JPH0276603A - 工作機械の主軸台構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）、産業上の利用分野 本発明は、主軸台を大型化・複雑化することなく、工具
主軸を高速回転してワークを加工することが出来る、工
作機械の主軸台構造に関する。

（ｂ）、従来の技術 第４図は従来の工作機械の主軸台構造の一例を示す断面
図。

第５図は第４図に示す工作機械を用いてワークを加工す
る工程を示す図である。

従来、工作機械の主軸台、例えば第４図に示すヘッド３
５を、旋回中心ＣＴ８を中心として１８０″旋回して、
工具主軸３６の軸心ＣＴ９を水平及び垂直とし得る主軸
台３３において、該主軸３６を回転駆動するための主軸
駆動モータは、ヘッド３５側には設置されず、該ヘッド
３５を旋回駆動する主軸台３３の本体３３ａ側に設けら
れていた。そして、モータから工具主軸３６への動力の
伝達は、ベベルギア３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ等
を装着した複数個の伝達軸４０ａ、４０５等からなる動
力伝達機構４１を介して行なっていた。

（Ｃ）０発明が解決しようとする問題点しかし、これで
は、動力伝達機構４１（従って、主軸台３３）が大型化
、複雑化してしまう不都合があった。また１本体側の主
軸駆動モータを駆動して、工具主軸３６を、第５図に示
す工具３１と共に動力伝達機構４１を介して高速回転さ
せると、伝達機構４１中に存在する組立誤差等から伝達
＋Ｎｉ１１４０ａ、４０ｂが過度に振動するので、ワー
クを高速で加工することが出来ない欠点があった。更に
、主軸台３３側からヘッド３５側に切削水等を供給する
ための管４３等は、各伝達軸４０ａ、４０ｂ間を介して
配管することが困難であるので、主軸台３３の本体３３
ａ及びヘッド３５外部に配管等していた。しかし、これ
では経年変化により、ヘッド３５の旋回時に管４３の継
目等が伸ばされて損傷し、切削油等が漏出してしまうお
それがあった。

更に、例えば、第４図に示すヘッド３５を、工具主軸３
６の工具保持面３６ａに密着させる形で装着した工具３
１と共に、第５図に示す第１加工完了位置Ｓ１から旋回
中心Ｃ’ｒ　８を中心として矢印Ｅ、Ｆ方向に１８０°
旋回させた場合、工具主軸３６の中心ＣＴ９と旋回中心
ＣＴ８との交点（以下、対称点Ｐ１と称する。）から工
具３１の先端３１ａまでの距ｉｌＬが長い程、工具３１
の振れ景Ｑは大きくなり、該先＠３１ａは旋回中心ＣＴ
８に関して対称となる位置Ｑ（即ち、ワーク３０のコー
ナ一部３０ｅより矢印Ｂ方向に距１ｂ及び矢印Ｃ方向に
距ｍｒ＝　＜＝ａ）だけ離れた位ｇ１）に位置決めされ
る。

そこで、第５図に示すヘッド３５を、第１加工完了位置
Ｓ１から第２加工開始位置（即ち、工具３１の先端３１
ａがワーク３０のコーナ一部３０ｓに当接する位置）に
位置決めするには、ヘッド３５を矢印Ｅ、Ｆ方向に１８
０’だけ旋回させ。

更に主軸台３３を、工具３１の振れ量Ｑに相当する分だ
け、矢印Ａ方向に距離す、矢印り方向に距Ｗ１ａだけ移
動しなければならなかった。このため。

主軸台３３を、ヘッド３５旋回時に余分に移動させなけ
ればならないため、該主軸台３３のストロ一りを有効に
活用することが出来ず、大きいワークを加工することが
出来ない不都合があった。

そこで、この不都合を解消するために、工具主軸３６を
、出来るだけ伝達軸４ｏに対して矢印Ｃ方向にズラして
設置すれば、該主軸３６に装着される工具３１の先端３
１ａと対称点Ｐ１との距離りを小さくして、工具３１の
振れ量αを小さく抑えることが出来る。しかし、工具主
軸３６を。

そのように設置すると、第４図に示すベベルギア３９ｄ
とベアリング４５とが干渉してしまうという新たな不都
合が生じる。

本発明は、上記事情に鑑み、主軸台を大型化・複雑化す
ることなく、工具主軸を高速回転してワークを加工する
ことが出来る、工作機械の主軸台構造を提供することを
目的とする。

（ｄ）６問題点を解決するための手段 本発明は、本体（６）を有し、前記本体（６）に、ヘッ
ド（１９）を、旋回中心（ＣＴａ）を中心として旋回駆
動自在に設け、前記ヘッド（１９）に、工具主軸（２３
）を、その主軸中心（Ｃｒ２）を市況旋回中心（ＣＴａ
）に対して所定角度（θ）だけ傾け、かつ該主軸中心（
ＣＴ　５　）を中心として回転自在に設け、前記工具主
軸（２３）に、工具保持手段（２３ａ）を設け、更に、
萌記ヘツ１−（１９）に、前記工具主軸（２３）を回転
駆動する主軸駆動モータ（２５）を設けて構成される。

なお、括弧内の番号等は１図面における対応する要素を
示す１便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の
記載に限定拘束されるものではない。以下のｒ　（ｅ）
、作用」の欄についても同様である。

（ｅ）１作用 上記した構成により、本発明は、主軸駆動モータ（２５
）を駆動することにより、工具主軸（２３）が、直接該
モータ（２５）によって、旋回中心（ＣＴａ）に対して
所定角度（θ）だけ傾いた状態で回転するように作用す
る。

（ｆ）、実施例 以下、図面に基づき、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による工作機械の主軸台構造の一実施例
が適用される、工作機械の主軸台の要部を示す断面図、 第２図は第１図に示す工作機械を用いてワークを加工す
る工程を示す図。

第３図は本発明による工作機械の主軸台構造の一実施例
が適用される、工作機械の一例を示す図である。

マシニングセンタ等の工作機械１は、第３図に示すよう
に、ベツド２を有しており、ベツド２上にはコラム３が
、図中左右方向である矢印Ａ、Ｂ方向（即ち、Ｙ軸方向
）に移動駆動自在に設けられている。コラム３には、主
軸台５の本体６が、ガイドレール７等を介して図中上下
方向である矢印Ｃ，Ｄ方向（即ち、Ｚ軸方向）に移動駆
動自在に設けられており、第１図に示す本体６の図中左
方の端部には、ヘッド支持部９が設けられている。

ヘッド支持部９は、第１図に示すように、支持面６ａ、
第１及び第２支持部材１０Ａ、ＩＯＢ、係合軸１２及び
連結シリンダ１６等を有しており、本体６の図中下方の
端部には、支持面６ａが、矢印Ａ、Ｂ方向（Ｙ軸方向）
に対して所定角度だけ傾く形で形成されている。支持部
６ａには、略円環状に形成された第１支持部材１０Ａが
、接続リングｌｌｂ及びボルトｌｉｅ等を介して固着さ
れており、第１支持部材１０Ａには、係合軸１２が、後
述する連結シリンダ１６等を介して、その軸心（以下、
旋回中心ＣＴ３と称する。）を矢印Ｃ１Ｄ方向（Ｚ＠力
方向に対して所定角度０（＝４５°）だけ傾け、かつ旋
回中心Ｃ，Ｔ３を中心として矢印Ｅ、Ｆ方向に旋回自在
な形で設けられている。

係合軸１２には、第１図に示すように、貫通穴１２ａが
、旋回中心ＣＴ３に沿って矢印Ｇ、Ｈ方向に貫通穿設さ
れており、また係合軸１２の図中下端部には、フランジ
部１２ｂが形成されている。更に、第１図に示す係合軸
１２の図中上端部１２ｅとフランジ部１２ｂの間には、
管路１２ｄが、該係合軸１２を貫通する形で穿設形成さ
れており、管路１２ｄの上端部には、切削水供給管１７
が接続している。切削水供給管１７は、切削水供給装置
（図示せず）に接続しており、更に管路１２ｄの下端部
には、後述するヘッド１７に形成された管路３２が接続
している。また、第１図に示す本体６の支持面６ａには
１円環状に形成された第２支持部材１０Ｂが、第１支持
部材１０Ａを取り囲む形で装着されており、第１及び第
２支持部材１０Ａ、１０８間には、カプラ２１ｇが嵌着
されている。

更に、第１図に示す係合軸１２の図中上端部には、歯車
１３がキー１３ａ等を介して装着されており、係合軸１
２の図中左方には、駆動機構１５が設けられている。駆
動機構１５は、回転自在に設けられた駆動軸１５ｂを有
しており、駆動軸１５ｂの中央部には、歯車１５ｄが形
成されている。歯車１５ｄには１図中紙面と直角方向に
移動自在に設けられたラック１５ａが噛合しており、ラ
ック１５ａには、該ラック１５ａを移動駆動するための
駆動シリンダ（図示せず）が接続している。更に、第１
図に示す駆動軸１５ｂの図中下端部には、歯車１５ｃが
キー１５ａ等を介して装着されており、歯車１５ｃは歯
車１３と噛合している。

また、歯車１３と係合軸１２のフランジ部１２ｂの間に
は、第１図に示すように、連結シリンダ１６が設けられ
ており、連結シリンダ１６は。

シリンダ１６ａ及びピストン１６ｂ等を有している。即
ち、第１支持部材１０Ａには、シリンダ１６ａが、該支
持部材１０Ａの内周に沿って環状に穿設形成されており
、シリンダ１６ａには、係合軸１２に矢印Ｅ、Ｆ方向に
回転のみ自在に支持されたピストン１６ｂが、係合軸１
２と共に矢印Ｇ、Ｈ方向に移動自在な形で嵌入係合して
いる。なお、シリンダ１６ａには、第１及び第２４ｒ！
路１６ｅ、１６ｆが接続している。

ところで、主軸台５のヘッド支持部９には、第１図に示
すように、ヘッド１９が、旋回中心ＣＴ３の周りを矢印
Ｅ、Ｆ方向に旋回自在な形で装着されており、ヘッド１
９はケーシング２０を有している。ケーシング２０には
、装着部２１が設けられており、装着部２１の端面２１
ａには、接続穴２１ｂが矢印Ｇ、Ｈ方向に穿設形成され
ている。接続穴２１ｂの底部２１ｄには、係合軸１２の
フランジ部１２ｂが、ボルト２１ｅ等を介して接続され
ており、更に装着部２１の端面２１ａには、カプラ２１
ｆが装着されている。なお、カプラ２１ｆは、カプラ２
１ｇに接続１分離自在な形で係合している。

また、ヘッド１９のケーシング２０には、第１図に示す
ように、モータ収容空間２０Ａが形成されており、モー
タ収容空間２０Ａには、工具上！＊２３及び該主軸２３
に直結された主軸卵動モータ２５等が設けられている。

即ち、モータ収容空間２ＯＡには、工具主軸２３が、複
数個のベアリング２６を介して、中心ＣＴ５を中心とし
て矢印Ｊ、に方向に回転自在な形で設けられており、工
具主軸２３には、主軸駆動モータ２５を構成するロータ
２５ａが、該主軸２３の周囲を取り囲む形で装着されて
いる。更に、ケーシング２０には、主軸駆動モータ２５
を構成するステータ２５ｂが、ロータ２５ａの周囲を所
定の間隔でもって被覆する形で設けられており、また工
具主軸２３には、貫通穴２３ｂが、第１図に示すように
、後述する工具保持面２３ａに接続する形で、矢印Ｃ，
Ｄ方向に貫通穿設されている６貫通穴２３ｂには、工具
を保持するための公知のドローバー等が設けられており
、また、工具主軸２３の図中下端部には、工具保持面２
３ａがテーパー状に形成されている。

更に、ケーシング２０には、電線通過部２０ｄが、係合
軸１２の貫通穴１２ａとモータ収容空間２０Ａとを連通
ずる形で設けられており、主軸駆動モータ２５には、こ
れ等貫通穴１２ａ及び電線通過部２０ｄを介して配線さ
れた電線２９が接続されている。

また、第３図に示すベツド２上には、テーブル２７が、
図中紙面と直角方向（即ち、Ｘ軸方向）に移動駆動自在
、かつ中心ＣＴ６を中心として矢印り、Ｍ方向に旋回湘
動自在な形で設けられており、テーブル２７の上部には
ワーク搭載面２７ａが形成されている。なお、ワーク搭
載面２７ａ上には、加工すべきワーク３０が搭載されて
いる。

工作機械１は、以上のような構成を有するので、該工作
機械１を用いて、ワークを加工するには、加工すべきワ
ーク３ｏを、第３図に示すように、テーブル２７のワー
ク搭載面２７ａ上に装着する。次に、工具主軸２３に、
加工に使用する工具３１（例えばエンドミル等の回転工
具）を、ドローバ−等を用いて第１図に示す工具保持面
２３ａに密着させる形で装着する。その状盾で、第３図
に示すテーブル２７を、ワーク３０と共に図中紙面と直
角方向（Ｘ軸方向）に移動駆動させ、更に矢印り、Ｍ方
向に割り出し回転させる。また。

コラム３を主軸台５と共に矢印Ａ、Ｂ方向（Ｙ軸方向）
に、更に主軸台５をヘッド１９と共に矢印Ｃ１Ｄ方向（
Ｚ軸方向）に移動駆動して、工具３１を、第２図に示す
ように、ワーク３０の図中右方のコーナ一部３０ｄより
矢印Ｃ方向に所定距離だけ離れた加工開始位置に位置決
めする。

こうして、工具３１が加工開始位置に位置決めされたと
ころで、第１図に示す電線２９を介して主軸駆動モータ
２５に電気を供給する。すると。

主軸駆動モータ２５によって、工具主軸２３は、工具３
１と共に矢印Ｊ又はに方向に高速で回転駆動される。次
に、主軸台５を、ヘッド１９と共に矢印り方向（Ｚ軸の
負方向）に所定量だけ移動させ、更にコラム３を、主軸
台５等と共に第２図矢印へ方向（Ｙ軸の正方向）に所定
距離Ｂだけ移動駆動する。すると、工具３１によって、
ワーク３０の上面３０ａが高速で切削加工される。

なお、この際、第１図に示す電線２９は、係合軸１２の
貫通穴１２ａ及び電線通過部２０ｄ等を介して、主軸駆
動モータ２５に接続しており。

主軸台５の本体６及びヘッド１９のケーシング２０によ
って被覆されているので、ワーク３０の加工中、切粉が
付着したり、工作機械１の他の構成部品と接触したりし
て、損傷するようなことはない。また、この際、ヘッド
１９は、主軸台５の本体６にヘッド支持部９及び装省部
２１！Ｊを介して確実に支持されており、しかも、工具
主軸２３は、主軸線動モータ２５によって直接回転駆動
されるので、加工精度に悪影響を与える振動は発生せず
、ワーク３０は精度よく高速加工される。

次に、第２図に示すワーク３ｏの図中左方の側面３０ｃ
を加工するには、ヘッド１９を、工具主軸２３と共に第
１図矢印Ｅ、Ｆ方向に１８０’だけ旋回させて、工具主
軸２３（従って工具３１）を、図中実線で示す垂直の状
態から水平にする必要がある。それには、まず連結シリ
ンダ１６のシリンダ１６ａに、圧油を第２管路１６ｆを
介して供給して、ピストン１６ｂを該シリンダ１６ａ内
を矢印Ｇ方向に移動させる。すると、係合軸１２が、フ
ランジ部１２ｂを介して、ピストン１６ｂによって押さ
れる形で矢印Ｇ方向に移動して、ヘッド１９側のカプラ
２１ｆと主軸台５側のカプラ２１ｇとの係合状態が解除
され、ヘッド１９は矢印Ｅ、Ｆ方向に自由に旋回し得る
フリーの状態となる。なお、この際、工具３１を、第２
図に示す第１加工完了位置Ｓ１から第２加工開始位置Ｓ
２に位置決めするために、ヘッド１９を、旋回中心ＣＴ
　３を中心として、第１加工完了位置ｓ１がら矢印Ｅ、
　Ｆ“方向に１８０“だけ旋回させると、工具３１も旋
回中心ＣＴ３を中心として矢印Ｅ、　Ｆ方向に１８０°
旋回する。すると、工具３１の先端３１ａは、旋回中心
ＣＴ３に関して対称となる位置Ｑ（即ち、ワーク３０の
コーナ一部３０ｅより矢印Ｂ方向に距＠ｂ及び矢印Ｃ方
向に距＠ａだけ離れた位置）に位置決めされる。なお、
この際。

八ツ１き１９に主！１１１動モータ２５を設けたので、
従来、本体６とヘッド１９を接続していた。第４図に示
す動力伝達機構４１が無くなるので、動力伝達機構４１
とベアリング２６との干渉の問題が無くなり、工具主軸
２３を、出来るだけ係合軸１２に対して矢印Ｃ方向にズ
ラして設置して、該主軸２３に装着される工具３１の先
端３１ａと対称点Ｐ１との距離りを小さくすることが出
来、工具３１の振れ量ａは小さく抑えられる。

そこで、ヘッド１９を第１加工完了位置Ｓ１から第２加
工開始位置Ｓ２に位置決めするためには、まずコラム３
を、主軸台５と共に矢印六方向に所定距離すたけ移動さ
せる。次に、第１図に示す駆動機構１５のラック１５ａ
を図中紙面と直角方向に移動駆動して、係合軸１２を、
歯車１５ｄ。

駆動軸１５ｂ、歯車１５ｃ及び歯車１３等を介して、旋
回中心ＣＴ３の回りを矢印Ｅ、Ｆ方向に１８０″′だけ
旋回させる６すると、ヘッド１９は。

係合軸１２及び装着部２１等を介して、工具主軸２３と
共に、第３図に示す位置（工具主軸２３の中心ＣＴ　５
が垂直となる位置）より矢印Ｅ、Ｆ方向に１８０’だけ
旋回する。次に、第１図に示す連結シリンダ１６のシリ
ンダ１６ａに、圧油を第１管路１６ｅを介して供給して
、ピストン１６ｂを矢印Ｈ方向に移動させる。すると、
ヘッド１９は、ピストン１６ｂによって押される形で、
矢印Ｈ方向に移動して、ヘッド１９側のカプラ２１ｆが
、主軸台５側のカプラ２１ｇと係合する。その結果、ヘ
ッド１９は、主軸台５の本体６に固定される。更に、そ
の状態でヘッド１９を第２図矢印り方向に所定距離ａだ
け移動させる。すると、工具３１の先端３１ａは、ワー
ク３０の第２加工開始位置Ｓ２に位置決めされる。

こうして、工具３１が第２加工開始位置Ｓ２に位置決め
されたところで、工具主軸２３を、工具３１と共に矢印
Ｊ又はに方向に回転させる。これと同時に、コラム３を
、主軸台５と共に矢印Ｃ１Ｄ方向（Ｚ軸方向）に移動駆
動する等して、第３図に示すテーブル２７上のワーク３
０の側面３０Ｃを、工具３１によって所定形状に切削加
工する。

なお、上述したようにワーク３０を加工する際、工具３
１に切削されるワーク３０部分に、ヘッド１９に装着さ
れたノズル（図示せず）によって切削水を供給する必要
があるが、該ノズルに切削水を供給するための管路１２
ｄ、３２等は主軸台５の係合軸１２及びヘッド１９のケ
ーシング２０に形成されているので、ヘッド１９の旋回
時に管路１２ｄ、３２が損傷してしまうようなことはな
い。

なお、上述した実施例においては、ヘッド支持部９及び
装着部２１等から成る主軸台構造を、ヘッド１９を主軸
台５の旋回中心ＣＴ３を中心として１８０″′ピツチで
矢印Ｅ、Ｆ方向に旋回させることにより、工具主軸２３
を垂直、水平の状態にしてワーク３０を加工する、工作
機械工に適用した場合について述べたが、本発明はこれ
に限らす、主軸台構造を、ヘッド１９を矢印Ｅ、Ｆ方向
に任意角）ｊｊＬｆｆｌだけ旋回させてワーク３０を加
工する工作機械（例えば、同時５軸制御加工機）につい
て適用してもよいことは勿論である。

（ｇ）６発明の効果 以上、説明したように、本発明によれば１本体６を有し
、前記本体６に、ヘッド１９を、旋回中心ＣＴ３を中心
として旋回駆動自在に設け、前記ヘッド１９に、工具主
軸２３を、その中心Ｃｒ２等の主軸中心を前記旋回中心
ＣＴ３に対して所定角度θだけ傾け、かつ該主軸中心を
中心として回転自在に設け、前記工具主軸２３に、工具
保持面２３ａ等の工具保持手段を設け、更に、前記へラ
ド１９に、前記工具主軸２３を回転駆動する主軸駆動モ
ータ２５を設けて構成したので、主軸駆動モータ２５を
駆動することにより、工具主軸２３を、直接該モータ２
５によって、旋回中心ＣＴ３に対して所定角度０だけ傾
いた状態で回転させることが出来、主軸台５の本体６に
、第４図に示すような、工具主軸２３に動力を伝達する
ための動力伝達機構４１を設ける必要はなくなる。その
結果、主軸台５を大型化することなく、かつ該／＼フッ
ド９に設けられた工具主軸２３を高速回転して、ワーク
３０を加工することが可能となる。

また、ヘッド１９に主軸駆動モータ２５を設けたので、
工具主軸２３を、出来るだけ係合軸１２に対して矢印Ｃ
方向にズラして設置して、該主軸２３に装着される工具
３１の先端３１ａと対称点Ｐ１との距ＭＬを小さくして
、ヘッド１９旋回時に工具３１の振れ斌ｕを小さ（抑え
ることか出来る。その結果、主軸台５のＹ軸及びＺ軸方
向のストロークを有効に活用して、大きなワークを加工
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工作機械の主軸台構造の一実施例
が適用される。工作機械の主軸台の要部を示す断面図。 第２図は第１図に示す工作機械を用いてワークを加工す
る工程を示す図、 第３図は本発明による工作機械の主軸台構造の一実施例
が適用される、工作機械の一例を示す図。 第４図は従来の工作機械の主軸台構造の一例を示す断面
図、 第５図は第４図に示す工作機械を用いてワークを加工す
る工程を示す図である。 １・・・・・・工作機械 ５・・・・・・主軸台 ６・・・・・・本体 １９・・・・・・ヘッド ２３・・・・・・工具主軸 ２３ａ・・・・・・工具保持手段（工具保持面）２５・
・・・・・主軸駆動モータ ＣＴａ・・・・・・旋回中心 Ｃｒ２・・・・・・主軸中心（中心） 出願人　　ヤマザキマザック株式会社 代理人　　　弁理士　　　相１）伸二 （ほか２名） 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 本体を有し、 前記本体に、ヘッドを、旋回中心を中心として旋回駆動
   自在に設け、 前記ヘッドに、工具主軸を、その主軸中心を前記旋回中
   心に対して所定角度だけ傾け、かつ該主軸中心を中心と
   して回転自在に設け、前記工具主軸に、工具保持手段を
   設け、 更に、前記ヘッドに、前記工具主軸を回転駆動する主軸
   駆動モータを設けて構成した、工作機械の主軸台構造。