JPH04183544A - 工作機械 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は工作機械の構造に関するものであり、特に、高
速の加工を高精度で遂行することができ、しかも、工具
の回転とその軸方向の送りとを完全に同期させなければ
ならないタッピング加工を高速かつ高精度で遂行するこ
とのできるマシニングセンタの構造に関わるものである
。

〔従来の技術〕

従来、横型のマシニングセンタとして知られている工作
機械は、そのＺ軸の移動を、コラム自体を移動させるか
、ワークを載せたテーブルを移動させるのが普通であっ
た。また、主軸ヘッドを移動させるものでは、コラムの
側面で上下に移動するサドルの側面に設けられた比較的
に短い案内部よって、Ｚ軸方向に長い被案内部を有する
主軸ヘッドが案内される形式のものが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、コラムやテーブルを移動させるものは、
Ｚ軸方向の移動重量が大きくなるため主軸回転との同期
が取りづらく、Ｚ軸を迅速に移動させる必要のあるタッ
ピングセンター等には使用できないという問題点があっ
た。さらに、主軸ヘッドの後退動作により工具交換を行
わせる自動工具交換装置（ＡＴＣ）が適用できないとい
う問題点があった。

また、サドルの側面の案内により主軸ヘッドを案内する
ものでは、主軸ヘッドの重心に対して片持ち支持となり
、且つ、Ｚ軸の摺動支持部に対して主軸ヘッドが突出し
、その突出量が変化するため、剛性か弱（なり、また、
剛性値も変化するため安定した加工精度が得られないと
いう問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、そ
の目的とするところは、Ｚ軸方向の移動重量が小さく、
かつ、Ｚ軸方向の安定した案内を可能とし、Ｚ軸方向の
位置による剛性の変化の小さい工作機械を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明では、図面に例示す
るように、コラム４に設けられた左右−対の上下方向案
内部７と、その左右一対の上下方向案内部７により案内
され、前記コラム４との間に設けられた上下方向駆動装
置１２．１３．１４によって上下方向に駆動されるサド
ル９．１０と、そのサドル９．１０の前記一対の上下方
向案内部７の間の部分に設けられた前後方向に長い前後
方向案内部１５と、その前後方向案内部１５によって案
内される比較的に短い被案内部１６を有し、前記サドル
９、ＩＯとの間に設けられた前後方向駆動装置１８．２
１．２２により前記左右一対の上下方向案内部７の間を
通って前後方向に駆動される主軸ヘッド１７と、その主
軸ヘッド１７に回転可能に支持され、一端に各種工具を
着脱可能に装着する主軸１９と、を備えることを特徴と
する工作機械が提供される。

〔作用〕

上記のように構成された工作機械では、主軸】９の回転
軸線を含む垂直平面に対して左右対称に主軸ヘッド１７
を案内する前後方向案内部１５とサドル９．１０を案内
する上下方向案内部７とを設けることができ、対称性か
ら剛性が向上する。

また、熱的にも対称な構造になるので精度が向上する。

さらに、サドル９．１０側に長い前後方向案内部１５を
設は主軸ヘッド１７に比較的に短い被案内部１６が設け
られているから主軸ヘッド１７のＺ軸方向位置に関わら
ず主軸ヘッド１７の先端工具取り付は部から被案内１６
までの距離が変化せず、Ｚ軸方向の位置により剛性が変
化しない。

また、Ｚ軸方向に移動するのは主軸ヘッド１７のみであ
るので、移動重量が小さい。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照し説明する。

第１図は工作機械の正面図、第２図は側面図である。基
台１に設けられた案内レール２上に摺動駒３を介してコ
ラム４が左右方向（Ｘ方向）に移動自在に取り付けられ
ている。コラム４は基台１に固定されたＸ軸モータ５に
より左右に水平移動するようにされている。基台１上に
設けられワークが載置されるテーブルは省略して図示し
ていない。コラム４は鋳物で形成された略箱形をした構
造部材であり、正面中央部に大きな貫通穴６が設けられ
ている。

コラム４の正面左右には上下方向に案内レール７が設け
られ、その左右一対の案内レール７に案内され摺動駒８
を介してサドル本体９が上下方向に移動自在に取り付け
られている。サドル本体９の下端にはサドルベース１０
が一体に固定され両者でサドル９．１０を構成している
。サドル本体９の下部には大きな切り欠き１１が形成さ
れ、サドルベース１０との間に穴を構成している。サド
ルベース１０の後端部はコラム４の貫通穴６内に延出し
ている。サドル本体９はコラム４の頂上に設けられたＹ
軸モータ１２により回転駆動される送りねじ１３に送り
ナツト１４が螺合し上下に移動するようにされている。

Ｙ軸の送りねじ１３は上端がアンギュラ玉軸受けにより
コラム４上部に支承され、下端は自由端となっている。

サドルベース１０の上には前後方向の案内レール１５が
左右に一対設けられ、その左右一対の案内レール１５に
案内され摺動駒１６を介して主軸ヘッド１７が前後方向
に移動自在に取り付けられている。主軸ヘッド１７はサ
ドルベース１０の後端部に固定されたＺ軸モータ１８に
より前後に水平移動するようにされており、サドル本体
９の下部の切り欠き１１とサドルベース１０により構成
される穴から前方に出没するようにされている。

Ｙ軸の送りねじ１３が正面中央から右に偏った位置に設
けられているのは、サドル９．１０を上昇させたときに
主軸ヘッド１７とＹ軸の送りねじ１３とが干渉しないよ
うにするためである。

主軸ヘッド１７には主軸１９が回転自在に支承され、主
軸ヘッド１７の後端部に固定された主軸モータ２０によ
り回転駆動される。主軸１９の前端面には工具ホルダ４
０を装着するテーパ穴が設けられ、主軸１９内に工具ホ
ルダ４０のプルスタッドを挟持し工具ホルダ４０をクラ
ンプする公知の工具クランプ装置が組み込まれている。

ここで、主軸ヘッド１７を案内する前後方向案内部をな
す左右一対の前後方向の案内レール１５と、サドル９を
案内する上下方向案内部をなす左右一対の上下方向の案
内レール７とが、それぞれ主軸１９の回転軸線を含む垂
直平面に対して左右対称に配設されている。このため、
主軸１９を中心とする構造の対称性から剛性が向上する
。また、熱的にも対称な構造になるので精度が向上する
。

さらに、サドル１０側に案内面をなす案内レール１５を
設は主軸ヘッド１７に案内をなす摺動駒１６が設けられ
ているから、主軸ヘッド１７のＺ軸方向位置に関わらず
主軸へラド１７の先端工具取り付は部から摺動駒１６ま
での距離が変化せず、Ｚ軸方向の位置により剛性が変化
しない。

サドル本体９の上部には放射状に配列された１０個のグ
リップアーム５０を有する自動工具交換装置（ＡＴＣ）
のマガジン４５が装着される。

第３図は自動工具交換装置（ＡＴＣ）の部分を示す側断
面図である。サドルベース１０の上の案内レール１５に
案内され摺動駒１６を介して主軸ヘッド１７が前後方向
に移動自在に取り付けられている。主軸ヘッド１７はサ
ドルベース１０に回転自在に取り付けられた送りねじ２
１に螺合する送りナツト２２によりその位置が決められ
る。主軸ヘッド１７には中空の主軸１９が回転自在に支
承され、主軸ヘッド１７の後端部に固定された主軸モー
タ２０にカップリング２３を介して結合されている。中
空の主軸１９内に組み込まれ工具ホルダ４０のプルスタ
ッドを挟持し工具ホルダ４０をクランプする公知の工具
クランプ装置のドローパーに結合されたピン２４が、主
軸１９に形成された軸方向長孔２５を挿通して両端部が
水平方向に突出している。ピン２４は主軸１９を定位置
停止した時に水平方向を向く。

そのピン２４に係合するクランクレバー２６が水平軸２
７により揺動自在に主軸ヘッド１７に支承されている。

第４図に示す様に、クランクレバー２６の上方に延びる
腕は二股に分かれて主軸１９を挟む様にされ、その二股
部によりピン２４の両端を押圧できるようにされている
。クランクレバー２６の他方の腕の先端にはローラ２８
が回転自在に支持されている。そのローラ２８に当接し
てローラ２８を押し上げるための揺動体３ｏが、水平軸
２９により揺動自在に主軸ヘッド１７に支承されている
。揺動体３０は鋳物で形成され、ローラ２８に当接する
橋絡部３１と、送りねじ２１の両側に延出する二股のカ
ム板部とからなり、２枚のカム板部の下端面にはカム３
２が形成されている。そのカム３２に当接して揺動体３
０をカム高さに応じて押し上げるための２つのローラ３
３が、回転自在にサドルベース１０に支承されている。

主軸ヘッド１７を加工領域から工具交換領域に後退させ
ると、揺動体３０が２つのローラ３３に押し上げられ、
揺動体３０の橋絡部３１がクランクレバー２６を押し上
げてクランクレバー２６の二股部がドローパーに結合さ
れたビン２４の両端を押圧し、工具ホルダ４０のプルス
タッドの挟持を解除して工具ホルダ４０をアンクランプ
とする。

第５図は主軸ヘッド１７を示す正面図である。

主軸ヘッド１７の左右両側の前端面に、左右一対の第１
の固定カム４１が締着されている。また、主軸へラド１
７の上側面中央部に第２の固定カム４２が設けられてい
る。これらの固定カム４１．４２は後述するグリップア
ーム５０のカムフォロワ５５．５６と係合する部材であ
る。

再び第３図を参照し、サドル本体９の上部には水平方向
に前方に突出した支持軸４３が固定されている。その支
持軸４３に軸受け４４を介して略円筒形状の工具マガジ
ン４５が回転自在に支承されている。工具マガジン４５
のフランジ部にはローラ状のカムフォロワ４６が１０個
円周上に配設され回転自在に支持されている。一方、サ
ドル本体９の上端にはマガジンモータ４７が配置され、
そのマガジンモータ４７の出力軸に連結されたカム軸４
８に円筒状の公知のバレルカムが固定されている。カム
軸４８の回転に従ってバレルカムにローラ状のカムフォ
ロワ４６が順次係合し、工具マガジン４５を回転駆動し
てその回転位置を割り出す。

工具マガジン４５には放射状に１０個のグリップアーム
５０が配設され、それぞれ揺動軸５１により半径方向外
方に揺動自在に支承されている。

各グリップアーム５０の反自由端側（工具マガジン４５
の回転中心軸線側）には、リンク５４を介して工具マガ
ジン４５の先端部との間に引っ張りばね５２が張設され
、各グリップアーム５０の自由端を工具マガジン４５の
回転中心軸線から離れる方向に付勢している。工具マガ
ジン４５の中央部にはリング状のストッパ５３が固着さ
れ、そのストッパ５３に引っ張りばね５２で付勢された
各グリップアーム５０の反自由端側の端面が当接し、各
グリップアーム５０の揺動位置を規制するようにされて
いる。各グリップアーム５０の自由端と揺動軸５１から
自由端に至る中間には、それぞれ第１の固定カム４１及
び第２の固定カム４２に係合するローラ状の第１のカム
フォロワ５５及び第２のカムフォロワ５６が回転自在に
支承されている。

第６図はグリップアーム５０を示す正面図である。グリ
ップアームの自由端は二股に分かれ、その二股部５７の
外方に一対のローラからなる第１のカムフォロワ５５が
回転自在に支承されている。

また、二股部５７の内側には互いに対向して２つの支持
ピン５８が設けられている。各支持ピン５８は二股部５
７の行き止まり孔５９に摺動自在に支承され、行き止ま
り孔５９に嵌挿された圧縮ばね６０により突出する方向
に付勢されている。従って、各支持ピン５８はその軸線
方向に押圧することにより圧縮ばね６０に抗して後退さ
せることが可能である。二股部５７の互いに対向する２
つの支持ピン５８は、圧縮ばね６０に抗して後退した状
態で、工具ホルダ４０の外径部に周設された外周環状溝
に係合し、２つの支持ピン５８と二股部５７の根本とに
より工具ホルダ４０を把持する。

上記の構成に基づき作動について第３図を参照し説明す
る。ワークを切削する加工状態では、主軸ヘッド１７は
想像線に示す様に前進した加工領域にいる。この時、空
のグリップアーム５０は、第２のカムフォロワ５６が主
軸ヘッド１７の上側面中央部の第２の固定カム４２に押
し上げられて引っ張りばね５２の付勢力に抗して揺動さ
れ、主軸ヘッド１７の前後進の邪魔にならない位置にい
る。

当該工具での加工が終了し、工具交換のため主軸定位置
停止の後主軸ヘッド１７が加工領域から工具交換領域に
後退すると、まず、第２のカムフォロワ５６が第２の固
定カム４２の傾斜面に当接するようになり、引っ張りば
ね５２の付勢力により空のグリップアーム５０が徐々に
左方向に回転を始める。次いで、グリップアーム５０の
自由端の第１のカムフォロワ５６が第１の固定カム４１
に当接するようになり、グリップアーム５０の二股部５
７の内側に対向する２つの支持ピン５８が、第１の固定
カム４１に案内されて主軸１９に装着された工具ホルダ
４０の外周環状溝に係合し始める。同時に、主軸ヘッド
１７の下方に取り付けられた揺動体３０がサドルベース
１０に取り付けられた２つのローラ３３に押し上げられ
、揺動体３０の橋絡部３１がクランクレバー２６を押し
上げてその二股部がドローパーに結合されたピン２４の
両端を押圧し、工具ホルダ４０のプルスタッドの挟持を
解除し工具ホルダ４０をアンクランプ状態にする。

主軸ヘッド１７の後退が進むと、グリップアーム５０の
二股部５７が完全に工具ホルダ４０を把持し、グリップ
アーム５０の反自由端偶の端面がストッパ５３に当接す
る。さらに主軸ヘッド１７が後退すると、グリップアー
ム５０に工具ホルダ４０を把持したまま取り残され、工
具ホルダ４０が主軸から引き抜かれる。図示の様に、主
軸ヘッド１７が最後端まで後退すると、工具ホルダ４０
が主軸１９から完全に引き抜かれ工具マガジン４５が回
転可能な状態になる。

次に、マガジンモータ４７の回転により工具マガジン４
５が旋回され、次に使用する工具の中心軸線が主軸１９
の回転軸線と一致するように工具マガジン４５の回転割
り出しがなされる。

回転割り出しが完了すると、主軸ヘッド１７の前進が開
始される。主軸ヘッド１７の前進に従い前述と逆の動作
が実行され、主軸１９に工具ホルダ４０が装着される。

即ち、主軸へラド１７の前進に従い工具ホルダ４０のテ
ーパアーバ部が主軸１９のテーパ孔に挿入され、第１の
固定カム４１が第１のカムフォロワ５５に当接して押圧
し、グリップアーム５０が徐々に右方向に回転を始める
。

同時に揺動体３０がサドルベースｌＯの２つのローラ３
３から外れ始め、工具ホルダ４０をクランプ状態にする
。さらに主軸ヘッド１７が前進すると、グリップアーム
５０の二股部５７が工具ホルダ４０から外れ、第２の固
定カム４２が第２のカムフォロワ５６に当接して押圧し
、グリ・ツブアーム５０を主軸ヘッド１７の前後進の邪
魔にならない揺動位置に保持する。そして、主軸ヘッド
１７は加工領域に前進し、次の加工を開始する。

以上説明した実施例では、第１と第２の二種類の固定カ
ム４１．４２によりグリップアーム５０を揺動させるよ
うにしたが、一種類の固定カムによりグリップアーム５
０を揺動させるようにしてもよい。第７図はそのような
第２の実施例を示す側断面図、第８図は主軸ヘッドの正
面図である。

図中において前記実施例と同じ部材は同じ符号を付して
説明を省略する。この実施例では、主軸へラド１７の両
側面部に一対の固定カム７０が設けられている。固定カ
ム７０は主軸端面において回転軸線に垂直なカム面７１
と、傾斜したカム面７２と、主軸ヘッドの上側面におい
て水平なカム面７３とを連続して有している。グリ・ツ
ブアーム５０の二股部５７には前記実施例の第１のカム
フォロワ５５に相当する一対のカムフォロワ７５が設け
られている。前記実施例の第２のカムフォロワ５６に相
当するカムフォロワはない。主軸へ・ラド１７の往復運
動に従って、一対のカムフォロワ７５が固定カム７０の
垂直なカム面７１と、傾斜したカム面７２と、水平なカ
ム面７３とに順次当接し、グリップアーム５０を揺動さ
せて前記実施例と同様に主軸１９とグリップアーム５０
の二股部５７との間で工具を授受するようにしている。

〔発明の効果〕

本発明は、上記の構成を有し左右一対の上下方向案内部
の間を通って前後方向に駆動される主軸ヘッドを備える
ものであるから、Ｚ軸方向の移動重量が小さく、かつ、
Ｚ軸方向の安定した案内を可能とし、Ｚ軸方向の位置に
よる剛性の変化が小さいという優れた効果がある。この
ため、安定した加工精度を得ることができる。また、Ｚ
軸方向の移動重量が小さいため、主軸回転との同期性能
が高（なり、Ｚ軸を迅速に移動させる必要のあるタッピ
ングセンター等に好適である。

また、主軸の回転軸線と主軸ヘッドの駆動方向を平行に
したものは、主軸ヘッドの後退動作により工具交換を行
わせる簡易な構造の自動工具交換装置が適用できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は工作機械の正面
図、第２図は側面図、第３図は自動工具交換装置（ＡＴ
Ｃ）の部分を示す側断面図、第４図は揺動体を示す斜視
図、第５図は主軸ヘッドを示す正面図、第６図はグリッ
プアームを示す正面図、第７図は第２の実施例を示す側
断面図、第８図は主軸ヘッドの正面図である。 ４０．コラム、　　７１．案内レール、９１．サドル本
体、　　１０１．サドルベース、　　１５．。 案内レール、１６６．摺動駒、１７１．主軸ヘッド、　
　１９０．主軸。 第　１１図 第２図 第５図 、７５６ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　コラムに設けられた左右一対の上下方向案内部と、 その左右一対の上下方向案内部により案内され、前記コ
   ラムとの間に設けられた上下方向駆動装置によって上下
   方向に駆動されるサドルと、 そのサドルの前記一対の上下方向案内部の間の部分に設
   けられた前後方向に長い前後方向案内部と、 その前後方向案内部によって案内される比較的に短い被
   案内部を有し、前記サドルとの間に設けられた前後方向
   駆動装置により前記左右一対の上下方向案内部の間を通
   って前後方向に駆動される主軸ヘッドと、 その主軸ヘッドに回転可能に支持され、一端に各種工具
   を着脱可能に装着する主軸と、を備えることを特徴とす
   る工作機械。 ２　前記主軸の回転軸線が、主軸ヘッドのサドルに対す
   る被駆動方向と平行にされていることを特徴とする請求
   項１に記載された工作機械。 ３　前記サドルが、前記主軸に装着される複数の工具を
   回転割り出し可能に装着する工具マガジンを搭載し、そ
   の工具マガジンと主軸との間の工具交換動作が、サドル
   と主軸との間の相対運動に基づいて行われるようにされ
   ていることを特徴とする請求項１または２に記載された
   工作機械。 ４　前記工具マガジンの回転割り出しが、前記主軸の回
   転軸線と平行な軸線を中心に行われるようにされている
   ことを特徴とする請求項３に記載された工作機械。 ５　前記コラムが、ベッドに対して移動可能とされてお
   り、その移動の方向が、前記主軸の回転軸線を含み前記
   サドルのコラムに対する被駆動方向に平行な平面に対し
   て直行する軸線の方向とされていることを特徴とする請
   求項１乃至４のいずれかにに記載された工作機械。