JP4179493B2

JP4179493B2 - 回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械

Info

Publication number: JP4179493B2
Application number: JP2001289767A
Authority: JP
Inventors: 利治高島; 邦道中嶋
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2003094268A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作物の大きくて長い屈曲した加工面を高い面精度で仕上げ加工するための工作機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のバンパなどを成形するための金型は、長手方向及び上下方向の両端部が屈曲した大きくて長い凹面を有し、該凹面をきわめて高い面精度に仕上げ加工する必要がある。従来、係る凹面を加工する場合、大型のマシニングセンタのテーブルに金型を載置固定し、凹面の法線方向に工具の軸線を向けて高精度に加工するために、凹面の法線方向に傾斜角度を合わせたアングルヘッドを主軸ヘッドに取付けて加工している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば自動車のバンパ用金型では、左右及び上下凹面は法線方向の向きが４方向に異なるので、各凹面を加工するためにアングルヘッドを４回も取替える必要があり、アングルヘッドの着脱及び調整に時間と労力を費やしていた。さらに、アングルヘッドの着脱により加工面に微細な段差が生じ、この段差を除去して高い面精度を出すために、超熟練作業者が同じ金型を数週間にわたって手磨きしなければならず、作業者に同じ作業を長時間行う苦痛を強いるとともにコスト高になる不具合があった。
【０００４】
本発明は係る従来の不具合を解消するためになされたもので、主軸ヘッドと工作物とを簡単な構成で水平軸、垂直軸回りに相対的に回動自在とし、工作物の法線方向の向きが異なる凹面を工具の軸線を法線方向に向けて高い面精度に加工可能としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、中央部分に矩形の貫通スペースが形成された基台を工作物が載置されるワークテーブルに対向して垂直に立設し、該基台の前記貫通スペースの上下両側に延在する横桁部にガイドレールを水平に延設し、中央部分に矩形の貫通空間が形成されたスライドを前記基台に前記上下のガイドレールによりＸ軸方向に移動可能に装架してサーボモータに駆動連結し、該スライドの前記貫通空間の左右両側に延在する縦桁部にガイドレールを垂直に延設し、中央部分に矩形の貫通路が形成された昇降台を前記スライドに前記左右のガイドレールによりＹ軸方向に移動可能にかつ後方に突設する筐体部を前記貫通空間内に位置するように装架してサーボモータに駆動連結し、該昇降台の貫通路の左右両側に延在する縦桁部にチルトテーブルを前記貫通路内に位置しかつ前記昇降台の前面ならびに後面間においてＸ軸と平行に延びるＡ軸回りに回動自在に支承してサーボモータに駆動連結し、モータにより回転駆動され先端に工具が着脱自在に装着される主軸を主軸ヘッドに該主軸の軸線が前記Ａ軸と交叉するように軸承し、該主軸ヘッドを前記チルトテーブル上に設けられて前記貫通路、前記貫通空間及び前記貫通スペース内に延在するベース上に前記ワークテーブルに向かって前記主軸の軸線方向に進退可能に装架し、前記主軸ヘッドに駆動連結したサーボモータを前記ベースの後端に前記貫通スペース内で固定したことである。
【０００６】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械において、前記チルトテーブルにターンテーブルをＡ軸と直角なＢ軸回りに回動自在に支承してサーボモータに駆動連結し、該ターンテーブル上に前記ベースを固定し、該ベース上に前記主軸ヘッドを前記主軸の軸線方向に進退可能に装架し、該主軸ヘッドに前記主軸を該主軸の軸線が前記Ａ軸及びＢ軸と交叉するように軸承したことである。
【０００７】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械において、前記ワークテーブルにターンテーブルを垂直なＢ軸回りに回動自在に支承してサーボモータに駆動連結したことである。
【００１０】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、中央部分に矩形の貫通スペースが形成された基台を工作物が載置されるワークテーブルに対向して垂直に立設し、中央部分に矩形の貫通空間が形成されたスライドを基台に貫通スペースの上下両側に延設したガイドレールで装架してサーボモータにより水平なＸ軸方向に駆動し、中央部分に矩形の貫通路が形成された昇降台をスライドに貫通空間の左右両側に延設したガイドレールで装架してサーボモータにより垂直なＹ軸方向に駆動し、昇降台の貫通路の左右両側で垂直方向に延在する縦桁部にチルトテーブルを支承してサーボモータによりＸ軸と平行なＡ軸まわりに回動駆動し、主軸ヘッドに主軸を該主軸の軸線がＡ軸と交叉するように軸承し、該主軸ヘッドをチルトテーブル上に設けられて貫通路、貫通空間及び貫通スペース内に延在するベース上に主軸の軸線方向に進退可能に装架し、主軸ヘッドに駆動連結したサーボモータをベースの後端に前記貫通スペース内で固定し、主軸をモータにより回動駆動して先端に装着された工具で工作物を加工するようにしたので、チルトテーブルの回動により主軸がＡ軸回りに回動したときの主軸先端の変位を小さくして工具の軸線を工作物の上下凹面の法線方向に向けることができ、工具を着脱しないで各面を段差なく高い面精度に仕上げ加工可能となった。これにより、超熟練者による手磨き時間を激減あるいは無くすことができ、作業者の労力及び製造コストを低減することができた。
【００１１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に記載の回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械において、チルトテーブルにターンテーブルを支承し、サーボモータによりＡ軸と直角なＢ軸回りに回動自在とし、主軸ヘッドに主軸を該主軸の軸線がＡ軸及びＢ軸と交叉するように軸承し、該主軸ヘッドをターンテーブル上に設けられて貫通路、貫通空間及び貫通スペース内に延在するベース上に主軸の軸線方向に移動可能に装架し、主軸をモータにより回転駆動して先端に装着された工具で工作物を加工するようにしたので、チルトテーブル及びターンテーブルの回動により主軸がＡ軸及びＢ軸回りに回動したときの主軸先端の変位を小さくして工具の軸線を工作物の上下凹面に加えて左右凹面の法線方向に向けることができ、工具を着脱しないで各面を段差なく高い面精度に仕上げ加工可能となった。
【００１２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１に記載の回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械において、前記ワークテーブルにターンテーブルを支承してサーボモータにより垂直なＢ軸回りに回動自在としたので、ターンテーブルの回動により工具の軸線を工作物の左右凹面の法線方向に相対的に向けることができ、工具を着脱しないで各面を段差なく高い面精度に仕上げ加工可能となった。
【００１５】
【実施の形態】
図１乃至３において、１１は基台で、床面１２に掘られたピット１３の底面に垂直に立設され、床面１２に設置されてワークＷが載置固定されるワークテーブル１４に対向している。基台１１の中央部分には矩形の貫通スペース１５が形成され、貫通スペース１５の上下両側に延在する基台１１の横桁部１６ａ，１６ｂの正面には、ガイドレール１７ａ，１７ｂが水平に延設されている。スライド２０の上下延出部２１ａ，２１ｂの裏面４箇所に固定された支承部１８がガイドレール１７ａ，１７ｂに支承されてスライド２０は基台１１にＸ軸方向に移動可能に装架されている。スライド２０には前方に突出する台部２２が形成され、スライド２０の中央部分には、台部２２を貫通して貫通空間２３が水平方向に形成されている。基台１１の横桁１６ａ，１６ｂにはボールネジ２４ａ，２４ｂがガイドレール１７ａ，１７ｂの外側で平行に回転可能に軸承され、サーボモータ２５ａ，２５ｂにより回転駆動される。ボールネジ２４ａ，２４ｂはスライド２０の裏面に固定された送りナット１９ａ，１９ｂと夫々螺合され、スライド２０はサーボモータ２５ａ，２５ｂにＸ軸方向に駆動されるように連結されている。
【００１６】
スライド２０の貫通空間２３の左右両側に延在する縦桁部２６ａ，２６ｂの前面には、左右のガイドレール２７ａ，２７ｂが垂直に延設され、ガイドレール２７ａ，２７ｂに昇降台３０のフランジ部３１裏面４箇所に固定された支承部５２が支承されて昇降台３０はスライド２０にＹ軸方向に移動可能に装架されている。昇降台３０のフランジ部３１後方には筐体部３２が突設されてスライド２０の貫通空間２３及び基台１１の貫通スペース１５内に延在し、昇降台３０の中央部分には、フランジ部３１及び筐体部３２を通して貫通路３３が水平方向に形成されている。スライド２０の縦桁部２６ａ、２６ｂの貫通空間２３と対向する内側面には凹溝が垂直方向に刻設され、この凹溝内にボールネジ２８ａ，２８ｂが収納されて回転可能に軸承されている。ボールネジ２８ａ，２８ｂにはスライド２０の台部２２上面に固定されたサーボモータ２９ａ，２９が回転連結され、ボールネジ２８ａ，２８ｂが筐体部３２側面に固定された送りナット５３ａ，５３ｂに凹溝内で螺合し、これにより昇降台３０はサーボモータ２９ａ，２９に駆動連結されてＹ軸方向に移動される。
【００１７】
昇降台３０の貫通路３３の左右両側に延在する縦桁部３４ａ，３４ｂには、チルトテーブル３５が両側に突設された枢軸３６ａ，３６ｂによりＸ軸と平行なＡ軸回りに回動自在に支承されている。枢軸３６ａには筐体部３２に回転可能に支承されたウォーム３７と噛合するウォームホイール３８が固定され、筐体部３２に固定されたサーボモータ３９がウォーム３７に回転連結され、こりによりチルトテーブル３５はサーボモータ３９に駆動連結されてＡ軸回りに回動される。
【００１８】
チルトテーブル３５上面にはターンテーブル４０がＡ軸と直角に交叉するＢ軸回りに回動自在に支承されている。ターンテーブル４０の下面に固定された駆動軸４１にはチルトテーブル３５に回転可能に支承されたウォーム４２と噛合するウォームホイール４３が固定され、チルトテーブル３５に固定されたサーボモータ４４がウォーム４２に回転連結され、こりによりターンテーブル４０はサーボモータ４４に駆動連結されてＢ軸回りに回動される。
【００１９】
ターンテーブル４０上面には、貫通路３３、貫通空間２３及び貫通スペース１５内に延在するベース４５が固定され、ベース４５上面には、一対のガイドレール４６が前後方向に延設され、ガイドレール４６に主軸台４７の下面４箇所に固定された支承部４８が支承されて主軸台４７はベース４５にワークテーブル１４に向かってＺ軸方向に移動可能に装架されている。ベース４５後端に固定されたサーボモータ４９がベース４５に回転可能に軸承されたボールネジ５０に回転連結され、ボールネジ５０が主軸台４７に固定された送りナット５１螺合し、これにより主軸台４７はサーボモータ４９に駆動連結されてＺ軸方向に移動される。
【００２０】
主軸台４７の前方には延長部材５４を介在して主軸ヘッド５５のハウジング５６が固定され、ハウジング５６には、図４に示すように、Ｚ軸方向に延在する主軸５７が軸受５８により回転可能に軸承されている。主軸５７がＡ軸、Ｂ軸回りに回動されたときの主軸５７先端の変位が小さくなるように、主軸５７の軸線はＡ軸及びＢ軸と交叉するように配置されている。５９は主軸５７を回転駆動するビルトインモータで、主軸５７に固定された回転子６０及び回転子６０を包囲してハウジング５６に固定された励磁コイル６１から構成されている。主軸５７の先端に形成されたテーパ孔６２には工具Ｔが装着された工具ホルダ６３のテーパ軸が嵌着され、主軸５７に内装された工具クランプ装置６４により工具ホルダ６３が主軸５７に着脱自在に装着されるようになっている。床面１２に立設された支持台には工具マガジン６５が割出し回転可能に支承され、種々の工具Ｔが夫々装着された工具ホルダ６３が工具マガジン６５の外周に設けられた工具保持部に着脱自在に収納され、選択された工具ホルダ６３を主軸５７に装着するようになっている。
【００２１】
上記のように構成した第１実施形態において、工作物Ｗがワークテーブル１４上に取付けられ、主軸５７がビルトインモータ５９により回転駆動される。サーボモータ２５ａ，２５ｂによりスライド２０がＸ軸方向に移動され、サーボモータ２９ａ，２９ｂにより昇降台３０がＹ軸方向に移動され、サーボモータ４９により主軸台４７がＺ軸方向（主軸５７の軸線方向）に移動され、主軸ヘッド５５に軸承された主軸５７先端に装着された工具Ｔは、工作物Ｗの加工されるべき内面６６に沿って移動されて内面６６を仕上加工する。そして、工具Ｔが内面６６の上内側面６７を加工するときは、主軸５７延いては工具Ｔの軸線が上内側面６７の法線方向を向くようにチルトテーブル３５がサーボモータ３９により上方に回動され、下内側面６８を加工するときは、工具Ｔの軸線が下内側面６８の法線方向を向くようにチルトテーブル３５がサーボモータ３９により下方に回動され、左内側面６９を加工するときは、工具Ｔの軸線が左内側面６９の法線方向を向くようにターンテーブル４０がサーボモータ４４により図３において反時計方向に回動され、右内側面７０を加工するときは、工具Ｔの軸線が右内側面７０の法線方向を向くようにターンテーブル４０がサーボモータ４４により時計方向に回動されるので、工具Ｔは着脱されることなく、工作物Ｗの内面６６を段差なく、高い面精度で仕上加工する。
【００２２】
工具Ｔを交換する場合は、主軸５７がＸ軸及びＹ軸と直角な方向を向くようにチルトテーブル３５及びターンテーブル４０がサーボモータ３９，４４により位置決めされ、主軸５７が工具マガジン６５と工具交換を行なう工具交換位置に整列するようにスライド２０及び昇降台３０がサーボモータ２５ａ，２５ｂ及び２９ａ，２９ｂにより位置決めされる。工具交換位置で主軸台４７は、サーボモータ４９により前進されて主軸５７に装着された工具ホルダ６３を工具マガジン６５の空の工具保持部に返却し、工具クランプ装置６４が工具ホルダ６３を開放すると後退し、工具マガジン６５の割出し回転により次に使用する工具を装着した工具ホルダ６３が工具交換位置に割出されると前進し、次に使用する工具ホルダ６３をテーパ孔６２に嵌合して工具クランプ装置６４により主軸５７に装着する。
【００２３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、床面上にワークテーブルをＸ軸方向に移動可能に装架したこと、及びチルトテーブル３５上に支承したターンテーブル４０を除去してチルトテーブル３５上にベース４５を直接固定し、ターンテーブルをワークテーブル上に支承したこと以外は、第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一の参照番号を付して詳細説明を省略する。
【００２４】
床面に設置されたプレート７４上にガイドレール７５ａ，７５ｂが固定され、ガイドレール７５ａ，７５ｂにワークテーブル７６の裏面４箇所に固定された支承部７７が支承されてワークテーブル７６は床面上にＸ軸方向に移動可能に装架されている。プレート７４にはガイドレール７５ａ，７５ｂ間でボールネジ７８が回転可能に軸承され、ボールネジ７８にはプレート７４に固定されたサーボモータ７９が回転連結され、ボールネジ７８がワークテーブル７６裏面に固定された送りナットに螺合してワークテーブル７６はサーボモータ７９に駆動連結されＸ軸方向に移動される。これによりスライド２０のＸ軸方向移動の一部をワークテーブル７６のＸ軸方向移動に分担させて工具Ｔと工作物ＷとをＸ軸方向に相対移動させることができるので、スライド２０の移動ストロークを短くして機械全体を小型にすることができる。
【００２５】
ワークテーブル７６上面にはターンテーブル８０が垂直なＢ軸回りに回転自在に支承されている。ターンテーブル８０の下面に固定された駆動軸８１にはワークテーブル７６に回転可能に支承されたウォーム８２と噛合するウォームホイール８３が固定され、ワークテーブル７６に固定されたサーボモータ８４がウォーム８２に回転連結されて、ターンテーブル８０はサーボモータ８４に駆動連結されＢ軸回りに回動される。ターンテーブル８０上には工作物Ｗを載置固定するための治具プレート８５が固定されている。
【００２６】
上記のように構成した第２実施形態において、工作物Ｗが治具プレート８５上に取付けられ、主軸５７がビルトインモータ５９により回転駆動される。サーボモータ２５ａ，２５ｂによりスライド２０がＸ軸方向に移動され、サーボモータ２９ａ，２９ｂにより昇降台３０がＹ軸方向に移動され、サーボモータ４９により主軸台４７がＺ軸方向に移動され、主軸ヘッド５５に軸承された主軸５７先端に装着された工具Ｔは、工作物Ｗの加工されるべき内面６６に沿って移動されて内面６６を仕上加工する。そして、工具Ｔが内面６６の上内側面６７を加工するときは、主軸５７延いては工具Ｔの軸線が上内側面６７の法線方向を向くようにチルトテーブル３５がサーボモータ３９により上方に回動され、下内側面６８を加工するときは、工具Ｔの軸線が下内側面６８の法線方向を向くようにチルトテーブル３５がサーボモータ３９により下方に回動され、左内側面６９を加工するときは、工具Ｔの軸線が左内側面６９の法線方向を向くようにターンテーブル８０がサーボモータ８４により図６において時計方向に回動され、右内側面７０を加工するときは、工具Ｔの軸線が右内側面７０の法線方向を向くようにターンテーブル８０がサーボモータ８４により反時計方向に回動されるので、工具Ｔは着脱されることなく、工作物Ｗの内面６６を段差なく、高い面精度で仕上加工する。スライド２０のＸ軸方向移動だけではストロークが不足する場合は、ワークテーブル７６をサーボモータ７９によりＸ軸方向に移動させて工作物Ｗの未加工箇所を工具Ｔと対向させて上述と同様に仕上加工を継続する。
【００２８】
また、工具Ｔを高速回転したい場合は、主軸ヘッド５５のハウジング５６先端に増速スピンドルユニットの本体を位置決め固定し、増速スピンドルユニットの高速主軸を増速機構を介して主軸５７に回転連結すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械の正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１の平面図である。
【図４】主軸ヘッドの側面図である。
【図５】第２実施形態を示す側面図である。
【図６】図５の平面図である。
【符号の説明】
１１…基台、１２…床面、１４…ワークテーブル、１５…貫通スペース、１６ａ，１６ｂ…横桁部、１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ，４６，７５ａ，７５ｂ…ガイドレール、２０…スライド、２３…貫通空間、２４ａ，２４ｂ，２８ａ，２８ｂ，５０，７８…ボールネジ、２５ａ，２５ｂ，２９ａ，２９ｂ，３９，４４，４９，７９，８４…サーボモータ、３０…昇降台、３３…貫通路、３５…チルトテーブル、４０，８０…ターンテーブル、４７…主軸台、５５…主軸ヘッド、５７…主軸、５９…ビルトインモータ、Ｔ…工具、Ｗ…工作物。

Claims

中央部分に矩形の貫通スペースが形成された基台を工作物が載置されるワークテーブルに対向して垂直に立設し、該基台の前記貫通スペースの上下両側に延在する横桁部にガイドレールを水平に延設し、中央部分に矩形の貫通空間が形成されたスライドを前記基台に前記上下のガイドレールによりＸ軸方向に移動可能に装架してサーボモータに駆動連結し、該スライドの前記貫通空間の左右両側に延在する縦桁部にガイドレールを垂直に延設し、中央部分に矩形の貫通路が形成された昇降台を前記スライドに前記左右のガイドレールによりＹ軸方向に移動可能にかつ後方に突設する筐体部を前記貫通空間内に位置するように装架してサーボモータに駆動連結し、該昇降台の貫通路の左右両側に延在する縦桁部にチルトテーブルを前記貫通路内に位置しかつ前記昇降台の前面ならびに後面間においてＸ軸と平行に延びるＡ軸回りに回動自在に支承してサーボモータに駆動連結し、モータにより回転駆動され先端に工具が着脱自在に装着される主軸を主軸ヘッドに該主軸の軸線が前記Ａ軸と交叉するように軸承し、該主軸ヘッドを前記チルトテーブル上に設けられて前記貫通路、前記貫通空間及び前記貫通スペース内に延在するベース上に前記ワークテーブルに向かって前記主軸の軸線方向に進退可能に装架し、前記主軸ヘッドに駆動連結したサーボモータを前記ベースの後端に前記貫通スペース内で固定したことを特徴とする回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械。
請求項１に記載の回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械において、前記チルトテーブルにターンテーブルをＡ軸と直角なＢ軸回りに回動自在に支承してサーボモータに駆動連結し、該ターンテーブル上に前記ベースを固定し、該ベース上に前記主軸ヘッドを前記主軸の軸線方向に進退可能に装架し、該主軸ヘッドに前記主軸を該主軸の軸線が前記Ａ軸及びＢ軸と交叉するように軸承したことたことを特徴とする回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械。
請求項１に記載の回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械において、前記ワークテーブルにターンテーブルを垂直なＢ軸回りに回動自在に支承してサーボモータに駆動連結したことを特徴とする回動自在な主軸ヘッドを備えた工作機械。