JP2559648B2 - 工作機械における工作物の反転方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作機械における工
作物、治具等の反転方法及びその装置に関する。更に詳
しくは、２つの主軸を有する工作機械において、加工中
の工作物、治具等を反転する必要があるときに反転する
ための工作機械における工作物の反転方法及びその装置
に関する。

【０００２】

【従来技術】旋盤で丸棒の工作物をチャック加工すると
き、一面を加工後反転させて裏面を加工している。同様
に、マシニングセンタでプレート状のパレットに搭載さ
れた角物工作物の６面を加工するとき反転、旋回させな
ければならない。しかし、パレットに取付けられている
側の加工面は、加工できないので結局一旦工作機械から
パレットを取り外した後、パレットから工作物を取り出
して反転させてパレットに取付ける作業が必要である。

【０００３】一方、本発明者等は、一回の段取りで可能
な限り１台の加工機械で多工程の加工を終了させる複数
の加工要素を持つ加工システムを提案した（特開平５−
８１３６号）。この加工システムは、１回の段取りで多
工程の加工を行う関係からこの加工システムから工作物
又は工作物がとりつけられたパレット等の治具を取り外
すことなく反転、旋回を行う必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記した
背景で発明されたものであり、次の目的を達成するもの
である。

【０００５】この発明の目的は、工作機械から工作物、
パレット等の治具を取り外すことなく反転、旋回を行う
ための工作機械における工作物の反転方法及びその装置
具装置を提供することにある。

【０００６】この発明の他の目的は、一回の段取りで多
工程の加工ができる加工システムに最適な、工作物、治
具等の反転、旋回を行うための工作機械における工作物
の反転方法及びその装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に次の手段を採用する。

【０００８】

【０００９】第１の手段は、主に工作物（Ｗ）を把持し
て回転駆動される主軸（５７，６３）が設けられた主軸
台（８）と、前記主軸台（８）と対向して配置され、前
記工作物（Ｗ）を加工するための工具タレット（２９）
又は前記工作物（Ｗ）を固定する治具（１７０）が着脱
自在に装着される主軸頭（２７）と、前記工作物（Ｗ）
及び前記工具タレット（２９）が着脱可能で、前記工作
物（Ｗ）及び工具タレット（２９）を搬送し、前記主軸
台（８）又は前記主軸頭（２７）に前記工作物（Ｗ）又
は前記工具タレット（２９）を供給するための工作物及
び工具タレット・マガジン（４０）とからなる工作機械
において、前記主軸台（８）と前記工作物及び工具タレ
ット・マガジン（４０）とを対向させて接近し、前記主
軸台（８）に把持された前記工作物（Ｗ）又は前記治具
（１７０）を前記工作物及び工具タレット・マガジン
（４０）が受けとる工程と、前記工作物及び工具タレッ
ト・マガジン（４０）と前記主軸頭（２７）とを対向さ
せて、前記工作物及び工具タレット・マガジン（４０）
に把持されている前記工作物（Ｗ）又は前記治具（１７
０）を前記主軸頭（２７）が受けとる工程と、前記主軸
頭（２７）と主軸台（８）とを対向させて、前記工作物
（Ｗ）又は前記治具（１７０）を前記主軸台（８）が受
けとる工程と、からなることを特徴とする工作機械にお
ける工作物の反転方法である。

【００１０】前記工作物（Ｗ）又は前記治具（１７０）
を把持するための手段は、磁気力により把持する磁気チ
ャックを用いると良い。

【００１１】前記第１の手段は次の装置で実現する。

【００１２】主に工作物（Ｗ）を把持して回転駆動され
る主軸（５７，６３）が設けられた主軸台（８）と、前
記主軸（５７，６３）に設けられ、前記工作物（Ｗ）又
は治具（１７０）を把持するための第１チャック手段
（７０）と、前記主軸台（８）と対向して配置され、前
記工作物（Ｗ）を加工するための工具タレット（２９）
又は前記工作物（Ｗ）を固定する前記治具（１７０）が
着脱自在に装着される主軸頭（２７）と、前記主軸頭
（２７）に設けられ、前記工作物（Ｗ）又は前記治具
（１７０）を把持するための第２チャック手段（２０
７）と、前記工作物（Ｗ）及び前記工具タレット（２
９）が着脱可能で、前記工作物（Ｗ）及び前記工具タレ
ット（２９）を搬送し、前記主軸台（８）又は前記主軸
頭（２７）に前記工作物（Ｗ）又は前記工具タレット
（２９）を供給するための工作物及び工具タレット・マ
ガジン（４０）と、前記工作物及び工具タレット・マガ
ジン（４０）に設けられ、前記工作物（Ｗ）又は前記治
具（１７０）を把持するための第３チャック手段（２０
６）と、からなることを特徴とする工作機械における工
作物の反転装置である。

【００１３】前記第１，２，３チャック手段（７０，２
０７，２０６）が磁気チャックであるとより効果的であ
る。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【作 用】主軸台８の磁気チャック７０に固定された角
物工作物Ｗを自動的に反転するために、まず、主軸台８
を工作物及び工具タレット・マガジン４０の方向に９０
度旋回させて互いに向かい合わせる。両者を接近させ
て、工作物Ｗを工作物及び工具タレット・マガジン４０
の磁気チャック２０６側に移す。工作物及び工具タレッ
ト・マガジン４０は、９０度旋回してコラム２５に設け
られた主軸頭２７と対峙する。

【００１７】主軸頭２７の磁気チャック２０７は、磁気
タレット２０６から工作物Ｗを受け取る。主軸頭２７
は、工作物Ｗを保持した状態で移動し主軸台８に向かい
合う。この間、主軸台８は主軸頭２７に向かい合うよう
に旋回させておく。そして再び磁気チャック２０７か
ら、主軸台８の磁気チャック７０に工作物Ｗを移して、
反転動作は完了する。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面にしたがって
説明する。図１は、複数の加工要素を持つ加工システム
の外観を示す図である。ベッド１は、機械の本体を構成
する台であり、平面がほぼ矩形である。ベッド１の両サ
イドには、加工液、切粉などを排除するときの樋２が一
体に形成されている。ベッド１上には、２本の直線のガ
イドレールには第１案内面３，３が形成されている。第
１案内面３の側面には、ラック４が固定されている。

【００１９】第１案内面３，３上には、送り台５が移動
自在に設けられている。送り台５の下面には、ナットが
固定されておりこのナットに送りねじ６がねじ込まれて
いる。送りねじ６の一端には、Ｘ１サーボモータ（図示
せず）の出力軸が連結されている。Ｘ１サーボモータの
回転駆動により、送り台５は第１案内面３，３上を移動
される。送り台５の上部には、主軸台８が設けられてい
る。主軸台８はＸ１方向と直角な方向、すなわちＹ１軸
線の回りに回転および割出位置決めができる。この回転
及び割出し位置決めのための駆動は、ウォーム及びウォ
ームホイールを介してＹ１サーボモータ９により行う
（図３参照）。

【００２０】主軸台８には、主軸が軸受により回転自在
に支持されている。主軸の前面側の端面部には、チャッ
ク１１が取り付けられている。チャック１１は工作物を
把持するためのものである。ただし、主軸前端面には、
工作物把持用のチャック１１だけでなく、後述する工具
タレット２９及び磁気チュック７０による角形工作物な
ども装着できる。主軸は、主軸台８内に埋め込んだビル
トインモータにより高速及び低速に回転駆動される。

【００２１】一方、前記ベッド１上には、第１案内面
３，３と平行なＸ２方向に２本の第２案内面２０，２０
が形成されている。第２案内面２０，２０上には、第２
送り台２１が移動自在に設けられている。第２案内面２
０，２０に沿ってＸ２送りねじ１９が配置されている。
Ｘ２送りねじ１９は、第２送り台２１の下面に設けたナ
ット１７にねじ込まれている。Ｘ２送りねじ１９の一端
は、Ｘ２サーボモータ１８の出力軸に連結されている。
結局、Ｘ２サーボモータ１８を回転させることにより、
第２送り台２１は第２案内面２０上を移動する。

【００２２】第２送り台２１には、２本の第３案内面２
２，２２を有する案内レールが第２案内面２０，２０と
直角な方向に取り付けられている。第３案内面２２，２
２上には、第３送り台２３が移動自在に設けられてい
る。第３送り台２３は、送りねじを介してＺ２サーボモ
ータ２４により移動される。更に、第３送り台２３上に
は、コラム２５が一体に設けられている。コラム２５の
前面には、第４案内面２６，２６が形成されている。

【００２３】第４案内面２６，２６には、主軸頭２７が
上下動自在に設けられている。主軸頭２７は、Ｙ２サー
ボモータ２８により上下動自在に駆動される。主軸頭２
７内には、主軸が回転自在に支持され設けられている。
主軸の前面側の主軸端には、工具タレット２９が取り付
けられている。工具タレット２９の外周には、複数の工
具Ｔが取り付けられている。この主軸前端の構造は、後
述する主軸台８の構造と同一であり、ここでは説明しな
い。この工具タレット２９は、後記するように主軸より
回転動力を取り出して、工具タレット２９に取り付けた
回転工具を回転させるものである。また、工具タレット
２９の本体は、カービックカップリング構造により主軸
受の前端面に位置決め固定できるものである。

【００２４】タレット２９に取り付けられた工具Ｔは、
チャック１１に把持した工作物を加工する。ベッド１に
は、更に高さの違う２本の案内面３１ａ，３１ｂが形成
されている（図２参照）。この両案内面３１ａ，３１ｂ
上にテイルストック３２が移動自在に設けられている。
テイルストック３２は、センタを使用して工作物の一端
を支える台である。更に、心押軸を回転駆動および回転
割出用のサーボモータ３３を備えている。したがって、
心押軸のヘッド３４に工作物把持用のチャック１１、工
具タレット２９も取り付けることができる。

【００２５】工作物及び工具タレット・マガジン４０ 第１案内面３，３上には、第４移動台４１が移動自在に
設けられている。第４移動台４１上には、サーボモータ
４２が搭載されているとおり、その出力軸に設けたピニ
オンが案内レールのラック４に噛み合っている。第４移
動台４１は、第１案内面３，３上をサーボモータ４２に
より駆動されて移動する。したがって、サーボモータ４
２を回すことで第４移動台４１は、案内面３，３上を移
動される。

【００２６】第４移動台４１上には、工作物及び工具タ
レット・マガジン４０が搭載されている。第４移動台４
１には、工作物及び工具タレット・マガジン４０を割出
しするためのサーボモータ４４が取り付けられている。
第４移動台４１上のタレット台４３上には、マガジン本
体４６が割出し可能に設けられている。マガジン本体４
６は、８角形であり、その外周面に工具タレット２９を
取り付けるためのタレットソケット４７が外周の４か所
に設けられている。マガジン本体４６の上部には、工作
物Ｗを把持し、搭載するための工作物把持台が設けられ
ている。したがって、工作物及び工具タレット・マガジ
ン４０は、工具タレット２９の搬送と共に工作物の搬送
も行う。

【００２７】図６は、図２のVI-VI 線で切断した第４移
動台４１の断面図である。割出用サーボモータ４４の出
力軸には、ウォーム８０が設けられている。ウォーム・
ホイール８１に噛み合っているウォーム・ホイール８１
は、マガジン本体４６に固定されている。したがって、
割出用サーボモータ４４を回転させることによってウォ
ーム８０は回転され、ウォーム・ホイール８１は割出し
回転させられる。ウォーム・ホイール８１の回転により
マガジン本体４６は、所望の角度に割出しされる。この
割出しにより、工具タレット２９を必要な角度位置に割
出す。第４移動台４１上には、サーボモータ４２が搭載
されこの出力軸には、ピニオン８２が連結されている。
ピニオン８２は、ラック４に噛み合っている。

【００２８】ベッド１の隣には、レーザ加工機５０が設
置されている。レーザ加工機４９は、焼入れ、切断、溶
接などを行うためのものである。このレーザ加工機４９
の構造は周知である。レーザ発振ヘッド５０は、サーボ
モータにより３軸線方向に移動されて位置決めされ工作
物の必要な位置にレーザ加工を行う。これらの駆動機構
は、周知であり、ここでは詳記しない。

【００２９】主軸台８ 図３は、主軸台４及び第１送り台３の切断断面図であ
り、図４は図３のIV−IV線の切断断面図である。主軸台
本体５１は、立方体状の形をしたものである。主軸台本
体５１の下面には、割出軸５２が一体に取り付けられて
いる。割出軸５２は軸受５３により回転自在に第１送り
台５に支持されている。割出軸５２には、ウォームホイ
ール５４が固定されている。ウォームホイール５４は、
ウォーム５５に噛み合っている。ウォーム５５は、軸５
６を介してサーボモータ９により割出し回転される。

【００３０】主軸台本体５１内には、低速回転のための
低速主軸５７が軸受５８に支持されている。低速主軸５
７の外周には、ウォームホイール５９が固定されてい
る。ウォームホイール５９は、ウォーム７２に噛み合っ
ている。ウォームホイール５９は、軸６０を介して低速
用モータ６１により回転駆動される。低速主軸５７の前
端面には、環状のカービックカップリング６２が形成さ
れている。カービックカップリング６２は、工具タレッ
ト２９（図７，８参照）又は工作物チャック等を取り付
けるためのものである。

【００３１】低速主軸５７でかつカービックカップリン
グ６２の外周には、環状の磁気チャック７０が設けられ
ている。磁気チャック７０は、角形の工作物又は異形の
工作物固定用の治具を吸着固定するためのものである。

【００３２】低速主軸５７と同軸で中心には、高速回転
のための高速主軸６３が軸受６４により回転自在に支持
されている。高速主軸６３の前面には、テーパ穴６５が
形成されている。高速主軸６３の後端には、ＡＣモータ
のモータ・ロータ６６が一体固定されている。更に高速
主軸６３には、回転円盤７１が取り付けられている。回
転円盤７１は、エンコーダを構成する部品であり、高速
主軸６３の回転数、回転方向、回転角を検出するもので
ある。このエンコーダの詳細な構造は周知であり、その
説明は省略する。

【００３３】モータ・ロータ６６の外周でかつ主軸台本
体５１には、モータ・ステータ６７が一体に固定されて
いる。モータ・ロータ６６とモータ・ステータ６７は、
ＡＣモータを構成する。モータ・ロータ６６は、希望の
角度位置に割出しするための割出用モータ（図示せず）
を備えている。

【００３４】モータ・ステータ６７内のコイルはその内
部抵抗により発熱する。このためモータ・ステータ６７
の外周の主軸台本体５１には、螺旋状の溝であるオイル
ジャケット６８が形成されている。オイルジャケット６
８には、冷凍装置で冷却された冷却油が流されており、
モータ・ステータ６７を冷却する。高速主軸６３の最後
部には、アンクランプシリンダ６９が設けられている。
アンクランプシリンダ６９は、低速主軸６３のテーパ穴
６５内に把持された工具をアンクランプするためのもの
である。なお、テーパ穴６５への工具の固定は、周知の
構造であるローレット、ドローバ、皿バネによって行う
（図示せず）。

【００３５】一方、低速主軸５７への工具タレットの取
付は、次のように行う。低速主軸５７の前端面には、環
状にカービックカップリング６２が形成されている。カ
ービックカップリング６２は、工具タレット２９に形成
されたカービックカップリング９３（図８）に噛み合っ
て工具タレット２９を低速主軸５７に固定するためのも
のである。

【００３６】工具タレット２９ 図７に示すものは、工具タレット２９の一部破断平面図
である。図８は図７のVIII-VIII 線の断面図である。工
具タレット２９は、放射状に複数のタップ９０、ドリル
９１など回転工具と、旋削工具９２等種々の工具を備え
ているタレット刃物台である。例えば、回転工具である
タップ９０は、タップチャック９３で把持されている。
タップチャック９３は、タップ軸９４の一端に設けられ
ており、タップ軸９４の他端には、かさ歯車９５がキー
止めされている。工具タレット本体８９は、平面６角形
状であり高さを持った本体である。

【００３７】６角の各辺には、タップ９０、ドリル９１
等の回転工具、旋削工具９２、工作物把持用のサブチャ
ック９６が取り付けられている。工具タレット２９は加
工時には、主軸頭２７又は主軸台８の前面に固定され
る。工具タレット本体８９の側面には、環状にカービッ
クカップリング９７が形成されている。このカービック
カップリング９７は、低速主軸５７の前端面に形成され
たカービックカップリング６２に噛み合って工具タレッ
ト２９を低速主軸５７に固定する。

【００３８】工具タレット本体８９の側面中央には、テ
ーパシャンク９８が回転自在に支持されている。テーパ
シャンク９８の一端には、かさ歯車９９がキー固定され
ている。かさ歯車９９はかさ歯車９５と噛み合ってい
る。テーパシャンク９８は、高速主軸６３のテーパ穴６
５に噛み合って工具タレット２９を固定する。工具タレ
ット本体８９の前面には、把持部８８が形成されてい
る。把持部８８は、工具タレット２９をタレットソケッ
ト４７に挿入して把持するためのものである。

【００３９】心押軸のヘッド３４ 図９、図１０は、テイルストック３２のヘッド３４の詳
細を示す図である。図９は、ヘッド３４の正面図であ
り、図１０は半断面図である。ヘッド３４内には、心押
軸１０１がベアリング１０２により支持されている。心
押軸１０１の前端には、心押軸１０１の一体にフランジ
１０３が一体に設けられている。フランジ１０３の前端
面には、カービックカップリング１０５が形成されてい
る。カービックカップリング１０５は、前記した工具タ
レット２９のカービックカップリング９７と噛み合うた
めのものであり、心押軸１０１に工具タレット２９又は
工作物のパレットを固定する。 また、心押軸１０１の
中心の前端面の中心には、テーパ穴１０５が形成されて
いる。テーパ穴１０５は、工具のシャンクなどを挿入し
クランプするためのものである。心押軸１０１の前端面
には、キー１０６が固定されている。キー１０６は工具
などを駆動するためのキーである。

【００４０】一方、フランジ１０３の背面には、わずか
な隙間をおいて摩擦パッド１０７が配置されている。摩
擦パッド１０７は、金属製であり摩擦の少ないすべり軸
受金属等から選択する。更に、ヘッド３４には、フラン
ジ状の変形部１０８を介して圧電アクチュエータ１０９
が配置されている。圧電アクチュエータ１０９は、本例
では結晶体の圧電セラミックス、すなわちジルコン酸チ
タン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた。ＰＺＴ系圧電セラミック
スは、印加電圧に対する歪みが大きいので有利である。

【００４１】更に、変形部１０８の外周には、テーパシ
ャンク１１０が設けられている。テーパシャンク１１０
は、工作物Ｗをクランプするアタッチメント等をクラン
プするときに用いる。スロッタ加工等軸方向運動のみに
て加工を行う際に、フランジ１０３に加えられるスラス
ト方向の力は、圧電アクチュエータ１０９の歪みにより
変形部１０８が前方に変形されて摩擦パット１０７を前
方によりせり出し、フランジ１０３を支持して直接主軸
ベアリングにかからないように保護される。

【００４２】工具・治具・工作物準備ステーション１２
０ 図１１、図１２、図１３、図１４は、工具・治具・工作
物準備ステーションを示す。図１１は全体の外観を示す
図であり、図１２は正面図であり、図１３は図１２のXI
II−XIII線で切断した平面図であり、図１４は右側面図
である。工具・治具・工作物準備ステーション１２０
は、ベッド１の側面に配置されている。

【００４３】この外観は、箱状の形をしたものであり、
内部の空間は２つの棚１２１で上、中、下段の３つの部
屋に仕切られている。下段部屋１２２は、洗浄ゾーン１
２５を隔離するためのシャッタドラム１２６が配置され
ている。シャッタドラム１２６のシャッタ１２７は、ロ
ーラ１２８、ガイド１２９に案内されて駆動モータ（図
示せず）により駆動されて洗浄ゾーン１２５を区画す
る。

【００４４】同様のシャッタドラム（図示せず）が、こ
のシャッタ１２７と直角方向にも配置され、洗浄ゾーン
１２５を区画している。洗浄ゾーン１２５からは、この
区画により切粉、洗浄液などが飛散することはない。洗
浄ゾーン１２５の下方には、角錐状の切屑落下孔１３０
が配置されている。切屑落下孔１３０の下方には、チッ
プコンベヤ１３１が配置されている。チップコンベヤ１
３１は、切屑落下孔１３０からの切屑などを外部に排出
するためのものである。

【００４５】中段部屋１２３には、工具タレットマガジ
ン１３２が配置されている。工具タレットマガジン１３
２は、移動台１３３上に４個の工具タレット２９を貯蔵
する。移動台１３３は、内蔵した割り出し駆動機構によ
り垂直軸を中心に割り出しでき、工具タレット２９の交
換時に割り出しする。更に、移動台１３３は、案内レー
ル１３４上を移動できる。案内レール１３４に沿って、
送りネジ１３５が配置されている。送りネジ１３５の一
端には、送りモータ１３６が連結され、かつ移動台１３
３に固定されたナットにねじ込まれている。送りモータ
１３６を回転駆動することにより、送りネジ１３５が回
転され、移動台１３３を案内レール１３４に沿って移動
させる。

【００４６】中段部屋１２３には、案内レール１３４と
直角方向に案内レール１３９が配置されている。案内レ
ール１３９上には、回転及び搬送装置１４０が移動自在
に設けられている。案内レール１３９に沿って、送りネ
ジ１４１が配置されている。送りネジ１４１の一端に
は、送りモータ１４２が連結され、かつ回転及び搬送装
置１４０に固定されたナットにねじ込まれている。送り
モータ１４２を回転駆動することにより、送りネジ１４
１が回転され、回転及び搬送装置１４０を案内レール１
３９に沿って移動させる。

【００４７】回転及び搬送装置１４０には、磁気チャッ
ク１４３が回転自在に設けられている。磁気チャック１
４３は、工作物治具Ｐを吸着し、かつ水平軸を中心に旋
回する。回転及び搬送装置１４０は、工作機械側の工作
物及び工具タレット・マガジン４０から工作物治具Ｐを
受け取る。この受け取りのとき、回転及び搬送装置１４
０は内蔵された割出装置により垂直軸を中心に旋回し、
磁気チャック１４３を工作機械側に向ける。

【００４８】受け取った工作物治具Ｐは、回転及び搬送
装置１４０の磁気チャック１４３で把持後、案内レール
１３９上を移動し洗浄ゾーン１２５に移動する。洗浄ゾ
ーン１２５で磁気チャック１４３は、水平軸を中心に旋
回し工作物治具Ｐを切屑落下孔１３０で旋回させ、圧縮
空気を噴射させながら切屑を払う。切屑落下孔１３０の
上方には、反転装置１４６が配置されている。

【００４９】反転装置１４６は、磁気チャック１４７を
有しており、磁気チャック１４７はシリンダ装置１４８
で上下及び旋回される。したがって、磁気チャック１４
７は、工作物治具１４４を必要に応じて旋回及び上下動
させる。中部屋１２３の奥には、工作物治具１４４を搬
送するための治具搬送装置１５０が案内レール１５１上
を移動自在に設けられている。

【００５０】案内レール１５１に沿って、送りネジ１５
２が配置されている。送りネジ１５２の一端には、送り
モータ１５３が連結され、かつ治具搬送装置１５０に固
定されたナットにねじ込まれている。送りモータ１５３
を回転駆動することにより、送りネジ１５２が回転さ
れ、治具搬送装置１５０を案内レール１５１に沿って移
動させる。

【００５１】治具搬送装置１５０は、洗浄ゾーン１２５
で工作物治具Ｐを磁気チャック１５４で受け取り、案内
レール１５１上を移動して治具搬送装置１５０に内蔵さ
れた割出装置により垂直軸を中心に旋回し、磁気チャッ
ク１５４を治具ストッカ１５５側に向けて所定の位置で
解放し貯蔵しておく（図３参照）。なお、治具ストッカ
１５５を多段式に配置してスペース効率を向上させても
良い。この場合は、治具搬送装置１５０に上下動の動き
ができる上下動駆動機構が必要である。

【００５２】上部屋１２４には、棒材搬送装置１６０が
配置されている。棒材搬送装置１６０は、棒材ストッカ
１６１から加工用の棒材Ｗを掴み工作機械に供給及び排
除するためのものである。案内レール１６２は、移動台
１６３を案内するものである。移動台１６３は、チェー
ン１６４に接続されている。チェーン１６４の両端は、
スプロケット１６５に噛み合っている。スプロケット１
６５は、駆動モータ１６７に駆動される。したがって、
駆動モータ１６７を回転させると、チェーン１６４が移
動し移動台１６３が案内レール１６２上を移動する。

【００５３】移動台１６３には、ハンド装置１６７が搭
載されている。ハンド装置１６７は、棒材Ｗを掴み、か
つ上下動と、旋回を行うことができる。これらの構造
は、周知の構造でありその詳細な説明は省略する。

【００５４】籠型パレット１７０ 図１５は、籠型パレット１７０の外観を示す図である。
このフレーム１７１は、立方体状の形をしており、断面
が角状のものである。フレーム１７１には、Ｌ字状のク
ランププレート１７２がボルト１７３で固定されてい
る。クランププレート１７２の前面には、環状のカービ
ックカップリング１７４が一体に設けられている。この
カービックカップリング１７４は、主軸台８のカービッ
クカップリング６２と噛み合って低速主軸５７に固定さ
れる。主軸頭２７にも同様に固定できる。

【００５５】図１９は、籠型パレット１７０の他の実施
例を示すものである。工作物によっては、Ｌ字状のクラ
ンププレート１７２では加工の邪魔になることがある。
この実施例は、フレーム１７１を挟んで２枚のクランプ
プレート１７２ａ，１７２ｂを対向して配置したもので
ある。

【００５６】ジャッキ１７５ 工作物Ｗは、このフレーム１７１の中に収容してジャッ
キ１７５で固定する。図１６は、この工作物に使用する
ジャッキ１７５の断面図である。フレーム１７１には、
ジャッキ固定穴１６９が形成されている。ジャッキ固定
穴１６９には、ジャッキ１７５の挿入部１７６を挿入す
るためのものである。挿入部１７６は、本体１７７が一
体にねじ込まれている。本体１７７には、中間軸１７８
がねじ込まれている。

【００５７】中間軸１７８には、ロードセル１７９が挿
入されビス１８０で固定されている。ロードセル１７９
は、ジャッキ１７５に付加される加圧力を測定するため
のものである。ロードセル１７９の出力は、出力端子１
８１を介してフレーム１７１からクランプ力確認装置１
８６（図１７参照）へ入力される。中間軸１７８には、
ボルト１８２がねじ込まれロックナット１８３で固定さ
れている。

【００５８】ボルト１８２には、ロッド１８４が摺動自
在に挿入されている。ロッド１８４の先端には、硬質ゴ
ムで作られたパッド１８５が固定されている。パッド１
８５は、工作物Ｗの表面に接触し、押圧するためのもの
である。ロッド１８５の外周で、パッド１８５とボルト
１８２との間には皿バネ１８６が介在されている。した
がって、ボルト１８２を延ばしてパッド１８５で工作物
Ｗの表面を押圧すると、皿バネ１８６が圧縮され、ロー
ドセル１７９が加圧され、ロードセル１７９からの出力
が変化し加圧力が検知できる。

【００５９】図１７は、籠型パレット１７０の内部にに
異形の工作物Ｗをジャッキ１７５で固定したときの固定
方法の一例を示す断面図である。ジャッキ１７５で工作
物Ｗを締め付けた反力の大きさは、ロードセル１７９で
検知され、この出力は籠型パレット１７０に設けた端子
１８６からクランプ力確認装置１８７に入力され確認さ
れる。このクランプ力の確認は、工作物Ｗを籠型パレッ
ト１７０に取り付けたとき行う。しかし、籠型パレット
１７０を主軸に取り付けて加工中にもこのクランプ力を
確認しても良い。

【００６０】図２０は、ジャッキ１７５の他の実施例を
示す外観図である。本体１７７と中間軸１７８との間
に、球１７８とこれが挿入された凹球面１７７ａを設け
たものである。したがって、本体１７７と、中間軸１７
８とが角度を有してもクランプできる。変形した工作物
のクランプに便利である。

【００６１】工作物取付剛性確認センサ１９０ 図１８は、工作物剛性確認センサ１９０の一部断面図で
ある。この工作物剛性確認センサ１９０は、工具主軸に
取り付けて、工作物Ｗが固定治具に確実にクランプされ
ているか否かチェック及び剛性を測定するためのもので
ある。ツールシャンク１９１は、工具主軸１９２に取り
付けて使用される。ツールシャンク１９１の前方のロッ
ド１９３内には、移動ロッド１９４が移動自在に設けら
れている。

【００６２】移動ロッド１９４の前端には、接触パッド
１９５が一体に設けられている。移動ロッド１９４の後
端には、ピストン１９６が一体に設けられている。接触
パッド１９５とロッド１９３との間には、皿バネ１９７
と、ロードセル１９８が介在されている。したがって、
接触パッド１９５が加圧されると皿バネ１９７が圧縮さ
れ、かつロードセル１９８も加圧され、加圧力を検知す
る。

【００６３】ピストン１９６の後端には、棒状コア１９
９が連結されている。棒状コア１９９の外周には、コイ
ル２００が配置されている。結局、棒状コア１９９と、
コイル２００とは、作動トランスを構成し、変位量を測
定する。ロードセル１９８、作動トランスの出力は、端
子２０１を介して剛性計算回路２０２に入力されて、治
具に対しての工作物の取付け状況が計算される。

【００６４】すなわち、工作物剛性確認センサ１９０の
バネ定数は、周知なのでロードセル１９８から検知され
る加圧力、作動トランスの検知による加圧時の移動量か
ら工作物の取付剛性、すなわちバネ定数を剛性計算回路
２０２で計算する。この結果、治具への工作物固定の確
実性、固定強度を確認できる。

【００６５】加工システムの作動の概略 以上のような構造の複数の加工要素を持つ加工システム
は、概略次のように作動する。ＮＣ装置１００は、これ
から加工しようとする工作物に合わせて工具タレット２
９を選択する。この選択の前にあらかじめ工作物及び工
具タレット・マガジン４０へ工具タレット２９の交換
は、工具・治具・工作物準備ステーション１２０へ工作
物及び工具タレット・マガジン４０を移動させて行う。
工具タレット２９は、工作物の加工内容に応じてあらか
じめ装着する工具が決められている。例えば、加工内容
がドリル、外径、ネジ切り、外周研削加工であれば、そ
れらの加工ができるように、ドリル、外径バイト、ネジ
切りバイト、砥石が装着された工具タレット２９を選択
する。

【００６６】工具タレット２９は、工作物及び工具タレ
ット・マガジン４０に複数個貯蔵されている。この工具
タレット２９の交換は、ＮＣ装置１００の指令により、
割出用サーボモータ４４を起動し、ウォーム８０、ウォ
ームホイール８１を回転させて、工具マガジン本体４６
を所望の角度に割出す（図１，２の状態）。

【００６７】この割出しの状態は、工具マガジン本体４
６の空いているタレットソケット４７側をコラム２５側
に向けた状態である。この割出しと同時に又は平行して
Ｘ２サーボモータ１８、Ｚ２サーボモータ２４、Ｙ２サ
ーボモータ２８を起動させて主軸頭２７を工具タレット
２９の交換位置に移動させる。すなわち、工作物及び工
具タレット・マガジン４０と主軸２７を対向させ、マガ
ジン本体４６のタレットソケット４７と工具タレット２
９の把持部９６の中心線を一致させる。

【００６８】この中心線が一致し対向した状態で、Ｚ２
サーボモータ２４を駆動させて、主軸頭２７を更にマガ
ジン本体４６に近づけ、工具タレット２９の把持部８８
をタレットソケット４７に挿入する。マガジン本体４６
内のクランプ装置は、把持部８８を把持する。この把持
後、主軸頭２７内の工具クランプ装置は工具タレット２
９のクランプを解除する。この後、Ｚ２サーボモータ２
４を起動させて、主軸頭２７を再びマガジン本体４６か
ら引き離す。

【００６９】第４移動台４１上の割出し用サーボモータ
４４を起動させて、マガジン本体４６を所望の角度に割
り出す。目的の工具タレット２９がコラム２５側に位置
すると、再びＺ２サーボモータ２４を移動させて主軸頭
２７をマガジン本体４６に近づける。主軸頭２７内のク
ランプ装置は、工具タレット２９のテーパシャンク９８
を把持する。この把持後、マガジン本体４６内のクラン
プ装置は工具タレット２９を解放する。以上の動作で工
具タレット２９の交換動作は終了する。

【００７０】一方、この工具タレット２９の交換後又は
前にチャック１１に工作物Ｗを保持させる。工作物及び
工具タレット・マガジン４０にベッド１の側面に配置し
た工作物及び工具タレット２９のストッカー（図示せ
ず）から工作物Ｗを供給し搭載する。工作物及び工具タ
レット・マガジン４０は、工作物Ｗをその頂部に搭載し
案内面３，３上を移動しチャック１１に工作物Ｗを供給
する。なお、この移動をしないで、主軸台８を移動させ
ても工作物Ｗを把持しても良い。

【００７１】次に、Ｘ２サーボモータ１８、Ｚ２サーボ
モータ２４、Ｙ２サーボモータ２８を駆動し、主軸頭２
７を所定の加工位置に移動させる。高速主軸６３を回転
しチャック１１を回転させて、主軸頭２７の工具タレッ
ト２９内の工具により旋削、ミーリング、穴あけ、研削
加工を行う。このとき加工は、Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２軸にー
リング、穴あけ、研削加工を行う。このとき加工は、Ｘ
２，Ｙ２，Ｚ２軸により行う。

【００７２】更に、必要があれば、モータ・ロータ６６
を電磁的に固定し高速主軸６３を固定し、Ｙ１サーボモ
ータ９を駆動させて主軸台８をＹ１の軸線の回りに割出
し回転させて５軸で必要な加工を行う。長尺の工作物Ｗ
の場合には、テイルストック３２とチャック１１との間
に工作物Ｗを保持し通常の旋削、円筒研削、ミーリング
加工等の同様の加工を行う。更に、焼入れの必要がある
工作物Ｗは、レーザ発振ヘッド５０からレーザを発振さ
せて焼入れ溶接などを行う。加工が終了した工具Ｗは、
工作物及び工具タレット・マガジン４０に搭載して排出
する。

【００７３】テイルストックの使用方法 テイルストック３２は、通常の旋盤のように、長尺の工
作物の一端をセンターで支える機能もある。しかしなが
ら、本加工システムのテイルストック３２は、キー溝な
どの加工時に工作物を保持する機能もある。図１０の鎖
線に示すように、工作物Ｗにキー溝を加工するときは、
まずパレットＰに工作物Ｗを搭載する。パレットＰの裏
面には、カービックカップリングが形成されており、こ
のカービックカップリングはフランジ１０３に形成され
たカービックカップリング１０４に噛み合っている。

【００７４】また、パレットＰの裏面には、テーパシャ
ンク１１１が一体に設けられている。このテーパシャン
ク１１１は、心押軸１０１のテーパ穴１０４に挿入され
ており、このテーパシャンク１１１の後端にはプルスタ
ッドが取り付けられている。このプルスタッドをクラン
プ装置でクランプして心押軸１０１にパレットＰを固定
する。スラスト方向の切削力より主軸ベアリングを保護
するため、圧電アクチュエータ１０９に電圧を印加させ
て軸方向に膨脹する歪みを発生させる。この歪みは、変
形部１０８、摩擦パット１０７を介してフランジ１０３
を押上げてパレットＰからの切削力が直接主軸ベアリン
グに加わらないよう受け止める。

【００７５】工作物反転方法 前記加工システムにおいて、工作物を反転させるための
一例を示す。図２１、図２２、図２３は、磁気チャック
に把持された工作物を主軸台８、主軸頭２７、工作物及
び工具タレット・マガジン４０を利用して反転するとき
の動作順序を示す図である。図２１（ａ），（ｂ），
（ｃ）は、角物工作物Ｗを主軸台８の磁気チャック７０
から、工作物及び工具タレット・マガジン４０へ移動さ
せる順序を示す。

【００７６】図２２（ｄ），（ｅ），（ｆ）は、角物工
作物Ｗを工作物及び工具タレット・マガジン４０から、
コラム２５の主軸頭２７へ移動させる動作順序を示す。
図２３（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ）は、角物工作物
Ｗを主軸頭２７の磁気チャック２０７から、主軸台８の
磁気チャック７０へ移動させる動作順序を示す。

【００７７】主軸台８の低速主軸５７に設けられた磁気
チャック７０には、角物工作物Ｗが吸着されている。磁
気チャック７０は、電磁石で構成され角物工作物Ｗを電
流の供給、遮断により吸着又は解放できる。主軸台８の
磁気チャック７０に角物工作物Ｗを搭載し、主軸頭２７
の工具タレット２９の工具で機械加工を行う。主軸台８
は、Ｙ１軸線の回り及び低速主軸５７の回りに割出しで
きるので、磁気チャック７０上の工作物Ｗは５面の加工
が出来る。しかし、工作物Ｗの裏面は、加工できないの
で、反転させる必要がある。以下、この反転のための動
作の一例を述べる。

【００７８】磁気チャック７０上の工作物Ｗの５面の加
工が終了すると、主軸台８を９０度角度を回して、工作
物及び工具タレット・マガジン４０側に向ける（図２
１，ａ）。工作物及び工具タレット・マガジン４０を主
軸台８側に近付け、工作物Ｗに工作物及び工具タレット
・マガジン４０に取付けた磁気チャック２０６にこの工
作物Ｗの前面を吸着させる（図２１，ｂ）。

【００７９】この吸着後、主軸台８側の磁気チャック７
０の磁気を解除し、工作物及び工具タレット・マガジン
４０を主軸台８から引き離し、９０度旋回させる（図２
１，ｃ）。工作物及び工具タレット・マガジン４０は主
軸頭２７に対向し、主軸頭２７は工作物及び工具タレッ
ト・マガジン４０に接近する（図２２，ｄ）。

【００８０】主軸頭２７にも、前記した主軸台８と同様
な構造で工作物Ｗ及び工具タレット２９が着脱可能な磁
気チャック２０７、カービックカップリング、主軸等が
設けられているので、工作物Ｗの裏面を磁気チャック２
０７で吸着する。工作物及び工具タレット・マガジン４
０の磁気チャック２０６の吸着を解除し、主軸頭２７は
工作物及び工具タレット・マガジン４０から引き離す
（図２２，ｆ）。主軸頭２７は、主軸台８側に移動し
（図２３，ｇ）、前記動作中に旋回されている主軸台８
と向かい合う（図２３，ｈ）。

【００８１】主軸台８の磁気チャック７０で工作物Ｗは
再び吸着され、主軸頭２７の磁気チャック２０７の磁気
が解除され、主軸頭２７は元の位置に戻る（図２３，
ｉ）。これで反転動作は終了する（図２３，ｊ）。

【００８２】割出動作方法 前記実施例の工作物及び工具タレット・マガジン４０の
磁気チャック２０６は、それ自身は割出しない。そこ
で、前記磁気チャック２０６に回転割出し機構を設け
て、この機構で前記工作物Ｗ又は籠型パレット１７０を
割出させても良い（図１９参照）。

【００８３】

【その他の実施例】前記した工作物のチャックは、磁気
チャックであったがこのチャックに限定されるものでは
ない。例えば、真空チャック、静電チャック、機械式等
の他の原理によるチャックでも良い。このときのチャッ
クの構造は、カービックカップリング、ピンなどの角度
位置決め手段を、その工作物、治具の構造により適宜設
けたものが良い。

【００８４】前記した主軸は、中心が高速軸で外周が低
速軸であったが、この逆の配置でも良い。その駆動手段
もビルトインモータに限らず、公知の他の手段でも良
い。前記した圧電アクチュエータ１０９は、電圧を印加
させて歪みを発生させるものであった。しかし、この圧
電アクチュエータ１０９は、電歪アクチュエータでも良
い。電歪アクチュエータは、電界により歪みを発生させ
るものである。

【００８５】例えば、電歪アクチュエータは、マグネシ
ウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）などである、更に、動電スピ
ーカーなどに用いられているボイスコイルアクチュエー
タなどでも良い。前記工作物Ｗの供給は、ベット１の近
くに配置したロボット（図示せず）又は上部に設けた工
作物供給・排出装置（図示せず）により供給又は排除し
ても良い。

【００８６】

【発明の効果】以上詳記したように、この発明は工作物
又は治具を工作機械から取り外すことなく反転、旋回を
行うことができるので、結果として加工能率が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は複数の加工要素を持つ加工システムの外
観を示す立体配置図である。

【図２】図２は図１のII矢視図である。

【図３】図３は主軸台の断面図である。

【図４】図４は図３のVI-VI 線で切断した断面図であ
る。

【図５】図５は主軸台の正面図である。

【図６】図６は図１のVI-VI 線で切断した断面図であ
る。

【図７】図７は工具タレットの正面である。

【図８】図８は図７のVIII-VIII 線で切断した断面図で
ある。

【図９】図９はテイルストックの正面図である。

【図１０】図１０はテイルストックのヘッド部分の断面
図である。

【図１１】図１１は工具・治具・工作物準備ステーショ
ンの外観を示す図である。

【図１２】図１２は図１１のXII 矢視図である。

【図１３】図１３は図１２のXIII-XIII 線で切断した平
面図である。

【図１４】図１４は図１３のXIV-XIV 線で切断した側面
図である。

【図１５】図１５は籠型パレットの外観を示す分解図で
ある。

【図１６】図１６はジャッキの縦断面図である。

【図１７】図１７は籠型パレットに工作物をジャッキで
固定した状態を示す断面図である。

【図１８】図１８は工作物取付剛性確認センサの断面図
である。

【図１９】図１９は籠型パレットの他の実施例の外観を
示す分解図である。

【図２０】図２０はジャッキの他の実施例の外観を示す
図である。

【図２１】図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）は主軸台から
工作物及び工具タレット・マガジンへ工作物を移送する
手順を示す図である。

【図２２】図２２（ｄ），（ｅ），（ｆ）は工作物及び
工具タレット・マガジンから主軸頭へ工作部を移送する
手順を示す図である。

【図２３】図２３（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ）は主
軸頭から主軸台へ工作物を移送する手順を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…ベッド、２…樋、３…案内面、４…ラック、５…送
り台、８…主軸台、９…Ｙ１サーボモータ、１０…ＣＩ
サーボモータ、１１…チャック、２０…第２案内面、２
２…第３案内面、２３…第３送り台、２４…Ｚ２サーボ
モータ、２５…コラム、２７…主軸頭、２９…工具タレ
ット、３２…テイルストック、４０…工作物及び工具タ
レット・マガジン、４９…レーザ加工機、５０…レーザ
発振ヘッド、５７…低速主軸、６３…高速主軸、６５…
テーパ穴、１００…ＮＣ装置、１０９…圧電アクチュエ
ータ、１２０…工具・治具・工作物準備ステーション、
１２５…洗浄ゾーン、１４０…回転及び搬送装置、１４
６…反転装置、１５０…治具搬送装置、１６０…棒材搬
送装置、１７０…籠型パレット、１９０…取付剛性確認
センサ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主に工作物（Ｗ）を把持して回転駆動され
   る主軸（５７，６３）が設けられた主軸台（８）と、 前記主軸台（８）と対向して配置され、前記工作物
   （Ｗ）を加工するための工具タレット（２９）又は前記
   工作物（Ｗ）を固定する治具（１７０）が着脱自在に装
   着される主軸頭（２７）と、前記 工作物（Ｗ）及び前記工具タレット（２９）が着脱
   可能で、前記工作物（Ｗ）及び工具タレット（２９）を
   搬送し、前記主軸台（８）又は前記主軸頭（２７）に前
   記工作物（Ｗ）又は前記工具タレット（２９）を供給す
   るための工作物及び工具タレット・マガジン（４０）と
   からなる工作機械において、 前記主軸台（８）と前記工作物及び工具タレット・マガ
   ジン（４０）とを対向させて接近し、前記主軸台（８）
   に把持された前記工作物（Ｗ）又は前記治具（１７０）
   を前記工作物及び工具タレット・マガジン（４０）が受
   けとる工程と、前記工作物及び工具タレット・マガジン
   （４０）と前記主軸頭（２７）とを対向させて、前記工
   作物及び工具タレット・マガジン（４０）に把持されて
   いる前記工作物（Ｗ）又は前記治具（１７０）を前記主
   軸頭（２７）が受けとる工程と、 前記主軸頭（２７）と主軸台（８）とを対向させて、前
   記工作物（Ｗ）又は前記治具（１７０）を前記主軸台
   （８）が受けとる工程と、 からなることを特徴とする工作機械における工作物の反
   転方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記工作物（Ｗ）又は前記治具（１７０）を把持するた
   めの手段は、磁気力により把持する磁気チャックである
   ことを特徴とする工作機械における工作物の反転方法。
3. 【請求項３】主に工作物（Ｗ）を把持して回転駆動され
   る主軸（５７，６３）が設けられた主軸台（８）と、 前記主軸（５７，６３）に設けられ、前記工作物（Ｗ）
   又は治具（１７０）を把持するための第１チャック手段
   （７０）と、 前記主軸台（８）と対向して配置され、前記工作物
   （Ｗ）を加工するための工具タレット（２９）又は前記
   工作物（Ｗ）を固定する前記治具（１７０）が着脱自在
   に装着される主軸頭（２７）と、 前記主軸頭（２７）に設けられ、前記工作物（Ｗ）又は
   前記治具（１７０）を把持するための第２チャック手段
   （２０７）と、前記 工作物（Ｗ）及び前記工具タレット（２９）が着脱
   可能で、前記工作物（Ｗ）及び前記工具タレット（２
   ９）を搬送し、前記主軸台（８）又は前記主軸頭（２
   ７）に前記工作物（Ｗ）又は前記工具タレット（２９）
   を供給するための工作物及び工具タレット・マガジン
   （４０）と、 前記工作物及び工具タレット・マガジン（４０）に設け
   られ、前記工作物（Ｗ）又は前記治具（１７０）を把持
   するための第３チャック手段（２０６）と、 からなることを特徴とする工作機械における工作物の反
   転装置。
4. 【請求項４】請求項３において、 前記第１，２，３チャック手段（７０，２０７，２０
   ６）が磁気チャックであることを特徴とする工作機械に
   おける工作物の反転装置。