(57)【要約】  本発明は、ワーク、工具又は工具主軸のためのキャリア装置を有する工作機械であって、機械スタンドにおいて案内される２つのキャリッジ（２６，２７）に枢動可能に収容され、第１の軸（Ｘ）の周りを水平位置から垂直位置へ枢動可能なコンソール（２５）を備える工作機械に関する。ワーク又は工具主軸のためのキャリア（５１）がコンソール（２５）上に配置され、駆動装置が、機械に固定されたガイドレール上の両キャリッジ（２６，２７）の同期変位のために設けられる。本発明によれば、コンソールは、両キャリッジ（２６，２７）に支持されるとともに２本のクランク状アーム（４３，４４）を介して固定機械部分（２，３）にヒンジによって取り付けられる。
2011528996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク及び工具のためのキャリア装置を有する工作機械であって、
第１の軸（Ｘ）周りに枢動可能で、且つ前記機械スタンド（１）において案内されるキャリッジ（２６，２７）上に収容されるコンソール（２５）と、
前記コンソール（２５）上に配置される、ワーク又は工具のためのキャリア（５１，６２）と、
前記キャリッジを第２の軸（Ｙ）に沿って変位させるための駆動装置（３７，３８）と
を含む工作機械において、
前記コンソール（２５）は、前記コンソール（２５）上に配置される前記キャリア（５１；６２）をキャリッジ（２６，２７）の直線運動によって且つ前記コンソール（２５）の固定機械部分（２，３）に対する動的な連結によって様々な動作位置へ枢動できるように、両キャリッジ（２６，２７）に支持されるとともにクランク状アーム（４３，４４）を介して前記機械部分（２，３）にヒンジによって取り付けられていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
枢動ブリッジとして形成された前記コンソール（２５）が、その前方端部において、２つの側方回転軸受（３３，３４；３７，３８）を介して、２つの側方キャリッジ（２６，２７）に支持されてい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】
前記両キャリッジ（２６，２７）が、横断支持体を介して互いに固定接続され、寸法安定性のあるキャリッジ構造体の一部を形成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】
前記クランク状アーム（４３，４４）の自由端が、前記機械スタンド（１）の前記側壁（２，３）において回転軸受（４５〜４８）に支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械。
【請求項５】
前記クランク状アーム（４３，４４）が、湾曲形状を有し、且つ、その一端には内側を向く軸受ブッシュ（４１，４２）を、その他端には外側を向く軸受ブッシュ（４５，４６）を有することを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
【請求項６】
前記コンソール２５における前記クランク状アーム（４３，４４）の前記軸受（３９〜４２）が、前記キャリッジ（２６，２７）における前記コンソール（２５）の前記回転軸受（３３，３４；３７，３８）に対して所定の距離を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の工作機械。
【請求項７】
前記コンソール（２５）における前記クランク状アーム（４３，４４）の前記軸受（３９〜４２）と、前記コンソール（２５）における前記キャリッジ（２６，２７）上の前記コンソール（２５）の前記回転軸受（３３，３４；３７，３８）とが共通面に位置していることを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
【請求項８】
前記コンソールが、関節状に、前記機械スタンド（１）の前記固定機械部分に単一の関節状支柱（ストラット）を介して動的に連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械。
【請求項９】
前記キャリッジ構造体（２６，２７）が、前記機械スタンド（１）の前記側壁（２，３）と台座（５５，５６）上のスタンド前部（４）の前記側壁（２０，２１）とに取り付けられたガイドレール（３０，３１；５７，５８）上をモータによって変位させることができることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の工作機械。
【請求項１０】
前記ガイドレール（３０，３１）が水平面上をＹ座標軸方向に延びていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の工作機械。
【請求項１１】
前記ガイドレールが前方下端から後方上端へと鋭角に傾斜するように延びていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の工作機械。
【請求項１２】
保持手段（６２）がワークを旋回させるためにコンソール（２５）に設けられていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の工作機械。
【請求項１３】
前記保持手段（６２）が、ワーク又は工具をクランプすることができる回転駆動可能なチャック状に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の工作機械。
【請求項１４】
少なくとも１つの電動リニアモータ（２３，３５；２４，３６）が、前記キャリッジ構造体（２６，２７；５９，６０）の直線移動のための駆動アセンブリとして設けられていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の工作機械。
【請求項１５】
同期された２つの電動リニアモータ（２３，３５；２４，３６）が、前記機械スタンド（１）の前記側壁（２，３）の内面における面取りされた台座上に、同じ傾斜角度で互いに反対方向に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１４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、工具又は工具主軸のためのキャリア装置を有する工作機械であって、第１の軸の周りを枢動可能で且つ少なくとも１つの側方キャリッジに支持されるコンソールと、ワーク又は工具主軸のために前記コンソール上に配置されるキャリアと、キャリッジを直線移動させるための駆動装置とを備える工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
チャッキング装置において自在な（ユニバーサルな）多軸加工を複雑なワークに施すために、ワークテーブル上に挟持されたワークを水平位置から垂直位置へ、あるいはその逆方向に、９０度枢動させることができるキャリア装置及びワークテーブル配置構造が様々な形態で長く知られている。ワークテーブル配置構造に回転駆動可能な回転テーブルが含まれる場合、モータ駆動によるこれらの枢動動作によって５軸加工を施すことができる。つまり、連続的な動作で加工工具をワークの上面及び全ての側面のそれぞれに接近させ一面ずつ加工することができる。
【０００３】
特許文献１には、ワークに対して５軸加工を施せるように構成されたボール・フライス盤が開示されている。このボール・フライス盤は、ワークテーブル配置構造を有する一般的なキャリア装置を備えている。ワークテーブルはモータによって水平位置から垂直位置へと枢動させることができ、且つ傾いた位置へ枢動させることも可能である。このキャリア装置において、その内部には、機械フレームの両側壁に隣接して台座上のガイドレールが設けられており、その上に、２つのキャリッジが、電動リニアモータによって同期的に変位可能となるように配置されている。両キャリッジには、ブリッジ状のコンソールが枢動可能に支持されており、このコンソールの、枢動軸に対してオフセットした中央部に、回転ワークテーブルのための支持体が形成されている。両キャリッジにそれぞれ設置されている直接駆動型の電動モータを用いてブリッジ状のコンソールを枢動させる。このボール・フライス盤は加工ユニットとして縦フライスヘッドを有しており、この縦フライスヘッドは機械フレーム上を水平Ｘ座標軸及び垂直Ｚ座標軸に沿って変位可能にガイドされ、その水平Ｙ座標軸に沿った移動はワークキャリア装置によって行われる。二次元的に安定したキャリッジの両側におけるブリッジ状の枢動コンソールによる支持のおかげで、ワークテーブルの直径が比較的大きい場合でも十分に高い剛性が得られる。しかしながら、例えば、ブリッジ状のコンソールを重量が大きい場合もあるワークテーブル及びチャックされた工具と共に枢動させるためにはキャリッジの２つの電動直接駆動のサイズが非常に大きくなってしまうことから、そのテーブル配置構造による比較的高い空間要求とそのための相当な技術努力が欠点となる。
【０００４】
上記に加えて、特許文献２には、ワークを５軸加工するように構成され、その機械スタンドが離間した２つの平行な側壁を有するガントリー構造型のボール・フライス盤が開示されている。枢動可能なワークキャリア装置がこれら側壁の間に設けられており、そのブリッジ状の枢動コンソールが、回転駆動可能なワーク回転テーブルを搬送し、且つ機械スタンドの側壁に２つの側方水平ブッシュを介して直接支持されている。側壁の外部に設置された電動駆動を用いて、コンソールを共通支持軸の周りに枢動させる。このブリッジ状のコンソールは、ワーク回転テーブルが支持される共通回転・支持軸に対してオフセットした中央部を有している。この中央部の両側は、側壁に設けられた軸受ブッシュの内端に固定接続されている。前記枢動可能なワークキャリア装置の代わりに、両側壁の下側の領域の内側に形成された台座に側方から取り付けられる固定ワークテーブルをこの公知のボール・フライス盤に用いてもよい。
【０００５】
ワークに５軸フライス加工を施すための別の工作機械が国際出願第２００６／０７２３５６号に記載されている。この工作機械に用いられるワークテーブルは、回転・枢動ユニットを有しており、その回転ユニットは中央領域に設けられたポケット状の凹部に配置されている。回転ユニットは、枢動ユニットに対してその前面において側方傾斜支持体を介して固定接続されている。この回転ユニットのポケット状凹部への配置によって、ワークテーブル配置構造の全体的な構造高さが低くなると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第１８８２５４４号明細書
【特許文献２】欧州特許第０７１２６８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、必要とするスペースが小さく、駆動技術に関する簡単な構造と高い剛性を有し、且つ高速な調整を可能とする、ワーク及び工具あるいは工具主軸のためのキャリア装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、本発明によって、コンソールを、キャリッジ構造体に支持させるとともに、機械本体の固定部品に対してクランク状アーム又はヒンジ支持体を介して関節状に連結させることにより達成される。
【０００９】
技術的に言うと、本発明に係るキャリア装置は、ワークテーブルをその水平位置から傾斜又は垂直位置へ、あるいはその逆方向に、調節するための回転駆動が不要なため、構造が簡単になる。ワークテーブルとのコンソールの水平位置から傾斜、垂直又は横転位置（ティップ・オーバー位置）への（あるいはその逆方向の）調整・枢動移動は、機械本体に取り付けられた側方ガイドレール上の、好ましくは機械スタンドの側壁内面に設けられた台座上の、キャリッジ構造体の直線移動によって達成される。コンソールの両側のキャリッジ構造体への回転支持と、当該回転支持から離間されたブリッジ状のコンソールの、機械本体の固定部品、例えば、機械スタンドの側壁へのクランク状動作アームを介した連結とによって、動的な連結が得られる。この動的な連結の過程で、コンソールが、その上に支持されたワークテーブルと共に、垂直配置（横転位置（ティップ・オーバー位置）も可能）に達するまで、初期の水平位置から徐々に傾斜する傾斜位置をとる。コンソールを枢動させるために直線駆動のみを必要とし、その他の回転駆動が不要となる。その結果、駆動技術に関して構造を相当簡略化できるとともに製造コストを減らすことができ、また、かさ張る回転駆動を省略できるので、必要な空間を小さくすることができる。
【００１０】
本発明の適切な実施例によれば、２つのクランク状アームが設けられ、その自由なアームが、機械本体の固定部品を形成する機械スタンドの側壁に設けられた回転軸受に支持される。この支持によって簡単な構造の部品を用いることが可能になり、また支持体の高い剛性を得られる。適切には、クランク状アームの自由端部のこれらの軸受は、切り屑の堆積から大部分が保護されるように、ワークキャリア装置上方で機械スタンドの側壁に配置される。
【００１１】
クランク状アームは、その剛性を高め自由空間に懸架できるように、湾曲形状を有し、その一端には、コンソールにおける軸受配置構造の一部である、内方つまり内側を向く軸受ブッシュが設けられるとともに、その他端には、スタンドの各側壁における軸受配置構造の一部である、外方つまり外側を向く軸受ブッシュが設けられている。
【００１２】
テーブル配置構造の水平位置及び傾斜又は垂直位置への所望の調整移動を実現するために、コンソールにおけるクランク状アームの軸受はキャリッジ上のコンソールの軸受配置構造に対して所定の距離に位置し、クランク状アームの長さはコンソールにおけるベアリング間のこの距離と適合している。適切には、コンソールにおけるクランク状アームの軸受と、キャリッジ上のコンソールの軸受配置構造とは、共通の水平面上にあり、それによってコンソールの高さを低くすることができ、それに対応して必要なスペースが少なくて済む。
【００１３】
本発明のさらに有利な実施例によれば、電動リニアモータをキャリッジ構造体の直線移動のための駆動装置として用いるが、ここで圧力流体シリンダや主軸駆動（ボールスクリュー駆動）等の従来のリニア駆動も同様に用いることが可能である。電動リニアモータを用いる場合には、その板状の一次側及び二次側部材を好ましくは反対方向に傾斜した状態で機械本体に配置することによって、頑丈で、かつ場合によっては自動調芯（セルフセンタリング）も可能な、コンソールのレストを形成できる。
【００１４】
本発明の基本的な技術的側面は、コンソールが直線的に変位可能なキャリッジ構造体に枢支され、さらに、例えばクランク状ヒンジ支持体を介して機械本体の固定部品に連結されていることにある。これにより、キャリッジ構造体の直線移動によって、コンソールの回転軸受も直線的に移動する。同時に、コンソールの機械本体への動的な連結によってコンソールがその上面に取り付けられた受けテーブルと共に枢動し、このテーブルが、水平に、または傾斜して、あるいは垂直に、それぞれ所望の動作位置へ調整される。
【００１５】
コンソールが側方軸受ピンを介して枢支される２つの別の側方キャリッジであって、各キャリッジがそれ自身のガイドレール上を走ると共に同期的に移動するための手段が設けられた、側方キャリッジを設けてもよい。それとは別に、当該２つの側方キャリッジは、例えば横断支持体、バー等によって互いに固定接続されていてもよく、その結果固定的に組み立てられたキャリッジ構造体が得られる。この場合、キャリッジ構造体の中央部分において、例えば単一の電動リニアモータや従来のリニア駆動の形状をした単一の駆動アセンブリを用いることが可能である。
【００１６】
キャリッジ構造体のためのガイドレールは、Ｙ座標軸方向に水平に、機械スタンドの側壁に平行に延ばしてもよい。この場合、例えば同期電動リニアモータ等の駆動を作動させると、キャリッジ構造体は水平面上を並進移動する。しかし、適切な変形例においては、ガイドレールは機械スタンドにおいて鋭角に傾斜した状態で、すなわち前面から後方に上昇するように配置される。これにより、キャリッジ構造体はコンソール及びワークテーブルと共に、それらの移動に沿って持ち上げられる。つまり、ワークテーブルを、水平位置から垂直位置へ、あるいはその逆方向に、より迅速に変位させることができる。
【００１７】
本発明の他の実施例において、キャリア装置は、回転又は非回転ワークテーブルの代わりに、比較的短いワークや旋盤チゼルあるいはフライス主軸をクランプするためのホルダを含む。これにより、垂直及び水平の旋削及びフライス作業を行うことができる。コンソールに取り付けられる保持装置としては、例えば、旋回工具等をその工具軸にクランプするいわゆるクランプチャックでもよい。このような場合、加工ユニット、つまり工作機械のフライスヘッドを利用して、旋削作業が施される（短い）ワークを保持することができる。
【００１８】
本発明の更なる利点や詳細については、図面を参照することにより、以下の実施例の説明から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るキャリア装置の実施例を備える工作機械の概略斜視図であって、Ａはキャリア装置が水平位置にある状態を、Ｂはキャリア装置が垂直位置にある状態をそれぞれ示す図。
【図２】図１に示す本発明のキャリア装置の概略斜視図であって、Ａはキャリア装置が水平位置にある状態を、Ｂはキャリア装置が垂直位置にある状態をそれぞれ示す図。
【図３】図１に示す本発明のキャリア装置の分解図。
【図４】本発明に係るキャリア装置の図１に示す実施例の幾つかの段階における機能的原理を概略的に示す図。
【図５】本発明に係るキャリア装置の他の実施例における、図１に示す工作機械を示す図。
【図６】図５に示す実施例の幾つかの段階における機能的原理を概略的に示す図。
【図７】主軸ホルダ及びチャックを備える、本発明に係るキャリア装置の他の実施例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】
図１の斜視図に示すフライス盤はガントリー構造型で実現されるものであり、互いに平行な２つの側壁２，３で形成される高剛性の機械スタンド１と、前方に位置する前部４と、上部カバープレート５とを有する。２つの側壁２，３の上面には、ガイドレール６，７が互いに平行な配向性を有して取り付けられている。これらのガイドレール６，７上を、横方向キャリッジ８がモータによってＹ座標軸の方向に変位可能に案内される。この横方向キャリッジ８の前方垂直面には、２本のガイドレール９，１０が垂直方向に間隔を開けて取り付けられており、これらのガイドレール９，１０によって、水平キャリッジ１１がＸ座標の方向に変位可能に案内される。２本のガイドレール９，１０の間に配置された電動リニアモータ１２を水平キャリッジ１１用の駆動源として用いる。水平キャリッジ１１の前面には、垂直キャリッジ１４がＺ座標軸に沿って変位可能に取り付けられており、ここでも、電動リニアモータが駆動アセンブリとして適切に用いられる。この垂直キャリッジ１４によって、ワーク主軸１６を備える搭載フライスヘッド型の加工ユニット１５を運搬する。
【００２１】
２つの側壁２，３の前面に沿って延在する前部４は、機械側壁２，３と比べて高さの低い２つの側壁２０，２１を有しており、これら２つの側壁２０，２１は機械スタンドの側壁２，３に接続されて全体として高剛性の構造ユニットを形成している。前部４のこれら２つの側壁２０，２１の間の空間には、図２及び３を参照して以下に詳述する本発明に係るキャリア装置２２が設けられている。
【００２２】
キャリア装置２２は、２つの側方キャリッジ２６，２７に軸受配置構造を介して枢動可能に支持されているブリッジ状のコンソール２５を有している。ガイドシュー２８，２９がこれらキャリッジ２６，２７の外面に固定されており、これらシュー２８，２９は、前部４の２つの側壁２０，２１及びスタンド１の側壁２，３の内面に取り付けられているガイドレール３０，３１とそれぞれ協働する。このように、両キャリッジ２６，２７は略水平面においてガイドされる。各キャリッジ２６，２７は、その内面に軸受３３，３４が設けられており、そこにコンソール２５が回転可能に支持されている。電動リニアモータの二次側部材３５，３６がキャリッジ２６，２７の外側傾斜面に取り付けられており、これら二次側部材３５，３６は、前部４の側壁２０，２１に傾斜した状態で配置されている固定一次側部材２３，２４と協働する。２つのキャリッジ２６，２７の内面に設けられた軸受３３，３４の軸受ブッシュは、コンソール２５に一直線上に形成された２つの側方軸受開口３７，３８と係合している。２つのキャリッジ２６，２７は、寸法安定性のあるキャリッジ構造体が得られるように、横断支持体、バー、床板又はその他の適切な部品によって互いに固定接続されていてもよい。頑丈な装置を形成するように組立てられたキャリッジ構造体を並進的に変位させるためには、単一の駆動アセンブリ、例えば、中央に配置される１つの電動リニアモータを用いれば十分であり、それによって技術努力及びコストを減らすことができる。
【００２３】
図３から分かるように、更に２つの軸受開口３９，４０が、図におけるコンソール２５の後端部に設けられており、これら軸受開口３９，４０には、弓型（アーク型）のクランク状アーム４３，４４の下端に設けられた内側を向く軸受ブッシュ４１，４２が収容される。これら２つのクランク状アーム４３，４４の上端には、外側を向く軸受部材４５，４６が設けられており、機械スタンド１の側壁２，３に位置する軸受ブッシュ４７，４８とそれぞれ協働する。図示の２つのクランク状アーム４３，４４の代わりに、コンソールの後部と機械スタンドの横断スチフナとの間に配置される単一のヒンジ支持体のみを用いることも可能である。
【００２４】
図１〜６に示す実施例において、コンソール２５は、ワークを挟持するための回転駆動されるテーブル板５１と、トルクモータでも有効である内部電動直接駆動モータとを有するワーク回転テーブル５０用支持体を形成する。この駆動モータ及び対応する案内・係止部材はそれぞれ、ワークテーブルのリング体５２内に通常のように設置されると共にコンソール２５の対応する凹部５３に収容される。
【００２５】
図１に示す工作機械におけるキャリア装置の上記実施例の機能的原理及び動作モードを、図１及び図２並びに、特に、図４を参照して以下に説明する。
【００２６】
ワークテーブル５１を図１Ａ及び図２Ａに示す水平位置から図１Ｂ及び図２Ｂにそれぞれ示すような垂直位置へ移動させる場合、２つのリニアモータ３５，３６を作動させて２つのキャリッジ２６，２７を図１Ａ及び２Ａにそれぞれ示す前方位置から図１Ｂ及び２Ｂにそれぞれ示すような後方位置へ同期的に変位させる。２つのキャリッジ２６，２７はコンソール２５に対して軸受３３，３７及び３４，３８を介して関節状に接続されているため、コンソール２５もまた２つのキャリッジ２６，２７によって一緒に移動する。これらの軸受の回転軸は、２つのキャリッジ２６，２７がそれぞれのガイドシュー２８，２９を介して側方ガイドレール３０，３１上を案内されるので、同一平面上でオフセットしている。コンソール２５が機械スタンド１の両側壁２，３に対して２つのクランク状アーム４２，４３を介して運動学的に連結されているため、前方の２つのベアリング３７，３８の領域側のコンソール２５の変位運動によってコンソール２５は漸次傾斜するように位置付けられると同時に２つのクランク状アーム４３，４４はそれぞれの端部側支持体において枢動する。このプロセスは、ワークテーブル５１の所望の最終位置、好ましくは図１Ｂ及び図２Ｂに示す垂直位置に達するまで連続的に行われる。
【００２７】
図４Ａ〜４Ｄに、本発明に係るキャリア装置の機能的原理を概略的に示す。図１及び２に示す工作機械の個々の部位と同じ機能を有する構成要素には同じ参照番号を付している。
【００２８】
図４Ａに、コンソール２５及びワーク５１が図１Ａ及び２Ａにも例示されるように水平に配置されたキャリア装置の動作状態を示す。図４には不図示の電動リニアモータ２３，２４；３５，３６を作動させることによって、キャリッジ２７は、機械本体に搭載されて固定されているガイドレール３１上の図４Ｂに示す位置へと変位する。軸受４１を介してコンソール２５の後端部にヒンジで取り付けられているアーム４３が、それぞれの端部が自由な状態で、機械本体の側壁２の固定軸受４５，４７に回転可能に支持されているため、これら２つの側方アーム４３，４４によって、キャリッジ２７の、ひいてはコンソール２５の前端部の移動の結果として、枢動動作が行われる。アーム４３の枢動動作に連動してコンソール２５が移動することにより、コンソール２５、ひいてはコンソール２５に搭載されているワークテーブル５１は傾斜位置につく。コンソール２５の傾斜角度はキャリッジ２７の変位量及び移動にのみ依存しているため、コンソール２５の傾斜角度は図４Ａに示す水平位置と図４Ｄに示す横転位置（ティップ・オーバー位置）との間のどの傾斜角度でも選択できる。図示しない固定手段によってコンソール２５及び／又はキャリッジを所望の中間位置に係止させることができる。電動リニアモータによるキャリッジ２７の連続的で小さな変位によって、コンソール２５及びワークテーブル５１は図４Ｃに示す垂直位置へと達する。レール３１上のキャリッジ２７のこの水平移動が続くと、それらは図４Ｄに示す横転位置（ティップ・オーバー位置）へと達し、この状態でワークに対して簡単な加工工具を用いて特殊な空孔や窪み（インデンテーション）を形成することができる。基本的に、２つのキャリッジを組み合わせて１つの共通テーブル構造体を形成し単一のリニア駆動を用いる変形例によっても同じ機能的プロセスが実現できる。
【実施例２】
【００２９】
図５及び６に示す工作機械は、その技術的概念及び構造に関して、図１に示すフライス盤に対応するものである。従って、重複を避けるために、同じ構成要素には同じ参照番号を付し、ここでは図５及び６に示すフライス盤についての説明を省略する。図３に示す構成要素に本質的に対応する機能部品を有するキャリア装置についても対応する条件を適用する。
【００３０】
図１と図５にそれぞれ示すキャリア装置間の実質的な違いは、図１に示す実施例では２つのキャリッジ２６，２７が一水平面上を移動するようにガイドレール３０，３１がＹ座標軸方向に水平に延びていることにある。それに対して、図５及び６に示す実施例では、２本のガイドレール５７，５８が、図５Ａ及び５Ｂに示すように、前方下端から後方上端へと１０度〜４５度の鋭角で傾斜して延びている。２本のガイドレール５７，５８は機械スタンドの側壁に隣接する２つの側方台座５５，５６に取り付けられている。各ガイドレール５７，５８上を、キャリッジ５９，６０、あるいは、キャリッジ構造体の側部を移動させることができ、ここでキャリッジ駆動としては、図１に示す実施例のような電動リニアモータ、あるいは、例えば圧力流体シリンダやボールスクリュー駆動等の他の適切な駆動アセンブリを用いることができる。図５Ａ及びＢに示すキャリッジ装置のコンソール２５及び回転（又はロータリー）テーブル５１の構成及び支持は図１〜３に示す実施例のそれに対応している。すなわち、どちらの実施例においても、２つのキャリッジ２６，２７又は５９，６０の水平面（図１Ａ及び１Ｂ）又は傾斜面（図５Ａ及び５Ｂ）における並進移動のみによって、コンソール２５を後者のワークテーブル５１と共に図１Ａ又は５Ａに示す水平位置から図１Ｂ又は５Ｂに示す垂直位置へと連続的に枢動させることができる。
【００３１】
図６Ａ〜６Ｄに、図５に示す実施例の動作モードの４段階（例えば図４Ａ〜４Ｃに対応）を概略的に示す。キャリア装置の動作状態６Ａにおいて、キャリッジ５９及び軸受３３はコンソール２５においてキャリアレール５７の前方下端領域に位置し、ワークテーブル５１は水平位置にある。動作状態６Ｂでは、キャリッジ５９，６０及びコンソール２５の軸受３３，３４はガイドレール５７，５８の略中央へと上昇しており、コンソール２５はワークテーブル５１と共に約４０度の傾斜角度で傾斜した位置にある。動作状態６Ｃでは、キャリッジ３３，３４及びコンソール軸受５９，６０はガイドレール５７，５８の後方上端領域へと上昇しており、それによってコンソール２５、そしてワークテーブル５１は、図５Ｂにも示す垂直位置にある。キャリッジ５９，６０がさらに少し移動すると、コンソール２５及びワークテーブル５１が図６Ｄに示す横転位置（ティップ・オーバー位置）に達し、例えば凹部をワークに形成することができるようになる。
【００３２】
図５及び６を参照して説明した上記キャリア装置では、連結／開始角度を増加し、傾斜したガイド上にてキャリッジの移動が行われる。よって、コンソール２５及びワークテーブル５１の枢動に要する直線距離を短くすることができる。これは機械のチップ生産の増加を意味する。さらに、略直線の移動プロセス及び、約−１０度〜＋１２０度というワークテーブルの枢動範囲の増加を達成することができる。
【００３３】
これまで詳細に説明してきたキャリア装置は、公知の形態と比較して、多くの利点を提供する。例えば、ワークテーブルの直線移動及び枢動を合わせることによって、機械スペースを特に好ましく利用することができるようになり、またワークテーブルが垂直位置にある際の作業スペースの制約が小さくて済む。さらに、計測装置と工具又はワークキャリアとの間の熱的にアクティブな距離が短いことによって、高精度を達成することができる。個々の装置の重量が加工形状（マシン・ジオメトリ）に与える影響はほんの少しなので、比較的小さい質量移動によって高い形状精度と高いダイナミクスを達成することができる。キャリア装置を、短いレバーアームを有する離間された合計４つの枢動ジョイントへ左右対称に収容することによって、本発明に係るキャリア装置の高い全体剛性を得ることができる。ブリッジ状のコンソールの特殊な運動学的連結、つまり、一方では、水平又は傾斜するように直線移動させることのできるリニアキャリッジに対する回転軸受を介した連結と、他方では、固定の機械壁に対するクランク状アームを介した連結とによって、キャリッジの移動を計測することにより何ら問題なくワークテーブルをマイナスの角度に配置することができる。さらに、例えば、トルクモータにより駆動されるロータリーワークテーブルや回転主軸の回転軸機能を実現する異なる技術システムを比較的単純に統合していることも利点である。連結部材の形状（ジオメトリ）、例えば、両端に回転可能に支持されるアームの長さや形状並びに枢動ジョイントの位置や距離を適切に選択することによって、工具やワークキャリアを回転軸方向に扱う際の作業スペースの制約を最適化することができる。
【００３４】
４つの「コーナー点」の領域における、ワーク又は工具キャリア及びボックス状コンソール２５のそれぞれの懸架によって、動的負荷の高い条件下においても曲げやねじり量が小さくなり、よって高い剛性を得られる。コンソール及びそれに付随する部品を軽量化することができるので、質量移動は比較的小さくなり、よって高いダイナミクスを得られる。関節状のアームはそれぞれコンソールの後端に配置しヒンジで取り付けてもよいため、パレットを直接取り扱うパレット交換装置を用いることも可能である。
【実施例３】
【００３５】
図１及び２に示すロータリーテーブルの代わりに、特別な工具主軸、例えば、回転主軸や、例えば図７に示す回転加工のためのクランプ装置等を本発明に係るキャリア装置に使用することも可能である。
【００３６】
図７に示すキャリア装置は概して図２の実施例に対応しており、図１及び６にそれぞれ例示する工作機械のいずれかに用いることが可能である。図７に示すこの加工装置において、図１及び２に示す実施例のものと同じ構成要素には同じ参照番号を付す。図１及び２に示す実施例のロータリーテーブル５１の代わりに、図７に示すキャリア装置は、ブリッジ状コンソール２５の上面に配置された、工具又はワークを固定保持するための保持手段６２を有する。この場合に示す保持手段６２は、コンソール２５の上面に支持された円筒体６３を有するクランプチャックとして形成されており、円筒体６３には、３つのチャックジョー６４が１２０度の角度にオフセットし且つ径方向に変位可能なように配置されている。このクランプチャック６２にワーク（不図示）を固定クランプすることができる。クランプチャック６２の円筒体６３は、クランプされたワークに対し回転加工処理を施すために回転駆動、すなわち、コンソール２５に搭載されたあるいは保持手段６２に組み込まれた駆動モータによって適切なように回転駆動することができる。加えて、工具、例えば旋盤チゼルをクランプチャック６２にクランプし、且つ図１及び５に示す工作機械で加工する短いワークをそのフライスヘッド１５，１６に挿入することも可能である。これによって、回転加工をこのワークに施すことができる。
【００３７】
より小さな工作機械を用いてより大きなワークを加工することも可能であり、これは投資コストをより少なくまた部品加工時間をより短くできることを意味し、特に実用的な利点である。ここで、連結運動により、小さな質量移動による非常に高い移動ダイナミクスが可能になる。同タイプのテーブル構造にこれまで必要とされてきた強力な枢動駆動を、本発明によって開発されたキャリア装置では省略することができる。
【図１】
2011528996.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月6日(2011.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク及び工具のためのキャリア装置を有する工作機械であって、
第１の軸（Ｘ）周りに枢動可能で、且つ機械スタンド（１）において案内されるキャリッジ（２６，２７）上に収容されるコンソール（２５）と、
前記コンソール（２５）上に配置される、ワーク又は工具のためのキャリア（５１，６２）と、
前記キャリッジを第２の軸（Ｙ）に沿って変位させるための駆動装置（３７，３８）と
を含む工作機械において、
前記コンソール（２５）は、前記コンソール（２５）上に配置される前記キャリア（５１；６２）をキャリッジ（２６，２７）の直線運動によって且つ前記コンソール（２５）の固定機械部分（２，３）に対する動的な連結によって様々な動作位置へ枢動できるように、両キャリッジ（２６，２７）に支持されるとともにクランク状アーム（４３，４４）を介して前記機械部分（２，３）にヒンジによって取り付けられていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
枢動ブリッジとして形成された前記コンソール（２５）が、その前方端部において、２つの側方回転軸受（３３，３４；３７，３８）を介して、２つの側方キャリッジ（２６，２７）に支持されてい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】
前記両キャリッジ（２６，２７）が、横断支持体を介して互いに固定接続され、寸法安定性のあるキャリッジ構造体の一部を形成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】
前記クランク状アーム（４３，４４）の自由端が、前記機械スタンド（１）の前記側壁（２，３）において回転軸受（４５〜４８）に支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項５】
前記クランク状アーム（４３，４４）が、湾曲形状を有し、且つ、その一端には内側を向く軸受ブッシュ（４１，４２）を、その他端には外側を向く軸受ブッシュ（４５，４６）を有することを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
【請求項６】
前記コンソール２５における前記クランク状アーム（４３，４４）の軸受（３９〜４２）が、前記キャリッジ（２６，２７）における前記コンソール（２５）の前記回転軸受（３３，３４；３７，３８）に対して所定の距離を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の工作機械。
【請求項７】
前記コンソール（２５）における前記クランク状アーム（４３，４４）の前記軸受（３９〜４２）と、前記コンソール（２５）における前記キャリッジ（２６，２７）上の前記コンソール（２５）の前記回転軸受（３３，３４；３７，３８）とが共通面に位置していることを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
【請求項８】
前記コンソールが、関節状に、前記機械スタンド（１）の前記固定機械部分に単一の関節状支柱（ストラット）を介して動的に連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項９】
前記キャリッジ構造体（２６，２７）が、前記機械スタンド（１）の前記側壁（２，３）と台座（５５，５６）上のスタンド前部（４）の前記側壁（２０，２１）とに取り付けられたガイドレール（３０，３１；５７，５８）上をモータによって変位させることができることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１０】
前記ガイドレール（３０，３１）が水平面上をＹ座標軸方向に延びていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１１】
前記ガイドレールが前方下端から後方上端へと鋭角に傾斜するように延びていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１２】
保持手段（６２）がワークを旋回させるためにコンソール（２５）に設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１３】
前記保持手段（６２）が、ワーク又は工具をクランプすることができる回転駆動可能なチャック状に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の工作機械。
【請求項１４】
少なくとも１つの電動リニアモータ（２３，３５；２４，３６）が、前記キャリッジ構造体（２６，２７；５９，６０）の直線移動のための駆動アセンブリとして設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１５】
同期された２つの電動リニアモータ（２３，３５；２４，３６）が、前記機械スタンド（１）の前記側壁（２，３）の内面における面取りされた台座上に、同じ傾斜角度で互いに反対方向に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の工作機械。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
ワークテーブル５１を図１Ａ及び図２Ａに示す水平位置から図１Ｂ及び図２Ｂにそれぞれ示すような垂直位置へ移動させる場合、２つのリニアモータ３５，３６を作動させて２つのキャリッジ２６，２７を図１Ａ及び２Ａにそれぞれ示す前方位置から図１Ｂ及び２Ｂにそれぞれ示すような後方位置へ同期的に変位させる。２つのキャリッジ２６，２７はコンソール２５に対して軸受３３，３７及び３４，３８を介して関節状に接続されているため、コンソール２５もまた２つのキャリッジ２６，２７によって一緒に移動する。これらの軸受の回転軸は、２つのキャリッジ２６，２７がそれぞれのガイドシュー２８，２９を介して側方ガイドレール３０，３１上を案内されるので、同一平面上でオフセットしている。コンソール２５が機械スタンド１の両側壁２，３に対して２つのクランク状アーム４３，４４を介して運動学的に連結されているため、前方の２つのベアリング３７，３８の領域側のコンソール２５の変位運動によってコンソール２５は漸次傾斜するように位置付けられると同時に２つのクランク状アーム４３，４４はそれぞれの端部側支持体において枢動する。このプロセスは、ワークテーブル５１の所望の最終位置、好ましくは図１Ｂ及び図２Ｂに示す垂直位置に達するまで連続的に行われる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図４Ａに、コンソール２５及びワークテーブル５１が図１Ａ及び２Ａにも例示されるように水平に配置されたキャリア装置の動作状態を示す。図４には不図示の電動リニアモータ２３，２４；３５，３６を作動させることによって、キャリッジ２７は、機械本体に搭載されて固定されているガイドレール３１上の図４Ｂに示す位置へと変位する。軸受４１を介してコンソール２５の後端部にヒンジで取り付けられているアーム４３が、それぞれの端部が自由な状態で、機械本体の側壁２の固定軸受４５，４７に回転可能に支持されているため、これら２つの側方アーム４３，４４によって、キャリッジ２７の、ひいてはコンソール２５の前端部の移動の結果として、枢動動作が行われる。アーム４３の枢動動作に連動してコンソール２５が移動することにより、コンソール２５、ひいてはコンソール２５に搭載されているワークテーブル５１は傾斜位置につく。コンソール２５の傾斜角度はキャリッジ２７の変位量及び移動にのみ依存しているため、コンソール２５の傾斜角度は図４Ａに示す水平位置と図４Ｄに示す横転位置（ティップ・オーバー位置）との間のどの傾斜角度でも選択できる。図示しない固定手段によってコンソール２５及び／又はキャリッジを所望の中間位置に係止させることができる。電動リニアモータによるキャリッジ２７の連続的で小さな変位によって、コンソール２５及びワークテーブル５１は図４Ｃに示す垂直位置へと達する。レール３１上のキャリッジ２７のこの水平移動が続くと、それらは図４Ｄに示す横転位置（ティップ・オーバー位置）へと達し、この状態でワークに対して簡単な加工工具を用いて特殊な空孔や窪み（インデンテーション）を形成することができる。基本的に、２つのキャリッジを組み合わせて１つの共通テーブル構造体を形成し単一のリニア駆動を用いる変形例によっても同じ機能的プロセスが実現できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図６Ａ〜６Ｄに、図５に示す実施例の動作モードの４段階（例えば図４Ａ〜４Ｃに対応）を概略的に示す。キャリア装置の動作状態６Ａにおいて、キャリッジ５９及び軸受３３はコンソール２５においてキャリアレール５７の前方下端領域に位置し、ワークテーブル５１は水平位置にある。動作状態６Ｂでは、キャリッジ５９，６０及びコンソール２５の軸受３３，３４はガイドレール５７，５８の略中央へと上昇しており、コンソール２５はワークテーブル５１と共に約４０度の傾斜角度で傾斜した位置にある。動作状態６Ｃでは、キャリッジ５９，６０及びコンソール軸受３３，３４はガイドレール５７，５８の後方上端領域へと上昇しており、それによってコンソール２５、そしてワークテーブル５１は、図５Ｂにも示す垂直位置にある。キャリッジ５９，６０がさらに少し移動すると、コンソール２５及びワークテーブル５１が図６Ｄに示す横転位置（ティップ・オーバー位置）に達し、例えば凹部をワークに形成することができるようになる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図７に示すキャリア装置は概して図２の実施例に対応しており、図１及び５にそれぞれ例示する工作機械のいずれかに用いることが可能である。図７に示すこの加工装置において、図１及び２に示す実施例のものと同じ構成要素には同じ参照番号を付す。図１及び２に示す実施例のロータリーテーブル５１の代わりに、図７に示すキャリア装置は、ブリッジ状コンソール２５の上面に配置された、工具又はワークを固定保持するための保持手段６２を有する。この場合に示す保持手段６２は、コンソール２５の上面に支持された円筒体６３を有するクランプチャックとして形成されており、円筒体６３には、３つのチャックジョー６４が１２０度の角度にオフセットし且つ径方向に変位可能なように配置されている。このクランプチャック６２にワーク（不図示）を固定クランプすることができる。クランプチャック６２の円筒体６３は、クランプされたワークに対し回転加工処理を施すために回転駆動、すなわち、コンソール２５に搭載されたあるいは保持手段６２に組み込まれた駆動モータによって適切なように回転駆動することができる。加えて、工具、例えば旋盤チゼルをクランプチャック６２にクランプし、且つ図１及び５に示す工作機械で加工する短いワークをそのフライスヘッド１５，１６に挿入することも可能である。これによって、回転加工をこのワークに施すことができる。
【国際調査報告】
2011528996.tif 000017
2011528996.tif 000018
2011528996.tif 000019
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