JP4930242B2 - ローダ付き工作機械 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械本体に対してワークを供給および排出するローダを備えたローダ付き工作機械に関する。

主軸に把持されて回転するワークに対して加工を行う工作機械、例えば旋盤において、ワークの供給および排出を自動で行うローダを設けたものがある（例えば特許文献１）。従来のローダ付き工作機械は、主軸側のチャックとローダ側のチャックとのワーク受け渡し時に主軸の回転を停止させなければならなかった。しかし、主軸の回転を停止させるのは、再起動後、主軸の回転数を安定させるまでに時間がかかるため、生産能率の低下を招く。

そこで、ローダ側のチャックを回転自在に設けて主軸側のチャックと共回りさせることで、主軸の回転を停止させずにワークを受け渡しさせようとする提案（例えば特許文献２）や、ローダにモータを設けてローダ側のチャックを主軸側のチャックと同じ速度で回転させながらワークの受け渡しを行う提案（例えば特許文献３，４）がなされている。
特許第２５９１３６７号 特開平６−７４６号公報 特公平６−６１６４３号公報 特開平１１−１９７９０５号公報

しかし、ローダ側のチャックを主軸側のチャックと共回りさせるものは、停止しているワークを回転している主軸側のチャックが把持することとなるため、ワークの表面に傷がつくことが予想される。また、ローダ側のチャックをモータで回転させるものは、主軸側のチャックの回転とローダ側のチャックの回転が完全に同期するように制御するのが難しい。制御誤差等により主軸側のチャックとローダ側のチャックとで回転数に差がある場合には、やはりワークの表面に傷がつくおそれがある。

この発明の目的は、主軸の回転を止めずにローダによりワークを供給および排出することができ、その際にワークの表面に傷をつけないローダ付き工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、主軸側のチャックの回転速度とローダ側のチャックの回転速度とを円滑に同期させられるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、ローダ側のチャックをコンパクトで、設置が容易なものとすることである。

この発明のローダ付き工作機械は、工作機械本体と、この工作機械本体に対してワークを供給および排出するローダとを備えたローダ付き工作機械であって、前記工作機械本体は、ワークの一端部を把持可能な主軸と、この主軸を回転させる主軸駆動源と、前記主軸に把持されて回転するワークに対して加工を行う加工部とを有し、かつ前記ローダは、ワークの前記主軸に把持される側と反対側の端部を把持可能で、前記主軸の軸心と平行な軸周りに回転自在なローダチャックと、このローダチャックを、ローダチャックに把持されたワークを主軸が把持するか、または主軸に把持されたワークをローダチャックが把持するワーク受渡し位置まで移動させるローダチャック移動機構とを有し、前記工作機械本体に、前記主軸の回転速度に比例する回転速度で回転する回転出力部を設けるとともに、前記ローダに、前記ローダチャックの回転速度に比例する回転速度で回転する回転入力部を設け、これら回転出力部および回転入力部は、前記ローダチャックが前記ワーク受渡し位置にあるときに、主軸の回転とローダチャックの回転とが同速になるように回転出力部から回転入力部へ回転を伝達する構成とした。

この構成によれば、ローダチャック移動機構によりローダチャックをワーク受渡し位置まで移動させると、回転出力部から回転入力部へ回転が伝達され、主軸とローダチャックとが同速で回転するようになる。そのため、主軸の回転を停止させずに、ローダチャックに把持されたワークを主軸が把持すること、または主軸に把持されたワークをローダチャックが把持することができる。その際に、主軸の回転とローダチャックの回転とが同速とすることで、ワークの受け渡しが円滑に行われ、ワークの表面に傷をつけない。

この発明において、前記回転出力部はテーパ状の回転伝達面を有し、かつ前記回転入力部は前記回転伝達面に対向するテーパ状の被回転伝達面を有し、回転伝達面に被回転伝達面を接触させることで回転出力部から回転入力部へ回転を伝達するものであり、回転伝達面と被回転伝達面との接触箇所を径方向にずらして回転伝達比を変更する回転伝達比変更機構を設けるとよい。
テーパ状の回転伝達面にテーパ状の被回転伝達面を接触させて回転出力部から回転入力部へ回転を伝達する構成であるため、回転伝達面と被回転伝達面との接触箇所を径方向にずらすことで、回転出力部から回転入力部への回転伝達比を無段階で変更することができる。そのため、回転伝達比変更機構により、回転伝達比が最適な値になるよう変更することによって、主軸の回転速度とローダチャックの回転速度とを円滑に同期させられる。

また、前記ローダチャックがワークを把持するチャック爪を有する場合、このチャック爪を作動させる電動式の作動装置をローダチャックに設けるのが好ましい。
ローダチャックのチャック爪を作動させる作動装置が電動であると、作動装置を駆動する機構を簡略にできる。また、電動式の作動装置をローダチャックに設けると、ローダチャックと外部とを繋ぐ部材がほとんど不要である。このことから、ローダチャックがコンパクトであり、かつローダチャックの設置が容易となる。

この発明のローダ付き工作機械は、工作機械本体と、この工作機械本体に対してワークを供給および排出するローダとを備えたローダ付き工作機械であって、前記工作機械本体は、ワークの一端部を把持可能な主軸と、この主軸を回転させる主軸駆動源と、前記主軸に把持されて回転するワークに対して加工を行う加工部とを有し、かつ前記ローダは、ワークの前記主軸に把持される側と反対側の端部を把持可能で、前記主軸の軸心と平行な軸周りに回転自在なローダチャックと、このローダチャックを、ローダチャックに把持されたワークを主軸が把持するか、または主軸に把持されたワークをローダチャックが把持するワーク受渡し位置まで移動させるローダチャック移動機構とを有し、前記工作機械本体に、前記主軸の回転速度に比例する回転速度で回転する回転出力部を設けるとともに、前記ローダに、前記ローダチャックの回転速度に比例する回転速度で回転する回転入力部を設け、これら回転出力部および回転入力部は、前記ローダチャックが前記ワーク受渡し位置にあるときに、主軸の回転とローダチャックの回転とが同速になるように回転出力部から回転入力部へ回転を伝達する構成としたため、主軸の回転を止めずにローダによりワークを供給および排出することができ、その際にワークの表面に傷をつけない。

前記回転出力部はテーパ状の回転伝達面を有し、かつ前記回転入力部は前記回転伝達面に対向するテーパ状の被回転伝達面を有し、回転伝達面に被回転伝達面を接触させることで回転出力部から回転入力部へ回転を伝達するものであり、回転伝達面と被回転伝達面との接触箇所を径方向にずらして回転伝達比を変更する回転伝達比変更機構を設けた場合は、主軸の回転速度とローダチャックの回転速度とを円滑に同期させられる。

前記ローダチャックはワークを把持するチャック爪を有し、このチャック爪を作動させる電動式の作動機構をローダチャックに設けた場合は、ローダチャックをコンパクトで、設置が容易なものとすることにできる。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１はこの実施形態のローダ付き工作機械を概略的に示す正面図、図２は同ローダ付き工作機械の主にローダを表す側面図である。ローダ付き工作機械は、工作機械本体１と、この工作機械本体１に対してワークＷを供給および排出するローダ１１とでなる。

工作機械本体１は旋盤であり、主軸２と加工部５とを備える。主軸２は、その先端にワークＷの一端を把持する主軸チャック３を有し、ベッド７の上に設けられた主軸台４に主軸軸受（図示せず）を介して回転自在に支持されている。主軸チャック３は、チャック本体３ａに、互いに連動して開閉する複数のチャック爪３ｂを設けたものであり、チャック爪３ｂによりワークＷを把持する。加工部５は、前記主軸チャック３に支持されたワークＷを加工する刃物台５ａを有し、刃物台５ａはタレットとされている。刃物台５ａは、送り台６を介して主軸２の軸心に沿う方向（Ｚ軸方向）と主軸２の軸心に直交する水平方向（Ｘ軸方向）とに移動可能とされる。前記主軸チャック３へはローダ１１によってワークＷの受け渡しが行われる。

ローダ１１は、工作機械本体１の上方に設置され、直交座標系で駆動されるガントリ式のものである。このローダ１１は、架設レール１２に沿って走行する走行体１３に前後移動台１４を介して昇降ロッド１５を設け、その下端にローダヘッド１６を設けたものである。前後移動台１４は、走行体１３に設けた前後移動ガイド１４ａに沿って移動自在である。

ローダヘッド１６は、ワークＷの前記主軸チャック３に把持される側と反対側の端部を把持するローダチャック１７を有している。ローダチャック１７は、主軸チャック３と同様、チャック本体１７ａに、互いに連動して開閉する複数のチャック爪１７ｂを設けたものであり、チャック爪１７ｂによりワークＷを把持する。ローダチャック１７は、そのチャック本体１７ａが主軸２と平行なローダチャック支持軸１８に固定状態に取付けられ、ローダチャック支持軸１８は、軸受１９（図３、図４）を介してローダヘッド１６に回転自在に支持されている。これにより、ローダチャック１７は、ローダヘッド１６に回転自在に支持されている。

ワーク受け渡し時、ローダチャック１７は、図２に実線で示す主軸２の前方位置から同図に鎖線で示すワーク受渡し位置Ｐまで移動可能である。そのローダチャック移動機構は、前記前後移動台１４および前後移動レール１４ａからなる。ワーク受渡し位置Ｐは、ローダチャック１７に把持されたワークＷを主軸２が把持するか、または主軸２に把持されたワークＷをローダチャック１７が把持する位置である。

図３および図４はそれぞれ異なる状態を示すローダ付き工作機械の要部の側面図である。各図において、主軸台４に回転自在に支持された主軸２は中空軸であり、主軸２の後部にはプーリ２１が設けられている。このプーリ２１に掛装された主軸ベルト２２介して、主軸駆動源２３の回転が主軸２に伝達される。主軸駆動源２３は、例えば電動モータである。主軸２が回転することにより、主軸２の先端に設けられた主軸チャック３が回転する。

主軸チャック３の複数のチャック爪３ｂは、それぞれチャック中心に対して連動して半径方向に移動可能に主軸チャック３の前面に配置されている。主軸２内には、チャック爪作動軸９が、主軸２の軸心と同心で同軸心に沿う方向（Ｚ軸方向）に進退自在に設けられている。このチャック爪作動軸９の先端は、主軸チャック３のチャック本体３ａ内に設けられたリンク機構（図示せず）を介して各チャック爪３ｂに連結され、チャック爪作動軸９の進退動作がリンク機構を介して各チャック爪３ｂに開閉動作として伝達される。主軸台４の後部には、前記チャック爪作動軸９を進退駆動する作動軸駆動装置１０が設置されている。作動軸駆動装置１０は、例えば油圧シリンダ等からなる。

ローダチャック１７の複数のチャック爪１７ｂは、主軸チャック３のチャック爪３ｂに対向して、チャック本体１７ａの正面に配置されている。ローダチャック１７のチャック爪１７ｂもリンク機構（図示せず）により開閉動作を行うが、このリンク機構およびその駆動源等からなる作動装置２５がローダチャック１７のチャック本体１７ａ内に設けられている。駆動源は例えば電動モータであり、作動装置２５は電動式とされている。作動装置２５の駆動源には、ローダチャック支持軸１８内に配した配線２６、ローダチャック支持軸１８の前端に対向して設けたスリップリング２７等により、ローダチャック１７の外部から電力が供給される。

ワーク受渡し時に主軸チャック３とローダチャック１７の回転を同期させる同期機構として、主軸チャック３側に回転出力部３１、ローダチャック１７側に回転入力部３５をそれぞれ備える。回転出力部３１は、主軸２と平行な回転出力軸３２の前端に設けられ、この回転出力軸３２には、一対の歯車３３，３４を介して主軸２の回転が伝えられる。したがって、回転出力部３１は、主軸チャック３の回転速度に比例する回転速度で回転する。また、回転入力部３５は、ローダチャック支持軸１８と平行な回転入力軸３６の後端に設けられ、この回転入力軸３６とローダチャック支持軸１８間にベルト伝動装置３７が設けられている。したがって、回転入力部３５は、ローダチャック１７の回転速度に比例する回転速度で回転する。
回転出力部３１および回転入力部３５の互いに対向する面は、それぞれテーパ状の回転伝達面３１ａ（図５）および被回転伝達面３５ａ（図５）になっている。回転出力部３１および回転入力部３５は傘状の歯車であって、回転伝達面３１ａおよび被回転伝達面３５ａにはそれぞれ歯（図示せず）が形成されており、両面３１ａ，３５ａの歯が互いに噛み合うことで回転出力部３１から回転入力部３５へ回転が伝達される。回転伝達比は、回転伝達面３１ａに対する被回転伝達面３５ａの接触箇所によって異なる。すなわち、回転伝達面３１ａの小径の箇所に被回転伝達面３５ａが接触しているときは回転伝達比が小さく（図５（Ａ））、回転伝達面３１ａの大径の箇所に被回転伝達面３５ａが接触しているときは回転伝達比が大きい（図５（Ｂ））。
この実施形態の場合、回転伝達面３１ａおよび被回転伝達面３５ａはテーパ角度の小さい（４５°以下、好ましくは３０°以下）テーパ面であり、また被回転伝達面３５ａの軸方向長さは短くしてある。それにより、回転伝達面３１ａと被回転伝達面３５ａとの接触部における被回転伝達面３５ａの軸方向両端間で、両面３１ａ，３５ａ間に生じる周速度差を極めて小さくすることができて、歯の噛み合いの遊びによって周速度差が吸収でき、回転出力部３１から回転入力部３５への回転伝達が可能になっている。

回転入力軸３６は、回転入力軸支持手段３８により、上下に位置変更可能に支持されている。回転入力支持手段３８は、回転入力軸３６を支持する軸受３８ａをローダヘッド１６に対して上下動自在に設置し、かつ上記軸受３８ａを、ベルト伝動装置３７のベルト３７ａの張力と抗する方向に付勢するばね部材３８ｂを設けたものである。また、ベルト伝動装置３７は、ベルト３７ａの張力を調整するテンショナー３７ｂ付きであり、回転入力軸３６の上下位置変更に伴うプーリ３７ｃ，３７ｄ間距離の変化に対応できるようになっている。

回転入力軸３６の上下位置が変わると、回転伝達面３１ａと被回転伝達面３５ａとの接触箇所が径方向にずれるため、回転出力部３１から回転入力部３５への回転伝達比が変更される。つまり、ベルト伝動装置３７および回転入力軸支持手段３８は、回転伝達面３１ａと被回転伝達面３５ａとの接触箇所を径方向にずらして回転伝達比を変更する回転伝達比変更機構３９を構成している。
なお、図３、図４では、回転入力軸３６が上下（Ｙ軸方向）に位置変更可能な構成とされているが、回転入力軸３６を左右（Ｘ軸方向）または斜めに位置変更させる構成としても、回転出力部３１から回転入力部３５への回転伝達比を変更できる。

また、回転入力軸３６は、回転入力軸支持手段３８により、軸方向の移動が許容された状態で支持されている。回転入力軸３６は外周の一部にスプライン歯３６ａが形成され、このスプライン歯３６ａに、プーリ３７ｃの内周に形成された内歯（図示せず）が噛み合っていて、プーリ３７ｃに対し回転入力軸３６が軸方向に移動可能である。これにより、回転入力部３５に所定以上の軸方向荷重がかかったときに回転入力部３５を軸方向に逃がすようになっている。回転入力軸３６を前方に突出させる方向に付勢するばね部材（図示せず）が設けられており、回転入力軸３６に所定以上の軸方向荷重がかからないときは、回転入力軸３６が中立位置に保持されるようになっている。

ローダ１１による工作機械本体１へのワーク供給について説明する。未加工のワークＷを把持したローダ１１は、架設レール１２に沿って走行する走行体１３の左右移動（Ｘ軸方向）と、昇降ロッド１５の昇降（Ｙ軸方向）とにより、ワークＷを主軸チャック３の前方まで搬送する（図２）。次いで、図３のように、前後移動台１４を後方（Ｚ軸方向）に移動させて、ローダチャック１７を主軸チャック３に接近させる。それにより、回転出力部３１の回転伝達面３１ａに回転入力部３５の被回転伝達面３５ａが接触し、回転出力部３１の回転が回転入力部３５へ伝達されて、ローダチャック１７が回転する。

回転伝達面３１ａに被回転伝達面３５ａが接触する際、当初は、図５（Ａ）のように回転伝達面３１ａの径方向中心付近に被回転伝達面３５ａが接触するため、回転出力部３１から回転入力部３５への回転伝達比が小さく、主軸チャック３に比較してローダチャック１７の回転速度が遅い。さらに、ローダチャック１７を主軸チャック３に接近させると、回転入力軸支持手段３８により回転入力軸３６の上下位置を変更しつつ、図５（Ｂ）のように回転伝達面３１ａと被回転伝達面３５ａとの接触箇所が回転伝達面３１ａの径方向外側へ移行する。これにより、回転出力部３１から回転入力部３５への回転伝達比が大きくなり、ローダチャック１７の回転速度が速くなる。そして、図４のように、ワーク受渡し位置Ｐまでローダチャック１７が移動して、主軸チャック３の回転速度とローダチャック１７の回転速度が同じになると、主軸チャック３のチャック爪３ｂが閉じ、主軸チャック３によりワークＷが把持される。主軸チャック３がワークＷを把持すると、ローダチャック１７のチャック爪１７ｂが開いて、ローダチャック１７がワークＷを解放する。
回転入力軸３６は前記回転入力軸支持手段３８により支持されているため、回転伝達面３１ａに被回転伝達面３５ａが接触するときや、回転伝達面３１ａから被回転伝達面３５ａへの回転伝達時に、回転入力部３５に所定以上の軸方向荷重がかかった場合、回転入力部３５が軸方向に逃げることによって、主軸２およびローダヘッド１６に無理な負荷がかからない。

テーパ状の回転伝達面３１ａにテーパ状の被回転伝達面３５ａを接触させて回転出力部３１から回転入力部３５へ回転を伝達する構成であるため、回転伝達面３１ａと被回転伝達面３５ａとの接触箇所を径方向にずらすことで、回転出力部３１から回転入力部３５への回転伝達比を無段階で変更することができる。回転伝達比が最適な値、すなわち主軸チャック３の回転とローダチャック１７の回転とが同期する回転伝達比とすることによって、ワークＷの受け渡しが円滑に行える。そのため、ワークＷの表面に傷をつけない。

上記ワーク受渡し時における主軸チャック３およびローダチャック１７の同期回転数は、例えば５００〜１０００rpmである。この回転数は加工部５によって通常に切削加工を行うときの回転数である。したがって、主軸２の回転をほとんど落とすことなくワークＷの受け渡しを行うことが可能である。

以上、ローダ１１により未加工のワークＷを工作機械本体１に供給する場合について説明したが、工作機械本体１で加工されたワークＷをローダ１１で排出する場合も同様である。すなわち、ワークＷを把持した主軸チャック３に対してローダチャック１７を接近させ、回転出力部３１の回転伝達面３１ａに回転入力部３５の被回転伝達面３５ａを接触させる。そして、ワーク受渡し位置Ｐまでローダチャック１７が移動して、主軸チャック３の回転速度とローダチャック１７の回転速度が同じになると、ローダチャック１７によりワークＷを把持し、かつ主軸チャック３がワークＷを解放する。この場合も、ワークＷの受け渡しが円滑に行えるため、ワークＷの表面に傷をつけない。

この実施形態は、回転出力部３１の回転伝達面３１ａに形成された歯と回転入力部３５の被回転伝達面３５ａに形成された歯とを噛み合わせて、回転出力部３１から回転入力部３５へ回転を伝達する構成になっているが、回転出力部３１の回転伝達面３１ａおよび回転入力部３５の被回転伝達面３５ａを摩擦係数の大きいテーパ面とし、回転伝達面３１ａに被回転伝達面３５ａを押し当てることで両面３１ａ，３５ａ間に発生する摩擦力により、回転出力部３１から回転入力部３５へ回転を伝達する構成としてもよい。

上記のように摩擦力で回転を伝達する場合、図６に示すように、回転入力部３５を球面状の被回転伝達面３５ａを有する形状とすると、回転出力部３１から回転入力部３５への回転伝達時に、回転伝達面３１ａと被回転伝達面３５ａとが点接触するため、両面３１ａ，３５ａ間で周速度差のある接触箇所がなくなり、回転を円滑に伝えることができる。回転出力部３１を、球面状の回転伝達面３１ａを有する形状としてもよい。

また、図７に示すように、回転出力部３１および回転入力部３５をいずれも平面状の回転伝達面３１ａおよび被回転伝達面３５ａを有する形状とし、回転出力軸３２および回転入力軸３６が常に同軸上に位置する構成とすると、回転出力部３１から回転入力部３５への回転伝達比を変更できないという不利な点はあるが、回転伝達面３１ａと被回転伝達面３５ａとが滑ることなく接触するので、回転出力部３１から回転入力部３５へ回転力を確実に伝達することができる。

図１ないし図５の実施形態では、ローダチャック１７が１個だけ設けられているが、ローダヘッド１６にローダチャック１７を複数設けてもよい。ローダチャック１７が複数有ると、１つのローダチャック１７が加工されたワークＷを主軸チャック３から受け取り、引き続きもう１つのローダチャック１７が未加工のワークＷを主軸チャック３に引き渡し、工作機械本体１でワークＷを加工中に、ローダヘッド１６が加工済みワークの搬出位置と未加工ワークの搬入位置まで移動することができるので、ワークＷの供給および排出を効率良く行える。

この発明の実施形態にかかるローダ付き工作機械の概略構成を示す正面図である。 同ローダ付き工作機械の主にローダを表す側面図である。 同ローダ付き工作機械の要部の一部破断側面図である。 同ローダ付き工作機械の異なる状態を示す要部の一部破断側面図である。 （Ａ），（Ｂ）は同ローダ付き工作機械の回転出力部および回転入力部のそれぞれ異なる接触状態を示す説明図である。 異なる回転出力部および回転入力部を示す説明図である。 さらに異なる回転出力部および回転入力部を示す説明図である。

符号の説明

１…工作機械本体
２…主軸
３…主軸チャック
５…加工部
１１…ローダ
１６…ローダヘッド
１７…ローダチャック
１７ｂ…チャック爪
２３…主軸駆動源
２５…作動装置
３１…回転出力部
３１ａ…回転伝達面
３５…回転入力部
３５ａ…被回転伝達面
３９…回転伝達比変更機構
Ｐ…ワーク受渡し位置
Ｗ…ワーク

Claims (3)

1. 工作機械本体と、この工作機械本体に対してワークを供給および排出するローダとを備えたローダ付き工作機械であって、
   前記工作機械本体は、ワークの一端部を把持可能な主軸と、この主軸を回転させる主軸駆動源と、前記主軸に把持されて回転するワークに対して加工を行う加工部とを有し、かつ前記ローダは、ワークの前記主軸に把持される側と反対側の端部を把持可能で、前記主軸の軸心と平行な軸周りに回転自在なローダチャックと、このローダチャックを、ローダチャックに把持されたワークを主軸が把持するか、または主軸に把持されたワークをローダチャックが把持するワーク受渡し位置まで移動させるローダチャック移動機構とを有し、
   前記工作機械本体に、前記主軸の回転速度に比例する回転速度で回転する回転出力部を設けるとともに、前記ローダに、前記ローダチャックの回転速度に比例する回転速度で回転する回転入力部を設け、これら回転出力部および回転入力部は、前記ローダチャックが前記ワーク受渡し位置にあるときに、主軸の回転とローダチャックの回転とが同速になるように回転出力部から回転入力部へ回転を伝達する構成としたローダ付き工作機械。
2. 前記回転出力部はテーパ状の回転伝達面を有し、かつ前記回転入力部は前記回転伝達面に対向するテーパ状の被回転伝達面を有し、回転伝達面に被回転伝達面を接触させることで回転出力部から回転入力部へ回転を伝達するものであり、回転伝達面と被回転伝達面との接触箇所を径方向にずらして回転伝達比を変更する回転伝達比変更機構を設けた請求項１記載のローダ付き工作機械。
3. 前記ローダチャックはワークを把持するチャック爪を有し、このチャック爪を作動させる電動式の作動装置をローダチャックに設けた請求項１または請求項２記載のローダ付き工作機械。

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