(57)【要約】【課題】従来の門形工作機械では行うことができなかった多面加工や回転加工をできるようにした門形工作機械を提供する。【解決手段】門形工作機械は、ベッド４上に設置されたコラム２と、コラム２を上下に移動するクロスレール６と、クロスレール６上を水平に左右方向に移動するサドル８と、サドル８に搭載された主軸頭１０と、ベッド４上を前後方向に移動するテーブル１２を有する。さらに、門形工作機械は、テーブル１２を前後方向に移動させるＸ軸と、クロスレール６を上下に移動させるＺ軸と、サドル８を左右方向に移動させるＹ軸と、Ｘ軸に平行な旋回軸を中心として前記主軸頭を旋回させるＡ軸と、テーブル１２を回転させて割り出すＣ軸からなる５軸制御機械として構成されている。【選択図】　図１
2004034168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上に設置されたコラムと、このコラムによって水平に支持され当該コラムを上下に移動するクロスレールと、前記クロスレール上を水平に左右方向に移動するサドルと、前記サドルに搭載された主軸頭と、前記ベッド上を前後方向に移動するテーブルを有する門形工作機械において、
前記テーブルを前後方向に移動させるＸ軸と、前記クロスレールを上下に移動させるＺ軸と、前記サドルを左右方向に移動させるＹ軸と、前記Ｘ軸に対して平行な旋回軸を中心として前記主軸頭を旋回させるＡ軸と、前記Ｚ軸に対して平行な旋回軸を中心として前記テーブルを回転させて割り出すＣ軸からなる５軸制御としたことを特徴とする門形工作機械。
【請求項２】
前記Ａ軸は、
主軸頭と、
当該主軸頭を保持し支持軸を中心に旋回可能に前記サドルに取り付けられた主軸頭旋回保持体と、
旋回駆動用モータにより駆動され、前記主軸頭旋回保持体の上端部の旋回円弧軌跡に対して弦をなす位置に設けられた直線送り軸を有する旋回駆動手段と、
前記サドル上を左右方向に移動し前記直線送り軸の推力を旋回に転換して前記主軸頭旋回保持体に伝える横移動体と、
前記主軸頭旋回保持体と前記横移動体を連結するとともに、前記直線送り軸上の横移動体の位置と前記横移動体の旋回円弧軌跡上の位置との間の不整合を補償可能にする連結手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の門形工作機械。
【請求項３】
前記連結手段は、
前記横移動体に取り付けられるとともに前記主軸頭旋回保持体に摺動自在に係合する係合子と、
前記横移動体に固定された軸に対して前記係合子を傾動可能に接続する軸継手と、
前記主軸頭旋回保持体での前記係合子の旋回半径方向の移動を案内する半径方向ガイド部と、
からなることを特徴とする請求項２に記載の門形工作機械。
【請求項４】
前記テーブルは、１°もしくは５°ごと３６０°割り出し可能なインデックステーブルまたは１°以下の割り出しが可能なロータリテーブルであることを特徴とする請求項１に記載の門形工作機械。
【請求項５】
前記テーブル上に搭載するパレットを自動交換する自動パレット交換装置と組み合わせたことを特徴とする請求項１に記載の門形工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋回可能な主軸頭を有する門形工作機械に関し、特に、主軸頭旋回型多軸門形工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多軸制御工作機械には、主軸の方向が立軸、横軸の他に、主軸を傾けることのできる斜軸の工作機械があり、これには、主軸頭旋回式工作機械と、テーブル傾斜式工作機械がある。
【０００３】
主軸頭旋回式は、主として比較的大きなワークを加工対象とする工作機械向けに開発されてきている。テーブル傾斜式は、比較的小さなワークを加工対象とする工作機械に採用されている。
【０００４】
従来の主軸頭旋回式の工作機械は、主軸頭を旋回させる機構として、主軸頭をラムやサドルに旋回軸によって旋回可能に支持するとともに、旋回駆動用のモータの動力をウォームホイールとウォーム、あるいは扇形ギアとダブルピニオンなどの歯車機構により旋回軸に伝達する動力伝達機構を設けている。
【０００５】
従来のウォームホイールとウォーム、扇形ギアとダブルピニオンなど、歯車の噛み合わせによって主軸頭を旋回させるものでは、構造が複雑になり、歯車による動力伝達機構上、駆動系の剛性を大きく取ることが難しいという問題がある。このことから、搭載する主軸ユニットの大きさに制限を受け、剛性面で不利であった。また、主軸頭を大型することができないことから、主軸モータとして主軸頭に搭載できるモータの大きさに制約があり、大出力のモータを採用できないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
主軸頭がクロスレールに設置されている門形工作機械は、高剛性な構造を特徴としている大型の工作機械である。主軸頭旋回式は、上述したように、主軸頭の剛性が低いこと及び主軸モータの出力が制限されることから、従来の門形工作機械では加工能力を十分に発揮できなかった。
【０００７】
また、従来の門形工作機械では、テーブルはプレーンタイプが一般的であり、ワークの多面加工や回転加工を行うことが出来なかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、高剛性の主軸頭旋回構造を有し、主軸頭に大出力の主軸モータを有する主軸ユニットを搭載することができる門形工作機械を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、従来の門形工作機械では行うことができなかった多面加工や回転加工をできるようにした門形工作機械を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ベッド上に設置されたコラムと、このコラムによって水平に支持され当該コラムを上下に移動するクロスレールと、前記クロスレール上を水平に左右方向に移動するサドルと、前記サドルに搭載された主軸頭と、前記ベッド上を前後方向に移動するテーブルを有する門形工作機械において、テーブルを前後方向に移動させるＸ軸と、前記クロスレールを上下に移動させるＺ軸と、前記サドルを左右方向に移動させるＹ軸と、前記Ｘ軸に対して平行な旋回軸を中心として前記主軸頭を旋回させるＡ軸と、前記Ｚ軸に対して平行な旋回軸を中心として前記テーブルを回転させて割り出すＣ軸からなる５軸制御としたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、前記Ａ軸が、主軸頭と、当該主軸頭を保持し支持軸を中心に旋回可能に前記サドルに取り付けられた主軸頭旋回保持体と、旋回駆動用モータにより駆動され、前記主軸頭旋回保持体の上端部の旋回円弧軌跡に対して弦をなす位置に設けられた直線送り軸を有する旋回駆動手段と、前記サドル上を左右方向に移動し前記直線送り軸の推力を旋回に転換して前記主軸頭旋回保持体に伝える横移動体と、前記主軸頭旋回保持体と前記横移動体を連結するとともに、前記直線送り軸上の横移動体の位置と、前記横移動体の旋回円弧軌跡上の位置の間の不整合を補償する連結手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る門形工作機械では、好ましくは、前記テーブルは、１°もしくは５°ごと３６０°割り出し可能なインデックステーブルまたは１°以下の割り出しが可能なロータリテーブルから構成される。
【００１３】
また、本発明に係る門形工作機械は、前記テーブル上に搭載するパレットを自動交換する自動パレット交換装置と組み合わせることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による門形工作機械の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明が適用される門型マシニングセンタの外形を示す図で、図２は、門形工作機械の正面図である。図１において、参照符号２はコラムを示し、４はベッドを示している。
【００１５】
コラム２には、クロスレール６（図１では蛇腹カバーで覆われている）が水平に架設され、このクロスレール６は、上下方向に昇降することができる。このクロスレール６には、サドル８が水平方向左右に移動可能に設置されている。主軸頭１０は、モータビルトイン式の主軸ユニットを備え、サドル８に取り付けられている。ベッド４（図１では入子式のカバーで覆われている）上には、テーブル１２が配置されている。このテーブル１２は、パレット１４を搭載して前後方向に移動する。図１において、Ｘ軸はテーブル１２を前後方向に送る制御軸で、Ｙ軸はサドル８を左右方向に送る制御軸で、Ｚ軸はクロスレール６を上下方向に送る制御軸である。図１の門型マシニングセンタでは、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が直線軸である。
【００１６】
そして、本発明に係る門形マシニングセンタでは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて、主軸頭１０を旋回軸を中心に左右に最大３０°旋回させ、テーブル１２が１°ごとに角度を割り出すことができるインデックステーブルとなっている。また、テーブル１２として、１°以下の角度で連続的に角度を割り出すことができるロータリテーブルを搭載することもできるようになっている。主軸頭１０の旋回を制御する制御軸がＡ軸で、テーブル１２の割り出しを制御する制御軸がＣ軸である。したがって、本発明に係る門形マシニングセンタは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びＡ軸、Ｃ軸の５軸制御の工作機械である。ここでＣ軸は、ロータリテーブルが搭載されたときの制御軸である。
【００１７】
図１において、クロスレール６を上下方向に移動させるＺ軸の送り機構を駆動するサーボモータが、コラム２の上部の左右にそれぞれ配置されたＺ軸モータ１５ａ、１５ｂである。１６ａ、１６ｂは、コラム２の移動を案内するガイドレールである。Ｚ軸の送り機構は、この種の門形工作機械で周知のボールねじ機構が用いられているもので、図示は省略されている。
【００１８】
次に、図３は、クロスレール６とサドル８の協働関係を示す側面図である。
【００１９】
クロスレール６の上下両側には、転がり案内を構成する一組のガイドレール１８ａ、１８ｂが、Ｙ軸送り機構を構成するＹ軸ボールねじ２０と平行に延びるように敷設され、クロスレール６の長手方向、すなわち水平方向に延びている。ガイドレール１８ａ、１８ｂには、それぞれサドル８に取り付けられた転がり案内ユニット２０ａ、２０ｂが係合している。なお、すべり案内ユニット２２ａ、２２ｂが従たる案内として転がり案内と組み合わせて設けられている。
【００２０】
Ｙ軸ボールねじ２０は、Ｙ軸サーボモータ２３（図２参照）により駆動される。この実施形態の場合、図２に示すように、サドル８の移動ストロークは、テーブル１２の幅を十分にカバーする長さになっている。
【００２１】
次に、図３及び図４を参照しながら、主軸頭１０の旋回軸および旋回駆動機構について説明する。
主軸頭１０は、主軸頭旋回保持台２４に固定されており、この主軸頭旋回保持台２４は、旋回軸２５を介してサドル８に取り付けられている。この場合、主軸頭旋回保持台２４の下部には旋回軸受２６が取り付けられ、サドル８に固定されている旋回軸２５は、旋回軸受２６によって支承されている。したがって、主軸頭１０は主軸頭旋回保持台２４と一体となって、旋回軸２５を中心に左右に旋回可能であるともに、主軸頭１０および主軸頭旋回保持台２４の全重量は、旋回軸２５および旋回軸受２６が支える構造となっている。
【００２２】
次に、主軸頭１０に旋回動作を与える旋回駆動機構３０について説明する。
旋回駆動機構３０は、旋回軸２５とは独立させてサドル８の上部に配置されている。この旋回駆動機構３０は、ボールねじ機構からなる直線送り軸の推力を旋回力に転換する機構であり、旋回駆動用のＡ軸サーボモータ３２と、Ａ軸ボールねじ３３と、横移動体３４と、から基本的に構成されている。
【００２３】
Ａ軸ボールねじ３３は、Ａ軸サーボモータ３２によって駆動される。このＡ軸ボールねじ３３は、その両端部を軸受３５ａ、３５ｂによって回転自在に支持されて、主軸頭旋回保持体２４の上端部の旋回円弧軌跡の水平な弦をなす位置でサドル８に配置されている。Ａ軸ボールねじ３３に螺合するボールナット３６は、横移動体３４に一体的に組み込まれている。この横移動体３４の左右方向の直線移動を案内する横ガイド３７がサドル８の上端部に配置されており、この横ガイド３７には、横移動体３４に取り付けられたスライダ３８が摺動自在に係合している。
【００２４】
横移動体３４は、直線送り軸から与えられる推力を旋回力に転換して主軸頭旋回保持体２４に伝えるために、主軸頭旋回保持台と以下のように構成される連結機構を介して連結されている。
【００２５】
主軸頭旋回保持台２４の上部には連結部４０が設けられており、この連結部４０に、係合子４２が摺動自在に係合するようになっている。この実施形態では、連結部４０には、係合子４２の幅に対応する幅の凹部が形成され、この凹部の両側に旋回半径方向の係合子４２の移動を案内するガイド４１ａ、４１ｂが設けられ、係合子４２は、ガイド４１ａ、４１ｂに沿って摺動する。
【００２６】
係合子４２は、横移動体３４に固定されている軸４３を介して横移動体３４に取り付けられており、係合子４２と軸４３とは軸継手４４を介して結合することで、係合子４２は回転可能になっている。
【００２７】
このように係合子４２を連結部４０に摺動かつ回転可能に係合させることで、Ａ軸ボールねじ３３軸上の横移動体３４の位置と、旋回軸２５を中心とする横移動体３４の旋回円弧軌跡上の位置との不整合を補償する旋回補償手段を付加した連結機構が構成されている。
【００２８】
図５は、主軸頭旋回保持台２４が直立した姿勢にある位置から旋回した場合の、旋回補償手段の作用を示す図である。
【００２９】
図５において、参照符号４６は、旋回軸２５を中心とする横移動体３４の旋回円弧軌跡を示す。横移動体３４がＡ軸サーボモータ３２に駆動されると、横移動体３４そのものは、Ａ軸ボールねじ３３に送られて直線移動する。
【００３０】
他方、横移動体３４と主軸頭旋回保持台２４を連結する係合子４２の位置が連結部４０に対して固定されている場合には、軸４３は旋回円弧軌跡４６上を移動する。したがってこのままでは横移動体３４は、旋回力を伝えることができないが、上記の旋回補償手段が付加されていることで、横移動体３４の移動とともに主軸頭旋回保持台２４が傾くにつれて、係合子４２が少しずつ回りながら連結部４０を摺動する。これにより、係合子４２の位置と横移動体３４の位置は整合するため、横横移動体３４はＡ軸ボールねじ３３に送られながら、無理な力が作用することなく、旋回力を円滑に主軸頭旋回保持台２４に伝えることができる。
【００３１】
なお、主軸頭旋回保持台２４は、その旋回を旋回ガイド４５によってガイドされ、この実施形態では最大±３０°旋回することが可能である。
【００３２】
次に、図２及び図６を参照しながら、ベッド４上に設けられたテーブル１２について説明する。
【００３３】
ベッド４の上面には、左右両側に一組のガイドレール６０ａ、６０ｂが敷設されている。このガイドレール６０ａ、６０ｂには、テーブル１２の下面に取り付けられた図示しない転がり案内ユニットが係合するようになっている。
【００３４】
図６において、ガイドレール６０ａ、６０ｂと平行にＸ軸ボールねじ６４が設けられている。このボールねじ６４には、テーブル１２の下面に取り付けられているボールナット６５が螺合し、Ｘ軸ボールねじ６４とともにテーブル１２を送るＸ軸送り機構を構成している。このＸ軸送り機構を駆動するサーボモータがＸ軸サーボモータ６６である。
【００３５】
テーブル１２は、テーブルベース６７と、この上で回転可能に設けられたテーブル本体６８とを含み、この実施形態の場合、１°ごと３６０°割り出することができるインデックステーブルとして構成されている。なお、割り出し角度は１°に限るものではなく５°でもよい。
【００３６】
テーブル１２の回転軸６９はラジアルベアリング７０によって支持されており、また、テーブル本体６８は、スラストベアリング７１によって支持されている。図６において、参照符号７２は、テーブル本体６８に取り付けられているリングギアである。このリングギア７２には、図示しないテーブル割出機構が連結され、このテーブル割出機構は、図示しないＣ軸サーボモータによって駆動されるように構成されている。なお、テーブル割出機構は周知のものが採用されているので、その説明は省略する。
【００３７】
テーブル本体６８の上面には、パレット１４が載せされて図示しないパレットクランプ機構によって固定される構造となっている。加工対象のワークは、パレット１４に取り付けられている。
【００３８】
本実施形態による門形工作機械は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。
【００３９】
本発明の門形工作機械では、在来機のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて、主軸頭１０を旋回させるためのＡ軸とテーブル１２を割り出しまたは回転するためのＣ軸を付加した５軸機であることに加えて、主軸頭１０の剛性を高めた旋回機構を備えている。
【００４０】
まず、主軸頭１０の旋回機構については、主軸頭１０の旋回中心となる旋回軸２５を主軸頭旋回保持台２４の下部に配置して、この旋回軸２５で主軸頭１０と主軸頭旋回保持台２４の重量を支える構造とするとともに、Ａ軸ボールねじ３３を用いた直線送り軸からなる旋回駆動機構３０を旋回軸２５とは独立させている。
【００４１】
このような構造とすることにより、Ａ軸の旋回駆動機構３０は構造が簡単で剛性を大きく取ることができ、サドル８に搭載する主軸頭１０の大きさおよび重量に制限を受けないため、門形工作機械本来の剛性の高い主軸頭１０とすることができ、主軸頭１０には、大出力モータを備えた大型の主軸頭を採用することが可能となる。
【００４２】
また、Ａ軸の旋回駆動機構３０を直線軸として上述した旋回補補償手段を設けることで、動剛性を高め、また、直線軸の位置制御と同じようにして主軸頭１０の旋回位置を容易に精度良く制御することができる。
【００４３】
そして、このようなＡ軸をもつ主軸頭１０とＣ軸をもつテーブル１２を組み合わせることにより、加工能力が飛躍的に高まり、また、従来の門形工作機械ではできなかった多面方向の加工や自由曲面の加工が自在に行えるようになる。
【００４４】
なお、テーブル１２については、インデックステーブルに替えて、１°以下の割出や連続回転可能なロータリテーブルを用れば、ロータリミーリング加工が可能となる。
【００４５】
第２実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について、図７を参照して説明する。この第２実施形態では、門形工作機械それ自体は、第１実施形態の図１のものと同一である、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその説明は省略する。
【００４６】
この実施形態は、門形工作機械に自動パレット交換装置をさらに組み合わせた実施の形態である。
図７において、参照符号７２は自動パレット交換装置を示す。この自動パレット交換装置７２のベース７３は、その長さ方向が門形工作機械のベッド４の長さ方向とは直角になるように設置されている。このベース７３の上には、ガイドレール７４を介して移動台７５が載置されている。７６は、移動台７５の送り機構を構成するボールねじで、７７は、ボールねじ７５を駆動するモータである。
【００４７】
移動台７５の上には、パレット台７８ａ、７８ｂが２台設置されている。それぞれパレット台７８ａ、７８ｂには、パレット移動用シリンダ７９ａ、７９ｂとパレットガイド８０が設けられている。パレット移動用シリンダ７９ａ、７９ｂのピストンロッドの先端部にはフック８１が取り付けられ、このフック８１はパレット１４に着脱可能に係合する。このフック８１は、図示しない旋回機構により、パレット１４に着脱可能に係合するようになっている。
【００４８】
図７において、パレット１４は、一台がテーブル１２に載っており、もう一台が一方のパレット台７６ｂに載っている。このパレット台７６ｂの上で待機しているパレット１４では、次に加工するワークについて段取りが行われている。
【００４９】
次に、以上のような自動パレット交換装置７２のパレット交換動作について説明する。
門形工作機械でワークの加工が終了すると、テーブル１２がパレット台７８ａに向かって移動し所定の交換位置で停止する。この交換位置でパレット移動用シリンダ７９ａに取り付けられているフック８１がパレット１４に係合し、パレット移動シリンダ７９ａのピストンロッドが後退してパレット１４はパレット台７８ａに引き込まれることになる。
【００５０】
次いで、モータ７７が起動され、移動台７５を左行させ、他方のパレット台７８ｂを交換位置まで移動させる。すると、パレット移動用シリンダ７９ｂのピストンロッドが延びてそれまでパレット移動台７６ｂにあったパレット１４を前進させてテーブル１２まで送り出す。このパレット１４は、テーブル１２に到達すると図示しないパレットクランプ装置が作動してテーブル１２に強固に固定される。その後、テーブル１２は、加工位置まで移動して、ワークの加工が再開される。
【００５１】
このように自動パレット交換装置７２を設置することで、次に加工するワークの段取りのために門形工作機械を停止させることなく、次々と連続して加工を行うことができる。また、複数の門形工作機械を並べてこれらを自動パレット交換装置につないたシステムを容易に構築することもできる。
【００５２】
なお、自動パレット交換装置７２は、パレット移動用シリンダ７９ａ、７９ｂでパレット１４を移動させるようにしたが、勿論これに限るものではなく、パレット１４が移動させるものであればなんでも良い。また、自動パレット交換装置は、パレット１４が自動で交換できるものであればどのような方式でもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高剛性の主軸旋回構造とし大出力の主軸モータをもった主軸頭を搭載することができ、また、従来の門形工作機械では行うことができなかった自由曲面加工や多面方向からの加工から回転加工まで自在に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による門形工作機械の一実施形態を示す斜視図。
【図２】同実施形態による門形工作機械の正面を示す図。
【図３】門形工作機械のクロスレールとサドルの協働関係を示す側面図。
【図４】主軸頭の旋回構造を示す分解図。
【図５】旋回構造の作用を説明する図。
【図６】門形工作機械のテーブルの構成を示す図。
【図７】他の実施形態による自動パレット交換装置と組み合わせた門形工作機械を示す斜視図。
【符号の説明】
２　コラム
４　ベッド
６　クロスレール
８　サドル
１０　主軸頭
１２　テーブル
１４　パレット
２４　主軸頭旋回保持台
２５　旋回軸
２６　旋回軸受
３０　旋回駆動機構
３４　横移動体
４０　連結部
４２　係合子
７２　自動パレット交換装置
【図１】
2004034168.tif 000003
【図２】
2004034168.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004034168.tif 000006
【図５】
2004034168.tif 000007
【図６】
2004034168.tif 000008
【図７】
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