JP2009113170A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ビームが自重により下方に撓んで変形しても、移動体は安定してスムーズに且つ高速で移動でき、ビームの変形に影響されずに高精度な加工を行う工作機械を提供する。
【解決手段】工作機械１は、一対のガイドレール２７，２７と、上下のボールねじ２８，２９とを備え、門形基体のビーム１９と移動体８との間での力の伝達を遮断している。一対のガイドレール２７，２７は、前後に並んでベッド１７上に配置され、移動体８を左右方向に移動可能に支持する。上下のボールねじ２８，２９は、門形基体７の上部と下部にそれぞれ配置され且つ門形基体に支持され、移動体を左右方向に移動させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、正面から見て門形をなす基体が左右方向に延び、刃物台を有する移動体が左右方向に移動する工作機械に関する。

特許文献１（特開２００６−２６３８６１号公報）には、正面から見て門形をなす基体が左右方向に延び、刃物台を有する移動体が左右方向に移動する工作機械が記載されている。門形基体（すなわち、特許文献１では、コラム）は、左右の支柱部と、この支柱部の上端同士が結合された上梁部と、この支柱部の下端同士が結合された下梁部とを有している。この門形基体は、左右方向の距離が短いので一体的に鋳造されている。
上梁部と下梁部には、上部のガイドレールと下部のガイドレールとがそれぞれ設けられている。この一対のガイドレールに案内支持されて、移動体が左右方向に移動する。

特許文献２（特開２００３−３１１５６５号公報）に記載の工作機械では、刃物台を有する移動体が左右方向（特許文献２でのＸ軸方向）に移動する。この移動体は、ベッド上に設置された一対のガイドレールに案内支持されながら、ベッドに設けられたボールねじにより左右方向に移動する。

特開２００６−２６３８６１号公報 特開２００３−３１１５６５号公報

特許文献１に記載の工作機械では、門形基体の左右方向の距離が短いので、この門形基体を一体的に鋳造することができる。門形基体の上梁部も鋳造されているので、上梁部が自重により下方に撓む恐れはほとんどない。その結果、上部のガイドレールもほとんど変形しないので、移動体の刃物台により高精度な加工ができる。
しかしながら、このようなタイプの工作機械で、門形基体を、左右方向に長く延びた形状にするとともに鋼製にすると、左右方向に延びた上梁部が自重により下方に撓む。そうすると、上部ガイドレールも変形し、移動体もこの上部ガイドレールの変形の影響を受ける。その結果、移動体を安定して左右方向にスムーズに且つ高速で移動させるのが困難になり、加工精度が低下してしまう。

特許文献２に記載の工作機械では、移動体はベッド上で左右方向に移動するが、本発明のような門形基体は設けられていない。また、ボールねじがベッドに設けられているので、移動体の下部のみにボールねじで左右方向の力が加えられ、移動体の上部にはボールねじが設けられていない。
その結果、移動体を左右方向に移動させるための力に偏りが生じて、移動体が安定して左右方向にスムーズに且つ高速で移動するのが困難であった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、縦方向の一対のコラムと、左右方向に掛け渡されたビームとにより、左右方向に延びた門形基体が構成され、移動体が左右方向に移動する工作機械において、ビームが自重により下方に撓んで変形しても、刃物台を有する移動体は、その上部と下部の両方に左右方向の力が加えられて、安定して左右方向にスムーズに且つ高速で移動でき、左右方向のどの位置に移動しても、ビームの変形に影響されないで高精度な加工を行うことができる工作機械を提供することを目的とする。他の発明の目的は、第２主軸台を前後方向に関してバランスよく支持することである。

上述の目的を達成するため、本発明にかかる工作機械は、正面から見て左右に一対配置され且つベッド上に縦方向に設置されたコラムと、この一対のコラムの上部に左右方向に掛け渡されたビームとにより、左右方向に延びて前記ベッド上に設置された門形基体が構成され、刃物台を有する移動体が左右方向に移動する工作機械であって、左右方向に延びて前後に並んで前記ベッド上に平行に配置され、前記移動体を左右方向に移動可能に支持する一対のガイドレールと、前記門形基体の上部と下部にそれぞれ配置され、且つ左右方向に延びてこの門形基体に支持され、前記移動体を左右方向に移動させるための上部ボールねじおよび下部ボールねじとを備え、前記ビームと前記移動体との間での力の伝達を遮断している。
好ましくは、前記ベッドは、前記移動体の平面視での移動領域におけるベッド上面には若干の段差はあっても傾斜面のほとんどないフラットベッドであり、前記ベッド上面に設置された前記一対のガイドレールは、互いに床面から同一高さまたはほぼ同一高さに設置されている。
たとえば、前記門形基体は、左右方向に長く延びた形状を有するとともに鋼製であるのが好ましい。
好ましい一実施態様として、前記門形基体の左右方向の長さ寸法は約５,０００mmないし約９,２００mmであり、軸線方向の長さ寸法が約１,０００mmないし約６,０００mmの工作物も加工可能である。
前記門形基体の上部に取付けられた前記上部ボールねじは、前記門形基体に対して取外し，取付け可能であるのが好ましい。
他の発明は、工作機械の機械本体と、工具を保持し前記機械本体に移動可能に設けられた刃物台と、前記機械本体に設けられて工作物を保持可能な主軸台と、この主軸台に対向して前記機械本体に設けられ、前記工作物を保持可能な第２主軸台と、この第２主軸台の下方に左右方向に延びて前記機械本体に配置されたクーラントタンクおよび切り屑用コンベアの一方または両方とを有する工作機械であって、前記第２主軸台の重心のほぼ下方に左右方向に延びて前記機械本体のベッドに取付けられ、前記第２主軸台を左右方向に移動可能に支持する主ガイドレールと、この主ガイドレールの後部に左右方向に延びて前記ベッドに取付けられ、前記第２主軸台を振れ止めしながら左右方向に移動可能に支持する少なくとも１本の補助ガイドレールとを備えている。
前記クーラントタンクおよび前記切り屑用コンベアの一方または両方を、前記機械本体の前方から収納引き出し可能にするのが好ましい。
また、前記主ガイドレールは、前記第２主軸台の重心位置を通り上下方向を向く直線を含んで左右方向に延びる平面を中心として、前記第２主軸台の前部分と後部分とをほぼ面対称構造で支持するのが好ましい。

本発明にかかる工作機械は、上述のように構成したので、コラムの上部に掛け渡されたビームが自重により下方に撓んで変形しても、刃物台を有する移動体は、その上部と下部の両方に左右方向の力が加えられて、安定して左右方向にスムーズに且つ高速で移動でき、移動体が左右方向のどの位置に移動しても、ビームの変形に影響されないで高精度な加工を行うことができる。
他の発明にかかる工作機械は、上述のように構成したので、第２主軸台を前後方向に関してバランスよく支持することができる。

本発明にかかる工作機械は、正面から見て左右に一対配置され且つベッド上に縦方向に設置されたコラムと、この一対のコラムの上部に左右方向に掛け渡されたビームとを有している。コラムとビームにより、左右方向に延びてベッド上に設置された門形基体が構成されている。刃物台を有する移動体が左右方向に移動する。
この工作機械は、一対のガイドレールと、上部ボールねじおよび下部ボールねじとを備えている。一対のガイドレールは、左右方向に延びて前後に並んでベッド上に配置され、移動体を左右方向に移動可能に支持する。上部ボールねじおよび下部ボールねじは、門形基体の上部と下部にそれぞれ配置され、且つ左右方向に延びてこの門形基体に支持され、移動体を左右方向に移動させる機能を有している。
これにより、ビームが自重により下方に撓んで変形しても、刃物台を有する移動体は、その上部と下部の両方に左右方向に力が加えられて、安定して左右方向にスムーズに且つ高速で移動できる。また、移動体は、左右方向のどの位置に移動しても、ビームの変形に影響されないで、この移動体の刃物台で高精度な加工を行うという目的が実現される。

他の発明にかかる工作機械は、機械本体と、刃物台と、主軸台と、第２主軸台と、クーラントタンクおよび切り屑用コンベアの一方または両方とを有している。第２主軸台は、第２工作物用主軸を回転可能に支持し、前記主軸台に対向して前記機械本体に設けられている。クーラントタンクなどは、この第２主軸台の下方に左右方向に延びて前記機械本体に配置されている。
この工作機械は、主ガイドレールと補助ガイドレールとを備えている。主ガイドレールは、前記第２主軸台の重心のほぼ下方に左右方向に延びて前記機械本体のベッドに取付けられ、前記第２主軸台を左右方向に移動可能に支持している。補助ガイドレールは、主ガイドレールの後部に左右方向に延びて前記ベッドに取付けられ、前記第２主軸台を振れ止めしながら左右方向に移動可能に支持している。これにより、第２主軸台を前後方向に関してバランスよく支持するという目的が実現される。

工作機械として、下記の実施例では複合加工機の場合を示している。なお、工作機械として、刃物台に工具用主軸が設けられた旋盤や、主軸頭に工具用主軸が設けられたマシニングセンタや、研削盤であってもよい。

以下、本発明にかかる一実施例を図１ないし図９を参照して説明する。
図１は工作機械の斜視図、図２，図３は、それぞれ工作機械の構造を示す斜視図，正面図である。図４は図３のIV−IV線断面図、図５，図６，図７は、それぞれ図３の右側面図，左側面図，平面図である。
図１ないし図７において、本実施例にかかる工作機械１は複合加工機である。工作機械１は、主軸台６と、工具用主軸１５を有する刃物台１４とを備えている。主軸台６は、工作物３を把持するチャック５が設けられる工作物用主軸４を回転可能に支持している。
工作機械１は、工作物３を工具２で旋削加工する旋盤の機能と、切削加工するマシニングセンタの機能とを有している。また、工作機械１は、工作物３をボーリングバー(図示せず）で加工するボーリングマシンの機能も有している。
工作機械１で工作物３を旋削加工または切削加工するための工具２は、ＡＴＣ（自動工具交換装置）１０により交換される。工具２は、刃物台１４に設けられた工具用主軸１５に装着されている。この工具２で、チャック５に把持されている工作物３を加工する。
工具２の種類としては、旋削加工を行うための工具、工具用主軸１５で回転駆動される回転工具、工具自体が長寸法のボーリングバーなどがある。

工作機械１は、機械本体１１とＡＴＣ１０とマガジン１２とを備えている。ＡＴＣ１０は、工具交換動作を行うとともに走行可能な交換ユニット１３を有している。機械本体１１に付設されたマガジン１２には、複数本の工具２を貯蔵可能になっている。
工作機械１を旋盤として使用するときには、工具２は回転せず、工作物３を回転させて工具２で旋削加工を行う。工作機械１をマシニングセンタとして使用するときには、工具用主軸１５により工具２を回転させて、非回転の工作物３の切削加工を行う。このときの刃物台１４は、マシニングセンタの主軸頭としての機能を発揮することになる。
工作機械１は、ＮＣ（数値制御）装置とＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）とを有する制御装置により制御されている。工作機械１の所定位置には、制御装置の制御盤１６が設けられている。

ベッド１７とコラム１８とビーム１９は、機械本体１１の門形基体７に含まれている。門形基体７は床面ＦＬ上に設置されている。コラム１８は、正面から見て左右に一対配置され、且つベッド１７上に縦方向に設置されている。ビーム１９は、左右方向に延びて配置され、一対のコラム１８に支持されている。
床面ＦＬに対して垂直に設置された一対のコラム１８と、この一対のコラム１８の上部に左右方向に掛け渡されたビーム１９とにより、門形基体７を構成している。門形基体７は、左右方向に延びてベッド１７上に設置されている。刃物台１４を有する移動体８が、左右方向に移動する。
なお、工作機械１を正面から見て、上下方向，前後方向，左右方向をそれぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向とする。

工作機械１は、一対のＺ軸用のガイドレール２７，２７と、Ｚ軸用の上部ボールねじ２８と、Ｚ軸用の下部ボールねじ２９とを備えている。ビーム１９と移動体８との間での力の伝達は、遮断されている。
一対のＺ軸用ガイドレール２７，２７は、Ｚ軸方向（左右方向）に延びて前後に並んでベッド１７上に平行に配置されている。そして、この一対のＺ軸用ガイドレール２７，２７は、移動体８を左右方向に移動可能に支持している。
Ｚ軸用の上部ボールねじ２８と、Ｚ軸用の下部ボールねじ２９は、門形基体７の上部と下部にそれぞれ配置されている。ボールねじ２８，２９は、Ｚ軸方向に延びて門形基体７に支持され、移動体８をＺ軸方向に移動させるために設けられている。

ビーム１９が自重により下方に撓んで変形しても、刃物台１４を有する移動体８は、Ｚ軸用の上部ボールねじ２８とＺ軸用の下部ボールねじ２９により、移動体８の上部と下部の両方に、Ｚ軸方向の力が加えられる。
したがって、移動体８は、安定してＺ軸方向にスムーズに且つ高速で移動できる。また、移動体８がＺ軸方向のどの位置に移動しても、ビーム１９の変形に影響されないで、移動体８の刃物台１４で高精度な加工を行うことができる。

移動体８は、刃物台１４が取付けられたサドル２３と、サドル２３を移動可能に支持するクロススライド２０とを有している。移動体８は、Ｚ軸方向の任意の位置に移動して位置決めされる。
クロススライド２０は、左右一対の縦部材２１と、上の横部材２２ａと、下の横部材２２ｂとを有する、ボックス状で矩形のフレームである。クロススライド２０はＺ軸方向に移動可能であり、クロススライド２０の下部がベッド１７に支持されている。
クロススライド２０には、サドル２３がＸ軸方向（上下方向）に移動可能に支持されている。サドル２３は、正面から見て矩形状のフレームである。サドル２３の前面側には、刃物台１４が取付けられている。
刃物台１４の工具用主軸１５には、工具２が着脱可能に装着される。刃物台１４は、旋削加工時には工具２を非回転状態で支持し、切削加工時には工具２を回転駆動する。刃物台１４は、Ｙ軸方向（前後方向）を向く中心軸線ＣＬ1を中心として、矢印Ｂに示すように旋回可能で、割出し動作も行う。
刃物台１４には、工具用主軸１５に装着されている工具２をクランプ・アンクランプするためのクランプ・アンクランプ機構（図示せず）が設けられている。
このようにして、移動体８の全体は所定形状を有して、矢印Ｄに示すようにＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸用の上部ボールねじ２８は、一対のコラム１８の上部に掛け渡され、Ｚ軸方向に延びて水平に配置されている。Ｚ軸用の下部ボールねじ２９も、一対のコラム１８の下部に掛け渡され、Ｚ軸方向に延びて水平に配置されている。
クロススライド２０の上部と下部には、上部ボールナット４０と下部ボールナット４１が、それぞれ取付けられている。
Ｚ軸用の上部ボールねじ２８のねじ軸２８ａは、上部ボールナット４０を貫通し且つねじ込まれている。Ｚ軸用の下部ボールねじ２９のねじ軸２９ａは、下部ボールナット４１を貫通し且つねじ込まれている。上下のねじ軸２８ａ，２９ａは、長さ寸法がほぼ同じで、直径，形状，材質なども同じである。

左側のコラム１８の上部には、ボールねじ２８を受けて支持するための受け側３０が取付けられている。受け側３０は、Ｚ軸用上部ボールねじ２８の左側端部を回動自在に軸支している。
右側のコラム１８の上部には、上部駆動部３１が取付けられている。上部駆動部３１は、Ｚ軸用上部サーボモータ３２と、Ｚ軸用上部ボールねじ２８の右側端部を回動自在に軸支する送り箱３３とを有している。Ｚ軸用上部サーボモータ３２の駆動力は、送り箱３３を介してＺ軸用上部ボールねじ２８に伝達される。
左側のコラム１８の下部またはベッド１７（本実施例では、ベッド１７）には、ボールねじ２９を受けて支持するための受け側３４が取付けられている。受け側３４は、Ｚ軸用下部ボールねじ２９の左側端部を回動自在に軸支している。
右側コラム１８の下部またはベッド１７（本実施例では、コラム１８の下部）には、下部駆動部３５が取付けられている。下部駆動部３５は、送り箱３６とＺ軸用下部サーボモータ３７とを有している。送り箱３６は、Ｚ軸用下部ボールねじ２９の右側端部を回動可能に軸支している。Ｚ軸用下部サーボモータ３７の駆動力は、送り箱３６を介してＺ軸用下部ボールねじ２９に伝達される。

Ｚ軸用上部サーボモータ３２とＺ軸用下部サーボモータ３７は、同期して同じ回転動作を行うように、制御装置により制御されている。上下のボールねじ２８，２９は、上部の送り箱３３と下部の送り箱３６を介して、Ｚ軸用上部サーボモータ３２とＺ軸用下部サーボモータ３７にそれぞれ駆動されて回転する。
このとき、上下のボールねじ２８，２９は、同じ回転方向，回転速度，回転角度，回転数で同期して回転する。

したがって、加工動作時には、Ｚ軸用上部サーボモータ３２とＺ軸用下部サーボモータ３７が駆動されると、上部のねじ軸２８ａと下部のねじ軸２９ａがそれぞれ回転する。すると、上部ボールナット４０と下部ボールナット４１が固定されているクロススライド２０が、一対のＺ軸用ガイドレール２７，２７に案内支持されながら、矢印Ｄに示すようにＺ軸方向に移動する。
こうして、移動体８は、上部ボールナット４０と下部ボールナット４１を介して、Ｚ軸方向に移動する。

サドル２３をＸ軸方向に移動させるために、クロススライド２０には、一対のＸ軸用サーボモータ４２，一対のＸ軸用ボールねじ４３および一対のＸ軸用ガイドレール４４が設けられている。
Ｘ軸用ボールねじ４３は、Ｘ軸用サーボモータ４２に駆動されて回転する。すると、サドル２３が、Ｘ軸用ガイドレール４４に案内支持されて、矢印Ｅに示すようにＸ軸方向に移動する。

クロススライド２０の下部には、前方側スライド本体（前方側ブロック）４５と後方側スライド本体（後方側ブロック）４６が取付けられている。前方側スライド本体４５と後方側スライド本体４６は、床面ＦＬに対してほぼ同じ高さ位置に配置され、Ｚ軸方向を向いて平行に配置されている。
前方側のＺ軸用ガイドレール２７と、このＺ軸用ガイドレール２７に係合する前方側スライド本体４５とにより、前方側リニアガイド４７が構成されている。後方側のＺ軸用ガイドレール２７と、このＺ軸用ガイドレール２７に係合する後方側スライド本体４６とにより、後方側リニアガイド４８が構成されている。
移動体８は、一対のリニアガイド４７，４８に案内支持されて、Ｚ軸方向に自在に移動することができる。

なお、前方側リニアガイド４７と後方側リニアガイド４８は、床面ＦＬに対してほぼ同じ高さ位置に配置されているが、両方のリニアガイド４７，４８の高さ位置（床面ＦＬからの高さ）が異なる場合であってもよい。
また、移動体８をＺ軸方向に移動させるガイドは、リニアガイド４７，４８の代わりに滑りガイドであってもよい。
また、門形基体７の上部に取付けられたＺ軸用の上部ボールねじ２８は、門形基体７に対して取外し，取付け可能にしてもよい。このようにすれば、Ｚ軸用上部ボールねじ２８が不要でＺ軸用下部ボールねじ２９のみを必要とする工作機械であっても、簡単な設計変更で本発明を適用できる。
すなわち、Ｚ軸用下部ボールねじ２９のみで移動体８が安定してＺ軸方向にスムーズに且つ高速で移動できる場合には、Ｚ軸用上部ボールねじ２８やＺ軸用上部サーボモータ３２などを省略して、機械全体を簡素な構成にすることができる。

主軸台６は、工作物用主軸４を回転可能に支持して、門形基体７の左側に配置されている。工作物用主軸４の先端には、チャック５が着脱可能に取付けられている。工作物３は、チャック５に把持されて、工作物用主軸４により中心軸線ＣＬ2を中心として回転する。
工作物３を回転工具（工具２）により切削する場合には、主軸台６を制御して、工作物用主軸４により工作物３を所定角度回転させて割出すこともできる。

門形基体７の右側には、第２主軸台６０が主軸台６に対向して配置されている。第２主軸台６０には、第２工作物用主軸６１が回転可能に支持されている。第２工作物用主軸６１の先端には、第２チャック６２が着脱可能に取付けられている。第２チャック６２により工作物３が把持可能になっている。工作物３は、第２チャック６２に把持されて、第２工作物用主軸６１により中心軸線ＣＬ2を中心として回転することができる。
第２主軸台６０は、リニアガイドによりＺ軸方向に移動可能である。ベッド１７には、第２主軸台６０用のボールねじ６３のねじ軸６３ａが配置されている。ねじ軸６３ａは、第２主軸台６０に固定されたボールナットにねじ込まれている。
ベッド１７には、第２主軸台用サーボモータ６４が取付けられている。第２主軸台用サーボモータ６４に駆動されてねじ軸６３が回転すると、ボールナットが固定されている第２主軸台６０が、リニアガイドに案内支持されてＺ軸方向に移動する。
なお、工作物３が長寸法の場合には、この工作物３の両端部を主軸台６と第２主軸台６０により把持することもできる。この場合、第２主軸台６０の第２工作物用主軸６１に、第２チャック６２の代わりにセンタ６５を着脱可能に取付けて工作物３の右側端部を支えるようにすれば、第２主軸台６０は心押台の機能を発揮することになる。

このように、工作物３を、主軸台６のチャック５のみで把持して、回転または非回転状態にすることができる。このとき、第２主軸台６０の第２工作物用主軸６１にセンタ６５を取付ければ、センタ６５で工作物３の右側端部を支持しながら、工作物３全体をより安定した状態で回転させることができる。
これとは別に、第２主軸台６０の第２チャック６２のみで工作物３を把持して回転状態または非回転状態にすることができる。
さらに、主軸台６のチャック５で工作物３の左側端部を把持し、第２主軸台６０の第２チャック６２で工作物３の右側端部を支持し、こうして工作物３を両端支持した状態で回転させることもできる。

工作機械１は、その前方から見て左右方向（Ｚ軸方向）に長い加工領域ＳＰを有している「ロング機」であり、長寸法の工作物３を加工するのに適している。
このロング機の工作機械１では、門形基体７は、その前方から見て左右方向（Ｚ軸方向）に長く延びた形状を有している。そのため、門形基体７を一体的に鋳造することができないので、門形基体７は鋼製である。
門形基体７は、鋼製であれば鋳造品と比べて剛性が低くなる。特に、門形基体７の上部のＺ軸方向の水平部を構成しているビーム１９が、その自重により下方に撓んで変形する。

従来、門形基体が鋳造品の場合には、門形基体の左右方向の長さ寸法Ｌ0は、最長で約５,０００mmが限界であった。その結果、加工できる工作物３の軸線方向の長さ寸法Ｌ1も、門形基体の長さ寸法Ｌ0により制約があった。
これに対して、工作機械１では、門形基体７の左右方向の長さ寸法Ｌ0は、約５,０００mmないし約９,２００mmであり、門形基体７を非常に長くできる。これに対応して、軸線方向の長さ寸法Ｌ1が約１,０００mmないし約６,０００mmの工作物３も、加工可能である。なお、この長さ寸法Ｌ1以下の短い工作物３の加工も可能である。
このように、工作機械１では、従来と比べて非常に長い寸法Ｌ1の工作物３を高精度に加工することが可能である。

ベッド１７は、移動体８の平面視での移動領域におけるベッド上面１７ａには若干の段差はあっても傾斜面のほとんどないフラットベッドである。平面視での移動体８の移動領域は、前後方向の範囲Ｇ1（図５）と、左右方向の範囲Ｇ2（図７）とにより囲まれるほぼ矩形の領域のことである。
一対のガイドレール（Ｚ軸用ガイドレール２７，２７）を、フラットなベッド上面１７ａに設置して、互いに床面ＦＬから同一高さＨ（または、ほぼ同一高さ）に設置している。したがって、加工時に移動体８にかかる反力を、ベッド上面１７ａに均等に分散できるので、反力による移動体８自体の変形が減少して高精度な加工ができる。
また、ベッド１７において、移動体８の平面視での移動領域（範囲Ｇ1×範囲Ｇ2の領域）が所定の高さＨを保っている。したがって、この移動領域より前方の部分Ｋも、従来より高さ寸法Ｈ1を高くできるので剛性が大幅に向上する。この前方部分Ｋの内方で且つ下部前方には、クーラントタンク８０と切り屑用コンベア８１が、左右方向に延びて収納されている。

次に、第２主軸台６０とその支持構造などについて説明する。
上述のように、工作機械１は、機械本体１１と、刃物台１４と、主軸台６と、第２主軸台６０と、クーラントタンク８０および切り屑用コンベア８１の一方または両方（本実施例では、タンク８０とコンベア８１の両方）とを有している。
刃物台１４は、工具２を保持し機械本体１１に移動可能に設けられている。主軸台６は機械本体１１に設けられて工作物３を保持可能である。第２主軸台６０は、主軸台６に対向して機械本体１１に設けられて工作物３を保持可能である。クーラントタンク８０と切り屑用コンベア８１は、第２主軸台６０の下方に位置し、左右方向に延びて機械本体１１に配置されている。

工作機械１は、主ガイドレール６６と、少なくとも１本（本実施例では、１本）の補助ガイドレール６７とを備えている。
主ガイドレール６６は、第２主軸台６０の重心位置Ｇ3のほぼ下方に、左右方向に延びて機械本体１１のベッド１７に取付けられている。主ガイドレール６６は、第２主軸台６０を左右方向に移動可能に支持している。
本実施例の主ガイドレール６６は、第２主軸台６０の重心位置Ｇ3を通って上下方向を向く直線Ｌ2上に配置されている。したがって、主ガイドレール６６は、重心位置Ｇ3を通る直線Ｌ2を含んでＺ軸方向に延びる平面を中心として、第２主軸台６０の前部分と後部分とをほぼ面対称構造で支持している。
補助ガイドレール６７は、主ガイドレール６６の後部（本実施例では、後部上方）に、左右方向に延びてベッド１７に取付けられている。補助ガイドレール６７は、第２主軸台６０を振れ止めしながら左右方向に移動可能に支持している。
第２主軸台６０の荷重の大部分は、主ガイドレール６６で支えられている。補助ガイドレール６７は、第２主軸台６０が前後方向に傾かないように振れ止めするのが主な機能である。

そして、クーラントタンク８０および切り屑用コンベア８１の一方または両方（本実施例では、タンク８０とコンベア８１の両方）が、機械本体１１の前方から収納引き出し可能になっている。

第２主軸台６０の下部には、主スライド本体（主ブロック）６６ａと補助スライド本体（補助ブロック）６７ａが取付けられている。補助スライド本体６７ａは、主スライド本体６６ａの後部上方に配置されている。両方のスライド本体６６ａ，６７ａは、Ｚ軸方向を向き且つ平行に配置されている。
主ガイドレール６６と、この主ガイドレール６６に係合する主スライド本体６６ａとにより、主リニアガイド７５が構成されている。後部上方側の補助ガイドレール６７と、この補助ガイドレール６７に係合する補助スライド本体６７ａとにより、補助リニアガイド７６が構成されている。
主リニアガイド７５と補助リニアガイド７６は、第２主軸台６０が浮き上がったり横揺れしないように、第２主軸台６０を上下方向（Ｘ軸方向）と前後方向（Ｙ軸方向）に関して拘束している。特に、補助リニアガイド７６は振れ止めの機能を発揮する。
したがって、第２主軸台６０は、リニアガイド７５，７６に案内支持されて、左右方向に自在に移動することができる。

前記構成の補助リニアガイド７６は、主リニアガイド７５の後部に配置されていればよい。したがって、両方のガイドレール６６，６７の高さ位置（床面ＦＬからの高さ）が同じ場合、補助ガイドレール６７が主ガイドレール６６の後部下方に配置されている場合、補助ガイドレール６７を複数本設けて、各補助ガイドレール６７を設置する高さ位置や前後方向の位置を異なるようにした場合であってもよい。
また、第２主軸台６０をＺ軸方向に移動させるガイドは、リニアガイド７５，７６の代わりに滑りガイドであってもよい。

ベッド１７には、工作機械１の各種機器の荷重を支えるために、縦方向のフレーム６８，６９，７３などが一体的に形成されている。主ガイドレール６６や補助ガイドレール６７に掛かる荷重は、その下方のフレーム６８，６９で主として支持することになる。
ところが、補助ガイドレール６７は主ガイドレール６６の後部に配置されているので、主ガイドレール６６の前方にはガイドレールは配置されていない。その結果、ベッド１７のうち主ガイドレール６６より前方の部位には、大きな荷重は掛からないので縦方向のフレームは設けられていない。
したがって、ベッド１７の前方内方には、スペースＳｃが左右方向に延びて形成され、このスペースＳcの前方側は開放可能になっている。このベッド１７のスペースＳｃには、クーラントタンク８０と切り屑用コンベア８１が収納されている。また、矢印Ｊに示すように、スペースＳcの前方の開口から、クーラントタンク８０と切り屑用コンベア８１を収納引き出し可能にしている。

上述のように、１本の主ガイドレール６６を第２主軸台６０の重心位置Ｇ3の下方に配置して、主ガイドレール６６で、第２主軸台６０を左右方向に移動可能に支持している。主ガイドレール６６は、第２主軸台６０の重心位置Ｇ3を通り上下方向（Ｘ軸方向）を向く直線Ｌ2を含んで左右方向（Ｚ軸方向）に延びる平面を中心として、第２主軸台６０の前部分と後部分とをほぼ面対称構造で支持している。
したがって、主ガイドレール６６は、第２主軸台６０の荷重を、前後方向に関してバランスよく支持することができる。
ベッド１７が温度変化により熱変形したときの影響は、第２主軸台６０の荷重の大部分を支える主ガイドレール６６を介して第２主軸台６０に伝わる。すると、第２主軸台６０は、重心位置Ｇ3を通る直線Ｌ2方向（上下方向）に移動したり伸縮することになる。なお、補助ガイドレール６７は第２主軸台６０の荷重をほとんど支えていないので、ベッド１７の前記熱変形の影響が、補助ガイドレール６７を介して第２主軸台６０に伝わることは少ない。
他方、第２主軸台６０のモータの発熱や室温の変化により、第２主軸台６０自体も温度変化する。すると、１本の主ガイドレール６６で下部を支持されている第２主軸台６０は、重心位置Ｇ3を通る直線Ｌ2方向（上下方向）に伸びたり縮んだりして熱変形する。
その結果、ベッド１７や第２主軸台６０自体の熱変形の影響は、第２主軸台６０の前部分と後部分とで均等になるので、第２主軸台６０を使用して工作物３を精度よく加工することができる。

また、第２主軸台６０の下方で左右方向に延びて配置されているクーラントタンク８０と切り屑用コンベア８１のメンテナンスに必要なスペースを、省スペースにできる。
すなわち、メンテナンス時には、クーラントタンク８０や切り屑用コンベア８１を、工作機械１から左右方向（本実施例では、右方向）に引き出す必要はない。したがって、クーラントタンク８０などを引き出すためのスペースを、工作機械１の左右方向外方（ここでは、右方向外方）に別途確保する必要はない。
特に、本実施例の工作機械１は、左右方向に長く延びた形状を有する「ロング機」であり、クーラントタンク８０や切り屑用コンベア８１も長いので、この作用効果は有益である。

上述のように、第２主軸台６０では、第２工作物用主軸６１に第２チャック６２またはセンタ６５が着脱可能に取付けられるが、「第２主軸台」には、第２工作物用主軸６１にセンタ６５が取付けられた心押台も含まれる。

次に、スプラッシュガード７０について説明する。
加工領域ＳＰは、クーラントや切り屑などが外部に飛散しないようにスプラッシュガード７０で覆われている。スプラッシュガード７０は、開閉可能な扉７１などを有している。工具交換を行うために、扉７１の天井部にはシャッタ７２が開閉可能に設けられている。
シャッタ７２が開くと、交換ユニット１３が通過可能な開口が形成される。シャッタ７２が閉じると、加工領域ＳＰはスプラッシュガード７０により覆われる。交換ユニット１３は、スプラッシュガード７０より外方に配置されて、Ｚ軸方向に走行して工具交換を行う。

次に、工作機械１の動作について説明する。
工作機械１は旋盤としての機能を発揮する。工作物３が長寸法の場合に、工作物３の左側端部を主軸台６のチャック５で把持し、工作物３の右側端部を第２主軸台６０の第２チャック６２（または、センタ６５）で把持する。このとき、第２工作物用主軸６１は、無負荷にして回転自在の状態にしておく。そして、主軸台６の工作物用主軸４を回転駆動すれば、工作物３が回転する。
他方、移動体８を矢印Ｄに示すようにＺ軸方向に移動させ、サドル２３を矢印Ｅに示すようにＸ軸方向に移動させる。刃物台１４を、矢印Ｂに示すように中心軸線ＣＬ1回りに旋回させ、工具２を非回転状態にする。このようにすれば、工具２で工作物３を旋削加工することができる。

次に、工作機械１をマシニングセンタとして使用するときには、刃物台１４の工具用主軸１４により工具２を回転させる。主軸台６と第２主軸台６０の一方または両方により把持されている工作物３は、非回転状態になっている。
この状態で、移動体８を矢印Ｄに示すようにＺ軸方向に移動させ、サドル２３を矢印Ｅに示すようにＸ軸方向に移動させ、工具２を矢印Ｂに示すように旋回させる。これにより、工作物３は、回転する工具２により切削加工される。

図８は、工作機械１における門形基体７とボールねじ２８，２９の変形の状態を示す概略説明図、図９は、刃物台１４の残留振動を示すグラフである。
門形基体７は、左右方向（Ｚ軸方向）に長く延びた形状を有するとともに鋼製である。そのため、上部に掛け渡されたビーム１９は、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、自重により下方に撓んでいる。
なお、図８では、技術的な理解を容易にするために、ビーム１９やボールねじ２８，２９の下方への変形の度合いを、現実より拡大して模式的に示している。

移動体８は、左側のコラム１８に近い位置（図８（Ａ））から、左右のコラム１８，１８の間の位置（図８（Ｂ））を通って、右側のコラム１８に近い位置（図８（Ｃ））まで、任意の位置に移動して位置決めされる。
左右のコラム１８，１８の間のスパンが長いので、上方に掛け渡されたビーム１９は、自重により下方に撓んで変形する。これに対して、下部にある一対のＺ軸用ガイドレール２７，２７は、ベッド１７上に直接配置されているので自重で変形することはない。

移動体８は、一対のガイドレール２７，２７に支持されて、矢印Ｄに示すようにＺ軸方向に移動する。このとき、ビーム１９と移動体８との間での力の伝達は遮断されているので、移動体８はビーム１９の変形には影響されない。
したがって、移動体８がＺ軸方向のどの位置に移動しても（すなわち、左右のコラム１８，１８に近い位置でも、コラム１８，１８から遠い位置でも）、移動体８がビーム１９から力を受けることはない。
工作物３を加工している間に、移動体８は、工作物３から反力を受けるがビーム１９からは力を受けない。その結果、移動体８がＺ軸方向のどの位置に移動しても、移動体８はビーム１９の変形に影響されない。よって、この移動体８に取付けられた刃物台１４により、安定した高精度な加工が行われる。

門形基体７が左右方向（Ｚ軸方向）に長い。したがって、上部と下部にそれぞれ掛け渡されたＺ軸用の上部ボールねじ２８のねじ軸２８ａと、下部ボールねじ２９のねじ軸２９ａも自重により下方に撓んで変形する。
上下のねじ軸２８ａ，２９ａは、長さ寸法がほぼ同じで、直径，形状，材質なども同じなので、同じ程度に変形する。そして、両方のねじ軸２８ａ，２９ａは、その変形の方向（すなわち、下方）に直交するＺ軸方向に延びている。上下のボールねじ２８，２９により、移動体８にはこのＺ軸方向の力が加えられる。
したがって、移動体８は、ねじ軸２８，２９の変形に影響されないで、Ｚ軸方向に高精度に移動することができる。

移動体８において、Ｚ軸用の上部ボールねじ２８と下部ボールねじ２９とにより、移動体８の上部と下部の両方に、Ｚ軸方向の力が加えられる。この上部ボールねじ２８によるＺ軸方向の力と、下部ボールねじ２９によるＺ軸方向の力とを合成した力（合成力）Ｆは、移動体８の上下方向に関する重心位置Ｇまたはその近傍に作用することになる。
したがって、移動体８は「重心駆動」されることになる。重心駆動された移動体８は、安定してＺ軸方向にスムーズに且つ高速で移動することができる。
門形基体７が左右方向に長く延びた形状では、移動体８を重心駆動するのは従来は困難であった。特に、工作機械１が大型の場合には、上部のビーム１９が自重により下方に撓むので、移動体８の重心駆動はさらに困難であった。
これに対して、本発明では、ベッド１７上に設置された一対のＺ軸用ガイドレール２７，２７のみで移動体８の荷重を支持し、ビーム１９と移動体８との間での力の伝達を遮断している。その結果、移動体８を重心駆動することが可能になる。

ところで、移動体８がＺ軸方向に移動したのち位置決めされて静止すると、それまでの移動体８の移動動作により、静止している刃物台１４が振動し続ける「残留振動」が発生しがちである。
図９において、横軸は時間，縦軸は振幅量である。実線の曲線Ｍ1と破線の曲線Ｍ2は、それぞれ、移動体８を重心駆動した場合と非重心駆動の場合の、振幅量の変化を示している。
曲線Ｍ1から分かるように、移動体８を重心駆動すれば、移動体８の移動時に発生する振動が抑制されるので、刃物台１４に残留振動はほとんど発生しない。その結果、工作機械１は、高速で高品位な加工を実現することができる。

以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

本発明にかかる工作機械の構成は、複合加工機のほかに、旋盤，マシニングセンタ，研削盤などに適用可能である。

図１ないし図９は本発明の一実施例を示す図で、図１は工作機械の斜視図である。 工作機械の構造を示す斜視図である。 工作機械の構造を示す正面図である。 図３のIV−IV線断面図である。 図３の右側面図である。 図３の左側面図である。 図３の平面図である。 工作機械における門形基体とボールねじの変形の状態を示す概略説明図である。 刃物台の残留振動を示すグラフである。

符号の説明

１ 工作機械
２ 工具
３ 工作物
６ 主軸台
７ 門形基体
８ 移動体
１１ 機械本体
１４ 刃物台
１７ ベッド
１７ａ ベッド上面
１８ コラム
１９ ビーム
２７ ガイドレール
２８ 上部ボールねじ
２９ 下部ボールねじ
６０ 第２主軸台
６６ 主ガイドレール
６７ 補助ガイドレール
８０ クーラントタンク
８１ 切り屑用コンベア
ＦＬ 床面
Ｇ3 第２主軸台の重心
Ｌ0 門形基体の左右方向の長さ寸法
Ｌ1 工作物の軸線方向の長さ寸法
Ｌ2 上下方向を向く直線
Ｘ軸方向 上下方向
Ｙ軸方向 前後方向
Ｚ軸方向 左右方向

Claims (8)

1. 正面から見て左右に一対配置され且つベッド上に縦方向に設置されたコラムと、この一対のコラムの上部に左右方向に掛け渡されたビームとにより、左右方向に延びて前記ベッド上に設置された門形基体が構成され、刃物台を有する移動体が左右方向に移動する工作機械であって、
   左右方向に延びて前後に並んで前記ベッド上に平行に配置され、前記移動体を左右方向に移動可能に支持する一対のガイドレールと、
   前記門形基体の上部と下部にそれぞれ配置され、且つ左右方向に延びてこの門形基体に支持され、前記移動体を左右方向に移動させるための上部ボールねじおよび下部ボールねじとを備え、
   前記ビームと前記移動体との間での力の伝達を遮断したことを特徴とする工作機械。
2. 前記ベッドは、前記移動体の平面視での移動領域におけるベッド上面には若干の段差はあっても傾斜面のほとんどないフラットベッドであり、
   前記ベッド上面に設置された前記一対のガイドレールは、互いに床面から同一高さまたはほぼ同一高さに設置されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記門形基体は、左右方向に長く延びた形状を有するとともに鋼製であることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記門形基体の左右方向の長さ寸法は約５,０００mmないし約９,２００mmであり、軸線方向の長さ寸法が約１,０００mmないし約６,０００mmの工作物も加工可能であることを特徴とする請求項１，２または３に記載の工作機械。
5. 前記門形基体の上部に取付けられた前記上部ボールねじは前記門形基体に対して取外し，取付け可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の工作機械。
6. 工作機械の機械本体と、工具を保持し前記機械本体に移動可能に設けられた刃物台と、前記機械本体に設けられて工作物を保持可能な主軸台と、この主軸台に対向して前記機械本体に設けられ、前記工作物を保持可能な第２主軸台と、この第２主軸台の下方に左右方向に延びて前記機械本体に配置されたクーラントタンクおよび切り屑用コンベアの一方または両方とを有する工作機械であって、
   前記第２主軸台の重心のほぼ下方に左右方向に延びて前記機械本体のベッドに取付けられ、前記第２主軸台を左右方向に移動可能に支持する主ガイドレールと、
   この主ガイドレールの後部に左右方向に延びて前記ベッドに取付けられ、前記第２主軸台を振れ止めしながら左右方向に移動可能に支持する少なくとも１本の補助ガイドレールとを備えたことを特徴とする工作機械。
7. 前記クーラントタンクおよび前記切り屑用コンベアの一方または両方を、前記機械本体の前方から収納引き出し可能にしたことを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
8. 前記主ガイドレールは、前記第２主軸台の重心位置を通り上下方向を向く直線を含んで左右方向に延びる平面を中心として、前記第２主軸台の前部分と後部分とをほぼ面対称構造で支持していることを特徴とする請求項６または７に記載の工作機械。

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