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JP6732608B2 - Machine Tools - Google Patents

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JP6732608B2
JP6732608B2 JP2016169147A JP2016169147A JP6732608B2 JP 6732608 B2 JP6732608 B2 JP 6732608B2 JP 2016169147 A JP2016169147 A JP 2016169147A JP 2016169147 A JP2016169147 A JP 2016169147A JP 6732608 B2 JP6732608 B2 JP 6732608B2
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慎也 伊谷
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豊 槻田
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Description

本発明は工作機械に関し、とくに高回転のもとで高精度切削を行うための工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool, and more particularly to a machine tool for performing high precision cutting under high rotation.

従来、マシニングセンタなどの工作機械では、主軸ヘッドに支持された主軸の先端に各種の切削工具を装着し、主軸を回転させることでワークの切削加工を行っている。
切削工具は、ワークに対する加工内容に応じて、多様なものが選択される。多様な形状の工具を同じ主軸の先端に装着するために、BT規格などの共通化されたホルダが使用される。
Conventionally, in a machine tool such as a machining center, various cutting tools are attached to the tip of a spindle supported by a spindle head, and the spindle is rotated to perform cutting of a work.
Various cutting tools are selected according to the processing content of the workpiece. A common holder such as the BT standard is used to mount various shaped tools on the tip of the same spindle.

近年、主軸回転の高速化および高精度化の要求に応えるべく、ホルダを用いずに工具を主軸に装着する工作機械が用いられるようになっている。
例えば、一部の工作機械では、主軸の支持にエアベアリング(空気静圧軸受)が用いられ、毎分数万ないし数十万回転に及ぶ高回転化が図られている(特許文献1参照)。
前述のような高速回転型の工作機械では、ホルダを介して工具を装着する構造が不都合となる。例えば、ホルダに工具を固定する際に軸芯精度が十分でないと、高速回転時の振れが大きくなり、エアベアリングでの回転支持に適さない。また、ホルダを用いることで機械的な小型化が難しく、高速回転型の工作機械が多用される微細形状の高精度加工に適さないことになる。
In recent years, in order to meet the demand for high-speed and high-accuracy rotation of the spindle, a machine tool that mounts a tool on the spindle without using a holder has been used.
For example, in some machine tools, an air bearing (aerostatic bearing) is used to support the spindle, and a high rotation speed of tens to hundreds of thousands of revolutions per minute is achieved (see Patent Document 1). ..
In the high-speed rotation type machine tool as described above, the structure in which the tool is mounted via the holder becomes inconvenient. For example, when the accuracy of the shaft core is not sufficient when fixing the tool to the holder, the runout at the time of high-speed rotation becomes large, which is not suitable for rotational support by the air bearing. Further, it is difficult to reduce the size mechanically by using the holder, which makes it unsuitable for high-precision machining of a fine shape in which a high-speed rotation type machine tool is often used.

このような背景から、主軸の支持にエアベアリングを用いる工作機械において、工具を主軸に直接固定できるとともに、主軸部分の構造が簡素な工作機械が求められていた。
このような要求に対し、本願発明者らは、鋭意研究の結果、上述した要望を満足する技術を開発するに至り、これを特許出願している(特許文献2参照)。
From such a background, in a machine tool that uses an air bearing for supporting the spindle, a machine tool that can directly fix the tool to the spindle and has a simple structure of the spindle has been required.
In response to such a demand, the inventors of the present application have, as a result of diligent research, developed a technology that satisfies the above-mentioned demand, and have applied for a patent thereof (see Patent Document 2).

特許文献2は、主軸ヘッドに回転自在に支持された主軸と、主軸の先端に設置されたチャック装置と、チャック装置にチャックされる工具と、を有する工作機械であって、チャック装置は、工具を挿入可能な円筒状のコレット部材と、主軸の端面に開口しかつコレット部材を収容可能なチャック孔と、コレット部材の外周と前記チャック孔の内周との間に形成されかつ前記チャック孔の開口から奥側に向かって主軸の中心軸線に近接するテーパ面を有する絞り機構と、コレット部材を前記チャック孔の開口から奥側へと引き込む引込機構と、を有するものとされる。 Patent Document 2 is a machine tool having a spindle rotatably supported by a spindle head, a chuck device installed at the tip of the spindle, and a tool chucked by the chuck device. The chuck device is a tool. A cylindrical collet member into which a collet member can be inserted, a chuck hole that is opened in the end face of the main shaft and can accommodate the collet member, and a chuck hole that is formed between the outer circumference of the collet member and the inner circumference of the chuck hole. A diaphragm mechanism having a tapered surface that is close to the central axis of the main shaft from the opening toward the rear side, and a retracting mechanism that retracts the collet member from the opening of the chuck hole toward the rear side are provided.

このような工作機械では、コレット部材、チャック孔、絞り機構および引込機構により、工具を主軸の軸線方向に引き込みつつ全周から締め付けてクランプすることができ、工具を主軸に直接固定できるとともに、主軸の先端側に突出する機構などはなく、主軸部分の構造が簡素なものとすることができる。 In such machine tools, the collet member, chuck hole, drawing mechanism, and retracting mechanism allow the tool to be clamped by tightening it from the entire circumference while pulling it in the axial direction of the spindle, and fixing the tool directly to the spindle. Since there is no mechanism for projecting to the tip side of the shaft, the structure of the main shaft portion can be simplified.

特開平09−257037号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-257037 特開2016−107362号公報JP, 2016-107362, A

ところで、主軸の支持にエアベアリングを用いない一般的な工作機械においては、工具移動をXYZの3軸で制御するだけでなく、各軸まわりのABC軸を含む4軸ないし6軸で制御する工作機械が利用されている。
しかし、主軸の支持にエアベアリングを用いる工作機械においては、XYZの3軸制御されるだけであり、主軸は専ら鉛直方向(Z軸方向)に配置されていた。
そこで、エアベアリングで主軸が支持されるとともに、主軸の軸線方向を変更できる工作機械が求められていた。
By the way, in a general machine tool that does not use an air bearing for supporting the main spindle, a tool movement is controlled not only by three XYZ axes but also by four to six axes including ABC axes around each axis. Machines are in use.
However, in a machine tool that uses an air bearing for supporting the spindle, only the XYZ three-axis control is performed, and the spindle is arranged exclusively in the vertical direction (Z-axis direction).
Therefore, there has been a demand for a machine tool in which the main shaft is supported by an air bearing and the axial direction of the main shaft can be changed.

本発明の目的は、エアベアリングで主軸が支持されるとともに、主軸の軸線方向を変更できる工作機械を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a machine tool in which a main shaft is supported by an air bearing and the axial direction of the main shaft can be changed.

本発明は、主軸の支持にエアベアリングを用いる工作機械では、高精度かつ微小な加工を行うために、主軸ヘッドまわりの構造の小型化が要求され、主軸ヘッドの支持構造に追加的な機構を設置しにくく、このためにABC軸の回動機構が適用できなかったのであり、主軸ヘッドの支持構造の大型化が避けられればABC軸の回動機構の追加は可能である、との知見に基づく。 According to the present invention, in a machine tool that uses an air bearing for supporting the spindle, miniaturization of the structure around the spindle head is required in order to perform high-precision and minute machining, and an additional mechanism is added to the spindle head support structure. It was difficult to install, and for this reason the rotation mechanism of the ABC shaft could not be applied, and it was found that it is possible to add the rotation mechanism of the ABC shaft if the support structure for the spindle head is prevented from increasing in size. Based on.

本発明の工作機械は、工具が装着される主軸と、前記主軸を回転自在に支持するエアベアリングおよび前記主軸を回転駆動するモータを有する主軸ヘッドと、ワークが固定されるテーブルと、前記テーブルに対して前記主軸ヘッドを相対移動可能に支持する支持構造と、を有し、前記支持構造は、前記主軸ヘッドを互いに直交するX軸、Y軸、Z軸の少なくともいずれかに沿って平行移動させる移動機構と、前記主軸ヘッドを前記X軸、前記Y軸、前記Z軸の少なくともいずれかを中心に回動させる回動機構と、を有し、前記回動機構の回動軸線は、前記主軸ヘッドの重心から所定半径の領域を通るように配置されていることを特徴とする。 A machine tool according to the present invention includes a spindle on which a tool is mounted, a spindle head having an air bearing that rotatably supports the spindle and a motor that drives the spindle to rotate, a table on which a work is fixed, and a table on which the workpiece is fixed. And a support structure that supports the spindle head so as to be movable relative to each other, and the support structure translates the spindle head along at least one of an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other. A rotary mechanism that rotates the spindle head about at least one of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the rotation axis of the rotary mechanism is the spindle. It is characterized in that it is arranged so as to pass through a region of a predetermined radius from the center of gravity of the head.

本発明において、移動機構としては、既存のX軸駆動機構、Y軸駆動機構、Z軸駆動機構を利用することができる。工作機械は、例えばベースにテーブルおよびコラムを設置し、コラムのクロスバーにサドルを支持し、サドルで主軸ヘッドを支持する構成とすることができる。このような工作機械では、コラムまたはテーブルをベースに対して移動させる機構をX軸駆動機構とし、サドルをクロスバーに対して移動させる機構をY軸駆動機構とし、主軸ヘッドをサドルに対して昇降させる機構をZ軸駆動機構とすることができる。
本発明において、回動機構としては、X軸を中心に主軸ヘッドを回動させるA軸駆動機構、Y軸を中心に主軸ヘッドを回動させるB軸駆動機構、Z軸を中心に主軸ヘッドを回動させるC軸駆動機構のいずれか、およびこれらの組み合わせとすることができる。これらのA軸〜C軸の各軸駆動機構は、前述したX軸〜Z軸の各軸駆動機構の一部に介在させることができる。例えば、A軸駆動機構は、Z軸駆動機構を介してサドルに主軸ヘッドを支持する部分に介在させることができ、サドルに対して主軸をX軸まわりに回動させることができる。この際、本発明では、A軸駆動機構の回動軸線を、主軸ヘッドの重心位置ないし所定半径内を通るように設置する。
本発明において、回動機構の回動軸線が通る主軸ヘッドの重心から所定半径の領域としては、主軸ヘッドの重心から半径10mmの範囲内が好ましい。
In the present invention, as the moving mechanism, an existing X-axis driving mechanism, Y-axis driving mechanism, or Z-axis driving mechanism can be used. The machine tool may be configured such that a table and a column are installed on a base, a saddle is supported on a crossbar of the column, and a spindle head is supported by the saddle. In such a machine tool, the mechanism for moving the column or table with respect to the base is an X-axis drive mechanism, the mechanism for moving the saddle with respect to the crossbar is a Y-axis drive mechanism, and the spindle head is moved up and down with respect to the saddle. The mechanism for making it can be a Z-axis drive mechanism.
In the present invention, the rotating mechanism includes an A-axis drive mechanism that rotates the spindle head about the X axis, a B-axis drive mechanism that rotates the spindle head about the Y axis, and a spindle head about the Z axis. Any of the C-axis drive mechanisms that rotate and a combination thereof can be used. Each of the A-axis to C-axis drive mechanisms can be interposed in a part of the X-axis to Z-axis drive mechanisms described above. For example, the A-axis drive mechanism can be interposed in the portion supporting the spindle head on the saddle via the Z-axis drive mechanism, and the spindle can be rotated about the X-axis with respect to the saddle. At this time, in the present invention, the rotation axis of the A-axis drive mechanism is installed so as to pass through the center of gravity of the spindle head or within a predetermined radius.
In the present invention, the area of a predetermined radius from the center of gravity of the spindle head through which the rotation axis of the rotation mechanism passes is preferably within a range of a radius of 10 mm from the center of gravity of the spindle head.

本発明では、回動機構の回動軸線が、主軸ヘッドの重心から所定半径の領域を通る。このため、回動機構により主軸ヘッドを回動させても、回動に伴って主軸ヘッドの重心が変位しない、または変位が僅少である。
従って、回動に伴う主軸ヘッドの重心位置の変動に対応するべく、主軸ヘッドの支持構造を補強する必要がなく、かつ慣性モーメントが最小となるため回動機構の駆動性能も最小限で済む。その結果、本発明によれば、回動機構を追加しても、主軸ヘッドの支持構造の大型化を避けることができ、XYZの3軸制御に加えてABC軸の回動機構を追加することが可能となる。
これにより、エアベアリングで主軸が支持されるとともに、主軸の軸線方向を変更できる工作機械を実現することができる。
In the present invention, the rotation axis of the rotation mechanism passes through a region having a predetermined radius from the center of gravity of the spindle head. Therefore, even if the spindle head is rotated by the rotating mechanism, the center of gravity of the spindle head is not displaced or is slightly displaced due to the rotation.
Therefore, it is not necessary to reinforce the supporting structure of the spindle head in order to cope with the variation of the position of the center of gravity of the spindle head due to the rotation, and the moment of inertia is minimized, so that the driving performance of the rotating mechanism is also minimized. As a result, according to the present invention, even if the rotating mechanism is added, it is possible to avoid an increase in the supporting structure of the spindle head, and to add the rotating mechanism for the ABC axis in addition to the XYZ three-axis control. Is possible.
As a result, it is possible to realize a machine tool in which the main shaft is supported by the air bearing and the axial direction of the main shaft can be changed.

本発明の工作機械において、前記主軸ヘッドには、前記エアベアリングにエアを供給するエア配管が接続され、前記エア配管の前記主軸ヘッドに接続される端部は、その連続方向軸線が前記主軸ヘッドの前記回動軸線と平行かつ前記回動軸線から所定半径の領域に配置されていることが好ましい。 In the machine tool of the present invention, an air pipe for supplying air to the air bearing is connected to the spindle head, and an end portion of the air pipe connected to the spindle head has a continuous direction axis line of the spindle head. It is preferable that it is arranged in a region parallel to the rotation axis and having a predetermined radius from the rotation axis.

本発明では、主軸ヘッドに接続されるエア配管の端部の連続方向軸線が、主軸ヘッドの回動軸線に沿っているため、主軸ヘッドが回動してもエア配管の変位を僅少ないし無くすことができる。
ここで、主軸ヘッドの回動に伴ってエア配管の位置が大きく変動する場合、周辺装置などとの干渉を避けるために、主軸ヘッドの周囲にエア配管の変位に応じた空間を確保する必要がある。このような空間の確保は、主軸ヘッド周辺の小型化要求に逆行し、回動機構の追加を阻害する可能性が生じる。
これに対し、本発明では、回動によるエア配管の変位が僅少ないし解消できるため、主軸ヘッドの周囲に余分な空間を確保する必要がなく、回動機構の追加を容易にすることができる。
なお、主軸ヘッドの回動に伴ってエア配管に捻れが生じることがあるが、エア配管を可撓性材料とすること、あるいはエア配管の端部ないし中間に相対回転自在なカプラ等を用いることで、捻れを解消すればよい。
In the present invention, since the continuous direction axis line of the end portion of the air pipe connected to the spindle head is along the rotation axis line of the spindle head, even if the spindle head rotates, the displacement of the air pipe is slightly reduced and eliminated. You can
Here, when the position of the air pipe changes greatly with the rotation of the spindle head, it is necessary to secure a space around the spindle head according to the displacement of the air pipe in order to avoid interference with peripheral devices. is there. Securing such a space runs counter to the demand for downsizing around the spindle head, which may impede the addition of the rotating mechanism.
On the other hand, in the present invention, since the displacement of the air pipe due to the rotation is small and can be eliminated, it is not necessary to secure an extra space around the spindle head, and it is possible to easily add the rotation mechanism.
Although the air pipe may be twisted due to the rotation of the spindle head, use a flexible material for the air pipe or use a relatively rotatable coupler or the like at the end or the middle of the air pipe. Then, the twist should be eliminated.

本発明の工作機械において、前記主軸ヘッドは、前記エアベアリングを含む前記主軸ヘッドの機構部分を囲うカバーを有し、前記エア配管は、前記カバーの内部に収容されていることが好ましい。 In the machine tool of the present invention, it is preferable that the spindle head has a cover surrounding a mechanical portion of the spindle head including the air bearing, and the air pipe is housed inside the cover.

本発明では、カバーでエアベアリングを含む主軸ヘッドの機構部分を囲むことでこれらを外部から遮蔽して保護等することができる。また、エア配管がカバーに収容されることで、エア配管と周辺装置との干渉を防止することができる。
本発明では、前提として、主軸ヘッドが回動してもエア配管の変位を最小限にできる構成であるため、カバーへの収容が容易であるとともに、エア配管を収容するカバーのサイズも最小限にすることができる。
In the present invention, the cover encloses the mechanical portion of the spindle head including the air bearing so that these can be shielded from the outside for protection. Further, since the air pipe is housed in the cover, it is possible to prevent interference between the air pipe and peripheral devices.
In the present invention, as a premise, since the displacement of the air pipe can be minimized even if the spindle head rotates, the cover can be easily accommodated in the cover and the size of the cover for accommodating the air pipe can be minimized. Can be

本発明の工作機械において、前記回動機構の回動軸線は、前記モータを通るように配置されていることが好ましい。
本発明では、回動機構の回動軸線がモータを通るため、切削負荷の変動や回転反力の変動などがあっても、回動軸線まわりの反力を生じることを防止でき、高い加工精度を確保することができる。
In the machine tool of the present invention, it is preferable that the rotation axis of the rotation mechanism is arranged so as to pass through the motor.
In the present invention, since the rotation axis of the rotation mechanism passes through the motor, it is possible to prevent a reaction force around the rotation axis from occurring even if there is a change in cutting load or a change in rotation reaction force, and high machining accuracy is achieved. Can be secured.

本発明の工作機械において、前記エアベアリングは、前記主軸の軸線方向に少なくとも2つ配列され、前記モータは、2つの前記エアベアリングの間に設置されていることが好ましい。
本発明では、主軸の軸線方向に沿って、一対のエアベアリングでモータが挟まれる両持ち配置となるため、主軸の振れを効果的に抑制することができる。
In the machine tool of the present invention, it is preferable that at least two air bearings are arranged in an axial direction of the main shaft, and the motor is installed between the two air bearings.
In the present invention, since the motor is sandwiched between the pair of air bearings along the axial direction of the main shaft, the runout of the main shaft can be effectively suppressed.

本発明によれば、エアベアリングで主軸が支持されるとともに、主軸の軸線方向を変更できる工作機械を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a machine tool in which a spindle is supported by an air bearing and the axial direction of the spindle can be changed.

本発明の一実施形態の工作機械の全体を示す斜視図。A perspective view showing the whole machine tool of one embodiment of the present invention. 前記実施形態のZ軸移動機構を示す斜視図。The perspective view which shows the Z-axis moving mechanism of the said embodiment. 前記実施形態のA軸移動機構を示す側面図。The side view which shows the A-axis moving mechanism of the said embodiment. 前記実施形態の主軸ヘッドの内部構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal structure of the spindle head of the said embodiment. 前記実施形態の主軸チャック部分を示す拡大断面図。The expanded sectional view which shows the spindle chuck part of the said embodiment. 前記実施形態のエア配管を示す側面図。The side view which shows the air piping of the said embodiment. 前記実施形態の主軸カバーを装着した主軸ヘッドを示す斜視図。The perspective view which shows the spindle head which mounted the spindle cover of the said embodiment. 前記実施形態の配管カバーを装着した主軸ヘッドを示す斜視図。The perspective view which shows the spindle head which mounted the piping cover of the said embodiment. 前記実施形態のエア配管の引き出し状態を示す拡大斜視図。The expanded perspective view which shows the drawing-out state of the air piping of the said embodiment.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図1において、本実施形態の工作機械1は、ストレートシャンク等の工具2を高速回転させることで、ワーク3に対する高精度の切削加工を行うものである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔overall structure〕
In FIG. 1, the machine tool 1 of the present embodiment performs high-precision cutting of a work 3 by rotating a tool 2 such as a straight shank at high speed.

工作機械1は、工具2が装着される主軸11と、主軸11を回転自在に支持する主軸ヘッド10と、ワーク3が固定されるテーブル21と、テーブル21に対して主軸ヘッド10を相対移動可能に支持する支持構造20と、を有する。 The machine tool 1 is capable of relatively moving the spindle 11 on which the tool 2 is mounted, the spindle head 10 that rotatably supports the spindle 11, the table 21 to which the work 3 is fixed, and the spindle head 10 with respect to the table 21. And a support structure 20 for supporting.

工作機械1は、基礎床面上に設置されたベッド22を有し、ベッド22の上面に前述したテーブル21および支持構造20が設置されている。
支持構造20は、ベッド22の両側を跨ぐように設置された門型のコラム23を有する。コラム23の上にはクロスバー24が設置され、クロスバー24にはサドル25が設置されている。サドル25には昇降ガイド26が設置され、昇降ガイド26には昇降部材27が支持されている。
The machine tool 1 has a bed 22 installed on the foundation floor surface, and the table 21 and the support structure 20 described above are installed on the upper surface of the bed 22.
The support structure 20 has a gate-shaped column 23 installed so as to straddle both sides of the bed 22. A crossbar 24 is installed on the column 23, and a saddle 25 is installed on the crossbar 24. A lifting guide 26 is installed on the saddle 25, and a lifting member 27 is supported on the lifting guide 26.

主軸ヘッド10は昇降部材27に支持されている。主軸11は主軸ヘッド10から下向きに延びており、先端の工具2でテーブル21上のワーク3を切削可能である。
工具2を用いてワーク3に任意の立体形状を切削加工するために、主軸11および工具2はワークに対して三次元の相対移動可能とされる。
このような三次元移動を行うために、支持構造20にはXYZ3軸の移動機構(31〜33)が設置されている。
The spindle head 10 is supported by the lifting member 27. The spindle 11 extends downward from the spindle head 10, and the tool 2 at the tip can cut the work 3 on the table 21.
In order to cut an arbitrary three-dimensional shape on the work 3 using the tool 2, the spindle 11 and the tool 2 can be moved three-dimensionally relative to the work.
In order to perform such a three-dimensional movement, the support structure 20 is provided with XYZ triaxial movement mechanisms (31 to 33).

さらに、本実施形態では、主軸ヘッド10をA軸つまりX軸まわりに回動させるA軸移動機構34が設置されている。
なお、ベッド22には、テーブル21をC軸つまりZ軸まわりに回転させるC軸移動機構35が設置されることがある。
Further, in this embodiment, an A-axis moving mechanism 34 that rotates the spindle head 10 around the A-axis, that is, the X-axis is installed.
The bed 22 may be provided with a C-axis moving mechanism 35 that rotates the table 21 around the C-axis, that is, the Z-axis.

X軸移動機構31は、テーブル21とベッド22との間に設置され、テーブル21をベッド22に対してX軸方向に移動可能である。
Y軸移動機構32は、クロスバー24とサドル25との間に設置され、クロスバー24をサドル25に対してY軸方向に移動可能である。
Z軸移動機構33は、昇降ガイド26と昇降部材27との間に設置され、主軸ヘッド10をサドル25に対してZ軸方向に移動(昇降)可能である。
A軸移動機構34は、昇降部材27の下側に設置され、主軸ヘッド10を昇降部材27に対してX軸まわりに回動(A軸移動)可能である。
The X-axis moving mechanism 31 is installed between the table 21 and the bed 22 and can move the table 21 in the X-axis direction with respect to the bed 22.
The Y-axis moving mechanism 32 is installed between the crossbar 24 and the saddle 25, and can move the crossbar 24 in the Y-axis direction with respect to the saddle 25.
The Z-axis moving mechanism 33 is installed between the elevating guide 26 and the elevating member 27, and is capable of moving (elevating) the spindle head 10 in the Z-axis direction with respect to the saddle 25.
The A-axis moving mechanism 34 is installed below the elevating member 27, and is capable of rotating the main spindle head 10 around the X axis with respect to the elevating member 27 (A-axis movement).

本実施形態において、主軸ヘッド10、Z軸移動機構33およびA軸移動機構34には、これらを覆うカバー40が設置されている。
カバー40は、Z軸移動機構33を覆うヘッドカバー41と、主軸ヘッド10を覆う配管カバー42および主軸カバー43と、A軸移動機構34を覆うA軸カバー44を備えている。これらについては後に詳述する。
In the present embodiment, the spindle head 10, the Z-axis moving mechanism 33, and the A-axis moving mechanism 34 are provided with a cover 40 that covers them.
The cover 40 includes a head cover 41 that covers the Z-axis movement mechanism 33, a piping cover 42 and a spindle cover 43 that cover the spindle head 10, and an A-axis cover 44 that covers the A-axis movement mechanism 34. These will be described in detail later.

図2に示すように、Z軸移動機構33は、昇降ガイド26に形成された一対のレール261を有し、昇降部材27はこのレール261に沿って昇降可能である。一対のレール261の間にはボールねじ等の駆動機構331が設置され、昇降部材27は昇降ガイド26に対して昇降(Z軸移動)可能である。 As shown in FIG. 2, the Z-axis moving mechanism 33 has a pair of rails 261 formed on the elevating guide 26, and the elevating member 27 can be moved up and down along the rails 261. A drive mechanism 331 such as a ball screw is installed between the pair of rails 261, and the elevating member 27 can be moved up and down (moved in the Z axis) with respect to the elevating guide 26.

図3に示すように、A軸移動機構34は、主軸ヘッド10に接続された回動軸部材341と、回動軸部材341を回転自在に支持する軸受342と、回動軸部材341を回転駆動するモータ343と、回動軸部材341の角度位置を検出するエンコーダ344とを備えている。軸受342、モータ343、エンコーダ344は、昇降部材27の下面側に固定されるとともに、A軸カバー44で覆われている。 As shown in FIG. 3, the A-axis moving mechanism 34 rotates the rotating shaft member 341 connected to the spindle head 10, the bearing 342 rotatably supporting the rotating shaft member 341, and the rotating shaft member 341. A driving motor 343 and an encoder 344 for detecting the angular position of the rotary shaft member 341 are provided. The bearing 342, the motor 343, and the encoder 344 are fixed to the lower surface side of the elevating member 27 and are covered with the A-axis cover 44.

A軸移動機構34は、軸受342およびモータ343により、回動軸部材341で支持する主軸ヘッド10をX軸方向の回動軸線AAまわりに回動させるとともに、エンコーダ344を参照して任意の角度位置で停止させることができる。
従って、A軸移動機構34により、主軸11の向きをA軸方向(X軸まわり)の任意の向きに調整することができる。
The A-axis moving mechanism 34 uses the bearing 342 and the motor 343 to rotate the spindle head 10 supported by the rotating shaft member 341 around the rotating axis AA in the X-axis direction, and refers to the encoder 344 to set an arbitrary angle. Can be stopped in position.
Therefore, the A-axis moving mechanism 34 can adjust the orientation of the main shaft 11 to any orientation in the A-axis direction (around the X-axis).

本実施形態において、回動軸部材341の主軸ヘッド10に対する接続位置は、回動軸線AAが主軸ヘッド10の重心G(主軸11に標準的な工具2を装着した状態での重心位置)を通るように設定されている。
ここで、回動軸線AAが通る位置は、主軸ヘッド10の重心Gから所定半径(例えば10mm)の範囲内であればよい。
In the present embodiment, in the connection position of the rotary shaft member 341 with respect to the spindle head 10, the rotary axis line AA passes through the center of gravity G of the spindle head 10 (the center of gravity position when the standard tool 2 is mounted on the spindle 11). Is set.
Here, the position where the rotation axis AA passes may be within a range of a predetermined radius (for example, 10 mm) from the center of gravity G of the spindle head 10.

〔主軸ヘッド10〕
図4において、主軸ヘッド10は、側面に回動軸部材341が接続された略円筒状のケース101を有する。ケース101の内部には、主軸11を中心軸線Cまわりに回転自在に支持するエアベアリング12と、エアベアリング12に加圧エアを供給するエア供給経路13と、主軸11を中心軸線Cまわりに回転駆動する主軸モータ14とが設置されている。
[Spindle head 10]
In FIG. 4, the spindle head 10 has a substantially cylindrical case 101 having a side surface to which a rotary shaft member 341 is connected. Inside the case 101, an air bearing 12 that rotatably supports the main shaft 11 around a central axis C, an air supply path 13 that supplies pressurized air to the air bearing 12, and a main shaft 11 that rotates around the central axis C. A driving spindle motor 14 is installed.

主軸11は、主軸本体111を有し、主軸本体111の芯部には、主軸11の中心軸線Cに沿って主軸本体111を貫通する中心孔112が形成されている。
主軸11の先端には、工具2を装着するためのチャック装置15(後述)を有する。
主軸ヘッド10は、基端側(工具2が装着される主軸11の先端とは反対側)に、プッシュシリンダ16を備えている。プッシュシリンダ16にはプッシュロッド161が接続され、プッシュロッド161は主軸11の中心孔112に挿通され、その先端はチャック装置15まで到達している。
The main spindle 11 has a main spindle body 111, and a core hole of the main spindle body 111 is formed along the central axis C of the main spindle 11 so as to penetrate the main spindle body 111.
A chuck device 15 (described later) for mounting the tool 2 is provided at the tip of the main shaft 11.
The spindle head 10 includes a push cylinder 16 on the base end side (the side opposite to the tip of the spindle 11 on which the tool 2 is mounted). A push rod 161 is connected to the push cylinder 16, the push rod 161 is inserted through the center hole 112 of the main shaft 11, and its tip reaches the chuck device 15.

〔チャック装置15〕
図5に示すように、チャック装置15は、主軸11の先端に固定されるスリーブ部材151を有する。スリーブ部材151には、先端側から基端側へ向けてチャック孔152が形成されている。チャック孔152にはコレット部材153が収容されている。
コレット部材153は、筒状とされ、先端側から工具2を挿入可能である。コレット部材153には、先端側から途中位置まですり割り154が複数形成されている。このすり割り154により、コレット部材153の先端側(工具2が挿入される部分)は、弾性変形して拡径または縮径することができる。
[Chuck device 15]
As shown in FIG. 5, the chuck device 15 has a sleeve member 151 fixed to the tip of the main shaft 11. A chuck hole 152 is formed in the sleeve member 151 from the front end side toward the base end side. A collet member 153 is housed in the chuck hole 152.
The collet member 153 has a tubular shape, and the tool 2 can be inserted from the tip side. In the collet member 153, a plurality of slits 154 are formed from the tip side to an intermediate position. By the slit 154, the tip end side (the portion into which the tool 2 is inserted) of the collet member 153 can be elastically deformed to be expanded or reduced in diameter.

コレット部材153の先端側の外周面は、先端に向けて外径が漸増するように形成され、これにより先端に向けて拡径する外側円錐面159が形成されている。
スリーブ部材151の先端側では、チャック孔152の内周面が先端に向けて内径が漸増するように形成され、これにより先端に向けて拡径する内側円錐面150が形成されている。
これらの外側円錐面159と内側円錐面150とは、コレット部材153をチャック孔152の内部に挿入することで密着可能である。そして、密着した状態から更にチャック孔152の奥側へとコレット部材153を押し込むことで、内側円錐面150により外側円錐面159が絞られ、コレット部材153の先端側は縮径するように変形される。
The outer peripheral surface of the collet member 153 on the front end side is formed so that the outer diameter gradually increases toward the front end, thereby forming an outer conical surface 159 that expands in diameter toward the front end.
On the tip end side of the sleeve member 151, the inner peripheral surface of the chuck hole 152 is formed such that the inner diameter thereof gradually increases toward the tip, thereby forming an inner conical surface 150 that expands in diameter toward the tip.
The outer conical surface 159 and the inner conical surface 150 can be brought into close contact with each other by inserting the collet member 153 into the chuck hole 152. Then, when the collet member 153 is pushed further into the chuck hole 152 from the close contact state, the outer conical surface 159 is narrowed by the inner conical surface 150, and the tip side of the collet member 153 is deformed so as to be reduced in diameter. It

これらの外側円錐面159および内側円錐面150により絞り機構155が形成され、この絞り機構155でコレット部材153の先端側を縮径させることで、コレット部材153の先端から挿入された工具2のストレートシャンク部分を締め付け固定することができる。
前述したコレット部材153の基端側は、スリーブ部材151から露出されており、端部にはコレットナット156が螺合されている。コレット部材153のスリーブ部材151から露出された部分には、多数の皿ばね157が積層状態で挿通されている。
これらの皿ばね157は、スリーブ部材151とコレットナット156との間に挟み込まれ、その弾性反発力により、スリーブ部材151に対してコレットナット156およびコレット部材153を基端側へ付勢している。
A diaphragm mechanism 155 is formed by the outer conical surface 159 and the inner conical surface 150, and the diameter of the tip side of the collet member 153 is reduced by the diaphragm mechanism 155 to straighten the tool 2 inserted from the tip of the collet member 153. The shank part can be tightened and fixed.
The base end side of the collet member 153 described above is exposed from the sleeve member 151, and the collet nut 156 is screwed to the end portion. A large number of disc springs 157 are inserted in a laminated state in the portion of the collet member 153 exposed from the sleeve member 151.
These disc springs 157 are sandwiched between the sleeve member 151 and the collet nut 156, and the elastic repulsive force urges the collet nut 156 and the collet member 153 toward the base end side with respect to the sleeve member 151. ..

これらの皿ばね157およびコレットナット156により引込機構158が形成され、この引込機構158によりコレット部材153は常時チャック孔152の奥側へ向けて引き込まれ、コレット部材153の先端は常時縮径する状態に維持される。
従って、コレット部材153の先端から工具2のストレートシャンク部分が挿入されていれば、引込機構158により工具2の締め付け固定状態が維持される。
A retracting mechanism 158 is formed by the disc spring 157 and the collet nut 156. The retracting mechanism 158 always retracts the collet member 153 toward the inner side of the chuck hole 152, and the tip of the collet member 153 is constantly reduced in diameter. Maintained at.
Therefore, when the straight shank portion of the tool 2 is inserted from the tip of the collet member 153, the retracting mechanism 158 maintains the tightened and fixed state of the tool 2.

図4に戻って、チャック装置15は、主軸本体111の先端側から中心孔112の内部に挿入され、スリーブ部材151のフランジ部分を主軸本体111の端面に固定されている。チャック装置15の基端側は、コレット部材153の端部が、プッシュロッド161の先端に僅かな間隔で対向配置されている。 Returning to FIG. 4, the chuck device 15 is inserted into the center hole 112 from the tip end side of the main spindle body 111, and the flange portion of the sleeve member 151 is fixed to the end surface of the main spindle body 111. On the base end side of the chuck device 15, the end of the collet member 153 is arranged to face the tip of the push rod 161 at a slight interval.

チャック装置15において、プッシュシリンダ16でプッシュロッド161を先端側へ進出させることで、プッシュロッド161でコレット部材153が押され、コレット部材153は引込機構158の引込力に抗して先端側へ移動する。このような移動により、コレット部材153の外側円錐面159は、チャック孔152の内側円錐面150から離れ、絞り機構155によるコレット部材153の先端側の絞りが解除される。その結果、コレット部材153の先端側での工具2の締め付け固定が解除され、工具2はチャック装置15から抜き出し可能となる。 In the chuck device 15, by pushing the push rod 161 forward by the push cylinder 16, the collet member 153 is pushed by the push rod 161, and the collet member 153 moves to the tip side against the pulling force of the pulling mechanism 158. To do. By such movement, the outer conical surface 159 of the collet member 153 separates from the inner conical surface 150 of the chuck hole 152, and the diaphragm mechanism 155 releases the restriction on the tip side of the collet member 153. As a result, the fastening and fixing of the tool 2 on the tip side of the collet member 153 is released, and the tool 2 can be extracted from the chuck device 15.

このように、チャック装置15においては、プッシュシリンダ16でプッシュロッド161を先端側へ進出させることで、工具2の締め付け固定が解除され、プッシュロッド161を戻すことで、引込機構158および絞り機構155が再び有効化され、工具2を締め付け固定することができる。 As described above, in the chuck device 15, the push cylinder 16 advances the push rod 161 toward the tip side to release the tightening and fixing of the tool 2, and the push rod 161 is returned to the retracting mechanism 158 and the drawing mechanism 155. Are re-enabled and the tool 2 can be clamped and fixed.

〔エア配管17〕
図4において、前述したエアベアリング12で使用するエアをエア供給経路13に連続的に供給するため、および、前述したプッシュシリンダ16への制御用のエアを適宜供給するために、主軸ヘッド10には複数のエア配管17が接続されている。
エア配管17はケース101の側面に接続されている。ケース101の側面には、エア配管17を囲むような円形枠状の配管ガイド18が設置され、エア配管17の接続部分に無理な曲げ変形などが生じないように、エア配管17が保護されている。
[Air piping 17]
In FIG. 4, in order to continuously supply the air used in the air bearing 12 described above to the air supply path 13 and to appropriately supply the control air to the push cylinder 16 described above, the spindle head 10 is provided. Is connected to a plurality of air pipes 17.
The air pipe 17 is connected to the side surface of the case 101. A circular frame-shaped pipe guide 18 that surrounds the air pipe 17 is installed on the side surface of the case 101, and the air pipe 17 is protected so that the connecting portion of the air pipe 17 is not unduly bent and deformed. There is.

本実施形態において、主軸ヘッド10に対してエア配管17が接続される位置は、A軸移動機構34の回動軸線AAの延長線上とされ、主軸ヘッド10に接続される部分でのエア配管17の連続方向は、回動軸線AAに沿った方向とされている。
そして、回動軸線AAは、主軸ヘッド10の主軸モータ14が形成された領域(主軸モータ14を挟んで配置された一対のエアベアリング12の間)を通っており、前述したように、主軸ヘッド10の重心Gもこの回動軸線AA上となるように配置されている。
In the present embodiment, the position where the air pipe 17 is connected to the spindle head 10 is on an extension line of the rotation axis line AA of the A-axis moving mechanism 34, and the air pipe 17 is connected to the spindle head 10. The continuous direction of is the direction along the rotation axis AA.
The rotation axis AA passes through the region of the spindle head 10 in which the spindle motor 14 is formed (between the pair of air bearings 12 arranged with the spindle motor 14 in between), and as described above, The center of gravity G of 10 is also arranged on this rotation axis AA.

図6にも示すように、エア配管17は、一端が主軸ヘッド10に接続され、回動軸線AAに沿って引き出された後、上向きに曲げられ、カバー40の内部を通って昇降部材27の配管受け部材271まで引き上げられている。
図2にも示すように、配管受け部材271は昇降ガイド26の側面を通ってサドル25へと引き出されている。エア配管17は、配管受け部材271に沿ってサドル25に至り、外部のエア供給源に接続されている。
As shown in FIG. 6, one end of the air pipe 17 is connected to the spindle head 10, is drawn out along the rotation axis AA, is then bent upward, and is passed through the inside of the cover 40 so that the elevating member 27 of the elevating member 27. The pipe receiving member 271 is pulled up.
As shown in FIG. 2, the pipe receiving member 271 is drawn out to the saddle 25 through the side surface of the elevating guide 26. The air pipe 17 reaches the saddle 25 along the pipe receiving member 271 and is connected to an external air supply source.

本実施形態においては、エア配管17を可撓性材料とすること、あるいはエア配管17の端部ないし中間に相対回転自在なカプラ等を用いることで、主軸ヘッド10が回動した際にも、エア配管17に捻れが生じないように構成されている。 In the present embodiment, the air pipe 17 is made of a flexible material, or a relatively rotatable coupler or the like is used at an end portion or an intermediate portion of the air pipe 17, so that the spindle head 10 can be rotated. It is configured so that the air pipe 17 is not twisted.

〔カバー40〕
前述したように、主軸ヘッド10、Z軸移動機構33およびA軸移動機構34には、これらを覆うカバー40が設置されている。
図1および図6に示すように、カバー40は、ヘッドカバー41、配管カバー42、主軸カバー43およびA軸カバー44で構成されている。
そして、エアベアリング12およびプッシュシリンダ16へのエアを供給する複数のエア配管17は、カバー40(主軸カバー43、配管カバー42ないしヘッドカバー41)の内部を通して外部に引き出されている。
[Cover 40]
As described above, the spindle head 10, the Z-axis moving mechanism 33, and the A-axis moving mechanism 34 are provided with the cover 40 that covers them.
As shown in FIGS. 1 and 6, the cover 40 includes a head cover 41, a piping cover 42, a main shaft cover 43, and an A shaft cover 44.
A plurality of air pipes 17 for supplying air to the air bearing 12 and the push cylinder 16 are drawn out through the inside of the cover 40 (spindle cover 43, pipe cover 42 or head cover 41).

図6および図7に示すように、A軸カバー44は、A軸移動機構34を囲うように配置され、昇降部材27の下面側に固定されている。A軸カバー44からは、回動軸線AAに沿って回動軸部材341が突出しており、この回動軸部材341により主軸ヘッド10が支持されている。 As shown in FIGS. 6 and 7, the A-axis cover 44 is arranged so as to surround the A-axis moving mechanism 34, and is fixed to the lower surface side of the elevating member 27. A rotating shaft member 341 projects from the A-axis cover 44 along the rotating shaft line AA, and the rotating shaft member 341 supports the spindle head 10.

図6および図7に示すように、主軸カバー43は、主軸ヘッド10を囲うように配置され、主軸ヘッド10に固定されており、主軸ヘッド10とともに回動軸線AAまわりに回動可能である。
主軸カバー43の下面側には開口431が形成され、この開口431から主軸11の先端および工具2が露出されている。
主軸カバー43の表面には配管用開口432が形成され、この配管用開口432には主軸ヘッド10の配管ガイド18およびエア配管17が挿通されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the main spindle cover 43 is arranged so as to surround the main spindle head 10, is fixed to the main spindle head 10, and is rotatable with the main spindle head 10 about a rotation axis AA.
An opening 431 is formed on the lower surface side of the spindle cover 43, and the tip of the spindle 11 and the tool 2 are exposed from the opening 431.
A piping opening 432 is formed on the surface of the spindle cover 43, and the piping guide 18 and the air piping 17 of the spindle head 10 are inserted through the piping opening 432.

図6、図8および図9にも示すように、配管カバー42は、基部が昇降部材27に固定され、基部から下方に延びる部分が主軸カバー43の表面を覆うように配置されている。
配管カバー42のうち、主軸カバー43に対向する面には配管用開口421が形成されている。配管用開口421は、主軸カバー43の配管用開口432に対応した位置および大きさとされ、配管用開口432から引き出されたエア配管17は配管カバー42の内側を通って上方へ引き出される。
配管カバー42の上面側は開口422とされており、配管用開口432から配管カバー42の内側へ導かれたエア配管17は、開口422を経て上方へ送られる。
As shown in FIGS. 6, 8 and 9, the pipe cover 42 has a base fixed to the elevating member 27 and a portion extending downward from the base so as to cover the surface of the spindle cover 43.
A piping opening 421 is formed on a surface of the piping cover 42 that faces the spindle cover 43. The piping opening 421 has a position and size corresponding to the piping opening 432 of the main shaft cover 43, and the air piping 17 drawn out from the piping opening 432 is drawn upward through the inside of the piping cover 42.
The upper surface side of the piping cover 42 is an opening 422, and the air piping 17 guided from the piping opening 432 to the inside of the piping cover 42 is sent upward through the opening 422.

図6および図8に示すように、ヘッドカバー41は、昇降ガイド26、昇降部材27およびZ軸移動機構33を一括して囲う配置とされ、昇降ガイド26に固定されている。
ヘッドカバー41の下面側には開口411が形成され、昇降部材27に支持されたA軸移動機構34および主軸ヘッド10は、一部が開口411からヘッドカバー41の内部に収容可能である。
Z軸移動機構33を下降させた際には、A軸移動機構34および主軸ヘッド10はヘッドカバー41から大きく露出する。Z軸移動機構33を上昇させた際には、A軸移動機構34および主軸ヘッド10は大部分がヘッドカバー41の内部に収容される。
ヘッドカバー41の開口411の内側には、主軸ヘッド10が最大限上昇した状態でも、主軸ヘッド10の回動に干渉しないように、十分な大きさのキャビティ412が確保されている。
As shown in FIGS. 6 and 8, the head cover 41 is arranged so as to collectively surround the elevating guide 26, the elevating member 27, and the Z-axis moving mechanism 33, and is fixed to the elevating guide 26.
An opening 411 is formed on the lower surface side of the head cover 41, and part of the A-axis moving mechanism 34 and the spindle head 10 supported by the elevating member 27 can be accommodated inside the head cover 41 through the opening 411.
When the Z-axis moving mechanism 33 is lowered, the A-axis moving mechanism 34 and the spindle head 10 are largely exposed from the head cover 41. When the Z-axis moving mechanism 33 is raised, most of the A-axis moving mechanism 34 and the spindle head 10 are housed inside the head cover 41.
Inside the opening 411 of the head cover 41, a cavity 412 of a sufficient size is secured so as not to interfere with the rotation of the spindle head 10 even when the spindle head 10 is maximally raised.

〔本実施形態の効果〕
以上に説明した本実施形態によれば、下記に示すような効果が得られる。
本実施形態では、回動機構であるA軸移動機構34の回動軸線AAが、主軸ヘッド10の重心G(重心Gから半径10mmの範囲内の領域)を通る。このため、A軸移動機構34により主軸ヘッド10を回動させても、回動に伴って主軸ヘッド10の重心Gが工作機械1の基礎に対して変位しない、または変位が僅少である。
[Effects of this embodiment]
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
In the present embodiment, the rotation axis AA of the A-axis moving mechanism 34, which is a rotation mechanism, passes through the center of gravity G of the spindle head 10 (a region within a radius 10 mm from the center of gravity G). Therefore, even if the spindle head 10 is rotated by the A-axis moving mechanism 34, the center of gravity G of the spindle head 10 is not displaced or is slightly displaced with respect to the foundation of the machine tool 1 in accordance with the rotation.

従って、回動に伴う主軸ヘッド10の重心位置の変動に対応するべく、主軸ヘッド10の支持構造(支持構造20)を補強する必要がなく、かつ慣性モーメントが最小となるためA軸移動機構34の駆動性能も最小限で済む。
その結果、本実施形態によれば、XYZの3軸移動に対してA軸移動機構34を追加しても、主軸ヘッド10の支持構造20の大型化を避けることができる。
これにより、エアベアリング12で主軸11が支持されるとともに、主軸11の中心軸線Cの方向を変更できる工作機械1を実現することができる。
Therefore, it is not necessary to reinforce the support structure (support structure 20) of the spindle head 10 in order to cope with the variation of the position of the center of gravity of the spindle head 10 due to the rotation, and the moment of inertia is minimized, so that the A-axis moving mechanism 34. Drive performance is minimal.
As a result, according to the present embodiment, even if the A-axis moving mechanism 34 is added to the XYZ three-axis movement, it is possible to avoid increasing the size of the support structure 20 of the spindle head 10.
As a result, it is possible to realize the machine tool 1 in which the main shaft 11 is supported by the air bearings 12 and the direction of the central axis C of the main shaft 11 can be changed.

本実施形態では、主軸ヘッド10に接続されるエア配管17の端部の連続方向軸線が、主軸ヘッド10の回動軸線AAに沿っているため、主軸ヘッド10が回動してもエア配管17の変位を僅少ないし無くすことができる。
ここで、主軸ヘッド10の回動に伴ってエア配管17の位置が大きく変動する場合、周辺装置などとの干渉を避けるために、主軸ヘッド10の周囲にエア配管17の変位に応じた空間を確保する必要がある。このような空間の確保は、主軸ヘッド10周辺の小型化要求に逆行し、A軸移動機構34の追加を阻害する可能性が生じる。
これに対し、本実施形態では、主軸ヘッド10の回動によるエア配管17の変位が僅少ないし解消できるため、主軸ヘッド10の周囲に余分な空間を確保する必要がなく、A軸移動機構34の追加を容易にすることができる。
In the present embodiment, since the continuous axis line of the end portion of the air pipe 17 connected to the spindle head 10 is along the rotation axis line AA of the spindle head 10, the air pipe 17 is rotated even if the spindle head 10 is rotated. The displacement can be reduced or eliminated.
Here, in the case where the position of the air pipe 17 greatly changes with the rotation of the spindle head 10, a space corresponding to the displacement of the air pipe 17 is provided around the spindle head 10 in order to avoid interference with peripheral devices. It is necessary to secure it. Securing such a space runs counter to the demand for downsizing around the spindle head 10 and hinders the addition of the A-axis moving mechanism 34.
On the other hand, in the present embodiment, since the displacement of the air pipe 17 due to the rotation of the spindle head 10 is small and can be eliminated, it is not necessary to secure an extra space around the spindle head 10 and the A-axis moving mechanism 34 is not required. It can be easily added.

本実施形態では、カバー40を設けて主軸ヘッド10、Z軸移動機構33およびA軸移動機構34の各部を囲うようにしたので、これらを外部から遮蔽して保護等することができる。また、エア配管17がカバーに収容されることで、エア配管17と周辺装置との干渉を防止することができる。
さらに、本実施形態では、前述のように、エア配管17を回動軸線AAに沿って配置し、主軸ヘッド10の回動によるエア配管17の変位を最小限にできる構成としたため、カバー40への収容が容易であるとともに、エア配管17を収容するカバー40のサイズも最小限にすることができる。
In the present embodiment, since the cover 40 is provided to surround each part of the spindle head 10, the Z-axis moving mechanism 33, and the A-axis moving mechanism 34, these can be shielded from the outside for protection. Further, since the air pipe 17 is housed in the cover, it is possible to prevent interference between the air pipe 17 and peripheral devices.
Further, in the present embodiment, as described above, the air pipe 17 is arranged along the rotation axis AA, and the displacement of the air pipe 17 due to the rotation of the spindle head 10 is minimized. Is easily accommodated, and the size of the cover 40 for accommodating the air pipe 17 can be minimized.

さらに、本実施形態では、ヘッドカバー41、配管カバー42、主軸カバー43およびA軸カバー44によってカバー40を構成した。
すなわち、ヘッドカバー41でZ軸移動機構33を覆い、A軸カバー44でA軸移動機構34を覆い、主軸カバー43で主軸ヘッド10を覆う構成としたため、相対移動する各部の動作を妨げることがない。
さらに、配管カバー42を用いることで、主軸カバー43からヘッドカバー41に至るエア配管17の取り回しに適した経路を確保することができる。
Further, in the present embodiment, the cover 40 is configured by the head cover 41, the pipe cover 42, the main shaft cover 43, and the A shaft cover 44.
That is, since the Z-axis moving mechanism 33 is covered with the head cover 41, the A-axis moving mechanism 34 is covered with the A-axis cover 44, and the main spindle head 10 is covered with the main spindle cover 43, the operations of the relative moving parts are not hindered. ..
Furthermore, by using the pipe cover 42, it is possible to secure a route suitable for routing the air pipe 17 from the spindle cover 43 to the head cover 41.

本実施形態では、回動機構であるA軸移動機構34の回動軸線AAが、主軸ヘッド10の主軸モータ14を通るように配置した。このため、主軸ヘッド10の主軸モータ14において、切削負荷の変動や回転反力の変動などがあっても、回動軸線AAまわりの反力を生じることを防止でき、高い加工精度を確保することができる。 In this embodiment, the rotation axis AA of the A-axis moving mechanism 34, which is a rotation mechanism, is arranged so as to pass through the spindle motor 14 of the spindle head 10. Therefore, in the spindle motor 14 of the spindle head 10, even if there is a variation in the cutting load or a variation in the rotational reaction force, it is possible to prevent the reaction force around the rotation axis line AA from being generated, and to secure high processing accuracy. You can

本実施形態では、主軸ヘッド10において、主軸モータ14を挟んで2つのエアベアリング12が配列されている。このため、主軸11の軸線方向に沿って、一対のエアベアリング12で主軸モータ14が挟まれる両持ち配置となるため、主軸11の振れを効果的に抑制することができる。 In this embodiment, in the spindle head 10, two air bearings 12 are arranged with the spindle motor 14 interposed therebetween. Therefore, the spindle motor 14 is sandwiched between the pair of air bearings 12 along the axial direction of the spindle 11, so that the swing of the spindle 11 can be effectively suppressed.

本実施形態では、主軸11の先端に設置されたチャック装置15により、工具2と主軸11とを直接固定することができる。
とくに、工具2のクランプがコレット部材153による締め付け固定であるため、工具2のシャンク部分がストレートであっても確実に固定することができる。
また、コレット部材153によるクランプの際には、引込機構158によりコレット部材153を主軸11の中心軸線Cに沿って引き込み、絞り機構155で絞ることで、工具2を締め付ける。従って、回転式の外筒によるコレット部材153の締め付け等のように、コレット部材153に回転方向の変形や軸心方向の偏りを生じることがなく、高精度の固定を行うことができる。
一方、プッシュシリンダ16により、引込機構158の引込力に抗してコレット部材153を主軸11の先端側へ引き出し、絞り機構155による絞りからコレット部材153を解放することで、コレット部材153による工具2のクランプを解除し、主軸11から工具を取り外すことができる。
In this embodiment, the tool 2 and the spindle 11 can be directly fixed by the chuck device 15 installed at the tip of the spindle 11.
In particular, since the tool 2 is clamped and fixed by the collet member 153, the tool 2 can be reliably fixed even if the shank portion is straight.
When the collet member 153 is clamped, the retracting mechanism 158 retracts the collet member 153 along the central axis C of the main shaft 11 and the squeezing mechanism 155 tightens the tool 2. Therefore, unlike the tightening of the collet member 153 by the rotary type outer cylinder, the collet member 153 is not deformed in the rotation direction or biased in the axial direction, and can be fixed with high accuracy.
On the other hand, the push cylinder 16 pulls the collet member 153 toward the tip end side of the main shaft 11 against the pulling force of the pulling mechanism 158, and releases the collet member 153 from the drawing by the drawing mechanism 155. The tool can be removed from the spindle 11 by releasing the clamp of the tool.

〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、回動機構としてA軸移動機構34を設けたが、これに代えて、主軸ヘッド10をB軸つまりY軸まわりに回動させるB軸移動機構を設けてもよい。あるいは、昇降部材27の下部に、A軸移動機構34とB軸移動機構とを併せて設置してもよい。ただし、前述したように、テーブル21にC軸移動機構35を設ける場合、A軸移動機構34またはB軸移動機構のいずれかで十分である。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications and the like within a range in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
Although the A-axis moving mechanism 34 is provided as the turning mechanism in the above-described embodiment, a B-axis moving mechanism for turning the spindle head 10 around the B-axis, that is, the Y-axis may be provided instead. Alternatively, the A-axis moving mechanism 34 and the B-axis moving mechanism may be installed together under the elevating member 27. However, as described above, when the C-axis moving mechanism 35 is provided on the table 21, either the A-axis moving mechanism 34 or the B-axis moving mechanism is sufficient.

前記実施形態のカバー40としては、ヘッドカバー41、配管カバー42、主軸カバー43およびA軸カバー44からなる構成に限らず、他の補助的なカバーを追加してもよく、ヘッドカバー41と配管カバー42とを一体化する等の変形なども可能である。
一方、各部とくにサイズが大きなヘッドカバー41などは、複数の部材から組み立てられるものとしてもよい。
カバー40を構成する各部の材質は、例えば合成樹脂、なかでも繊維強化されたもの、金属ほかの材料を適宜選択すればよい。
The cover 40 of the above-described embodiment is not limited to the configuration including the head cover 41, the piping cover 42, the main shaft cover 43, and the A-axis cover 44, and other auxiliary covers may be added, and the head cover 41 and the piping cover 42 may be added. Modifications such as integrating and are possible.
On the other hand, each part, especially the head cover 41 having a large size, may be assembled from a plurality of members.
As the material of each part constituting the cover 40, for example, synthetic resin, fiber-reinforced material, metal and other materials may be appropriately selected.

前記実施形態のチャック装置15において、工具2のクランプの解除にあたっては、引込機構158の引込力を解除する別の機構を用いてもよいし、引込機構158の引込力に抗してコレット部材153を移動させる別の駆動機構を用いてもよい。例えば、主軸11の中心孔112に通されたクーラント孔を通して加圧エアを供給する等により、コレット部材153を駆動することができる。
なお、コレット部材153の内面に切削屑が付着していると、工具2の取付精度を低下させることがある。このため、工具2の装着に先立って、コレット部材153の内面に加圧エアの吹付を行って、切削屑の除去を行うようにしてもよい。
In the chuck device 15 of the above-described embodiment, when releasing the clamp of the tool 2, another mechanism for releasing the retracting force of the retracting mechanism 158 may be used, or the collet member 153 may be resisted against the retracting force of the retracting mechanism 158. Another drive mechanism for moving can be used. For example, the collet member 153 can be driven by supplying pressurized air through a coolant hole that is passed through the center hole 112 of the main shaft 11.
It should be noted that if the cutting waste adheres to the inner surface of the collet member 153, the mounting accuracy of the tool 2 may be reduced. Therefore, prior to mounting the tool 2, the inner surface of the collet member 153 may be sprayed with pressurized air to remove cutting chips.

絞り機構155としては、円錐面に限らず、コレット部材153の外周面あるいはチャック孔152の内側面に、周方向に均等配置されかつ主軸11の中心軸線C方向に延びる複数の突条を形成し、その表面をチャック孔152の奥側ほど中心軸線Cに近接する傾斜面とし、これらの傾斜面を絞り機構としてもよい。
引込機構158としては、引込用弾性部材は複数の皿ばね157に限らず、コイルばねその他の弾性部材であってもよく、体積圧縮する素材などであってもよい。
The diaphragm mechanism 155 is not limited to the conical surface, and a plurality of protrusions that are evenly arranged in the circumferential direction and extend in the central axis C direction of the main shaft 11 are formed on the outer peripheral surface of the collet member 153 or the inner side surface of the chuck hole 152. The surface may be an inclined surface closer to the central axis C toward the inner side of the chuck hole 152, and these inclined surfaces may be a diaphragm mechanism.
In the retracting mechanism 158, the retractable elastic member is not limited to the plurality of disc springs 157, but may be a coil spring or other elastic member, or a material that compresses volume.

本発明は、高回転のもとで高精度切削を行うための工作機械として利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a machine tool for performing high precision cutting under high rotation.

1…工作機械、2…工具、3…ワーク、10…主軸ヘッド、11…主軸、12…エアベアリング、13…エア供給経路、14…主軸モータ、15…チャック装置、16…プッシュシリンダ、17…エア配管、18…配管ガイド、20…支持構造、21…テーブル、22…ベッド、23…コラム、24…クロスバー、25…サドル、26…昇降ガイド、27…昇降部材、31…X軸移動機構、32…Y軸移動機構、33…Z軸移動機構、34…A軸移動機構(回動機構)、35…C軸移動機構、40…カバー、41…ヘッドカバー、42…配管カバー、43…主軸カバー、44…A軸カバー、101…ケース、111…主軸本体、112…中心孔、150…内側円錐面、151…スリーブ部材、152…チャック孔、153…コレット部材、154…すり割り、155…絞り機構、156…コレットナット、157…皿ばね、158…引込機構、159…外側円錐面、161…プッシュロッド、261…レール、271…配管受け部材、331…駆動機構、341…回動軸部材、342…軸受、343…モータ、344…エンコーダ、411,422,431…開口、412…キャビティ、421,432…配管用開口、AA…回動軸線、C…中心軸線、G…重心。 1... Machine tool, 2... Tool, 3... Work, 10... Spindle head, 11... Spindle, 12... Air bearing, 13... Air supply path, 14... Spindle motor, 15... Chuck device, 16... Push cylinder, 17... Air piping, 18... Piping guide, 20... Support structure, 21... Table, 22... Bed, 23... Column, 24... Crossbar, 25... Saddle, 26... Lift guide, 27... Lift member, 31... X-axis moving mechanism , 32... Y-axis moving mechanism, 33... Z-axis moving mechanism, 34... A-axis moving mechanism (rotating mechanism), 35... C-axis moving mechanism, 40... Cover, 41... Head cover, 42... Piping cover, 43... Spindle Cover, 44... A-axis cover, 101... Case, 111... Main shaft body, 112... Center hole, 150... Inner conical surface, 151... Sleeve member, 152... Chuck hole, 153... Collet member, 154... Slot, 155... Throttle mechanism, 156... Collet nut, 157... Disc spring, 158... Retraction mechanism, 159... Outer conical surface, 161... Push rod, 261... Rail, 271... Pipe receiving member, 331... Drive mechanism, 341... Rotating shaft member , 342... Bearings, 343... Motor, 344... Encoder, 411, 422, 431... Opening, 412... Cavity, 421, 432... Piping opening, AA... Rotation axis, C... Central axis, G... Center of gravity.

Claims (4)

工具が装着される主軸と、前記主軸を回転自在に支持するエアベアリングおよび前記主軸を回転駆動するモータを有する主軸ヘッドと、ワークが固定されるテーブルと、前記テーブルに対して前記主軸ヘッドを相対移動可能に支持する支持構造と、前記エアベアリングを含む前記主軸ヘッドの機構部分を囲うカバーと、前記カバーの内部に収容されて前記エアベアリングにエアを供給するエア配管と、を有し、
前記支持構造は、前記主軸ヘッドを支持する昇降部材をZ軸方向の昇降ガイドに沿って昇降させるZ軸移動機構と、前記Z軸移動機構を支持するサドルをX軸方向およびY軸方向へ移動させるX軸移動機構およびY軸移動機構の少なくともいずれかと、前記主軸ヘッドを前記X軸まわりに回動させる回動機構と、を有し、
前記回動機構の回動軸線は、前記主軸ヘッドの重心から所定半径の領域を通るように配置されており、
前記カバーは、前記主軸ヘッドを囲うように配置されかつ前記主軸ヘッドに固定された主軸カバーと、前記昇降部材に基部が固定され、前記基部から下方に延びる部分が前記主軸カバーの表面を覆うように配置された配管カバーと、前記昇降ガイドに固定され、前記昇降部材および前記Z軸移動機構を一括して囲う配置とされたヘッドカバーと、を有し、
前記エア配管は、一端が前記主軸ヘッドに接続され、前記回動機構の回動軸線に沿って引き出された後、上向きに曲げられ、前記カバーの内部を通って前記昇降部材の配管受け部材まで引き上げられ、前記昇降ガイドの側面を通って前記サドルへと引き出されており、
前記配管受け部材は、前記昇降部材の両側を経て前記サドルに至る二股状に形成されていることを特徴とする工作機械。
A spindle on which a tool is mounted, an air bearing for rotatably supporting the spindle, and a spindle head having a motor for rotationally driving the spindle, a table on which a work is fixed, and the spindle head relative to the table. A support structure that movably supports, a cover that surrounds a mechanical portion of the spindle head that includes the air bearing, and an air pipe that is housed inside the cover and supplies air to the air bearing ,
The support structure moves a Z-axis moving mechanism that raises and lowers a lifting member that supports the spindle head along a Z-axis lifting guide, and a saddle that supports the Z-axis moving mechanism in the X-axis direction and the Y-axis direction. At least one of an X-axis moving mechanism and a Y-axis moving mechanism , and a rotating mechanism for rotating the spindle head around the X-axis,
The rotation axis of the rotation mechanism is arranged so as to pass through a region of a predetermined radius from the center of gravity of the spindle head ,
The cover is arranged so as to surround the spindle head and is fixed to the spindle head, and a base is fixed to the elevating member, and a portion extending downward from the base covers the surface of the spindle cover. And a head cover fixed to the elevating guide and arranged to collectively surround the elevating member and the Z-axis moving mechanism,
One end of the air pipe is connected to the spindle head, is drawn out along the rotation axis of the rotation mechanism, is then bent upward, and passes through the inside of the cover to the pipe receiving member of the elevating member. It is pulled up and pulled out to the saddle through the side surface of the lifting guide,
The machine tool , wherein the pipe receiving member is formed in a bifurcated shape that extends to both sides of the elevating member and reaches the saddle .
請求項1に記載した工作機械において、
前記エア配管の前記主軸ヘッドに接続される端部は、その連続方向軸線が前記主軸ヘッドの前記回動軸線と平行かつ前記回動軸線から所定半径の領域に配置されていることを特徴とする工作機械。
The machine tool according to claim 1,
The end portion of the air pipe connected to the spindle head is arranged in a region in which a continuous direction axis line is parallel to the rotation axis line of the spindle head and has a predetermined radius from the rotation axis line. Machine Tools.
請求項1または請求項2に記載した工作機械において、
前記回動機構の回動軸線は、前記モータを通るように配置されていることを特徴とする工作機械。
In the machine tool according to claim 1 or 2 ,
A machine tool, wherein a rotation axis of the rotation mechanism is arranged so as to pass through the motor.
請求項1から請求項のいずれか一項に記載した工作機械において、
前記エアベアリングは、前記主軸の軸線方向に少なくとも2つ配列され、
前記モータは、2つの前記エアベアリングの間に設置されていること
を特徴とする工作機械。
The machine tool according to any one of claims 1 to 3 ,
At least two air bearings are arranged in the axial direction of the main shaft,
The machine tool, wherein the motor is installed between the two air bearings.
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