JP4901884B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、パレットを交換するためのパレット搬送装置を備えた工作機械に関する。

工作機械による加工では、一般に、工作機械と共にパレット搬送装置を使用して、工作機械のテーブルにワークを装着したパレットを載置し、また、テーブルから加工済みのワークを装着したパレットを除去し、それによって作業の省力化及び効率化を図っている。このようなパレット搬送装置は、工作機械の加工領域に隣接して設ける必要がある。一方で、工作機械によるワークの加工の監視や切屑除去などの作業を行うための作業領域を、工作機械の加工領域に隣接して設ける必要がある。
ところが、加工領域を囲む面のうち、コラム側の面に加えて、左右の２面も障害物に塞がれてしまう場合がある。例えば、主軸の回転軸線が上下方向（すなわち、Ｚ軸方向）に延びる立形工作機械では、高度の加工を可能とさせるために、水平左右方向（すなわち、Ｘ軸方向）に延びる旋回軸線周りにパレットを旋回させることができるようになったいわゆるトラニオンテーブルが使用される場合がある。この場合、パレット取付台を旋回軸線周りに旋回可能にテーブル上に支持するために、一対の支持柱がＸ軸方向に対向するように設けられるので、工作機械の加工領域の左右側の面は支持柱という障害物に塞がれてしまう。したがって、障害物のない前側の面（正面側）に、作業領域を設けると共に、パレット交換装置を設置せざるを得ず、作業領域と加工領域との間にパレット搬送装置を配置することになる。このため、パレット搬送装置が監視や切屑除去などの作業の障害となって不都合を生じていた。
このような問題を解決するために、特開平９−１５５６７７号公報及び特開２００３−８０４３３号公報は、パレットを搬送するためのパレットローダーを移動できるようにし、パレット交換完了後に、加工領域正面（テーブルに対してコラムと反対側）のパレット交換位置からパレットローダーを退避させて、作業領域を確保できるようにしたパレット搬送装置を提案している。
しかしながら、特開平９−１５５６７７号公報及び特開２００３−８０４３３号公報に開示されるパレット搬送装置の何れもテーブル上のパレットを加工領域の正面側の作業領域に引き出すため、パレット交換中は作業領域に入れない問題があった。また、特開平９−１５５６７７号公報及び特開２００３−８０４３３号公報に開示されるパレット搬送装置の何れも、作業領域内をパレットローダーが移動するため、作業者の安全性が低くなる問題があった。

よって、本発明の目的は、パレット搬送装置に邪魔されることなく、工作機械による加工の監視や切屑除去などのための作業領域を工作機械の加工領域の正面に確保することを可能とさせることにある。
本発明によれば、工具とワークを相対移動させワークを加工する工作機械において、前記工作機械上に設けられ、前記ワークを取り付けるパレットを装着するパレット装着部を有したテーブルと、前記工作機械の側方に設けられ、前記パレットを載置するパレット載置台を有したパレットステーションと、前記工作機械のテーブルとコラムとの間に前記パレットを保持する搬送アームを有し、前記搬送アームを水平方向に移動させ、前記テーブルと前記パレットステーションとの間で前記パレットを搬送するパレット搬送装置とを具備する工作機械が提供される。
この構成により、パレット搬送装置の搬送アームは、テーブルとコラムとの間を通って移動し、テーブルとパレットステーションとの間でパレットが搬送される。
また、前記テーブルを水平軸線周りに旋回させる第１の旋回装置と、前記テーブルを鉛直軸線周りに旋回させる第２の旋回装置とを更に具備してもよい。また、前記テーブルは、前記パレットを昇降させるリフタを有して構成されてもよい。また、前記パレットステーションは、前記パレットを昇降させるパレット昇降装置を有して構成されてもよい。
また、前記パレット搬送装置は、前記搬送アームが前記テーブルとの間で前記パレットを移戴する位置及び前記パレットステーションとの間で前記パレットを移戴する位置にあるとき、前記搬送アームを昇降させる搬送アーム昇降装置を有して構成されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、パレット搬送装置がテーブルとコラムとの間に配置されるので、パレット搬送装置が、加工領域の正面側を占有することがない。したがって、加工領域の正面側に、加工の監視や切屑除去などのための作業領域を確保することができ、これらの作業のし易さや作業の安全性が向上した。

本発明の上述及びその他の目的、特徴、利点を以下、添付図面を参照して本発明の実施形態に基づいてさらに詳細に説明する。
図１は、本発明による工作機械の第１の実施の形態の全体構成図である。
図２は、図１の工作機械本体側の側面図である。
図３は、図１の工作機械のパレットステーション側の側面図である。
図４は、本発明による工作機械の第２の実施の形態の全体構成図である。
図５は、図４における線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の工作機械の好ましい第１の実施の形態を説明する。図１及び図２を参照すると、工作機械１１は、工作機械本体１３と、コラム２３と対向して配置されるテーブル４９と、パレットＰ及びワークＷの段取り作業などを行う、パレット待機位置であるパレットステーション１７と、テーブル４９とパレットステーション１７との間でワークを装着したパレットＰを搬送するパレット搬送装置１９とを備えている。
工作機械本体１３は、例えば立形マシニングセンタであり、図２に示されているように、ベッド２１と、ベッド２１上に立設されたコラム２３と、コラム２３上に設けられたガイドレール２５に沿ってＸ軸方向（図１における左右方向、図２における紙面垂直方向）に移動可能な主軸台２７と、主軸台２７上に設けられたガイドレール２９に沿ってＺ軸方向（図１及び図２における上下方向）に移動可能な主軸頭３１と、主軸頭３１に回転可能に支持されており且つ工具Ｔを装着される主軸３３とを備える。また、工作機械本体１３の加工領域を取り囲む４側面のうちコラム２３が立設されている面以外の３側面は、加工屑や加工液が周囲に飛散することを防止するために、スプラッシュガード３５によって取り囲まれている。なお、加工領域とパレットステーション１７とを仕切るスプラッシュガード３５の壁面には、パレット搬送装置１９の通過を許容するために、シャッター３７で開閉可能な開口部３５ａが設けられている。
サドル１５は、ベッド２１上に設けられたガイドレール３９に沿ってＹ軸方向（図１における紙面垂直方向、図２における左右方向）に移動可能になっており、サドル１５上には、第１の旋回装置であるトラニオンベース４１を介して、Ｘ軸方向に延びる旋回軸線４３周り（すなわちＡ軸方向）に旋回可能にテーブル旋回台４５が支持されている。さらに、このテーブル旋回台４５上には、第２の旋回装置であるＺ軸方向に延びる回転軸線４７周り（すなわちＣ軸方向）に回転可能にテーブル４９が取り付けられている。テーブル４９上のパレット装着部には、テーパコーン５１とクランプ装置（図示せず）が設けられており、テーパコーン５１をパレットＰの底面に設けられたテーパ穴に係合させることによりパレットＰを位置決めした後、クランプ装置によってパレットＰをテーブル４９上にクランプできるようになっている。また、テーブル４９には、昇降可能なリフタ５３がさらに設けられており、テーブル４９上に載置されたパレットＰを昇降させることができるようになっている。このような構成により、テーブル４９に取り付けられたパレットＰ及びワークＷをＡ軸方向に旋回させ且つＣ軸方向に回転させると共に、上下方向（Ｚ軸方向）に昇降させることができるようになり、高度な加工を可能にさせている。
パレットステーション１７には、図３に示されているように、油圧シリンダ５５によって昇降可能な昇降台５７が設けられており、昇降台５７上には、二つのパレットストッカ５９が併設されている。各パレットストッカ５９には、移動台６１が設けられており、各移動台６１は、それぞれ、空圧シリンダ６３によって駆動され、昇降台５７上に設けられたガイドレール６５に沿ってＹ軸方向（図１の紙面に垂直な方向）に移動するように構成されている。各移動台６１上には、Ｚ軸方向に延びる旋回軸線６７周りに旋回可能なパレット載置台６９が設けられており、これらパレット載置台６９上に支持ピン７１を介してパレットＰが載置されるようになっている。パレット昇降装置である油圧シリンダ５５は、パレット載置台６９にそれぞれ設けられ、パレットを直接昇降させるように構成されていてもよい。
パレット搬送装置１９は、コラム２３の前面（サドル１５側の面）とコラム２３の側方に併設されたストッカフレーム７３の前面とにまたがってＸ軸方向（図１中の左右方向）に延びるガイドレール７５と、ガイドレール７５に沿って移動する搬送アーム７７と、搬送アーム７７を駆動するための駆動装置７９とから構成されている。搬送アーム７７は、ガイドレール７５に係合するリニアガイド８１を取り付けられている平板状の本体部７７ａと、Ｙ軸方向に水平に延びる二股フォーク状のアーム部７７ｂとを含んでいる。また、搬送アーム７７のアーム部７７ｂ上には、パレットＰの底面のテーパ穴に係合するテーパコーン８３が設けられている。なお、図１に示されている実施の形態では、駆動装置７９として、ボールねじ機構とボールねじを回転させるためのモータとの組み合わせが使用されているが、後述のチェーン駆動機構など他の種類の機構を使用することも可能である。
次に、図１から図３に示されている工作機械１１のパレット搬送装置１９によるパレット交換手順を説明する。
工作機械本体１３がテーブル４９上にクランプされたパレットＰに装着されたワークＷの加工を行っている間に、パレットステーション１７の二つのパレットストッカ５９の一方のパレット載置台６９上に段取り済みのワークＷを装着したパレットＰが載置される。このとき、パレットステーション１７の昇降台５７は段取り作業が行い易くパレット搬送装置１９の移動を妨げない下降した位置に移動されており、移動台６１はストッカフレーム７３から離れた側の第１のストッカ位置（図３において左側の位置）に移動されている。また、加工中、パレット搬送装置１９の搬送アーム７７は、加工の妨げとならないように、パレットステーション１７側に退避している。
テーブル４９上にクランプされたパレットＰに装着されたワークＷの加工が終了すると、サドル１５をガイドレール３９に沿ってコラム２３から離れた側の第１のサドル位置に移動させる。また、このとき、サドル１５上のテーブル旋回台４５はＡ軸方向の初期位置（テーブル旋回台４５上のテーブル４９上のパレットＰが水平になる位置）に戻され、テーブル旋回台４５上のテーブル４９もＣ軸方向の初期位置に戻される。次に、工作機械本体１３の加工領域とパレットステーション１７とを仕切るスプラッシュガード３５の壁面に設けられたシャッター３７を開き、開口部３５ａを開放させる。併行して、テーブル４９上のパレットＰをアンクランプした状態でリフタ５３によって上昇させ、テーブル４９のテーパコーン５１とパレットＰのテーパ穴との係合を解除させる。
次に、駆動装置７９によって搬送アーム７７を駆動し、ガイドレール７５に沿ってＸ軸方向にパレットステーション１７から加工領域内のパレット交換位置に搬送アーム７７を移動させる。搬送アーム７７がテーブル４９と対向する位置に移動すると、サドル１５をガイドレール３９に沿ってＹ軸方向にコラム２３に接近した側の第２のサドル位置に移動させる。サドル１５を第２のサドル位置に移動させると、テーブル４９上のパレットＰをリフタ５３によって上昇させることにより生じたパレットＰとテーブル４９との隙間にパレット搬送装置１９の搬送アーム７７のアーム部７７ｂが挿入される。次に、テーブル４９上のリフタ５３を下降させると、パレットＰが搬送アーム７７のアーム部７７ｂ上に載置された状態になる。このとき、搬送アーム７７のアーム部７７ｂ上に設けられたテーパコーン８３がパレットＰのテーパ穴に係合し、搬送アーム７７のアーム部７７ｂ上の所定の位置にパレットＰが位置決めされる。
パレットＰが搬送アーム７７上に載置されると、サドル１５をガイドレール３９に沿ってＹ軸方向にコラム２３から離れた側の第１のサドル位置に移動させる。これにより、搬送アーム７７の移動の際に、サドル１５上のトラニオンベース４１やテーブル旋回台４５などが搬送アーム７７と干渉することが回避される。その後、パレット搬送装置１９の搬送アーム７７をガイドレール７５に沿ってＸ軸方向に加工領域からパレットステーション１７へ移動させる。このとき、搬送アーム７７は、パレットステーション１７内の二つのパレットストッカ５９のうちパレットＰが載置されていない側のパレットストッカ（図１では、右側のパレットストッカ）５９と対向する位置に停止させられる。次に、そのパレットストッカ５９の移動台６１を空圧シリンダ６３によって駆動して、ガイドレール６５に沿ってストッカフレーム７３から離れた側の第１のストッカ位置からストッカフレーム７３に近い側の第２のストッカ位置へ移動させた後、油圧シリンダ５５によって昇降台５７を上昇させる。すると、搬送アーム７７上のパレットＰが移動台６１上のパレット載置台６９の支持ピン７１に支持された状態になる。次に、移動台６１をＹ軸方向に第２のストッカ位置から第１のストッカ位置へ移動させて、パレットＰを搬送アーム７７から離れた位置に移動させた後に、油圧シリンダ５５によって昇降台５７を下降させる。これにより、搬送アーム７７を移動させても移動台６１及びパレット載置台６９が搬送アーム７７と干渉しなくなる。
次に、駆動装置７９によって搬送アーム７７を他方のパレットストッカ５９と対向する位置へ移動させる。この他方のパレットストッカ５９のパレット載置台６９上には、段取り済みのワークＷが装着されたパレットＰが載置されている。そこで、油圧シリンダ５５によって昇降台５７を上昇させた後に、空圧シリンダ６３によってこのパレットストッカ５９の移動台６１をＹ軸方向にストッカフレーム７３から離れた側の第１のストッカ位置からストッカフレーム７３に近い側の第２のストッカ位置へ移動させる。これにより、搬送アーム７７のアーム部７７ｂがパレット載置台６９上に支持ピン７１を介して支持されたパレットＰの下に挿入された状態になる。次に、油圧シリンダ５５によって昇降台５７を下降させることにより、パレット載置台６９上に支持されたパレットＰが搬送アーム７７上に移載される。空圧シリンダ６３によって移動台６１をＹ軸方向に第２のパレット位置から第１のパレット位置に移動させる。これにより、搬送アーム７７とパレットストッカ５９の移動台６１やパレット載置台６９とが干渉することが回避され、搬送アーム７７をＸ軸方向に移動させることが可能となる。
次に、駆動装置７９によって搬送アーム７７をパレットステーション１７から工作機械本体１３の加工領域のパレット交換位置へ移動させ、テーブル４９と対向する位置で停止させる。次に、サドル１５をＹ軸方向にコラム２３から離れた側の第１のサドル位置からコラム２３に近い側の第２のサドル位置へ移動させる。これにより、搬送アーム７７のアーム部７７ｂの下方にテーブル４９が配置された状態になる。次に、テーブル４９のリフタ５３を上昇させて搬送アーム７７上からパレットＰを浮き上がらせた後、サドル１５をＹ軸方向に第２のサドル位置から第１のサドル位置へ移動させ、リフタ５３を再び下降させる。これにより、新しいパレットＰが搬送アーム７７からサドル１５上のテーブル４９へ引き渡され、テーブル４９のテーパコーン５１とパレットＰのテーパ穴との係合によりテーブル４９上の所定の位置に位置決めされる。また、サドル１５が第１のサドル位置に移動すると、サドル１５上のトラニオンベース４１やテーブル旋回台４５等が搬送アーム７７に干渉しなくなるので、搬送アーム７７をガイドレール７５に沿ってＸ軸方向に加工領域からパレットステーション１７側へ退避させ、シャッター３７を閉じる。次に、パレットＰがテーブル４９にクランプされ、新しいパレットＰに装着されたワークＷを所望の姿勢にした後に加工が開始される。
次に本発明の工作機械の第２の実施の形態を図４及び図５を参照して説明する。第１の実施の形態との相違点は、リフタ５３及び油圧シリンダ５５に代えて、搬送アーム７７を昇降させるシリンダ装置９５を３箇所に設けたことである。つまり、テーブル４９側やパレット戴置台６９側を昇降させずに、搬送アーム７７を昇降させてパレットＰを搬送アーム７７に係合させたり離脱させたりする構成を採用したことである。これに伴い、パレットステーション１７の昇降台５７は、固定された基台９３となっている。
搬送アーム７７の本体部７７ａの上部には、厚み寸法が大きくなった厚肉部７７ｃが形成され、厚肉部７７ｃの前側と後側には、ローラ９７とスライドボールサポート９９が取り付けられる。また、本体部７７ａの下部後側には、スライドボールサポート１０１が取り付けられる。さらに、厚肉部７７ｃの上部にはＴ形部７７ｄが形成されている。一方、コラム２３からストッカフレーム７３にわたってＸ軸方向に上レール１０３と下レール１０５が取り付けられる。搬送アーム７７は、上レール１０３とローラ９７及びスライドボールサポート９９、並びに下レール１０５スライドボールサポート１０１とのころがり作用によって、Ｘ軸方向にスライド可能に支持される。
搬送アーム７７が、Ｘ軸方向においてテーブル４９との間でパレットＰの授受を行うパレット交換位置、及びパレットステーションの２つのパレット戴置台６９との間でそれぞれパレットＰの授受を行うパレット交換位置の計３箇所で昇降する機構について説明する。パレット交換位置では、搬送アーム７７のＴ形部７７ｄと遊嵌するＴ溝１０７ａを有したＴ溝ブロック１０７が上レール１０３内に上下にスライド可能に設けられている。Ｔ溝ブロック１０７の上方には、シリンダ装置９５が上レール１０３に取り付けられ、そのピストン９５ａの下端とＴ溝ブロック１０７とは固定されている。シリンダ装置９５の下シリンダ室９５ｂに加圧流体を導入するとピストン９５ａが上昇し、Ｔ溝ブロック１０７がＴ形部７７ｄを引き上げ、搬送アーム７７は上昇する。上シリンダ９５ｃに加圧流体を導入すると、搬送アーム７７は下降する。スライドボールサポート９９、１０１は、Ｘ軸方向のみならずＺ軸方向にもスライド可能であり、上レール１０３の内面及び下レール１０５の前面と当接しながら転動する。
次に、搬送アーム７７をＸ軸方向に移動させる機構について説明する。ストッカフレーム７３の右端には、スプロケット１０９ａによって長尺のチェーン１０９ｂを長手方向に移動させる駆動装置１０９が設けられる。上レール１０３の内部の長手方向のＴ溝ブロック１０７がない箇所には、Ｔ溝ブロック１０７と同一断面のＴ溝バー（図示せず）がＴ溝ブロック１０７と一直線に固定されており、チェーン１０９ｂの走行溝の働きをしている。チェーン１０９ｂは、上レール１０３内のＴ溝バー及びＴ溝ブロック１０７にわたる連続したＴ溝１０７ａ内を走行できる。チェーン１０９ｂの断面は、このＴ溝１０７ａの断面と遊嵌する矩形をしており、スプロケット１０９ａでチェーン１０９ｂを押し引きしても、チェーン１０９ｂがたるまないようになっている。チェーン１０９ｂの左端は搬送アーム７７のＴ形部７７ｄの右端と継手部材１１１を介して連結される。継手部材１１１は、チェーン１０９ｂのＸ軸方向の動きを搬送アーム７７に伝達するが、パレット交換位置において搬送アーム７７が昇降する動きを妨げない形状をしている。チェーン１０９ｂの他端は、搬送アーム７７のＸ軸方向の位置に応じて上下動する。
次に、図４及び図５に示されている工作機械のパレット搬送装置１９によるパレット交換手順を説明する。
ワークＷの加工中に右側のパレットストッカ５９には段取り済みのパレットＰが戴置されており、移動台６１はストッカフレーム７３から離れた側の第１のストッカ位置に移動されているとする。ワークＷの加工が終了すると、サドル１５をコラム２３から離れた第１のサドル位置に移動させ、シャッター３７を開き、搬送アーム７７を加工領域内のパレット交換位置に移動させる。そして、サドル１５をコラムに接近した側の第２のサドル位置に移動して、パレットＰの下方のテーブル４９との隙間へアーム部７７ｂを差し込む。シリンダ装置９５により搬送アーム７７を上昇させてパレットＰを持ち上げる。サドル１５を第１のサドル位置へ移動後、シリンダ装置９５により搬送アーム７７を下降させ、駆動装置１０９により搬送アーム７７をパレットステーション１７の左側のパレットストッカ５９に対応したパレット交換位置まで移動する。搬送アーム７７を上昇させ、移動台６１をストッカフレーム７３に接近した第２のストッカ位置に移動する。そして、搬送アーム７７を下降することによって、パレットＰはパレット戴置台６９上に支持ピン７１を介して戴置される。パレットＰの戴置された移動台６１を第１のストッカ位置に移動後、搬送アーム７７を右側のパレットストッカ５９に対応したパレット交換位置へ移動する。右側の移動台６１を第２のストッカ位置へ移動し、パレットＰの下方のパレット戴置台６９との隙間へアーム部７７ｂを差し込む。搬送アーム７７を上昇させ、移動台６１を第１のストッカ位置へ移動させ、搬送アームを下降してテーブル４９に対応したパレット交換位置までＸ軸方向に移動する。搬送アーム７７を上昇後、サドル１５を第２のサドル位置へ移動し、搬送アーム７７を下降することによってパレットＰをテーブル４９に戴置し、パレットＰをテーブル４９にクランプする。サドル１５を第１のサドル位置に移動後、搬送アーム７７をパレットステーション１７の右側のパレットストッカ５９に対応したパレット交換位置まで移動し、シャッター３７を閉じる。その後、新しいパレットＰに装着されたワークＷの加工が開始される。
第２の実施の形態では、上レール１０３は、搬送アーム７７が下降した位置に設けられていたが、上昇した位置に設けられる構成にしてもよい。
このように、本発明の工作機械１１では、工作機械本体１３のテーブル４９とパレットステーション１７との間のパレットＰの交換がテーブル４９とコラム２３との間に設けられたパレット搬送装置１９によって行われるので、工作機械本体１３の加工領域の正面側をパレット搬送装置１９が占有することはなく、加工の監視や切屑除去のための安全な作業領域を確保することができる。
以上、図示された実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明の実施の形態は図示されるものに限定されるものではない。トラニオンテーブルを有した立形マシニングセンタを例にして説明したが、本発明は、横形マシニングセンタ、フライス盤、複合加工機、中ぐり盤、研削盤、放電加工機等のテーブルとコラムとの間にパレット搬送装置を設けることができるあらゆる工作機械に適用される。また、工作機械のテーブルは、旋回軸が１軸のもの、旋回軸のないもの、イケールが搭載されているもの等、他の形式のものでもよい。

Claims (5)

1. 工具とワークを相対移動させワークを加工する工作機械において、
   前記工作機械上に設けられ、前記ワークを取り付けるパレットを装着するパレット装着部を有したテーブルと、
   前記工作機械の側方に設けられ、前記パレットを載置するパレット載置台を有したパレットステーションと、
   前記工作機械のテーブルとコラムとの間に前記パレットを保持する搬送アームを有し、前記搬送アームを水平方向に移動させ、前記テーブルと前記パレットステーションとの間で前記パレットを搬送するパレット搬送装置と、
   を具備することを特徴とした工作機械。
2. 前記テーブルを水平軸線周りに旋回させる第１の旋回装置と、前記テーブルを鉛直軸線周りに旋回させる第２の旋回装置とを更に具備する請求項１に記載の工作機械。
3. 前記テーブルは、前記パレットを昇降させるリフタを有してなる請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記パレットステーションは、前記パレットを昇降させるパレット昇降装置を有してなる請求項１または２に記載の工作機械。
5. 前記パレット搬送装置は、前記搬送アームが前記テーブルとの間で前記パレットを移戴する位置及び前記パレットステーションとの間で前記パレットを移戴する位置にあるとき、前記搬送アームを昇降させる搬送アーム昇降装置を有する請求項１または２に記載の工作機械。

Images