JP4989766B2 - 横形工作機械 - Google Patents

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Description

本発明は、横形工作機械に関する。
横形工作機械としては、ワークを支持するためのワーク支持面が上面前部に形成されたベッドと、ベッドの上面後部に対して前後方向（Ｚ軸方向）及び左右方向（Ｘ軸方向）にスライド自在に取り付けられたコラムと、コラムに対して上下方向（Ｙ軸方向）にスライド自在に取り付けられた主軸装置と、を備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。
このような横形工作機械では、主軸装置の主軸に工具を取り付け、ベッドのワーク支持面に載置されたワークに対して、主軸装置を三軸方向に移動させることで、ワークを切削加工することができる。
特開２００５−３４２８１６号公報（段落００１２、図１）
前記した従来の横形工作機械では、ベッドの上面後部にコラムの移動機構が設けられており、ベッドの上面が前後方向に大きいため、装置全体が大型になる。また、ワーク支持面からコラムの移動機構までの距離が長いため、ベッドの熱膨張によってワーク支持面と主軸装置との間に生じる寸法変化量が大きくなり、ワークの加工精度が低くなる。
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、装置全体を小型化するとともに、ワークの加工精度を高めることができる横形工作機械を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、横形工作機械であって、ワークを支持するためのワーク支持面が前部に形成されたベースフレームと、前記ベースフレームの背面部に対して、Ｘ軸移動機構を介して左右方向にスライド自在に取り付けられたＸ軸サドルと、前記Ｘ軸サドルに対して、Ｙ軸移動機構を介して上下方向にスライド自在に取り付けられたＹ軸サドルと、前記Ｙ軸サドルに対して、Ｚ軸移動機構を介して前後方向にスライド自在に取り付けられた主軸装置と、を備えていることを特徴としている。
この構成では、ベースフレームの背面部に主軸装置の移動機構を設けることで、ベースフレームの上面部を前後方向に小さくすることができるため、ベースフレームを小型化することができ、装置全体を小型化及び軽量化することができる。
また、ベースフレームが小型化され、ワーク支持面から移動機構までの距離が短くなることで、ベースフレームの熱膨張によってワーク支持面と主軸装置との間に生じる寸法変化量が小さくなるため、ワークの加工精度を高めることができる。
前記した横形工作機械において、前記Ｘ軸サドルには、前後方向に貫通した開口部が形成され、前記Ｘ軸サドルの背面部に、前記Ｙ軸移動機構を介して前記Ｙ軸サドルが取り付けられるとともに、前記Ｙ軸サドルの上面部に、前記Ｚ軸移動機構を介して前記主軸装置が取り付けられており、前記主軸装置は、前記Ｘ軸サドルの前記開口部を通過して、前記Ｘ軸サドルよりも前方に突出可能であるように構成することができる。
この構成では、ベースフレームのワーク支持面からベースフレームの背面部に取り付けられたＸ軸サドルまでの水平部と、Ｘ軸サドルから主軸装置までの垂直部とからなる側面視でＬ形状の横形工作機械が構成される。このように、装置の主要部品を側面視でＬ形状に組み合わせることで、ワーク支持面から装置内を通過して主軸装置に達するまでの距離が短くなるため、各部品の熱膨張によってワーク支持面と主軸装置との間に生じる寸法変化量を小さくすることができ、ワークの加工精度を高めることができる。
また、主軸装置は、Ｘ軸サドルの開口部を通過しており、開口部内で上下方向及び前後方向に移動するため、Ｘ軸サドル、Ｙ軸サドル及び主軸装置をコンパクトに配置することができ、装置全体を小型化することができる。
前記した横形工作機械において、前記Ｘ軸サドルは、本体部と、前記本体部から上方に向けて突出し、左右方向に間隔を離して配置された二つの突出部と、を備え、前記各突出部の間に前記開口部が形成されており、前記本体部が前記Ｘ軸移動機構を介して前記ベースフレームの背面部に取り付けられているように構成することができる。
この構成では、開口部よりも下方の本体部にＸ軸移動機構が設けられており、主軸装置よりも下方にＸ軸移動機構が配置されるため、横形工作機械の重心を低くすることができ、横形工作機械の安定性を高めることができる。
また、開口部の上部は開放されるため、Ｘ軸サドルを軽量化するとともに、主軸装置の上下方向への移動量を大きくすることができる。
また、前記Ｘ軸サドルの背面部において、前記本体部から前記各突出部に亘って、前記Ｙ軸移動機構を設けた場合には、Ｘ軸サドルの上端部から下端部に亘ってＹ軸サドルを移動させることができるため、主軸装置の上下方向への移動量を大きくすることができる。
前記した横形工作機械において、前記ベースフレームは、左右一対のサイドフレームと、前記両サイドフレームを連結する連結フレームと、を有し、前記連結フレームの前方には、上下方向に開放された開放空間が形成され、前記両サイドフレームにおいて、前記開放空間に対応する位置の上面部に、前記ワーク支持面が形成されているように構成することができる。
この構成では、ベースフレームに開放空間を形成することで、ベースフレームを従来の横形工作機械に用いられているベッドと比較して、大幅に軽量化することができる。また、ベースフレームに形成された開放空間を利用して、ワークを加工するための領域の下方にドラム式のチップ処理装置を収納することができる。
本発明の横形工作機械によれば、ベースフレームを小型化することができ、装置全体を小型化及び軽量化することができる。また、ベースフレームの熱膨張によってワーク支持面と主軸装置との間に生じる寸法変化量が小さくなるため、ワークの加工精度を高めることができる。
本実施形態の横形工作機械を前方から見た斜視図である。 本実施形態の横形工作機械を後方から見た斜視図である。 本実施形態の横形工作機械を示した側面図である。 本実施形態の横形工作機械を示した背面図である。
次に、本発明の実施形態について、図１から図４を参照しながら詳細に説明する。
（横形工作機械の全体構成）
本実施形態の横形工作機械１は、保持治具（図示せず）を介してワーク（図示せず）を支持するためのワーク支持面１１ｃ，１１ｃが形成されたベースフレーム１０と、このベースフレーム１０に対して左右方向にスライド自在に取り付けられたＸ軸サドル２０と、このＸ軸サドル２０に対して上下方向にスライド自在に取り付けられたＹ軸サドル３０と、このＹ軸サドル３０に対して前後方向にスライド自在に取り付けられた主軸装置４０と、を備えている。
この横形工作機械１は、主軸装置４０の主軸４１の前端部に各種工具を着脱自在となっており、主軸装置４０を左右方向（Ｘ軸方向）、上下方向（Ｙ軸方向）及び前後方向（Ｚ軸方向）の三軸方向に移動させ、主軸４１とともに回転させた工具によって、ワークを切削加工するものである。
（ベースフレームの構成）
ベースフレーム１０は、左右方向に所定間隔を離して配置された一対のサイドフレーム１１，１１と、両サイドフレーム１１，１１を連結する板状の連結フレーム１２と、を備えている。
両サイドフレーム１１，１１は、横形工作機械１全体を支持する部位であり、床面に載置される下部１１ａ，１１ａは前後方向に延ばされており、横形工作機械１の安定性が高まっている。また、両サイドフレーム１１，１１の上部１１ｂ，１１ｂは前方に突出している。また、連結フレーム１２の前方には、上下方向に開口した開放空間１３が形成され、両サイドフレーム１１，１１の各上部１１ｂ，１１ｂにおいて、開放空間１３に対応する上面前部には、保持治具（図示せず）を介してワーク（図示せず）を支持するための一対のワーク支持面１１ｃ，１１ｃが形成されている。
このように、本実施形態の横形工作機械１は、左右のワーク支持面１１ｃ，１１ｃの間が上下方向に開口しているフレームを用いた所謂ベッドレスタイプの工作機械となっている。
（Ｘ軸サドルの構成）
Ｘ軸サドル２０は、ベースフレーム１０の連結フレーム１２の後方に配設された板状の部材であり、Ｘ軸移動機構５０を介して連結フレーム１２の背面部１２ｂに取り付けられている。
Ｘ軸サドル２０の上部は、前後方向に貫通した開口部２２が形成されており、左右方向に所定間隔を離して二つの突出部２１，２１が上方に向けて突出している凹形状となっている。開口部２２は、主軸装置４０が通過することができる大きさに設定されている。
より詳細にＸ軸サドル２０について説明すると、Ｘ軸サドル２０は、正面視で矩形の本体部２３と、本体部２３の上面２３ａの左右両端部から上方に向けて突出した矩形断面の突出部２１，２１と、を備えている。左右方向に間隔を離して配置された各突出部２１，２１の間には、上部が開放された開口部２２が形成されている。開口部２２がＸ軸サドル２０の上部に形成されることで、Ｘ軸サドル２０の上部が軽量化されている。
（Ｘ軸移動機構の構成）
Ｘ軸移動機構５０は、Ｘ軸サドル２０を連結フレーム１２の背面部１２ｂに対して左右方向にスライド自在に取り付けるための機構であり、Ｘ軸移動ガイド機構５１と、Ｘ軸送り機構５２と、を備えている。
Ｘ軸移動ガイド機構５１は、連結フレーム１２の背面部１２ｂに取り付けられた二本のＸ軸ガイドレール５１ａ，５１ａと、各Ｘ軸ガイドレール５１ａ，５１ａにそれぞれ取り付けられた複数のＸ軸スライダ５１ｂ・・・と、を備えており、各Ｘ軸ガイドレール５１ａ，５１ａに沿って、各Ｘ軸スライダ５１ｂ・・・がベースフレーム１０の一方のサイドフレーム１１から他方のサイドフレーム１１に亘って左右方向に移動する公知の直線移動機構である。
各Ｘ軸スライダ５１ｂ・・・は、Ｘ軸サドル２０の正面部２０ａに固着されており、Ｘ軸サドル２０は各Ｘ軸ガイドレール５１ａ，５１ａに沿って左右方向にスライド自在となっている。
Ｘ軸送り機構５２は、公知のボールねじによる送り機構であり、連結フレーム１２の背面部１２ｂに取り付けられたＸ軸駆動モータ５２ａと、このＸ軸駆動モータ５２ａに連結されたＸ軸ボールねじ５２ｂと、Ｘ軸ボールねじ５２ｂに螺合されたナット５２ｃと、を備えている。ナット５２ｃは、Ｘ軸サドル２０に固着されており、Ｘ軸ボールねじ５２ｂを回転させることで、Ｘ軸サドル２０が各Ｘ軸ガイドレール５１ａ，５１ａに沿って左右方向に移動する。
より詳細にＸ軸移動機構５０について説明すると、Ｘ軸移動ガイド機構５１の各Ｘ軸スライダ５１ｂ・・・およびＸ軸送り機構５２は、Ｘ軸サドル２０の本体部２３の正面部２０ａに設けられている。すなわち、Ｘ軸サドル２０は、本体部２３の正面部２０ａがＸ軸移動機構５０を介して、ベースフレーム１０の連結フレーム１２の背面部１２ｂに取り付けられている。そして、Ｘ軸移動機構５０は開口部２２よりも下方に配置されている。
（Ｙ軸サドルの構成）
Ｙ軸サドル３０は、Ｙ軸移動機構６０を介してＸ軸サドル２０の背面部２０ｂに取り付けられている。
Ｙ軸サドル３０は、下部に板状の支持部３１が形成され、上部には支持部３１よりも前後方向に延ばされた延出部３２が形成されている。Ｙ軸サドル３０の延出部３２の前端部は、Ｘ軸サドル２０の開口部２２に挿入されている。
（Ｙ軸移動機構の構成）
Ｙ軸移動機構６０は、Ｙ軸サドル３０をＸ軸サドル２０の背面部２０ｂに対して上下方向にスライド自在に取り付けるための機構であり、Ｙ軸移動ガイド機構６１と、Ｙ軸送り機構６２と、を備えている。
Ｙ軸移動ガイド機構６１は、Ｘ軸サドル２０の背面部２０ｂに取り付けられた二本のＹ軸ガイドレール６１ａ，６１ａと、各Ｙ軸ガイドレール６１ａ，６１ａにそれぞれ取り付けられた複数のＹ軸スライダ６１ｂ・・・と、を備えており、各Ｙ軸ガイドレール６１ａ，６１ａに沿って、各Ｙ軸スライダ６１ｂ・・・がＸ軸サドル２０の上端部から下端部に亘って上下方向に移動する公知の直線移動機構である。
各Ｙ軸スライダ６１ｂ・・・は、Ｙ軸サドル３０の支持部３１の正面部３１ａに固着されており、Ｙ軸サドル３０は各Ｙ軸ガイドレール６１ａ，６１ａに沿って上下方向にスライド自在となっている。
具体的には、Ｙ軸移動ガイド機構６１の各Ｙ軸ガイドレール６１ａ，６１ａは、Ｘ軸サドル２０の背面部２０ｂにおいて、本体部２３の下端部から各突出部２１，２１の上端部に亘って設けられている。これにより、Ｙ軸サドル３０は、Ｘ軸サドル２０の上端部から下端部に亘って上下方向に移動することができる。
Ｙ軸送り機構６２は、公知のボールねじによる送り機構であり、Ｘ軸サドル２０の一方の突出部２１の上面に取り付けられたＹ軸駆動モータ６２ａと、このＹ軸駆動モータ６２ａに連結されたＹ軸ボールねじ６２ｂと、Ｙ軸ボールねじ６２ｂに螺合されたナット６２ｃと、を備えている。ナット６２ｃは、Ｙ軸サドル３０に固着されており、Ｙ軸ボールねじ６２ｂを回転させることで、Ｙ軸サドル３０が各Ｙ軸ガイドレール６１ａ，６１ａに沿って上下方向に移動する。
（主軸装置の構成）
主軸装置４０は、主軸ハウジング４０ａ内で前後方向に軸方向が配置された主軸４１と、主軸駆動モータ４２と、を備えており、主軸駆動モータ４２の出力部に主軸４１の後端部が連結され、主軸４１の前端部に各種工具（図示せず）を着脱自在となっている。この主軸装置４０は、Ｚ軸移動機構７０を介してＹ軸サドル３０の延出部３２の上面部３２ａに取り付けられている。
（Ｚ軸移動機構の構成）
Ｚ軸移動機構７０は、主軸装置４０をＹ軸サドル３０の延出部３２の上面部３２ａに対して前後方向にスライド自在に取り付けるための機構であり、Ｚ軸移動ガイド機構７１と、Ｚ軸送り機構７２と、を備えている。
Ｚ軸移動ガイド機構７１は、Ｙ軸サドル３０の延出部３２の上面部３２ａに取り付けられた二本のＺ軸ガイドレール７１ａ，７１ａと、各Ｚ軸ガイドレール７１ａ，７１ａにそれぞれ取り付けられた複数のＺ軸スライダ７１ｂ・・・と、を備えており、各Ｚ軸ガイドレール７１ａ，７１ａに沿って、各Ｚ軸スライダ７１ｂ・・・が延出部３２の前端部から後端部に亘って前後方向に移動可能な公知の直線移動機構である。
各Ｚ軸スライダ７１ｂ・・・は、主軸装置４０の主軸駆動モータ４２の下面に固着されており、主軸装置４０は各Ｚ軸ガイドレール７１ａ，７１ａに沿って前後方向にスライド自在となっている。
Ｚ軸送り機構７２は、公知のボールねじによる送り機構であり、Ｙ軸サドル３０の延出部３２の後端部に取り付けられたＺ軸駆動モータ７２ａと、このＺ軸駆動モータ７２ａに連結されたＺ軸ボールねじ７２ｂと、Ｚ軸ボールねじ７２ｂに螺合されたナット７２ｃと、を備えている。ナット７２ｃは、主軸装置４０に固着されており、Ｚ軸ボールねじ７２ｂを回転させることで、主軸装置４０が各Ｚ軸ガイドレール７１ａ，７１ａに沿って前後方向に移動する。
（横形工作機械の作用効果）
以上のように構成された横形工作機械１は、次のように動作して本発明の作用効果を奏する。
本実施形態の横形工作機械１は、ベースフレーム１０の連結フレーム１２の背面部１２ｂにＸ軸サドル２０が取り付けられ、このＸ軸サドル２０の背面部２０ｂにＹ軸サドル３０が取り付けられ、さらに、Ｙ軸サドル３０の延出部３２の上面部３２ａに主軸装置４０が取り付けられている。
したがって、本実施形態の横形工作機械１は、ベースフレーム１０に対してＸ軸サドル２０を左右方向に移動させることで、ベースフレーム１０のワーク支持面１１ｃ，１１ｃに支持されたワーク（図示せず）に対して、主軸装置４０を左右方向（Ｘ軸方向）に移動させることができる。また、Ｘ軸サドル２０に対してＹ軸サドル３０を上下方向に移動させることで、ワークに対して主軸装置４０を上下方向（Ｙ軸方向）に移動させることができる。さらに、Ｙ軸サドル３０に対して主軸装置４０を前後方向に移動させることで、ワークに対して主軸装置４０を前後方向（Ｚ軸方向）に移動させることができる。
本実施形態の横形工作機械１では、ベースフレーム１０の連結フレーム１２の背面部１２ｂに主軸装置４０の各移動機構５０，６０，７０を設けることで、ベースフレーム１０を前後方向に小さくすることができるため、ベースフレーム１０を小型化することができ、横形工作機械１全体を小型化及び軽量化することができる。
また、本実施形態の横形工作機械１では、ベースフレーム１０が小型化され、ワーク支持面１１ｃ，１１ｃから各移動機構５０，６０，７０までの距離が短くなることで、ベースフレーム１０の熱膨張によってワーク支持面１１ｃ，１１ｃと主軸装置４０との間に生じる寸法変化量が小さくなるため、ワークの加工精度を高めることができる。
また、本実施形態の横形工作機械１では、ベースフレーム１０のワーク支持面１１ｃ，１１ｃからベースフレーム１０の背面部１２ｂに取り付けられたＸ軸サドル２０までの水平部と、Ｘ軸サドル２０から主軸装置４０までの垂直部とからなる側面視でＬ形状の横形工作機械１が構成されている。このように、装置の主要部品を側面視でＬ形状に組み合わせることで、ワーク支持面１１ｃ，１１ｃから装置内を通過して主軸装置４０に達するまでの距離が短くなるため、各部品の熱膨張によってワーク支持面１１ｃ，１１ｃと主軸装置４０との間に生じる寸法変化量を小さくすることができ、ワークの加工精度を高めることができる。
また、主軸装置４０は、Ｘ軸サドル２０の開口部２２を通過しており、開口部２２内で上下方向及び前後方向に移動するため、Ｘ軸サドル２０、Ｙ軸サドル３０及び主軸装置４０をコンパクトに配置することができ、横形工作機械１全体を小型化することができる。
また、Ｘ軸サドル２０では、開口部２２よりも下方の本体部２３にＸ軸移動機構５０が設けられている。すなわち、開口部２２内を移動する主軸装置４０よりも下方にＸ軸移動機構５０が配置されるため、横形工作機械１の重心を低くすることができ、横形工作機械１の安定性を高めることができる。
また、Ｘ軸サドル２０の開口部２２の上部は開放されているため、Ｘ軸サドル２０を軽量化するとともに、開口部２２内における主軸装置４０の上下方向への移動量を大きくすることができる。
また、Ｘ軸サドル２０の背面部２０ｂにおいて、本体部２３の下端部から各突出部２１，２１の上端部に亘ってＹ軸移動機構６０が設けられており、Ｘ軸サドル２０の上端部から下端部に亘ってＹ軸サドル３０を移動させることができるため、主軸装置４０の上下方向への移動量を大きくすることができる。
また、本実施形態の横形工作機械１では、ベースフレーム１０に開放空間１３を形成することで、ベースフレーム１０を従来の横形工作機械に用いられているベッドと比較して、大幅に軽量化することができる。また、ベースフレーム１０に形成された開放空間１３を利用して、ワークを加工するための領域の下方にドラム式のチップ処理装置を収納することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
例えば、本実施形態のＸ軸移動機構５０、Ｙ軸移動機構６０及びＺ軸移動機構７０では、公知のボールねじ機構を用いているが、これに限定されるものではなく、ガイドレールに沿ってスライダを移動させる直線移動機構（リニアモータ式の送り機構）を用いてもよい。
また、本実施形態では、Ｘ軸サドル２０、Ｙ軸サドル３０及び主軸装置４０をそれぞれ一個のＸ軸送り機構５２、Ｙ軸送り機構６２及びＺ軸送り機構７２によって移動させているが、複数のＸ軸送り機構５２、Ｙ軸送り機構６２及びＺ軸送り機構７２によって移動させてもよい。
１ 横形工作機械
１０ ベースフレーム
１１ｃ ワーク支持面
１３ 開放空間
２０ Ｘ軸サドル
２１ 突出部
２２ 開口部
２３ 本体部
３０ Ｙ軸サドル
３２ 延出部
４０ 主軸装置
４１ 主軸
４２ 主軸駆動モータ
５０ Ｘ軸移動機構
５１ Ｘ軸移動ガイド機構
５１ａ Ｘ軸ガイドレール
５１ｂ Ｘ軸スライダ
５２ Ｘ軸送り機構
５２ａ Ｘ軸駆動モータ
６０ Ｙ軸移動機構
６１ Ｙ軸移動ガイド機構
６１ａ Ｙ軸ガイドレール
６１ｂ Ｙ軸スライダ
６２ Ｙ軸送り機構
６２ａ Ｙ軸駆動モータ
７０ Ｚ軸移動機構
７１ Ｚ軸移動ガイド機構
７１ａ Ｚ軸ガイドレール
７１ｂ Ｚ軸スライダ
７２ Ｚ軸送り機構
７２ａ Ｚ軸駆動モータ

Claims (5)

  1. ベースフレームと、
    前記ベースフレームの背面部に対して、Ｘ軸移動機構を介して左右方向にスライド自在に取り付けられたＸ軸サドルと、
    前記Ｘ軸サドルに対して、Ｙ軸移動機構を介して上下方向にスライド自在に取り付けられたＹ軸サドルと、
    前記Ｙ軸サドルに対して、Ｚ軸移動機構を介して前後方向にスライド自在に取り付けられた主軸装置と、を備え、
    前記ベースフレームには、ワークを支持するためのワーク支持面が前記背面部よりも前方に形成されていることを特徴とする横形工作機械。
  2. 前記Ｘ軸サドルには、前後方向に貫通した開口部が形成され、
    前記Ｘ軸サドルの背面部に、前記Ｙ軸移動機構を介して前記Ｙ軸サドルが取り付けられるとともに、前記Ｙ軸サドルの上面部に、前記Ｚ軸移動機構を介して前記主軸装置が取り付けられており、
    前記主軸装置は、前記Ｘ軸サドルの前記開口部を通過して、前記Ｘ軸サドルよりも前方に突出可能であることを特徴とする請求項１に記載の横形工作機械。
  3. 前記Ｘ軸サドルは、本体部と、前記本体部から上方に向けて突出し、左右方向に間隔を離して配置された二つの突出部と、を備え、前記各突出部の間に前記開口部が形成されており、前記本体部が前記Ｘ軸移動機構を介して前記ベースフレームの背面部に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の横形工作機械。
  4. 前記Ｙ軸移動機構は、前記Ｘ軸サドルの背面部において、前記本体部から前記各突出部に亘って設けられていることを特徴とする請求項３に記載の横形工作機械。
  5. 前記ベースフレームは、
    左右一対のサイドフレームと、
    前記両サイドフレームを連結する連結フレームと、を有し、
    前記連結フレームの前方には、上下方向に開放された開放空間が形成され、
    前記両サイドフレームにおいて、前記開放空間に対応する位置の上面部に、前記ワーク支持面が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の横形工作機械。
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