(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸ケースと、スピンドルと、前記スピンドルの軸を回転駆動するモータ及び回転シリンダとからなる主軸ユニットであって、
工具を把捉するための押しロッドを有する工具用スピンドル、及び、チャックのジョーをスライドさせるためのドローバを有するチャック用スピンドルの、いずれのスピンドルも取り付け可能な構成とし、
前記チャックは、軸方向にスライドする部品（以下単に「スライド部品」という。）を押し引きすることにより、ジョーを内側や外側にスライドさせる構成のチャックとし、前記スライド部品を前記ドローバに連結するものとし、
前記工具用スピンドルを取り付けた場合は、前記回転シリンダにより前記押しロッドを押し引きすることを可能な構成とし、前記チャック用スピンドルを取り付けた場合は、前記回転シリンダにより前記ドローバを押し引きすることを可能な構成としたことを特長とする主軸ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載した主軸ユニットを有することを特長とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具用スピンドルとチャック用スピンドルのいずれも取り付け可能に構成した主軸ユニット、及びそのような主軸ユニットを有する工作機械に関するものである。
ここで、チャック用スピンドルに取り付けるチャックは、軸方向にスライドする部品（以下単に「スライド部品」という。）を有するものとし、スライド部品をスライドさせることにより、ジョーを内側や外側にスライドさせる構成を有している。
【背景技術】
【０００２】
従来から工具用スピンドルを取り付けた主軸ユニットの発明があった（例えば、特許文献１参照。）。かかる主軸ユニットは、工具を把捉してこれを回転駆動するだけの用途に使用されていて、工作物を保持する用途には使用されていなかった。
また従来からチャック用スピンドルを取り付けた主軸ユニットの発明もあった（例えば、特許文献２参照。）。かかる主軸ユニットは工作物を保持してこれを回転駆動するだけの用途に使用されていて、工具を把捉する用途には使用されていなかった。
従来においては、例えば旋盤の主軸には工作物を取り付けるもので、フライス盤の主軸には工具を把捉させるもの、とした固定観念があってそれぞれの用途に合わせた主軸ユニットを製作していたからである。
しかし、機械の使用目的や用途に応じて専用の主軸ユニットを設計製作する従来技術の場合、工作機械の設計と製造工程における作業の複雑化を招き、部品の多様化による作業負担とコスト負担が過大になる問題があった。
また異なる構成の主軸ユニットを有する複数の機械を設置して、機械加工を行って加工部品を製造する工場においては、異なる主軸ユニット毎に予備品を用意する必要があるため管理負担が過大になる問題があった。
また従来では、フライス盤として使用していた工作機械を旋盤として使用したい場合、あるいは旋盤として使用していた工作機械をフライス盤として使用したい場合など、機械の用途を変更したい場合に容易に改造することができず、工作機械の応用性が低く留まる問題があった。
【特許文献１】特開２００１−８７９１０号公報
【特許文献２】特開平１０−４３９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、工作機械の設計と製造工程における作業負担と、工作機械の使用工程における管理負担を軽減し、さらに工作機械の応用性を高めるため、工具用スピンドルとチャック用スピンドルのいずれも取り付け可能な主軸ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
主軸ケースとモータと回転シリンダなどからなる主軸ユニットにおいて、主軸ケースに対して工具用スピンドルであってもチャック用スピンドルであっても、いずれのスピンドルも取り付け可能な構成とする。
そして工具用スピンドルを取り付けた場合とチャック用スピンドルを取り付けた場合のいずれの場合も、同じモータにより工具用スピンドルの軸又はチャック用スピンドルの軸を回転駆動することを可能な構成とする。
さらに工具用スピンドルを取り付けた場合とチャック用スピンドルを取り付けた場合のいずれの場合も、同じ回転シリンダにより工具用スピンドルの押しロッド又はチャック用シリンダのドローバを押し引きすることを可能な構成とする。
【発明の効果】
【０００５】
工具用スピンドルとチャック用スピンドルのいずれも取り付け可能な主軸ユニットを得ることができたので、多種類の工作機械を設計する場合や製造する場合における作業をまとめて単純化することができた。
またそのような主軸ユニットを有する多種類の工作機械を得ることができたので、工作機械の使用工程における管理負担を軽減することができた。
また旋盤をフライス盤として使用したい場合など、機械の用途を変更したい場合に容易に改造することが可能になり、応用性の高い工作機械を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
主軸ケースと、スピンドルと、スピンドルの軸を回転駆動するモータ及び回転シリンダとからなる主軸ユニットとする。
そして主軸ケースに接触する部分や主軸ケースに取り付ける部分を同一寸法にすることにより、工具用スピンドルとチャック用スピンドルを同一の主軸ケースに取り付け可能な構成にする。
また工具用スピンドルはその軸の中心を通して設けた押しロッドを有するものとし、押しロッドを引くことにより工具を把捉し、押しロッドを押すことにより工具を開放する構成とする。
一方チャック用スピンドルはその軸の中心を通して設けたドローバを有するものとし、ドローバを押し引きしてチャックのスライド部品をスライドさせることにより、ジョーを内側や外側にスライドさせて工作物を保持したり開放する構成とする。
そして工具用スピンドルを取り付けた場合は、モータにより工具用スピンドルの軸を回転駆動すること、及び回転シリンダにより工具用スピンドルの押しロッドを押し引きすることを可能な構成とする。
またチャック用スピンドルを取り付けた場合は、モータによりチャック用スピンドルの軸を回転駆動すること、及び回転シリンダによりチャック用スピンドルのドローバを押し引きすることを可能に構成する。
スピンドルの軸を同一のモータにより駆動する構成としては、スピンドルの軸とモータにより回転駆動される軸の両方にプーリを取り付け、プーリ間をベルトで連結してモータの駆動力をスピンドルの軸に伝導する構成と、モータにより回転駆動される軸をスピンドルの軸に直接連結する構成があり両方とも好ましい。
また押しロッドとドローバを同一の回転シリンダにより押し引きする構成としては、押しロッドと回転シリンダとの間を連結する専用の連結ドローバと、ドローバと回転シリンダとの間を連結する専用の連結ドローバを、それぞれ個別に設ける構成もあるが、同一の連結ドローバを使用可能に構成することが好ましい。
さらに回転シリンダに回転継手を取り付け、回転シンリンダと押しロッドとを連結する連結ドローバの中心に穴を明けておき、工具用スピンドルの押しロッドに圧縮空気又はクーラント水を供給する構成にすることが好ましい。
一方、チャック用スピンドルには圧縮空気又はクーラント水を供給する必要はないので、連結ドローバの中心に穴を明ける必要はないが、同一の連結ドローバを使用することが、使用する部品点数を減少する観点から好ましい。
【０００７】
主軸ユニットにおいて、主軸ケースを筒形状を有する主軸筒とし、主軸筒の片方の端部に工具用スピンドル及びチャック用スピンドルのいずれも取り付け可能に構成することが好ましい。主軸ケースを筒形状を有する主軸筒とする場合、筒形状は円筒形状とすることが好ましいが、多角形状であっても特に問題になるものではない。
また主軸筒の他方の端部近傍に取り付けたビルトインモータと、ビルトインモータにより回転駆動される連結シャフトであって中空部を有する連結シャフトと、主軸筒の他方の端部の外側において前記連結シャフトにシリンダ台を介して取り付けた回転シリンダとからなる主軸ユニットとすることが好ましい。
そして連結シャフトの中空部を貫通させて連結ドローバを取り付け、工具用スピンドルの押しロッド又はチャック用スピンドルのドローバと、回転シリンダとの間を連結ドローバを介して連結する構成とする。
さらに工具用スピンドルの軸及びチャック用スピンドルの軸にそれぞれ連結リングを取り付け、工具用スピンドルの軸に取り付けた連結リング又はチャック用スピンドルの軸に取り付けた連結リングのいずれであっても、同一の連結シャフトに対して連結可能に構成した主軸ユニットとすることが好ましい。
ビルトインモータにより連結シャフトを回転駆動し、工具用スピンドルの軸に取り付けた連結リングと、チャック用スピンドルの軸に取り付けた連結リングの両方とも、同じ連結シャフトを介して回転駆動する構成にしたものである。
このとき工具用スピンドルの軸及びチャック用スピンドルの軸に取り付ける連結リングを共通の連結リングにすることが好ましいが、困難な場合は互いに異なる連結リングとして、連結シャフトとの連結部分を同一寸法にすることも好ましい。
【０００８】
主軸ユニットにおいて、ビルトインモータによって回転駆動される連結シャフトＡに対して中空部を有する連結シャフトＢを連結し、工具用スピンドルの軸に取り付けた連結リング又はチャック用スピンドルの軸に取り付けた連結リングのいずれであっても、連結シャフトＢに対して連結可能に構成することが好ましい。
さらに連結シャフトＡ及び連結シャフトＢの両方の中空部を貫通させて連結ドローバを取り付け、工具用スピンドルの押しロッド又はチャック用スピンドルのドローバと、回転シリンダとの間を連結ドローバを介して連結可能に構成することが好ましい。
ビルトインモータで直接駆動する連結シャフトＡとスピンドルに取り付けた連結リングとの間に連結シャフトＢを設け、連結シャフトＢの片方の端部を連結シャフトＡの端部の形状に適合させ、連結シャフトＢの他方の端部を連結リングの形状に適合させることにより、連結シャフトＡ及び連結リングの形状並びに組み付け方法の選択に自由度を持たせたものである。
また工具用スピンドルの軸及びチャック用スピンドルの軸の両方ともに、同一の連結リングを取り付けた主軸ユニットとすることが好ましい。
工具用スピンドルの軸及びチャック用スピンドルの軸の両方の軸に対する連結リングの取り付け位置を揃え、かつ両方の軸径を同じ寸法にすることにより、同一の連結リングを使用することが可能になる。このようにすることにより使用部品の共通化をさらに図ることができるからである。
さらに工具用スピンドルを取り付けたときにおける押しロッドと回転シリンダとの間、及びチャック用スピンドルを取り付けたときにおけるドローバと回転シリンダとの間の、両方とも同一の連結ドローバを使用して連結可能に構成した主軸ユニットとすることが好ましい。
連結ドローバに対する押しロッドの連結部及び連結ドローバに対するドローバの結合部の位置及び寸法関係を同一に構成することにより、同一の連結ドローバを使用することが可能になるからである。
【０００９】
連結ドローバにネジＡとネジＢを設け、工具用スピンドルの押しロッドに対してネジＡにより結合し、チャック用スピンドルのドローバに対してネジＢにより結合する構成とした主軸ユニットとすることが好ましい。
連結ドローバに対する押しロッドの連結部及び連結ドローバに対するドローバの結合部のネジを同一に構成することができない場合は、それぞれに対応するネジを持つ連結ドローバを使用することにより同一の連結ドローバを使用することが可能になるからである。
またモータの駆動力をスピンドルの軸に伝える連結シャフトが、連結リングと連結する部分に凹部を有する連結シャフトである主軸ユニットとすることが好ましい。
連結シャフトに凹部を設けることによりスピンドルの軸などとの干渉を避けると共に、凹部の外周と凹部以外の外周との段差面を利用して連結シャフトと連結リングとをボルト締めするために好適な構成としたものである。
さらに連結シャフトＡと連結シャフトＢとを連結する構成が、片方のシャフトに凹部を設けて凹部にメカロックを入れ、メカロックの中空部に他方のシャフトの端部を挿入する構成にした主軸ユニットとすることが好ましい。
工具用スピンドルを有する主軸ユニットとチャック用スピンドルを有する主軸ユニットの間で、前者を後者にあるいは後者を前者に組み替える作業を容易にするべく構成したしたものである。
上記したいずれかの主軸ユニットを有する工作機械とする。主軸ユニットを垂直に構成した工作機械と、主軸ユニットを水平に構成した工作機械の両方が考えられ、いずれの工作機械も好ましい。主軸ユニットを水平にした旋盤、研削盤及びフライス盤が有用であると同様に、主軸ユニットを垂直にした旋盤、研削盤及びフライス盤も有用である。
また上記した工作機械において、主軸ユニットをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の内のいずれか１軸方向、いずれか２軸方向又は３軸方向に移動させる移動機構を設けたＣＮＣ工作機械とすることが好ましい。主軸ユニットを１〜３軸方向に移動させる構成とし、各軸方向の移動を数値制御することにより、工作物と工具との位置関係と移動関係を多様に変化させることが可能になり、工作物と工具との間の相対的な送り運動と切込運動を自由に与えることができるからである。
【００１０】
上記した工作機械において、主軸ケース等が円柱形の外面を有するものとし、互いに離して取り付けた静圧ガイドとクランプ静圧ガイドとにより主軸軸心方向に主軸ユニットをガイドする構成とすることが好ましい。
そして静圧ガイドとクランプ静圧ガイドはともに軸受部を有するものとし、主軸ケース等の外面と軸受部との間を滑り面とし、潤滑油を軸受部に強制的に流すことにより、主軸軸心方向から見た断面視において、主軸ケース等の全周の大半をガイドする構成とする。
静圧ガイド及びクランプ静圧ガイドの軸受部は主軸軸心方向から見た断面視において複数の室に分割して構成することが好ましい。例えば主軸ケース等との間の隙間を小さくした堰部を複数設けて軸受部を均等に分割し、分割した軸受部の各室にそれぞれ絞り回路を介して潤滑油を供給する構成が最も好ましい。
主軸軸心方向から見た断面視において主軸ケース等の全周の大半をガイドする構成にしたのは、主軸ユニットの自重や走行の起動時や停止時に受ける慣性力、工具と工作物との間に生じる切削抵抗や研削抵抗などによる反力等の負荷を、ガイドを保持するフレームなどの構造物にバランス良く均等に負担させるためである。
またクランプ静圧ガイドは、外側の面を傾斜させたＶ字形状の断面を有する楔部及び油溜部を有するクランプリングと、傾斜内面と受圧面と押圧面とを有するピストンを設けてなるものとする。楔部には複数のスリットを設け外側から力を受けて内側に歪み安く構成することが好ましい。
油溜部は主軸軸心方向から見た断面視において複数の室に分割して構成することが好ましく、例えば主軸ケース等との間の隙間を小さくした堰部を複数設けて均等に分割し、分割した油溜部の各室にそれぞれ潤滑油を供給する構成が最も好ましい。
また受圧面は押圧面より面積が小さいものとして、同じ潤滑油の圧力を受圧面と押圧面に同時にかけたときにピストンがクランプリング側に移動するようにする。そして受圧面側に潤滑油を供給し、押圧面側に方向制御弁を介して潤滑油を供給するものとし、押圧面側に潤滑油を供給しない場合は受圧面が潤滑油に押されてピストンがクランプリングから離れるようにする。
一方方向制御弁を切り替えて押圧面側に潤滑油を供給した場合は、ピストンがクランプリングに向かって押され、傾斜内面がクランプリングの楔部を押すことにより、クランプリングを僅かに歪ませるように構成したＣＮＣ工作機械とする。クランプリングを均等に内側に歪ませることにより、主軸ユニットの求心性を従来よりさらに高く維持しつつガイドすることが可能になるからである。
また上記した工作機械において、主軸ユニットに工具用スピンドルを取り付け、さらに工具用マガジンを取り付けたマシニングセンタとすることが好ましい。工具用マガジンを取り付けることにより、工具用マガジンに保管する多種類の工具を使用して加工することが可能になるからである。
また上記した工作機械において、主軸ユニットにチャック用スピンドルを取り付け、チャック用スピンドルにチャックを取り付け、チャックで保持した工作物が移動する空間を加工空間とし、加工区間のいずれかに切削工具若しくは研削工具又は切削工具と研削工具の両方を取り付けたＣＮＣ工作機械とすることが好ましい。
主軸ユニットにより工作物を保持した状態で、主軸ユニットを移動させることにより工作物が移動する加工空間のいずれかに単数又は複数の工具を取り付けて、主軸ユニットを移動させて工具に対して工作物に送り運動と切込運動を与え、工作物を加工することが可能になるからである。
【実施例１】
【００１１】
垂直に構成した主軸ユニットの実施例１を図１及び図２に示し説明する。主軸ユニット７ａは円筒形状を有する主軸筒７１と、主軸筒７１の上方内部に取り付けたビルトインモータ７２と、連結シャフトＡ７３と、連結シャフトＢ７４と、主軸筒７１の下方に取り付けた工具用スピンドル９１と、主軸筒７１の上方外部に取り付けた回転シリンダ８３及び回転検知ユニット８０などで構成した。
ビルトインモータ７２はカートリッジケース７２ａに収納したステータ７２ｂとロータ７２ｃを有するものとし、ロータ７２ｃの内側に取り付けた中空部７３ｂを有する連結シャフトＡ７３を回転駆動する構成とした。そしてカートリッジケース７２ａの下側に取り付けた軸受ケース７２ｅ内の軸受７２ｄとカートリッジケース７２ａの上側に取り付けた軸受ケース７２ｆ内の軸受７２ｇにより連結シャフトＡ７３を回転自由に保持した。さらに軸受ケース７２ｆの上側において連結シャフトＡ７３に回転検知ユニット８０とシリンダ台８２を取り付けナット８２ａを締めて固定した。
工具用スピンドル９１の軸９１ｂに連結リング７６とキー７６ａを取り付けてナット７７を締めて固定し、押ロッド９１ｃの雄ネジ９１ｄに穴８４ｄを有する連結ドローバ８４の雌ネジＡ８４ａを締めて固定した後に、連結リング７６に連結シャフトＢ７４の下端部を取り付ける。連結シャフトＢ７４は中空部７４ｅと上側凹部７４ａと下側凹部７４ｂを有するものとし、上側凹部７４ａの外周及び下側凹部７４ｂの外周が太く中央部７４ｃの外周が細い形状とし、中央部７４ｃの外周と下側凹部７４ｂの外周との間の段差面７４ｆからボルト７４ｄを挿入して連結シャフトＢ７４を連結リング７６に結合する。このとき軸９１ｂの上部とナット７７は下側凹部７４ｂの中に収まる。
【００１２】
連結シャフトＢ７４の上側凹部７４ａの中にメカロック７５を入れた後に、連結ドローバ８４を連結シャフトＡの中空部７３ｂに貫通させつつ、工具用スピンドル９１を下側から主軸筒７１の中に挿入し、ボルト締めにより主軸筒７１の下端にフランジ９１ａを取り付ける。連結シャフトＢの上側凹部７４ａの中にあるメカロックの中空部７５ｂに連結シャフトＡの下端部７３ａを挿入した状態にして、主軸筒７１の作業穴７１ａから手を入れてメカロックのボルト７５ａを締め、連結シャフトＡの下端部７３ａと連結シャフトＢの上側凹部７４ａとを連結する。
さらに連結ドローバ８４の上端の雄ネジ８４ｃを回転シリンダ８３の雌ねじに挿入して締めて固定し、回転シリンダ８３をシリンダ台８２に取り付け、さらに回転シリンダ８３に回転継手８１を取り付けて圧縮空気の配管を行った。
実施例１の主軸ユニット７ａはビルトインモータ７２の回転力が、連結シャフトＡ７３
、メカロック７５、連結シャフトＢ７４及び連結リング７６を介して工具用スピンドルの軸９１ｂを回転させ、回転シリンダ８３の押引力が連結ドローバ８４を介して工具用スピンドルの押しロッド９１ｃを押し引きして、工具９５のプルスタットを開放・把捉する。回転継手８１に供給した圧縮空気は連結ドローバの穴８４ｄを通って押しロッド９１ｃに供給される。さらに圧縮空気は押しロッドの中心の穴を通って軸９１ｂのテーパー穴に噴出し、工具を把捉するテーパー穴などに切り子等のゴミが付着することを防ぐ。
【実施例２】
【００１３】
垂直に構成した主軸ユニットの実施例２を図２及び図３に示し説明する。主軸ユニット７ｂは実施例１の主軸ユニット７ａに対して工具用スピンドル９１ではなくチャック用スピンドル９２を取り付けた点で異なる。重複した記載を避け実施例１と異なる部分についてのみ以下に記載する。
チャック用スピンドル９２の軸９２ｂに連結リング７６とキー７６ａを取り付けナット７７を締めて固定し、ドローバ９２ｃの雄ネジ９２ｄに連結ドローバ８４の雌ネジＢ８４ｂを締めて固定した後に、連結リング７６に連結シャフトＢ７４の下端部を取り付ける。このとき軸９２ｂの上部とナット７７は下側凹部７４ｂの中に収まる。
連結シャフトＢ７４の上側凹部７４ａの中にメカロック７５を入れた後に、連結ドローバ８４を連結シャフトＡの中空部７３ｂを貫通させつつ、チャック用スピンドル９２を下側から主軸筒７１の中に挿入し、ボルト締めにより主軸筒７１の下端にフランジ９２ａを取り付ける。
チャック用スピンドル９２にはチャック７８を取り付け工作物９６ｂを保持する。このとき、チャック７８のスライド部品をドローバ９２ｃにボルトを使用して連結する。
実施例２の主軸ユニット７ｂはビルトインモータ７２の回転力が、連結シャフトＡ７３
、メカロック７５、連結シャフトＢ７４及び連結リング７６を介してチャック用スピンドルの軸９２ｂを回転させ、回転シリンダ８３の押引力が連結ドローバ８４を介してチャック用スピンドルのドローバ９２ｃを押し引きする。
【実施例３】
【００１４】
工作機械の基本構成の実施例３を図１及び図４〜図６に示し説明する。切屑回収部８ａを有するベッド８と、ベッド８の上に設けた支柱１０ａと支持壁１０ｂとからなる支持壁等１０によって固定ベース９を支持し、向き合う２つの支持壁１０ｂに大きな開口１０ｃを設けてこれを工作物搬入出用の開口とした。
そして固定ベース９は互いに平行な２枚のＹ保持部９ａと、２枚のＹ保持部９ａを連結するＹ連結部９ｃと、Ｙ軸駆動機構２を保持するＹ駆保持部９ｄからなるものとし、２枚のＹ保持部９ａの間を第１開口９ｂとした。
固定ベース９上にＹ軸レール１１、Ｙリニア軸受１２、Ｘ軸ベース１４、Ｙ軸駆動機構２などで構成するＹ軸移動機構１を取り付ける。２枚のＹ保持部９ａの上にそれぞれＹ軸レール１１をＹ軸に平行にして取り付け、Ｙ駆保持部９ｄの上にＹ軸駆動機構２のＹ固定サポート２４とＹサーボモータ２１を取り付け、さらにＹ連結部９ｃの上にＹ支持サポート２３を取り付け、予めＹボールネジ２２にＹナット（図示しない）を取り付けた状態にして、Ｙ固定サポート２４とＹ支持サポート２３によりＹボールネジ２２を保持させた。
Ｘ軸ベース１４は互いに平行な２枚のＸ保持部１４ａと、２枚のＸ保持部１４ａを連結する２枚のＸ連結部１４ｃと、Ｘ軸駆動機構４を保持するＸ駆保持部１４ｄとＸ支保持部１４ｅさらにＹナット保持部１４ｆからなるものとし、２枚のＸ保持部１４ａの間を第２開口１４ｂとした。そしてＸ軸ベース１４の４角の下面にＹ軸レール１１に組み付けた４個のＹリニア軸受１２を取り付け、Ｙナット保持部１４ｆの下面にＹナットを固定して取り付けた。
【００１５】
Ｘ軸ベース１４上にＸ軸レール３１、Ｘリニア軸受３２、Ｚ軸ベース３３、Ｘ軸駆動機構４などで構成するＸ軸移動機構３を取り付ける。まずＸ軸ベース１４の２枚のＸ保持部１４ａの上にそれぞれＸ軸レール３１をＸ軸に平行にして取り付け、Ｘ駆保持部１４ｄにＸ軸駆動機構４のＸ固定サポート４４とＸサーボモータ４１を取り付け、Ｘ支保持部１４ｅにＸ支持サポート４３を取り付け、予めＸボールネジ４２にＸナット４２ａを取り付けた状態にして、Ｘ固定サポート４４とＸ支持サポート４３によりＸボールネジ４２を保持させた。
Ｚ軸ベース３３は上フレーム３３ａと下フレーム３３ｂと上下連結部３３ｃとＺレール受部３３ｄからなるものとし、下フレーム３３ｂの下面にＸ軸レール３１に組み付けた４個のＸリニア軸受３２を取り付け、上下連結部３３ｃにＸナット４２ａを取り付けた。
さらにＺ軸ベース３３にＺ軸レール５１、Ｚリニア軸受５２、静圧ガイド５３、クランプ静圧ガイド１９、Ｚ軸駆動機構６などで構成するＺ軸移動機構５を取り付ける。
上フレーム３３ａの上側にＺ固定サポート６３とＺサーボモータ６１を取り付け、下フレーム３３ｂに軸受を取り付けてこれをＺ支持サポート６４とし、予めＺボールネジ６２にＺナット６２ａを取り付けた状態にして、Ｚ固定サポート６３とＺ支持サポート６４によりＺボールネジ６２を保持させた。
そしてＺレール受部３３ｄにＺ軸レール５１をＺ軸に平行にして取り付け、Ｚ軸レール５１にＺリニア軸受５２を取り付けて、Ｚリニア軸受５２とＺナット６２ａを連結部６２ｂにより連結した。また主軸ユニット７の主軸筒７１とＺナット６２ａを主軸連結部６５により連結した。Ｚ軸レール５１を取り付けたのはＺサーボモータ６１により加えられる水平方向の力が主軸ユニット７に及ばないようにするためである。
また上フレーム３３ａに静圧ガイド５３を下フレーム３３ｂにクランプ静圧ガイド１９をそれぞれ取り付け、主軸ユニット７をＺ軸方向に昇降可能にガイドする。
静圧ガイド５３は堰部５３ｃを設けることにより主軸軸心方向から見た断面視において均等に分割された４室からなる軸受部５３ａを有するものとし、軸受部５３ａの上下両側に堰部５３ｃと回収溝５３ｂとＯリング５３ｄを有しており、油圧供給装置により圧力２メガパスカルの潤滑油を絞り回路を介してそれぞれ４室からなる軸受部５３ａに供給し、堰部５３ｃを通過し圧力の低下した潤滑油を回収溝５３ｂから排出させ、軸受部５３ａと主軸筒７１の外面との間を滑り面として、主軸軸心方向から見た断面視において主軸ユニット７の全周の大部分をガイドする構成とした。
【００１６】
クランプ静圧ガイド１９は、堰部５４ｃを設けることにより主軸軸心方向から見た断面視において、均等に分割された４室からなる軸受部５４ａを有するケース５４と、ケース５４に取り付けたクランプリング５５、カバ５７及びクランプリング５５とカバ５７との間の空間に設けたピストン５６からなるものとし、ピストン５６を主軸軸線方向であるＺ軸方向にスライド可能に取り付けた。
ケース５４の軸受部５４ａの上下両側に堰部５４ｃと回収溝５４ｂを設け、上側の回収溝５４ｂの上部にＯリング５４ｄを有するものとし、油圧供給装置により圧力２メガパスカルの潤滑油を絞り回路を介してそれぞれ４室からなる軸受部５４ａに供給し、堰部５４ｃを通過し圧力の低下した潤滑油を回収溝５４ｂから排出させ、軸受部５４ａと主軸筒７１の外面との間を滑り面として、主軸軸心方向から見た断面視において主軸ユニット７の全周の大部分をガイドする構成とした。
またクランプリング５５は、傾斜面を有する楔部５５ｄと、油溜部５５ａと、油溜部５５ａの上下に設けた堰部５５ｃと、Ｏリング５５ｆを取り付けた外周面５５ｅを有するものとした。楔部５５ｄには８個のスリット５５ｈを設けて楔部５５ｄを均等に８分割し、堰部５５ｃを設けることにより油溜部５５ａを４室に分割し、供給孔５５ｇを設けて潤滑油を油溜部５５ａに供給し、楔部５５ｄの下側の堰部５５ｃを通過し圧力の低下した潤滑油を排出させる回収孔５５ｂを設けた。
カバ５７は、外内面５７ａと中内面５７ｂと内々面５７ｃの３段の内面を有するものとし、中内面５７ｂにはＯリング５７ｅを取り付け、内々面５７ｃにはダストシール５７ｄを取り付け、外内面５７ａと中内面５７ｂとの段差面に潤滑油を導入する導入孔５７ｆを設け、圧力２メガパスカルの潤滑油を方向制御弁を介して導入孔５７ｆに供給した。
またピストン５６は、大外面５６ｂにＯリング５６ｇを有し、大外面５６ｂと大内面５６ｃとの間の上面を受圧面５６ａとし、内々面５６ｄにはＯリング５６ｈを有するものとし、大内面５６ｃと内々面５６ｄの中間に傾斜内面５６ｅを設け、大外面５６ｂと中外面５６ｊとの間の下面を押圧面５６ｆとして、押圧面５６ｆの方が受圧面５６ａより大きな面積を有するものとした。
主軸ユニット７をＺ軸方向に高速で移動させるときは、方向制御弁を切り替えて導入孔５７ｆに潤滑油を供給しない状態にして、静圧ガイド５３の軸受部５３ａと、クランプ静圧ガイド１９のケース５４の軸受部５４ａに潤滑油を送り、主軸筒７１の外面と軸受部５３ａ、５４ａとの間に滑り面を設け、主軸軸心方向から見た断面視において主軸ユニット７の全周の大半をガイドする。このとき潤滑油は供給孔５５ｇを通って油溜部５５ａを満たしている。
主軸ユニット７をＺ軸方向に低速で移動させるとき及び停止するときは、方向制御弁を切り替えて導入孔５７ｆに潤滑油を供給する。受圧面５６ａより押圧面５６ｆの方が面積が大きいため、ピストン５６は上昇して傾斜内面５６ｅによりクランプリング５５の楔部５５ｄを押す。ピストン５６の傾斜内面５６ｅにより押された楔部５５ｄは弾性変形して均等に内側に歪み、楔部５５ｄの内径が僅かに小さくなって、主軸ユニット７は求心精度高くガイドされる。
再び主軸ユニット７をＺ軸方向に高速で移動させるときは、方向制御弁を切り替えて導入孔５７ｆに潤滑油を供給しない状態にする。ピストン５６の受圧面５６ａには潤滑油の圧力がかかっているため、ピストン５６は下降してクランプリング５５から離れ、同時に油溜部５５ａ内の潤滑油が楔部５５ｄを内側から押し返す力を及ぼして、弾性変形していた楔部５５ｄは歪みのない状態に戻る。
【００１７】
実施例３ではＺサーボモータ６１によりＺボールネジ６２が回転駆動され、Ｚナット６２ａがＺ軸の往復方向に移動するため、主軸ユニット７はＺナット６２ａの移動に伴い静圧ガイド５３とクランプ静圧ガイド１９にガイドされて上下昇降する。
Ｘサーボモータ４１によりＸボールネジ４２が回転駆動され、Ｘナット４２ａがＸ軸の往復方向に移動するため、Ｚ軸移動機構５と主軸ユニット７はＸナット４２ａの移動に伴いＸ軸レール３１上を走行し、第１開口９ｂ及び第２開口１４ｂの隅から隅までＸ軸方向に移動する。
Ｙサーボモータ２１によりＹボールネジ２２が回転駆動され、ＹナットがＹ軸の往復方向に移動するため、Ｘ軸移動機構３、Ｚ軸移動機構５及び主軸ユニット７はＹナットの移動に伴いＹレール１１上を走行し、第１開口９ｂの隅から隅までＹ軸方向に移動する。
Ｙサーボモータ２１、Ｘサーボモータ４１及びＺサーボモータ６１を数値制御し、２台の任意のサーボモータを同時駆動したり３台のサーボモータを同時駆動することにより、主軸ユニット７を２次元又は３次元に自由に移動させることが可能である。
本実施例では上下に互い離して取り付けた静圧ガイド５３とクランプ静圧ガイド１９により、主軸軸心方向から見た断面視において全周の大部分の方向から主軸ユニット７をガイドし、主軸ユニット７及びＺ軸移動機構５の大部分を２本のＸ軸レール３１によって両側からガイドし、主軸ユニット７、Ｚ軸移動機構５及びＸ軸移動機構３の大部分を２本のＹ軸レール１１により両側からガイドした。
また平面視において４個のＸリニア軸受３２の外側を結んでできる長方形の中に主軸ユニット７及びＺ軸移動機構５の大部分を設け、平面視において４個のＹリニア軸受１２の外側を結んでできる長方形の中に主軸ユニット７、Ｚ軸移動機構５、２本のＸ軸レール３１を含むＸ軸移動機構３の大部分を設けた。
また主軸ユニット７及びＺ軸移動機構５の大部分を、２箇所のＸ保持部１４ａによって挟まれた平面内に設け、主軸ユニット７、Ｚ軸移動機構５及びＸ軸移動機構３の大部分を、２箇所のＹ保持部９ａによって挟まれた平面内に設けた。
実施例３では各機構の自重や切削抵抗や研削抵抗による反力等の負荷をできる限り均等に受け持つ構成にしたので、各部材における歪みの発生を防止して精度の高い加工を可能にすることができた。また使用する部材の軽量化を図り可動部の慣性を小さくすることが可能になり、主軸を移動させる場合の移動速度の高速化、起動時の加速時間の短縮化、停止時の減速時間の短縮化、その結果として加工時間の短縮可を実現することができた。
【実施例４】
【００１８】
実施例４のマシニングセンタ１５は図７〜図９に示したようにＹ軸移動機構１、Ｘ軸移動機構３、Ｚ軸移動機構５、ベッド８、固定ベース９、支持壁等１０などからなる実施例３の構成において主軸ユニット７ａを使用したものである。
さらに機械の後側に工具用マガジン７９を設け、開口１０ｃを貫通させてベッド８の上を２列のチェンが往復とも通過するコンベア９７を設けた。またコンベア９７の途中には工作物９６ａのストッパ９８と保持装置９９を取り付けた。
工作物９６ａはコンベア９７上を走行し、ストッパ９８により位置決めされた状態でコンベア９７と共に停止する。その後保持装置９９により工作物９６ａを保持し、主軸ユニット７ａで把捉した工具９５を回転させながら、主軸ユニット７ａをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させることにより、工作物９６ａに対して工具９５に送り運動と切込運動を与えてフライス加工などを行うことができる。
複数の工具を使用して加工する場合は、主軸ユニット７ａを移動させ工具交換位置７９ａにおいて、工具用マガジン７９の空いた保管部に使用済みの工具９５を入れ、工具用マガジン７９に保管していた他の工具９５ａを工具用スピンドル９１で把捉して、さらに工具９５ａによる他の加工を行うことができる。
実施例４のマシニングセンタ１５は工具用マガジン７９に多種類の工具を保管させているので、多種類の工具を使用した加工が可能である。加工後の工作物９６ａはコンベア９７によって搬出され次の工程に運ばれる。
【実施例５】
【００１９】
実施例５の旋盤１６は図１０〜図１２に示したようにＹ軸移動機構１、Ｘ軸移動機構３、Ｚ軸移動機構５、ベッド８、固定ベース９、支持壁等１０などからなる実施例３の構成において主軸ユニット７ｂを使用したものである。
さらに機械の加工空間であって後側及び左右の位置に複数の切削工具９５ｂを取り付け、開口１０ｃを貫通させてベッド８の上を２列のチェンが往復とも通過するコンベア９７を設けた。またコンベア９７の途中には工作物９６ａのストッパ９８を取り付け停止位置をＡステーション９７ａとし、搬送方向前方にＡステーションとは重ならない位置にＢステーション９７ｂを設けた。
工作物９６ａはコンベア９７上を走行し、ストッパ９８により位置決めされた状態でコンベア９７と共にＡステーション９７ａに停止する。その後主軸ユニット７ｂのチャック用スピンドル９２に取り付けたチャック７８により工作物９６ａを保持し、チャック７８で保持した工作物９６ａを回転させながら、主軸ユニット７ｂをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させることにより、切削工具９５ｂに対して工作物９６ａに送り運動と切込運動を与えて切削加工を行うことができる。
実施例５では多種類の切削工具９５ｂを取り付けたので、多種類の工具による切削加工が可能である。加工後の工作物９６ａはＢステーション９７ｂに置かれ、主軸ユニット７ｂはＡステーション９７ａに移動して次に加工する工作物９６ａを保持する。その後加工後の工作物９６ａをコンベア９７によって搬出し、次に加工する工作物９６ａをＡステーション９７ａに搬入する。
【実施例６】
【００２０】
実施例６の研削盤１７は図１３〜１５に示したように、実施例５で切削工具９５ｂを取り付けたが構成が、実施例６では機械の加工空間であって後側及び左右の位置に複数の回転砥石９５ｄを取り付けた点で異なる。重複した記載を避け実施例５と異なる部分についてのみ記載する。
工作物９６ａはコンベア９７上を走行し、ストッパ９８により位置決めされた状態でコンベア９７と共にＡステーション９７ａに停止する。その後主軸ユニット７ｂのチャック用スピンドル９２に取り付けたチャック７８により工作物９６ａを保持し、チャック７８で保持した工作物９６ａを回転させながら又は回転させないで、主軸ユニット７ｂをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させることにより、回転砥石９５ｄに対して工作物９６ａに送り運動と切込運動を与えて研削加工を行うことができる。
実施例６では多種類の回転砥石９５ｄを取り付けたので、多種類の砥石による研削加工が可能である。
【実施例７】
【００２１】
実施例７の複合加工機１８は図１６〜１８に示したように、実施例５又は実施例６の発明に対して切削工具９５ｂと回転砥石９５ｄの両方を取り付けた点で構成が異なる。重複した記載を避け実施例５及び実施例６と異なる部分についてのみ記載する。
工作物９６ａはコンベア９７上を走行し、ストッパ９８により位置決めされた状態でコンベア９７と共にＡステーション９７ａに停止する。その後主軸ユニット７ｂのチャック用スピンドル９２に取り付けたチャック７８により工作物９６ａを保持し、チャック７８で保持した工作物９６ａを回転させながら又は回転させないで、主軸ユニット７ｂをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させることにより、切削工具９５ｂ及び回転砥石９５ｄに対して工作物９６ａに送り運動と切込運動を与えて、切削加工と研削加工の両方を行うことができる。
実施例７では多種類の切削工具９５ｂと多種類の回転砥石９５ｄを取り付けたので、多種類の切削工具９５ｂと回転砥石９５ｄによる複合的な加工が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は工作機械を製造販売する産業や機械加工品を製造する産業だけでなく、機械加工プラントをエンジニヤリングする産業おいても利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】主軸ユニットの断面図である。
【図２】主軸ユニットを構成する部品の一部を分解して示した断面図である。
【図３】主軸ユニットの一部断面図である。
【図４】工作機械の基本構成を示した斜視図である。
【図５】クランプリングを楔部側から見た図である。
【図６】図５のＮ−Ｎ視におけるクランプ静圧ガイドの断面図である。
【図７】マシニングセンタの正面図である。
【図８】マシニングセンタの側面図である。
【図９】図８のＪ−Ｊ視断面図である。
【図１０】旋盤の正面図である。
【図１１】旋盤の側面図である。
【図１２】図１１のＫ−Ｋ視断面図である。
【図１３】研削盤の正面図である。
【図１４】研削盤の側面図である。
【図１５】図１４のＬ−Ｌ視断面図である。
【図１６】複合加工機の正面図である。
【図１７】複合加工機の側面図である。
【図１８】図１７のＭ−Ｍ視断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ：Ｙ軸移動機構          ２  ：Ｙ軸駆動機構          ３  ：Ｘ軸移動機構
４  ：Ｘ軸駆動機構          ５  ：Ｚ軸移動機構          ６  ：Ｚ軸駆動機構
７  ：主軸ユニット          ７ａ：主軸ユニット          ７ｂ：主軸ユニット
８  ：ベッド                ８ａ：切屑回収部            ９  ：固定ベース
９ａ：Ｙ保持部              ９ｂ：第１開口              ９ｃ：Ｙ連結部
９ｄ：Ｙ駆保持部          １０  ：支持壁等            １０ａ：支柱
１０ｂ：支持壁              １０ｃ：開口                １１  ：Ｙ軸レール
１２  ：Ｙリニア軸受        １４  ：Ｘ軸ベース          １４ａ：Ｘ保持部
１４ｂ：第２開口            １４ｃ：Ｘ連結部            １４ｄ：Ｘ駆保持部
１４ｅ：Ｘ支保持部          １４ｆ：Ｙナット保持部      １５  ：マシニングセンタ１６  ：旋盤                １７  ：研削盤              １８  ：複合加工機
１９  ：クランプ静圧ガイド                              ２１  ：Ｙサーボモータ
２２  ：Ｙボールネジ        ２３  ：Ｙ支持サポート      ２４  ：Ｙ固定サポート
３１  ：Ｘ軸レール          ３２  ：Ｘリニア軸受        ３３  ：Ｚ軸ベース
３３ａ：上フレーム          ３３ｂ：下フレーム          ３３ｃ：上下連結部
３３ｄ：Ｚレール受部        ４１  ：Ｘサーボモータ      ４２  ：Ｘボールネジ
４２ａ：Ｘナット            ４３  ：Ｘ支持サポート      ４４  ：Ｘ固定サポート
５１  ：Ｚ軸レール          ５２  ：Ｚリニア軸受        ５３  ：静圧ガイド
５３ａ：軸受部              ５３ｂ：回収溝              ５３ｃ：堰部
５３ｄ：Ｏリング            ５４  ：ケース              ５４ａ：軸受部
５４ｂ：回収溝              ５４ｃ：堰部                ５４ｄ：Ｏリング
５５  ：クランプリング      ５５ａ：油溜部              ５５ｂ：回収孔
５５ｃ：堰部                ５５ｄ：楔部                ５５ｅ：外周面
５５ｆ：Ｏリング            ５５ｇ：供給孔              ５５ｈ：スリット
５６  ：ピストン            ５６ａ：受圧面              ５６ｂ：大外面
５６ｃ：大内面              ５６ｄ：内々面              ５６ｅ：傾斜内面
５６ｆ：押圧面              ５６ｇ：Ｏリング            ５６ｈ：Ｏリング
５６ｊ：中外面              ５７  ：カバ                ５７ａ：外内面
５７ｂ：中内面              ５７ｃ：内々面              ５７ｄ：ダストシール
５７ｅ：Ｏリング            ５７ｆ：導入孔              ６１  ：Ｚサーボモータ
６２  ：Ｚボールネジ        ６２ａ：Ｚナット            ６２ｂ：連結部
６３  ：Ｚ固定サポート      ６４  ：Ｚ支持サポート      ６５  ：主軸連結部
７１  ：主軸筒              ７１ａ：作業穴              ７２  ：ビルトインモータ
７２ａ：カートリッジケース                              ７２ｂ：ステータ
７２ｃ：ロータ              ７２ｄ：軸受                ７２ｅ：軸受ケース
７２ｆ：軸受ケース          ７２ｇ：軸受                ７３  ：連結シャフトＡ
７３ａ：下端部              ７３ｂ：中空部              ７４  ：連結シャフトＢ
７４ａ：上側凹部            ７４ｂ：下側凹部            ７４ｃ：中央部
７４ｄ：ボルト              ７４ｅ：中空部              ７４ｆ：段差面
７５  ：メカロック          ７５ａ：ボルト              ７５ｂ：中空部
７６  ：連結リング          ７６ａ：キー                ７７  ：ナット
７８  ：チャック            ７９  ：工具用マガジン      ７９ａ：工具交換位置
８０  ：回転検知ユニット    ８１  ：回転継手            ８２  ：シリンダ台
８２ａ：ナット              ８３  ：回転シリンダ        ８４  ：連結ドローバ
８４ａ：雌ネジＡ            ８４ｂ：雌ネジＢ            ８４ｃ：雄ネジ
８４ｄ：穴                  ９１  ：工具用スピンドル    ９１ａ：フランジ
９１ｂ：軸                  ９１ｃ：押ロッド            ９１ｄ：雄ネジ
９２  ：チャック用スピンドル                            ９２ａ：フランジ
９２ｂ：軸                  ９２ｃ：ドローバ            ９２ｄ：雄ネジ
９５  ：工具                ９５ａ：他の工具            ９５ｂ：切削工具
９５ｄ：回転砥石            ９６ａ：工作物              ９６ｂ：工作物
９７  ：コンベア            ９７ａ：Ａステーション      ９７ｂ：Ｂステーション
９８  ：ストッパ            ９９  ：保持装置
【図１】
0005313533.tif 000002
【図２】
0005313533.tif 000003
【図３】
0005313533.tif 000004
【図４】
0005313533.tif 000005
【図５】
0005313533.tif 000006
【図６】
0005313533.tif 000007
【図７】
0005313533.tif 000008
【図８】
0005313533.tif 000009
【図９】
0005313533.tif 000010
【図１０】
0005313533.tif 000011
【図１１】
0005313533.tif 000012
【図１２】
0005313533.tif 000013
【図１３】
0005313533.tif 000014
【図１４】
0005313533.tif 000015
【図１５】
0005313533.tif 000016
【図１６】
0005313533.tif 000017
【図１７】
0005313533.tif 000018
【図１８】
0005313533.tif 000019