(57)【要約】【課題】加工主軸装置がワークに衝突及び接触することを抑制することができ、ワークの加工の自由度が向上する工作機械を提供する。【解決手段】工作機械は、ワークを加工する主軸ヘッド５と、主軸ヘッド５を昇降可能に支持するＺ軸移動装置３１と、主軸ヘッド５の昇降方向にて主軸ヘッド５に対向し、ワークを固定するテーブル２とを備える。主軸ヘッド５は、Ｚ軸移動装置３１に対向し、主軸を支持する主軸支持部５０と、テーブル２に対向する下端面５１ｂを有し、主軸支持部５０及びＺ軸移動装置３１を連結する連結部５１とを有し、下端面５１ｂは、Ｚ軸移動装置３１から主軸支持部５０に向けて、下側に傾斜している。【選択図】図３
2018051742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを加工する加工主軸装置と、該加工主軸装置を昇降可能に支持する支持体と、前記加工主軸装置の昇降方向にて前記加工主軸装置に対向し、ワークを固定する固定台とを備える工作機械において、
前記加工主軸装置は、
前記支持体に対向し、主軸を支持する主軸支持部と、
前記固体台に対向する対向面を有し、前記主軸支持部及び支持体を連結する連結部とを有し、
前記対向面は、前記支持体から前記主軸支持部に向けて、前記固定台側に傾斜している
ことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記支持体は、
前記昇降方向に長く、上端部に連結しているモータにより回転する螺子軸と、
前記連結部に連結し、前記螺子軸に螺合するナット部と、
前記昇降方向に長く、上端部が前記モータに対向する位置まで延びているレールと、
前記連結部に連結し、前記レールに前記昇降方向に摺動可能に嵌合し、前記昇降方向に離隔している複数の摺動体と
を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記昇降方向に長い柱状をなし、前記支持体を保持し、前記加工主軸装置に対向しているコラムを備え、
該コラムは、前記加工主軸装置に対向する一面と、該一面から前記加工主軸装置の側に突出し、前記昇降方向に長く、互いに平行に延びている二本の凸条とを有し、
前記螺子軸は、前記二本の凸条の間に位置し、
前記支持体は、二本の前記レールを有し、
前記レールは、前記凸条夫々の突出端部に接続している
ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記レールの上端部は、前記モータの上端部よりも下側に位置する
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項５】
前記連結部は、ブロック状をなし、上側部分において、下側に凹む凹部を有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを加工する加工主軸装置を備える工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタ等の工作機械は、ワークを固定台に固定し、主軸に装着した工具によりフライス加工、ねじ立て等種々の加工を行う。工作機械は、工具を装着する主軸を回転可能に支持するブロック状の加工主軸装置と、加工主軸装置を上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持する支持体とを備える。
【０００３】
加工主軸装置は、支持体に対向し、主軸を支持する主軸支持部と、テーブルに対向する対向面を有し、主軸支持部及びＺ軸移動装置を連結する連結部とを有する。
【０００４】
支持体はボール螺子機構を有し、該ボール螺子機構の駆動により、加工主軸装置は上下に移動する（例えば、特許文献１参照）。支持体は、上下方向に長く、上端部に連結しているモータにより回転する螺子軸と、該螺子軸に螺合するナット部とを有する。加工主軸装置の連結部は、ナット部に連結している。螺子軸の回転によりナット部が移動することにより加工主軸装置は上下に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２０６２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、固定台のワークの形状によっては、加工主軸装置が下降した場合、連結部における固定台への対向面がワークに接触又は衝突する虞がある。また、加工主軸装置の対向面及びワークの接触又は衝突を避ける場合、加工主軸装置の下降領域が減少し、工作機械におけるワークの加工の自由度が低下する虞がある。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、加工主軸装置がワークに衝突及び接触することを抑制することができ、ワークの加工の自由度が向上する工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る工作機械は、ワークを加工する加工主軸装置と、該加工主軸装置を昇降可能に支持する支持体と、前記加工主軸装置の昇降方向にて前記加工主軸装置に対向し、ワークを固定する固定台とを備える工作機械において、前記加工主軸装置は、前記支持体に対向し、主軸を支持する主軸支持部と、前記固体台に対向する対向面を有し、前記主軸支持部及び支持体を連結する連結部とを有し、前記対向面は、前記支持体から前記主軸支持部に向けて、前記固定台側に傾斜していることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、連結部の固定台への対向面が、支持体から主軸支持部に向けて、固定台側に傾斜しているので、対向面及び支持体の間は凹むこととなる。これにより、加工主軸装置が下降した場合、固定台が固定するワークへの主軸ヘッドの衝突及び接触を抑制することができる。したがって、加工主軸装置は、ワークの形状に合わせて、より下側まで移動することができる。これにより、ワークの加工の自由度が向上する。
【００１０】
本発明に係る工作機械は、前記支持体は、前記昇降方向に長く、上端部に連結しているモータにより回転する螺子軸と、前記連結部に連結し、前記螺子軸に螺合するナット部と、前記昇降方向に長く、上端部が前記モータに対向する位置まで延びているレールと、前記連結部に連結し、前記レールに前記昇降方向に摺動可能に嵌合し、前記昇降方向に離隔している複数の摺動体とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、レールの上端部がモータに対向する位置まで延びている。従って、主軸ヘッドが最も上昇した場合に、最も上側の摺動体がモータに対向する位置まで上側に移動することができる。したがって、連結部に連結する複数の摺動体間の上下方向の距離を、レールがモータに対向する長さ分広げることができ、これにより、工作機械の剛性を向上し、加工精度を向上することができる。
【００１２】
本発明に係る工作機械は、前記昇降方向に長い柱状をなし、前記支持体を保持し、前記加工主軸装置に対向しているコラムを備え、該コラムは、前記加工主軸装置に対向する一面と、該一面から前記加工主軸装置の側に突出し、前記昇降方向に長く、互いに平行に延びている二本の凸条とを有し、前記螺子軸は、前記二本の凸条の間に位置し、前記支持体は、二本の前記レールを有し、前記レールは、前記凸条夫々の突出端部に接続していることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、凸条がコラムの一面側において、その間の部分とにより凹状部を形成するので、該凹状部に螺子軸を配することができる。これにより、主軸支持部及び支持体の螺子軸の距離を変更せずに、レール及び主軸支持部の距離を短縮することができる。したがって、主軸支持部及び支持体の間に、主軸のクランプ機構を配する場合、該機構の構造を変更せずに、レール及び主軸支持部の距離を短縮し、工作機械の剛性を向上して、加工精度を向上することができる。
【００１４】
本発明に係る工作機械は、前記レールの上端部は、前記モータの上端部よりも下側に位置することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、工作機械全体の大きさを変更せずに、複数の摺動体間の距離を、レールがモータに対向する長さ分広げ、工作機械の剛性を向上し、加工精度を向上することができる。
【００１６】
本発明に係る工作機械は、前記連結部は、ブロック状をなし、上側部分において、下側に凹む凹部を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、加工主軸装置が上昇した場合に、凹部に主軸のクランプ機構におけるカム等を収容できる。したがって、スペースを省くことができ、工作機械の大型化を抑制できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、加工主軸装置がワークに衝突及び接触することを抑制することができ、ワークの加工の自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態に係る工作機械の構成を略示する斜視図である。
【図２】工具保持装置の斜視図である。
【図３】工具保持装置の右側面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。
【図５】工具保持装置の部分右側面断面図である。
【図６】工具保持装置の部分平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明を実施の形態に係る工作機械を示す図面に基づいて詳述する。図１は実施の形態に係る工作機械１００の構成を略示する斜視図である。工作機械１００は、前後に長い矩形箱形の基台部１を備える。工作機械１００は、更に、ワーク（図示略）を固定するテーブル２と、工具３ａを保持する工具保持装置３と、制御装置４とを備える。テーブル２は基台部１の上方前側に位置し、工具保持装置３は基台部１の上方後側に位置する。制御装置４は、工具保持装置３の後方に位置し、工作機械１００の動作を制御する。
【００２１】
工作機械１００は、基台部１上面の前部に位置するＹ軸移動装置１０と、該Ｙ軸移動装置１０上に位置する移動台１１と、該移動台１１上に位置するＸ軸移動装置２０とを備える。テーブル２は、Ｘ軸移動装置２０上に位置する。
【００２２】
Ｙ軸移動装置１０は、Ｙ軸ボール螺子機構（図示略）及び該Ｙ軸ボール螺子機構を駆動するＹ軸モータ（図示略）を備える。制御装置４は、Ｙ軸モータの動作を制御する。Ｙ軸モータの回転によりＹ軸ボール螺子機構が駆動し、移動台１１が前後方向に移動する。移動台１１の移動に伴って、Ｘ軸移動装置２０がテーブル２と共に前後方向に移動する。
【００２３】
Ｘ軸移動装置２０は、Ｘ軸ボール螺子機構（図示略）及び該Ｘ軸ボール螺子機構を駆動するＸ軸モータ（図示略）を備える。制御装置４は、Ｘ軸モータの動作を制御する。Ｘ軸モータの回転により、Ｘ軸ボール螺子機構が駆動し、テーブル２が左右方向に移動する。      
【００２４】
図２は、工具保持装置３の斜視図であり、図３は右側面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。図５は、工具保持装置３の部分右側面断面図であり、図６は、部分平面断面図である。なお、図２から図６においては工具３ａの図示を省略している。
【００２５】
工具保持装置３は、コラム３０、Ｚ軸移動装置３１、主軸ヘッド５及び工具交換装置６（図１参照）を有する。図２から図６においては、工具交換装置６の図示は省略している。コラム３０は、上下に長い柱状をなし、前面部においてＺ軸移動装置３１を保持している。コラム３０は、前面部の左右端部夫々において、上下方向（Ｚ軸方向）に長く、前側に突出し、後述するＺ軸レール３２を支持する二つの支持部３０ａ，３０ａを有する。これにより、図６に示すように、コラム３０の前面部は、左右方向中央部が上下方向全体にかけて、後側に凹む凹状をなす。即ち、コラム３０は、支持部３０ａ，３０ａと、前面部における支持部３０ａ，３０ａの挟まれた部分により形成する凹状部３０ｂを有する。
【００２６】
Ｚ軸移動装置３１は、二本のＺ軸レール３２、四つのスライダ３３，３３，３３，３３、Ｚ軸ボール螺子機構を形成するＺ軸螺子軸３４及びナット部３５、並びにＺ軸モータ３６を備える。なお、スライダ３３の個数は、上下方向に離隔していれば、四つに限られない。各Ｚ軸レール３２は、上下方向に長く、コラム３０の各支持部３０ａに沿うように接続している。コラム３０は、支持部３０ａでＺ軸レール３２を支持することによりＺ軸移動装置３１を保持する。支持部３０ａは凸条である。
【００２７】
スライダ３３は、二つが上下方向に所定距離離隔するように、一本のＺ軸レール３２に上下方向に摺動可能に嵌合している。コラム３０の前面部の凹部３０ｂ内において、上下方向に長く、Ｚ軸レール３２に平行なＺ軸螺子軸３４がＺ軸レール３２、３２の間に固定してある。ナット部３５は、Ｚ軸螺子軸３４に螺合しており、ナット部３５に後述する主軸ヘッド５の連結部５１が連結する。Ｚ軸モータ３６はＺ軸螺子軸３４の上端部に平板状のＺ軸モータ支持台３６ａを介して連結している。
【００２８】
Ｚ軸レール３２の上端部は、左右方向においてＺ軸モータ３６に対向する位置まで上方に延びている。Ｚ軸レール３２の上端部は、Ｚ軸モータ３６の下端部よりも上側に位置し、上端部よりも下側に位置する。
【００２９】
制御装置４は、Ｚ軸モータ３６の動作を制御する。Ｚ軸モータ３６の回転により、Ｚ軸螺子軸３４が回転し、ナット部３５がＺ軸螺子軸３４に沿って、上下方向に移動する。
【００３０】
主軸ヘッド５は、上下方向に長いブロック状をなす主軸支持部５０と、ブロック状をなし、主軸支持部５０及びＺ軸移動装置３１を連結する連結部５１とを有する。主軸支持部５０は、連結部５１の前側部と連結している。主軸支持部５０及び連結部５１は、内部に空間を有しており、該空間は連なっている。主軸支持部５０の上端部に後述する主軸５３をＺ軸回りに回転させる主軸モータ５２が設けてある。
【００３１】
連結部５１は、上面後方に、下側に凹み、前記内部の空間に連なる凹部５１ａを有する。連結部５１の後側部は、各Ｚ軸レール３２に嵌合した四つのスライダ３３に連結している。また、連結部５１の後側部は、Ｚ軸螺子軸３４に螺合するナット部３５に連結している。Ｚ軸モータ３４の回転によるナット部３５の移動により、主軸ヘッド５はＺ軸方向に移動する。
【００３２】
連結部５１の下端面５１ｂにおいて、図５に示すように、前側部分は前側下方から後側上方に向けて傾斜しており、中央部は前後及び左右方向に平行な平坦面であり、後側部分は前側下方から後側上方に向けて傾斜している。したがって、連結部５１の下端面５１ｂは全体として、前側の方が後側よりも低く、Ｚ軸移動装置３１から主軸支持部５０にかけて、テーブル２側即ち下側に傾斜している。これにより、下端面５１ｂ及びＺ軸移動装置３１の間は凹むこととなる。
【００３３】
主軸支持部５０は、内部の空間において、上下方向に長い円筒状の主軸５３を複数の軸受５４を介して、Ｚ軸回りに回転可能に保持している。主軸５３の下端部は、主軸支持部５０の下端面から突出している。主軸５３は工具３ａを保持し、保持した工具３ａは下向きになる（図１参照）。主軸モータ５２は、カップリング５５を介して主軸５３の上端部に連結している。
【００３４】
主軸５３は、内部に、上下方向に長いドローバー５６を保持している。ドローバー５６は、下端部にクランプフィンガー５６ａを有しており、クランプフィンガー５６ａは、主軸５３の下端部に装着する工具３ａのプルスタッドを把持する。ドローバー５６の上方に、ピン５６ｂが位置している。また、主軸５３は、内部にコイルばね５６ｃを有し、コイルばね５６ｃはドローバー５６を上方に付勢している。
【００３５】
主軸５３においては、ドローバー５６がピン５６ｂを介して後述するアーム５７の動作により押し下げられることにより、ドローバー５６のクランプフィンガー５６ａが工具３ａのプルスタッドを解放し、これにより工具３ａが主軸５３から離脱する。
【００３６】
アーム５７は、側面視でＬ字状をなし、主軸支持部５０内部の空間における主軸５３の上端部側及び連結部５１内部の空間に跨って位置している。アーム５７は、Ｌ字の角部分が下側に位置し、一辺部５７ａが角部分から前方に突出し、他辺部５７ｂが角部分から上方に突出している。アーム５７は角部分において、左右方向に貫通する孔５７ｃを有する。孔５７ｃには、左右方向に長い棒状の支持体５７ｄが挿通し、支持体５７ｄは、アーム５７を、左右方向を軸として回転可能に支持している。アーム５７の一辺部５７ａの突出端部は、アーム５７が前側に回転することにより、ピン５６ｂを押し下げる。ピン５６ｂは、下降により、ドローバー５６を押し下げる。
【００３７】
アーム５７の他辺部５７ｃの突出端部には、ローラ５７ｅが接続している。コラム３０の前側において、Ｚ軸モータ支持台３６ａの下側にカム部５８が連設してある。カム部５８は、土台部５８ａ及びカム体５８ｂを備える。土台部５８ａは、Ｚ軸モータ支持台３６ａの前側部分から下側に延びる平板状をなし、前面は、Ｚ軸モータ支持台３６ａの前面に連なる平坦面である。カム体５８ｂは、上下方向に長い平板状をなし、端面が前側に向いている。カム体５８ｂの前側端面は、ローラ５７ｅに対するカム面をなす。
【００３８】
図５に示すように、カム体５８ｂの下端部は、前側端面の突出幅（前後幅）が下側から上側に向けて増大するテーパ状をなす。図５において、カム体５８ｂの下端部は、中途で土台部５８ａの前面に対する傾斜角が変化している構成となっているが、該構成に限られず、傾斜角が一定であってもよい。カム体５８ｂの中央部及び上端部、即ち下端部より上側においては、前側端面は、突出幅が一定の平坦面である。
【００３９】
カム体５８ｂの前後方向における位置は、全体が、上下方向において、即ち平面視で主軸ヘッド５０の連結部５１の移動領域に重なる位置である。カム体５８ｂは、主軸ヘッド５０が最も上側まで移動した場合、連結部５１の凹部５１ａ内に位置し、左右方向において、全体が、連結部５１の内面に対向する。これにより、Ｚ軸移動装置３１及び主軸ヘッド５の間隔を狭くし、且つ工作機械１００におけるクランプ機構の配置領域を担保できる。
【００４０】
アーム５７の他辺５７ｂのローラ５７ｅは、カム体５８ｂに対するカムフォロアであり、主軸ヘッド５の上下動に伴ってカム体５８ｂの前端面に当接し、該前端面を回転移動する。
【００４１】
主軸ヘッド５が上昇し、ローラ５７ｅがカム体５８ｂの前端面の下端部を移動した場合、該下端部のテーパ形状に沿って徐々に前側に移動する。これに伴って、アーム５７全体が支持体５７ｄを軸心として前方向に回転し、アーム５７の一辺部５７ａの突出端部は下側に移動する。これにより、ピン５６ｂが下降して、ドローバー５６が下降し、主軸５３に装着した工具３ａが離脱する。
【００４２】
また、主軸ヘッド５が下降し、ローラ５７ｅがカム体５８ｂに接していない場合、ドローバー５６は、コイルばね５６ｃのよる付勢力により上側に移動する。また、クランプフィンガー５６ａは、主軸５３に装着した工具３ａのプルスタッドをクランプする。
【００４３】
以上のとおり、本実施の形態によれば、連結部５１のテーブル２への対向面、即ち連結部５１の下端面５１ｂが、Ｚ軸移動装置３１から主軸支持部５０に向けて、テーブル２側、即ち下側に傾斜しているので、下端面５１ｂ及びＺ軸移動装置３１の間は、凹むこととなる。これにより、主軸ヘッド５が下降した場合、ワークへの主軸ヘッド５の衝突等を抑制することができる。したがって、主軸ヘッド５は、ワークの形状に合わせて、より下側まで移動することができる。これにより、ワークの加工の自由度が向上する。
【００４４】
Ｚ軸レール３２の上端部がＺ軸モータ３６に対向する位置まで上方に延びている。従って、主軸ヘッド５が最も上昇した場合に、上側のスライダ３３がＺ軸モータ３６に対向する位置まで上側に移動することができる。したがって、連結部５１に連結する複数のスライダ３３間の上下方向の距離を、Ｚ軸レール３２がＺ軸モータ３６に対向する長さ分広げることができ、これにより、工作機械１００の剛性を向上し、加工精度を向上することができる。
【００４５】
Ｚ軸螺子軸３４は、コラム３０の二本の支持部３０ａの間に位置し、Ｚ軸レール３２は、支持部３０ａ夫々の突出端部に接続している。また、支持部３０ａがコラムの前面側において、その間の部分により凹状部３０ｂを形成しているので、該凹状部３０ｂにＺ軸螺子軸３４を配することができる。これにより、主軸支持部５０及びＺ軸移動装置３１のＺ軸螺子軸３４の距離を変更せずに、Ｚ軸レール３２及び主軸支持部５０の距離を短縮することができる。したがって、主軸支持部５０及びＺ軸移動装置３１の間に、主軸５３のクランプ機構を配する場合、該機構の構造を変更せずに、Ｚ軸レール３２及び主軸支持部５０の距離を短縮し、工作機械１００の剛性を向上して、加工精度を向上することができる。
【００４６】
Ｚ軸レール３２の上端部は、Ｚ軸モータ３６の上端部よりも下側に位置する。これにより、工作機械１００全体の大きさを変更せずに、上下方向に並ぶ複数のスライダ３３間の距離を、Ｚ軸レール３２がＺ軸モータ３６に重なる長さ分広げ、工作機械１００の剛性を向上し、加工精度を向上することができる。
【００４７】
更に、主軸ヘッド５が上昇した場合に、連結部５１の凹部５１ａに、主軸５３のクランプ機構におけるカム体５８ｂ等を収容できる。したがって、スペースを省くことができ、工作機械１００の大型化を防止できる。
【００４８】
以上説明した実施の形態は本発明の例示であり、本発明は特許請求の範囲に記載された事項及び特許請求の範囲の記載に基づいて定められる範囲内において種々変更した形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１００  工作機械
２  テーブル（固定台）
３０  コラム
３０ａ  支持部（凸条）
３１  Ｚ軸移動装置（支持体）
３２  Ｚ軸レール（レール）
３３  スライダ（摺動体）
３４  Ｚ軸螺子軸（螺子軸）
３５  ナット部
３６  Ｚ軸モータ（モータ）
５  主軸ヘッド（加工主軸装置）
５０  主軸支持部
５１  連結部
５１ａ  凹部
５１ｂ  下端面（対向面）
５３  主軸
【図１】
2018051742.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018051742.tif 000005
【図４】
2018051742.tif 000006
【図５】
2018051742.tif 000007
【図６】
2018051742.tif 000008