JP2018034248A

JP2018034248A - Machine tool

Info

Publication number: JP2018034248A
Application number: JP2016169147A
Authority: JP
Inventors: 慎也伊谷; Shinya Itani; 豊槻田; Yutaka Tsukita
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: JP6732608B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a machine tool which has a spindle supported by an air bearing and can change an axial direction of the spindle.SOLUTION: A machine tool 1 includes: a spindle 11 on which a tool 2 is mounted; a spindle head 10 which has an air bearing for rotatably supporting the spindle 11 and a motor for rotationally driving the spindle 11; a table 21 to which a workpiece 3 is fixed; and a support structure 20 which relatively movably supports the spindle head 10 with respect to the table 21. The support structure 20 includes: movement mechanisms 31, 32, and 33 which move the spindle head 10 in parallel along at least one of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis orthogonal to each other; and an A-axis movement mechanism 34 (rotation mechanism) which rotates the spindle head 10 with at least one of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis as a center. A rotation axis of the rotation mechanism is arranged so as to pass through a region of a prescribed radius from a center of gravity of the spindle head 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は工作機械に関し、とくに高回転のもとで高精度切削を行うための工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool, and more particularly to a machine tool for performing high-precision cutting under high rotation.

従来、マシニングセンタなどの工作機械では、主軸ヘッドに支持された主軸の先端に各種の切削工具を装着し、主軸を回転させることでワークの切削加工を行っている。
切削工具は、ワークに対する加工内容に応じて、多様なものが選択される。多様な形状の工具を同じ主軸の先端に装着するために、ＢＴ規格などの共通化されたホルダが使用される。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a machine tool such as a machining center, various cutting tools are attached to the tip of a spindle supported by a spindle head, and a workpiece is cut by rotating the spindle.
Various cutting tools are selected according to the processing content of the workpiece. In order to mount tools of various shapes on the tip of the same spindle, a common holder such as the BT standard is used.

近年、主軸回転の高速化および高精度化の要求に応えるべく、ホルダを用いずに工具を主軸に装着する工作機械が用いられるようになっている。
例えば、一部の工作機械では、主軸の支持にエアベアリング（空気静圧軸受）が用いられ、毎分数万ないし数十万回転に及ぶ高回転化が図られている（特許文献１参照）。
前述のような高速回転型の工作機械では、ホルダを介して工具を装着する構造が不都合となる。例えば、ホルダに工具を固定する際に軸芯精度が十分でないと、高速回転時の振れが大きくなり、エアベアリングでの回転支持に適さない。また、ホルダを用いることで機械的な小型化が難しく、高速回転型の工作機械が多用される微細形状の高精度加工に適さないことになる。 In recent years, machine tools for mounting a tool on a spindle without using a holder have been used in order to meet the demand for higher speed and higher accuracy of spindle rotation.
For example, in some machine tools, an air bearing (aerostatic bearing) is used to support the main shaft, and high rotation speed of several tens of thousands to several hundred thousand rotations per minute is achieved (see Patent Document 1). .
In the high-speed rotation type machine tool as described above, a structure in which a tool is mounted via a holder is inconvenient. For example, if the accuracy of the shaft center is not sufficient when the tool is fixed to the holder, the vibration during high-speed rotation becomes large, which is not suitable for rotation support with an air bearing. Further, the use of the holder makes it difficult to reduce the size of the machine, which makes it unsuitable for high-precision machining with a fine shape in which high-speed rotary machine tools are frequently used.

このような背景から、主軸の支持にエアベアリングを用いる工作機械において、工具を主軸に直接固定できるとともに、主軸部分の構造が簡素な工作機械が求められていた。
このような要求に対し、本願発明者らは、鋭意研究の結果、上述した要望を満足する技術を開発するに至り、これを特許出願している（特許文献２参照）。 Against this background, there has been a demand for a machine tool that uses an air bearing to support the spindle and that can directly fix the tool to the spindle and that has a simple spindle structure.
In response to such a demand, the inventors of the present application have developed a technique that satisfies the above-mentioned demand as a result of earnest research, and have applied for a patent (see Patent Document 2).

特許文献２は、主軸ヘッドに回転自在に支持された主軸と、主軸の先端に設置されたチャック装置と、チャック装置にチャックされる工具と、を有する工作機械であって、チャック装置は、工具を挿入可能な円筒状のコレット部材と、主軸の端面に開口しかつコレット部材を収容可能なチャック孔と、コレット部材の外周と前記チャック孔の内周との間に形成されかつ前記チャック孔の開口から奥側に向かって主軸の中心軸線に近接するテーパ面を有する絞り機構と、コレット部材を前記チャック孔の開口から奥側へと引き込む引込機構と、を有するものとされる。 Patent document 2 is a machine tool having a main shaft rotatably supported by a main shaft head, a chuck device installed at the tip of the main shaft, and a tool chucked by the chuck device. A cylindrical collet member that can be inserted, a chuck hole that opens to the end surface of the main shaft and that can accommodate the collet member, and is formed between the outer periphery of the collet member and the inner periphery of the chuck hole, An aperture mechanism having a tapered surface that is close to the central axis of the main shaft from the opening toward the back side, and a retracting mechanism that draws the collet member from the opening of the chuck hole to the back side.

このような工作機械では、コレット部材、チャック孔、絞り機構および引込機構により、工具を主軸の軸線方向に引き込みつつ全周から締め付けてクランプすることができ、工具を主軸に直接固定できるとともに、主軸の先端側に突出する機構などはなく、主軸部分の構造が簡素なものとすることができる。 In such a machine tool, the collet member, chuck hole, drawing mechanism, and pull-in mechanism can clamp the tool by tightening it from the entire circumference while pulling it in the axial direction of the main spindle, and can directly fix the tool to the main spindle. There is no mechanism or the like that protrudes toward the tip end side, and the structure of the main shaft portion can be simplified.

特開平０９−２５７０３７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-257037 特開２０１６−１０７３６２号公報JP, 2006-107362, A

ところで、主軸の支持にエアベアリングを用いない一般的な工作機械においては、工具移動をＸＹＺの３軸で制御するだけでなく、各軸まわりのＡＢＣ軸を含む４軸ないし６軸で制御する工作機械が利用されている。
しかし、主軸の支持にエアベアリングを用いる工作機械においては、ＸＹＺの３軸制御されるだけであり、主軸は専ら鉛直方向（Ｚ軸方向）に配置されていた。
そこで、エアベアリングで主軸が支持されるとともに、主軸の軸線方向を変更できる工作機械が求められていた。 By the way, in a general machine tool that does not use an air bearing to support the main shaft, the tool movement is controlled not only by three axes of XYZ but also by four to six axes including ABC axes around each axis. Machine is in use.
However, in a machine tool that uses an air bearing to support the main shaft, only three axes of XYZ are controlled, and the main shaft is exclusively arranged in the vertical direction (Z-axis direction).
Accordingly, there has been a demand for a machine tool in which the main shaft is supported by an air bearing and the axial direction of the main shaft can be changed.

本発明の目的は、エアベアリングで主軸が支持されるとともに、主軸の軸線方向を変更できる工作機械を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a machine tool in which a main shaft is supported by an air bearing and the axial direction of the main shaft can be changed.

本発明は、主軸の支持にエアベアリングを用いる工作機械では、高精度かつ微小な加工を行うために、主軸ヘッドまわりの構造の小型化が要求され、主軸ヘッドの支持構造に追加的な機構を設置しにくく、このためにＡＢＣ軸の回動機構が適用できなかったのであり、主軸ヘッドの支持構造の大型化が避けられればＡＢＣ軸の回動機構の追加は可能である、との知見に基づく。 According to the present invention, in a machine tool using an air bearing for supporting a spindle, it is required to reduce the size of the structure around the spindle head in order to perform highly accurate and minute machining, and an additional mechanism is added to the spindle head support structure. It is difficult to install, and for this reason, the rotation mechanism of the ABC shaft cannot be applied, and it is possible to add the rotation mechanism of the ABC shaft if the size of the spindle head support structure can be avoided. Based.

本発明の工作機械は、工具が装着される主軸と、前記主軸を回転自在に支持するエアベアリングおよび前記主軸を回転駆動するモータを有する主軸ヘッドと、ワークが固定されるテーブルと、前記テーブルに対して前記主軸ヘッドを相対移動可能に支持する支持構造と、を有し、前記支持構造は、前記主軸ヘッドを互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の少なくともいずれかに沿って平行移動させる移動機構と、前記主軸ヘッドを前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前記Ｚ軸の少なくともいずれかを中心に回動させる回動機構と、を有し、前記回動機構の回動軸線は、前記主軸ヘッドの重心から所定半径の領域を通るように配置されていることを特徴とする。 A machine tool according to the present invention includes a spindle on which a tool is mounted, a spindle head having an air bearing that rotatably supports the spindle and a motor that rotationally drives the spindle, a table to which a workpiece is fixed, and a table. And a support structure that supports the spindle head in a relatively movable manner, and the support structure translates the spindle head along at least one of the X, Y, and Z axes orthogonal to each other. A movement mechanism; and a rotation mechanism that rotates the spindle head about at least one of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the rotation axis of the rotation mechanism is the spindle The head is arranged so as to pass through a region having a predetermined radius from the center of gravity of the head.

本発明において、移動機構としては、既存のＸ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構を利用することができる。工作機械は、例えばベースにテーブルおよびコラムを設置し、コラムのクロスバーにサドルを支持し、サドルで主軸ヘッドを支持する構成とすることができる。このような工作機械では、コラムまたはテーブルをベースに対して移動させる機構をＸ軸駆動機構とし、サドルをクロスバーに対して移動させる機構をＹ軸駆動機構とし、主軸ヘッドをサドルに対して昇降させる機構をＺ軸駆動機構とすることができる。
本発明において、回動機構としては、Ｘ軸を中心に主軸ヘッドを回動させるＡ軸駆動機構、Ｙ軸を中心に主軸ヘッドを回動させるＢ軸駆動機構、Ｚ軸を中心に主軸ヘッドを回動させるＣ軸駆動機構のいずれか、およびこれらの組み合わせとすることができる。これらのＡ軸〜Ｃ軸の各軸駆動機構は、前述したＸ軸〜Ｚ軸の各軸駆動機構の一部に介在させることができる。例えば、Ａ軸駆動機構は、Ｚ軸駆動機構を介してサドルに主軸ヘッドを支持する部分に介在させることができ、サドルに対して主軸をＸ軸まわりに回動させることができる。この際、本発明では、Ａ軸駆動機構の回動軸線を、主軸ヘッドの重心位置ないし所定半径内を通るように設置する。
本発明において、回動機構の回動軸線が通る主軸ヘッドの重心から所定半径の領域としては、主軸ヘッドの重心から半径１０ｍｍの範囲内が好ましい。 In the present invention, an existing X-axis drive mechanism, Y-axis drive mechanism, and Z-axis drive mechanism can be used as the moving mechanism. For example, the machine tool may be configured such that a table and a column are installed on a base, a saddle is supported on a crossbar of the column, and a spindle head is supported by the saddle. In such a machine tool, the mechanism that moves the column or table relative to the base is the X-axis drive mechanism, the mechanism that moves the saddle relative to the crossbar is the Y-axis drive mechanism, and the spindle head is raised and lowered relative to the saddle. The mechanism to be used can be a Z-axis drive mechanism.
In the present invention, the rotation mechanism includes an A-axis drive mechanism that rotates the spindle head around the X axis, a B-axis drive mechanism that rotates the spindle head around the Y axis, and a spindle head around the Z axis. Any of a C-axis drive mechanism to be rotated and a combination thereof can be used. These A-axis to C-axis drive mechanisms can be interposed in a part of the aforementioned X-axis to Z-axis drive mechanisms. For example, the A-axis drive mechanism can be interposed in a portion that supports the spindle head on the saddle via the Z-axis drive mechanism, and the spindle can be rotated around the X axis with respect to the saddle. In this case, in the present invention, the rotation axis of the A-axis drive mechanism is installed so as to pass through the position of the center of gravity of the spindle head or within a predetermined radius.
In the present invention, the region having a predetermined radius from the center of gravity of the spindle head through which the rotation axis of the rotating mechanism passes is preferably within a range of 10 mm from the center of gravity of the spindle head.

本発明では、回動機構の回動軸線が、主軸ヘッドの重心から所定半径の領域を通る。このため、回動機構により主軸ヘッドを回動させても、回動に伴って主軸ヘッドの重心が変位しない、または変位が僅少である。
従って、回動に伴う主軸ヘッドの重心位置の変動に対応するべく、主軸ヘッドの支持構造を補強する必要がなく、かつ慣性モーメントが最小となるため回動機構の駆動性能も最小限で済む。その結果、本発明によれば、回動機構を追加しても、主軸ヘッドの支持構造の大型化を避けることができ、ＸＹＺの３軸制御に加えてＡＢＣ軸の回動機構を追加することが可能となる。
これにより、エアベアリングで主軸が支持されるとともに、主軸の軸線方向を変更できる工作機械を実現することができる。 In the present invention, the rotation axis of the rotation mechanism passes through a region having a predetermined radius from the center of gravity of the spindle head. For this reason, even if the spindle head is rotated by the rotation mechanism, the center of gravity of the spindle head is not displaced with the rotation, or the displacement is small.
Therefore, it is not necessary to reinforce the support structure of the spindle head in order to cope with fluctuations in the position of the center of gravity of the spindle head accompanying rotation, and the inertia moment is minimized, so that the drive performance of the rotation mechanism is minimized. As a result, according to the present invention, even if a rotation mechanism is added, it is possible to avoid an increase in the size of the spindle head support structure, and in addition to XYZ three-axis control, an ABC axis rotation mechanism is added. Is possible.
Accordingly, it is possible to realize a machine tool in which the main shaft is supported by the air bearing and the axial direction of the main shaft can be changed.

本発明の工作機械において、前記主軸ヘッドには、前記エアベアリングにエアを供給するエア配管が接続され、前記エア配管の前記主軸ヘッドに接続される端部は、その連続方向軸線が前記主軸ヘッドの前記回動軸線と平行かつ前記回動軸線から所定半径の領域に配置されていることが好ましい。 In the machine tool of the present invention, an air pipe that supplies air to the air bearing is connected to the spindle head, and an end portion of the air pipe that is connected to the spindle head has a continuous axial line that is the spindle head. It is preferable that it is arrange | positioned in the area | region of a predetermined radius from the said rotation axis in parallel with the said rotation axis.

本発明では、主軸ヘッドに接続されるエア配管の端部の連続方向軸線が、主軸ヘッドの回動軸線に沿っているため、主軸ヘッドが回動してもエア配管の変位を僅少ないし無くすことができる。
ここで、主軸ヘッドの回動に伴ってエア配管の位置が大きく変動する場合、周辺装置などとの干渉を避けるために、主軸ヘッドの周囲にエア配管の変位に応じた空間を確保する必要がある。このような空間の確保は、主軸ヘッド周辺の小型化要求に逆行し、回動機構の追加を阻害する可能性が生じる。
これに対し、本発明では、回動によるエア配管の変位が僅少ないし解消できるため、主軸ヘッドの周囲に余分な空間を確保する必要がなく、回動機構の追加を容易にすることができる。
なお、主軸ヘッドの回動に伴ってエア配管に捻れが生じることがあるが、エア配管を可撓性材料とすること、あるいはエア配管の端部ないし中間に相対回転自在なカプラ等を用いることで、捻れを解消すればよい。 In the present invention, since the continuous axial line of the end of the air pipe connected to the spindle head is along the rotation axis of the spindle head, the displacement of the air pipe is reduced or eliminated even if the spindle head rotates. Can do.
Here, when the position of the air pipe greatly fluctuates with the rotation of the spindle head, it is necessary to secure a space according to the displacement of the air pipe around the spindle head in order to avoid interference with peripheral devices. is there. Securing such a space goes against the demand for downsizing around the spindle head and may hinder the addition of a rotating mechanism.
On the other hand, in the present invention, since the displacement of the air pipe due to the rotation is small and can be eliminated, it is not necessary to secure an extra space around the spindle head, and the addition of the rotation mechanism can be facilitated.
Note that the air pipe may be twisted as the spindle head rotates, but the air pipe should be made of a flexible material, or a relatively rotatable coupler or the like should be used at the end or middle of the air pipe. Thus, it is sufficient to eliminate the twist.

本発明の工作機械において、前記主軸ヘッドは、前記エアベアリングを含む前記主軸ヘッドの機構部分を囲うカバーを有し、前記エア配管は、前記カバーの内部に収容されていることが好ましい。 In the machine tool of the present invention, it is preferable that the spindle head has a cover that surrounds a mechanical portion of the spindle head including the air bearing, and the air pipe is housed inside the cover.

本発明では、カバーでエアベアリングを含む主軸ヘッドの機構部分を囲むことでこれらを外部から遮蔽して保護等することができる。また、エア配管がカバーに収容されることで、エア配管と周辺装置との干渉を防止することができる。
本発明では、前提として、主軸ヘッドが回動してもエア配管の変位を最小限にできる構成であるため、カバーへの収容が容易であるとともに、エア配管を収容するカバーのサイズも最小限にすることができる。 In the present invention, by surrounding the mechanical part of the spindle head including the air bearing with the cover, these can be protected from the outside and protected. Further, since the air pipe is accommodated in the cover, interference between the air pipe and the peripheral device can be prevented.
In the present invention, as a premise, since the displacement of the air piping can be minimized even if the spindle head rotates, the cover can be easily accommodated in the cover, and the size of the cover for accommodating the air piping is also minimized. Can be.

本発明の工作機械において、前記回動機構の回動軸線は、前記モータを通るように配置されていることが好ましい。
本発明では、回動機構の回動軸線がモータを通るため、切削負荷の変動や回転反力の変動などがあっても、回動軸線まわりの反力を生じることを防止でき、高い加工精度を確保することができる。 In the machine tool of the present invention, it is preferable that the rotation axis of the rotation mechanism is disposed so as to pass through the motor.
In the present invention, since the rotation axis of the rotation mechanism passes through the motor, it is possible to prevent a reaction force around the rotation axis from being generated even if there are fluctuations in cutting load or rotation reaction force, and high machining accuracy. Can be secured.

本発明の工作機械において、前記エアベアリングは、前記主軸の軸線方向に少なくとも２つ配列され、前記モータは、２つの前記エアベアリングの間に設置されていることが好ましい。
本発明では、主軸の軸線方向に沿って、一対のエアベアリングでモータが挟まれる両持ち配置となるため、主軸の振れを効果的に抑制することができる。 In the machine tool of the present invention, it is preferable that at least two of the air bearings are arranged in the axial direction of the main shaft, and the motor is installed between the two air bearings.
In the present invention, since the motor is sandwiched between the pair of air bearings along the axial direction of the main shaft, the main shaft can be effectively prevented from shaking.

本発明によれば、エアベアリングで主軸が支持されるとともに、主軸の軸線方向を変更できる工作機械を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while a main axis | shaft is supported by an air bearing, the machine tool which can change the axial direction of a main axis | shaft can be provided.

本発明の一実施形態の工作機械の全体を示す斜視図。The perspective view which shows the whole machine tool of one Embodiment of this invention. 前記実施形態のＺ軸移動機構を示す斜視図。The perspective view which shows the Z-axis moving mechanism of the said embodiment. 前記実施形態のＡ軸移動機構を示す側面図。The side view which shows the A-axis moving mechanism of the said embodiment. 前記実施形態の主軸ヘッドの内部構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal structure of the spindle head of the said embodiment. 前記実施形態の主軸チャック部分を示す拡大断面図。The expanded sectional view which shows the spindle chuck | zipper part of the said embodiment. 前記実施形態のエア配管を示す側面図。The side view which shows the air piping of the said embodiment. 前記実施形態の主軸カバーを装着した主軸ヘッドを示す斜視図。The perspective view which shows the spindle head equipped with the spindle cover of the embodiment. 前記実施形態の配管カバーを装着した主軸ヘッドを示す斜視図。The perspective view which shows the spindle head equipped with the piping cover of the said embodiment. 前記実施形態のエア配管の引き出し状態を示す拡大斜視図。The expansion perspective view which shows the drawer state of the air piping of the said embodiment.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１において、本実施形態の工作機械１は、ストレートシャンク等の工具２を高速回転させることで、ワーク３に対する高精度の切削加工を行うものである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔overall structure〕
In FIG. 1, a machine tool 1 according to this embodiment performs high-precision cutting on a workpiece 3 by rotating a tool 2 such as a straight shank at high speed.

工作機械１は、工具２が装着される主軸１１と、主軸１１を回転自在に支持する主軸ヘッド１０と、ワーク３が固定されるテーブル２１と、テーブル２１に対して主軸ヘッド１０を相対移動可能に支持する支持構造２０と、を有する。 The machine tool 1 includes a spindle 11 on which a tool 2 is mounted, a spindle head 10 that rotatably supports the spindle 11, a table 21 to which a workpiece 3 is fixed, and a spindle head 10 that can be moved relative to the table 21. And a support structure 20 for supporting.

工作機械１は、基礎床面上に設置されたベッド２２を有し、ベッド２２の上面に前述したテーブル２１および支持構造２０が設置されている。
支持構造２０は、ベッド２２の両側を跨ぐように設置された門型のコラム２３を有する。コラム２３の上にはクロスバー２４が設置され、クロスバー２４にはサドル２５が設置されている。サドル２５には昇降ガイド２６が設置され、昇降ガイド２６には昇降部材２７が支持されている。 The machine tool 1 has a bed 22 installed on the foundation floor surface, and the table 21 and the support structure 20 described above are installed on the upper surface of the bed 22.
The support structure 20 has a gate-shaped column 23 installed so as to straddle both sides of the bed 22. A crossbar 24 is installed on the column 23, and a saddle 25 is installed on the crossbar 24. A lift guide 26 is installed on the saddle 25, and a lift member 27 is supported on the lift guide 26.

主軸ヘッド１０は昇降部材２７に支持されている。主軸１１は主軸ヘッド１０から下向きに延びており、先端の工具２でテーブル２１上のワーク３を切削可能である。
工具２を用いてワーク３に任意の立体形状を切削加工するために、主軸１１および工具２はワークに対して三次元の相対移動可能とされる。
このような三次元移動を行うために、支持構造２０にはＸＹＺ３軸の移動機構（３１〜３３）が設置されている。 The spindle head 10 is supported by the elevating member 27. The spindle 11 extends downward from the spindle head 10 and can cut the workpiece 3 on the table 21 with the tool 2 at the tip.
In order to cut an arbitrary three-dimensional shape on the workpiece 3 using the tool 2, the spindle 11 and the tool 2 can be moved relative to the workpiece in three dimensions.
In order to perform such a three-dimensional movement, the support structure 20 is provided with XYZ triaxial moving mechanisms (31 to 33).

さらに、本実施形態では、主軸ヘッド１０をＡ軸つまりＸ軸まわりに回動させるＡ軸移動機構３４が設置されている。
なお、ベッド２２には、テーブル２１をＣ軸つまりＺ軸まわりに回転させるＣ軸移動機構３５が設置されることがある。 Furthermore, in the present embodiment, an A-axis moving mechanism 34 that rotates the spindle head 10 about the A-axis, that is, the X-axis is provided.
The bed 22 may be provided with a C-axis moving mechanism 35 that rotates the table 21 around the C-axis, that is, the Z-axis.

Ｘ軸移動機構３１は、テーブル２１とベッド２２との間に設置され、テーブル２１をベッド２２に対してＸ軸方向に移動可能である。
Ｙ軸移動機構３２は、クロスバー２４とサドル２５との間に設置され、クロスバー２４をサドル２５に対してＹ軸方向に移動可能である。
Ｚ軸移動機構３３は、昇降ガイド２６と昇降部材２７との間に設置され、主軸ヘッド１０をサドル２５に対してＺ軸方向に移動（昇降）可能である。
Ａ軸移動機構３４は、昇降部材２７の下側に設置され、主軸ヘッド１０を昇降部材２７に対してＸ軸まわりに回動（Ａ軸移動）可能である。 The X-axis moving mechanism 31 is installed between the table 21 and the bed 22 and can move the table 21 with respect to the bed 22 in the X-axis direction.
The Y-axis moving mechanism 32 is installed between the crossbar 24 and the saddle 25 and can move the crossbar 24 in the Y-axis direction with respect to the saddle 25.
The Z-axis moving mechanism 33 is installed between the elevating guide 26 and the elevating member 27 and can move (elevate and lower) the spindle head 10 in the Z-axis direction with respect to the saddle 25.
The A-axis moving mechanism 34 is installed on the lower side of the elevating member 27 and can rotate the spindle head 10 about the X axis with respect to the elevating member 27 (A-axis movement).

本実施形態において、主軸ヘッド１０、Ｚ軸移動機構３３およびＡ軸移動機構３４には、これらを覆うカバー４０が設置されている。
カバー４０は、Ｚ軸移動機構３３を覆うヘッドカバー４１と、主軸ヘッド１０を覆う配管カバー４２および主軸カバー４３と、Ａ軸移動機構３４を覆うＡ軸カバー４４を備えている。これらについては後に詳述する。 In the present embodiment, the spindle head 10, the Z-axis moving mechanism 33, and the A-axis moving mechanism 34 are provided with a cover 40 that covers them.
The cover 40 includes a head cover 41 that covers the Z-axis movement mechanism 33, a piping cover 42 and a spindle cover 43 that cover the spindle head 10, and an A-axis cover 44 that covers the A-axis movement mechanism 34. These will be described in detail later.

図２に示すように、Ｚ軸移動機構３３は、昇降ガイド２６に形成された一対のレール２６１を有し、昇降部材２７はこのレール２６１に沿って昇降可能である。一対のレール２６１の間にはボールねじ等の駆動機構３３１が設置され、昇降部材２７は昇降ガイド２６に対して昇降（Ｚ軸移動）可能である。 As shown in FIG. 2, the Z-axis moving mechanism 33 has a pair of rails 261 formed on the lifting guide 26, and the lifting member 27 can be lifted and lowered along the rails 261. A drive mechanism 331 such as a ball screw is installed between the pair of rails 261, and the elevating member 27 can move up and down (Z-axis movement) with respect to the elevating guide 26.

図３に示すように、Ａ軸移動機構３４は、主軸ヘッド１０に接続された回動軸部材３４１と、回動軸部材３４１を回転自在に支持する軸受３４２と、回動軸部材３４１を回転駆動するモータ３４３と、回動軸部材３４１の角度位置を検出するエンコーダ３４４とを備えている。軸受３４２、モータ３４３、エンコーダ３４４は、昇降部材２７の下面側に固定されるとともに、Ａ軸カバー４４で覆われている。 As shown in FIG. 3, the A-axis moving mechanism 34 rotates the rotating shaft member 341 connected to the spindle head 10, the bearing 342 that rotatably supports the rotating shaft member 341, and the rotating shaft member 341. A motor 343 for driving and an encoder 344 for detecting the angular position of the rotating shaft member 341 are provided. The bearing 342, the motor 343, and the encoder 344 are fixed to the lower surface side of the elevating member 27 and are covered with an A-axis cover 44.

Ａ軸移動機構３４は、軸受３４２およびモータ３４３により、回動軸部材３４１で支持する主軸ヘッド１０をＸ軸方向の回動軸線ＡＡまわりに回動させるとともに、エンコーダ３４４を参照して任意の角度位置で停止させることができる。
従って、Ａ軸移動機構３４により、主軸１１の向きをＡ軸方向（Ｘ軸まわり）の任意の向きに調整することができる。 The A-axis moving mechanism 34 rotates the spindle head 10 supported by the rotation shaft member 341 about the rotation axis AA in the X-axis direction by the bearing 342 and the motor 343 and refers to the encoder 344 at an arbitrary angle. Can be stopped in position.
Accordingly, the A-axis moving mechanism 34 can adjust the direction of the main shaft 11 to an arbitrary direction in the A-axis direction (around the X axis).

本実施形態において、回動軸部材３４１の主軸ヘッド１０に対する接続位置は、回動軸線ＡＡが主軸ヘッド１０の重心Ｇ（主軸１１に標準的な工具２を装着した状態での重心位置）を通るように設定されている。
ここで、回動軸線ＡＡが通る位置は、主軸ヘッド１０の重心Ｇから所定半径（例えば１０ｍｍ）の範囲内であればよい。 In the present embodiment, the connecting position of the rotating shaft member 341 with respect to the spindle head 10 is such that the rotating axis AA passes through the center of gravity G of the spindle head 10 (the center of gravity when the standard tool 2 is mounted on the spindle 11). Is set to
Here, the position through which the rotation axis AA passes may be within a predetermined radius (for example, 10 mm) from the center of gravity G of the spindle head 10.

〔主軸ヘッド１０〕
図４において、主軸ヘッド１０は、側面に回動軸部材３４１が接続された略円筒状のケース１０１を有する。ケース１０１の内部には、主軸１１を中心軸線Ｃまわりに回転自在に支持するエアベアリング１２と、エアベアリング１２に加圧エアを供給するエア供給経路１３と、主軸１１を中心軸線Ｃまわりに回転駆動する主軸モータ１４とが設置されている。 [Spindle head 10]
In FIG. 4, the spindle head 10 has a substantially cylindrical case 101 having a rotation shaft member 341 connected to a side surface. Inside the case 101, an air bearing 12 that supports the main shaft 11 rotatably around the central axis C, an air supply path 13 that supplies pressurized air to the air bearing 12, and the main shaft 11 rotates about the central axis C. A driving spindle motor 14 is installed.

主軸１１は、主軸本体１１１を有し、主軸本体１１１の芯部には、主軸１１の中心軸線Ｃに沿って主軸本体１１１を貫通する中心孔１１２が形成されている。
主軸１１の先端には、工具２を装着するためのチャック装置１５（後述）を有する。
主軸ヘッド１０は、基端側（工具２が装着される主軸１１の先端とは反対側）に、プッシュシリンダ１６を備えている。プッシュシリンダ１６にはプッシュロッド１６１が接続され、プッシュロッド１６１は主軸１１の中心孔１１２に挿通され、その先端はチャック装置１５まで到達している。 The main shaft 11 has a main shaft main body 111, and a central hole 112 that penetrates the main shaft main body 111 along the central axis C of the main shaft 11 is formed in the core portion of the main shaft main body 111.
A chuck device 15 (described later) for mounting the tool 2 is provided at the tip of the main shaft 11.
The spindle head 10 includes a push cylinder 16 on the base end side (the side opposite to the tip of the spindle 11 on which the tool 2 is mounted). A push rod 161 is connected to the push cylinder 16, the push rod 161 is inserted through the center hole 112 of the main shaft 11, and the tip of the push rod 161 reaches the chuck device 15.

〔チャック装置１５〕
図５に示すように、チャック装置１５は、主軸１１の先端に固定されるスリーブ部材１５１を有する。スリーブ部材１５１には、先端側から基端側へ向けてチャック孔１５２が形成されている。チャック孔１５２にはコレット部材１５３が収容されている。
コレット部材１５３は、筒状とされ、先端側から工具２を挿入可能である。コレット部材１５３には、先端側から途中位置まですり割り１５４が複数形成されている。このすり割り１５４により、コレット部材１５３の先端側（工具２が挿入される部分）は、弾性変形して拡径または縮径することができる。 [Chuck device 15]
As shown in FIG. 5, the chuck device 15 includes a sleeve member 151 that is fixed to the tip of the main shaft 11. A chuck hole 152 is formed in the sleeve member 151 from the distal end side toward the proximal end side. A collet member 153 is accommodated in the chuck hole 152.
The collet member 153 has a cylindrical shape, and the tool 2 can be inserted from the tip side. A plurality of slits 154 are formed on the collet member 153 from the tip side to the middle position. By this slit 154, the tip side of the collet member 153 (the part into which the tool 2 is inserted) can be elastically deformed to increase or decrease the diameter.

コレット部材１５３の先端側の外周面は、先端に向けて外径が漸増するように形成され、これにより先端に向けて拡径する外側円錐面１５９が形成されている。
スリーブ部材１５１の先端側では、チャック孔１５２の内周面が先端に向けて内径が漸増するように形成され、これにより先端に向けて拡径する内側円錐面１５０が形成されている。
これらの外側円錐面１５９と内側円錐面１５０とは、コレット部材１５３をチャック孔１５２の内部に挿入することで密着可能である。そして、密着した状態から更にチャック孔１５２の奥側へとコレット部材１５３を押し込むことで、内側円錐面１５０により外側円錐面１５９が絞られ、コレット部材１５３の先端側は縮径するように変形される。 The outer peripheral surface on the distal end side of the collet member 153 is formed so that the outer diameter gradually increases toward the distal end, thereby forming an outer conical surface 159 that increases in diameter toward the distal end.
On the distal end side of the sleeve member 151, the inner peripheral surface of the chuck hole 152 is formed so that the inner diameter gradually increases toward the distal end, thereby forming an inner conical surface 150 that increases in diameter toward the distal end.
The outer conical surface 159 and the inner conical surface 150 can be brought into close contact with each other by inserting the collet member 153 into the chuck hole 152. Then, by pushing the collet member 153 further into the back side of the chuck hole 152 from the close contact state, the outer conical surface 159 is narrowed by the inner conical surface 150, and the tip end side of the collet member 153 is deformed so as to reduce its diameter. The

これらの外側円錐面１５９および内側円錐面１５０により絞り機構１５５が形成され、この絞り機構１５５でコレット部材１５３の先端側を縮径させることで、コレット部材１５３の先端から挿入された工具２のストレートシャンク部分を締め付け固定することができる。
前述したコレット部材１５３の基端側は、スリーブ部材１５１から露出されており、端部にはコレットナット１５６が螺合されている。コレット部材１５３のスリーブ部材１５１から露出された部分には、多数の皿ばね１５７が積層状態で挿通されている。
これらの皿ばね１５７は、スリーブ部材１５１とコレットナット１５６との間に挟み込まれ、その弾性反発力により、スリーブ部材１５１に対してコレットナット１５６およびコレット部材１５３を基端側へ付勢している。 A drawing mechanism 155 is formed by the outer conical surface 159 and the inner conical surface 150, and the diameter of the tip side of the collet member 153 is reduced by the drawing mechanism 155, thereby straightening the tool 2 inserted from the tip of the collet member 153. The shank part can be fastened and fixed.
The base end side of the collet member 153 described above is exposed from the sleeve member 151, and a collet nut 156 is screwed to the end portion. A number of disc springs 157 are inserted into the collet member 153 exposed from the sleeve member 151 in a stacked state.
These disc springs 157 are sandwiched between the sleeve member 151 and the collet nut 156, and urge the collet nut 156 and the collet member 153 toward the proximal end with respect to the sleeve member 151 by the elastic repulsive force. .

これらの皿ばね１５７およびコレットナット１５６により引込機構１５８が形成され、この引込機構１５８によりコレット部材１５３は常時チャック孔１５２の奥側へ向けて引き込まれ、コレット部材１５３の先端は常時縮径する状態に維持される。
従って、コレット部材１５３の先端から工具２のストレートシャンク部分が挿入されていれば、引込機構１５８により工具２の締め付け固定状態が維持される。 A retracting mechanism 158 is formed by the disc spring 157 and the collet nut 156, and the collet member 153 is always retracted toward the back side of the chuck hole 152 by the retracting mechanism 158, and the tip of the collet member 153 is always reduced in diameter. Maintained.
Therefore, if the straight shank portion of the tool 2 is inserted from the tip of the collet member 153, the tightening and fixing state of the tool 2 is maintained by the drawing mechanism 158.

図４に戻って、チャック装置１５は、主軸本体１１１の先端側から中心孔１１２の内部に挿入され、スリーブ部材１５１のフランジ部分を主軸本体１１１の端面に固定されている。チャック装置１５の基端側は、コレット部材１５３の端部が、プッシュロッド１６１の先端に僅かな間隔で対向配置されている。 Returning to FIG. 4, the chuck device 15 is inserted into the center hole 112 from the front end side of the main spindle body 111, and the flange portion of the sleeve member 151 is fixed to the end face of the main spindle body 111. On the proximal end side of the chuck device 15, the end portion of the collet member 153 is disposed to face the distal end of the push rod 161 with a slight gap.

チャック装置１５において、プッシュシリンダ１６でプッシュロッド１６１を先端側へ進出させることで、プッシュロッド１６１でコレット部材１５３が押され、コレット部材１５３は引込機構１５８の引込力に抗して先端側へ移動する。このような移動により、コレット部材１５３の外側円錐面１５９は、チャック孔１５２の内側円錐面１５０から離れ、絞り機構１５５によるコレット部材１５３の先端側の絞りが解除される。その結果、コレット部材１５３の先端側での工具２の締め付け固定が解除され、工具２はチャック装置１５から抜き出し可能となる。 In the chuck device 15, the push rod 161 is advanced to the front end side by the push cylinder 16, whereby the collet member 153 is pushed by the push rod 161, and the collet member 153 moves to the front end side against the retraction force of the retraction mechanism 158. To do. By such movement, the outer conical surface 159 of the collet member 153 is separated from the inner conical surface 150 of the chuck hole 152, and the restriction on the tip side of the collet member 153 by the restricting mechanism 155 is released. As a result, the clamping and fixing of the tool 2 on the tip side of the collet member 153 is released, and the tool 2 can be extracted from the chuck device 15.

このように、チャック装置１５においては、プッシュシリンダ１６でプッシュロッド１６１を先端側へ進出させることで、工具２の締め付け固定が解除され、プッシュロッド１６１を戻すことで、引込機構１５８および絞り機構１５５が再び有効化され、工具２を締め付け固定することができる。 In this way, in the chuck device 15, the push rod 161 is advanced to the tip side by the push cylinder 16 to release the tightening and fixing of the tool 2, and the push rod 161 is returned to return the drawing mechanism 158 and the drawing mechanism 155. Is activated again and the tool 2 can be clamped and fixed.

〔エア配管１７〕
図４において、前述したエアベアリング１２で使用するエアをエア供給経路１３に連続的に供給するため、および、前述したプッシュシリンダ１６への制御用のエアを適宜供給するために、主軸ヘッド１０には複数のエア配管１７が接続されている。
エア配管１７はケース１０１の側面に接続されている。ケース１０１の側面には、エア配管１７を囲むような円形枠状の配管ガイド１８が設置され、エア配管１７の接続部分に無理な曲げ変形などが生じないように、エア配管１７が保護されている。 [Air piping 17]
In FIG. 4, in order to continuously supply the air used in the air bearing 12 to the air supply path 13 and to appropriately supply the control air to the push cylinder 16 described above, A plurality of air pipes 17 are connected.
The air pipe 17 is connected to the side surface of the case 101. A circular frame-shaped pipe guide 18 that surrounds the air pipe 17 is installed on the side surface of the case 101, and the air pipe 17 is protected so that an excessive bending deformation or the like does not occur at a connection portion of the air pipe 17. Yes.

本実施形態において、主軸ヘッド１０に対してエア配管１７が接続される位置は、Ａ軸移動機構３４の回動軸線ＡＡの延長線上とされ、主軸ヘッド１０に接続される部分でのエア配管１７の連続方向は、回動軸線ＡＡに沿った方向とされている。
そして、回動軸線ＡＡは、主軸ヘッド１０の主軸モータ１４が形成された領域（主軸モータ１４を挟んで配置された一対のエアベアリング１２の間）を通っており、前述したように、主軸ヘッド１０の重心Ｇもこの回動軸線ＡＡ上となるように配置されている。 In the present embodiment, the position where the air pipe 17 is connected to the spindle head 10 is an extension of the rotation axis AA of the A-axis moving mechanism 34, and the air pipe 17 at a portion connected to the spindle head 10. Is a direction along the rotation axis AA.
The rotation axis AA passes through a region where the spindle motor 14 of the spindle head 10 is formed (between a pair of air bearings 12 arranged with the spindle motor 14 in between). As described above, the spindle head Ten centroids G are also arranged on the rotation axis AA.

図６にも示すように、エア配管１７は、一端が主軸ヘッド１０に接続され、回動軸線ＡＡに沿って引き出された後、上向きに曲げられ、カバー４０の内部を通って昇降部材２７の配管受け部材２７１まで引き上げられている。
図２にも示すように、配管受け部材２７１は昇降ガイド２６の側面を通ってサドル２５へと引き出されている。エア配管１７は、配管受け部材２７１に沿ってサドル２５に至り、外部のエア供給源に接続されている。 As shown also in FIG. 6, the air pipe 17 is connected to the spindle head 10 at one end, pulled out along the rotation axis AA, bent upward, passed through the inside of the cover 40, and The pipe receiving member 271 is pulled up.
As shown in FIG. 2, the pipe receiving member 271 is drawn out to the saddle 25 through the side surface of the lifting guide 26. The air pipe 17 reaches the saddle 25 along the pipe receiving member 271 and is connected to an external air supply source.

本実施形態においては、エア配管１７を可撓性材料とすること、あるいはエア配管１７の端部ないし中間に相対回転自在なカプラ等を用いることで、主軸ヘッド１０が回動した際にも、エア配管１７に捻れが生じないように構成されている。 In the present embodiment, even when the spindle head 10 is rotated by using a flexible material for the air pipe 17 or by using a relatively rotatable coupler or the like at the end or middle of the air pipe 17, The air pipe 17 is configured not to be twisted.

〔カバー４０〕
前述したように、主軸ヘッド１０、Ｚ軸移動機構３３およびＡ軸移動機構３４には、これらを覆うカバー４０が設置されている。
図１および図６に示すように、カバー４０は、ヘッドカバー４１、配管カバー４２、主軸カバー４３およびＡ軸カバー４４で構成されている。
そして、エアベアリング１２およびプッシュシリンダ１６へのエアを供給する複数のエア配管１７は、カバー４０（主軸カバー４３、配管カバー４２ないしヘッドカバー４１）の内部を通して外部に引き出されている。 [Cover 40]
As described above, the spindle head 10, the Z-axis moving mechanism 33, and the A-axis moving mechanism 34 are provided with the cover 40 that covers them.
As shown in FIGS. 1 and 6, the cover 40 includes a head cover 41, a piping cover 42, a main shaft cover 43, and an A-axis cover 44.
The plurality of air pipes 17 that supply air to the air bearing 12 and the push cylinder 16 are drawn out through the inside of the cover 40 (the spindle cover 43, the pipe cover 42, or the head cover 41).

図６および図７に示すように、Ａ軸カバー４４は、Ａ軸移動機構３４を囲うように配置され、昇降部材２７の下面側に固定されている。Ａ軸カバー４４からは、回動軸線ＡＡに沿って回動軸部材３４１が突出しており、この回動軸部材３４１により主軸ヘッド１０が支持されている。 As shown in FIGS. 6 and 7, the A-axis cover 44 is disposed so as to surround the A-axis moving mechanism 34, and is fixed to the lower surface side of the elevating member 27. A pivot shaft member 341 protrudes from the A-axis cover 44 along the pivot axis AA, and the spindle head 10 is supported by the pivot shaft member 341.

図６および図７に示すように、主軸カバー４３は、主軸ヘッド１０を囲うように配置され、主軸ヘッド１０に固定されており、主軸ヘッド１０とともに回動軸線ＡＡまわりに回動可能である。
主軸カバー４３の下面側には開口４３１が形成され、この開口４３１から主軸１１の先端および工具２が露出されている。
主軸カバー４３の表面には配管用開口４３２が形成され、この配管用開口４３２には主軸ヘッド１０の配管ガイド１８およびエア配管１７が挿通されている。 As shown in FIGS. 6 and 7, the spindle cover 43 is disposed so as to surround the spindle head 10, is fixed to the spindle head 10, and can rotate around the rotation axis AA together with the spindle head 10.
An opening 431 is formed on the lower surface side of the spindle cover 43, and the tip of the spindle 11 and the tool 2 are exposed from the opening 431.
A pipe opening 432 is formed on the surface of the spindle cover 43, and the pipe guide 18 and the air pipe 17 of the spindle head 10 are inserted into the pipe opening 432.

図６、図８および図９にも示すように、配管カバー４２は、基部が昇降部材２７に固定され、基部から下方に延びる部分が主軸カバー４３の表面を覆うように配置されている。
配管カバー４２のうち、主軸カバー４３に対向する面には配管用開口４２１が形成されている。配管用開口４２１は、主軸カバー４３の配管用開口４３２に対応した位置および大きさとされ、配管用開口４３２から引き出されたエア配管１７は配管カバー４２の内側を通って上方へ引き出される。
配管カバー４２の上面側は開口４２２とされており、配管用開口４３２から配管カバー４２の内側へ導かれたエア配管１７は、開口４２２を経て上方へ送られる。 As shown in FIGS. 6, 8, and 9, the pipe cover 42 is arranged such that the base portion is fixed to the elevating member 27 and the portion extending downward from the base portion covers the surface of the spindle cover 43.
A piping opening 421 is formed on the surface of the piping cover 42 that faces the spindle cover 43. The piping opening 421 has a position and size corresponding to the piping opening 432 of the spindle cover 43, and the air piping 17 drawn from the piping opening 432 is drawn upward through the inside of the piping cover 42.
The upper surface side of the piping cover 42 is an opening 422, and the air piping 17 led to the inside of the piping cover 42 from the piping opening 432 is sent upward through the opening 422.

図６および図８に示すように、ヘッドカバー４１は、昇降ガイド２６、昇降部材２７およびＺ軸移動機構３３を一括して囲う配置とされ、昇降ガイド２６に固定されている。
ヘッドカバー４１の下面側には開口４１１が形成され、昇降部材２７に支持されたＡ軸移動機構３４および主軸ヘッド１０は、一部が開口４１１からヘッドカバー４１の内部に収容可能である。
Ｚ軸移動機構３３を下降させた際には、Ａ軸移動機構３４および主軸ヘッド１０はヘッドカバー４１から大きく露出する。Ｚ軸移動機構３３を上昇させた際には、Ａ軸移動機構３４および主軸ヘッド１０は大部分がヘッドカバー４１の内部に収容される。
ヘッドカバー４１の開口４１１の内側には、主軸ヘッド１０が最大限上昇した状態でも、主軸ヘッド１０の回動に干渉しないように、十分な大きさのキャビティ４１２が確保されている。 As shown in FIGS. 6 and 8, the head cover 41 is arranged so as to collectively surround the elevating guide 26, the elevating member 27, and the Z-axis moving mechanism 33, and is fixed to the elevating guide 26.
An opening 411 is formed on the lower surface side of the head cover 41, and part of the A-axis moving mechanism 34 and the spindle head 10 supported by the elevating member 27 can be accommodated inside the head cover 41 from the opening 411.
When the Z-axis moving mechanism 33 is lowered, the A-axis moving mechanism 34 and the spindle head 10 are largely exposed from the head cover 41. When the Z-axis moving mechanism 33 is raised, most of the A-axis moving mechanism 34 and the spindle head 10 are accommodated inside the head cover 41.
A sufficiently large cavity 412 is secured inside the opening 411 of the head cover 41 so as not to interfere with the rotation of the spindle head 10 even when the spindle head 10 is raised to the maximum extent.

〔本実施形態の効果〕
以上に説明した本実施形態によれば、下記に示すような効果が得られる。
本実施形態では、回動機構であるＡ軸移動機構３４の回動軸線ＡＡが、主軸ヘッド１０の重心Ｇ（重心Ｇから半径１０ｍｍの範囲内の領域）を通る。このため、Ａ軸移動機構３４により主軸ヘッド１０を回動させても、回動に伴って主軸ヘッド１０の重心Ｇが工作機械１の基礎に対して変位しない、または変位が僅少である。 [Effect of this embodiment]
According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
In the present embodiment, the rotation axis AA of the A-axis movement mechanism 34 that is a rotation mechanism passes through the center of gravity G of the spindle head 10 (an area within a radius of 10 mm from the center of gravity G). For this reason, even if the spindle head 10 is rotated by the A-axis moving mechanism 34, the center of gravity G of the spindle head 10 is not displaced with respect to the foundation of the machine tool 1 with the rotation, or the displacement is small.

従って、回動に伴う主軸ヘッド１０の重心位置の変動に対応するべく、主軸ヘッド１０の支持構造（支持構造２０）を補強する必要がなく、かつ慣性モーメントが最小となるためＡ軸移動機構３４の駆動性能も最小限で済む。
その結果、本実施形態によれば、ＸＹＺの３軸移動に対してＡ軸移動機構３４を追加しても、主軸ヘッド１０の支持構造２０の大型化を避けることができる。
これにより、エアベアリング１２で主軸１１が支持されるとともに、主軸１１の中心軸線Ｃの方向を変更できる工作機械１を実現することができる。 Therefore, it is not necessary to reinforce the support structure (support structure 20) of the spindle head 10 to cope with the change in the position of the center of gravity of the spindle head 10 due to rotation, and the moment of inertia is minimized, so the A-axis moving mechanism 34 The drive performance is minimal.
As a result, according to the present embodiment, an increase in the size of the support structure 20 of the spindle head 10 can be avoided even if the A-axis movement mechanism 34 is added to the three-axis movement of XYZ.
Thereby, while the main shaft 11 is supported by the air bearing 12, the machine tool 1 which can change the direction of the central axis C of the main shaft 11 is realizable.

本実施形態では、主軸ヘッド１０に接続されるエア配管１７の端部の連続方向軸線が、主軸ヘッド１０の回動軸線ＡＡに沿っているため、主軸ヘッド１０が回動してもエア配管１７の変位を僅少ないし無くすことができる。
ここで、主軸ヘッド１０の回動に伴ってエア配管１７の位置が大きく変動する場合、周辺装置などとの干渉を避けるために、主軸ヘッド１０の周囲にエア配管１７の変位に応じた空間を確保する必要がある。このような空間の確保は、主軸ヘッド１０周辺の小型化要求に逆行し、Ａ軸移動機構３４の追加を阻害する可能性が生じる。
これに対し、本実施形態では、主軸ヘッド１０の回動によるエア配管１７の変位が僅少ないし解消できるため、主軸ヘッド１０の周囲に余分な空間を確保する必要がなく、Ａ軸移動機構３４の追加を容易にすることができる。 In this embodiment, since the continuous direction axis of the end of the air pipe 17 connected to the spindle head 10 is along the rotation axis AA of the spindle head 10, the air pipe 17 even if the spindle head 10 rotates. The displacement of can be negligible or eliminated.
Here, in the case where the position of the air pipe 17 greatly fluctuates as the spindle head 10 rotates, a space corresponding to the displacement of the air pipe 17 is provided around the spindle head 10 in order to avoid interference with peripheral devices and the like. It is necessary to secure. Securing such space goes against the demand for downsizing around the spindle head 10 and may hinder the addition of the A-axis moving mechanism 34.
On the other hand, in the present embodiment, the displacement of the air pipe 17 due to the rotation of the spindle head 10 is very small and can be eliminated. Therefore, it is not necessary to secure an extra space around the spindle head 10 and the A-axis moving mechanism 34 Addition can be facilitated.

本実施形態では、カバー４０を設けて主軸ヘッド１０、Ｚ軸移動機構３３およびＡ軸移動機構３４の各部を囲うようにしたので、これらを外部から遮蔽して保護等することができる。また、エア配管１７がカバーに収容されることで、エア配管１７と周辺装置との干渉を防止することができる。
さらに、本実施形態では、前述のように、エア配管１７を回動軸線ＡＡに沿って配置し、主軸ヘッド１０の回動によるエア配管１７の変位を最小限にできる構成としたため、カバー４０への収容が容易であるとともに、エア配管１７を収容するカバー４０のサイズも最小限にすることができる。 In the present embodiment, since the cover 40 is provided so as to surround each part of the spindle head 10, the Z-axis moving mechanism 33, and the A-axis moving mechanism 34, these can be shielded from the outside and protected. Further, since the air pipe 17 is accommodated in the cover, interference between the air pipe 17 and the peripheral device can be prevented.
Further, in the present embodiment, as described above, the air pipe 17 is arranged along the rotation axis AA, and the displacement of the air pipe 17 due to the rotation of the spindle head 10 can be minimized. Can be easily accommodated, and the size of the cover 40 for accommodating the air pipe 17 can be minimized.

さらに、本実施形態では、ヘッドカバー４１、配管カバー４２、主軸カバー４３およびＡ軸カバー４４によってカバー４０を構成した。
すなわち、ヘッドカバー４１でＺ軸移動機構３３を覆い、Ａ軸カバー４４でＡ軸移動機構３４を覆い、主軸カバー４３で主軸ヘッド１０を覆う構成としたため、相対移動する各部の動作を妨げることがない。
さらに、配管カバー４２を用いることで、主軸カバー４３からヘッドカバー４１に至るエア配管１７の取り回しに適した経路を確保することができる。 Furthermore, in this embodiment, the cover 40 is configured by the head cover 41, the piping cover 42, the main shaft cover 43, and the A-axis cover 44.
In other words, the head cover 41 covers the Z-axis moving mechanism 33, the A-axis cover 44 covers the A-axis moving mechanism 34, and the spindle cover 43 covers the spindle head 10, so that it does not hinder the operation of the relative moving parts. .
Furthermore, by using the pipe cover 42, it is possible to secure a route suitable for handling the air pipe 17 from the spindle cover 43 to the head cover 41.

本実施形態では、回動機構であるＡ軸移動機構３４の回動軸線ＡＡが、主軸ヘッド１０の主軸モータ１４を通るように配置した。このため、主軸ヘッド１０の主軸モータ１４において、切削負荷の変動や回転反力の変動などがあっても、回動軸線ＡＡまわりの反力を生じることを防止でき、高い加工精度を確保することができる。 In the present embodiment, the rotation axis AA of the A-axis movement mechanism 34 that is a rotation mechanism is arranged so as to pass through the spindle motor 14 of the spindle head 10. For this reason, in the spindle motor 14 of the spindle head 10, it is possible to prevent a reaction force around the rotation axis AA from being generated even if there is a change in cutting load or a change in rotational reaction force, and high machining accuracy is ensured. Can do.

本実施形態では、主軸ヘッド１０において、主軸モータ１４を挟んで２つのエアベアリング１２が配列されている。このため、主軸１１の軸線方向に沿って、一対のエアベアリング１２で主軸モータ１４が挟まれる両持ち配置となるため、主軸１１の振れを効果的に抑制することができる。 In the present embodiment, in the spindle head 10, two air bearings 12 are arranged with the spindle motor 14 interposed therebetween. For this reason, since the main shaft motor 14 is sandwiched between the pair of air bearings 12 along the axial direction of the main shaft 11, the main shaft 11 can be effectively prevented from swinging.

本実施形態では、主軸１１の先端に設置されたチャック装置１５により、工具２と主軸１１とを直接固定することができる。
とくに、工具２のクランプがコレット部材１５３による締め付け固定であるため、工具２のシャンク部分がストレートであっても確実に固定することができる。
また、コレット部材１５３によるクランプの際には、引込機構１５８によりコレット部材１５３を主軸１１の中心軸線Ｃに沿って引き込み、絞り機構１５５で絞ることで、工具２を締め付ける。従って、回転式の外筒によるコレット部材１５３の締め付け等のように、コレット部材１５３に回転方向の変形や軸心方向の偏りを生じることがなく、高精度の固定を行うことができる。
一方、プッシュシリンダ１６により、引込機構１５８の引込力に抗してコレット部材１５３を主軸１１の先端側へ引き出し、絞り機構１５５による絞りからコレット部材１５３を解放することで、コレット部材１５３による工具２のクランプを解除し、主軸１１から工具を取り外すことができる。 In the present embodiment, the tool 2 and the main shaft 11 can be directly fixed by the chuck device 15 installed at the tip of the main shaft 11.
In particular, since the clamp of the tool 2 is clamped and fixed by the collet member 153, the tool 2 can be reliably fixed even if the shank portion of the tool 2 is straight.
When the collet member 153 is clamped, the tool 2 is tightened by pulling the collet member 153 along the central axis C of the main shaft 11 by the pulling mechanism 158 and narrowing it by the narrowing mechanism 155. Therefore, the collet member 153 is not deformed in the rotational direction or biased in the axial direction like the fastening of the collet member 153 by a rotary outer cylinder, and can be fixed with high accuracy.
On the other hand, the push cylinder 16 pulls the collet member 153 toward the distal end side of the main shaft 11 against the pulling force of the pulling mechanism 158 and releases the collet member 153 from the narrowing by the throttling mechanism 155. The tool can be released and the tool can be removed from the main shaft 11.

〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、回動機構としてＡ軸移動機構３４を設けたが、これに代えて、主軸ヘッド１０をＢ軸つまりＹ軸まわりに回動させるＢ軸移動機構を設けてもよい。あるいは、昇降部材２７の下部に、Ａ軸移動機構３４とＢ軸移動機構とを併せて設置してもよい。ただし、前述したように、テーブル２１にＣ軸移動機構３５を設ける場合、Ａ軸移動機構３４またはＢ軸移動機構のいずれかで十分である。 [Other Embodiments]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications and the like within a scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
In the above-described embodiment, the A-axis movement mechanism 34 is provided as the rotation mechanism. Alternatively, a B-axis movement mechanism that rotates the spindle head 10 about the B-axis, that is, the Y-axis may be provided. Alternatively, the A-axis moving mechanism 34 and the B-axis moving mechanism may be installed together below the lifting member 27. However, as described above, when the C-axis moving mechanism 35 is provided on the table 21, either the A-axis moving mechanism 34 or the B-axis moving mechanism is sufficient.

前記実施形態のカバー４０としては、ヘッドカバー４１、配管カバー４２、主軸カバー４３およびＡ軸カバー４４からなる構成に限らず、他の補助的なカバーを追加してもよく、ヘッドカバー４１と配管カバー４２とを一体化する等の変形なども可能である。
一方、各部とくにサイズが大きなヘッドカバー４１などは、複数の部材から組み立てられるものとしてもよい。
カバー４０を構成する各部の材質は、例えば合成樹脂、なかでも繊維強化されたもの、金属ほかの材料を適宜選択すればよい。 The cover 40 according to the embodiment is not limited to the configuration including the head cover 41, the piping cover 42, the main shaft cover 43, and the A-axis cover 44, and other auxiliary covers may be added. The head cover 41 and the piping cover 42 may be added. It is also possible to make a modification such as integrating the two.
On the other hand, the head cover 41 having a particularly large size may be assembled from a plurality of members.
The material of each part constituting the cover 40 may be appropriately selected from, for example, a synthetic resin, a fiber reinforced material, a metal, and the like.

前記実施形態のチャック装置１５において、工具２のクランプの解除にあたっては、引込機構１５８の引込力を解除する別の機構を用いてもよいし、引込機構１５８の引込力に抗してコレット部材１５３を移動させる別の駆動機構を用いてもよい。例えば、主軸１１の中心孔１１２に通されたクーラント孔を通して加圧エアを供給する等により、コレット部材１５３を駆動することができる。
なお、コレット部材１５３の内面に切削屑が付着していると、工具２の取付精度を低下させることがある。このため、工具２の装着に先立って、コレット部材１５３の内面に加圧エアの吹付を行って、切削屑の除去を行うようにしてもよい。 In the chuck device 15 of the embodiment, when releasing the clamp of the tool 2, another mechanism for releasing the drawing force of the drawing mechanism 158 may be used, or the collet member 153 resists the drawing force of the drawing mechanism 158. Another drive mechanism for moving the may be used. For example, the collet member 153 can be driven by supplying pressurized air through a coolant hole passed through the center hole 112 of the main shaft 11.
In addition, when the cutting waste adheres to the inner surface of the collet member 153, the mounting accuracy of the tool 2 may be lowered. For this reason, prior to mounting of the tool 2, the cutting waste may be removed by spraying pressurized air onto the inner surface of the collet member 153.

絞り機構１５５としては、円錐面に限らず、コレット部材１５３の外周面あるいはチャック孔１５２の内側面に、周方向に均等配置されかつ主軸１１の中心軸線Ｃ方向に延びる複数の突条を形成し、その表面をチャック孔１５２の奥側ほど中心軸線Ｃに近接する傾斜面とし、これらの傾斜面を絞り機構としてもよい。
引込機構１５８としては、引込用弾性部材は複数の皿ばね１５７に限らず、コイルばねその他の弾性部材であってもよく、体積圧縮する素材などであってもよい。 The diaphragm mechanism 155 is not limited to a conical surface, and a plurality of protrusions are formed on the outer peripheral surface of the collet member 153 or the inner surface of the chuck hole 152 so as to be evenly arranged in the circumferential direction and extend in the central axis C direction of the main shaft 11. The surface may be inclined surfaces closer to the center axis C toward the back side of the chuck hole 152, and these inclined surfaces may be used as a diaphragm mechanism.
As the pull-in mechanism 158, the pull-in elastic member is not limited to the plurality of disc springs 157, and may be a coil spring or other elastic member, or a material that is volume-compressed.

本発明は、高回転のもとで高精度切削を行うための工作機械として利用できる。 The present invention can be used as a machine tool for performing high-precision cutting under high rotation.

１…工作機械、２…工具、３…ワーク、１０…主軸ヘッド、１１…主軸、１２…エアベアリング、１３…エア供給経路、１４…主軸モータ、１５…チャック装置、１６…プッシュシリンダ、１７…エア配管、１８…配管ガイド、２０…支持構造、２１…テーブル、２２…ベッド、２３…コラム、２４…クロスバー、２５…サドル、２６…昇降ガイド、２７…昇降部材、３１…Ｘ軸移動機構、３２…Ｙ軸移動機構、３３…Ｚ軸移動機構、３４…Ａ軸移動機構（回動機構）、３５…Ｃ軸移動機構、４０…カバー、４１…ヘッドカバー、４２…配管カバー、４３…主軸カバー、４４…Ａ軸カバー、１０１…ケース、１１１…主軸本体、１１２…中心孔、１５０…内側円錐面、１５１…スリーブ部材、１５２…チャック孔、１５３…コレット部材、１５４…すり割り、１５５…絞り機構、１５６…コレットナット、１５７…皿ばね、１５８…引込機構、１５９…外側円錐面、１６１…プッシュロッド、２６１…レール、２７１…配管受け部材、３３１…駆動機構、３４１…回動軸部材、３４２…軸受、３４３…モータ、３４４…エンコーダ、４１１，４２２，４３１…開口、４１２…キャビティ、４２１，４３２…配管用開口、ＡＡ…回動軸線、Ｃ…中心軸線、Ｇ…重心。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Machine tool, 2 ... Tool, 3 ... Workpiece, 10 ... Spindle head, 11 ... Spindle, 12 ... Air bearing, 13 ... Air supply path, 14 ... Spindle motor, 15 ... Chuck apparatus, 16 ... Push cylinder, 17 ... Air piping, 18 ... piping guide, 20 ... support structure, 21 ... table, 22 ... bed, 23 ... column, 24 ... crossbar, 25 ... saddle, 26 ... lifting guide, 27 ... lifting member, 31 ... X-axis moving mechanism 32 ... Y-axis moving mechanism, 33 ... Z-axis moving mechanism, 34 ... A-axis moving mechanism (rotating mechanism), 35 ... C-axis moving mechanism, 40 ... cover, 41 ... head cover, 42 ... pipe cover, 43 ... main shaft Cover: 44 ... A shaft cover, 101 ... Case, 111 ... Main shaft main body, 112 ... Center hole, 150 ... Inner conical surface, 151 ... Sleeve member, 152 ... Chuck hole, 153 ... Collet member, 1 4 ... Slotting, 155 ... Drawing mechanism, 156 ... Collet nut, 157 ... Belleville spring, 158 ... Retraction mechanism, 159 ... Outer conical surface, 161 ... Push rod, 261 ... Rail, 271 ... Pipe receiving member, 331 ... Drive mechanism , 341 ... rotating shaft member, 342 ... bearing, 343 ... motor, 344 ... encoder, 411, 422, 431 ... opening, 412 ... cavity, 421, 432 ... opening for piping, AA ... rotating axis, C ... central axis , G ... Center of gravity.

Claims

工具が装着される主軸と、前記主軸を回転自在に支持するエアベアリングおよび前記主軸を回転駆動するモータを有する主軸ヘッドと、ワークが固定されるテーブルと、前記テーブルに対して前記主軸ヘッドを相対移動可能に支持する支持構造と、を有し、
前記支持構造は、前記主軸ヘッドを互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の少なくともいずれかに沿って平行移動させる移動機構と、前記主軸ヘッドを前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前記Ｚ軸の少なくともいずれかを中心に回動させる回動機構と、を有し、
前記回動機構の回動軸線は、前記主軸ヘッドの重心から所定半径の領域を通るように配置されていることを特徴とする工作機械。 A spindle on which a tool is mounted; a spindle head having an air bearing that rotatably supports the spindle; and a motor that rotationally drives the spindle; a table on which a work is fixed; and the spindle head relative to the table A support structure that supports the movable body, and
The support structure includes: a moving mechanism that translates the spindle head along at least one of an X axis, a Y axis, and a Z axis orthogonal to each other; and the spindle head of the X axis, the Y axis, and the Z axis. A rotation mechanism that rotates around at least one of them,
The machine tool according to claim 1, wherein a rotation axis of the rotation mechanism is disposed so as to pass through a region having a predetermined radius from the center of gravity of the spindle head.

請求項１に記載した工作機械において、
前記主軸ヘッドには、前記エアベアリングにエアを供給するエア配管が接続され、
前記エア配管の前記主軸ヘッドに接続される端部は、その連続方向軸線が前記主軸ヘッドの前記回動軸線と平行かつ前記回動軸線から所定半径の領域に配置されていることを特徴とする工作機械。 In the machine tool according to claim 1,
An air pipe for supplying air to the air bearing is connected to the spindle head.
The end of the air pipe connected to the spindle head is disposed in a region having a continuous axial axis parallel to the rotation axis of the spindle head and a predetermined radius from the rotation axis. Machine Tools.

請求項２に記載した工作機械において、
前記主軸ヘッドは、前記エアベアリングを含む前記主軸ヘッドの機構部分を囲うカバーを有し、
前記エア配管は、前記カバーの内部に収容されていることを特徴とする工作機械。 In the machine tool according to claim 2,
The spindle head has a cover surrounding a mechanical part of the spindle head including the air bearing;
The machine tool, wherein the air pipe is accommodated in the cover.

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した工作機械において、
前記回動機構の回動軸線は、前記モータを通るように配置されていることを特徴とする工作機械。 In the machine tool according to any one of claims 1 to 3,
A machine tool, wherein a rotation axis of the rotation mechanism is arranged to pass through the motor.

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した工作機械において、
前記エアベアリングは、前記主軸の軸線方向に少なくとも２つ配列され、
前記モータは、２つの前記エアベアリングの間に設置されていること
を特徴とする工作機械。 In the machine tool according to any one of claims 1 to 4,
The air bearings are arranged at least two in the axial direction of the main shaft,
A machine tool, wherein the motor is installed between the two air bearings.