JP4734169B2 - 工作機械システム - Google Patents

Description

本発明は、鉛直面内で回転する回転アームと、該回転アームの先端近傍に水平指向する加工主軸とを有する工作機械が複数設けられた工作機械システムに関する。

工作機械は、設置のスペース効率向上、隣接する工作機械へのワークの搬送、及び操作者の操作性の観点から、占有面積が小さいことが好ましく、特に正面視の幅が小さいことが好ましい。このように占有面積を小さくするという目的のため、例えば特許文献１では、水平方向に進退自在な可動コラムに昇降及び水平移動が可能な２つのスピンドルユニットが設けられた工作機械が提案されている。この特許文献１の工作機械は、低コスト且つ省スペースであって好適である。

また、特許文献２では、加工軸を鉛直方向に向ける構成により、省スペース及び単位面積あたりの設置台数を増加して生産性を向上することのできるＮＣ旋盤が提案されている。

ところで、引用文献１及び引用文献２に記載された工作機械では、正面視で直交する２軸のスライド機構が設けられていることから構造が複雑であって、しかも重量のあるスライド部材が移動をすることから、十分な安定性を得るためにはベース部分を相当に強固に設定しておかなければならなず、全体としての重量が重くなる。

このような観点から、特許文献３では、水平方向のスライド機構に対して、鉛直面内で回転するアームを設け、該アームを回転させることにより垂直方向に変位させる工作機械が提案されている。このような工作機械によれば、正面視のスライド機構は１軸分で足り、簡便な構成とすることができて好適である。

特許３２７８１３５号公報 特許２００３−２６６２０３号公報 特公平５−２４４６号公報

上記の特許文献３に記載された工作機械は、簡便な構成であるが、その一方、水平面上で直交する２軸のスライド機構（Ｘテーブル及びＺテーブル）を有しており、占有面積は必ずしも小さくはない。また、正面視ではＸ方向のスライド機構が設けられていることから機幅についても、必ずしも狭くはない。

そこで、特許文献３における工作機械の水平のＸ方向のスライド機構が鉛直方向となるように９０°回転させた機構を採用すると、正面視の機幅が非常に小さくなる。しかしながら、機幅だけが小さくなっても、回転アームの長さは変わらないことから、該工作機械を隣接して複数台配置する場合には相互の回転アームが干渉を起こさない程度に離して配置しなければならず、一層のスペース効率を図る上で障害となる。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、コンパクトな構成でスペース効率が高い工作機械システムを提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械システムは、隣接して平行に設けられた第１工作機械及び第２工作機械と、前記第１工作機械及び前記第２工作機械を制御する制御部と、を備える工作機械システムであって、前記第１工作機械及び前記第２工作機械は、それぞれ、水平面内の一方向であるＺ方向にスライド移動するコラムと、前記コラム上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体と、前記支持体に支承してＺ方向に向いたワークに臨む鉛直平面内において３６０°回転する回転アームと、前記回転アームを回転させるアーム回転駆動源と、前記回転アーム上の回転中心から離れた位置に設けられ、前記回転アームに対して回転自在に支承されてＺ方向を指向する加工主軸と、前記加工主軸を回転させる主軸回転駆動源と、前記加工主軸に着脱自在な複数の工具を回転マガジンに蓄えた自動工具交換機構とを有し、前記回転アームの回転中心軸と、前記回転マガジンの回転軸とは同一鉛直面上に配置されることを特徴とする。

また、本発明に係る工作機械システムは、隣接して平行に設けられた第１工作機械及び第２工作機械と、前記第１工作機械及び前記第２工作機械を制御する制御部とを備える工作機械システムであって、前記第１工作機械及び前記第２工作機械は、それぞれ、水平面内の一方向であるＺ方向にスライド移動するコラムと、前記コラム上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体と、前記支持体に支承してＺ方向に向いたワークに臨む鉛直平面内において３６０°回転する回転アームと、前記回転アームを回転させるアーム回転駆動源と、前記回転アーム上の回転中心から離れた位置に設けられ、前記回転アームに対して回転自在に支承されてＺ方向を指向する加工主軸と、前記加工主軸を回転させる主軸回転駆動源とを有し、Ｚ方向からみた正面視で、前記第１工作機械及び前記第２工作機械の各回転アームの回転中心の水平幅方向の距離は、各回転アームの合計長さより短く、前記制御部は、一方の回転アーム又は支持体を動かす場合に移動先の回転アームの位置と他方の回転アームの位置とを比較し、相互干渉が発生するときには一方の回転アームの動作を停止し、又は、１つ先のシーケンスの動作を先行して行わせることを特徴とする。

このように、第１工作機械と第２工作機械とを統合的・協調的に制御し、各回転アームの位置を確認しながら、相互干渉が発生する場合には、一方の回転アームの動作を停止し、又は、１つ先のシーケンスの動作を先行させることにより、干渉を回避しながら、工作機械システムをコンパクトに構成しスペース効率を向上させることができる。

この場合、前記制御部は、各回転アームの動作範囲を複数のエリアに区分けし、各回転アームの位置及び干渉の有無をエリア単位で判断すると、処理が簡便となる。

また、前記第１工作機械及び前記第２工作機械の各回転アームのＺ方向の変位が異なるとき、前記制御部は、前記ワークに近い側の回転アーム動作を非制限とし、前記ワークから遠い側の回転アームが内側に向くことを制限してもよい。これにより、各回転アームのＺ方向の変位が異なる場合においても一方の工作機械の回転アームが他方の工作機械の支持体やコラム等に干渉することを防止できる。また、ワークに近い側の回転アーム動作を非制限とすることから、不当に動作を制限することなく、動作可能な範囲で加工を継続することができる。

また、前記回転アームの回転中心軸と、前記主軸回転駆動源の駆動軸は同一鉛直面上に配置すると、一層幅狭に構成することができる。

さらに、前記アーム回転駆動源は、中空回転軸を有して、前記支持体に設けられ、前記主軸回転駆動源は、前記中空回転軸を貫通して動力を伝達する動力伝達部を介して前記加工主軸と連結されて、前記支持体の背面側に設けられ、前記アーム回転駆動源と前記主軸回転駆動源は同軸上に配置されていてもよい。このような構成によれば、アーム回転駆動源と主軸回転駆動源とを一体的でコンパクトなユニットとして構成することができる。

さらにまた、前記加工主軸に着脱自在な複数の工具を回転マガジンに備えた自動工具交換機構を備え、前記回転アームの回転中心軸と、前記回転マガジンの回転軸は同一鉛直面上に配置されていると、一層狭幅に構成することができる。また、回転アームの回転中心軸と回転マガジンの回転軸が同一鉛直面上に配置されていることから、回転アームの昇降にともなって発生する力のベクトルは回転マガジンの方向に向き、モーメントが発生することがないため、安定性が高い。

前記加工主軸に着脱自在な複数の工具を回転マガジンに備えた自動工具交換機構を備え、Ｚ方向からみた正面視で、前記第１工作機械及び前記第２工作機械の各回転アームの回転中心の水平幅の範囲内に前記回転マガジンの回転軸が設けられていてもよい。これにより、回転マガジンはバランスよく配置可能である。また、単一の回転マガジンを第１工作機械と第２工作機械で共用可能となる。

本発明に係る工作機械システムによれば、第１工作機械と第２工作機械とを統合的・協調的に制御し、各回転アームの位置を確認しながら、相互干渉が発生する場合には、一方の回転アームの動作を停止し、又は、１つ先のシーケンスの動作を先行して行わせることにより、干渉を回避しながら、工作機械システムをコンパクトに構成しスペース効率を向上させることができる。

以下、本発明に係る工作機械システムについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１６を参照しながら説明する。

図１〜図３は、本実施の形態に係る工作機械システム１０の斜視図、正面図及び側面図である。図１〜図３に示すように、本実施の形態に係る工作機械システム１０は、ワークＷに対してドリル加工、中ぐり加工及びタップ加工等を行うものであって、正面視（図２参照）で狭幅に構成されている。以下、工作機械システム１０の向きを特定するために、図２における左右方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する奥行きの方向をＺ方向（図３参照）とする。Ｘ方向及びＹ方向は、水平面内の所定の一方向であって、直交している。

工作機械システム１０は、正面視向かって左側の第１工作機械１１ａと右側の第２工作機械１１ｂと、これらの第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂを統合的・協調的に制御するコントローラ１２とを有する。第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂは隣接して平行に設けられており、定盤１３、ワーク移動装置１４及びフレーム１５は共用となっている。もちろん、これらの定盤１３、ワーク移動装置１４及びフレーム１５は、第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂに専用のものを用いても良い。第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂは同構造であり、以下第１工作機械１１ａを代表的に説明する。

第１工作機械１１ａは、床に固定された定盤１３をベースに構成されている。定盤１３はＸ方向に狭幅で、Ｙ方向に低い形状である。定盤１３には、ワーク移動装置１４及びフレーム１５が取り付けられている。ワーク移動装置１４は、ワークＷを加工面が後方（矢印Ｚ２方向）を指向するように固定するためのものであって、定盤１３における上面の正面側（矢印Ｚ１側）の近傍に設けられている。

ワーク移動装置１４は、１２０°毎に間欠回転しながら２つのワークＷを第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂに対向するように固定するものであって、加工面が後方（矢印Ｚ２方向）を指向するように回転動作する。ワーク移動装置１４は、定盤１３の上面の正面側（矢印Ｚ１側）の近傍に設けられている。ワークＷは、ワーク移動装置１４の回転により矢印Ｚ１側の位置１５４ｃで搬入され、平面視時計回りで間欠回転し、第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂで加工された後、再び位置１５４ｃに戻り搬出される。

フレーム１５は、後述する回転マガジン（自動工具交換機構）８０ａ、８０ｂを支持するためのものであって、定盤１３の矢印Ｚ方向の両端から上方に延在する４本の支柱１５ａと、これらの支柱１５ａを介して支えられたプレート１５ｂとを有する。

第１工作機械１１ａは、定盤１３の上面に設けられたＺ方向に延在する一対のＺレール１６と、該Ｚレール１６に案内されてＺ方向にスライドするコラム１８と、該コラム１８の正面においてＹ方向に延在する一対のＹレール２０と、該Ｙレール２０に案内されてＹ方向にスライドする支持体２２とを有する。Ｚレール１６上におけるコラム１８のＺ方向の位置はＺ位置センサ１６ａによって検出される。

なお、コラム１８のＺ方向移動手段にボールねじ機構を使用する場合は、Ｚ位置センサは、通常Ｚモータ２４に備わるエンコーダがその機能を有し、基準位置からのボールねじ機構の回転角度を検出している。

他方、コラム１８のＺ方向移動手段にリニアモータ機構を使用する場合には、Ｚ位置センサは通常固定側のＺレール１６側にリニアスケールを備えるとともに、移動するコラム１８側に検出ヘッドを備え、基準位置からの変位としての位置を検出する。Ｙレール２０上における支持体２２のＹ方向の位置はＹ位置センサ２０ａによって検出される。

なお、支持体２２のＹ方向移動手段にボールねじ機構を使用する場合は、Ｙ位置センサは、通常Ｙモータ２８に備わるエンコーダがその機構を有し、基準位置からボールねじ機構の回転角度を検出する。

他方、支持体２２のＹ方向移動手段にリニアモータ機構を使用する場合には、Ｙ位置センサは通常固定側のＹレール２０側にリニアスケールを備えるとともに、移動する支持体２２側に検出ヘッドを備え、基準位置からの変位としての位置を検出する。それぞれの位置センサ１６ａ、２０ａによって検出された位置信号は、コントローラ１２に伝達される。

コラム１８は、定盤１３の後方に設けられたＺモータ２４の作用下にボールねじ機構２６を介してＺ方向に移動をする。支持体２２は、定盤１３の内部に配置されたＹモータ２８の作用下にボールねじ機構３０を介してＹ方向に往復移動をする。ボールねじ機構の例を示したが、リニアモータ機構をボールねじ機構の代わりに使用してもよい。これにより、移動が更に高速且つ高精度となる。コラム１８及びＹレール２０は、Ｙ方向に適度に長い形状であって、支持体２２を比較的長距離移動させることができる。

図２及び図４に示すように、支持体２２は、Ｚ１方向に向いたワークＷに臨む鉛直平面内において回転する回転アーム３２と、該回転アーム３２を回転させるアームモータ（アーム回転駆動源）３４と、回転アーム３２の遠心方向端部近傍に設けられ、回転アーム３２に対して回転自在に支承されてＺ１方向を指向する加工主軸３６と、該加工主軸３６を回転させるスピンドルモータ（主軸回転駆動源）３８とを有する。アームモータ３４は、例えば、ダイレクトモータである。

支持体２２は、枠体４０をベースに構成されており、該枠体４０の内部にアームモータ３４が設けられている。アームモータ３４は、枠体４０に固定されたステータ３４ａと、該ステータ３４ａの内側に設けられた中空のロータ３４ｂとを有する。

回転アーム３２は、ロータ３４ｂの矢印Ｚ１方向端部に固定されており、アームモータ３４の作用下に回転する。支持体２２に対する回転アーム３２の角度は、角度センサ４１によって計測され、角度信号がコントローラ１２に伝達される。

なお、図４からも明らかなように、回転アーム３２はエンドレスに回転が可能であるが、最低限１回転（３６０°）の回転が可能であればよい。加工主軸３６は、回転アーム３２の回転中心Ｃから距離Ｒだけ離れた箇所に設けられている。また、回転中心Ｃから回転アーム３２の外側端部までの長さをＬとする。

回転アーム３２において、加工主軸３６が設けられている側と反対側（図４における上側）にはバランサ４２が設けられている。バランサ４２は、クーラント等の液体が入った液体タンクであり、加工主軸３６に取り付けられる工具に応じて、内部の液量を変化させてバランスをとることができる。バランサ４２は金属製の錘であってもよい。該バランサ４２が設けられている箇所以外の回転アーム３２の内部は中空構造となっている。回転アーム３２は、支持体２２と比較すると相当に軽量であり、回転させたときにも支持体２２や第１工作機械１１ａに対する安定性を損なうことがない。

スピンドルモータ３８は矢印Ｚ２方向に突出しており、アームモータ３４と同軸となるように、支持体２２における枠体４０の後面に対して固定されている。スピンドルモータ３８とアームモータ３４は同軸上に配置されていることから、支持体２２をコンパクトなユニットとして構成することができる。すなわち、加工主軸３６の軸線上にスピンドルモータ３８が存在せず、回転アーム３２の中心に近い箇所にスピンドルモータ３８があると、前記のバランサ４２の質量及び大きさが小さくてすみ、支持体２２を全体的にコンパクトにすることができる。したがって、スピンドルモータ３８の軸を回転アーム３２の軸とが同軸上にあることが好ましい。

シャフト（動力伝達部）４４は、ロータ３４ｂの中空部を貫通して設けられ、一端がスピンドルモータ３８の回転軸に連結され、他端は、枠体４０から突出して回転アーム３２の矢印Ｚ１側の側板まで達している。シャフト４４は、回転アーム３２の矢印Ｚ１側端部、矢印Ｚ２側端部及び枠体４０の矢印Ｚ２側端部の３箇所で、順にベアリング４５ａ、４５ｂ及び４５ｃによって軸支されている。

プーリ機構４６は、ベアリング４５ａとベアリング４５ｂとの間でシャフト４４に固定された駆動プーリ４６ａと、加工主軸３６の矢印Ｚ２方向端部に固定された従動プーリ４６ｂと、これらの駆動プーリ４６ａと従動プーリ４６ｂとの間に張架されたベルト４６ｃとを有する。また、プーリを用いた駆動機構は回転アーム３２を軽量化できて好適である。

また、プーリを用いた駆動機構以外にも、例えば、駆動プーリ４６ａをギアへ置換するとともに、従動プーリ４６ｂをピニオンに置換し、サイレントチェーンを利用した駆動伝達機構を用いてもよい。この場合、ギアとピニオンとの間を複数のギア等を介して駆動力を伝達してもよい。

プーリ機構４６は、回転アーム３２内の中空部に設けられており、所定のテンション機構によってベルト４６ｃの張り調整がなされている。このような構造により、スピンドルモータ３８の回転は、シャフト４４及びプーリ機構４６を介して加工主軸３６に伝達される。

加工主軸３６は、回転アーム３２と一体的に設けられた主軸カバー４８内に収納されており、矢印Ｚ１方向の先端部には工具Ｔが装着されるツールヘッド５０が設けられている。また、矢印Ｚ２方向端部には、ツールヘッド５０に対する工具Ｔのクランプ状態を解除して、工具Ｔを離脱可能にするアンクランプレバー５２が設けられている。アンクランプレバー５２は、回転中心Ｃから見て外向きにやや突出する形状であり、後述するアンクランプブロック７８によって回転中心Ｃの方向に押圧されることにより操作され、工具Ｔをアンクランプすることができる。また、アンクランプレバー５２は、アンクランプブロック７８が離れることにより図示しない弾性体によって元の位置に戻され、ツールヘッド５０内の工具Ｔをクランプすることができる。

回転アーム３２の背面側（矢印Ｚ２側）にはねじ６０によって板ばね等からなるディスク６２を挟持して回転アーム３２を所定位置にて固定する固定装置６４を設けている。

この固定装置６４はディスク６２の背面側と当接する受け座６６とこの受け座６６との間でディスク６２を挟持する押圧片６８とからなり、押圧片６８は皿ばね７０によって挟持方向に付勢されるロッド７２先端部に設けられ、皿ばね７０に抗してロッド７２をを前方に押すことでディスク６２の挟持状態を解除し、回転アーム３２の回転が可能となる。

なお、本実施例ではディスク６２を板ばねにて構成したため、ディスク６２を挟持することで回転アーム３２が倒れることなく確実に回転が阻止される。

図５に示すように、第１工作機械１１ａにおけるコラム１８の上部の矢印Ｚ１側の面には、前記のアンクランプレバー５２を押圧するためのアンクランプブロック７８が設けられている。したがって、回転アーム３２を上方に指向させた状態で、支持体２２を上昇させることにより、アンクランプブロック７８によってアンクランプレバー５２を操作してツールヘッド５０内の工具Ｔをアンクランプすることができる。

フレーム１５におけるプレート１５ｂの上面やや左側には、第１工作機械１１ａに対応し、加工主軸３６に着脱自在な複数の工具Ｔを格納した回転マガジン８０ａが設けられている。なお、フレーム１５におけるプレート１５ｂの上面やや右側には、第２工作機械１１ｂに対応し、回転マガジン８０ａと同機構の回転マガジン８０ｂが設けられている。以下、回転マガジン８０ａを例に説明する。

回転マガジン８０ａは、矢印Ｚ方向に延在する回転軸８２と、該回転軸８２を駆動するマガジンモータ８３と、回転軸８２を中心として正面視（図２参照）で略２７０°の範囲で放射状に設けられた保持アーム８４とを有する。各保持アーム８４の先端には工具Ｔを保持するＣ字状のグリップが設けられている。グリップは弾性体であって、Ｃ字の開口部から工具Ｔを押し込むことにより弾性的に拡開して工具Ｔが挿入可能となり、挿入された後には閉じて工具Ｔを挟持・保持することができる。また、保持された工具Ｔは、Ｃ字の開口部から引き抜きが可能である。保持アーム８４の数は、例えば１６本程度とするとよい。

回転マガジン８０ａは、通常、保持アーム８４のない略９０°の部分が下向きとなっており、全体がプレート１５ｂよりも上方にあり、コラム１８及び支持体２２の動作の支障とならない。ツールヘッド５０の工具Ｔを交換する際には、回転マガジン８０ａを回転させて、プレート１５ｂの端から所定の保持アーム８４を下方に指向させる（図５参照）。

具体的には、工具Ｔを保持していない空の保持アーム８４を下方に指向させておき、コラム１８のＺ方向位置を調整した後に、支持体２２を上昇させる。これにより、図６に示すように、工具Ｔが保持アーム８４に保持されるとともに、アンクランプレバー５２がアンクランプブロック７８に当接して操作され、工具Ｔはツールヘッド５０に対してアンクランプされる。したがって、コラム１８を矢印Ｚ２方向に後退されることにより、工具Ｔはツールヘッド５０から抜き取られる。

次いで、回転マガジン８０ａを回転させて、これから使用する予定の工具Ｔが保持されている保持アーム８４を下方に指向させ、コラム１８を矢印Ｚ１方向に進出させる。これにより目的の工具Ｔがツールヘッド５０に挿入されるので、支持体２２を下降させることにより、アンクランプレバー５２がアンクランプブロック７８から離間して工具Ｔをクランプすることができる。この後、回転マガジン８０ａを回転させて、全ての保持アーム８４がプレート１５ｂよりも上方に配置されるように設定する。

このように、回転マガジン８０ａと加工主軸３６との間では、途中で工具Ｔを受け渡すために介在する機構はなく、コラム１８、支持体２２及び回転アーム３２の動作作用下に工具Ｔの着脱操作を直接的に行うことができる。これにより、専用の着脱機構等が不要であることから簡便構造となり、しかも工具の脱着に要する時間が短縮される。

なお、図２から明らかなように、回転マガジン８０ａは第１工作機械１１ａの上部に設けられており、設置面積を拡げることなく多数の工具Ｔを格納しておくことができる。また、回転アーム３２の回転中心軸と、回転マガジン８０ａの回転軸８２は同一鉛直面上に配置されていると、回転アーム３２ａの昇降にともなって発生する力のベクトルは回転マガジン８０ａの方向に向き、モーメントが発生することがない。これについて図７Ａ及び図７Ｂのモデルで検討する。図７Ａ及び図７Ｂの質量点Ｍ１は回転マガジン８０ａの重心点を示し、質量点Ｍ２は支持体２２の重心点を示し、これらの質量点Ｍ１とＭ２とを接続する摩擦ダンパＤは、回転マガジン８０ａと支持体２２との間のレール２０やフレーム１５等の接続部の等価機構を示す。なお、質量点Ｍ２は、回転アーム３２の角度によって変動するが、該回転アーム３２の質量は支持体２２の質量と比較して小さいことから変動幅も小さく、このモデルでは省略できる。

図７Ａのように、質量点Ｍ１と質量点Ｍ２が、同一鉛直面上に配置されていると、質量点Ｍ２は支持体２２を示すことからレール２０に沿って鉛直方向に動作することになり、その移動を示すベクトルＶは質量点Ｍ１の方向を指向する。つまり、ベクトルＶは摩擦ダンパＤを伸縮させる力のみを発生させ、モーメントの発生はなく、モデルを回転させる力は発生しない。

これに対して、図７Ｂのように、質量点Ｍ１と質量点Ｍ２が、同一鉛直面上ではない位置に配置されていると、質量点Ｍ２の移動を示すベクトルＶは、鉛直向きであることには変わりないため、摩擦ダンパＤを伸縮させる力Ｆ１と、モデルを回転させるモーメントＭ＝Ｆ２・ａが発生する。ここで、力Ｆ２は、ベクトルＶが示す力の、摩擦ダンパＤの延在方向と直交する方向の分力であり、パラメータａはその時点における摩擦ダンパＤの長さである。

つまり、これらのモデルから、回転アーム３２の回転中心軸と、回転マガジン８０ａの回転軸８２は同一鉛直面上でないと、第１工作機械１１ａを回転さえるモーメントＭが発生して揺れが生じ得るが、回転アーム３２の回転中心軸と、回転マガジン８０ａの回転軸８２は同一鉛直面に配置されていると、モーメント及び揺れが生じることがなく、安定性が高いことが理解されよう。

このように構成される第１工作機械１１ａによれば、加工主軸３６の水平位置の位置Ｘは、アームモータ３４の回転作用下に回転アーム３２の向きによって変化し、例えば、図１５に示すように、水平方向を０°とした角度θに対して、Ｘ＝Ｒ・ｃｏｓθとして表される。また、加工主軸３６の鉛直方向の位置Ｙは、回転アーム３２の向きと支持体２２の高さＹ０によって変化し、Ｙ＝Ｙ０＋Ｒ・ｓｉｎθとして表される。したがって、回転アーム３２と支持体２２の動作によって、ワーク移動装置１４に固定されたワークＷに対して所望の位置に加工主軸３６を配置させることができ、加工主軸３６の位置決めがなされた後には、スピンドルモータ３８によって加工主軸３６を回転させながら、コラム１８を矢印Ｚ１方向に進出させることによって、工具ＴをワークＷに対して当接させ、ドリル、中ぐり及びタップ等の切削加工、並びにホーニング等の研削加工をすることができる。

第１工作機械１１ａを例に挙げて説明をしたが、第２工作機械１１ｂについては第１工作機械１１ａと同構造であることから詳細な説明を省略する。なお、以下の説明では、第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂの構成要素を区別するために、支持体２２、回転アーム３２、加工主軸３６については、第１工作機械１１ａに係るものの符号に添え字「ａ」を付し（例えば、回転アーム３２ａ）、第２工作機械１１ｂに係るものの符号に添え字「ｂ」を付す（例えば、回転アーム３２ｂ）。

図８に示すように、コントローラ１２は、Ｚ位置センサ１６ａ、Ｙ位置センサ２０ａ及び角度センサ４１の信号に基づいて回転アーム３２ａ及び回転アーム３２ｂの位置を求めるアーム位置判断部１２０ａ及びアーム位置判断部１２０ｂと、第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂの動作を制御する第１工作機械動作判断部１２２ａ及び第２工作機械動作判断部１２２ｂとを有する。アーム位置判断部１２０ａで求められた回転アーム３２ａの位置情報は第１工作機械動作判断部１２２ａに伝達され、アーム位置判断部１２０ｂで求められた回転アーム３２ｂの位置情報は第２工作機械動作判断部１２２ｂに伝達される。第１工作機械動作判断部１２２ａ及び第２工作機械動作判断部１２２ｂは、対応する第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂのＺモータ２４、Ｙモータ２８、アームモータ３４及びスピンドルモータ３８を駆動制御する。

なお、図８の矢印が第２工作機械動作判断部１２２ｂからＺモータ２４、Ｙモータ２８、アームモータ３４及びスピンドルモータ３８に伸びて、すなわち第１工作機械動作判断部１２２ａから信号等を発して、Ｚモータ２４、Ｙモータ２８、アームモータ３４及びスピンドルモータ３８を制御する。この制御方法としては、公知の電流制御、電圧制御、周波数制御等の方法を用いることができる。その際、各モータ２４、２８、３４及び３８の電流値、電圧値、周波数等をフィードバックさせる制御、すなわち各モータ２４、２８、３４及び３８から得られる信号が第１工作機械動作判断部１２２ａに至り、その信号値を反映させて、更に各モータ２４、２８、３４及び３８の駆動制御をしてもよいことはもちろんである。

また、コントローラ１２は、ワーク移動装置１４の制御をするテーブル制御部１２４と、回転マガジン８０ａ、８０ｂの制御をするマガジン制御部１２６とを有する。

第１工作機械動作判断部１２２ａ、第２工作機械動作判断部１２２ｂ、テーブル制御部１２４及びマガジン制御部１２６は相互に接続されており、協調動作を行う。特に、第１工作機械動作判断部１２２ａと第２工作機械動作判断部１２２ｂは、回転アーム３２ａ及び３２ｂのＺ方向の変位が等しい場合で、一方の回転アームを動かす場合に他方の回転アームの位置を確認し相互干渉が発生するときには、一方の回転アームの動作を停止し、又は、１つ先のシーケンスの動作を先行して行わせるように作用する。

次に、コントローラ１２の作用下に回転アーム３２ａと回転アーム３２ｂとの干渉を防止する動作について図９〜図１４を参照しながら説明する。

図９に示すように、Ｚ方向からみた正面視で回転アーム３２ａの動作範囲１３０ａと、回転アーム３２ｂの動作範囲１３０ｂは、ハッチングで示す部分が重複しており、回転アーム３２ａ及び３２ｂのＺ方向の変位が等しい場合にはこの部分で相互干渉が発生しうる。このような干渉は、第１工作機械１１ａの回転中心Ｃと第２工作機械１１ｂの回転中心Ｃとの水平幅方向の距離Ｘｃが、各回転アーム３２ａ及び３２ｂの合計長さ２Ｌより短い場合（各回転アームの長さは異なっていてもよい。）に発生しうる。図９における回転アーム３２ａが符号１４０ａの位置であって、回転アーム３２ｂが符号１４２の位置であるときに、各回転アームの先端がハッチング範囲内で干渉することが理解されるであろう。このため、コントローラ１２では、以下のようにして回転アーム３２ａと回転アーム３２ｂとの相互干渉を防止する。

先ず、図１０のステップＳ１において、回転アーム３２ａの位置の区分を調べる。すなわち、図９に示すように、左側の回転アーム３２ａの動作範囲１３０ａを、支持体２２のＹ方向の移動範囲の中心点Ｏａを基準とし、上側頂点を０°として時計回りに９０°までをエリアＡａ、９０°〜１８０°までをエリアＢａ、１８０°〜２７０°までをエリアＣａ、２７０°〜３６０°（＝０°）までをエリアＤａとして予め設定しておき、アーム位置判断部１２０ａから得られるデータに基づいて回転アーム３２ａがどのエリアに存在するか判断を行う。

例えば、支持体２２ａが中心点Ｏａよりも上方（矢印Ｙ１側）の場合は、回転アーム３２ａの角度が０°〜１８０°の範囲であればエリアＡａであり、２７０°〜３６０°の範囲であればエリアＤａとする。また、支持体２２ａが中心点Ｏａよりも下方（矢印Ｙ２側）の場合は、回転アーム３２ａの角度が９０°〜１８０°の範囲であればエリアＢａであり、１８０°〜２７０°の範囲であればエリアＣａとする。つまり、図９において、符号１４０ａで示す位置は、エリアＡａとなり、符号１４０ｂで示す位置はエリアＣａとなる。

なお、回転アーム３２ａがとる位置は必ずしも単一のエリアに設定しなければならない訳ではなく、例えば、符号１４０ｃで示す位置のように、支持体２２ａが中心点Ｏａより僅かに上方であって、回転アーム３２ａが１２０°程度であるときには、回転アーム３２ａの加工主軸３６はエリアＢａに入っているが、回転アーム３２ａの一部はエリアＡａに入っている。このような場合には、エリアＡａ及びエリアＢａの双方を回転アーム３２ａの位置であると設定してもよい。

ステップＳ２において、回転アーム３２ｂの位置の区分を調べる。すなわち、図９に示すように、右側の回転アーム３２ｂの動作範囲１３０ｂを、支持体２２のＹ方向の移動範囲の中心点Ｏｂを基準とし、上側頂点を０°として時計回りに９０°までをエリアＤｂとして、９０°〜１８０°までをエリアＣｂとして、１８０°〜２７０°までをエリアＢｂとして、２７０°〜３６０°（＝０°）までをエリアＡｂとして予め設定しておき、アーム位置判断部１２０ｂから得られるデータに基づいて回転アーム３２ｂがどのエリアに存在するか判断を行う。図９から明らかなように、動作範囲１３０ａのエリアと動作範囲１３０ｂのエリアは左右対称になっている。また、回転アーム３２ａと回転アーム３２ｂの干渉が発生しうるのはエリアＡａとエリアＡｂ、又はエリアＢａとエリアＢｂである。回転アーム３２ｂのエリアの設定は、ステップＳ１における回転アーム３２ａのエリアの設定と同様であることから詳細な説明を省略する。

ステップＳ３において、回転アーム３２ａ又は回転アーム３２ｂの動作を行うタイミングまで待機する。回転アーム３２ａ及び回転アーム３２ｂはワークＷに対する複数の加工を行い、１つの加工が終わると別の位置の加工又は同じ位置における異なる工具Ｔでの加工を行うことになる。

例えば、回転アーム３２ｂは以下のようなシーケンスでワークＷの加工を行っているものとする。

第１シーケンス：第１穴１５０ａの中ぐり加工、第２シーケンス：第２穴１５０ｂの中ぐり加工、第３シーケンス：第３穴１５０ｃの中ぐり加工、第４シーケンス：工具Ｔの交換、第５シーケンス：第１穴１５０ａのホーニング加工、第６シーケンス：第２穴１５０ｂのホーニング加工、第７シーケンス：第３穴１５０ｃのホーニング加工（各穴の位置は図９参照）。

また、回転アーム３２ａについても複数のシーケンスに基づく加工を行い、回転アーム３２ａ又は３２ｂの少なくとも一方が次のシーケンスに移るタイミングまでステップＳ３において待機をする。

ステップＳ４において、次のシーケンスで行う加工位置のエリアを確認する。例えば回転アーム３２ｂが第１のシーケンスから第２シーケンスに移る場合であれば、第２穴１５０ｂの位置を確認し、図９から明らかなようにエリアＡｂであることが認識される。

また、第４シーケンスのように工具Ｔの交換を行う場合には、工具Ｔの交換位置１６０（例えば、矢印Ｙ１方向で頂点の０°位置）を加工位置と擬制し、エリアＤｂとして扱えばよい。

ステップＳ５において、コントローラ１２は、回転アーム３２ａのＺ方向位置と回転アーム３２ｂのＺ方向位置とを比較し、双方のＺ方向位置が等しい場合にはステップＳ６へ移り、異なる場合にはステップＳ１１へ移る。この場合、Ｚ方向位置が等しいとは厳密に一致する場合のみでなく、例えば、図１１に示すように、回転アーム３２及び加工主軸３６の合計の厚みＤｚの範囲が、第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂで重複している場合を含む。

ステップＳ６において、回転アーム３２ａと回転アーム３２ｂとの干渉確認を行う。この干渉確認は、これから動作させる一方の回転アームの移動先のエリアと、動作が継続中である他方の回転アームの現在のエリアとを比較することにより行い、両エリアがエリアＡａとエリアＡｂである場合、又はエリアＢａとエリアＢｂである場合には干渉が発生しうると判断し、ステップＳ１０へ移る。これ以外の場合には、ステップＳ７へ移る。

例えば、図９に示すように、回転アーム３２ａが符号１４０ａの位置でエリアＡａに存在する場合で、回転アーム３２ｂが第１シーケスから第２シーケンスに移るときには第２穴１５０ｂの加工を行おうとすることからエリアＡｂに移ることになり、干渉が発生しうるからステップＳ１０へ移る。

ステップＳ７において、動作が継続中である他方の回転アームの現在のエリアを確認し、エリアＣａ、Ｃｂ、Ｄａ又はＤｂである場合にはどのような経路を通っても干渉が発生しえない場合でありステップＳ８へ移る。一方、他方の回転アームの現在のエリアがエリアＡａ、Ａｂ、Ｂａ又はＢｂである場合には、途中の動作経路の如何によっては干渉が発生しうる場合でありステップＳ９へ移る。

ステップＳ８において、動作を行う一方の回転アームの現在の位置と、移動先の位置とを比較して、最短時間となる経路を設定して移動を行う。例えば、図１２に示すように、回転アーム３２ａがエリアＤａに存在する場合で、回転アーム３２ｂがエリアＤｂの第１穴１５０ａからエリアＢｂの第３穴１５０ｃに移ろうとするときには、支持体２２ｂのＹ方向の動作速度と回転アーム３２ｂの回転速度とを勘案し、最短時間で到達可能な経路を設定し移動する。この場合、符号１５２ａで示す位置から支持体２２ｂを下方に移動させるとともに回転アーム３２ｂを反時計方向に回転させて符号１５２ｂで示す位置に移動させればよい。これにより、回転アーム３２ｂは矢印１５４で示す経路を通ることになる。

一方、ステップＳ９（移動途中で干渉を起こし得る場合）においては、動作を行う一方の回転アームの現在の位置と、移動先の位置とを比較して、移動を行う他方の回転アームが相手方の回転アームが存在するエリアを通過しない経路を設定して移動を行う。例えば、図１３に示すように、回転アーム３２ａがエリアＡａに存在する場合で、回転アーム３２ｂがエリアＤｂの第１穴１５０ａからエリアＢｂの第３穴１５０ｃに移ろうとするときには、符号１５２ａで示す位置から支持体２２ｂを下方に移動させるとともに回転アーム３２ｂを時計方向に回転させて符号１５２ｂで示す位置に移動させればよい。これにより、回転アーム３２ｂは矢印１５６で示す経路を通ることになる。

相手方の存在する回転アームのエリアを通過しない経路の設定は、例えば、以下のようにして求めることができる。すなわち、回転アーム３２ｂを移動させようとする場合、移動元と移動先が同じエリア内である場合には、特に制限することなく最短時間の経路を設定し、異なるエリアに移動する場合には、回転アーム３２ｂが２７０°（つまり、相手方に最も進入する角度）の位置を通過することのない向きに回転させればよい。つまり、第１穴１５０ａから第２穴１５０ｂに移る場合には回転アーム３２ｂを時計方向に回転させ、その反対の場合には反時計方向に回転させる。また、回転アーム３２ａの動作については、異なるエリアに移動させる場合には回転アーム３２ａが９０°の位置を通過することのない向きに回転させればよい。

また、ステップＳ１０（移動先で干渉を起こし得る場合）においては、干渉を起こし得る次のシーケンスを飛ばし、１つ先のシーケンスを先行して実行することとし、ステップＳ４へ戻り、さらなる干渉チェックを行う。この場合、次に行う予定であったシーケンスはその次回に順序替えをすることとする。例えば、第１シーケンスから第２シーケンスに移る際に移動先で干渉を起こし得ると判断された場合には、第３シーケンスに移り、第２シーケンスは第３シーケンスの次に行うように順序替えを行う。

また、第３シーケンスを行った後に第２シーケンスを行おうとした場合にも該第２シーケンスが移動先で干渉を起こし得るときには、該第２シーケンスは、工具交換の第４シーケンスを飛ばして第５シーケンスの後に挿入する。このとき、第５シーケンスではホーニング用の工具が装着されていることから、第５シーケンスと挿入された第２シーケンスとの間に、工具を中ぐり用に戻すサブシーケンスを設けるとともに、挿入された第２シーケンスと第６シーケンスとの間に工具をホーニング用に交換するサブシーケンスを設けるとよい。

さらに、工具交換の回数を低減するために、一連のホーニング加工の最後である第６シーケンスの後に中ぐり加工の第２シーケンスを挿入してもよい。

さらにまた、移動先で干渉を起こし得る場合には、相手方の回転アームが別のエリアに移るまで移動を行おうとする側の回転アームの動作を停止し、待機するようにしてもよい。

また、ステップＳ１１（Ｚ方向位置が異なる場合）においては、これから移動を行おうとする回転アーム３２がワークＷに近い側であるか否かを確認する。ワークＷに近い側（つまり、矢印Ｚ１方向に進出している側）の回転アーム３２の移動を行う場合には干渉のおそれがないことから、動作を非制限とする。

一方、ワークＷから遠い側（つまり、矢印Ｚ２方向に後退している側）の回転アーム３２は相手方のコラム１８や支持体２２に対して干渉しうることから、内側に向く動作を制限する（ステップＳ１２）。

例えば、図１４に示すように、回転アーム３２ａの方が回転アーム３２ｂよりもワークＷに近い側であるときには、回転アーム３２ａの動作範囲１３０ａは回転アーム３２ｂの動作範囲１３０ｂと重ならなず、回転アーム３２ａは干渉のおそれがないことが分かる。これに対して、回転アーム３２ｂの動作範囲１３０ｂはコラム１８ａ及び支持体２２ａ等と重なることから干渉のおそれがあり、動作の制限を行う必要があることが理解されよう。

ここで動作の制限とは、次のシーケンスがエリアＡａ、Ｂａ、Ａｂ又はＢｂである場合に、前記のステップＳ１０における処理と同様に、該シーケンスを次回以降に順序替えを行い、ステップＳ４へ戻りさらなる干渉チェックを行う。また、移動を行おうとする側の回転アームが相手方よりも矢印Ｚ１方向に進出する移動するまで待機してもよい。

さらに、相手方よりも矢印Ｚ１方向に進出していて回転アーム動作が非制限となっている側を矢印Ｚ２方向に後退させる場合には、相手方のコラム１８又は支持体２２との干渉を回避するために外側のエリアに移動させておく。

なお、ワークＷから遠い側の回転アーム３２は、相手方のコラム１８や支持体２２の矢印Ｘ方向の幅が十分に狭く、干渉が発生し得ない場合（例えば、図１４のコラム１８’のように幅狭である場合）には、動作の制限をする必要はない。この場合には、前記のステップＳ５において双方のＺ方向位置が等しい場合に所定の動作制限等を行い、Ｚ方向位置が不等である場合には双方を非制限としてもよい。

上述したように、本実施の形態に係る工作機械システム１０によれば、第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂとを統合的・協調的に制御し、各回転アーム３２ａ及び３２ｂの位置を確認しながら、相互干渉が発生する場合には、一方の回転アームの動作を停止し、又は、１つ先シーケンスの動作を先行して行わせることにより、干渉を回避することができる。また、設置面積が小さくなり、工作機械システム１０をコンパクトに構成しスペース効率を向上させることができる。さらに、コントローラ１２は、各回転アーム３２の動作範囲１３０ａ、１３０ｂを複数のエリアに区分けし、各回転アームの位置及び干渉の有無をエリア単位で判断しているため、処理が簡便である。

なお、上記の例では、第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂの双方に専用の回転マガジン８０ａ、８０ｂが設けられているものとして説明をしたが、例えば、図１５に示すように、Ｚ方向からみた正面視で、第１工作機械１１ａの回転中心Ｃと第２工作機械１１ｂの回転中心Ｃとの水平幅方向の距離Ｘｃの範囲内に回転マガジン８０の回転軸８２が配置されるように設けてもよい。これにより、回転マガジン８０をバランスよく配置可能であるとともに、単一の回転マガジン８０を第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂで共用可能となる。

さらに、上記の例では、第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂの双方が個別ワークＷを加工するものとして説明をしたが、例えば、図１６に示すように、正面視で正面視で動作範囲１３０ａと動作範囲１３０ｂにわたる１つの大きなワークＷを加工するようにしてもよい。

本発明に係る工作機械システム１０は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る工作機械システムの一部断面斜視図である。 本実施の形態に係る工作機械システムの正面図である。 本実施の形態に係る工作機械システムの側面図である。 支持体の断面側面図である。 工具交換をする際の加工主軸、保持アーム及びアンクランプブロックの一部断面斜視図である。 工具交換をする際のコラム、回転マガジン及びその周辺部の拡大側面図である。 図７Ａは、回転アームの回転中心軸と回転マガジンの回転軸が同一鉛直面上に配置されている機構のモデル図であり、図７Ｂは、回転アームの回転中心軸と回転マガジンの回転軸が同一鉛直面上でない位置に配置されている機構のモデル図である。 コントローラのブロック構成図である。 正面視で左右の各回転アームの動作範囲を示す模式図である。 本実施の形態に係る工作機械システムの動作の一部の手順を示すフローチャートである。 左右の回転アーム及び加工主軸の厚みの範囲が重複している場合を示す模式平面図である。 正面視で左右の各回転アームの動作範囲と、一方の回転アームが反時計方向に回転しながら移動する動作経路を示す模式図である。 正面視で左右の各回転アームの動作範囲と、一方の回転アームが時計方向に回転しながら移動する動作経路を示す模式図である。 左右の回転アーム及び加工主軸の厚みの範囲が重複していない場合を示す模式平面図である。 第１工作機械と第２工作機械の間に単一の回転マガジンが設けられている工作機械システムの正面図である。 工作機械システムに単一の大きいワークが配置された状態を示す正面図である。

符号の説明

１０…工作機械システム １１ａ…第１工作機械
１１ｂ…第２工作機械 １８、１８ａ…コラム
２２、２２ａ、２２ｂ…支持体 ３２、３２ａ、３２ｂ…回転アーム
３６…加工主軸 ３８…スピンドルモータ
４０…枠体 ８０、８０ａ、８０ｂ…回転マガジン
１３０ａ、１３０ｂ…動作範囲
Ａａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂ、Ｃａ、Ｃｂ、Ｄａ、Ｄｂ…エリア
Ｏａ、Ｏｂ…中心点

Claims (7)

1. 隣接して平行に設けられた第１工作機械及び第２工作機械と、
   前記第１工作機械及び前記第２工作機械を制御する制御部と、
   を備える工作機械システムであって、
   前記第１工作機械及び前記第２工作機械は、それぞれ、
   水平面内の一方向であるＺ方向にスライド移動するコラムと、
   前記コラム上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体と、
   前記支持体に支承してＺ方向に向いたワークに臨む鉛直平面内において３６０°回転する回転アームと、
   前記回転アームを回転させるアーム回転駆動源と、
   前記回転アーム上の回転中心から離れた位置に設けられ、前記回転アームに対して回転自在に支承されてＺ方向を指向する加工主軸と、
   前記加工主軸を回転させる主軸回転駆動源と、
   を有し、
   Ｚ方向からみた正面視で、前記第１工作機械及び前記第２工作機械の各回転アームの回転中心の水平幅方向の距離は、各回転アームの合計長さより短く、
   前記制御部は、一方の回転アーム又は支持体を動かす場合に移動先の回転アームの位置と他方の回転アームの位置とを比較し、相互干渉が発生するときには一方の回転アームの動作を停止し、又は、１つ先のシーケンスの動作を先行して行わせることを特徴とする工作機械システム。
2. 請求項１記載の工作機械システムにおいて、
   前記制御部は、各回転アームの動作範囲を複数のエリアに区分けし、各回転アームの位置及び干渉の有無をエリア単位で判断することを特徴とする工作機械システム。
3. 請求項１記載の工作機械システムにおいて、
   前記第１工作機械及び前記第２工作機械の各回転アームのＺ方向の変位が異なるとき、前記制御部は、前記ワークに近い側の回転アームの動作を非制限とし、前記ワークから遠い側の回転アームが内側に向くことを制限することを特徴とする工作機械システム。
4. 請求項１記載の工作機械システムにおいて、
   前記回転アームの回転中心軸と、前記主軸回転駆動源の駆動軸は同一鉛直面上に配置されていることを特徴とする工作機械システム。
5. 請求項２記載の工作機械システムにおいて、
   前記アーム回転駆動源は、中空回転軸を有して、前記支持体に設けられ、
   前記主軸回転駆動源は、前記中空回転軸を貫通して動力を伝達する動力伝達部を介して前記加工主軸と連結されて、前記支持体の背面側に設けられ、
   前記アーム回転駆動源と前記主軸回転駆動源は同軸上に配置されたことを特徴とする工作機械システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械システムにおいて、
   前記加工主軸に着脱自在な複数の工具を回転マガジンに備えた自動工具交換機構を備え、
   前記回転アームの回転中心軸と、前記回転マガジンの回転軸は同一鉛直面上に配置されていることを特徴とする工作機械システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の工作機械システムにおいて、
   前記加工主軸に着脱自在な複数の工具を回転マガジンに備えた自動工具交換機構を備え、
   Ｚ方向からみた正面視で、前記第１工作機械及び前記第２工作機械の各回転アームの回転中心の水平幅の範囲内に前記回転マガジンの回転軸が設けられていることを特徴とする工作機械システム。

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