JP5008715B2 - マシニングセンタ - Google Patents

Description

本発明は、左右方向（Ｘ軸方向）の占有幅を抑制するようにした立形のマシニングセンタに関する。

立形のマシニングセンタは、テーブル上に工作物を位置決め固定し、また垂直な主軸の下端に工具を取り付け、工作物の加工に際しては、工作物と工具とを３次元的（３軸方向）に相対的に移動させる。すなわち工具を工作物に対してＸ軸方向（左右方向），Ｙ軸方向（前後方向），Ｚ軸方向（上下方向）に相対的に移動させることにより工作物を加工するものである。

上述の３軸方向の相対移動のうち、Ｘ軸方向の相対移動については、工具（主軸）は移動させずにテーブルを移動させるものが一般的である（例えば、特許文献１）。

特開２０００−１５８２１７号公報

しかしながら、テーブルをＸ軸方向に移動させるものは、その構成上、マシニングセンタ全体のＸ軸方向（左右方向）の占有幅（左右方向の寸法）を短くするのが難しい、つまりマシニングセンタ全体を幅狭に構成することが困難であるという問題があった。

この点を、図４（ａ），（ｂ）を参照して、例えば、Ｘ軸方向の幅が最大加工可能幅Ｗｍａｘである工作物Ａの、左端部近傍に穴Ｈ１を加工し、その後、右端部近傍に穴Ｈ２を加工する場合を例に説明する。

まず、テーブル１００上に工作物Ａを位置決め固定する。（ａ）に示すように、テーブル１００をＸ軸の正方向に移動させて主軸１０１の先端（下端）に取り付けられた工具１０２の下方に、工作物Ａの加工すべき箇所が位置するようにする。そして、主軸１０１をＺ軸の負方向に移動させて穴Ｈ１を穿設する。その後、（ｂ）に示すように、テーブル１００をＸ軸の負方向に移動させて、工具１０２の下方に、工作物Ａの次に加工すべき箇所が位置するようにする。そして、主軸１０１をＺ軸の負方向に移動させて穴Ｈ２を穿設する。

上述の穴Ｈ１の加工に際しては、（ａ）に示すように、工作物Ａのほぼ全体が主軸１０１を基準にこれよりも右方に位置することになり、一方、上述の穴Ｈ２の加工に際しては、（ｂ）に示すように、工作物Ａのほぼ全体が主軸１０１を基準にこれよりも左方に位置することになる。すなわち、工作物Ａは、Ｘ軸方向に沿って最大加工幅Ｗｍａｘのほぼ２倍の範囲内で移動することになる。このためマシニングセンタ全体のＸ軸方向の占有幅が少なくとも２Ｗｍａｘだけ必要となり、これよりも幅狭にすることはできない。このため、例えば、マシニングセンタをＸ軸方向に沿って複数並べて配置する場合、全体としてＸ軸方向の占有幅が広くなってしまう。

そこで、本発明は、Ｘ軸方向の占有幅を短縮するようにしたマシニングセンタを提供することを目的とし、さらにＸ軸方向の占有幅を短縮したマシニングセンタをＸ軸方向に複数（例えば３台以上）並べて配置することに伴う問題（例えばメンテナンス、工具の交換、切り屑の処置等についての問題）を解消することを目的とするものである。

請求項１の発明は、テーブル上に取り付けられた工作物を加工する立形のマシニングセンタにおいて、
先端に工具取り付け部を有し、装置本体に対しＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能でＸ軸方向には移動不能な主軸を有し、
該主軸は、当該主軸の回転中心軸が移動する前記Ｙ軸方向及びＺ軸方向によって定義される単一のＹ−Ｚ平面上のみを移動し、
Ｃ軸方向のみに回転する水平な工作物取り付け面を有し、前記装置本体の前側に配置されたターンテーブルと、
前記装置本体側における前記ターンテーブルの後方に配置され、前記単一のＹ−Ｚ平面上に工具交換位置を有する自動工具交換装置と、を備え、
前記装置本体は、前記主軸を支持するヘッドと、該ヘッドを支持するコラム及び該コラムを支持するベースを有し、
前記ベースは門形に形成され、かつ前記Ｙ軸方向に貫通された空間を有し、
前記空間に前記自動工具交換装置が配置され、
前記コラムは前記ベースの上部に、該ベースの上部に形成された１対のガイドレールを介して前記Ｙ軸方向に移動可能に支持され、
前記１対のガイドレールは、前記ベースの前記Ｘ軸方向における両端の近傍に、前記Ｙ軸方向に向けて敷設され、
前記ベースの上部に、前記単一のＹ−Ｚ平面上で前記Ｙ軸方向に配置され、前記コラムの下面で支持されたナットを介して該コラムを前記Ｙ軸方向に移動可能に設けられると共に前記ベースの上部における前記Ｘ軸方向のほぼ中央部に形成された支持部によって保持されたＹ軸用ボールねじを有し、
前記ターンテーブルは、前記Ｙ軸用ボールねじより前記Ｚ軸方向の下方に配置されており、
前記ヘッドは前記コラム上で、前記Ｙ軸用ボールねじの前記Ｙ軸方向の前方を、前記Ｚ軸方向に、前記工作物取り付け面上の工作物を加工可能なるように移動可能に支持され、
前記自動工具交換装置は、円板状のツールマガジンが回転駆動自在に配置されており、該ツールマガジンの外周近傍にはツール保持部が形成されており、
前記主軸の回転中心軸と前記ターンテーブルの回転中心軸と前記ツールマガジンの回転中心軸は共に、前記Ｚ軸に対して平行であり、それら回転中心軸と前記工具交換位置は共に前記単一のＹ−Ｚ平面上に配置され、
前記ターンテーブルのＣ軸方向の回転と、前記主軸の回転中心軸の前記単一のＹ−Ｚ平面上での前記Ｙ軸方向及びＺ軸方向の移動とに基づいて、前記工作物取り付け面上の工作物を加工し、また前記主軸の回転中心軸と前記ツールマガジンの回転中心軸との前記単一のＹ−Ｚ平面上での前記Ｙ軸方向及びＺ軸方向の相対移動に基づいて、前記主軸と前記自動工具交換装置との間で工具交換を行う、
ことを特徴として構成される。

請求項２の発明は、前記Ｙ軸用ボールねじのねじ軸は、前記ベース上部の前側と後端に形成された支持部を介して支持されており、
前記ねじ軸の後端で、前記ベース上部の後端に形成された支持部の後方に、Ｙ軸サーボモータを、前記支持部から後方に突出する形で接続した、
ことを特徴として構成される。
請求項３の発明は、前記自動工具交換装置（１３）がＹ軸方向に移動可能に構成されている、ことを特徴として構成されている。

請求項４の発明は、前記ターンテーブル（１２）をＹ軸方向に移動させるスライドベース（７１）を有する、
ことを特徴として構成されている。

請求項５の発明は、前記ツールマガジンは、その直径が前記ベースのＸ軸方向の占有幅とほぼ同じに形成されている、
ことを特徴として構成される。

請求項１の発明によると、ターンテーブル（１２）のＣ軸方向の回転と、主軸（１１）のＹ軸方向の移動との組み合わせにより、すなわち、ターンテーブル（１２）の工作物取り付け面（５２）をＣ軸方向に回転させ、かつ垂直な主軸（１１）をＹ軸方向に移動させることにより、主軸（１１）の先端（下端）の工具取り付け部（５１）の直下に、工作物取り付け面（５２）上の任意の点を位置決めすることができる。したがって、ターンテーブル（１２）の工作物取り付け面（５２）に工作物（Ｗ）を取り付け、また主軸（１１）の工具取り付け部（５１）に工具を取り付けた場合には、工作物（Ｗ）の上面の任意の点を、工具の直下に位置決めすることができる。この状態で、主軸（１１）を回転させつつＺ軸方向に下降させることで、工具により、工作物（Ｗ）の上面の任意の位置を加工することができる。

このように、ターンテーブル（１２）のＣ軸方向の回転と主軸（１１）のＹ−Ｚ平面上での移動とによって工作物（Ｗ）の上面の任意の位置を工具の直下に位置決めし、そして加工することができるので、テーブルをＸ軸方向に移動させて加工する場合に比して、装置本体（１０）のＸ軸方向（左右方向）の占有幅を狭くすることができる。

また、装置本体（１０）の前側にターンテーブル（１２）が配置され、その後方に自動工具交換装置（１３）が配置されているので、この配置によっても、マシニングセンタ（１）全体として、Ｘ軸方向（左右方向）の占有幅を狭く構成することが可能となる。

さらにまた、主軸（１１）と自動工具交換装置（１３）とのＹ−Ｚ平面内での相対移動によって、つまり両者ともＸ軸方向には移動することなく両者間で工具交換することができるので、このことも、マシニングセンタ（１）のＸ軸方向の占有幅を狭める一助となる。

請求項３の発明によると、自動工具交換装置（１３）がＹ軸方向に移動可能であるので、主軸（１１）と自動工具交換装置（１３）との間で工具を交換する際に、Ｙ軸方向に沿って双方を相互に近づく方向に移動させることにより、いずれか一方を移動させる場合に比べて、工具交換時間を短縮することができる。

請求項４の発明によると、ターンテーブルのＣ軸方向の回転と、スライドベースの主軸に対するＹ軸方向の相対移動との組み合わせにより、すなわち、ターンテーブルの工作物取り付け面をＣ軸方向に回転させ、かつスライドベースの主軸に対する相対移動によって工作物取り付け面をＹ軸方向に移動させることにより、主軸の先端（下端）の工具取り付け部の直下に、工作物取り付け面上の任意の点を位置決めすることができる。したがって、ターンテーブルの工作物取り付け面に工作物を取り付け、また主軸の工具取り付け部に工具を取り付けた場合には、工作物の上面の任意の点を、工具の直下に位置決めすることができる。この状態で、主軸を回転させつつＺ軸方向に下降させることで、工具により、工作物の上面の任意の位置を加工することができる。

このように、ターンテーブルのＣ軸方向の回転とスライドベースの主軸に対するＹ軸方向の相対移動とによって工作物の上面の任意の位置を工具の直下に位置決めし、そして加工することができるので、テーブルをＸ軸方向に移動させて加工する場合に比して、装置本体のＸ軸方向（左右方向）の占有幅を狭くすることができる。

なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、したがって、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、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成又は作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。

＜実施の形態１＞
図１，図２に本発明に係るマシニングセンタの一例として実施の形態１に係るマシニングセンタ１を示す。このうち図１は、マシニングセンタ１をＹ−Ｚ平面で切った断面を右方から見た図、また図２は、マシニングセンタ１の装置本体１１及びターンテーブル１２の上面図を示すものである。ただし、図２においては、説明の便宜上、コラム１７、Ｚ軸用ボールねじ４３、Ｚ軸用サーボモータ４８等の図示は省略している。

なお、以下の説明では、マシニングセンタ１のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸は、立形のマシニングセンタの一般的な定義に従って以下のように決める。図２中の上下方向をマシニングセンタ１における「Ｘ軸方向（左右方向）」、また図１中及び図２中の左右方向をマシニングセンタ１における「Ｙ軸方向（前後方向）」、さらに図１中の上下方向をマシニングセンタ１における「Ｚ軸方向（上下方向）」というものとする。また、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の正方向及び負方向は図示のようになる。さらに、説明の便宜上、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の原点は、後述のターンテーブル１２の工作物取付け面５２の回転中心Ｏに設定するものとする。

図１，図２に示すように、マシニングセンタ１は、装置本体１０の一部を構成する主軸１１と、装置本体１０の前側に配置されたターンテーブル１２と、このターンテーブ１２の後方に配置された自動工具交換装置（ＡＴＣ）１３と、このＡＴＣ１３のさらに後方に配置された分離式制御盤１４と、装置本体１０の前側に配設された退避可能な操作盤１５とを備えている。以下、装置本体１０から順に説明する。

装置本体１０は、装置本体１０全体を床面Ｆに設置する際の基礎となるベース１６と、このベース１６によってＹ軸方向移動可能に支持されたコラム１７と、このコラム１７によってＺ軸方向移動可能に支持されたヘッド１８と、このヘッド１８によって回転可能に支持された主軸１１とを主要構成要素として備えている。

このうちベース１６は、図２に示すように、その上部に一対のガイドレール２０，２１が形成されている。ガイドレール２０，２１は、ベース１６の上部における左端部近傍（図２の上端部近傍）と右端部近傍（図２の下端部近傍）とのそれぞれに、Ｙ軸方向に向けて敷設されている。ガイドレール２０，２１は、例えば、それぞれ２つの傾斜面を長手方向に直交する方向の断面形状が上方に向かって凸の不等辺三角形になるように組み合わせて形成されている。

これらガイドレール２０，２１は、後述のコラム１７をＹ軸方向に案内する案内面となる。ベース１６の上部におけるＸ軸方向のほぼ中央には、図１に示すように、Ｙ軸方向の前側と後端とに、支持部２２，２３が形成されている。これら支持部２２，２３は、後述のコラム１７をＹ軸方向に移動させるためのＹ軸用ボールねじ３１のねじ軸３２を直接保持するための支持部である。ベース１６は、前面視においてほぼ門形に形成されていて、Ｙ軸方向に貫通された空間Ｓが形成されている。この空間Ｓには、後述のＡＴＣ１３や、切り屑搬送装置６０が配設されるようになっている。

コラム１７は、上述のベース１６のガイドレール２０，２１の案内面に載せられていて、ガイドレール２０，２１に沿ってＹ軸方向に移動可能となっている。コラム１７の下面には、Ｘ軸方向のほぼ中央における後側に支持部２４が形成されている。支持部２４は、上述のベース１６側の後側の支持部２３の前方に配置されている。支持部２４は、後述のＹ軸用ボールねじ３１のナット３３を支持するためのものである。なお、ベース１６側の前側の支持部２２のすぐ後方に二点鎖線で図示する支持部２４は、コラム１７が前方に移動されたときの支持部２４の位置を示すものである。

図２に示すように、コラム１７の前端には一対のガイドレール２６，２７が形成されている。ガイドレール２６，２７は、コラム１７の前端における左端部近傍（図２中の上端部近傍）と右端部近傍（図２中の下端部近傍）とのそれぞれに、Ｚ軸方向に向けて敷設されている。これらガイドレール２６，２７は、後述のヘッド１８のＺ軸方向の移動をガイドするためのものである。コラム１７の前端におけるＸ軸方向のほぼ中央には、図１に示すように、上側と下側とに支持部２８，３０が形成されている。これら支持部２８，３０は、後述のヘッド１８をＺ軸方向に移動させるためのＺ軸用ボールねじ４３のねじ軸４４を直接保持するための支持部である。

上述のコラム１７と前述のベース１６との間には、Ｙ軸用ボールねじ３１が介装されている。Ｙ軸用ボールねじ３１は、ねじ軸３２と、ナット３３と、これらの間に介装される多数のボール（不図示）とを有している。このうちねじ軸３２は、Ｙ軸方向に向けて配置されている。さらに詳しくは、Ｙ−Ｚ平面上でかつＹ軸に平行に配置されている。ねじ軸３２は、その前端側が上述のベース１６の前側の支持部２２によりベアリングを介して回転自在に支持されており、また後端側がベース１６の後側の支持部２３によりベアリングを介して回転自在に支持されている。ねじ軸３２の後端、すなわち支持部２３から後方に突出されている部分には、カップリング３５を介して、Ｙ軸サーボモータ３６の出力軸３７が接続されている。ねじ軸３２に対して、ナット３３は、上述のコラム１７の支持部２４に固定されるとともに、ねじ軸３２に螺合されている。なお、ナット３３は、ダブルナットとなっていて、バックラッシを除去する構成となっている。

このように構成されたＹ軸用ボールねじ３１は、Ｙ軸サーボモータ３６の正転によりカップリング３５を介してねじ軸３２が正転し、これに螺合されているナット３３がＹ軸方向の正方向（後方）に移動する。これにより、ナット３３と一体のコラム１７が後方に移動する。一方、Ｙ軸サーボモータ３６の逆転によりカップリング３５を介してねじ軸３２が逆転し、ナット３３がＹ軸方向の負方向（前方）に移動する。これにより、ナット３３と一体のコラム１７が前方に移動するようになっている。このときに、コラム１７のＹ軸方向（前後方向）の移動は、前述のベース１６のガイドレール２０，２１に案内されて精度よく行われる。また、Ｙ軸方向についてのコラム１７の位置は、Ｙ軸サーボモータ３６の回転角度を制御することにより、精度よく制御されるようになっている。

ヘッド１８は、上述のコラム１７のガイドレール２６，２７に沿ってＺ軸方向に移動可能となっている。ヘッド１８の後面には、Ｘ軸方向における左端部近傍（図２中の上端部近傍）と右端部近傍（図２中の下端部近傍）とに、上述のガイドレール２６，２７に沿って摺動するガイド部３８，４０が形成されている。またヘッド１８の後面には、Ｘ軸方向のほぼ中央における上側に支持部４１が形成されている。支持部４１は、上述のコラム１７の上側の支持部２８の下方に配置されている。支持部４１は、後述のＺ軸用ボールねじ４３のナット４５を支持するためのものである。なお、コラム１７側の下側の支持部３０のすぐ上方に二点鎖線で図示する支持部４１は、ヘッド１８が下方に移動されたときの支持部４１の位置を示すものである。

上述のヘッド１８とコラム１７との間には、Ｚ軸用ボールねじ４３が介装されている。Ｚ軸用ボールねじ４３は、ねじ軸４４と、ナット４５と、これらの間に介装される多数のボール（不図示）とを有している。このうちねじ軸４４は、Ｚ軸方向に向けて配置されている。さらに詳しくは、Ｙ−Ｚ平面上でかつＺ軸に平行に配置されている。ねじ軸４４は、その上端側が上述のコラム１７の上側の支持部２８によりベアリングを介して回転自在に支持されており、また下端側がコラム１７の下側の支持部３０によりベアリングを介して回転自在に支持されている。ねじ軸４４の上端、すなわちねじ軸４４における支持部２８から上方に突出されている部分には、カップリング４７を介して、Ｚ軸サーボモータ４８の出力軸５０が接続されている。ねじ軸４４に対して、ナット４５は、上述のヘッド１８の支持部４１に固定されるとともに、ねじ軸４４に螺合されている。

このように構成されたＺ軸用ボールねじ４３は、Ｚ軸サーボモータ４８の正転によりカップリング４７を介してねじ軸４４が正転し、これに螺合されているナット４５がＺ軸方向の正方向（上方）に移動する。これにより、ナット４５と一体のヘッド１８が上方に移動する。一方、Ｚ軸サーボモータ４８の逆転によりカップリング４７を介してねじ軸４４が逆転し、ナット４５がＺ軸方向の負方向（下方）に移動する。これにより、ナット４５と一体のヘッド１８が下方に移動するようになっている。このときに、ヘッド１８のＺ軸方向（上下方向）の移動は、前述のコラム１７のガイドレール２６，２７に案内されて精度よく行われる。また、Ｚ軸方向についてのヘッド１８の位置は、Ｚ軸サーボモータ４８の回転角度を制御することにより、精度よく制御されるようになっている。

主軸１１は、Ｚ軸方向に向いた回転中心（垂直な回転中心）を有していて、上述のヘッド１８によって回転自在に支持されている。主軸１１は、先端となる下端部に工具取り付け部５１を有しており、主軸モータ（不図示）によって正逆方向に回転駆動されるようになっている。

以上説明したように、装置本体１０は、ベース１６、コラム１７、ヘッド１８、主軸１１等を備えている。そして、コラム１７は、Ｙ軸サーボモータ３６の回転によりＹ軸用ボールねじ３１を介して、ベース１６に対してＹ軸方向に移動する。また、ヘッド１８は、Ｚ軸サーボモータ４８の回転によりＺ軸用ボールねじ４３を介して、コラム１７に対してＺ軸方向に移動する。したがってヘッド１８によって回転自在に支持された主軸１１及びその下端の工具取り付け部５１に装着された工具は、Ｙ軸サーボモータ３６及びＺ軸サーボモータ４８の回転によってＹ軸方向及びＺ軸方向に移動できるように構成されている。つまり、主軸１１及び工具は、Ｙ軸・Ｚ軸サーボモータ３６，４８の回転によってＹ−Ｚ平面上を移動できるようになっている。

ターンテーブル１２は、図１，図２に示すように、装置本体１０の前側に配置されている。ターンテーブル１２は、本実施の形態では、上面視が正方形となるように形成されていて、上面には工作物取り付け面５２を有している。ターンテーブル１２は、モータ（不図示）によってＣ軸（Ｚ軸を中心とした回転制御軸）方向に回転中心Ｏを中心として回転駆動される。この回転中心Ｏは、上述のように、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の原点となる。本実施の形態においては、ターンテーブル１２は、Ａ軸（Ｘ軸を中心とした回転制御軸）方向及びＢ軸（Ｙ軸を中心とした回転制御軸）方向には回転しないのはもちろん、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向のいずれの方向にも移動しないように構成されている。なお、このターンテーブル１２については、本発明の主旨、すなわちマシニングセンタ１のＸ軸方向（左右方向）の占有幅を狭くするという主旨に沿った観点のみを考慮した場合には、必ずしもＹ軸方向及びＺ軸方向の移動を禁止するものではない。ただし、構成の簡略化という観点からは、Ｃ軸方向の回転のみで十分である。

ＡＴＣ（自動工具交換装置）１３は、上述のターンテーブル１２の後方において、前述のベース１６の空間Ｓ内に配置されている。ＡＴＣ１３は、図１，図２に示すように、水平な円板状のツールマガジン５３と、これを回転駆動するサーボモータ５４とを有している。このうちツールマガジン５３は、図２に示すように、外周近傍を周方向に等分する位置に多数のツール保持部５５が形成されている。ツールマガジン５３は、その直径が装置本体１０（又はベース１６）のＸ軸方向の占有幅とほぼ同じに形成されている。これにより、ＡＴＣは、装置本体１０から左右方向に、はみ出すことなく、しかも可及的多くのツール保持部５５を確保するようにしている。

サーボモータ５４は、上述のツールマガジン５３の回転中心を吊下するように配置されていて、ツールマガジン５３を直接回転駆動し、またその回転角度を制御するようになっている。これらツールマガジン５３、サーボモータ５４は、いずれも回転中心が垂直（Ｚ軸に平行）でかつＹ−Ｚ平面上に位置するように配置されている。ＡＴＣ１３全体は、移動機構（不図示）によってＹ軸方向に移動可能に構成されている。すなわち図１に示す退避位置から矢印Ｋ方向（Ｙ軸方向の負方向）に移動して、工具交換に係るツール保持部５５を工具交換位置（ＡＴＣポイント）Ｐに配置し、工具交換後にはＡＴＣポイントＰから退避位置に復帰するようになっている。このように、ＡＴＣ１３がＹ軸方向に移動可能に構成されることにより、ＡＴＣ１３がＹ軸方向に移動不能で主軸１１のみがＹ軸方向に移動可能である場合と比較して、工具交換時間を短縮することが可能となる。

分離式制御盤１４は、上述のＡＴＣ１３のさらに後方に配置されている。分離式制御盤１４は、上述の装置本体１０から分離されて個別に（独立に）構成されている。分離式制御盤１４には、上述のＹ軸サーボモータ３６、Ｚ軸サーボモータ４８、主軸モータ、ターンテーブル１２駆動用のモータ等の動作を制御するための制御盤等が収納されている。分離式制御盤１４は、図１に示す所定位置から、これよりもさらに後方（Ｙ軸方向の正方向）の退避位置（不図示）に移動可能である。

この分離式制御盤１４と装置本体１０とは、機上ダクト５６によって連結されている。機上ダクト５６には、分離式制御盤１４と装置本体１０とを電気的に接続するためのケーブル等が配線されている。機上ダクト５６のうちの水平部分５７は、後述の作業空間Ｒ内で作業者Ｍが作業を行う際の邪魔にならないように、作業者Ｍよりも高い位置を通っており、さらに、その一部は分離式制御盤１４が後方に退避可能であるのに対応して、伸縮可能（不図示）に構成されている。分離式制御盤１４が退避位置に配置されたときには、分離式制御盤１４と装置本体１０との間には、作業空間Ｒが形成されるようになっている。

操作盤１５は、上述の機上ダクト５６内に配設されたケーブルを介して、上述の分離式制御盤１４と電気的に接続されている。操作盤１５は、上述のターンテーブル１２の上方に構成される加工空間Ｎを箱状に覆うカバー５８の前面に配設されている。カバー５８の前面における下側の部分には、ターンテーブル１２上に工作物を取り付けたり、加工後の工作物を取り外したりするための開閉扉（不図示）が設けてある。操作盤１５は、作業者Ｍが操作する際の操作位置（図１中の点線）と、これよりも上方の退避位置（図１中の実線）との間をＺ軸方向（上下方向）に移動可能である。操作盤１５が退避位置に配置されたときには、作業者Ｍがターンテーブル１２に対して工作物を着脱する際の邪魔にならない。

上述のマシニングセンタ１には、さらに工作物の加工によって発生した切り屑を排出するための切り屑搬送装置６０が配設されている。切り屑搬送装置６０は、図１に示すように、上述のターンテーブル１２の下方からＡＴＣ１３の下方を経由して装置本体１０の後方に延設されている。切り屑搬送装置６０は、例えばコンベアによって構成されていて、加工によってターンテーブル１２上で発生した切り屑を、ＡＴＣ１３の下方を経由して、ＡＴＣ１３と分離式制御盤１４との間に設定されている回収地点６１に搬送する。搬送された切り屑は、この回収地点６１に配設されているバケット６２、すなわち上面が投入口として開口されているバケット６２内に落下して回収される。切り屑を回収したバケット６２は、上述の分離式制御盤１４を退避位置に移動させることにより、マシニングセンタ１の後方（背面側：図１中の右側）から取り出すことができる。

上述のマシニングセンタ１は、図２に示すように、主軸１１を有する装置本体１０をはじめ、その他の構成要素のすべて、すなわちターンテーブル１２、ＡＴＣ１３、分離式制御盤１４、操作盤１５、切り屑搬送装置６０が装置本体１０のＸ軸方向（左右方向）の占有幅と同じかこれよりも内側に位置するように、つまり装置本体１０のＸ軸方向の占有幅内に収まるように構成されている。

次に、上述構成のマシニングセンタ１の動作について説明する。

マシニングセンタ１においては、その主軸１１は、工作物の加工時には、ベース１６に対するコラム１７のＹ軸方向の移動、及びコラム１７に対するヘッド１８のＺ軸方向の移動によって、Ｙ−Ｚ平面上の図１中のａ，ｂ，ｃ，ｄで囲まれた領域内で移動可能である。このうちＹ軸方向については、ターンテーブル１２の回転中心Ｏ（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の原点）よりも少し前（ｂ，ｃ）から、ターンテーブル１２の後端よりもさらに後方（ａ，ｄ）まで移動可能である。したがって、原理的には、Ｙ軸方向に沿っての回転中心Ｏからｄまでの距離の２倍程度の寸法の工作物を加工できることになる。また、主軸１１は、工具の交換時には、図１中のｅ，ｆ，ｇの位置に移動できるようになっている。

図３の模式図を参照してさらに説明する。同図は、上面視においてターンテーブル１２と同形の、すなわち正方形の工作物Ｗの４隅に孔Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６を明ける例を示している。ターンテーブル１２をＣ軸方向に回転させることにより、いずれの穴Ｈ３〜Ｈ６も同図中のＹ軸上で、かつ主軸１１の移動範囲ｃ（ｂ）〜ｄ（ａ）に移動させることができる。このように、ターンテーブル１２のＣ軸方向の回転と、主軸１１のＹ軸方向の移動とによって、穴Ｈ３〜Ｈ６のいずれも主軸１１の加工可能範囲である移動範囲ｃ〜ｄ内に配置することができ、さらに主軸１１をＺ軸方向に移動させることにより穴Ｈ３〜Ｈ６を加工することができる。

同様にして、工作物Ｗの任意の箇所を主軸１１によって加工することができる。図３に示す例では、原理的には、マシニングセンタ１のＸ軸方向（左右方向）の占有幅は、正方形状のターンテーブル１２の対角線の長さだけあれば十分である。これに対して、従来技術で説明したように、テーブルをＸ軸方向に移動させるマシニングセンタでは、ターンテーブル１２の一辺の長さのほぼ２倍の長さのＸ軸方向の占有幅が必要となる。

以上説明したように、本実施の形態１に係るマシニングセンタ１によると、主軸１１をＹ軸方向及びＺ軸方向に移動させる一方、ターンテーブル１２をＣ軸方向に回転させることにより、Ｘ軸方向の占有幅の狭いマシニングセンタ１を構築することができる。

したがって、このマシニングセンタ１を左右方向（Ｘ軸方向）に複数（例えば３台以上）並べて設置する場合には、全体としてのＸ軸方向（左右方向）の占有幅を短縮することができる。

ところで、３台以上のマシニングセンタ１を左右方向に並べた場合には、両端に配置された２台を除く、中間部に配置された他のマシニングセンタ１については、装置本体１０のメンテナンスやＡＴＣ１３のツールマガジン５３に対する人手による工具交換や切り屑の処理等を、装置本体１０の側面側（左側面側又は右側面側）から実施することはできない。

そこで、本実施の形態では、前述のように、制御盤を装置本体１０から独立した分離式制御盤１４として、これを後方に退避可能とし、後方に退避させたときに、装置本体１０とこの分離式制御盤１４との間に作業空間Ｒを構成するようにしている。したがって、上述の装置本体１０のメンテナンスやＡＴＣ１３の手動での工具交換や切り屑の処理等は、この作業空間Ｒを広く確保して行うことができるようになった。さらに、切り屑搬送装置６０によって切り屑をＡＴＣ１３と分離式制御盤１４との間に設定されている回収地点６１、つまり作業空間Ｒに設定されている回収地点６１に搬送するようにしているので、切り屑を回収したバケット６２は、分離式制御盤１４が退避していることに基づき、簡単に後方に引き出すことが可能となる。

＜実施の形態２＞
図５に実施の形態２に係るマシニングセンタ１Ａを示す。同図は、上述の実施の形態１における図１に相当する図である。なお、図５において、図１に示す構成及び作用と異なる点を主に説明する。したがって、上述の図１に示すものと同様の構成又は作用の部材等については、同じ符合を付して、これらについての重複説明は適宜省略するものとする。

前述の実施の形態１ではターンテーブル１２はＹ軸方向に移動させずに、コラム１７をＹ軸方向に移動させていた。本実施の形態２においては、これとは逆に、コラム１７ＡはＹ軸方向に移動させずに、ターンテーブル７１をＹ軸方向に移動させるようにした点が大きく異なる。以下詳述する。

本実施の形態に係るマシニングセンタ１Ａは、図５に示すように、装置本体１０Ａの一部を構成する主軸１１Ａと、装置本体１０Ａの前側に配置されたターンテーブル１２Ａと、このターンテーブ１２Ａの後方に配置された自動工具交換装置（ＡＴＣ）１３Ａと、このＡＴＣ１３Ａのさらに後方に配置された分離式制御盤１４とを備えている。

装置本体１０Ａは、ベース１６Ａと、床面Ｆに固定されたコラム１７Ａと、このコラム１７ＡによってＺ軸方向移動可能に支持されたヘッド１８Ａと、このヘッド１８Ａによって回転可能に支持された主軸１１Ａとを有している。

上述のベース１６Ａの上面には、Ｙ軸方向に沿ってＹ軸摺動面７０が形成されている。このＹ軸摺動面７０には、スライドベース７１が載せられている。このスライドベース７１は、Ｙ軸摺動面７０にガイドされてＹ軸方向に移動できるように構成されている。スライドベース７１の前端側には、回転中心Ｏを中心としてＣ軸方向（Ｚ軸を中心とした回転方向）に回転するターンテーブル１２Ａが搭載されている。

ターンテーブル１２Ａの上面には、工作物（不図示）が載置される平面状の工作物載置面５２Ａが設けてある。また、このターンテーブル１２Ａを搭載しているスライドベース７１には、後端側にステー７２が固定されていて、このステー７２には、自動工具交換装置１３Ａが固定されている。この自動工具交換装置１３Ａ自体は、図１に示す実施の形態１の自動工具交換装置１３と同様に、ツールマガジン５３と、このツールマガジン５３を直接回転駆動するサーボモータ５４とを有している。

上述のスライドベース７１は、ベース１６Ａの後端に配設されたサーボモータ３６Ａにより、ボールねじ（不図示）を介してＹ軸方向に移動されるようになっている。なお、このボールねじは、図１に示すＹ軸用ボールねじ３１と同様のものを使用することができる。スライドベース７１の移動範囲を図５の二点鎖線（符合７１ａ，７１ｂ）で示す。

このうち符合７１ａは、ホームポジション（実線で図示）にあるスライドベース７１の前端の移動限度（前進限）を示しており、ホームポジションからこの前進限までの距離は、同図中のストロークＳｔ２（ＡＴＣ用ストローク）に相当する。これは、ホームポジション（実線で図示）にある自動工具交換装置１３Ａが工具交換位置Ｐに移動する際の移動距離に相当する。一方、符合７１ｂは、ホームポジション（実線で図示）にあるスライドベース７１の後端の移動限度（後退限）を示している。したがって、符合７１ａから符合７２ｂまでが、スライドベース７１の移動範囲ということになり、これはストロークＳｔ１（Ｙ軸ストローク）に相当する。

図５における作業空間Ｒの上方においては、装置本体１０Ａ側のダクト５６Ａと、分離式制御盤１４側のダクト５６Ｂとが中断されていて、両者の間には、装置本体１０Ａ側と分離式制御盤１４とを電気的に接続するためのワイヤハーネスが弛んだ状態で懸架されている。これは、分離式制御盤１４を後方に退避させる場合に備えて、長さに余裕を持たせたものである。

なお、本実施の形態において、コラム１７Ａの例えば上半部を、前述の実施の形態１と同様、Ｙ軸方向に移動可能に構成して、主軸１１ＡがＹ軸方向に移動できるように構成してもよい。この場合には、ワークの加工及び工具交換に際して、主軸１１ＡのＹ軸方向の移動を、この主軸１１Ａ及びスライドベース７１の共動（相対移動）により行うようにしてもよい。

また、自動工具交換装置１３Ａは、必ずしもスライドベース７１に搭載されている必要はなく、Ｙ軸方向に移動可能に設けられている限り、スライドベース７１とは独立して設けるようにしてもよい。この場合には、自動工具交換装置１３Ａは、工具交換時に移動させれば十分であり、ワーク加工時の不要な移動を避けることができる。

以上説明したように、本発明に係るマシニングセンタ（例えば、実施の形態１，２に係るマシニングセンタ１，１Ａ）によると、Ｘ軸方向（左右方向）の占有幅を狭くすることができ、しかも複数台のマシニングセンタを左右方向に並べて配置したことに起因して発生する問題、すなわち上述のような、装置本体１０，１０Ａのメンテナンス、ＡＴＣ１３，１３Ａの工具交換、切り屑の処理等の問題を有効に解消することができる。

実施の形態１のマシニングセンタ１をＹ−Ｚ平面で切った断面を右方から見た図である。 コラム１８、Ｚ軸ボールねじ４３、Ｚ軸用サーボモータ４８等を除去した状態の、マシニングセンタ１の上面図である。 マシニングセンタの動作を模式的に示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、従来のマシニングセンタの動作を説明する模式図である。 実施の形態２に係るマシニングセンタ１Ａの、図１に相当する図である。

１，１Ａ マシニングセンタ
１０，１０Ａ 装置本体
１１，１１Ａ 主軸
１２，１２Ａ ターンテーブル
１３，１３Ａ 自動工具交換装置（ＡＴＣ）
１４ 分離式制御盤
１５ 操作盤
１６，１６Ａ ベース
１７，１７Ａ コラム
１８，１８Ａ ヘッド
５１，５１Ａ 工具取り付け部
５２，５２Ａ 工作物取り付け面
６０ 切り屑搬送装置
６１ 回収地点
Ｍ 作業者
Ｐ 工具交換位置
Ｒ 作業空間
Ｗ 工作物

Claims (5)

1. テーブル上に取り付けられた工作物を加工する立形のマシニングセンタにおいて、
   先端に工具取り付け部を有し、装置本体に対しＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能でＸ軸方向には移動不能な主軸を有し、
   該主軸は、当該主軸の回転中心軸が移動する前記Ｙ軸方向及びＺ軸方向によって定義される単一のＹ−Ｚ平面上のみを移動し、
   Ｃ軸方向のみに回転する水平な工作物取り付け面を有し、前記装置本体の前側に配置されたターンテーブルと、
   前記装置本体側における前記ターンテーブルの後方に配置され、前記単一のＹ−Ｚ平面上に工具交換位置を有する自動工具交換装置と、を備え、
   前記装置本体は、前記主軸を支持するヘッドと、該ヘッドを支持するコラム及び該コラムを支持するベースを有し、
   前記ベースは門形に形成され、かつ前記Ｙ軸方向に貫通された空間を有し、
   前記空間に前記自動工具交換装置が配置され、
   前記コラムは前記ベースの上部に、該ベースの上部に形成された１対のガイドレールを介して前記Ｙ軸方向に移動可能に支持され、
   前記１対のガイドレールは、前記ベースの前記Ｘ軸方向における両端の近傍に、前記Ｙ軸方向に向けて敷設され、
   前記ベースの上部に、前記単一のＹ−Ｚ平面上で前記Ｙ軸方向に配置され、前記コラムの下面で支持されたナットを介して該コラムを前記Ｙ軸方向に移動可能に設けられると共に前記ベースの上部における前記Ｘ軸方向のほぼ中央部に形成された支持部によって保持されたＹ軸用ボールねじを有し、
   前記ターンテーブルは、前記Ｙ軸用ボールねじより前記Ｚ軸方向の下方に配置されており、
   前記ヘッドは前記コラム上で、前記Ｙ軸用ボールねじの前記Ｙ軸方向の前方を、前記Ｚ軸方向に、前記工作物取り付け面上の工作物を加工可能なるように移動可能に支持され、
   前記自動工具交換装置は、円板状のツールマガジンが回転駆動自在に配置されており、該ツールマガジンの外周近傍にはツール保持部が形成されており、
   前記主軸の回転中心軸と前記ターンテーブルの回転中心軸と前記ツールマガジンの回転中心軸は共に、前記Ｚ軸に対して平行であり、それら回転中心軸と前記工具交換位置は共に前記単一のＹ−Ｚ平面上に配置され、
   前記ターンテーブルのＣ軸方向の回転と、前記主軸の回転中心軸の前記単一のＹ−Ｚ平面上での前記Ｙ軸方向及びＺ軸方向の移動とに基づいて、前記工作物取り付け面上の工作物を加工し、また前記主軸の回転中心軸と前記ツールマガジンの回転中心軸との前記単一のＹ−Ｚ平面上での前記Ｙ軸方向及びＺ軸方向の相対移動に基づいて、前記主軸と前記自動工具交換装置との間で工具交換を行う、
   ことを特徴とするマシニングセンタ。
   
2. 前記Ｙ軸用ボールねじのねじ軸は、前記ベース上部の前側と後端に形成された支持部を介して支持されており、
   前記ねじ軸の後端で、前記ベース上部の後端に形成された支持部の後方に、Ｙ軸サーボモータを、前記支持部から後方に突出する形で接続した、
   ことを特徴とする請求項１に記載のマシニングセンタ。
3. 前記自動工具交換装置がＹ軸方向に移動可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のマシニングセンタ。
4. 前記ターンテーブルをＹ軸方向に移動させるスライドベースを有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のマシニングセンタ。
5. 前記ツールマガジンは、その直径が前記ベースのＸ軸方向の占有幅とほぼ同じに形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載のマシニングセンタ。
   

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