base 35 are also set to a large value. Can be set to a standard value.
  • the first table base 35 can have larger values of acceleration and jerk standard values than those of the conventional trunnion table.
  • the pallet changer 40 is provided in front of the bed 10.
  • the pallet exchanging device 40 exchanges the pallet P supported by the table 30 with the pallet P on the pallet loading station 50 when the table 30 is in the pallet exchanging position (the front stroke end E2 in this embodiment).
  • the pallet changer 40 comprises a bridge 41, a pallet changer arm 42, and an arm drive unit 43.
  • the bridge 41 functions as a support for the pallet changer 40.
  • the bridge 41 is provided on the bed 10 so as to straddle the table 30 in the direction (X-axis direction) perpendicular to the moving direction (Z-axis direction) of the table 30 at the front stroke end E2 of the table 30. .
  • the bridge 41 can have, for example, a substantially inverted U-shape, and can be bridged from one end of the bed 10 to the other end in the X-axis direction so as to straddle the table 30.
  • the bridge 41 straddles a portion of the first table 35 of the table 30 and a portion of the second table 36.
  • the bridge 41 may be configured to straddle only the first table pedestal 35.
  • the bridge 41 is integrally formed with an oil pan 51 of a pallet loading station 50 described later.
  • the bridge 41 and the oil pan 51 can be integrally formed, for example, by casting or the like.
  • the pallet changing arm 42 is provided above the bridge 41 through an arm driving device 43.
  • the pallet exchanging arm 42 engages with the pallet P supported by the table 30 and the pallet P on the pallet loading station 50 to lift both pallets, pivots around the vertical axis Ov and then descends to exchange the pallets.
  • the arm driving device 43 is provided on the bridge 41 and protrudes upward.
  • the arm drive device 43 is configured to move the pallet exchanging arm 42 up and down along the vertical axis Ov, and to pivot the pallet exchanging arm 42 around the vertical axis Ov.
  • the pallet loading station 50 supports the pallet P. At the pallet loading station 50, for example, a worker or a robot exchanges the machined workpiece and the unprocessed workpiece.
  • the pallet loading station 50 is provided with an oil pan 51 for preventing cutting oil from falling.
  • the oil pan 51 is integrally formed of the bridge 41 of the pallet changer 40 and a casting as described above.
  • the inclined linear guide 24 of the column 20 and the inclined rotary guide 38 of the table 30 are disposed to face each other in the front-rear direction (Z-axis direction).
  • the inclined linear guide 24 of the column 20 has a portion overlapping the inclined rotary guide 38 of the table 30 in the vertical direction (ie, the inclined linear guide 24 and the inclined rotary guide 24).
  • the guides 38 have overlapping portions when viewed from the front). Therefore, forces F1 and F2 having components in the front-rear direction facing each other are generated on the column 20 side and the table 30 side, respectively. Accordingly, the rigidity in the front-rear direction of the column 20 and the table 30 can be balanced, and concentration of deformation on either the column 20 or the table 30 can be prevented. Therefore, the rigidity of the whole machine tool 100 can be improved.
  • the total gravity center G of the load on the second table base 36 and the second table base 36 is configured to be located on the inclined axis Oc or in the vicinity of the inclined axis Oc There is. Therefore, since the distance from the tilt axis Oc to the center of gravity G is short, the rotational inertia around the tilt axis Oc becomes small.
  • a conventional trunnion structure having a tilting table rotatable around a horizontal rotation axis the distance from the rotation axis to the center of gravity is relatively long, and the rotation inertia is large.
  • conventional trunnion structures use relatively large motors to rotate the table.
  • the machine tool 100 can use a relatively small motor to rotate the second table base 36 because the rotational inertia about the tilt axis Oc is small.
  • At least one of the acceleration a and the jerk j in the left-right direction (X-axis direction) of the column 20 is controlled according to the height of the main shaft 23.
  • the column 20 moves, when the main shaft 23 is at a relatively low position, a smaller impact acts on the column than when the main shaft 23 is at a relatively high position. Therefore, at least one of the acceleration a and the acceleration j of the column 20 is controlled according to the height of the main shaft 23, thereby reducing the impact and vibration applied to the column 20, and accelerating / decelerating time of the column 20. It can be shortened.
  • the front-rear direction (Z-axis direction) of the first table base 35 according to the position of the second table base 36 in the C-axis direction (that is, the height of the second table base 36).
  • At least one of the acceleration a and the jerk j is controlled.
  • the center of gravity G of the load on the second table base 36 and the second table base 36 is at a relatively low position when the table 30 moves, the ratio when the center of gravity G is at a relatively high position And a smaller impact acts on the table 30. Therefore, at least one of the acceleration a and the jerk j of the table 30 is controlled in accordance with the height of the second table pedestal 36 to reduce the impact and vibration applied to the table 30, and Acceleration / deceleration time can be shortened.
  • FIG. 5 is a right side view of the machine tool according to the second embodiment.
  • the machine tool 200 according to the second embodiment differs from the machine tool 100 according to the first embodiment in that a guide feed mechanism in the Z-axis direction is provided on the column 20 side. Further, in the machine tool 200, the pallet changing device 40 and the pallet loading station 50 are not provided.
  • the other components of machine tool 200 may be configured similarly to the corresponding components of machine tool 100.
  • the column 20 has a first column portion 20A guided in the X-axis direction and a second column portion 20B guided in the Z-axis direction.
  • the first column portion 20A corresponds to the column 20 of the machine tool 100 of the first embodiment.
  • the above-mentioned inclined linear motion guide 24 is disposed between the first column portion 20A and the second column portion 20B. That is, in the machine tool 200, the support surfaces 12 and 13 of the rails 27 and 27 are formed on the second column portion 20B instead of the bed 10.
  • the second column portion 20B moves on the bed 10 in the Z-axis direction along a pair of left and right guides 29 arranged in the X-axis direction.
  • Each of the guides 29 includes a rail fixed to the bed 10 and extending in the Z-axis direction, and a block fixed to the second column portion 20B.
  • a ball screw connected to the motor is disposed between the two guides 29 (not shown).
  • the ball screw has a screw shaft rotatably supported on the bed 10 and extending in the Z-axis direction, and a nut fixed to the second column portion 20B. By rotating the screw shaft by the motor, the nut is moved in the Z-axis direction, and thus the column 20 is moved in the Z-axis direction.
  • the amount of movement in the Z-axis direction is controlled by the NC device.
  • the first table base 35 of the table 30 is fixed to the bed 10.
  • At least one of the acceleration and the jerk in the Z-axis direction is the same as the operation shown in FIG. , And may be controlled according to the height of the main spindle 23. That is, when the main shaft 23 is at a relatively low position, at least one of the magnitude of acceleration and jerk in the Z-axis direction of the column 20 is set to a value larger than the standard value, and the main shaft 23 is at a relatively high position In this case, the magnitudes of the acceleration and the jerk in the Z axis direction of the column 20 may be set to standard values.
  • the inclined linear guide 24 of the column 20 and the inclined rotary guide 38 of the table 30 are the same as the machine tool 100 according to the first embodiment. They are disposed to face each other in the front-rear direction (Z-axis direction).
  • the inclined linear guide 24 of the column 20 has a portion overlapping the inclined rotary guide 38 of the table 30 in the vertical direction. Therefore, the rigidity of the entire machine tool 200 can be improved.
  • the total gravity center G of the load on the second table base 36 and the second table base 36 is configured to be located on the inclined axis Oc or in the vicinity of the inclined axis Oc There is.
  • a small motor may be used to rotate the second table pedestal 36.
  • At least one of the acceleration and the jerk in the left-right direction (X-axis direction) of the column 20 is controlled according to the height of the main shaft 23, as in the machine tool 100 according to the first embodiment. Ru. Further, in accordance with the height of the main shaft 23, at least one of the acceleration and the jerk in the front-rear direction (Z-axis direction) of the column 20 is controlled. Therefore, the impact and vibration applied to the column 20 can be reduced, and the acceleration / deceleration time of the column 20 can be shortened.
  • FIG. 6 is a right side view of the machine tool according to the third embodiment.
  • the machine tool 300 according to the third embodiment differs from the machine tool 100 according to the first embodiment in that the machine tool 300 is a vertical machining center. Further, in the machine tool 300, the pallet changing device 40 and the pallet loading station 50 are not provided.
  • the other components of machine tool 300 may be configured similarly to the corresponding components of machine tool 100.
  • the saddle 21 protrudes forward from the front side surface of the column 20.
  • the spindle head 22 projects downward from the lower surface of the saddle 21 and supports the spindle 23 rotatably around a vertical rotation axis Os.
  • a direction (vertical direction) parallel to the rotation axis Os is defined as a Z-axis direction (also referred to as a vertical direction).
  • the direction in which the saddle 21 protrudes from the column 20 is the Y direction (also referred to as the front-rear direction).
  • the direction in which the saddle 21 protrudes along the Y-axis direction is the front, and the opposite direction is the rear.
  • the horizontal direction perpendicular to the Y-axis direction is defined as the X-axis direction (also referred to as the left-right direction).
  • the inclined linear guide 24 of the column 20 and the inclined rotary guide 38 of the table 30 are the same as the machine tool 100 according to the first embodiment. They are disposed to face each other in the front-rear direction (Y-axis direction).
  • the inclined linear guide 24 of the column 20 has a portion overlapping the inclined rotary guide 38 of the table 30 in the vertical direction. Therefore, the rigidity of the entire machine tool 300 can be improved.
  • the total gravity center G of the load on the second table base 36 and the second table base 36 is configured to be located on the inclined axis Oc or in the vicinity of the inclined axis Oc There is. Therefore, a small motor can be used to rotate the second table pedestal 36 and shocks during acceleration and deceleration are reduced when the table 30 moves in the Y-axis direction.
  • At least one of the acceleration and the jerk in the left-right direction (X-axis direction) of the column 20 is controlled according to the height of the main shaft 23. Therefore, the impact and vibration applied to the column 20 can be reduced, and the acceleration / deceleration time of the column 20 can be shortened.
  • At least one of the acceleration and the jerk in the front-rear direction (Y-axis direction) of the first table base 35 is controlled according to the position of the second table base 36 in the C-axis direction. Therefore, the impact and vibration applied to the table 30 can be reduced, and the acceleration / deceleration time of the table 30 can be shortened.
  • both acceleration and jerk in the front-rear direction of the first table table are controlled in accordance with the position of the second table table in the rotation direction.
  • either the longitudinal acceleration or the jerk of the first table pedestal may be controlled.
  • the inclined linear guide of the column and the inclined rotary guide of the table entirely overlap each other in the vertical direction (that is, the inclined linear guide and the inclined guide)
  • the rotational guides are arranged so as to generally overlap one another when viewed from the front).
  • the inclined linear guide and the inclined rotary guide may be partially offset from each other in the vertical direction (ie, they may be arranged to overlap each other as viewed from the front) Good).

Abstract

少なくとも２つの回転送り軸（Ｂ，Ｃ）を有する工作機械（１００）は、基台（１０）と、左右方向（Ｘ）に移動するコラム（２０）と、鉛直方向（Ｙ）に移動する主軸頭（２２）と、ワーク取付け面（３７ａ）を有するテーブル（３０）であって、ワーク取付け面（３７ａ）が、水平姿勢及び鉛直姿勢を含む複数の姿勢に方向付けされる、テーブル（３０）と、を具備する。コラム（２０）は、前向きかつ上向きの傾斜型直動案内（２４）によって左右方向（Ｘ）に案内される。テーブル（３０）は、後向きかつ上向きの傾斜型回転案内（３８）を有する第１のテーブル台（３５）と、傾斜型回転案内（３８）に垂直な傾斜軸線（Ｏｃ）周りに回転送りされる第２のテーブル台（３６）と、を有する。コラム（２０）の傾斜型直動案内（２４）とテーブル（３０）の傾斜型回転案内（３８）とが対向配置される。

Description

工作機械
　本願は、互いに直交する３つの直動送り軸と、少なくとも２つの回転送り軸とを有する工作機械に関する。
　工作機械では、一般的に、剛性の向上が継続的に望まれている。例えば、特許文献１は、５軸加工機において、テーブルの剛性を向上するための構造を開示している。この構造では、水平なスピンドルヘッドを有するコラムに対向して、サドルが設けられている。サドルには、スピンドルヘッドの軸線に対して傾斜された傾斜面が形成されている。傾斜面上には、サポートが設けられている。サポートは、スピンドルヘッドの軸線に対して傾斜された傾斜軸線周りに回転可能である。サポートには、ワークテーブルが設けられている。ワークテーブルは、サポートの回転軸線に対して傾斜された軸線周りに回転可能である。このような構成によれば、水平軸線周りに回転するチルティングテーブルを有するトラニオン構造に比して、テーブルの剛性が向上される。
　また、例えば、特許文献２は、コラムの剛性を向上するための構造を開示している。この構造では、コラムがＸ軸方向に移動する。コラムは、２本のガイドレール及びこれらのガイドレールの間に配置されたボールねじによって移動するように構成されている。２本のガイドレールは、これらのガイドレール間で高さの差が生じるように配置されている。すなわち、ワーク移送手段に遠いガイドレールが、ワーク移送手段に近いガイドレールに比して、上方に配置されている。このような構造によれば、ボールねじがより上方に配置され、したがって、ボールねじがコラムの重心に近い位置に配置される。したがって、コラムを高加速度で移動させるときに、コラムに作用する慣性力が小さくされる。
特開平７－８８７３７号公報 特許第３７２５６２５号公報
　工作機械では、剛性を向上することが可能な、かつ、直動送り軸及び回転送り軸を俊敏に駆動することが可能な構造の開発のニーズが引き続き存在する。
　本開示の一態様は、互いに直交する３つの直動送り軸と、少なくとも２つの回転送り軸とを有する工作機械において、基台と、基台上で少なくとも水平方向に左右方向に移動するコラムと、コラム上で鉛直方向に移動し、主軸を回転可能に支持する主軸頭と、ワーク取付け台を有し基台上でコラム前方に設けられたテーブルであって、ワーク取付け台のワーク取付け面が、水平及び鉛直を含む姿勢に回転送りされる、テーブルと、を具備し、コラムが、前向きかつ上向きの傾斜型直動案内によって左右方向に案内され、傾斜型直動案内の後部が、傾斜型直動案内の前部より高い位置に配置されており、テーブルが、後向きかつ上向きの傾斜型回転案内を有し、基台上に設けられた第１のテーブル台であって、傾斜型回転案内の前部が、傾斜型回転案内の後部より高い位置に配置されている、第１のテーブル台と、傾斜型回転案内上に設けられた第２のテーブル台であって、ワーク取付け台を有し、傾斜型回転案内に垂直な傾斜軸線周りに回転送りされる、第２のテーブル台と、を有し、コラムの傾斜型直動案内とテーブルの傾斜型回転案内とが対向配置される、工作機械である。
　本開示の一態様に係る工作機械では、コラムの傾斜型直動案内と、テーブルの傾斜型回転案内とが、前後方向において対向配置される。したがって、ワークを加工する際に主軸とテーブルとの間に生じる加工反力を、対向する傾斜型直動案内と傾斜型回転案内とで受け止めることができ、剛性の高い、バランスの良い機械構成が得られる
　コラムが、基台上を左右方向のＸ軸方向に移動してもよく、主軸が、横形であり、コラム上を鉛直方向のＹ軸方向に移動してもよく、第１のテーブル台が、コラム前方において基台上を水平方向に前後方向のＺ軸方向に移動してもよく、第２のテーブル台が、第１のテーブル台上を傾斜軸線周りのＣ軸方向に回転してもよく、ワーク取付け台が、第２のテーブル台上を、傾斜軸線に対して傾斜された可変軸線周りにＢ軸方向に回転してもよい。
　第２のテーブル台及び第２のテーブル台上の積載物の合計の重心が、傾斜軸線上に又は傾斜軸線の近傍に位置するように構成されていてもよい。この場合、傾斜軸線から重心までの距離が短いため、傾斜軸線周りの回転イナーシャが小さくなる。したがって、Ｃ軸方向の移動を俊敏に制御できる。また、小さいモータが第２のテーブル台を回転させるために使用され得る。
　主軸の鉛直方向の位置、すなわち高さに応じて、コラムの左右方向移動の加速度及び加加速度の少なくとも一方が制御されてもよい。コラムが移動するときに、主軸が比較的低い位置にある場合、より小さな衝撃がコラムに作用する。したがって、主軸の高さに応じて、コラムの加速度及び加加速度の少なくとも一方が制御されることで、コラムにかかる衝撃及び振動が低減され、かつ、コラムの加減速時間が短縮される。
　第２のテーブル台の回転方向における位置（すなわち、ワーク取付け台の高さ）に応じて、第１のテーブル台の前後方向移動の加速度及び加加速度の少なくとも一方が制御されてもよい。この場合、テーブルにかかる衝撃及び振動が低減され、かつ、テーブルの加減速時間が短縮される。
　本開示の一態様によれば、剛性を向上することが可能な、かつ、直動送り軸及び回転送り軸を俊敏に駆動することが可能な工作機械を提供することができる。
第１実施形態に係る工作機械の概略図である。 図１の工作機械の他の状態を示す概略図である。 加工中の図１の工作機械を示す右側面図である。 コラムの送り速度を示すグラフである。 第２実施形態に係る工作機械の右側面図である。 第３実施形態に係る工作機械の右側面図である。
　以下、添付図面を参照して、実施形態に係る工作機械を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺は変更されている場合がある。
　図１は、第１実施形態に係る工作機械の概略図であり、テーブル３０がパレット交換位置にあり、かつ、ワーク取付け台としてのパレットＰのワーク取付け面３７ａが水平姿勢にある状態を示す。図２は、図１の工作機械の他の状態を示す概略図であり、テーブル３０が加工位置にあり、かつ、パレットＰのワーク取付け面３７ａが垂直姿勢にある状態を示す。図１を参照して、本実施形態では、工作機械１００は、横形マシニングセンタである。本実施形態では、工作機械１００は、３つの並進送り軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）と、２つの回転送り軸（Ｃ軸及びＢ軸）と、を有する５軸加工機である。工作機械１００は、ベッド（基台とも称される）１０と、コラム２０と、テーブル（移動体とも称される）３０と、パレット交換装置４０と、パレットローディングステーション５０と、を備える。
　ベッド１０は、例えば、工場の床等に固定され得る。コラム２０は、ベッド１０上で、ベッド１０の後側面１１に沿って設けられている。コラム２０の前側面には、鉛直方向に移動可能なサドル２１が設けられている。サドル２１の前側面からは、主軸頭２２が水平方向に突出しており、主軸２３を水平な回転軸線Ｏｓを中心として回転可能に支持している。
　本実施形態に係る工作機械１００における方向に関して、主軸２３の回転軸線Ｏｓが水平方向に沿っており、回転軸線Ｏｓに平行な方向が、Ｚ軸方向（前後方向とも称される）として定義される。Ｚ軸方向に沿って主軸２３が突出している方向が前であり、その反対方向が後である。Ｚ軸方向に垂直な水平方向が、Ｘ軸方向（左右方向とも称される）として定義され、鉛直方向がＹ軸方向（上下方向とも称される）として定義される。
　サドル２１は、モータ２１ａに連結されたボールねじを有する送り装置によってＹ軸方向に駆動され、不図示のガイドによって案内される。ボールねじは、コラム２０に回転可能に支持されかつＹ軸方向に延在するねじ軸と、サドル２１に固定されたナットと、を有している。モータ２１ａによってねじ軸を回転させることによってナットがＹ軸方向に移動し、したがって、サドル２１がＹ軸方向に移動する。Ｙ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。
　コラム２０は、ベッド１０上をＸ軸方向に移動する。具体的には、コラム２０は、傾斜型直動案内２４によって、Ｘ軸方向に案内される。傾斜型直動案内２４は、全体的に、前向きかつ上向きであり、後部が前部より高い位置に配置されるように傾斜されている。具体的には、傾斜型直動案内２４は、前側ガイド２５Ｆと、後側ガイド２５Ｒと、を有している。前側ガイド２５Ｆ及び後側ガイド２５Ｒの各々は、ベッド１０上に固定されかつＸ軸方向に延在するレール２７と、コラム２０に固定されたブロック２８と、を含んでいる。
　後側ガイド２５Ｒは、前側ガイド２５Ｆよりも高い位置に配置されている。別の観点からは、テーブル３０に遠いガイド２５Ｒは、テーブル３０に近いガイド２５Ｆよりも高い位置に配置されている。具体的には、ベッド１０は、後側面１１に沿って、上方を向く後側レール支持面１２を有している。また、ベッド１０は、後側レール支持面１２の前方に、上方を向く前側レール支持面１３を有しており、後側レール支持面１２は前側レール支持面１３よりも高い位置に形成されている。他の実施形態では、後側レール支持面１２及び前側レール支持面１３の少なくとも一方が、前方を向いていてもよい。後側ガイド２５Ｒのレール２７は、後側レール支持面１２上に配置され、前側ガイド２５Ｆのレール２７は、前側レール支持面１３上に配置されている。
　コラム２０は、モータ２６に連結されたボールねじを有する送り装置によって、Ｘ軸方向に駆動される。ボールねじは、前側ガイド２５Ｆと後側ガイド２５Ｒとの間に配置されている。ボールねじは、ベッド１０に回転可能に支持されかつＸ軸方向に延在するねじ軸と、コラム２０に固定されたナットと、を有している。モータ２６によってねじ軸を回転させることによってナットがＸ軸方向に移動し、したがって、コラム２０がＸ軸方向に移動する。Ｘ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。
　工作機械１００では、主軸２３の高さ（Ｙ軸方向における位置）に応じて、コラム２０の左右方向（Ｘ軸方向）移動の加速度及び加加速度が制御される。図４は、コラムの送り速度を示すグラフであり、（ａ）は、主軸２３が比較的低い高さに位置するときのコラム２０の左右方向における送り速度を示し、（ｂ）は、主軸２３が比較的高い高さに位置するときのコラム２０の左右方向における送り速度を示す。
　例えば、主軸２３のＹ軸方向におけるストロークが７５０ｍｍでありストロークの最下端が０ｍｍとして定義される場合、０ｍｍ≦Ｙ≦３５０ｍｍの範囲を比較的低い位置として定義することができ、３５０ｍｍ＜Ｙ≦７５０ｍｍの範囲を比較的高い位置として定義することができる。主軸２３が比較的低い位置（０ｍｍ≦Ｙ≦３５０ｍｍ）にある場合、コラム２０が並進移動するときにコラム２０に作用するイナーシャに起因する衝撃は比較的小さい。したがって、主軸２３が比較的低い位置（０ｍｍ≦Ｙ≦３５０ｍｍ）にある場合には、コラム２０の加速度及び加加速度の大きさ（絶対値）を標準値よりも大きな値に設定し、主軸２３が比較的高い位置（３５０ｍｍ＜Ｙ≦７５０ｍｍ）にある場合には、コラム２０の加速度及び加加速度の大きさを標準値に設定することができる。このような構成によって、主軸２３が比較的高い位置にある場合には、コラム２０にかかる衝撃及び振動が低減され、主軸２３が比較的低い位置にある場合には、コラム２０の加減速時間が短縮される。上述のコラムのストローク及び位置の具体的な値は例示に過ぎず、ストローク及び位置は他の値であってもよいことが理解されよう。
　具体的には、例えば、図４（ａ），（ｂ）の各々において、コラム２０は、指令された速度Ｖｃで移動する。図４（ａ），（ｂ）に示されるように、コラム２０は、例えば、加速時には、先ず、加加速度ｊ11，ｊ21で加速度を増加させながら加速し、次に、一定の加速度ａ12，ａ22で加速し、次に、加加速度ｊ13，ｊ23で加速度を減少させながら一定の速度Ｖｃまで加速する。
　また、コラム２０は、例えば、減速時には、加加速度ｊ15，ｊ25で加速度を減少（加速度の大きさ（絶対値）は増加）させながら減速し、次に、一定の負の加速度ａ16，ａ26で減速し、次に、加加速度ｊ17，ｊ27で加速度を増加（加速度の大きさ（絶対値）は減少）させながら停止するまで減速する。
　以上のような加速時及び減速時において、主軸２３が比較的低い位置にある場合の加速度ａ12，ａ16及び加加速度ｊ11，ｊ13，ｊ15，ｊ17の大きさ（図４（ａ））は、主軸２３が比較的高い位置にある場合の対応する加速度ａ22，ａ26及び加加速度ｊ21，ｊ23，ｊ25，ｊ27の大きさ（図４（ｂ））よりも大きい。主軸２３のＹ軸位置に応じて、加速度及び加加速度を図４（ａ）及び図４（ｂ）の２値間で切換え制御する。また、この２値切換え制御に代えて、内挿補間や関数に基づいて加速度及び加加速度を連続的に可変制御してもよい。
　テーブル３０は、ベッド１０上でコラム２０の前方に設けられている。テーブル３０は、パレットＰ（又は、ワークがテーブル３０に直接取り付けられる場合には、ワーク）を支持する。テーブル３０は、ベッド１０上を、Ｘ軸方向に配列された一対の左右のガイド３１に沿ってＺ軸方向に移動する。ガイド３１の各々は、ベッド１０に固定されかつＺ軸方向に延在するレールと、テーブル３０に固定されたブロックと、を含んでいる。両ガイド３１の間には、モータ３２に連結されたボールねじが配置されている。ボールねじは、ベッド１０に回転可能に支持されかつＺ軸方向に延在するねじ軸と、テーブル３０に固定されたナットと、を有している。モータ３２によってねじ軸を回転させることによってナットがＺ軸方向に移動し、したがって、テーブル３０がＺ軸方向に移動する。Ｚ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。テーブル３０は、後側ストローク端Ｅ１と、前側ストローク端（本実施形態ではパレット交換位置）Ｅ２と、の間を移動する。図１では、テーブル３０は、パレット交換位置にある。図２を参照して、テーブル３０は、図２では加工位置にある。加工位置は、例えば、前側ストローク端Ｅ２から所定の距離以上離れた位置に設定され得る。
　テーブル３０は、第１のテーブル台３５と、第２のテーブル台３６と、パレット取付け台３７と、を有している。第１のテーブル台３５は、ベッド１０上に設けられ、ベッド１０上をＺ軸方向に移動する。第１のテーブル台３５には、上述のガイド３１のブロックが固定されている。
　第１のテーブル台３５は、テーブル３０の移動方向に対して傾斜された傾斜面３５ａを有している。具体的には、傾斜面３５ａは、後向きかつ上向きとなるように、水平面から４５°又は約４５°で傾斜されている。
　第１のテーブル台３５は、傾斜面３５ａに沿った傾斜型回転案内３８を有している。したがって、傾斜型回転案内３８は、後向きかつ上向きであり、前部が後部より高い位置に配置されている。傾斜型回転案内３８は、第２のテーブル台３６を、傾斜面３５ａに垂直な（すなわち、傾斜型回転案内３８に垂直な）傾斜軸線Ｏｃ周りに回転させる。第２のテーブル台３６の回転送り方向は、Ｃ軸方向として定義される。傾斜型回転案内３８は、例えば、クロスローラベアリングを有しており、例えばモータ又は油圧装置によって第２のテーブル台３６を回転させる。Ｃ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。
　第２のテーブル台３６は、傾斜型回転案内３８上に設けられている。第２のテーブル台３６は、旋回面３６ａを有している。旋回面３６ａは、傾斜面３５ａから４５°又は約４５°で傾斜されている。旋回面３６ａは、第２のテーブル台３６が回転するのに伴って、傾斜軸線Ｏｃ周りに旋回する。
　第２のテーブル台３６は、旋回面３６ａに沿ったパレット回転案内３９を有している。パレット回転案内３９は、パレット取付け台３７を、旋回面３６ａに垂直な可変軸線Ｏｂ周りに回転させる。なお、図１及び図２を参照して、可変軸線Ｏｂの向きは、第２のテーブル台３６のＣ軸方向における位置に応じて、変わることが理解されよう。図１を参照して、パレット回転案内３９の回転送り方向は、Ｂ軸方向と定義される。パレット回転案内３９は、例えば、転がり軸受を有しており、例えばモータ又は油圧装置によって回転駆動される。Ｂ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。
　パレット取付け台３７は、パレットクランプ装置を内蔵し、パレット回転案内３９上に設けられている。パレット取付け台３７に装着されたパレットＰは、旋回面３６ａに平行なワーク取付け面３７ａを有している。ワークは、ワーク取付け面３７ａに取り付けられる。ワーク取付け面３７ａは、第２のテーブル台３６のＣ軸方向可動範囲における位置に応じて、任意の姿勢に方向付けされる。例えば、図１では、ワーク取付け面３７ａは水平姿勢にあり、図２では、ワーク取付け面３７ａは垂直姿勢にある。
　図３は、加工中の図１の工作機械を示す右側面図である。工作機械１００では、コラム２０の傾斜型直動案内２４と、テーブル３０の傾斜型回転案内３８とが、Ｚ軸方向において対向配置されている。別の観点では、コラム２０の傾斜型直動案内２４は、Ｙ軸方向（鉛直方向）において、テーブル３０の傾斜型回転案内３８と重複する部分を有している。したがって、図３に示されるように、主軸２３に把持された工具Ｔによって、パレットＰに取り付けられたワークＷを加工する際に、互いに対向する前後方向の成分を有する力Ｆ１，Ｆ２が、それぞれコラム２０側及びテーブル３０側に生じる。この力Ｆ１，Ｆ２は、コラム２０側及びテーブル３０側で、ベッド１０を斜め下向きに押圧することになる。力Ｆ１，Ｆ２は、鉛直下向きの成分を有し、この成分はベッド１０を下向きに圧縮する力なのでベッド１０の変形量は少なく、結局、この対向傾斜面構造は、コラム２０及びテーブル３０の前後方向における剛性が向上し、剛性バランスもよくなる。
　テーブル３０側は、傾斜型回転案内３８の例えばクロスローラベアリングの位置が加工点に近くなり剛性が高まる。一方、傾斜型直動案内２４の傾斜角度の取り方により、コラム２０側の剛性は調節可能である。したがって、傾斜型直動案内２４の傾斜角度を設計的に工夫することで、コラム２０側とテーブル３０側との剛性バランスをとることができる。剛性バランスが最適化されると、コラム２０やテーブル３０の重量に対して高い剛性を有し、俊敏性と剛性の両面で優れた構造を実現する。
　図１を参照して、テーブル３０では、第２のテーブル台３６、及び、第２のテーブル台３６上の積載物（すなわち、パレット取付け台３７、パレットＰ及びワーク）の合計の重心Ｇが、傾斜軸線Ｏｃ上に又は傾斜軸線Ｏｃの近傍に位置する。例えば、テーブル３０では、パレットＰ及びワークの重量が定格荷重であるときに、重心Ｇが傾斜軸線Ｏｃ上に位置するように設定されることができ、テーブル３０が他の重量を有するパレットＰ及びワークを支持するときには、重心Ｇが傾斜軸線Ｏｃの近傍に位置することができる。このような構成では、傾斜軸線Ｏｃ周りの回転イナーシャが小さい。するとＣ軸方向の早送りの加減速度を高めることができ、結果として非加工時間を短縮することができる。なお、重心Ｇを傾斜軸線Ｏｃの近傍に位置させる方法は、設計段階において、標準の形状及び重量のワークをパレットＰの中央部に取り付けたと想定し、テーブル３０の構造解析をして、重心Ｇがほぼ傾斜軸線Ｏｃ上に位置するように第２のテーブル台３６の形状を決めることを含む。このようにすれば想定よりワークの形状、重量及び取付け位置がずれても、重心Ｇの位置が傾斜軸線Ｏｃから大きくずれることはない。
　工作機械１００では、例えば図４に示されるコラム２０の動作と同様に、第２のテーブル台３６のＣ軸方向における位置（すなわち、第２のテーブル台３６の高さ）に応じて、第１のテーブル台３５の前後方向（Ｚ軸方向）の加速度及び加加速度が制御される。
　例えば、パレット回転案内３９はＢ軸方向に０°～３６０°の範囲で回転可能である一方で、第２のテーブル台３６はＣ軸方向に０°（水平姿勢）～－９０°（４５°の傾斜姿勢）～－１８０°（垂直姿勢）の範囲で回転可能である（平面視において時計回りが＋、反時計回りが－）。図１に示される重心Ｇの位置は、パレットＰ及びワークの重量等に応じて、例えば、ワーク取付け面３７ａが水平姿勢にあるとき（Ｃ＝０°、図１）には、傾斜型回転案内３８よりも比較的高い上方に位置する可能性があり、ワーク取付け面３７ａが垂直姿勢にあるとき（Ｃ＝－１８０°、図２）には、傾斜型回転案内３８よりも比較的低い上方に位置する可能性がある。したがって、－９０°≦Ｃ≦０°の範囲を重心の比較的高い位置として定義することができ、－１８０°≦Ｃ＜－９０°の範囲を重心の比較的低い位置として定義することができる。
　第２のテーブル台３６が重心の比較的低い位置（－１８０°≦Ｃ＜－９０°）にある場合、テーブル３０が並進移動するときにテーブル３０に作用するイナーシャに起因する衝撃は比較的小さい。したがって、第２のテーブル台３６が重心の比較的低い位置（－１８０°≦Ｃ＜－９０°）にある場合には、第１のテーブル台３５の加速度及び加加速度の大きさを標準値よりも大きな値に設定し、第２のテーブル台３６が重心の比較的高い位置（－９０°≦Ｃ≦０°）にある場合には、第１のテーブル台３５の加速度及び加加速度の大きさを標準値に設定することができる。なお、加速度及び加加速度の標準値に関して、工作機械１００では、重心Ｇが傾斜型回転案内３８から近くに位置するため、水平軸線周りに回転可能なチルティングテーブルを有する従来のトラニオン構造のテーブルに比して、重心ＧからＣ軸のベアリングまでの距離が短い。したがって、工作機械１００では、第１のテーブル台３５は、従来のトラニオン構造のテーブルに比して、より大きな大きさの加速度及び加加速度の標準値を有することができる。以上のような構成によって、工作機械１００では、重心の比較的高いＣ軸位置でテーブル３０にかかる衝撃及び振動を低減し、かつ、重心の比較的低いＣ軸位置でテーブル３０の加減速時間を短縮することができる。なお、上述の第２のテーブル台の回転可能範囲及び位置の具体的な値は例示に過ぎず、回転可能範囲及び位置は他の値であってもよいことが理解されよう。
　パレット交換装置４０は、ベッド１０の前方に設けられている。パレット交換装置４０は、テーブル３０がパレット交換位置（本実施形態では前側ストローク端Ｅ２）にあるとき、テーブル３０に支持されたパレットＰと、パレットローディングステーション５０上のパレットＰと、を交換する。パレット交換装置４０は、ブリッジ４１と、パレット交換アーム４２と、アーム駆動装置４３と、を具備している。ブリッジ４１は、パレット交換装置４０の支持台として機能する。
　ブリッジ４１は、テーブル３０の前側ストローク端Ｅ２で、テーブル３０の移動方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向（Ｘ軸方向）にテーブル３０を跨ぐように、ベッド１０上に設けられている。ブリッジ４１は、例えば、概ね倒立Ｕ字形状を有することができ、テーブル３０を跨ぐように、Ｘ軸方向においてベッド１０の一端から他端に架け渡されることができる。ブリッジ４１は、テーブル３０の第１のテーブル台３５の一部及び第２のテーブル台３６の一部を跨いでいる。ブリッジ４１は、第１のテーブル台３５のみを跨ぐように構成されていてもよい。ブリッジ４１は、後述するパレットローディングステーション５０のオイルパン５１と一体に形成されている。ブリッジ４１とオイルパン５１とは、例えば鋳造等によって一体に形成されることができる。
　パレット交換アーム４２は、アーム駆動装置４３を通じて、ブリッジ４１の上方に設けられている。パレット交換アーム４２は、テーブル３０に支持されたパレットＰ及びパレットローディングステーション５０上のパレットＰに係合して両パレットを持ち上げ、鉛直軸線Ｏｖ周りに旋回後下降して両パレットを交換する。アーム駆動装置４３は、ブリッジ４１上に設けられて上方に突出している。アーム駆動装置４３は、パレット交換アーム４２を鉛直軸線Ｏｖに沿って昇降移動させるように、かつ、パレット交換アーム４２を鉛直軸線Ｏｖ周りに旋回させるように、構成されている。
　パレットローディングステーション５０は、パレットＰを支持する。パレットローディングステーション５０では、例えば、作業者又はロボットによって、加工済みのワークと未加工のワークとが交換される。パレットローディングステーション５０には、切削油の落下を防止するためのオイルパン５１が配置されている。オイルパン５１は、上述のように、パレット交換装置４０のブリッジ４１と鋳物によって一体成形されている。
　以上のような第１実施形態に係る工作機械１００では、コラム２０の傾斜型直動案内２４と、テーブル３０の傾斜型回転案内３８とが、前後方向（Ｚ軸方向）において対向配置される。別の観点では、コラム２０の傾斜型直動案内２４は、鉛直方向において、テーブル３０の傾斜型回転案内３８と重複する部分を有している（すなわち、傾斜型直動案内２４及び傾斜型回転案内３８は、前方から見て互いに重なり合う部分を有している）。したがって、互いに対向する前後方向の成分を有する力Ｆ１，Ｆ２が、それぞれコラム２０側及びテーブル３０側に生じる。したがって、コラム２０及びテーブル３０の前後方向における剛性のバランスが取られ、コラム２０又はテーブル３０のいずれかに変形が集中することが防止され得る。したがって、工作機械１００全体の剛性を向上することができる。
　また、工作機械１００では、第２のテーブル台３６及び第２のテーブル台３６上の積載物の合計の重心Ｇが、傾斜軸線Ｏｃ上に又は傾斜軸線Ｏｃの近傍に位置するように構成されている。したがって、傾斜軸線Ｏｃから重心Ｇまでの距離が短いため、傾斜軸線Ｏｃ周りの回転イナーシャが小さくなる。これに対して、水平な回転軸周りに回転可能なチルティングテーブルを有する従来のトラニオン構造では、回転軸から重心までの距離が比較的長く、回転イナーシャが大きい。したがって、従来のトラニオン構造は、テーブルを回転するために、比較的大きなモータを使用する。工作機械１００は、傾斜軸線Ｏｃ周りの回転イナーシャが小さいため、第２のテーブル台３６を回転させるために比較的小さなモータを使用することができる。
　また、工作機械１００では、主軸２３の高さに応じて、コラム２０の左右方向（Ｘ軸方向）の加速度ａ及び加加速度ｊの少なくとも一方が制御される。コラム２０が移動するときに、主軸２３が比較的低い位置にある場合、主軸２３が比較的高い位置にある場合に比して、より小さな衝撃がコラムに作用する。したがって、主軸２３の高さに応じて、コラム２０の加速度ａ及び加加速度ｊの少なくとも一方が制御されることで、コラム２０にかかる衝撃及び振動を低減し、かつ、コラム２０の加減速時間を短縮することができる。
　また、工作機械１００では、第２のテーブル台３６のＣ軸方向における位置（すなわち、第２のテーブル台３６の高さ）に応じて、第１のテーブル台３５の前後方向（Ｚ軸方向）の加速度ａ及び加加速度ｊの少なくとも一方が制御される。テーブル３０が移動するときに、第２のテーブル台３６及び第２のテーブル台３６上の積載物の重心Ｇが、比較的低い位置にある場合、重心Ｇが比較的高い位置にある場合に比して、より小さな衝撃がテーブル３０に作用する。したがって、第２のテーブル台３６の高さに応じて、テーブル３０の加速度ａ及び加加速度ｊの少なくとも一方が制御されることで、テーブル３０にかかる衝撃及び振動を低減し、かつ、テーブル３０の加減速時間を短縮することができる。
　次に、第２実施形態に係る工作機械について説明する。図５は、第２実施形態に係る工作機械の右側面図である。第２実施形態に係る工作機械２００は、Ｚ軸方向の案内送り機構がコラム２０側に設けられている点で、第１実施形態に係る工作機械１００と異なる。また、工作機械２００では、パレット交換装置４０及びパレットローディングステーション５０が設けられていない。工作機械２００の他の構成要素については、工作機械１００の対応する構成要素と同様に構成されることができる。
　工作機械２００では、コラム２０は、Ｘ軸方向に案内される第１コラム部分２０Ａと、Ｚ軸方向に案内される第２コラム部分２０Ｂと、を有している。第１コラム部分２０Ａは、第１実施形態の工作機械１００のコラム２０に相当する。
　第１コラム部分２０Ａと第２コラム部分２０Ｂとの間には、上述の傾斜型直動案内２４が配置されている。すなわち、工作機械２００では、レール２７，２７の支持面１２，１３が、ベッド１０の代わりに、第２コラム部分２０Ｂ上に形成されている。
　第２コラム部分２０Ｂは、ベッド１０上を、Ｘ軸方向に配列された一対の左右のガイド２９に沿ってＺ軸方向に移動する。ガイド２９の各々は、ベッド１０に固定されかつＺ軸方向に延在するレールと、第２コラム部分２０Ｂに固定されたブロックと、を含んでいる。両ガイド２９の間には、モータに連結されたボールねじが配置されている（不図示）。ボールねじは、ベッド１０に回転可能に支持されかつＺ軸方向に延在するねじ軸と、第２コラム部分２０Ｂに固定されたナットと、を有している。モータによってねじ軸を回転させることによってナットがＺ軸方向に移動し、したがって、コラム２０がＺ軸方向に移動する。Ｚ軸方向の移動量は、ＮＣ装置によって制御される。工作機械２００では、テーブル３０の第１のテーブル台３５は、ベッド１０に固定されている。
　工作機械２００では、上述のコラム２０の左右方向（Ｘ軸方向）の加速度及び加加速度に加えて、Ｚ軸方向の加速度及び加加速度の少なくとも一方が、例えば図４に示される動作と同様にして、主軸２３の高さに応じて制御されてもよい。すなわち、主軸２３が比較的低い位置にある場合には、コラム２０のＺ軸方向の加速度及び加加速度の大きさの少なくとも一方を標準値よりも大きな値に設定し、主軸２３が比較的高い位置にある場合には、コラム２０のＺ軸方向の加速度及び加加速度の大きさを標準値に設定してもよい。
　以上のような第２実施形態に係る工作機械２００では、第１実施形態に係る工作機械１００と同様に、コラム２０の傾斜型直動案内２４と、テーブル３０の傾斜型回転案内３８とが、前後方向（Ｚ軸方向）において対向配置される。別の観点では、コラム２０の傾斜型直動案内２４は、鉛直方向において、テーブル３０の傾斜型回転案内３８と重複する部分を有している。したがって、工作機械２００全体の剛性を向上することができる。
　また、工作機械２００では、第２のテーブル台３６及び第２のテーブル台３６上の積載物の合計の重心Ｇが、傾斜軸線Ｏｃ上に又は傾斜軸線Ｏｃの近傍に位置するように構成されている。したがって、小さいモータが第２のテーブル台３６を回転させるために使用され得る。
　また、工作機械２００では、第１実施形態に係る工作機械１００と同様に、主軸２３の高さに応じて、コラム２０の左右方向（Ｘ軸方向）の加速度及び加加速度の少なくとも一方が制御される。また、主軸２３の高さに応じて、コラム２０の前後方向（Ｚ軸方向）の加速度及び加加速度の少なくとも一方が制御される。したがって、コラム２０にかかる衝撃及び振動を低減し、かつ、コラム２０の加減速時間を短縮することができる。
　次に、第３実施形態に係る工作機械について説明する。図６は、第３実施形態に係る工作機械の右側面図である。第３実施形態に係る工作機械３００は、工作機械３００が立形マシニングセンタである点で、第１実施形態に係る工作機械１００と異なる。また、工作機械３００では、パレット交換装置４０及びパレットローディングステーション５０が設けられていない。工作機械３００の他の構成要素については、工作機械１００の対応する構成要素と同様に構成されることができる。
　工作機械３００では、サドル２１は、コラム２０の前側面から前方に突出している。主軸頭２２は、サドル２１の下面から下方に突出しており、主軸２３を鉛直な回転軸線Ｏｓを中心として回転可能に支持している。本実施形態に係る工作機械３００における方向に関して、回転軸線Ｏｓに平行な方向（鉛直方向）が、Ｚ軸方向（上下方向とも称される）として定義される。水平方向のうち、サドル２１がコラム２０から突出する方向がＹ方向（前後方向とも称される）である。Ｙ軸方向に沿ってサドル２１が突出している方向が前であり、その反対方向が後である。Ｙ軸方向に垂直な水平方向が、Ｘ軸方向（左右方向とも称される）として定義される。
　以上のような第３実施形態に係る工作機械３００では、第１実施形態に係る工作機械１００と同様に、コラム２０の傾斜型直動案内２４と、テーブル３０の傾斜型回転案内３８とが、前後方向（Ｙ軸方向）において対向配置される。別の観点では、コラム２０の傾斜型直動案内２４は、鉛直方向において、テーブル３０の傾斜型回転案内３８と重複する部分を有している。したがって、工作機械３００全体の剛性を向上することができる。
　また、工作機械３００では、第２のテーブル台３６及び第２のテーブル台３６上の積載物の合計の重心Ｇが、傾斜軸線Ｏｃ上に又は傾斜軸線Ｏｃの近傍に位置するように構成されている。したがって、小さいモータが第２のテーブル台３６を回転させるために使用され得、かつ、テーブル３０がＹ軸方向に移動する場合に加速及び減速時の衝撃が低減される。
　また、工作機械３００では、主軸２３の高さに応じて、コラム２０の左右方向（Ｘ軸方向）の加速度及び加加速度の少なくとも一方が制御される。したがって、コラム２０にかかる衝撃及び振動を低減し、かつ、コラム２０の加減速時間を短縮することができる。
　また、工作機械３００では、第２のテーブル台３６のＣ軸方向における位置に応じて、第１のテーブル台３５の前後方向（Ｙ軸方向）の加速度及び加加速度の少なくとも一方が制御される。したがって、テーブル３０にかかる衝撃及び振動を低減し、かつ、テーブル３０の加減速時間を短縮することができる。
　工作機械の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者であれば、上記の実施形態の様々な変形が可能であることを理解するだろう。また、当業者であれば、１つの実施形態に含まれる特徴は、矛盾が生じない限り、他の実施形態に組み込むことができる、又は、他の実施形態に含まれる特徴と交換可能であることを理解するだろう。例えば、上記の実施形態の工作機械では、主軸の高さに応じて、コラムの左右方向の加速度及び加加速度の両方が制御される。しかしながら、他の実施形態では、コラムの左右方向の加速度又は加加速度のいずれかが制御されてもよい。また、例えば、上記の実施形態の工作機械では、第２のテーブル台の回転方向における位置に応じて、第１のテーブル台の前後方向の加速度及び加加速度の両方が制御される。しかしながら、他の実施形態では、第１のテーブル台の前後方向の加速度又は加加速度のいずれかが制御されてもよい。また、上記の実施形態の工作機械では、コラムの傾斜型直動案内とテーブルの傾斜型回転案内とが、鉛直方向において互いに全体的に重複している（すなわち、傾斜型直動案内及び傾斜型回転案内は、前方から見て全体的に互いに重なり合うように配置されている）。しかしながら、他の実施形態では、傾斜型直動案内及び傾斜型回転案内が、鉛直方向において部分的に互いにずれていてもよい（すなわち、前方から見て部分的に互いに重なり合うように配置されてもよい）。
　１０　　ベッド
　２０　　コラム
　２２　　主軸頭
　２３　　主軸
　３０　　テーブル
　３５　　第１のテーブル台
　３６　　第２のテーブル台
　１００　　工作機械
　Ｏｃ　　傾斜軸線
　Ｐ　　パレット

Claims (5)

  1. 　互いに直交する３つの直動送り軸と、少なくとも２つの回転送り軸とを有する工作機械において、
    　基台と、
    　前記基台上で少なくとも水平方向に左右方向に移動するコラムと、
    　前記コラム上で鉛直方向に移動し、主軸を回転可能に支持する主軸頭と、
    　ワーク取付け台を有し前記基台上で前記コラム前方に設けられたテーブルであって、前記ワーク取付け台のワーク取付け面が、水平及び鉛直を含む姿勢に回転送りされる、テーブルと、
    を具備し、
    　前記コラムが、前向きかつ上向きの傾斜型直動案内によって前記左右方向に案内され、前記傾斜型直動案内の後部が、前記傾斜型直動案内の前部より高い位置に配置されており、
    　前記テーブルが、
    　　後向きかつ上向きの傾斜型回転案内を有し、前記基台上に設けられた第１のテーブル台であって、前記傾斜型回転案内の前部が、前記傾斜型回転案内の後部より高い位置に配置されている、第１のテーブル台と、
    　　前記傾斜型回転案内上に設けられた第２のテーブル台であって、前記ワーク取付け台を有し、前記傾斜型回転案内に垂直な傾斜軸線周りに回転送りされる、第２のテーブル台と、
    を有し、
    　前記コラムの傾斜型直動案内と前記テーブルの傾斜型回転案内とが対向配置されることを特徴とする、工作機械。
  2. 　前記コラムが、前記基台上を左右方向のＸ軸方向に移動し、
    　前記主軸が、横形であり、コラム上を鉛直方向のＹ軸方向に移動し、
    　前記第１のテーブル台が、前記コラム前方において前記基台上を水平方向に前後方向のＺ軸方向に移動し、
    　前記第２のテーブル台が、前記第１のテーブル台上を前記傾斜軸線周りにＣ軸方向に回転し、
    　前記ワーク取付け台が、前記第２のテーブル台上を、前記傾斜軸線に対して傾斜された可変軸線周りにＢ軸方向に回転する、請求項１に記載の工作機械。
  3. 　前記第２のテーブル台及び前記第２のテーブル台上の積載物の合計の重心が、前記傾斜軸線上に又は前記傾斜軸線の近傍に位置するように構成された、請求項１に記載の工作機械。
  4. 　前記主軸の鉛直方向の位置に応じて、前記コラムの前記左右方向移動の加速度及び加加速度の少なくとも一方が制御される、請求項１に記載の工作機械。
  5. 　前記第２のテーブル台の前記傾斜軸線周りの回転位置に応じて、前記第１のテーブル台の前記前後方向移動の加速度及び加加速度の少なくとも一方が制御される、請求項１に記載の工作機械。
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