JP7266875B2

JP7266875B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP7266875B2
Application number: JP2019177441A
Authority: JP
Inventors: 良太新藤; 圭二植村
Original assignee: Nagase Integrex Co Ltd
Current assignee: Nagase Integrex Co Ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2023-05-01
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JP2021053725A

Description

本発明は、工具などを支持する回転テーブルと、ワークを支持するスピンドルとを備えた工作機械に関するものである。

特許文献１には、円形のテーブルを備えたワーク回転装置と、そのワーク回転装置の上方に間隔をおいて配置された工具ホルダとが開示されている。この特許文献１においては、工作機械のワーク回転装置のテーブルに関する詳細な構成は開示されていない。

特開２０１２－４５６８１号公報

特許文献１の工作機械においては、前記工具ホルダは、工具を下向きに保持するようになっている。従って、特許文献１の工作機械においては、全体の高さが高くなって、大形化することが避けられない。このように大形化することは、大重量になり、工場内の設置条件に制約が生じる。また、工作機械が大形化して、大重量化することは、機械の固有振動数が低くなるが、その一方、固有振動の振幅が大きくなるため、加工精度が低下する要因となる。

本発明の目的は、高い加工精度を得ることができる工作機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明においては、油静圧軸受を介して第１軸線を中心に回転されるとともに、同じく油静圧軸受を介して前記第１軸線と直交する第２軸線の方向に移動される回転テーブルが備えられた回転テーブルユニットと、前記第１軸線及び第２軸線と直交する第３軸線を中心に回転されるとともに、油静圧軸受を介してその第３軸線の方向に移動されるスピンドルユニットとを設けた工作機械であって、前記ベッドの上面前部に凹部を形成するとともに、その凹部内に前記回転テーブルユニットを設置し、ベッドの後部に前記スピンドルユニットを設置し、前記回転テーブルの前記第１軸線を中心とした回転のための回転油静圧軸受と、前記回転テーブルユニットの前記第２軸線方向の移動のための直線移動油静圧軸受とを同じ高さに配置したことを特徴とする。

以上のように構成された工作機械においては、ベッドの凹部内に回転テーブルユニットが収容される。このため、回転テーブルの位置を低くできる。そして、その回転テーブルユニットの回転油静圧軸受及び直線移動油静圧軸受が同じ高さに設けられている。このため、回転テーブルユニットの上下寸法を小さくできる。その結果、前記回転テーブルの位置をさらに低くできる。従って、回転テーブル上のバイトなどの工具によって加工されるワークを支持するスピンドルの位置を低くできる。これらのことから、工作機械全体を薄く、小型軽量化できる。そのため、工作機械の固有振動数が高くなり、振幅が小さくなって、加工精度を向上できる。また、工作機械を小型軽量化できるため、工作機械の工場内における設置場所の制約が少なくなり、取り扱いが容易になる。

本発明によれば、工作機械として、高い加工精度を得ることができるという効果を発揮する。

旋盤ユニットを前部側の斜め上から見た斜視図。旋盤ユニットを後部側の斜め上から見た斜視図。旋盤ユニットを後部側の斜め下から見た斜視図。旋盤の側面図。旋盤の正面図。旋盤の背面図。旋盤の断面図。図７とは直交する方向で切断した旋盤の断面図。ベッドと回転テーブル機構を示す分解斜視図。ベッドと回転テーブルユニットとを示す分解斜視図。

（実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態を説明する。
本実施形態の工作機械は、旋盤において具体化したものである。

図１及び図２に示すように、旋盤２１を有する旋盤ユニット１０は、工場の床面などの据え付け面（図示しない）上に設置される設置台１１を備えており、この設置台１１は、その下面３箇所に設置部材１２を有している。すなわち、設置部材１２は、前部側に２箇所，後部側に１箇所設けられている。これらの設置部材１２は、それぞれ傾斜状のカム面１３の作用によって高さ調節可能である。従って、各設置部材１２の高さ調節によって、旋盤ユニット１０の高さ及び傾きを調節できる。

図１及び図２に示すように、設置台１１の上面の３箇所にはエアダンパよりなる吸振装置１４を上端に設けた一対の前部支持脚１５及び単一の後部支持脚１６が立設されている。前部支持脚１５及び後部支持脚１６はそれぞれ各設置台１１を通る垂直軸線（Ｙ軸）上に位置している。そして、吸振装置１４のピストンの上端の受け板１７上に前記旋盤２１が支持されている。従って、旋盤２１は３箇所の支持脚１５，１６により３点で支持されている。

以下に、前記旋盤２１の構成を説明する。
図１，図６～図８に示すように、旋盤２１は、ベッド２２を備えており、そのベッド２２の前部側には左右両側を開放した凹部２３２を有するテーブル支持部２３が形成されるとともに、後部側には平板状の天板２８を有するスピンドル支持部２４が形成されている。ベッド２２は、鋳造によって全体が一体形成されている。図６に示すように、テーブル支持部２３の上面２３１及びスピンドル支持部２４の天板２８の上面２４１は同一平面上に位置している。テーブル支持部２３の凹部２３２の左右開放部は、端板２７によって閉塞されている。

図１，図４～図６に示すように、テーブル支持部２３には回転テーブルユニット２５が設けられるとともに、スピンドル支持部２４にはスピンドルユニット２６が設けられている。

前記回転テーブルユニット２５は以下のように構成されている。
図６，図７及び図９に示すように、テーブル支持部２３の凹部２３２の内側においてＺ軸方向に対向する一対の面にはＸ軸方向に延びるガイド面としての上部段差３０１が形成されている。上部段差３０１には回転テーブルユニット２５の移動体３２がＸ軸方向においてガイドされて移動可能に支持されている。

すなわち、図７，図９及び図１０に示すように、移動体３２は、板状体を構成して、全体として四角板状をなし、その対向する一対の辺の下面部と、同辺の側面と、同辺の上面部にそれぞれ油が供給される被ガイド面としての第１油静圧軸受３１が配置されている。そして、下面の第１油静圧軸受３１が上部段差３０１の底面に、側面の第１油静圧軸受３１が上部段差３０１の垂直面にそれぞれ油膜を介して支持されている。テーブル支持部２３の上面には、Ｘ軸方向に延びる一対のガイド部材４５が支持されており、このガイド部材４５の下面に第１油静圧軸受３１が油膜を介して支持されている。第１油静圧軸受３１により直線移動油静圧軸受が構成されている。移動体３２の上面には後述する回転テーブル３９との間に位置するスペーサ４４が取り付けられている。

前記上部段差３０１の下側に下部段差３０２が形成されており、この下部段差３０２と前記移動体３２との間にはリニアモータ３３が介在されている。すなわち、下部段差３０２にリニアモータ３３の固定側が設けられ、移動体３２にリニアモータ３３の可動側が設けられている。そして、リニアモータ３３の駆動力より移動体３２がＸ軸方向に移動される。

移動体３２の中心部にはガイド面としての支持孔４２が貫設されており、その支持孔４２の内周面及び支持孔４２の上下の周縁部にそれぞれ被ガイド面としての環状をなすとともに、油が供給される第２油静圧軸受３５が形成されている。第２油静圧軸受３５により垂直（Ｙ軸）な回転軸線上において回転軸３６が支持されている。回転軸３６には環状凹部４３が形成されており、その環状凹部４３の内上面が第２油静圧軸受３５の上面に、環状凹部４３の内底部周面が第２油静圧軸受３５の側面に、環状凹部４３の内下面が第２油静圧軸受３５の下面にそれぞれ油膜を介して支持されている。第２油静圧軸受３５が回転油静圧軸受を構成している。

移動体３２の下面と回転軸３６の下端部との間には回転モータ３７が配置されており、この回転モータ３７により回転軸３６が自身の垂直軸線を中心に回転される。
第１油静圧軸受３１と、第２油静圧軸受３５とは同一高さに配置されており、回転モータ３７は、その第１油静圧軸受３１及び第２油静圧軸受３５の下方に配置されている。

回転軸３６の上端には回転テーブル３９が取り付けられている。この回転テーブル３９上にバイト２０１などの工具が支持される。本実施形態においては、バイト２０１の先端が回転テーブル３９の回転中心を通るＹ軸方向の軸線上に位置している。

図１，図４及び図７に示すように、前記第１油静圧軸受３１及び第２油静圧軸受３５と同じ高さの位置において、テーブル支持部２３の前面には中央部を窪ませた湾曲部４１が形成されており、その両端には端部材４６が形成されている。両方の端部材４６の相互に逆ネジになっている雌ねじ孔には、調節ロッド４７の両端の雄ねじが螺合されるとともに、その調節ロッド４７の雄ねじには緩み止めのナット４８，４９が螺着されている。従って、ナット４８，４９を緩め、調節ロッド４７を回すことにより、調節ロッド４７がターンバックルとして作用する。このため、端部材４６間の間隔が微調節されて、湾曲部４１を介してテーブル支持部２３の湾曲度合いを調節でき、その結果、前後の上部段差３０１の垂直面間の位置関係を調節できる。

前記スピンドルユニット２６は以下のように構成されている。
図１，図３及び図１０に示すように、前記スピンドル支持部２４の上面にはユニット台５１が載置固定されており、このユニット台５１の両側には受け部５２が一体形成されている。両受け部５２にはＺ軸方向に延びる第３油静圧軸受５３が配置されており、この第３油静圧軸受５３には移動体５４がスライダ５５を介してＺ軸方向に移動可能に支持されている。この移動体５４は、金属セラミックス複合材料によって構成されている。この金属セラミックス複合材料は、軽量化と強靭性の双方を得るために、例えば、鋳鉄中に炭化ケイ素の粉末を分散混合させたものである。移動体５４にはスピンドル軸受５６が支持されている。移動体５４はリニアモータ６１によってＺ軸方向に移動される。このリニアモータ６１の固定側がユニット台５１側に、可動側が移動体５４側に位置する。

図６及び図７に示すように、スピンドル軸受５６には回転モータ５７によって回転されるスピンドル５８がＺ軸方向の軸線上において支持されており、その先端にはエアチャック５９が設けられている。エアチャック５９の先端にワーク２０２がチャックされる。

次に、前記ベッド２２，ユニット台５１及びその関連構成について詳細に説明する。
図３及び図６に示すように、ユニット台５１の前端部がテーブル支持部２３の上方に位置している。

図５，図６及び図８に示すように、ベッド２２の左右両側端には下方に向かって側板部７１が一体形成されている。テーブル支持部２３の下方において、両側板部７１の下端間には前部下板部７２が一体形成されている。スピンドル支持部２４の下方において、両側板部７１の下端間には膨出部としての後部下板部７８が一体形成されている。

図２及び図６に示すように、前記前部下板部７２の下面における左右両端部，すなわち回転テーブル３９の左右（Ｘ軸方向）移動方向の両端部の２箇所には第１荷重受け部としての前部脚連結部７３が形成されている。この前部脚連結部７３が前記支持脚１５の上端の前記受け板１７上に載置されて、ボルト（図示しない）によって受け板１７に連結される。前記後部下板部７８の後端部には透設部７６が形成されており、この透設部７６と対向するように、スピンドル支持部２４の天板２８の下面には第１荷重受け部としての後部脚連結部７７が形成されている。この後部脚連結部７７は、スピンドル５８の下方に位置し、前記スピンドル軸受５６の移動領域であって、左右の第３油静圧軸受５３間の中央位置と対応している。この後部脚連結部７７が前記後部支持脚１６の上端の前記受け板１７上に載置されて、ボルト（図示しない）によって連結される。後部脚連結部７７は前部脚連結部７３より上方の高いところに位置している。

従って、旋盤２１は、Ｘ軸方向の同一高さの２箇所において前部支持脚１５によって支持されるとともに、両前部支持脚１５間の中央を通るＺ軸方向の１箇所において後部支持脚１６によって支持されている。また、旋盤２１は、前部支持脚１５及び後部支持脚１６により前後方向において後部側が高くなる高低差を設けて支持されている。

図６～図８に示すように、前記後部下板部７８は、前記前部脚連結部７３と後部脚連結部７７との間に配置されるとともに、前後方向及び左右方向において曲面状であるほぼ円弧状に膨らむ形状に形成されている。本実施形態においては、このように、前後方向及び左右方向においてほぼ円弧状に膨らむ形状を球面状とする。

図６及び図８に示すように、ベッド２２は天板２８，側板部７１及び後部下板部７８で囲まれた空洞９５を有している。ベッド２２の内部における天板２８及び後部下板部７８の両側部間には一対の補強縦壁８１が介在されている。両補強縦壁８１の下端部と天板２８との間には一対の補強傾斜壁８２が介在されている。天板２８と補強傾斜壁８２との間，補強傾斜壁８２と後部下板部７８との間及び天板２８と後部下板部７８との間における補強縦壁８１と側板部７１との間にはそれぞれ複数の補強横壁８３が介在されている。前記ユニット台５１の下面には、一対の傾斜壁８５と、両傾斜壁８５の下端間に位置する架設部８６とよりなる補強部が形成されており、架設部８６は天板２８の上面に当接している。ユニット台５１の内部には複数の横壁９０が形成されている。ユニット台５１の両側下部には側方に突出する板部９１が形成されており、この板部９１とユニット台の側壁との間には複数の補強リブ９２が一体形成されている。

図１，図６，図８に示すように、ベッド２２及びユニット台５１の板状をなす部分には、円形や三角形などの適宜な形状の重量軽減用の透孔８８が形成されている。
次に、以上のように構成された旋盤２１の作用を説明する。

例えば、ワーク２０２をその前面が凸曲面や凹曲面となるように切削する場合には、スピンドル５８の回転により、ワーク２０２をチャックするエアチャック５９が回転するとともに、リニアモータ６１によりスピンドルユニット２６がＺ軸方向に移動される。これと同時に、回転テーブル３９がＹ軸を中心に旋回されながら、回転テーブルユニット２５がＸ軸方向に往復移動される。従って、バイト２０１の先端がＹ軸を中心に回転されながら、そのバイト２０１がＸ軸方向に往復移動され、ワーク２０２がＺ軸方向に往復移動される。このようにして、ワーク２０２に対して凸曲面や凹曲面を切削することができる。従って、スピンドルユニット２６のＺ軸方向への移動及び回転テーブルユニット２５のＸ軸方向への移動の速度，タイミング，ストロークなどを適宜に設定するとともに、回転テーブル３９の回転速度や回転範囲などを適宜に設定すれば、ワーク２０２を各種の形状に加工できる。

本実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）ベッド２２の前部のテーブル支持部２３には凹部２３２が形成されて、その凹部２３２内に回転テーブルユニット２５が収容されている。このため、回転テーブル３９の位置を低くできる。そして、その回転テーブルユニット２５には板状の移動体３２が設けられており、この移動体３２の外周面及び支持孔４２にそれぞれ第１油静圧軸受３１及び第２油静圧軸受３５が設けられている。そして、第１油静圧軸受３１と第２油静圧軸受３５とは同じ高さの位置に配置されている。このため、回転テーブルユニット２５の上下寸法を小さくできる。その結果、前記回転テーブル３９の高さをさらに低くできる。そのため、回転テーブル３９上のバイト２０１の位置を低くでき、従って、ワーク２０２を支持するスピンドル５８の位置を低くできる。これらのことから、旋盤２１全体を薄く、小型軽量化できる。これによって、旋盤２１の固有振動数が高くなり、振幅が小さくなって、加工精度を向上できる。また、旋盤２１を小型軽量化できるため、旋盤２１の工場内における設置場所の制約が少なくなり、取り扱いが容易になる。

（２）旋盤２１が３点で支持されるため、同旋盤２１を支持脚１５，１６を介して安定支持することができる。従って、旋盤２１を吸振装置１４を有する支持脚１５，１６上に支持した状態において、据え付け面や設置台１１が振動して、吸振装置１４が振動吸収動作しても、旋盤２１のベッド２２が歪みを生じたりすることはなく、安定した設置状態を維持できる。従って、本実施形態においては、高精度加工を維持できる。

（３）ベッド２２のスピンドル支持部２４の下面側に位置する後部下板部７８が後方に向かう上昇カーブを描いているため、後部下板部７８が上昇カーブを描くことなく直線状をなす場合とは異なり、ベッド２２を小形化できる。また、ベッド２２のスピンドル支持部２４の下方が空洞９５になっている。従って、ベッド２２を軽量化できる。このため、前記と同様に、ベッド２２の固有振動数が高くなり、その結果、旋盤２１の固有振動の振幅が小さくなる。

（４）ベッド２２のスピンドル支持部２４の下方に空洞９５が形成されていても、その空洞９５の内壁面には、補強縦壁８１や補強傾斜壁８２などが形成されているため、ベッド２２の剛性を維持できる。また、後部下板部７８が縦横に円弧状に湾曲形成されているため、言い換えれば、球状に形成されているため、ベッド２２の剛性をさらに向上できる。

（５）スピンドルユニット２６などの重量による負荷が後部下板部７８にその引っ張り荷重として作用するが、後部下板部７８は前後方向に円弧状をなしているため、その引っ張り荷重に対して有効に抗することができて、前記負荷によるベッド２２の変形は適切に抑制される。また、スピンドル５８の両側のリニアモータ３３などの重量による負荷は、後部下板部７８にその圧縮荷重として作用するが、後部下板部７８は左右方向に円弧状をなしているため、その圧縮荷重に対して有効に抗することができて、前記負荷によるベッド２２の変形は適切に抑制される。従って、大重量化することなく、ベッド２２の実質的な剛性が向上して、高精度加工に寄与できる。

（６）設置台１１の後部側の支持脚１６を受ける後部脚連結部７７を前部側の支持脚１５を受ける前部脚連結部７３より高い位置に配置したことにより、ベッド２２の側面形状を後方に向かって上昇収束する形状にできる。このため、前記のようにベッド２２の小形・軽量化に寄与できる。

（７）ベッド２２の板状の部分に複数の透孔８８が形成されているため、旋盤２１全体を軽量化できる。また、これらの透孔８８が通気口となり、旋盤２１の内外の温度を均一化できて、ベッド２２などの歪変形を抑えることができる。

（変更例）
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。そして、本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・前記実施形態とは逆に、スピンドル支持部２４に回転砥石などの工具を支持し、回転テーブル３９にワークを支持すること。
・本実施形態を旋盤以外の工作機械において具体化すること。

・ベッド２２とユニット台５１とを一体形成すること。
（他の技術的思想）
前記実施形態から把握されるが、請求項に記載されていない技術的思想は以下の通りである。

（Ａ）ベッドの上面にテーブルユニットとスピンドルユニットとを設けた工作機械であって、
前記ベッドの下面において、前記スピンドルユニットのスピンドルの軸方向と直交する方向の２箇所に第１荷重受け部を設けるとともに、前記スピンドルユニットの軸と対応する１箇所に第２荷重受け部を設け、前記第１荷重受け部と第２荷重受け部との間における前記ベッドの下面に曲面状の膨出部を設けた工作機械。

（Ｂ）前記テーブルユニットを前記スピンドルの軸方向と直角をなす方向に移動可能にするとともに、前記第１荷重受け部をテーブルの移動範囲の両端部に対応して配置した請求項１に記載の工作機械。

（Ｃ）前記スピンドルユニットの支持部をテーブルユニットの支持部より高い位置に配置し、前記第２荷重受け部を前記第１荷重受け部より高い位置に配置した請求項２に記載の工作機械。

１０…旋盤ユニット、２１…旋盤、２２…ベッド、２３…テーブル支持部、２３…スピンドル支持部、２５…回転テーブルユニット、２６…スピンドルユニット、３２…移動体、３９…回転テーブル、５４…移動体、５８…スピンドル、７８…後部下板部、２３２…凹部。

Claims

油静圧軸受を介して第１軸線を中心に回転されるとともに、同じく油静圧軸受を介して前記第１軸線と直交する第２軸線の方向に移動される回転テーブルが備えられた回転テーブルユニットと、前記第１軸線及び第２軸線と直交する第３軸線を中心に回転されるとともに、油静圧軸受を介してその第３軸線の方向に移動されるスピンドルユニットとを設けた工作機械であって、
ベッドの上面前部に凹部を形成するとともに、その凹部内に前記回転テーブルユニットを設置し、前記ベッドの後部に前記スピンドルユニットを設置し、前記回転テーブルの前記第１軸線を中心とした回転のための回転油静圧軸受と、前記回転テーブルユニットの前記第２軸線方向の移動のための直線移動油静圧軸受とを同じ高さに配置した工作機械。
前記回転テーブルユニットは、前記直線移動油静圧軸受と、回転油静圧軸受とを有する移動体を設けた請求項１に記載の工作機械。
前記移動体を板状体によって構成し、その移動体の外周の対向する２箇所に直線移動油静圧軸受を設けるとともに、中心部に回転油静圧軸受を設けた請求項２に記載の工作機械。
前記ベッドの下面において、前記第２軸線の方向の２箇所に第１荷重受け部を設けるとともに、前記スピンドルユニットの軸と対応する１箇所に第２荷重受け部を設け、前記第１荷重受け部と第２荷重受け部との間における前記ベッドの下面に曲面状の膨出部を設けた請求項１～３のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
前記ベッドを空洞形状にするとともに、その内壁に補強壁を形成した請求項４に記載の工作機械。