JP7189260B2

JP7189260B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP7189260B2
Application number: JP2021067961A
Authority: JP
Inventors: 敏弘鈴木; 慎二寺川; 拓真河原崎; 健一郎鈴木; 泉荒木; 良太橋本
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2041-04-13
Also published as: JP2022162899A; WO2022220267A1

Description

本発明は、ベッドと、ベッド上を水平な軸線方向に往復移動なテーブルと、テーブルの移動方向に離間、配置された２つのコラムと、テーブルに対して垂直に移動可能に２つのコラム間に架設されるサドルと、テーブルに対面するようにサドルにＺ軸方向に移動可能に保持される主軸頭とを備えた工作機械に関する。

特許文献１には、ベッド上で左右方向にテーブルを移動案内するＸ軸案内と、ベッドに設けられたテーブルが左右方向に進入できるようにＸ軸案内を前後方向に跨ぐ穴部が設けられたコラムと、コラムの上に設けられたＹ軸案内に沿って前後方向に移動可能に配置されたサドルと、サドルに配置され、上下方向に移動する主軸頭とを備えたマシニングセンタが記載されている。

国際公開第２０１７－０５６２５３号

特許文献１に記載のマシニングセンタは、機械の構成が非対称形状を呈しているために、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置のサーボモータなどから発生する熱や工作機械周辺の温度変化による機械の熱変形に偏りがあり、これが加工精度を低下させる１つの原因となっている。

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、工作機械運転時のモータなどから発生する熱や工作機械周辺の温度変化によって発生する機械の熱変形による加工精度の低下を最小限にすることを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、主軸頭とワークを相対移動させてワークを加工する工作機械において、床面に設置されるベッドと、前記ベッドに立設され、ベッドと共に第１の穴部を形成する第１のコラムと、前記ベッドに前記第１のコラムと第１の水平方向において離間させて立設され、ベッドと共に第２の穴部を形成する第２のコラムと、前記ベッドに、前記第１の穴部と前記第２の穴部に進入可能に、前記第１の水平方向に移動可能に取り付けられ前記ワークが載置されるテーブルと、前記第１の水平方向と垂直な方向である第２の水平方向に移動可能に前記第１のコラムと前記第２のコラムの間に架設されるサドルと、前記サドルに鉛直方向に移動可能に取り付けられる主軸頭と、前記ベッドは、前記第２の水平方向に延びる第１のウィング部と、第２のウィング部と、該第１のウィング部と第２のウィング部の間に配置された本体部とを有しており、平面視においてＨ形に形成されており、前記第１のコラムは前記第１のウィング部に取り付けられ、前記第２のコラムは前記第２のウィング部に取り付けられ、前記第１のウィング部、本体部、第２のウィング部を貫いて、前記ベッドの上面に沿って前記第１の水平方向に延び、前記第２の水平方向に離間し互いに平行に延びる一対のガイドレールを有する第１の案内と、前記一対のガイドレールの間に配置された固定子と、該固定子に対して対面するように前記テーブルに固定された可動子とを含む前記テーブルを前記第１の水平方向に往復駆動するリニアモータとを具備し、
前記リニアモータの固定子は、前記ベッドの上面に沿って位置調整可能に固定されるベース部材に固定されており、前記一対のガイドレールは、該ベース部材の前記第１の水平方向に延びる側縁部に当接可能に前記ベッドの上面に固定されている工作機械が提供される。

本発明によれば、工作機械の構造を略対称にすることができ、構造体全体でバランスのよい熱変位となるので加工精度の低下を最小限にすることが可能となる。

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の工作機械の平面図である。図１の工作機械のベッドの平面図である。図４Ａのベッドの側面図である。ベッドの一部をテーブルと共に示す側面図である。図２において、ＶＩで示す部分を拡大して示す部分拡大図である。第１の位置にある内側カバー組立体と共に示す図１と同様の工作機械の斜視図である。内側カバー組立体が第２の位置にあり、サドルが退避位置にある工作機械の斜視図である。内側カバー組立体を第２の位置に配置し、サドルを加工に用いるＹ軸の座標範囲内に配置した工作機械の斜視図である。内側カバーおよび工具マガジンと共に示す工作機械の平面図である。図１０の工作機械の正面図である。前面カバーのスライドドアが閉じた状態の外側カバー組立体を示す斜視図である。図１２の外側カバー組立体の前面カバーの内側を示す斜視図である。正面のスライドドアが開いた状態の外側カバー組立体を示す斜視図である。図１４の外側カバー組立体の前面カバーの内側を示す斜視図である。前面カバーのスライドドアおよび上面カバーの可動カバーが開いた状態で、ワークをクレーンで工作機械内に搬入する様子を示す斜視図である。２台の工作機械の間にワーク交換装置を配置した加工システムを示す斜視図である。図１７の加工システムの略図である。従来の加工システムの略図である。加工システムの他の例を示す略図である。加工システムの更に他の例を示す略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
本発明の好ましい実施形態による工作機械１００は、工場の床面に固定される基台としてのベッド１０２と、ベッド１０２上に取り付けられる第１のコラム１３０および第２のコラム１４０、第１のコラム１３０と、第２のコラム１４０の間に架設されるサドル１５０と、サドル１５０に取り付けられる主軸頭１７０と、主軸頭１７０が回転可能に支持する主軸１７２に対して対面するようにベッド１０２上に取り付けられるテーブル１８０を主要な構成要素として具備する。なお、本実施形態では、工作機械１００の前方より工作機械１００の正面（図２）を見たときに、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とする。

ベッド１０２は、図４Ａ、図４Ｂに示すように、本体部１０４と、本体部１０４の一方の端部（図示する実施形態では、工作機械１００の正面から見て左端）に結合された第１のウィング部１０６と、他方の端部（図示する実施形態では、工作機械１００の正面から見て右端）に結合された第２のウィング部１０８とを具備している。第１のウィング部１０６および第２のウィング部１０８は、同様に形成されており、左右一対のウィング部を形成している。

こうして、ベッド１０２は、平面視において、全体としてＨ形を呈する。つまり、ベッド１０２は、Ｘ軸方向の中心軸線Ｏｘに関して前後対称に、かつ、Ｙ軸方向の中心軸線Ｏｙに関して左右対称に形成されている。また、ベッド１０２をＨ形にすることによって、工作機械１００の正面側に前側スペースＳＦが、そして背面側に後側スペースＳＲが形成される。前側スペースＳＦは、オペレータの作業空間として使用することができる。後側スペースＳＲは、工具マガジン２５０のような工作機械１００の周辺機器を配置するための空間として使用することができる。

第１と第２のウィング部１０６、１０８の各々は、前側上面１０６ａ、１０８ａと後側上面１０６ｂ、１０８ｂと有している。ベッド１０２の上面には、一対の畝部１１４、１１６が形成されている。一対の畝部１１４、１１６は、第１のウィング部１０６、本体部１０４および第２のウィング部１０８を貫いて、Ｘ軸方向に中心軸線Ｏｘに沿って平行に延びている。畝部１１４、１１６は、Ｙ軸方向に互いに離間して配置されており、両者間にＸ軸方向に延びる凹所１１８が形成される。畝部１１４、１１６の各々の上面１１４ａ、１１６ａには、Ｘ軸方向に延びる一対のＸ軸ガイドレール１８４、１８５が固定されている。

第１のコラム（工作機械１００の正面から見て左側のコラム）１３０は、前側脚部１３０ａ、後側脚部１３０ｂ、前側脚部１３０ａと後側脚部１３０ｂとの間に架設されている梁部１３０ｃとを有し、概ねＣ字形または門形に形成されている。本実施形態では、第１のコラム１３０は、前側脚部１３０ａをベッド１０２の第１のウィング部１０６の前側上面１０６ａ、そして後側脚部１３０ｂを後側上面１０６ｂに固定することによって、ベッド１０２に固定されている。こうしてベッド１０２の第１のウィング部１０６と、第１のコラム１３０とによって、工作機械１００の左端部にＸ軸方向に貫通する第１の穴部１３８が形成される。

第２のコラム（工作機械１００の正面から見て右側のコラム）１４０も同様に、前側脚部１４０ａ、後側脚部１４０ｂ、前側脚部１４０ａと後側脚部１４０ｂとの間に架設されている梁部１４０ｃとを有し、概ねＣ字形または門形に形成されている。本実施形態では、第２のコラム１４０は、前側脚部１４０ａをベッド１０２の第２のウィング部１０８の前側上面１０８ａ、そして後側脚部１４０ｂを後側上面１０８ｂに固定することによって、ベッド１０２に固定されている。こうしてベッド１０２の第２のウィング部１０８と、第２のコラム１４０とによって、工作機械１００の右端部にＸ軸方向に貫通する第２の穴部１４８が形成される。ベッド１０２と、コラム１３０と、コラム１４０を、前述のような構成とすることで、工作機械の構造を前後左右方向において略対称に構成することが可能となるので、バランスのよい熱変位となり、熱変位が加工精度へ及ぼす影響を低減することが可能となる。

第１の穴部１３８と第２の穴部１４８は実質的に同一形状である。また、本実施形態では、第１の穴部１３８と第２の穴部１４８を貫通する方向がＸ軸方向である。

ベッド１０２の上面には、ワークＷを固定するテーブル１８０が取り付けられる。テーブル１８０の下面には、Ｘ軸ガイドレール１８４、１８５に沿って摺動するブロック１８２、１８３が取り付けられている。こうして、テーブル１８０は、ベッド１０２の上面においてＸ軸方向に往復移動可能となっている。図示するように、Ｘ軸ガイドレール１８４、１８５を第１の穴部１３８および第２の穴部１４８内まで延設することによって、テーブル１８０は第１の穴部１３８および第２の穴部１４８内まで進入可能となり、テーブル１８０のＸ軸方向のストロークを大きくすることが可能となる。また、Ｘ軸ガイドレール１８４、１８５を第１の穴部１３８および第２の穴部１４８内まで延設することによって、後述するワーク交換装置またはワーク搬送装置の構成の自由度が高くなる。

工作機械１００は、テーブル１８０をＸ軸方向に往復駆動するＸ軸送り装置として、Ｘ軸方向に延びるＸ軸リニアモータを具備している。Ｘ軸リニアモータは、ベッド１０２の上面に固定されたＸ軸方向に延びる固定子１８８と、固定子１８８に対面するようにテーブル１８０の底面に取り付けられた可動子１９０とを具備している。固定子１８８は、好ましくは、取付ベース１８６上に固定されており、取付ベース１８６が、ボルト（図示せず）のような締結具を用いて凹所１１８に固定されている。Ｘ軸方向のテーブル１８０の座標位置を検出する位置検出器としてＸ軸デジタルスケール（図示せず）をベッド１０２、例えば畝部１１４や畝部１１６の側面に取り付けることができる。

また、Ｘ軸リニアモータの磁気吸引力を低減する目的で、可動子と固定子の位置関係を変更してもよい。たとえば、図５の視点において、ベッド１０２上面の畝部１１４と畝部１１６のＹ軸方向中間位置に、Ｙ軸方向に幅を、Ｚ軸方向に深さを有し、さらにＸ軸方向に貫通する凹部を設ける。凹部は、自身のＹ軸と垂直な機械前方向側面および自身のＹ軸と垂直な機械後ろ方向側面に、それぞれ固定子を具備する。一方、テーブル１８０の底面には凸部を設ける。凸部は、自身のＹ軸と垂直な機械前方向側面および自身のＹ軸の垂直な機械後ろ方向側面に、それぞれ可動子を具備する。凸部は、可動子を具備した状態で、固定子を具備した状態の凹部の幅より小さい幅と、テーブル１８０とベッド１０２を組み合わせたとき凹部の底面に干渉しない程度の深さとを有する。つまり、ベッド１０２に設けられ固定子を具備する凹部に、テーブルに設けられ可動子を具備する凸部が、凹部に対して幅方向と深さ方向に所定の間隙を有し配置される構造で、Ｘ軸リニアモータを構成することができる。

Ｘ軸送り装置は、リニアモータに限らず、例えばＸ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）、前記ボールねじに係合しテーブル１８０の底面に固定されたナット、該ボールねじの一端に連結されたＸ軸サーボモータ（図示せず）により構成してもよい。

第１のコラム１３０の頂部および第２のコラム１４０の頂部には、サドル１５０が、Ｘ軸に垂直な水平方向（前後方向）に往復移動可能に取り付けられている。本実施形態では、第１のコラム１３０の頂部には、第１のコラム１３０の上面１３０ｄと、第１のコラム１３０において第２のコラム１４０に対面する側面の間の隅部に切欠き部１３４が形成されており、該切欠き部１３４にＹ軸方向に延びるＹ軸ガイドレール１３６が取り付けられている。サドル１５０の下面には、Ｙ軸ガイドレール１３６に沿って摺動するブロック１５４が取り付けられている。

同様に、第２のコラム１４０の頂部には、第２のコラム１４０の上面１４０ｄと、第２のコラム１４０において第１のコラム１３０に対面する側面の間の隅部に切欠き部１４４が形成されており、該切欠き部１４４にＹ軸方向に延びるＹ軸ガイドレール１４６が取り付けられている。サドル１５０の下面には、Ｙ軸ガイドレール１４６に沿って摺動するブロック１５６が取り付けられている。なお、Ｙ軸ガイドレール１３６とＹ軸ガイドレール１４６はそれぞれ、第１のコラム１３０の側面と第２のコラム１４０の側面に取り付けてもよい。

こうして、サドル１５０は、第１のコラム１３０および第２のコラム１４０の頂部において、Ｙ軸方向に往復移動可能となっている。工作機械１００は、サドル１５０をＹ軸方向に往復駆動するＹ軸送り装置として、Ｙ軸方向に延びる一対のＹ軸リニアモータを具備している。一対のＹ軸リニアモータは、第１のコラム１３０および第２のコラム１４０の各上面１３０ｄ、１４０ｄに取り付けられたＹ軸方向に延びる固定子１３２、１４２と、固定子１３２、１４２に対面するようにサドル１５０の底面に取り付けられた可動子１５８、１６０とを具備している。

Ｙ軸方向のサドル１５０の座標位置を検出する位置検出器としてＹ軸デジタルスケールを第１のコラム１３０と第２のコラム１４０の一方に取り付けることができる。図６には、一例として、第１のコラム１３０において、第２のコラム１４０に対面する側面にＹ軸デジタルスケール１６６ａと、サドル１５０の底面にブラケット１６８を介して取り付けられた検出ヘッド１６６ｂが図示されている。

Ｙ軸送り装置は、リニアモータに限らず、例えばＹ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）、前記ボールねじに係合しサドル１５０の底面に固定されたナット、該ボールねじの一端に連結されたＹ軸サーボモータ（図示せず）により構成してもよい。

サドル１５０の中央部には、開口部１５０ａが、鉛直方向またはＺ軸方向に貫通、延設されている。開口部１５０ａには、主軸頭１７０がＺ軸方向に往復移動可能に保持されている。主軸頭１７０は、ハウジング内に主軸１７２を回転軸線Ｏ周りに回転可能に支持している。主軸１７２は、ベッド１０２およびテーブル１８０へ向けてハウジングの下端からＺ軸方向に突出している。こうして、主軸１７２と、テーブル１８０およびテーブル１８０に固定されているワークＷとは互いに対面するように配置される。また、図示する実施形態では、主軸頭１７０のハウジングは、概ね直方体形状の外形を有している。主軸頭１７０のハウジングの４つの隅部の各々には、Ｚ軸方向に延びるＺ軸ガイドレール１７４が取り付けられている。サドル１５０と主軸頭１７０を、前述のような構成とすることで、工作機械の構造を前後左右方向において略対称に構成することが可能となるので、バランスのよい熱変位となり、熱変位が加工精度へ及ぼす影響を低減することが可能となる。

サドル１５０の開口部１５０ａは、本実施形態では、主軸頭１７０の外形に適合するように矩形状に形成されている。矩形状の開口部１５０ａの４つの隅部にＺ軸ガイドレール１７４に係合するブロックが取り付けられている。図示する実施形態では、該ブロックは、開口部１５０の上方部に取り付けられた４つの上部ブロック１６２と、開口部１５０ａの下方部に取り付けられた４つの下部ブロック１６４とを含む。こうして、主軸頭１７０は、テーブル１８０およびテーブル１８０に固定されているワークＷに対して接近、離反するように、Ｚ軸方向に往復移動可能にサドル１５０に支持される。

より好ましくは、Ｚ軸ガイドレール１７４は、主軸頭１７０のハウジングのＸ軸に垂直な側面に取り付けられ、上部ブロック１６２および下部ブロック１６４は、サドル１５０の矩形の開口部１５０ａ内で、Ｘ軸に垂直な側面に固定されている。

更に、工作機械１００は、サドル１５０をＺ軸方向に往復駆動するＺ軸送り装置として、Ｚ軸方向に延びるＺ軸リニアモータを具備している。Ｚ軸リニアモータは、主軸頭１７０のハウジングの側面に固定されたＺ軸方向に延びる可動子１７６と、サドル１５０の開口部１５０ａに固定された固定子１６１とを具備している。より好ましくは、Ｚ軸リニアモータの可動子１７６は、主軸頭１７０のハウジングにおいて、Ｘ軸に垂直な側面に取り付けられ、固定子は可動子１７６に対面するように、開口部１５０ａ内で、Ｘ軸に垂直な側面に固定される。

第１のコラム１３０と第２のコラム１４０との間に架設されるサドル１５０はＸ軸方向に長い形状となるので、上述のように、Ｚ軸リニアモータを主軸頭１７０のハウジングにおいてＸ軸に垂直な側面およびサドル１５０の開口部１５０ａ内でＸ軸に垂直な側面に配置することによって、Ｚ軸リニアモータが発生する力によるサドル１５０の変形を低減することができる。

ここで、工作機械では、一般的に直交３軸方向の間の角度は正確に９０°である必要がある。Ｘ軸およびＹ軸の水平度とＺ軸の鉛直度は、それ自体単独で調整することができる。Ｘ軸およびＹ軸の水平度とＺ軸の鉛直度がそれぞれ正確に調整できれば、Ｘ軸－Ｚ軸間およびＹ軸－Ｚ軸間の直角度も結果的に調整され得る。しかしながら、Ｘ軸およびＹ軸の水平度をそれぞれ単独で調整しても、Ｘ軸－Ｙ軸間の直角度は自動的には調整されず、改めて調整しなければならない。上述のように、２つのＹ軸ガイドレール１３６、１４６は、第１のコラム１３０と第２のコラム１４０に取り付けられているので、双方を同時に２つのＸ軸ガイドレール１８４、１８５に対して調整することは難しい。

そこで、本発明では、Ｘ軸ガイドレール１８４、１８５をＹ軸ガイドレール１３６、１４６に対して調整するようになっている。図５を参照すると、ベッド１０２の凹所１１８に配設される取付ベース１８６は、畝部１１４、１１６の上面１１４ａ、１１６ａから上方へＺ軸方向に突出しており、この取付ベース１８６においてＺ軸方向に突出した部分は、Ｘ軸ガイドレール１８４、１８５の下方側面に係合させることができる。取付ベース１８６の凹所１１８内における傾斜（Ｚ軸周りの回転位置）を調整し、取付ベース１８６をベッド１０２に固定した後に、Ｘ軸ガイドレール１８４、１８５を取付ベース１８６に係合させることによって、２つのＸ軸ガイドレール１８４、１８５を同時に効率的に調整することが可能となる。この目的のために、取付ベース１８６のＺ軸方向に突出した部分、すなわちＸ軸ガイドレール１８４、１８５の下方側面と係合する面は、互いに平行になるように機械加工する必要がある。

なお、主軸頭１７０に作用する鉛直方向の力（重力）を相殺するために、主軸頭１７０のためのバランサを設けることができる。一例として、図１０、１１に示すバランサは、主軸頭１７０に結合された連結部材２３０と、サドル１５０と連結部材２３０との間に結合された流体圧シリンダ２３２とを備えることができる。

図１０、図１１において、連結部材２３０は、Ｘ軸方向に突出するように主軸頭１７０の頂部に結合されているので、主軸頭１７０のＺ軸方向のストロークを大きくできる。また、連結部材２３０はＹ軸方向に突出していてもよい。連結部材２３０は、１つではなく、複数の部材を含んでいてもよい。

また、流体圧シリンダ２３２は、少なくとも部分的にサドル１５０内に埋設することができる。図示する実施形態では、流体圧シリンダ２３２は、ピストン棒２３２ａがサドル１５０の上面から上方に突出するように、シリンダ部分がサドル１５０内に埋設されている。流体圧シリンダ２３２は、油圧シリンダまたは空圧シリンダとすることができる。主軸頭１７０の重量を相殺するように、流体圧シリンダ２３２に供給される作動流体の圧力を調節することができる。

なお、図１１には、工具マガジン２５０の一例が示されている。この例では、工具マガジン２５０は、Ｚ軸方向に延びる回転軸線Ｏｍ周りに回転可能に設けられた円板２５４の周縁部に複数の工具２５２を保持するように形成されている。工具２５２は、エンドミルのような回転工具と、該回転工具を保持する工具ホルダとの組み合わせである。主軸頭１７０をＹ軸方向に後退させ、工具交換位置に割り出された工具２５２の上方に配置し、主軸頭１７０を工具２５２へ向けてＺ軸方向に下動させ、主軸先端の工具装着穴（図示せず）内に、工具２５２のテーパ部（図示せず）を嵌合することによって１つの工具２５２が主軸１７２の先端部に装着される。工具２５２を主軸１７２の先端部に装着した後、主軸頭１７０をＹ軸方向に前進させることによって、工具２５２は主軸１７２の先端部に保持された状態で、工具マガジン２５０から抜去される。

工作機械１００は、更に、第１のコラム１３０および第２のコラム１４０の上方の空間へ切り屑やクーラントの飛散を防止する内側カバー組立体２００を備えている。図示する実施形態では、内側カバー組立体２００は、Ｙ軸方向に伸縮可能な内側カバー２０２と、内側カバー２０２をＹ軸方向に駆動する駆動装置とを主要な構成要素として具備する。内側カバー２０２は、Ｙ軸方向に伸縮可能な蛇腹構造またはテレスコピック構造を有している。

本実施形態では、内側カバー２０２は三角屋根形の２つの斜面を有している。内側カバー２０２は、Ｙ軸方向に伸縮自在な、例えば蛇腹部材から形成することができる。内側カバー２０２の一端がサドル１５０の前面に固定され、他端がフレーム２０４に固定されている。一例としてフレーム２０４は、Ｘ－Ｚ平面に平行となるよう配置される板部材より成る本体部分２０４ａと、本体部分２０４ａの上端部において、Ｘ軸方向の各端部からＹ軸方向に延びる一対の腕部２０４ｂ、２０４ｃとを有している。内側カバー２０２の前記他端は、本体部分２０４ａの背面に固定されている。

フレーム２０４は、Ｙ軸方向に往復移動可能に第１のコラム１３０および第２のコラム１４０の上方に配設される。第１のコラム１３０の上面１３０ｄおよび第２のコラム１４０の上面１４０ｄには、該上面１３０ｄ、１４０ｄから上方に突出する倒立Ｌ字形の支持部材２０６が固定されており、該支持部材２０６の上端にＹ軸方向に延びる板状のベース部材２０８が固定されている。

ベース部材２０８の上面にＹ軸方向に延びるガイドレール２１４が取り付けられている。フレーム２０４の腕部２０４ｂ、２０４ｃの下面には、ガイドレール２１４に沿って摺動するブロック（図示せず）が取り付けられている。

ベース部材２０８には、更に、内側カバー２０２の駆動装置として流体圧シリンダ２１０が取り付けられている。流体圧シリンダ２１０は、油圧シリンダまたは空圧シリンダとすることができる。流体圧シリンダ２１０は、Ｙ軸方向に進退可能なピストン棒２１２を有しており、ピストン棒２１２の先端部がフレーム２０４に固定されている。こうして、フレーム２０４は、サドル１５０とは独立に、第１のコラム１３０および第２のコラム１４０に対してＹ軸方向に往復移動可能となっている。

図７は、内側カバー組立体２００（フレーム２０４）の第１の位置を示しており、該第１の位置において、フレーム２０４はＹ軸方向に最も前方に配置される。フレーム２０４が第１の位置にあるとき、工作機械１００は加工可能な状態となる。図８、９は、内側カバー組立体２００（フレーム２０４）の第２の位置を示しており、該第２の位置において、フレーム２０４はサドル１５０に最も接近する。フレーム２０４が第２の位置にあるとき、工作機械１００は加工不能状態となる。

図８は、サドル１５０のＹ軸方向に最も後退した退避位置を示している。退避位置は、加工に用いるＹ軸の座標範囲外であり、サドルが位置することが可能な最も後方の位置である。このとき、工作機械１００の制御装置は、オペレータの操作による主軸頭１７０の移動を許可しない。つまり、オペレータは主軸頭１７０を手動操作することができなくなる。オペレータの操作による主軸頭１７０の移動を許可しないのは、可能な限り段取り領域（テーブル１８０の上方空間）を広く確保する目的で、保守レベルでしか利用しない退避位置にまで主軸頭１７０が移動している状態にあるので、この状態でオペレータ操作を許可すると、主軸頭１７０および主軸１７２が工具マガジン等の工作機械１００の構成要素に衝突する可能性があり、危険だからである。

サドル１５０が退避位置にあるとき、図８に示すように、内側カバー組立体２００のフレーム２０４を第２の位置に配置することによって、テーブル１８０の上方空間が広く開放され、ワークＷを工作機械１００の上方からテーブル１８０上に搬送することが可能となる。

図９は、内側カバー組立体２００（フレーム２０４）を第２の位置に配置し、そしてサドル１５０を加工に用いるＹ軸の座標範囲内に配置した状態を示している。このとき、工作機械１００の制御装置は、オペレータの操作による主軸頭１７０の移動指令を許容する。つまり、オペレータは、主軸頭１７０を手動操作することができる。

工作機械１００は、更に、外側カバー組立体内に収納することができる。図１２～図１７を参照すると、外側カバー組立体は、前面カバー３００、背面カバー（図示せず）、右側面カバー３２０、左側面カバー（図示せず）および上面カバー３３０を備えており、内部に工作機械１００が配置される。

前面カバー３００は、互いにＸ軸方向に離間して配置された２枚の固定パネル３０２、３０４と、両者間に配置されたスライドドア３０８、３１０を含んでいる。２枚の固定パネル３０２、３０４は、それぞれ第１のコラム１３０と第２のコラム１４０の概ね前方に配置される。固定パネル３０２、３０４の一方、図示する実施形態では、工作機械１００の正面から見て右側の固定パネル３０４には、工作機械１００の操作盤３０６が取り付けられている。操作盤３０６に、工作機械１００の制御装置（ＮＣ装置、機械制御装置）を組み込むことができる。

スライドドア３０８、３１０は、Ｘ軸方向に互いに接近、離反するように形成されている。また、スライドドア３０８、３１０は、図１３に示すように、内面側に傾斜カバー３１２、３１４を備えている。傾斜カバー３１２、３１４は、スライドドア３０８、３１０の開閉方向、本実施形態では、Ｘ軸方向に伸縮可能となっている。傾斜カバー３１２、３１４は、Ｘ軸方向に伸縮可能な蛇腹構造またはテレスコピック構造を有している。傾斜カバー３１２、３１４を設けることによって、前側スペースＳＦが、加工中に発生する切り屑やクーラントによって汚染されることが防止される。傾斜カバー３１２、３１４をＸ軸方向に伸縮可能とすることによって、スライドドア３０８、３１０を開いたときに、傾斜カバー３１２、３１４が、それぞれ第１のコラム１３０と第２のコラム１４０とに衝突することが防止される。

図１４に示すように、スライドドア３０８、３１０が開くと、オペレータは工作機械１００の前側スペースＳＦにアクセス可能となる。スライドドア３０８、３１０が開いたとき、内側カバー組立体２００（フレーム２０４）が、図９に示すように、第２の位置にあり、かつ、サドル１５０が、加工に用いるＹ軸の座標範囲内にあるとき、オペレータは前側スペースＳＦに入り、工作機械１００内部で作業、例えば段取り作業を行うことができる。このとき、内側カバー２０２は、サドル１５０と共に工作機械１００の後方部分に後退しており、前側スペースＳＦの上方は開放されるので、クーラントや切りくずが内側カバー２０２から落下することはなく、オペレータは、手動で行うワークの芯出しや、高さ調整等の段取り作業を安全かつ清潔な環境でおこなうことが可能となる。

図示する実施形態では、右側面カバー３２０は４枚のパネル３２２、３２４、３２６、３２８より成る。全てのパネル３２２、３２４、３２６、３２８を固定パネルまたは可動パネルとすることができる。或いは、外側の２枚のパネル３２６、３２８を固定パネルとし、内側の２枚のパネル３２２、３２４を可動パネルとしてもよい。この場合、内側の２枚の可動パネル３２２，３２４は、前面カバー３００のスライドドア３０８、３１０と同様のＹ軸方向に互いに接近、離反可能なスライドドアとしたり、或いは、固定パネル３２６、３２８にヒンジにより取り付けられた回動式のドアとすることができる。内側の２枚のパネルを取外し可能としてもよい。

左側面カバーも同様に構成することができる。すなわち、全てのパネルを固定パネルとしたり、或いは、一部を可動式または着脱式のパネルとすることができる。

工作機械１００において、上面カバー３３０は、第１のコラム１３０および第２のコラム１４０の上面１３０ｄ、１４０ｄから上方に突出する部分を包囲する５面の箱型のカバーとなっている。上面カバー３３０は可動カバー３３２を有している。

また、前面カバー３００のスライドドア３０８、３１０および上面カバー３３０の可動カバー３３２が、図１６に示すように、開いているとき、内側カバー組立体２００（フレーム２０４）を第２の位置に配置し、かつ、サドル１５０を退避位置に配置することによって、例えば、工作機械１００が設置されている工場の天井クレーンＣを用いて、ワークＷを工作機械１００へ上方から搬入させることが可能となる。このとき、オペレータの手動操作による主軸頭１７０の移動を禁止することによって、主軸頭１７０と天井クレーンＣまたは天井クレーンＣによって吊り下げられているワークＷとの衝突が防止される。

既述の実施形態によれば、図１７、１８に示すように、横並びに配置した２つの工作機械１００－１、１００－２の間にワーク交換装置またはワーク搬送装置１０を配置し、正面から見て、左側の工作機械１００－１の外側カバー組立体の右側面カバー３２０を開き、他方の工作機械１００－２の外側カバーの左側面カバーを開くことによって、左側の工作機械１００－１へは、ワーク交換装置またはワーク搬送装置１０から開いている右側面カバー３２０、および、工作機械１００－１の右側穴部（第２の穴部）１４８を通じてテーブル１８０の上面にワークＷを供給し、右側の工作機械１００－２へは、ワーク交換装置またはワーク搬送装置１０から開いている左側面カバー、および、工作機械１００－２の左側穴部（第１の穴部）１３８を通じてテーブル１８０の上面にワークＷを供給することが可能となっている。このように、左右側面のいずれからも工作機械にワークを供給することが可能な構成であるので、工作機械とワーク交換装置またはワーク搬送装置で構成する加工システムレイアウトを、幅広く選択できる。

この点、工作機械のどちらか片方の側面からワークを供給するようにした２つの工作機械２０の間にワーク交換装置またはワーク搬送装置１０を配置した従来の加工システムでは、図１９に略示するように、２つの工作機械２０を反対向きにしなければならず、そのために、２つの工作機械２０の操作盤を操作したり、段取り作業を行うために、オペレータは一方の側から他方の側へ加工システムを超えて移動しなければならない。

更に、図２０、２１に示すように、Ｙ軸方向に２つの工作機械１００－１、１００－２を配置して、両者間に共通のワーク交換装置またはワーク搬送装置３０を配置して加工システムを形成してもよい。

既述の工作機械１００は、Ｘ軸方向の中心軸線ＯｘおよびＹ軸方向の中心軸線Ｏｙに関して対象形状に形成されており、工作機械１００の全体でバランスのよい熱変位となり、熱変位の加工精度への影響を最小限にすることができる。

また、工作機械１００は、第１のコラム１３０とベッド１０２の第１のウィング部１０６とが形成する工作機械１００の左端部のＸ軸方向に貫通する第１の穴部１３８からでも、第２のコラム１４０とベッド１０２の第２のウィング部１０８とが形成する工作機械１００の右端部のＸ軸方向に貫通する第２の穴部１４８からでもワークＷを供給することができるので、図１８に略示するように、オペレータは、加工システムの一方の側で操作盤３０６を操作したり、段取り作業を行うことができ、従来の加工システムに比べて非常に効率的に作業を行うことが可能となる。

Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置の駆動源としてボールねじとサーボモータを用いてもよいと説明したが、既述の実施形態のようにリニアモータを用いることにより、部品の配置や、熱の発生源を対称に構成できるので、工作機械１００全体でバランスのよい熱変位となり、熱変位が加工精度へ及ぼす影響を低減することが可能となる。

既述の実施形態では、主軸頭１７０は、回転工具（図示せず）を装着する主軸１７２を支持しているが、主軸頭１７０は、レーザヘッドや放電加工用電極を支持するようにしてもよい。

さらに、主軸頭１７０やテーブル１８０に傾斜軸や回転軸を付加して、５軸加工などをおこなえるようにしてもよい。

１００工作機械
１３０第１のコラム
１３８第１の穴部
１４０第２のコラム
１４８第２の穴部
１５０サドル
１７０主軸頭
１７２主軸
１８０テーブル
２５０工具マガジン

Claims

主軸頭とワークを相対移動させてワークを加工する工作機械において、
床面に設置されるベッドと、
前記ベッドに立設され、ベッドと共に第１の穴部を形成する第１のコラムと、
前記ベッドに前記第１のコラムと第１の水平方向において離間させて立設され、ベッドと共に第２の穴部を形成する第２のコラムと、
前記ベッドに、前記第１の穴部と前記第２の穴部に進入可能に、前記第１の水平方向に移動可能に取り付けられ前記ワークが載置されるテーブルと、
前記第１の水平方向と垂直な方向である第２の水平方向に移動可能に前記第１のコラムと前記第２のコラムの間に架設されるサドルと、
前記サドルに鉛直方向に移動可能に取り付けられる主軸頭と、
前記ベッドは、前記第２の水平方向に延びる第１のウィング部と、第２のウィング部と、該第１のウィング部と第２のウィング部の間に配置された本体部とを有しており、平面視においてＨ形に形成されており、前記第１のコラムは前記第１のウィング部に取り付けられ、前記第２のコラムは前記第２のウィング部に取り付けられ、
前記第１のウィング部、本体部、第２のウィング部を貫いて、前記ベッドの上面に沿って前記第１の水平方向に延び、前記第２の水平方向に離間し互いに平行に延びる一対のガイドレールを有する第１の案内と、
前記一対のガイドレールの間に配置された固定子と、該固定子に対して対面するように前記テーブルに固定された可動子とを含む前記テーブルを前記第１の水平方向に往復駆動するリニアモータと、
を具備し、
前記リニアモータの固定子は、前記ベッドの上面に沿って位置調整可能に固定されるベース部材に固定されており、前記一対のガイドレールは、該ベース部材の前記第１の水平方向に延びる側縁部に当接可能に前記ベッドの上面に固定されることを特徴とした工作機械。
前記サドルは、中心部に鉛直方向に貫通する開口部が形成されており、前記主軸頭が該開口部内に保持される請求項１に記載の工作機械。
前記工作機械は、該工作機械を包囲する外側カバー組立体を更に具備し、該外側カバー組立体は、少なくとも前面カバー、対向する一対の側面カバーおよび上面カバーを含み、前記前面カバーが、オペレータに該外側カバー組立体内にアクセス可能とする開閉可能なドアを含む請求項１に記載の工作機械。
前記工作機械は、前記前面カバーのドアの上方部分を閉鎖する内側カバー組立体を更に具備し、該内側カバー組立体は、前記サドルにおいて前記前面カバーに対面する側面に内側カバーを含み、該内側カバーは、前記第２の水平方向に伸縮可能となっている請求項３に記載の工作機械。
前記工作機械は、前記一対の側面カバーのいずれか又は両方に、開口可能な可動パネルを有する請求項３に記載の工作機械。