JP3236397B2 - コラム移動型横型工作機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コラム移動型横型工作
機械に関し、とくに切削負荷に対するベッドおよびベッ
ドとワーク保持部間の剛性を高めるとともに、切粉およ
び切削液の処理性を向上させるようにしたコラム移動型
横型工作機械の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の、主軸頭が水平Ｚ軸方向
に延びるコラム移動型横型工作機械の一例を示してい
る。図５において、１はベッドを示している。ベッド１
の上面には、直線状に延びる案内部２が形成されてい
る。ベッド１の上方には、サドル３が位置している。サ
ドル３は、ベッド１の案内部２に沿ってＸ軸方向に移動
するようになっている。ベッド１には、サドル３を駆動
するための駆動ねじ４が設けられている。駆動ねじ４
は、図示されないＸ軸駆動モータと連結されている。

【０００３】サドル３の上方には、コラム６が位置して
いる。コラム６は、サドル３の上面に設けられた案内部
７に沿ってＺ軸方向に移動するようになっている。サド
ル３には、コラム６を移動させるためのＺ軸駆動モータ
８が取付けられている。コラム６には、主軸頭９が支持
されている。主軸頭９は、上下Ｙ軸方向に移動可能とな
っている。

【０００４】コラム６の頂部には、主軸頭９をＹ軸方向
に移動するＹ軸駆動モータ１０が取付けられている。主
軸頭９の先端部には、横向きに工具１１が装着されてい
る。工具１１は、主軸頭９の後端部に取付けられたスピ
ンドルモータ１２によって回転駆動される。

【０００５】ベッド１の一端には、上方に突出する加工
台１３が形成されている。加工台１３の上面には、被切
削物であるワーク１５を保持するワーク保持部１４が設
けられている。ワーク１５が工具１１によって切削加工
されている状態では、切削加工部分にクーラント液（切
削液）が供給されるようになっている。切削加工部分を
冷却した切削液は、加工台１３およびベッド１の穴１ａ
に沿って流下し、床面Ｆに設けられたクーラントピット
１７に排出される。

【０００６】コラム移動型横型工作機械に関する先行技
術として、たとえば特開昭６２−９９０３６号公報が知
られている。このコラム移動型工作機械では、主軸ヘッ
ドを上下移動自在に設けたコラムと、コラムをワーク側
に前後移動可能に設けた案内部に対応する基準案内部を
有するコラム案内部材とを設けることにより、加工精度
を高めるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５および上
記公報のコラム移動型工作機械には、つぎの解決すべき
問題が残されている。

【０００８】（１）図５の装置では、サドル３およびコ
ラム６を移動させる駆動機構が主軸頭９よりも下方に存
在するため、ワーク１５の加工位置が高くなり、ワーク
ハイトが大となる。そのため、工作機械に対するワーク
１５の取付け作業および取外し作業時には、作業者Ｍは
踏台１６に上がる必要があり、作業性が悪くなる。上記
公報の場合も主軸頭の下方にサドルを移動させる機構が
存在するので、同様な問題が生じる。

【０００９】（２）上記のように、主軸頭の位置が高く
なる場合は、図５に示すように、ワーク１５の切削加工
位置とベッドの上面までの高さが大となり、ベッド１の
加工台１３には切削荷重Ｐによる大きな曲げ荷重が作用
する。したがって、切削荷重に対するベッド１の剛性が
問題となり、これに対処するためにはベッドを大型化す
る必要がある。上記公報の場合も、主軸頭の下方にサド
ルを移動させる機構が存在し、ベッドの上面にワークを
保持する保持具が取付けられるので、同様の問題が生じ
る。

【００１０】（３）図５の場合は、ワークの切削加工部
位よりも下方にサドルおよびコラムを移動させる駆動機
構が存在し、上記公報の場合はワークの切削加工部位よ
りも下方にサドルを移動させる機構が存在するので、切
粉、切削液の堆積による駆動機構部の劣化が問題とな
る。

【００１１】（４）図５および上記公報では、コラムの
下方に複数の駆動機構が配置され、各駆動モータは散在
しているので、保守性が悪く、保守点検のために工作機
械の外周に大きなスペースを確保する必要がある。した
がって、一方向からの保守点検が可能になれば非常に便
利である。

【００１２】本発明は、切削負荷に対するベッドおよび
ベッドとワーク保持部材間の剛性を高めるとともに、切
粉、切削液の処理性および駆動機器類の保全性を向上さ
せることが可能なコラム移動型横型工作機械を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明はつぎの通りである。断面形状が略Ｕ字形であ
り、凹部が上方に向かって開放されたベッドと、前記ベ
ッドの２本の柱の上面に支持された、水平Ｚ軸方向に移
動可能なサドルと、前記ベッドの２本の柱の上面より上
方に配置され、前記サドルをベッドの両端上面に沿って
Ｚ軸方向に往復動させるＺ軸駆動モータと、前記サドル
に吊り下げられて上下方向に延び、前記サドルの移動方
向であるＺ軸方向と直交するＸ軸方向に水平移動可能と
されたコラムと、前記サドルの上面側に配置され、前記
コラムをＸ軸方向に往復動させるＸ軸駆動モータと、軸
芯がＺ軸方向に延び、先端部に工具が装着され、前記サ
ドルの下面より下側で前記コラムに上下方向に移動可能
に取付けられる、横向きに配置された主軸頭と、前記サ
ドルの上面側に配置され、横向き配置の前記主軸頭を昇
降させるＹ軸駆動モータと、前記ベッドのＺ軸方向の端
部に取付けられ、前記主軸頭と対向する位置にワークを
保持するとともに、下壁面と主軸に対抗する壁面とが開
放されその他の４壁面を有するワーク保持部と、を具備
したことを特徴とするコラム移動型横型工作機械。

【００１４】

【作用】上記本発明のコラム移動型横型工作機械におい
ては、ベッド自体が略Ｕ字形に形成され、サドルにコラ
ムが吊り下げられる。横向きに配置された主軸頭はサド
ルの下面より下側でコラムに上下方向に移動可能に取付
けられるので、主軸頭および加工位置をＸ軸駆動モー
タ、Ｙ軸駆動モータ、Ｚ軸駆動モータより低い位置に位
置させることができる。したがって、各駆動モータや摺
動案内部に切粉や切屑や切削油がかかることがなく、作
動不全が起こることを防止できる。

【００１５】ベッドの一端部にワーク保持部が取付けら
れているので、ワークの剛性を高めることができ、切削
加工時にはワーク保持部には従来装置のように片持曲げ
荷重が作用しなくなる。

【００１６】また、ワーク保持手段は、ワークの直下に
下方に開放されているので、切粉や切削液はワーク上や
テーブル上に堆積することなく下方に排出することが可
能となり、切粉および切削液の処理性が向上される。

【００１７】各Ｘ、ＹＺ軸駆動モータは、サドルの下面
より高い位置に配置されるので、各駆動モータの保守点
検が容易になるとともに、工作機械の周囲に大きな保守
点検用スペースを確保する必要もなくなる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明に係るコラム移動型横型工作
機械の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。

【００１９】図１ないし図４は、本発明の一実施例を示
している。図１において、２０はコラム移動型横型工作
機械を示している。コラム移動型横型工作機械２０は、
ベッド２１を有している。ベッド２１は、床面Ｆに設け
られたレベリングブロック１８に載せられた状態で固定
されている。ベッド２１は、たとえば鋳物から構成され
ている。

【００２０】ベッド２１は、断面形状が略Ｕ字形となっ
ている。ベッド２１の凹部２２は、上方に開放してい
る。ベッド２１の両端の２本の柱の上面には、直線状の
案内部２３が設けられている。ベッド２１の一端は、切
削荷重が作用するのでＵ字形そのままとなっているが、
他端にはベッド２１を軽量化するために切欠部２４が形
成されている。

【００２１】ベッド２１の上方には、サドル３０が配置
されている。サドル３０の幅方向両端部３１には、ベッ
ド２１の案内部２３に装着されるＺ軸方向直線運動軸受
部３２が取付けられている。サドル３０は、ベッド２１
の案内部（Ｚ軸方向案内レール）２３に沿って往復運動
可能となっている。

【００２２】ベッド２１の他端の上面側には、サドル３
０をベッド２１の案内部２３に沿ってＺ軸方向に往復動
させる第１の駆動手段４０が配置されている。第１の駆
動手段４０は、Ｚ軸駆動モータ（交流サーボモータ）４
１、Ｚ軸方向送りねじ４２を有している。Ｚ軸駆動モー
タ４１は、ベース４３を介してベッド２１の他端の上面
に固定されている。Ｚ軸方向送りねじ４２は、Ｚ軸駆動
モータ４１の出力軸と連結されている。

【００２３】Ｚ軸方向送りねじ４２は、サドル３０に設
けられた雌ねじ（図示略）と螺合している。Ｚ軸方向送
りねじ４２がＺ軸駆動モータ４１によって回転される
と、サドル３０はベッド２１の案内部２３に沿って移動
するようになっている。サドル３０の移動距離は、ＮＣ
制御盤１００内の制御部（図示略）により把握されるよ
うになっている。

【００２４】サドル３０の中央下面には、図２に示すよ
うに、上下方向に延びるコラム５０が支持されている。
コラム５０は、ベッド２１の凹部２２の底面近傍まで延
びている。コラム５０には、水平Ｘ軸方向直線運動軸受
部５１が取付けられている。直線運動軸受部５１は、サ
ドル３０の下面に設けられた直線状の案内部３５に摺動
可能に支持されている。これにより、コラム５０は、サ
ドル３０に吊下げられた状態となる。

【００２５】サドル３０の上面側には、コラム５０を案
内部３５に沿って水平Ｘ軸方向に往復動させる第２の駆
動手段６０が配置されている。第２の駆動手段６０は、
Ｘ軸駆動モータ（交流サーボモータ）６１、Ｘ軸用送り
ねじ６２を有している。Ｘ軸駆動モータ６１は、サドル
３０の上面に固定されている。Ｘ軸方向送りねじ６２
は、Ｘ軸駆動モータ６１の出力軸に歯付ベルト６３等を
介して連結されている。

【００２６】Ｘ軸方向送りねじ６２は、コラム５０に取
り付けられた雌ねじ６４と螺合している。Ｘ軸方向送り
ねじ６２がＸ軸駆動モータ６１によって回転されると、
コラム５０はサドル３０の案内部３５に沿って移動す
る。コラム５０の移動距離はＮＣ制御盤１００内の制御
部により把握される。

【００２７】コラム５０には、水平Ｚ軸方向に延びる主
軸頭７０が上下Ｙ軸方向に移動可能に取付けられてい
る。コラム５０の一側面には、上下方向に直線状に延び
る案内部５２が設けられている。主軸頭７０は、コラム
５０側に上下方向に延びるテーブル部７１を有してい
る。テーブル部７１には、コラム５０の案内部５２に装
着される直線運動軸受部７２が取付けられている。

【００２８】サドル３０の上面側には、軸芯が水平Ｚ軸
方向に延びる横向きの主軸頭７０をコラム５０の案内部
５２に沿って昇降させる第３の駆動手段８０が配置され
ている。第３の駆動手段８０は、Ｙ軸駆動モータ８１、
Ｙ軸方向送りねじ８２を有している。Ｙ軸駆動モータ８
１は、サドル３０の上面側に水平状態で配置されてい
る。Ｙ軸駆動モータ８１の出力軸側には、傘歯車が内蔵
されたギヤボックス８３が取付けられている。

【００２９】Ｙ軸駆動モータ８１と連結されたギヤボッ
クス８３は、ベース８４を介してコラム５０の上面に固
定されている。ギヤボックス８３は、サドル３０に形成
された組付け穴３６に挿入されている。ギヤボックス８
３の出力軸には、Ｙ軸方向送りねじ８２が連結されてい
る。Ｙ軸方向送りねじ８２は、コラム５０の貫通穴５５
を介して空洞部５６の下面近傍まで延びている。

【００３０】Ｙ軸方向送りねじ８２は、テーブル部７１
に設けられた雌ねじ７３と螺合している。Ｙ軸駆動モー
タ８１によりＹ軸方向送りねじ８２が回転駆動される
と、主軸頭７０はコラム５０の案内部５２に沿って上下
Ｙ軸方向に移動する。主軸頭７０の移動距離は、ＮＣ制
御盤１００内の制御部により把握される。

【００３１】主軸頭７０の先端側には、工具としてのフ
ライス刃物７６やドリル７７が装着されるようになって
いる。主軸頭７０のテーブル部７１の後端には、スピン
ドルモータ７５が取付けられている。フライス刃物７６
およびドリル７７は、スピンドルモータ７５により回転
されるようになっている。スピンドルモータ７５の回転
数は、ＮＣ制御盤１００内の制御部によって制御され
る。

【００３２】ベッド２１のＺ軸方向の一端２５には、箱
型のワーク保持部９０が取付けられている。ワーク保持
部９０は、主軸頭７０に対向する側面が開放されて工具
進退穴９１が形成されているとともに下面が開放されて
おり、残り４壁面を有する。ワーク保持部９０の側面部
の工具進退穴９１と対向する位置には、被加工物として
のワーク９６が配置されている。ワーク９６は、クラン
パ９７によりワーク保持部９０の側面部９２に固定され
ている。

【００３３】ワーク９６の切削加工中には、ワーク９６
の切削部分には切削液９８がかけられ、この切削部分か
らは切粉９９が生じる。ワーク保持部９０の下面は開口
部９５となっている。ワーク９６の切削加工時には、開
口部９５から切粉および切削液が外部に排出される。

【００３４】ワーク保持部９０の直下には、開口部９５
から排出される切粉９９および切削液９８を回収する回
収装置１１０が配置されている。回収装置１１０に回収
された切削液９８と切粉９９は分離され、切削液９８の
みが再利用されるようになっている。

【００３５】Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各駆動モータ４１、６１、
８１は、ＮＣ制御盤１００からの指令によって駆動さ
れ、主軸頭７０は各駆動モータ４１、６１、８１と連結
される各送りねじ４２、６２、８２の回転量に応じて所
定の位置に位置決めされるようになっている。主軸頭７
０に装着されたフライス刃７６やドリル７７等の工具に
よってワーク９６を切削加工する際には、ワーク９６を
保持するワーク保持部９０の上端と下端の間にのみ切削
荷重Ｐが作用するようになっている。

【００３６】本実施例では、フライス刃７６やドリル７
７等の工具は、作業者１２０によって交換する構成とし
ているが、自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって工具を
自動交換する構成としてもよい。また、ワーク保持部９
０へのワーク９６のセットも本実施例では作業者１２０
によって行うようにしているが、複数台の工作機械を横
並びに配置した生産システムの場合は、トランスファマ
シンによってワーク保持部９０へワーク９６を自動搬送
する構成としてもよい。

【００３７】つぎに、上記のコラム移動型横型工作機械
における作用について説明する。

【００３８】未加工のワーク９６が作業者１２０によっ
てワーク保持部９０の所定の位置にセットされると、ワ
ーク９６はクランパ９７によってクランプされ、ワーク
保持部９０に強固に固定される。この状態では、工具が
装着される主軸頭７０はワーク保持部９０に対して後退
している。

【００３９】ワーク保持部９０へのワーク９６のセット
が確認されると、スピンドルモータ７５および各軸の駆
動モータ４１、６１、８１が起動される。運転中にはＮ
Ｃ制御盤１００から各軸の駆動モータに各軸の移動量が
指令され、これに応じて工具が装着される主軸頭７０の
位置決め制御が行われる。各軸の駆動モータ４１、６
１、８１が起動されると、主軸頭７０はワーク９６に向
って前進し、フライス刃７６およびドリル７７による切
削加工が開始される。

【００４０】ここで、主軸頭７０は、断面形状が略Ｕ字
形のベッド２１の凹部２２に配置されており、ワーク９
６を保持するワーク保持部９０はベッド２１の端部２５
に取付けられて高剛性とされているので、ワークの切削
荷重の内Ｚ軸方向荷重Ｐを十分に受けることができる。

【００４１】図５のように、従来装置ではワーク１５を
保持する加工台１３は片持構造となるので、切削荷重Ｐ
が曲げ荷重としてベッド１に作用するので、ベッド１の
剛性が問題となるが、本実施例では切削荷重Ｐは曲げ荷
重として作用しないので、荷重的に著しく有利となり小
型軽量でも高剛性のベッドおよびワーク保持部構造を得
ることができる。したがって、切削荷重によるベッド２
１およびワーク保持部９０の変形が著しく小となり、ワ
ーク９６の加工精度を高めることができる。

【００４２】ワーク保持具９０がベッド２１の端部２５
に取付けられ、ワーク９６を加工する工具が装着される
横向きの主軸頭７０は、ベッド２１の凹部２２の底面部
近傍まで下降するので、ワーク９０のセット位置を図５
の従来装置に比べて低くすることができる。したがっ
て、作業者１２０は踏台等を用いることなく、ワーク９
６の取付け又は取外しができ、作業性の大幅な向上が図
れる。

【００４３】サドル３０を駆動する第１の駆動手段４０
はベッド２１の上面側に配置され、コラム５０を駆動す
る第２の駆動手段６０および主軸頭７０を駆動する第３
の駆動手段８０は、サドル３０の上面側に配置されるの
で、各駆動手段４０、６０、８０はワーク９６の加工位
置よりも上方に位置することになる。したがって、各駆
動手段４０、６０、８０には、切粉や切削液がほとんど
付着することがなくなり、切粉および切削液の堆積によ
る各駆動手段の劣化が防止される。

【００４４】ワーク９６を保持するワーク保持部９０に
は、ワーク９６の直下に下方に開口する開口部９５が設
けられているので、切削加工部分からの切粉９９や切削
液９８をそのまま回収装置１１０に排出させることがで
き、切粉９９および切削液９８の処理性を向上させるこ
とが可能となる。

【００４５】また、ワーク保持部９０がベッド２１の端
部２５に取付けられることから、ワーク保持部９０の直
下にはベッド２１は存在しなくなり、このスペースに回
収装置１１０を配置することができ、床面Ｆに回収用の
ピットを設ける必要がなくなる。したがって、コラム移
動型横型工作機械２０を据付けるための基礎工事も簡単
なものとなる。

【００４６】多数のコラム移動型工作機械を横並びに配
列する生産ラインでは、１台毎に工作機械の周囲に保守
点検用のスペースを確保する必要があるが、本実施例で
は、各駆動手段４０、６０、８０はベッド２１の上面側
またはサドル３０の上面側に配置されるので、他の部分
に比べて比較的故障の多い駆動モータ４１、６１、８１
等を一方向から保守点検することが可能となる。したが
って、各工作機械の周囲に保守点検用のスペースを確保
する必要もなくなる。

【００４７】本実施例では、各軸の駆動モータ４１、６
１、８１はＮＣ制御（数値制御）されるように構成した
が、これに限定されることはなく、手動制御であっても
よい。また、ワーク保持部９０にワーク９６の向きを変
える回転テーブルを設けた構成にしてもよいし、工作機
械が複数台横並びに配置される生産ラインにあっては、
各工作機械の間にワークの方向転換装置を配置する構成
としてもよい。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、つぎの効果が得られ
る。

【００４９】（１） 断面形状が略Ｕ字形のベッドにワ
ーク保持部を取付けたので、ワーク保持部を高剛性とす
ることができ、切削荷重を十分に受けることができる。
したがって、ワーク保持部には片持ち構造のような曲げ
荷重が作用しなくなり、小型軽量でも高剛性のベッドお
よびワーク保持部構造を得ることができる。その結果、
切削荷重によるベッドの変形が著しく小となり、ワーク
の加工精度を高めることができる。

【００５０】（２）サドルを駆動する第１の駆動手段は
ベッドの上面側に配置され、コラムを駆動する第２の駆
動手段および主軸頭を駆動する第３の駆動手段は、サド
ルの上面側に配置されるので、各駆動手段はワークの加
工位置よりも上方に位置することになる。したがって、
各駆動手段には、切粉や切削液がほとんど付着すること
がなくなり、切粉および切削液の堆積による各駆動手段
の劣化を防止することができる。

【００５１】（３）ワークを保持するワーク保持部に
は、ワークの直下に下方に開口する開口部が設けられる
ので、切削加工部分からの切粉や切削液をそのまま下方
に排出させることができる。したがって、切粉および切
削液の処理性を向上させることが可能となり、必要な切
削液の量も低減可能となる。

【００５２】（４）各駆動手段はベッドの上面側または
サドルの上面側に配置されるので、各駆動手段を一方向
から保守点検することが可能となる。したがって、各工
作機械の周囲に保守点検用のスペースを確保する必要も
なくなる。

【００５３】（５）ワーク保持具がベッドの端部に取付
けられ、ワークを加工する工具が装着される主軸頭は、
ベッドの凹部の底面部近傍まで下降するので、ワークの
セット位置を従来装置に比べて低くすることができる。
したがって、作業者は踏台等を用いることなく、ワーク
の取付け又は取外しができ、作業性を大幅に向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るコラム移動型横型工作
機械の斜視図である。

【図２】図１の装置の断面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図４】図１の装置の平面図である。

【図５】従来のコラム移動型工作機械の一例を示す側面
図である。

【符号の説明】

２０ コラム移動型横型工作機械 ２１ ベッド ２２ 凹部 ３０ サドル ４０ 第１の駆動手段 ５０ コラム ６０ 第２の駆動手段 ７０ 主軸頭 ７６ 工具 ７７ 工具 ８０ 第３の駆動手段 ９０ ワーク保持部 ９５ 開口部 ９６ ワーク １００ ＮＣ制御盤 １１０ 回収装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 正一 愛知県名古屋市中区錦一丁目２番１号 株式会社エムティエイ内 (56)参考文献 特開 平１−146631（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−47033（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−294946（ＪＰ，Ａ) 実公 平２−6969（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 1/00 - 1/76 B23Q 11/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面形状が略Ｕ字形であり、凹部が上方
   に向かって開放されたベッドと、 前記ベッドの２本の柱の上面に支持された、水平Ｚ軸方
   向に移動可能なサドルと、 前記ベッドの２本の柱の上面より上方に配置され、前記
   サドルをベッドの両端上面に沿ってＺ軸方向に往復動さ
   せるＺ軸駆動モータと、 前記サドルに吊り下げられて上下方向に延び、前記サド
   ルの移動方向であるＺ軸方向と直交するＸ軸方向に水平
   移動可能とされたコラムと、 前記サドルの上面側に配置され、前記コラムをＸ軸方向
   に往復動させるＸ軸駆動モータと、軸芯がＺ軸方向に延び、先端部に工具が装着され、前記
   サドルの下面より下側で 前記コラムに上下方向に移動可
   能に取付けられる、横向きに配置された主軸頭と、 前記サドルの上面側に配置され、横向き配置の前記主軸
   頭を昇降させるＹ軸駆動モータと、 前記ベッドのＺ軸方向の端部に取付けられ、前記主軸頭
   と対向する位置にワークを保持するとともに、下壁面と
   主軸に対抗する壁面とが開放されその他の４壁面を有す
   るワーク保持部と、 を具備したことを特徴とするコラム移動型横型工作機
   械。