JP2007210044A - 複合工作機械及びそれを備えた生産加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】機械幅を小さくして小型化を図ることができ、単軸工作機械及び複合工作機械が混在する生産加工ラインに適用した場合に全体の設置スペースを縮小することができる複合工作機械を提供する。
【解決手段】一基のベッド１１の上面に第１及び第２加工ユニット１２，１３を装設する。両加工ユニット１２，１３を構成するＺ軸方向に往復動されるＺ軸サドル１５に上下方向に往復動されるＹ軸サドル２２を装着する。このＹ軸サドル２２に複数の主軸２８を備えた多軸スピンドルヘッド２７を装着する。一方、前記ベッド１１の上面にワークＷを支持するワーク治具３６をＸ軸方向の往復動可能に装着し、ワーク治具３６を原点位置Ｐ０と、第１加工位置Ｐ１又は第２加工位置Ｐ２との間で往復動可能に構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として生産加工ラインにおいて、ワークに複数種の加工を行うようにした複合工作機械及びそれを備えた生産加工システムに関する。

生産加工ラインにおいては、複数の加工ステーションにそれぞれ工作機械が装設され、ワークに対し順次複数種の加工が行われるようになっている。ワークの加工作業のサイクルタイムが一定時間以上の場合には、一つの加工ステーションで、タレットヘッド型工作機械によりワークに複数種の加工が行われるようになっている。このタレットヘッド型工作機械として特許文献１に開示されたものが提案されている。この工作機械は、ベッドの上面において左右方向に往復動されるＸ軸ベースの上面に前後方向に移動されるＹ軸ベースが装着され、このＹ軸ベースの４５度傾斜した取付面にはタレットヘッドが装着されている。このタレットヘッドの４５度傾斜した複数の取付面には多軸スピンドルヘッドが装着されている。そして、前記タレットヘッドを４５度傾斜した旋回軸線の回りで割り出し回転して、使用する多軸スピンドルヘッドをワーク治具に装着されたワークと対応させた後、前記Ｙ軸ベースとともに多軸スピンドルヘッドを前進させてワークを加工するようになっている。
特許２６５８６４７号公報 段落番号００１７〜００２０ 図１及び図２

ところが、上記従来のタレットヘッド型工作機械は、ベッドの上面に対しＸ軸方向に往復動されるＸ軸ベースを介してＹ軸ベースが装着され、さらにこのＹ軸ベースに複数の多軸スピンドルヘッドを備えたタレットヘッドが４５度の旋回軸線を中心に旋回する構成であるため、前記多軸スピンドルヘッドが大きな旋回半径で旋回され、これに応じて、ベッドの左右（Ｘ軸）方向の幅、つまり機械幅を大きくしなければならず、機械が大型化するという問題があった。

生産加工ラインにおいて、上述したタレットヘッド型工作機械を、前後方向、左右方向及び上下方向の３軸方向に移動制御される一つの主軸装置を備えた機械幅の小さい単軸工作機械と混在させるとともに、ワークを複数のステーション間で搬送する送りピッチが等しいトランスファバー搬送装置を使用した場合には、次のような問題があった。即ち、機械幅の大きい複数のタレットヘッド型工作機械の配列ピッチに合わせて機械幅の小さい前記複数の単軸工作機械の配列ピッチを大きくする必要があるので、生産加工ライン全体として、非常に広い設置スペースが必要になるという問題があった。

又、タレットヘッド型工作機械は、タレットヘッド及び多軸スピンドルヘッドがＸ軸（左右）方向及びＹ軸（前後）方向にのみ移動可能で、上下方向には移動できないため、ワークの上下方向の複数位置の加工を行うことができず、加工工程に制約が生じるという問題があった。

さらに、前記タレットヘッド型工作機械は、多軸スピンドルヘッドを４５度の傾斜軸線のまわりで前述したように広い旋回スペースで旋回させる構成のため、機械周辺に作業者用の踏み台が必要になるという問題があった。又、多軸スピンドルヘッドが旋回される際に、工具が長尺の場合には、工具がワーク治具やワークに干渉しないように配慮する必要があるとともに、Ｙ軸ベース上でタレットヘッドが旋回される構成のため、Ｙ軸ベースからタレットヘッドを通して多軸スピンドルヘッドの各工具へ潤滑と冷却用のクーラントを供給する構成が複雑となったり、重量の異なる複数の多軸スピンドルヘッドの旋回時の重心のアンバランスを配慮した設計が必要になったりするという問題があった。

なお、上述した問題は、タレットヘッドが垂直軸線を中心に水平方向に旋回する構成の工作機械、或いはタレットヘッドが４５度に限らず傾斜した旋回軸線を中心に旋回する構成の工作機械においても同様に発生する。

本発明は、上記従来のタレットヘッド型工作機械に存する各種の問題点を解消して、機械幅を小さくして小型化を図ることができる複合工作機械を提供することにある。
本発明の別の目的は、上記目的に加えて単軸工作機械及び複合工作機械が混在する生産加工システムの設置スペースを縮小することができる生産加工システムを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、一基のベッドの上面に左右一対の第１加工ユニット及び第２加工ユニットを並列に装設し、両加工ユニットの工具ヘッドを前後動機構によりワーク治具に向かってそれぞれ前後動するように構成し、前記ベッドの上面に一台のワーク治具を装着し、該ワーク治具を位置切換機構により前記両工具ヘッドによるワークの第１加工位置及び第２加工位置の間で位置切換可能に構成したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記両加工ユニットには前記工具ヘッドを上下方向にそれぞれ移動する昇降機構が設けられていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記ワーク治具はインデックステーブルを備え、該インデックステーブルは前記位置切換機構によるワーク治具の前記両加工位置間の移動運動を利用してワーク治具を旋回するように構成されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記ワーク治具の位置切換機構は、前記両加工位置間でワーク治具に装着されたワークが移動中に面削り加工されるように数値制御移動可能に構成されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記複合工作機械の左右方向の機械幅は、前後方向、左右方向及び上下方向の３軸方向に移動制御される一つの主軸装置を備えた単軸工作機械の機械幅とほぼ同じに設定されていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の少なくとも一基の複合工作機械と、前後方向、左右方向及び上下方向の３軸方向に移動制御される一つの主軸装置を備えた少なくとも一基の単軸工作機械とを備え、前記複合工作機械の左右方向の機械幅は、前記単軸工作機械の機械幅とほぼ同じに設定され、前記各工作機械の配列ピッチは同じに設定されていることを要旨とする。

請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明によれば、一基のベッドの上面に左右一対の第１加工ユニット及び第２加工ユニットが並列に装設され、両加工ユニットの工具ヘッドが前後動機構によりワーク治具に向かってそれぞれ前後動される構成のため、両工具ヘッドを旋回する必要がなく、このため機械幅を小さくし、工作機械を小型化することができる。

請求項６記載の発明によれば、単軸工作機械及び複合工作機械が混在する生産加工システムの設置スペースを縮小することができる。

以下、本発明の複合工作機械を用いた生産加工ラインの一実施形態を図面にしたがって説明する。
最初に、図３に基づいて生産加工ラインの概略構成について説明する。加工ラインの上流側（図３の右側）には第１複合工作機械１及び第２複合工作機械２がＸ軸（ワークの搬送ラインと同じ）方向に所定の間隔をおいて装設されている。下流側（図３の左側）にはＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動制御される主軸装置を備えた従来公知の一軸タイプの第１単軸工作機械３及び第２単軸工作機械４がＸ軸方向に所定の間隔をおいて装設されている。前記第１複合工作機械１の上流側にはワーク搬入装置の搬入テーブル５が装設されている。前記第２単軸工作機械４の下流側には、ワーク搬出装置の搬出テーブル６が装設されている。前記搬入テーブル５から搬出テーブル６の間には、ワークＷをＸ軸方向に搬送するトランスファバー方式のワーク搬送装置（図示略）が装設されている。

次に、第１及び第２複合工作機械１，２について説明する。両複合工作機械１，２は同様に構成されているので、第１複合工作機械１について説明する。
第１複合工作機械１の平面を表す図１に示すように、一基のベッド１１の上面には、左右一対の第１加工ユニット１２及び第２加工ユニット１３が機幅（Ｘ軸）方向に所定の間隔をおいて並列に装着されている。両加工ユニット１２，１３は、同様に構成されているので、第１加工ユニット１２について説明する。

第１複合工作機械１の右側面を表す図２に示すように前記ベッド１１の上面には、Ｚ軸（図２の左右方向で左側を前側、右側を後側とする）方向に互いに平行に複数のＺ軸ガイドレール１４が敷設され、各Ｚ軸ガイドレール１４にはＺ軸サドル１５がＺ軸（前後）方向の往復動可能に装着されている。前記ベッド１１とＺ軸サドル１５との間には、ベッド１１に固定されたサーボモータ１６により回転されるボールねじ１７と、前記Ｚ軸サドル１５に固定され、かつ前記ボールねじ１７に螺合されたボールねじナット１８を備えた前後動機構としてのＺ軸移動機構１９が介装されている。

前記Ｚ軸サドル１５の前面には、Ｙ軸（図２の上下）方向に指向する互いに平行なＹ軸ガイドレール２１が敷設され、両Ｙ軸ガイドレール２１にはＹ軸サドル２２がＹ軸方向の往復動可能に装着されている。前記Ｚ軸サドル１５とＹ軸サドル２２との間には、Ｚ軸サドル１５に固定されたサーボモータ２３により回転されるボールねじ２４と、前記Ｙ軸サドル２２に固定され、かつ前記ボールねじ２４に螺合されたボールねじナット２５を備えた昇降機構としてのＹ軸移動機構２６が装着されている。

前記Ｙ軸サドル２２の前面（図２の左端面）には、多軸スピンドルヘッド２７が装着されている。この多軸スピンドルヘッド２７の前面の上下二箇所にはそれぞれ４つの主軸２８が回転可能に支持され、各主軸２８には工具としてのドリル２９が取り付けられている。

次に、前記ベッド１１の上面に対し前記両加工ユニット１２，１３の前方に装着されたワーク支持装置について説明する。
図２に示すようにベッド１１には、Ｘ軸（図２の紙面直交）方向に指向するＸ軸リニアガイドレール３１が敷設され、該Ｘ軸リニアガイドレール３１にはＸ軸サドル３２がＸ軸方向の往復動可能に装着されている。前記Ｘ軸リニアガイドレール３１の上面にはリニアモータの固定電磁石３３が配設され、Ｘ軸サドル３２の裏面には可動磁石３４が取り付けられ、固定電磁石３３と可動磁石３４により位置切換機構としてのＸ軸移動機構３５が構成されている。前記Ｘ軸サドル３２の上面には、ワーク治具３６が取り付けられ、該ワーク治具３６の上面には、ワークＷをクランプするクランプ機構３７が装着されている。前記ワーク治具３６には、ワークＷを搬送する前述したトランスファバー方式のワーク搬送装置（図示略）のトランスファバー４１が進入する溝３６ａが形成されている。

図１に実線で示すように前記ワーク治具３６は、常には前記ベッド１１の幅方向の中央部の原点位置Ｐ０に停止されるようになっている。そして、図示しない制御装置からの動作信号により前記Ｘ軸移動機構３５が作動されると、ワーク治具３６が前記原点位置Ｐ０から第１加工ユニット１２と対応する第１加工位置Ｐ１又は第２加工ユニット１３と対応する第２加工位置Ｐ２に移動されるようにしている。

ここで、再び図３に基づいて、生産加工ラインの機械１〜４及び搬入テーブル５及び搬出テーブル６等のレイアウトについて説明する。
第１及び第２複合工作機械１，２の機械幅Ｗ１，Ｗ２は、ほぼ同じに設定され、第１及び第２単軸工作機械３，４の機械幅Ｗ３，Ｗ４もほぼ同じに、かつ前記両複合工作機械１，２の機械幅Ｗ１，Ｗ２とほぼ同じに設定されている。又、前記搬入テーブル５のワークの搬入開始点Ｓ１と、第１複合工作機械１のワークの受渡位置Ｓ２（前記原点位置Ｐ０）との距離Ｌ１と、第１及び第２複合工作機械１，２のワーク受渡位置Ｓ２，Ｓ３（両原点位置Ｐ０，Ｐ０）の距離Ｌ２はほぼ同じに設定されている。第２複合工作機械２のワークＷの受渡位置（原点位置Ｐ０）と、第１単軸工作機械３のワークの受渡位置Ｓ４との距離Ｌ３、第１及び第２単軸工作機械３，４のワークの受渡位置Ｓ４，Ｓ５の距離Ｌ４、第２単軸工作機械４のワークの受渡位置Ｓ５と、搬出テーブル６のワーク受取位置Ｓ６との距離Ｌ５は、全て前記距離Ｌ１〜Ｌ２とほぼ同じに設定されている。このように前記距離Ｌ１〜Ｌ５は全てほぼ同じに設定されているので、前述したワーク搬送装置（図示略）は、ワークＷの送りピッチが一定となるように設定されている。

次に、前記のように構成した生産加工ラインの動作について説明する。
図３において、前記搬入テーブル５上のワークＷは、ワーク搬送装置により第１複合工作機械１の受渡位置Ｓ２（原点位置Ｐ０）にあるワーク治具３６に搬入され、クランプ機構３７によりクランプされる。第１複合工作機械１においては、図１に示すように、ワーク治具３６が原点位置Ｐ０からＸ軸移動機構３５により図４に示すように第１加工位置Ｐ１に移動される。この状態で、第１加工ユニット１２のＹ軸サドル２２がＹ軸移動機構２６により作動されて、多軸スピンドルヘッド２７が所定高さに移動され、Ｚ軸移動機構１９が作動されて多軸スピンドルヘッド２７が前進（図４参照）され、第１加工ユニット１２側のドリル２９によるワークＷの一回目の加工が行われる。この加工が終了すると、第１加工ユニット１２の多軸スピンドルヘッド２７が後退されるとともに、前記Ｘ軸移動機構３５が作動されて、ワーク治具３６が図４の第１加工位置Ｐ１から原点位置Ｐ０を素通りして、図５に示す第２加工位置Ｐ２へ移動され、この状態で、第２加工ユニット１３のＹ軸サドル２２がＹ軸移動機構２６により作動されて、多軸スピンドルヘッド２７が所定高さに移動され、Ｚ軸移動機構１９が作動されて多軸スピンドルヘッド２７が前進され、第２加工ユニット１３側のドリル２９によるワークＷの二回目の加工が行われる。

上述の加工が終了すると、第２加工ユニット１３の多軸スピンドルヘッド２７が後退されるとともに、前記Ｘ軸移動機構３５が作動されて、ワーク治具３６が図５の第２加工位置Ｐ２から図１の原点位置Ｐ０へ移動される。この状態でワーク搬送装置（図示略）のトランスファバー４１により第１加工ユニット１２のワーク治具３６上のワークＷが第２複合工作機械２の原点位置Ｐ０にあるワーク治具３６に搬送される。この第２複合工作機械２によって、第１複合工作機械１と同様にしてワークＷに二種類の加工が順次施される。

第２複合工作機械２の加工が終了したワークＷは、図３においてワーク搬送装置により第２複合工作機械２のワーク受渡位置Ｓ３から第１単軸工作機械３の受渡位置Ｓ４へ搬送され、ここで第１単軸工作機械３によりワークＷに加工が施される。その後、ワークＷは第１単軸工作機械３の受渡位置Ｓ４から第２単軸工作機械４の受渡位置Ｓ５へ搬送され、第２単軸工作機械４によりワークＷに加工が施される。第２単軸工作機械４の加工が終了したワークＷは、ワーク搬送装置により搬出テーブル６のワーク受取位置Ｓ６へ搬送される。

上記実施形態の複合工作機械によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、図１に示すように、ベッド１１の上面に第１及び第２加工ユニット１２，１３を並列に装設し、両ユニット１２，１３の多軸スピンドルヘッド２７をＺ軸方向の往復動可能に構成し、ワーク治具３６をベッド１１の上面においてＸ軸リニアガイドレール３１によりＸ軸方向に往復動可能に装着し、このワーク治具３６を原点位置Ｐ０と第１加工位置Ｐ１又は第２加工位置Ｐ２との間で位置切り換え可能に構成した。このため、両多軸スピンドルヘッド２７を旋回させる必要がないので、そのための広いスペースが不要となり、第１複合工作機械１の機械幅Ｗ１を従来のタレットヘッド型工作機械の機械幅よりも小さくすることができ、第１複合工作機械１を小型化することができる。

（２）上記実施形態では、第１及び第２複合工作機械１，２の機械幅Ｗ１，Ｗ２を小さくすることができるので、図３に示すように、第１及び第２単軸工作機械３，４の機械幅Ｗ３，Ｗ４と前記両複合工作機械の機械幅Ｗ１，Ｗ２をほぼ同じにすることが可能となる。このため、生産加工システム全体の各工作機械の設置スペースを縮小することができる。又、複数の単軸工作機械と複合工作機械が混在する生産加工システムにワークの送りピッチが同じトランスファバー方式のワーク搬送装置を組み込むことができる。さらに、生産変動等による工程変更により、例えば第１複合工作機械１と第２単軸工作機械４を入れ替えることもできる。

（３）上記実施形態では、多軸スピンドルヘッド２７がＹ軸移動機構２６によって上下方向に移動可能に構成されているので、ワークＷの上下の複数箇所を加工することができ、多工程加工に容易に対応することができる。

（４）上記実施形態では、両多軸スピンドルヘッド２７を例えば４５度の傾斜軸線あるいは垂直軸線の回りで旋回させて割り出しする割り出し動作が不要のため、非加工時間を短縮することができる。

（５）上記実施形態では、ワーク治具３６をＸ軸移動機構３５により原点位置Ｐ０から第１加工位置Ｐ１又は第２加工位置Ｐ２に移動するようにしたので、ワークＷを往復動しながらワークＷに面削り加工を行うこともできる。

（６）上記実施形態では、両多軸スピンドルヘッド２７が、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に移動するのみのため、多軸スピンドルヘッド２７の交換を容易に行うことができる。
（７）上記実施形態では、ワーク治具３６がＸ軸方向に往復動されるので、ワークの送りピッチを調節することができるワーク搬送装置を用いて、例えばワークを原点位置Ｐ０ではなく、第１加工位置Ｐ１に搬入することもでき、ワークの搬送時間を短縮することもできる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記ワーク治具３６に対しワークＷを垂直軸線又は傾斜軸線の回りで旋回させるインデックステーブルを装着してもよい。この場合には、ワークＷに対する加工工程を増加することができる。上記インデックステーブルの旋回運動を、ワーク治具３６がＸ軸移動機構３５によってＸ軸方向に移動される際の運動を利用して、例えばラックとピニオンを用いた動力伝達機構により行うようにしてもよい。この場合には、インデックステーブルの旋回専用の駆動源を省略することができる。

・前記原点位置Ｐ０を省略してワーク治具３６を第１加工位置Ｐ１に停止するようにしてもよい。
・前記多軸スピンドルヘッド２７を単軸スピンドルヘッドに変更してもよい。

・Ｙ軸サドル２２及びＹ軸移動機構２６を省略してもよい。
・前記第１及び第２複合工作機械１，２の機械幅Ｗ１，Ｗ２を、第１及び第２単軸工作機械３，４の機械幅Ｗ３，Ｗ４よりも小さくしてもよい。

・図３において、第１及び第２複合工作機械１，２を一基にしてもよく、又、３基以上にしてもよい。第１及び第２単軸工作機械３，４を一基にしてもよく、又、３基以上にしてもよい。

この発明の複合工作機械の一実施形態を示す平面図。 複合工作機械の右側面図。 生産加工システムの略体平面図。 複合工作機械の動作を示す平面図。 複合工作機械の動作を示す平面図。

符号の説明

Ｗ…ワーク、Ｐ１…第１加工位置、Ｐ２…第２加工位置、Ｗ１，Ｗ２…機械幅、１…第１複合工作機械、２…第２複合工作機械、１１…ベッド、１２…第１加工ユニット、１３…第２加工ユニット、２７…工具ヘッドとしての多軸スピンドルヘッド、３６…ワーク治具。

Claims (6)

1. 一基のベッドの上面に左右一対の第１加工ユニット及び第２加工ユニットを並列に装設し、両加工ユニットの工具ヘッドを前後動機構によりワーク治具に向かってそれぞれ前後動するように構成し、前記ベッドの上面に一台のワーク治具を装着し、該ワーク治具を位置切換機構により前記両工具ヘッドによるワークの第１加工位置及び第２加工位置の間で位置切換可能に構成したことを特徴とする複合工作機械。
2. 請求項１において、前記両加工ユニットには前記工具ヘッドを上下方向にそれぞれ移動する昇降機構が設けられていることを特徴とする複合工作機械。
3. 請求項１又は２において、前記ワーク治具はインデックステーブルを備え、該インデックステーブルは前記位置切換機構によるワーク治具の前記両加工位置間の移動運動を利用してワーク治具を旋回するように構成されていることを特徴とする複合工作機械。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記ワーク治具の位置切換機構は、前記両加工位置間でワーク治具に装着されたワークが移動中に面削り加工されるように数値制御移動可能に構成されていることを特徴とする複合工作機械。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、前記複合工作機械の左右方向の機械幅は、前後方向、左右方向及び上下方向の３軸方向に移動制御される一つの主軸装置を備えた単軸工作機械の機械幅とほぼ同じに設定されていることを特徴とする複合工作機械。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の少なくとも一基の複合工作機械と、前後方向、左右方向及び上下方向の３軸方向に移動制御される一つの主軸装置を備えた少なくとも一基の単軸工作機械とを備え、前記複合工作機械の左右方向の機械幅は、前記単軸工作機械の機械幅とほぼ同じに設定され、前記各工作機械の配列ピッチは同じに設定されていることを特徴とする複合工作機械を備えた生産加工システム。

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