JP4873928B2 - ワーク搬送装置を備えた工作機械 - Google Patents
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Description
そして、このようなワーク搬送装置としては、ワーク搬出入による工作機械の待機時間が可能な限り短時間であることが望ましく、ワーク加工中に次に加工すべきワークを加工領域の近傍で待機させておくのが好ましい。そのため、従来より、この種のワーク搬送装置が種々提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
この構成によれば、ワーク収容部から未加工のワークを第二のチャックが取り出し、第一のチャックまで搬送し、ワーク搬送の途中でワークの姿勢変更を行って第一のチャックに受け渡す。第一のチャックは、受け取ったワークを、その昇降動作によって加工領域に搬入し、主軸チャックやテーブルのワーク固定治具等のワーク固定手段に受け渡す。第一のチャックは、二つのチャックを有しているので、加工済みのワークを前記ワーク固定手段から受け取り、未加工のワークを前記ワーク固定手段に受け渡すことができる。第一のチャックは、ワーク固定手段から受け取った加工済みのワークを、その昇降動作によって加工領域から搬出し、第二のチャックに受け渡す。加工済みのワークを受け取った第二のチャックは、加工済みのワークの姿勢変更を行ってワーク収容部まで搬送し、受け渡す。本発明は、前記第二のチャックの昇降動作だけでワークの姿勢変更を行い、変更後の姿勢を保持することができるので、姿勢変更手段の構成を簡単なものにすることができる。
なお、上記した前記ワーク収容部,前記第一のチャック,前記昇降機構,前記第二のチャック及び前記移動機構を、工作機械の上方に配置することで、ワーク搬送装置を含めた工作機械の設置面積を小さくして、省スペースを図ることができる。
この構成によれば、前記チャックの昇降動作だけでワークの姿勢変更を行うことができる。
この構成によれば、機外から搬入され未加工ワークを収容するワーク収容部は、工作機械上方の待機位置に配置される。今回加工で使用される未加工ワークは、前記待機位置に隣接するワーク授受位置に配置されたワーク収容部から取り出されて加工領域に搬入され、加工領域から搬出された加工済みワークも前記ワーク授受位置のワーク収容部に収容される。
ワーク授受位置のワーク収容部内の未加工ワークを使い切り、今回加工で加工された加工済みワークを全て収容し終わったワーク収容部は、搬送手段によってワーク授受位置から払い出し位置に搬送され、ここから機外に払いだされる。
この後、待機位置のワーク収容部がワーク授受位置に搬送され、位置決め手段によって第二のチャックとの間でワークの授受が可能な所定位置に位置決めされる。
この構成によれば、ワーク収容部の搬送は第二のチャックにより行われる。そのため、ワーク収容部を搬送するための専用のコンベアやシリンダ、モータ等が不要になり、ワーク搬送装置の構成を簡素にすることができる。
このようにすることで、ワーク収容部を搬送する際の第二の搬送手段のストロークを小さくすることができる。
また、前記ワーク固定手段が回転自在な主軸に設けられたチャックで、このチャックに把持させたワークを前記主軸に対向して設けた刃物台の工具で加工する場合において、前記ワーク収容部を前記待機位置及び前記払い出し位置に対して前記主軸の軸線と同方向に出し入れできるようにしてもよい。
このようにすることで、工作機械の主軸や刃物台の保守,点検だけでなく、未加工ワークの補給や加工済みワークの取り出しも、主軸に正対した工作機械の正面側から行なえるようになる。そのため、工作機械に対する全ての作業を工作機械の正面から行え、複数台の工作機械を並列に設置して、工作機械の設置スペースの有効活用を図ることができる。
また、ワーク収容部を、未加工ワークの待機位置、未加工ワークと加工済みワークの授受位置及び加工済みワークを機外に払い出す払い出し位置に分離することで、ワーク授受位置における未加工ワークと加工済みワークの授受に関係なく、未加工ワークの待機位置への補給及び加工済みワークの払い出しが可能となり、効率がよく、かつ、安全な工作機械の提供が可能になる。
図1は、本発明のワーク搬送装置を備えた工作機械の側面図、図2は、第一の搬送手段及び刃物台を取り除いた状態におけるワーク搬送装置及び工作機械の正面図である。
この実施形態において工作機械2は、ベッド20と、このベッド20上にZ方向に進退移動自在に設けられた主軸台21と、この主軸台21に回転自在に支持された主軸22と、この主軸22に対向して配置され、ベッド20上でX方向に進退移動する刃物台23と、この刃物台23に装着され、主軸22の先端のチャック25に把持されたワークwを加工する工具24とを有している。
ワーク固定手段である主軸22のチャック25に把持されたワークwは、主軸台21と刃物台23との間の加工領域Aで、主軸22とともに回転されつつ、主軸台21のZ方向の移動と刃物台23のX方向の移動との組み合わせによって工具24により加工される。
本発明では、上記したワーク搬送装置1を構成する主要な構成要素、すなわち、第一の搬送手段11,第二の搬送手段12及びワークストッカ15を、工作機械2を跨いで立設された機体としての支持フレーム10の上部に設けている。
すなわち、支持フレーム10を介して、工作機械2にワーク搬送装置1が一体に設けられているわけである。
第一の搬送手段11は、二種類のワークを把持する二つのチャック、つまり、加工済みワークwaを把持するチャックと未加工ワークwbを把持するチャックとを有するワーク保持部110と、このワーク保持部110をY方向に昇降自在にする昇降機構とを備えている。
この実施形態では、上記した二つのチャックはY軸と平行に上下に配置されていて、上方のチャックに未加工ワークwbを把持させ、下方のチャックに加工済みワークwaを把持させるようにしている。なお、チャックによるワークwa,wbの把持は、この逆であってもよい。
第二の搬送手段12は、加工済みワークwa又は未加工ワークwbを把持するワーク保持部120と、このワーク保持部120をY軸,Z軸,X軸の三方向に移動自在にするY軸移動機構,Z軸移動機構及びX軸移動機構とを有している。
ワーク保持部120は、加工済みワークwa又は未加工ワークwbを把持するとともに、把持した加工済みワークwa(又は未加工ワークwb)を垂直方向と水平方向との間で姿勢変更する首振りチャック121を備えている。
また、第一の搬送手段10の昇降機構のY軸モータ115,第二の搬送手段の搬送機構のX軸モータ133,Y軸モータ131及びZ軸モータ132の駆動は、工作機械2の制御装置又はワーク搬送装置1に設けられた制御装置の駆動制御指令によって行われる。
第二の搬送手段12に設けられた首振りチャック121の詳細を、図3を参照しながら説明する。なお、図3において(a)はワークwを垂直に把持した状態を、(b)は、首振りによりワークwの姿勢を水平方向に変更した状態を示している。
首振りチャック121は、ワークwを把持する一対のチャック爪122を有していて、昇降部材140の下端に取り付けられたワーク保持部120の本体120aに、軸120bにより垂直方向と水平方向との間で90°回転できるように取り付けられている。
このように、首振りチャック121を支持部材123に対して若干スライド可能に設けているのは、加工済みワークwaをワークストッカ15に収納する際の緩衝のためである。
ばね126をこのように張設することで、首振りチャック121が垂直状態あるいは水平状態から一定の角度まで回転したときに、ばね126が軸120bを越えて一側から他側に移動し、首振りチャック121を水平状態又は垂直状態で固定する方向に付勢する。
首振りチャック121の移動経路上には、係合部材128と係合できるL字状の被係合部材129が設けられ、この被係合部材129の先端には回転自在なローラ129aが設けられている。
被係合部材129は、首振りチャック121の移動経路上の途中部位に設けてもよいが、この実施形態では、第一の搬送手段11と第二の搬送手段12との間でワークwの授受を行うワーク授受位置Bに設けられている。
図4(a)に示すように、第二の搬送手段12の首振りチャック121をX方向,Y方向及びZ方向に移動させて、係合部材128の先端(案内面128aの先端)を被係合部材129のローラ129aの真上に位置させる。
この状態でさらにY軸モータ131を駆動させて首振りチャック121を押し下げると、図4(c)に示すように、係合部材128が被係合部材129によって相対的に押し上げられ、首振りチャック121が軸120bを中心として図4中時計回り方向に回転する。
しかし、図4(d)に示すように、前記の回転角度位置を越えて首振りチャック121が回転すると、ばね126が軸120bを乗り越えて図4中軸120bよりも左側に位置するようになるため、以後、首振りチャック121には、水平状態にしようとする付勢力が作用することになる。
首振りチャック121が水平方向を差し向く位置まで回転すると、首振りチャック121の回転は、図示しないストッパによって規制される。図4(e)に示すように、首振りチャック121の水平姿勢は、前記のストッパと前記とばね126の付勢力とによって維持される。
次に、図5及び図6を参照しながら、ワークストッカ15の構成について説明する。
図5は、ワークストッカ15の全体構成を説明する平面図、図6は、ワークストッカの概略構成を説明するための分解斜視図である。
ワークストッカ15には、次回加工に使用する未加工ワークwbを収容する次回加工用のトレー151aと、今回加工で使用する未加工ワークwb及び今回加工で加工された加工済みワークwaを収容する今回加工用のトレー151bと、前回加工で加工された加工済みワークwaを収容する前回加工用のトレー151cとがX方向に並べて配置できるようになっている。
この実施形態では、待機位置150a,ワーク授受位置150b及び払い出し位置150cのそれぞれに一対のX方向ガイドレール152a,152b,152cを敷設して、トレー151b,151cの移動を案内するようにしている。また、トレー151a,151b,151cの左右両側にブロック153,154を取り付け、このブロック153,154の上面に係合孔153a,154aをY方向に穿設するとともに、この係合孔153a,154aに係合する係合ピン155を、図3に示すように、第二の搬送手段12の首振りチャック121に設けている。
そして、係合ピン155を係合孔153a(又は係合孔154a)に係合させた状態で首振りチャック121をX方向に移動させることで、X方向ガイドレール152a,152b,152cに沿って、トレー151b,151cを待機位置150aからワーク授受位置150bに又は待機位置150bから払い出し位置150cに搬送できるようになっている。
例えば、図5及び図6に示すように、ばねの付勢力により付勢された出没自在なボール160aを有し、このボール160aとトレー151a,151b,151cの下面に形成された凹部とを係合させることで、トレー151の移動を規制する位置決め手段160としてもよい。
また、待機位置150aのテーブル158a及び払い出し位置150cのテーブル158cの前端には把手159が取り付けられていて、待機位置150a及び払い出し位置150cからテーブル158a,158cをZ方向に引き出しやすくしている。
この実施形態の工作機械2では、主軸22の先端に設けたチャック25の交換、刃物台23に装着した工具24の交換、ワークwの加工中に生じたトラブルの対処その他チャック25や刃物台23等の保守,点検等を工作機械2の正面側(図1の紙面右側)から行なえるようにしている。また、未加工ワークwbを収容したトレー151aの補給や加工済みワークwaを収容したトレー151cの取り出しも工作機械2の正面側から行なえるようにしている。このように、工作機械2に対する全ての作業を工作機械2の正面から行えるように構成しているため、複数台の工作機械2を並列に設置して、設置スペースを有効に活用することが可能である。
また、ワーク授受位置150bにおいて第二の搬送手段12と未加工ワークwb又は加工済みワークwaとの授受が行われている間に、テーブル158a,158cを引き出して、安全に、次回加工の未加工ワークwbを収容したトレー151aを待機位置150aに補給したり、加工済みワークwaを収容したトレー151cを払い出し位置150cから取り出したりすることが可能となり、未加工ワークwbの補給や加工済みワークwaの取り出しのために工作機械2やワーク搬送装置1の稼働を停止させる必要がなく、効率的である。
ワーク授受位置150bに配置されたトレー151bのワークの全てについて今回加工での加工が終了したとき、第二の搬送手段12の首振りチャック121を水平方向に差し向けた状態でワーク授受位置150bまで移動させる。
そして、垂直状態の係合ピン155を、待機位置150a側に位置するブロック153の係合孔153aの真上に位置させる。
次いで、第二の搬送手段12のY軸モータ131(図1参照)を駆動させて係合ピン155を首振りチャック121とともに下降させ、係合孔153aに係合ピン155の先端を差し込む(図7(a)参照)。
この後、図7(c)に示すように、前記と同様の手順で係合ピン155を係合孔154aに差し込み、首振りチャック121とともにトレー151aをワーク授受位置150bに向けて移動させる(図7(d)参照)。トレー151aは、ワーク授受位置150bの所定位置で、位置決め手段160により移動が規制される(以後、このトレーが今回加工用のトレー151bとなる)。
待機位置150aに次回加工用の新たなトレー151aを搬入する際には、把手159を利用してテーブル158aを前方に引き出し、引き出されたテーブル158a上にトレー151aを載置することで行う。
そのため、トレー151a,151b,151cを搬送する際に、第二の搬送手段12を構成する首振りチャック121等の構成要素が、工作機械2から外部に突出することがなく、ワーク搬送装置1を備えた工作機械2を省スペースにすることができる。
上記構成のこの実施形態のワーク搬送装置の作用を、図8〜図10を参照しながら説明する。
まず、図8を参照しながら、主軸22と第一の搬送手段11との間におけるワークwの授受について説明する。
ワークwの加工が終了すると、第一の搬送手段11との間でワークwの授受が可能な位置まで、主軸台21が後退する。
第一の搬送手段10のY軸モータ115の駆動により、ワーク保持部110が加工領域A(図1参照)の上方の待機位置(この実施形態ではワーク授受位置B)から、主軸22に対峙する位置まで下降し、加工済みワークwaを把持させる下方のチャックを、主軸軸線C上に位置させる(図8(a)参照)。
加工済みワークwaの受け渡し後に、主軸台21を、ワーク保持部110に把持されている未加工ワークwb及び加工済みワークwaと干渉しない位置まで後退させる(図8(c)参照)。この後、ワーク保持部110を下降させて、上方のチャックに把持した未加工ワークwbを主軸軸線C上に位置させる(図8(d)参照)。
そして、先と同様の手順により、主軸台21を前進させて、ワーク保持部110から主軸22に未加工ワークwbを受け渡す(図8(e)参照)。
受け渡し完了後に、ワーク保持部110は第二の搬送手段12との間でワークwの授受を行うワーク授受位置B(図1参照)まで上昇するとともに、主軸22に把持されたワークwの工具24による加工が開始される(図8(f)参照)。
第二の搬送手段12は、ワークwの加工が行われている間に、ワークストッカ15から未加工ワークwbを取り出し、ワーク授受位置Bまで搬送して首振りチャック121を水平方向に差しむけ、第一の搬送手段11と干渉しない位置で待機している。
主軸22との間での加工済みワークwa,未加工ワークwbの授受を終えた第一の搬送手段11は、ワーク保持部110をワーク授受位置Bまで上昇させる。このとき、未加工ワークwbを把持させるワーク保持部110の上方のチャックが、第二の搬送手段12の首振りチャック121に把持された未加工ワークwbの軸線上に位置している(図9(a)参照)。
未加工ワークwbを受け渡した後は、首振りチャック121をワーク保持部110に把持された加工済みワークwaと干渉しない位置まで後退させる(図9(c)参照)。そして、ワーク保持部110を上昇させて、首振りチャック121のチャック22と同一の軸線上に、加工済みワークwaを位置させる(図9(d)参照)。
この後、首振りチャック121がZ方向に予め設定された位置まで前進して、ワーク保持部110の下方のチャックから加工済みワークwaを受け取り(図9(e))、Z方向に後退する(図9(f)参照)。
一方、加工済みワークwaを受け取った第二の搬送手段12は、加工済みwaの姿勢を水平方向から垂直方向に姿勢変更し、ワークストッカ15まで移動するとともに、加工済みワークwaをワーク授受位置150bのトレー151bの所定位置に収容する。
また、同じトレー151bから未加工ワークwbを把持して取り出し、ワーク授受位置Bまで搬送して、図9(a)に示す位置で待機する。
以後、上記の動作を繰り返す。
例えば、第二の搬送手段12の首振りチャック121の姿勢変更は、シリンダやモータによって行うようにすることも可能である。また、第一の搬送手段11の昇降方向は垂直方向であるとして説明したが、上下方向であればこれに限られるものではなく、さらに、第一の搬送手段11と第二の搬送手段12との間でワークwの授受を行う際のワークwの姿勢も、工作機械2に受け渡す際の姿勢と同じであればよく、必ずしも水平方向に限定されるものではない。
さらに、第一の搬送手段10及び第二の搬送手段12の搬送機構として、主としてボールねじ・ナット機構によるものを例に上げて説明したが、精密な位置決めが可能であれば、リニアモータやベルトプーリ機構など、他の搬送機構としてもよい。
10:支持フレーム
11:第一の搬送手段
110:ワーク保持部
114:ガイド
115:Y軸モータ(第一の搬送手段)
116:ねじ軸
117:昇降部材
117a,117b:軸受
12:第二の搬送手段
120:ワーク保持部
121:首振りチャック
131:Y軸モータ(第二の搬送手段)
132:Z軸モータ(第二の搬送手段)
133:X軸モータ(第二の搬送手段)
15:ワークトレー部
15:ワークストッカ
150a:待機位置
150b:ワーク授受位置
150c:払い出し位置
151a,151b,151c:トレー(ワーク収容部)
152a,152b,152c:X方向ガイドレール
153,154:ブロック
153a,154a:係合孔
155:係合ピン
156,157:ガイドレール
158a,158b,158c:テーブル
159:把手
160:位置決め手段
2:工作機械
20:ベッド
21:主軸台
22:主軸
Claims (7)
- 加工領域に対してワークの搬出入を行うワーク搬送装置を備えた工作機械において、
ワークを把持し、前記加工領域に対して前記ワークを搬出入する第一のチャックと、
この第一のチャックとの間及びワークを収容するワーク収容部との間で前記ワークの授受を行い、前記ワークを把持して搬送するとともに、前記第一のチャックとの間でワークの授受を行う姿勢と、前記ワーク収容部との間でワークの授受を行う姿勢との間で姿勢変更するように回動する第二のチャックと、
前記第二のチャックに設けられた被係合部と、前記第二のチャックの移動経路上に設けられ、前記第二のチャックの移動途中に前記被係合部と係合する係合部とを有し、前記被係合部と前記係合部とが係合することで移動途中に前記第二のチャックの回動動作を開始させ、前記第一のチャック又は前記ワーク収容部との間でワークの授受を行う授受位置に到達するまでに前記回動動作を完了させ、変更後の姿勢を保持する姿勢変更手段と、
を有するワーク搬送装置を設けたことを特徴とするワーク搬送装置を備えた工作機械。 - 前記係合部と前記被係合部とが前記第二のチャックの昇降移動の途中で係合し、付勢部材によって記第二のチャックの変更後の姿勢が保持されることを特徴とする請求項1に記載のワーク搬送装置を備えた工作機械。
- 工作機械の上方に配置した機体に、次回加工に使用する未加工ワークの待機位置、今回加工する未加工ワークと今回加工で加工された加工済みワークとを収容し、前記第二のチャックとの間でワークの授受を行うワーク授受位置及び加工済みワークを機外に払い出すための払い出し位置を隣接して設けるとともに、前記ワーク収容部を、前記待機位置,前記授受位置及び前記払い出し位置の順に搬送する搬送手段と、少なくとも前記待機位置及び前記ワーク授受位置で前記ワーク収容部を位置決めする位置決め手段とを設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載のワーク搬送装置を備えた工作機械。
- 前記ワーク収容部に前記第二のチャックと係合する係合部を設け、前記第二のチャックを前記ワーク収容部の係合部に係合させた状態で、前記第二のチャックにより前記ワーク収容部の搬送を行うことを特徴とする請求項3に記載のワーク搬送装置を備えた工作機械。
- 前記係合部を前記ワーク収容部の搬送方向の前後両端に設け、前記ワーク収容部を前記待機位置から前記授受位置まで移動させる場合には搬送方向前方の前記係合部に前記第二のチャックを係合させて移動を行い、前記ワーク収容部を前記授受位置から前記払い出し位置まで移動させる場合には搬送方向後方の前記係合部に前記第二のチャックを係合させて移動を行うことを特徴とする請求項4に記載のワーク搬送装置を備えた工作機械。
- 前記ワーク固定手段が回転自在な主軸に設けられたチャックで、このチャックに把持させたワークを前記主軸に対向して設けた刃物台の工具で加工することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のワーク搬送装置を備えた工作機械。
- 前記ワーク固定手段が回転自在な主軸に設けられたチャックで、このチャックに把持させたワークを前記主軸に対向して設けた刃物台の工具で加工する場合において、前記ワーク収容部を前記待機位置及び前記払い出し位置に対して前記主軸の軸線と同方向に出し入れできるようにしたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のワーク搬送装置を備えた工作機械。
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