JP2014094425A

JP2014094425A - ５軸制御工作機械

Info

Publication number: JP2014094425A
Application number: JP2012247075A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yajima; 昌弘矢島
Original assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2014-05-22

Abstract

【課題】作業空間を有効に利用して加工作業工程の効率を高める。
【解決手段】ベッド２０内の加工動作可能領域ＭＳの左側壁に、略四角柱縦長形状であり、その中央部がＡ軸周りに回転可能に枢支されたＡ軸回転体１１が備わっている。Ａ軸回転体１１は、Ａ軸回転駆動モータ１５により回転駆動される。また、Ａ軸回転体１１の一端には、Ｃ軸回転駆動体１２が備わっており、その他端には、油圧駆動される心押し台１３が備わっている。また、Ｃ軸回転駆動体１２には、ワークＷを把持可能なものであって、そのＣ軸回転駆動体１２によりＣ軸周りに回転駆動されるチャック１４が取り付けられている。ワークＷの一端をチャック１４で把持し、その他端を心押し台１３で支持した状態で、Ｃ軸回転駆動体１２によりチャック１４を回転させると、ワークＷがＣ軸周りに回転することになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、５軸制御工作機械に関し、例えば、ブレード加工に利用される５軸制御工作機械に関する。

いわゆる５軸制御により、主軸に工具を装着した工具により加工対象物（以下、「ワーク」と称する）に対して切削加工を行うマシニングセンタ等の工作機械が普及している。ここで、５軸というのは、工具のワークに対する、３次元空間の互いに直交する方向の移動を規定する直進移動軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の３軸と、工具に対する、ワーク自体の回転とワークの旋回を規定する回転中心軸（Ａ，Ｃ）の２軸である。このような５軸に関して動作制御することにより、例えば航空機エンジンのブレード形状のような複雑に湾曲する部品も加工できる。かかる工作機械を開示したものとして、例えば、特許文献１乃至５がある。なお、工具とワークとの間の旋回動作で、物理的に工具側を旋回させる構成のものもある。

ここで、工具に対する、ワーク自体の回転とワークの旋回の動作に注目すると、例えば特許文献２においては、ワーク（３０）が円形のロータリテーブル（１１ａ）上に載置され、そのロータリテーブルが回転することにより、ワークがＣ軸回転するようになっている。また、そのロータリテーブルがチルトテーブル（１１ｂ）上に載置され、そのチルトテーブルがＡ軸周りに旋回することにより、ワークがＡ軸旋回するようになっている。他の特許文献においても、基本構造は同じである。

特開２００３−２６６２７５号公報特開２００７−２１９９５１号公報特開２００８−７３８１３号公報特開２０１１−２５５４４２号公報特開２０１２−３０３３８号公報

上述の従来の５軸制御工作機械における、ワークの工具に対するＡ軸旋回機構においては、ワークが載置されたテーブルがＡ軸についてチルトすることにより実現しているのであるが、そのテーブルは、ワークに対して相対する両端がＡ軸回動するように枢支されている。簡単に言えば、いわゆる“両持ち構造”となっている。しかしながら、かかる構造では、無駄にスペースをとってしまうという課題があった。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、本発明の目的は、作業空間を有効に利用して加工作業工程の効率を高めることができる５軸制御工作機械を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の５軸制御工作機械は、第一回転動作軸についてワークを回転させると共に、その第一回転動作軸に直交する第二回転動作軸についてベッド部に対して前記ワークを回転させつつ、また、その１つが前記第二回転動作軸と同方向の互いに直交する第一、第二、及び第三直進動作軸について工具を前記ベッド部に対して三次元的に移動させつつ、前記工具により前記ワークを加工する５軸制御工作機械であって、前記第二回転動作軸について回転可能なように、その軸方向の一端が、前記ベッド部に枢支される回転体と、前記回転体の、前記第一回転動作軸方向の両端にあって、前記ワークを、前記第一回転動作軸について回転可能なように前記第一回転動作軸方向から挟持する一対の挟持部材と、を備えることを要旨とする。

ここで、好適には、前記一対の挟持部材は、一方に前記ワークを把持するチャック及びそのチャックを回転駆動させる駆動体と、他方に前記ワークを軸支する心押し台と、を含んでいる。

また、好適には、前記回転体は、略四角柱縦長形状であり、その両端に前記一対の挟持部材が固定されている。

また、特に、前記回転体及び前記一対の挟持部材に並列して段取りテーブルを更に備えていてもよい。あるいは、前記回転体及び前記一対の挟持部材と同じ他の一組を更に備えていてもよい。

本発明の５軸制御工作機械によれば、作業空間を有効に利用して加工作業工程の効率を高めることができる。特に、段取りテーブルを設ければ、より多彩な同時的複合加工が可能となり、また、いわゆるタンデム加工とすれば、加工に要する全時間を短縮することができる。

本発明の５軸制御工作機械における一実施形態の平面図である。本発明の５軸制御工作機械における一実施形態の正面図である。本発明の５軸制御工作機械における一実施形態の側面図である。Ａ軸及びＣ軸動作に係る構造体の詳細を示す斜視図である。主軸とワークの動作上の相対的位置関係を説明するための図である。主軸とワークの動作上の相対的位置関係を説明するための図である。コンパクト化により生じた領域の有効利用の具体例を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１、図２、及び図３は、それぞれ、本発明の５軸制御工作機械における一実施形態の平面図、正面図、及び側面図である。

図１乃至図３を参照しつつ、本発明の一実施形態たる５軸制御工作機械１００は、基礎であるベッド２０と、そのベッド２０に対してＹ軸方向に摺動可能なＹ軸移動体（コラム）３０と、そのＹ軸移動体３０に対してＸ軸方向に摺動可能なＸ軸移動体４０と、そのＸ軸移動体４０に対してＺ軸方向に摺動可能なＺ軸移動体５０とを備えている。また、Ｚ軸移動体５０の下部には、Ｚ軸と同方向の軸を有する主軸５１が設けられ、その主軸５１の下端に、工具が取り付け可能となっている。主軸５１に取り付けられた工具は、その主軸５１に内蔵された主軸モータ（図示せず）により主軸周りに回転可能となる。

ここで、Ｙ軸移動体３０、Ｘ軸移動体４０、及びＺ軸移動体５０は、それぞれ、Ｙ軸駆動モータ３１、Ｘ軸駆動モータ（図示せず）、及びＺ軸駆動モータ（図示せず）により駆動されて、それぞれの軸方向に移動する。以上の構造により、主軸モータにより回転状態にある工具が、ベッド２０に対して３次元的に相対移動が可能となり、この動作により、後述するワークＷに対する３次元的な接近／離反動作を実現している。

また、５軸制御工作機械１００は、工具自動交換装置６０を備えており、その工具把持交換機構６１が、複数の工具から所望の工具を選択して、把持、移動し、主軸５１に取り付けると共に、加工後の工具を撤退させることが可能となっている。また、上述及び後述の機械的動作の制御は、ＮＣ（Numerical Control）制御部７０により行われる。更に、５軸制御工作機械１００は、操作／表示パネル８０を備えている。なお、５軸制御工作機械１００は、他に様々な構成を有しているが、ここでは省略する。

次に、図４をも参照することにより、Ａ軸及びＣ軸動作に係る構造体について説明する。図４は、その詳細構造を示す図である。そこで、Ａ軸は、図１及び図２に示すように、Ｘ軸に平行な軸であり、Ｃ軸は、図１に示すように、Ａ軸に対して直交する軸であると共に、後に詳述するように、Ａ軸回転に伴ってＹ軸とＺ軸で画定される平面内を回動可能な軸である。

そこで、図１及び図２に示すように、ベッド２０内の加工動作可能領域ＭＳの左側壁に、略四角柱縦長形状であり、その中央部がＡ軸周りに回転可能に枢支されたＡ軸回転体１１が備わっている。Ａ軸回転体１１は、Ａ軸回転駆動モータ１５により回転駆動される。また、Ａ軸回転体１１の一端には、Ｃ軸回転駆動体１２が備わっており、その他端には、油圧駆動される心押し台１３が備わっている。また、Ｃ軸回転駆動体１２には、ワークＷを把持可能なものであって、そのＣ軸回転駆動体１２によりＣ軸周りに回転駆動されるチャック１４が取り付けられている。

動作としては、ワークＷの一端をチャック１４で把持し、その他端を心押し台１３で支持した状態で、Ｃ軸回転駆動体１２によりチャック１４を回転させると、ワークＷがＣ軸周りに回転することになる。従って、チャック１４がＣ軸回転し、かつ、Ａ軸回転体１１Ａ軸回転駆動モータ１５によりＡ軸について回転すると、ワークＷは、Ｃ軸について自転しつつ、Ａ軸について回転するような動作となる。このワークＷの、Ｃ軸及びＡ軸に関する回転によるベッド２０に対する相対動作と、工具のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に関する移動によるベッド２０に対する相対動作により、工具によるワークＷへの５軸制御加工が実現できる。なお、図３における２点鎖線は、Ａ軸回転体１１の両端の回転軌跡を表している。

このように本発明の一実施形態の５軸制御工作機械１００にあっては、ワークＷのベッド２０に対する相対的Ａ軸回転を実現する部材を、ワークＷについてＡ軸方向一端でベッド２０に対して枢支するように構成している。簡単に言えば、いわゆる片持ち構造としている。また、それに伴って、ワークのＣ軸回転を規定する構造としては、Ａ軸回転体１１にそれぞれ固定されたＣ軸回転駆動体１２及び心押し台１３によりワークＷを挟持する構造を採用している。従って、本発明の一実施形態の５軸制御工作機械１００にあっては、Ａ軸及びＣ軸動作に係る構造体を、いわゆる両持ち構造の従来と比してコンパクトに構成できる利点がある。

次に、図５及び図６を参照して、主軸５１とワークＷの動作上の相対的位置関係について説明する。図５（ａ）は、Ａ軸及びＣ軸動作に係る構造体の部分の部分正面図（図２に対応）であり、当該構造体に対する、主軸５１のＸ軸及びＺ軸に係る相対移動のストロークを示している。

また、図５（ｂ）及び図６（ａ）〜（ｃ）は、同様に、Ａ軸及びＣ軸動作に係る構造体の部分の部分側面図（図３に対応）であり、当該構造体に対する主軸５１のＹ軸に係る相対移動と、当該構造体のＡ軸回転動作の関係を示している。詳細には、図５（ｂ）は、Ｃ軸の方向とＹ軸の方向が一致している場合（このとき、例えば、Ａ軸の回転を０度とする）を示しており、そのときの主軸５１のＹ軸方向の移動（ワークＷに対する長手方向の移動）のストロークを示している。なお、図３と同様、二点鎖線は、Ａ軸回転体１１の両端の回転軌跡を表している。また、図６（ａ）は、同様に、主軸５１のＹ軸方向の移動のストロークを示すものであり、特に、構造体がＡ軸について４５度回転し、つまり、Ｃ軸がＹ軸に対して４５度傾いている状態を示している。また、図６（ｂ）は、同様に、主軸５１のＹ軸方向の移動のストロークを示すものであり、特に、構造体がＡ軸について−４５度回転し、つまり、Ｃ軸がＹ軸に対して−４５度傾いている状態を示している。また、図６（ｃ）は、同様に、主軸５１のＹ軸方向の移動のストロークを示すものであり、特に、構造体がＡ軸について−９０度回転し、つまり、Ｃ軸がＹ軸に対して直交している状態を示している。このように、主軸５１は、構造体がＡ軸に関して回転しても、そのＣ軸回転駆動体１２等と干渉しないように移動動作する。

前述のように本発明の一実施形態の５軸制御工作機械１００によれば、Ａ軸及びＣ軸動作に係る構造体をコンパクトに構成できる。従って、加工動作可能領域ＭＳが従来と同様の容積であれば、そのコンパクト化により有意に生じた領域を有効利用できることとなる。図７は、その利用の具体例を示す図である。図７（ａ）は、段取り用テーブル１６を設けた場合を示している。このように、段取りテーブル１６を並置すれば、ワークＷの加工に並行して、他のワークのチャッキング部分の加工などの前加工やその他の加工を行うことができ、より複合的な加工が可能となり、多様性が増すと共に、全加工工程の効率化・時間短縮が図れる。また、図７（ｂ）は、Ａ軸及びＣ軸動作に係る構造体をもう一対設ける態様であり、これによればいわゆるタンデム加工が実現できる。なお、かかる有効利用は、図７に示したものには限られず、当業者であれば他にも想到できるであろう。

以上のように、本発明の５軸制御工作機械における上述の実施形態によれば、作業空間を有効に利用して加工作業工程の効率を高めることができる。

本発明の５軸制御工作機械は、マシニングセンタ、特にブレード加工機として使用できる。

１００５軸制御工作機械
１１Ａ軸回転体
１２Ｃ軸回転駆動体
１３心押し台
１４チャック
１５Ａ軸回転駆動モータ
１６段取りテーブル
２０ベッド
３０Ｙ軸移動体
４０Ｘ軸移動体
５０Ｚ軸移動体
５１主軸
６０自動工具交換装置
６１工具把持交換機構
７０ＮＣ制御部
８０操作／表示パネル
Ｗワーク
ＭＳ加工動作可能領域

Claims

第一回転動作軸についてワークを回転させると共に、その第一回転動作軸に直交する第二回転動作軸についてベッド部に対して前記ワークを回転させつつ、また、その１つが前記第二回転動作軸と同方向の互いに直交する第一、第二、及び第三直進動作軸について工具を前記ベッド部に対して三次元的に移動させつつ、前記工具により前記ワークを加工する５軸制御工作機械であって、
前記第二回転動作軸について回転可能なように、その軸方向の一端が、前記ベッド部に枢支される回転体と、
前記回転体の、前記第一回転動作軸方向の両端にあって、前記ワークを、前記第一回転動作軸について回転可能なように前記第一回転動作軸方向から挟持する一対の挟持部材と、
を備えることを特徴とする５軸制御工作機械。
前記一対の挟持部材は、一方に前記ワークを把持するチャック及びそのチャックを回転駆動させる駆動体と、他方に前記ワークを軸支する心押し台と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の５軸制御工作機械。
前記回転体は、略四角柱縦長形状であり、その両端に前記一対の挟持部材が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の５軸制御工作機械。
前記回転体及び前記一対の挟持部材に並列して段取りテーブルを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の５軸制御工作機械。
前記回転体及び前記一対の挟持部材と同じ他の一組を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の５軸制御工作機械。