JP3040766B2 - 主軸交換手段付き工作機械及び主軸交換方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸交換手段付き
工作機械及び工作機械の主軸交換方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のマシニングセンタの一例の概略を
図８及び図９に示す。図８及び図９に示すように、この
マシニングセンタは、ベッド０１上に設けられ、水平方
向に移動自在の前後テーブル０２と、該前後テーブル０
２上に設けられ、該テーブル０２と直交する方向に移動
可能な左右テーブル０３と、該左右テーブル０３上に立
設されたコラム０４と、該コラム０４に沿って上下動可
能な主軸ヘッド０５と、該主軸ヘッド０５に取り付けた
主軸０６と、該主軸０６内工具０７を交換する工具交換
アーム０８と、多数の工具０９を収容してなる工具マガ
ジン０１０とからなる。

【０００３】上記のような従来のマシニングセンタで
は、主軸０６とそれに対応する工具交換アーム０８並び
に工具０９を貯蔵するマガジン０１０とを有しているの
で、主軸０６内の工具０７と選択された工具マガジン０
１０内の工具０９とを工具交換アーム０８を用いて交換
しながら、次々と多様な加工を行っていくことができ
る。

【０００４】この工具交換は、主軸ヘッド０５を所定の
工具交換位置に移動し、主軸０６の回転を停止し、工具
交換アーム０８により主軸内工具０７と工具０９とを同
時に把持し、工具交換アーム０８を旋回させることによ
り行う。この工具交換の後、主軸０６を再起動し、所定
回転速度に達するまで待った後、次の加工を行う。

【０００５】ここで、工具交換における主軸０６の動作
についてみると、主軸０６の停止（減速）、主軸内
工具０７と工具マガジン０１０内から選択された工具０
９との交換、工具交換後の主軸０６の起動（加速）、
のそれぞれに要する時間が順番に加算される。

【０００６】量産加工ラインにおける高能率化と生産性
向上を図るため、それぞれの動作を短縮する方法が検討
されているが、主軸が１ヵ所のみのため、高速で回転す
る主軸を停止する必要があり、工具交換に要する時間の
短縮化は困難であった。特に、工具交換頻度が高い程こ
の工具交換時間が累積し、生産効率の低下が生ずる。

【０００７】一方、加工時間を短縮するために、主軸回
転を可能な限り上げることを要請されるが、減速或いは
加速に必要な時間が延長され、工具交換時間の短縮と矛
盾することとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来の工作
機械においては、図１０に示すように、加工側に主軸を
２式用意し、個別に移動制御することが提案されてい
る。図１０に示すように、この工作機械は、各々の送り
モータ０２１，０２２によりコラム０２３，０２４に沿
って上下動可動な２台の主軸ヘッド０２５，０２６が具
えられ、該主軸ヘッド０２５，０２６に、主軸０２７，
０２８が各々搭載されている。工具マガジン０２９は主
軸０２７，０２８に共通であり、工具マガジン０２９の
割り出しと前後運動によりそれぞれの工具を入替えるよ
うにしている。なお、被加工物はテーブル０３０に設置
されている。

【０００９】このような工作機械においては、工具交換
する場合、加工側に２式の主軸が設けられているので、
工具交換時の工具の運動が被加工物との干渉を起こしか
ねないことから、工具交換のタイミングに制限がある、
という問題がある。また、２つのコラム０２３，０２４
に各々主軸ヘッド０２５，０２６を有するため工作機械
全体が大きくなり、設置面積が大きくなる、という問題
がある。さらに、２主軸間の距離が、被加工物に対し、
有効移動距離を狭めることになる、という問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の［請求項１］に係る主軸交換手段付き工作機械は、
少なくとも２式以上の主軸ヘッドを有する工作機械であ
って、前記２式以上の主軸ヘッドの位置を、旋回軸の回
転により交換する主軸交換手段と、かつ、前記主軸ヘッ
ドは、それぞれ個別に主軸を回転させる駆動用モータを
有し、更に、一の主軸ヘッドが加工中に非加工位置の主
軸ヘッドの主軸に対して工具の交換を行う工具交換手段
とを具えてなることを特徴とする。

【００１１】前記課題を解決する本発明の［請求項２］
に係る主軸交換手段付き工作機械は、請求項１におい
て、一の主軸は、加工中において、非加工位置の工具の
交換を行う際の他の主軸に対して干渉しないように設け
られることを特徴とする。

【００１２】前記課題を解決する本発明の［請求項３］
に係る主軸交換手段付き工作機械は、請求項１又は２に
おいて、前記主軸交換手段は、前記２式以上の主軸を鉛
直な旋回軸回りに回転させて位置を交換するものである
ことを特徴とする。

【００１３】前記課題を解決する本発明の［請求項４］
に係る主軸交換手段付き工作機械は、請求項１又は２に
おいて、前記主軸交換手段は、前記２式以上の主軸を水
平な旋回軸回りに回転させて位置を交換するものである
ことを特徴とする。

【００１４】前記課題を解決する本発明の［請求項５］
に係る主軸交換方法は、一の主軸を用いて加工している
際に他の主軸に装着されている工具を交換し、その後当
該他の主軸の回転起動を行い、次いで前記一の主軸と前
記他の主軸との位置を交換することを特徴とする。

【００１５】前記課題を解決する本発明の［請求項６］
に係る主軸交換手段付き工作機械は、請求項３又は４に
おいて、前記主軸は、前記旋回軸に対して直角又は平行
であることを特徴とする。

【００１６】

【００１７】前記課題を解決する本発明の［請求項７］
に係る主軸交換手段付き工作機械は、前後、左右方向に
水平移動する移動コラムに、主軸ヘッドを上下方向に移
動可能に装着した工作機械において、前記主軸ヘッドに
旋回軸を中心にしてタレットユニットを回転自在に設
け、該タレットユニットに前記旋回軸の回転により位置
を交換可能な複数の主軸を設け、更に、前記各主軸にそ
れぞれ主軸駆動用モータを連結し、非加工位置における
前記主軸に対して工具交換を行う工具交換手段を設けた
ことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の主軸交換手段付き
工作機械及び主軸交換方法の実施形態を説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。

【００１９】［第１の実施の形態］第１の実施の形態の
主軸交換手段付き工作機械は、２式の主軸を鉛直な旋回
軸回りに回転させて主軸の位置を交換するものである。
図１は本実施の形態にかかる加工機（マシニングセンタ
タイプ）の側面図、図２はその正面図（図１のＡ−Ａ断
面）、図３はコラムの水平断面図（図１のＢ−Ｂ断
面）、図４はコラムの下部断面図（図１のＣ−Ｃ断面）
でコラム旋回の機構を示す図面である。図１に示すよう
に、本実施の形態にかかる主軸交換手段付き工作機械
は、ベッド１１上に設けられ、水平方向に移動自在の前
後テーブル１２と、該前後テーブル１２上に設けられ、
該テーブル１２と直交する方向に移動可能な左右テーブ
ル１３と、該左右テーブル１３上に立設され、水平面内
で旋回可能なコラム１４と、該コラム１４に沿って上下
動可能な第１の主軸ヘッド１５と、該第１の主軸ヘッド
１５と異なる位置（本実施の形態では１８０°反対側の
位置）に設けられ、前記コラム１４に沿って、前記第１
の主軸ヘッド１５とは独立して上下動可能な第２の主軸
ヘッド１６と、該第１の主軸ヘッド１５及び第２の主軸
ヘッド１６に各々取り付けられた第１の主軸１７及び第
２の主軸１８と、該第２の主軸１８内の工具２１を交換
する工具交換アーム２２と、前記コラム１４の上部に装
備され、多数の工具２３を収納してなる工具マガジン２
４とから構成されている。尚、左右テーブル１３を下
に、前後テーブル１２をその下に配置しても良い。前記
第１の主軸１７と第２の主軸１８とは、支柱２５を中心
としたコラム１４の旋回の後に、同一位置に来るように
軸対称となっている。なお、図１中、符号３１は被加工
物，３２は該被加工物を載置するテーブル，３３は第１
主軸１５の送りモータ、３４は第２主軸１６の送りモー
タ、３５は旋回手段である位置決めモータを各々図示す
る。

【００２０】また、図３に示すように、第１の主軸ヘッ
ド１５はコラム１４に設けたガイド３６により案内され
て前記送りモータ３３により上下動自在としており、同
様に第２の主軸ヘッド１６はコラム１４に設けたガイド
３７により案内されて前記送りモータ３４により上下動
自在としている。また、第１の主軸ヘッド１５は前記送
りモータ３３に結合された送りネジ３８により繰り出し
自在としており、同様に、第２の主軸１６は前記送りモ
ータ３４に結合された送りネジ３９により繰り出し自在
としている。

【００２１】また、図３及び図４に示された支柱２５は
左右テーブル１３に固定されており、その支柱２５の上
部で工具マガジン２４が吊り下げ支持されている。この
支柱２５を中心として、コラム１４と共に第１の主軸ヘ
ッド１５，第２の主軸ヘッド１６が旋回し、第１の主軸
１７の位置と第２の主軸１８の位置とがお互いに入れ替
わることとなる。本実施の形態では、工具交換アーム２
２を第２の主軸１８側にのみ設けてあり、旋回しない支
柱２５の上部に設けた工具マガジン２４内の工具２３と
の交換は非加工側の同じ位置で行うようにしている。

【００２２】図１において、第１の主軸１７側を加工位
置とし、第２の主軸１８側を工具交換位置とすれば、第
１の主軸１７内の工具１９で被加工物３１の加工をして
いる間に、第２の主軸１８側で第２の主軸１８内の工具
２１と工具マガジン２４内の複数の工具より選択された
工具２３とを工具アームを用いて、同時に掴み、入れ替
える工具交換動作を行わせる。

【００２３】工具交換後、第２主軸１８を起動させて所
定回転数まで回転させておき、第１の主軸１７内の工具
１９での加工終了後に、第１の主軸１７と第２の主軸１
８とをコラム１４の１８０°旋回で入れ替える。

【００２４】図４において、左右テーブル１３に取付け
られた位置決めモータ３５がウォームギア４１を、さら
に該ウォームギア４１に噛っているウォームホィール４
２を回転させる。前記コラム１４に前記ウォームホィー
ル４２を結合しているので、位置決めモータ３５に所定
回転角度を与えることにより、コラム１４が１８０°旋
回可能となる。

【００２５】本加工機においては、第２の主軸１８側で
は、工具交換を行っており、その交換動作は従来技術の
欄において述べたのと同様である。しかし、この交換動
作は、第１の主軸１７側の加工動作と並行して処理を行
うことにより、工具交換に要する時間が第１の主軸１７
側の加工時間内において収まることとなる。第２の主軸
１８に次に使用する工具２３を装着し、所定の回転速度
まで起動させておけば、工作機械としての工具交換時間
（非加工時間）は、第１の主軸１７と第２の主軸１８と
の位置交換のための１８０°の旋回時間のみとなる。

【００２６】その効果を、図７に示す。図７（Ａ）は本
実施の形態（２軸機）の動作のシーケンス、（Ｂ）は従
来（１軸機）の動作のシーケンスを各々示す。図７
（Ｂ）に示すように、従来の方法では一例として、主軸
０６の停止に1.５秒、工具交換アーム０８を用いての工
具交換に１秒、主軸０６の起動に1.５秒かかり、合計で
４秒程の非加工時間（これをチップ・トウ・チップ（Ch
ip to chip) の工具交換時間と称している）となり、大
幅な非加工時間の短縮は困難である。これに対して、図
７（Ａ）に示すように、本実施の形態によれば、第１の
主軸１７側の加工時間が４秒以上であれば、Chip to ch
ipの工具交換時間がみかけ上ゼロになり、第１の主軸１
７と第２の主軸１８との１８０°旋回時間のみが非加工
時間となる。この１８０°旋回を高速化して１秒以内と
すれば、大幅な非加工時間の短縮となる。工具の交換頻
度が高い程この効果は増大する。

【００２７】また、常に加工側と反対側で工具交換を行
うため、被加工物３１と工具交換による動作の干渉がな
く、交換するタイミングは任意でよい。

【００２８】また、１８０°旋回によって第１の主軸１
７と第２の主軸１８が入れ替わったとき、軸対称である
ので、旋回した後も同じ加工位置となり、この結果、被
加工物に対し、有効移動距離を減ずることがない。

【００２９】なお、本実施の形態では、第１の主軸と第
２の主軸とは１８０°の位置に設けたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、例えば９０°，２７０°等
の任意の位置に設けるようにしてもよい。また、主軸は
２式に限定されるものではなく、２式以上の主軸を設け
るようにしてもよい。

【００３０】［第２の実施の形態］図５は本実施の形態
にかかる主軸交換手段付き工作機械の概念図であり、第
１の実施の形態とは工具マガジンの装着位置及び工具交
換アームを２種類設けた点が異なる。図５に示すよう
に、本実施の形態にかかる主軸交換手段付き工作機械
は、ベッド１１上に設けられ、水平方向に移動自在の前
後テーブル１２と、該前後テーブル１２上に設けられ、
該テーブル１２と直交する方向に移動可能な左右テーブ
ル１３と、該左右テーブル１３上に立設され、水平面内
で旋回可能なコラム１４と、該コラム１４に沿って上下
動可能な第１の主軸ヘッド１５と、該第１の主軸ヘッド
１５と異なる位置（本実施の形態では１８０°反対側の
位置）に設けられ、前記コラム１４に沿って第１の主軸
ヘッド１５とは独立して上下動可能な第２の主軸ヘッド
１６と、該第１の主軸ヘッド１５及び第２の主軸ヘッド
１６に各々取り付けた第１の主軸１７及び第２の主軸１
８と、該第１の主軸１７内の工具１９を交換する工具交
換アーム２０と、該第２の主軸１８内の工具２１を交換
する工具交換アーム２２と、前記コラム１４の上部に装
備され、多数の工具２３を収納してなる工具マガジン２
４とから構成されている。尚、左右テーブル１３を下
に、前後テーブル１２をその下に配置しても良い。前記
工具マガジン２４はコラム１４と一体に装備されてお
り、コラム１４の旋回と共に当該工具マガジン２４も旋
回する。このため、本実施の形態では、工具交換アーム
を第１の主軸１７側と第２の主軸１８側とにそれぞれ設
けている。

【００３１】第１の主軸１７の工具を交換する工具交換
アーム２０と、第２の主軸１８の工具を交換する工具交
換アーム２２とを具えているので、被加工物の加工が終
了し、次の加工のために待機時間がある場合等には、第
１の主軸１７側の工具交換アーム２０を用いて、加工終
了後に次の加工で使用する工具に交換するようにすれ
ば、コラム１４を旋回させることなくその位置で工具交
換を行うこともできる。

【００３２】［第３の実施の形態］図６は第３の実施の
形態にかかる主軸交換手段付き工作機械の概念図であ
り、主軸を水平な旋回軸回りに回転させて主軸の位置を
交換するものである。図６に示すように、本実施の形態
にかかる主軸交換手段付き工作機械は、ベッド１１上に
設けられ、水平方向に移動自在の前後テーブル１２と、
該前後テーブル１２上に設けられ、該テーブル１２と直
交する方向に移動可能な左右テーブル１３と、該左右テ
ーブル１３上に立設されたコラム１４と、該コラム１４
に沿って上下動自在な第１の主軸ヘッド１５と、該第１
の主軸ヘッド１５と異なる位置（本実施の形態では１８
０°反対側の位置）に設けた第２の主軸ヘッド１６と、
該第１の主軸ヘッド１５及び第２の主軸ヘッド１６に各
々取り付けた第１の主軸１７及び第２の主軸１８と、該
第２の主軸１８内の工具２１を交換する工具交換アーム
２２と、工具２３を複数具えてなる工具マガジン２４と
から構成してなるものである。

【００３３】前記第１の主軸ヘッド１５と第２の主軸ヘ
ッド１６とは一体不可分となっており、その旋回中心２
６においてコラム１４に旋回可能に支持されている。一
体となったヘッド（以下「一体型ヘッド」という）は、
図示しない旋回手段によりその旋回中心２６を中心とし
て水平な旋回軸回りに旋回された後、同一加工位置に来
るように、前記第１の主軸１７と第２の主軸１８とは、
軸対称に配されている。

【００３４】また、工具マガジン２４は一体型ヘッドの
旋回時にはコラム１４の上方位置に退避させ、主軸１７
及び主軸１８に設けた工具と接触しないようにしてい
る。なお、旋回半径を小さくする場合には、第１の主軸
１７を第１の主軸ヘッド１５内へ、第２の主軸１８を第
２の主軸ヘッド１６内へ共に後退させ、主軸ヘッド１
５，１６の先端を旋回前に予め縮めてから旋回させても
よい。さらに、一体型ヘッドの旋回中心２６をベッド１
１側に下げるようにして工具マガジン２４の上方への退
避量を少なくしたりして、被加工物の加工位置が高い場
合等にも対応できるようにしている。

【００３５】このように、第１の主軸１７側で被加工物
（図示せず）を加工している最中に、他方の第２の主軸
１８側の工具２１を工具交換アーム２２で工具マガジン
２５内の次の工具２３と交換し、交換後の工具２３を所
定の回転速度まで上げておき、次いで、第１の主軸１７
側の工具１９での加工が終了したときに、直ちに一体型
ヘッドを旋回させて、既に回転している第２主軸１８側
の工具２３で次の加工を直ちに行うことができるように
したので、従来のような主軸の回転を停止して行うよう
な工具交換時間が不要となる。また、両者の主軸の交換
後には第２の主軸１８側の工具は所定の回転に達してい
るので直ちに加工が開始でき、非加工時間の大幅な短縮
が可能となる。

【００３６】［第４の実施の形態］第４の実施の形態の
主軸交換手段付き工作機械は、２式の主軸を傾斜した旋
回軸回りに回転させて主軸の位置を交換するものであ
る。即ち、図１１に示すように、加工されるワークの種
類や加工内容に応じて、複数の主軸１０１，１０２のう
ち、適切な主軸１０１，１０２を加工可能な位置に割り
出して使用するタレットユニット（TURRET UNIT）１０
３を有する工作機械に適用したものである。

【００３７】この工作機械には、タレットユニット１０
３が斜めに傾斜した旋回軸を中心にして旋回自在に設け
られ、このタレットユニット１０３には相互に直交する
関係にある２つの主軸１０１，１０２が設けられてい
る。更に、このタレットユニット１０３を旋回軸回りに
回転させるヘッド旋回モータ１０４が設けられ、タレッ
トユニット１０３を旋回させて前記主軸１０１，１０２
を旋回させる任意の角度に位置決めする割り出し装置が
設けられている。

【００３８】また、非加工位置にある主軸１０２に対し
て工具の交換を行う工具交換装置（ＡＴＣ）１０５が設
けられている。複数の主軸１０２，１０３の後方には、
主軸駆動モータ１０６が配置され、クラッチ１０７を介
して加工位置にある主軸１０１と連結される。本工作機
械では、２つの主軸１０１，１０２を互いに直交に配置
したため、２つの主軸１０１，１０２を旋回軸の回りに
１８０°旋回させると、２つの主軸１０１，１０２の位
置が入れ替わることになる。

【００３９】尚、２つの主軸１０１，１０２は必ずしも
互いに直交する角度でなくともよいが、２つの主軸１０
１，１０２は同一平面上にあり、且つ、２つの主軸１０
１，１０２のなす角度を２等分する角度の位置に旋回軸
を設ける必要がある。このような工作機械によれば、加
工位置にある主軸１０１でワークを加工する際に、非加
工位置にある主軸１０２に対して工具交換装置１０５で
工具を交換して、次の加工の準備完了することができ、
その後、旋回軸を中心としてタレットユニット１０３を
旋回することにより、主軸１０２を加工位置へ移動させ
ることにより直ちにワークの加工を再開することが可能
である。

【００４０】但し、現在加工中の主軸１０１を他の主軸
１０２に交換して加工する場合、現在加工中の主軸１０
１を駆動する主軸駆動モータ１０６の回転を停止し、ク
ラッチ１０７の締結を切り、割り出し装置によりタレッ
トユニット１０３を旋回させて、他の主軸１０２を加工
位置に割り出し、クラッチ１０７を入れ、主軸駆動モー
タ１０６を回転させるという一連の動作を行う必要があ
る。このため、主軸の回転停止時間、クラッチ抜き差し
時間、割り出し時間、クラッチ入り時間、主軸回転立上
げ時間が、実加工時間（実切削時間）のほかにロスタイ
ム（非切削時間）として発生する。

【００４１】そこで、このようなロスタイムを最小限と
する工作機械として、図１２に示すように、各主軸に駆
動モータを直結した構造とすることができる。即ち、図
１２に示すように、複数の主軸１０１，１０２をそれぞ
れ個別に駆動する駆動モータ１０８，１０９をタレット
ユニット１０３に備え、主軸１０１，１０２と駆動モー
タ１０８，１０９を直結した構造とした。尚、モータ直
結の他、ベルト駆動、歯車駆動を採用しても良い。更
に、非加工位置にある主軸１０２に対してＡＴＣ（自動
工具交換装置）１０５を設置し、加工位置にある他の主
軸１０１が加工中に、次に使用する工具をＡＴＣマガジ
ンから非加工位置にある主軸１０２に装着できるように
している。

【００４２】図１２に示す工作機械では、複数の主軸１
０１，１０２にそれぞれ個別に駆動モータ１０８，１０
９を備え、主軸１０１，１０２と駆動モータ１０８，１
０９を直結した構造としたため、図１１に示すクラッチ
１０７を省略できる他、主軸１０１の交換割出し中も主
軸１０２の工具交換及び回転起動が可能であるため、あ
る主軸１０１が加工中に別の主軸１０２の工具を予め回
転させておき、主軸１０１の割出し後に即加工できる。
このため、現在加工中の主軸１０１の回転停止時間、ク
ラッチ抜き時間／入り時間、次に使用する主軸の回転立
ち上げ時間をオーパラップさせることが出来、見かけ
上、ロスタイムは主軸の割出し時間だけとなり、非切削
時間を大幅に小さくできる。

【００４３】［第５の実施の形態］第５の実施の形態の
主軸交換手段付き工作機械は、２式の主軸を旋回軸に対
して直交又は平行としたものである。即ち、図１３に示
すように、２つの主軸１０１，１０２と旋回軸を平行に
配置することもでき、また、図１４に示すように、２つ
の主軸１０１，１０２を、旋回軸を含む平面上で１８０
度旋回させた位相に配置することもできる。図１４に示
す場合は、２つの主軸を含む平面に対し、旋回軸は直交
することになる。また、図１３に示す工作機械において
も、各主軸１０１，１０２には駆動モータ１０７，１０
８が直結され、また、非加工位置における主軸１０２に
対しては工具を交換するための自動工具交換装置（ＡＴ
Ｃ）１０５が設けられている。これらの図中では、図６
に示す実施例の一つの主軸ヘッドの内部を示したもので
ある。

【００４４】同様に、図１４に示す工作機械において
も、各主軸１０１，１０２には駆動モータ１０７，１０
８が直結され、また、非加工位置における主軸１０２に
対しては工具を交換するための工具交換アーム１０５ａ
を備えた自動工具交換装置（ＡＴＣ）１０５が設けられ
ている。従って、このれらの工作機械においても、加工
位置にある主軸１０１で加工中に非加工位置にある主軸
１０２に対して自動工具交換装置１０５により工具を交
換でき、また、旋回軸の旋回により主軸１０１，１０２
の位置を交換する際にも、各主軸１０１，１０２をそれ
ぞれ駆動モータ１０７，１０８で駆動させることがで
き、上述したと同様にロスタイムを最小限とすることが
可能である。

【００４５】［第６の実施の形態］第６の実施の形態の
主軸交換手段付き工作機械は、２式の主軸を旋回軸に対
してねじれの位置に配置したものである。ここで、ねじ
れの位置とは、図１２に示す例では２つの主軸１０１，
１０２が同一平面上にある場合であるのに対し、それぞ
れの主軸１０１，１０２をこれらの主軸を含む平面に対
して垂直で向きが反対の方向に同じ距離だけオフセット
したものである。

【００４６】即ち、図１５〜図１７に示すように、ベッ
ド１１０上において前後、左右方向に水平移動する移動
コラム１１１に、主軸ヘッド１１２を上下方向に移動可
能に装着し、主軸ヘッド１１１に旋回軸を中心にしてタ
レットユニット１１３を回転自在に設け、該タレットユ
ニット１１３に旋回軸の回転により位置を交換可能な複
数の主軸１１４，１１５を設け、更に、各主軸１１４，
１１５にそれぞれ主軸駆動用モータ（図示省略）を直結
したものである。

【００４７】従って、２つの主軸１０１，１０２は旋回
軸の回りに１８０°旋回させると、２つの主軸の位置が
加工位置と非加工位置に入れ替わる。また、非加工位置
における主軸１１５に対して工具交換を行う工具交換ア
ーム１１６ａを備えた自動工具交換装置１１６が設けら
れると共に複数の工具を保管するＡＴＣマガジン１１７
が設けられている。尚、移動コラム１１１は、前後方向
または、左右方向へ移動するのでなく、ワークを載置し
たワークテーブルが移動可能な構造のものであってもよ
い。尚、本実施例では、工具交換アームと、ＡＴＣマガ
ジンは主軸ヘッドに追従して移動可能であり（Ｘ，Ｚ軸
方向はコラムと共に移動し、Ｙ軸方向は主軸ヘッドと連
続又は同期して上下動）、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のどこでも第２
の主軸とＡＴＣマガジンの間で工具交換が可能である。

【００４８】また、工作機械は、前後、左右、上下の３
軸が移動可能なものであっても、前記のうちの１軸の
み、あるいは２軸の組み合わせであってもよい。尚、主
軸先端形状は、日本工業機械規格のＭＡＳ−ＢＴ３０、
ＢＴ４０、ＢＴ５０は、もちろん、ＤＩＮ規格のＨＳＫ
に代表される２面拘束工具ホルダー、工具メーカ独自の
工具ホルダー規格など、いかなるテーパーシャンクであ
ってもよい。また、非加工位置にある主軸１１５に対し
て自動工具交換装置１１６を設置したので、加工中に次
に使用する工具をＡＴＣマガジン１０７から非加工位置
にある主軸１１５に装着して工具を回転させておき、備
えることができる。

【００４９】このようにすれば、ＡＴＣ時間も加工の裏
サイクルとなるので、ＡＴＣ時間を見かけ上ゼロにでき
る。また、各々の主軸位置に複数の主軸を有するもの
（いわゆる多軸ヘッド）でも良く、また、工作機械とし
ては、前後、左右、上下の３軸が移動可能なものであっ
ても、前記のうちの１軸のみ、あるいは２軸の組み合わ
せであってもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の［請求項
１］によれば、少なくとも２式以上の主軸ヘッドを有す
る工作機械であって、前記２式以上の主軸ヘッドの位置
を、旋回軸の回転により交換する主軸交換手段と、か
つ、前記主軸ヘッドは、それぞれ個別に主軸を回転させ
る駆動用モータを有し、更に、一の主軸ヘッドが加工中
に非加工位置の主軸ヘッドの主軸に対して工具の交換を
行う工具交換手段とを具えてなるので、従来のような主
軸の回転を停止して行うような工具交換時間が不要とな
る。また、交換される主軸の回転速度を交換前に所定の
回転速度まで上げておけば、交換後に直ちに加工が開始
でき、非加工時間の大幅な短縮が可能となる。

【００５１】また、本発明の［請求項２］によれば、請
求項１において、一の主軸は、加工中において、非加工
位置の工具の交換を行う際の他の主軸に対して干渉しな
いように設けられるので、加工側と反対側で工具交換を
行うことができ、被加工物と工具交換による動作の干渉
がなく、交換するタイミングは自由となる。

【００５２】また、本発明の［請求項３］によれば、請
求項１又は２において、前記主軸交換手段は、前記２式
以上の主軸を鉛直な旋回軸回りに回転させて位置を交換
するものであるので、主軸の位置交換が容易であり、旋
回に占める範囲が狭く省スペース化を図ることができ
る。

【００５３】また、本発明の［請求項４］によれば、請
求項１又は２において、前記主軸交換手段は、前記２式
以上の主軸を水平な旋回軸回りに回転させて位置を交換
するものであるので、主軸の位置交換が容易である。

【００５４】また、本発明の［請求項５］によれば、一
の主軸を用いて加工している際に他の主軸に装着されて
いる工具を交換し、その後当該他の主軸の回転起動を行
い、次いで前記一の主軸を前記他の主軸との位置を交換
し、位置交換された後の他の主軸の工具で直ちに加工を
開始するので、従来のような主軸の回転を停止して行う
ような工具交換時間が不要となる。また、交換される主
軸の回転速度を交換前に所定の回転速度まで上げておけ
ば、交換後に直ちに加工が開始でき、非加工時間の大幅
な短縮が可能となる。

【００５５】また、本発明の［請求項６］に係る主軸交
換手段付き工作機械は、請求項３又は４において、前記
主軸は、前記旋回軸に対して直角又は平行であるので、
主軸の配置が容易となる利点がある。

【００５６】また、本発明の［請求項７］に係る主軸交
換手段付き工作機械は、前後、左右方向に水平移動する
移動コラムに、主軸ヘッドを上下方向に移動可能に装着
した工作機械において、前記主軸ヘッドに旋回軸を中心
にしてタレットユニットを回転自在に設け、該タレット
ユニットに前記旋回軸の回転により位置を交換可能な複
数の主軸を設け、更に、前記各主軸にそれぞれ主軸駆動
用モータを連結し、非加工位置における前記主軸に対し
て工具交換を行う工具交換手段を設けたので、主軸の交
換割出し中も主軸工具を回転させておくことが可能であ
るため、ある主軸ヘッドが加工中に別の主軸ヘッドの主
軸工具を予め回転させておき、主軸ヘッド割出し後に即
加工できる。また、これによって、非切削時間を小さく
でき、加工サイクルタイムを短縮できるので、工作機械
１台あたりの生産性が向上する。よって、本発明の工作
機械を従来の工作機械と同数用いれば増産が可能とな
り、また、同じワーク生産量を前提とすれば本発明の工
作機械を使用して機械台数を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態にかかる加工機の側面図であ
る。

【図２】その正面図（図１のＡ−Ａ断面）である。

【図３】コラムの水平断面図（図１のＢ−Ｂ断面）であ
る。

【図４】コラムの下部断面図（図１のＣ−Ｃ断面）でコ
ラム旋回の機構を示す図面である。

【図５】第２の実施の形態にかかる工作機械の概略図で
ある。

【図６】第３の実施の形態にかかる工作機械の概略図で
ある。

【図７】（Ａ）は本実施の形態（２軸機）の動作のシー
ケンス、（Ｂ）は従来（１軸機）の動作のシーケンスを
示す図面である。

【図８】従来技術にかかる工作機械の正面図である。

【図９】その側面図である。

【図１０】従来技術にかかる２軸を有する工作機械の側
面図である。

【図１１】第４の実施の形態にかかる工作機械の説明図

【図１２】第４の実施の形態にかかる工作機械（主軸駆
動モータ直結型）の説明図

【図１３】第５の実施の形態にかかる工作機械（旋回軸
と主軸とが平行）の説明図である。

【図１４】第５の実施の形態にかかる工作機械（旋回軸
と主軸とが直交）の説明図である。

【図１５】第６の実施の形態にかかる工作機械（旋回軸
と主軸とがねじれの位置）の側面図である。

【図１６】第６の実施の形態にかかる工作機械（旋回軸
と主軸とがねじれの位置）の平面図である。

【図１７】第６の実施の形態にかかる工作機械（旋回軸
と主軸とがねじれの位置）の正面図である。

【符号の説明】

１１ ベッド １２ 前後テーブル １３ 左右テーブル １４ コラム １５ 第１の主軸ヘッド １６ 第２の主軸ヘッド １７ 第１の主軸 １８ 第２の主軸 １９ 主軸内工具 ２０ 工具交換アーム ２１ 主軸内工具 ２２ 工具交換アーム ２３ 工具 ２４ 工具マガジン ２５ 支柱 ２６ 旋回中心 ３１ 被加工物 ３２ テーブル ３３，３４ 送りモータ ３５ 位置決めモータ ３６，３７ ガイド ３８，３８ 送りネジ ４１ ウォームギア ４２ ウォームホィール １０１，１０２ 主軸 １０３ タレットユニット １０４ ヘッド旋回モータ １０５ 自動工具交換装置 １０６ 主軸駆動モータ １０７，１０８ 駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹鼻 勇 広島県広島市安佐南区祇園５−１−27 エム・エイチ・アイ工作機械エンジニア リング株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−30933（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−345209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−249557（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−87749（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 3/157 B23B 9/08

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２式以上の主軸ヘッドを有す
   る工作機械であって、 前記２式以上の主軸ヘッドの位置を、旋回軸の回転によ
   り交換する主軸交換手段と、かつ、前記主軸ヘッドは、
   それぞれ個別に主軸を回転させる駆動用モータを有し、
   更に、一の主軸ヘッドが加工中に非加工位置の主軸ヘッ
   ドの主軸に対して工具の交換を行う工具交換手段とを具
   えてなることを特徴とする主軸交換手段付き工作機械。
2. 【請求項２】 請求項１において、 一の主軸は、加工中において、非加工位置の工具の交換
   を行う際の他の主軸に対して干渉しないように設けられ
   ることを特徴とする主軸交換手段付き工作機械。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 前記主軸交換手段は、前記２式以上の主軸を鉛直な旋回
   軸回りに回転させて位置を交換するものであることを特
   徴とする主軸交換手段付き工作機械。
4. 【請求項４】 請求項１又は２において、 前記主軸交換手段は、前記２式以上の主軸を水平な旋回
   軸回りに回転させて位置を交換するものであることを特
   徴とする主軸交換手段付き工作機械。
5. 【請求項５】 一の主軸を用いて加工している際に他の
   主軸に装着されている工具を交換し、その後当該他の主
   軸の回転起動を行い、次いで前記一の主軸と前記他の主
   軸との位置を、旋回軸の回転により交換することを特徴
   とする工作機械の主軸交換方法。
6. 【請求項６】 請求項３又は４において、 前記主軸は、前記旋回軸に対して直角又は平行であるこ
   とを特徴とする主軸交換手段付き工作機械。
7. 【請求項７】 前後、左右方向に水平移動する移動コラ
   ムに、主軸ヘッドを上下方向に移動可能に装着した工作
   機械において、前記主軸ヘッドに旋回軸を中心にしてタ
   レットユニットを回転自在に設け、該タレットユニット
   に前記旋回軸の回転により位置を交換可能な複数の主軸
   を設け、更に、前記各主軸にそれぞれ主軸駆動用モータ
   を連結し、非加工位置における前記主軸に対して工具交
   換を行う工具交換手段を設けたことを特徴とする主軸交
   換手段付き工作機械。