(57)【要約】【課題】位置決め時に発生する残留振動を低減して近年の高加減速化の要請に応えることのできる工作機械を提供することを目的としている。【解決手段】工作機械を構成する場合に、コラム３をベッド２上に配置固定し、該コラム３の前面３ｂ′に主軸７を支持する主軸頭６をＺ軸方向に移動可能に配置し、該主軸頭６をこれの重心付近を駆動する左，右一対のＺ軸ボールねじ（主軸駆動軸）２２を上記コラム３の前面３ｂ′にかつ上記主軸頭６の軸線Ｃを含むＹ軸と平行な面に略対称をなすように配設し、もって主軸頭６の重心付近を駆動する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上にサドルを機械正面から見て前後（Ｙ軸）方向に移動可能に配置し、該サドル上にテーブルを左右（Ｘ軸）方向に移動可能に配置し、コラムを上記ベッド上に配置固定し、該コラムの前面に主軸を支持する主軸頭を上下（Ｚ軸）方向に移動可能に配置し、該主軸頭を移動させる左，右一対の主軸駆動軸を上記コラムの前面にかつ上記主軸頭の軸線を含む上記Ｙ軸と平行な面に略対称をなすように配設し、もって上記主軸頭の重心付近を駆動するようにしたことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
請求項１において、上記コラムは、上記テーブルの移動範囲を跨ぐように配置された左，右脚部の上部同士を梁部で接続してなる門形状をなしており、該梁部の前面に、平面視で上記主軸頭の軸線及び左，右の主軸駆動軸の軸線を結ぶ直線が上記Ｘ軸と平行をなしていることを特徴とする工作機械。
【請求項３】
請求項２において、上記コラムの梁部は左，右脚部より機械背面側に偏位しており、機械側面から見て上記主軸頭の軸線が上記脚部と重なっていることを特徴とする工作機械。
【請求項４】
請求項２又は３において、上記梁部は上記ベッドのＹ軸方向略中央部に位置していることを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直に向けて配置された主軸とワークとをＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させつつ上記ワークを加工するようにした工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、立形マシニングセンタでは、図５に示すように、機械正面から見て、固定ベッド６０の後端部にコラム６１を配置固定するとともに、前部にワークＷが載置されるサドル６２をＹ軸（前後方向）方向に移動可能に配設し、該サドル６２上にテーブル６３をＸ軸（左右方向）方向に移動可能に配設し、上記コラム６１の前面に主軸６４が装着された主軸頭６５をＺ軸（上下方向）方向に移動可能に配設した構造が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のマシニングセンタの駆動系では、例えば、図６，図７に示すように、主軸頭６５を２本のガイドレール６７，６７により移動可能に支持し、各ガイドレール６７の間に配置した１本のボールねじ６８により駆動するのが一般的である。なお、６９はボールねじ６８に係合するナットであり、７０は駆動モータである。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−６２６３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の駆動系では、主軸のＺ軸方向送りの高加減速化及び要求位置決め精度の高度化に伴う駆動−伝達−出力系に対する応答性に限界があり、近年のさらなる高加減速化の要求に応えられないという懸念がある。即ち、主軸頭を位置決めする際に図７に矢印で示すような曲げモーメントによる残留振動が発生するおそれがあり、この点での改善が要請されている。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、位置決め時に発生する残留振動を低減して高加減速化の要請に応えることのできる工作機械を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ベッド上にサドルを機械正面から見て前後（Ｙ軸）方向に移動可能に配置し、該サドル上にテーブルを左右（Ｘ軸）方向に移動可能に配置し、コラムを上記ベッド上に配置固定し、該コラムの前面に主軸を支持する主軸頭を上下（Ｚ軸）方向に移動可能に配置し、該主軸頭を移動させる左，右一対の主軸駆動軸を上記コラムの前面にかつ上記主軸頭の軸線を含む上記Ｙ軸と平行な面に略対称をなすように配設し、もって上記主軸頭の重心付近を駆動するようにしたことを特徴とする工作機械である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、上記コラムは、上記テーブルの移動範囲を跨ぐように配置された左，右脚部の上部同士を梁部で接続してなる門形状をなしており、該梁部の前面に、平面視で上記主軸頭の軸線及び左，右の主軸駆動軸の軸線を結ぶ直線が上記Ｘ軸と平行をなしていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２において、上記コラムの梁部は左，右脚部より機械背面側に偏位しており、機械側面から見て上記主軸頭の軸線が上記脚部と重なっていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２又は３において、上記梁部は上記ベッドのＹ軸方向略中央部に位置していることを特徴としている。
【００１１】
【発明の作用効果】
請求項１の発明によれば、主軸頭を駆動する左，右一対の主軸駆動軸を該主軸頭の軸線を含むＹ軸と平行な面と略対称をなすように配設し、もって主軸頭の重心付近を駆動するようにしたので、左，右の主軸駆動軸による仮想駆動位置を主軸頭の重心に略一致させることができ、主軸頭の重心駆動が可能となり、主軸頭を位置決めする際の曲げモーメントによる残留振動の発生を低減できる。その結果、上述の駆動−伝達−出力系に対する応答性を高めることができ、近年のさらなる高加減速化の要請に応えることができる。
【００１２】
請求項２の発明では、コラムをテーブルの移動範囲を跨ぐ門形状とし、該コラムの梁部の前面に主軸頭及び左，右の主軸駆動軸をＸ軸と平行な直線上に位置するように配列したので、左，右の主軸駆動軸の仮想駆動位置と主軸頭の重心とを略一致させることができ、高加減速化の要請により一層応えることができる。
【００１３】
請求項３の発明では、コラムの梁部を左，右脚部より機械背面側に偏位させ、上記主軸頭の軸線を上記脚部に重ねるようにしたので、主軸頭のコラムに対するオーバハングをなくすことが可能となり、それだけ主軸頭の支持剛性を高めることができ、高加減速化に対応できる。
【００１４】
請求項４の発明では、梁部をベッドのＹ軸方向略中央部に位置させたので、主軸頭のオーバハングをなくしつつ主軸頭をベッドの中心部に位置させることができ、加工可能領域を拡大できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１ないし図４は、本発明の一実施形態による立形マシニングセンタ（工作機械）を説明するための図であり、図１〜図４はそれぞれ工具交換装置，パレット交換装置及び切り屑処理装置が搭載された立形マシニングセンタの正面図，右側面図，平面図，背面斜視図である。
【００１７】
図において、１は立形マシニングセンタを示しており、これは機械正面から見て、固定ベッド２上の前後方向略中央部に門形状のコラム３を配置固定するとともに、該コラム３の下方にサドル４をＹ軸（前後）方向に移動可能に配置し、該サドル４上にテーブル５をＸ軸（左右）方向に移動可能に配置し、さらに上記コラム３の前面に主軸頭６をＺ軸（上下）方向に移動可能に配置した構成となっている。この主軸頭６の下端部には主軸７が回転自在に支持されており、該主軸７には工具Ｔが着脱可能に装着されている。
【００１８】
上記立形マシニングセンタ１では、テーブル５に載置されたワーク（不図示）をＸ軸，Ｙ軸方向に、主軸７をＺ軸方向にそれぞれ相対移動させつつ上記工具Ｔによりワークの切削加工を行なうように構成されている。
【００１９】
上記コラム３の背面側には、主軸７に装着された加工済み工具Ｔと、工具マガジン１１に装着された次工程工具Ｔ１とを交換アーム２６により上記コラム３下方の開口Ａを介して自動的に交換する工具交換装置１０が搭載されている。
【００２０】
また上記固定ベッド２の背面側のコラム３の下方には、加工済みワークが載置された前工程パレットＰ１と、次加工ワークが載置された次工程パレットＰ２とを旋回軸３７を介して自動的に交換するワーク交換装置１２が搭載されており、さらに固定ベッド２の底部には、ワーク加工部に供給された切削液を回収するとともに、ワーク加工により発生した切り屑を機外に排出するコンベア４７及びクーラントタンク４８を備えた切り屑処理装置１３が搭載されている。
【００２１】
上記固定ベッド２は、左，右の縦壁２ａ，２ａと、該左，右の縦壁２ａの内側に段付き状に形成されたサドル支持部２ｂ，２ｂと、該左，右のサドル支持部２ｂから段落ち状に形成された略平坦な有底凹部２ｃとを備えている。この有底凹部２ｃはベッド２のＸ軸方向中央部に位置し、かつ背面側及び上側が開放されている。上記固定ベッド２背面の左，右の縦壁２ａ同士はクロス部材８で結合されている。
【００２２】
上記左，右のサドル支持部２ｂの内側縁部にはサドル４をＹ軸方向に案内支持する左，右のＹ軸ガイドレール１５が配置されている。この各Ｙ軸ガイドレール１５は、上記サドル支持部２ｂに固定されたレール１５ａと、上記サドル４の下面に固定されたガイド１５ｂとを摺動自在に係合させた構造となっている。
【００２３】
また上記左，右のサドル支持部２ｂの各Ｙ軸ガイドレール１５の外側にはサドル４をＹ軸方向に駆動する左，右のＹ軸ボールねじ１６，１６が回転自在に配置固定されており、各Ｙ軸ボールねじ１６の前端部には該ボールねじ１６を回転駆動するＹ軸駆動モータ１７，１７が接続されている。
【００２４】
上記サドル４の上面にはテーブル５をＸ軸方向に案内支持する前後一対のＸ軸ガイドレール１８，１８が配置されている。この各Ｘ軸ガイドレール１８は、上記サドル４に固定されたレール１８ａと、上記テーブル５の下面に固定されたガイド１８ｂとを摺動自在に係合させた構造となっている。
【００２５】
また上記サドル４の上面の前，後Ｘ軸ガイドレール１８の間にはテーブル５をＸ軸方向に移動駆動する１本のＸ軸ボールねじ１９が回転自在に配置固定されており、該Ｘ軸ボールねじ１９の左側端部には該ボールねじ１９を回転駆動するＸ軸駆動モータ２０が接続されている。
【００２６】
上記コラム３の前面には、主軸頭６をＺ軸方向に案内支持する左，右一対のＺ軸ガイドレール２１，２１が配置されている。この各Ｚ軸ガイドレール２１は、上記主軸頭６の背面に固定されたレール２１ａと、上記コラム３の前面に固定されたガイド２１ｂとを摺動自在に係合させた構造となっている。
【００２７】
上記コラム３の前面の各Ｚ軸ガイドレール２１の外側には主軸頭６をＺ軸方向に移動駆動する左，右のＺ軸ボールねじ２２，２２が回転自在に配置固定されており、各Ｚ軸ボールねじ２２の上端部には該ボールねじ２２を回転駆動するＺ軸駆動モータ２３，２３が接続されている。
【００２８】
上記主軸頭６には左，右に延びる腕部６ａ，６ａが形成されており、該左，右の腕部６ａには上記Ｚ軸ボールねじ２２に係合するナット２２ａが装着されている。
【００２９】
上記コラム３は、鋳造により一体形成されたものであり、機械正面から見て、テーブル５のＸ軸，Ｙ軸の移動範囲を跨ぐように配置された左，右の脚部３ａ，３ａと、該各脚部３ａの上部同士を一体に接続する梁部３ｂとを有する門形をなしており、この左，右の脚部３ａは固定ベッド２の左，右縦壁２ａの上面に載置固定されている。これによりコラム３の下方にはＹ軸方向に開放され、かつＸ軸方向に幅広の開口Ａが形成されている。
【００３０】
上記左，右の脚部３ａは、機械正面から見て、該脚部３ａの上部３ｄほど主軸頭６側に位置するように傾斜しており、該主軸頭６側ほど上下寸法が大きくなるように概ね三角形状をなしている。また梁部３ｂはこれの上縁と開口下縁が略平行となるように四角形状に形成されている。
【００３１】
上記コラム３は、平面から見て、梁部３ｂが左，右脚部３ａ，３ａより機械背面側に偏位するように大略弓形状をなすように形成されており、該梁部３ｂの前面３ｂ′は左，右脚部３ａの前後方向中心を通る脚部中心線Ｃ１と略一致している。また上記梁部３ｂは固定ベッド２のＹ軸方向略中央に位置しており、左，右脚部３ａは前側に位置している。上記梁部３ｂの前面３ｂ′には上記主軸頭６及び左，右のＺ軸ボールねじ２２を収納する収納凹部３ｃが形成されている。
【００３２】
そして上記左，右のＺ軸ボールねじ（主軸駆動軸）２２，２２は、上記主軸頭６の軸線Ｃを含むＹ軸と平行な面に対称をなすように配置されており、これにより主軸頭６の重心付近を駆動するように構成されている。
【００３３】
上記主軸頭６及び左，右のＺ軸ボールねじ２２，２２はこれらを結ぶ線Ｃ２上に配列されており、該結ぶ線Ｃ２は上記脚部中心線Ｃ１と平行で、かつ若干背面側に偏位している。
【００３４】
また側面視で、テーブル５のＹ軸ストロークの略中央では上記主軸頭６の軸線ＣにＸ軸ボールねじ１９の軸線が直交している。また正面視で上記Ｙ軸ボールねじ１６，１６の仮想駆動位置Ｙは上記主軸軸線Ｃに直交し、かつサドル４の重心に大略一致している。これにより主軸７のワーク加工点にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のそれぞれの駆動点を近づけた構成となっている。
【００３５】
本実施形態では、主軸頭６を駆動する左，右一対のＺ軸ボールねじ２２，２２を該主軸頭６の軸線Ｃを含むＹ軸に平行に面対称をなすように配置したので、左，右のＺ軸ホールねじ２２，２２の仮想駆動位置を主軸頭６の重心に略一致させることができ、主軸頭６の重心駆動が可能となり、これにより主軸頭６を位置決めする際の曲げモーメントによる残留振動の発生を低減できる。その結果、駆動−伝達−出力系に対する応答性を高めることができ、近年のさらなる高加減速化の要請に応えることができる。
【００３６】
本実施形態では、上記主軸頭６の主軸軸線Ｃと直交するようにテーブル５を駆動するＸ軸ボールねじ１９を配置し、サドル４を駆動する一対のＹ軸ボールねじ１６，１６の仮想駆動位置Ｙを主軸軸線Ｃと直交させたので、テーブル５上面の加工位置近傍に各軸方向における仮想駆動位置を配置することができ、上記同様に駆動−伝達−出力系に対する応答性を高めることができる。
【００３７】
本実施形態では、コラム３をテーブル５の移動範囲を跨ぐように形成された左，右脚部３ａ，３ａの上部同士を梁部３ｂ接続してなる門形状とし、該梁部３ｂの前面３ｂ′に主軸頭６及び左，右のＺ軸ボールねじ２２，２２をＸ軸と平行な直線Ｃ２上に配置したので、左，右Ｚ軸ボールねじ２２の仮想駆動位置と主軸頭６の重心とを略一致させることができ、高加減速化の要請により一層応えることができる。
【００３８】
上記コラム３の梁部３ｂを左，右脚部３ａより機械背面側に偏位させ、上記主軸頭６の主軸軸線Ｃを上記左，右脚部３ａに重なるようにしたので、主軸頭６のコラム６に対するオーバハングをゼロにすることができ、それだけ主軸頭６の支持剛性を高めることができ、高加減速化に対応できる。
【００３９】
本実施形態では、上記梁部３ｂを固定ベッド２のＹ軸方向略中央部に位置させたので、主軸頭６を固定ベッド２の中心部に位置させることができ、加工可能領域を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による立形マシニングセンタを説明するための正面図である。
【図２】上記立形マシニングセンタの右側面図である。
【図３】上記立形マシニングセンタの平面図である。
【図４】上記立形マシニングセンタの背面斜視図である。
【図５】従来の一般的な立形マシニングセンタの概略図である。
【図６】従来の一般的な駆動系を示す平面概略図である。
【図７】従来の駆動系を示す側面概略図である。
【符号の説明】
１      立形マシニングセンタ（工作機械）
２      固定ベッド
３      コラム
３ａ    脚部
３ｂ    梁部
４      サドル
５      テーブル
６      主軸頭
７      主軸
１６    Ｙ軸ボールねじ（サドル駆動軸）
１９    Ｘ軸ボールねじ（テーブル駆動軸）
２２    Ｚ軸ボールねじ（主軸駆動軸）
Ｃ      主軸軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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