JP4928536B2 - 工作機械 - Google Patents

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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、及びワークの加工に必要な複数の工具を保持するストッカが設けられた工作機械に関する。
また、本発明は、各種部品等を製造するための工作機械に用いられるワーク位置決めテーブル及び、該テーブルが備えられた工作機械に関する。
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、特許文献1及び特許文献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(日本) 特許2003−266203号公報(日本) 特公平5−2446号公報(日本) 特開2004−314203号公報(日本) 実開昭63−63757号公報(日本) 特開昭55−112753号公報(日本) 特開平7−251333号公報(日本) 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。
さらに、加工主軸を含むユニットは水平のX方向にスライドすることから、床に対する設置部を支点として左右に振れるモーメント力が発生することになる。加工主軸を含むユニットは比較的大重量であることから、発生するモーメントも大きく、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ず、全体としての重量が重くなる。また、特許文献2に記載された例のごとく、ベースを張り出して設定しなければならず、工作機械を横方向に複数台並べた場合に、ライン長が長くなる。
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。
また、特許文献3の構成では、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。
また、特許文献3の構成では、工作機械の機幅及び設置面積が小さくなっても、各工作機械間におけるワークの搬送が自動化されず、または自動化された場合であっても搬送が遅い機構では、結果として加工時間が長くなり効率的ではない。
さらに、ワークを搬送する機構と、加工時にワークを固定しておく機構が別であると、両機構間でのワークの受け渡しが必要であり機構及び加工手順が煩雑となる。さらにまた、これらの機構が複雑で大型化すると工作機械自体を小型化した趣旨が没却されることになる。
また、工作機械ではワークに対して複数の工具を着脱しながら加工を行う場合があり、種々のワークに対応可能なように多数の工具を格納しておくことが望ましいが、工作機械の占有面積を小さくすると多数の工具を格納しておくためのスペースもなくなる。
工作機械に対して、多数の工具を格納しておく機構を増設すると、占有面積が大きくなって工作機械自体を小型化した趣旨が没却されることになる。
前記のように特許文献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した場合、該工作機械は縦長形状となることから、工具を格納する機構を増設すると、バランスが悪くなり揺れ等が発生して加工精度の低下を招く。
さらに、多数の工具を格納する機構を設けた場合、全ての工具が正常であることを確認することは作業者にとって負担であり、加工を行う前に自動的な確認がなされることが望ましい。
また、例えば、エンジン部品等の製造を行うための工作機械においては、設備全体を有効に小型化し、省スペース化及びコスト削減が容易な工作機械の開発が望まれている。
この種の工作機械において、本願出願人は、特許文献1において、エンジンを構成するシリンダヘッドのバルブ孔の加工装置において、ワークであるシリンダヘッドを装着した旋回ユニットを所定の角度に傾斜させて加工を行う構成を提案している。この加工装置によれば、装置全体を小型化且つ簡素化することが可能となり、省スペース化及びコスト削減が可能となる。
特許文献4には、前記旋回ユニットの替わりに、水平面上を旋回する円形状の回転テーブルを有し、該回転テーブルには主軸が設けられ、該主軸が転がり軸受の内輪に固定され回転可能に支持されている回転テーブル装置を備える工作機械が記載されている。
ところで、上記のようなエンジン部品におけるシリンダブロックやシリンダヘッド等には、各種型式が設けられる。この型式の違いによって、例えば、直列とV型又は4気筒と6気筒のように、異なる形状を有する数多くの部品がある。
そこで、上記従来の構成では、ワークに位置決め基準孔を2以上設け、当該ワークを載置する載置台であるパレットには、前記基準孔に対応したピンを備えることによってワークの位置決めを行い、このように位置決めをしたワークを搭載したパレットを工作機械のテーブルに固定するように構成している。
しかしながら、上記のようにワークの形状は多数存在するため、各ワークの形状に応じたパレットを多数用意する必要があり、当該テーブルの製作コストや保管場所等が問題となる。
また、上記のような位置決め用ピンにおいて、特許文献3には、前記ピンを可動式にして、各種形状のワークに対応する位置決めピン装置が記載されている。
しかしながら、上記特許文献5に記載の位置決めピン装置では、位置決め対象となるワークが検査用のプリント配線板であるため、位置決め用ピン及びその可動部に、工作機械の加工時における切削抵抗のような大きな荷重(例えば、ラジアル荷重等)が負荷されることが想定されていない。
さらに、上記エンジン部品等を機械加工する工作機械の場合には、ワークの加工屑(切削屑)が発生するため、前記可動部でのシールが問題となるため、前記位置決めピン装置を工作機械のワーク位置決め用へ転用することは困難である。
上記従来のような工作機械では、ワークに位置決め基準孔を2以上設け、当該ワークを載置する載置台であるパレットには、前記基準孔に対応したピンを備えることによってワークの位置決めを行い、このように位置決めをしたワークを搭載したパレットを工作機械のテーブルに固定するように構成している。
しかしながら、上記のようにワークの形状は多数存在するため、各ワークの形状に応じたパレットを多数用意する必要があり、当該テーブルの製作コストや保管場所等が問題となる。
また、この種の位置決め用ピンにおいて、特許文献5には、前記ピンを可動式にして、各種形状のワークに対応する位置決めピン装置が記載されている。ところが、この位置決めピン装置では、位置決め対象となるワークが検査用のプリント配線板であるため、工作機械用としての想定はなされていない。さらに、この位置決めピン装置は、コイルバネによる付勢力により2本のピン同士で前記プリント配線板を位置決めする構成である。すなわち、前記ピンを所定の位置に移動させて保持しながら、前記プリント配線板を位置決めする構成であるため、ワークの位置決めが正確にはなされず、また、自動化が困難である。
一方、工作機械におけるワーク支持体であるテーブルでは、更なる軽量化及び小型化が望まれており、特許文献6には、主軸が備えられた移動ユニットによりパレット搬送工具を操作してワークが位置決めされるパレットが設けられるパレット支持台から、水平方向に変位可能なテーブル上に搬入搬出する数値制御工作機械が記載されている。
しかしながら、上記特許文献6に記載の工作機械では、ワークを位置決めするパレット及びパレット支持台を用い、さらに、パレットをテーブル上に搬入搬出する構成であり、パレット支持台やテーブル変位機構等が必要なため、テーブル及び該テーブル周辺の装置の小型化が困難である。
また、一般に、工作物、例えば、エンジン部品であるシリンダブロックやシリンダヘッド等を工作機械により加工する際には、該工作物を所望の位置に位置決めした状態で加工を行っている。
このような場合、例えば、工作物に位置決め用の基準孔を2個程度設けると共に、工作物の載置台であるパレットに前記基準孔に対応した位置決めピン(基準部材)を備えることによって、工作物を所望の位置に位置決めしている。そして、このように位置決めした工作物を搭載したパレットを工作機械のテーブルに固定して加工を行う。
そこで、特許文献7には、ワークであるプリント基板を位置決めするためのテーブルにおいて、該プリント基板の2つの縁端部が個別に載置されてY軸方向に移動可能な2つの移動台と、該2つの移動台間に配設される固定ピン及び移動ピンとを備える技術思想が記載されている。そして、前記固定ピンはテーブル面上に固定されており、前記移動ピンはX軸方向に移動可能に構成されることで、前記移動台に載置されたプリント基板の2つの基準孔に対応させて位置決めを行っている。
しかしながら、上記のようなエンジン部品等では、その形状によって位置決め用に用いられる基準孔の位置が異なっている。このため、上記従来の構成のワーク位置決めテーブルにおける固定ピンが対応するワークの基準孔の位置が常に一定位置にあるとは限らず、特にワークの側面を加工する際には、被加工面を工具の正面に向けることが困難であり、正確且つ迅速な加工が行われ難い。
また、ワーク位置決めテーブルは、それ自体を搬送用のパレットとして使用することが要求される場合もある。このため、テーブル構造の簡略化や軽量化が望まれているが、上記従来の構成におけるテーブルでは、前記2つの移動台を移動させるための2つの移動手段と、前記移動ピンを移動させるための移動手段の合計3つの移動手段を有している。従って、テーブルの構造が複雑で重量も大きい。
本発明は、コンパクトな構成でスペース効率が高く、しかも軽量且つ安定性の高い工作機械を提供することを目的とする。
また、本発明は、多数の工具を収納しておくことができるとともにコンパクトな構成でしかも安定性の高い工作機械を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、コンパクトな構成でスペース効率が高い工作機械を提供することを目的とする。
本発明は、コンパクトな構成で工作機械間のワーク搬送効率が高い工作機械を提供することを目的とする。
本発明は、工作機械におけるワークを位置決めするためのテーブルにおいて、各種ワークの形状への対応を可能とすると共に、機械加工時の荷重等にも対応すること可能とするワーク位置決めテーブルを提供することを目的とする。
本発明は、ワーク位置決めテーブルを備える工作機械において、テーブルの構造を簡略化及び軽量化しながら、ワークの位置決めを確実に行うことを可能とする工作機械を提供することを目的とする。
本発明は、簡単な構造で各種形状のワークを所望の姿勢に位置決めでき、生産効率に優れたワーク位置決めテーブル及びこのワーク位置決めテーブルを備える工作機械を提供することを目的とする。
本発明に係る工作機械は、水平面内の一方向であるZ方向にスライド移動するZテーブルと、前記Zテーブル上に設けられ、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駆動源と、前記加工主軸に着脱自在な複数の工具をメインストッカに備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、前記メインストッカ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。
このように、メインストッカを工作機械の上部に設けることにより、設置面積を拡げることなく多数の工具を格納しておくことができる。また、回転アームの回転中心軸とメインストッカ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メインストッカの方向に向き、モーメントが発生することがないため、安定性が高い。
この場合、水平面内でZ方向に直交するX方向の側面に、前記工具を複数格納するサブストッカを有し、前記サブストッカは、前記工具がX方向を指向するように保持する保持アームと、前記工具の1つを前記保持アームから抜き取りZ方向に向きを変えて前記加工主軸に受け渡す工具受渡交換機構と、前記保持アームを間欠移動させるインデックス機構とを有していてもよい。このようなサブストッカによれば、一層多くの工具を格納しておくことができ、しかも占有幅は工具の長さ程度にしか広がらない。
また、前記加工主軸は、前記メインストッカに対する前記工具の着脱操作を直接的に行うようにしてもよい。これにより、専用の着脱機構等が不要になり、簡便となる。
さらに、前記加工主軸に装着された前記工具の長さを計測するセンサを有していてもよい。該センサによれば、工具の誤装着や折損等を検出し、所定の対応をとることができる。
本発明に係る工作機械は、水平面内において一方向にスライド移動するZテーブルと、前記Zテーブル上に設けられ、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前記一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駆動源とを有することを特徴とする。
このように、本発明に係る工作機械では、鉛直面内で動作するのは鉛直方向にスライド移動する支持体と、回転アームの2軸であり、横方向に移動する軸がないことから、幅狭のコンパクトな構成とすることが可能であり、スペース効率の向上を図ることができる。
また、支持体は鉛直方向にスライド移動するのであって、設置部を基準として左右に振れるモーメント力を発生させることはない。さらに、回転アームについては、軽量であることから回転をさせても安定性を損なうことがない。したがって、工作機械を軽量に構成することができ、しかも高い安定性が得られる。
この場合、前記回転アームの回転中心軸と、前記主軸駆動源の駆動軸は同一鉛直面上に配置すると、一層狭幅に構成することができる。
また、前記アーム駆動源は、中空回転軸を備えて、前記支持体に設けられ、前記主軸駆動源は、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、前記アーム駆動源と前記主軸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、アーム駆動源と主軸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。
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。
正面視で、前記回転アームの回転中心から前記加工主軸までの距離に対して、前記支持体の鉛直方向への移動可能距離は、1.7〜20.0倍と設定し、又は正面視で、設置面幅に対して、前記支持体の鉛直方向への移動可能距離は、0.66〜10.0倍と設定すると、加工可能な範囲が広くなる。
また、前記固定部は、前記ワークの位置決め基準部に対応し、ロックが解除された状態で移動自在となり、前記加工主軸に前記固定部移動部材が装着され、且つ前記固定部のロックが解除されているときに、該固定部移動部材を前記固定部に係合させ、前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め部の位置に対応して前記各固定部を移動させるようにしてもよい。このように、加工主軸の動作によって固定部を直接的に移動させると、移動が簡便に行われる。また、固定部の移動手段を別個に設ける必要がなく、工作機械をコンパクトに構成することができる。
本発明に係る工作機械は、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、前記第1工作機械と前記第2工作機械が並行に隣接した工作機械であって、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Zテーブルと、前記Zテーブル上に設けられ、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は、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、前記第1工作機械と前記第2工作機械とが平行に隣接した工作機械であって、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Zテーブルと、前記Zテーブル上に設けられ、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Zテーブル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、前記アーム駆動源と前記主軸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、アーム駆動源と主軸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は、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工作機械によって加工をするワークを保持するワーク移動装置と、を備える工作機械であって、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Zテーブルと、前記Zテーブル上に設けられ、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駆動源と、を有し、前記ワーク移動装置は、水平面で回転可能なターンテーブルと、前記ターンテーブルに設けられ、水平面で回転して前記ワークの加工面を前記加工主軸に対向する向きに設定する複数の副回転機構と、前記副回転機構のうちの1つを前記第1工作機械の前記加工主軸と対向する第1保持位置とし、前記副回転機構のうちの他の1つを前記第2工作機械の前記加工主軸と対向する第2保持位置となるように前記ターンテーブルを間欠回転させる主回転機構とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る工作機械は、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工作機械によって加工をするワークを保持するワーク移動装置とを備え、前記第1工作機械及び前記第2工作機械は、それぞれ、駆動源により3次元方向の所定位置に移動自在且つ回転自在に加工主軸を支持する主軸ヘッドユニットを有し、前記ワーク移動装置は、複数の位置決め部を備え、ワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部により位置決めをし、水平面で回転可能なターンテーブルと、前記ターンテーブルに設けられ、水平面で回転して前記ワークの加工面を前記加工主軸に対向する向きに設定する複数の副回転機構と、前記副回転機構のうちの1つを前記第1工作機械の前記加工主軸と対向する第1保持位置とし、前記副回転機構のうちの他の1つを前記第2工作機械の前記加工主軸と対向する第2保持位置となるように前記ターンテーブルを間欠回転させる主回転機構とを有し、前記各固定部は前記ターンテーブルに移動自在に設けられ、前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め部の位置に対応して、前記固定部を移動させる固定部移動部材を備え、前記固定部移動部材は、前記工具に換えて前記主軸に着脱自在に装着される装着部と、前記固定部に係合する係合部とを有し、前記加工主軸に着脱自在に装着される工具により前記ワークを加工する工作機械であって、前記主軸ヘッドユニットは、水平面内の一方向であるZ方向にスライド移動するZテーブルと、前記Zテーブル上に設けられ、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駆動源とを有することを特徴とする。
このように、ターンテーブルを主回転機構によって間欠回転させるとともに、副回転機構によってワークを所定の向きに設定することにより、コンパクトな構成で工作機械間のワーク搬送効率の向上を図ることができる。
この場合、前記第1工作機械と前記第2工作機械の各Zテーブルは、平行に配置されていると、工作機械の横幅を狭く設定することができる。
本発明の工作機械は、駆動源により3次元方向の所定位置に移動自在且つ回転自在に加工主軸を支持する主軸ヘッドユニットと、複数の位置決め部を備えるワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部により位置決めするテーブルとを備え、前記加工主軸に着脱自在に装着される工具により前記ワークを加工する工作機械であって、前記各固定部は前記テーブルに移動自在に設けられ、前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め部の位置に対応して、前記各固定部を移動させる固定部移動部材を備え、前記固定部移動部材は、前記工具に換えて前記加工主軸に着脱自在に装着される装着部と、前記固定部に係合する係合部とを有することを特徴とする。
このような構成によれば、主軸ヘッドユニットを利用してテーブルの固定部を移動させることにより、ワークの位置決めを高精度且つ確実に行うことができる。また、前記テーブルにおける位置決め用の固定部を駆動するための駆動源を削減することができ、テーブルの構造を簡略化及び軽量化することができる。
また、前記主軸を移動させることにより、前記固定部移動部材を前記固定部に係合させ、前記固定部移動部材を前記固定部に係合させた状態で前記主軸を移動させることにより、前記固定部を移動させるように前記主軸ヘッドユニットを制御する制御手段を備えると好適である。
さらに、前記固定部を固定するためのブレーキを備えると、一層確実にワークの位置決めを行うことができる。
本発明の工作機械は、駆動源により3次元方向の所定位置に移動自在且つ回転自在に加工主軸を支持する主軸ヘッドユニットと、複数の位置決め部を備えるワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部により位置決めするテーブルとを備え、前記加工主軸に着脱自在に装着される工具により前記ワークを加工する工作機械であって、前記固定部は、ワーク位置決めテーブルに固定され、前記複数の位置決め部のうち1の位置決め部に係合する第1の固定部と、前記複数の位置決め部のうち他の位置決め部に係合する第2固定部と、からなり、前記テーブル面を旋回させる回転手段と、前記第2の固定部を直線移動させる直線移動手段とを備え、前記直線移動手段は、回転部と、該回転部による回転駆動力を受けて直線移動する移動部とを含むと共に、前記移動部には、前記第2の基準部材が配設されており、前記移動部又は前記第2の基準部材の移動量又は位置を検知する第1の検知手段と、前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め部の位置に対応して、前記固定部を直線的相対移動させるために、前記回転部を軽点駆動する回転ツールが装着された加工主軸と、前記回転ツールは、前記後部に換えて前記主軸に着脱自在に装着される装着部と、前記回転部に係合する係合部とを有し、前記ワーク位置決めテーブルの位相を検知する第2の検知手段と、前記主軸及び前記回転手段の駆動を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記移動部の移動方向と前記加工主軸の軸線方向とを一致させ、前記回転ツールにより前記回転部を回転駆動させることで前記第2の基準部材を所定位置に移動させた後、前記ワーク位置決めテーブルを所定位置に旋回させることを特徴とする。
上記構成によれば、直線移動手段にモータ等の駆動源を備えることなく、第2の基準部材を直線移動させることができる。従って、ワーク位置決めテーブルの構造の一層の簡略化や軽量化を図ることが可能となる。
本発明のワーク位置決めテーブルは、第1の基準部と第2の基準部とを有する工作物を位置決めするワーク位置決めテーブルであって、テーブル面に固定され、前記第1の基準部に係合する第1の基準部材と、前記テーブル面上を移動自在に設けられ、前記第2の基準部に係合する第2の基準部材と、前記第2の基準部材を直線移動させる直線移動手段と、前記テーブル面に着脱自在に固定され、前記第1の基準部材及び前記第2の基準部材により位置決めされた工作物が載置される載置台と、前記テーブル面を旋回させる回転手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、前記第2の基準部材を直線移動させる直線移動軸と、テーブルの旋回軸との2軸を有する簡略な構成により、各種形状の工作物を所望の姿勢に位置決めすることができる。このため、ワーク位置決めテーブルの構造の簡略化や軽量化を図ることができる。
また、前記直線移動手段が、前記第2の基準部材をその移動方向において弾性支持する弾性体を有すると、工作物を位置決めする際、前記第2の基準部材で多少の移動が許容されていることになる。このため、工作物の第1の基準部及び第2の基準部におけるピッチ誤差等の影響をほとんど受けることなく、該工作物を容易に位置決めすることができる。
さらに、前記ワーク位置決めテーブルが、前記回転手段を含む駆動部と、前記テーブル面を含み、前記駆動部に分離可能に連結される旋回部とから構成されていると、回転手段を有し重量の大きな駆動部から前記旋回部を分離することができる。従って、前記分離により、テーブル面を有する旋回部が軽量になるため、該旋回部を工作物を搬送するためのワーク搬送パレットとして使用することができる。
また、本発明の工作機械は、第1の基準部と第2の基準部とを有する工作物を位置決めするために、テーブル面上に固定され且つ前記第1の基準部に係合する第1の基準部材と、前記テーブル面上を移動自在に設けられ且つ前記第2の基準部に係合する第2の基準部材とを有し、前記テーブル面上に前記第1の基準部材及び前記第2の基準部材により位置決めされた工作物が載置されるワーク位置決めテーブルを備える工作機械であって、前記第2の基準部材を直線摺動可能に支持する直線摺動手段と、前記第2の基準部材の移動量又は位置を検知する第1の検知手段と、前記ワーク位置決めテーブルを旋回自在に軸支する軸支手段と、前記ワーク位置決めテーブルを位置決め固定するブレーキ手段と、前記ワーク位置決めテーブルの位相を検知する第2の検知手段と、移動ツールを装着することで、前記第2の基準部材を移動させる加工主軸と、前記加工主軸の移動動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段により前記移動ツールを装着した前記加工主軸を移動させることで、前記第2の基準部材を所定位置に移動させることを特徴とする。
上記構成によれば、ワーク位置決めテーブルを直線摺動手段により第2の基準部材を直線摺動可能に支持しておく簡単な構成とすることができると共に、加工主軸に装着される移動ツールによる該第2の基準部材の高精度な位置決め移動が可能となる。従って、ワーク位置決めテーブルの構造が一層簡略化され、軽量化される。
本発明のワーク位置決めテーブルは、複数の位置決め部を有するワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部により位置決めするための旋回機構を備え、前記旋回機構は、枠体の内側に軸受により回転自在に支持され、前記ワークが載置される面に第1の固定部を有する第1旋回部と、前記枠体の内側に軸受により回転自在に支持され、前記ワークが載置される面に第2の固定部を有する第2旋回部と、前記第1旋回部を回転駆動する第1駆動源と、前記第2旋回部を回転駆動する第2駆動源と、前記第1旋回部を固定する第1ブレーキと、前記第2旋回部を固定する第2ブレーキとを備えることを特徴とする。
このような構成によれば、前記第1の固定部と前記第2の固定部とを容易に移動させることができると共に、前記第1ブレーキ及び前記第2ブレーキにより、前記第1旋回部及び前記第2旋回部を固定することができる。このため、機械加工時の切削抵抗が大きな工作機械においても、各種形状を有するワークの位置決めが可能となり、さらに、機械加工中にもワークを確実に保持することが可能となる。
また、前記第1旋回部及び(又は)前記第2旋回部を回転させて、前記第1の固定部及び(又は)前記第2の固定部を旋回移動させることによって、前記第1の固定部と前記第2の固定部の距離又は位置を変更してワークの位置決めを行うように構成すると、一層容易にワークの位置決めを行うことが可能となる。
また、本発明のワーク位置決めテーブルは、複数の位置決め部を有するワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部により位置決めするための旋回機構を備え、前記旋回機構は、枠体の内側に軸受により回転自在に支持され、前記ワークが載置される面に第1の固定部を有する外側旋回部と、前記外側旋回部の内側に軸受により回転自在に支持され、前記ワークが載置される面に第2の固定部を有する内側旋回部と、前記外側旋回部を回転駆動する第1駆動源と、前記内側旋回部を回転駆動する第2駆動源と、前記外側旋回部を固定する第1ブレーキと、前記内側旋回部を固定する第2ブレーキとを備えることを特徴とする。
このような構成によれば、前記第1の固定部と前記第2の固定部とを容易に移動させることができると共に、前記第1ブレーキ及び前記第2ブレーキにより、前記外側旋回部及び前記内側旋回部を固定することができる。このため、機械加工時の切削抵抗が大きな工作機械においても、各種形状を有するワークの位置決めが可能となり、さらに、機械加工中にもワークを確実に保持することが可能となる。
また、前記外側旋回部及び(又は)前記内側旋回部を回転させて、前記第1の固定部及び(又は)前記第2の固定部を旋回移動させることによって、前記第1の固定部と前記第2の固定部の距離又は位置を変更してワークの位置決めを行うように構成すると、一層容易にワークの位置決めを行うことが可能となる。
また、前記旋回機構が複数備えられてなり、前記各旋回機構における各外側旋回部及び(又は)各内側旋回部を回転させて、前記各第1の固定部及び(又は)前記各第2の固定部を旋回移動させることによって、前記各第1の固定部と前記各第2の固定部の距離又は位置を変更すると共に、前記各第1の固定部及び(又は)前記各第2の固定部のうちの2以上の固定部の距離又は位置を選択的に変更する制御手段を備えていてもよい。
第1の実施形態に係る工作機械の斜視図である。 第1の実施形態に係る工作機械の正面図である。 第1の実施形態に係る工作機械の側面図である。 支持体の断面側面図である。 コラム、回転マガジン及びその周辺部の拡大斜視図である。 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側面図である。 テンション機構の模式図である。 加工主軸の座標を示すための工作機械の模式正面図である。 変形例に係る工作機械の斜視図である。 移動ツールの斜視図である。 テーブルの斜視図である。 テーブルの平面図である。 図12中の線XIII−XIIIにおける側面断面図である。 テーブルにおける制動部の一部省略平面図である。 移動ツールを用いて前記テーブルに設けられるノックピンを旋回移動する様子を説明するための平面図である。 移動ツールがノックピンに係合している状態を説明するための側面図である。 第2の実施形態に係る工作機械の一部断面斜視図である。 第2の実施形態に係る工作機械の正面図である。 第2の実施形態に係る工作機械の側面図である。 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。 図21A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21B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。 工具受渡機構の模式平面図である。 刃具長検査機構の側面図である。 コントローラのブロック構成図である。 加工主軸の座標を示すための工作機械の模式正面図である。 第2の実施形態に係る制御方法の手順を示すフローチャートである。 保持アームに工具を装着する様子を示す斜視図である。 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。 第2の実施形態に係る工作機械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の正面図である。 ワーク移動装置の拡大断面斜視図である。 ワーク押圧固定装置の概略構成図である。 コントローラのブロック構成図である。 2台の工作機械が放射状に配置された工作機械の模式平面図である。 2台の工作機械が平行且つオフセットして、逆向きに配置されている工作機械の模式平面図である。 4つの副回転機構を備えるワーク移動装置が設けられた工作機械の模式平面図である。 第3の実施形態に係るワーク位置決めテーブルを搭載する工作機械の一部切欠斜視図である。 第3の実施形態に係るワーク位置決めテーブルを搭載する工作機械の平面図である。 第3の実施形態に係るワーク位置決めテーブルを搭載する工作機械の正面図である。 ワークの斜視図である。 第3の実施形態に係るワーク位置決めテーブルを搭載する工作機械に備えられる工具交換ユニットの動作説明図である。 第3の実施形態に係るワーク位置決めテーブルの側面断面図である。 第3の実施形態に係るワーク位置決めテーブルにおける駆動部の一部省略平面図である。 第3の実施形態の第1の変形例に係るワーク位置決めテーブルの斜視図である。 第3の実施形態の第1の変形例に係るワーク位置決めテーブルの平面図である。 図50中の線LI−LIにおける側面断面図である。 第3の実施形態の第2の変形例に係るワーク位置決めテーブルの斜視図である。 第3の実施形態の第2の変形例に係るテーブルの平面図である。 第4の実施形態に係る工作機械の一部切欠斜視図である。 第4の実施形態に係る工作機械の平面図である。 第4の実施形態における移動ツールの斜視図である。 移動ツールがノックピンに係合している状態を説明するための側面図である。 第3の実施形態の第1の変形例に係るワーク位置決めテーブルから駆動系を省略した構成を示す側面断面図である。 第4の実施形態の変形例において用いられるテーブルの平面図である。 図59中の線LX−LXにおける断面図である。 第5の実施形態に係るワーク位置決めテーブルを搭載する工作機械の一部切欠斜視図である。 第5の実施形態に係るワーク位置決めテーブルを搭載する工作機械の平面図である。 第5の実施形態に係るワーク位置決めテーブルを搭載する工作機械の正面図である。 第5の実施形態に係る工作機械におけるテーブルの斜視図である。 第5の実施形態に係る工作機械におけるテーブルの平面図である。 図65中の線LXVI−LXVIにおける縦断面図である。 図66中の線LXVII−LXVIIにおける一部省略縦断面図である。 第5の実施形態に係る工作機械によりワークを加工する手順を説明するためのフローチャートである。 第5の実施形態に係る工作機械におけるテーブル上にワークを位置決めした状態を説明するための一部省略縦断面図である。 図70Aは、テーブル上にワークを位置決めした状態を説明するための平面図であり、図70Bは、図70Aの状態からテーブル面を旋回させて、ワークを所望の加工姿勢にした状態を説明するための平面図である。 第5の実施形態の第1変形例に係るワーク位置決めテーブルの縦断面図である。 第5の実施形態の第1変形例における回転ツールを説明するための一部省略斜視図である。 第5の実施形態の第2変形例に係るワーク位置決めテーブルの縦断面図である。
以下、本発明の実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
図1〜図3は、第1の実施形態に係る工作機械の斜視図、正面図及び側面図である。図1〜図3に示すように、第1の実施形態に係る工作機械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10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の下面には、工作機械10を水平に載置するためのレベリング脚13aが複数螺着され、通常少なくとも定盤13の4隅に備えられている。工作機械10を十分に水平に載置できる床面に設置する場合にはレベリング脚13aは不要である。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、固定台14及びフレーム15が取り付けられている。固定台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。
フレーム15は、後述する回転マガジン(自動工具交換機構)80(及び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。
工作機械10は、コントローラ12と、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(Zテーブル)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。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の内部でコラム18の下部に配置された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。Yモータ28はコラム18の上部に配置されていてもよい。支持体22或いはコラム18を直線往復動させる手段としてボールねじ機構30、26以外にも、例えば、リニアモータを用いた直線往復移動機構を使用してもよい。Y方向に移動する量が大きい場合には、リニアモータを使用することは好適である。すなわち、ボールねじ機構を用いた直線往復移動機構を用いた場合、移動を高速化するにはボールねじのリードピッチの間隔を大きくすればよいが、その際位置検出のためのエンコーダの分解能が低下することになり、位置決め精度が低下する。また、ボールねじ機構のバックラッシュや捩れも生じやすく、精度が比較的悪い。一方、リニアモータにはこのような現象がない。またサーボモータのZモータ24の代わりに、リニアモータ移動手段を使用した場合、高速度ホーニング加工をすることができる。
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。加工主軸36はスピンドルユニットを構成している。
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。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。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や工作機械10に対する安定性を損なうことがない。支持体22に対する回転アーム32の角度は、角度センサ41によって計測されコントローラ12に供給される。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。
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。
また、図4に示すように、回転アーム32と、該回転アーム32をZ方向に前後に挟んで加工主軸36及びスピンドルモータ38とを、支持体22に対してZ方向に重量的にバランスよく配置される。したがって、支持体22の全体の重心がYレール20の配置鉛直面やボールねじ機構30と略同一平面位置になり、支持体22のY方向にスムーズに往復移動することができ、好適である。
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の回転軸に固定され、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。プーリ機構46を用いた動力伝達機構は回転アーム32を軽量化できて好適である。
また、動力伝達機構としては、プーリ機構46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。これ以外の動力伝達機構を用いてもよいことはもちろんである。
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、テンション機構100(図7参照)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、第1の実施形態ではディスク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、工作機械10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の上面には、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80が設けられている。回転マガジン80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80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80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80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80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80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。
図7に示すように、テンション機構100は、駆動プーリ46aと従動プーリ46bとの間に設けられたポール102と、該ポール102を回転自在に保持するブラケット104とを有する。テンション機構100は、さらに、ポール102の一端に順ねじで螺合する第1回転支持体106aと、該第1回転支持体106aに軸支され、ベルト46cの一方を張る第1テンションプーリ108aと、ポール102の他端に逆ねじで螺合する第2回転支持体106bと、該第2回転支持体106bに軸支され、ベルト46cの他方を張る第2テンションプーリ108bとを有する。ポール102におけるブラケット104に支持された箇所にはローレットが切ってある。
このようなテンション機構100によれば、ポール102を順方向に回転させることにより、第1回転支持体106a及び第2回転支持体106bの双方が外方に突出して、ベルト46cの張力を高めることができる。また、ポール102を逆方向に回転させることにより、第1回転支持体106a及び第2回転支持体106bの双方が内方に縮退して、ベルト46cの張力を弛めることができる。このように、テンション機構100では、単一の操作で、しかも左右のバランスを保ちながらベルト46cの張力調整が可能であり、左右の張力を安定化させることができる。したがって、回転アーム32の軽量化という観点からプーリ機構46を利用しているが、前記の張力調整機構(テンション機構100)を備えたので、回転アーム32を軽量化することができ、張力の安定化によりベルトの長寿命化が図られ、スピンドルモータ38の駆動力を加工主軸36に確実に伝達することができる。
Zモータ24、Yモータ28、アームモータ34、スピンドルモータ38及びマガジンモータ83は、図示しないコントローラの作用下に回転する。コラム18、支持体22、回転アーム32、回転マガジン80の位置は図示しないセンサによって検知され、コントローラに供給される。コントローラは、これらの信号を参照しながらコラム18、支持体22、回転アーム32及び回転マガジン80が所定の位置となるように高精度に制御する。
このように構成される工作機械10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8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、固定台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。
また、第の実施形態に係る工作機械10によれば、鉛直面内で動作するのは鉛直方向にスライド移動する支持体22と、回転アーム32の2軸であり、横方向に移動する軸がないことから、幅狭の非常にコンパクトな構成となり、スペース効率の向上を図ることができる。工作機械10は、正面視の幅が小さいことから、隣接する他の工作機械へのワークの搬送が容易であって、しかも操作性が向上する。
また、支持体22は鉛直方向にスライド移動するのであって、設置部を基準として左右に振れるモーメント力を発生させることはない。さらに、回転アーム32は軽量であることから回転をさせても安定性を損なうことがない。したがって、工作機械10を軽量に構成することができ、しかも高い安定性が得られる。
このように工作機械10は安定性が高いことから、矢印Y1方向に高く構成することができ、支持体22の移動範囲を広く設定することができる。具体的に、支持体22の高さY0を工作機械10の正面視の設置面幅D、及び回転中心Cから加工主軸36までの距離R(図4参照)を基準として好適な範囲を説明する。ここで、工作機械10の正面視の設置面幅Dとは、図2に示すように、レベリング脚13aが設けられている場合には、最左のレベリング脚13aの軸中心から最右のレベリング脚13aの軸中心までの幅D1であり、レベリング脚13aがない場合においては、定盤13が床に接地する最大の幅D2である。
先ず、0.3D≦R≦0.5Dのときには接地面幅Dを基準とし、支持体22の高さY0は、Y0=0.66D〜10.0Dに設定するとよい。また、R>0.5のときは距離Rを基準として、Y0=1.7R〜20.0Rに設定するとよい。高さY0をこのような範囲に設定すると、加工可能な範囲が広くなって好適である。ここで、上限値が設定されているのは、ワークWが過度に高い形状であると、固定台14による固定が困難となり、加工中にワークWが撓むことがあるためである。
また、工作機械10では、回転マガジン80の回転軸82と回転アーム32の回転中心Cは同一鉛直面上に配置されていることから、回転マガジン80に工具Tを格納、或いは加工主軸36に工具Tを装着する際に、回転アーム32は必ず鉛直方向に上向き(つまり角度が0°)であることから安定してY方向に移動することができ、故に工作機械10を狭幅に構成することができる。この際、回転アーム32は鉛直方向を基準として±7°の範囲内であれば安定して移動が可能であり、この範囲内に回転マガジン80の回転軸82があれば好適である。
上記の例では、スピンドルモータ38とアームモータ34とは同軸状に配置されているが、同軸状でなくても、両回転軸が同一鉛直面上となるように配置すると、工作機械10を狭幅に構成することができる。
次に、工作機械10の変形例に係る工作機械200について図9〜図16を参照しながら説明する。図9に示すように、工作機械200は、工作機械10における固定台14をテーブル202に置きかえ、該テーブル202を加工主軸36に装着される移動ツール(固定部移動部材)204によって操作するものである。工作機械200におけるテーブル202以外の部分は工作機械10と同様の構成であることから、同符号を付してその詳細な説明を省略する。
図10に示すように、移動ツール204は、装着部204aを介して加工主軸36の装着穴36bに着脱自在に取り付けられるように構成されており、後述するテーブル202のノックピン(固定部)262、264と係合する孔部204bが形成される係合部204cを備える。移動ツール204の係合部204cは、工具ホルダ206に挿入・合体して一体化され、図示しない位置決め部材で、係合部204cと工具ホルダ206は位置決めされている。工具ホルダ206は、汎用部材であり市販化されている。
また、工具ホルダ206の装着部204aには、移動ツール204を加工主軸36に取り付ける際に、孔部204bがノックピン262等の方向(下側)を指向するように位置決めするキー部204dが設けられる。すなわち、キー部204dが、加工主軸36に設けられるキー溝36aに係合することにより、係合部204cが下側を指向する。
図11及び図12に示すように、テーブル202は、ワークWの位置決め部としての2つの孔部(位置決め基準部)Waに挿入され、ワークWの位置決めを行うための固定部としてのノックピン262、264が配設される旋回部266と、該旋回部266の下部に取り付けられ、前記旋回部266における後述する外側旋回部268及び内側旋回部270の回転動作を制動するための制動部272とを備える。
図13に示すように、旋回部266は、最も外側に設けられる円筒形状の枠体274と、該枠体274の内側に同軸状に軸受276により回転自在に軸支され、上面(ワークWを載置する面)にノックピン262(第1の固定部)が突設される外側旋回部268(第1旋回部)と、該外側旋回部268の内側に同軸状に軸受278により回転自在に軸支され、上面(ワークWを載置する面)にノックピン264(第2の固定部)が突設される内側旋回部270(第2旋回部)とを備える。
軸受276、278の上部には夫々シール280、282が配設される。これらのシール280、282は、枠体274、外側旋回部268及び内側旋回部270におけるノックピン262、264によりワークWが固定されるテーブル202の一端面において、ワークWからの切削屑や切削油等が、枠体274と外側旋回部268との間隙や外側旋回部268と内側旋回部270との間隙から入り込み、これにより軸受276、278等に不具合が生じることを防止する目的で配設される。
なお、ノックピン262、264は、夫々外側旋回部268及び内側旋回部270に対して、着脱自在に構成される。このため、ワークWの孔部Waの形状や大きさに応じて、様々な種類のノックピン262、264を用いることができる。
一方、制動部272は、有底円筒形状で上記枠体274と係合部284にて着脱自在に係合される基部286を有し、該基部286の内側には、図13及び図14に示すように、外側旋回部268の円環状のロータ300に対してパッド302を押し当てることによる摩擦により、外側旋回部268を固定又は停止させる一対の第1ブレーキ304(ブレーキ)と、内側旋回部270の円環状のロータ306に対してパッド308を押し当てることによる摩擦により、内側旋回部270を固定又は停止させる一対の第2ブレーキ310(ブレーキ)とが備えられる。
第1ブレーキ304は、所定のコントローラの作用下、シリンダ機構312におけるロッド312aの伸縮による押圧動作により、パッド302をロータ300に押圧して外側旋回部268の回転を停止又は固定する。また、第2ブレーキ310は、コントローラの作用下、シリンダ機構314のロッド314a、314bの伸縮による押圧動作により、パッド308をロータ306に押圧することにより内側旋回部270の回転を停止又は固定する。
すなわち、詳細は後述するが、コントローラの作用下、移動ツール204により、ノックピン262が外側旋回部268を介して旋回移動されることにより、当該ノックピン262が所望の位置に移動すると、第1ブレーキ304により固定される。同様に、移動ツール204により、ノックピン264が内側旋回部270を介して旋回移動されることにより、当該ノックピン264が所望の位置に移動すると、第2ブレーキ310により固定される。
このため、テーブル202では、コントローラの作用下、X軸、Y軸及びZ軸方向に移動自在且つ回転自在に支持される加工主軸36に取り付けられる移動ツール204により、ワークWの孔部Waの位置やワークWを所望の姿勢に位置決めする際、ノックピン262、264を容易に所望の位置に移動させることができる。従って、各種形状のワークを容易に所望の姿勢に位置決めすることが可能となる。
また、主軸ヘッドユニットを利用してノックピン262,264を移動させることにより、ワークWの位置決めを高精度且つ確実に行うことができる。さらに、テーブル202は移動ツール204によって受動的に動作するため、ノックピン262,264を駆動するための駆動源を削減することができ、構造を簡略化及び軽量化することができる。
なお、上記のように、テーブル202は、旋回部266と制動部272とが係合部284にて着脱自在に構成される。このため、旋回部266と制動部272とを分離して、制動部品を持たず簡略且つ軽量な旋回部266を、ワークWを位置決め固定するパレットとして用い、このパレットである旋回部266を複数用意して、制動部272に対して必要に応じて交換することにより、ワークWの交換をするようにしてもよい。その際には、図示しないロック機構により外側旋回部268と内側旋回部270とを相対回転不能にロックしてもよい。
また、図14に示すように、第1ブレーキ304及び第2ブレーキ310は、共にテーブル202の回転軸方向平行にロータ300、306面を有し、第1ブレーキ304及び第2ブレーキ310のパッド302、308が半径方向から夫々の該ロータ300、306に当接するので、夫々の第1ブレーキ304及び第2ブレーキ310のシリンダ機構312、314がその作用下にないときには、干渉することなく容易に制動部272から旋回部266を取り外すことができる。
また、テーブル202における基部286の底部中心には、係合孔316が形成されている。係合孔316は、図示しないテーブル駆動モータに旋回自在に係合される。テーブル駆動モータによりテーブル202を回転することにより、ワークWをテーブル202に位置決めした状態で、当該ワークWの姿勢を容易に変更することが可能となる。
次に、基本的には以上のように構成される工作機械200により、ワークWの加工を行う場合の制御方法について説明する。
先ず、加工主軸36に移動ツール204をセットする。この場合、移動ツール204は、係合部204c(孔部204b)が下向きになるように、キー部204dを介して加工主軸36にセットされる(図16参照)。また、スピンドルモータ38は、回転アーム32が回転するときに、加工主軸36の向きに応じて係合部204c(孔部204b)が下向きに維持されるように回転する。
コントローラの作用下、加工主軸36におけるZモータ24、Yモータ28及びアームモータ34の駆動により、移動ツール204がセットされている加工主軸36が、X軸、Y軸及びZ軸方向に移動する。そして、移動ツール204は、図15中の二点線で示す位置(始点)にあるノックピン262に、係合部204cを介して係合した状態(図15中の二点線)で停止する(図16参照)。なお、ノックピン262の位置(始点)は、エンコーダ315aにより求めることができる。
次に、図15及び図16に示すように、移動ツール204は、ノックピン262と係合した状態のまま、加工主軸36により、テーブル202の中心点Oを中心とした円弧軌跡を描いて矢印C1方向(X軸及びZ軸方向)に移動され、図15中の実線で示す位置にて停止する。このため、移動ツール204によりノックピン262は、外側旋回部268を介して矢印A方向(X軸及びZ軸方向)に旋回移動して、図15中の点線で示す位置(終点)に移動する。この移動後、第1ブレーキ304により、外側旋回部268が確実に停止(固定)される。なお、前記終点の検出は、エンコーダ315aにより行うとよい。
ノックピン264も上記ノックピン262の場合と同様に、エンコーダ315bにより求められる始点、すなわち、図15中の二点線で示す位置から、移動ツール204の作用により、矢印B方向(X軸及びZ軸方向)に旋回移動して、実線で示す位置(終点)に移動する。この移動後、内側旋回部270は第2ブレーキ310により、確実に停止(固定)される。なお、前記終点の検出は、エンコーダ315bにより行うとよい。
これにより、ノックピン262、264が夫々実線で示す位置(終点)、すなわち、ノックピン262の中心とノックピン264の中心との距離(位置)が、ワークWを所望の姿勢に位置決めできる距離(位置)に固定される。つまり、ワークWが所定の姿勢に位置決めされるように、孔部Waの位置に対応したノックピン262、264の位置が前記終点となる。
次に、ノックピン262、264に、ワークWが孔部Waを介して位置決めされ、ワークWは所望の加工姿勢でテーブル202上にセットされる。
次に、所定の手段により、移動ツール204を工具Tに交換し、ワークWに対して加工を行う。このとき、外側旋回部268及び内側旋回部270は、夫々第1ブレーキ304及び第2ブレーキ310により確実に固定されているため、ワークWの加工時に、切削抵抗等の荷重によりノックピン262、264がずれ等を生じることを防止できる。また、ワークWの上面を所定の押圧固定手段により固定してもよい。
その後、必要に応じて、ワークWがテーブル202上に位置決めされた状態のまま、テーブル駆動モータによりテーブル202を回転して、ワークWは次の加工箇所が加工可能な姿勢に移動され、上記と同様に、ワークに対して所定の加工が行われる。
以上のように、工作機械200によれば、ワークWの孔部Waに対応する位置やワークWを所望の姿勢に位置決めする位置に、移動ツール204を用いてノックピン262、264を直接的且つ簡便に移動させることができる。このため、各種形状のワークを容易に所望の姿勢に位置決めした状態で、ワークWに対して加工を行うことが可能となる。また、ノックピン262、264の移動手段を別個に設ける必要がなく、工作機械200をコンパクトに構成することができる。
また、上記のような移動ツール204の移動制御は、工作機械200の加工主軸36により制御されるため、NC軸により、高精度にノックピン262、264の位置決めを行うことが可能となる。
以下、本発明に係る工作機械について実施の形態を挙げ、添付の図17〜図27を参照しながら説明する。
図17〜図19は、第2の実施形態に係る工作機械1010の斜視図、正面図及び側面図である。図17〜図19に示すように、工作機械1010は、ワークWに対してドリル加工、中ぐり加工及びホーニング加工等を行うものであって、正面視(図18参照)で幅狭に構成されている。
工作機械1010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1014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1014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方向に幅狭で、Y方向に低い形状である。定盤13には、ワーク移動装置1014及びフレーム15が取り付けられている。ワーク移動装置1014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1014の上方にはワーク押圧固定装置1017a、1017b(図19参照)が設けられている。
なお、支持体22、回転アーム32等を視認できるように図17、図18、図20及び図25ではワーク押圧固定装置1017a、1017bを省略して図示している。
ワーク移動装置1014及びワーク押圧固定装置1017a、1017bの詳細については後述する。
フレーム15は、後述する回転マガジン(自動工具交換機構、メインストッカ)80a、80b、サブストッカ1100a、1100b及び工具長検査装置1101a、1101b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、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、それぞれコントローラ12に供給される。
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。
図20に示すように、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及び80bは、前記の回転マガジン80と同構造であることから、詳細な説明は省略する。
なお、図18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32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21A及び図21Bのモデルで検討する。図21A及び図21B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である。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21A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21B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を回転させるモーメント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が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。
次に、サブストッカ1100a及び1100bについて説明する。図17に示すように、フレーム15の左側面には、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を格納したサブストッカ1100aが設けられている。同様に、フレーム15の右側面には、第2工作機械11bに対応しサブストッカ1100aと左右対称機構のサブストッカ1100bが設けられている。サブストッカ1100aとサブストッカ1100bは左右対称に設けられておりバランスがよい。以下、サブストッカ1100aを例に説明する。
サブストッカ1100aは、チェーンやタイミングベルト等の循環回転手段1102と、該循環回転手段1102を4隅で支持するプーリやスプロケット等の案内輪1104と、循環回転手段1102に設けられた複数本(例えば40本)の保持アーム1106と、該保持アーム1106に保持された工具Tを加工主軸36に対して着脱する工具受渡機構1108(図22参照)と、案内輪1104を間欠的に駆動して保持アーム1106のいずれか1つを工具受渡機構1108に配置させるモータ(インデックス機構)1109とを有する。サブストッカ1100aは、側面視(図19参照)で、側壁に沿ってZ方向に長い形状である。また、正面視(図18参照)ではX方向の幅は非常に短く、実質的には保持する工具Tの長さがX方向の幅となっている。保持アーム1106は、前記の保持アーム1084と同機構であって、工具Tが矢印X方向に突出する向きに保持することができる。
図22に示すように、工具受渡機構1108は、サブストッカ1100aの矢印Z1方向端部近傍に設けられており、符号を付さない架台にブラケット1103に揺動可能に支承されたシリンダ1110と、該シリンダ1110のロッド1110aの先端に設けられたチャック1111とを有する。工具受渡機構1108はサブストッカ1100aの矢印Z1方向端部に配置された保持アーム1106の一部をチャック1111で把持し、ロッド1110aを伸縮させることによって保持アーム1106及び工具Tを90°回転させることができる。これにより、保持アーム1106は矢印X方向を指向し、工具Tは矢印Z方向を指向することになる。この状態で加工主軸36を矢印Z1方向に進出させることにより工具Tを装着することができる。また、逆の動作により加工主軸36から工具Tを抜き取り、保持アーム1106に戻すことができる。
このような工具受渡機構1108を含むサブストッカ1100aでは、長尺な工具軸方向を一方向に備えているので、多数の工具Tを格納しておくことができて好適である。また、簡便な工具受渡機構で、工具軸方向を変更して矢印Z1方向に指向できるので、一層多数の工具を取り扱うことができ、サブストッカ1100aの設置位置の自由度が向上する。
回転マガジン80aとサブストッカ1100aは、共に工具Tを格納しておくことができるが、用途に応じて使い分けるようにしてもよい。例えば、一週間の作業で必要な工具Tをサブストッカ1100aに格納しておき、そのうち1日の作業で必要な工具Tを回転マガジン80aに格納させてもよい。この場合、回転マガジン80aとサブストッカ1100aとの間の工具Tの受け渡しは、工具受渡機構1108及び加工主軸36を介して行うことができ、例えば、作業のない夜間に受け渡しを自動的に完了させておくとよい。
次に、工具長検査装置1101a及び1101bについて説明する。プレート15bの左側下面には、第1工作機械11aに対応し、加工主軸36に装着された工具Tの長さを検査する工具長検査装置1101aが設けられている。なお、プレート15bの右側下面には、第2工作機械11bに対応し、工具長検査装置1101aと同機構の工具長検査装置1101bが設けられている。以下、工具長検査装置1101aを例に説明する。
図23に示すように、工具長検査装置1101aは、Z方向に延在するボールねじ1202と、該ボールねじ1202の一端に接続されたモータ1204と、ボールねじ1202の他端に設けられた軸受体1206と、ボールねじ1202に螺合しながらモータ1204の回転作用下にZ方向に進退するナット体1208と、該ナット体1208をZ方向に案内するレール1210と、ナット体1208に接続されて下方を指向する非接触センサ1212とを有する。レール1210には図示しないリニア変位センサが設けられており、非接触センサ1212のZ方向位置を検出してコントローラ12に供給する。
非接触センサ1212は第1工作機械11aのコラム18、支持体22及び回転アーム32が所定の基準計測位置に移動したときに、加工主軸36に装着された工具Tの上方近傍となる位置に配置可能である。基準計測位置は、例えば、加工主軸36の先端が軸受体1206の端面とZ方向位置が一致し、支持体22が最上位位置で、且つ、回転アーム32が、正面視で左斜め45°となる位置に設定しておくとよい。また、非接触センサ1212は、回転アーム32の動作範囲外にあり、回転アーム32、加工主軸36及び工具Tに対する干渉のおそれがない。
コントローラ12では、リニア変位センサの信号を参照しながら非接触センサ1212を所定の位置に移動させることができ、該位置において非接触センサ1212の直下に工具Tが存在するか否かを検査する。
また、コントローラ12は、工程に応じて加工主軸36に装着されている工具Tの基準長さTLを記録しており、非接触センサ1212が該基準長さTLよりもZ1方向に微小変位αだけ移動した位置1220aで工具Tを検出せず、且つ、該基準長さTLよりもZ2方向に微小変位αだけ移動した位置1220bで工具Tを検出したときに工具Tが正常長さであることを認識できる。非接触センサ1212が、位置1220aで工具Tを検出し、又は位置1220bで工具Tを検出できなかった場合には、間違った別の工具Tが装着されているか、又は、折損していると判断できる。
工具Tの長さを検査する手段としては、工具長検査装置1101aの作用下に、非接触センサ1212を基準長さTLに対して±αの範囲でZ方向に移動しながらリアルタイムに計測を行い、工具Tの一層精確な長さを調べるようにしてもよい。また、1つの非接触センサ1212で工具Tの長さTLを検査するためには、これらの非接触センサ1212と工具TがZ方向に相対的に移動をすればよいことから、非接触センサ1212をプレート15bの下面に固定しておき、Zモータ24及びボールねじ機構1026の作用下にコラム18を動かすようにしてもよい。コラム18がZ方向に移動することにより加工主軸36及び工具Tも一体的にZ方向に移動をすることから、非接触センサ1212に対して相対移動をして、工具Tの長さTLを検査することができる。
図24に示すように、コントローラ12は、第1工作機械11a及び第2工作機械11bを制御する第1工作機械制御部1300a及び第2工作機械制御部1300bと、ワーク移動装置1014を制御するワーク保持制御部1302と、回転マガジン80a及び80bを制御するマガジン制御部1304と、サブストッカ1100a及び1100bを制御するサブストッカ制御部1306と、ワーク押圧固定装置1017a及び1017bを制御する押圧制御部1308と、工具長検査装置1101a及び1101bを制御して工具Tが正常であるか否かを判断する工具判断部1310と、該工具判断部1310が工具Tの異常を検出したときに所定の警報を出力する警報部1312とを有する。
このように構成される第1工作機械11aによれば、前記工作機械10(図8参照)と同様に、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25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。
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。
次に、このように構成される工作機械1010を用いて行う制御方法であって、サブストッカ1100aから加工主軸36に供給された工具Tを回転マガジン80aに移す際、工具長検査装置1101aにより工具Tの長さTLを計測し、該長さTLが予め記録された長さと異なるときに所定の警告を出力する方法について図26を参照しながら説明する。
この手順は、所定の第1ワークW1を連続的に所定数又は所定時間に加工をした後に、別の第2ワークW2の加工のための準備として行うものであり、例えば、昼休み前や夜間操業の直前に行う。
これにより、作業員が昼休み時間又は夜間で不在の場合でも、システムを稼働することができ、1日当たりの稼働率を向上させることができる。
また、工具寿命に関して、所定の加工数に達した工具Tをサブストッカに移してスペア工具を回転マガジンに自動供給できるように、サブストッカの保持アーム1106はナンバリングされている。回転マガジンの保持アーム1084はナンバリングされ、その番号あるいは符号に対応したメモリがマガジン制御部1304及びサブストッカ制御部1306に備えられ、各保持アームに格納された工具Tの固有番号と、その工具Tの累積加工回数あるいは累積加工時間がメモリに記憶される。所定の加工回数、加工時間を超えると、スペア工具が加工主軸36を介してサブストッカ1100aから回転マガジンに供給される。所定の加工回数、加工時間を超えた工具Tは、前述と逆の動作を実施し、加工主軸36を介して回転マガジンからサブストッカ1100aに戻る。サブストッカ1100aには保持アーム1106に対応する図示しないランプが設けられており、所定の加工回数、加工時間を超え、戻った工具Tに対応して前記ランプは、例えば赤や黄色に発光して、交換が必要であることを作業員に認識させる。
また、前述のとおり、同じ仕様の工具Tを備えてあれば、仮に後述の長さTLが異常であったときには、回転マガジンあるいはサブストッカ1100aに備えられていた同じ仕様の工具Tでリトライすることができ、システムの停止を防止する。
以下の手順は、第1工作機械11aを例にして説明するが、第2工作機械11bについても同様である。
先ず、図26のステップS1において、その時点で回転マガジン80aに格納されている工具Tを抜き取って加工主軸36に装着する(図6参照)。ここで、加工主軸36に装着する工具Tは、それまでの第1ワークW1の加工を行うものであって、次の第2ワークW2の加工には用いないものである。以下、この工具Tを、工具T1と呼ぶ。
ステップS2において、コラム18、支持体22及び回転アーム32を所定の交換位置まで移動させ、工具受渡機構1108を介して工具T1をサブストッカ1100aの所定の保持アーム1106に装着する。これにより、回転マガジン80aに装着されていた所定の工具T1がサブストッカ1100aに移されたことになる。
ステップS3において、予定された数の工具T1を全てサブストッカ1100aに移し終えたか否かを確認する。予定数の全ての工具T1を移し終えているときにはステップS4へ移り、未終了であればステップS1へ戻る。
ステップS4において、サブストッカ1100aにおける所定の保持アーム1106に、次の第2ワークW2の加工に用いる工具T(以下、工具T2という。)を装着する。この装着処理は作業者によって行われ、図27に示すように、工具T2に示されたコード1400と、保持アーム1106に表示された識別用のコード1402が一致することを確認して装着する。コード1402は第2ワークW2の加工に先だって回転マガジン80aの正しい位置に装着するように識別のために設けられているものである。
工具T2を装着する保持アーム1106は工具T1がない空き状態であり、又はその時点で装着されている工具T1に交換して工具T2を装着する。対応する保持アーム1106が工具T1にも対応している場合には、第1ワークW1用の識別用としてコード1404を表記しておく。
なお、このステップS4での工具T2の装着処理は、前記のステップS1の以前で第1工作機械11aが第1ワークW1に対する加工を行っている際に同時並行的に行ってもよい。
全ての工具T2をサブストッカ1100aに装着した後、作業者はコントローラ12に対して所定の入力操作を行い、該コントローラ12はこの入力に基づいてステップS5へ移る。
ステップS5において、コラム18、支持体22及び回転アーム32を所定の交換位置まで移動させ、サブストッカ1100aの所定の保持アーム1106に装着されている工具T2を工具受渡機構1108を介して加工主軸36に装着する。
ステップS6において、コラム18、支持体22及び回転アーム32を前記の基準計測位置まで移動させ、工具長検査装置1101aによって工具T2の長さTLを検査する。このとき、複数の工具T2はそれぞれ長さTLが異なることから、工具長検査装置1101aは、工具判断部1310に記録されて供給される各工具T2の長さTLを基準として、図23に示すように、微小変位αだけZ1方向及びZ2方向に非接触センサ1212を移動させて検査を行う。
ステップS7において、工具判断部1310は工具長検査装置1101aによる検査結果が正常か異常かの判断を行う。つまり、位置1220a(図23参照)では非接触センサ1212により工具T2が検出されて、且つ位置1220bでは検出されなかったときには正常であり、それ以外のときには異常であると判断する。正常であればステップS10へ移り、異常であればステップS8へ移る。
ステップS8において、工具判断部1310は警報部1312を介して警報処理を行う。つまり、この場合には工具T2が誤装着又は欠損しているおそれがあることから、作業員に対して確認及び交換の催促を行うためである。警報処理とは、例えば、音響出力、画像出力、ランプ点灯、及び外部コンピュータへの通報等が挙げられる。また、このとき第1工作機械11aは一時停止する。また、前述のスペア工具を供給する方法で一時停止を回避して稼働率を向上させるようにしてもよい。
ステップS9において、警報を認知した作業者により、工具T2の確認が行われ、誤装着又は欠損等がある場合には所定の正しい工具T2に移し替えが行われる。工具T2の確認・交換をした後、作業者はコントローラ12に対して所定の入力操作を行い、該コントローラ12はこの入力に基づいてステップS10へ移る。
ステップS10において、加工主軸36に装着されている工具T2を回転マガジン80aにおける所定の保持アーム1084に装着する。これにより、サブストッカ1100aに装着されていた所定の工具T2がコード1400及び1402に基づいて回転マガジン80aにおける対応する保持アーム1084に移されたことになる。
ステップS11において、予定された数の工具T2を全て回転マガジン80aに移し終えたか否かを確認する。予定数の工具T2を移し終えているときには図26に示す処理を終了し、第2ワークW2の加工工程に移り、未終了であればステップS5へ戻る。
この後の第2ワークW2の加工工程では、第1ワークW1の加工工程と同様に、加工箇所及び加工シーケンスに応じて回転マガジン80aから対応する工具T2を加工主軸36に装着し、コラム18、支持体22及び回転アーム32を動かして加工位置に合わせ、スピンドルモータ38の回転作用下に工具T2を回転させて、コラム18をさらにZ1方向に移動させることにより加工が行われる。
このように、工作機械1010を用いた制御方法では、サブストッカ1100aから回転マガジン80aに工具T2を移す際に工具長TLを非接触センサ1212によって自動的に確認することにより、加工を行う前に誤装着や折損等の異常を見つけることができる。したがって、第2ワークW2に対して間違った工具で加工を行ったり、又は加工ができないという事態を防止することができる。
また、この制御方法では、第2ワークW2の加工を開始する以前に、加工に必要な全ての工具T2について工具長TLの検査をして正常であることを確認できていることから、第2ワークW2の加工開始時及び加工途中に、工具T2の異常に基づく加工停止をする必要がなく、第1工作機械11aの稼働率及び生産効率の向上を図ることができる。
図24でも示したコントローラ12の構成を、別の観点から、図28を参照しながら再度説明する。
図28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2120a及びアーム位置判断部2120b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工作機械制御部1300a及び第2工作機械制御部1300bとを有する。アーム位置判断部2120aで求められた回転アーム32aの位置情報は第1工作機械制御部1300aに伝達され、アーム位置判断部2120bで求められた回転アーム32bの位置情報は第2工作機械制御部1300bに伝達される。第1工作機械制御部1300a及び第2工作機械制御部1300b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28の矢印が第2工作機械制御部1300b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工作機械制御部1300a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工作機械制御部1300a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。
第1工作機械制御部1300a、第2工作機械制御部1300b、ワーク保持制御部1302及びマガジン制御部1304は相互に接続されており、協調動作を行う。特に、第1工作機械制御部1300aと第2工作機械制御部1300b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29〜図34を参照しながら説明する。
図29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2130aと、回転アーム32bの動作範囲2130b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29における回転アーム32aが符号2140aの位置であって、回転アーム32bが符号2142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30のステップS101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29に示すように、左側の回転アーム32aの動作範囲2130a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2120a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29において、符号2140aで示す位置は、エリアAaとなり、符号2140b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2140c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S102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29に示すように、右側の回転アーム32bの動作範囲2130b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2120b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29から明らかなように、動作範囲2130aのエリアと動作範囲2130b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S101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S103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2150aの中ぐり加工、第2シーケンス:第2穴2150bの中ぐり加工、第3シーケンス:第3穴2150c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2150aのホーニング加工、第6シーケンス:第2穴2150bのホーニング加工、第7シーケンス:第3穴2150cのホーニング加工(各穴の位置は図29参照)。
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S103において待機をする。
ステップS104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2150bの位置を確認し、図29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2160(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S105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S106へ移り、異なる場合にはステップS111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31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S106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S110へ移る。これ以外の場合には、ステップS107へ移る。
例えば、図29に示すように、回転アーム32aが符号2140a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2150b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S110へ移る。
ステップS107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S108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S109へ移る。
ステップS108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32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2150aからエリアBbの第3穴2150c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2152a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2152b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2154で示す経路を通ることになる。
一方、ステップS109(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33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2150aからエリアBbの第3穴2150cに移ろうとするときには、符号2152a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2152b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2156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2150aから第2穴2150b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S110(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S104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S111(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S112)。
例えば、図34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2130aは回転アーム32bの動作範囲2130bと重ならず、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2130b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S110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S104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34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S105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、工作機械1010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1010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2130a、2130b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35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1つの回転マガジン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25に示すように、正面視で動作範囲2130aと動作範囲2130b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。
以下、本発明に係る工作機械について実施の形態を挙げ、添付の図17〜図41を参照しながら説明する。
次に、工作機械1010のワーク移動装置1014について説明する。
図17〜図19に示すように、ワーク移動装置1014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1014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1014の回転により矢印Z1側の位置2154c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2154cに戻り搬出される。
図36に示すように、ワーク移動装置1014は、水平面で回転可能なターンテーブル1150と、該ターンテーブル1150上に設けられ、水平面で回転してワークWの加工面を加工主軸36に対向する向きに設定する3つの副回転機構3152と、該副回転機構3152のうちの1つを第1工作機械11aの加工主軸36と対向する第1保持位置3154aとし、副回転機構3152のうちの他の1つを第2工作機械11bの加工主軸36と対向する第2保持位置3154bとなるようにターンテーブル1150を間欠回転させる主回転機構3156とを有する。ターンテーブル1150は矩形板が三方に放射状に延在する形状であって、各矩形板の間には上方に延在する隔離板3151が設けられている。
主回転機構3156はターンテーブル1150を120°毎に、平面視で時計方向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に対するように固定する。主回転機構3156にはターンテーブル1150の角度を検出してコントローラ12に供給するメイン角度センサ3160が設けられている。
3つの副回転機構3152は、それぞれワークWを位置決めする保持具としてのピン3158有しており、ターンテーブル1150上で等間隔(120°)に配置されている。この副回転機構3152は、第1保持位置3154a及び第2保持位置3154bにあるときに、ワークWの加工面が後方(矢印Z2方向)を指向するように回転動作する。各副回転機構3152には、回転角度を検出してコントローラ12に供給する副角度センサ3162が設けられている。また、副回転機構3152は、矢印Z1方向の第3保持位置3154cにあるとき、ピン3158からワークWを開放可能とし、加工済みのワークWを搬出し、未加工のワークWを搬入する。
次に、ワーク押圧固定装置1017a及び1017bについて図37を参照しながら説明する。ワーク押圧固定装置1017aはワーク移動装置1014の第1保持位置3154aに設けられたワークWを加工時に上から押圧して固定するために固定板3170を昇降させるものである。ワーク押圧固定装置1017bはワーク押圧固定装置1017aと同構造であって、第2保持位置3154bに対応して設けられている。以下、ワーク押圧固定装置1017aを例に説明する。
図37に示すように、ワーク押圧固定装置1017aは、ワーク移動装置1014の第1保持位置3154aに設けられたワークWを加工時に上から押圧して固定するために固定板3170を昇降させるものである。
ワーク押圧固定装置1017aは、ワークWの上面に当接・押圧する固定板3170と、該固定板3170を大きい力で短ストローク昇降させるシリンダ3172と、該シリンダ3172を速く長ストローク昇降させるボールねじ機構3174と、固定板3170の上限位置を検出するアッパーリミットスイッチ3176と、下限位置を検出するロアーリミットスイッチ3178と、シリンダ3172のチューブ3172aを固定・開放するロック機構3180とを有する。
ボールねじ機構3174はサーボモータ3174aと、該サーボモータ3174aによって回転するボールねじ3174bと、該ボールねじ3174bに螺合して昇降するナット部3174cとを有し、ナット部3174cがシリンダ3172のチューブ3172aと固定されている。ロック機構3180は、例えば、水平面で回転するアーム3180aを備え、固定板3170が下降してロアーリミットスイッチ3178を操作したときにアーム3180aを回転させて、シリンダ3172の一部を押さえる位置に移動させるとよい。
ワーク押圧固定装置1017aは、仮想線で示すように、初期状態においては固定板3170が上昇した状態となっており、第1保持位置3154a及び(又は)第2保持位置3154bにワークWが搬入されて位置決めされた後に、ボールねじ機構3174の作用下にシリンダ3172及び固定板3170を下降させ、固定板3170がロアーリミットスイッチ3178を操作することを検出して下降を停止させる。このとき、サーボモータ3174aに懸かる負荷はシリンダ3172や固定板3170の重量程度であり、小電流で高速な動作が可能である。
次に、ロック機構3180によってシリンダ3172を固定するとともにサーボモータ3174aの通電を停止する。
さらに、シリンダ3172の作用下に固定板3170を下降させてワークWに当接・押圧する。このとき、シリンダ3172は十分に下降していることから、固定板3170を下降させるストロークは小さくて足りる。また、シリンダ3172は大径型であって十分に大きい力を発生させ、ワークWを確実に押圧して固定することができる。この後、固定板3170で固定したままワークWの加工を第1工作機械11a及び第2工作機械11bによって行う。
加工が終了した後、ロック機構3180を操作してシリンダ3172を開放する。さらに、ボールねじ機構3174の作用下にシリンダ3172を上昇させるとともに、該シリンダ3172の作用下に固定板3170を上昇させ、固定板3170がアッパーリミットスイッチ3176を操作することを検出して上昇を停止させる。
このようなワーク押圧固定装置1017a(及び1017b)では固定板3170の早送りをサーボモータ3174aで十分に速く行ってサイクルタイムの短縮が図られ、しかもワークWの押圧をシリンダ3172によって固定板3170を十分強く押圧することができる。サーボモータ3174aはワークWを押圧することには用いられないため、焼き付きの恐れがなく、小型で足りる。シリンダ3172は短ストロークで用いられることから、短尺型で足りる。
図38に示すように、工作機械1010におけるコントローラ12は、第1工作機械11a及び第2工作機械11bを制御する第1工作機械制御部1300a及び第2工作機械制御部1300bと、ワーク移動装置1014を制御するワーク保持制御部1302と、回転マガジン80a及び80bを制御するマガジン制御部1304と、サブストッカ1100a及び1100bを制御するサブストッカ制御部1306と、ワーク押圧固定装置1017a及び1017bを制御する押圧制御部1308とを有する。ワーク保持制御部1302は、主回転機構3156を制御する主回転制御部1302aと、3つの副回転機構3152を制御する副回転制御部1302b〜1302dとを有する。
第1工作機械制御部1300a、第2工作機械制御部1300b、ワーク保持制御部1302、マガジン制御部1304、サブストッカ制御部1306及び押圧制御部1308は相互に接続されて情報の授受を行い、協調動作をする。
工作機械1010では、以下のようにワークWの加工が行われる。
先ず、ワーク移動装置1014の第3の位置にある加工済みのワークWを取り除き、未加工のワークWを載置する。このとき、ピン3158で位置決めをすることにより規定向きとなるようにしておく。
次に、コントローラ12の作用下に、ワーク移動装置1014は平面視時計方向に120°回転し、未加工のワークWを第1保持位置3154aに移動する。このとき、第1保持位置3154aにそれまで存在していたワークWは第2保持位置3154bに移動する。第2保持位置3154bに移動したワークWは第1段階の加工が終了している。また、第2保持位置3154bにそれまで存在していたワークWは第3保持位置3154cに移動する。第3保持位置3154cに移動したワークWは工作機械1010における加工の全工程(2つの工程)が終了している。
また、第1保持位置3154a及び第2保持位置3154bの副回転機構3152は、各ワークWの加工面が第1工作機械11a及び第2工作機械11bの加工主軸36の方向を指向するようにターンテーブル1150を基準に回転する。
さらに、ワーク押圧固定装置1017a、1017bの作用下にワークWの上面を押圧して固定した後、第1工作機械11a及び第2工作機械11bにより第1段階及び第2段階の加工をワークWに施す。
この後、ワーク押圧固定装置1017a、1017bによるワークWの押圧を開放し、ワーク移動装置1014は平面視時計方向に120°回転する。
このように、ワーク移動装置1014は単純な間欠運動を繰り返すことによりワークWの移動を行うことができる。また、第1保持位置3154a及び第2保持位置3154bが第1工作機械11a及び第2工作機械11bと対向する位置に配置されていればよいから、ターンテーブル1150の外径は、第1工作機械11a及び第2工作機械11bの左右両端部からあまりはみ出ることがなく、幅狭に設定可能である。さらに、主回転機構3156はターンテーブル1150の下方に設けられていることから、ワーク移動装置1014を幅狭に設定することができる。
上述したように、工作機械1010によれば、ターンテーブル1150を主回転機構3156によって間欠回転させるとともに、副回転機構3152によってワークWを所定の向きに設定することにより、コンパクトな構成で工作機械間のワーク搬送効率の向上を図ることができる。
また、ワーク移動装置1014は、単純な回転運動で第1工作機械11aと第2工作機械11b間のワークWの搬送及び加工のための位置決めを行うことができ、サイクルタイムの短縮を図ることができ、しかも搬送手順が簡便である。
第1工作機械11aと第2工作機械11bの各コラム18は、平行に配置されていることから、工作機械1010の横幅を狭く設定することができる。
なお、第1工作機械11aと第2工作機械11bとは、必ずしも隣接して平行配置している必要はなく、例えば、図39に示すように、ワーク移動装置1014を中心として放射状に延在する向きに設定されていてもよい。この場合、第1工作機械11aと第2工作機械11bでワークWに対して同じ面を加工するのであれば、ワークWの加工面を外方に向けておけばよく、副回転機構3152が不要となって簡便である。
また、図40に示すように、第1工作機械11aと第2工作機械11bとを平行且つオフセットして、逆向きに配置してもよい。この場合、サブストッカ1100aを内向きに配置することにより、工作機械1010の幅Xdが狭くなり好適である。
さらに、図41に示すように、ワーク移動装置1014には等間隔(90°)に4つの副回転機構3152を設けてもよい。この場合、第1工作機械11aと第2工作機械11bに対面する第2保持位置3320b及び第3保持位置3320cではワークWの加工を行い、第1保持位置3320aでは未加工のワークWの搬入を行い、第4保持位置3320dでは加工済みのワークWの搬出を行うことができる。つまり、ワークWの搬入と搬出を同時並行的に行うことができ、効率的である。
以下、本発明に係るワーク位置決めテーブルについて、このワーク位置決めテーブルが搭載される工作機械との関係での実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図42は、第3の実施形態に係るワーク位置決めテーブルであるテーブル4010を搭載する工作機械4012の一部切欠斜視図であり、図43は、工作機械4012の平面図であり、図44は、工作機械4012の正面図である。該工作機械4012は、いわゆる数値制御工作機械(NC工作機械)であり、工具Tの高精度な位置決めが可能である。
工作機械4012は基台4014を備え、該基台4014上には、ワーク位置決めテーブルとしてのテーブル4010と、主軸ユニット4016を水平2方向(矢印Z軸方向と、該Z軸方向と直角な矢印X軸方向)及び鉛直方向(矢印Y軸方向)の3次元方向の所定位置に移動可能且つ回転可能に軸支する主軸ヘッドユニット4018と、工具交換ユニット4020とが配設される。なお、テーブル4010上には、工作機械4012にて加工されるワークW(図45参照)が位置決め固定される。ワークWとしては、鋳物のシリンダブロックやシリンダヘッド等が挙げられ、エンジンの型式に応じて各種形状のものが固定される。
また、工作機械4012の近傍には、当該工作機械4012の各可動部等の駆動やワークWの加工工程等の制御を行う制御手段としてのコントローラ4023が配置される。
主軸ヘッドユニット4018には、第1駆動モータ4024と図示しないボールねじ手段を介して、基台4014上で水平方向(Z軸方向)に進退自在に配設される可動コラム4026と、第2駆動モータ4030と図示しないボールねじ手段を介して、可動コラム4026の前面4026aに鉛直方向(Y軸方向)を指向して設けられる一対のガイドレール4028に係合してY軸方向に昇降自在に支持される昇降テーブル4032と、第3駆動モータ4034とボールねじ手段4036を介して、昇降テーブル4032の前面4032aに水平方向(X軸方向)を指向して設けられる一対のガイドレール4038に係合してX軸方向に変位自在に支持される可動テーブル4040とが備えられる。
また、可動テーブル4040の前面4040aには、主軸ユニット4016がテーブル4010方向を指向して突設されている。該主軸ユニット4016の主軸4046の先端部には、工具ホルダ4042を介して工具Tが着脱自在に取り付けられる。主軸4046は、主軸駆動モータ4047により回転自在な状態で可動テーブル4040に支持されている。なお、第1駆動モータ4024、第2駆動モータ4030、第3駆動モータ4034及び主軸駆動モータ4047は、例えば、サーボモータにより構成される。
このように、主軸ヘッドユニット4018は、基台4014上にてZ軸方向に進退自在に配設される可動コラム4026と、該可動コラム4026の前面4026aにY軸方向に昇降自在に支持される昇降テーブル4032と、該昇降テーブル4032の前面4032aにX軸方向に変位自在に支持される可動テーブル4040を備えている。
このため、可動テーブル4040の前面4040aに突設される主軸ユニット4016の主軸4046、及び、該主軸4046先端部に取り付けられる工具Tは、コントローラ4023の作用下、X軸、Y軸及びZ軸方向に移動自在且つ回転自在に支持されていることになる。また、上記のように、工作機械4012はNC工作機械であるため、主軸ユニット4016の移動は高精度に制御される。
図43、図44及び図46に示すように、工具交換ユニット4020は、支持台4048に取り付けられるアーム駆動モータ4050と、該アーム駆動モータ4050に一端部が固着されて旋回駆動される旋回アーム4052とを有する。旋回アーム4052のアーム駆動モータ4050近傍に、円弧状のガイド溝4054が設けられている。支持台4048には、ガイド溝4054にスライド可能に係合するガイドピン4056が設けられている。
そして、旋回アーム4052は、ガイド溝4054とガイドピン4056との案内作用下に、揺動角度範囲が、図46中、実線の位置から二点鎖線の位置に規制される。なお、アーム駆動モータ4050は、上記第1駆動モータ4024等と同様に、例えば、サーボモータにより構成される。
また、旋回アーム4052のアーム駆動モータ4050側とは反対側である他端側には、主軸ユニット4016における工具ホルダ4042に着脱自在に取り付けられる工具Tを、当該工具ホルダ4042より取り外すと共に、新たな工具(例えば、工具Tb)を工具ホルダ4042に供給するための把持手段4058が複数個、工作機械4012では4個設けられる。
これら把持手段4058は、夫々一対の爪部材4060a、4060bを有し、該爪部材4060a、4060bの開閉動作により工具ホルダ4042が把持自在とされ、工具Tや後述する移動ツール5044の交換作業が行われる。すなわち、工作機械4012では、コントローラ4023の作用下に、主軸ヘッドユニット4018により主軸ユニット4016が所定の工具交換位置に移動されると共に、旋回アーム4052が図46中の実線で示す角度に旋回されると、把持手段4058の開閉動作と主軸ユニット4016のX軸方向への移動とにより、工具交換作業が行われる。
テーブル4010については、図11及び図12に示すテーブル202と同構造である箇所に同符号を付して、その詳細な説明を省略する。
以下、本発明に係る工作機械の制御方法について、この制御方法を実施する工作機械との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図54は、本発明の第4の実施形態に係る工作機械5012の一部切欠斜視図であり、図55は、工作機械5012の平面図である。該工作機械5012は、いわゆる数値制御工作機械(NC工作機械)であり、工具Tの高精度な位置決めが可能である。工作機械5012は、前記の工作機械4012に対して、テーブル4010を前記のテーブル202に置き換えるとともに、移動ツール5044を設けたものである。
このため、可動テーブル4040の前面4040aに突設される主軸ユニット4016の主軸4046、及び、該主軸4046先端部に取り付けられる移動ツール5044は、コントローラ4023の作用下、主軸ヘッドユニット4018の駆動源として機能する第1駆動モータ4024、第2駆動モータ4030、第3駆動モータ4034及び主軸駆動モータ4047を介して、X軸、Y軸及びZ軸方向に移動自在且つ回転自在に支持されていることになる。また、上記のように、工作機械5012はNC工作機械であるため、主軸ユニット4016の移動は高精度に制御される。
図56に示すように、移動ツール5044は、前記の移動ツール204(図10参照)と基本的に同構造であり、先端部5045の長さだけ工作機械5012に対応する長さに対応するように異なる寸法となっている。
移動ツール5044は、装着部204aを介して主軸4046の装着穴4046bに着脱自在に取り付けられるように構成されており、テーブル202のノックピン262、264と係合する孔部204bが形成される係合部204cを備える。移動ツール5044の係合部204cは、工具ホルダ206に挿入・合体して一体化され、図示しない位置決め部材で、係合部204cと工具ホルダ206は位置決めされている。
第4の実施形態に係る工作機械5012では、コントローラ4023の作用下、移動ツール5044により、ノックピン262が外側旋回部268を介して旋回移動されることにより、当該ノックピン262が所望の位置に移動すると、第1ブレーキ304により固定される。同様に、移動ツール5044により、ノックピン264が内側旋回部270を介して旋回移動されることにより、当該ノックピン264が所望の位置に移動すると、第2ブレーキ310により固定される。
図55及び図56に示すように移動ツール5044は、係合部204c(孔部204b)が下向きになるように、キー部204dを介して主軸4046にセットされる。また、その後、主軸駆動モータ4047は停止させておき、係合部204c(孔部204b)を下向きに維持するものとする。
工作機械5012では移動ツール5044を用い、前記の工作機械10における移動ツール204を用いるのと同様に、ワークWの孔Waに合わせてテーブル202のノックピン262及び264を適切な位置に移動させることができる。
また、工具交換ユニット4020の旋回アーム4052が旋回して、図46にて実線で示す角度に固定される。また、このとき、主軸ヘッドユニット4018における第1駆動モータ4024、第2駆動モータ4030及び第3駆動モータ4034の駆動により、主軸ユニット4016が、X軸、Y軸及びZ軸方向に移動され、所定の工具交換位置にて停止する。
そして、旋回アーム4052における所定の把持手段4058の開閉動作と、主軸ユニット4016のX軸方向等への移動とによって、移動ツール5044がワークWの加工に要する工具Tへと交換される。
再び主軸ヘッドユニット4018により、主軸ユニット4016が、X軸、Y軸及びZ軸方向に移動され、ワークWに対する加工位置へ工具Tが近接したところで停止される。
次いで、主軸駆動モータ4047により工具Tが回転駆動すると共に、主軸ヘッドユニット4018により、当該工具TがX軸、Y軸及びZ軸方向へと移動しながら、ワークWに所定の加工を行う。このとき、外側旋回部268及び内側旋回部270は、夫々第1ブレーキ304及び第2ブレーキ310により確実に固定されているため、ワークWの加工時に、切削抵抗等の荷重によりノックピン262、264がずれ等を生じることを防止できる。
その後、必要に応じて、ワークWがテーブル202上に位置決めされた状態のまま、テーブル駆動モータ4118によりテーブル202を回転して、ワークWは次の加工箇所が加工可能な姿勢に移動され、上記と同様に、ワークに対して所定の加工が行われる。
以上のように、第4の実施形態に係る工作機械5012によれば、ワークWの孔部Waに対応する位置やワークWを所望の姿勢に位置決めする位置に、移動ツール5044を用いてノックピン262、264を直接的且つ容易に移動させることができる。このため、各種形状のワークを容易に所望の姿勢に位置決めした状態で、ワークWに対して加工を行うことが可能となる。
また、上記のような移動ツール5044の移動制御は、工作機械5012の主軸ヘッドユニット4018により制御されるため、NC軸により、高精度にノックピン262、264の位置決めを行うことが可能となる。
また、外側旋回部268及び内側旋回部270は、上記のような略円筒形状を有して、軸受276、278を介して配設されると共に、上記ワークWの加工中には、第1ブレーキ304及び第2ブレーキ310により確実に固定されている。このため、ワークWの加工時に、切削抵抗等の荷重によりノックピン262、264がずれ等を生じることが防止できると共に、工作機械5012にはないがギア駆動で旋回させる例の場合、バックラッシ等を抑制することができる。なお、工作機械5012では、回転するテーブル202を用い、軸受276、278を用いているため、ワークWの加工時の切削抵抗等によるラジアル荷重等にも、図59に示すようなリニアスライド形状に比して十分に耐えることができる。
また、軸受276、278は、シール280、282により、ワークWの切削屑や切削油から確実にシールされている。このため、テーブル202の耐久性が大幅に向上する。
さらに、上記移動ツール5044を用いることにより、テーブル202には、ノックピン262、264を旋回移動させるための駆動系、例えば、外側旋回部268及び内側旋回部270を回転駆動するための駆動系が不要であるため、テーブル202の構造が簡略化(軽量化)される。
なお、上記では、ノックピン262、264を位置決めする際には、ノックピン262、264を共に旋回させるものとしたが、ノックピン262又はノックピン264の一方のみを旋回移動させることによってもワークWの位置決めを行うことは当然可能である。
また、移動ツール5044を用いたノックピン262、264の位置決めは、例えば図49〜図51に示すテーブル4122や、図52及び図53に示すテーブル4136等に適用してもよい。
この場合、ノックピン262、264を旋回移動させるための駆動系、例えば、外側旋回部268及び内側旋回部270を回転駆動するための駆動系(つまり図47の外側旋回部駆動モータ4092及び内側旋回部駆動モータ4098等)が不要であるため、テーブル4122及び4136の構造が簡略化(軽量化)される。
テーブル4122(図49〜図51参照)に対して、移動ツール5044を用いたノックピン262、264の位置決めをする場合で、駆動系を省略した構成を図58に示す。
次に、第4の実施形態における変形例であるテーブル5154につき、図59及び図60を参照して説明する。
テーブル5154においては、前記のテーブル202と比べて、外側旋回部268及び内側旋回部270の替わりに、第1スライド機構5150及び第2スライド機構5152を有するテーブル5154を備える点が相違する。
テーブル5154は、枠体5156を有し、該枠体5156には、図59に示すように、溝部5158、5160が直交する方向で形成される。
第1スライド機構5150は、ノックピン5162を有するスライド部材5164を備え、該スライド部材5164のノックピン5162側とは反対側の端部が、図60に示すように、溝部5158内に係合する。同様に、第2スライド機構5152は、ノックピン5166を有するスライド部材5168を備え、該スライド部材5168のノックピン5166側とは反対側の端部が、上記第1スライド機構の場合と同様に、溝部5160内に係合する。
このため、スライド部材5164、5168は、夫々溝部5158、5160内を進退自在である。
さらに、第1スライド機構5150には、スライド部材5164における前記端部に形成される移動子5170に対してパッド5174を押し当てることによる摩擦により、該スライド部材5164の進退を停止又は固定する一対のブレーキ5176が設けられる。同様に、第2スライド機構5152には、スライド部材5168における前記端部に形成される移動子5178に対してパッド5180を押し当てることによる摩擦により、該スライド部材5168の進退を停止又は固定する一対のブレーキ5182が設けられる。テーブル5154における枠体5156の底部中心には、係合孔5188が形成されている。
ブレーキ5176、5182は、コントローラ4023の作用下、シリンダ機構5184、5186におけるロッド5184a、5186aの伸縮による押圧動作により、パッド5174、5180を移動子5170、5178に押圧することにより、スライド部材5164、5168を停止又は固定する。
以上のように、テーブル5154は、第1スライド機構5150及び第2スライド機構5152を備えるため、工作機械5012における移動ツール5044により、容易にノックピン5162、5166を進退移動させることができる。また、ブレーキ5176、5182により、スライド部材5164、5168を所定の位置に確実に停止(固定)することが可能となる。これにより、各種形状のワークを容易に所望の姿勢に位置決めした状態で、ワークW等に対して所望の加工を行うことが可能となる。
また、テーブル5154では、ワークの位置決めに用いる固定部として、第1スライド機構5150及び第2スライド機構5152におけるノックピン5162、5166を使用する。このため、テーブル5154の構造が簡略化され、工作機械5012の使用条件やワークの種類等によっては有効となる。
なお、本発明は上記実施形態に限らず、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当然可能である。
例えば、上記テーブル202、5154にて位置決めされるワークとしては、上記各実施形態に示したワークW、5132、5134には当然限定されず、多様な形状のワークの位置決め及び加工が可能である。また、これらワークW、5132、5134の位置決め方法としては、上記各実施形態で説明したように、各ワークW、5132、5134に孔部Wa、5132a、5134aを設けて、ノックピン262、264、5162、5166と係合させる替わりに、各ワークW、5132、5134に突起部(ピン)を夫々設けて、ノックピン262、264、5162、5166の替わりに、各テーブル202、5154に夫々凹状の孔部を形成することによって、位置決めをするようにしてもよい。この場合には、移動ツール5044の先端部を各テーブル202、5154に夫々形成される前記凹状の孔部と係合する形状とすればよい。
さらに、移動ツール5044は、ワークW等を位置決めするための固定部を移動可能であればよいものである。
また、上記各実施形態における工作機械5012に用いられる主軸ヘッドユニット4018及び工具交換ユニット4020等は、これらに限定されるものではないのは当然である。また、主軸ユニット4016の主軸4046の3次元方向への移動は、上記X軸、Y軸及びZ軸系による直交座標系の機構に限らず、回転軸を含む極座標系の機構等により制御するようにしてもよい。
さらに、上記各テーブル202、5154は、ノックピン262、264、5162、5166を旋回且つ停止(固定)可能な構成を有していればよく、上記各実施形態に記載の構成に限定されるものではない。
なお、テーブル4122では、外側旋回部268及び内側旋回部270の組み合わせを2組備えるものとしたが、3組以上を組み合わせるように構成しても当然よい。同様に、テーブル5454では、第1スライド機構5150及び第2スライド機構5152を複数備えるように構成してもよい。
以下、本発明に係るワーク位置決めテーブルについて、このワーク位置決めテーブルが搭載される工作機械との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図61は、本発明の第5の実施形態に係るワーク位置決めテーブルであるテーブル6010を搭載する工作機械6012の一部切欠斜視図であり、図62は、前記工作機械6012の平面図であり、図63は、該工作機械6012の正面図である。前記工作機械6012は、いわゆる数値制御工作機械(NC工作機械)であり、主軸4046(加工主軸)の高精度な位置決めが可能である。工作機械6012は、前記の工作機械4012に対して、テーブル4010を前記のテーブル6010に置き換えたものである。
図61〜図63に示すように、載置台6021は、ワークWの底面(載置台6021上に当接する面)の形状に対応して、該ワークWを確実に載置するために設けられ、テーブル面6010a上に着脱自在に固定される4つの脚部6021aに載置板6021bが取り付けられた構造である。また、載置台6021では、ワークWの底面に形成される図示しない凹部に対応する6つの凸部6021cが載置板6021b上に設けられている。
さらに、載置台6021には、湾形状の孔部である2つの逃げ部6021d、6021eが形成されている。逃げ部6021dは固定ピン6062を避けるようにして設けられている。また、逃げ部6021eからは可動ピン6064が臨んでいる(図64及び図65参照)。前記可動ピン6064が臨む逃げ部6021eは、該可動ピン6064が所定範囲移動できるような長尺形状である。
図64〜図66に示すように、テーブル6010は、テーブル面6010aを有する旋回部6066と、該旋回部6066の下部に取り付けられ、前記旋回部6066を旋回(回転)駆動する駆動部6068(回転手段)とを備える。駆動部6068の底面は、直接又は図示しない部材を介して工作機械6012の基台4014上に固定されている。
旋回部6066は、テーブル面6010aを有する段付き円柱形状であり、その底面中心には、後述する駆動部6068の旋回部駆動モータ6069の駆動軸6069aと係合する係合孔6070が設けられる。また、テーブル面6010a上には、ワークWの位置決め部である2つの基準孔Wa、Wb(第1及び第2の基準部。図45参照)と係合し、該ワークWの位置決めを行うためのノックピンである固定ピン6062(第1の基準部材)及び可動ピン6064(第2の基準部材)が配設される。
さらに、旋回部6066のテーブル面6010a上には、可動ピン6064を直線移動させるための直線移動手段6072が配設される。
ここで、第5の実施形態における直線移動手段6072について、図64〜図66を参照して詳細に説明する。直線移動手段6072は、上記のように、可動ピン6064を直線移動させるための移動手段であり、テーブル面6010aの中心を通る軸線上に直線状に延在して配置されている。
図66に示すように、直線移動手段6072は、可動ピン6064が上部に突設される可動部材6074(移動部)と、該可動部材6074の孔部6074aを貫通するねじ部6078aを有するボールねじ6078(回転部)とを備える。可動部材6074は、その下部に連結されるスライダ6080を介してリニアガイド6082に支持されることで(図67参照)、図66の矢印A方向に直線移動自在である。また、可動部材6074の孔部6074aと、該孔部6074aを貫通するねじ部6078aとの間には、ねじ部6078aと螺合可能なナット部材6084(移動部)が介装されると共に、可動部材6074とナット部材6084とは弾性体6085を介して連結されている。該弾性体6085は、弾性材料であればよく、例えば、ゴム、皿ばね又はスプリング等を用いることができる。
さらに、直線移動手段6072には、前記ボールねじ6078の一端(図66の矢印A2方向)を軸支する軸受6086を内装する支持部材6088と、該ボールねじ6078の他端(矢印A1方向)に対して、図示しない駆動軸を介して連結される回転駆動モータ6090とが備えられる。また、回転駆動モータ6090の矢印A1方向には、該回転駆動モータ6090と多少離間した位置でボールねじ6078を軸支する軸受6092を内装する支持部材6094が設けられる。
なお、テーブル面6010a上において、前記支持部材6088の矢印A1方向には、固定ピン6062が上部に突設された固定部材6096が並設されている。そして、図68に示すように、載置台6021の高さは、固定部材6096や可動部材6074よりも高く、且つ、固定ピン6062及び可動ピン6064よりも低く設定されている。
従って、直線移動手段6072では、回転駆動モータ6090の回転駆動力によりボールねじ6078を回転させることで、ねじ部6078aと螺合しているナット部材6084と共に可動部材6074が直線移動する。このため、可動ピン6064を直線移動させることができ、該可動ピン6064と固定ピン6062との間の距離L(図65参照)を所定の距離に変更可能である。この際、可動部材6074の移動距離は、例えば、可動部材6074方向を指向する光センサ6098(第1の検知手段)を支持部材6088に隣接配置することにより検知するとよい。また、リニアガイド6082上を摺動するスライダ6080に、図示しないリニアエンコーダのヘッドを取り付け、図示しないリニアガイド側、すなわちテーブル面6010aに、リニアエンコーダのリボンスケールを取り付けて、可動部材6074の移動距離を検知してもよい。
このとき、上記のように、載置台6021には逃げ部6021eが設けられているので、可動ピン6064は、ワークWを位置決めするために十分な範囲(図66の矢印A方向)を移動することができる。
さらに、上記のように、可動部材6074はナット部材6084に対して弾性体6085を介して固定されている。このため、可動部材6074(可動ピン6064)が所定の位置にて固定されている状態、すなわち、ねじ部6078aとナット部材6084とが所定の位置にて螺合して固定されている状態において、可動部材6074(可動ピン6064)は弾性体6085により弾性支持されているため、軸方向(図66の矢印A方向)に多少移動(微動)可能である。このような弾性体6085の作用による可動部材6074(可動ピン6064)の可動範囲(移動幅)は、ボールねじ6078のねじ部6078aとナット部材6084との螺合部分でのガタツキよりも大きくするように設定すると、十分な移動量を有して可動部材6074(可動ピン6064)が弾性支持される。
なお、可動ピン6064が突設された可動部材6074は、軸方向(移動方向)には上記のように弾性体6085により多少の移動が許容されて弾性支持されるが、テーブル面6010aの旋回方向(前記軸方向と直交する方向。図70A参照)には、前記弾性体6085の弾性支持はなく、高い剛性を有して支持されている。従って、テーブル6010では、上記可動ピン6064の軸方向への弾性支持によりピッチ誤差等を吸収しながら容易にワークWを位置決めでき、さらに、該位置決めは高精度に行われることになる。
一方、駆動部6068は略有底円筒形状からなり、旋回部6066と係合部6100にて着脱自在に係合される基部6102を有し、上記のように、その底面にて基台4014に固定されている。
そして、駆動部6068は、基部6102の内周面に配設される軸受6104(軸支手段)により旋回部6066を回転自在に軸支すると共に、基部6102の内側中心部には、係合孔6070に対して駆動軸6069aにより係合し、旋回部6066を旋回(回転)駆動する旋回部駆動モータ6069が配設されている。なお、駆動軸6069aの周面にはエンコーダ6108(第2の検知手段)が配設され、該駆動軸6069aの回転位置や回転量を検知可能である。
また、軸受6104の上部にはシール部材6106が設される。該シール部材6106により、ワークWが加工された際の切削屑や切削油等が係合部6100の隙間から入り込むことが防止され、軸受6104等の不具合を防止できる。さらに、基部6102は有底円筒形状であるため、上記シール部材6106の作用と合わせて、エンコーダ6108に切削屑や切削液等が混入されることがなく、該エンコーダ6108の誤動作等も防止できる。
以上から、テーブル6010では、コントローラ4023の制御下に、直線移動手段6072を構成する回転駆動モータ6090が駆動され、ボールねじ6078が回転駆動されることにより、可動ピン6064が図66の矢印A方向の所定位置に移動する。これにより、固定ピン6062と可動ピン6064と間の距離L(図65参照)を、位置決めするワークWの2つの基準孔Wa、Wbのピッチと一致させることができ、ワークWを位置決めした状態で載置台6021上に載置することができる(図69、図70A及び図70B参照)。また、コントローラ4023の制御下に、駆動部6068の旋回部駆動モータ6069により旋回部6066が旋回されることにより、テーブル面6010aも旋回され、ワークWを所望の姿勢で工具Taに対向させることができる。
このように、テーブル6010では、ワークWの基準孔Wa、Wbの位置(ピッチ)に対応して、固定ピン6062と可動ピン6064との間を所望の距離に変更することで、ワークWを容易に位置決めして載置台6021上に載置することができる。さらに、旋回部6066により、テーブル面6010a上で位置決めされて載置されているワークWを容易に所望の姿勢に回転移動させることができる。従って、テーブル6010を用いることで、上記従来の構成のように複雑な構成を用いることなく、直線移動手段6072と回転手段である駆動部6068とからなる簡単な構成で、各種形状のワークを容易に所望の姿勢に位置決めすることが可能となる。
なお、上記のように、テーブル6010は旋回部6066と駆動部6068とが係合部6100にて容易に着脱自在である。このため、旋回部6066と駆動部6068とを分離して、駆動部品等を持たず一層簡素且つ軽量な旋回部6066は、ワークWを位置決め固定して搬送するワーク搬送パレットとして使用することもできる。また、このパレットである旋回部6066を複数用意して、駆動部6068に対して必要に応じて交換することでワークWの交換をするようにしてもよい。
次に、基本的には以上のように構成されるテーブル6010を備える工作機械6012により、ワークWの被加工面6110(図45、図70A参照)の加工を行う場合の動作の一例について、図68のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、ステップS201において、コントローラ4023の制御下に、直線移動手段6072の回転駆動モータ6090を駆動させてボールねじ6078を回転駆動することにより、可動ピン6064を直線移動させる。そして、可動ピン6064と固定ピン6062との間の距離L(図65参照)が所定位置、すなわち、ワークWの基準孔Wa、Wbのピッチに一致したところで、回転駆動モータ6090の回転を停止する。
これにより、可動ピン6064と固定ピン6062が、ワークWの基準孔Wa、Wbの位置に対応して、該ワークWを位置決めできる位置で固定される。この際、可動ピン6064の位置や移動量は、光センサ6098により検知される。なお、前記可動ピン6064の位置検知は、光センサ6098を用いる方法に限らず、例えば、回転駆動モータ6090の図示しない駆動軸にエンコーダを配設して検知することも可能である。また、上記の図示しないリニアエンコーダを配設して検知することも可能である。
次に、ステップS202において、図68に示すように、可動ピン6064及び固定ピン6062にワークWの基準孔Wa、Wbを係合させ、該ワークWを位置決めした状態で、載置台6021上に載置する。
ところで、第5の実施形態に係るテーブル6010では、上記のように、可動ピン6064が突設された可動部材6074は、軸方向には弾性体6085により柔軟に移動自在に弾性支持されると共に、テーブル面6010aの旋回方向(前記軸方向と直交する方向)には高い剛性を有して支持されている。
このため、テーブル6010では、ワークWの基準孔Wa、Wbに対して固定ピン6062及び可動ピン6064を係合させる際、可動ピン6064が軸方向に柔軟に移動することになる。従って、基準孔Waと基準孔Wbとの間や固定ピン6062と可動ピン6064との間のピッチ誤差を、前記可動ピン6064の柔軟な移動により吸収しながらワークWの位置決めを行うことができる。また、ワークWの導入時の姿勢誤差(例えば、ワークWが多少斜めになっている場合等)がある場合であっても、可動ピン6064が柔軟に移動することにより係合不良(位置決め不良)等の発生を防止することができる。このため、ワークWの前記位置決め不良に起因して工作機械6012の全体の動作が停止されてしまうような事態を回避することができる。
さらに、テーブル6010では、上記のように、可動部材6074がテーブル面6010aの旋回方向に高い剛性を有して支持されている。従って、テーブル6010では、前記可動ピン6064の旋回方向への高い剛性支持と、固定ピン6062による確実な支持とにより、上記可動ピン6064の軸方向への弾性支持によりピッチ誤差等を吸収しながらも、ワークWの位置決めは高精度に行うことができる。
ところで、上記ステップS202により、テーブル面6010a上で位置決めされて載置されたワークWは、例えば、図70Aに示すような姿勢となっており、被加工面6110と主軸4046に装着される工具Taとが対向していない。従って、この状態のままでは、前記被加工面6110の加工を適切に行うことが困難である。
そこで、次に、ステップS203において、コントローラ4023の制御下に、テーブル6010の駆動部6068の旋回部駆動モータ6069を駆動させて、テーブル面6010a(旋回部6066)を旋回駆動する。つまり、テーブル面6010a上に位置決め固定されているワークWを旋回させる(図70Aの矢印B方向)。
そして、図70Bに示すように、ワークWが所望の加工姿勢、すなわち、被加工面6110が主軸4046(工具Ta)に対向する姿勢とされた位置で旋回部駆動モータ6069を停止させる。これにより、ワークWが所望の加工姿勢で位置決めされることになる。この際、ワークW(旋回部6066)の回転位置や回転量の検知は、駆動部6068に内装されるエンコーダ6108により行われる。なお、このようなワークWの回転位置や回転量の検知はエンコーダ6108による方法以外にも、例えば、テーブル6010の回転量を検知するセンサ等を該テーブル6010に近接配置して検知することもできる。
次いで、ステップS204において、今回の加工に際して、主軸4046に装着されている工具Taでそのまま加工を行うことが可能であると判断された場合には、次に、ステップS206が行われる。一方、工具交換が必要であると判断された場合には、次に、下記ステップS205が実行される。
すなわち、上記ステップS204において工具交換が必要であると判断されると、ステップS205が実行されることになり、先ず、工具交換ユニット4020の旋回アーム4052が旋回して、図46にて実線で示す角度に固定される。このとき、主軸ヘッドユニット4018における第1駆動モータ4024、第2駆動モータ4030及び第3駆動モータ4034の駆動により、主軸ユニット4016が、X軸、Y軸及びZ軸方向に移動され、所定の工具交換位置にて停止する。
そして、旋回アーム4052における所定の把持手段4058の開閉動作と、主軸ユニット4016のX軸方向等への移動とにより、ワークWの加工に要する工具、例えば、工具Tbが工具ホルダ4042を介して主軸4046に取り付けられる。
再び主軸ヘッドユニット4018により、主軸ユニット4016が、X軸、Y軸及びZ軸方向に移動され、ワークWに対する加工位置へ工具Tbが近接したところで停止される。
そして、ステップS206において、主軸駆動モータ4047により工具Tb(4044a)が回転駆動されると共に、主軸ヘッドユニット4018により、当該工具Tb(4044a)がX軸、Y軸及びZ軸方向へと移動しながら、ワークWに所定の加工を行う。
その後、必要に応じて、ワークWがテーブル6010上に位置決めされた状態のまま、旋回部駆動モータ6069によりテーブル面6010aを回転させると、ワークWは次の加工箇所が加工可能な姿勢に容易に移動され所定の加工が行われることになる。
以上のように、第5の実施形態におけるテーブル6010及びこのテーブル6010を備える工作機械6012では、コントローラ4023により位置決め制御する軸が、直線移動手段6072における直線軸(A軸)と、旋回部6066の旋回軸(B軸)の2軸とからなる簡略な構成である。このため、テーブル6010の構造を簡略化且つ軽量化しながら、各種形状のワークを所望の姿勢に位置決めすることができる。また、コントローラ4023では、ワークWを所望の姿勢に位置決めする際の主要な制御が、前記2軸の位置制御のみである。このため、工作機械6012では、該コントローラ4023の制御負荷が大幅に低減することになる。
なお、第5の実施形態において、固定ピン6062及び可動ピン6064が、夫々固定部材6096及び可動部材6074に対して着脱自在に取り付けられていると、ワークWの基準孔Wa、Wbの形状や大きさに応じて、様々な種類の固定ピン6062及び可動ピン6064を用いることができるため好適である。
次に、第5の実施形態における第1変形例につき、図71及び図72を参照して説明する。なお、図71及び図72において、図61〜図70に示される参照符号と同一の参照符号は、同一又は同様な構成を示し、このため同一又は同様な機能及び効果を奏するものとして、詳細な説明を省略し、以下同様とする。
第5の実施形態の第1変形例に係るテーブル6112(ワーク位置決めテーブル)は、上記テーブル6010と比べて、直線移動手段6072の替わりに直線移動手段6114を備える点が相違する。
図71に示すように、直線移動手段6114は、直線移動手段6072における回転駆動モータ6090が省略されると共に、該回転駆動モータ6090が配設されていた部分のボールねじ6078の端部には、ヘッド部6078bが設けられる。従って、テーブル6112において可動ピン6064を移動させる際には、例えば、ヘッド部6078bに係合する所定の工具を用い、手動でボールねじ6078を回転させればよい。
なお、直線移動手段6114では、前記ヘッド部6078bに係合可能な形状を有する回転ツール6116を工作機械6012の主軸4046に装着し、主軸駆動モータ4047により該回転ツール6116を回転駆動させることで、可動ピン6064の移動を自動化することも可能である。図72は、このような回転ツール6116の一部省略斜視図を示している。
図72に示すように、回転ツール6116は、工具ホルダ4042の装着部4042aを介して主軸4046の装着穴4046aに着脱自在に取り付けられるように構成されており、ボールねじ6078のヘッド部6078bと係合する孔部6116aが形成される係合部6116bを備える。回転ツール6116の係合部6116bは、工具ホルダ4042に挿入・合体して一体化され、図示しない位置決め部材により係合部6116bと工具ホルダ4042とが位置決めされている。
そして、回転ツール6116を用いてボールねじ6078を回転駆動する際には、コントローラ4023の制御下に、先ず、上記の実施形態におけるステップS205にて説明したような工具交換作業により、回転ツール6116を主軸4046に工具ホルダ4042を介して装着する。
次いで、主軸4046を移動させることにより、回転ツール6116の軸方向とボールねじ6078の軸方向とを一致させる(図71参照)。そして、ボールねじ6078のヘッド部6078bに係合部6116bを係合させた後、主軸駆動モータ4047により回転ツール6116を回転させることでボールねじ6078を回転駆動させて、可動ピン6064の移動(位置決め)を行う。
以上のように、テーブル6112では、直線移動手段6114が回転駆動モータ6090を持たないことにより、該直線移動手段6114の構成を一層簡略化できる。従って、テーブル6010と比べて一層簡略化且つ軽量化させることができる。
次に、第5の実施形態の第2変形例につき、図73及び図56を参照して説明する。
第5の実施形態の第2変形例に係るテーブル6118(ワーク位置決めテーブル)は、上記テーブル6010と比べて、直線移動手段6072の替わりに直線摺動手段6120を備える点が相違する。
図73に示すように、直線摺動手段6120は、直線移動手段6072におけるボールねじ6078の替わりにガイド棒6122を備え、ナット部材6084の替わりに前記ガイド棒6122が摺動自在に貫通する摺動部材6124を備える。
前記ガイド棒6122は丸棒形状からなり、両端が支持部材6126、6128により固定支持されている。従って、可動部材6074(可動ピン6064)は、摺動部材6124、スライダ6080及びリニアガイド6082により、矢印A方向に摺動自在である。
さらに、直線摺動手段6120の摺動部材6124には、該摺動部材6124をガイド棒6122に対してロック可能なブレーキ手段6130が連結される。ブレーキ手段6130としては、摺動部材6124をガイド棒6122に対してロック可能な構成であればよく、例えば、図示しないシリンダとシリンダロッドとの伸縮動作により、図示しないブレーキパッドをガイド棒6122に対して押圧固定するような構成でもよい。
テーブル6118では、ガイド棒6122に対して摺動自在且つロック自在に構成される可動ピン6064(可動部材6074)を、該可動ピン6064に係合可能に構成され且つ主軸4046に装着される移動ツール5044(図56参照)により直接移動させる。
そして、移動ツール5044を用いて可動ピン6064を移動させる際には、コントローラ4023の制御下に、先ず、上記の実施形態におけるステップS205にて説明したような工具交換作業により、移動ツール5044を主軸4046に工具ホルダ4042を介して装着する。
次いで、主軸4046を移動させることにより、移動ツール5044の孔部5044aの軸方向と可動ピン6064の軸方向とを一致させる(図73参照)。そして、孔部5044aと可動ピン6064とを係合させた後、主軸ユニット4016を図73の矢印A方向に移動させることで可動ピン6064を移動させて、可動ピン6064の移動(位置決め)を行う。なお、可動ピン6064が所定の位置に移動させられると、コントローラ4023により、ブレーキ手段6130が駆動され、可動ピン6064の位置が確実に固定される。
以上のように、テーブル6118では、直線摺動手段6120が回転駆動モータ6090や軸受6086、6092等を持たないことにより、該直線摺動手段6120の構成を一層簡略化できる。従って、テーブル6010と比べて一層簡略化且つ軽量化させることができる。
例えば、上記テーブル6010、6112、6118にて位置決めされるワークとしては、ワークWには当然限定されず、多様な形状のワークの位置決め及び加工が可能である。また、ワークWの位置決め方法としては、上記実施形態で説明したように、ワークWに基準孔Wa、Wbを設けて、固定ピン6062及び可動ピン6064と係合させる替わりに、ワークWに突起部(ピン)を設けて、テーブル6010、6112、6118に凹状の孔部を形成することによって、位置決めをするようにしてもよい。
また、回転ツール6116は、ボールねじ6078を回転可能であればよく、同様に、移動ツール5044は、可動ピン6064を移動可能であればよい。
さらに、上記実施形態における工作機械6012に用いられる主軸ヘッドユニット4018及び工具交換ユニット4020等は、これらに限定されるものではないのは当然である。また、主軸ユニット4016の主軸4046の3次元方向への移動は、上記X軸、Y軸及びZ軸系による直交座標系の機構に限らず、回転軸を含む極座標系の機構等により制御するようにしてもよい。
さらにまた、テーブル6010、6112、6118における駆動部6068は旋回部6066を旋回可能であればよく、例えば、基部6102を設けず、基台4014上に直接旋回部駆動モータ6069を配置するような構成でもよい。

Claims (36)

  1. 水平面内の一方向であるZ方向にスライド移動するZテーブル(18)と、
    前記Zテーブル(18)上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体(22)と、
    前記支持体(22)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(32)と、
    前記回転アーム(32)を回転させるアーム駆動源(34)と、
    前記回転アーム(32)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(32)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(36)と、
    前記加工主軸(36)を回転させる主軸駆動源(38)と、
    を有することを特徴とする工作機械。
  2. 請求項1記載の工作機械において、
    前記回転アーム(32)の回転中心軸と、前記主軸駆動源(38)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。
  3. 請求項2記載の工作機械において、
    前記アーム駆動源(34)は、中空回転軸を備えて、前記支持体(22)に設けられ、
    前記主軸駆動源(38)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(36)と連結されて前記支持体(22)の背面側に設けられ、
    前記アーム駆動源(34)と前記主軸駆動源(38)は同軸上に配置されたことを特徴とする工作機械。
  4. 請求項1記載の工作機械において、
    前記加工主軸(36)に着脱自在な複数の工具を回転マガジン(80)に備えた自動工具交換機構を備え、
    前記回転アーム(32)の回転中心軸と、前記回転マガジン(80)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。
  5. 請求項1記載の工作機械において、
    正面視で、前記回転アーム(32)の回転中心から前記加工主軸(36)までの距離に対して、前記支持体(22)の鉛直方向への移動可能距離は、1.7〜20.0倍であることを特徴とする工作機械。
  6. 請求項1記載の工作機械において、
    正面視で、設置面幅に対して、前記支持体(22)の鉛直方向への移動可能距離は、0.66〜10.0倍であることを特徴とする工作機械。
  7. 請求項1記載の工作機械において、
    前記ワークの複数の位置決め基準部に対応し、ロックが解除された状態で移動自在な固定部(262,264)を備えるテーブルと、
    前記固定部(262,264)に係合可能であって、前記工具に換えて前記加工主軸(36)に着脱自在に装着される固定部移動部材(204,5044)と、
    を有し、
    前記加工主軸(36)に前記固定部移動部材(204,5044)が装着され、且つ前記固定部(262,264)のロックが解除されているときに、該固定部移動部材(204,5044)を前記固定部(262,264)に係合させ、前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め基準部の位置に対応して前記各固定部(262,264)を移動させることを特徴とする工作機械。
  8. 請求項1記載の工作機械において、
    前記加工主軸(36)に着脱自在な複数の工具をメインストッカ(80a,80b)に備えた自動工具交換機構を有し、
    前記回転アーム(32)の回転中心軸と、前記メインストッカ(80a,80b)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。
  9. 請求項8記載の工作機械において、
    水平面内でZ方向に直交するX方向の側面に、前記工具を複数格納するサブストッカ(1100a、1100b)を有し、
    前記サブストッカ(1100a、1100b)は、前記工具がX方向を指向するように保持する保持アームと、
    前記工具の1つを前記保持アームから抜き取りZ方向に向きを変えて前記加工主軸(36)に受け渡す工具受渡機構と、
    前記保持アームを間欠移動させるインデックス機構と、
    を有することを特徴とする工作機械。
  10. 請求項8記載の工作機械において、
    前記加工主軸(36)は、前記メインストッカ(80a,80b)に対する前記工具の着脱操作を直接的に行うことを特徴とする工作機械。
  11. 請求項8記載の工作機械において、
    前記加工主軸(36)に装着された前記工具の長さを計測するセンサを有することを特徴とする工作機械。
  12. 第1工作機械(11a)及び第2工作機械(11b)と、
    前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)を制御する制御部と、
    を備え、前記第1工作機械(11a)と前記第2工作機械(11b)が並行に隣接した工作機械であって、
    前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)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Zテーブル(18)と、
    前記Zテーブル(18)上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体(22)と、
    前記支持体(22)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(32)と、
    前記回転アーム(32)を回転させるアーム駆動源(34)と、
    前記回転アーム(32)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(32)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(36)と、
    前記加工主軸(36)を回転させる主軸駆動源(38)と、
    前記加工主軸(36)に着脱自在な複数の工具を回転マガジン(80)に蓄えた自動工具交換機構と、
    を有し、
    前記回転アーム(32)の回転中心軸と、前記回転マガジン(80)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工作機械。
  13. 請求項12記載の工作機械において、
    前記制御部は、各回転アーム(32)の動作範囲を複数のエリアに区分けし、各回転アーム(32)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。
  14. 請求項12記載の工作機械において、
    前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)の各回転アーム(32)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(32)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(32)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。
  15. 請求項12記載の工作機械において、
    前記加工主軸(36)に着脱自在な複数の工具を回転マガジン(80)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(11a)及び前記第2工作機械(11b)の各回転アーム(32)の回転中心の水平幅の範囲内に前記回転マガジン(80)の回転軸が設けられていることを特徴とする工作機械。
  16. 第1工作機械(11a)及び第2工作機械(11b)と、
    前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)を制御する制御部と、
    を備え、前記第1工作機械(11a)と前記第2工作機械(11b)とが平行に隣接した工作機械であって、
    前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)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Zテーブル(18)と、
    前記Zテーブル(18)上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体(22)と、
    前記支持体(22)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(32)と、
    前記回転アーム(32)を回転させるアーム駆動源(34)と、
    前記回転アーム(32)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(32)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(36)と、
    前記加工主軸(36)を回転させる主軸駆動源(38)と、
    を有し、
    Z方向からみた正面視で、前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)の各回転アーム(32)の回転中心の水平幅方向の距離は、各回転アーム(32)の合計長さより短く、
    前記制御部は、一方の回転アーム(32)又は支持体(22)を動かす場合に移動先の回転アーム(32)の位置と他方の回転アーム(32)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(32)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。
  17. 請求項16記載の工作機械において、
    前記回転アーム(32)の回転中心軸と、前記主軸駆動源(38)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。
  18. 請求項16記載の工作機械において、
    前記アーム駆動源(34)は、中空回転軸を有して、前記支持体(22)に設けられ、
    前記主軸駆動源(38)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(36)と連結されて、前記支持体(22)の背面側に設けられ、
    前記アーム駆動源(34)と前記主軸駆動源(38)は同軸上に配置されたことを特徴とする工作機械。
  19. 請求項16記載の工作機械において、
    前記加工主軸(36)に着脱自在な複数の工具を回転マガジン(80)に備えた自動工具交換機構を備え、
    前記回転アーム(32)の回転中心軸と、前記回転マガジン(80)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。
  20. 請求項1記載の工作機械において、
    複数の位置決め部を備えるワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部(262,264)により位置決めするテーブルを備え、
    前記加工主軸(36)に着脱自在に装着される工具により前記ワークを加工
    前記各固定部(262,264)は前記テーブルに移動自在に設けられ、
    前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め部の位置に対応して、前記各固定部(262,264)を移動させる固定部移動部材(204,5044)を備え、
    前記固定部移動部材(204,5044)は、前記工具に換えて前記加工主軸(36)に着脱自在に装着される装着部と、前記固定部(262,264)に係合する係合部とを有することを特徴とする工作機械。
  21. 請求項20記載の工作機械において、
    前記加工主軸(36)を移動させることにより、前記固定部移動部材(204,5044)を前記固定部(262,264)に係合させ、
    前記固定部移動部材(204,5044)を前記固定部(262,264)に係合させた状態で前記加工主軸(36)を移動させることにより、前記固定部(262,264)を移動させる制御手段を備えることを特徴とする工作機械。
  22. 請求項20記載の工作機械において、
    前記固定部(262,264)を固定するためのブレーキ(304,310)を備えることを特徴とする工作機械。
  23. 請求項7又は20記載の工作機械において、
    前記ワークは第1の基準部と第2の基準部とを有し、
    前記固定部(262,264)は、前記ワークを位置決めするために、テーブル面上に固定され且つ前記第1の基準部に係合する第1の基準部材と、前記テーブル面上を移動自在に設けられ且つ前記第2の基準部に係合する第2の基準部材とを有し、
    前記第2の基準部材を直線摺動可能に支持する直線摺動手段(6120)と、
    前記第2の基準部材の移動量又は位置を検知する第1の検知手段(6098)と、
    記テーブルを旋回自在に軸支する軸支手段(6104)と、
    記テーブルを位置決め固定するブレーキ(304,310)と、
    記テーブルの位相を検知する第2の検知手段(6108)と、
    前記加工主軸(36)の移動動作を制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段により前記固定部移動部材(204,5044)を装着した前記加工主軸(36)を移動させることで、前記第2の基準部材を所定位置に移動させることを特徴とする工作機械。
  24. 請求項7又は20記載の工作機械において、
    前記テーブルは、複数の位置決め部を有するワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部(262,264)により位置決めするための旋回機構を備え、
    前記旋回機構は、枠体の内側に軸受により回転自在に支持され、前記ワークが載置される面に第1の固定部(262)を有する第1旋回部(268)と、
    前記枠体の内側に軸受により回転自在に支持され、前記ワークが載置される面に第2の固定部(264)を有する第2旋回部(270)と、
    前記第1旋回部を回転駆動する第1駆動源(4092)と、
    前記第2旋回部を回転駆動する第2駆動源(4098)と、
    前記第1旋回部を固定する第1ブレーキ(304)と、
    前記第2旋回部を固定する第2ブレーキ(310)と、
    を有することを特徴とする工作機械。
  25. 請求項24記載の工作機械において、
    前記第1旋回部及び(又は)前記第2旋回部を回転させて、前記第1の固定部(262)及び(又は)前記第2の固定部(264)を旋回移動させることによって、
    前記第1の固定部(262)と前記第2の固定部(264)の距離又は位置を変更してワークの位置決めを行うことを特徴とする工作機械。
  26. 請求項7又は20記載の工作機械において、
    前記テーブルは、複数の位置決め部を有するワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部(262,264)により位置決めするための旋回機構を備え、
    前記旋回機構は、枠体の内側に軸受により回転自在に支持され、前記ワークが載置される面に第1の固定部(262)を有する外側旋回部と、
    前記外側旋回部の内側に軸受により回転自在に支持され、前記ワークが載置される面に第2の固定部(264)を有する内側旋回部と、
    前記外側旋回部を回転駆動する第1駆動源(4092)と、
    前記内側旋回部を回転駆動する第2駆動源(4098)と、
    前記外側旋回部を固定する第1ブレーキ(304)と、
    前記内側旋回部を固定する第2ブレーキ(310)とを備えることを特徴とする工作機械。
  27. 請求項26記載の工作機械において、
    前記外側旋回部及び(又は)前記内側旋回部を回転させて、前記第1の固定部(262)及び(又は)前記第2の固定部(264)を旋回移動させることによって、
    前記第1の固定部(262)と前記第2の固定部(264)の距離又は位置を変更してワークの位置決めを行うことを特徴とする工作機械。
  28. 請求項26記載の工作機械において、
    前記旋回機構が複数備えられてなり、
    前記各旋回機構における各外側旋回部及び(又は)各内側旋回部を回転させて、前記各第1の固定部(262)及び(又は)前記各第2の固定部(264)を旋回移動させることによって、
    前記各第1の固定部(262)と前記各第2の固定部(264)の距離又は位置を変更すると共に、前記各第1の固定部(262)及び(又は)前記各第2の固定部(264)のうちの2以上の固定部の距離又は位置を選択的に変更する制御手段を備えることを特徴とする工作機械。
  29. 請求項1又は7記載の工作機械において、
    複数の位置決め部を備えるワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部(262,264)により位置決めするテーブルを備え、
    前記加工主軸(36)に着脱自在に装着される工具により前記ワークを加工
    前記固定部(262,264)は、前記テーブルに固定され、前記複数の位置決め部のうち1の位置決め部に係合する第1の固定部(262)と、前記複数の位置決め部のうち他の位置決め部に係合する第2の固定部(264)と、からなり
    ーブル面を旋回させる回転手段と、
    前記第2の固定部(264)を直線移動させる直線移動手段(6072)と、を備え、
    前記直線移動手段(6072)は、回転部と、該回転部による回転駆動力を受けて直線移動する移動部とを含むと共に、前記移動部には、前記第2の固定部(264)が配設されており、
    前記移動部又は前記第2の固定部(264)の移動量又は位置を検知する第1の検知手段と、
    前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め部の位置に対応して、前記固定部(262,264)を直線的相対移動させるために、前記回転部を回転駆動する回転ツール(6116)が装着された加工主軸(36)と、
    前記回転ツール(6116)は、前記工具に換えて前記主軸に着脱自在に装着される装着部と、
    前記回転部に係合する係合部と、を有し、
    記テーブルの位相を検知する第2の検知手段と、
    前記主軸及び前記回転手段の駆動を制御する制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記移動部の移動方向と前記加工主軸(36)の軸線方向とを一致させ、
    前記回転ツール(6116)により前記回転部を回転駆動させることで前記第2の固定部(264)を所定位置に移動させた後、
    記テーブルを所定位置に旋回させることを特徴とする工作機械。
  30. 請求項29記載の工作機械において、
    前記テーブルに着脱自在に固定され、前記第1の固定部(262)と前記第2の固定部(264)により位置決めされたワークが載置される載置台を備えることを特徴とする工作機械。
  31. 請求項30記載の工作機械において、
    前記直線移動手段(6072)は、前記第2の基準部材をその移動方向において弾性支持する弾性体(6085)を有することを特徴とする工作機械。
  32. 請求項30記載の工作機械において、
    記テーブルは、前記回転手段を含む駆動部と、
    前記テーブル面を含み、前記駆動部に分離可能に連結される旋回部とから構成されていることを特徴とする工作機械。
  33. 第1工作機械(11a)及び第2工作機械(11b)と、
    前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)によって加工をするワークを保持するワーク移動装置と、
    を備える工作機械であって、
    前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)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Zテーブル(18)と、
    前記Zテーブル(18)上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体(22)と、
    前記支持体(22)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(32)と、
    前記回転アーム(32)を回転させるアーム駆動源(34)と、
    前記回転アーム(32)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(32)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(36)と、
    前記加工主軸(36)を回転させる主軸駆動源(38)と、
    を有し、
    前記ワーク移動装置は、
    水平面で回転可能なターンテーブルと、
    前記ターンテーブルに設けられ、水平面で回転して前記ワークの加工面を前記加工主軸(36)に対向する向きに設定する複数の副回転機構(3152)と、
    前記副回転機構(3152)のうちの1つを前記第1工作機械(11a)の前記加工主軸(36)と対向する第1保持位置とし、前記副回転機構(3152)のうちの他の1つを前記第2工作機械(11b)の前記加工主軸(36)と対向する第2保持位置となるように前記ターンテーブルを間欠回転させる主回転機構(3156)と、
    を有することを特徴とする工作機械。
  34. 請求項33記載の工作機械において、
    前記第1工作機械(11a)と前記第2工作機械(11b)の各Zテーブル(18)は、平行に配置されていることを特徴とする工作機械。
  35. 第1工作機械(11a)及び第2工作機械(11b)と、
    前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)によって加工をするワークを保持するワーク移動装置と、
    を備え
    記ワーク移動装置は、
    複数の位置決め部を備え、ワークを前記各位置決め部に対応する複数の固定部(262,264)により位置決めをし、水平面で回転可能なターンテーブルと、
    前記ターンテーブルに設けられ、水平面で回転して前記ワークの加工面を加工主軸(36)に対向する向きに設定する複数の副回転機構(3152)と、
    前記副回転機構(3152)のうちの1つを前記第1工作機械(11a)の前記加工主軸(36)と対向する第1保持位置とし、前記副回転機構(3152)のうちの他の1つを前記第2工作機械(11b)の前記加工主軸(36)と対向する第2保持位置となるように前記ターンテーブルを間欠回転させる主回転機構(3156)とを有し、
    前記各固定部(262,264)は前記ターンテーブルに移動自在に設けられ、
    前記ワークが所定の姿勢に位置決めされるように、前記各位置決め部の位置に対応して、前記固定部(262,264)を移動させる固定部移動部材(204,5044)を備え、
    前記固定部移動部材(204,5044)は、工具に換えて前記主軸に着脱自在に装着される装着部と、
    前記固定部(262,264)に係合する係合部とを有し、
    前記加工主軸(36)に着脱自在に装着される工具により前記ワークを加工する工作機械であって
    前記第1工作機械(11a)及び前記第2工作機械(11b)は、それぞれ、
    平面内の一方向であるZ方向にスライド移動するZテーブル(18)と、
    前記Zテーブル(18)上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体(22)と、
    前記支持体(22)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(32)と、
    前記回転アーム(32)を回転させるアーム駆動源(34)と、
    前記回転アーム(32)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(32)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(36)と、
    前記加工主軸(36)を回転させる主軸駆動源(38)と、
    を有することを特徴とする工作機械。
  36. 請求項35記載の工作機械において、
    前記第1工作機械(11a)と前記第2工作機械(11b)の各Zテーブル(18)は、平行に配置されていることを特徴とする工作機械。
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