JP3618548B2 - 主軸移動型立形工作機械および主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ほぼ垂直方向の回転軸線を有する主軸を軸支した主軸台を移動して、主軸下端に設けられたチャックとワークフィーダとのあいだで工作物を授受する主軸移動型立形工作機械、および主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
垂直方向あるいは垂直方向から所定角度だけ傾斜した回転軸線を有する主軸を軸支した主軸台を移動して、主軸下端に設けられたチャックに工作物を着脱し、チャックの下方に設けられた加工工具で工作物を加工する主軸移動型立形工作機械は、工作物を主軸に着脱するための搬送ローダが不要であり、工作物の搬送機構が簡素なものとなる等の利点がある。このような主軸移動型立形工作機械の例としては、図１に示すような形式の立旋盤がある。
【０００３】
図１により、主軸移動型立形工作機械の構成、動作を説明する。主軸移動型立形工作機械１には、工作機械本体２にワークフィーダ３が並設されている。工作機械本体２は、ベッド１０上に刃物台２３が設けられている。刃物台２３には割り出し回転可能なタレット２１が設けられており、タレット２１の外周部には外径加工用バイト、内径加工用バイト等の加工工具２２が保持されている。
【０００４】
主軸台４には垂直方向の回転軸線を有する主軸５が回転可能に軸支されており、主軸５の下端にはチャック６が設けられている。主軸５の回転軸線と平行な方向であるＺ軸方向と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に沿って、Ｘ軸ガイドレール１１が設けられており、Ｘ軸ガイドレール１１上にはサドル１２がＸ軸方向に移動可能に設けられている。サドル１２にはＺ軸方向に移動可能に主軸台４が設けられており、結局、主軸５はＸ，Ｚ軸方向に移動可能となっている。主軸５をＸ，Ｚ軸方向に移動制御して、チャック６に把持した工作物をタレット２１上の加工工具２２により加工する。
【０００５】
加工中に主軸台４が移動する領域は加工室１７として、カバー、スプラッシュガードに覆われている。加工室１７に隣接して工作物授受領域１８が設けられている。加工室１７と工作物授受領域１８とは開閉可能な開閉カバーによって仕切られている。工作物授受領域１８にはワークフィーダ３が設置されており、ワークフィーダ３上の複数のパレット１９上にはそれぞれ工作物が載置可能である。ワークフィーダ３により、複数の工作物を連続的に工作機械本体２に供給することが可能である。
【０００６】
Ｘ軸ガイドレール１１は、Ｘ軸方向にワークフィーダ３の位置まで延びており、主軸台４はチャック６が工作物授受位置のパレット１９の直上に位置するところまで移動可能である。主軸移動型立形工作機械１は、ＮＣ（数値制御）装置によって制御されている。まず、ＮＣ装置によって加工済み工作物用のパレット１９を工作物授受位置に位置決めするようワークフィーダ３を制御する。さらに、ＮＣ装置によって主軸台４をＸ軸方向に移動制御し、チャック６を工作物授受位置のパレット１９の直上に位置させる。そして、主軸台４をＺ軸方向に下降後、チャック６を開き加工済みの工作物をパレット１９上に載置する。
【０００７】
次に主軸台４を上昇させるとともに、未加工工作物を載置したパレット１９を工作物授受位置に位置決めするようワークフィーダ３を制御する。そして主軸台４をＺ軸方向に下降させ、チャック６を閉動作させて未加工工作物を把持する。その後、主軸台４を加工室１７内に移動して加工を行う。加工が終了すると、前述のように加工済み工作物の把持解除、搬出と、未加工工作物の把持、搬入を繰り返し、次の工作物の加工を行う。以上のようにして、複数の工作物を順次工作機械本体２に供給し加工を行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の、ワークフィーダを備えた主軸移動型立形工作機械においては、上記のような動作を行うので、加工済み工作物の渡し動作と未加工工作物の受け取り動作の間に、ワークフィーダ３の割り出し動作が入るため、工作物授受動作全体の時間（非加工時間）が長くなり、工作機械の稼働率低下の原因となっていた。
【０００９】
このため、工作物の渡し位置と受け取り位置を別々の位置に設定し、ワークフィーダ３として、加工済み工作物用のパレットを渡し位置に、未加工工作物用のパレットを受け取り位置に同時に位置決め可能なものを使用することが考えられる。この工作物渡し位置と受け取り位置は、主軸台４が移動可能な直線上にあることが必要である。そして、工作物の渡し動作と受け取り動作の間にワークフィーダ３の割り出しを行わず、主軸台４を移動させることにより受け取り位置への位置決めを行うようにすれば、工作物の授受時間を短縮できる。
【００１０】
しかし、パレット１９に複数の工作物を段積みする形式のワークフィーダの場合、段積みするための工作物載置補助部材であるガイド部材１９１が設けられていたり、工作物の把持する部分の外周部に凸部または凹部等が存在する異形工作物である場合には、正常な工作物の受け渡しが行えない可能性がある。これは、渡し位置と受け取り位置のパレット１９の角度位置が異なっており、パレット１９または工作物の角度位置と主軸の角度位置とが所定の位置関係に整合しなくなり、チャック６の把持爪２７がガイド部材１９１や工作物の凸部等に干渉したりすることがあるためである。
【００１１】
そこで、本発明は、工作物の授受時間を短縮して稼働率を向上させることのできる主軸移動型立形工作機械およびその主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の主軸移動型立形工作機械は、ほぼ垂直方向に回転軸線を有する主軸と、前記主軸を回転可能に軸支して、少なくとも前記主軸の軸線方向および前記主軸の軸線と直交する方向に移動する主軸台と、前記主軸の下端に設けられたチャックと、前記主軸を前記回転軸線を中心として回転位置決めする主軸回転角度位置位置決め手段と、前記主軸台の移動制御、前記主軸の回転制御および回転角度位置位置決め制御を行うとともに、前記チャックの把持爪の開閉を制御して、前記チャックに工作物を着脱させる制御を行う制御手段とを備えた主軸移動型立形工作機械であって、移動する複数の工作物載置部と、前記工作物載置部に立設された工作物載置補助部材とを有し、前記チャックが前記工作物を渡す工作物渡し位置と、前記チャックが前記工作物を受け取る工作物受け取り位置とに、２つの前記工作物載置部を同時に位置決め可能であり、前記工作物渡し位置および前記工作物受け取り位置は前記主軸台の移動可能範囲にあり、かつ、前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置とでは前記工作物載置部がその移動平面内で回転して前記工作物載置補助部材の向きが変化するワークフィーダが前記主軸移動型立形工作機械の近傍に設けられ、前記ワークフィーダの前記工作物載置部の移動軌跡は、前記移動平面内で少なくとも前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置を通る円弧軌跡を含み、前記円弧軌跡の円弧中心位置を中心とする前記工作物受け取り位置の前記工作物載置部と前記工作物渡し位置の前記工作物載置部との移動平面内での角度差を角度αとすると、前記制御手段は、前記主軸台を前記工作物渡し位置に移動させ、前記把持爪と前記工作物載置補助部材とが干渉しない回転角度位置に前記主軸を回転位置決めした後、前記工作物載置部に前記工作物を渡す手順と、前記主軸台を前記工作物受け取り位置に移動させるとともに前記主軸の回転角度位置を角度αだけ回転した角度位置とした後、前記工作物載置部から前記工作物を受け取る手順とを連続して実行するものである。
【００１３】
また、本発明の主軸移動型立形工作機械は、ほぼ垂直方向に回転軸線を有する主軸と、前記主軸を回転可能に軸支して、少なくとも前記主軸の軸線方向および前記主軸の軸線と直交する方向に移動する主軸台と、前記主軸の下端に設けられ、把持爪が等角度のｍ位置（ｍは２以上の任意の整数）に開閉可能に設けられたチャックと、前記主軸を前記回転軸線を中心として回転位置決めする主軸回転角度位置位置決め手段と、前記主軸台の移動制御、前記主軸の回転制御および回転角度位置位置決め制御を行うとともに、前記チャックの前記把持爪の開閉を制御して、前記チャックに工作物を着脱させる制御を行う制御手段とを備えた主軸移動型立形工作機械であって、移動する複数の工作物載置部と、前記工作物載置部に立設された工作物載置補助部材とを有し、前記チャックが前記工作物を渡す工作物渡し位置と、前記チャックが前記工作物を受け取る工作物受け取り位置とに、２つの前記工作物載置部を同時に位置決め可能であり、前記工作物渡し位置および前記工作物受け取り位置は前記主軸台の移動可能範囲にあり、かつ、前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置とでは前記工作物載置部がその移動平面内で回転して前記工作物載置補助部材の向きが変化するワークフィーダが前記主軸移動型立形工作機械の近傍に設けられ、前記ワークフィーダの前記工作物載置部の移動軌跡は、前記移動平面内で少なくとも前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置を通る円弧軌跡を含み、前記円弧軌跡の円弧中心位置を中心とする前記工作物受け取り位置の前記工作物載置部と前記工作物渡し位置の前記工作物載置部との移動平面内での角度差を角度α［ラジアン］とすると、前記制御手段は、前記主軸台を前記工作物渡し位置に移動させ、前記把持爪と前記工作物載置補助部材とが干渉しない回転角度位置に前記主軸を回転位置決めした後、前記工作物載置部に前記工作物を渡す手順と、前記主軸台を前記工作物受け取り位置に移動させるとともに前記主軸の回転角度位置を角度α±２ｎπ／ｍ［ラジアン］（ｎは任意の整数）だけ回転した角度位置とした後、前記工作物載置部から前記工作物を受け取る手順とを連続して実行するものである。
【００１４】
また、本発明の主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法は、ほぼ垂直方向に回転軸線を有する主軸と、前記主軸を回転可能に軸支して、少なくとも前記主軸の軸線方向および前記主軸の軸線と直交する方向に移動する主軸台と、前記主軸の下端に設けられたチャックと、前記主軸を前記回転軸線を中心として回転位置決めする主軸回転角度位置位置決め手段と、前記主軸台の移動制御、前記主軸の回転制御および回転角度位置位置決め制御を行うとともに、前記チャックの把持爪の開閉を制御して、前記チャックに工作物を着脱させる制御を行う制御手段とを備えた主軸移動型立形工作機械と、前記主軸移動型立形工作機械の近傍に設けられ、移動する複数の工作物載置部と、前記工作物載置部に立設された工作物載置補助部材とを有し、前記チャックが前記工作物を渡す工作物渡し位置と、前記チャックが前記工作物を受け取る工作物受け取り位置とに、２つの前記工作物載置部を同時に位置決め可能であり、前記工作物渡し位置および前記工作物受け取り位置は前記主軸台の移動可能範囲にあり、かつ、前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置とでは前記工作物載置部がその移動平面内で回転して前記工作物載置補助部材の向きが変化するワークフィーダとのあいだで前記工作物を授受する主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法であって、前記ワークフィーダの前記工作物載置部の移動軌跡は、前記移動平面内で少なくとも前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置を通る円弧軌跡を含み、前記円弧軌跡の円弧中心位置を中心とする前記工作物受け取り位置の前記工作物載置部と前記工作物渡し位置の前記工作物載置部との移動平面内での角度差を角度αとすると、前記主軸台を前記工作物渡し位置に位置決めするとともに、前記チャックの前記把持爪と前記工作物載置補助部材とが干渉しない回転角度位置に前記主軸を回転位置決めして、前記工作物を前記工作物載置部に載置して渡す手順と、前記渡す手順の後に、前記主軸台を前記工作物受け取り位置に位置決めするとともに、前記主軸の回転角度位置を角度αだけ回転した角度位置に位置決めして、前記工作物載置部上の前記工作物を前記チャックの前記把持爪で把持して受け取る手順とを有するものである。
【００１５】
また、本発明の主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法は、ほぼ垂直方向に回転軸線を有する主軸と、前記主軸を回転可能に軸支して、少なくとも前記主軸の軸線方向および前記主軸の軸線と直交する方向に移動する主軸台と、前記主軸の下端に設けられ、把持爪が等角度のｍ位置（ｍは２以上の任意の整数）に開閉可能に設けられたチャックと、前記主軸を前記回転軸線を中心として回転位置決めする主軸回転角度位置位置決め手段と、前記主軸台の移動制御、前記主軸の回転制御および回転角度位置位置決め制御を行うとともに、前記チャックの前記把持爪の開閉を制御して、前記チャックに工作物を着脱させる制御を行う制御手段とを備えた主軸移動型立形工作機械と、前記主軸移動型立形工作機械の近傍に設けられ、移動する複数の工作物載置部と、前記工作物載置部に立設された工作物載置補助部材とを有し、前記チャックが前記工作物を渡す工作物渡し位置と、前記チャックが前記工作物を受け取る工作物受け取り位置とに、２つの前記工作物載置部を同時に位置決め可能であり、前記工作物渡し位置および前記工作物受け取り位置は前記主軸台の移動可能範囲にあり、かつ、前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置とでは前記工作物載置部がその移動平面内で回転して前記工作物載置補助部材の向きが変化するワークフィーダとのあいだで前記工作物を授受する主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法であって、前記ワークフィーダの前記工作物載置部の移動軌跡は、前記移動平面内で少なくとも前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置を通る円弧軌跡を含み、前記円弧軌跡の円弧中心位置を中心とする前記工作物受け取り位置の前記工作物載置部と前記工作物渡し位置の前記工作物載置部との移動平面内での角度差を角度α［ラジアン］とすると、前記主軸台を前記工作物渡し位置に位置決めするとともに、前記チャックの前記把持爪と前記工作物載置補助部材とが干渉しない回転角度位置に前記主軸を回転位置決めして、前記工作物を前記工作物載置部に載置して渡す手順と、前記渡す手順の後に、前記主軸台を前記工作物受け取り位置に位置決めするとともに、前記主軸の回転角度位置を角度α±２ｎπ／ｍ［ラジアン］（ｎは任意の整数）だけ回転した角度位置に位置決めして、前記工作物載置部上の前記工作物を前記チャックの前記把持爪で把持して受け取る手順とを有するものである。
【００２０】
また、上記の主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法において、前記ワークフィーダの前記工作物渡し位置に位置している前記工作物載置部上の所定の高さ位置に工作物があるか否かを検出して、前記チャックが把持している工作物を渡す際に干渉が生じるか否かを判断する手順を有し、前記渡す手順は、前記判断する手順において干渉が生じないと判断された場合にのみ実行するものであることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、ワークフィーダ３が設けられた本発明の主軸移動型立形工作機械１の正面図である。工作機械としては立旋盤の場合の例である。また、図２は、ワークフィーダ３が設けられた本発明の主軸移動型立形工作機械１の平面図である。主軸移動型立形工作機械１の工作機械本体２は、ベッド１０上に刃物台２３が設けられている。刃物台２３には割り出し回転可能なタレット２１が設けられており、タレット２１の外周部には外径加工用バイト、内径加工用バイト等の加工工具２２が保持されている。主軸台４には垂直方向の回転軸線を有する主軸５が回転可能に軸支されており、主軸５の下端にはチャック６が設けられている。
【００２２】
主軸５と主軸台４のあいだ等には、主軸５の回転軸線を中心とする回転方向の所定の回転角度位置に主軸５を位置決めする主軸回転角度位置位置決め手段が設けられている。この主軸回転角度位置位置決め手段は、主軸モータ４ａ、主軸ポジションコーダ（主軸回転位置検出手段）４ｂ、制御装置（ＮＣ装置等）等から構成されている。この主軸回転角度位置への位置決めは、ＮＣプログラムに所定の指令（例えば、Ｍ機能（補助機能）、準備機能のコード）等をプログラムしておき、この指令を実行することにより行う。また、ＭＤＩ（手動データ入力）等で指令してもよい。
【００２３】
指令を実行するＮＣ装置は、指令された回転角度位置と、主軸ポジションコーダ４ｂで検出している主軸５の現在の角度位置とから、主軸５を所定の回転角度位置に停止させ位置決めする。すなわち、主軸ポジションコーダ４ｂで主軸５の回転角度位置を検出しながら主軸５を回転させ、所定の回転角度位置に達したとき停止して主軸５を位置決めすることができる。例えば、ＮＣ装置のパラメータメモリに指定された回転角度位置や、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）等外部機器から指令された回転角度位置等に停止させる。
【００２４】
また、主軸５に、主軸台４等固定体側に設けられた位置決めピンを係合させる等の機械的に位置決めする方法や、主軸５と主軸台４等固定体側とのあいだに主軸位置決め用センサ（例えば、磁気センサ）等を設け、このセンサを用い停止、位置決めさせる方法等も使用することができる。すなわち、主軸オリエンテーション機能（あらかじめ決められた角度の位置に主軸を停止させる補助機能）を２位置または１位置に設け、この回転角度位置に主軸５を位置決めするようにするとよい。
【００２５】
さらに、主軸５の回転軸線と平行な方向であるＺ軸の周り方向をＣ軸として主軸５の回転角度を制御し、ＮＣプログラム等で主軸５の回転角度位置を軸制御してもよい。
【００２６】
主軸５の軸線方向と平行な方向であるＺ軸方向と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に沿って、Ｘ軸ガイドレール１１が設けられており、Ｘ軸ガイドレール１１上にはサドル１２がＸ軸方向に移動可能に設けられている。サドル１２は、Ｘ軸用サーボモータ２０により回転駆動されるＸ軸送りねじ１３、ナット１４によりＸ軸方向に移動される。サドル１２にはＺ軸ガイドレール２４、スライド本体２５によりＺ軸方向に移動可能に主軸台４が設けられており、Ｚ軸用サーボモータ２６によってＺ軸送りねじ（図示せず）を回転駆動することにより主軸台４をＺ軸方向に移動する。これにより、主軸台４に支持された主軸５はＸ，Ｚ軸方向に移動可能となっている。主軸台４に支持された主軸５をＮＣ装置（図示せず）によりＸ，Ｚ軸方向に移動制御して、チャック６に把持した工作物をタレット２１上の加工工具により加工する。
【００２７】
加工中に主軸台４が移動する領域は加工室１７として、カバー、スプラッシュガードに覆われている。加工室１７に隣接して工作物授受領域１８が設けられている。加工室１７と工作物授受領域１８とは開閉可能な開閉カバーによって仕切られている。工作物授受領域１８にはワークフィーダ３が設置されており、ワークフィーダ３上の複数のパレット１９上にはそれぞれ工作物が載置可能である。各パレット１９の上面には、複数の工作物を段積みしたとき、工作物が倒れないように、かつ、所定の範囲内に工作物が位置するように載置するための工作物載置補助部材であるガイド部材１９１が立設されている。ガイド部材１９１は円周方向に均等に、かつ、工作物の直径にあわせて調整可能に３本設けられている。
【００２８】
ワークフィーダ３上には複数のパレット１９がチェーン４１で連結されて旋回および割り出し可能に設けられている。パレット１９が円弧状に旋回する位置上で、工作物渡し位置のパレット１９ａおよび受け取り位置のパレット１９ｂとが同時に位置決め停止される。これらの位置は主軸４の中心軸線のＸ軸方向の移動軌跡の直下に設けられる。このワークフィーダ３により、複数の工作物を連続的に工作機械本体２に供給することが可能である。
【００２９】
Ｘ軸ガイドレール１１は、Ｘ軸方向にワークフィーダ３の位置まで延びており、主軸台４はチャック６が工作物渡し位置のパレット１９ａおよび工作物受け取り位置のパレット１９ｂの直上に位置するところまで移動可能である。主軸移動型立形工作機械１およびワークフィーダ３は、ＮＣ装置によって制御されている。まずＮＣ装置はワークフィーダ３に指令を送出する。ワークフィーダ３は駆動体を駆動して、パレット１９ａおよびパレット１９ｂを工作物渡し位置および受け取り位置に割り出し、停止しておく。
【００３０】
また、工作物が載置される載置台１９２を図示しない載置台昇降機構の駆動体により所定の位置まで上昇させる。すなわち、工作物上端位置検出センサ（以下、センサと記載）１９３，１９４が工作物の上端または載置台１９２の上端を検知するまで上昇する。センサ１９３，１９４としては透過型光電センサが好適であるが、上端が検知できるものであれば他のセンサであってもよい。
【００３１】
センサ１９３，１９４は、載置台１９２の昇降機構と組み合わせて、載置台１９２上の工作物の状態の判断にも使用される。昇降機構の上限位置に載置台１９２が位置したときにセンサ１９３，１９４で工作物の上端を検出できない場合には、載置台１９２上に工作物が無いと判断できる。また、昇降機構の下限位置に載置台１９２が位置したときに、工作物が透過光を遮断して工作物の上端を検出できない場合には載置台１９２上に限度数の工作物が積み重ねられており、それ以上段積みすることができないものと判断できる。この判断により、パレット１９は旋回制御される。
【００３２】
ワークフィーダ３に指令を送出後、ＮＣ装置は主軸台４をＸ軸方向に移動制御し、チャック６を工作物渡し位置のパレット１９ａの直上に位置させる。そして主軸台４をＺ軸方向に下降させ、チャック６の把持爪２７を開状態にして加工済み工作物を工作物渡し位置のパレット１９ａの載置台１９２ａまたは載置台１９２ａ上の工作物の上に載置する。
【００３３】
次に主軸台４をＺ軸方向に上昇させ、さらにＸ軸方向に移動させて、チャック６を工作物受け取り位置のパレット１９ｂの載置台１９２ｂまたは載置台１９２ｂ上の工作物の上に載置された未加工工作物の直上に位置させる。次に主軸台４をＺ軸方向に下降させ、チャック６を閉動作させて未加工工作物を把持する。チャック６は、チャックシリンダ２８を駆動することにより、把持爪２７の開閉動作を行う。ただし、主軸移動型立形工作機械１に最初に工作物を供給する場合には、工作物渡し動作はスキップして、次の工作物受け取り動作を行う。
【００３４】
また、センサ１９３より、載置台１９２ａまたは載置台１９２ａ上の工作物が所定の高さ（センサ１９３が工作物の上端位置を検出した高さ位置）まで下降したことを検出した信号がＮＣ装置に戻ってこないと、主軸台４はＺ軸方向に下降動作しないので、チャック６が把持している工作物と、載置台１９２ａまたは載置台１９２ａ上の工作物とが干渉、衝突等するおそれはない。すなわち、干渉する工作物が有りの状態として下降動作をさせない判断をする。さらに、センサ１９４より、載置台１９２ｂ上の工作物が所定の高さ（センサ１９４が工作物の上端位置を検出した位置）まで上昇したことを検出した信号がＮＣ装置に戻ってこないと、主軸台４はＺ軸方向に下降動作しないので、チャック６が何も把持しないで空加工を行うこともない。
【００３５】
その後、主軸台４を加工室１７内に移動して加工を行う。加工が終了すると、再び主軸台４をワークフィーダ３の位置まで移動させて、加工済み工作物を工作物渡し位置のパレット１９ａ上の載置台１９２ａまたは載置台１９２ａ上の工作物の上に載置する。以上のような動作を繰り返して、複数の工作物を順次工作機械本体２に供給し加工を行うことができる。そして、工作物受け取り位置のパレット１９ｂの載置台１９２ｂに段積みされた未加工工作物がなくなると、ワークフィーダ３を図２において左回りにパレット１９のピッチ分だけ旋回し、次の未加工工作物を段積みしたパレットを工作物受け取り位置に割り出す。
【００３６】
図３は、ワークフィーダ３の工作物授受位置の部分の拡大図である。パレットは、主軸４のチャック６から加工済み工作物９ａを渡す工作物渡し位置および主軸４のチャック６が未加工の工作物９ｂを受け取る工作物受け取り位置に同時に割り出すことが可能となっている。工作物渡し位置のパレット１９ａと工作物受け取り位置のパレット１９ｂとは、主軸４の中心軸線のＸ軸方向の移動軌跡の直下に位置するように位置設定されている。
【００３７】
パレット１９の上面には、複数の工作物を段積みして載置するためのガイド部材１９１が立設されている。ガイド部材１９は円周方向に均等に３本設けられている。パレット１９の載置台１９２は上下移動が可能である。段積みされた最上位置の工作物が主軸５に受け取られると載置台１９２が工作物１個分上昇駆動され、最上位置の工作物の位置は常に一定位置に保たれる。また、主軸５から工作物が渡されると載置台１９２が工作物１個分下降駆動される。各パレット１９はチェーン４１によって連結されており、パレット１９ｂの載置台１９２ｂ上の未加工工作物が全て加工されると、各パレットは１ピッチ分だけ左回りに旋回される。
【００３８】
パレット１９ｂの工作物受け取り位置から、パレット１９ａの工作物渡し位置に移動する際、パレットは左回り（正回転方向）に角度α（ラジアンまたは度）だけ旋回する。各パレットはチェーン４１に取り付け固定されているので、この旋回によりパレット１９ｂはパレット１９ｂの載置部中心を中心にして角度α（ラジアンまたは度）だけ正回転する。したがって、パレット上のガイド部材１９１の角度位置も角度α（ラジアンまたは度）だけ正回転する。
【００３９】
一方、チャック６の３本の把持爪２７は、パレットのガイド部材１９１に干渉しないように、２つのガイド部材１９１の中間の位置に位置決めする必要がある。チャック６の３本の把持爪２７のうちの特定のものを把持爪２７１とすると、工作物渡し位置での把持爪２７１の中心線Ｓａの角度位置は２つのガイド部材１９１の中間の角度位置とする必要がある。工作物受け取り位置での把持爪２７１の中心線Ｓｂの角度位置についても同様である。
【００４０】
したがって、工作物渡し位置での把持爪２７１の中心線ＳａとＸ軸のなす角度をθａとし、工作物受け取り位置での把持爪２７１の中心線ＳｂとＸ軸のなす角度をθｂとすると、θａ−θｂ＝αとなる。よってθｂ＝θａ−αとなり、工作物渡し位置から工作物受け取り位置に主軸５を移動する際に、主軸５を角度（−α）すなわち負回転方向に角度αだけ回転すれば、チャック６の把持爪２７がガイド部材１９１の中間位置に位置決めされ干渉することがなくなる。
【００４１】
なお、チャック６の３本の把持爪２７は円周方向に２π／３［ラジアン］の角度ごとに均等に配置されているので、角度αだけ回転させるかわりに、角度（α±２ｎπ／３）だけ回転させてもよい。ただし、ｎは任意の整数である。角度（α±２ｎπ／３）の中で絶対値が最小の角度βを求めて、角度βだけ正または負回転させるようにすれば、最小の回転角度で主軸５の割り出しが行える。また、把持爪２７がｍ本（ｍは２以上の任意の整数）の場合には、角度（α±２ｎπ／ｍ）だけ回転させればよい。なお、ガイド部材１９１にガイドされる工作物は、多角形形状の工作物を含むものである。
【００４２】
ここではパレット１９にガイド部材１９１が設けられている場合について説明したが、チャック６の把持爪２７が干渉しうる他の部材がパレット１９に設けられている場合についても同様である。また、工作物を段積みしない場合でも、工作物の外周に凸部または凹部を有する異形工作物の場合にも適用できる。工作物の凸部または凹部の位置にチャック６の把持爪２７が位置すると正常に工作物を把持できないので、把持爪２７の位置が工作物の凸部または凹部（平面形状部を含む）を避けるように主軸５を割り出す必要がある。また、工作物の凸部または凹部を所定の位置に位置決めするための載置補助部材も避けるように割り出すのが好適である。異形工作物の場合には、主軸５への工作物の受け取り動作では主軸５を正常な把持位置に割り出す必要があるが、主軸５からの渡し動作においては必ずしも割り出しを行う必要はない。
【００４３】
図４は、工作物の授受を行うＮＣ命令の動作を示すフローチャートである。ＮＣ加工プログラムにおいて、加工済み工作物を渡して未加工工作物を受け取る工作物授受のＮＣ指令を、例えば「Ｍ２０１」と定義しておく。主軸移動型立形工作機械１の図示しないＮＣ装置は、ＮＣ加工プログラム中で「Ｍ２０１」が現れると、図４の「工作物授受」の処理を実行し、この処理が終了すれば「Ｍ２０１」の次のＮＣ指令から実行を継続する。
【００４４】
まず、判断３０１において現在チャック６に加工済みの工作物を把持しているか否かを判断する。把持していれば処理３０２からの工作物渡し動作を実行し、把持していなければ工作物渡し動作はスキップして、処理３０８からの工作物受け取り動作を実行する。処理３０２では、主軸台４をＸ軸方向に移動して工作物渡し位置に位置決めする。次に処理３０３で、チャック６の把持爪２７をガイド部材１９１に干渉しない位置とするために、主軸５を割り出し回転し、把持爪２７１の中心線とＸ軸との角度がθａとなるように位置決めする。
【００４５】
処理３０４は、パレット１９ａの載置台１９２ａの所定高さへの移動が完了しているか否かを判断し、完了していない場合には移動が完了するのを待つものである。すなわち、載置台１９２ａ上の工作物と、チャック６が把持している工作物を干渉、衝突させて、工作物を不良品にしたり、ワークフィーダ３の昇降機構、主軸台４の主軸受等工作機械本体２の各部位に異常、精度不良等を生じさせないためのものである。処理３０５では、主軸台４をＺ軸方向に下降して加工済み工作物をパレット１９ａの載置台１９２ａの直上位置に移動する。処理３０６では、チャック６の把持爪２７を開き、加工済み工作物をパレット１９ａの載置台１９２ａに載置する。そして処理３０７で、主軸台４をＺ軸方向の所定位置まで上昇させる。
【００４６】
処理３０８からは工作物受け取り動作である。処理３０８では、主軸台４をＸ軸方向に移動して工作物受け取り位置に位置決めする。次に処理３０９で、チャック６の把持爪２７が開状態であることを確認する。処理３１０では、チャック６の把持爪２７を適正な把持位置とするために、主軸５を割り出し回転し、把持爪２７１の中心線とＸ軸との角度がθｂとなるように位置決めする。処理３１１は、パレット１９ｂの載置台１９２ｂの所定高さへの移動が完了しているか否かを判断し、完了していない場合には移動が完了するのを待つものである。すなわち、チャック６が工作物を把持しない状態で加工室１７側に移動して、いわゆる空切削してしまうことを防止するものである。
【００４７】
処理３１２では、主軸台４をＺ軸方向に下降して、未加工工作物をチャック６に把持可能な位置まで移動する。処理３１３では、チャック６の把持爪２７を閉じ、未加工工作物をチャック６に把持する。そして処理３１４では、主軸台４を上昇させるとともに加工室１７内の機械原点まで移動させる。処理３１５は、チャック６の把持爪２７が閉状態であることを確認するものである。以上の処理を終了すると、この処理の呼び出し元に戻り、次のＮＣ指令から実行を継続して所望の加工を行う。
【００４８】
このように２つのパレットを渡し位置と受け取り位置に同時に位置決めして、主軸台を渡し位置のパレットから受け取り位置のパレットに移動して工作物の授受を行うようにしたので、主軸台の高速移動によって工作物の授受を行うことができ、渡し動作と受け取り動作の間のワークフィーダの割り出し動作をなくすことができるため、工作物の授受を短時間で実行でき工作機械の稼働率を向上させることができる。また、工作物の授受の際には、パレットに設けられたガイド部材や工作物の凹凸部をチャックの把持爪が避けるように主軸を割り出し回転するため、多段積みされた工作物の加工や異形工作物の加工も支障なく実行することができる。
【００４９】
なお、以上の実施の形態においては、主軸４の軸線方向（Ｚ軸方向）は垂直方向としたが、Ｚ軸方向を垂直方向から所定角度だけ傾斜させるようにした工作機械でもよい。また、工作機械としては立旋盤を例にして説明したが、立旋盤以外にもターニングセンタ、研削盤、マシニングセンタ等の他の任意の工作機械にも適用できる。
【００５０】
ワークフィーダとしては、パレットをチェーンで接続したロータリ型ワークフィーダにより説明したが、円板の円周上にパレットを配置した円板型ワークフィーダでも同様に本発明を実施できる。さらに、主軸モータをビルトインモータとして説明したが、ベルト・プーリ機構、歯車機構を介して主軸を回転させる主軸モータを使用することもできる。チャックも三爪チャックで説明したが、例えば四爪チャック等の他の形式のチャックであってもよい。
【００５１】
異形工作物を一個工作物載置台上に載置する場合には、工作物上端位置検出センサ１９３，１９４に換えて、工作物有無検出センサを設けるのが好適である。この工作物有無検出センサは、工作物載置部であるパレット上に工作物があるか否かを判断するためのセンサである。この場合、処理３０４は、工作物渡し位置のパレット上に工作物が有る場合、主軸台のＺ軸方向への下降を行わずに、パレットを旋回させて工作物無しのパレットを工作物渡し位置に位置させる。このことにより、チャックに把持している工作物と、パレット上に載置されている工作物との干渉、衝突を防止することができる。
【００５２】
また、工作物受け取り位置のパレットにも工作物有無検出センサを設け、工作物有りのときにのみ主軸台を下降させる動作を行うように処理３１１で行ってもよい。しかしながら、工作物受け取り位置の工作物有無検出センサは必ずしも必要ではない。工作物有無検出センサとしては、透過型光電センサ、反射型光電センサ、磁気センサ、超音波センサ等種々のセンサを使用することができる。さらに、異形工作物について、パレットに一個載置する例で説明を行っているが、異形工作物を工作物載置台に複数個段積みしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００５４】
２つのパレットを渡し位置と受け取り位置に同時に位置決めして、主軸台を渡し位置のパレットから受け取り位置のパレットに移動して工作物の授受を行うようにしたので、主軸台の高速移動によって工作物の授受を行うことができ、渡し動作と受け取り動作の間のワークフィーダの割り出し動作をなくすことができるため、工作物の授受を短時間で実行でき工作機械の稼働率を向上させることができる。また、工作物の授受の際には、パレットに設けられたガイド部材や工作物の凹凸部をチャックの把持爪が避けるように主軸を割り出し回転して位置決めするため、多段積みされた工作物の加工や異形工作物の加工も支障なく実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の主軸移動型立形工作機械の正面図である。
【図２】図２は、本発明の主軸移動型立形工作機械の平面図である。
【図３】図３は、ワークフィーダの工作物授受位置の部分の拡大図である。
【図４】図４は、工作物の授受を行うＮＣ命令の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…主軸移動型立形工作機械
２…工作機械本体
３…ワークフィーダ
４…主軸台
５…主軸
６…チャック
１０…ベッド
１２…サドル
１７…加工室
１８…工作物授受領域
１９…パレット
２１…タレット
２２…加工工具
２３…刃物台
２７…把持爪
４１…チェーン
１９１…ガイド部材
１９２…載置台
２７１…把持爪

Claims (5)

1. ほぼ垂直方向に回転軸線を有する主軸（５）と、
   前記主軸（５）を回転可能に軸支して、少なくとも前記主軸（５）の軸線方向および前記主軸（５）の軸線と直交する方向に移動する主軸台（４）と、
   前記主軸（５）の下端に設けられたチャック（６）と、
   前記主軸（５）を前記回転軸線を中心として回転位置決めする主軸回転角度位置位置決め手段と、
   前記主軸台（４）の移動制御、前記主軸（５）の回転制御および回転角度位置位置決め制御を行うとともに、前記チャック（６）の把持爪（２７）の開閉を制御して、前記チャック（６）に工作物（９ａ，９ｂ）を着脱させる制御を行う制御手段とを備えた主軸移動型立形工作機械であって、
   移動する複数の工作物載置部（１９）と、前記工作物載置部（１９）に立設された工作物載置補助部材（１９１）とを有し、前記チャック（６）が前記工作物（９ａ）を渡す工作物渡し位置と、前記チャック（６）が前記工作物（９ｂ）を受け取る工作物受け取り位置とに、２つの前記工作物載置部（１９）を同時に位置決め可能であり、前記工作物渡し位置および前記工作物受け取り位置は前記主軸台（４）の移動可能範囲にあり、かつ、前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置とでは前記工作物載置部（１９）がその移動平面内で回転して前記工作物載置補助部材（１９１）の向きが変化するワークフィーダ（３）が前記主軸移動型立形工作機械の近傍に設けられ、
   前記ワークフィーダ（３）の前記工作物載置部（１９）の移動軌跡は、前記移動平面内で少なくとも前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置を通る円弧軌跡を含み、前記円弧軌跡の円弧中心位置を中心とする前記工作物受け取り位置の前記工作物載置部（１９ｂ）と前記工作物渡し位置の前記工作物載置部（１９ａ）との移動平面内での角度差を角度αとすると、
   前記制御手段は、
   前記主軸台（４）を前記工作物渡し位置に移動させ、前記把持爪（２７）と前記工作物載置補助部材（１９１）とが干渉しない回転角度位置に前記主軸（５）を回転位置決めした後、前記工作物載置部（１９）に前記工作物（９ａ）を渡す手順と、
   前記主軸台（４）を前記工作物受け取り位置に移動させるとともに前記主軸（５）の回転角度位置を角度αだけ回転した角度位置とした後、前記工作物載置部（１９）から前記工作物（９ｂ）を受け取る手順とを連続して実行するものである主軸移動型立形工作機械。
2. ほぼ垂直方向に回転軸線を有する主軸（５）と、
   前記主軸（５）を回転可能に軸支して、少なくとも前記主軸（５）の軸線方向および前記主軸（５）の軸線と直交する方向に移動する主軸台（４）と、
   前記主軸（５）の下端に設けられ、把持爪（２７）が等角度のｍ位置（ｍは２以上の任意の整数）に開閉可能に設けられたチャック（６）と、
   前記主軸（５）を前記回転軸線を中心として回転位置決めする主軸回転角度位置位置決め手段と、
   前記主軸台（４）の移動制御、前記主軸（５）の回転制御および回転角度位置位置決め制御を行うとともに、前記チャック（６）の前記把持爪（２７）の開閉を制御して、前記チャック（６）に工作物（９ａ，９ｂ）を着脱させる制御を行う制御手段とを備えた主軸移動型立形工作機械であって、
   移動する複数の工作物載置部（１９）と、前記工作物載置部（１９）に立設された工作物載置補助部材（１９１）とを有し、前記チャック（６）が前記工作物（９ａ）を渡す工作物渡し位置と、前記チャック（６）が前記工作物（９ｂ）を受け取る工作物受け取り位置とに、２つの前記工作物載置部（１９）を同時に位置決め可能であり、前記工作物渡し位置および前記工作物受け取り位置は前記主軸台（４）の移動可能範囲にあり、かつ、前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置とでは前記工作物載置部（１９）がその移動平面内で回転して前記工作物載置補助部材（１９１）の向きが変化するワークフィーダ（ ３）が前記主軸移動型立形工作機械の近傍に設けられ、
   前記ワークフィーダ（３）の前記工作物載置部（１９）の移動軌跡は、前記移動平面内で少なくとも前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置を通る円弧軌跡を含み、前記円弧軌跡の円弧中心位置を中心とする前記工作物受け取り位置の前記工作物載置部（１９ｂ）と前記工作物渡し位置の前記工作物載置部（１９ａ）との移動平面内での角度差を角度α［ラジアン］とすると、
   前記制御手段は、
   前記主軸台（４）を前記工作物渡し位置に移動させ、前記把持爪（２７）と前記工作物載置補助部材（１９１）とが干渉しない回転角度位置に前記主軸（５）を回転位置決めした後、前記工作物載置部（１９）に前記工作物（９ａ）を渡す手順と、
   前記主軸台（４）を前記工作物受け取り位置に移動させるとともに前記主軸（５）の回転角度位置を角度α±２ｎπ／ｍ［ラジアン］（ｎは任意の整数）だけ回転した角度位置とした後、前記工作物載置部（１９）から前記工作物（９ｂ）を受け取る手順とを連続して実行するものである主軸移動型立形工作機械。
3. ほぼ垂直方向に回転軸線を有する主軸（５）と、
   前記主軸（５）を回転可能に軸支して、少なくとも前記主軸（５）の軸線方向および前記主軸（５）の軸線と直交する方向に移動する主軸台（４）と、
   前記主軸（５）の下端に設けられたチャック（６）と、
   前記主軸（５）を前記回転軸線を中心として回転位置決めする主軸回転角度位置位置決め手段と、
   前記主軸台（４）の移動制御、前記主軸（５）の回転制御および回転角度位置位置決め制御を行うとともに、前記チャック（６）の把持爪（２７）の開閉を制御して、前記チャック（６）に工作物（９ａ，９ｂ）を着脱させる制御を行う制御手段とを備えた主軸移動型立形工作機械と、
   前記主軸移動型立形工作機械の近傍に設けられ、移動する複数の工作物載置部（１９）と、前記工作物載置部（１９）に立設された工作物載置補助部材（１９１）とを有し、前記チャック（６）が前記工作物（９ａ）を渡す工作物渡し位置と、前記チャック（６）が前記工作物（９ｂ）を受け取る工作物受け取り位置とに、２つの前記工作物載置部（１９）を同時に位置決め可能であり、前記工作物渡し位置および前記工作物受け取り位置は前記主軸台（４）の移動可能範囲にあり、かつ、前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置とでは前記工作物載置部（１９）がその移動平面内で回転して前記工作物載置補助部材（１９１）の向きが変化するワークフィーダ（３）とのあいだで前記工作物（９ａ，９ｂ）を授受する主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法であって、
   前記ワークフィーダ（３）の前記工作物載置部（１９）の移動軌跡は、前記移動平面内で少なくとも前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置を通る円弧軌跡を含み、前記円弧軌跡の円弧中心位置を中心とする前記工作物受け取り位置の前記工作物載置部（１９ｂ）と前記工作物渡し位置の前記工作物載置部（１９ａ）との移動平面内での角度差を角度αとすると、
   前記主軸台（４）を前記工作物渡し位置に位置決めするとともに、前記チャック（６）の前記把持爪（２７）と前記工作物載置補助部材（１９１）とが干渉しない回転角度位置に前記主軸（５）を回転位置決めして、前記工作物（９ａ）を前記工作物載置部（１９ａ）に載置して渡す手順と、
   前記渡す手順の後に、前記主軸台（４）を前記工作物受け取り位置に位置決めするとともに、前記主軸（５）の回転角度位置を角度αだけ回転した角度位置に位置決めして、前記工作物載置部（１９ｂ）上の前記工作物（９ｂ）を前記チャック（６）の前記把持爪（２７）で把持して受け取る手順とを有する主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法。
4. ほぼ垂直方向に回転軸線を有する主軸（５）と、
   前記主軸（５）を回転可能に軸支して、少なくとも前記主軸（５）の軸線方向および前記主軸（５）の軸線と直交する方向に移動する主軸台（４）と、
   前記主軸（５）の下端に設けられ、把持爪（２７）が等角度のｍ位置（ｍは２以上の任意の整数）に開閉可能に設けられたチャック（６）と、
   前記主軸（５）を前記回転軸線を中心として回転位置決めする主軸回転角度位置位置決め手段と、
   前記主軸台（４）の移動制御、前記主軸（５）の回転制御および回転角度位置位置決め制御を行うとともに、前記チャック（６）の前記把持爪（２７）の開閉を制御して、前記チャック（６）に工作物（９ａ，９ｂ）を着脱させる制御を行う制御手段とを備えた主軸移動型立形工作機械と、
   前記主軸移動型立形工作機械の近傍に設けられ、移動する複数の工作物載置部（１９）と、前記工作物載置部（１９）に立設された工作物載置補助部材（１９１）とを有し、前記チャック（６）が前記工作物（９ａ）を渡す工作物渡し位置と、前記チャック（６）が前記工作物（９ｂ）を受け取る工作物受け取り位置とに、２つの前記工作物載置部（１９）を同時に位置決め可能であり、前記工作物渡し位置および前記工作物受け取り位置は前記主軸台（４）の移動可能範囲にあり、かつ、前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置とでは前記工作物載置部（１９）がその移動平面内で回転して前記工作物載置補助部材（１９１）の向きが変化するワークフィーダ（３）とのあいだで前記工作物（９ａ，９ｂ）を授受する主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法であって、
   前記ワークフィーダ（３）の前記工作物載置部（１９）の移動軌跡は、前記移動平面内で少なくとも前記工作物受け取り位置と前記工作物渡し位置を通る円弧軌跡を含み、前記円弧軌跡の円弧中心位置を中心とする前記工作物受け取り位置の前記工作物載置部（１９ｂ）と前記工作物渡し位置の前記工作物載置部（１９ａ）との移動平面内での角度差を角度α［ラジアン］とすると、
   前記主軸台（４）を前記工作物渡し位置に位置決めするとともに、前記チャック（６）の前記把持爪（２７）と前記工作物載置補助部材（１９１）とが干渉しない回転角度位置に前記主軸（５）を回転位置決めして、前記工作物（９ａ）を前記工作物載置部（１９ａ）に載置して渡す手順と、
   前記渡す手順の後に、前記主軸台（４）を前記工作物受け取り位置に位置決めするとともに、前記主軸（５）の回転角度位置を角度α±２ｎπ／ｍ［ラジアン］（ｎは任意の整数）だけ回転した角度位置に位置決めして、前記工作物載置部（１９ｂ）上の前記工作物（９ｂ）を前記チャック（６）の前記把持爪（２７）で把持して受け取る手順とを有する主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法。
5. 請求項３，４のいずれか１項に記載した主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法であって、
   前記ワークフィーダ（３）の前記工作物渡し位置に位置している前記工作物載置部（１９ａ）上の所定の高さ位置に工作物があるか否かを検出して、前記チャック（６）が把持している工作物を渡す際に干渉が生じるか否かを判断する手順を有し、
   前記渡す手順は、前記判断する手順において干渉が生じないと判断された場合にのみ実行するものである主軸移動型立形工作機械における工作物授受方法。

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