JP7203607B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ制御されたワークの加工のための工作機械であって、機械スタンドと、互いに調節可動式に保持された少なくとも２つの緊締装置とを備え、緊締装置のうちの一方の緊締装置によって少なくとも１つのワーク受容部が形成されており、それぞれ他方の緊締装置によって少なくとも１つの工具受容部が形成されている、工作機械に関する。

公知の装置は、ワークの機械的分離、接合、コーティングのために用いられる。このような製造法を実施するためにワーク受容部と工具受容部との間で行われる主要な動きおよび調節運動は、直動ガイドおよび回転ガイドを介して行われる。通常、公知の装置はそのために、複合テーブル上に形成されたワーク受容部と、例えばモータスピンドルの形態の、旋回可能な加工ヘッドに形成された工具受容部とを有している。ワーク受容部または工具受容部がロボットアームで動かされる装置も公知である。しかしながら、複合テーブルまたはロボットアームの使用には、不利なことに大きな移動スペースが必要であり、不純物からの保護のため、または作業安全性を得るためにその移動スペースを包囲するのには手間がかかる。さらに、複合テーブルまたはロボットアームの使用は、大きな移動距離を伴い、これは作業スピードおよび構成部品の堅牢性に対して負荷をかけることになる。しかも、複合テーブルまたはロボットアームの十分剛性的な設計には手間がかかり、したがって製造コストが高いという欠点を伴う。

したがって、本発明の根底を成す課題は、同じ性能スペクトルでは構造寸法が著しく縮小されている工作機械を提供することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を備えた工作機械によって解決される。本発明の好適な別の構成は、請求項１の従属請求項に記載されている。

本発明による工作機械は、緊締装置が、直列に接続され互いに交差している少なくとも２つの回転軸線を備えた回転機構を介してそれぞれ調節可動式に機械スタンドに保持されており、緊締装置のうちの少なくとも一方と機械スタンドとの間に少なくとも１つの直線ガイドが形成されていることを特徴とする。回転機構は、その回転軸線が直列に接続されていることにより、第１の回転軸線を介して機械スタンドに支持されているそれぞれ１つの第１のアクチュエータと、第２の回転軸線を介して第１のアクチュエータに支持されているそれぞれ１つの第２のアクチュエータとを有している。直線ガイドは、両緊締装置間の間隔調節を、回転機構がとっている回転位置とは関係なく行うので、本発明の範囲には、この直線ガイドを、緊締装置間の間隔を調節するのに適した任意のガイドと置き換えることが含まれる。両回転機構と直線ガイドとの運動技術的な協働により、ワーク受容部と工具受容部との間で、コンピュータ制御されたシーケンスにおいて、任意のジオメトリックな輪郭に沿って動くために必要な全相対運動を行うことができる。したがって、この相対運動により、作業空間内でのワークと工具の位置決め、およびワークと工具の互いの方向付けが可能である。回転機構によって極めて狭いスペース内で実行可能な回転運動を重畳させることにより、ワークと工具との間で生じる相対運動が比較的大きくなるので、本発明による工作機械は有利なことにコンパクトに構成され、その動きによって高い作業速度が可能となる。

本発明の第１の別の構成によれば、直線ガイドは、緊締装置のうちの一方と、緊締装置を保持する回転機構との間に形成されている。したがって、直線ガイドを介して動かすべき質量は、有利なことに、緊締装置に受容されるワークまたは工具を含む緊締装置の質量に限定される。相応に設計することができる直線ガイドは軽量に寸法設定され、したがって、有利なことに、その動きによって高い作業速度が可能になる。さらに、直線ガイドを一方の回転機構の回転軸線間に形成すること、または直線ガイドを回転機構間で機械スタンド内に配置することも勿論本発明の範囲である。

本発明の特に好適な別の構成によれば、互いに交差する回転軸線間にはそれぞれ直角が形成されている。他の角度も基本的には可能であるが、コンピュータ制御される加工のために必要な制御シーケンスのプログラミングが不必要に複雑になる。

さらに好適には、機械スタンドと回転機構との間に形成される回転軸線は互いに平行に向けられている。他の向きも基本的には可能ではあるが、コンピュータ制御される加工のために必要な制御シーケンスのプログラミングがやはり不必要に複雑になる。

本発明の次の別の構成によれば、工作機械は、互いに調節可動式に保持された２つ以上の緊締装置を有しており、これら緊締装置の回転機構のうちの少なくとも１つは中央に配置されており、それぞれ別の回転機構は、中央に配置された回転機構の周辺に分配配置されている。中央に配置された回転機構の緊締装置によって工具受容部が形成されており、周辺の緊締装置によってそれぞれワーク受容部が形成されている場合、一方のワーク受容部に既に緊締されているワークが中央に配置された工具受容部の工具によって加工されている間に、少なくともそれぞれ他方のワーク受容部ではでワーク交換を行うことができる。このようにしてセッティング時間を大幅に短縮することができる。しかしながら、中央に配置された回転機構の緊締装置によって逆にワーク受容部が形成されており、周辺の緊締装置によってそれぞれ工具受容部が形成されている場合、これらの工具受容部には異なる工具を装着することができ、中央のワーク受容部に緊締されたワークは、周辺に配置された工具受容部の異なる工具の瞬時の交換によって加工される。このようにしてセッティング時間をやはり大幅に短縮することができる。１つの構成では、中央の回転機構の周辺に配置された回転機構を、公知のロータリトランスファマシンの形式で循環軌道に沿って案内することが考えられる。

本発明の別の構成によれば、緊締装置のうちの少なくとも１つは、切断運動を実施するための少なくとも１つのモータスピンドルを有している。回転する切削工具の場合、工具受容部を形成する緊締装置は、いわゆる工具のインターフェースとして、モータスピンドルの部分である。回転チゼルとして形成された工具の場合、ワーク受容部を形成する緊締装置は回転チャックとして形成されている。両緊締装置に切断運動を実施するための回転駆動装置が配属されている場合、本発明による工作機械は、有利なことに幅広い多様な加工を網羅している。

コンピュータ制御されたワークの加工に必要な制御シーケンスをできるだけ単純に構成するために、回転機構のうちの少なくとも１つの回転機構の互いに交差する回転軸線によって軸交点（Achskreuz）が形成されている。緊締装置の１つがモータスピンドルを有している場合、モータスピンドルの回転軸線と、モータスピンドルを受容する回転機構の互いに交差する回転軸線とによって、軸節点（Achsknoten）が形成されている。緊締装置の間にある作業空間をできるだけ軸線が近くになるように形成するために、第１の回転軸線を介して機械スタンドに回転可能に支持された第１のアクチュエータは好適にはクランク状の軸として、またはクランク状の軸端部として形成されている。

さらなる本発明の特徴が記載されている本発明の実施例が図面に示されている。

第１実施例による本発明の工作機械の原理的な斜視図である。 第２実施例による本発明の工作機械の原理的な斜視図である。 第３実施例による本発明の工作機械の原理的な斜視図である。 第４実施例による本発明の工作機械の原理的な斜視図である。 第５実施例による本発明の工作機械の原理的な斜視図である。

図１には、本発明による工作機械の原理的な斜視図が示されている。この工作機械は、機械スタンド１と、互いに調節可動式に保持された２つの緊締装置２，３とを有している。緊締装置２によってワーク受容部が形成されており、緊締装置３によって工具受容部が形成されている。緊締装置２，３は、直列に接続され互いに交差している２つの回転軸線６，７または８，９を備えた回転機構４，５を介して、それぞれ調節可動式に機械スタンド１に保持されている。緊締装置３と機械スタンド１との間には直線ガイド１０が形成されており、この直線ガイドは、緊締装置３と、この緊締装置を保持する回転機構５との間に配置されている。互いに交差する回転軸線６，７または８，９の間にはそれぞれ直角が形成されており、機械スタンド１と回転機構４，５との間に形成された回転軸線６，８は互いに平行に向けられている。緊締装置３は、緊締装置３に緊締された工具１２による切断運動を実行するために、モータスピンドル１１を有している。回転機構４の互いに交差する回転軸線６，７によって軸交点１３が形成されており、モータスピンドル１１の回転軸線１４と、モータスピンドル１１を受容する回転機構５の互いに交差する回転軸線８，９とによって、軸節点１５が形成されている。回転機構４，５は、その回転軸線６，７または８，９の直列接続によって、回転軸線６，８を介して機械スタンド１に支持されているそれぞれ１つの第１のアクチュエータ１６，１７と、回転軸線７，９を介して第１のアクチュエータ１６または１７に支持されているそれぞれ１つの第２のアクチュエータ１８，１９とを有している。緊締装置２，３の間にある作業空間をできるだけ軸線が近くなるように形成するために、機械スタンド１に支持された第１のアクチュエータ１６，１７は二重のクランク状の軸として形成されている。第２のアクチュエータ１８，１９は緊締装置２，３の受容のために、回転プレートとして形成されている。

図２には、本発明の第２実施例による工作機械の原理的な斜視図が示されている。第２実施例では、工作機械は、機械スタンド２０と、互いに調節可動式に保持された３つの緊締装置２１，２２，２３とを有している。緊締装置２１，２２によってそれぞれ１つのワーク受容部が形成されており、緊締装置２３によって工具受容部が形成されている。緊締装置２１，２２，２３は、直列に接続され互いに交差している２つの回転軸線２７，２８、２９，３０または３１，３２を備えた回転機構２４，２５，２６を介してそれぞれ調節可動式に機械スタンド２０に保持されている。緊締装置２３と機械スタンド２０との間には直線ガイド３３が形成されており、この直線ガイドは、緊締装置２３と、この緊締装置を保持する回転機構２６との間に配置されている。この場合も、互いに交差する回転軸線２７，２８、２９，３０または３１，３２の間には、それぞれ直角が形成されており、機械スタンド２０と回転機構２４，２５，２６との間に形成された回転軸線２７，２９，３１も互いに平行に向けられている。工具受容部として形成された緊締装置２３の回転機構２６は中央の配置を有しており、別の両回転機構２４，２５は、中央に配置された回転機構２６の下方の周辺に分配配置されている。工具受容部として形成された緊締装置２３は、緊締装置２３に緊締された工具３５による切断運動を実行するためにモータスピンドル３４を有している。回転機構２４，２５の互いに交差する回転軸線２７，２８または２９，３０によってそれぞれ１つの軸交点３６，３７が形成されており、モータスピンドル３４の回転軸線３８と、モータスピンドル３４を受容する回転機構２６の互いに交差する回転軸線３１，３２とによって、軸節点３９が形成されている。回転機構２４，２５，２６は、その回転軸線２７，２８、２９，３０または３１，３２が直列に接続されていることにより、回転軸線２７，２９，３１を介して機械スタンド２０に支持されているそれぞれ１つの第１のアクチュエータ４０，４１，４２と、回転軸線２８，３０，３２を介して第１のアクチュエータ４０，４１，４２に支持されているそれぞれ１つの第２のアクチュエータ４３，４４，４５とを有している。第１のアクチュエータ４０，４１，４２はそれぞれクランク状の軸端部として形成されており、第２のアクチュエータ４３，４４，４５はそれぞれ回転プレートとして形成されている。

図３には、本発明の第３実施例による工作機械の原理的な斜視図が示されている。第３実施例では、工作機械は、機械スタンド４６と、互いに調節可動式に保持された４つの緊締装置４７，４８，４９，５０とを有している。緊締装置４７，４９によってそれぞれ１つのワーク受容部が形成されており、緊締装置４８，５０よってそれぞれ１つの工具受容部が形成されている。緊締装置４７，４８，４９，５０は、直列に接続され互いに交差している２つの回転軸線５５，５６、５７，５８、５５，５９または５７，６０を備えた回転機構５１，５２，５３，５４を介してそれぞれ調節可動式に機械スタンド４６に保持されている。工具受容部を形成する両緊締装置４８，５０のそれぞれと機械スタンド４６との間には直線ガイド６１または６２が形成されており、この直線ガイドは、緊締装置４８または５０と、この緊締装置４８または５０を保持する回転機構５２または５４との間に配置されている。回転機構５２，５４は共通の回転軸線５７を介して一緒に接続されており、回転機構５１，５３は共通の回転軸線５５を介して一緒に接続されている。回転機構５１，５２，５３，５４は、その回転軸線５５，５６、５７，５８、５５，５９または５７，６０の直列接続によって、回転軸線５５，５７を介して機械スタンド４６に支持されているそれぞれ１つの第１のアクチュエータ６３または６４と、回転軸線５６，５８，５９，６０を介して第１のアクチュエータ６３，６４に支持されているそれぞれ１つの第２のアクチュエータ６５，６６，６７，６８とを有している。両第１のアクチュエータ６３，６４はそれぞれ二重のクランク状の軸として形成されており、二重のクランク状の軸のうちの一方に２つの対を成してそれぞれ枢着された第２のアクチュエータ６５，６６，６７，６８はそれぞれ回転プレートとして形成されている。

図４にも、本発明による工作機械の原理的な斜視図が示されているが、これは本明細書では詳しく説明されていない第４実施例である。この実施例では、工作機械は、ベースプレートとして形成された機械スタンド６９と、互いに調節可動式に保持された２つの緊締装置７０，７１とを有している。緊締装置７０によってワーク受容部が形成されており、緊締装置７１によって工具受容部が形成されている。回転機構は、その回転軸線の直列接続により、回転軸線を介して機械スタンド６９に支持されているそれぞれ１つの第１のアクチュエータ７４，７５と、回転軸線を介して第１のアクチュエータ７４，７５に支持されているそれぞれ１つの第２のアクチュエータ７６，７７とを有している。この実施例では、第１のアクチュエータ７４は２点式軸受として形成されており、第１のアクチュエータ７５は単一のクランク状軸端部として形成されている。緊締装置７０に配属された第２のアクチュエータ７６はワークの受容軸として形成されており、緊締装置７１に配属された第２のアクチュエータ７７は再び回転プレートとして形成されている。

図５にも、本発明による工作機械の原理的な斜視図が示されているが、これはやはり詳しく説明されていない第５実施例である。ここでは、工作機械は、フレームとして形成された機械スタンド７８と、互いに調節可動式に保持された２つの緊締装置７９，８０とを有している。緊締装置７９によってワーク受容部が形成されており、緊締装置８０によって工具受容部が形成されている。回転機構はこの場合も、その回転軸線が直列に接続されていることにより、回転軸線を介して機械スタンド７８に支持されているそれぞれ１つの第１のアクチュエータ８１，８２と、回転軸線を介して第１のアクチュエータ８１，８２に支持されているそれぞれ１つの第２のアクチュエータ８３，８４とを有している。この実施例では、両第１のアクチュエータ８１，８２はクランクされた軸端部として形成されており、両第２のアクチュエータ８３，８４は回転プレートとして形成されている。

上記説明および請求の範囲に記載した全ての特徴は任意の選択で、独立請求項の特徴と組み合わせることができる。したがって、本発明の開示事項は、説明したまたは特許請求した特徴の組み合わせに限定されるものではなく、むしろ、本発明の範囲で好適な全ての特徴の組み合わせは、開示されたものとみなされる。

Claims (7)

1. コンピュータ制御されたワークの加工のための工作機械であって、機械スタンド（１；２０；４６）と、互いに調節可動式に保持された少なくとも２つの緊締装置（２，３；２１－２３；４７－５０）とを備え、該緊締装置（２，３；２１－２３；４７－５０）のうちの一方の緊締装置（２，３；２１－２３；４７－５０）によって少なくとも１つのワーク受容部が形成されており、それぞれ他方の緊締装置（２，３；２１－２３；４７－５０）によって少なくとも１つの工具受容部が形成されており、
   前記緊締装置（２，３；２１－２３；４７－５０）は、互いに交差している少なくとも２つの回転軸線（６－９；２７－３２；５５－６０）を備えた回転機構（４，５；２４－２６；５１－５４）を介してそれぞれ調節可動式に前記機械スタンド（１；２０；４６）に保持されており、
   前記緊締装置（２，３；２１－２３；４７－５０）のうちの少なくとも一方と前記機械スタンド（１；２０；４６）との間に少なくとも１つの直線ガイド（１０；３３；６１，６２）が形成されている、工作機械において、
   ａ）各回転機構（４，５；２４－２６；５１－５４）は、第１の回転軸線（６，８；２７，２９，３１；５５，５７）を介して前記機械スタンド（１，２０，４６）に支持されている第１のアクチュエータ（１６，１７；４０－４２；６３，６４）と、第２の回転軸線（７，９；２８，３０，３２；５６，５８－６０）を介して前記第１のアクチュエータ（１６，１７；４０－４２；６３，６４）に支持されているそれぞれ１つの第２のアクチュエータ（１８，１９；４３－４５；６５－６８）とを有していて、
   ｂ）前記第１の回転軸線（６，８；２７，２９，３１；５５，５７）を介して前記機械スタンドに回転可能に支持された第１のアクチュエータ（１６，１７；４０－４２；６３，６４）はクランク状の軸として、またはクランク状の軸端部として形成されていて、
   ｃ）前記ワーク受容部を保持する前記回転機構（４；２４，２５；５１，５３）の前記第２の回転軸線（７；２８，３０；５６，５９）は、前記ワーク受容部を通っており、
   前記直線ガイド（１０；３３）は、前記第２の回転軸線（７，９；２８，３０，３２；５６，５８－６０）に沿った両緊締装置（２，３；２１－２３；４７－５０）間の間隔調節を、前記回転機構（４，５；２４－２６；５１－５４）がとっている回転位置とは関係なく行い、
   前記直線ガイド（１０；３３；６１，６２）は、前記工具受容部が形成された前記緊締装置（３；２３；４８，５０）と、該緊締装置を保持する前記回転機構（５；２６；５２，５４）との間に形成されている
   ことを特徴とする工作機械。
2. 互いに交差する前記回転軸線（６－９；２７－３２；５５－６０）の間にそれぞれ直角が形成されている、請求項１記載の工作機械。
3. 互いに交差する前記回転軸線（６－９；２７－３２；５５－６０）のうち、前記機械スタンド（１；２０；４６）と前記回転機構（４，５；２４－２６；５１－５４）との間に形成された回転軸線（６，８；２７，２９，３１；５５－５７）は互いに平行に向けられている、請求項１または２記載の工作機械。
4. 互いに調節可動式に保持された３つ以上の緊締装置（２１－２３）を備え、これら緊締装置の回転機構（２４－２６）のうちの少なくとも１つは中央に配置されており、それぞれ別の回転機構（２４，２５）は、中央に配置された前記回転機構（２６）の周辺に分配配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の工作機械。
5. 前記緊締装置（２，３；２１－２３；４７－５０）のうちの少なくとも１つは、切削運動を実施するための少なくとも１つのモータスピンドル（１１；３４）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の工作機械。
6. 前記回転機構（４，５；２４－２６；５１－５４）のうちの少なくとも１つの回転機構の互いに交差する前記回転軸線（６－９；２７－３２；５５－６０）によって軸交点（１３，３６；３７）が形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の工作機械。
7. 前記モータスピンドル（１１；３４）の回転軸線（１４；３８）と、前記モータスピンドル（１１；３４）を受容する前記回転機構（５；２６；５２，５４）の互いに交差する前記回転軸線（８，９；３１，３２；５７，５８；５７，６０）とによって、軸節点（１５；３９）が形成されている、請求項５記載の工作機械。

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