JP5117783B2 - フライス・ボール盤 - Google Patents

Description

本発明は、２つの平行な側壁を有する剛性な工作機械のフレームと、２つの前記側壁に固定された上部クロスバーとを備え、機械加工ユニットは、少なくとも２つのＸ，Ｚ座標軸に沿ってモーターにより移動可能であり、回転駆動され交換可能な工具を有する工作主軸を備え、フロントエンドは、２つの前後方向に延びた水平なガイドレール上にモーターを用いてＹ座標軸に沿って移動可能なように配置された、部材を締め付けるためのテーブル面を有するテーブル装置を備えるフライス・ボール盤に関する。

フライス・ボール盤などは、クランプ締めされた部材の多軸型加工機械として設計されており、極めて高精度な要求に加えて、高度な切削性能を達成できる高い利点がある。

特許文献１では、一般的なフライス・ボール盤は、柱状のベースと２つの強固な側壁からなる工作機械フレームを備えることが知られている。その２つの側壁は、上部クロスバーにより結合され、一体的に形成された門形となっている。クロスバーの傾斜面上で、スライドは水平なガイドレールを移動可能であり、工作主軸を備える機械加工ユニットはモーターを用いて移動可能となるようにスライドの垂直面上においてガイドされる。ワークテーブルは、フロントエンドの水平ガイドレール上のクロスバーの下まで、水平座標軸に沿って移動可能である。

特許文献２では、機械の土台部分と２つの壁のような側部スタンドとを備えるフライス・ボール盤が開示されている。２つの壁のような側部スタンドの上方で、フレームのようなスライドは、モーターによってＹ軸及びＸ軸に沿って移動できるように配置される。その結果、機械加工ユニットが、モーターによってＸ軸及びＺ軸に沿って移動できるようにスライドの垂直面上でガイドされる。２つの壁のような側部スタンド間に、水平軸の周りを回転するブリッジを備えるワークテーブル装置が配置される。回転軸に対して横方向に位置がずれた中央ブリッジ上に、部材を締め付ける締付け手段を有する平坦なワークテーブル面を備える。
独国特許出願公開第１０２００４０３４８７３Ｂ号 独国特許発明第１０２５９２１５Ａ１号

特に有益なチップフォールと組み合わせて、高精度かつ高加速値で多目的作業に使用可能なフライス・ボール盤を提供することが、本発明の目的である。

この目的は、請求項１に記載の特徴により達成される。本発明に係るフライス・ボール盤の特有の利点は、ワークテーブル装置が、門形の工作機械フレームのクロスバー下まで、柱状のベースの水平面上、即ち互いに間隔を有するガイドレール上をＹ軸に沿って移動可能なことである。２つの側壁の間で柱状のベース内に空間があるため、本発明の特有の利点であるチップフォールを得ることができる。側壁、上部クロスバー及び前側のフロントエンドを備える柱状のベースにより、最高度の剛性要求を満足する一体鋳造的な全体構造を得ることができる。

要求される精度を維持しながら、可能な限り多目的な処理を効果的に達成できるように、本発明に係る工作機械のフレームは、上部クロスバーと前側のフロントエンドによりお互いに硬く結合させた２つの剛性のある側壁を有する柱状のベースを備える。上部クロスバーを移動可能で、水平ガイドにあるスライドは、フライスヘッドとして形成される機械加工ユニットを、前側の垂直ガイドにおいて移動する。その結果、少なくとも１つの交換可能な道具を備える機械加工ユニットは、モーターにより垂直面内を移動可能である。

本実施形態に係る工作機械の特有の利点は、柱状のベースの水平ガイド上において、ワークテーブルが１つの座標軸に沿って門形のようなスタンドの上部クロスバーまで移動できる。２つの側壁の間で柱状のベース内に空間があるため、特有の利点であるチップフォールが得られる。側壁、上部クロスバー及び前側のフロントエンドを備える柱状のベースにより、最高の剛性要求に適合する一体鋳造的な全体構造を得られる。

目指す高精度な位置決め及び繊細に制御可能な高加速を得るために、複式工具送り台及び機械加工ユニットの移動用の駆動ユニットとして、リニアモーターを使用する。電気リニアモーターの２次側は、２つ１組で備えられるガイドレールの間にそれぞれ設置される。電気リニアモーターの１次側は、それぞれ移動する機械部品に備えられる。

本発明に効果的な実施形態によれば、水平ガイドレールは、工作機械フレームの２つの側壁に隣接した内側にある柱状のベースに備えられる。この水平ガイドレールは、フロントエンドまで伸び、モーターにより移動可能なワークテーブル装置の支持として働く。本発明によれば、ワークテーブル装置は、２つの電気的に同期されたリニアモーターを備え、それらの２次側は２つの側壁の内側に備え付けられる一方で、それらの１次側は、ワークテーブル装置の構成部品に垂直に取り付けられている。

作業空間の可視性及びアクセスビリティの良さは、前側に段差を有する２つの側壁を備えることにより達成する。フロントエンドは、２つの側壁のフロントエンドの一部と同じ高さを有し、２つの側壁のフロントエンドの一部に剛結合されたトラバース前壁を備える。このようにして、切屑収集部が備えられる空間がフロントエンド及び２つの側壁により定められる。

ワークテーブル装置は、本発明に係るフライス・ボール盤に特に好適であり、モーターにより水平回転軸の周りを回転可能なブリッジ備え、また、部材を締め付ける締付け手段を有する平坦なワークテーブル面が配置された回転軸に対して、横方向に位置がずれたセンターバーを備える。ブリッジのセンターバーの両端に結合された縦軸受脚は、スライドにそれぞれ回転自在に支持される。２つのスライドは、ガイディングシューズ及び両スライドの同期運転動作用の駆動ユニット、さらにブリッジの回転動作用の駆動ユニットを備えるブリッジを支持する。

ブリッジ用のスイベル駆動として働く電気的に同期されたトルクモーターと、スライドの移動機構用の２つの電気的に同期されたリニアモーターとがスライドに備えられる。ブリッジのセンターバーに回転自在に支持された平坦なワークテーブル面も、ブリッジに配置されたトルクモーターにより回転自在に駆動される。使用されるトルクモーターは、相対的に低いスピードの場合でも、高トルクを発生してもよく、そのため駆動される部品の高精度な位置決めが可能となる。

以下において、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。

図１〜３のフライス・ボール盤は、平行な２つの側壁２、３と、前側のフロントエンド４と、側壁２、３の上部後方部６、７に固定された上部クロスバー５と、を備える高剛性の工作機械フレーム１からなる。側壁２，３及びフロントエンド４はトラバース前壁８を含み、一体鋳造構造で形成されている。図１及び図３において特に見られるように、上部クロスバー５は、垂直な前面と傾斜した後面を有する形状である下方へ広がる台形の断面となっている。上部クロスバー５の広い底面は、取り外しできないように、側壁２、３の上部後方部６、７の上部水平表面に固定されている。上部クロスバー５は、前側に上部及び下部棒状突起物９，１０を有し、ガイドレール１１、１２が、上部及び下部棒状突起物９，１０上にそれぞれ取り付けられている。クロスバー５の奥寄りの中心部分１３に、電気リニアモーターのプレート状の２次側１４が、１列にお互い隣接して並んで固定される。

クロスバー５の前側に配置された２つのガイドレール１１、１２において、支持スライド１６は、ガイディングシューズ１７，１８内をガイドされるので、水平移動可能となる。電気リニアモーターの２次側１４と協働する電気リニアモーターの１次側２０は、支持スライド１６の背面に取り付けられる。支持スライド１６の前側に、２つの平行した垂直ガイドレール２１、２２を設置し、機械加工ユニット２３は垂直ガイドレール２１、２２上において、組で設置されるガイディングシューズ２４、２５によりガイドされる。したがって、機械加工ユニット２３は垂直移動可能となる。機械加工ユニット２３は、組込み電気モーターにより直接駆動される工作主軸２６を備える。支持の２つの垂直ガイドレール２１、２２の間に取り付けられた、電気リニアモーターのプレート状の２次側２７は、機械加工ユニット２３と工作主軸２６とを備える機械加工ユニットを移動させる駆動部として機能する。電気リニアモーターの２次側２７と協働し、機械加工ユニット２３の縦移動を行わせる電気リニアモーターの１次側は、機械加工ユニット２３の支持構造物２９の背面に設置される。

図２及び図３に見られるように、電気リニアモーターは、冷却液ライン３１と同様、電源供給ケーブル３０も備える。図１に見られるように、２つの側壁２、３は、２つの上部後方部６，７とフロントエンド４との間である側壁２、３の中心付近に、段差３５、３６を備える。図１及び図３の左部分に見られるように、電気リニアモーターのプレート状の２次側３７、３８は、側壁２、３の段差３５、３６の領域に取り付けられる。

側壁２、３の前下側部３９、４０は、フロントエンド４のトラバース前壁８と同じ程度の高さを有し、傾斜面４１を介して切屑収集器として使用される空間４２を形成する。

図１に見られるように、棒状支持体４３、４４は、側壁２、３の内側に沿ってフロントエンド４から工作機械フレーム１のリアエンドに至るまで延びている。各棒状支持体４３、４４上に、リアエンドに至るまで延びている水平ガイドレール４５、４６が設置されている（図３参照）。

本実施例では、ワークテーブル装置５０が、中央支持部及び電気リニアモーターの２つの側部１次側８２、８３が備え、２つの水平ガイドレール４５、４６上に移動自在にガイドされる。電気リニアモーターの２つの側部１次側８２、８３は、工作機械フレーム１の側壁２、３に設けられた電気リニアモーターの２次側３７、３８と協働し、工作機械フレーム１に固定して取り付けられた水平ガイドレール４５、４６上のワークテーブル装置５０の移動を生じさせる。ワークテーブル装置５０の中央支持部は、１つ以上の部材を固定するための回転または非回転のワークテーブル５５の面を支持してもよい。

図１〜図３に示した本発明の工作機械の実施形態において、図４及び図５に詳細に示した特定のワークテーブル装置を使用する。ワークテーブル装置５０は、剛性のあるセンターバー５２と２つの側面折り曲げ脚部５３、５４とを有するブリッジ５１を備える。センターバー５２に、ワークテーブル５５は支持され、１つ以上の部材を締付けるため、表面に並行して締付けねじ溝を備える。ワークテーブル５５は、トルクモーター５６、５７により回転駆動する。
固定子５６は冷却水路を備え、センターバー５２の円筒形のくぼみに設置されている。トルクモーターのローター５７は、いわゆる内部ローターであり、中空のベアリング軸部５８にフランジを経て固定して接続してある。圧力手段がその細長く狭いリングチャンバーに使用される場合においてワークテーブルを所定の回転位置で止めるために、ベアリング軸部５８の被覆物表面を拘束する締付けジャッキ５９が設けられる。ワークテーブル５５の角度調整できない支持体に、高耐力性能及びワークテーブル５５の自由な動きをもたらす、リング状の軸／半径方向ベアリング６０を提供する。トルクモーターは、大きな部材でさえ、一回のセッティングで、旋盤加工同様フライス加工でも高精度に機械加工できるように、高速回転同様に高トルクを発生する性能がある。本発明の実施形態において、側面に沿って垂直状態に折り曲げられた側面折り曲げ脚部５３、５４は、二重壁構造で、トルクモーター５６、５７の支持シリンダ６１と一体的に形成されている。図５に見られるように、支持シリンダ６１は、外周部に螺旋ネジ溝を備える中空の円筒型固定子６５に囲まれている。固定子５６の螺旋ネジ溝は、冷却媒体を既知の方法で供給する冷却水路を形成する。中空円筒型の固定子５６の上面は、リング状の軸／半径方向ベアリング６０の下にある環状部品６２により支持される。環状部品６２は、直接、支持シリンダ６１上に形成または支持シリンダ６１に直接取り付けられる。この配置により、ベアリングに作用する負荷は、直接、安定した支持シリンダ６１にかかる。底面において、支持シリンダ６１及び固定子５６は、他の部品とともに、最終的に一体成形されたカバー６３となる。このカバー６３は、固定子５６と共軸なスリーブと、このスリーブに取り付けられた放射状のフランジとを備える。

図４及び図５にかかるワークテーブル装置５０において、中空支持ベアリング軸部６４、６５は、それぞれ２つの側面折り曲げ脚部分５３、５４の各側面に取り付けられており、中空支持ベアリング軸部６４、６５の中心軸は合致して、前記ブリッジ５１とワークテーブルとの共通のスイベル軸を形成する。スイベル軸は、ワークテーブル５５の表面から所定の距離ほど延びる。各支持ベアリング軸部６４、６５上において、支持ベアリング軸部６４、６５を締付けるために、加圧流体を用いて放射状に内部に変形する壁を備える締付けジャッキ６６、６７がそれぞれ提供される。各締付けジャッキ６６、６７は、円形カバー６８、６９の一部であるスリーブに固定される。

各支持ベアリング軸部６４、６５は、それぞれトルクモーターにより駆動され、２つのトルクモーターは、好適には電気的に同期している。各トルクモーターは、円周の冷却水路を有し、スライド８０、８１の筐体の円筒型くぼみに取り付けられ、前面のカバー６８、６９の円盤状部分により支持されている、外側固定子７０，７１を備える。ローター７２，７３はそれぞれ、内部ローターとして、それぞれの固定子７０，７１と協働する。各ローター７２、７３は、ワークテーブル装置５０の側面折り曲げ脚部５３、５４に固定的に接続され、また２つの同期したトルクモーター７０、７２及び７１、７３が、電気的に起動されるとき、適切な保持手段を通じて、部材を機械加工する前または最中に、所望の角度位置にワークテーブルの旋回運動を起こす。本実施形態に示されている各リング状ローター７２、７３は、それぞれに関連している固定子７０、７１より短く、また支持ベアリング軸部６４、６５内部の放射状のフランジに軸方向に内面で取り付けられる。

上記で説明したワークテーブル装置５０の支持体は、それぞれスライド８０、８１の筐体に収容される。各スライド８０、８１の後部上に、移動可能な電気リニアモーターの１次側８２、８３を備える。図１及び図３に見られるように、静止している電気リニアモーターの２次側３７、３８は、工作機械フレーム１のそれぞれの側壁２、３の内側に配置されている。各スライド８０、８１は、底面に、図２に示した水平ガイドレール４５、４６と協働するガイディングシューズ８４、８５を備える。

本発明は、上記に示し説明した本実施形態に制限されることなく、例えば、その他のワークテーブル装置を本発明に係るフライス・ボール盤に使用するのもよい。都合の良いことに、これらの設計は、必要に応じて高剛性のテーブル構造が取り付けられた、スライドのような部品を備えねばならない。スライドのような部品は、外部側壁に電気リニアモーターの機能部分を備えなければならない一方で、電気リニアモーターのその他残りの機能部品を、工作機械フレームの側壁の内側に備えなければならない。

また、２つの前記スライド８０，８１のリニアモーターは、電気的に同期され、前記スライドは、お互いにアンカーバーを介して適切な位置に接続されてもよい。さらに、２つの前記軸受脚５３，５４を有する旋回可能な前記ワークテーブルの前記センターバー５２及び前記センターバー５２と前記軸受脚との間の弓形移動部は、２重壁で形成されていてもよい。

本発明に係るフライス・ボール盤全体の斜視図である。 図１のフライス・ボール盤の部分的な正面断面図である。 図１のフライス・ボール盤の部分的な側面断面図である。 図１〜３に示した実施形態に関するワークテーブル装置の斜視図である。 図４に示したワークテーブル装置の縦断面図である。

１ 工作機械フレーム
２，３ 側壁
４ フロントエンド
５ 上部クロスバー
８ トラバース前壁
１６ 支持スライド
２１，２２ 垂直ガイドレール
２３ 機械加工ユニット
２６ 工作主軸
３５，３６ 段差
３７，３８ 電気リニアモーターの２次側
３９，４０ 前下側部
４２ 空き空間
４３，４４ 棒状支持体
４５，４６ 水平ガイドレール
５０ ワークテーブル装置
５１ ブリッジ
５２ センターバー
５３，５４ 側面折り曲げ受脚
５５ ワークテーブル
５６，５７ トルクモーター
８０，８１ スライド（複合部品）
８２，８３ 駆動ユニット（１次側）
８４，８５ ガイドシューズ

Claims (19)

1. 左右に間隔を置いて設けられた平行な２つの側壁（２，３）と、２つの前記側壁（２，３）の上部に取り付けられた上部クロスバー（５）と、前記側壁（２，３）の前側下部に配置され、前記上部クロスバー（５）と共に２つの前記側壁（２，３）を結合する左右方向のフロントエンド（４）とを備える剛性の工作機械フレーム（１）と、
   モーターにより少なくとも２つの座標軸に沿って移動可能であり、交換可能な工具を有する回転自在に駆動される工作主軸（２６）を備える、機械加工ユニット（２３）と、
   部材を締め付けるためのテーブル面を有するワークテーブル装置（５０）とを備え、
   左右に間隔を置いて設けられた棒状支持体（４３，４４）は、前記フロントエンド（４）から２つの前記側壁（２，３）の内側に沿って後方に延設され、前記棒状支持体（４３，４４）上にワークテーブル装置（５０）用の水平ガイドレール（４５，４６）が設けられ、
   前記ワークテーブル装置（５０）は、左右に間隔をおいて設けられた前後方向の前記水平ガイドレール上（４５，４６）に、前後方向であるＹ軸座標に沿って水平に移動するように設けられ、
   前記ワークテーブル装置（５０）をＹ座標軸沿いにシフト移動するための駆動部は、
   ２つの電気的に同期されたリニアモーターを備え、前記リニアモーターの２次側（３７，３８）は、前記工作機械フレーム１の２つの前記側壁（２，３）の内側に取り付けられ、
   前記リニアモーターの１次側は、前記ワークテーブル装置５０のスライド（８０，８１）に取り付けられていることを特徴とするフライス・ボール盤。
2. 前面の垂直ガイドレール（２１，２２）上のフライスヘッドとして形成される前記機械加工ユニット（２３）を支える支持スライド（１６）は、前記上部クロスバー（５）上の水平ガイドにおいて移動可能なことを特徴とする請求項１に記載のフライス・ボール盤。
3. 前記支持スライド（１６）に２つ１組として垂直ガイドレール（２１，２２）を設け、電気的なリニアモーターにより前記支持スライド（１６）に対して前記機械加工ユニット（２３）を縦移動し、前記リニアモーターの２次側は、前記垂直ガイドレール間に配置されることを特徴とする請求項２に記載のフライス・ボール盤。
4. ワークテーブル（５５）は、２つの前記水平ガイドレール上及び前記工作機械フレーム（１）の前記側壁（２，３）の内側を移動可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフライス・ボール盤。
5. 前記ワークテーブル（５５）用の駆動部は、２つの電気的に同期されたリニアモーターを備え、前記リニアモーターの２次側（３７，３８）は、前記工作機械フレーム（１）の前記側壁（２，３）の内側に取り付けられ、前記リニアモーターの前記１次側は、前記ワークテーブルの機構の前記スライド（８０，８１）に取り付けられることを特徴とする請求項４に記載のフライス・ボール盤。
6. 前記工作機械フレーム（１）の２つの前記側壁（２，３）は、前側の段差（３５，３６）をそれぞれ備えることを特徴とする請求項５に記載のフライス・ボール盤。
7. 切屑収集部は、前記フロントエンド（４）及び前記側壁（２，３）により定められる空き空間（４２）に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のフライス・ボール盤。
8. 前記フロントエンド（４）は、トラバース前壁（８）を備え、前記トラバース前壁（８）は、前記工作機械フレーム（１）の２つの前記側壁（２，３）に剛結合され、２つの前記側壁（２，３）の前下側部（３９，４０）と同じ高さを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のフライス・ボール盤。
9. モーターにより水平な回転軸の周りを移動可能なブリッジ（５１）と、
   前記回転軸に対して横にずれた前記ブリッジ（５１）の安定したセンターバー（５２）上に設置される、部材を締め付ける締付け手段を備える平テーブル面（５５）とを備え、
   前記センターバー（５２）の両端に結合された旋回可能な前記ブリッジ（５１）の前記軸受脚（５３，５４）は、モーターにより同期的に回転するように、それぞれの前記スライド（８０，８１）内で支持され、２つの前記スライド（８０，８１）は、それぞれ駆動ユニット（８２，８３）及びガイドシューズ（８４，８５）を備えることを特徴とする請求項１に記載のフライス・ボール盤用のワークテーブル装置。
10. 前記ブリッジ（５１）用のスイベル駆動として動作する電気的に同期されたトルクモーターは、前記スライド（８０，８１）に配置されることを特徴とする請求項９に記載のワークテーブル装置。
11. 選択位置において前記ブリッジ（５１）を引き止めるための固定装置は、前記スライド（８０，８１）に配置されていることを特徴とする請求項９または１０に記載のワークテーブル装置。
12. 前記ブリッジ（５１）の前記軸受脚（５３，５４）は、軸方向／半径方向の軸受部を介して前記スライド（８０，８１）に支持されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のワークテーブル装置。
13. 平坦なワークテーブル（５５）の面は、トルクモーター（５６，５７）により回転可能となるように、前記回転自在のブリッジ（５１）の前記センターバー（５２）に支持されていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載のワークテーブル装置。
14. ２つの前記スライド（８０，８１）の動作用の駆動部は、電気的なリニアモーターであり、前記リニアモーターの１次側（８２，８３）は、それぞれ前記スライド（８０，８１）と剛結合され、前記リニアモーターの２次側（３７，３８）は、前記工作機械フレーム（１）の前記側壁（２，３）に取り付けられることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載のワークテーブル装置。
15. ２つの前記スライド（８０，８１）の前記リニアモーターは、電気的に同期され、前記スライドは、お互いにセンターバー（５２）を介して適切に接続されることを特徴とする請求項１４に記載のワークテーブル装置。
16. 前記スライド（８０，８１）内の旋回可能な前記ブリッジ（５１）の軸受の前記回転軸は、平坦なワークテーブル（５５）の面の位置まで延びていることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載のワークテーブル装置。
17. 前記スライド（８０，８１）内及び前記ブリッジの前記センターバー（５２）内の前記トルクモーターは、冷却外部固定子を備える内部ローターモーターであることを特徴とする請求項９〜１６のいずれかに記載のワークテーブル装置。
18. ２つの前記軸受脚（５３，５４）を有する旋回可能な前記ワークテーブルの前記センターバー（５２）及び前記センターバー（５２）と前記軸受脚との間の弓形移動部は、２重壁で形成されていることを特徴とする請求項９〜１７のいずれかに記載のワークテーブル装置。
19. 前記スライド（８０，８１）は末端部を有し、前記末端部は、外側に、前記リニアモーターの前記２次側が取り付けられる垂直面を備えることを特徴とする請求項９〜１８のいずれかに記載のワークテーブル装置。
    

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