JP6389618B2 - 工作機械の移動体案内機構 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械、例えば横型マシニングセンタの移動体、例えば主軸を水平方向に移動可能に支持案内する移動体案内機構に関する。

前記横型マシニングセンタにおいて、主軸を水平方向に移動可能に支持案内する主軸案内機構として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来の主軸案内機構では、主軸２を支持するヘッド３に左，右一対のガイドレール２７を水平方向に延びるように配置すると共に、該ガイドレール２７に、前記主軸２に固定されたリニアガイド３３を摺動自在に嵌合させ、前記左，右のガイドレール２７，２７の間にボールねじ２８を水平方向に延びるように配設し、前記主軸２に固定したナット部材４５を前記ボールねじ２８に螺合させ、該ボールねじ２８の一端部に駆動モータ３１を連結し、該駆動モータ３１を前記ヘッド３に固定している。

特許第４３７３８９２号公報

前記従来の主軸案内機構では、左，右一対のガイドレール２７，２７の間にボールねじ２８を配置すると共に、該ボールねじ２８の後端部に駆動モータ３１を連結する構造を採用しているので、このボールねじひいては駆動モータ３１をガイドレール２７と干渉しない程度に主軸２の軸線から離して配置するか、あるいはガイドレール２７，２７の間隔を拡げる必要があり、それだけ主軸案内機構が大型化するという問題がある。

またボールねじを主軸の軸線から離して配置すると、主軸の軸線から遠い位置を駆動することとなり、残留振動が増大すると共に、加速度のアップが困難となり、高速化できないという問題もある。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、ボールねじ及び駆動モータを移動体の軸線に近づけて配置することができ、移動体案内機構をコンパクト化でき、また残留振動を抑制し、加速度をアップできる工作機械の移動体案内機構を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、少なくとも２本の棒状のガイド部材及び該２本のガイド部材の各々に対して少なくとも各１個ずつが嵌合され、前記ガイド部材に対して相対的に移動するスライダにより移動体を該ガイド部材の長手方向に延びる移動軸と平行な軸線に沿って案内するようにした工作機械の移動体案内機構において、
前記２本のガイド部材又は前記各スライダの前記移動体への取付け面が、前記移動軸と平行な軸線を含む平面を挟んで対称をなすように、かつ各取付け面同士のなす角度が１８０°より小となるように配設され、
前記取付け面同士の交線が前記スライダ間に前記移動軸と平行な軸に沿って延在するボールねじの軸線よりも前記移動体側に存在するように構成されていること特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工作機械の移動体案内機構において、前記２本のガイド部材又は前記各スライダは、前記各取付け面同士のなす角度が９０°となるように配設されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の工作機械の移動体案内機構において、前記２本のガイド部材又は前記各スライダは、前記各取付け面が水平方向に延伸するように配設されていることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１に記載の工作機械の移動体案内機構において、前記移動体は水平方向に延びる軸線を有し、先端部に装着された工具を回転駆動する主軸であり、前記２本のガイド部材又は前記各スライダは、前記各取付け面同士のなす角度が９０°をなし、各取付け面が水平方向に延伸するように、かつ前記軸線より上側に配設されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、前記２本のガイド部材又は前記各スライダの前記移動体への取付け面が前記移動軸と平行な軸線を含む平面を挟んで対称をなすように、かつ各取付け面同士のなす角度が１８０°より小となるように配設したので、つまり一対のガイド部材及びスライダを前記平面に対して外拡がりのハの字状に配設し、前記取付け面同士の交線が前記スライダ間に前記移動軸と平行な軸に沿って延在するボールねじの軸線よりも前記移動体側に存在するように配設したので、該一対のガイド部材及びスライダの間に配置されるボールねじひいては駆動モータを移動体の軸線に近づけて配置でき、それだけ移動体案内機構のX軸方向の寸法をコンパクト化できる。

またボールねじを移動体の軸線に近づけて配設できるので、移動体の重心に近い部位を駆動でき、残留振動を抑制できると共に、加速度をアップでき、加工の高速化を図ることができる。

また請求項２の発明では、前記取付け面同士のなす角度が９０°となるように構成したので、切削負荷やモーメントを例えばＸ軸方向及びＹ軸方向に均等に受けることができ、ガイドレール及びスライダの寿命を延ばすことができる。

請求項３の発明によれば、前記２本のガイド部材又は前記各スライダを、前記各取付け面が水平方向に延伸するように配設したので、移動体を水平方向に移動可能に支持する場合に、一対のガイド部材及びスライダの間に配置されるボールねじひいては駆動モータを移動体の軸線に近づけて配置でき、それだけ移動体案内機構をコンパクト化できる。

請求項４の発明によれば、水平方向に配置された主軸を、前記各取付け面同士のなす角度が９０°をなし、かつ各取付け面が水平方向に延伸し、さらに前記主軸の軸線より上側に配置されたガイド部材とスライダとで案内するようにしたので、前記主軸の下側に案内機構を設けた場合に比較して主軸のＹ軸ストロークの最下端位置を下方に下げることでき、その結果、主軸で加工されるワークの配置位置を低くでき、それだけワークの脱着等の取扱が容易となる。

また主軸の下側に案内機構が無いので、スペース的に余裕が生まれ、該余裕スペースを利用してベッドの支持剛性を向上できる。

本発明の実施例１に係る主軸案内機構を備えた横型マシニングセンタの正面図である。 前記横型マシニングセンタの側面図である。 前記横型マシニングセンタの断面側面図（図１のIII-III線断面図）である。 前記横型マシニングセンタの主軸案内機構部分の正面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図４は、本発明の実施例１に係る主軸案内機構を備えた横型マシニングセンタを説明するための図である。

図において、１は横型マシニングセンタ（工作機械）であり、該横型マシニングセンタ１は、ベッド２と、該ベッド２上に正面視で左右（Ｘ軸）方向に移動可能に搭載されたコラム３と、該コラム３の前面に上下（Ｙ軸）方向に移動可能に支持されたサドル４と、該サドル４に前後（Ｚ軸）方向に移動可能に支持された主軸５とを備えている。

前記ベッド２には、前部レール取付け面２ａ及び後部レール取付け面２ｂがＸ軸方向に水平に延びるように形成されている。この後部レール取付け面２ｂは前部レール取付け面２ａに対して一段高所に配置されている。前記前部レール取付け面２ａの背面側にはボールねじ取付部２ｃが少し窪むように形成され、該ボールねじ取付部２ｃと前記後部レール取付け面２ｂとの間は後側ほど高くなる傾斜壁２ｄとなっている。

そして前記前部，後部レール取付け面２ａ，２ｂには前記Ｘ軸方向に延伸する前部Ｘ軸ガイドレール６ａ，後部Ｘ軸ガイドレール６ａ′が前記Ｘ軸と平行をなすように固定されている。

前記コラム３は、正面視で、左，右側壁部３ａ，３ｂと、該左，右側壁部３ａ，３ｂの、下端部同士及び上端部同士を接続する底壁部３ｃ及び天壁部３ｄとを有し、縦長矩形枠状をなしている。該コラム３の左，右側壁部３ａ，３ｂの前端面３ｅは鉛直面をなし、後端面３ｆは下端側ほど後方に位置する傾斜面をなしており、その結果、前記左，右側壁部３ａ，３ｂは側面視で略台形状をなしている。

前記コラム３の底壁部３ｃの前端部には左，右の前部Ｘ軸スライダ６ｂ，６ｂが固定され、後端部には左，右の後部Ｘ軸スライダ６ｂ′，６ｂ′が前部Ｘ軸スライダ６ｂより一段高所に位置するように固定されている。前記前部，後部Ｘ軸スライダ６ｂ，６ｂ′は、それぞれ前記前部Ｘ軸ガイドレール６ａ，後部Ｘ軸ガイドレール６ａ′に摺動可能に嵌合している。

前記ベッド２の前記ボールねじ取付部２ｃにはＸ軸方向に延伸するＸ軸ボールねじ８ａがＸ軸と平行をなすように配置されている。このＸ軸ボールねじ８ａは、軸受８ｂにより前記ボールねじ取付部２ｃに回転自在に、かつ軸方向移動不能に支持されている。

また前記Ｘ軸ボールねじ８にはＸ軸ナット部材（図示せず）が螺合しており、該Ｘ軸ナット部材は前記コラム３の底壁部３ｃに固定されている。さらにまた前記Ｘ軸ボールねじ８ａの一端にはＸ軸駆動モータ８ｃが連結され、該モータ８ｃは前記ボールねじ取付部２ｃに固定されている。

前記Ｘ軸駆動モータ８ｃがＸ軸ボールねじ８ａを回転駆動することにより、前記コラム３はＸ軸方向に進退移動する。

そして前記コラム３の左，右側壁部３ａ，３ｂの前端面３ｅ，３ｅにはＹ軸方向に延伸する左，右のＹ軸ガイドレール７ａ，７ａ′がＹ軸と平行をなすように配置固定されている。

前記サドル４は、正面視略矩形状の正面部４ａと、該正面部４ａから後方に一体的に延びる支持部４ｂとを有する。前記正面部４ａの裏面の上，下の左，右コーナ部には左，右のＹ軸スライダ７ｂ，７ｂ′が固定されており、該左，右のＹ軸スライダ７ｂ，７ｂ′は前記コラム３に固定された左，右のＹ軸ガイドレール７ａ，７ａ′にＹ軸方向に摺動自在に嵌合している。

また前記サドル４の正面部４ａの裏側にはＹ軸方向に延伸するＹ軸ボールねじ９ａが前記左のＹ軸ガイドレール７ａに隣接するように、かつＹ軸と平行をなすように配設されている。また、前記Ｙ軸ボールねじ９ａの中途部にはＹ軸ナット部材９ｂが螺合しており、該Ｙ軸ナット部材９ｂは前記正面部４ａの裏面に固定されている。さらにまた前記Ｙ軸ボールねじ９ａの上端部にはＹ軸駆動モータ９ｃが連結されており、該Ｙ軸駆動モータ９ｃは前記コラム３の天壁部３ｄに固定されている。

前記Ｙ軸駆動モータ９ｃがＹ軸ボールねじ９ａを回転駆動すると、前記サドル４がＹ軸方向に上下移動する。

また前記サドル４の支持部４ｂには左，右のレール取付け面４ｃ，４ｃ′がＺ軸方向に延伸するように形成されている。この左，右のレール取付け面４ｃ，４ｃ′は、後述する主軸５の軸線Ａを含む鉛直面Ｓを挟んで左，右対称をなすように、かつ両レール取付け面４ｃ，４ｃ′のなす角度θが９０°となるように形成されている。そして前記左，右のレール取付け面４ｃ，４ｃ′にはＺ軸方向に延伸する左，右のＺ軸ガイドレール１０ａ，１０ａ′が固定されている。

前記主軸５は、角筒状のケーシング５ａと、該ケーシング５ａ内に回転自在に挿入配置された主軸本体５ｂと、該主軸本体５ｂを回転駆動する主軸モータ（図示せず）とを有する。

前記ケーシング５ａの外表面の前記軸線Ａより上方部分には、左，右のスライダ取付け面５ｃ，５ｃ′が前記レール取付け面４ｃ，４ｃ′と対向し、Ｚ軸方向に延伸するように形成されている。このスライダ取付け面５ｃ，５ｃ′は、前記レール取付け面４ｃ，４ｃ′と同様に、前記鉛直面Ｓを挟んで左，右対称をなすように、かつ両スライダ取付け面５ｃ，５ｃ′のなす角度θが９０°となるように形成されている。

そして前記左，右のスライダ取付け面５ｃ，５ｃ′には、Ｚ軸スライダ１０ｂ，１０ｂ′がそれぞれ前後２個ずつ固定されており、該Ｚ軸スライダ１０ｂ，１０ｂ′は前記Ｚ軸ガイドレール１０ａ，１０ａ′にＺ軸方向に摺動自在に嵌合している。

このようにして前記左，右のＺ軸ガイドレール１０ａ，１０ａ′及び左，右のＺ軸スライダ１０ｂ，１０ｂ′からなるＺ軸摺動部１０ｄ，１０ｄ′は、前記鉛直面Ｓに対して上向き外方に拡開している。

そしてＺ軸方向に延伸するＺ軸ボールねじ１１ａが、前記主軸５のケーシング５ａの前記左，右のＺ軸摺動部１０ｄ，１０ｄ′の間に位置するように配設されている。このＺ軸ボールねじ１１ａの中途部にはＺ軸ナット部材１１ｂが螺合しており、該Ｚ軸ナット部材１１ｂは前記ケーシング５ａの外表面の上端部に固定されている。また前記Ｚ軸ボールねじ１１ａの後端部にはＺ軸駆動モータ１１ｃが連結されており、該モータ１１ｃは前記サドル４の支持部４ｂの後端部４ｃに固定されている。

本実施例に係る横型マシニングセンタ１では、コラム３をＸ軸方向に移動させ、サドル４をＹ軸方向に移動させ、さらに主軸５をＺ軸方向に移動させることにより、主軸５の主軸本体５ｂの先端部に装着された工具（図示せず）がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動し、ワークに所要の機械加工が施される。

そして本実施例１では、前記２本のＺ軸ガイドレール１０ａ，１０ａ′をサドル４の支持部４ｂに固定し、該両ガイドレール１０ａ，１０ａ′に螺合するＺ軸スライダ１０ｂ，１０ｂ′を主軸５のケーシング５ａに固定する場合に、ガイドレール取付け面４ｃ，４ｃ′及びスライダ取付け面５ｃ，５ｃ′を前記主軸本体５ｂの軸線Ａを含む鉛直平面Ｓを挟んで左右対称をなすように、かつ各取付け面４ｃ，４ｃ′同士のなす角度θ及び取付け面５ｃ，５ｃ′同士の角度θが共に９０°をなすように、つまり一対のＺ軸摺動部１０ｄ，１０ｄ′が前記平面Ｓに対して上方に外拡がりのハの字状をなすように配設した。

そのため、前記一対のＺ軸摺動部１０ｄ，１０ｄ′同士の実質的な間隔が広くなり、その間に配置されるＺ軸ボールねじ１１ａひいてはＺ軸駆動モータ１１ｃを主軸本体５ａの軸線Ａに近づけて配置でき、それだけ主軸案内機構をコンパクト化できる。

ちなみに、前記各取付け面同士が１８０°をなすように、つまり各取付け面を同一平面上に配置した場合は、前記Ｚ軸摺動部との干渉を回避するために前記Ｚ軸ボールねじ等を前記軸線Ａから離して配置するか、左，右のＺ軸摺動部の間隔を拡げる必要があり、何れにしても主軸案内機構が大型化する恐れがある。

またＺ軸ボールねじ１１ａを主軸本体５ｂの軸線Ａに近づけて配置できるので、このボールねじ１１ａにより、重心により近い部位を駆動でき、それだけ残留振動を軽減できると共に、加速度をアップして加工速度を向上できる。

さらにまた、ガイドレール取付け面４ｃ，４ｃ′同士及びスライダ取付け面５ｃ，５ｃ′同士のなす角度θが９０°をなすように構成したので、切削負荷やモーメントをＸ軸方向とＹ軸方向に均等に分割して受けることができ、Ｚ軸ガイドレール１０ａ，１０ａ′及びＺ軸スライダ１０ｂ，１０ｂ′の寿命を延ばすことができる。

また、前記２本のＺ軸ガイドレール１０ａ，１０ａ′をサドル４の支持部４ｂに固定し、該両ガイドレール１０ａ，１０ａ′に螺合するＺ軸スライダ１０ｂ，１０ｂ′を主軸５のケーシング５ａに固定する場合に、これらを主軸本体５ａの軸線Ａより上側に配置したので、前記軸線Ａより下側に案内機構を設けた場合に比較して主軸５のＹ軸ストロークの最下端位置を低くでき、その結果、主軸本体５ｂにより加工されるワークの配置位置を低くでき、それだけワークの脱着等の取扱が容易となる。

また主軸案内機構を主軸５の軸線Ａより上側に設けたので、下側に主軸案内機構を設けた場合に比較して、主軸５とベッド２との間にスペース的な余裕が得られ、これに伴ってベッド２の後部レール取付け面２ｂを前部レール取付け面２ａに対して一段高所に配置すると共に、ボールねじ取付部２ｃと後部レール取付け面２ｂとの間に後側ほど高くなる傾斜壁２ｄを設けることが可能となった。その結果、ベッド２によるコラム３の支持剛性を向上でき、コラム３を軽量化しつつＺ軸加工反力に耐え得る構造となっている。

なお、前記実施例では、主軸５の軸線Ａより上側のみにＺ軸摺動部１０ｄ，１０ｄ′を設けたが、さらに下側にもＺ軸摺動部を設けてよく、このようにすれば残留振動をより一層軽減でき、また加速度をアップできる。

また、前記実施例では、移動体としての主軸が水平方向に移動するものである場合を説明したが、本発明は移動体が垂直方向に移動する工作機械、例えば縦型マシニングセンタである場合にも主軸の案内機構に適用可能である。

さらにまた、前記実施例では取付け面同士の角度θが９０°の場合を説明したが、本発明における角度θは１８０°より小さい角度であればよい。

１０ａ，１０ａ′ Ｚ軸ガイドレール
１０ｂ，１０ｂ′ Ｚ軸スライダ
５ 主軸（移動体）
Ａ 軸線

Claims (1)

1. 少なくとも２本の棒状のガイド部材及び該２本のガイド部材の各々に対して少なくとも各１個ずつが嵌合され、前記ガイド部材に対して相対的に移動するスライダにより移動体を該ガイド部材の長手方向に延びる移動軸と平行な軸線に沿って案内するようにした工作機械の移動体案内機構において、
   前記２本のガイド部材又は前記各スライダの前記移動体への取付け面が、前記移動軸と平行な軸線を含む平面を挟んで対称をなすように、かつ各取付け面同士のなす角度が１８０°より小となるように配設され、
   前記取付け面同士の交線が前記スライダ間に前記移動軸と平行な軸に沿って延在するボールねじの軸線よりも前記移動体側に存在するように構成されている
   ことを特徴とする工作機械の移動体案内機構。

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