JP6834377B2 - 多軸工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、加工軸を複数搭載した多軸工作機械に関する。

マシニングセンタ等の工作機械においては、生産量の向上や設置スペースの削減を図るために、互いに平行な加工軸を複数備え、各加工軸に保持させた工具で、テーブル上の治具に加工軸間のピッチに合わせて固定した複数のワークを同時に加工可能としたものが知られている。
このような多軸工作機械は、加工時間が長くなると、モータやベアリング等からの発熱によって加工軸間のピッチに変動が生じる。一方、治具側では、加工領域に切削液が掛けられるため、治具の温度は切削液と略等しくなる。これによって加工軸間のピッチと治具側でのワークの固定ピッチとの間に差が生じ、ワーク同士の寸法精度に誤差が発生する。
こうした発熱による誤差の発生を抑えるため、特許文献１には、複数の主軸台の間に、内部に熱発生手段を有して温度センサを備え、位置検出ロッドを伸長させた変位発生装置を、主軸と直交状に架設した多軸旋盤の発明が開示されている。ここでは、主軸台の位置が変位すると位置検出ロッドが主軸台に組み込まれた位置検出器の変位量を検出し、変位量が基準値以上になると変位量が０になるように変位発生装置が加熱又は冷却し、そのときに温度センサで検出した検出温度を目標値として変位発生装置を作動させるようになっている。
一方、特許文献２には、主軸頭本体の主軸と工作機械の基部との間の発熱部に沿って冷却流体を潤滑させる冷却流体用通路を形成して、当該通路を循環させる冷却流体によって基部側の摺動部での熱変形を減少させる発明が開示されている。よって、多軸工作機械においても、このような冷却構造を複数の主軸頭間に跨がって採用することが考えられる。

特開昭６２−９４２０２号公報 実開平５−７４７４９号公報

特許文献１に記載の発明は、複数の主軸台間の変位のみを抑える技術であるため、主軸台間のピッチとワークの固定ピッチとの差を抑制するには至らない。特許文献２の発明も、冷却流体用通路によって主軸頭側の変位のみが抑えられるに過ぎないため、ワークの固定ピッチとの差を解消できない。

そこで、本発明は、加工軸間のピッチとワークの固定ピッチとの差を効果的に抑制することができ、同時加工されるワークの寸法精度を高めることができる多軸工作機械を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、互いの軸線が所定のピッチで平行となるように配される左右一対の上下方向の加工軸と、ピッチと同じ固定ピッチでワークを固定可能な治具と、ワークの加工領域に切削液を供給可能な切削液供給手段と、各加工軸を切削液で冷却する冷却手段と、を含んでなり、
各加工軸を個々に軸支する左右一対の加工軸ハウジングが設けられると共に、各加工軸ハウジング間に跨がって連結され、上下方向へ移動制御されるＺ軸テーブルが設けられて、
Ｚ軸テーブルの内部に、切削液供給手段から供給された切削液が、Ｚ軸テーブルの上側中央部に流れ、上側中央部から左右に分かれて下降した後、Ｚ軸テーブルの左右外側へ移動し、左右外側を上昇してＺ軸テーブルの上端に至る左右一対の冷却路が形成されて、
各冷却路を切削液が通過することで、Ｚ軸テーブル及び各加工軸ハウジングを介して各加工軸を冷却する冷却手段が形成されることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、切削液供給手段で用いた切削液が濾過されて冷却手段で再利用されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、加工領域に供給される切削液を用いて加工軸を冷却することで、加工時の発熱にかかわらず、加工軸の軸線間のピッチとワークの固定ピッチとの差を効果的に抑制することができる。よって、同時加工されるワークの寸法精度を高めることができる。
また、冷却手段を、加工軸ハウジング間に跨がって連結されるＺ軸テーブル内に形成されて切削液が通過する左右一対の冷却路としたことで、Ｚ軸テーブルを利用して加工軸ハウジング及び加工軸を間接的且つ合理的に冷却することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、切削液供給手段で用いた切削液が濾過されて冷却手段で再利用されることで、切削液の節約に繋がる。

マシニングセンタの正面からの説明図である。 マシニングセンタの側面からの説明図である。 図２のＡ−Ａ線断面図（但しＺ軸テーブルのみ示す）である。 図２のＢ−Ｂ線断面図（但し連結板のみ示す）である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、多軸工作機械の一例である２軸タイプのマシニングセンタの正面からの説明図、図２は側面からの説明図である。
このマシニングセンタ１は、ベッド２の後側上部に、図示しない案内部及び送り軸機構によってＹ軸方向（図１の紙面直交方向）へ移動可能なコラム３を有し、コラム３の前面には、案内部４を介して連結体としてのＺ軸テーブル５が設けられている。このＺ軸テーブル５は、図示しない送り軸機構によってＺ軸方向（図１，２の上下方向）へ移動制御される。

Ｚ軸テーブル５の前面には、左右一対の主軸頭６，６が固定されている。各主軸頭６は、上端にスピンドルモータ８を備えた加工軸ハウジングとしての主軸ハウジング７内に、加工軸としての主軸９を図示しないベアリングを介して下向きに軸支して、スピンドルモータ８の駆動で主軸９を回転させる。主軸９の下端には、工具Ｔを装着するホルダ１０が備えられている。各主軸ハウジング７の下面においてホルダ１０の左右外側には、図示しない工具マガジンとの間で工具Ｔを交換するための交換アーム１１がそれぞれ設けられている。

一方、ベッド２上には、図示しない案内部及び送り軸機構により、Ｘ軸方向（図１の左右方向）へ移動制御されるＸ軸テーブル１２が設けられて、Ｘ軸テーブル１２の上面に、カバー１３を介して治具としての治具板１４が設けられている。この治具板１４は、主軸頭６，６の下方に、２つのワークＷ，Ｗを位置決めする位置決めピン１５，１５をそれぞれ備えると共に、ワークＷ，Ｗを固定する図示しないクランプを備える。ここでは互いに平行となる主軸９，９の軸線間のピッチＰ１と、ワークＷ，Ｗの固定ピッチＰ２（位置決めピン１５，１５の中心間のピッチ）とが等しくなるよう設定されている。

ベッド２におけるＸ軸テーブル１２の設置面は、後方へ行くに従って下り傾斜する傾斜面１６となっており、傾斜面１６の終端には、回収管１７を介して切削液の供給装置１８が接続されている。この供給装置１８は、内部のタンクに貯留された切削液を所定の供給圧で送り出すポンプ１９を備え、タンクには切削液が送り出される送出管２０が接続されている。送出管２０の下流端には、二股状の分岐管部２１を介して第１分岐管２２と第２分岐管２３とが接続されている。このうち第１分岐管２２は、Ｚ軸テーブル５の左側面上側に接続され、第２分岐管２３は、左右の主軸頭６，６の間を通って，主軸ハウジング７，７の前面間に架設された連結体としての連結板２４の背面上側に接続されている。

第１分岐管２２が接続されるＺ軸テーブル５は、図３に示すように、上下に分割される上ブロック２５と下ブロック２６とをボルト２７，２７で結合して形成されており、Ｚ軸テーブル５の内部には、第１分岐管２２が接続される左側面上側から中央部に掛けて水平方向に延びる第１横孔２８と、左右の側面下側から中央部に掛けて水平方向に延び、側面側が閉塞される左右一対の第２横孔２９，２９とが形成されている。また、Ｚ軸テーブル５の中央部には、上端が第１横孔２８と交差し、下端がそれぞれ同じ側の第２横孔２９の端部と交差する左右一対の第１縦孔３０，３０と、各第１縦孔３０，３０の左右外側で第１横孔２８の下方位置から下方へ延び、下端がそれぞれ同じ側の第２横孔２９の中間部と交差する左右一対の第２縦孔３１，３１とが形成されている。

よって、Ｚ軸テーブル５内には、第１分岐管２２から送られる切削液が、第１横孔２８を通って中央部の左右の第１縦孔３０，３０に分かれて下降した後、左右の第２横孔２９，２９から左右外側へ移動し、中間部から第２縦孔３１，３１を上昇して上端に至る左右一対の倒Ｆ字状の冷却手段としての第１冷却路３２，３２が形成されることになる。Ｚ軸テーブル５の前面には、第２縦孔３１，３１の上端と接続され、左右の主軸ハウジング７，７内を通って下端に設けたチャンバー３４，３４に接続される内部管３３，３３が設けられている。各チャンバー３４の下面には、先端を交換アーム１１に向けた洗浄ノズル３５，３５・・が設けられている。

一方、連結板２４は、図４に示すように、上部が上方へ向かって先細りのテーパ状となる正面視略矩形状を有し、外周部分を除く後面に凹部３７を形成した前板３６と、平板状の後板３８とを四隅のボルト３９，３９・・で結合してなる。ここでは左右のボルト３９，３９をそれぞれ同じ側の主軸ハウジング７の前面に螺合させることで、連結板２４は、左右の主軸ハウジング７，７の中央で両者に跨がる格好で連結される。第２分岐管２３は、後板３８の中央上側に接続され、前板３６の凹部３７内には、第２分岐管２３の接続部位よりも下方で左右方向に延び、外周部分の手前で途切れる横長台形状の突条４０が形成されて、後板３８の前面に当接している。よって、連結板２４内には、第２分岐管２３から送られる切削液が突条４０によって左右に分かれた後、下端に至る冷却手段としての第２冷却路４１が形成される。

そして、前板３６の下端には、６つの切削液の供給ノズル４２，４２・・が等間隔で下向きに設けられて、左右の３つずつの供給ノズル４２，４２・・がそれぞれ同じ側のワークＷに対応している。但し、ここでは３つずつの供給ノズル４２，４２・・のうち、外側の２つの供給ノズル４２，４２がそれぞれ工具Ｔによる加工点を含む領域に向けられ、内側の１つの供給ノズル４２は、治具板１４側に向けられている。よって、ここには、供給装置１８から、送出管２０、分岐管部２１、第２分岐管２３、連結板２４を経て供給ノズル４２に至る切削液供給手段が形成されて、この切削液供給手段に、一方の冷却手段となる第２冷却路４１が組み込まれることになる。

以上の如く構成されたマシニングセンタ１においては、左右の主軸９，９のホルダ１０，１０に同じ工具Ｔ，Ｔを装着して主軸９，９を回転させ、Ｚ軸テーブル５をＹ軸及びＺ軸方向へ移動制御する一方、治具板１４に２つの同じワークＷ，Ｗを固定ピッチＰ２で固定して、Ｘ軸テーブル１２をＸ軸方向へ移動制御する。また、所定のタイミングで交換アーム１１，１１を介して図示しない工具マガジンとの間で工具Ｔ，Ｔの交換を行うことで、所定の加工を行うことができる。

加工中は、供給装置１８のポンプ１９を駆動させて、タンク内の切削液を送出管２０から分岐管部２１を介して第１、第２分岐管２２，２３へそれぞれ送り出す。第１分岐管２２からの切削液は、前述のようにＺ軸テーブル５の左右の第１冷却路３２，３２を通って内部管３３，３３からチャンバー３４，３４に至り、各洗浄ノズル３５から噴出して交換アーム１１に付着した切り屑を除去する。一方、第２分岐管２３からの切削液は、連結板２４の第２冷却路４１を通った後、各供給ノズル４２から噴出して工具Ｔ及びワークＷを冷却すると共に、治具板１４も冷却する。
洗浄ノズル３５及び供給ノズル４２から噴出した切削液は、切り屑と共に傾斜面１６上を後方に流れ、回収管１７を介して供給装置１８に回収され、図示しないフィルタで濾過された後タンクに戻る。よって、再び送出管２０からＺ軸テーブル５及び連結板２４へ送られて循環する。

こうして切削液がＺ軸テーブル５の第１冷却路３２及び連結板２４の第２冷却路４１を通過することで、Ｚ軸テーブル５と連結板２４とが冷却されて切削液に近い温度となり、これらと繋がる左右の主軸ハウジング７，７及びその内部の主軸９，９も同等の温度に冷却される。一方、治具板１４も、切削液がかけられることで切削液と同じ温度となる。
よって、モータやベアリング等からの発熱によって主軸９，９間のピッチＰ１に変動が生じても、切削液に近い温度での変位となる。同様にワークＷ，Ｗの発熱によって固定ピッチＰ２に変動が生じても、切削液と同じ温度での変位となる。従って、両ピッチＰ１，Ｐ２間の差が小さくなり、左右のワークＷ，Ｗ間の寸法誤差が抑えられる。

このように、上記形態のマシニングセンタ１によれば、互いの軸線が所定のピッチＰ１で平行となるように配される一対の主軸９，９と、ピッチＰ１と同じ固定ピッチＰ２でワークＷを固定可能な治具板１４と、ワークＷの加工領域に切削液を供給可能な切削液供給手段（供給装置１８から供給ノズル４２）と、主軸９，９を切削液で冷却する冷却手段（第１冷却路３２及び第２冷却路４１）とを含んでなることで、加工時の発熱にかかわらず、主軸９，９の軸線間のピッチＰ１とワークＷ，Ｗの固定ピッチＰ２との差を効果的に抑制することができる。よって、同時加工されるワークＷ，Ｗの寸法精度を高めることができる。

特にここでは、供給装置１８から供給ノズル４２に至る切削液供給手段に第２冷却路４１が組み込まれて、第２冷却路４１で用いた切削液が供給ノズル４２で利用されることで、切削液供給手段を利用して冷却手段を合理的に形成することができ、冷却手段を設けてもコストアップが抑えられる。また、同じ切削液が主軸ハウジング７とワークＷ及び治具板１４とを冷却するので、両者の温度が近くなりやすく、ピッチＰ１，Ｐ２の差の抑制効果が高まる。
また、切削液供給手段で用いた切削液が濾過されて第１冷却路３２及び第２冷却路４１で再利用されるので、切削液の節約に繋がる。

さらに、各主軸９を個々に軸支する主軸ハウジング７が設けられると共に、各主軸ハウジング７，７間に跨がって連結されるＺ軸テーブル５及び連結板２４が設けられて、冷却手段を、Ｚ軸テーブル５内に形成されて切削液が通過する第１冷却路３２及び連結板２４内に形成されて切削液が通過する第２冷却路４１としているので、Ｚ軸テーブル５及び連結板２４を利用して主軸ハウジング７，７及び主軸９，９を間接的且つ合理的に冷却することができる。

なお、Ｚ軸テーブル内の冷却路の構成は上記形態に限らず、冷却路を蛇行状に形成する等、左右の主軸ハウジングを均等に冷却可能であれば適宜変更可能である。Ｚ軸テーブル自体の構造も上下ブロックからなるものに限定されず、３以上のブロックから形成してもよいし、連結板のような前後板の組み合わせでもよい。
同様に、連結板内の冷却路の構成も上記形態に限らず、突条の形態を変えたり（例えば三角形状）数を増やしたり、突条をなくしてＺ軸テーブルのような冷却路を形成したり等、左右の主軸ハウジングを均等に冷却可能で、且つ供給ノズルへ均等に切削液を振り分け可能であれば適宜変更可能である。連結板自体の構造も前後板からなるものに限定されず、Ｚ軸テーブルのような上下ブロックの組み合わせでもよい。
また、Ｚ軸テーブルや連結板のような連結体内に冷却路を設けて主軸ハウジング等の加工軸ハウジングを間接的に冷却する構造に限定するものではなく、主軸ハウジング等の加工軸ハウジングに冷却路を形成して加工軸ハウジングを直接冷却する構造も採用して差し支えない。

そして、上記形態では、交換アームへ切削液を供給する洗浄ノズルの上流側にＺ軸テーブルの第１冷却路を設けているが、洗浄ノズルを設けない場合は、内部管を連結板に接続して切削液を連結板で合流させて、供給ノズルからのみ切削液を加工領域に供給するようにしてもよい。逆に、チャンバーに供給ノズルを設けて連結板とチャンバーとを配管で接続してチャンバー側に切削液を合流させて後側の供給ノズルから加工領域に切削液を供給するようにしてもよい。
但し、上記形態のように連結板とＺ軸テーブルとの前後の連結体にそれぞれ冷却手段を用いず、前後何れか一方にのみ冷却手段を設けることは可能である。

一方、上記形態では、供給装置からそれぞれ洗浄ノズルと供給ノズルとに至る切削液供給路に冷却手段（第１冷却路及び第２冷却路）を組み込んでいるが、切削液供給路とは独立した経路で供給装置と第１冷却路及び第２冷却路とを接続して冷却手段を形成することは可能である。
その他、立形マシニングセンタに限らず、横形マシニングセンタであっても本発明は適用可能であるし、マシニングセンタ以外の旋盤や複合加工機等の工作機械であってもよい。また、上記形態のように一対の加工軸を備えるものに限らず、３以上の加工軸を搭載した多軸工作機械であっても、切削液による加工軸の冷却手段を設ける本発明は採用できる。

１・・マシニングセンタ、２・・ベッド、３・・コラム、５・・Ｚ軸テーブル、６・・主軸頭、７・・主軸ハウジング、９・・主軸、１２・・Ｘ軸テーブル、１４・・治具板、１５・・位置決めピン、１６・・傾斜面、１７・・回収管、１８・・供給装置、１９・・ポンプ、２０・・送出管、２２・・第１分岐管、２３・・第２分岐管、２４・・連結板、３２・・第１冷却路、３５・・洗浄ノズル、４１・・第２冷却路、４２・・供給ノズル、Ｐ１・・主軸９，９の軸線間のピッチ、Ｐ２・・ワークＷ，Ｗの固定ピッチ。

Claims (2)

1. 互いの軸線が所定のピッチで平行となるように配される左右一対の上下方向の加工軸と、
   前記ピッチと同じ固定ピッチでワークを固定可能な治具と、
   前記ワークの加工領域に切削液を供給可能な切削液供給手段と、
   各前記加工軸を切削液で冷却する冷却手段と、を含んでなり、
   各前記加工軸を個々に軸支する左右一対の加工軸ハウジングが設けられると共に、各前記加工軸ハウジング間に跨がって連結され、上下方向へ移動制御されるＺ軸テーブルが設けられて、
   前記Ｚ軸テーブルの内部に、前記切削液供給手段から供給された切削液が、前記Ｚ軸テーブルの上側中央部に流れ、前記上側中央部から左右に分かれて下降した後、前記Ｚ軸テーブルの左右外側へ移動し、前記左右外側を上昇して前記Ｚ軸テーブルの上端に至る左右一対の冷却路が形成されて、
   各前記冷却路を切削液が通過することで、前記Ｚ軸テーブル及び各前記加工軸ハウジングを介して各前記加工軸を冷却する前記冷却手段が形成されることを特徴とする多軸工作機械。
2. 前記切削液供給手段で用いた切削液が濾過されて前記冷却手段で再利用されることを特徴とする請求項１に記載の多軸工作機械。

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