JP5030606B2 - マシニングセンタ - Google Patents

Description

本発明は、第１主軸に加えて、ワークの内径部等に対して旋削及びミル加工を施すために突出し量の長い第２主軸を備えたマシニングセンタに関する。

例えば、下記特許文献１は、複合５軸加工機の構成を示し、特許文献２は主軸ヘッドとは別体に旋削ヘッドを備えたマシニングセンタを開示している。
また、特許文献３は、工具シャンクの回転力を直角方向に変換して工具に伝達する、いわゆるアングルヘッドを開示している。
また、特許文献４は、２段階の送り駆動系を備え、ラムの先端に工具を交換自在に装着する主軸ヘッドを備えた工作機械を開示し、特許文献５は、同種の工作機械を開示する。
特開２００４−６６４３０号公報 特開２００１−１５０２５６号公報 特開２００４−１３０４２３号公報 特開平１１−１１４７５９号公報 特開２００７−９６６号公報

本発明の目的は、第１主軸の他に、特にロングボーリング加工を可能とする第２主軸を備えたマシニングセンタを提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明のマシニングセンタは、基本的な手段として、水平方向に配設されるテーブルと、垂直方向に配設される加工ユニットとを備える立形のマシニングセンタであって、加工ユニットは、第１の主軸ユニットと、第１の主軸ユニットの移動軸に対して平行な移動軸を有する第２の主軸ユニットを備える。

そして、立形のマシニングセンタは、ベッド上に配設された回転テーブルと、回転テーブルをＸ軸方向に移動制御する手段と、ベッドの両側に立設される１対のコラムと、コラムに支持されるクロスレールと、クロスレールをＺ軸方向に移動制御する手段と、クロスレールに支持され加工ユニットを有するサドルと、サドルをＹ軸方向に移動制御する手段とを備えた門型のマシニングセンタやベッド上に配設された回転テーブルと、ベッド上をＸ軸方向に移動制御されるサドルと、サドル上をＹ軸方向に移動制御されるコラムと、コラムの前面をＺ軸方向に移動制御される加工ユニットを備えたコラム型のマシニングセンタである。

また、第１の主軸ユニットは、Ｚ軸に直交するＢ軸まわりに旋回動自在に設けられる第１の加工ヘッドと、第１の加工ヘッドをＢ軸まわりに旋回駆動する旋回動機構を備え、第２の主軸ユニットは、第１の加工ヘッドの旋回駆動機構とサドルの間の空間に装備され、第２の主軸ユニットは、Ｚ軸と平行なＷ軸方向に移動制御されるラム軸と、ラム軸の下端部に装備されるラムヘッドを備え、ラムヘッドに交換自在に装着される旋削加工ヘッドとミル加工ヘッドを備えるものである。

さらに、ラムヘッドは、旋削加工ヘッド又はミル加工ヘッドを交換自在に保持する油圧クランプユニットを備え、第２の主軸ユニットは、ラム軸の上部に配設されるモータと、モータの駆動力を伝達する駆動軸と、駆動軸の回転力を伝達機構を介してラム軸の下端に設けられる出力軸に伝達する手段と、出力軸先端に設けられるクラッチと、を備える。
また、ミル加工ヘッドは、ラム軸のクラッチに連結される入力軸と、入力軸の駆動力を直交方向に交換してスピンドルに伝達する動力伝達機構と、スピンドルに装着されるミル工具と、を備えるものである。

本発明のマシニングセンタは以上のように、Ｂ軸まわりに旋回する第１の主軸ユニットとラム軸を有する第２の主軸ユニットを共通のサドル上に配置したものである。そこで、ワークの深い場所に内径加工を施す際に、サドルをＺ軸でワークの直上まで降下させ、ラム軸の突き出し量を最短にして加工できるので、加工効果が向上する。
また、ラム軸をＢ軸駆動機構とサドルの間に配置することができ、スペースの有効利用を図ることができる。

図１は、本発明を適用するマシニングセンタの外観を示す斜視図、図２は正面図である。
全体を符号１で示すマシニングセンタは、いわゆる門型のマシニングセンタであって、ベッド１０上に装備される回転テーブル２０を有し、テーブルはＸ軸に沿って移動制御される。ベッド１０の両側には、１対のコラム３０が立設され、コラム３０の間にクロスレール４０がリニアガイドによりＺ軸に沿って移動自在に装備される。クロスレール４０は、サーボモータ４２によりボールネジ等を介してＺ軸方向に移動制御される。

クロスレール４０上には、Ｙ軸に沿ってサドル５０がリニアガイドにより移動自在に装備される。サドル５０は、サーボモータ５２とボールネジを介してＹ軸方向に移動制御される。サドル５０には、第１の主軸ユニット６０がとりつけられる。第１の主軸ユニット６０には、第１の主軸７０がＢ軸まわりに制御自在に装備される。第１の主軸７０には、工具Ｔ_１が装着される。第１の主軸７０に装着される工具Ｔ_１は、旋削工具又はミル工具であって、テーブル２０上にチャッキングされた加工物（ワーク）Ｋ_１に対して、必要な旋削加工やミル加工等を施す。サドル５０の第１の主軸ユニット６０の背面には、第２の主軸ユニット１００が装備される。

第２の主軸ユニット１００は、ラム軸１１０を有し、ラム軸１１０は、サーボモータ１２０とボールネジによりＺ軸に平行なＷ軸に沿って移動制御される。

図３は、第２の主軸ユニット１００の詳細を示す説明図である。
第２の主軸ユニット１００は、ヘッドユニット１０５側に固定される複数のリニアガイドブロック１０６を有し、ラム軸１１０を摺動自在に支持する。複数のリニアガイドブロック１０６は、ヘッドユニット１０５の上下に距離を離して配設され、ラム軸１１０が突き出された位置にあっても充分な剛性を維持する構造を備えている。
ラム軸１１０は、サーボモータ１２０によりボールネジを介してＷ軸方向に移動制御される。
この第２の主軸ユニット１００は、第１の主軸７０をＢ軸まわりに駆動する機構を備えた第１の主軸ユニット６０とサドル５０の間の空間を利用して、余分のスペースを設けることなく装備することができる。

図４は、第２の主軸ユニット１００の構成の概要を示す説明図である。
ヘッドユニット１０５にとりつけられたサーボモータ１２０は、ボールネジ等の駆動系１２２を介してラム軸１１０をＷ軸方向に移動制御する。
ラム軸１１０の下端部にはラムヘッド１３０が装備されている。
ラムヘッド１３０は、油圧クランプユニット１４０と、歯車伝達機構１６０を備える。旋削加工時には、ラムヘッド１３０に旋削加工ヘッド２００が装着される。旋削加工ヘッド２００には旋削工具Ｔ_２がとりつけてあり、ラムヘッド１３０の油圧クランプユニット１４０によりラム軸１１０に固定される。
油圧クランプユニット１４０は、油圧により操作されるピストン１４２を有し、テーパーシャンク２０５を利用して旋削加工ヘッド２００を保持する。

図５は、第２の主軸ユニット１００を用いて、ワークＫ_１に対して内径の旋削加工を施す場合を示す。
第２の主軸ユニット１００は、ラム軸１１０を突き出してワークＫ_１の深い部分に旋削加工を施すことができる。
本発明のマシニングセンタにあっては、クロスレールとともにサドル５０をＺ軸に沿ってワークＫ_１の上面近傍まで降下させた後にラム軸１１０をＷ軸に沿って突き出すことによって、ワークＫ_１の深い位置の旋削加工を効率よく達成することができる。

図６は、ラム軸先端のラムヘッド１３０にミル加工ヘッド３００を装着した状態を示す。
ミル加工ヘッド３００は、シャンク３０５を利用してラムヘッド１３０の油圧クランプユニット１４０により保持される。この保持構造は、旋削加工ヘッド２００の保持の場合と同様である。
第２の主軸ユニット１００は、ラム軸１１０の上部にミル駆動モータ１５０を有し、駆動軸１５２を介してラムヘッド１３０側の歯車伝達機構１６０を駆動する。歯車伝達機構１６０は、１対の噛み合い歯車１６２，１６４を有し、出力軸１６６を駆動する。

駆動軸１６６の先端にはクラッチ１７０を備え、ミル加工ヘッド３００側の入力軸３１０に連結される。ミル加工ヘッド３００は、１対の噛み合い歯車３１２，３１４と傘歯車３２０を有し、入力軸３１０に対して直交する方向に配置されたスピンドル３３０を駆動する。スピンドル３３０には、ミル工具Ｔ_３が装着されている。

本発明のミル加工ヘッドの駆動機構は以上のように、油圧クランプユニットの軸線からオフセットした位置に駆動系を配置してあるので、ミル加工ヘッドの小型化を達成することができる。
また、ミル工具の駆動用モータをラム軸の上部に配設することができ、構造を簡素化することが出来る。

図７は、アングルヘッドであるミル加工ヘッド３００を装備したラム軸１１０を伸長して、ワークＫ_１に対してワークの深い部分にミル工具Ｔ_３によりミル加工を施す場合を示す。

上述した実施例は、本発明を門型のマシニングセンタに適用した例を説明したが、本発明は、他の型式のマシニングセンタにも当然に適用することができる。
図８は、本発明をコラム型のマシニングセンタに適用した例を示す。

全体を符号５００で示すマシニングセンタは、ベッド５１０上に配設される回転テーブル５２０を有する。ベッド５１０上にはサドル５３０がＸ軸方向に移動制御自在に装備される。サドル５３０上にはコラム５４０がＹ軸方向に摺動自在に配設され、サーボモータ５３２により移動制御される。
コラム５４０の前面には、ヘッドユニット５５０が垂直方向であるＺ軸方向に摺動自在に配設され、サーボモータ５４２により移動制御される。ヘッドユニット５５０には、第１の主軸ユニット６００が装備される。第１の主軸ユニット６００は、第１の主軸６１０を有し、テーブル５２０のワークに対して必要な加工を施す。

このヘッドユニット５５０には、第１の主軸ユニット６００に加えて第２の主軸ユニット７００が装備される。第２の主軸ユニット７００は、ラム軸７１０を有し、ラム軸７１０は、Ｚ軸に平行なＷ軸に沿ってサーボモータ７２０により移動制御される。
第１の主軸ユニット６００と第２の主軸ユニット７００の機能は、先に説明した実施例のものと同様である。

本発明を実施するマシニングセンタの斜視図。 本発明を実施するマシニングセンタの正面図。 第２の主軸ユニットの配置を示す説明図。 第２の主軸ユニットに旋削加工ヘッドを装備した例を示す説明図。 第２の主軸ユニットによる旋削加工を示す説明図。 第２の主軸ユニットにミル加工ヘッドを装備した例を示す説明図。 第２の主軸ユニットによるミル加工を示す説明図。 本発明を実施する他のマシニングセンタの斜視図。

符号の説明

１ マシニングセンタ
１０ ベッド
２０ 回転テーブル
３０ コラム
４０ クロスレール
５０ サドル
６０ 第１の主軸ユニット
７０ 第１の主軸
１００ 第２の主軸ユニット
１１０ ラム軸

Claims (3)

1. ベッド上に配設された回転テーブルと、回転テーブルをＸ軸方向に移動制御する手段と、ベッドの両側に立設される１対のコラムと、コラムに支持されるクロスレールと、クロスレールをＺ軸方向に移動制御する手段と、クロスレールに支持されるサドルと、サドルをＹ軸方向に移動制御する手段と、サドルに支持される加工ユニットを備えた門型のマシニングセンタであって、
   加工ユニットを構成する第１の主軸ユニットと、第１の主軸ユニットの移動軸に対して平行な移動軸を有する第２の主軸ユニットを共通のサドル上に配置し、
   第１の主軸ユニットは、
   Ｚ軸に直交するＢ軸まわりに旋回動自在に設けられる第１の加工ヘッドと、第１の加工ヘッドをＢ軸まわりに旋回駆動する旋回駆動機構を備え、
   第２の主軸ユニットは、Ｚ軸と平行なＷ軸方向に移動制御されるラム軸と、ラム軸の下端部に装備されるラムヘッドを備えるとともに、
   第1の主軸ユニットの旋回駆動機構とサドルの間の空間であって、第1の主軸ユニットの背面に装備され、
   ラムヘッドには旋削加工ヘッドまたはミル加工ヘッドが交換自在に装着されるマシニングセンタ。
2. ラムヘッドは、旋削加工ヘッド又はミル加工ヘッドを交換自在に保持する油圧クランプユニットを備える請求項１記載のマシニングセンタ。
3. 第２の主軸ユニットは、ラム軸の上部に配設されるモータと、モータの駆動力を伝達する駆動軸と、駆動軸の回転力を伝達機構を介してラム軸の下端に設けられる出力軸に伝達する手段と、出力軸先端に設けられるクラッチと、
   を備える請求項１記載のマシニングセンタ。