特開 2020-40204 高速切削を伴う工作機械のためのＣ軸ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-40204(P2020-40204A)

(43)【公開日】2020年3月19日

(54)【発明の名称】高速切削を伴う工作機械のためのＣ軸ユニット

(51)【国際特許分類】

   B23Q 1/54 20060101AFI20200225BHJP

   B23Q 1/00 20060101ALI20200225BHJP

【ＦＩ】

   B23Q1/54

   B23Q1/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-165126(P2019-165126)

(22)【出願日】2019年9月11日

(31)【優先権主張番号】102018000008535

(32)【優先日】2018年9月12日

(33)【優先権主張国】IT

(71)【出願人】

【識別番号】519329612

【氏名又は名称】フィディア エッセ．ピ．ア．

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】クラウディオ ウーゴ プロタソ レポッシーニ

(72)【発明者】

【氏名】ジュゼッペ モルフィーノ

【テーマコード（参考）】

3C048

【Ｆターム（参考）】

3C048AA07

3C048BC03

3C048DD17

(57)【要約】

【課題】従来の欠点が少なくとも部分的に克服されることを可能にする工作機械を提供すること。
【解決手段】工作機械用のＣ軸ユニットが提供され、これは、工作機械のユニット支持体１２１に固定されるように適合されたブッシュ１３４と、動作ヘッド４０を受け入れるように適合され、またブッシュ１３４によって支持され且つ垂直軸の回りでブッシュ１３４に対して回転可能であるヘッド搭載プラットフォーム１３０と、ブッシュ１３４によって支持され且つヘッド搭載プラットフォーム１３０の回転を制御するように構成されたプラットフォーム回転モータ１５０と、ヘッド搭載プラットフォーム１３０を貫く貫通孔１３３内に配置される駆動延長部１６３を通して動作ヘッド４０上のバイト担持スピンドル４５の回転を制御するスピンドル・モータ１６０とを有する。スピンドル・モータ１６０は、ヘッド搭載プラットフォーム１３０に対し固定されて回転的に一体である。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械のためのＣ軸ユニットであって、
工作機械のユニット支持体（１２１）の下端部において前記ユニット支持体（１２１）に固定されるように適合されたブッシュ（１３４）であって、前記工作機械の前記ユニット支持体（１２１）に固定されたときに垂直軸（Ｚ）に沿って延びるブッシュ（１３４）と、
動作ヘッド（４０）を受け入れるように適合されたヘッド搭載プラットフォーム（１３０）であって、前記ブッシュ（１３４）によって支持され且つ前記垂直軸の回りで前記ブッシュ（１３４）に対して回転可能であるヘッド搭載プラットフォーム（１３０）と、
前記ブッシュ（１３４）によって支持され且つ前記ヘッド搭載プラットフォーム（１３０）の回転を制御するように構成されたプラットフォーム回転モータ（１５０）と
を有するＣ軸ユニットにおいて、
前記ヘッド搭載プラットフォーム（１３０）を貫いて得られた貫通孔（１３３）内に配置された駆動延長部（１６３）を通じて前記動作ヘッド（４０）上のバイト担持スピンドル（４５）の回転を制御するように構成されたスピンドル・モータ（１６０）であって、前記ヘッド搭載プラットフォーム（１３０）に固定され且つ前記ヘッド搭載プラットフォーム（１３０）と回転的に一体であるスピンドル・モータ（１６０）をさらに有することを特徴とする、Ｃ軸ユニット。

【請求項2】

工作機械であって、
少なくとも１つの軸に沿って並進移動可能なユニット支持体（１２１）であって、その下端部に請求項１に記載のＣ軸ユニットが取り付けられているユニット支持体（１２１）と、
前記動作ヘッド（４０）に少なくとも１種の流体を供給するために設けられた流体回転継手（１７３、１７４）であって、前記流体回転継手（１７３、１７４）は、前記ユニット支持体（１２１）の上端部に配置されており、且つ前記ユニット支持体（１２１）に固定された固定部分（１７３）、及び前記垂直軸の回りで前記ブッシュ（１３４）に対して回転可能な回転部分（１７４）を含む流体回転継手（１７３、１７４）と
を有する、工作機械。

【請求項3】

前記流体回転継手の前記回転部分（１７４）は、前記ユニット支持体（１２１）上に配置され且つ前記プラットフォーム回転モータ（１５０）とは別体の継手モータ（１９１）により回転的に制御可能であり、前記継手モータ（１９１）及び前記プラットフォーム回転モータ（１５０）は、前記流体回転継手の前記回転部分（１７４）の角度位置及び回転速度と、前記ヘッド搭載プラットフォーム（１３０）の角度位置及び回転速度とを同期させるように制御可能である、請求項２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記スピンドル・モータ（１６０）及び動作ヘッド（４０）のうちの少なくとも一方の動力供給及び制御のための複数の電力及び信号ケーブル（１８１）を有し、前記電気ケーブルは、前記スピンドル・モータ（１６０）の上方で前記垂直軸（Ｚ）に径方向に配置されたケーブル担持部材（１８２）を通して前記ユニット支持体（１２１）の外側から搬送され、前記ケーブル担持部材は、前記ユニット支持体（１２１）に固定された上端部、及び前記流体回転継手の前記回転部分（１７４）と回転的に一体である下端部を有する、請求項２又は３に記載の工作機械。

【請求項5】

前記スピンドル・モータ（１６０）及び動作ヘッド（４０）のうちの少なくとも一方の動力供給及び制御のための複数の電力及び信号ケーブル（１８１）を有し、また
前記ユニット支持体（１２１）の上端部に配置されたスリップリングであって、前記ユニット支持体（１２１）に固定された固定部分（２０１）と、前記流体回転継手の前記回転部分（１７４）と回転的に一体である回転部分（２０２）とを含み、前記スリップリングの前記回転部分（２０２）は、前記スピンドル・モータ（１６０）及び動作ヘッド（４０）のうちの少なくとも一方に電気的に接続される、スリップリングをさらに有する、請求項２又は３に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は一般に、チップ除去による機械加工のための工作機械産業部門に関し、詳細には、高速切削機械（ＨＳＣ：ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）に関する。

【背景技術】

【0002】

ＨＳＣ技術の力強く且つ継続的な進化は、送り軸及びバイト担持スピンドルのどちらにも高い動的性能を有する工作機械を必要とする。

【0003】

５軸彫刻機械加工の産業部門、即ちモールディング、航空学、エネルギー部門、センター・モデルのスタイリング等では、直線軸及び極軸のどちらにも高い動的性能を有する５軸機械に対する要望がますます強くなっており且つ切迫してきている。

【0004】

言及した産業部門から生まれる他の強い要望は、加工費の削減、及びモジュール式であり且つ再構成可能であり得る、即ち機械加工プロセスに関する複雑且つ相互関係のある問題に応じることが可能なマルチタスク機械の使用である。

【0005】

機械の仕様に横断的に影響を及ぼす、機械加工プロセスに由来する要望を考慮すると、現在の技術水準の５軸機械を特徴付ける重大な問題が明確になった。

【0006】

それらのうちの幾つかは、現在のＨＳＣ技術の水準に合わせられた動作ヘッドを用いて荒削り作業及び仕上げ作業を行うことが可能な（３直線及び２極の）５軸工作機械を構成する必要性を言及する。

【0007】

機械加工システムの構成可能性（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｉｌｉｔｙ）及びモジュール性もまた、強力、高速、且つ信頼性のある一連の動作ヘッドの自動的な連結を可能にすることができなければならない極軸Ｃの形態により、強く条件付けられる。

【0008】

図１から３を参照しながら、知られた工作機械がこの目的のために説明され、そのうちの極軸Ｃに従う運動に関連する部分のみが、図１から３に示されている。５軸工作機械では、３つの直線軸が慣例的にＸ、Ｙ、及びＺで明示されるのに対し、水平軸Ｘの回り及び垂直軸Ｚの回りでの回転の２つの極軸は、それぞれＡ及びＣで明示される。図において、表示されていない軸Ｙは、描画面に対して垂直である（軸Ｘ及びＹは、反転され得る）。

【0009】

工作機械は、図１では単純に描写されている支持構造部（ｂｅａｒｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）１０と、支持構造部１０によって支持され、且つ少なくとも１つの軸に沿って、特に直交する２つの水平な軸Ｘ及びＹ並びに垂直軸Ｚに沿ってそれ自体は知られた態様で支持構造部１０に対して並進移動可能である支持体グループ（ｓｕｐｐｏｒｔ ｇｒｏｕｐ）２１とを備える。

【0010】

図示された実例では、ユニット支持体（ｕｎｉｔ ｓｕｐｐｏｒｔ）２１は、垂直軸Ｚに沿って延在するラムとして作られており、また簡潔さのために以下ではそのようなものとして示される。ラム２１は、それ自体は知られた方法で工作機械の支持構造部１０に接続される。

【0011】

Ｃ軸ユニット２０が、ラム２１の下端部においてラム２１上に配置される。

【0012】

Ｃ軸ユニットは、動作ヘッド４０を受け入れるように適合されたヘッド搭載プラットフォーム３０を備える。ヘッド搭載プラットフォーム３０は、垂直軸Ｚの回りで、したがって極軸Ｃの方向においてラム２１に対して回転可能である。ヘッド搭載プラットフォーム３０は、動作ヘッド４０が固定されることが意図されている本体３１、及び軸Ｚと同軸に延在するシャフト３２を備える。シャフト３２は、本体３１により単体として作られており、また以下で明らかになるように回転継手の回転部分を構成する。ヘッド搭載プラットフォーム３０を貫いて中央貫通孔３３が得られるが、その目的は以下で明らかになる。中央孔３３に沿って一連のガスケット３３ａが配置される。

【0013】

ヘッド搭載プラットフォーム３０は、ラム２１の底部に固定されたブッシュ３４によって支持される。特に、ヘッド搭載プラットフォーム３０は、ラジアル−アキシアル軸受３５及びころ軸受３６を用いてブッシュ３４によって支持される。ヘッド搭載プラットフォーム３０とブッシュ３４との間には、ヘッド搭載プラットフォーム３０をブッシュ３４／ラム２１に対してロックする必要があるときに作動され得る多板クラッチ３４ａがさらに挿入されている。

【0014】

ヘッド搭載プラットフォーム３０の本体３１の下面３１ａ上には、動作ヘッド４０上の電力利用物（ｕｓｅｒ）、信号利用物、及び流体利用物に供給するように適合された電気コネクタ３７及び液圧コネクタ３８が配置される。ヘッド搭載プラットフォーム３０の本体３１の下部には、手動のもの又は自動的なものであり得るヘッド連結システム３９（図３ａの拡大された細部に見ることができる）も配置される。これらのヘッド連結システム３９はまた、ヘッド搭載プラットフォーム３０と動作ヘッド４０との間の接続により優れた剛性及び機械的安定性を与えるように作動され得るＨｉｒｔｈ（ハース）タイプの歯付き前面コネクタ３９ａを含むロックを備える。

【0015】

動作ヘッド４０は、垂直軸Ｚの回りで回転可能でもあるように、ヘッド搭載プラットフォーム３０に（手動で、半自動的に、又は自動的に）固定される。示された実例では、動作ヘッド４０は、水平軸Ｘの回りで、したがって極軸Ａの方向に従って動作ヘッド４０に対して回転可能な部分４１を有するように構成される。動作ヘッド４０の部分４１上には、バイト（図示せず）の取付けを目的としたバイト担持スピンドル４５が配置される。上述のヘッド４０は、取り外されて、異なるアーキテクチャを有するヘッドと交換され得る。

【0016】

動作ヘッド４０の下には、被加工物を支持するための被加工物担持ユニットが配置されている。

【0017】

Ｃ軸ユニットは、ヘッド搭載プラットフォーム３０の回転を制御するように構成されたプラットフォーム回転モータ５０をさらに備える。プラットフォーム回転モータ５０は、例えばトルク・モータ、ウォーム歯車／はすば歯車モータ、又は予め組み込まれた電気的な２重モータ（ｐｒｅｌｏａｄｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｏｕｂｌｅ ｍｏｔｏｒｓ）で構成され得る。プラットフォーム回転モータ５０は、ブッシュ３４に固定された径方向外側の固定子部品５１、及びヘッド搭載プラットフォーム３０のシャフト３２に固定された径方向内側の回転子部品５２を備える。

【0018】

スピンドル・モータ６０が、スピンドル・モータ６０に関連付けられた歯車箱６１と一緒に、ラム２１の上部においてラム２１上に配置される。スピンドル・モータ６０は、動作ヘッド４０上のバイト担持スピンドル４５の回転を制御するように構成される。この目的のために、伝動シャフト６２及び駆動延長部６３が設けられて、ヘッド搭載プラットフォーム３０に動力を伝達する。伝動シャフト６２の上端部が、上部伝動カップリング６４により歯車箱６１の出力シャフトに接続され、一方で、伝動シャフト６２の下端部が、下部伝動カップリング６５により駆動延長部６３と回転的に一体化される。駆動延長部６３は、軸受６６により、ヘッド搭載プラットフォーム３０に接続される。

【0019】

駆動延長部６３は、キー溝接続又は溝付きシャフト６７〜６８により、動作ヘッド４０内の機構に、またスピンドル４５に接続され得る。カップリングは、ヘッド搭載プラットフォーム３０からの動作ヘッド４０の分離を確実にするために、２つの部品で構築される。カップリングの雌部品６７は、駆動延長部６３と一体であり、一方で、カップリング６８の雄部品は、動作ヘッド４０の入力シャフト上に装着される。

【0020】

動作ヘッド４０上の流体利用物は、工作機械の専用の液圧制御ユニット（図示せず）をラム２１の隔壁（水平リブ）に固定された液圧分配器７２に接続する配管７１を通じて供給を受ける。液圧弁７２の本体はまた、モータ／歯車箱ユニット６０、６１のための支持体として機能する。

【0021】

液圧分配器７２と動作ヘッド４０上の利用物との間には、固定部分７３（ラム２１に対して不動）及び回転部分を含む流体回転継手が間置されている。この回転部分は、ヘッド搭載プラットフォーム３０のシャフト３２で構成される。回転継手の固定部分７３は、ヘッド搭載プラットフォーム３０の中央孔３３に挿入される。回転継手の固定部分７３の回転を防止する拘束は、（回転継手の固定部分７３に接続された）支持体７４によって得られ、この管７５を通して、支持体７４が、ラム２１の隔壁（水平リブ）に固定された液圧分配器７２の本体に接続される。駆動シャフト６２は、管７５の内側に収容される。

【0022】

回転継手の固定部分７３は、液圧分配器７２を支持体７４に接続し次いで回転継手の固定部分７３に接続する配管７６を通じて、流体的に供給を受ける。

【0023】

回転継手の固定部分７３及びガスケット３３ａ内に作られた流体供給孔７３ａを通じて、ヘッド搭載プラットフォーム３０及び液圧コネクタ３８に流体が供給される。

【0024】

動作ヘッド４０上の動力利用物及び信号利用物は、工作機械の電気的及び数値的な制御キャビネット（図示せず）を分配器７２の本体の固定部分内に固定された電力及び信号コネクタ８１に接続する電力及び信号ケーブルによって供給を受ける。

【0025】

ヘッド搭載プラットフォーム３０への、したがって電気コネクタ３７への動力供給は、分配器７２の電気コネクタ８１をヘッド搭載プラットフォーム３０のシャフト３２と一体に配置された電気コネクタ８３につなぐ螺旋状の軌道に従って巻かれたケーブル８２によって提供される。これらの電気コネクタ８３は、ひいてはヘッド搭載プラットフォーム３０の表面３１ａ上に配置された電気コネクタ３７に電気的に接続される。

【0026】

螺旋状の軌道に沿って移動する電気ケーブル８２と固定されて回転しない配管７６との間の損害を伴う衝突及び破損を回避するために、管８４が、平滑且つ油を塗られた外表面を有して採用され、この管８４は、ヘッド搭載プラットフォーム３０と一緒に回転し、且つ電気ケーブルと液圧配管との間の分離を可能にする。

【0027】

上述の機械は、幾つかの重大な問題を有する。

【0028】

第一に、ラム２１の上端部においてラム２１上に設置されたスピンドル・モータ６０は、動作ヘッドの電力及び信号ケーブルの配置、液圧回転継手のアーキテクチャ、及び液圧配管のレイアウトを困難にする。

【0029】

さらに、動作に当たっては、電力及び信号ケーブル８２は、螺旋状のパターンにおいて捻られ且つ曲げられて、一方ではヘッドの移動角距離を＋／−１８０°に制限し、他方では頻繁なメンテナンスが必要となるケーブルの著しい摩耗をもたらす。電気ケーブル８２の手間のかかる管理は、Ｃ軸の動的性能をさらに制限し、ＨＳＣ機械加工に支障を来す。典型的には、５ｒｐｍの機械加工速度、及び、０．１ｒａｄ／ｓｅｃ^２の角加速度が達成され得る。

【0030】

さらに、システムの形態は、例えば航空部門において強く求められている特定の特徴である無限機械加工（ｅｎｄｌｅｓｓ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）（極軸の連続的回転）を可能にするスリップリングの採用を可能としない。

【0031】

歯車箱／スピンドル・モータ・ユニット６１、６０の上部内の場所は、ケーブル８２の曲り及び捻れを軽減しそれによりその許容寿命を確保するために必須であり、ケーブル８２の十分な長さを可能にするために大きくなければならない伝動シャフト６２の長さに依存する。長い伝動シャフト６２は、かなりのトルクを必要とする激しい荒削り作業を制限するような、その捻れ剛性への強い悪影響を有する。また、機械式スピンドル４５の高速仕上げ削りは、臨界回転速度を制限する伝動シャフト６２の長さにより、厳しく制約される。

【0032】

部品７３及び３２で形成された下部液圧回転継手は、ヘッド搭載プラットフォーム３０に組み入れられる。動作ヘッドの利用物への供給に必要な多数のガスケット３３ａは、高い摩擦トルクを発生させ、この摩擦トルクは、プラットフォームを回転させるモータ５０にトルク外乱をもたらす。

【0033】

上述の重大な問題は、Ｃ軸及び動作ヘッドのスピンドルのモータ・ドライブの動的性能を厳しく制限する。さらに、種々のユニットの組立は複雑であり、また、構成要素の構造は、モジュール式且つ再構成可能なシステムの最も現代的なガイドラインに合致していない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0034】

本発明の目的は、従来技術による機械の上述の欠点が少なくとも部分的に克服されることを可能にする工作機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0035】

上記その他の目的は、本発明によれば、工作機械のためのＣ軸ユニットであって、
ユニット支持体の下端部において工作機械のユニット支持体に固定されるように適合されたブッシュであって、工作機械のユニット支持体に固定されたときに垂直軸に沿って延在するブッシュと、
動作ヘッドを受け入れるように適合されたヘッド搭載プラットフォームであって、ブッシュによって支持され且つ前述の垂直軸の回りでブッシュに対して回転可能であるヘッド搭載プラットフォームと、
ブッシュによって支持され、且つヘッド搭載プラットフォームの回転を制御するように構成されたプラットフォーム回転モータと、
を備え、Ｃ軸ユニットが、
ヘッド搭載プラットフォームを貫いて得られた貫通孔内に配置された駆動延長部により動作ヘッドのバイト担持スピンドルの回転を制御するように構成されたスピンドル・モータであって、ヘッド搭載プラットフォームに固定され、且つヘッド搭載プラットフォームと回転的に一体であるスピンドル・モータ
をさらに備えることを特徴とする、Ｃ軸ユニットによって達成される。

【0036】

もはやラムの構造体に一体に固定されていないスピンドル・モータは、電力及び信号ケーブルの通過を妨害することはなく、したがって、ケーブルはもはや動作中に曲り及び捻りを経験する形で配置される必要はないので、組立がより容易になり、また電気ケーブルの寿命が延びる。

【0037】

ヘッド搭載プラットフォームと一体に回転する電気ケーブルは、もはや知られた実施におけるように螺旋状に巻かれることはなく、＋／−３６０°までの移動角距離の大幅な向上並びに例えば３０ｒｐｍの角速度及び３０ｒａｄ／ｓｅｃ^２の角加速度などのＣ軸の動的性能を伴うヘッド搭載プラットフォーム３０の回転をケ−ブルを捻ること及び曲げることなしに確実に達成するように適合された市販のケーブル担持チェーン内で搬送され得る。

【0038】

ヘッド搭載プラットフォーム上のスピンドル・モータの適用はまた、液圧ヘッド配管の位置の重大な単純化であり、且つラムの上部を利用可能にし、したがって専用の機構によって駆動される流体回転継手を適用可能にする。ヘッド搭載プラットフォームからの回転継手の分離、したがってガスケットの摩擦の排除は、Ｃ軸の位置決め及び機械加工の精度への、並びに動作ヘッドが利用できる動力への重大なプラス効果を有する。

【0039】

回転継手の頂部における場所は、ケーブル担持チェーンをＣ軸の無限回転を可能にする適切なスリップリングと交換することを可能にする。

【0040】

ヘッド搭載プラットフォームに直接固定されるスピンドル・モータの適用は、機構の組立ての著しい単純化と、スピンドル回転の機構の動的性能の並外れた向上とを可能にする。

【0041】

事実上、重大な捻れ破壊の発生源である長い伝動棒の排除により、高度のチップ除去による機械加工と、チャタリングの発生をなくすことと、動作ヘッドの回転速度の向上とを可能にするような、機構の捻れ剛性及び振動数の著しい向上が得られる。

【0042】

本発明の利点は、例えば３０ｒｐｍの軸回転速度及び３０ｒａｄ／ｓｅｃ^２の角加速度といったヘッド搭載プラットフォームの動的性能の大幅な向上、並びに２０％のスピンドル回転の機構の動的性能の大幅な向上を達成することを可能にする。

【0043】

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図面を参照して単に限定的ではない実例として挙げられた以下の詳細な説明から、明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】従来技術による工作機械のためのＣ軸ユニットの断面図である。

【図2】図１におけるＣ軸ユニットの、図１においてＩＩで示された部分の拡大した縮尺での図である。

【図3】図１におけるＣ軸ユニットの、図１においてＩＩＩで示された部分の拡大した縮尺での図である。

【図3a】ヘッド連結システムを示す図である。

【図4】本発明の一実施例による工作機械のためのＣ軸ユニットの断面図である。

【図5】図４におけるＣ軸ユニットの、Ｖで示された部分の拡大した縮尺での図である。

【図6】図４におけるＣ軸ユニットの、ＶＩで示された部分の拡大した縮尺での図である。

【図7】図４におけるＣ軸ユニットの、ＶＩＩで示された部分の拡大した縮尺での図である。

【図8】本発明の別の実施例による工作機械のためのＣ軸ユニットの断面図である。

【図9】図８におけるＣ軸ユニットの、ＩＸで示された部分の拡大した縮尺での図である。

【図10】図８におけるＣ軸ユニットの、Ｘで示された部分の拡大した縮尺での図である。

【図11】図８におけるＣ軸ユニットの、ＸＩで示された部分の拡大した縮尺での図である。

【発明を実施するための形態】

【0045】

次に、図４から７を参照しながら、本発明によるＣ軸ユニットを備える工作機械について説明する。図４から６では、極軸Ｃに従う運動に関連する部分のみが示されている。慣例的に、２つの直線軸がＸ及びＹで示されているのに対し、水平軸Ｘの回り及び垂直軸Ｚの回りでの回転の２つの極軸は、それぞれＡ及びＣで明示されている。図において、示されていない軸Ｙは、描画面に対して垂直である（軸Ｘ及びＹは、反転され得る）。しかし、工作機械が５つの運動軸を有することは、本発明の目的にとって重要ではない。

【0046】

工作機械は、図４では単純に描写されている支持構造部１０と、支持構造部１０によって支持され、且つ少なくとも１つの軸に沿って、特に直交する２つの水平な軸Ｘ及びＹ並びに垂直軸Ｚに沿って、支持構造部１０に対してそれ自体は知られた態様で移動可能である、支持体グループ１２１と、を備える。

【0047】

示された実例では、ユニット支持体１２１は、垂直軸Ｚに沿って延在するラムとして形成されており、また簡潔さのために以下ではそのようなものとして示される。ラム１２１は、それ自体は知られた方法で工作機械の支持構造部１０に接続される。

【0048】

Ｃ軸ユニット１２０が、ラム１２１の下端部においてラム１２１上に配置される。

【0049】

Ｃ軸ユニットは、動作ヘッド４０を受け入れるように適合されたヘッド搭載プラットフォーム１３０を備える。ヘッド搭載プラットフォーム１３０は、垂直軸Ｚの回りで、したがって極軸Ｃの方向においてラム１２１に対して回転可能である。ヘッド搭載プラットフォーム１３０は、動作ヘッド４０が固定されることが意図されている本体１３１、及び軸Ｚと同軸に延在するシャフト１３２を備える。シャフト１３２は本体１３１と一体に作られる。ヘッド搭載プラットフォーム１３０を貫いて中央貫通孔１３３が得られ、その目的は以下で明らかになる。

【0050】

ヘッド搭載プラットフォーム１３０は、ラム１２１の底部に固定されたブッシュ１３４によって支持される。特にヘッド搭載プラットフォーム１３０は、ラジアル−アキシアル軸受１３５及びころ軸受１３６を用いて、ブッシュ１３４によって支持される。ヘッド搭載プラットフォーム１３０とブッシュ１３４との間には、ヘッド搭載プラットフォーム１３０をブッシュ１３４／ラム１２１に対してロックする必要があるときに作動され得る多板クラッチ１３４ａがさらに挿入されている。

【0051】

ヘッド搭載プラットフォーム１３０の本体１３１の下面１３１ａ上には、動作ヘッド４０上の電力利用物、信号利用物、及び流体利用物に供給するように適合された電気コネクタ１３７及び液圧コネクタ１３８が配置される。ヘッド搭載プラットフォーム１３０の本体１３１の下部には、例えば図３ａに示されたものに類似した、手動のもの又は自動的なものであり得るヘッド連結システムも配置される。

【0052】

動作ヘッド４０は、垂直軸Ｚの回りでも回転可能であるように、ヘッド搭載プラットフォーム１３０に（手動で、半自動的に、又は自動的に）固定される。示された実例では、動作ヘッド４０は、水平軸Ｘの回りで、したがって極軸Ａの方向に従って動作ヘッド４０に対して回転可能な部分４１を有するように構成される。動作ヘッド４０の部分４１上には、バイト（図示せず）の取付けを目的としたバイト担持スピンドル４５が配置される。上述のヘッド４０は、取り外されて、異なるアーキテクチャを有するヘッドと交換され得る。動作ヘッド４０の構造は、本発明の目的にとって重要ではない。

【0053】

動作ヘッド４０の下には、被加工物を支持するための被加工物担持ユニットが配置されている。

【0054】

Ｃ軸ユニットは、ヘッド搭載プラットフォーム１３０の回転を制御するように構成されたプラットフォーム回転モータ１５０をさらに備える。プラットフォーム回転モータ１５０は、例えばトルク・モータ、ウォーム歯車／はすば歯車モータ、又は予め組み込まれた電気的な２重モータで構成され得る。プラットフォーム回転モータ１５０は、ブッシュ１３４に固定された径方向外側の固定子部品１５１、及び、ヘッド搭載プラットフォーム１３０のシャフト１３２に固定された径方向内側の回転子部品１５２を備える。

【0055】

Ｃ軸ユニットは、互いに固定され且つ１６１及び１６０ａで図に示されている２つの部品から成るモータ支持体によりヘッド搭載プラットフォーム１３０に固定されたスピンドル・モータ１６０をさらに備える。したがってスピンドル・モータ１６０は搭載プラットフォーム１３０のシャフト１３２に接続され、それによりヘッド搭載プラットフォーム１３０と回転的に一体化する。

【0056】

歯車箱、例えば遊星歯車箱が、スピンドル・モータ１６０に関連付けられ得る。

【0057】

スピンドル・モータ１６０は、動作ヘッド４０上のバイト担持スピンドル４５の回転を制御するように構成される。この目的のために、駆動延長部１６３が設けられて、ヘッド搭載プラットフォーム１３０に動力を伝達する。駆動延長部１６３の上端部が、上部伝動カップリング１６４によりスピンドル・モータ１６０の出力シャフトに接続され、一方で、駆動延長部１６３の下端部が、ヘッド搭載プラットフォーム１３０の中央孔１３３に挿入されて、軸受１６６によりヘッド搭載プラットフォーム１３０に接続される。

【0058】

駆動延長部１６３は、キー溝接続又は溝付きシャフト１６７〜１６８により、動作ヘッド４０内の機構に、またスピンドル４５に接続され得る。カップリングは、ヘッド搭載プラットフォーム１３０からの動作ヘッド４０の分離を確実にするために、２つの部品で構築される。カップリングの雌部品１６７は、駆動延長部１６３に取り付けられ、一方で、カップリングの雄部品１６８は、動作ヘッド４０の入力シャフト上に設置される。

【0059】

動作ヘッド４０上の流体利用物は、工作機械の専用の液圧制御ユニット（図示せず）を液圧分配器１７２に接続する配管１７１を通じて供給を受ける。液圧分配器１７２は、液圧回転継手の固定部分１７３上に搭載され、この固定部分１７３は、ひいてはラム１２１の隔壁（水平リブ）に固定される。

【0060】

流体回転継手は、固定部分１７３内の孔に挿入された回転部分１７４を備える。回転継手の固定部分１７３と回転部分１７４との間には、回転部分１７４を収容する孔に沿って配置された一連のガスケット１７４ａが挿入されている。

【0061】

回転継手の回転部分１７４は、回転継手の固定部分１７３及びガスケット１７４ａ内に作られた流体供給孔１７３ａを通じて流体的に供給を受ける。回転継手の回転部分１７４内に作られ、且つ片側では回転継手の回転部分１７４に接続されもう片側ではモータ支持体１６０ａに接続された配管１７５に接続された流体供給孔１７４ｂを通じて、モータ支持体１６０ａは流体的に供給を受ける。モータ支持体１６０ａ内に作られ、ヘッド搭載プラットフォーム１３０内に作られた対応する供給孔１３０ｂに接続された流体供給孔１６０ｂを通じて、ヘッド搭載プラットフォーム１３０及び液圧コネクタ１３８は供給を受ける。

【0062】

動作ヘッド４０上の動力利用物及び信号利用物は、工作機械の電気的及び数値的な制御キャビネット（図示せず）をＣ軸ユニットに接続する動力及び信号ケーブル１８１によって供給を受ける。ケーブル１８１は、板１８１ａに係止され、板１８１ａは、ひいては入力支持体１８１ｂに固定される。入力支持体１８１ｂは、分配器１７２、及び回転継手の固定部分１７３に取り付けられる。ケーブル担持チェーン１８２の頂端部が、板１８１ａに固定され、且つ回転継手の回転部分１７４にある中央貫通孔の内側に配置される。したがってケーブル１８１は、板１８１ａからケーブル担持チェーン１８２の内側に送られる。ケーブル担持チェーン１８２の下端部が支持体１８３に固定され、支持体１８３は、支柱１８４により、ヘッド搭載プラットフォーム１３０と一緒に回転するモータ支持体１６０ａに固定される。したがってケーブル１８１は、部分的にはスピンドル・モータ１６０に電気的に接続され、部分的にはヘッド搭載プラットフォーム１３０の底面１３１ａ上に配置された電気コネクタ１３７に接続される。当然ながら、固定された利用物、例えば回転プラットフォームモータの固定子に接続された電力ケーブル及び信号ケーブルも存在するが、これらのケーブルは、互いに対して回転され得る接続部品ではなく、それらは本発明の目的に関係するものではないので、図示されていない。

【0063】

ガスケット１７４ａの摩擦に起因するプラットフォーム回転モータ１５０に対するトルク外乱をなくすために、液圧回転継手１７３〜１７４は、専用の機構１９０及びモータ１９１によって回転的に制御される。液圧回転継手１７３〜１７４の回転とプラットフォーム回転モータ１５０の回転との同期は、モータ１５０及び１９１に組み入れられた２つの計測系と、数値制御の制御アルゴリズム（ＣＮＣ：ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）とによって得られる。

【0064】

上述の構成におけるＣ軸ユニットは、ケーブル担持チェーン１８２内でヘッド搭載プラットフォーム３０の回転軸に配置されたケーブル１８１の限られた捻れを伴って、Ｃ軸に従った＋／−３６０°の回転をこなすことができる。

【0065】

次に、図８〜１１を参照しながら、本発明の第２の実施例によるＣ軸ユニットを備える工作機械について説明する。前の実施例の要素に対応する要素は、同じ符号で明示されており、さらに説明されることはない。図８から１１の実施例は、ケーブル担持チェーンの代わりにスリップリングを設ける点において、前の実施例とは本質的に異なる。このデバイスは、Ｃ軸ユニットの無限回転が達成されることを可能にする。

【0066】

図８〜１１において２００で示されたスリップリングは、入力支持体１８１ｂ上に設置された固定部分２０１、及び流体回転継手の回転部分１７４と一体に作られた回転部分２０２を備える。工作機械の電気的及び数値的な制御キャビネットをＣ軸ユニット１２０に接続する電力及び信号ケーブル１８１は、スリップリングの固定部分２０１に電気的に接続される。電流及び信号は、それ自体は知られた態様でスリップリングの固定部分２０１から回転部分２０２へ伝送される。追加の電気ケーブル１８１ｃがスリップリングの回転部分２０２に接続されて、種々の利用物の間で分配される。したがってケーブル１８１ｃは、部分的にはスピンドル・モータ１６０に電気的に接続され、部分的にはヘッド搭載プラットフォーム１３０の底面１３１ａ上に配置された電気コネクタ１３７に接続される。スリップリングの真下の部分では、ケーブル１８１ｃは、液圧回転継手の回転部分１７４を貫いて得られた中央貫通孔に通される。

【0067】

当然ながら、本発明の原理を変えることなしに、実施例及び構造の詳細は、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲から逸脱することなく、単に限定的ではない実例として説明され且つ図示されたものに対して幅広く変化し得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図3a】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【外国語明細書】

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