JP2013173222A - 工作機械用のパレット交換デバイス及びパレット交換デバイスを備える工作機械 - Google Patents

工作機械用のパレット交換デバイス及びパレット交換デバイスを備える工作機械 Download PDF

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Abstract

【課題】工作機械の利用空間を減少させないパレット交換デバイスを提供する。
【解決手段】工作機械上のパレットを交換するためのパレット交換デバイス40において、パレット交換デバイス40をパレットに取外し可能に接続するための接続部材を備える交換手段15と、作業平面18内で回転させるための回転ドライブ手段19と、作業空間21内で交換手段15を上昇及び下降させるための昇降手段20とを備え、回転ドライブ手段19は、作業空間21の外に配置される。
【選択図】図4

Description

本発明は、工作機械用のパレット交換デバイス及びパレット交換デバイスを備える工作機械に関する。
被加工物を大量に機械加工するためのプログラム制御式のフライス盤及びボール盤は、被加工物の迅速な交換を可能にし、したがって、ダウンタイムを低減しながら切削性能を増加させるパレット交換機を装備することが多い。パレットは、工作機械の外で被工作物を装備し、パレット交換機のパレット担持台上に取外し可能に固定される。そのパレットは、パレット交換機の回転運動によって被加工物テーブルの上に位置決めされ、下降運動後にこのテーブル上に締付けられる。パレット交換機のパレットは、フック状又は爪状パレット担持台の昇降運動、及び、その結果として生じる、パレットの外側縁部上の対応する凹所内へのフック状又は爪状パレット担持台の係合によって固定される。
図1は、例えば特許文献1から知られているようなこのタイプの工作機械1の基本構成の例を示し、工作機械1は、パレット交換デバイス4であって、パレット交換プロセスの過程でパレットを把持するための爪14を備える交換手段15を備える、パレット交換デバイス4がその上に配置される機械ベッド2を備え、また、ワークスピンドル9上で処理するために被加工物を締付けるための第1のパレット7を備える被加工物テーブル6を担持するスライド5を備える。第1のパレット7と交換される、第2の被加工物を備える交換用パレット(図示せず)を担持するためのパレット担持機12が設けられる。案内レール3が、機械ベッド2上に搭載され、スライド5が、機械ベッド2に沿うX方向に案内レール3に沿って変位可能である。パレット交換デバイス4は、スピンドル9から遠くの案内レール3の端部上に配置され、担持機アーム11によって機械ベッド2の側方に固定される。パレットを交換するためにX−Y作業平面内で180度にわたって交換手段15を回転させるためのモーター13が、交換手段15の担持機プレート上に直接搭載される。
交換用パレット上に固定される被加工物が、第1のパレット7上に固定される被加工物の代わりに、ワークスピンドル9によって機械加工される場合、第1のスライド5は、第1の案内レール3に沿ってパレット交換デバイス4に向かって移動し、ついには、パレット交換デバイス4の交換手段15が第1のパレット7と交換用パレットとの両方に係合できるように、円形テーブル6とパレット担持機12との間の距離及び位置が設定される交換用位置に達する。その後、交換手段15を上昇させ、交換手段15をZ方向に平行な軸の回りに回転させ、交換手段15を下降させることによって、第1のパレット7が交換用パレットに置換えられる。スライド5は、その後、交換用パレット上に締付けられる被加工物をスムーズに機械加工することができるように、ターンテーブル6上に位置する交換用パレットとともに、スピンドル9に向かって案内レール3に沿って変位する。
図2及び図3は、工作機械上の上述したパレット交換プロセスの2つのステージをより詳細に示す。
図2は、交換手段15の爪部材14が、第1のパレット7と第2のパレット8(交換用パレット)の両方の受取り部材16に係合するステージを示す。このために、円形テーブル6及びパレット担持機12は、交換位置に、すなわち互いに対して予め規定された配向及び距離に位置する。
その後、第1のパレット7は、交換手段15によって第2のパレット8と交換される、すなわち、第2のパレット8は、今や、第1のパレット7の代わりに、円形テーブル6上に設置されている。これは、交換手段15を、上昇させ、Z方向に平行に配向する軸Dの回りに回転させることによって実施される。その後、交換手段15は、Z方向に再び下降されて、爪部材14と、第1のパレット7及び第2のパレット8の対応する受取り部材16との間の動作可能な接続が解除される。その後、交換手段15は、再び、ホーム位置になるように交換手段15の回転軸Dの回りに回転して、図3に示すステージに達する。その後、スライド5は、案内レール3に沿ってパレット交換デバイス4から離れるように移動して、第2のパレット8に取付けられている被加工物のスムーズな機械加工を保証することができる。
X−Y平面内での交換手段15の寸法が、図2及び図3に示す工作機械において比較的大きいことを認識できたことは本発明者の功績である。この欠点は、特に、X−Y平面内で回転軸Dの回りに交換手段15を回転させるために必要である電気ドライブ13が、交換手段15自体内に組込まれることによる。結果として、図3に示すパレット交換プロセスのステージにおいて(すなわち、交換位置において)、円形テーブル6を交換手段15に対して所望に応じて移動させること、特に、被加工物テーブルの平面を旋回させることは、限られた範囲でのみ可能であり、これは、旋回円形テーブルが5軸機械加工のために使用されるときの基本要件である。不利なことには、円形テーブル6が回転又は旋回することができる前に、スライド5は、被加工物テーブルとともにワークスピンドルに向かってパレット交換デバイス4の案内レール3に沿って最初に変位する必要がある。しかし、これは、時間がかかり、工作機械の利用可能な作業空間を減少させる。
欧州特許第2047946号
本発明の目的は、上述した問題を克服できるパレット交換デバイス及びパレット交換デバイスを備える工作機械を提供することである。
この目的を達成するために、本発明は、請求項1又は請求項3に記載の特徴を有するパレット交換デバイス、及び、請求項15に記載の特徴を有する工作機械を提供する。
本発明の着想の有利な構成又は発展形態は、従属請求項に見出すことができる。
本発明の第1の態様によれば、工作機械上のパレットを交換するための本発明によるパレット交換デバイスは、該パレット交換デバイスをパレットに取外し可能に接続するための接続部材を備える交換手段と、接続部材を備える前記交換手段を、作業平面内で回転させるための回転ドライブ手段と、作業空間内で前記交換手段及び前記作業平面を上昇及び下降させるための昇降手段と、を備える。本発明によれば、前記回転ドライブ手段は、前記作業空間の外に配置される。
回転ドライブ手段が作業空間の外に位置するため、交換手段は、よりコンパクトに構成することができる。ターンテーブルが交換手段の非常に近くに位置しても、パレットのうちの1つのパレットが搭載されるこの被加工物テーブルを制限なく回転及び旋回させることが更に可能にされる。
本発明によれば回転ドライブ手段が被加工物の外に位置決めされるため、被加工物は、工作機械の動作中に蓄積する埃及び水から更によりよく保護される。
本発明の更なる利点は、本発明によるこの構成では、特に、従来技術の場合のように交換手段内に位置するドライブに電力を供給するために回転壁を通してケーブルが載置される必要があることがないため、交換手段は、パレット用の準備空間から作業空間を分離する回転壁と独立に移動することができる。
好ましくは、回転ドライブ手段及び昇降手段は、作業空間の外に、特に被加工物の下方に固定される。これに関して、用語「作業空間(workspace)」は、特に、パレット交換プロセスを実施するために、パレット交換デバイスによって要求される空間を指す。これは、X−Y作業平面内の回転運動及びZ方向への交換デバイスの昇降経路を含む。別の意味で、回転テーブル上に締付けられた被加工物を機械加工するために工作機械によって要求される被加工物機械加工用の作業空間全体、すなわちターンテーブル及びワークスピンドルを変位させるための空間は、好ましくは同様に、用語「作業空間」に更に含まれ、また、それによって包含されることができる。
特に有利な実施形態では、回転ドライブ手段及び昇降手段は、交換手段が、作業平面から出て下に「後退する(retracted)」ことができるように、すなわち、構成サイズの点で交換手段の少なくとも主要な構成要素、又は更に交換手段全体が、被加工物テーブルと交換用パレットとの間の空間から出て、被加工物テーブルの下側面によって画定される平面の下方で、機械ベッド上で水平の通常位置に変位されることができるように位置決めされる。
本発明の更なる態様によれば、工作機械上のパレットを交換するための本発明によるパレット交換デバイスは、該パレット交換デバイスをパレットに取外し可能に接続するための接続部材を備える交換手段と、接続部材を備える前記交換手段を回転させるための回転ドライブ手段と、前記交換手段を上昇及び下降させるための昇降手段とを備える。本発明によれば、前記昇降手段は、前記交換手段に回転可能に係合し、前記回転ドライブ手段は、前記昇降手段を駆動する。これに関して、回転ドライブ手段からの駆動トルクは、昇降手段を介して交換手段に伝達される。
この構成の特定の利点は、昇降手段及び回転ドライブ手段用の2つの回転コラムの代わりに、1つの回転コラムだけが設けられることであり、これは、パレット交換デバイスの構成を簡単かつよりコンパクトにする。特に、作業空間の下方の昇降手段及び回転ドライブ手段の配置構成に関連して、この構成は、主要な構成的利点、すなわち、重心が下に変位されること、及び、パレット交換デバイスが簡単な方法で機械ベッド上に搭載され得ること、をもたらし、昇降手段及びドライブ手段は、好ましくは、機械ベッドの上側平面の下方に、任意選択で更に、部分的に機械ベッドの下側平面の下方に配置される。
本発明の特に構成的に有利な実施形態によれば、スパーギアは該回転コラムの外に取付けられ、前記回転ドライブ手段は、前記スパーギアに係合するピニオンを備える。動作可能な接続は、前記ピニオンが(回転ドライブ手段の電気モーター又は油圧システムの結果として)回転すると、前記スパーホイールが回転することで、前記回転コラムが、該回転コラムの縦軸の回りに回転するように構成される。こうして、ドライブ手段及び昇降手段は、コンパクトでかつ効率的な方法で互いに結合することができる。
前記回転ドライブ手段は、例えば、前記サーボモーターを備えることができ、交換手段を回転させるための複雑な油圧ドライブを不必要にする。
有利には、ピニオンは、回転コラムの上昇及び下降中に、絶えず、スパーギアと動作可能な接続状態にある。こうして、交換手段を任意の中間位置で(また更に、回転コラムの上昇中に)回転させることが可能である。これに関して、ピニオンの長さは、例えば、回転コラムの最大昇降高さより大きくてもよい。
昇降手段は、回転コラムの下方にあり、かつ、回転コラムに同軸に配向する加圧用媒体シリンダーを備えてもよい。こうして、(加圧流体等用の)加圧用媒体シリンダーの端子は、機械ベッド内に又は機械ベッドの下方に下方向へ長い距離変位されることができ、これは、接続をより容易にする。その理由は、通常、工作機械の上側領域に比べて工作機械のこの領域において利用可能な空間が多いからである。
有利には、前記回転コラムは、上側部分及び下側部分を備え、前記スパーギアは、前記下側部分内で前記回転コラムに固定され、前記回転コラムの前記上側部分の直径は、前記回転コラムの前記下側部分の直径より大きい。こうして、一方で、重量を節約することができ(回転コラムの下側部分の直径がより小さいため、回転コラムのこの部分は、回転コラムの上側部分と比べて、単位長さについて軽い)、他方で、回転コラムの十分に精密な案内を保証することができる(上側領域にある回転コラムの大きな直径は、回転コラムの精密な案内を可能にする)。
有利には、前記回転コラムの前記上側部分の前記直径は、前記スパーギアの直径より小さく作られ、前記回転コラムの前記上側部分を案内するための案内構造は、前記回転コラムが最大昇降位置に位置するか又は前記最大昇降位置より僅かに上方に位置するときにスパーギアの上側面が突き当たる(又は、当たっている間、スパーギア自体が難なく回転できるように、スパーギアに取付けられた摺動層が突き当たる)停止部を備える。こうして、最大昇降境界を機械的に画定することができ、結果として、昇降デバイスの電子制御システムを簡略化することができる。適切な衝撃センサーが、任意選択で、停止部上に設けられてもよく、衝撃を検出する。最大昇降境界が偶発的に超えられないことが更に保証される。さらに、回転コラムが最小昇降位置にあるか又は最小昇降位置より僅かに下方にあるときにスパーギアの下側面(又は、スパーギアに取付けられた摺動層)が突き当たる停止部を設けることができる。衝撃センサーは、この場合も、オプションで設けてもよい。
本発明の一実施の形態によれば、前記交換手段は、縦部材を備え、該縦部材は、前記作業平面内で延在し、かつ、前記回転コラムの縦軸の回りに該回転コラムを回転させることによって前記作業平面内で回転可能であり、第1の接続部材は、第1のパレットを把持するために前記縦部材の第1の端部上に配置され、かつ、前記作業平面内で第1の方向に前記縦部材から離れるように延在し、第2の接続部材は、第2のパレット(交換用パレット)を把持するために前記縦部材の第2の端部上に配置され、かつ、前記作業平面内で前記第1の方向と反対である第2の方向に前記縦部材から離れるように延在する。
有利には、前記第1の接続部材及び前記第2の接続部材は、それぞれ、前記第1の方向又は前記第2の方向にそれぞれ前記縦部材の対応する端部から離れるように延在する第1の部分を備えてもよく、また、それぞれ、前記対応する第1の部分に隣接し、かつ、前記縦部材の縦方向に(少なくとも実質的に)平行に延在する方向に該対応する第1の部分から離れるように延在する第2の部分を備える。前記第1の接続部材の前記第2の部分は前記第1のパレットに係合するように形成されてもよく、前記第2の接続部材の前記第2の部分は前記第2のパレットに係合するように形成されてもよい。このタイプの交換手段の構成の利点は、本発明による工作機械の説明に関連して以下で述べられる。
1つの有利な構成では、前記交換手段は、交換位置であって、前記縦部材が第1の配向をとり、また、前記第1の接続部材が前記第1のパレットに係合することができ、かつ、
前記第2の接続部材が前記第2のパレットに係合することができる、交換位置と、ホーム位置であって、前記縦部材が前記第1の位置に対して回転した第2の位置をとる、ホーム位置との間で、垂直軸(Z方向)の回りを平行に交互に移動可能である。この場合、円形テーブルの運動の最大自由度が、ホーム位置において保証される。
第1のパレット及び第2のパレットにおける係合(把持位置)及び係合の解除は、例えば、交換手段が交換位置に位置するときに交換手段をZ方向に上昇及び下降させることによって行なってもよい。
これに関して、前記交換手段が、前記縦部材が前記交換位置から前記ホーム位置になるように回転する前又は回転した後に、Z方向に交換位置から昇降手段によって降下されるようにセットアップされることが特に有利である。こうして、交換手段は、作業空間から、特にパレット間の空間から完全に移動することができる。
しかし、本発明は、このタイプの実施形態に限定されず、また、パレットが解除された後にZ方向に関して任意の所望の中間位置で(すなわち、Z方向への交換手段の降下は最大にならない)、X−Y平面内での90度にわたる回転を有する位置を好ましくは構成するホーム位置に変位されるように、交換手段が変位されるようにセットアップされる実施形態も含む。
本発明はまた、第1のパレットを担持する被加工物テーブルと、交換用パレットを受取るためのパレット担持台を備え、かつ、被加工物テーブル上でこの交換用パレットを第1のパレットと交換するようにセットアップされるパレット交換デバイスとを備える工作機械を含む。これに関して、被加工物テーブルは、前記機械ベッド上に配置される前記案内レール上で変位可能である。前記回転ドライブ手段及び前記昇降手段は、前記機械ベッドの上側平面の下方に配置してもよく、前記機械ベッドの側方に搭載してもよい。これに関して、パレット交換機のハウジングであって、内部に回転ドライブ手段及び昇降手段が組み込まれる、パレット交換機のハウジングは、機械ベッドの前端部の受取りプロファイル内に接続してもよく、機械ベッドの側方に固定してもよい。
本発明による工作機械の特別な構成では、被加工物テーブルは旋回円形テーブルとして形成され、その作業表面は、被加工物テーブルの作業表面上で締付けられるツールの5軸機械加工のために、Y方向に配向した回転軸に沿って旋回することができる。これに関して、前記旋回円形テーブル及び前記パレット担持台は、前記交換手段が交換位置(係合位置)で前記第1のパレット及び前記第2のパレット内に達することができるように互いに対して変位されることができ、前記旋回円形テーブルと前記パレット担持台との間の距離が調整される。これに関して、前記交換手段、前記旋回円形テーブル、及び前記パレットは、前記第1のパレット及び/又は前記交換用パレットが、前記交換手段が上述した前記ホーム位置にある場合、前記交換手段と衝突することなく、回転及び/又は旋回できるように、交換位置で互いに対して寸法決め及び位置決めされる。
例えば、交換位置において、旋回円形テーブル及びパレットは、第1のパレットの中心及び第2のパレットの中心がそれぞれ、回転コラムの回転軸に交差し、かつ、被加工物テーブルの変位方向に平行に延在する軸から等距離に位置するように互いに対して位置決めされる。これは、工作機械の縁部にパレット担持台を設けることを可能にし、旋回円形テーブル用の利用可能な作業空間を最大にし、また、パレット担持台に対する人のアクセスを簡略化する。
このタイプの場合、交換手段の上述した構成は、回転コラムの回転軸に対して第1のパレット及び第2のパレットのそれぞれのオフセットがあっても、接続部材の第2の部分が
それぞれ、被加工物テーブルの変位方向に平行な第1のパレット/第2のパレットに常に係合するため特に有利であり、また、これは、特に、接続部材の第2の部分が係合する第1のパレット/第2のパレットの対応する係合メカニズムが、パレットの中心に対してパレットの縁部に中心的に配置される場合、静力学の理由から特に好都合である。
前記縦部材は、前記旋回円形テーブルが前記縦部材の前記ホーム位置に旋回すると、前記旋回ターンテーブルの下側面と、前記第1の接続部材と前記第2の接続部材との間に位置決めされる前記縦部材の領域との間の最小距離が、前記第1の接続部材の前記第1の部分の第1の端部と第2の端部との間の距離より小さいか、又は、前記第2の接続部材の前記第1の部分の第1の端部と第2の端部との間の距離より小さくなるように構成することができる。換言すれば、旋回ターンテーブルの下側面は、1つの領域であって、旋回ターンテーブルが旋回するときに第1の接続部材と第2の接続部材との間の縦部材の領域に対向する、1つの領域では、旋回ターンテーブルの下側面の他の領域と比べて低くてもよい。その理由は、交換手段の領域に比べて、第1の接続部材又は第2の接続部材が縦部材から旋回ターンテーブルに向かって突出するこの領域において、旋回するために利用可能な空間が多くなるためである。
前記交換手段のプロファイルは、前記旋回円形テーブルの旋回中に、前記交換手段の側方プロファイルの少なくとも一部が、前記縦部材が前記ホーム位置にあるときで、かつ、前記旋回円形テーブルの前記下側面と、前記第1の接続部材と前記第2の接続部材との間の前記縦部材の領域内の前記縦部材との間の距離が最小であるときに、前記旋回ターンテーブルの前記下側面のプロファイルに実質的に対応するように構成してもよい。換言すれば、旋回円形テーブルの下側面は、旋回円形テーブルの旋回中に、旋回円形テーブルと交換手段との間の空間が最適に利用される(旋回円形テーブルで満たされる)ように、交換手段の側方プロファイルに適切に適合する。
前記昇降手段は、前記交換手段の真下の領域に前記回転コラムを案内する案内構造を備えてもよく、前記案内構造は、前記案内構造が、前記交換手段に向く端部から始まって、前記旋回円形テーブルに向かって下に幅広になるように、斜角を付けられるか又は前記旋回円形テーブルに向く面上に凹所を備え、前記旋回ターンテーブルは、旋回中に、前記斜角が付いた領域又は前記凹所を通って移動することができる。こうして、他の面のどの面にも斜角付け/凹所が全く設けられないため、旋回するための更なる空間が、回転コラムの案内の品質を案内構造が大幅に損ねることなく、旋回円形テーブルにとって利用可能にされることができ、また、これは、高品質な案内にとって十分である。
旋回円形テーブルと交換手段との間の協働についての、上述した実施形態で述べた利点(旋回円形テーブルが交換手段のホーム位置に旋回しても、旋回円形テーブルと交換手段との間に衝突がないこと)は、パレット担持台がY方向の回りに旋回可能にされる限り、パレット担持台と交換手段との間の協働に同様に当てはまり、また、これは、例えば、パレット担持台に被加工物をより容易に装備することができるために有利とすることができる。
本発明の更なる利点は、図面を参照して、好ましい実施形態の例を使用して以下でより詳細に説明される。
パレット交換デバイスを備える従来の工作機械の略斜視図である。 従来の工作機械上でのパレット交換プロセスの第1のステージの略図である。 従来の工作機械上でのパレット交換プロセスの第2のステージの略図である。 本発明の一実施形態によるパレット交換デバイスの略断面図である。 本発明の一実施形態によるパレット交換デバイスの略断面図である。 パレット交換プロセスの第1のステージにおける、パレット交換デバイスを備える本発明による工作機械の一部の略図である。 パレット交換プロセスの第2のステージにおける、パレット交換デバイスを備える本発明による工作機械の一部の略図である。 パレット交換プロセスの第1のステージにおける、本発明による工作機械の一部の略平面図である。 旋回円形テーブルの旋回中の本発明による工作機械の略平面図である。 パレット交換プロセスの第1のステージにおける、本発明による工作機械の一部の略平面図である。 本発明による交換手段の略平面図である。
図面では、同一の又は相互に対応する領域、構成要素又は構成要素グループは、同様の参照符号によって示される。
図4は、本発明の一実施形態によるパレット交換デバイス40の略断面図である。パレット交換デバイス40は、パレット交換デバイス40をパレットに取外し可能に接続するための交換手段15と、交換手段15に接続される回転コラム17であって、交換手段15は、この回転コラム17の縦軸Aの回りにこの回転コラム17を回転させることによって、作業平面18内で回転可能である、回転コラム17と、回転ドライブ手段19であって、回転コラム17と動作可能な接続状態にあり、かつ、この回転ドライブ手段19によって、回転コラム17が回転コラム17の縦軸Aの回りに回転可能である、回転ドライブ手段19と、作業空間21内で交換手段15、したがって作業平面18を上昇及び下降させるために回転コラム17を上昇及び下降させるために昇降手段20とを備える。回転ドライブ手段19及び昇降手段20は、作業空間21の外に位置する。
回転ドライブ手段19及び昇降手段20は、作業空間21の外に位置するため、交換手段は、コンパクトに作ることができ、これは、更に、機械加工される被加工物を備えるパレットが設置される工作機械の円形テーブルを、例えば円形テーブル上に位置するパレットがパレット担持台に位置する別のパレットと置換される交換位置の場合にそうであるように円形テーブル自体が交換手段15の非常に近くに位置しても、特にプロセス時に円形テーブルが交換手段15に衝突することなく円形テーブルを回転及び旋回させるために、制限なく移動させることが可能であることを意味する。
好ましくは、回転ドライブ手段19及び昇降手段20は、作業空間21の下方に位置する。或いは、回転ドライブ手段19及び昇降手段20を、作業空間21の側方に又はその上方に配置することが可能である。これに関して、作業区間は、特にパレット交換プロセスを実施するためにパレット交換デバイス40によって要求される空間を指す。
回転コラム17が昇降手段によって上又は下に移動すると、交換手段15の作業平面18が上18’に、また下18’’に移動することが、図4を見てわかる。これに関して、位置18’は、パレットを上昇させることに対応し(交換手段15はパレット7、8に係合し、パレット7、8は旋回ターンテーブル6及びパレット担持台12に係合しない)、位置18は、パレットを下降させることに対応し(交換手段15はパレット7、8に係合し、パレット7、8は旋回ターンテーブル6及びパレット担持台12に係合する)、位置18’’は、パレット間の空間からの後退に対応する(交換手段15はパレット7、8に係合せず、パレット7、8は旋回ターンテーブル6及びパレット担持台12に係合する)
。本実施形態では、昇降手段20は、油圧制御部材であり、回転ドライブ手段19は、サーボモーターの形態である。しかし、回転ドライブ手段19及び昇降手段20は、同様にそれぞれ、電気ユニット又は油圧ユニットとして構成することができる。
図5の実施形態を見てわかるように、スパーギア22は、回転コラム17の外に取付けることができ、回転ドライブ手段19は、スパーギア22に係合するピニオン23を備えることができる。ピニオン23が回転ドライブ手段19によって回転すると、スパーギア22、したがって、回転コラム17が、回転コラム17の縦軸Aの回りに回転する。こうして、回転ドライブ手段19及び昇降手段20は、故障を受けやすくなることなく、コンパクトな状態で互いに結合することができる。この実施形態では、ピニオン23は、ピニオンの下方に位置しかつ端子34を介して電力を供給されるサーボモーター31によって駆動される。サーボモーター31に起因して、本発明によるデバイスでは、ホーム位置が、所望に応じて選択されることができ、これが、油圧ドライブに優る主要な利点とみなされる。昇降手段20は、回転コラム17の下方にかつそれと同軸に配置され、回転コラム17を上昇及び下降させる昇降シリンダー32を備える。このために、昇降シリンダー32は、対応する流体ライン33を介して圧縮流体を供給される。こうして、(圧縮流体等のための)昇降シリンダー32の流体ライン33は、機械ベッド内に又は機械ベッド2の下方に下方向経長い距離変位されることができ、これは、流体ライン33を接続することをより容易にする。その理由は、通常、工作機械10の上側領域に比べて工作機械10のこの領域において、この目的のために利用可能な空間が多いからである。
図5に示す実施形態では、ピニオン23の長さLは、回転コラム17の最大昇降高さHより大きい。こうして、ピニオン23は、回転コラム17の上昇及び下降中にスパーギア22とスムーズに動作可能な接続状態にある。図5に示すステージでは、スパーギア22は、ピニオン23の一番上の部分と動作可能な接続状態にある(この位置は、交換手段15がパレット7、8に係合することを可能にするために利用され得る)。回転コラム17がこのステージから最大限降下した場合、スパーギア22は、参照符号35で示すように、ピニオン23の一番下の部分と動作可能な接続状態にある(この位置は、交換手段15がパレット7、8を解除するように、また、把持位置とホーム位置との間で交換手段15を回転させるために利用され得る)。そのため、上昇又は下降の任意のステージにおいて回転コラム17を回転コラム17の縦軸Aの回りに回転させることが可能であり、これは、パレットサイズが異なっても、交換デバイス15の非常に柔軟な作業を可能にする。或いは、回転ドライブ手段19は、昇降手段20が回転コラム17とともに上下に移動するように、昇降手段20に結合されることができる。この場合、ピニオン23の長さは、より小さいとすることができる。この実施形態では、回転ドライブ手段19及び昇降手段20は、パレット交換デバイスが搭載される機械ベッドの下方に位置する。
回転コラム17は、有利には、上側部分50及び下側部分51を備え、スパーギア22は、下側部分51内で回転コラム17に固定され、回転コラム17の上側部分50の直径D50は、回転コラム17の下側部分51の(一定でない)直径D51より大きい。こうして、一方で、重量が節約され(回転コラムの下側部分の直径D51がより小さいため、回転コラム17のこの部分は、回転コラム17の上側部分D50と比べて、単位長さについて軽い)、他方で、回転コラム17の十分に精密な案内が保証され得る(上側領域50の回転コラム17の大きな直径D50は、X−Y方向にほとんど遊びがない(回転コラム17の上側領域50の機械的剛性が高い)状態でZ方向への回転コラム17の精密な案内を可能にする)。
有利には、回転コラム17の上側部分50の直径D50は、スパーギア22の直径D22より小さく作られ、回転コラム17の上側部分50を案内するための案内構造53は、回転コラム17が最大昇降位置に位置するか又は最大昇降位置より僅かに上に位置すると
きにスパーギア22の上側面55が突き当たる(又は、当たっている間、スパーギア22自体が難なく回転できるように、スパーギア22に取付けられた摺動層が突き当たる)停止部54を備える。こうして、最大昇降境界を機械的に画定することができ、結果として、昇降デバイス20の電子制御システムを簡略化することができる。適切な衝撃センサー(図示せず)を、停止部54上に設けることができ、スパーギア22の衝撃を検出する。最大昇降境界が偶発的に超えられないことが更に保証される。さらに、回転コラム17が最小昇降位置にあるか又は最小昇降位置より僅かに下方にあるときにスパーギア22の下側面57(又は、スパーギア22に取付けられた摺動層)が突き当たる停止部56を設けることができる。衝撃センサーは、この場合も設けることができる。
図6〜図9は、図4及び図5に示すパレット交換デバイス40が工作機械にどのように統合され得るかを例によって示す。図6〜図9に示す工作機械10は、本発明による実施形態によるパレット交換デバイス40と、第1のパレット7を受取るための旋回円形テーブル6と、第2のパレット8(交換用パレット)を受取るためのパレット担持台12と、旋回円形テーブル6及びパレット担持台12がそれに沿って互いに対して変位可能である案内レール3とを備える。旋回円形テーブル6及びパレット担持台12は、特に、(図6、図7、図8、及び図9に示す)交換位置内に変位可能であり、交換位置では、把持位置(図6、図7、及び図8を参照のこと)において交換手段15が第1のパレット7及び第2のパレット8に係合できるように、旋回円形テーブル6とパレット担持台との間の距離が設定される。図7は、第1のパレット7及び第2のパレット8に係合する前の交換位置の交換手段15を示し(このステージでは、交換手段15は、第1のパレット7の下方でかつ第2のパレット8内に回転し得る)、図6は、第1のパレット7及び第2のパレット8への係合中の交換位置の交換手段15を示す。第1のパレット7及び第2のパレット8への係合を達成するために、図7に示すステージから始まって、昇降手段20は、回転コラム17が上に移動するように制御される(図6)。その後、回転ドライブ手段19が、交換手段15が軸Aの回りに(180度にわたって)回転するように作動される。その後、昇降手段20は、回転コラム17が下に移動するように制御され、結果として、パレット7、8は、ターンテーブル6及びパレット担持台12上に(もう一回りして)戻るように(図7と同様に)設置される。
図6及び図7は、回転ドライブモーター19が、機械ベッド2の平面の下方に位置決めされることを示す。機械ベッド2は、機械テーブルの前端部に接続されるパレット担持台ハウジング39によって担持される。
図8及び図9に示すように、本発明の一実施形態によれば、交換手段15は、縦部材24を備え、縦部材24は、作業平面18内で延在し、かつ、回転コラム17の縦軸Aの回りに回転コラム17を回転させることによって作業平面18内で回転可能であり、第1の接続部材(爪部材26)は、第1のパレット7を把持するために縦部材24の第1の端部25上に配置され、かつ、作業平面18内で第1の方向Y1に縦部材24から離れるように延在し、第2の接続部材(爪部材28)は、第2のパレット8を把持するために縦部材24の第2の端部27上に配置され、かつ、作業平面18内で第1の方向Y1と反対である第2の方向Y2に縦部材24から離れるように延在する。縦部材24の幅30に対する縦部材24の長さ29の比は、好ましくは、3.5〜1.5の範囲内である。この比から得られる交換手段15の形状は、以下で述べるように、円形テーブル6が交換位置にあるときでも、パレット交換デバイス40のパレット担持台12に関して円形テーブル6を自由に回転させる可能性に更に寄与する。
円形テーブル6の最大の可動性を保証するために、この実施形態では、交換手段15は、交換位置(把持位置)(図8を参照のこと)であって、縦部材24が第1の(X方向にほぼ平行な)配向をとり、また、第1の爪部材26が第1のパレット7に係合することが
でき、かつ、第2の爪部材28が第2のパレット8に係合することができる、交換位置と、ホーム位置(図9を参照のこと)であって、縦部材24が第1の配向に垂直な(Y方向にほぼ平行な)第2の配向をとり、第1の爪部材26及び第2の爪部材28がそれぞれのパレット7、8を解除する、ホーム位置との間で交互に移動可能である。このために、交換手段15は、昇降手段20によって、図5の位置22から下に最初に変位される。最も低い位置に達した後(図5を参照のこと)、縦部材24は、その後、ホーム位置になるように90度にわたって回転する。これは、特に、回転コラム及び昇降コラムが互いに結合し、トランスミッションを含むドライブ手段がパレット交換デバイスの作業空間の外に配置されるため可能である。この場合、図9を見てわかるように、円形テーブル6の運動の最大自由度が、ホーム位置において保証される。図9において、円形テーブル6は、交換手段15と衝突することなく、交換位置においてX−Z平面内で旋回する。そのため、交換手段15は、有利には、各パレット交換プロセス後にホーム位置内に変位されることができ、その直後に、旋回円形テーブル6上での被加工物の機械加工が、この目的のために旋回円形テーブル6を水平に変位させる必要なく開始することができる。
図6〜図9に開示される実施形態では、回転ドライブ手段19及び昇降手段20は、機械ベッド2の上側平面の下方に位置する。或いは、回転ドライブ手段19及び昇降手段20はまた、機械ベッド2の側面に配置されることができる。さらに、図6〜9に開示される実施形態では、パレット交換デバイス40は、機械ベッド2に強固に接続される。或いは、しかし、パレット交換デバイス40は、機械ベッド上の案内レールに沿って変位可能であるように配置され得る。
図10及び図11を見てわかるように、第1の接続部材(爪部材)26及び第2の接続部材(爪部材)28は、有利には、それぞれ、第1の方向X1又は第2の方向X2に沿ってそれぞれ縦部材24の対応する端部25、27から離れるように延在する第1の部分60を備え、また、それぞれ、縦部材24の縦方向に(少なくとも実質的に)平行に延在する方向Y1、Y2に対応する第1の部分60に隣接するとともにこの第1の部分60から離れるように延在する第2の部分61を備える(これに関して、方向は、図8(交換位置)と対照的に縦部材24のホーム位置に関連する)。第1の接続部材26の第2の部分61は第1のパレット7に係合するように形成されることができ、第2の接続部材28の第2の部分61’は第2のパレット8に係合するように形成されることができる(また、その逆も同様である)。このタイプの交換手段15の構成の利点は、本発明による工作機械10の説明に関連して以下で述べられる。
例えば、旋回円形テーブル6及びパレット担持台12は、第1のパレット6の中心Z1及び第2のパレット8の中心Z2がそれぞれ、回転コラム17の回転軸Aに交差し、かつ、旋回円形テーブル6の変位方向Xに平行に延在する軸AAから等距離に位置決めされる。これは、Y方向に関して工作機械10の縁部領域にパレット担持台12を設けることを可能にし、旋回円形テーブル6用の利用可能な作業空間を最大にし、また、パレット担持台12に対する人のアクセスを簡略化する。
このタイプの場合、交換手段15の上述した構成は、回転コラム17の回転軸Aに対して第1のパレット7及び第2のパレット8のそれぞれのオフセットがあっても、接続部材26、28の第2の部分61、61’がそれぞれ、被加工物テーブル6の変位方向Xに平行な第1のパレット6/第2のパレット8に常に係合するため特に有利であり、また、これは、特に、接続部材26、28の第2の部分61、61’が係合する第1のパレット6/第2のパレット8の対応する係合メカニズム62(図9を参照のこと)が、パレット6、8の中心Z1、Z2に対してパレット6、8の縁部に中心的に配置される場合、静力学の理由から特に好都合である。
縦部材24は、旋回円形テーブル6が縦部材24のホーム位置に旋回すると、旋回ターンテーブル6の下側面63と、第1の接続部材26と第2の接続部材28との間に位置決めされる縦部材24の領域64との間の最小距離Dminが、第1の接続部材26の第1の部分61の第1の端部65と第2の端部66との間の距離Dより小さいか、又は、第2の接続部材28についての対応する距離より小さくなるように構成することができる。換言すれば、旋回ターンテーブル6の下側面63は、1つの領域67であって、旋回ターンテーブル6が旋回するときに第1の接続部材26と第2の接続部材28との間の縦部材24の領域64に対向する、1つの領域では、旋回ターンテーブル6の下側面63の他の領域と比べて低くしてもよい。その理由は、交換手段15の領域68に比べて、第1の接続部材26又は第2の接続部材28が縦部材24から旋回ターンテーブル6に向かって突出するこの領域64において、旋回するために利用可能な空間が多くなるためである。
交換手段15のプロファイルは、旋回円形テーブル6の旋回中に、交換手段15の側方プロファイルの少なくとも一部が、縦部材24がホーム位置にあるときで、かつ、旋回円形テーブル6の下側面63と、第1の接続部材26と第2の接続部材28との間の縦部材24の領域64内の縦部材24との間の距離が最小(すなわち、Dminに対応する)であるときに、旋回ターンテーブル6の下側面63のプロファイルに実質的に対応するように構成することができる。換言すれば、旋回円形テーブル6の下側面63は、旋回円形テーブル6の旋回中に、旋回円形テーブル6と交換手段15との間の空間69が最適に利用される(旋回円形テーブル6で満たされる)ように、交換手段の側方プロファイルに適切に適合する。
昇降手段20は、交換手段15の真下の領域において回転コラム17を案内する案内構造70を備えることができ、案内構造70は、案内構造70が、交換手段15に向く端部から始まって、旋回円形テーブル6に向かって下に幅広になるように、斜角を付けられるか又は旋回円形テーブル6に向く面上に凹所71を備え、旋回ターンテーブル6は、旋回中に、斜角が付いた領域又は凹所71を通って移動することができる。こうして、他の面のどの面にも斜角付け/凹所が全く設けられないため、旋回するための更なる空間が、回転コラム17の案内の品質を案内構造70が大幅に損ねることなく、旋回円形テーブル6にとって利用可能にされることができ、また、これは、高品質な案内70にとって十分である。
パレット担持台12が同様に旋回ターンテーブルの形態である場合、上記が、この場合にも同様に当てはまる。

Claims (21)

  1. 工作機械上のパレットを交換するためのパレット交換デバイス(40)であって、
    該パレット交換デバイス(40)をパレット(7、8)に取外し可能に接続するための接続部材(26、28)を備える交換手段(15)と、
    接続部材(14a、14b)を備える前記交換手段(15)を、作業平面(18)内で回転させるための回転ドライブ手段(19)と、
    作業空間(21)内で前記交換手段(15)及び前記作業平面(18)を上昇及び下降させるための昇降手段(20)と、を備える、パレット交換デバイス(40)において、
    前記回転ドライブ手段(19)は、前記作業空間(21)の外に配置されることを特徴とする、パレット交換デバイス。
  2. 請求項1に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記回転ドライブ手段(19)及び前記昇降手段(20)の少なくとも一部は、前記作業空間(21)の下方に搭載されることを特徴とする、パレット交換デバイス。
  3. 請求項1又は2に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記昇降手段(20)は、前記交換手段(15)に回転可能に係合し、前記回転ドライブ手段(19)は、前記昇降手段(20)を回転させることを特徴とする、パレット交換デバイス。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記昇降手段(20)は、回転コラム(17)を備え、該回転コラム(17)の外にスパーギア(22)が取付けられ、前記回転ドライブ手段(19)は、ピニオン(23)を備え、該ピニオン(23)は、該ピニオン(23)が前記回転ドライブ手段(19)によって回転されると、前記スパーホイール(22)が回転することで、前記回転コラム(17)が、該回転コラム(17)の縦軸(A)の回りに回転するように、前記スパーギア(22)に動作可能に接続されることを特徴とする、パレット交換デバイス。
  5. 請求項4に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記昇降手段(20)は、加圧用媒体シリンダー(32)を備え、該加圧用媒体シリンダー(32)は、前記回転コラム(17)の下方にあり、かつ、前記回転コラム(17)と同軸に配向することを特徴とする、パレット交換デバイス。
  6. 請求項4又は5に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記ピニオン(23)は、全ての昇降位置において前記スパーギア(22)に係合することを特徴とする、パレット交換デバイス。
  7. 請求項4〜6のいずれか1項に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記ピニオン(23)の長さ(L)は、前記回転コラム(17)の最大昇降高さ(H)より大きいことを特徴とする、パレット交換デバイス。
  8. 請求項4〜7のいずれか1項に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記回転コラム(17)は、上側部分(50)及び下側部分(51)を備え、前記スパーギア(22)は、前記下側部分(51)内で前記回転コラム(17)に固定され、前記回転コラム(17)の前記上側部分(50)の直径(D50)は、前記回転コラム(17)の前記下側部分(51)の直径(D51)より大きいことを特徴とする、パレット交換デバイス。
  9. 請求項8に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記回転コラム(17)の前記上側部分(50)の前記直径(D50)は、前記スパーギア(22)の直径(D22)より小さく作られ、前記回転コラム(17)の前記上側部分(50)を案内するための案内構造(53)は、前記回転コラム(17)が最大昇降位置に位置するか又は前記最大昇降位置より僅かに上方に位置するときに前記スパーギア(22)の上側面(55)が突き当たる停止部(54)を備えることを特徴とする、パレット交換デバイス。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記回転ドライブ手段(19)は、サーボモーター(34)を備え、該サーボモーター(34)の縦軸は、前記回転コラムに平行に配置されることを特徴とする、パレット交換デバイス。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記交換手段(15)は、縦部材(24)を備え、該縦部材(24)は、前記作業平面(18)内で延在し、かつ、前記回転コラム(17)の縦軸(A)の回りに前記作業平面(18)内で回転可能であり、第1の接続部材(26)は、第1のパレット(7)を把持するために前記縦部材(24)の第1の端部(25)上に配置され、かつ、前記作業平面(18)内で第1の方向(Y1)に前記縦部材(24)から離れるように延在し、第2の接続部材(28)は、第2のパレット(8)を把持するために前記縦部材(24)の第2の端部(27)上に配置され、かつ、前記作業平面(18)内で前記第1の方向(Y1)と反対である第2の方向(Y2)に前記縦部材(24)から離れるように延在することを特徴とする、パレット交換デバイス。
  12. 請求項11に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記交換手段(15)は、交換位置であって、前記縦部材(24)が第1の配向をとり、また、前記第1の接続部材(26)が前記第1のパレット(7)に係合することができ、かつ、前記第2の接続部材(28)が前記第2のパレット(8)に係合することができる、交換位置と、ホーム位置であって、前記縦部材(24)が前記第1の配向に対する垂直軸の回りに回転した第2の配向をとる、ホーム位置との間で交互に移動可能であることを特徴とする、パレット交換デバイス。
  13. 請求項12に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記交換手段(15)は、前記縦部材(24)が前記交換位置から前記ホーム位置になるように回転する前又は回転した後に、Z方向に前記交換位置から前記昇降手段によって降下されるようにセットアップされる、パレット交換デバイス。
  14. 請求項11〜13のいずれか1項に記載のパレット交換デバイス(40)であって、
    前記第1の接続部材(26)及び前記第2の接続部材(28)は、それぞれ、前記第1の方向(Y1)又は前記第2の方向(Y2)にそれぞれ前記縦部材(24)から離れるように延在する第1の部分(60)を備えると共に、それぞれ、前記対応する第1の部分(60)に隣接し、かつ、前記縦部材(24)の縦方向に少なくとも実質的に平行に延在する方向に該対応する第1の部分(60)から離れるように延在する第2の部分(61)を備え、前記第1の接続部材(26)の前記第2の部分(61)は前記第1のパレット(7)に係合するように形成され、前記第2の接続部材(28)の前記第2の部分(61’)は前記第2のパレット(8)に係合するように形成される、パレット交換デバイス。
  15. 工作機械(10)であって、
    第1のパレット(7)を担持する被加工物テーブル(6)と、交換用パレット(8)を受取るためのパレット担持台(12)と、を備える請求項1〜14のいずれか1項に記載のパレット交換デバイス(40)とを備える、工作機械。
  16. 請求項15に記載の工作機械(10)であって、
    前記被加工物テーブルは旋回円形テーブル(6)の形態であり、
    前記旋回円形テーブル(6)及び前記パレット担持台(12)は、交換位置になるように互いに対して変位されることができ、前記旋回円形テーブル(6)と前記パレット担持台(12)との間の距離は、前記交換手段(15)が前記第1のパレット(7)及び前記第2のパレット(8)に係合できるように調整され、
    前記交換手段(15)、前記旋回円形テーブル、及び前記パレットは、前記第1のパレット(7)及び/又は前記交換用パレット(8)が、前記交換手段(15)が前記ホーム位置に位置するときに、前記交換手段(15)に当たることなく、回転及び/又は旋回できるように寸法決め及び位置決めされる、工作機械。
  17. 請求項16に記載の工作機械(10)であって、
    前記第1のパレット(7)の中心(Z1)及び前記第2のパレット(8)の中心(Z2)はそれぞれ、軸(AA)から等距離に位置し、該軸(AA)は、前記回転コラム(17)の回転軸(A)に交差し、かつ、前記被加工物テーブル(6)の変位方向(X)に平行に延在する、工作機械。
  18. 請求項16又は17に記載の工作機械(10)であって、
    前記縦部材(24)は、前記旋回円形テーブル(6)が前記縦部材(24)の前記ホーム位置に旋回すると、前記旋回ターンテーブル(6)の下側面(63)と、前記第1の接続部材(26)と前記第2の接続部材(28)との間の領域(64)内の前記縦部材(24)と、の間の最小距離(Dmin)が、前記第1の接続部材(26)の前記第1の部分の第1の端部(65)と第2の端部(66)との間の距離(D)より小さいか、又は、前記第2の接続部材(28)の前記第1の部分の第1の端部と第2の端部との間の距離より小さくなるように構成される、工作機械。
  19. 請求項18に記載の工作機械(10)であって、
    前記交換手段(15)のプロファイルは、前記旋回円形テーブル(6)の旋回中に、前記交換手段(15)の側方プロファイルの少なくとも一部が、前記縦部材(24)が前記ホーム位置にあるときで、かつ、前記旋回円形テーブル(6)の前記下側面(63)と、前記第1の接続部材(26)と前記第2の接続部材(28)との間の前記縦部材(24)の領域内の前記縦部材(24)と、の間の距離が最小(Dmin)であるときに、前記旋回ターンテーブル(6)の前記下側面(63)のプロファイルに実質的に対応するように構成される、工作機械。
  20. 請求項16〜19のいずれか1項に記載の工作機械(10)であって、
    前記昇降手段(20)は、前記交換手段(15)の真下の領域に前記回転コラム(17)を案内する案内構造(70)を備え、前記案内構造(70)は、前記案内構造(70)が、前記交換手段(15)に向く端部から始まって、前記旋回円形テーブル(6)に向かって下に幅広になるように、斜角を付けられるか又は前記旋回円形テーブル(6)に向く面上に凹所(71)を備え、前記旋回ターンテーブル(6)は、旋回中に、前記斜角が付いた領域又は前記凹所(71)を通って移動することができる、工作機械。
  21. 請求項15から20のいずれか1項に記載の工作機械であって、
    機械ベッド(2)を備え、
    前記案内レール(3)は前記機械ベッド(2)上に配置され、前記回転ドライブ手段(19)及び前記昇降手段(20)は、前記機械ベッドの側方に、及び/又は、前記機械ベッド(2)の平面の下方に配置される、工作機械。
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