JP7560660B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械に関する。

たとえば、特開２００５－８８０９９号公報（特許文献１）には、固定ベッドと、固定ベッドの後端部に垂直上方に延びるコラムと、コラムにより左右（Ｘ軸）方向に移動可能に支持されるサドルと、サドルにより上下（Ｙ軸）方向に移動可能に支持されるタレットベースとを備える横形マシニングセンタが開示されている。

特開２００５－８８０９９号公報

工具主軸を支持するサドルを備え、工具主軸によって保持される工具の回転中心軸が水平方向に延びる工作機械が知られている。

このような工作機械においては、移動体であるサドルの慣性モーメントを小さくするため、サドルの重量を低減することが求められる。一方、ワークの切削負荷が工具主軸を通じてサドルに伝わると、サドルが大きく振動する可能性がある。この場合、ワークの加工精度が低下してしまうため、サドルの振動を抑制することが求められる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、サドルの重量を低減するとともに、サドルの振動を抑制することが可能な工作機械を提供することである。

この発明に従った工作機械は、ベッドと、ベッド上に立設されるコラムと、コラムにより支持される移動体であるサドルと、サドルにより支持され、水平方向に平行な第１軸方向に延びる回転中心軸を中心に工具を回転させる工具主軸とを備える。サドルは、工具主軸を取り囲むように設けられるフレーム部を有する。第１軸方向におけるフレーム部の厚みは、鉛直方向に平行な第２軸方向に沿って変化し、フレーム部の下端部よりもフレーム部の上端部寄りの第１位置で最大となる。

このように構成された工作機械によれば、第１軸方向におけるフレーム部の厚みが第２軸方向に沿って変化するため、フレーム部の厚みを第２軸方向における全域に渡って大きく確保する場合と比較して、サドルの重量を低減することができる。また、ベッドは、コラムの下端部を支持するため、そのコラムによって支持されるサドルは、フレーム部の上端部寄りの位置で振動し易い。これに対して、第１軸方向におけるフレーム部の厚みをフレーム部の下端部よりも上端部寄りの第１位置で最大とすることによって、第１位置におけるサドルの剛性を向上させ、サドルの振動を効果的に抑制することができる。

また好ましくは、サドルは、コラムに対して、水平方向に平行で、かつ、第１軸方向に直交する第３軸方向に移動可能である。工具主軸は、サドルに対して、第２軸方向に移動可能である。工作機械は、サドルを第３軸方向に案内し、第２軸方向において第１位置に配置される第１ガイド部をさらに備える。

このように構成された工作機械によれば、サドルが第１位置において第１ガイド部により支持されるため、サドルの振動をさらに効果的に抑制できる。

また好ましくは、工作機械は、サドルを第３軸方向に案内し、第２軸方向において第１位置よりも下方の第２位置に配置される第２ガイド部をさらに備える。第２位置での第１軸方向におけるコラムの厚みは、第１位置での第１軸方向におけるコラムの厚みよりも大きい。

このように構成された工作機械によれば、第１位置よりも下方の第２位置での第１軸方向におけるコラムの厚みを相対的に大きくすることによって、ベッドにより支持される下端部側のコラムの厚みを十分に確保する。これにより、コラムがベッドによってより強固に支持されるため、サドルの振動をより効果的に抑制することができる。

また好ましくは、サドルは、第１ガイド部および第２ガイド部がそれぞれ取り付けられる第１ガイド取り付け面および第２ガイド取り付け面を有する。コラムは、第１軸方向において第１ガイド取り付け面および第２ガイド取り付け面とそれぞれ対向し、第１ガイド部および第２ガイド部がそれぞれ取り付けられる第３ガイド取り付け面および第４ガイド取り付け面を有する。

このように構成された工作機械によれば、第１ガイド取り付け面および第２ガイド取り付け面と、第３ガイド取り付け面および第４ガイド取り付け面とが、それぞれ、第１軸方向において対向するため、コラムまたはサドルに対する第１ガイド部および第２ガイド部の取り付け作業を容易に行なうことができる。

また好ましくは、工作機械は、第２軸方向において第２ガイド部よりも第１ガイド部寄りの位置に配置され、サドルを第３軸方向に駆動させる第１送り装置と、第２軸方向において第１ガイド部よりも第２ガイド部寄りの位置に設けられ、サドルを第３軸方向に駆動させる第２送り装置とをさらに備える。

このように構成された工作機械によれば、第１ガイド部の側の駆動力と、第２ガイド部の側の駆動力とに差が生じることを抑制できる。これにより、サドルを第３軸方向においてより安定して移動させることができる。

また好ましくは、フレーム部は、第１軸方向におけるフレーム部の厚みが、第２軸方向において、第１位置からフレーム部の上端部に向かうに従って減少する第１漸減部と、第１軸方向におけるフレーム部の厚みが、第２軸方向において、第１位置からフレーム部の下端部に向かうに従って減少する第２漸減部とを含む。

このように構成された工作機械によれば、サドルの重量をさらに低減することができる。

また好ましくは、工具主軸は、サドルに対して、第２軸方向に移動可能である。工具主軸が第２軸方向において上方側のストローク端に位置決めされた場合に、回転中心軸は、第２軸方向において、第１位置と同じ高さ、または、第１位置よりも上方に位置する。

このように構成された工作機械によれば、工具主軸が第２軸方向において上方側のストローク端に移動した場合であっても、第１軸方向におけるフレーム部の厚みをフレーム部の下端部よりも上端部寄りの第１位置で最大とすることによって、サドルの振動を効果的に抑制することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、サドルの重量を低減するとともに、サドルの振動を抑制することが可能な工作機械を提供することができる。

この発明の実施の形態における工作機械を示す斜視図である。 図１中の工作機械を示す上面図である。 図１中の工作機械を示す側面図である。 図１中の工作機械を示す正面図である。 図１中のサドルを示す斜視図である。 図１中のサドルを示す上面図である。 図１中のサドルを示す側面図である。 図３中の２点鎖線ＶＩＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す側面図である。 図３中の２点鎖線ＩＸで囲まれた範囲を拡大して示す側面図である。 工具主軸がＹ軸方向において上方側のストローク端に位置決めされた場合の工作機械を示す側面図である。 工具主軸がＹ軸方向において下方側のストローク端に位置決めされた場合の工作機械を示す側面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態における工作機械を示す斜視図である。図２は、図１中の工作機械を示す上面図である。図３は、図１中の工作機械を示す側面図である。図４は、図１中の工作機械を示す正面図である。

図中には、工作機械の外観をなすカバー体を透視することによって、工作機械の内部構造が示されている。

図１から図４を参照して、本実施の形態における工作機械１００は、ワークに回転する工具を接触させることによって、ワーク加工を行なうマシニングセンタである。工作機械１００は、工具の回転中心軸が水平方向に延びる横形マシニングセンタである。工作機械１００は、コンピュータによる数値制御によって、ワーク加工のための各種動作が自動化されたＮＣ（Numerically Control）工作機械である。

本明細書においては、水平方向に平行で、かつ、工具の回転中心軸に平行な軸を「Ｚ軸（第１軸）」といい、鉛直方向に平行な軸を「Ｙ軸（第２軸）」といい、水平方向に平行で、かつ、工具の回転中心軸に直交する軸を「Ｘ軸（第３軸）」という。図３中における左方向が「＋Ｚ軸方向」であり、右方向が「－Ｚ軸方向」である。上方向が「＋Ｙ軸方向」であり、下方向が「－Ｙ軸方向」である。図２中における右方向が「＋Ｘ軸方向」であり、左方向が「－Ｘ軸方向」である。

まず、工作機械１００の全体構造について説明する。工作機械１００は、ベッド１１と、コラム２１と、サドル３１と、クロススライド４１と、工具主軸９１と、テーブル５１とを有する。

ベッド１１は、コラム２１、サドル３１、クロススライド４１、工具主軸９１およびテーブル５１等を支持するためのベース部材であり、工場などの床面に設置されている。ベッド１１は、鋳鉄等の金属からなる。

ベッド１１は、上面視した場合に、Ｚ軸方向に延びる長辺と、Ｘ軸方向に延びる短辺とを有する矩形形状を有する。Ｙ軸方向におけるベッド１１の全長は、Ｚ軸方向におけるベッド１１の全長よりも小さく、Ｘ軸方向におけるベッド１１の全長よりも小さい。

ベッド１１は、第１周壁部１２と、第２周壁部１３とを有する。第１周壁部１２および第２周壁部１３は、上面視した場合のベッド１１の周縁に設けられている。第１周壁部１２および第２周壁部１３は、Ｘ軸方向におけるベッド１１の両端部に設けられている。第１周壁部１２は、－Ｘ軸方向におけるベッド１１の端部に設けられている。第２周壁部１３は、＋Ｘ軸方向におけるベッド１１の端部に設けられている。第１周壁部１２および第２周壁部１３は、上方に向けて立ち上がる壁形状をなしながらＺ軸方向に沿って延びている。

第１周壁部１２は、第１頂面１２ａを有する。第２周壁部１３は、第２頂面１３ａを有する。第１頂面１２ａおよび第２頂面１３ａは、Ｘ軸－Ｚ軸平面に平行な平面である。第１頂面１２ａおよび第２頂面１３ａは、上方を向いている。

ベッド１１は、第１段差部１４と、第２段差部１５とをさらに有する。第１段差部１４は、第１周壁部１２から下方に向けて凹む段差をなしている。第２段差部１５は、第２周壁部１３から下方に向けて凹む段差をなしている。第１段差部１４は、Ｘ軸方向において、第１周壁部１２および第２段差部１５の間に設けられている。第２段差部１５は、Ｘ軸方向において、第１段差部１４および第２周壁部１３の間に設けられている。

第１段差部１４は、第３頂面１４ａを有する。第１頂面１２ａは、第３頂面１４ａよりも上方に配置されている。第１周壁部１２は、第３頂面１４ａから上方に向けて突出する凸形状をなしている。第２段差部１５は、第４頂面１５ａを有する。第２頂面１３ａは、第４頂面１５ａよりも上方に配置されている。第２周壁部１３は、第４頂面１５ａから上方に向けて突出する凸形状をなしている。

コラム２１は、ベッド１１上に立設されている。コラム２１は、ベッド１１の上面に載置されている。コラム２１は、全体として、ベッド１１から上方に向けて立ち上がる門型形状を有する。コラム２１は、ベッド１１に対して固定されている。コラム２１は、ボルトを用いて、ベッド１１に対して締結されている。コラム２１は、－Ｚ軸方向におけるベッド１１の端部に配置されている。

サドル３１は、コラム２１により支持されている。サドル３１は、＋Ｚ軸方向を向くコラム２１の前面に設けられている。サドル３１は、全体として、ベッド１１から上方に向けて立ち上がる枠型形状を有する。サドル３１は、移動体である。サドル３１は、コラム２１に対してＸ軸方向に移動可能に設けられている。

なお、コラム２１およびサドル３１の構造、ならびに、サドル３１をＸ軸方向に移動させるための構造については、後で詳細に説明する。

クロススライド４１は、サドル３１により支持されている。クロススライド４１は、＋Ｚ軸方向を向くサドル３１の前面に設けられている。クロススライド４１は、全体として、Ｘ軸－Ｙ軸平面に平行な板形状を有する。クロススライド４１は、サドル３１等に設けられた送り装置４２，４３およびガイド部４６，４７によって、サドル３１に対してＹ軸方向（上下方向）に移動可能に設けられている。

工具主軸９１は、クロススライド４１により支持されている。工具主軸９１は、クロススライド４１に対して固定されている。工具主軸９１は、クロススライド４１を貫通し、クロススライド４１から＋Ｚ軸方向および－Ｚ軸方向に向けて突出している。工具主軸９１は、クロススライド４１を介して、コラム２１により支持されている。工具主軸９１は、サドル３１に対して、クロススライド４１とともにＹ軸方向（上下方向）に移動する。

工具主軸９１は、Ｚ軸に平行な回転中心軸１１０を中心に、モータ駆動により回転可能に設けられている。工具主軸９１には、工作機械１００におけるワーク加工のための工具が保持される。工具主軸９１の回転に伴って、工具主軸９１に保持された工具が回転中心軸１１０を中心に回転する。

テーブル５１は、ベッド１１により支持されている。テーブル５１は、ベッド１１上に設けられている。テーブル５１は、コラム２１、サドル３１およびクロススライド４１から＋Ｚ軸方向に離れた位置に設けられている。テーブル５１は、ワークを保持するための装置である。テーブル５１は、Ｚ軸方向において工具主軸９１と対向する位置にワークを保持する。

テーブル５１は、ワーク保持部６１と、テーブルベース７１とを有する。ワーク保持部６１は、Ｘ軸方向において、第１周壁部１２および第２周壁部１３の間に配置されている。ワーク保持部６１は、ワークを着脱可能に保持する。ワーク保持部６１には、パレットＰが装着されている。ワーク保持部６１には、パレットＰを、Ｙ軸方向に延びる回転中心軸１３０を中心に回転させるための回転機構部（不図示）と、パレットＰをクランプおよびアンクランプするためのクランプ機構部（不図示）とが内蔵されている。パレットＰには、たとえば、ワークが取り付けられるイケール等の治具が搭載される。

ワーク保持部６１は、テーブルベース７１により支持されている。テーブルベース７１は、ワーク保持部６１の下方に設けられている。テーブルベース７１は、上面視した場合に、Ｘ軸方向において、第３頂面１４ａおよび第４頂面１５ａの間に跨がって設けられている。

テーブル５１は、送り装置５２，５３およびガイド部５８，５９によって、ベッド１１に対してＺ軸方向に移動可能に設けられている。送り装置５２およびガイド部５８は、第３頂面１４ａ上に設けられている。送り装置５２およびガイド部５８は、第３頂面１４ａ上において、テーブルベース７１に接続されている。送り装置５３およびガイド部５９は、第４頂面１５ａ上に設けられている。送り装置５３およびガイド部５９は、第４頂面１５ａ上において、テーブルベース７１に接続されている。

続いて、サドル３１およびコラム２１の構造と、サドル３１をＸ軸方向に移動させるための構造とについて、より具体的に説明する。図５は、図１中のサドルを示す斜視図である。図６は、図１中のサドルを示す上面図である。図７は、図１中のサドルを示す側面図である。

図１から図７を参照して、サドル３１は、鋳鉄等の金属からなる。サドル３１は、フレーム部２１１を有する。フレーム部２１１は、工具主軸９１から、ワーク加工時の切削負荷を受ける剛体として設けられている。

フレーム部２１１は、枠形状を有する。フレーム部２１１は、工具主軸９１を取り囲むように設けられている。フレーム部２１１は、工具主軸９１における回転中心軸１１０の周りで周回する枠形状を有する。

Ｙ軸方向におけるフレーム部２１１の全長は、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の全長よりも大きく、Ｘ軸方向におけるフレーム部２１１の全長よりも大きい。Ｙ軸方向におけるフレーム部２１１の全長は、Ｙ軸方向におけるコラム２１の全長よりも大きい。Ｙ軸方向におけるフレーム部２１１の全長は、Ｙ軸方向におけるコラム２１の全長以下であってもよい。Ｘ軸方向におけるフレーム部２１１の全長は、Ｘ軸方向におけるコラム２１の全長よりも小さい。

Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の全長（最大厚み）は、Ｚ軸方向におけるコラム２１の全長（最大厚み）よりも小さくてもよいし、Ｚ軸方向におけるコラム２１の全長（最大厚み）以上であってもよい。

図５から図７に示されるように、フレーム部２１１は、第１側壁部２１２と、第２側壁部２１３と、上壁部２１４と、下壁部２１５とを有する。

第１側壁部２１２および第２側壁部２１３は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。第１側壁部２１２および第２側壁部２１３は、Ｙ軸方向（上下方向）に延びている。上壁部２１４および下壁部２１５は、Ｘ軸方向に延びている。上壁部２１４および下壁部２１５は、Ｙ軸方向において、互いに離れて設けられている。－Ｘ軸方向における上壁部２１４の端部が、＋Ｙ軸方向における第１側壁部２１２の端部に接続され、＋Ｘ軸方向における上壁部２１４の端部が、＋Ｙ軸方向における第２側壁部２１３の端部に接続されている。－Ｘ軸方向における下壁部２１５の端部が、－Ｙ軸方向における第１側壁部２１２の端部に接続され、＋Ｘ軸方向における下壁部２１５の端部が、－Ｙ軸方向における第２側壁部２１３の端部に接続されている。

第１側壁部２１２、第２側壁部２１３、上壁部２１４および下壁部２１５は、互いに一体となって枠形状をなしている。第１側壁部２１２、第２側壁部２１３、上壁部２１４および下壁部２１５の内側には、開口部２１０が設けられている。開口部２１０は、Ｚ軸方向に延びている。開口部２１０には、工具主軸９１が挿入されている。第１側壁部２１２および第２側壁部２１３は、Ｘ軸方向に見た場合に、工具主軸９１の一部（後端部）と重なり合っている。上壁部２１４および下壁部２１５は、Ｙ軸方向に見た場合に、工具主軸９１の一部（後端部）と重なり合っている。

フレーム部２１１は、仮想平面２０１を挟んで対称となる形状を有してもよい。仮想平面２０１は、Ｙ軸－Ｚ軸平面に平行で、かつ、工具主軸９１の回転中心軸１１０を含む平面である。第１側壁部２１２および第２側壁部２１３は、仮想平面２０１を挟んで、互いに対称となる形状を有してもよい。上壁部２１４は、仮想平面２０１を挟んで対称となる形状を有してもよい。下壁部２１５は、仮想平面２０１を挟んで対称となる形状を有してもよい。

なお、ここでいう対称形状は、厳密な意味ではなく、フレーム部２１１は、センサもしくはスケール等の各種部品が取り付けられる座、または、各種部品を取り付けるための雌ネジもしくは孔などを除いた場合に、仮想平面２０１を挟んで対称となる形状を有すればよい。

フレーム部２１１は、上端部２２１と、下端部２２２とを有する。上端部２２１は、＋Ｙ軸方向におけるフレーム部２１１の先端部である。上端部２２１は、フレーム部２１１のうちで最も高い位置に配置されるフレーム部２１１の部位である。上端部２２１は、上壁部２１４の頂面からなる。下端部２２２は、－Ｙ軸方向におけるフレーム部２１１の先端部である。下端部２２２は、フレーム部２１１のうちで最も低い位置に配置されるフレーム部２１１の部位である。下端部２２２は、下壁部２１５の底面からなる。

サドル３１は、中間リブ部２２０をさらに有する。中間リブ部２２０は、第１側壁部２１２および第２側壁部２１３の間において、Ｘ軸方向に延びている。

－Ｘ軸方向における中間リブ部２２０の端部は、－Ｚ軸方向における第１側壁部２１２の端部に接続され、＋Ｘ軸方向における中間リブ部２２０の端部は、－Ｚ軸方向における第２側壁部２１３の端部に接続されている。中間リブ部２２０は、上壁部２１４から－Ｙ軸方向に離れた位置であって、下壁部２１５から＋Ｙ軸方向に離れた位置に設けられている。中間リブ部２２０は、Ｙ軸方向において、フレーム部２１１の下端部２２２よりも上端部２２１寄りの位置に設けられている。

サドル３１は、第１モータ取り付け部２１６と、第２モータ取り付け部２１７と、第１ナット取り付け部２１８と、第２ナット取り付け部２１９とをさらに有する。

第１モータ取り付け部２１６は、第１側壁部２１２および上壁部２１４が交わる角部に設けられている。第２モータ取り付け部２１７は、第２側壁部２１３および上壁部２１４が交わる角部に設けられている。第１モータ取り付け部２１６および第２モータ取り付け部２１７は、フレーム部２１１から＋Ｚ軸方向に突出している。第１モータ取り付け部２１６および第２モータ取り付け部２１７は、全体として、Ｙ軸方向に延びる筒形状をなしている。第１モータ取り付け部２１６および第２モータ取り付け部２１７は、仮想平面２０１を挟んで対称に設けられている。

第１ナット取り付け部２１８は、中間リブ部２２０から－Ｚ軸方向に突出している。第２ナット取り付け部２１９は、下壁部２１５から－Ｚ軸方向に突出している。第１ナット取り付け部２１８および第２ナット取り付け部２１９は、全体として、Ｘ軸方向に延び、－Ｚ軸方向を向いて部分的に開放された筒形状をなしている。

図１から図７に示されるように、工作機械１００は、第１送り装置２２と、第２送り装置２３とをさらに有する。第１送り装置２２および第２送り装置２３は、コラム２１およびサドル３１に設けられている。第１送り装置２２および第２送り装置２３は、サドル３１に対して駆動力を付与することによって、サドル３１をＺ軸方向に移動させる。

第１送り装置２２は、サーボモータ２４１と、ネジ軸２４２と、ナット２４３とを有する。第２送り装置２３は、サーボモータ２４６と、ネジ軸２４７と、ナット（不図示）とを有する。

図２に示されるように、ネジ軸２４２は、Ｘ軸方向に延びている。ネジ軸２４２は、Ｘ軸方向において互いに離れて配置された複数の軸受けによって、回転可能に支持されている。ナット２４３は、複数のボールを介して、ネジ軸２４２に嵌め合わされている。ナット２４３は、サドル３１に固定されている。ナット２４３は、第１ナット取り付け部２１８に取り付けられている。ネジ軸２４２およびナット２４３は、ボールネジを構成している。サーボモータ２４１の出力軸は、ネジ軸２４２に連結されている。サーボモータ２４１からの回転は、ネジ軸２４２に入力される。

ネジ軸２４７は、Ｘ軸方向に延びている。ネジ軸２４７は、Ｘ軸方向において互いに離れて配置された複数の軸受けによって、回転可能に支持されている。ナット（不図示）は、複数のボールを介して、ネジ軸２４７に嵌め合わされている。ナット（不図示）は、サドル３１に固定されている。ナット（不図示）は、第２ナット取り付け部２１９に取り付けられている。ネジ軸２４７およびナット（不図示）は、ボールネジを構成している。サーボモータ２４６の出力軸は、ネジ軸２４７に連結されている。サーボモータ２４６からの回転は、ネジ軸２４７に入力される。

図３に示されるように、第１送り装置２２は、第２送り装置２３よりも上方に設けられている。第１送り装置２２は、Ｙ軸方向において、フレーム部２１１の下端部２２２よりも上端部２２１寄りの位置に設けられている。第２送り装置２３は、Ｙ軸方向において、フレーム部２１１の上端部２２１よりも下端部２２２寄りの位置に設けられている。第１送り装置２２は、第２送り装置２３から－Ｚ軸方向にずれた位置に設けられている。

図８は、図３中の２点鎖線ＶＩＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す側面図である。図９は、図３中の２点鎖線ＩＸで囲まれた範囲を拡大して示す側面図である。

図８および図９を参照して、サドル３１は、第１ガイド取り付け面２３１と、第２ガイド取り付け面２３２とを有する。第１ガイド取り付け面２３１および第２ガイド取り付け面２３２は、Ｘ軸－Ｙ軸平面に平行な平面からなる。第１ガイド取り付け面２３１および第２ガイド取り付け面２３２は、－Ｚ軸方向を向いている。

コラム２１は、第３ガイド取り付け面２６１と、第４ガイド取り付け面２６２とをさらに有する。第３ガイド取り付け面２６１および第４ガイド取り付け面２６２は、Ｘ軸－Ｙ軸平面に平行な平面からなる。第３ガイド取り付け面２６１および第４ガイド取り付け面２６２は、＋Ｚ軸方向を向いている。

第３ガイド取り付け面２６１は、Ｚ軸方向において、第１ガイド取り付け面２３１と対向している。第４ガイド取り付け面２６２は、Ｚ軸方向において、第２ガイド取り付け面２３２と対向している。

図１から図９を参照して、工作機械１００は、第１ガイド部２６と、第２ガイド部２７とをさらに有する。第１ガイド部２６および第２ガイド部２７は、コラム２１およびサドル３１に設けられている。第１ガイド部２６および第２ガイド部２７は、サドル３１をＸ軸方向に案内する。

第１ガイド部２６は、第１ガイド取り付け面２３１および第３ガイド取り付け面２６１に取り付けられている。

第１ガイド部２６は、レール２５１と、スライダー２５２およびスライダー２５３とを有する。レール２５１は、Ｘ軸方向に延びている。レール２５１は、ボルトを用いて、第３ガイド取り付け面２６１に締結されている。スライダー２５２およびスライダー２５３は、複数のボールを介して、レール２５１に嵌め合わされている。スライダー２５２およびスライダー２５３は、レール２５１に案内されることによってＸ軸方向にスライド可能である。スライダー２５２およびスライダー２５３は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。スライダー２５２およびスライダー２５３は、ボルトを用いて、第１ガイド取り付け面２３１に締結されている。レール２５１と、スライダー２５２およびスライダー２５３とは、直動案内機構であるリニアガイドを構成している。

第２ガイド部２７は、第２ガイド取り付け面２３２および第４ガイド取り付け面２６２に取り付けられている。

第２ガイド部２７は、レール２５６と、スライダー２５７およびスライダー２５８とを有する。レール２５６は、Ｘ軸方向に延びている。レール２５６は、ボルトを用いて、第４ガイド取り付け面２６２に締結されている。スライダー２５７およびスライダー２５８は、複数のボールを介して、レール２５６に嵌め合わされている。スライダー２５７およびスライダー２５８は、レール２５６に案内されることによってＸ軸方向にスライド可能である。スライダー２５７およびスライダー２５８は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。スライダー２５７およびスライダー２５８は、ボルトを用いて、第２ガイド取り付け面２３２に締結されている。レール２５６と、スライダー２５７およびスライダー２５８とは、直動案内機構であるリニアガイドを構成している。

第１ガイド部２６は、第２ガイド部２７よりも上方に設けられている。第１ガイド部２６は、Ｙ軸方向において、フレーム部２１１の下端部２２２よりも上端部２２１寄りの位置に設けられている。第２ガイド部２７は、Ｙ軸方向において、フレーム部２１１の上端部２２１よりも下端部２２２寄りの位置に設けられている。第１ガイド部２６は、第２ガイド部２７から－Ｚ軸方向にずれた位置に設けられている。

コラム２１に対する第１ガイド部２６および第２ガイド部２７の組み付け作業時、作業者は、コラム２１を、－Ｚ軸方向を向くコラム２１の後面が床面上に横たわる姿勢として、第３ガイド取り付け面２６１にレール２５１を取り付け、第４ガイド取り付け面２６２にレール２５６を取り付ける。

本実施の形態では、第３ガイド取り付け面２６１および第４ガイド取り付け面２６２が、それぞれ、第１ガイド取り付け面２３１および第２ガイド取り付け面２３２とＺ軸方向において対向するため、上記のコラム２１に対する第１ガイド部２６および第２ガイド部２７の組み付け作業時に、第３ガイド取り付け面２６１および第４ガイド取り付け面２６２が上方を向く。これにより、コラム２１に対する第１ガイド部２６および第２ガイド部２７の組み付け作業を容易に行なうことができる。

図５から図７に示されるように、コラム２１は、第５ガイド取り付け面２２６と、第６ガイド取り付け面２２７とをさらに有する。第５ガイド取り付け面２２６および第６ガイド取り付け面２２７は、Ｘ軸－Ｙ軸平面に平行な平面からなる。第５ガイド取り付け面２２６および第６ガイド取り付け面２２７は、＋Ｚ軸方向を向いている。第５ガイド取り付け面２２６および第６ガイド取り付け面２２７は、＋Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の端部に設けられている。

第５ガイド取り付け面２２６および第６ガイド取り付け面２２７は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。第５ガイド取り付け面２２６および第６ガイド取り付け面２２７は、それぞれ、第１側壁部２１２および第２側壁部２１３に設けられている。第５ガイド取り付け面２２６および第６ガイド取り付け面２２７は、Ｙ軸方向に沿って帯状に延びている。

第５ガイド取り付け面２２６には、クロススライド４１をＹ軸方向に案内するガイド部４６のレールが取り付けられている。第６ガイド取り付け面２２７には、クロススライド４１をＹ軸方向に案内するガイド部４７のレールが取り付けられている。

図７に示されるように、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢは、Ｙ軸方向に沿って変化する。Ｚ軸方向における第１側壁部２１２および第２側壁部２１３の各厚みＢは、Ｙ軸方向に沿って変化する。

Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢは、フレーム部２１１の上端部２２１および下端部２２２の間における一部の区間で変化してもよいし、フレーム部２１１の上端部２２１および下端部２２２の間における全区間で変化してもよい。すなわち、フレーム部２１１は、フレーム部２１１の上端部２２１および下端部２２２の間に、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢがＹ軸方向に沿って変化する少なくとも一部の区間を有する。

Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢは、フレーム部２１１の下端部２２２よりもフレーム部２１１の上端部２２１寄りの第１位置Ｐａで最大（最大厚みＢｍａｘ）となる。Ｙ軸方向における上端部２２１および第１位置Ｐａの間の長さは、Ｙ軸方向における第１位置Ｐａおよび下端部２２２の間の長さよりも小さい。第１位置Ｐａは、フレーム部２１１が最大厚みＢｍａｘを有する、Ｙ軸方向における所定範囲に対応している。

フレーム部２１１は、Ｙ軸方向における上端部２２１および下端部２２２の間において、長さ（全長）Ｈを有する。フレーム部２１１は、Ｙ軸方向における上端部２２１および中間位置Ｐｈの間において、長さＨ／２を有し、Ｙ軸方向における中間位置Ｐｈおよび下端部２２２の間において、長さＨ／２を有する。中間位置Ｐｈは、Ｙ軸方向において、上端部２２１および下端部２２２の間の中心に位置している。

第１位置Ｐａは、中間位置Ｐｈよりも上方に位置している。第１位置Ｐａは、Ｙ軸方向において、上端部２２１よりも中間位置Ｐｈ寄りに位置している。第１位置Ｐａは、Ｙ軸方向において、中間位置Ｐｈよりも上端部２２１寄りに位置してもよいし、上端部２２１および中間位置Ｐｈの間の中心に位置してもよい。

図３および図７に示されるように、第１ガイド部２６（レール２５１，スライダー２５２，スライダー２５３）は、Ｙ軸方向において第１位置Ｐａに配置されている。第１ガイド取り付け面２３１は、Ｙ軸方向において第１位置Ｐａに配置されている。Ｙ軸方向におけるレール２５１の中心位置は、第１位置Ｐａに位置している。なお、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の最大厚みＢｍａｘは、近似的に、第１ガイド取り付け面２３１と、第５ガイド取り付け面２２６および第６ガイド取り付け面２２７との間の長さに対応している。

第２ガイド部２７（レール２５６，スライダー２５７，スライダー２５８）は、Ｙ軸方向において第２位置Ｐｂに配置されている。第２ガイド取り付け面２３２は、Ｙ軸方向において第２位置Ｐｂに配置されている。第２位置Ｐｂは、Ｙ軸方向におけるレール２５６の中心位置に対応している。

第２位置Ｐｂは、第１位置Ｐａよりも下方に位置している。第２位置Ｐｂは、Ｙ軸方向において、フレーム部２１１の上端部２２１よりも下端部２２２寄りに位置している。第２位置Ｐｂは、Ｙ軸方向において、中間位置Ｐｈよりも下端部２２２寄りに位置している。第２位置Ｐｂは、Ｙ軸方向において、下端部２２２よりも中間位置Ｐｈ寄りに位置してもよいし、中間位置Ｐｈおよび下端部２２２の間の中心に位置してもよい。

フレーム部２１１は、第２位置ＰｂでＺ軸方向における厚みＢｂを有する。なお、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢｂは、近似的に、第２ガイド取り付け面２３２と、第５ガイド取り付け面２２６および第６ガイド取り付け面２２７との間の長さである。Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の最大厚みＢｍａｘは、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢｂの２倍以上であってもよいし、３倍以上であってもよい（Ｂｍａｘ≧２Ｂｂ，Ｂｍａｘ≧３Ｂｂ）。

第２位置ＰｂでのＺ軸方向におけるコラム２１の厚みＣｂは、第１位置ＰａでのＺ軸方向におけるコラム２１の厚みＣａよりも大きい（Ｃｂ＞Ｃａ）。Ｚ軸方向におけるコラム２１の厚みＣｂは、Ｚ軸方向におけるコラム２１の厚みＣａの１．５倍以上であってもよいし、２倍以上であってもよい（Ｃｂ≧１．５Ｃａ，Ｃｂ≧２Ｃａ）。

Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の最大厚みＢｍａｘと、Ｚ軸方向におけるコラム２１の厚みＣａとの和は、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢｂと、Ｚ軸方向におけるコラム２１の厚みＣｂとの和と等しくてもよい（Ｂｍａｘ＋Ｃａ＝Ｂｂ＋Ｃｂ）。

第１送り装置２２は、Ｙ軸方向において、第２ガイド部２７よりも第１ガイド部２６寄りの第３位置Ｐｃに配置されている。第２送り装置２３は、Ｙ軸方向において、第１ガイド部２６よりも第２ガイド部２７寄りの第４位置Ｐｄに配置されている。第３位置Ｐｃは、ネジ軸２４２に回転中心軸の位置に対応し、第４位置Ｐｄは、ネジ軸２４７の回転中心軸の位置に対応している。

第３位置Ｐｃは、Ｙ軸方向において、フレーム部２１１の下端部２２２よりも上端部２２１寄りに位置している。第３位置Ｐｃは、第１位置Ｐａよりも上方に位置している。第１送り装置２２は、Ｙ軸方向（上下方向）において、第１ガイド部２６と並んで設けられている。第４位置Ｐｄは、Ｙ軸方向において、フレーム部２１１の上端部２２１よりも下端部２２２寄りに位置している。第４位置Ｐｄは、第２位置Ｐｂよりも上方に位置している。第２送り装置２３は、Ｙ軸方向（上下方向）において、第２ガイド部２７と並んで設けられている。

このような構成によれば、第１送り装置２２が、Ｙ軸方向において、第２ガイド部２７よりも第１ガイド部２６寄りの第３位置Ｐｃに配置され、第２送り装置２３が、Ｙ軸方向において、第１ガイド部２６よりも第２ガイド部２７寄りの第４位置Ｐｄに配置されているため、第１ガイド部２６の側の駆動力と、第２ガイド部２７の側の駆動力とに差が生じることを抑制できる。これにより、サドル３１をＸ軸方向においてより安定して移動させることができる。

なお、第１送り装置２２および第１ガイド部２６は、Ｙ軸方向（上下方向）において、互いに入れ替わって設けられてもよいし、第２送り装置２３および第２ガイド部２７は、Ｙ軸方向（上下方向）において、互いに入れ替わって設けられてもよい。

図７に示されるように、フレーム部２１１は、第１漸減部２３６と、第２漸減部２３７とを有する。Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢは、第１漸減部２３６において、第１位置Ｐａから上端部２２１に向かうに従って減少する。第１漸減部２３６は、Ｙ軸方向において、第１位置Ｐａおよび上端部２２１の間に設けられている。Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢは、第２漸減部２３７において、第１位置Ｐａから下端部２２２に向かうに従って減少する。第２漸減部２３７は、Ｙ軸方向において、第１位置Ｐａおよび第４位置Ｐｄの間に設けられている。

フレーム部２１１は、Ｘ軸方向に見た場合に、全体として、＋Ｚ軸方向における端部においてＹ軸方向に延びる底辺と、底辺の上端から、－Ｚ軸方向、かつ、－Ｙ軸方向に延びる第１斜辺と、底辺の下端から、－Ｚ軸方向、かつ、＋Ｙ軸方向に延び、第１位置Ｐａにおいて第１斜辺と交わる第２斜辺とを有する三角形状を有する。

図３に示されるように、コラム２１は、Ｘ軸方向に見た場合に、全体として、－Ｚ軸方向における端部においてＹ軸方向に延びる第１辺と、第１辺の下端から、＋Ｚ軸方向に延び、第１辺よりも小さい長さを有する第２辺と、第１辺の上端から、＋Ｚ軸方向、かつ、－Ｙ軸方向に延び、第２辺と交わる斜辺とを有する三角形状を有する。

図１から図７に示されるように、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢがＹ軸方向に沿って変化するため、フレーム部２１１の厚みＢをＹ軸方向における全域に渡って大きく確保する場合と比較して、サドル３１の重量を低減することができる。これにより、Ｘ軸方向に移動するサドル３１の慣性モーメントを小さくして、ワーク加工時に生じる振動を抑制することができる。

また、コラム２１の下端部は、ベッド１１により支持されるため、そのコラム２１によって支持されるサドル３１は、フレーム部２１１の下端部２２２よりも上端部２２１寄りの位置で振動し易い。これに対して、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢをフレーム部２１１の下端部２２２よりも上端部２２１寄りの第１位置Ｐａで最大とすることによって、第１位置Ｐａにおけるサドル３１の剛性を高めることができる。これにより、ワークの切削負荷が工具主軸９１を通じてサドル３１に伝わった場合であっても、サドル３１の振動を効果的に抑制することができる。

また、第１ガイド部２６は、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢが最大となる第１位置Ｐａに配置されている。このような構成により、サドル３１が第１位置Ｐａにおいて第１ガイド部２６により支持されるため、サドル３１の振動をさらに効果的に抑制できる。

また、第１位置Ｐａよりも下方の第２位置ＰｂでのＺ軸方向におけるコラム２１の厚みＣｂは、第１位置ＰａでのＺ軸方向におけるコラム２１の厚みＣａよりも大きい。このような構成により、ベッド１１により支持される下端部側のコラム２１の厚みを十分に確保する。これにより、コラム２１がベッド１１によってより強固に支持されるため、コラム２１により支持されるサドル３１の振動をさらに効果的に抑制することができる。

また、フレーム部２１１は、第１漸減部２３６と、第２漸減部２３７とを有する。第１漸減部２３６では、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢが第１位置Ｐａから上端部２２１に向かうに従って減少し、第２漸減部２３７では、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢが第１位置Ｐａから下端部２２２に向かうに従って減少するため、サドル３１の重量を低減することができる。

図１０は、工具主軸がＹ軸方向において上方側のストローク端に位置決めされた場合の工作機械を示す側面図である。図１１は、工具主軸がＹ軸方向において下方側のストローク端に位置決めされた場合の工作機械を示す側面図である。

図１０を参照して、工具主軸９１が、Ｙ軸方向において上方側のストローク端に位置決めされている場合に、工具主軸９１の回転中心軸１１０は、Ｙ軸方向において第５位置Ｐｅに配置されている。第５位置Ｐｅは、Ｙ軸方向において第１位置Ｐａよりも上方に位置している。第５位置Ｐｅは、Ｙ軸方向において、第１位置Ｐａおよび第３位置Ｐｃの間に位置している。第５位置Ｐｅは、第１位置Ｐａと同じ高さに位置してもよい。

このような構成によれば、工具主軸９１がＹ軸方向において上方側のストローク端に移動した場合であっても、Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢを第１位置Ｐａで最大とすることによって、サドル３１の振動を効果的に抑制することができる。

図１１を参照して、工具主軸９１が、Ｙ軸方向において下方側のストローク端に位置決めされている場合に、工具主軸９１の回転中心軸１１０は、Ｙ軸方向において第６位置Ｐｆに配置されている。第６位置Ｐｆは、Ｙ軸方向において、第４位置Ｐｄよりも下方に位置している。第６位置Ｐｆは、Ｙ軸方向において、第４位置Ｐｄと同じ高さ、または、第４位置Ｐｄよりも上方に位置してもよい。第６位置Ｐｆは、Ｙ軸方向において、第２位置Ｐｂよりも上方に位置している。

以上に説明した、この発明の実施の形態における工作機械１００の構造についてまとめると、本実施の形態における工作機械１００は、ベッド１１と、ベッド１１上に立設されるコラム２１と、コラム２１により支持される移動体であるサドル３１と、サドル３１により支持され、水平方向に平行な第１軸方向としてのＺ軸方向に延びる回転中心軸１１０を中心に工具を回転させる工具主軸９１とを備える。サドル３１は、工具主軸９１を取り囲むように設けられるフレーム部２１１を有する。Ｚ軸方向におけるフレーム部２１１の厚みＢは、鉛直方向に平行な第２軸方向としてのＹ軸方向に沿って変化し、フレーム部２１１の下端部２２２よりもフレーム部２１１の上端部２２１寄りの第１位置Ｐａで最大となる。

このように構成された、この発明の実施の形態における工作機械１００によれば、サドル３１の重量を低減するとともに、ワーク加工時のサドル３１の振動を抑制することができる。これにより、ワークの加工精度を向上させることができる。

なお、本発明は、横形マシニングセンタに限られず、たとえば、水平方向に延びる回転中心軸を中心に工具を回転させる工具主軸と、ワークを回転させるワーク主軸とを備え、旋削機能およびミーリング機能を有する複合加工機であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、主に、横形マシニングセンタまたは複合加工機等の工作機械に適用される。

１１ ベッド、１２ 第１周壁部、１２ａ 第１頂面、１３ 第２周壁部、１３ａ 第２頂面、１４ 第１段差部、１４ａ 第３頂面、１５ 第２段差部、１５ａ 第４頂面、２１ コラム、２２ 第１送り装置、２３ 第２送り装置、２６ 第１ガイド部、２７ 第２ガイド部、３１ サドル、４１ クロススライド、４２，４３，５２，５３ 送り装置、４６，４７，５８，５９ ガイド部、５１ テーブル、６１ ワーク保持部、７１ テーブルベース、９１ 工具主軸、１００ 工作機械、１１０ 回転中心軸、１３０ 回転中心軸、２０１ 仮想平面、２１０ 開口部、２１１ フレーム部、２１２ 第１側壁部、２１３ 第２側壁部、２１４ 上壁部、２１５ 下壁部、２１６ 第１モータ取り付け部、２１７ 第２モータ取り付け部、２１８ 第１ナット取り付け部、２１９ 第２ナット取り付け部、２２０ 中間リブ部、２２１ 上端部、２２２ 下端部、２２６ 第５ガイド取り付け面、２２７ 第６ガイド取り付け面、２３１ 第１ガイド取り付け面、２３２ 第２ガイド取り付け面、２３６ 第１漸減部、２３７ 第２漸減部、２４１，２４６ サーボモータ、２４２，２４７ ネジ軸、２４３ ナット、２５１，２５６ レール、２５２，２５３，２５７，２５８ スライダー、２６１ 第３ガイド取り付け面、２６２ 第４ガイド取り付け面、Ｐａ 第１位置、Ｐｂ 第２位置、Ｐｃ 第３位置、Ｐｄ 第４位置、Ｐｅ 第５位置、Ｐｆ 第６位置、Ｐｈ 中間位置。

Claims (7)

1. ベッドと、
   前記ベッド上に立設されるコラムと、
   前記コラムにより支持される移動体であるサドルと、
   前記サドルにより支持され、水平方向に平行な第１軸方向に延びる回転中心軸を中心に工具を回転させる工具主軸とを備え、
   前記サドルは、前記工具主軸を取り囲むように設けられるフレーム部を有し、
   前記第１軸方向における前記フレーム部の厚みは、鉛直方向に平行な第２軸方向に沿って変化し、前記フレーム部の下端部よりも前記フレーム部の上端部寄りの第１位置で最大となり、
   前記第２軸方向において、前記フレーム部の上端部および前記フレーム部の下端部の中間に位置する中間位置での、前記第１軸方向における前記フレーム部の厚みは、前記第１位置での前記第１軸方向における前記フレーム部の厚みの最大値よりも小さく、
   前記第１軸方向における前記フレーム部の厚みは、前記第２軸方向における前記第１位置から前記中間位置までの区間において、前記中間位置に近づくほど減少する、工作機械。
2. 前記サドルは、前記コラムに対して、水平方向に平行で、かつ、前記第１軸方向に直交する第３軸方向に移動可能であり、
   前記工具主軸は、前記サドルに対して、前記第２軸方向に移動可能であり、さらに、
   前記サドルを前記第３軸方向に案内し、前記第２軸方向において前記第１位置に配置される第１ガイド部を備える、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記フレーム部は、前記第１軸方向における前記フレーム部の厚みが、前記第２軸方向において、前記第１位置から前記フレーム部の上端部に向かうに従って減少する第１漸減部と、前記第１軸方向における前記フレーム部の厚みが、前記第２軸方向において、前記第１位置から、前記中間位置を経て、前記フレーム部の下端部に向かうに従って減少する第２漸減部とを含む、請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記工具主軸は、前記サドルに対して、前記第２軸方向に移動可能であり、
   前記工具主軸が前記第２軸方向において上方側のストローク端に位置決めされた場合に、前記回転中心軸は、前記第２軸方向において、前記第１位置と同じ高さ、または、前記第１位置よりも上方に位置する、請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械。
5. ベッドと、
   前記ベッド上に立設されるコラムと、
   前記コラムにより支持される移動体であるサドルと、
   前記サドルにより支持され、水平方向に平行な第１軸方向に延びる回転中心軸を中心に工具を回転させる工具主軸とを備え、
   前記サドルは、前記工具主軸を取り囲むように設けられるフレーム部を有し、
   前記第１軸方向における前記フレーム部の厚みは、鉛直方向に平行な第２軸方向に沿って変化し、前記フレーム部の下端部よりも前記フレーム部の上端部寄りの第１位置で最大となり、
   前記第２軸方向において、前記フレーム部の上端部および前記フレーム部の下端部の中間に位置する中間位置での、前記第１軸方向における前記フレーム部の厚みは、前記第１位置での前記第１軸方向における前記フレーム部の厚みの最大値よりも小さく、
   前記サドルは、前記コラムに対して、水平方向に平行で、かつ、前記第１軸方向に直交する第３軸方向に移動可能であり、
   前記工具主軸は、前記サドルに対して、前記第２軸方向に移動可能であり、さらに、
   前記サドルを前記第３軸方向に案内し、前記第２軸方向において前記第１位置に配置される第１ガイド部と、
   前記サドルを前記第３軸方向に案内し、前記第２軸方向において前記第１位置よりも下方の第２位置に配置される第２ガイド部とを備え、
   前記第２位置での前記第１軸方向における前記コラムの厚みは、前記第１位置での前記第１軸方向における前記コラムの厚みよりも大きい、工作機械。
6. 前記サドルは、前記第１ガイド部および前記第２ガイド部がそれぞれ取り付けられる第１ガイド取り付け面および第２ガイド取り付け面を有し、
   前記コラムは、前記第１軸方向において前記第１ガイド取り付け面および前記第２ガイド取り付け面とそれぞれ対向し、前記第１ガイド部および前記第２ガイド部がそれぞれ取
   り付けられる第３ガイド取り付け面および第４ガイド取り付け面を有する、請求項５に記載の工作機械。
7. 前記第２軸方向において前記第２ガイド部よりも前記第１ガイド部寄りの位置に配置され、前記サドルを前記第３軸方向に駆動させる第１送り装置と、
   前記第２軸方向において前記第１ガイド部よりも前記第２ガイド部寄りの位置に設けられ、前記サドルを前記第３軸方向に駆動させる第２送り装置とをさらに備える、請求項５または６に記載の工作機械。

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