JP2005125415A - 横型マシニングセンタ - Google Patents

Abstract

【課題】スピンドルヘッドを上下動するサドルに対して前進・後退させる上下二本のレールをケースに付け、前後二つのスライダーをサドルに固定し、スピンドルヘッド前進ではスピンドルヘッドの重心位置が前後のスライダーの間に位置し、後退では重心位置が後側のスライダーよりも後方にある構成で、質量の増加を抑え、スピンドルヘッドのＺ軸方向の真直度を向上する横型マシニングセンタを提供する。
【解決手段】一本の補助レール10と補助スライダー13のうち一方をケースに、他方をサドルにそれぞれ固定し、スピンドルヘッド4を後退した場合に、後側のスライダーよりも重心位置Gに近い箇所を補助スライダーで支持する。スピンドルヘッドを後退した場合に、重心位置よりも後方を補助スライダーで支持する。スピンドル本体の後方にリジットカップリングを介して中間スピンドルを直結し、中間スピンドルをカップリングを介してモータに直結してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、横型マシニングセンタのスピンドルヘッドのレール移動装置（スライダーユニット）、及びスピンドルヘッド内のスピンドルに関するものである。

前記横型マシニングセンタは、コラムを左右方向に移動可能に設け、コラムに沿ってサドルを上下動可能に支持し、サドルに対してスピンドルヘッドを前進・後退させる。その前進・後退のために上下二本のレールと、一本のレールにつき前後二個のスライダーを利用している。ここでは、スピンドルヘッドにレールを固定してある場合をレール移動式と言い、この方式を本発明では採用する。一方、スライダーを固定してある場合をスライダー移動式と言う。

スライダー移動式では図６に示すように、スピンドルヘッド９１のサドル面に支持ブロック９２を取り付け、支持ブロックをスピンドルモータ９３側に向かって延長し、その支持ブロックにスライダー９４を固定していた（特許文献１参照）。

ところが、支持ブロックの分だけ、サドル９５とスピンドルヘッド９１との間隔が離れるので、スピンドルヘッドの支持剛性がレール移動式に比べて劣り、ドリルタップマシンとしてしか使用できない。

一方、本発明で採用するレール移動式の場合は支持ブロックがなく、図７（ハ）に示すようにスピンドルヘッド９１のサドル面にレール９６を直に付けてあるので、支持剛性が高いが、その反面、スピンドルヘッドの前後方向の真直度が悪くなるという問題がある（特許文献２参照）。というのは、図７（ロ）に示すようにスピンドルヘッドの前進時に重心位置が前後のスライダー９４,９４の間に位置する構造となっているので、前進時では理想的な支持となっているが、スピンドルヘッドの後退時では図７（イ）に示すように、前後のスライダー９４で支持される部分がスピンドルヘッドの先部となって重心位置Ｇから遠く離れ、モータ側が僅かにたわんで下がるからである。これを防ぐには、前後のスライダーの間に常に重心が位置するように、各スライダーの前後幅を広げると共に、レールを長くすることも考えられる。しかし、二本ともレールを長くすると、その分だけ質量増となるので高速加工には不向きとなる。また、スピンドルヘッドの後のモータと前のケースは別部品であり、通常、モータとケースの面は一致しないことから、レールを長くしてもその延長部分をモータに固定することが難しい。かといって、レールを長くした分だけケース及びその内蔵部品を長くするのも、質量の大幅増となって、スピンドルヘッドを高速に移動するには不向きであるし、長いスピンドルを精度良く製作するのは困難で、スピンドルの回転時に振動が発生する原因となる。
特開２００２−２００５３４号公報 特開２００２−１３７１２８号公報

本発明は上記実情を考慮して開発されたもので、その解決課題は、支持剛性の高いレール移動式を採用しながらも、質量の増加を抑え、その上、スピンドルヘッドのＺ軸方向（往復方向）の真直度を向上することである。

本発明は、ケースの後方にモータが付いたスピンドルヘッドを、上下動可能なサドルに対して前進・後退可能に設けるために、二本のレールを上下に間隔をあけてスピンドルヘッドのケースに付け、各レールを案内する二つのスライダーを前後に間隔をあけてサドルに固定し、サドルに対してスピンドルヘッドを前進した場合にはスピンドルヘッドの重心位置が前後のスライダーの間に位置し、スピンドルヘッドを後退した場合には重心位置が後側のスライダーよりも後方に離れる位置関係にある横型マシニングセンタを前提とする。

そして請求項１記載の発明は、一本の補助レールと、補助レールを案内する補助スライダーのうち一方をケースに、他方をサドルにそれぞれ固定し、スピンドルヘッドを後退した場合に、後側のスライダーよりも重心位置に近い箇所を、補助スライダーで支持することを特徴とする。

また、スピンドルヘッドを後退した場合に補助スライダーが支持する箇所は、後側のスライダーよりも重心位置に近い箇所であれば、重心位置よりも前方であっても良いが、支持剛性を高めるには、請求項２記載の発明のように、スピンドルヘッドを後退した場合に、重心位置又はそれよりも後方を補助スライダーで支持することが望ましい。

スピンドル本体を長く形成してモータに直結しても良いが、スピンドル本体が長いと、スピンドル本体の同軸度あるいは振れ精度が悪化し、回転時に振動が発生しやすくなる。それを防ぐには請求項３記載の発明のように、ケース内で回転するスピンドル本体の後方にリジットカップリングを介して中間スピンドルを直結し、中間スピンドルをリジットカップリングを介してモータに直結してあることが望ましい。つまり、スピンドル本体、中間スピンドル及びモータをそれぞれリジットカップリングで剛結することが望ましい。

請求項１記載の発明は、補助スライダー及び補助レールを利用して、スピンドルヘッドを後退した場合に後側のスライダーよりも重心位置に近い箇所を、補助スライダーで支持するので、補助スライダー等がない従来品に比べて、支持剛性が高まり、スピンドルヘッドのＺ軸方向（往復方向）の真直度が向上する。また、補助レールは一本なので、レールを二本とも長く延ばす方式よりも、質量の増加を抑えることができ、スピンドルヘッドの高速移動に適している。

請求項２記載の発明は、スピンドルヘッドを後退した場合に、重心位置又はそれよりも後方を補助スライダーで支持するので、支持剛性が一段と高まる。

請求項３記載の発明は、スピンドル本体、中間スピンドル及びモータをリジットカップリングによって剛結してあるので、それぞれの軸線が自然に調心されて直結することになり、同軸度が向上し、回転時に振れが発生しにくくなる。

本発明に使用する横型マシニングセンタは、レール移動式スピンドルヘッドを持つもので、図１に示すように、スライドユニット１，２，３を利用してＸ、Ｙ、Ｚ軸方向にスピンドルヘッド４を移動する。詳しくいえば、ベッド５上には、Ｘ軸方向（左右方向）用のスライドユニット１を介してコラム６を取り付けてある。コラム６には、Ｙ軸方向（上下方向）用のスライドユニット２を介してサドル７を取り付けてある。そして、サドル７にはＺ軸方向用のスライドユニット３を介してスピンドルヘッド４を取り付け、スピンドルヘッド４を前後動可能に支持してある。

各スライドユニットは、ボールネジをサーボモータで回転させることによって、スライダーをレールに沿って移動させる機構を用いている。本発明では、Ｚ軸方向用のスライドユニットのスライダーとレールに関係の深い事柄について工夫がなされている。

Ｚ軸方向用のスライドユニット３の第一例は図１と図２に示すように、スピンドルヘッド４のケース８の平らなサドル面の上下に間隔をあけて二本のレール９，９をＺ軸方向に沿って取り付けると共に、ケース８のサドル面後部であって上下のレール９，９の間に補助レール１０を取り付け、補助レール１０をスピンドルヘッド４のモータ１１のスライド面側まで延長してある。サドル７には、レール９を案内するスライダー１２を、上下・前後に間隔をあけて四つ取り付け、前後二つのスライダー１２，１２で各レール９を支持すると共に、補助レール１０を案内する一つの補助スライダー１３を、後方のスライダー１２よりも後側であって、高さについては上下のスライダーの間に取り付けてある。取付には例えばボルト止めを用いる。

そして、図２（イ）に示すようにスピンドルヘッド４を後退させた場合には、スピンドルヘッド４の重心位置Ｇが補助スライダー１３と後方のスライダー１２の間に位置することになる。一方、図２（ロ）に示すようにサドル７に対してスピンドルヘッド４を前進させた場合には、スピンドルヘッド４の重心位置Ｇが前後のスライダー１２，１２の間に位置することになる。つまり、前進・後退の間、常に重心位置Ｇの前後二箇所を支持していることになるので、Ｚ軸方向の真直度が向上する。なお、スピンドルヘッド４の重心位置Ｇは、ケース８の後部にある。

Ｚ軸方向用のスライドユニット３の第二例は図３に示すように、補助レール１０と補助スライダー１３の取り付け対象を第一例とは逆にしたもので、補助レール１０をサドル７に固定し、一方、補助スライダー１３をケース８のサドル面であって重心位置Ｇよりも後方に取り付けたものである。

スピンドルヘッド４は図４に示すように、ツール１４をクランプして回転するスピンドル１５をケース８内に有する。スピンドル１５は、モータ１１の回転軸１６にリジットカップリング１７を介して中間スピンドル１８を剛結し、中間スピンドル１８に別のリジットカップリング１９を介してスピンドル本体２０を剛結し、中間スピンドル１８とスピンドル本体２０をベアリング２１で回転可能に支持したものである。スピンドル本体２０と中間スピンドル１８を、全長に亘って均等な間隔でベアリング２１によって支持すれば、回転が安定するので望ましい。符号２２は、ケース内に固定するためのアウターチューブであり、アウターチューブ２２やスピンドル本体２０等に他の部品を組み付けることによって、スピンドル本体２０や中間スピンドル１８の前後方向を位置決めして支持してある。なお、ケース８の後部に補助スライダー１３をボルト止めしてあることが明示してある。補助スライダー１３は、前後幅が補助レール１０よりも極端に短く、図２に示す第一例のように補助レール１０がモータ１１及びケース８の二部材にまたがって取り付くことが無く、Ｚ軸方向の真直度は向上する。

スピンドル本体２０は図５に示すように筒状であって、ドローバー２３をＺ軸方向に摺動可能に内蔵している。ドローバー２３の先端のコレット２４でツール末端のプルスタッド２５をつかみ、ドローバー２３とスピンドル本体２０の間に内蔵する皿バネ２６でドローバー２３を後方に引きこむことによって、ツール１４をクランプする。ドローバー２３の後部では受動ピン２７がスピンドル本体２０の長孔２８から外側に突き出しており、長孔２８の末端に受動ピン２７が引っかかって、ドローバー２３の後方への引き込み状態を一定に保持する。そして、ドローバー２３を押出装置２９によって前方に押し込むと、受動ピン２７が長孔２８の先端側に移動しながらドローバー２３が前進し、ツール１４がアンクランプされる。

本発明の横型マシニングセンタを示す斜視図である。 （イ）図はスライドユニットの第一例の後退状態を示す正面図、（ロ）図は前進状態を示す正面図、（ハ）図は側面から視た分解図である。 （イ）図はスライドユニットの第二例の後退状態を示す正面図、（ロ）図は前進状態を示す正面図、（ハ）図は側面から視た分解図である。 スピンドル本体と中間スピンドルの連結状態を示す断面図である。 ツールのクランプ構造を示すスピンドル本体内の断面図である。 従来の横型マシニングセンタを平面方向から視た要部断面図である。 （イ）図は従来の横型マシニングセンタの後退状態を示す正面図、（ロ）図は前進状態を示す正面図、（ハ）図は側面図である。

符号の説明

４ スピンドルヘッド
７ サドル
８ ケース
９ レール
１０ 補助レール
１１ モータ
１２ スライダー
１３ 補助スライダー
１７ リジットカップリング
１８ 中間スピンドル
１９ リジットカップリング
２０ スピンドル本体
Ｇ 重心位置

Claims (3)

1. ケース（８）の後方にモータ（１１）が付いたスピンドルヘッド（４）を、上下動可能なサドル（７）に対して前進・後退可能に設けるために、二本のレール（９，９）を上下に間隔をあけてスピンドルヘッドのケース（８）に付け、各レールを案内する二つのスライダー（１２，１２）を前後に間隔をあけてサドル（７）に固定し、
   サドルに対してスピンドルヘッド（４）を前進した場合にはスピンドルヘッドの重心位置（Ｇ）が前後のスライダー（１２，１２）の間に位置し、スピンドルヘッド（４）を後退した場合には重心位置（Ｇ）が後側のスライダー（１２）よりも後方に離れる位置関係にある横型マシニングセンタにおいて、
   一本の補助レール（１０）と、補助レールを案内する補助スライダー（１３）のうち一方をケース（８）に、他方をサドル（７）にそれぞれ固定し、
   スピンドルヘッド（４）を後退した場合に、後側のスライダー（１２）よりも重心位置（Ｇ）に近い箇所を、補助スライダー（１３）で支持することを特徴とする横型マシニングセンタ。
2. スピンドルヘッド（４）を後退した場合に、重心位置（Ｇ）又はそれよりも後方を補助スライダー（１３）で支持することを特徴とする請求項１記載の横型マシニングセンタ。
3. ケース（８）内で回転するスピンドル本体（２０）の後方にリジットカップリング（１９）を介して中間スピンドル（１８）を直結し、中間スピンドル（１８）をリジットカップリング（１７）を介してモータ（１１）に直結してあることを特徴とする請求項１又は２記載の横型マシニングセンタ。

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