JP2011240484A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量且つ安定性の高い工作機械をコンパクトに構成する。
【解決手段】工作機械１０は、水平面のＺ方向にスライド移動するコラム１８と、該コラム１８上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体２２と、該支持体２２に支承してワークＷに臨む鉛直平面内においてエンドレスに回転可能な回転アーム３２と、該回転アーム３２を回転させるアームモータ３４と、回転アーム３２の回転中心Ｃから距離Ｒの位置に設けられて回転自在に支承されて加工主軸３６と、該加工主軸３６を回転させるスピンドルモータ３８とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛直面内で回転する回転アームと、該回転アームの先端近傍に水平指向する加工主軸とを有する工作機械に関する。

工作機械は、設置のスペース効率向上、隣接する工作機械へのワークの搬送、及び操作者の操作性の観点から、占有面積が小さいことが好ましく、特に正面視の幅が小さいことが好ましい。このように占有面積を小さくするという目的のため、例えば特許文献１では、水平方向に進退自在な可動コラムに昇降及び水平移動が可能な２つのスピンドルユニットが設けられた工作機械が提案されている。この特許文献１の工作機械は、低コスト且つ省スペースであって好適である。

また、特許文献２では、加工軸を鉛直方向に向ける構成により、省スペース及び単位面積あたりの設置台数を増加して生産性を向上することのできるＮＣ旋盤が提案されている。

ところで、引用文献１及び引用文献２に記載された工作機械では、正面視で直交する２軸のスライド機構が設けられていることから構造が複雑であって、しかも重量のあるスライド部材が移動をすることから、十分な安定性を得るためにはベース部分を相当に強固に設定しておかなければならなず、全体としての重量が重くなる。

このような観点から、特許文献３では、水平方向のスライド機構に対して、鉛直面内で回転するアームを設け、該アームを回転させることにより垂直方向に変位させる工作機械が提案されている。このような工作機械によれば、正面視のスライド機構は１軸分で足り、簡便な構成とすることができて好適である。

特許３２７８１３５号公報 特許２００３−２６６２０３号公報 特公平５−２４４６号公報

上記の特許文献３に記載された工作機械は、簡便な構成であるが、その一方、水平面上で直交する２軸のスライド機構（Ｘテーブル及びＺテーブル）を有しており、占有面積は必ずしも小さくはない。また、正面視ではＸ方向のスライド機構が設けられていることから機幅についても、必ずしも狭くはない。

さらに、加工主軸を含むユニットは水平のＸ方向にスライドすることから、床に対する設置部を支点として左右に振れるモーメント力が発生することになる。加工主軸を含むユニットは比較的大重量であることから、発生するモーメントも大きく、十分な安定性を得るためにはベース部分を相当に強固に設定しておかなければならなず、全体としての重量が重くなる。また、特許文献２に記載された例のごとく、ベースを張り出して設定しなければならず、工作機械を横方向に複数台並べた場合に、ライン長が長くなる。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、コンパクトな構成でスペース効率が高く、しかも軽量且つ安定性の高い工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械は、水平面内において一方向にスライド移動するＺテーブルと、前記Ｚテーブル上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体と、前記支持体に支承して前記一方向に向いたワークに臨む鉛直平面内において３６０°回転する回転アームと、前記回転アームを回転させるアーム駆動源と、前記回転アーム上の回転中心から離れた位置に設けられ、前記回転アームに対して回転自在に支承されてＺ方向を指向する加工主軸と、前記加工主軸を回転させる主軸駆動源とを有することを特徴とする。

このように、本発明に係る工作機械では、鉛直面内で動作するのは鉛直方向にスライド移動する支持体と、回転アームの２軸であり、横方向に移動する軸がないことから、幅狭のコンパクトな構成とすることが可能であり、スペース効率の向上を図ることができる。

また、支持体は鉛直方向にスライド移動するのであって、設置部を基準として左右に振れるモーメント力を発生させることはない。さらに、回転アームについては、軽量であることから回転をさせても安定性を損なうことがない。したがって、工作機械を軽量に構成することができ、しかも高い安定性が得られる。

この場合、前記回転アームの回転中心軸と、前記主軸駆動源の駆動軸は同一鉛直面上に配置すると、一層狭幅に構成することができる。

また、前記アーム駆動源は、中空回転軸を備えて、前記支持体に設けられ、前記主軸駆動源は、前記中空回転軸を貫通して動力を伝達する動力伝達部を介して前記加工主軸と連結されて前記支持体の背面側に設けられ、前記アーム駆動源と前記主軸駆動源は同軸上に配置されていてもよい。このような構成によれば、アーム駆動源と主軸駆動源とを一体的でコンパクトなユニットとして構成することができる。

前記加工主軸に着脱自在な複数の工具を回転マガジンに備えた自動工具交換機構を備え、前記回転アームの回転中心軸と、前記回転マガジンの回転軸は同一鉛直面上に配置されていると、一層狭幅に構成することができる。

正面視で、前記回転アームの回転中心から前記加工主軸までの距離に対して、前記支持体の鉛直方向への移動可能距離は、１．７〜２０．０倍と設定し、又は正面視で、設置面幅に対して、前記支持体の鉛直方向への移動可能距離は、０．６６〜１０．０倍と設定すると、加工可能な範囲が広くなる。

また、前記ワークの位置決め基準部に対応し、ロックが解除された状態で移動自在な固定部を備えるテーブルと、前記固定部に係合可能であって、前記工具に換えて前記加工主軸に着脱自在に装着される固定部移動工具と、を有し、前記加工主軸に前記固定部移動工具が装着され、且つ前記固定部のロックが解除されているときに、該固定部移動工具を前記固定部に係合させ、前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め部の位置に対応して前記各固定部を移動させるようにしてもよい。このように、加工主軸の動作によって固定部を直接的に移動させると、移動が簡便に行われる。また、固定部の移動手段を別個に設ける必要がなく、工作機械をコンパクトに構成することができる。

本発明に係る工作機械によれば、鉛直面内で動作するのは鉛直方向にスライド移動する支持体と、回転アームの２軸であり、横方向に移動する軸がないことから、幅狭のコンパクトな構成とすることが可能であり、スペース効率の向上を図ることができる。

また、支持体は鉛直方向にスライド移動するのであって、設置部を基準として左右に振れるモーメント力を発生させることはない。さらに、回転アームについては、軽量であることから回転をさせても安定性を損なうことがない。したがって、工作機械を軽量に構成することができ、しかも高い安定性が得られる。

本実施の形態に係る工作機械の斜視図である。 本実施の形態に係る工作機械の正面図である。 本実施の形態に係る工作機械の側面図である。 支持体の断面側面図である。 コラム、回転マガジン及びその周辺部の拡大斜視図である。 工具交換をする際の加工主軸、保持アーム及びアンクランプブロックの側面図である。 テンション機構の模式図である。 加工主軸の座標を示すための工作機械の模式正面図である。 変形例に係る工作機械の斜視図である。 移動ツールの斜視図である。 テーブルの斜視図である。 テーブルの平面図である。 図１２中の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける側面断面図である。 テーブルにおける制動部の一部省略平面図である。 移動ツールを用いて前記テーブルに設けられるノックピンを旋回移動する様子を説明するための平面図である。 移動ツールがノックピンに係合している状態を説明するための側面図である。

以下、本発明に係る工作機械について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図７を参照しながら説明する。

図１〜図３は、本実施の形態に係る工作機械の斜視図、正面図及び側面図である。図１〜図３に示すように、本実施の形態に係る工作機械１０は、ワークＷに対してドリル加工、中ぐり加工及びタップ加工等を行うものであって、正面視（図２参照）で狭幅に構成されている。以下、工作機械１０の向きを特定するために、図２における左右方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する奥行きの方向をＺ方向（図３参照）とする。Ｘ方向及びＹ方向は、水平面内の所定の一方向であって、直交している。

工作機械１０は、床に固定された定盤１３をベースに構成されている。定盤１３の下面には、工作機械１０を水平に載置するためのレベリング脚１３ａが複数螺着され、通常少なくとも定盤１３の４隅に備えられている。工作機械１０を十分に水平に載置できる床面に設置する場合にはレベリング脚１３ａは不要である。定盤１３はＸ方向に狭幅で、Ｙ方向に低い形状である。定盤１３には、固定台１４及びフレーム１５が取り付けられている。固定台１４は、ワークＷを加工面が後方（矢印Ｚ２方向）を指向するように固定するためのものであって、定盤１３における上面の正面側（矢印Ｚ１側）の近傍に設けられている。フレーム１５は、後述する回転マガジン（自動工具交換機構）８０を支持するためのものであって、定盤１３の矢印Ｚ方向の両端から上方に延在する４本の支柱１５ａと、これらの支柱１５ａを介して支えられたプレート１５ｂとを有する。

工作機械１０は、定盤１３の上面に設けられたＺ方向に延在する一対のＺレール１６と、該Ｚレール１６に案内されてＺ方向にスライドするコラム（Ｚテーブル）１８と、該コラム１８の正面においてＹ方向に延在する一対のＹレール２０と、該Ｙレール２０に案内されてＹ方向にスライドする支持体２２とを有する。コラム１８は、定盤１３の後方に設けられたＺモータ２４の作用下にボールねじ機構２６を介してＺ方向に移動をする。支持体２２は、定盤１３の内部でコラム１８の下部に配置されたＹモータ２８の作用下にボールねじ機構３０を介してＹ方向に往復移動をする。Ｙモータ２８はコラム１８の上部に配置されていてもよい。支持体２２或いはコラム１８を直線往復動させる手段としてボールねじ機構３０、２６以外にも、例えば、リニアモータを用いた直線往復移動機構を使用してもよい。Ｙ方向に移動する量が大きい場合には、リニアモータを使用することは好適である。すなわち、ボールねじ機構を用いた直線往復移動機構を用いた場合、移動を高速化するにはボールねじのリードピッチの間隔を大きくすればよいが、その際位置検出のためのエンコーダの分解能が低下することになり、位置決め精度が低下する。また、ボールねじ機構のバックラッシュや捩れも生じやすく、精度が比較的悪い。一方、リニアモータにはこのような現象がない。またサーボモータのＺモータ２４の代わりに、リニアモータ移動手段を使用した場合、高速度ホーニング加工をすることができる。

コラム１８及びＹレール２０は、Ｙ方向に適度に長い形状であって、支持体２２を比較的長距離移動させることができる。

図４に示すように、支持体２２は、Ｚ１方向に向いたワークＷに臨む鉛直平面内において回転する回転アーム３２と、該回転アーム３２を回転させるアームモータ（アーム駆動源）３４と、回転アーム３２の遠心方向端部近傍に設けられ、回転アーム３２に対して回転自在に支承されてＺ１方向を指向する加工主軸３６と、該加工主軸３６を回転させるスピンドルモータ（主軸駆動源）３８とを有する。アームモータ３４は、例えば、ダイレクトモータである。

支持体２２は、枠体４０をベースに構成されており、該枠体４０の内部にアームモータ３４が設けられている。アームモータ３４は、枠体４０に固定されたステータ３４ａと、該ステータ３４ａの内側に設けられた中空のロータ３４ｂとを有する。

回転アーム３２は、ロータ３４ｂの矢印Ｚ１方向端部に固定されており、アームモータ３４の作用下に回転する。なお、図４からも明らかなように、回転アーム３２はエンドレスに回転が可能であるが、最低限１回転（３６０°）の回転が可能であればよい。加工主軸３６は、回転アーム３２の回転中心Ｃから距離Ｒだけ離れた箇所に設けられている。回転アーム３２において、加工主軸３６が設けられている側と反対側（図４における上側）にはバランサ４２が設けられている。バランサ４２は、クーラント等の液体が入った液体タンクであり、加工主軸３６に取り付けられる工具に応じて、内部の液量を変化させてバランスをとることができる。バランサ４２は金属製の錘であってもよい。該バランサ４２が設けられている箇所以外の回転アーム３２の内部は中空構造となっている。回転アーム３２は、支持体２２と比較すると相当に軽量であり、回転させたときにも支持体２２や工作機械１０に対する安定性を損なうことがない。

スピンドルモータ３８は矢印Ｚ２方向に突出しており、アームモータ３４と同軸となるように、支持体２２における枠体４０の後面に対して固定されている。スピンドルモータ３８とアームモータ３４は同軸上に配置されていることから、支持体２２をコンパクトなユニットとして構成することができる。すなわち、加工主軸３６の軸線上にスピンドルモータ３８が存在せず、回転アーム３２の中心に近い箇所にスピンドルモータ３８があると、前記のバランサ４２の質量及び大きさが小さくてすみ、支持体２２を全体的にコンパクトにすることができる。したがって、スピンドルモータ３８の軸を回転アーム３２の軸とが同軸上にあることが好ましい。

また、図４に示すように、回転アーム３２と、該回転アーム３２をＺ方向に前後に挟んで加工主軸３６及びスピンドルモータ３８とを、支持体２２に対してＺ方向に重量的にバランスよく配置される。したがって、支持体２２の全体の重心がＹレール２０の配置鉛直面やボールねじ機構３０と略同一平面位置になり、支持体２２のＹ方向にスムーズに往復移動することができ、好適である。

シャフト（動力伝達部）４４は、ロータ３４ｂの中空部を貫通して設けられ、一端がスピンドルモータ３８の回転軸に固定され、他端は、枠体４０から突出して回転アーム３２の矢印Ｚ１側の側板まで達している。シャフト４４は、回転アーム３２の矢印Ｚ１側端部、矢印Ｚ２側端部及び枠体４０の矢印Ｚ２側端部の３箇所で、順にベアリング４５ａ、４５ｂ及び４５ｃによって軸支されている。

プーリ機構４６は、ベアリング４５ａとベアリング４５ｂとの間でシャフト４４に固定された駆動プーリ４６ａと、加工主軸３６の矢印Ｚ２方向端部に固定された従動プーリ４６ｂと、これらの駆動プーリ４６ａと従動プーリ４６ｂとの間に張架されたベルト４６ｃとを有する。プーリ機構４６を用いた動力伝達機構は回転アーム３２を軽量化できて好適である。

また、動力伝達機構としては、プーリ機構４６以外にも、例えば駆動プーリ４６ａをギアへ置換するとともに、従動プーリ４６ｂをピニオンに置換し、サイレントチェーンを利用した駆動伝達機構を用いてもよい。この場合、ギアとピニオンとの間を複数のギア等を介して駆動力を伝達してもよい。これ以外の動力伝達機構を用いてもよいことはもちろんである。

プーリ機構４６は、回転アーム３２内の中空部に設けられており、テンション機構１００（図７参照）によってベルト４６ｃの張り調整がなされている。このような構造により、スピンドルモータ３８の回転は、シャフト４４及びプーリ機構４６を介して加工主軸３６に伝達される。

加工主軸３６は、回転アーム３２と一体的に設けられた主軸カバー４８内に収納されており、矢印Ｚ１方向の先端部には工具Ｔが装着されるツールヘッド５０が設けられている。また、矢印Ｚ２方向端部には、ツールヘッド５０に対する工具Ｔのクランプ状態を解除して、工具Ｔを離脱可能にするアンクランプレバー５２が設けられている。アンクランプレバー５２は、回転中心Ｃから見て外向きにやや突出する形状であり、後述するアンクランプブロック７８によって回転中心Ｃの方向に押圧されることにより操作され、工具Ｔをアンクランプすることができる。また、アンクランプレバー５２は、アンクランプブロック７８が離れることにより図示しない弾性体によって元の位置に戻され、ツールヘッド５０内の工具Ｔをクランプすることができる。

回転アーム３２の背面側（矢印Ｚ２側）にはねじ６０によって板ばね等からなるディスク６２を挟持して回転アーム３２を所定位置にて固定する固定装置６４を設けている。

この固定装置６４はディスク６２の背面側と当接する受け座６６とこの受け座６６との間でディスク６２を挟持する押圧片６８とからなり、押圧片６８は皿ばね７０によって挟持方向に付勢されるロッド７２先端部に設けられ、皿ばね７０に抗してロッド７２を前方に押すことでディスク６２の挟持状態を解除し、回転アーム３２の回転が可能となる。

なお、本実施例ではディスク６２を板ばねにて構成したため、ディスク６２を挟持することで回転アーム３２が倒れることなく確実に回転が阻止される。

図５に示すように、工作機械１０におけるコラム１８の上部の矢印Ｚ１側の面には、前記のアンクランプレバー５２を押圧するためのアンクランプブロック７８が設けられている。したがって、回転アーム３２を上方に指向させた状態で、支持体２２を上昇させることにより、アンクランプブロック７８によってアンクランプレバー５２を操作してツールヘッド５０内の工具Ｔをアンクランプすることができる。

フレーム１５におけるプレート１５ｂの上面には、加工主軸３６に着脱自在な複数の工具Ｔを格納した回転マガジン８０が設けられている。回転マガジン８０は、矢印Ｚ方向に延在する回転軸８２と、該回転軸８２を駆動するマガジンモータ８３と、回転軸８２を中心として正面視（図２参照）で略２７０°の範囲で放射状に設けられた保持アーム８４とを有する。各保持アーム８４の先端には工具Ｔを保持するＣ字状のグリップが設けられている。グリップは弾性体であって、Ｃ字の開口部から工具Ｔを押し込むことにより弾性的に拡開して工具Ｔが挿入可能となり、挿入された後には閉じて工具Ｔを挟持・保持することができる。また、保持された工具Ｔは、Ｃ字の開口部から引き抜きが可能である。保持アーム８４の数は、例えば１６本程度とするとよい。

回転マガジン８０は、通常、保持アーム８４のない略９０°の部分が下向きとなっており、全体がプレート１５ｂよりも上方にあり、コラム１８及び支持体２２の動作の支障とならない。ツールヘッド５０の工具Ｔを交換する際には、回転マガジン８０を回転させて、プレート１５ｂの端から所定の保持アーム８４を下方に指向させる（図５参照）。

具体的には、工具Ｔを保持していない空の保持アーム８４を下方に指向させておき、コラム１８のＺ方向位置を調整した後に、支持体２２を上昇させる。これにより、図６に示すように、工具Ｔが保持アーム８４に保持されるとともに、アンクランプレバー５２がアンクランプブロック７８に当接して操作され、工具Ｔはツールヘッド５０に対してアンクランプされる。したがって、コラム１８を矢印Ｚ２方向に後退されることにより、工具Ｔはツールヘッド５０から抜き取られる。

次いで、回転マガジン８０を回転させて、これから使用する予定の工具Ｔが保持されている保持アーム８４を下方に指向させ、コラム１８を矢印Ｚ１方向に進出させる。これにより目的の工具Ｔがツールヘッド５０に挿入されるので、支持体２２を下降させることにより、アンクランプレバー５２がアンクランプブロック７８から離間して工具Ｔをクランプすることができる。この後、回転マガジン８０を回転させて、全ての保持アーム８４がプレート１５ｂよりも上方に配置されるように設定する。

このように、回転マガジン８０と加工主軸３６との間では、途中で工具Ｔを受け渡すために介在する機構はなく、コラム１８、支持体２２及び回転アーム３２の動作作用下に工具Ｔの着脱操作を直接的に行うことができる。これにより、専用の着脱機構等が不要であることから簡便構造となり、しかも工具の脱着に要する時間が短縮される。

図７に示すように、テンション機構１００は、駆動プーリ４６ａと従動プーリ４６ｂとの間に設けられたポール１０２と、該ポール１０２を回転自在に保持するブラケット１０４とを有する。テンション機構１００は、さらに、ポール１０２の一端に順ねじで螺合する第１回転支持体１０６ａと、該第１回転支持体１０６ａに軸支され、ベルト４６ｃの一方を張る第１テンションプーリ１０８ａと、ポール１０２の他端に逆ねじで螺合する第２回転支持体１０６ｂと、該第２回転支持体１０６ｂに軸支され、ベルト４６ｃの他方を張る第２テンションプーリ１０８ｂとを有する。ポール１０２におけるブラケット１０４に支持された箇所にはローレットが切ってある。

このようなテンション機構１００によれば、ポール１０２を順方向に回転させることにより、第１回転支持体１０６ａ及び第２回転支持体１０６ｂの双方が外方に突出して、ベルト４６ｃの張力を高めることができる。また、ポール１０２を逆方向に回転させることにより、第１回転支持体１０６ａ及び第２回転支持体１０６ｂの双方が内方に縮退して、ベルト４６ｃの張力を弛めることができる。このように、テンション機構１００では、単一の操作で、しかも左右のバランスを保ちながらベルト４６ｃの張力調整が可能であり、左右の張力を安定化させることができる。したがって、回転アーム３２の軽量化という観点からプーリ機構４６を利用しているが、前記の張力調整機構（テンション機構１００）を備えたので、回転アーム３２を軽量化することができ、張力の安定化によりベルトの長寿命化が図られ、スピンドルモータ３８の駆動力を加工主軸３６に確実に伝達することができる。

Ｚモータ２４、Ｙモータ２８、アームモータ３４、スピンドルモータ３８及びマガジンモータ８３は、図示しないコントローラの作用下に回転する。コラム１８、支持体２２、回転アーム３２、回転マガジン８０の位置は図示しないセンサによって検知され、コントローラに供給される。コントローラは、これらの信号を参照しながらコラム１８、支持体２２、回転アーム３２及び回転マガジン８０が所定の位置となるように高精度に制御する。

このように構成される工作機械１０によれば、加工主軸３６の水平位置の位置Ｘは、アームモータ３４の回転作用下に回転アーム３２の向きによって変化し、例えば、図８に示すように、水平方向を０°とした角度θに対して、Ｘ＝Ｒ・ｃｏｓθとして表される。また、加工主軸３６の鉛直方向の位置Ｙは、回転アーム３２の向きと支持体２２の高さＹ０によって変化し、Ｙ＝Ｙ０＋Ｒ・ｓｉｎθとして表される。したがって、回転アーム３２と支持体２２の動作によって、固定台１４に固定されたワークＷに対して所望の位置に加工主軸３６を配置させることができ、加工主軸３６の位置決めがなされた後には、スピンドルモータ３８によって加工主軸３６を回転させながら、コラム１８を矢印Ｚ１方向に進出させることによって、工具ＴをワークＷに対して当接させ、ドリル、中ぐり及びタップ等の切削加工、並びにホーニング等の研削加工をすることができる。

また、本実施の形態に係る工作機械１０によれば、鉛直面内で動作するのは鉛直方向にスライド移動する支持体２２と、回転アーム３２の２軸であり、横方向に移動する軸がないことから、幅狭の非常にコンパクトな構成となり、スペース効率の向上を図ることができる。工作機械１０は、正面視の幅が小さいことから、隣接する他の工作機械へのワークの搬送が容易であって、しかも操作性が向上する。

また、支持体２２は鉛直方向にスライド移動するのであって、設置部を基準として左右に振れるモーメント力を発生させることはない。さらに、回転アーム３２は軽量であることから回転をさせても安定性を損なうことがない。したがって、工作機械１０を軽量に構成することができ、しかも高い安定性が得られる。

このように工作機械１０は安定性が高いことから、矢印Ｙ１方向に高く構成することができ、支持体２２の移動範囲を広く設定することができる。具体的に、支持体２２の高さＹ０を工作機械１０の正面視の設置面幅Ｄ、及び回転中心Ｃから加工主軸３６までの距離Ｒ（図４参照）を基準として好適な範囲を説明する。ここで、工作機械１０の正面視の設置面幅Ｄとは、図２に示すように、レベリング脚１３ａが設けられている場合には、最左レベリング脚１３ａの軸中心から最右レベリング脚１３ａの軸中心までの幅Ｄ１であり、レベリング脚１３ａがない場合においては、定盤１３が床に接地する最大の幅Ｄ２である。

先ず、０．３Ｄ≦Ｒ≦０．５Ｄのときには接地面幅Ｄを基準とし、支持体２２の高さＹ０は、Ｙ０＝０．６６Ｄ〜１０．０Ｄに設定するとよい。また、Ｒ＞０．５Ｗのときは距離Ｒを基準として、Ｙ０＝１．７Ｒ〜２０．０Ｒに設定するとよい。高さＹ０をこのような範囲に設定すると、加工可能な範囲が広くなって好適である。ここで、上限値が設定されているのは、ワークＷが過度に高い形状であると、固定台１４による固定が困難となり、加工中にワークＷが撓むことがあるためである。

また、工作機械１０では、回転マガジン８０の回転軸８２と回転アーム３２の回転中心Ｃは同一鉛直面上に配置されていることから、回転マガジン８０に工具Ｔを格納、或いは加工主軸３６に工具Ｔを装着する際に、回転アーム３２は必ず鉛直方向に上向き（つまり角度が０°）であることから安定してＹ方向に移動することができ、故に工作機械１０を狭幅に構成することができる。この際、回転アーム３２は鉛直方向を基準として±７°の範囲内であれば安定して移動が可能であり、この範囲内に回転マガジン８０の回転軸８２があれば好適である。

上記の例では、スピンドルモータ３８とアームモータ３４とは同軸状に配置されているが、同軸状でなくても、両回転軸が同一鉛直面上となるように配置すると、工作機械１０を狭幅に構成することができる。

次に、工作機械１０の変形例に係る工作機械２００について図９〜図１６を参照しながら説明する。図９に示すように、工作機械２００は、工作機械１０における固定台１４をテーブル２０２に置きかえ、該テーブル２０２を加工主軸３６に装着される移動ツール（固定部移動工具）２０４によって操作するものである。工作機械２００におけるテーブル２０２以外の部分は工作機械１０と同様の構成であることから、同符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、移動ツール２０４は、装着部２０４ａを介して加工主軸３６の装着穴３６ｂに着脱自在に取り付けられるように構成されており、後述するテーブル２０２のノックピン（固定部）２６２、２６４と係合する孔部２０４ｂが形成される係合部２０４ｃを備える。移動ツール２０４の係合部２０４ｃは、工具ホルダ２０６に挿入・合体して一体化され、図示しない位置決め部材で、係合部２０４ｃと工具ホルダ２０６は位置決めされている。工具ホルダ２０６は、汎用部材であり市販化されている。

また、工具ホルダ２０６の装着部２０４ａには、移動ツール２０４を加工主軸３６に取り付ける際に、孔部２０４ｂがノックピン２６２等の方向（下側）を指向するように位置決めするキー部２０４ｄが設けられる。すなわち、キー部２０４ｄが、加工主軸３６に設けられるキー溝３６ａに係合することにより、係合部２０４ｃが下側を指向する。

図１１及び図１２に示すように、テーブル２０２は、ワークＷの位置決め部としての２つの孔部（位置決め基準部）Ｗａに挿入され、ワークＷの位置決めを行うための固定部としてのノックピン２６２、２６４が配設される旋回部２６６と、該旋回部２６６の下部に取り付けられ、前記旋回部２６６における後述する外側旋回部２６８及び内側旋回部２７０の回転動作を制動するための制動部２７２とを備える。

図１３に示すように、旋回部２６６は、最も外側に設けられる円筒形状の枠体２７４と、該枠体２７４の内側に同軸状に軸受２７６により回転自在に軸支され、上面（ワークＷを載置する面）にノックピン２６２が突設される外側旋回部２６８と、該外側旋回部２６８の内側に同軸状に軸受２７８により回転自在に軸支され、上面（ワークＷを載置する面）にノックピン２６４が突設される内側旋回部２７０とを備える。

軸受２７６、２７８の上部には夫々シール２８０、２８２が配設される。これらのシール２８０、２８２は、枠体２７４、外側旋回部２６８及び内側旋回部２７０におけるノックピン２６２、２６４によりワークＷが固定されるテーブル２０２の一端面において、ワークＷからの切削屑や切削油等が、枠体２７４と外側旋回部２６８との間隙や外側旋回部２６８と内側旋回部２７０との間隙から入り込み、これにより軸受２７６、２７８等に不具合が生じることを防止する目的で配設される。

なお、ノックピン２６２、２６４は、夫々外側旋回部２６８及び内側旋回部２７０に対して、着脱自在に構成される。このため、ワークＷの孔部Ｗａの形状や大きさに応じて、様々な種類のノックピン２６２、２６４を用いることができる。

一方、制動部２７２は、有底円筒形状で上記枠体２７４と係合部２８４にて着脱自在に係合される基部２８６を有し、該基部２８６の内側には、図１３及び図１４に示すように、外側旋回部２６８の円環状のロータ３００に対してパッド３０２を押し当てることによる摩擦により、外側旋回部２６８を固定又は停止させる一対の第１ブレーキ３０４（ブレーキ）と、内側旋回部２７０の円環状のロータ３０６に対してパッド３０８を押し当てることによる摩擦により、内側旋回部２７０を固定又は停止させる一対の第２ブレーキ３１０（ブレーキ）とが備えられる。

第１ブレーキ３０４は、所定の制御装置の作用下、シリンダ機構３１２におけるロッド３１２ａの伸縮による押圧動作により、パッド３０２をロータ３００に押圧して外側旋回部２６８の回転を停止又は固定する。また、第２ブレーキ３１０は、制御装置の作用下、シリンダ機構３１４のロッド３１４ａ、３１４ｂの伸縮による押圧動作により、パッド３０８をロータ３０６に押圧することにより内側旋回部２７０の回転を停止又は固定する。

すなわち、詳細は後述するが、制御装置の作用下、移動ツール２０４により、ノックピン２６２が外側旋回部２６８を介して旋回移動されることにより、当該ノックピン２６２が所望の位置に移動すると、第１ブレーキ３０４により固定される。同様に、移動ツール２０４により、ノックピン２６４が内側旋回部２７０を介して旋回移動されることにより、当該ノックピン２６４が所望の位置に移動すると、第２ブレーキ３１０により固定される。なお、この場合のノックピン２６２、２６４の位置検出、すなわち、移動ツール２０４による外側旋回部２６８及び内側旋回部２７０の回転角度や位置の検出には、図１３に示すような、回転角度（位置）検出手段として、例えば、エンコーダ３１５ａ、３１５ｂが用いられる。

このため、テーブル２０２では、制御装置の作用下、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動自在且つ回転自在に支持される加工主軸３６に取り付けられる移動ツール２０４により、ワークＷの孔部Ｗａの位置やワークＷを所望の姿勢に位置決めする際、ノックピン２６２、２６４を容易に所望の位置に移動させることができる。従って、各種形状のワークを容易に所望の姿勢に位置決めすることが可能となる。

なお、上記のように、テーブル２０２は、旋回部２６６と制動部２７２とが係合部２８４にて着脱自在に構成される。このため、旋回部２６６と制動部２７２とを分離して、制動部品を持たず簡略且つ軽量な旋回部２６６を、ワークＷを位置決め固定するパレットとして用い、このパレットである旋回部２６６を複数用意して、制動部２７２に対して必要に応じて交換することにより、ワークＷの交換をするようにしてもよい。その際には、図示しないロック機構により外側旋回部２６８と内側旋回部２７０とを相対回転不能にロックしてもよい。

また、図１４に示すように、第１ブレーキ３０４及び第２ブレーキ３１０は、共にテーブル２０２の回転軸方向平行にロータ３００、３０６面を有し、第１ブレーキ３０４及び第２ブレーキ３１０のパッド３０２、３０８が半径方向から夫々の該ロータ３００、３０６に当接するので、夫々の第１ブレーキ３０４及び第２ブレーキ３１０のシリンダ機構３１２、３１４がその作用下にないときには、干渉することなく容易に制動部２７２から旋回部２６６を取り外すことができる。

また、テーブル２０２における基部２８６の底部中心には、係合孔３１６が形成されている。係合孔３１６は、図示しないテーブル駆動モータに旋回自在に係合される。テーブル駆動モータによりテーブル２０２を回転することにより、ワークＷをテーブル２０２に位置決めした状態で、当該ワークＷの姿勢を容易に変更することが可能となる。

次に、基本的には以上のように構成される工作機械２００により、ワークＷの加工を行う場合の制御方法について説明する。

先ず、加工主軸３６に移動ツール２０４をセットする。この場合、移動ツール２０４は、係合部２０４ｃ（孔部２０４ｂ）が下向きになるように、キー部２０４ｄを介して加工主軸３６にセットされる（図１６参照）。また、スピンドルモータ３８は、回転アーム３２が回転するときに、加工主軸３６の向きに応じて係合部２０４ｃ（孔部２０４ｂ）が下向きに維持されるように回転する。

制御装置の作用下、加工主軸３６におけるＺモータ２４、Ｙモータ２８及びアームモータ３４の駆動により、移動ツール２０４がセットされている加工主軸３６が、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動する。そして、移動ツール２０４は、図１５中の二点差線で示す位置（始点）にあるノックピン２６２に、係合部２０４ｃを介して係合した状態（図１５中の二点差線）で停止する（図１６参照）。なお、ノックピン２６２の位置（始点）は、エンコーダ３１５ａにより求めることができる。

次に、図１５及び図１６に示すように、移動ツール２０４は、ノックピン２６２と係合した状態のまま、加工主軸３６により、テーブル２０２の中心点Ｏを中心とした円弧軌跡を描いて矢印Ｃ１方向（Ｘ軸及びＺ軸方向）に移動され、図１５中の実線で示す位置にて停止する。このため、移動ツール２０４によりノックピン２６２は、外側旋回部２６８を介して矢印Ａ方向（Ｘ軸及びＺ軸方向）に旋回移動して、図１５中の点線で示す位置（終点）に移動する。この移動後、第１ブレーキ３０４により、外側旋回部２６８が確実に停止（固定）される。なお、前記終点の検出は、エンコーダ３１５ａにより行うとよい。

ノックピン２６４も上記ノックピン２６２の場合と同様に、エンコーダ３１５ｂにより求められる始点、すなわち、図１５中の二点差線で示す位置から、移動ツール２０４の作用により、矢印Ｂ方向（Ｘ軸及びＺ軸方向）に旋回移動して、実線で示す位置（終点）に移動する。この移動後、内側旋回部２７０は第２ブレーキ３１０により、確実に停止（固定）される。なお、前記終点の検出は、エンコーダ３１５ｂにより行うとよい。

これにより、ノックピン２６２、２６４が夫々実線で示す位置（終点）、すなわち、ノックピン２６２の中心とノックピン２６４の中心との距離（位置）が、ワークＷを所望の姿勢に位置決めできる距離（位置）に固定される。つまり、ワークＷが所定の姿勢に位置決めされるように、孔部Ｗａの位置に対応したノックピン２６２、２６４の位置が前記終点となる。

次に、ノックピン２６２、２６４に、ワークＷが孔部Ｗａを介して位置決めされ、ワークＷは所望の加工姿勢でテーブル２０２上にセットされる。

次に、所定の手段により、移動ツール２０４を工具Ｔに交換し、ワークＷに対して加工を行う。このとき、外側旋回部２６８及び内側旋回部２７０は、夫々第１ブレーキ３０４及び第２ブレーキ３１０により確実に固定されているため、ワークＷの加工時に、切削抵抗等の荷重によりノックピン２６２、２６４がずれ等を生じることを防止できる。また、ワークＷの上面を所定の押圧固定手段により固定してもよい。

その後、必要に応じて、ワークＷがテーブル２０２上に位置決めされた状態のまま、テーブル駆動モータによりテーブル２０２を回転して、ワークＷは次の加工箇所が加工可能な姿勢に移動され、上記と同様に、ワークに対して所定の加工が行われる。

以上のように、本実施形態に係る工作機械２００によれば、ワークＷの孔部Ｗａに対応する位置やワークＷを所望の姿勢に位置決めする位置に、移動ツール２０４を用いてノックピン２６２、２６４を直接的且つ簡便に移動させることができる。このため、各種形状のワークを容易に所望の姿勢に位置決めした状態で、ワークＷに対して加工を行うことが可能となる。また、ノックピン２６２、２６４の移動手段を別個に設ける必要がなく、工作機械２００をコンパクトに構成することができる。

また、上記のような移動ツール２０４の移動制御は、工作機械２００の加工主軸３６により制御されるため、ＮＣ軸により、高精度にノックピン２６２、２６４の位置決めを行うことが可能となる。

本発明に係る工作機械は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、２００…工作機械 １８…コラム
２２…支持体 ２６、３０…ボールネジ機構
３２…回転アーム ３４…アームモータ
３６…加工主軸 ３８…スピンドルモータ
４０…枠体 ４４…シャフト
４６…プーリ機構 ５０…ツールヘッド
７８…アンクランプブロック ８０…回転マガジン
２０２…テーブル ２０４…移動ツール（固定部移動工具）
Ｃ…回転中心 Ｒ…距離
Ｔ…工具 Ｗ…ワーク

ところで、引用文献１及び引用文献２に記載された工作機械では、正面視で直交する２軸のスライド機構が設けられていることから構造が複雑であって、しかも重量のあるスライド部材が移動をすることから、十分な安定性を得るためにはベース部分を相当に強固に設定しておかなければならず、全体としての重量が重くなる。

さらに、加工主軸を含むユニットは水平のＸ方向にスライドすることから、床に対する設置部を支点として左右に振れるモーメント力が発生することになる。加工主軸を含むユニットは比較的大重量であることから、発生するモーメントも大きく、十分な安定性を得るためにはベース部分を相当に強固に設定しておかなければならず、全体としての重量が重くなる。また、特許文献２に記載された例のごとく、ベースを張り出して設定しなければならず、工作機械を横方向に複数台並べた場合に、ライン長が長くなる。

また、前記ワークの位置決め基準部に対応し、ロックが解除された状態で移動自在な固定部を備えるテーブルと、前記固定部に係合可能であって、前記工具に換えて前記加工主軸に着脱自在に装着される固定部移動工具と、を有し、前記加工主軸に前記固定部移動工具が装着され、且つ前記固定部のロックが解除されているときに、該固定部移動工具を前記固定部に係合させ、前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め基準部の位置に対応して前記各固定部を移動させるようにしてもよい。このように、加工主軸の動作によって固定部を直接的に移動させると、移動が簡便に行われる。また、固定部の移動手段を別個に設ける必要がなく、工作機械をコンパクトに構成することができる。

Claims (7)

1. 水平面内の一方向であるＺ方向にスライド移動するＺテーブルと、
   前記Ｚテーブル上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体と、
   前記支持体に支承してＺ方向に向いたワークに臨む鉛直平面内において３６０°回転する回転アームと、
   前記回転アームを回転させるアーム駆動源と、
   前記回転アーム上の回転中心から離れた位置に設けられ、前記回転アームに対して回転自在に支承されてＺ方向を指向する加工主軸と、
   前記加工主軸を回転させる主軸駆動源と、
   を有することを特徴とする工作機械。
2. 請求項１記載の工作機械において、
   前記回転アームの回転中心軸と、前記主軸駆動源の駆動軸は同一鉛直面上に配置されていることを特徴とする工作機械。
3. 請求項２記載の工作機械において、
   前記アーム駆動源は、中空回転軸を備えて、前記支持体に設けられ、
   前記主軸駆動源は、前記中空回転軸を貫通して動力を伝達する動力伝達部を介して前記加工主軸と連結されて前記支持体の背面側に設けられ、
   前記アーム駆動源と前記主軸駆動源は同軸上に配置されたことを特徴とする工作機械。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械において、
   前記加工主軸に着脱自在な複数の工具を回転マガジンに備えた自動工具交換機構を備え、
   前記回転アームの回転中心軸と、前記回転マガジンの回転軸は同一鉛直面上に配置されていることを特徴とする工作機械。
5. 請求項１〜４記載の工作機械において、
   正面視で、前記回転アームの回転中心から前記加工主軸までの距離に対して、前記支持体の鉛直方向への移動可能距離は、１．７〜２０．０倍であることを特徴とする工作機械。
6. 請求項１〜４記載の工作機械において、
   正面視で、設置面幅に対して、前記支持体の鉛直方向への移動可能距離は、０．６６〜１０．０倍であることを特徴とする工作機械。
7. 請求項１〜６記載の工作機械において、
   前記ワークの位置決め基準部に対応し、ロックが解除された状態で移動自在な固定部を備えるテーブルと、
   前記固定部に係合可能であって、前記工具に換えて前記加工主軸に着脱自在に装着される固定部移動工具と、
   を有し、
   前記加工主軸に前記固定部移動工具が装着され、且つ前記固定部のロックが解除されているときに、該固定部移動工具を前記固定部に係合させ、前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め部の位置に対応して前記各固定部を移動させることを特徴とする工作機械。

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