(57)【要約】【課題】機械全体の大型化を招くことなく主軸の高速移動を可能にして加工時間を短縮できる工作機械を提供する。【解決手段】工具Ｔが装着された主軸２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持してなる加工ユニット３を一方向に配置された複数の加工エリアａ１〜ａ４を有する長尺状のベッド４上に搭載するとともに、該加工ユニット３を上記加工エリア配置方向に移動可能とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が装着された主軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持してなる加工ユニットを一方向に配置された複数の加工エリアを有する長尺状のベッド上に搭載するとともに、該加工ユニットを上記加工エリア配置方向に移動可能と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、上記加工ユニットを上記何れかの加工エリアに位置決めした状態で、上記主軸をＸ軸，Ｙ軸，及びＺ軸方向に移動させることによりワークの加工を行うように構成されていることを特徴とする工作機械。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記加工ユニットは、加工テーブルを跨ぐように上記ベッドに配設され、かつ上記主軸を軸線を略鉛直に向けて支持していることを特徴とする工作機械。
【請求項４】
請求項３において、上記加工ユニットは、上記加工エリア配置方向に見て、上記ベッド上に配置された左，右のコラム本体を前，後のクロスフレームにより結合してなる門形コラムと、該前，後のクロスフレームと左，右のコラム本体とで囲まれた空間内に配置され、Ｘ軸又はＹ軸方向に移動可能に支持された平面視で矩形状のクロスレールと、該クロスレール内にてＹ軸又はＸ軸方向に移動可能に支持された筒状のサドルと、該サドル内にてＺ軸方向に移動可能に支持されたラムとを備えており、該ラムの下端部に上記主軸が装着されていることを特徴とする工作機械。
【請求項５】
請求項１又は２において、上記加工ユニットは、加工テーブルに側方から対向するように上記ベッドに配設され、かつ上記主軸を軸線を略水平に向けて支持していることを特徴とする工作機械。
【請求項６】
請求項５において、上記加工ユニットは、上記加工エリア配置方向に見て、上記ベッド上に配置された前，後のコラム本体を上，下クロスフレームにより結合してなる矩形コラムと、該上，下のクロスフレームと前，後のコラム本体とで囲まれた空間内に配置され、Ｘ軸方向に移動可能に支持された矩形状のクロスレールと、該クロスレール内にてＹ軸方向に移動可能に支持された筒状のサドルと、該サドル内にてＺ軸方向に移動可能に支持されたラムとを備えており、該ラムの先端部に上記主軸が装着されていることを特徴とする工作機械。
【請求項７】
請求項５又は６において、上記加工テーブルは、上記主軸に対向する略垂直な加工位置と、ワークを着脱する略水平な段取り位置との間で回動可能となっていることを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具が装着された主軸をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持してなる工作機械に関し、特に幅広長尺ワークを能率よく加工できるようにした工作機械の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
比較的長尺のワークを加工するためのガントリ形マシニングセンタとして、例えば、特許文献１又は２に記載されたものがある。特許文献１のものは、長尺状のベッド２に門形のコラム７をＸ軸方向に移動可能に配設し、該コラム７のクロスレール７ｃの前面にサドル２５をＹ軸方向に移動可能に配設し、該サドル２５にラム３０をＺ軸方向に移動可能に配設し、該ラム３０に、工具３２が装着された主軸３１を配設した構造となっている。
【０００３】
この種のマシニングセンタでは、ベッド２上に比較的長尺のワークＷを搭載し、コラム７，サドル２５，ラム３０をそれぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させて主軸３１により上記ワークＷに所定の加工を行うようになっている。
【特許文献１】特開２００１−２１９３２５号公報
【特許文献２】特開平８−１５０５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のマシニングセンタでは、サドル，ラム等が搭載された重量物のコラムをＸ軸方向に往復移動させて主軸をＸ軸方向に移動させ、もってワーク加工を行う構造であるから、主軸のＸ軸方向の高速移動に限界があり、加工時間の短縮を図る上での改善が要請されている。ここで、主軸の高速化を図る観点から、ベッド上のテーブルをコラムの移動方向と同じ方向に移動させるようにした場合には（上述の特許文献２参照）、テーブルの移動量に応じたベッドの長さが必要であり、機械全体が大型化するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、機械全体の大型化を招くことなく主軸の高速移動を可能にして加工時間を短縮できる工作機械を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、工具が装着された主軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持してなる加工ユニットを一方向に配置された複数の加工エリアを有する長尺状のベッド上に搭載するとともに、該加工ユニットを上記加工エリア配置方向に移動可能としたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、上記加工ユニットを上記何れかの加工エリアに位置決めした状態で、上記主軸をＸ軸，Ｙ軸，及びＺ軸方向に移動させることによりワークの加工を行うように構成されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記加工ユニットは、加工テーブルを跨ぐように上記ベッドに配設され、かつ上記主軸を軸線を略鉛直に向けて支持していることを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３において、上記加工ユニットは、上記加工エリア配置方向に見て、上記ベッド上に配置された左，右のコラム本体を前，後のクロスフレームにより結合してなる門形コラムと、該前，後のクロスフレームと左，右のコラム本体とで囲まれた空間内に配置され、Ｘ軸又はＹ軸方向に移動可能に支持された平面視で矩形状のクロスレールと、該クロスレール内にてＹ軸又はＸ軸方向に移動可能に支持された筒状のサドルと、該サドル内にてＺ軸方向に移動可能に支持されたラムとを備えており、該ラムの下端部に上記主軸が装着されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１又は２において、上記加工ユニットは、加工テーブルに側方から対向するように上記ベッドに配設され、かつ上記主軸を軸線を略水平に向けて支持していることを特徴としている。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５において、上記加工ユニットは、上記加工エリア配置方向に見て、上記ベッド上に配置された前，後のコラム本体を上，下クロスフレームにより結合してなる矩形コラムと、該上，下のクロスフレームと前，後のコラム本体とで囲まれた空間内に配置され、Ｘ軸方向に移動可能に支持された矩形状のクロスレールと、該クロスレール内にてＹ軸方向に移動可能に支持された筒状のサドルと、該サドル内にてＺ軸方向に移動可能に支持されたラムとを備えており、該ラムの先端部に上記主軸が装着されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項５又は６において、上記加工テーブルは、上記主軸に対向する略垂直な加工位置と、ワークを着脱する略水平な段取り位置との間で回動可能となっていることを特徴としている。
【００１３】
ここで本発明において、「筒状のサドル」とは、円筒や角筒等すべての形状のサドルを含む。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明に係る工作機械によれば、主軸をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持する加工ユニットを加工エリア配置方向に移動可能としたので、例えば請求項２の発明のように、加工ユニット全体をベッド上の何れかの加工エリアに移動させて位置決めし、該加工ユニットにより支持された主軸をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させることによりワーク加工を行うこととなる。このようにワーク加工においては、加工ユニット全体を移動させることなく主軸をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動させるので、主軸の加工時の移動重量を小さくすることができ、従来のコラム全体を移動させてワーク加工を行う場合に比べて主軸の高速移動が可能となり、それだけ加工時間を短縮することができる。
【００１５】
請求項３の発明では、加工ユニットを、加工テーブルを跨ぐようにベッドに配設し、主軸を鉛直方向に向けて支持したので、本発明を立形マシニングセンタに適用することができる。
【００１６】
請求項４の発明では、加工ユニットを、左，右のコラム本体を前，後のクロスフレームにより結合してなる門形コラムとし、該コラムの内側空間に矩形状のクロスレールを配置し、該クロスレール内に筒状のサドルを配置し、該サドル内にラムを配置した構成としたので、主軸の支持剛性を高めることができ、主軸の高速化を図りつつ加工精度を高めることができ、さらには主軸の加工ストロークを大きく設定することが可能となる。
【００１７】
請求項５の発明では、加工ユニットを、加工テーブルに側方から対向するようにベッドに配設し、主軸を水平方向に向けて支持したので、本発明を横型マシニングセンタに適用することができる。
【００１８】
請求項６の発明では、加工ユニットを、前，後のコラム本体を上，下のクロスフレームにより結合してなる矩形コラムとし、該コラム内に矩形状のクロスレールを配置し、該クロスレール内に筒状のサドルを配置し、該サドル内にラムを配置した構成としたので、主軸の支持剛性を高めることができ、請求項４と同様の効果が得られる。
【００１９】
請求項７の発明では、加工テーブルを略垂直をなす加工位置と、略水平をなす段取り位置との間で回動可能としたので、例えば横形マシニングセンタで幅広長尺ワークの加工を行う際の作業性を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１ないし図１０は、本発明の第１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２はマシニングセンタの全体斜視図、図３，図４，図５，図６はそれぞれマシニングセンタの加工ユニットの斜視図，断面側面図，断面正面図，斜視図、図７，図８は加工ユニットの駆動装置の正面図，斜視図、図９，図１０は駆動装置の模式図である。
【００２２】
図において、１は立形マシニングセンタを示しており、これは工具Ｔが装着された主軸２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向に相対移動可能に支持する加工ユニット３と、該加工ユニット３を上記Ｘ軸方向と平行なＵ軸方向（加工エリア配置方向）に移動可能に支持する左，右一対のベッド４，４とから構成されている。
【００２３】
上記左，右のベッド４，４の間には加工テーブル５が配置されている。この加工テーブル５は、長さが２０〜３０ｍで幅が３〜５ｍに渡る大形のものであり、上記Ｕ軸方向に配置された複数の加工エリアａ１〜ａ４を有している。また上記左，右のベッド４，４のＵ軸方向両端部には上記加工テーブル５のＵ軸方向外側に位置するよう加工ユニット３の退避スペースが設けられており、該退避スペースに加工ユニット３を位置させた状態で幅広長尺ワーク（不図示）を上下方向に着脱できるようになっている。
【００２４】
上記加工ユニット３は、機械正面から上記Ｕ軸方向に見たとき、加工テーブル５を跨ぐように左，右のベッド４，４に搭載された門形コラム８と、該コラム８によりＸ軸方向に移動可能に支持されたクロスレール９と、該クロスレール９によりＹ軸方向に移動可能に支持されたサドル１０と、該サドル１０によりＺ軸方向に移動可能に支持されたラム１１とを備えており、該ラム１１の下端に上記主軸２が軸線を概ね垂直方向に向けて配設されている。
【００２５】
上記ラム１１は、図６に示すように、主軸２を軸直角回りのＡ軸方向に回転割り出し駆動するとともに、主軸２を軸線回りのＣ軸方向に回転割り出し駆動する回転割り出し装置１３を備えており、これにより５軸制御によるワーク加工が行えるようになっている。
【００２６】
上記門形コラム８は、左，右のベッド４上に配置された側面視略長方形状の左，右のコラム本体１５，１６の前壁，後壁同士を前，後のクロスフレーム１７，１８により一体的に結合した構造となっている。上記左，右のコラム本体１５，１６は各ベッド４，４の上面に配設された一対のＵ軸ガイドレール１９，１９により上記Ｕ軸方向に移動可能に支持されている。また上記門形コラム８の天井部はカバー２０により覆われている。
【００２７】
上記クロスレール９は、上下方向に開口した矩形箱状のものからなり、平面視で、上記左，右のコラム本体１５，１６及び前，後のクロスレール１７，１８とで囲まれた空間内に配置されている。またクロスレール９の左右上縁部にはフランジ部９ａ，９ａが形成されており、該左，右のフランジ部９ａが各コラム本体１５，１６の上面に配設されたＸ軸ガイドレール２１，２１によりＸ軸方向に移動可能に支持されている。
【００２８】
上記サドル１０は、上下方向に開口する角筒状のものからなり、上記クロスレール９内に配置されている。このサドル１０の前，後壁にはそれぞれ一対の三角ブラケット２５，２５が取付け固定されており、この前，後の各ブラケット２５，２５がクロスレール９の前，後上面に配設されたＹ軸ガイドレール２６，２６によりＹ軸方向に移動可能に支持されている。
【００２９】
また上記サドル１０の前，後壁の下縁にはフランジ部１０ａ，１０ａが形成されており、該前，後のフランジ部１０ａがクロスレール９の前，後下面に配設されたＹ軸ガイドレール２７，２７によりＹ軸方向に移動可能に支持されている。このようにしてサドル１０は上，下のＹ軸ガイドレール２６，２７により挟持されている。
【００３０】
上記ラム１１は、上下方向に延びる角筒状のものであり、上記サドル１０内に配置されている。このラム１１は、これの前後，左右壁の各４面が上記サドル１０の各内壁面に配設されたすべり面（不図示）を介してＺ軸方向に移動可能に支持されている。なお、２９はラム１１のＺ軸方向位置を検出するスケールである。
【００３１】
上記Ｘ軸及びＹ軸ストロークは３〜４ｍ程度に設定され、Ｚ軸ストロークは１〜２ｍ程度に設定されている。また上記クロスレール９，サドル１０及びラム１１はそれぞれボールねじ３０，３１、３２及びサーボモータ３３，３４，３５により往復駆動される。
【００３２】
上記右側のコラム本体１６には作業者が出入り可能な大きさを有する作業用開口１６ａが形成されており、該開口１６ａには機内と機外とを仕切る不図示のドアが配設されている。また上記作業用開口１６ａ内のドア外側には操作パネル３７が配設されている。
【００３３】
上記左側のコラム本体１５の外側壁には多数の工具Ｔｎを保持する工具マガジン３８が配設されている。また上記コラム本体１５の工具交換位置に臨む部分には工具交換窓１５ａが形成されおり、この工具交換窓１５ａを介して主軸２に装着された加工済み工具Ｔと、上記工具マガジン３８に保持された次工程工具とを不図示の工具交換アームにより自動的に交換するようになっている。
【００３４】
上記加工ユニット３は、図７〜図１０に示すＵ軸駆動装置４０によりＵ軸方向に往復駆動され、該駆動装置４０は以下の構成となっている。
【００３５】
上記ベッド４にはこれの略全長に渡って延びるラック４１が配設されており、コラム８には上記ラック４１に噛合する前，後一対のピニオン４２，４３が配設されている。この前，後ピニオン４２，４３は減速ギヤ群４５を介して１つのモータ４４により回転駆動される。この減速ギヤ群４５はコラム８に固定されたギヤボックス４６内に収容されており、該ギヤボックス４６にモータ４４が取付けられている。
【００３６】
上記減速ギヤ群４５は、前，後ピニオン４２，４３の各ピニオン軸４２ａ，４３ａに減速大ギヤ４７，４８を固着するとともに、両減速大ギヤ４７，４８に中間ギヤ４９を介してモータ４４の回転ギヤ４４ａを噛合させた構造となっている。また上記減速大ギヤ４７には内周歯４７ａが形成されており、該内周歯４７ａには前ピニオン４２のピニオン軸４２ａに固着された外周歯５０が噛合している。この外周歯５０と内周歯４７ａとはバックラッシュが小さくなる方向にずらして噛み合わされている。
【００３７】
本実施形態の立形マシニングセンタ１でワーク加工を行うには、加工テーブル５に幅広長尺ワークを搭載して位置決め固定するとともに、加工ユニット３を第１加工エリアａ１に移動させて位置決め固定する。そしてこの第１加工エリアａ１にて主軸２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させ、またＡ軸，Ｃ軸回りに回転させつつ工具Ｔにより上記幅広長尺ワークに所定の加工を施こす。このワーク加工が終了すると加工ユニット３を次の加工エリアａ２に移動させ、該次加工エリアａ２にて上記同様に主軸２によるワーク加工を行う。このようにして各加工エリアａ１〜ａ４毎に加工ユニット３を順次移動させ、各加工エリアａ１〜ａ４にて主軸２によるワーク加工を行う。具体的には、例えば電車やバス等の大型車両ボディに所定間隔ごとに窓をくり抜いて形成したり、各窓孔の外周部にボルト孔等を形成したりする場合に好適である。
【００３８】
本実施形態によれば、加工ユニット３により主軸２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持し、該加工ユニット３を左，右のベッド４，４によりＸ軸と平行なＵ軸方向に移動可能に支持したので、加工テーブル５の加工エリアａ１〜ａ４間を移動する場合には加工ユニット３全体を移動させ、各加工エリアａ１〜ａ４内でワーク加工を行う場合には加工ユニット３により支持された主軸２をＸ，Ｙ，Ｚ軸又はＡ，Ｃ軸方向に相対移動させることとなる。このように構成したので、加工ユニット３上での主軸２のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向における移動重量を小さくすることができ、従来のコラム全体を移動させてワーク加工を行う場合に比べて主軸の高速移動が可能となり、それだけ加工時間を短縮することができる。
【００３９】
本実施形態では、上記加工ユニット３を左，右のベッド４，４の間に配設された加工テーブル５を跨ぐように配設したので、主軸２を鉛直方向に向けて支持でき、本発明を立形マシニングセンタに適用できる。
【００４０】
また上記加工ユニット３を、左，右のコラム本体１５，１６を前，後のクロスフレーム１７，１８により結合してなる門形コラム８の内側空間に矩形箱状のクロスレール９を配置し、該クロスレール９内に角筒状のサドル１０を配置し、該サドル１０内に主軸２が装着されたラム１１を配置して構成したので、主軸２の支持剛性を高めることができる。また主軸２を加工ユニット３の重心付近で支持することができ、主軸２の高速化を図りつつ加工精度を高めることができ、さらには主軸２の加工ストロークを大きく設定することが可能となる。即ち、従来のガントリ形のものでは、コラムの前面にてサドル，ラムを移動可能に支持していたので、Ｚ軸方向に往復駆動する際に主軸が前倒れするおそれがあり、このため主軸の移動速度を大きくしたり，Ｚ軸ストロークを大きくしたりするには限界があった。
【００４１】
なお、上記実施形態では、コラム８によりクロスレール９をＸ軸方向に移動可能に支持し、該クロスレール９によりサドル１０をＹ軸方向に移動可能に支持した場合を説明したが、本発明では、図１１に示すように、コラム８によりクロスレール９をＹ軸方向に移動可能に支持し、該クロスレール９によりサドル１０をＸ軸方向に移動可能に支持するように構成してもよく、この場合にも上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００４２】
また上記実施形態では、幅広長尺ワークを加工する場合を例にとって説明したが、本発明では、加工テーブルの各加工エリアに個別のワークを載置し、各ワークを順次加工する場合にも適用できる。
【００４３】
さらに上記実施形態では、コラムを加工エリア毎に移動させた場合を説明したが、本発明では、主軸によるワーク加工に加えてコラムを移動させてＵ軸方向の加工を行うことも可能である。
【００４４】
本実施形態では、左右のベッド４，４の間に加工テーブル５を配置したが、機会の底面全体に広がる１つのベッドの上面に加工テーブルを配置することも可能である。
【００４５】
図１２は、本発明の第２実施形態による横形マシニングセンタを説明するための斜視図である。
【００４６】
本実施形態の横形マシニングセンタ５１は、工具Ｔが装着された主軸５２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持する加工ユニット５３と、該加工ユニット５３を上記Ｘ軸方向と平行なＵ軸方向（加工エリア配置方向）に移動可能に支持するベッド５４と、該ベッド５４の側方に並列配置された加工テーブル５５とを備えている。なお、上記加工テーブルを幅広に形成されたベッド上に配置することも可能である。
【００４７】
上記加工ユニット５３は、機械正面から上記Ｕ軸方向に見たとき、上記ベッド５４上に配置された前，後のコラム本体５５，５６を上，下クロスフレーム５７，５８により一体に結合してなる矩形コラム６０と、該上，下のクロスフレーム５７，５８と前，後のコラム本体５５，５６とで囲まれた空間内に配置され、Ｘ軸方向に移動可能に支持された矩形状のクロスレール６１と、該クロスレール６１内にてＹ軸方向に移動可能に支持された筒状のサドル６２と、該サドル６２内にてＺ軸方向に移動可能に支持されたラム６３とを備えており、該ラム６３の先端部に上記主軸５２が軸線を略水平に向けて装着されている。
【００４８】
また上記加工テーブル５５は、上記主軸５２に対向する略垂直な加工位置と、幅広長尺ワークを着脱する略水平な段取り位置との間でベース台６５により回動可能に支持されている。
【００４９】
本実施形態では、加工ユニット５３により主軸５２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能に支持し、該加工ユニット５３をベッド５４によりＸ軸と平行なＵ軸方向に移動可能に支持したので、加工ユニット５３上での主軸５２のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向における荷重を小さくすることができ、主軸５２の高速移動が可能となり、それだけ加工時間を短縮することができ、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態による立形マシニングセンタの全体斜視図である。
【図２】上記立形マシニングセンタの斜視図である。
【図３】上記実施形態の加工ユニットの斜視図である。
【図４】上記加工ユニットの断面側面図である。
【図５】上記加工ユニットの断面正面図である。
【図６】上記加工ユニットの斜視図である。
【図７】上記加工ユニットの駆動装置の正面図である。
【図８】上記駆動装置の斜視図である。
【図９】上記駆動装置の模式図である。
【図１０】上記駆動装置の模式図である。
【図１１】上記実施形態の加工ユニットの変形例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による横形マシニングセンタの概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１      立形マシグセンタ（工作機械）
２      主軸
３      加工ユニット
４      ベッド
５      加工テーブル
８      コラム
９      クロスレール
１０    サドル
１１    ラム
１５，１６    コラム本体
１７，１８    クロスフレーム
５１    横形マシニングセンタ（工作機械）
５２    主軸
５３    加工ユニット
５４    ベッド
５５    加工テーブル
５５，５６    コラム本体
５７，５８    クロスフレーム
６０    矩形コラム
６１    クロスレール
６２    サドル
６３    ラム
ａ１〜ａ４  加工エリア
【図１】
2005262375.tif 000003
【図２】
2005262375.tif 000004
【図３】
2005262375.tif 000005
【図４】
2005262375.tif 000006
【図５】
2005262375.tif 000007
【図６】
2005262375.tif 000008
【図７】
2005262375.tif 000009
【図８】
2005262375.tif 000010
【図９】
2005262375.tif 000011
【図１０】
2005262375.tif 000012
【図１１】
2005262375.tif 000013
【図１２】
2005262375.tif 000014