JPH10315077A - 横形マシニングセンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】主軸の良好な移動性と安定した加工精度とを維
持する。 【解決手段】本体ベッド２上に立設された固定コラム３
の前面には、Ｘ軸スライドテーブル１０が水平移動可能
に設けられ、そのＸ軸スライドテーブル１０の前面に
は、Ｙ軸スライドテーブル１６が垂直移動可能に設けら
れる。又Ｙ軸スライドテーブル１６には、Ｚ軸方向に断
面六角形のスピンドルヘッド２２が一体に形成され、そ
こに同じく断面六角形のスピンドル２３が単独でＺ軸方
向へ移動可能に遊挿されている。更に固定コラム３の上
には工具交換装置５が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水平に配置した主
軸をＸ・Ｙ・Ｚの３軸方向にＮＣ制御して加工を行う横
形マシニングセンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常横形マシニングセンタは、本体ベッ
ド上に、左右（Ｘ軸方向）及び前後（Ｚ軸方向）に直線
移動可能な移動コラムを備え、その移動コラムに、主軸
を回転自在に備えた主軸ヘッドを上下（Ｙ軸方向）に直
線移動可能に設けた移動コラム形のものが良く知られて
いる。又この移動コラムの上部には、工具マガジンと工
具交換アームとからなる工具交換装置が一体に配備され
ている。しかしこの場合、移動コラムの上下寸法が工具
交換装置の分だけ高くなり、移動コラムの重心が高くな
る。又工具交換装置による重量の増加や工具交換アーム
の位置に伴い、移動コラムの安定性や移動性が低下する
といった不具合が生じている。そこで実公平７−３０２
６０号公報には、移動コラムと別体に、本体ベッド上に
マガジン支持ベースを設け、このマガジン支持ベースに
工具交換装置を備えることで、移動コラムのみを単独で
移動させるようにして、移動コラムの高さを低くし、安
定性や移動性を向上させようとする考案が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記考案におい
ても、移動コラム自体の移動でＸ・Ｚ軸の移動を得る形
態であるから、移動コラムの重量により移動性の向上に
は限界があり、高速制御時には慣性力の影響も起きる。
又移動部分が大きいため、主軸から移動コラムの摺動面
までの距離が遠くなって、機械的に不安定で剛性が下が
り、これが熱変形等による誤差の影響を受けやすく、加
工精度の低下に繋がる。更に移動コラムの移動スペース
確保のために本体ベッドの面積を大きくする必要が生じ
るため、同様のマシニングセンタ等を隣接してトランス
ファラインを形成する場合、加工ワークの受渡し時間に
ロスが生じる等の不具合もある。加えて加工時には、加
工ユニットと移動コラムとの間のベッド上に切粉が堆積
するが、移動コラムの移動構造により、切粉の排出が困
難となり、これが移動コラムの移動性を低下させる原因
ともなっている。一方移動コラムと工具交換装置とを分
離したことで、主軸中心と工具交換位置までの距離が長
くなる。よって工具交換アームを長くする必要が生じて
交換時の振りが大きくなり、工具交換時間の短縮を図る
ことができない。

【０００４】そこで本発明は、主軸の移動部分をコンパ
クト化して、良好な移動性と安定した加工精度とを維持
すると共に、機械全体のコンパクト化も可能とし、更に
切粉の排出を容易にしてその堆積による影響も解消させ
た横形マシニングセンタを提供することを目的としたも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、コラムを固定型として、
その固定コラムの前面に、水平方向に移動可能なＸ軸ス
ライドテーブルを設け、そのＸ軸スライドテーブルの前
面に、垂直方向に移動可能なＹ軸スライドテーブルを設
けて、前記主軸を、前記Ｙ軸スライドテーブルと一体
で、且つＺ軸方向に単独で移動可能に設けたことを特徴
とするものである。又請求項２に記載の発明は、請求項
１の目的に加えて、単独でＺ軸方向へ移動する主軸の剛
性及び安定性をより効果的に得るために、前記Ｙ軸スラ
イドテーブルに、Ｙ軸スライドテーブルをＺ軸方向に貫
通する断面多角形状の筒状体を一体に設け、前記主軸を
前記筒状体と合致する断面多角形状にして前記筒状体に
Ｚ軸方向へ移動可能に遊挿したものである。又請求項３
に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、前記
工具交換装置における工具交換時間の短縮化を図ると共
に、装置全体の高さを低くするために、前記工具交換装
置を、上側に設けた工具マガジンと前記主軸との間に設
けられる工具交換アームと、その工具交換アームを回転
及び前記Ｚ軸方向に移動制御する制御軸とを備えたもの
とし、前記工具交換アームの回転中心を、前記制御軸の
軸線から前記主軸側へ所定量偏心させたものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明に係る横形マシニング
センタ１の全体図で、本体ベッド２上には、固定コラム
３が立設されており、この固定コラム３の前面側（図１
の左手前側）に、スピンドル２３を備えた３軸ユニット
４が形成される一方、固定コラム３の上部には、工具交
換装置５が据付けられている。又固定コラム３の前方に
は、Ａ軸回転及びＢ軸回転可能で、加工ワーク６を載置
する加工テーブル７を備えた加工ユニット８が配備され
ている。まず固定コラム３の３軸ユニット４について説
明する。図２にも示すように、カバー３ａを取り外した
固定コラム３の前面には、上下一対の平行なＸ軸リニア
ガイド９，９が突設されると共に、このＸ軸リニアガイ
ド（以下Ｘ軸ガイドという）９，９を把持して水平方向
（Ｘ軸方向）に移動自在なＸ軸スライドテーブル１０が
設けられている。又このＸ軸スライドテーブル（以下Ｘ
軸テーブルという）１０には、Ｘ軸ガイド９，９と平行
に固定コラム３の前面へ回動可能に架設されたＸ軸ボー
ルネジ１１が螺合部１０ａで螺合しており、このＸ軸ボ
ールネジ１１の端部に一体に固着された傘歯車１２を、
固定コラム３内に収容されたＸ軸サーボモータ１３のモ
ータ軸先端のドライブギヤ１４に噛合させることで、Ｘ
軸サーボモータ１３の駆動によって、ドライブギヤ１
４、傘歯車１２を介してＸ軸ボールネジ１１が回転し、
Ｘ軸テーブル１０をＸ軸方向にネジ送り可能となってい
る。

【０００７】又Ｘ軸テーブル１０の前面には、左右一対
の垂直なＹ軸リニアガイド（以下Ｙ軸ガイドという）１
５，１５が突設されると共に、このＹ軸ガイド１５，１
５を把持して垂直方向（Ｙ軸方向）に移動可能なＹ軸ス
ライドテーブル（以下Ｙ軸テーブルという）１６が設け
られている。更にＸ軸テーブル１０の前面には、Ｙ軸ガ
イド１５，１５と平行なＹ軸ボールネジ１７が回転固定
状態で架設されている。一方Ｙ軸テーブル１６の下端に
は、Ｙ軸サーボモータ１８が一体に固着されており、後
述する六角形状のスピンドルヘッド２２の下部内におい
て、Ｙ軸サーボモータ１８のモータ軸に設けたドライブ
ギヤ１９が、アイドルギヤ２０を介して、ナットギヤ２
１に噛合している。このナットギヤ２１は、Ｙ軸テーブ
ル１６の裏面で図示しないボールベアリングで回動自在
に軸支されて、Ｙ軸ボールネジ１７に螺合するものであ
る。よってＹ軸サーボモータ１８の駆動によって、ドラ
イブギヤ１９、アイドルギヤ２０を介してナットギヤ２
１が回転し、Ｙ軸ボールネジ１７に沿って移動すること
で、Ｙ軸サーボモータ１８と共にＹ軸テーブル１６がＹ
軸方向に移動することになる。

【０００８】そして図３にも示す如く、Ｙ軸テーブル１
６の中央には、内面が断面正六角形で一対の平行な２面
を水平とした筒状のスピンドルヘッド２２が、前後方向
（Ｚ軸方向）に貫通する格好で一体に形成されており、
そのスピンドルヘッド２２に、同じく外径を断面正六角
形に形成し、Ｚ軸方向に前後移動可能な主軸としてのス
ピンドル２３が収容されている。このスピンドル２３
は、断面正六角形のクイルの内部に、図示しないモータ
と回転軸とを同軸で内蔵したビルドインタイプで、回転
軸の先端には工具を着脱可能なＡＴＣ用工具ホルダ２４
が突設されている。又スピンドル２３の下面には、ブラ
ケット２５が突設されて、そのブラケット２５に、スピ
ンドル２３の軸線と平行なＺ軸ボールネジ２６の一端
が、回転固定状態で取着されている。同様にスピンドル
ヘッド２２の下面には、スピンドル２３の軸線と平行な
Ｚ軸サーボモータ２７が固着されると共に、そのモータ
軸のドライブギヤ２８と噛合するナットギヤ２９が、ス
ピンドルヘッド２２の下面で図示しないボールベアリン
グで回動可能に支持され、Ｚ軸ボールネジ２６と螺合し
ている。よってＺ軸サーボモータ２７の駆動によって、
ドライブギヤ２８を介してナットギヤ２９が回転する
と、ナットギヤ２９に螺合するＺ軸ボールネジ２６がＺ
軸方向へネジ送りされ、スピンドル２３は、ブラケット
２５を介してスピンドルヘッド２２内をＺ軸方向へ摺動
するものとなる。尚Ｘ軸テーブル１０及び固定コラム３
の前面には、少なくともスピンドルヘッド２２及びスピ
ンドル２３のＹ軸方向及びＸ軸方向の移動を許容する開
口１０ｂ，３ｂが夫々形成されている。

【０００９】一方固定コラム３上の工具交換装置５は、
固定コラム３の真上に位置するＡＴＣユニット３０と、
そのＡＴＣユニット３０にオフセットギヤボックス３１
を介して連結される工具交換アーム３２と、ＡＴＣユニ
ット３０上に設けられる工具マガジン３３とからなる。
まずＡＴＣユニット３０は、図４に示す如く、ドライブ
モータ３４を備え、周知の駆動制御によって、スピンド
ル２３の軸線と平行に設置され、オフセットギヤボック
ス３１に貫通した制御軸としてのＡＴＣスピンドル３５
を回転及び軸方向へ前後移動させるものである。このＡ
ＴＣスピンドル３５は、オフセットギヤボックス３１内
においてボールベアリング３６，３６によって軸支され
ると共に、スピンドルギヤ３７を固着しており、軸方向
への移動はオフセットギヤボックス３１と一体となって
いる。

【００１０】又オフセットギヤボックス３１におけるＡ
ＴＣユニット３０との反対側には、ＡＴＣスピンドル３
５と平行でその斜め下側に配置されるオフセットスピン
ドル３８が、軸方向への移動を一体に遊挿しており、ボ
ールベアリング３９，３９で軸支される一端には、オフ
セットギヤ４０が固着されてスピンドルギヤ３７と噛合
している。そしてオフセットスピンドル３８の他端に
は、両端に工具の把持部４１，４１を形成した工具交換
アーム３２の中央部が固着されて、ＡＴＣスピンドル３
５の回転及び軸方向への移動によって、後述する工具交
換を可能としている。特にここでは、工具交換アーム３
２の回転中心となるオフセットスピンドル３８を、ＡＴ
Ｃスピンドル３５から真下へ偏心量Ｘで偏心させてスピ
ンドル２３側へ近付けることによって、工具交換アーム
３２の半径を最小にして、工具交換アーム３２の旋回に
伴う両把持部４１の移動距離を最短にしている。即ち図
５で示すように、偏心量Ｘの分、工具交換アーム３２の
回転中心をスピンドル２３側の受渡位置へ接近させるこ
とで、従来の工具交換アーム３２ａの半径Ｌから半径Ｐ
＝（Ｌ−Ｘ）へと短くすると共に、工具マガジン３３は
その偏心量の倍となる２Ｘの分ＡＴＣユニット３０側へ
接近させて、全体の高さをより低くすることを可能とし
たのである。尚図１，４において４２は、ＡＴＣユニッ
ト３０にＡＴＣスピンドル３５と平行に設けられてオフ
セットギヤボックス３１に遊挿し、ＡＴＣスピンドル３
５の軸方向への移動に伴うオフセットギヤボックス３１
の前後移動をガイドするガイドバー、又図１において４
３は、工具マガジン３３の各工具ホルダ３３ａ，３３ａ
・・の送り制御用のサーボモータである。

【００１１】以上の如く構成された横形マシニングセン
タ１は、前述のように３軸の各サーボモータのＮＣ制御
により、即ちＸ軸方向は、Ｘ軸サーボモータ１３の駆動
制御でＸ軸テーブル１０を水平方向にスライドさせ、Ｙ
軸方向は、Ｙ軸サーボモータ１８の駆動制御でＹ軸テー
ブル１６を垂直方向にスライドさせ、そしてＺ軸方向
は、Ｚ軸サーボモータ２７の駆動制御で、スピンドル２
３のみをスピンドルヘッド２２内で軸方向にスライドさ
せることにより、スピンドル２３を所定の加工位置或は
前記工具の受渡位置へ移動制御することができる。これ
らはスピンドル２３のみ或は各スライドテーブル１０，
１６等との最小限の構成で移動する形態であるから、軽
量化したスピンドル２３の応答性が向上して良好な移動
性が得られ、高速制御時も慣性力の影響は起きにくくな
る。特にスピンドル２３のみを単独でＺ軸方向へ移動可
能としたことで、移動コラムに比べて、スピンドル２３
の加工位置からスピンドルヘッド２２との摺動面までの
距離が非常に近くなり、摺動面の中心にスピンドルが位
置するために、熱変形等による影響を最大限に抑えて、
良好な加工精度を維持することができる。又コラムは固
定されたままであるから、固定型による安定性はそのま
ま維持できるのに加え、加工ワークと３軸ユニットとの
間隔は常に変化しないので、切粉の排出も容易となり、
加工への何等の影響も与えない。更にここでは、スピン
ドル２３とスピンドルヘッド２２とを断面六角形として
いるから、単独でＺ軸方向へ移動する場合でもスピンド
ル２３の剛性は確保され、切削時の反力への耐久性も良
好となる。勿論高速回転への支障も生じない。

【００１２】そして工具交換装置５では通常の工具交換
制御が行われる。まずサーボモータ４３による工具マガ
ジン３３の回転で所望の工具を受渡位置にセットすると
共に、前述の３軸ユニット４による制御でスピンドル２
３の先端を受渡位置にセットし、ドライブモータ３４を
駆動させてＡＴＣスピンドル３５を回転させ、工具交換
アーム３２を回転させる。すると把持部４１，４１が図
５（Ａ）のように夫々受渡位置の工具を上下で把持す
る。次にＡＴＣスピンドル３５を軸方向の前方へ移動さ
せると、オフセットギヤボックス３１と共にオフセット
スピンドル３８、工具交換アーム３２が前進し、受渡位
置の工具を夫々工具ホルダ３３ａ，２４から抜き外す。
そして今度はＡＴＣスピンドル３５を回転させて工具交
換アーム３２を当該位置から１８０°回転させると、上
下の工具の位置が入れ替わる。そこでＡＴＣスピンドル
３５を軸方向へ後退させて、工具交換アーム３２を共に
後退させれば、入れ替わった工具が夫々工具マガジン３
３とスピンドル２３との工具ホルダ３３ａ，２４に装着
され、工具の交換が終了する。

【００１３】これらの工具交換制御は、前述のように工
具交換アーム３２の回転中心となるオフセットスピンド
ル３８をＡＴＣスピンドル３５からスピンドル２３側へ
偏心させているから、工具交換アーム３２の回転中心を
スピンドル２３に接近させると同時に、工具マガジン３
３を固定コラム３側に接近させることができる。よって
工具交換アーム３２の半径即ち把持部４１の移動距離を
短くして最短時間で工具交換が可能となると共に、横形
マシニングセンタ１の全体高さも低く構成することがで
きる。又固定コラム型であるから、移動コラムとした場
合に別途工具交換装置の搭載のための支持ベース等を移
動コラムの外回りで立設する必要がなく、固定コラム３
の幅は小さくて済む。特にこれは、本発明のような横形
マシニングセンタ１などを複数台並列させたトランスフ
ァライン等を構成する場合には、隣接するステーション
のマシニングセンタ同士を最大限に近づけて、加工ワー
クの受渡時間等の短縮が図れるため、有利である。更に
固定コラム３による安定性が維持できるから、上記トラ
ンスファラインを形成するような場合、隣接するマシニ
ングセンタで加工中に工具交換等を実施しても振動等の
影響は生じない。

【００１４】尚スピンドルヘッド２２とスピンドル２３
との多角形状は、上記形態のように一対の２面を水平に
した断面正六角形が、移動時の安定性や移動誤差が少な
く、高い剛性も得られて好ましいが、他の正五角形や正
八角形等の他の多角形状であっても良い。又３軸ユニッ
トにおける各スライドテーブルの移動構造も、上記形態
に限定するものでなく、レール以外にバーを用いたり、
これらを一対でなく１本のみとしたりしても差し支えな
い。更に工具交換装置におけるオフセットスピンドル３
８の偏心構造も、上記形態のように斜め下方でなく真下
にしたりする等、適宜設計変更可能である。

【００１５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、主軸を
前記Ｘ・Ｙ軸のスライドテーブルと共に、或は単独でＺ
軸方向へ移動させることができるため、良好な移動性
と、熱変形等の影響を受けない安定した加工精度とが得
られる。又固定コラムであるから、切粉を容易に排出し
てその堆積による影響を解消できるのに加え、移動コラ
ムに比べ機械全体の大型化を防止して、加工ラインへの
適用時に加工ワークの受渡時間の短縮等作業能率を向上
させることも可能となる。又請求項２に記載の発明によ
れば、請求項１の効果に加えて、前記主軸と筒状体とを
前記断面多角形状としたことで、単独でＺ軸方向へ移動
する主軸の剛性と安定性とをより効果的に得ることがで
きる。又請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は
２の効果に加えて、前記工具交換アームの回転中心を、
前記制御軸から前記主軸側へ偏心させたことで、工具交
換アームの半径とその回転による工具の移動距離が短く
なり、工具交換時間の短縮化が図れ、装置全体の高さも
より低くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】横形マシニングセンタの全体説明図である。

【図２】３軸ユニットのＸ・Ｙ軸方向の構造説明図であ
る。

【図３】３軸ユニットのＺ軸方向の構造説明図である。

【図４】工具マガジンを省略した工具交換装置の説明図
である。

【図５】（Ａ）本発明の工具交換アームの説明図であ
る。 （Ｂ）従来の工具交換アームの説明図である。

【符号の説明】

１・・横形マシニングセンタ、２・・本体ベッド、３・
・固定コラム、４・・３軸ユニット、５・・工具交換装
置、１０・・Ｘ軸スライドテーブル、１１・・Ｘ軸ボー
ルネジ、１３・・Ｘ軸サーボモータ、１６・・Ｙ軸スラ
イドテーブル、１７・・Ｙ軸ボールネジ、１８・・Ｙ軸
サーボモータ、２２・・スピンドルヘッド、２３・・ス
ピンドル、２６・・Ｚ軸ボールネジ、２７・・Ｚ軸サー
ボモータ、３０・・ＡＴＣユニット、３１・・オフセッ
トギヤボックス、３２・・工具交換アーム、３３・・工
具マガジン、３５・・ＡＴＣスピンドル、３８・・オフ
セットスピンドル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体ベッド上に固定コラムを立設し、そ
   の固定コラムの前面に主軸を備えると共に、前記固定コ
   ラムの上方に工具交換装置を設けた横形マシニングセン
   タであって、 前記固定コラムの前面に、水平方向に移動可能なＸ軸ス
   ライドテーブルを設け、そのＸ軸スライドテーブルの前
   面に、垂直方向に移動可能なＹ軸スライドテーブルを設
   けて、前記主軸を、前記Ｙ軸スライドテーブルと一体
   で、且つＺ軸方向に単独で移動可能に設けたことを特徴
   とする横形マシニングセンタ。
2. 【請求項２】 前記Ｙ軸スライドテーブルに、Ｙ軸スラ
   イドテーブルをＺ軸方向に貫通する断面多角形状の筒状
   体を一体に設け、前記主軸を前記筒状体と合致する断面
   多角形状にして、前記筒状体にＺ軸方向へ移動可能に遊
   挿したものである請求項１に記載の横形マシニングセン
   タ。
3. 【請求項３】 前記工具交換装置を、上側に設けた工具
   マガジンと前記主軸との間に設けられる工具交換アーム
   と、その工具交換アームを回転及び前記Ｚ軸方向に移動
   制御する制御軸とを備えたものとし、前記工具交換アー
   ムの回転中心を、前記制御軸の軸線から前記主軸側へ所
   定量偏心させたものである請求項１又は２に記載の横形
   マシニングセンタ。