JP2012051047A - 横型マシニングセンタ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造を有するとともに、構造の肥大化を防止する横型マシニングセンタ、を提供する。
【解決手段】横型マシニングセンタ１０は、主軸２０に近接する第１方向（矢印５３０ｐに示す方向）と、主軸２０から遠ざかる第２方向（矢印５３０ｑに示す方向）とに駆動されるテーブル３０と、複数の工具把持爪５２を有するマガジン５０と、テーブル３０とマガジン５０とを連結する連結機構部８０とを備える。連結機構部８０は、テーブル３０が第１方向および第２方向のいずれか一方に駆動された時に、マガジン５０を第１方向および第２方向のいずれか他方に移動させる。主軸２０に装着された工具を取り外す時、テーブル３０を第１方向に駆動させ、マガジン５０に収納された工具を主軸２０に装着する時、テーブル３０を第２方向に駆動させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般的には、横型マシニングセンタに関し、より特定的には、コラム、主軸頭およびテーブルが、それぞれＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向にスライド移動する横型マシニングセンタに関する。

従来の横型マシニングセンタに関して、たとえば、特開昭４８−６０３７０号公報には、短時間で工具交換が行なわれるとともに、単純構造によって簡単に製作されることを目的とした自動工具交換装置付きの工作機械が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された工作機械においては、マガジン本体が、マガジン駆動用の油圧シリンダにより主軸中心線に平行な方向に移動可能なように設けられている。主軸の工具交換を行なうに際して、主軸頭は、工具がマガジンの空の把握装置に挿入されるように移動する。主軸による工具の係合が解除されたら、油圧シリンダの駆動によって、マガジン本体が主軸から工具を抜くように前進移動する。

また、特開昭５８−９４９５１号公報には、切り屑などが工具の嵌合面に付着するおそれをなくし、またテーブルの送り速度を早くすることを目的とした工作機械が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された工作機械においては、工具の交換時、工具マガジン本体を、テーブルに形成された工具マガジン支持部に載置するとともにテーブルにクランプする。この状態でテーブルを主軸ヘッド側に移動させることによって、マガジン本体を主軸の直下に位置決めする。主軸上の工具をマガジン本体に設けられた工具保持体に挿入し、工具保持体を下降させることによって、工具を主軸から抜き取る。

特開昭４８−６０３７０号公報 特開昭５８−９４９５１号公報

主軸に装着された工具をマガジンに収納された工具と自動的に交換するための自動工具交換装置（ＡＴＣ：Auto Tool Changer）として、各種構造が考えられている。たとえば、特許文献１に開示された工作機械では、マガジン自身を移動させることによって主軸に装着された工具の抜き差しを行なっている。このような構造を採用した場合にマガジンを移動させるための駆動源が必要となるが、特許文献２に開示された工作機械では、マガジンを移動させるための駆動源を、テーブルを移動させるための駆動源と共用することで、構造の簡易化およびコストの低減を図っている。

一方、工具交換を行なう場合、主軸とテーブル上のワークとの干渉を避けるために、テーブルを極力主軸から遠ざける必要がある。ベッド上でＸ−Ｙ軸方向に移動する主軸と、Ｚ軸方向に移動するテーブルとを備える横型マシニングセンタを想定すると、工具交換時、一般的には、テーブルは主軸から最も離れたＺ軸原点に位置決めされる。このような理由から、上記の特許文献２に開示されるようにテーブルの駆動源を利用して工具交換を行なう場合、工具交換時、テーブルをＺ軸原点からさらに移動させる必要が生じる。この際、テーブルをＺ軸原点よりさらに主軸から遠ざかる方向に移動させるとなると、テーブルのＺ軸ストロークを本来よりも長く設定しなければならず、横型マシニングセンタの構造が肥大化するという問題が生じる。

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、簡易な構造を有するとともに、構造の肥大化を防止する横型マシニングセンタを提供することである。

この発明に従った横型マシニングセンタは、工具を水平方向に沿った所定軸を中心に回転させる主軸と、ワークを固定するためのテーブルと、工具を収納するためのマガジンと、テーブルとマガジンとを連結する連結機構部とを備える。主軸は、所定軸に直交する平面内で駆動される。テーブルは、所定軸に平行な方向であって、主軸に近接する第１方向と、主軸から遠ざかる第２方向とに駆動される。マガジンは、工具を把持可能な複数の把持部を有する。マガジンは、所定軸に平行な方向に移動可能なように設けられる。連結機構部は、テーブルが第１方向および第２方向のいずれか一方に駆動された時に、マガジンを第１方向および第２方向のいずれか他方に移動させる。主軸に装着された工具を取り外す時、主軸に装着された工具を把持部により把持させた状態で、テーブルを第１方向に駆動させる。マガジンに収納された工具を主軸に装着する時、把持部に把持された工具を所定軸の軸上に位置決めした状態で、テーブルを第２方向に駆動させる。

このように構成された横型マシニングセンタによれば、工具交換時に、連結機構部によってマガジンをテーブルと連動させて移動させるため、マガジンを所定軸に平行な方向に移動させるための駆動源を設ける必要がない。このため、横型マシニングセンタの構造を簡易にできる。この際、テーブルの駆動方向と、テーブルの駆動に伴うマガジンの移動方向とが逆方向であるため、主軸に装着された工具を取り外すためにマガジンを主軸から遠ざかる第２方向に移動させる際、テーブルを主軸に近接する第１方向に移動させればよい。このため、工具交換を理由にテーブルの駆動長さを延長するという必要がなく、横型マシニングセンタの構造が肥大化することを防止できる。

また好ましくは、マガジンは、複数の把持部を連結し、回転駆動される環状のチェーンと、チェーンを支持するための複数のチェーン支持機構とをさらに有する。複数のチェーン支持機構は、チェーンが掛けられる少なくとも１つのスプロケットを含む。複数のチェーン支持機構のうち少なくとも１つは、主軸の工具交換位置付近に配置される。チェーンは、所定軸の軸方向から見た場合に、主軸の工具交換位置付近に配置されたチェーン支持機構に支持されるチェーンの部位が、主軸側に突出するように配置される。

このように構成された横型マシニングセンタによれば、主軸の工具交換位置付近に配置されたチェーン支持機構に支持されるチェーンの部位を、主軸側により近接させて配置することができる。これにより、工具交換に要する時間を短縮化することができる。

また好ましくは、横型マシニングセンタは、横型マシニングセンタの据え付け面に設置され、主軸およびテーブルを搭載するベッドと、マガジンを所定軸に平行な方向に移動可能なように支持し、ベッドに取り付けられる案内機構部とをさらに備える。

このように構成された横型マシニングセンタによれば、マガジンが案内機構部を介して直接、ベッドに取り付けられるため、マガジンを主軸側により近接させて配置することができる。これにより、工具交換に要する時間を短縮化することができる。また、部品点数を削減することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、簡易な構造を有するとともに、構造の肥大化を防止する横型マシニングセンタ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横型マシニングセンタを示す斜視図である。 図１中の横型マシニングセンタを示す正面図である。 図１中の横型マシニングセンタを示す側面図である。 図１中の横型マシニングセンタを示す平面図である。 図１中の主軸台に設けられる主軸を示す断面図である。 図１中の横型マシニングセンタにおいて、主軸からの工具の引き抜き時の状態を示す側面図である。 図１中の２点鎖線ＶＩＩで囲まれた範囲を示す断面図である。 図１中の横型マシニングセンタにおいて、主軸からの工具の引き抜き前の状態を示す斜視図である。 図１中の横型マシニングセンタにおいて、主軸からの工具の引き抜き時の状態を示す平面図である。 図１中のテーブルのストロークを模式的に表わした図である。

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横型マシニングセンタを示す斜視図である。図２は、図１中の横型マシニングセンタを示す正面図である。図３は、図１中の横型マシニングセンタを示す側面図である。図４は、図１中の横型マシニングセンタを示す平面図である。

図１から図４を参照して、まず、本実施の形態における横型マシニングセンタ１０の基本的な構造について説明すると、横型マシニングセンタ１０は、その主要な構成として、ベッド１１０と、コラム１２０と、主軸頭１３０と、テーブル３０とを有する。

ベッド１１０は、コラム１２０や主軸頭１３０、テーブル３０などを搭載するためのベース部材であり、工場などの据付け面に設置される。ベッド１１０には、コラム１２０が取り付けられている。コラム１２０は、ベッド１１０の上面から立ち上がるようにベッド１１０上に立設されている。コラム１２０は、ベッド１１０に対して、矢印５１０に示す軸方向（Ｘ軸方向）にスライド移動可能に設けられている。

コラム１２０には、主軸頭１３０が取り付けられている。主軸頭１３０は、コラム１２０に対して、矢印５２０に示す軸方向（Ｙ軸方向）にスライド移動可能に設けられている。ベッド１１０には、さらにテーブル３０が取り付けられている。テーブル３０は、ベッド１１０に対して、矢印５３０に示す軸方向（Ｚ軸方向）にスライド移動可能に設けられている。

コラム１２０の移動軸であるＸ軸と、テーブル３０の移動軸であるＺ軸とは、水平方向に沿って延び、主軸頭１３０の移動軸であるＹ軸は、鉛直方向に沿って延びる。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いが直交するように延びる直交３軸である。

コラム１２０、主軸頭１３０およびテーブル３０には、各部位のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向へのスライド移動を可能とするための送り機構や案内機構、駆動源としてのサーボモータなどが適宜、設けられている。横型マシニングセンタ１０においては、基本的に、コラム１２０、主軸頭１３０およびテーブル３０の各部位のスライド移動が組み合わさって、後述の主軸２０に装着された工具によるワークの加工位置が３次元的に移動する。

主軸頭１３０は、主軸２０を有する。主軸２０は、水平方向に延びる中心軸５６０を中心に、モータ駆動により回転可能に設けられている。中心軸５６０は、矢印５３０に示す軸方向（Ｚ軸方向）に平行に延びる。主軸２０には、加工対象であるワークを加工するための工具が装着される。主軸２０の回転に伴って、主軸２０に装着された工具が中心軸５６０を中心に回転する。

主軸２０は、コラム１２０および主軸頭１３０がそれぞれＸ軸およびＹ軸方向にスライド移動することにより、中心軸５６０に直交するＸ−Ｙ軸平面で移動する。この際、図２中に示すように、主軸２０は２点鎖線で示された位置２００Ａ〜２００Ｂ〜２００Ｃ〜２００Ｄの範囲で移動しながらワークを加工する。ワークの加工エリア６００と、後述するマガジン５０との間には、可動式のシャッター１６０が設けられている。

図５は、図１中の主軸台に設けられる主軸を示す断面図である。図５を参照して、主軸２０は、円筒形状を有する。主軸２０の内側には、主軸端面に開口するテーパ面４２が形成されている。テーパ面４２は、中心軸５６０に直交する平面により切断された場合の直径が、中心軸５６０の軸方向において主軸端面に近づくほど大きくなるように形成されている。

主軸頭１３０は、工具を主軸２０に把持するためのクランプ機構部４４をさらに有する。クランプ機構部４４は、主軸２０の内側に設けられている。クランプ機構部４４は、中心軸５６０の軸線上に配置されている。

具体的には、クランプ機構部４４は、コレット４７およびコレット開閉部材４６を有して構成されている。コレット４７は、後述する工具４００に設けられたプルスタッドボルト４８に係止可能な爪形状を有し、中心軸５６０を中心とする中空の筒状に配置されている。コレット開閉部材４６は、主軸２０の内部において中心軸５６０の軸方向に移動可能に設けられている。コレット開閉部材４６は、その先端がコレット４７の内側に収まるように配置されている。油圧やバネ力、空圧などを利用した図示しない駆動装置により、コレット開閉部材４６を中心軸５６０の軸方向に沿って進退させることによって、コレット４７が縮径、拡径する。

工具４００は、シャンク部４３およびプルスタッドボルト４８を有する。工具４００が主軸２０に装着された状態で、シャンク部４３は、主軸側のテーパ面４２と面接触し、主軸２０から伝達される回転トルクを受ける。シャンク部４３には、略Ｖ字断面を有する周回溝４１が形成されている。プルスタッドボルト４８は、シャンク部４３に接続されている。

コレット４７の縮径に伴って、プルスタッドボルト４８がコレット４７に把持されつつ中心軸５６０の軸方向に引き込まれ、工具４００が主軸２０に対してクランプされる。また、コレット４７の拡径に伴って、プルスタッドボルト４８がコレット４７から解放され、工具４００が主軸２０からアンクランプされる。主軸２０に装着された工具４００を工具交換する場合、アンクランプされた工具４００を中心軸５６０の軸方向に移動させ、主軸端面上まで引き抜く必要がある。

なお、図５中に示すクランプ機構部４４の構造やツールの規格は、一例であり、図中に示す例に限定されない。

図１から図４を参照して、テーブル３０には、パレット３２が着脱可能に設けられている。パレット３２は、テーブル３０に対して、鉛直方向に沿って延びる中心軸５８０を中心に、モータ駆動により回転可能に設けられている。テーブル３０上には、イケールや各種の治具を用いて、ワークが固定される。

横型マシニングセンタ１０には、図示しない自動パレット交換装置（ＡＰＣ：Auto Pallet Changer）がさらに設けられている。横型マシニングセンタ１０を平面視した場合に、自動パレット交換装置は、テーブル３０に対して主軸２０の反対側に配置されている。矢印５３０に示すＺ軸方向において、テーブル３０は、矢印５３０ｐに示す方向と、その方向の反対方向であって、矢印５３０ｑに示す方向とに往復移動する。テーブル３０が矢印５３０ｐに示す方向に移動すると、主軸２０に近接し、自動パレット交換装置から遠ざかる。テーブル３０が矢印５３０ｑに示す方向に移動すると、主軸２０から遠ざかり、自動パレット交換装置に近接する。

本実施の形態における横型マシニングセンタ１０は、その主要な構成として、マガジン５０および連結機構部８０をさらに有する。これらは、ＡＴＣとして機能する特徴的な構造を備えており、以下、その構造について説明する。

マガジン５０は、複数の工具を収納する機能を有する。マガジン５０は、チェーン形であり、工具把持爪５２、チェーン５４およびチェーン支持機構５６，６２，６３を有する。

工具把持爪５２は、工具を把持可能な爪形状を有し、本実施の形態では、樹脂製の一対の爪部材が、バネ力を利用してシャンク部４３の周回溝４１（図５を参照のこと）を挟み込むことによって、工具を把持する。チェーン５４は、矢印５３０に示すＺ軸方向に直交する平面内で無端環状に周回されている。チェーン５４には、複数の工具把持爪５２が等間隔に設けられている。

チェーン支持機構５６，６２，６３は、無端環状に周回されたチェーン５４を支持するように設けられている。図２中に示すように、チェーン支持機構５６，６２，６３によって、チェーン５４は、チェーン支持機構５６と、チェーン支持機構６２と、チェーン支持機構６３とを頂点とする三角形形状に周回されている。チェーン支持機構５６は、シャッター１６０を隔てて加工エリア６００に隣接する位置に配置されている。チェーン支持機構５６は、加工エリア６００と同じ高さに配置されている。チェーン支持機構５６は、矢印５１０に示すＸ軸方向において、チェーン支持機構６２，６３よりも加工エリア６００に近い位置に配置されている。チェーン支持機構６２は、加工エリア６００よりも低い位置に配置されている。チェーン支持機構６２は、ベッド１１０の側方に配置されている。チェーン支持機構６３は、チェーン支持機構６２よりも上方に配置されている。

チェーン支持機構５６は、スプロケット５７を有する。スプロケット５７は、中心軸５７０を中心にして、モータ駆動により回転可能なように設けられている。中心軸５７０は、矢印５３０に示すＺ軸方向に平行な方向に延びる。スプロケット５７の回転に伴って、チェーン５４がその周回方向に旋回される。

チェーン支持機構５６に支持されるチェーン５４の部位は、スプロケット５７に掛けられている。チェーン支持機構５６に支持されるチェーン５４の部位は、スプロケット５７の周面に沿って湾曲しながら周回方向を変化させている。チェーン支持機構５６に支持されるチェーン５４の部位は、加工エリア６００に向けて凸形状となるようにレイアウトされている。チェーン支持機構６２，６３もまた、それぞれ、図示しないスプロケットを有し、チェーン支持機構６２，６３が設けられた三角形形状の各頂点で、チェーン５４がそのスプロケットに掛けられている。

図２を参照して、主軸２０に装着された工具をマガジン５０に収納された別の工具と交換する場合、主軸２０を工具交換位置２５０に移動させる。本実施の形態における横型マシニングセンタ１０においては、工具交換位置２５０への主軸２０の移動を可能とするために、Ｘ軸方向におけるコラム１２０のストロークが距離Ｌだけ延長されている。

一方、マガジン５０側においては、主軸２０に装着された工具を引き抜くために空の工具把持爪５２を待機位置に位置決めし、さらに、別の工具を主軸２０に装着するために工具を把持した工具把持爪５２を待機位置に位置決めする。ここでいう待機位置とは、Ｚ軸方向において工具交換位置２５０と重なる位置であり、図２中では待機位置に位置決めされた工具把持爪５２ｇが示されている。工具把持爪５２ｇは、複数の工具把持爪５２のうち最も加工エリア６００に近接して配置される。工具把持爪５２ｇは、スプロケット５７に掛けられたチェーン５４の部位により支持されている。

図１から図４を参照して、マガジン５０は、基台としてのマガジンベース７２をさらに有する。マガジンベース７２は、上記の工具把持爪５２、チェーン５４およびチェーン支持機構５６，６２，６３を支持している。

本実施の形態における横型マシニングセンタ１０においては、マガジン５０が、矢印５３０に示すＺ軸方向にスライド移動可能なように設けられている。より具体的には、横型マシニングセンタ１０は、案内機構部としてのリニアガイド７４，７６をさらに有する。リニアガイド７４，７６は、ベッド１１０およびマガジンベース７２に取り付けられている。リニアガイド７４，７６のレールがベッド１１０に固定され、そのレールによって案内されるリニアガイド７４，７６のブロックがマガジンベース７２に固定されている。リニアガイド７４，７６は、そのレールがＺ軸方向に直線上に延びるようにベッド１１０に取り付けられている。

なお、リニアガイド７４，７６の位置調整を行なうためにスペーサやライナーなどといった板材が用いられる場合は、その板材は、案内機構部としてのリニアガイド７４，７６に含まれる。

図４中に示すように、ベッド１１０は、コラム支持部１１６とテーブル支持部１１４とが組み合わさった略Ｔ字状の平面視を有する。コラム支持部１１６は、矢印５１０に示すＸ軸方向に延び、コラム１２０およびそのコラム１２０に取り付けられた主軸頭１３０を支持する。テーブル支持部１１４は、コラム支持部１１６から矢印５３０に示すＺ軸方向に延び、テーブル３０を支持する。

ベッド１１０は、側面１１２を有する。側面１１２は、横型マシニングセンタ１０が設置される据え付け面から上方に立ち上がるように形成されている。側面１１２は、テーブル支持部１１４に形成されている。リニアガイド７４，７６は、側面１１２に取り付けられている。マガジン５０は、平面視した場合のコラム支持部１１６とテーブル支持部１１４との段差部分に配置されている。

なお、本実施の形態では、マガジン５０をスライド可能なように支持する案内機構部としてリニアガイド７４，７６を用いたが、すべり案内機構など、リニアガイド以外の直線運動機構が用いられてもよい。

図６は、図１中の横型マシニングセンタにおいて、主軸からの工具の引き抜き時の状態を示す側面図である。さらに図６を参照して、連結機構部８０は、テーブル３０とマガジン５０とを互いに連結するように設けられている。

連結機構部８０は、テーブル３０がモータ駆動によってＺ軸方向にスライド移動された時にテーブル３０の運動をマガジン５０に伝達し、マガジン５０をＺ軸方向にスライド移動させるように設けられている。連結機構部８０は、テーブル３０が矢印５３０ｐに示す方向にスライド移動された時にマガジン５０を矢印５３０ｑに示す方向にスライド移動させ、テーブル３０が矢印５３０ｑに示す方向にスライド移動された時にマガジン５０を矢印５３０ｐに示す方向にスライド移動させるように設けられている。

連結機構部８０の構造についてより具体的に説明すると、連結機構部８０は、マガジン側ステム８２、テーブル側ステム８４および連結用ブロック３４を有する。

特に図３中に示すように、マガジン側ステム８２の一方端８２ｓは、マガジン５０（マガジンベース７２）に回動自在に接続されている。マガジン側ステム８２の他方端８２ｔとテーブル側ステム８４の一方端８４ｓとは、互いに回動自在に接続されている。マガジン側ステム８２は、一方端８２ｓから他方端８２ｔに向けてＺ軸に略平行な方向に延びている。

テーブル側ステム８４の他方端８４ｔには、カムフォロア９２が取り付けられている。連結用ブロック３４は、テーブル３０に固定されている。連結用ブロック３４には、凹部３６が形成されている。凹部３６にカムフォロア９２が嵌合することによって、テーブル側ステム８４の他方端８４ｔがテーブル３０に回動自在に接続されている。テーブル側ステム８４は、一方端８４ｓから他方端８４ｔに向けて上方に延びている。テーブル側ステム８４は、一方端８４ｓと他方端８４ｔとの間の中心軸５９０を中心に、ベッド１１０に対して回転自在に支持されている。本実施の形態では、中心軸５９０は、一方端８４ｓと他方端８４ｔとの間の中心に設定されている。

このような構成により、テーブル３０が矢印５３０ｐに示す方向（主軸２０に近接する方向）に移動すると、テーブル側ステム８４が中心軸５９０を中心に揺動する。この揺動運動に伴って、テーブル側ステム８４の他方端８４ｔが矢印５３０ｐに示す方向に変位するとともに、テーブル側ステム８４の一方端８４ｓが矢印５３０ｑに示す方向（主軸２０から遠ざかる方向）に変位する。テーブル側ステム８４の一方端８４ｓの変位がマガジン側ステム８２を通じてマガジンベース７２に伝達されることにより、マガジン５０は、矢印５３０ｑに示す方向にスライド移動する。

一方、テーブル３０が矢印５３０ｑに示す方向に移動すると、テーブル側ステム８４が中心軸５９０を中心に揺動する。この揺動運動に伴って、テーブル側ステム８４の他方端８４ｔが矢印５３０ｑに示す方向に変位するとともに、テーブル側ステム８４の一方端８４ｓが矢印５３０ｐに示す方向に変位する。テーブル側ステム８４の一方端８４ｓの変位がマガジン側ステム８２を通じてマガジンベース７２に伝達されることにより、マガジン５０は、矢印５３０ｐに示す方向にスライド移動する。

図７は、図１中の２点鎖線ＶＩＩで囲まれた範囲を示す断面図である。図７を参照して、連結機構部８０は、駆動部としてのエアシリンダ８６をさらに有する。エアシリンダ８６は、テーブル側ステム８４の他方端８４ｔに取り付けられている。エアシリンダ８６は、その駆動に伴ってカムフォロア９２を凹部３６に対して押し引き可能なように設けられている。これにより、カムフォロア９２が凹部３６に嵌合されるテーブル３０とマガジン５０との連結状態と、カムフォロア９２が凹部３６から抜けるテーブル３０とマガジン５０との連結解除状態とが選択的に得られる。

なお、テーブル３０およびマガジン５０の連結状態と連結解除状態とを選択的に得るための駆動部は、エアシリンダ８６に限られず、たとえば、油圧シリンダやモータなどが用いられてもよい。

続いて、図１中の横型マシニングセンタ１０において、主軸２０に装着された工具を、マガジン５０に収納された別の工具に交換する工具交換の流れについて説明する。

図１を参照して、モータ駆動によりチェーン５４を旋回させ、所定の待機位置に空の工具把持爪５２を位置決めする。主軸２０およびテーブル３０をＡＴＣスタンバイポジションまで移動させる。具体的には、主軸２０を、図２中の位置２００Ａ，２００ＣとＸ軸方向の位置が等しく、工具交換位置２５０とＹ軸方向の位置が等しくなる第２原点位置２００Ｆに移動させる。テーブル３０を、矢印５３０ｑに示す方向のＺ軸ストローク端となるＺ軸原点位置に移動させる。

図８は、図１中の横型マシニングセンタにおいて、主軸からの工具の引き抜き前の状態を示す斜視図である。図８を参照して、図２中のシャッター１６０を開く。エアシリンダ８６を駆動させてカムフォロア９２を凹部３６に嵌合させることによって、テーブル３０とマガジン５０とを連結する。主軸２０をＸ軸方向にスライド移動させることにより、図２中の第２原点位置２００Ｆから工具交換位置２５０に移動させる。この際、主軸２０に装着された工具４００が、待機位置に位置決めされた空の工具把持爪５２によって把持される。

図９は、図１中の横型マシニングセンタにおいて、主軸からの工具の引き抜き時の状態を示す平面図である。図６および図９を参照して、主軸２０に装着された工具をアンクランプ状態とする。テーブル３０を矢印５３０ｐに示す方向にスライド移動させることにより、マガジン５０を矢印５３０ｑに示す方向にスライド移動させる。これにより、主軸２０に装着された工具が主軸２０の端面上まで引き抜かれる。

図８を参照して、モータ駆動によりチェーン５４を旋回させ、待機位置に別の工具を把持した工具把持爪５２を位置決めする。このとき、工具把持爪５２に把持された別の工具が主軸２０の回転軸である中心軸５６０の軸上に配置される。テーブル３０を矢印５３０ｑに示す方向にスライド移動させることにより、マガジン５０を矢印５３０ｐに示す方向にスライド移動させる。これにより、工具把持爪５２に把持された別の工具が主軸２０に挿入される。挿入された工具をクランプ状態とする。エアシリンダ８６を駆動させてカムフォロア９２が凹部３６から抜けることにより、テーブル３０とマガジン５０との連結が解除される。

主軸２０を、図２中の工具交換位置２５０から第２原点位置２００Ｆに移動させる。図２中のシャッター１６０を閉じることにより、工具交換が完了する。

なお、テーブル３０とマガジン５０との連結が解除された後、マガジン５０の位置を一定の維持するため、マガジン５０をベッド１１０に対して押し付ける手段（たとえば、エアシリンダ）を設けてもよい。

続いて、横型マシニングセンタ１０によって奏される作用、効果について説明する。
本実施の形態における横型マシニングセンタ１０においては、テーブル３０とマガジン５０とを互いに連結する連結機構部８０を設けることによって、工具交換時、テーブル３０と連動させてマガジン５０をスライド移動させる。このため、マガジン５０をスライド移動させるための駆動源を設ける必要がなく、自動工具交換装置（ＡＴＣ）を簡易な構造とできる。

また、マガジン５０の駆動源としてテーブル３０をスライド移動させるためのサーボモータが利用されるため、工具交換時のマガジン５０の移動を高精度に制御することができる。たとえば、主軸２０に対する工具挿入時、工具のシャンク部４３が主軸側のテーパ面４２に接触する寸前までマガジン５０を高速で移動させ、その後、低速に移行するといった速度制御が可能となる。

また、連結機構部８０によって、テーブル３０の運動がＺ軸方向に沿った反対方向となってマガジン５０に伝達されるため、工具交換時、テーブル３０を主軸２０に近接する方向である矢印５３０ｐに示す方向に移動させればよい。このため、工具交換のためにテーブル３０のＺ軸ストロークを延長するという必要がなくなる。また、工具交換時にテーブル３０とマガジン５０とが互いに近接する方向に移動するため、マガジン５０、テーブル３０およびテーブル３０に載置されたワークの重心位置が工具交換に伴って大きく変動することを防止できる。これにより、このような重心位置の変動が横型マシニングセンタ１０の構造体に大きな歪みを生じさせる現象を、効果的に抑制することができる。

図１０は、図１中のテーブルのストロークを模式的に表わした図である。図１０を参照して、図中には、矢印５３０ｑに示す方向のＺ軸ストローク端となるＺ軸原点位置４２０と、Ｚ軸原点位置４２０とは反対側で、矢印５３０ｐに示す方向のＺ軸ストローク端となる位置４１０とが示されている。本実施の形態では、工具交換時、テーブル３０がＺ軸方向において主軸２０から最も離れたＺ軸原点位置４２０に位置決めされ、主軸２０が加工エリア６００の外側の工具交換位置２５０に位置決めされている。このため、工具を引き抜く際にテーブル３０がＺ軸方向において主軸２０に近接する方向に移動するにもかかわらず、工具とワークとが干渉するという懸念が生じない。

なお、工具とワークとの干渉を回避するという観点からは、テーブル３０のＡＴＣスタンバイポジションをＺ軸原点位置４２０に設定することが好ましいが、テーブル３０のＡＴＣスタンバイポジションを、パレット交換位置からずらすなどの目的から、Ｚ軸原点位置４２０から主軸２０側に寄った位置４３０にずらしてもよい。この場合であっても、テーブル３０のＡＴＣスタンバイポジションは、位置４１０よりもＺ軸原点位置４２０に近い位置に設定されるのが好ましい。

また、図２中に示すように、本実施の形態では、チェーン支持機構５６に支持されるチェーン５４の部位が工具交換位置２５０に向けて突出するように、チェーン５４がレイアウトされている。このような構造により、待機位置の工具把持爪５２を主軸２０側により近接して配置することが可能となり、ＡＴＣ時における主軸２０の移動距離を短くできる。これにより、ＡＴＣ動作に要する時間を短縮することができる。また、待機位置に位置決めされた工具把持爪５２は、スプロケット５７に掛けられたチェーン５４の部位により支持されている。このような構造により、チェーン５４を待機位置で大きく湾曲させ、待機位置に位置決めされた工具把持爪５２と、その両側に配置される工具把持爪５２との間をより大きく離すことができる。これにより、工具交換時にマガジン５０に収納された工具と主軸２０とが干渉することを容易に回避することができる。

また、マガジン５０は、リニアガイド７４，７６を介してベッド１１０に直接取り付けられている。このような構造により、マガジン５０を主軸２０側により近接して配置することが可能となり、ＡＴＣ時における主軸２０の移動距離を短くできる。これにより、ＡＴＣ動作に要する時間を短縮することができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態における横型マシニングセンタ１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における横型マシニングセンタ１０は、工具を水平方向に沿った所定軸としての中心軸５６０を中心に回転させる主軸２０と、ワークを固定するためのテーブル３０と、工具を収納するためのマガジン５０と、テーブル３０とマガジン５０とを連結する連結機構部８０とを備える。主軸２０は、中心軸５６０に直交する平面（Ｘ−Ｙ軸平面）内で駆動される。テーブル３０は、中心軸５６０に平行な方向（Ｚ軸方向）であって、主軸２０に近接する第１方向（矢印５３０ｐに示す方向）と、主軸２０から遠ざかる第２方向（矢印５３０ｑに示す方向）とに駆動される。マガジン５０は、工具を把持可能な複数の把持部としての工具把持爪５２を有する。マガジン５０は、中心軸５６０に平行な方向（Ｚ軸方向）に移動可能なように設けられる。

連結機構部８０は、テーブル３０が第１方向および第２方向のいずれか一方に駆動された時に、マガジン５０を第１方向および第２方向のいずれか他方に移動させる。主軸２０に装着された工具を取り外す時、主軸２０に装着された工具を工具把持爪５２により把持させた状態で、テーブル３０を第１方向に駆動させる。マガジン５０に収納された工具を主軸２０に装着する時、工具把持爪５２に把持された工具を中心軸５６０の軸上に位置決めした状態で、テーブル３０を第２方向に駆動させる。

このように構成された、この発明の実施の形態における横型マシニングセンタ１０によれば、工具交換時にマガジン５０をスライド移動させるための駆動源を設ける必要がないため、横型マシニングセンタ１０の構造を簡易にできる。また、工具交換のためにテーブル３０のＺ軸ストロークを延長するという必要がないため、横型マシニングセンタ１０の構造が肥大化することを防止できる。

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特許請求の範囲によって示され、特許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、自動工具交換機能を備えた横型マシニングセンタに利用される。

１０ 横型マシニングセンタ、２０ 主軸、３０ テーブル、３２ パレット、３４ 連結用ブロック、３６ 凹部、４１ 周回溝、４２ テーパ面、４３ シャンク部、４４ クランプ機構部、４６ コレット開閉部材、４７ コレット、４８ プルスタッドボルト、５０ マガジン、５２，５２ｇ 工具把持爪、５４ チェーン、５６，６２，６３ チェーン支持機構、５７ スプロケット、７２ マガジンベース、７４，７６ リニアガイド、８０ 連結機構部、８２ マガジン側ステム、８２ｓ，８４ｓ 一方端、８２ｔ，８４ｔ 他方端、８４ テーブル側ステム、８６ エアシリンダ、９２ カムフォロア、１１０ ベッド、１１２ 側面、１１４ テーブル支持部、１１６ コラム支持部、１２０ コラム、１３０ 主軸頭、１６０ シャッター、２００Ａ〜２００Ｄ，４１０，４３０ 位置、２００Ｆ 第２原点位置、２５０ 工具交換位置、４００ 工具、４２０ Ｚ軸原点位置、５６０，５７０，５８０，５９０ 中心軸、６００ 加工エリア。

Claims (3)

1. 工具を水平方向に沿った所定軸を中心に回転させ、前記所定軸に直交する平面内で駆動される主軸と、
   前記所定軸に平行な方向であって、前記主軸に近接する第１方向と、前記主軸から遠ざかる第２方向とに駆動され、ワークを固定するためのテーブルと、
   工具を把持可能な複数の把持部を有し、前記所定軸に平行な方向に移動可能なように設けられた、工具を収納するためのマガジンと、
   前記テーブルと前記マガジンとを連結し、前記テーブルが前記第１方向および前記第２方向のいずれか一方に駆動された時に、前記マガジンを前記第１方向および前記第２方向のいずれか他方に移動させる連結機構部とを備え、
   前記主軸に装着された工具を取り外す時、前記主軸に装着された工具を前記把持部により把持させた状態で、前記テーブルを前記第１方向に駆動させ、
   前記マガジンに収納された工具を前記主軸に装着する時、前記把持部に把持された工具を前記所定軸の軸上に位置決めした状態で、前記テーブルを前記第２方向に駆動させる、横型マシニングセンタ。
2. 前記マガジンは、複数の前記把持部を連結し、回転駆動される環状のチェーンと、前記チェーンを支持するための複数のチェーン支持機構とをさらに有し、
   複数の前記チェーン支持機構は、前記チェーンが掛けられる少なくとも１つのスプロケットを含み、
   複数の前記チェーン支持機構のうち少なくとも１つは、前記主軸の工具交換位置付近に配置され、
   前記チェーンは、前記所定軸の軸方向から見た場合に、前記主軸の工具交換位置付近に配置された前記チェーン支持機構に支持される前記チェーンの部位が、前記主軸側に突出するように配置される、請求項１に記載の横型マシニングセンタ。
3. 横型マシニングセンタの据え付け面に設置され、前記主軸および前記テーブルを搭載するベッドと、
   前記マガジンを前記所定軸に平行な方向に移動可能なように支持し、前記ベッドに取り付けられる案内機構部とをさらに備える、請求項１または２に記載の横型マシニングセンタ。

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