JP2014065132A - 工作機械およびそれに使用される切削加工機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークに対する工具の角度を変更する場合におけるワーク保持部の移動ストロークが小さくて済む工作機械を提供する。
【解決手段】 工作機械は、ワークＷを保持するワーク保持部と、このワーク保持部により保持されたワークＷに対して切削加工を施す切削加工機構２２とを備える。切削加工機構２２は、上面が水平面状の支持部２８ａを有し、この支持部２８ａの少なくとも一側方に開放空間Ｅが広がるように配置されたフレーム２３と、このフレーム２３の支持部２８ａの上に、開放空間Ｅに中心Ｏが位置する円弧軌跡Ｋに沿って旋回自在に支持され、刃部Ｔ２ａａが開放空間Ｅに突出するように工具Ｔ２を保持する工具保持体７とを備える。
【選択図】 図４

Description

この発明は、ミリング加工を行うターニングセンタ等の工作機械、およびそれに使用される切削加工機構に関する。

例えば、ワークを保持するワーク主軸ヘッドが水平に設けられた工作機械の場合、ミリング加工用の回転工具を保持する工具主軸ヘッドが垂直方向の旋回中心回りに回動自在に設けられていて、ワーク主軸ヘッドに保持されたワークに対して回転工具の角度を任意に定めることができるようになっている。現行の工作機械は、ギヤ機構による駆動またはダイレクトモータによる駆動により、図１１のように、工具主軸ヘッド７を重心付近に設けた旋回中心Ｏ´回りに旋回させている。

ワーク主軸ヘッドが垂直に設けられた工作機械では、工具を保持する主軸頭が工具部分を旋回中心にして旋回可能な構成のものがある（例えば特許文献１）。

特許第３９３９６０４号公報

上記現行の工作機械のように、工具主軸ヘッド７の旋回中心Ｏ´が重心付近に設けられていると、工具主軸ヘッド７を旋回させるとき、図１１に鎖線で示すように、回転工具Ｔ２の刃先が円弧軌跡を描いて大きく移動する。よって、工具主軸ヘッド７を旋回させて回転工具Ｔ２の角度を変更する場合、回転工具Ｔ２の刃先の変位分だけワーク主軸ヘッド５を左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｚ軸方向）に移動させて、ワークＷと回転工具Ｔ２の位置関係を調整しなければならない。現行機械のように刃先の変位が大きいと、ワーク主軸ヘッド５の移動ストロークも大きくなり、加工能率の向上が制限される。

この発明の目的は、ワークに対する工具の角度を変更する場合における工具主軸ヘッド等のワーク保持部の移動ストロークが小さくて済む工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、ワークに対して切削加工を施す切削加工機構を、工具の角度変更の精度が良く、安価に製作可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、前記切削加工機構に設けられる進退動作伝達機構を、比較的簡素でありながら、進退動作の伝達を確実に実現できるものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、ワークに対する工具の角度を変更する場合におけるワーク保持部の移動ストロークが小さくて済む切削加工機構を提供することである。

この発明の工作機械は、ワークを保持するワーク保持部と、このワーク保持部により保持されたワークに対して切削加工を施す切削加工機構とを備える。前記切削加工機構は、上面が水平面状の支持部を有し、この支持部の少なくとも一側方に開放空間が広がるように配置されたフレームと、このフレームの前記支持部の上に、前記開放空間に中心が位置する円弧軌跡に沿って旋回自在に支持され、刃部が前記開放空間に突出するように工具を保持する工具保持体とを備える。

この構成であると、ワーク保持部により保持されたワークに対して、切削加工機構に設けられた工具により切削加工を行う。工具は刃部が開放空間に突出するように工具保持体に保持されているため、切削加工により発生した切屑を切削加工機構および他の機械部分と干渉させずに円滑に排出させることが可能である。

ワークに対する工具の角度変更は、開放空間に中心が位置する円弧軌跡に沿って工具保持体を旋回させることにより行う。このようにして工具の角度を変更すると、変更前と変更後とで工具の刃部の位置はほとんど変わらない。そのため、工具の角度変更に伴うワーク保持部の移動ストロークが小さくて済み、加工能率を向上させることができる。

この発明において、前記切削加工機構は、前記支持部に設置され前記工具保持体を前記円弧軌跡に沿って案内する互いに同心で曲率半径が異なる二つの円弧ガイドと、前記工具保持体を前記円弧軌跡に沿って旋回させる旋回駆動機構とを備えた構成としてもよい。その場合、前記旋回駆動機構は、前記フレームに設けられたねじ軸、およびこのねじ軸に螺合するナットからなるボールねじ機構と、前記ねじ軸を回転させる回転駆動源と、前記ナットの軸方向の移動を伝達するが軸方向と直交する方向の動作を自在として、前記工具保持体の前記円弧軌跡に沿う方向の移動を可能とする進退動作伝達機構とを有し、前記進退動作伝達機構により前記工具保持体に対して力を与える力点が、前記工具保持体が前記円弧軌跡のいずれにある場合でも平面視で前記二つの円弧ガイドの間に位置するのがよい。

このように、二つの円弧ガイドにより工具保持体を円弧軌跡に沿って案内し、ボールねじ機構を用いた旋回駆動機構により工具保持体を円弧軌跡に沿って旋回させると、工具の角度変更の精度が良い。例えば、ウォームとウォームホイール等のギヤを用いた旋回駆動機構により工具保持体を旋回駆動するのは、ギヤのバックラッシにより角度変更の精度に悪影響が出る。ローラを用いた旋回駆動機構の場合は、角度変更の精度を高く保つことができるが、構成部品が高価であるという問題がある。

前記力点の位置を上記のように定めることにより、ボールねじ機構による駆動力が工具保持体に効率良く伝達され、工具保持体がガタつきの少ないスムーズな動作を行なうことができる。

上記構成の切削加工機構において、前記ボールねじ機構を前記支持部の下方に配置する場合、前記進退動作伝達機構は、例えば、前記ナットの上面に設けられ前記ねじ軸の軸心と直交する方向に延びる直線ガイドと、前記工具保持体に固定され、前記支持部における前記二つの円弧ガイドの間に設けられた上下方向の貫通孔を通って下方に延びる垂下部材と、この垂下部材の下端に設けられ、前記直線ガイドに対して溝の長さ方向に摺動自在かつ鉛直軸心回りの角度姿勢を変更可能なスライド部材とを有する構成とするのがよい。

この場合、ねじ軸に沿ってナットが直線運動するのに伴い、ナットの上面に設けられた直線ガイドに沿ってスライド部材が摺動することで、工具保持体がねじ軸と直交する方向に動作し、かつ上記直線ガイドに対してスライド部材が鉛直軸心回りの角度姿勢を変更することで、工具保持体の角度姿勢も変更する。これにより、工具保持体の前記円弧軌跡に沿う方向の移動を可能となる。この進退動作伝達機構の構成は、比較的簡素でありながら、進退動作の伝達を確実に実現できる。

この発明の切削加工機構は、上面が水平面状の支持部を有し、この支持部の少なくとも一側方に開放空間が広がるように配置されたフレームと、このフレームの前記支持部の上に、前記開放空間に中心が位置する円弧軌跡に沿って旋回自在に支持され、刃部が前記開放空間に突出するように工具を保持する工具保持体とを備える。

この構成の切削加工機構は、ワークに対する工具の角度変更は、開放空間に中心が位置する円弧軌跡に沿って工具保持体を旋回させることにより行う。このようにして工具の角度を変更すると、変更前と変更後とで工具の刃部の位置はほとんど変わらない。そのため、工具の角度変更に伴うワーク保持部の移動ストロークが小さくて済み、加工能率を向上させることができる。

この発明の工作機械は、ワークを保持するワーク保持部と、このワーク保持部により保持されたワークに対して切削加工を施す切削加工機構とを備え、前記切削加工機構は、上面が水平面状の支持部を有し、この支持部の少なくとも一側方に開放空間が広がるように配置されたフレームと、このフレームの前記支持部の上に、前記開放空間に中心が位置する円弧軌跡に沿って旋回自在に支持され、刃部が前記開放空間に突出するように工具を保持する工具保持体とを備えるため、ワークに対する工具の角度を変更する場合におけるワーク保持部の移動ストロークが小さくて済む。

前記切削加工機構は、前記支持部に設置され前記工具保持体を前記円弧軌跡に沿って案内する互いに同心で曲率半径が異なる二つの円弧ガイドと、前記工具保持体を前記円弧軌跡に沿って旋回させる旋回駆動機構とを備え、前記旋回駆動機構は、前記フレームに設けられたねじ軸、およびこのねじ軸に螺合するナットからなるボールねじ機構と、前記ねじ軸を回転させる回転駆動源と、前記ナットの軸方向の移動を伝達するが軸方向と直交する方向の動作を自在として、前記工具保持体の前記円弧軌跡に沿う方向の移動を可能とする進退動作伝達機構とを有し、前記進退動作伝達機構により前記工具保持体に対して力を与える力点が、前記工具保持体が前記円弧軌跡のいずれにある場合でも平面視で前記二つの円弧ガイドの間に位置する場合は、切削加工機構を、工具の角度変更の精度が良く、安価に製作可能とすることができる。

前記ボールねじ機構は前記支持部の下方に配置され、前記進退動作伝達機構は、前記ナットの上面に設けられ前記ねじ軸の軸心と直交する方向に延びる直線ガイドと、前記工具保持体に固定され、前記支持部における前記二つの円弧ガイドの間に設けられた上下方向の貫通孔を通って下方に延びる垂下部材と、この垂下部材の下端に設けられ、前記直線ガイドに対して溝の長さ方向に摺動自在かつ鉛直軸心回りの角度姿勢を変更可能なスライド部材とを有する場合は、進退動作伝達機構が、比較的簡素でありながら、進退動作の伝達を確実に実現できる。

この発明の切削加工機構は、上面が水平面状の支持部を有し、この支持部の少なくとも一側方に開放空間が広がるように配置されたフレームと、このフレームの前記支持部の上に、前記開放空間に中心が位置する円弧軌跡に沿って旋回自在に支持され、刃部が前記開放空間に突出するように工具を保持する工具保持体とを備えるため、ワークに対する工具の角度を変更する場合におけるワーク保持部の移動ストロークが小さくて済む。

この発明の一実施形態にかかる工作機械を備えた工作機械システムの全体正面図である。 同工作機械システムの要部の斜視図である。 同工作機械の切削加工機構の一部を破断して表わした斜視図である。 同切削加工機構の平面図である。 同切削加工機構の旋回駆動機構の破断側面図である。 同旋回駆動機構の一部の平面図である。 同切削加工機構の工具主軸ヘッドの旋回動作を示す説明図である。 同工作機械システムの工具マガジンおよびローダを示す側面図である。 図８の部分拡大図である。 異なる旋回駆動機構の一部の平面図である。 従来の工作機械の工具保持体の旋回動作を示す説明図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１は、この発明の一実施形態にかかる工作機械１と、この工作機械１にワークＷを搬入出するローダ２と、ワークＷの向きを反転させるワーク反転装置３とを組み合わせた工作機械システムを示す。

図１および図２に示すように、工作機械１はターニングセンタであり、ワークＷを保持するワーク主軸ヘッド５と、このワーク主軸ヘッド５に保持されたワークＷに対してバイト等の非回転工具Ｔ１により旋削加工を施す刃物台６と、前記ワーク主軸ヘッド５に保持されたワークＷに対してドリル、ミリングカッタ等の回転工具Ｔ２により切削加工を施す工具主軸ヘッド７と、この工具主軸ヘッド７に着脱自在に取り付けられる複数の待機用の回転工具Ｔ２を保持する工具マガジン８とを備える。ワーク主軸ヘッド５は請求項で言うワーク保持部のことであり、工具主軸ヘッド７は同じく工具保持体のことである。

ワーク主軸ヘッド５は、軸心（Ｃ軸）Ｃ１が前後を向き、ワークＷを把持するチャック１０ａを前端に有するワーク主軸１０と、このワーク主軸１０を回転自在に支持する主軸台１１とでなる。ワーク主軸１０は、サーボモータ等の回転駆動源（図示せず）により回転させられ、任意の回転位相で停止可能である。前記主軸台１１は、左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能である。具体的には、ベッド１２に設置したＸ軸レール１３に沿ってＸ軸移動台１４が移動自在に設けられ、このＸ軸移動台１４に設置したＺ軸レール１５に沿ってＺ軸移動台１６が移動自在に設けられ、このＺ軸移動台１６の上に主軸台１１が設置されている。そして、Ｘ軸駆動機構（図示せず）およびＺ軸駆動機構（図示せず）により、Ｘ軸移動体１４およびＺ軸移動台１６をそれぞれ駆動させる。Ｘ軸駆動機構およびＺ軸駆動機構は、例えばサーボモータ等の回転駆動源と、この回転軸駆動源の回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構等の運動変更機構とからなる。

刃物台６はタレット式であり、ベッド１２に固定の刃物台支持台１７に対して左右方向の軸心回りに回転自在に設置され、外周に取り付けた複数の非回転工具Ｔ１のうち任意の一つが切削位置Ｓに割り出される。刃物台６には主にバイト等の非回転工具Ｔ１が取り付けられるが、刃物台６の外周の一部に回転工具Ｔ２を取り付けてもよい。前記切削位置Ｓの下方は、ベッド１２の上面に形成された切屑受け用の凹部１２ａ（図１、図２）となっている。

工具主軸ヘッド７は、水平に支持された回転自在な工具主軸１９（図５）を内部に有し、この工具主軸１９の前記ワーク主軸ヘッド５側の端部にコレットチャック等のチャック２０（図２）が設けられている。回転工具Ｔ２は、工具刃体Ｔ２ａ（図５）をホルダＴ２ｂ（図５）により保持したものであり、前記チャック２０にホルダＴ２ｂのシャンク部Ｔ２ｂａを把持させることにより、工具刃体Ｔ２ａが工具主軸１９と一体に回転可能に連結される。工具主軸１９は、回転駆動源２１により回転させられる。

上記工具主軸ヘッド７は、切削加工機構２２の一構成要素を成す。切削加工機構２２は、工具主軸ヘッド７と、この工具主軸ヘッド７を間接的に支持するフレーム２３と、工具主軸ヘッド７を定められた円弧軌跡Ｋ（図４）に沿って旋回させる旋回駆動機構２５と、工具主軸ヘッド７を昇降させる昇降機構２６とで構成される。

図３および図４に示すように、フレーム２３は、ベッド１２（図１、図２）上に固定して設置された固定フレーム２７と、この固定フレーム２７に設けた昇降ガイド２７ａに沿って昇降自在に支持された昇降フレーム２８とからなる。昇降フレーム２８は、上面が水平面状の支持部２８ａを有し、この支持部２８ａの少なくとも一側方に開放空間Ｅ（図４）が広がるように配置されている。すなわち、支持部２８ａは平面形状が略Ｌ字形で、この支持部２８ａのＬ字の内側部分となる側方が開放空間Ｅとなっている。開放空間Ｅは、特に説明した物のほかに器物が存在しない空間を言う。この例では、ワーク主軸ヘッド５のチャック１０ａ、このチャック１０ａに把持されたワークＷ、工具主軸ヘッド７、およびこの工具主軸ヘッド７に取り付けられた回転工具Ｔ２以外が存在しない空間を指す。開放空間Ｅの下方は、前記切屑受け用の凹部１２ａである。

図４および図５に示すように、前記支持部２８ａの上面には、前記円弧軌跡Ｋと平行かつ互いに同心で曲率半径が異なる二つの凸条の円弧ガイド３０，３１が設けられている。これら円弧ガイド３０，３１の円弧中心、言い換えると円弧軌跡Ｋの中心Ｏ（図４）は、前記開放空間Ｅ内に位置している。円弧軌跡Ｋの中心Ｏから見て円弧軌跡Ｋの始端Ｋａは前方に位置し、かつ円弧軌跡Ｋの終端Ｋｂは右側方に位置し、中心Ｏから見た始端Ｋａと終端Ｋｂ間の位相角は９０°である。そして、
各円弧ガイド３０，３１により、旋回台３２が円弧軌跡Ｋに沿って旋回自在に支持されている。

前記旋回駆動機構２５は、ワークＷに対する回転工具Ｔ２の平面角度を変更するための機構であり、前記円弧ガイド３０，３１、ボールねじ機構３５、回転駆動源３６、進退動作伝達機構３７、およびその他で構成される。ボールねじ機構３５は、前記円弧軌跡Ｋの始端Ｋａと終端Ｋｂを結ぶ直線と略平行に、前記支持部２８ａの下方で昇降フレーム２８に設けられたねじ軸３５ａと、このねじ軸３５ａに螺合するナット３５ｂとからなる。ナット３５ｂ自体、またはこのナット３５ｂと一体に設けられた部材にスプライン孔（図示せず）が形成され、このスプライン孔に、ねじ軸３５ａと平行に設けたスプライン軸３８が嵌合することで、ナット３５ｂが軸方向に案内されている。回転駆動源３６は、例えばサーボモータからなり、タイミングベルト装置３９等を介してねじ軸３５ａを回転させる。進退動作伝達機構３７は、前記ナット３５ｂの軸方向の移動を伝達するが軸方向と直交する方向の動作を自在として、工具保持体である工具主軸ヘッド７の円弧軌跡Ｋに沿う方向の移動を可能とする機構である。

図５および図６に示すように、進退動作伝達機構３７は、具体的には、ナット３５ｂの上面に設けられねじ軸３５ａと直交する方向に延びる溝状の直線ガイド４１と、旋回台３２に固定された垂下部材４２の下端に設けられ、前記直線ガイド４１に対して溝の長さ方向に摺動自在かつ鉛直軸心回りの角度姿勢を変更可能なスライド部材４３とを有する。垂下部材４２は、前記支持部２８ａにおける二つの円弧ガイド３０，３１の間に設けられた上下方向の貫通孔４４を通って下方に延びている。スライド部材４３は、例えば転がり軸受からなる。スライド部材４３は、転がり軸受でなくてもよく、また平面形状が円形でなくてもよい。要は、直線ガイド４１に対する上記動作のうち鉛直軸心回りの角度姿勢の変更に関しては、円弧軌跡Ｋの移動に伴う角度姿勢の変更を許容することが可能であればよく、図１０のように、スライド部材４３における直線ガイド４１のガイド面との接触面の形状を楕円形状等としてもよい。また、直線ガイド４１をＬＭガイドとし、このＬＭガイドによりスライド部材４３を案内するようにしてもよい。

回転駆動源３６によりねじ軸３５ａを回転させると、ナット３５ｂがねじ軸３５ａに沿って移動する。ナット３５ｂは、円弧軌跡Ｋに沿う移動が可能な旋回台３２に、進退動作伝達機構３７を介して連結されている。進退動作伝達機構３７は、直線ガイド４１に対してスライド部材４３が溝の長さ方向に摺動することで、旋回台３２および工具主軸ヘッド７をねじ軸３５ａと直交する方向に動作させ、かつ直線ガイド４１に対してスライド部材４３が鉛直軸心回りの角度姿勢を変更することで、旋回台３２および工具主軸ヘッド７の平面角度を変更する。これにより、ナット３５ｂの直線に沿う進退動作を、旋回台３２および工具主軸ヘッド７に対して、円弧軌跡Ｋに沿う進退動作として伝達する。この進退動作伝達機構３７の構成は、比較的簡素でありながら、進退動作の伝達を確実に実現できる。

この切削加工機構２２では、進退動作伝達機構３７により工具主軸ヘッド７（この実施形態では旋回台３２）に対して力を与える力点、すなわち工具主軸ヘッド７（旋回台３２）に対する垂下部材４２の結合箇所が、工具主軸ヘッド７が円弧軌跡Ｋのいずれにある場合でも平面視で二つの円弧ガイド３０，３１の間で、工具主軸ヘッド７の近傍に位置するように設計されている。

昇降機構２６は、固定フレーム２７に対して昇降フレーム２８を昇降させることで、工具主軸ヘッド７を昇降させる。具体的には、図２および図３に示すように、ボールねじ機構４５を用いた構成である。すなわち、固定フレーム２７の上部にサーボモータ等の回転駆動源４６を設け、この回転駆動源４６によりボールねじ機構４５の上下方向を向くねじ軸４５ａを回転させる。ボールねじ機構４５のナット４５ｂは昇降フレーム２８に固定されており、ねじ軸４５ａが回転することで昇降フレーム２８が昇降する。

図２および図８に示すように、工具マガジン８は、水平に対して工具主軸ヘッド７側が上向きになるように傾斜した旋回中心Ｃ２回りに旋回自在な工具保持本体部５０の外周部に、複数の待機用の回転工具Ｔ２をそれぞれ保持可能な複数の工具保持体５１を設けてなる。この実施形態では、前記旋回中心Ｃ２は、ワーク主軸１０の軸心Ｃ１を含む鉛直な面と平行である。工具マガジン８の各工具保持体５１には主に回転工具Ｔ２が取り付けられるが、場合によっては非回転工具Ｔ１を取り付けてもよい。

前記各工具保持体５１は、前記旋回中心Ｃ２に対する半径方向の外側が開口した凹状であり、ばね等を用いて回転工具Ｔ２を弾性的に保持する。割出装置５２により工具保持本体部５０を旋回させて、各工具保持体５１に保持されている複数の待機用の回転工具Ｔ２のうちの任意の一つを工具交換位置Ｐへ割り出す。工具交換位置Ｐは、工具主軸ヘッド７と工具マガジン８との間で回転工具Ｔ２の交換を行うための位置であり、この位置では回転工具Ｔ２が水平姿勢となる。言い換えると、工具交換位置Ｐで回転工具Ｔ２が水平姿勢となるように、各工具保持体５１に保持された各回転工具Ｔ２の中心軸が前記旋回中心Ｃ２に対して傾いている。

工具マガジン８は、工作機械１の上部に配置されており、マガジン案内手段５３により工具交換位置Ｐに位置する回転工具Ｔ２の中心軸と平行すなわち前後に進退自在に案内され、位置切換手段５４により前方の交換時位置Ｑ１（実線で示す）と後方の待機時位置Ｑ２（鎖線で示す）との間で位置切換される。この実施形態では、マガジン案内手段５３は、左右水平フレーム５５に吊り下げ状態で固定された左右の支持部材５６にそれぞれ前後一対の案内部材５３ａに設け、工具マガジン８が取り付けられたマガジン取付フレーム５７の左右側面に前後レール５３ｂをそれぞれ設置し、前記案内部材５３ａで前記前後レール５３ｂを摺動自在に吊り下げ保持した構成である。また、位置切換手段５４は、前記マガジン取付フレーム５７に設置した位置切換モータ５４ａの駆動で支持部材５６に対してマガジン取付フレーム５７を前後に進退させる構成である。

工具主軸ヘッド７と工具マガジン８との間での回転工具Ｔ２の交換は、次のように行われる。まず、工具マガジン８の空の工具保持部５１を工具交換位置Ｐに割り出し、その状態で、工具マガジン８を交換時位置Ｑ１まで前進させる。次に、工具主軸ヘッド７を円弧軌跡Ｋの始端Ｋａ（図４）に位置させて前後を向く姿勢とした後、昇降装置２６により昇降範囲の上端に位置させる。これにより、工具主軸ヘッド７に保持されている回転工具Ｔ２が、工具マガジン８の工具交換位置Ｐに位置する工具保持部５１に嵌り込んで、同工具保持部５１に保持される。図８はこのときの状態を示す。工具保持部５１が回転工具Ｔ２を保持した後、工具主軸ヘッド７はチャック２０を開いて回転工具Ｔ２を解放する。

次に、工具マガジン８が待機時位置Ｑ２まで後退し、工具保持本体部５０を旋回中心Ｃ２回りに回転させて、次回使用する回転工具Ｔ２を工具交換位置Ｐ２に割り出す。その後、工具マガジン８が交換時位置Ｑ１まで前進する。それにより、次回使用する回転工具Ｔ２が工具主軸ヘッド７のチャック２０に挿入され、チャック２０が回転工具Ｔ２を把持する。その状態で工具主軸ヘッド７が下降することにより、回転工具Ｔ２が工具保持部５１から外れる。

図２および図８に示すように、ローダ２は、工作機械１の左右両側に設置された素材供給部および製品搬出部（図示せず）と、工作機械１のワーク主軸ヘッド５と、ワーク反転装置３との間でワークＷの受け渡しをする。この実施形態のローダ２はガントリ式であり、レール６１上を左右に走行する走行体６２と、この走行体６２に対し前後に進退自在な前後進退台６３と、この前後進退台６３に対して昇降自在な昇降ロッド６４と、この昇降ロッド６４の下端に設けられたローダヘッド６５とを備える。レール６１は、前記左右水平フレーム５５の上に設置されている。

ローダヘッド６５は、下端に下向き姿勢および横向き姿勢の２つのローダチャック６６Ａ，６６Ｂを有する。これら２つのローダチャックチャック６６Ａ，６６Ｂは、ローダヘッド６５の固定部６５ａに対して傾斜軸心６７回りに回動自在な回転部６５ｂに設置されており、回転部６５ｂを１８０°回転させることで、互いの姿勢が切換えられる。

ローダ２は、昇降ロッド６４を昇降範囲の上部に上昇させた状態で左右に走行させる。そのとき、ローダヘッド６５が図８の部分拡大図である図９に示す位置を通過するように、工具マガジン８とローダ２の位置、大きさの関係が定められている。すなわち、ローダヘッド６５の少なくとも一部が、工具マガジン８の傾斜した旋回中心Ｃ２を含む鉛直面内における、工具マガジン８の上端８ａと下端８ｂとを結ぶ傾斜直線Ｌ１と、前記上端８ａを通る水平な直線Ｌ２と、前記下端８ｂを通る鉛直方向の直線Ｌ３とで囲まれる三角形状の領域６８を通過する。

ワーク反転装置３は、図１に示すように、左右水平フレーム５５に取り付けられて、ワーク主軸ヘッド５の上方に配置されている。ワーク反転装置３は、左右横並びの２つの反転用チャック７１Ａ，７１Ｂを有する。これら反転用チャック７１Ａ，７１Ｂは、共に前向きの姿勢（図示の姿勢）と互いに向き合う姿勢（図示せず）とに姿勢を切り換えられる。また、片方の反転用チャック７１Ａは、左右方向ガイド７２に沿って移動自在である。

ワークＷの反転動作は、次のように行われる。すなわち、ワーク主軸ヘッド５に保持されたワークＷに対して非回転工具Ｔ１または回転工具Ｔ２により一端が加工されると、そのワークＷをローダ２の横向き姿勢のローダチャック６６Ｂが把持してワーク反転装置３まで搬送し、反転用チャック７１Ａに渡す。反転用チャック７１ＡがワークＷを受け取ると、各反転用チャック７１Ａ，７１Ｂが互いに向き合う姿勢に切り換わる。次いで、反転用チャック７１Ｂが反転用チャック７１Ａの方へ移動して、ワークＷの加工済み端を把持する。反転用チャック７１Ｂが元の位置に戻ってから、反転用チャック７１ＡがワークＷの未加工端を解放する。次いで、各反転用チャック７１Ａ，７１Ｂが共に前向きの姿勢に切り換わる。これら一連の動作により、ワークＷが表裏反転される。その後、表裏反転されたワークＷは、ローダ２によりワーク主軸ヘッド５に戻される。

この工作機械システムは、ローダ２により工作機械１のワーク主軸ヘッド５に素材ワークＷが搬入され、その素材ワークＷに対して、刃物台６の非回転工具Ｔ１により旋削加工を施すか、または工具主軸ヘッド７の回転工具Ｔ２によりミリング加工等の切削加工を施す。旋削加工に際しては、刃物台６の複数の非回転工具Ｔ１の中から加工内容に合った一つの非回転工具Ｔ１が割り出される。また、ミリング加工等の切削加工に際しては、加工内容に合わせて、工具マガジン８に保持されている複数の待機用の回転工具Ｔ２のうち任意の一つが工具主軸ヘッド７に取り付けられる。

ワークＷに対する回転工具Ｔ２の角度変更は、開放空間Ｅに中心Ｏが位置する円弧軌跡Ｋに沿って工具保持体である工具主軸ヘッド７を旋回させることにより行う。このように回転工具Ｔ２の角度を変更すると、図７に示すように、変更前と変更後とで回転工具Ｔ２の刃部Ｔ２ａａの位置はほとんど変わらない。そのため、回転工具Ｔ２の角度変更に伴うワーク保持部であるワーク主軸ヘッド５の移動ストロークが小さくて済み、加工能率を向上させることができる。

詳しくは、二つの円弧ガイド３０，３１により工具主軸ヘッド７を円弧軌跡Ｋに沿って案内し、ボールねじ機構３５を用いた旋回駆動機構２５により工具主軸ヘッド７を円弧軌跡Ｋに沿って旋回させるようにしたため、回転工具Ｔ２の角度変更の精度が良い。例えば、ウォームとウォームホイール等のギヤを用いた旋回駆動機構により工具主軸ヘッド７を旋回駆動するのは、ギヤのバックラッシにより角度変更の精度に悪影響が出る。ローラを用いた旋回駆動機構の場合は、角度変更の精度を高く保つことができるが、構成部品が高価であるという問題がある。

また、進退動作伝達機構３７により工具主軸ヘッド７（この実施形態では旋回台３２）に対して力を与える力点が、工具主軸ヘッド７が円弧軌跡Ｋのいずれにある場合でも平面視で二つの円弧ガイド３０，３１の間で、工具主軸ヘッド７の近傍に位置している。これにより、ボールねじ機構３５による駆動力が工具主軸ヘッド７に効率良く伝達され、工具主軸ヘッド７がガタつきの少ないスムーズな動作を行なうことができる。

非回転工具Ｔ１および回転工具Ｔ２はその先端が前記切屑受け用の凹部１２ａの上方に突出するように刃物台６および工具主軸ヘッド７にそれぞれ保持されているため、加工により発生した切屑が切削加工機構２２および他の機械部分と干渉せずに円滑に排出され、前記凹部１２ａに落下する。そして、この凹部１２ａの下方に設置した切屑排出コンベア等の切屑排出手段８０により、切屑が工作機械１の外部へ排出される。

ワークＷの両端を共に加工する場合は、一端の加工が終了後、ワーク反転装置３によりワークＷを反転させて、他端の加工を行う。すべての加工が終了すると、ローダ２によりワーク主軸ヘッド５の加工済みワークＷを搬出する。

先に説明したように、工具マガジン８は、工具保持本体部５０の旋回中心Ｃ２が水平に対して工具主軸ヘッド７側が上向きになるように傾斜している。そして、ワークＷの搬入出時、ローダヘッド６５が図８に示す位置を通過するように、ローダ２が走行する。上記のように工具マガジン８を傾斜させたことにより、工作機械１の全高を低く抑えることが可能である。また、上記のようにローダ２を走行させることで、工具マガジン８とローダ２との干渉を避けつつ、ローダ２を機械上部のなるべく低い高さ位置にコンパクトに配置することができる。それにより、ワーク主軸ヘッド５とのワークＷの受渡し時、ワーク供給部からのワーク取上げ時、およびワーク搬出部へのワーク搬出時におけるローダヘッド６５の昇降距離が短くなり、作業効率が向上する。

また、工具マガジン８とローダ２が干渉しないので、工具主軸ヘッド７と工具マガジン８との間で回転工具Ｔ２を交換中にもローダ２を走行させることができる。工具マガジン８が工具主軸ヘッド７に対して近づく動作および離れる動作を行うことで、工具主軸ヘッド７と工具マガジン８とが工具交換を行なうため、この工具交換動作をローダ２の動作と独立させて行うことができる。

さらに、工具主軸ヘッド７は昇降可能で、昇降可能範囲の下部において回転工具Ｔ２によりワークＷに対して切削加工を行い、昇降可能範囲の上部において工具マガジン８との間で回転工具Ｔ２の交換を行う。これにより、工具主軸ヘッド７が、ワークＷに対する切削加工、および工具マガジン８との回転工具Ｔ２の交換を効率良く行える。

この工作機械１に設けられている切削加工機構２２の構成は、ターニングセンタ以外の工作機械にも適用することができる。

１…工作機械
２…ローダ
５…ワーク主軸ヘッド（ワーク保持部）
７…工具主軸ヘッド（工具保持体）
８…工具マガジン
１０…ワーク主軸
１９…工具主軸
２２…切削加工機構
２３…フレーム
２４…進退機構
２５…旋回駆動機構
２７…固定フレーム
２８…昇降フレーム
２８ａ…支持部
３０，３１…円弧ガイド
３５…ボールねじ機構
３５ａ…ねじ軸
３５ｂ…ナット
３６…回転駆動源
３７…進退動作伝達機構
４１…直線ガイド
４２…垂下部材
４３…スライド部材
Ｅ…開放空間
Ｋ…円弧軌跡
Ｏ…中心
Ｔ１…非回転工具
Ｔ２…回転工具
Ｔ２ａａ…刃部
Ｗ…ワーク

Claims (4)

1. ワークを保持するワーク保持部と、このワーク保持部により保持されたワークに対して切削加工を施す切削加工機構とを備え、
   前記切削加工機構は、上面が水平面状の支持部を有し、この支持部の少なくとも一側方に開放空間が広がるように配置されたフレームと、このフレームの前記支持部の上に、前記開放空間に中心が位置する円弧軌跡に沿って旋回自在に支持され、刃部が前記開放空間に突出するように工具を保持する工具保持体とを備えた工作機械。
2. 前記切削加工機構は、前記支持部に設置され前記工具保持体を前記円弧軌跡に沿って案内する互いに同心で曲率半径が異なる二つの円弧ガイドと、前記工具保持体を前記円弧軌跡に沿って旋回させる旋回駆動機構とを備え、
   前記旋回駆動機構は、前記フレームに設けられたねじ軸、およびこのねじ軸に螺合するナットからなるボールねじ機構と、前記ねじ軸を回転させる回転駆動源と、前記ナットの軸方向の移動を伝達するが軸方向と直交する方向の動作を自在として、前記工具保持体の前記円弧軌跡に沿う方向の移動を可能とする進退動作伝達機構とを有し、
   前記進退動作伝達機構により前記工具保持体に対して力を与える力点が、前記工具保持体が前記円弧軌跡のいずれにある場合でも平面視で前記二つの円弧ガイドの間に位置する請求項１記載の工作機械。
3. 前記ボールねじ機構は前記支持部の下方に配置され、前記進退動作伝達機構は、前記ナットの上面に設けられ前記ねじ軸の軸心と直交する方向に延びる直線ガイドと、前記工具保持体に固定され、前記支持部における前記二つの円弧ガイドの間に設けられた上下方向の貫通孔を通って下方に延びる垂下部材と、この垂下部材の下端に設けられ、前記直線ガイドに対して溝の長さ方向に摺動自在かつ鉛直軸心回りの角度姿勢を変更可能なスライド部材とを有する請求項２記載の工作機械。
4. 上面が水平面状の支持部を有し、この支持部の少なくとも一側方に開放空間が広がるように配置されたフレームと、このフレームの前記支持部の上に、前記開放空間に中心が位置する円弧軌跡に沿って旋回自在に支持され、刃部が前記開放空間に突出するように工具を保持する工具保持体とを備えた切削加工機構。

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