JP6195620B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、先端部に工具を装着する主軸を回転可能に支持する主軸頭をコラムに対して上下方向に移動可能に支持した工作機械に関する。

先端部に工具を装着する主軸を回転可能に支持する主軸頭をコラムに対して上下方向に移動可能に支持した工作機械であって、テーブルに固定されたワークと工具との間で、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向の相対移動を行ってワークを加工する工作機械が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の工作機械では、クロスレールが上下に昇降可能にコラムに設置されている。該クロスレールには、サドルが水平方向左右に移動可能に設置され、該サドルに主軸頭が取り付けられている。

クロスレールは、転がり案内と、すべり案内とを有したＺ軸案内によって上下方向に案内される。転がり案内は、コラムの左右両側部に設けられ上下方向に延びる一組のガイドレールと、クロスレールの背面に取り付けられガイドレールに係合する転がり案内ユニットとを有している。滑り案内は、コラム側面に転がり案内の案内面に対して垂直に形成されたすべり面と、クロスレールの側面に取り付けられすべり面を摺動するスライダとを有している。

特開２００３−３２６４２９号公報

特許文献１に記載の工作機械では、クロスレールをその両端部において上下方向に案内している。このように、工具を装着した主軸を回転可能に支持する主軸頭を取り付けた移動体（クロスレール）をその両端部において重力方向である上下方向に案内すると、移動体は主軸頭や自重によって変形、特に捩じれ変形する。この変形は小さくとも、主軸先端では大きな誤差となり得る。これを防止するために移動体の剛性を高めると移動体の重量増を招き、移動体の高速かつ精密な送りを妨げる。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、コラムに対して上下方向に移動可能に取り付けられ主軸頭を支持する移動体またはスライダの変形を防止した工作機械を提供することを目的としている。

既述の目的を達成するために、本発明によれば、主軸に装着した工具と、テーブルに取り付けたワークとを相対移動させてワークを加工する工作機械において、前面に形成された凹所を有し、前面に重力方向である上下方向の移動を案内する少なくとも３本のＹ軸案内を有したコラムと、前記コラムの前方で前記Ｙ軸案内上を移動し、左右方向の移動を案内するＸ軸案内を有した移動体と、前記移動体の前方で前記Ｘ軸案内上を移動する主軸頭とを具備し、前記Ｙ軸案内が、前記凹所の外部に配置された左右一対の第１の案内と、前記一対の第１の案内の内側でかつ該凹所内に設けられている第２の案内とを具備し、
前記第１の案内が、前記コラムの前面に取り付けられ上下方向にのびる一対の案内レールを有し、前記第２の案内が前記コラムに形成された少なくとも１つの案内面を有しており、前記移動体が前記一対の案内レールに係合するキャリッジと、前記案内面に沿って摺動する摺動面とを有しており、前記キャリッジが転動体を備え、
前記コラムの凹所は、上下方向に垂直な平面に沿う断面が略台形状に形成されており、前記Ｙ軸案内は、該凹所外において前記台形の２つの頂点に配置された左右一対の第１の案内と、該凹所内において前記台形の２つの頂点に配置された左右一対の第２の案内を有し、前記一対のボールねじの各々が、前記台形の斜辺に沿って前記第１の案内と前記第２の案内の間を結ぶ直線の概ね中央部に配置され、かつ、前記上下方向に延設されている工作機械が提供される。

本発明によれば、第１の案内の内側でかつ後方に少なくとも１つの第２の案内を設けることによって、上下方向に移動する移動体の背面が左右一対の第１の案内とその後方の第２の案内とによって拘束されるため、移動体の変形、特に捩じれ変形が防止または低減される。

本発明の好ましい実施形態による工作機械の斜視図である。 図１の工作機械の正面図である。 図１の工作機械の側面図である。 図１の工作機械の平面図である。 図４においてＶで示す部分の拡大図である。 図４においてVIで示す部分の拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１を参照すると、本発明の好ましい実施の形態による工作機械１０は、横形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド１２、ベッド１２の前方部分（手前側）の上面で水平前後方向またはＺ軸方向に移動可能に設けられたテーブル１６、ベッド１２の後端側（奥側）で同ベッド１２の上面に立設、固定されたコラム１４、重力の方向である上下方向へ移動する移動体としてコラム１４の前面において上下方向またはＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸スライダ１８、Ｙ軸スライダ１８の前面で水平左右方向またはＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸スライダ２０、該Ｘ軸スライダ２０に取り付けられ主軸２４を回転可能に支持する主軸頭２２を具備している。

コラム１４は凹所４８と、凹所４８の側壁から内側に突出した突出部１４ａとを有している。図１、４を参照すると、凹所４８はＹ軸に垂直な断面が、コラム１４の前面から後方にテーパ状に狭くなる略台形となっている。コラム１４において、Ｘ軸方向に凹所４８の外側の前面４６にはは、第１の案内としての上下方向に延びる一対のＹ軸案内レール３０が取り付けられている。

また、凹所４８内には、第２の案内として、Ｚ軸方向前方に面しＹ軸方向に延びる少なくとも１つの、本実施形態では一対の案内面３２が設けられている。突出部１４ａは、案内面３２の延長部分を形成するようにＸ軸方向に突出している。突出部１４ａは、案内面３２に対して面一に形成された前面と、該前面の反対側の背面とを有している。本実施形態では、Ｙ軸案内レール３０および案内面３２が、移動体としてのＹ軸スライダ１８の重力方向である上下方向への移動を案内する案内を形成している。

テーブル１６は、ベッド１２の上面において水平なＺ軸方向（図２の紙面に対して垂直な方向）に延設された一対のＺ軸案内レール２６に沿って往復動可能に設けられており、テーブル１６の上面にはワーク（図示せず）を固定するためのパレットＰが取り付けられる。本実施形態では、テーブル１６には、Ｂ軸サーボモータ（図示せず）が組み込まれており、パレットＰを鉛直方向に延びる軸線Ｏbを中心としてＢ軸方向の回転送りが可能に支持している。

ベッド１２には、テーブル１６をＺ軸案内レール２６に沿って往復駆動するＺ軸送り装置として、Ｚ軸方向に延設されたボールねじ２８と、該ボールねじ２８の一端に連結されたＺ軸サーボモータ２９が設けられており、テーブル１６には、ボールねじ２８に係合するナット（図示せず）が取り付けられている。

Ｙ軸スライダ１８は、コラム１４の前面おいてＹ軸方向（鉛直方向）に延設された一対のＹ軸案内レール３０と、一対の案内面３２とに沿って往復動可能に設けられている。コラム１４には、Ｙ軸スライダ１８をＹ軸案内レール３０および案内面３２に沿って往復駆動するＹ軸送り装置として、Ｙ軸方向に延設された一対のボールねじ３４と、該一対のボールねじ３４の各々の一端、本例では上端に連結されたＹ軸サーボモータ３６が設けられており、Ｙ軸スライダ１８には、ボールねじ３４に係合するナット（図示せず）が取り付けられている。

Ｘ軸スライダ２０は、Ｙ軸スライダ１８の前面においてＸ軸方向（図２では左右方向）に延設された一対のＸ軸案内レール３８に沿って往復動可能に設けられている。Ｙ軸スライダ１８には、Ｘ軸スライダ２０をＸ軸案内レール３８に沿って往復駆動するＸ軸送り装置として、Ｘ軸方向に延設されたボールねじ４０と、該ボールねじ４０の一端に連結されたＸ軸サーボモータ４２が設けられており、Ｘ軸スライダ２０には、ボールねじ４０に係合するナット（図示せず）が取り付けられている。

Ｘ軸スライダ２０はＺ軸方向前方に突出した一対のＡ軸アーム２０ａを有しており、該Ａ軸アーム２０ａの間に主軸頭２２がＸ軸と平行な傾動軸線Ｏa回りのＡ軸方向に回転送り可能に支持されいる。Ａ軸アーム２０ａの一方には、主軸頭２２を傾動軸線Ｏa回りのＡ軸方向に回転送りするためのＡ軸サーボモータ（図示せず）が組み込まれている。主軸頭２２は、中心軸線Ｏ回りに回転可能に主軸２４を支持している。主軸頭２２は主軸２４を回転駆動するサーボモータ（図示せず）を内蔵している。

こうして、工作機械１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸を夫々ＮＣプログラムに従って送ることによって、主軸２４の先端部に装着した工具Ｔと、パレットＰに固定されテーブル１６にパレットＰと共に装着されるワークとを相対移動させ、前記工具Ｔによってワークを加工する。

既述したように、Ｙ軸スライダ１８は、一対のＹ軸案内レール３０と、一対の案内面３２とによって上下方向の移動が案内される。本実施形態では、一対のＹ軸案内レール３０はコラム１４の前面４６に配置されている。一対の案内面３２は、コラム１４の前面４６に形成されたＹ軸に垂直な平面に沿う断面が略台形を呈する凹所４８内に配置されＺ軸方向前方に面している。こうして、一対のＹ軸案内レール３０は、コラム１４において、案内面３２よりもＺ軸方向に前方に、かつ、Ｘ軸方向に外側に配置されている。特に、図４を参照すると、Ｙ軸案内レール３０と案内面３２は、二点鎖線で示す台形５０の各頂点に配置されている。また、一対のボールねじ３４は、台形５０の斜辺に沿って概ねＹ軸案内レール３０と案内面３２との中央部に配置されている。このボールねじ３４の配置によって、ボールねじ３４の軸方向推力によって発生するＹ軸スライダ１８を捩ろうとするモーメントの作用を第１と第２の案内で効率よく受けることができ、Ｙ軸スライダ１８の捩じれ変形が防止または低減される。

一方、Ｙ軸スライダ１８は、Ｙ軸案内レール３０に係合する一対のキャリッジ５２が取り付けられている。本実施形態では、キャリッジ５２は複数のローラやボール等の転動体を備えた転がりタイプのキャリッジであり、Ｙ軸案内レール３０は転がりタイプの案内を形成している。

特に、図６を参照すると、Ｙ軸スライダ１８は突出部１４ａに係合する押え板５４と、案内面３２に対して摺動する摺動面１８ａを有している。押え板５４は、突出部１４ａの背面に摺動可能に密着して、Ｙ軸スライダ１８の摺動面１８ａを案内面３２に押圧する。こうして、案内面３２は滑りタイプの案内を形成している。なお、突出部１４ａの側面と押え板５４との間には間隙５６が設けられている。

このように、本実施形態では、外側に配置された一対のＹ軸案内レール３０とキャリッジ５２の組合せで成る第１の案内に加えて、内側に配置された少なくとも１つ、好ましくは一対の案内面３２と摺動面１８ａおよび突出部１４ａと押え板５４とで成る第２の案内によって、Ｙ軸スライダ１８を上下方向に移動可能にコラム１４に取り付けられている。従って、Ｙ軸スライダ１８の背面が案内面３２によって拘束されるため、Ｘ軸スライダ２０、主軸頭２２の自重や主軸２４に作用するＹ軸方向の切削抵抗によるＹ軸スライダ１８のＸ軸回りの捩じれ変形が防止または低減される。特に、押え板５４が突出部１４ａの背面に摺動可能に密着することによって、Ｙ軸スライダ１８の摺動面１８ａを案内面３２に押圧され、Ｙ軸スライダ１８の変形が最小化される。

また、一対の第２の案内の間隔が一対の第１の案内の間隔よりも狭くなっているので、一対の第１の案内の間隔と一対の第２の案内の間隔とを等しくした構成と比較して、Ｙ軸スライダ１８が小型、軽量となり、Ｙ軸に作用する重力方向の負荷を軽減できる。

図１では、主軸が水平に配向された横形主軸の工作機械となっているが、Ａ軸を備えているため、主軸を鉛直方向に向けて立形主軸を備えた工作機械としても使用することが可能である。本発明はＡ軸を備えていない通常の立形主軸の工作機械でも有効である。

ここで、第１の案内および第２の案内を共に案内面と摺動面で成る滑り案内にしても、或いは、第１の案内および第２の案内を共に案内レールとキャリッジで成る転がり案内にしても、本発明のＹ軸スライダ１８の変形が最小化するという効果を奏する。本実施形態では、一対の案内の間隔が広い第１の案内を転がり案内とすることにより、摩擦係数が小さくなると共に、Ｙ軸方向の平行度の調整が容易になる。第１の案内の内側でかつ後方に設けた第２の案内を滑り案内とすることにより、摩擦減衰能を高めると共に、Ｙ軸スライダ１８の前方への倒れる力を突出部１４ａの案内面３２と、その背面の全面で受け、Ｙ軸スライダ１８の前方への倒れを抑制することが可能となる。

１０ 工作機械
１２ ベッド
１４ コラム
１４ａ 突出部
１６ テーブル
１８ Ｙ軸スライダ
１８ａ 摺動面
２０ Ｘ軸スライダ
２２ 主軸頭
３０ Ｙ軸案内レール
３２ 案内面
５０ 台形
５２ キャリッジ
５４ 押え板

Claims (3)

1. 主軸に装着した工具と、テーブルに取り付けたワークとを相対移動させてワークを加工する工作機械において、
   前面に形成された凹所を有し、前面に重力方向である上下方向の移動を案内する少なくとも３本のＹ軸案内を有したコラムと、
   前記コラムの前方で前記Ｙ軸案内上を移動し、左右方向の移動を案内するＸ軸案内を有した移動体と、
   前記移動体の前方で前記Ｘ軸案内上を移動する主軸頭と、
   を具備し、
   前記Ｙ軸案内が、前記凹所の外部に配置された左右一対の第１の案内と、前記一対の第１の案内の内側でかつ該凹所内に設けられている第２の案内とを具備し、
   前記第１の案内が、前記コラムの前面に取り付けられ上下方向にのびる一対の案内レールを有し、前記第２の案内が前記コラムに形成された少なくとも１つの案内面を有しており、
   前記移動体が前記一対の案内レールに係合するキャリッジと、前記案内面に沿って摺動する摺動面とを有しており、
   前記キャリッジが転動体を備え、
   前記コラムの凹所は、上下方向に垂直な平面に沿う断面が略台形状に形成されており、前記Ｙ軸案内は、該凹所外において前記台形の２つの頂点に配置された左右一対の第１の案内と、該凹所内において前記台形の２つの頂点に配置された左右一対の第２の案内を有し、
   前記一対のボールねじの各々が、前記台形の斜辺に沿って前記第１の案内と前記第２の案内の間を結ぶ直線の概ね中央部に配置され、かつ、前記上下方向に延設されていることを特徴とした工作機械。
2. 前記移動体を上下方向に駆動する送り装置を更に具備しており、
   該送り装置が、前記コラムに取り付けられ上下方向に延びる一対のボールねじと、
   前記ボールねじの各々の一端に連結されたサーボモータと、
   前記移動体に取り付けられ前記ボールねじに係合するナットとを具備する請求項１に記載の工作機械。
3. 前記コラムは、前記凹所の側面から内側へ突出し上下方向に延設された突出部を有しており、該突出部は前記案内面に対して面一に形成された前面と、該前面の反対側の背面とを有しており、
   前記移動体が、前記突出部の背面に係合する押え板を具備している請求項１に記載の工作機械。

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