JP5098720B2 - 主軸チャック交換機能付き工作機械 - Google Patents

Description

この発明は、主軸チャック交換機能付き工作機械に関し、例えば、スピンドルモータを停止させることなくワークの脱着を行う技術に関する。

旋盤等の工作機械において、主軸チャックに把持された加工済みのワークを、ローダ等により新たなワークに交換する場合、主軸の回転を停止し、加工済みワークをローダで受取り、ローダから新たなワークを主軸チャックに渡す。その後、主軸モータを回転させ、主軸を加工に必要な回転速度まで立ち上げる。このため、主軸チャックのワーク交換には、主軸の減速・停止時間、ワークの受渡し時間、および主軸回転の立ち上げ時間が必要となり、このワーク交換時間が、加工のサイクルタイムが長引く要因となる。特に、工具がワークに接して実際に加工を行う時間が短い加工では、ワーク交換の時間が、サイクルタイムの大部分を占めることになる。

このようなワーク交換の時間を短縮する旋盤として、主軸台に２本の主軸を加工位置と待機位置とに位置変更可能に設け、加工位置の主軸で加工を行っている間に、待機位置の主軸に対してワークの交換を行うものが提案されている（例えば、特許文献１）。主軸の駆動には１台の主軸モータを用い、加工位置にある主軸に対して動力を伝達する。
この他に、主軸および主軸モータを支持した主軸台を、１台の刃物台に両側に設置し、一方の主軸で加工している間に、他方の主軸に対してワークの交換および主軸回転の立ち上げを行うものが提案されている（例えば、特許文献２）。
特開昭５８−１９６９０４号公報 特開２００１−３４１００１号公報

上記の２本の主軸を持ち、共通の主軸モータで回転させる提案例は、主軸チャックに対する加工済みワークと新たなワークの受渡しは、加工時間を利用して行える。しかし、主軸回転の立ち上げは、待機位置の主軸が加工位置に至った後に行うことが必要になる。そのためワーク交換時間のうち、主軸回転の立ち上げに要する時間を短縮することができない。
上記の２本の主軸および２台の主軸モータを持つものは、交換時間の短縮の面では、優れている。しかし、主軸、主軸モータ、および主軸台を２つ設けることが必要なため、設備が大掛かりとなり、設備コストが高価となる。

この発明の目的は、簡易な構成で、ワーク交換の時間が短縮できる主軸チャック交換機能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、主軸チャックを主軸に結合するときに無理な力が生じない主軸チャック交換機能付き工作機械を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、主軸モータの回転速度を制御する時間をより短縮することができる主軸チャック交換機能付き工作機械を提供することである。

この発明の主軸チャック交換機能付き工作機械は、先端に主軸チャックが交換自在に結合されるチャック結合部を有し主軸支持部材に回転自在に支持された主軸と、この主軸を回転駆動する主軸モータと、ワークを保持する機能を有し前記主軸の前記チャック結合部に交換自在に結合される複数の主軸チャックと、これら複数の主軸チャックを回転自在に保持し任意の主軸チャックを、主軸対向位置と主軸チャックに対するワークの交換を行うワーク交換位置との間で入れ換えて前記主軸の前記チャック結合部に対し受け渡す主軸チャック交換機構と、この主軸チャック交換機構に保持されて前記ワーク交換位置にある主軸チャックを、主軸対向位置に位置させる前に回転させるプリ回転用モータと、このプリ回転用モータで回転させられた主軸チャックの回転速度を検知する回転速度検知手段と、前記主軸チャック交換機構により前記主軸対向位置の主軸チャックを前記主軸の前記チャック結合部に渡すときに、主軸の回転速度が主軸対向位置の主軸チャックの回転速度と同期するように、前記回転速度検知手段の検知速度に応じて前記主軸モータの回転速度を制御する交換時主軸モータ速度制御手段とを備えたものである。

この構成によると、ワークの加工中、次に加工するワークが保持された他の主軸チャックを、プリ回転用モータにより回転させる。一の主軸チャックによるワークの加工終了後、主軸チャック交換機構は、ワーク交換位置にある他の主軸チャックを、主軸対向位置に入れ換えて主軸のチャック結合部に対し受け渡す。このとき、回転速度検知手段は、プリ回転用モータで回転させられた他の主軸の回転速度を検知している。

交換時主軸モータ速度制御手段は、主軸対向位置にある前記他の主軸チャックを主軸に渡すときに、主軸の回転速度が主軸対向位置の他の主軸チャックの回転速度と同期するように、回転速度検知手段の検知速度に応じて前記主軸モータの回転速度を制御する。このように、回転速度と同期させるため主軸チャックを主軸に円滑に結合させることができる。次に、他の主軸チャックが結合された主軸を、主軸モータにより、加工に適した回転速度とする。これにより、他の主軸チャックに保持されたワークを加工する。以後、この動作を繰り返す。

このように、加減速に時間のかかる主軸の回転を停止させることなく、主軸対向位置にある主軸チャックを主軸のチャック結合部に結合させることができる。したがって、この工作機械によれば、ワークを交換して加工するときに、直ぐに加工が始められ、加工サイクルタイムの短縮を図ることができる。また、複数の主軸チャックを、主軸対向位置とワーク交換位置との間で入れ換えるだけでプリ回転用モータ等を主軸チャックと共に移動させる必要がない。それ故、複数の主軸チャックを含む可動部材の小形化および軽量化を図ることができる。この工作機械によれば、１本の主軸および１台の主軸モータによりワーク交換の時間短縮を図ることができるため、２本の主軸および２台の主軸モータを持つものに比べ、簡易な構成にすることができ、設備コストの低減を図ることが可能となる。

前記主軸チャック交換機構に保持されて前記プリ回転用モータにより回転駆動された主軸チャックを、前記主軸チャック交換機構により前記主軸のチャック結合部へ渡す動作の前に回転状態とするプリ回転用モータ動力断手段を設けても良い。この場合、プリ回転用モータにより次加工用の主軸チャックを回転させ、次に、この主軸チャックをプリ回転用モータ動力断手段により慣性回転状態とする。このように、次加工用の主軸チャックを慣性回転状態とすることで、この主軸チャックを主軸に結合するときに無理な力が生じない。また、プリ回転用モータは、次加工用の主軸チャックを予備的に慣性回転させるだけで足り、主軸モータのような加工に必要な出力を確保する必要がない。それ故、２本の主軸および２台の主軸モータを持つものに比べ、工作機械の製作コストの低減を図ることができる。

前記プリ回転用モータによる回転駆動力を、複数の主軸チャックに伝達させる回転力伝達手段を設けても良い。この場合、次加工用の主軸チャックをプリ回転用モータにより回転駆動後、主軸モータの回転速度を同期制御する。その後直ぐ主軸チャックを主軸に円滑に結合させることができる。

この発明の主軸チャック交換機能付き工作機械は、先端に主軸チャックが交換自在に結合されるチャック結合部を有し主軸支持部材に回転自在に支持された主軸と、この主軸を回転駆動する主軸モータと、ワークを保持する機能を有し前記主軸の前記チャック結合部に交換自在に結合される複数の主軸チャックと、これら複数の主軸チャックを回転自在に保持し任意の主軸チャックを、主軸対向位置と主軸チャックに対するワークの交換を行うワーク交換位置との間で入れ換えて前記主軸の前記チャック結合部に対し受け渡す主軸チャック交換機構と、この主軸チャック交換機構に保持されて前記ワーク交換位置にある主軸チャックを、主軸対向位置に位置させる前に回転させるプリ回転用モータと、このプリ回転用モータで回転させられた主軸チャックの回転速度を検知する回転速度検知手段と、前記主軸チャック交換機構により前記主軸対向位置の主軸チャックを前記主軸の前記チャック結合部に渡すときに、主軸の回転速度が主軸対向位置の主軸チャックの回転速度と同期するように、前記回転速度検知手段の検知速度に応じて前記主軸モータの回転速度を制御する交換時主軸モータ速度制御手段とを備えたため、簡易な構成で、ワーク交換の時間が短縮できる。

前記主軸チャック交換機構に保持されて前記プリ回転用モータにより回転駆動された主軸チャックを、前記主軸チャック交換機構により前記主軸のチャック結合部へ渡す動作の前に回転状態とするプリ回転用モータ動力断手段を設けた場合、主軸チャックを主軸に結合するときに無理な力が生じないようにすることができる。
前記プリ回転用モータによる回転駆動力を、複数の主軸チャックに伝達させる回転力伝達手段を設けた場合、主軸モータの回転速度を制御する時間をより短縮することができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図１２と共に説明する。
図１〜図５に示すように、この第１の実施形態に係る主軸チャック交換機能付き工作機械１は、タレット式の旋盤であり、主軸支持部材２と、主軸３と、主軸モータ４と、２つの主軸チャック５，５と、チャックローダ６と、プリ回転用モータ７と、交換時主軸モータ速度制御手段２１（図１２）と、刃物台Ｔとを有する。

主軸支持部材２は、ベッド（図示せず）上に設けられた主軸台からなり、この主軸支持部材２には、主軸３が軸線Ｌ１回りに回転自在に、主軸軸受によって支持されている。この主軸３は、軸方向先端にチャック結合部３ａを有し、このチャック結合部３ａに２つの主軸チャック５，５が交換自在に結合される。主軸モータ４は、主軸支持部材２に設けられ、主軸３を回転駆動するようになっている。図１に示すように、刃物台Ｔはタレットからなる。刃物台Ｔは、主軸３付近で且つ主軸３に平行な軸心Ｌ３回りに割出し回転可能に配置される。この刃物台Ｔに取付けられる工具Ｔ１により、図２、図４に示すチャック結合部３ａに結合された主軸チャック５が保持するワークＷを加工する。刃物台Ｔは、外周の周方向に並ぶ各工具ステーションに工具Ｔ１が取り付けられる。各工具Ｔ１は、バイト等の固定工具であってもミリングヘッドやドリル等の回転工具であっても良い。また、刃物台Ｔの割出し回転は、図示外の割出駆動手段により行われる。

２つの主軸チャック５，５は、所定距離離隔して互いに干渉することなく旋回部材８に設けられ、且つ、互いに平行に配置される。これら主軸チャック５は、例えば、チャック爪９を有し、このチャック爪９を半径方向内方、外方に変位させてワークＷを保持する機能を有する。「主軸チャック」の意味する所は、高い把持力を発生させる主軸のフルスペックを備える必要はなく、仮に把持しておく治具的なものも含む。図６に示すように、チャックローダ６は、主軸チャック交換機構１０と、旋回駆動モータ１１と、前後駆動源１２と、後述する回転速度検知手段とを有する。

主軸チャック交換機構１０について説明する。
図３〜図５に示すように、主軸チャック交換機構１０は、任意の主軸チャック５を、主軸対向位置Ｐ１とワーク交換位置Ｐ２との間で入れ換えて、主軸３のチャック結合部３ａに対し受け渡す機構である。
前記主軸対向位置Ｐ１は、図４に示すように、主軸３のチャック結合部３ａにおける軸心と、主軸チャック５の軸心とが同一軸心となり、且つ、前記チャック結合部３ａに対し所定小距離離隔して主軸チャック５が対向する位置と同義である。前記ワーク交換位置Ｐ２は、同図に示すように、主軸チャック５に対しワークＷの交換を行う位置と同義である。

図５に示すように、主軸チャック交換機構１０は、ケーシング３０、スライド機構３１、前後駆動源１２、ボールねじ３２、旋回軸３３、軸受３４、旋回駆動モータ１１、動力伝達部ＧＲ、および、チャック係合機構３５（図４等）を有する。スライド機構３１は、直動軸受３６とスライドレール３７とを有する。
主軸支持部材２の上部にスライドレール３７が敷設され、ケーシング３０の下部に複数の直動軸受３６が固着されている。これら直動軸受３６はスライドレール３７に沿って案内され、これにより、ケーシング３０を主軸軸方向に移動可能にする。主軸支持部材２には、ブラケット３８を介して、モータから成る前後駆動源１２が設けられる。ブラケット３８等に、ボールねじ３２のねじ軸３２ａが回転自在に且つスライドレール３７の長手方向に平行に支持され、このねじ軸３２ａが前記モータにより回転駆動される。また、ボールねじ３２のナット部材（図示せず）がケーシング３０の下部に複数設けられている。これらナット部材にねじ軸３２ａが螺合し、モータの回転によりケーシング３０を主軸軸方向に移動するようになっている。

ケーシング３０内に、複数の軸受３４，３４を介して旋回軸３３が回転自在に支持されている。この旋回軸３３の一端および他端はケーシング３０から突出する。旋回軸３３の一端に、旋回部材８の長手方向中間部が固着されている。ケーシング３０の上部に旋回駆動モータ１１が設けられる。この旋回駆動モータ１１の駆動により、動力伝達部ＧＲを介して、旋回軸３３をその軸心回りに正転または反転させ、旋回部材８を１８０度旋回可能になっている。動力伝達部ＧＲは、旋回駆動モータ１１のモータ軸に固着されたピニオンギヤ３９と、旋回軸３３の他端に設けられピニオンギヤ３９に噛合するギヤ４０とを有する。したがって、旋回駆動モータ１１の駆動により、ピニオンギヤ３９からギヤ４０に動力が伝達され、旋回軸３３が複数の軸受３４，３４を介して１８０度回転する。これにより、旋回部材８の長手方向一端部または他端部に設けられた任意の主軸チャック５が、主軸対向位置Ｐ１とワーク交換位置Ｐ２とにわたって位置決めされる。

図４、図５に示すように、ワークＷを把持した任意の主軸チャック５を、主軸対向位置Ｐ１に位置決めしたうえで、前後駆動源１２の駆動によりケーシング３０を軸方向一方に移動させて、この主軸チャック５を、主軸３のチャック結合部３ａに近接させる。この状態において、チャック係合機構３５により、前記主軸チャック５をチャック結合部３ａに受け渡す。
図６〜図８に示すように、チャック係合機構３５は、旋回部材８から任意の主軸チャック５を分離離脱可能とする分離機構４１，４１と、チャック結合部３ａに主軸チャック５を保持させるための保持機構４２とを有する。分離機構４１，４１は、旋回部材８の一端部および他端部に設けられる。これら分離機構４１，４１は同一構造であるので、旋回部材８の一端部側の分離機構４１についてのみ説明する。

分離機構４１は、図６に示すように、旋回部材８の先端からその大部分が突出する把持部材４３と、複数の軸受４４と、ばね部材４５と、レバー部材４６と、流体圧シリンダ４７等とを有する。ばね部材４５、レバー部材４６、および流体圧シリンダ４７は、旋回部材８内に装備される。把持部材４３は二つ割のリング部４３ａ，４３ａを備え、これらリング部４３ａ，４３ａはピン４８等を介して旋回部材８に開閉可能に支持される。複数の軸受４４は、リング部４３ａ，４３ａの内周に沿って、周方向一定間隔おきに配設される。これら軸受４４の外輪をリング部４３ａ，４３ａの内周縁よりも半径方向内方に位置させ、複数の外輪により主軸チャック５の外周部を回転可能に把持する。

リング部４３ａ，４３ａの基端部４３ｂ，４３ｂに、圧縮コイルばねから成るばね部材４５が介在されている。このばね部材４５のばね力により基端部４３ｂ，４３ｂが左右に離隔し、リング部４３ａ，４３ａが半径方向内方に弾性付勢され、主軸チャック５の外周部を回動可能に把持する。
レバー部材４６は揺動自在に設けられている。流体圧シリンダ４７のロッド部に、レバー部材４６の一端が連結され、このレバー部材４６の他端にリング部４３ａの一方の基端部４３ｂが連結される。流体圧シリンダ４７のロッド部を退入駆動すると、レバー部材４６が揺動し、ばね部材４５のばね力に抗して基端部４３ｂ，４３ｂを近づけ、リング部４３ａ，４３ａが半径方向外方に開く。これにより旋回部材８から任意の主軸チャック５を分離離脱させ得る。

保持機構４２は、図７、図８に示すように、例えば、ソレノイド等からなるアクチュエータ４９と、複数の爪５０とを有する。チャック結合部３ａ内にアクチュエータ４９が設けられ、この駆動部に複数の爪５０が連結されている。これら爪５０は、例えば、円周方向三箇所に１２０度等配に配置される。アクチュエータ４９の駆動により、これら複数の爪５０を半径方向内方および外方に変位可能に構成している。主軸チャック５には、これら複数の爪５０が嵌まり込む嵌合孔５ａが形成されている。
また、チャック結合部３ａ内には、主軸チャック５を主軸３の同心位置に位置決めする凹部３ａａが形成される。主軸チャック５には、この凹部３ａａに嵌合可能な凸部５ｂが形成されている。凹部３ａａ，凸部５ｂが嵌合した状態において、各爪５０を半径方向外方から内方に変位させることにより、チャック結合部３ａに主軸チャック５を供回り不能に保持させ得る。

主軸チャック５のワーク保持機能について説明する。
図７〜図１０に示すように、主軸チャック５は、チャック爪９と、ワーク保持機構１５と、ケーシング１６とを有する。略円筒形状のケーシング１６内にワーク保持機構１５が収容されている。このワーク保持機構１５は、可動部１７，１７、一対の作動レバー１８，１８、および引張りコイルばね１９を有する。ケーシング１６内の底部に、作動レバー１８，１８を作動させる可動部１７，１７が、矢符Ａ１、Ａ２（図１０）にて表記する半径方向にやや離隔して対向するように配置される。これら可動部１７，１７の対向する先端部分に、引張りコイルばね１９が装備されている。

可動部１７，１７の先端部分には、作動レバー１８，１８の基端部が揺動自在に連結されている。一対の作動レバー１８，１８の先端付近部は交差されたうえで、これら先端付近部の交差部に、揺動支点を成すピン２０等が設けられている。一対の作動レバー１８，１８の先端部にチャック爪９が固着されている。引張りコイルばね１９のばね力により、可動部１７，１７の先端部分を近づけるように矢符Ａ１方向に弾性付勢する。これにより一対の作動レバー１８，１８は、揺動支点を中心に揺動し、作動レバー１８，１８の先端付近部の交差角度αを狭くする。よって、チャック爪９を半径方向内方に変位させて、ワークＷを保持することができる。

引張りコイルばね１９のばね力に抗して、可動部１７，１７の先端部分を矢符Ａ２方向に離隔させると、一対の作動レバー１８，１８を前記とは逆向きに揺動させる。これにより作動レバー１８，１８の先端付近部の交差角度αを拡げ、チャック爪９を半径方向外方に変位させて、ワークＷを離脱することができる。可動部１７，１７の先端部分を離隔させる駆動源として、図示外の流体圧シリンダ等を適用することができる。

プリ回転用モータ７等について説明する。
プリ回転用モータ７は、図４に示すように、ワーク交換位置Ｐ２にある主軸チャック５を、主軸対向位置Ｐ１に位置させる前に回転させるものである。このプリ回転用モータ７は主軸軸方向に移動駆動可能に構成される。すなわち、図１１に示すように、この工作機械１のフレーム５１にスライドレール５２が敷設されている。プリ回転用モータ７を支持する板体５３の下部に複数の直動軸受５４，５４が固着され、これら直動軸受５４，５４はスライドレール５２に沿って案内される。フレーム５１に取付部材５５を介して、流体圧シリンダ５６が設けられる。板体５３の上部にブラケット５７が取り付けられ、このブラケット５７に流体圧シリンダ５６のロッドが連結されている。流体圧シリンダ５６の駆動によりロッドを進退させ、板体５３およびプリ回転用モータ５６を主軸軸方向に移動するようになっている。

図４、図１１に示すように、主軸対向位置Ｐ１にある主軸チャック５がチャック結合部３ａに結合されて、前記主軸チャック５が主軸モータ４により回転可能な状態において、ワーク交換位置Ｐ２にある主軸チャック５はプリ回転用モータ７により次の加工に備えて回転駆動可能に構成されている。換言すれば、主軸対向位置Ｐ１におけるワークＷの加工途中において、ワーク交換位置Ｐ２にある主軸チャック５は予備的に回転駆動可能に構成される。

流体圧シリンダ５６のロッドの進出により、プリ回転用モータ動力断手段１３としてのクラッチにより動力伝達可能となる。このクラッチとしては、例えば、円すいクラッチ等が適用され、プリ回転用モータ側の動力伝達部１３ａと、主軸チャック５側の被動力伝達部１３ｂとを有する。前記ロッドの進出によりこれら動力伝達部１３ａ，被動力伝達部１３ｂが嵌合した状態で当接し、この当接面における摩擦力等により、動力伝達部１３ａに対する被動力伝達部１３ｂの円周方向の相対変位が阻止される。これにより、前記主軸チャック５はプリ回転用モータ７により回転駆動可能となる。ロッドの退入により、動力伝達部１３ａと被動力伝達部１３ｂとが離隔すると、主軸チャック５はプリ回転用モータ７による回転駆動不能となる。ただし、プリ回転用モータ７により主軸チャック５が回転駆動された状態において、ロッドの退入により、動力伝達部１３ａと被動力伝達部１３ｂとを離隔させると、前記主軸チャック５を慣性回転状態とし得る。

回転速度検知手段１４について説明する。
回転速度検知手段１４は、例えば、光反射式のエンコーダ等から成る。回転速度検知手段１４は、絶対位置を検出する位相検知手段である。前記エンコーダは、光源と受光素子と反射板とを有する。例えば、図４に示すように、旋回軸３３の先端部に、光源１４ａと受光素子１４ｂとが設けられ、各主軸チャック５の外周部に沿って反射板１４ｃが設けられている。光源１４ａから発せられた光は、回転する反射板１４ｃに反射して、光の明暗の繰り返しパターンとなって受光素子１４ｂに戻る。エンコーダは、この受光素子１４ｂへの戻り光の明暗をパルス信号に変換する。単位時間当たりのパルス信号の立上がり、立下り数等に基づく演算式により、主軸チャック５の回転速度を求め得る。ただし、回転速度検知手段１４は、光反射式のエンコーダに限定されるものではなく、種々のエンコーダ、フォトインターラプタ等を適用しても良い。

交換時主軸モータ速度制御手段２１について特に図１２を参照しつつ説明する。
交換時主軸モータ速度制御手段２１は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラを備えたものである。交換時主軸モータ速度制御手段１２は、主軸チャック交換機構１０により主軸対向位置Ｐ１の主軸チャック５をチャック結合部３ａに渡すときに、主軸３の回転速度が主軸対向位置Ｐ１の主軸チャック５の回転速度と同期するように、回転速度検知手段１４の検知速度に応じて主軸モータ４の回転速度を制御する。この交換時主軸モータ速度制御手段２１は、位相同期手段である。
すなわち、交換時主軸モータ速度制御手段２１は、主に、主軸チャック回転速度演算部２２と、主軸モータ回転速度制御部２３と、上記コンピュータの出力によりチャックローダ６の前後駆動源１２および主軸モータ４を駆動する駆動回路２４とを有する。主軸チャック回転速度演算部２２は、前記エンコーダの受光素子１４ｂに電気的に接続される。主軸モータ回転速度制御部２３は、駆動回路２４を介してチャックローダ６の前後駆動源１２、主軸モータ４に電気的に接続されている。

主軸チャック回転速度演算部２２には、単位時間当たりのパルス信号の立上がり、立下り数等に基づき演算される演算プログラムが格納されている。この演算プログラムは、常に、演算実行可能となっている。プリ回転用モータ７によりワーク交換位置Ｐ２にある主軸チャック５を回転駆動させた状態において、ロッド部の伸動により、動力伝達部１３ａと被動力伝達部１３ｂとを離隔させると、この主軸チャック５は慣性回転状態となる。
主軸チャック回転速度演算部２２は、前記パルス信号に基づいて、慣性回転状態にある主軸チャック５の回転速度を求める。主軸モータ回転速度制御部２３は、この求められた回転速度に、主軸３の回転速度が同期するように、主軸モータ４の回転速度を制御する。ここで、主軸モータ回転速度制御部２３は、求められた主軸チャック５の回転速度と、主軸３の回転速度とが同期したか否かを判断する。「否」との判断で、主軸モータ回転速度制御部２３は、主軸モータ４の回転速度の同期制御を繰り返す。

求められた回転速度と主軸３の回転速度とが同期したと、主軸モータ回転速度制御部２３が判断すると、この主軸モータ回転速度制御部２３は、チャックローダ６の各駆動源に駆動指令を行う。その後、主軸モータ回転速度制御部２３は、図示外のセンサ等により、チャック結合部３ａに前記主軸チャック５が結合したか否かを判断する。この主軸チャック５が結合したと主軸モータ回転速度制御部２３が判断すると、この主軸モータ回転速度制御部２３は、主軸モータ４を現在の回転速度から所望の加工可能な回転速度に加速または減速する。

上記構成の動作を説明する。
刃物台Ｔを所望位置に割出し回転させたうえで、一の主軸チャック５がチャック結合部３ａに結合された主軸３を、主軸モータ４により回転駆動させる。これにより、この一の主軸チャック５に保持されたワークＷを加工する。このワークＷの加工中、次に加工するワークＷが保持された他の主軸チャック５を、プリ回転用モータ７により回転させる。その後、流体圧シリンダ５６により、動力伝達部１３ａと被動力伝達部１３ｂとを離隔し、前記他の主軸チャック５を慣性回転状態とする。
一の主軸チャック５によるワークＷの加工終了後、この一の主軸チャック５を分離機構４１を用いて旋回部材８の一端部側の把持部材４３に把持させる。次に、保持機構４２により、この一の主軸チャック５をチャック結合部３ａから離脱させる。これにより、主軸モータ４と前記一の主軸チャック５との結合が解かれる。その後、前後駆動源１２を駆動させ、チャック結合部３ａに対し、前記一の主軸チャック５を所定距離離隔させる。

慣性回転状態にある他の主軸チャック５の回転速度は、エンコーダにより検知される。この検知される回転速度と同期するように、エンコーダの検知速度に応じて主軸モータ４の回転速度を制御する。旋回駆動モータ１１の駆動により旋回部材８を１８０度旋回させ、ワークＷを保持した他の主軸チャック５を主軸対向位置Ｐ１に位置決めする。次に、前後駆動源１２、チャック係合機構３５等の駆動により、チャック結合部３ａに前記他の主軸チャック５を結合させる。これと共に、この他の主軸チャック５を、旋回部材８の把持部材４３から分離離脱する。その後、他の主軸チャック５に保持されたワークＷを加工する。以後、この動作を繰り返す。

以上説明した主軸チャック交換機能付き工作機械１によれば、加減速に時間のかかる主軸３の回転を停止させることなく、主軸対向位置Ｐ１にある主軸チャック５を主軸３のチャック結合部３ａに円滑に結合させることができる。したがって、この工作機械１によれば、ワークＷを交換して加工するときに、直ぐに加工が始められ、加工サイクルタイムの短縮を図ることができる。また、２つの主軸チャック５，５を、主軸対向位置Ｐ１とワーク交換位置Ｐ２との間で入れ換えるだけでプリ回転用モータ７等を主軸チャック５と共に旋回させる必要がない。それ故、２つの主軸チャック５，５、旋回部材８等を含む可動部材の小形化および軽量化を図ることができる。この工作機械１によれば、１本の主軸３および１台の主軸モータ４によりワーク交換の時間短縮を図ることができるため、２本の主軸および２台の主軸モータを持つものに比べ、簡易な構成にすることができ、設備コストの低減を図ることが可能となる。
したがって、旋回駆動モータ１１を低出力化することができ、製作コストの低減を図ることができる。また、工作機械１の小形化を図り、設備費用を低減することができる。

また、プリ回転用モータ７により回転駆動された主軸チャック５を、主軸３のチャック結合部３ａへ渡す動作の前に慣性回転状態とするプリ回転用モータ動力断手段１３を設けた。次加工用の主軸チャック５をこのプリ回転用モータ動力断手段１３により慣性回転状態とすることで、この主軸チャック５を主軸３に結合するときに無理な力が生じない。また、プリ回転用モータ７は、次加工用の主軸チャック５を予備的に慣性回転させるだけで足り、主軸モータ４のような加工に必要な出力を確保する必要がない。それ故、２本の主軸および２台の主軸モータを持つものに比べ、工作機械１の製作コストの低減を図ることができる。

次に、この発明の他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、第１の実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

この発明の第２の実施形態を図１３、図１４と共に説明する。
この第２の実施形態に係る主軸チャック交換機能付き工作機械１Ａは、特に、回転力伝達手段６３を設けている。この回転力伝達手段６３は、シャフト部材２６と、クラッチ２７と、ワンウェイクラッチ５９と、プーリ６０，６１と、ベルト２８とを有する。すなわち、旋回アーム２５内にシャフト部材２６を通し、このシャフト部材２６の基端部に、クラッチ２７を介してプリ回転用モータ７が設けられる。シャフト部材２６は、複数の軸受５８，５８を介して回転自在に支持されている。クラッチ２７としては、例えば、ジョークラッチ、歯車クラッチ等種々のクラッチが適用される。

シャフト部材２６の先端部において、ワンウェイクラッチ５９，５９が軸方向に隣接して設けられている。各ワンウェイクラッチ５９の外周にプーリ６０，６０が外嵌され、各主軸チャック５，５の外周部にもプーリ６１，６１が外嵌されている。これらプーリ６０，６１にわたってベルト２８が張設されている。前記ワンウェイクラッチ５９は、プリ回転用モータ７による一方向の回転駆動力だけを伝達可能とするものであり、主軸モータ４による他方向の回転駆動力を伝達不能とする。また、主軸チャック５は、旋回アーム２５内において、複数の軸受６２，６２を介して回転自在に支持されている。

図１３に示すように、旋回アーム２５は複数の軸受２９によりこの旋回アーム２５の軸線Ｌ２回りに旋回自在に支持される。その他図５で示すギヤ４０、ピニオンギヤ３９、ケーシング３０、スライド機構３１、前後駆動源１２、ボールねじ３２、軸受３４、旋回駆動モータ１１が図５と略同様の形態で設けられている。
回転速度検知手段１４としては、旋回アーム２５の先端部に光源１４ａと受光素子１４ｂとが設けられ、各主軸チャック５の外周部に沿って反射板１４ｃが設けられている。交換時主軸モータ速度制御手段２１は、第１の実施形態で説明した図１２と同様のものが適用される。

上記構成の動作を説明する。
一の主軸チャック５に保持されたワークＷの加工中、他の主軸チャック５はワンウェイクラッチ５９により空転する。この状態において、次に加工するワークＷが保持された他の主軸チャック５を、プリ回転用モータ７によりワンウェイクラッチ５９、ベルト２８等を介して回転させる。その後、流体圧シリンダ５６により、クラッチ２７の動力伝達部２７ａと被動力伝達部２７ｂとを離隔し、前記他の主軸チャック５を慣性回転状態とする。

一の主軸チャック５によるワークＷの加工終了後、保持機構により、この一の主軸チャック５をチャック結合部３ａから離脱させる。これにより、主軸モータ４と前記一の主軸チャック５との結合が解かれる。その後、前後駆動源１２を駆動させ、チャック結合部３ａに対し、前記一の主軸チャック５を所定距離離隔させる。慣性回転状態にある他の主軸チャック５の回転速度は、エンコーダにより検知される。この検知される回転速度と同期するように、エンコーダの検知速度に応じて主軸モータ４の回転速度を制御する。旋回駆動モータ１１の駆動により旋回アーム２５を１８０度旋回させ、ワークＷを保持した他の主軸チャック５を主軸対向位置Ｐ１に位置決めする。次に、前後駆動源１２、チャック係合機構 等の駆動により、チャック結合部３ａに前記他の主軸チャック５を結合させる。その後、他の主軸チャック５に保持されたワークＷを加工する。以後、この動作を繰り返す。

この構成によると、主軸モータ５によるワークＷの加工中においては、ワーク交換位置Ｐ２にある主軸チャック５を、ワンウェイクラッチ５９によりいわゆる空回り状態にする。これにより、このワーク交換位置Ｐ２の主軸チャック５にワークＷを着脱させることができる。プリ回転用モータ７によりワーク交換位置Ｐ２にある次加工用の主軸チャック５を回転させる際、この主軸チャック５を、ワンウェイクラッチ５９により確実に回転駆動させ得る。特に、次加工用の主軸チャック５をプリ回転用モータ７により回転力伝達手段６３を介して回転駆動後、動力伝達部２７ａと被動力伝達部２７ｂとを離隔等した後、主軸モータ４の回転速度を同期制御する。その後直ぐ主軸チャック５を主軸３に円滑に結合させることができる。その他第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

この発明の第３の実施形態として、第１の実施形態から図６に示す分離機構４１を省略した構造にしても良い。この場合、旋回部材８に各主軸チャック５が一体的に設けられる。したがって、工作機械の部品点数を低減し、構造を簡単化して製作コストの低減を図ることができる。その他第１の実施形態と同様の作用、効果を奏する。

他の実施形態として、３つ以上の主軸チャックを設けた構成にしても良い。
主軸チャックのワーク保持構造は図９，図１０に示す構造に限定されるものではない。例えば、引張りコイルばね１９に代えて圧縮コイルばねを適用し、この圧縮コイルばねのばね力によりチャック爪９を半径方向外方に変位させて、筒状ワークの内径面を保持し得る。
引張りコイルばね，圧縮コイルばね等を省略し、流体圧シリンダの流体圧によりワークを保持するようにしても良い。

この発明の第１の実施形態に係る主軸チャック交換機能付き工作機械の正面図である。 同工作機械の主軸チャック等を表す斜視図である。 同工作機械の概略図であり、（ａ）は同工作機械の側面図、（ｂ）は同工作機械の正面図である。 同工作機械の主軸チャック交換時の概略側面図である。 同工作機械の主軸チャック交換機構の要部断面図である。 同工作機械の分離機構の構造を表す断面図である。 同工作機械のチャック係合機構の要部断面図である。 主軸チャックがチャック結合部から離脱した状態のチャック係合機構の要部断面図である。 同主軸チャックのワーク保持機構等の断面図である。 同ワーク保持機構の要部構造を表す拡大断面図である。 プリ回転用モータ周辺構造を表す側面図である。 同工作機械の制御系のブロック図である。 この発明の第２の実施形態に係る主軸チャック交換機能付き工作機械の断面図である。 同工作機械の要部の拡大断面図である。

符号の説明

１，１Ａ…工作機械
２…主軸支持部材
３…主軸
３ａ…チャック結合部
４…主軸モータ
５…主軸チャック
７…プリ回転用モータ
１０…主軸チャック交換機構
１３…プリ回転用モータ動力断手段
１４…回転速度検知手段
２１…交換時主軸モータ速度制御手段
５９…ワンウェイクラッチ
６３…回転力伝達手段
Ｐ１…主軸対向位置
Ｐ２…ワーク交換位置
Ｗ…ワーク

Claims (3)

1. 先端に主軸チャックが交換自在に結合されるチャック結合部を有し主軸支持部材に回転自在に支持された主軸と、
   この主軸を回転駆動する主軸モータと、
   ワークを保持する機能を有し前記主軸の前記チャック結合部に交換自在に結合される複数の主軸チャックと、
   これら複数の主軸チャックを回転自在に保持し任意の主軸チャックを、主軸対向位置と主軸チャックに対するワークの交換を行うワーク交換位置との間で入れ換えて前記主軸の前記チャック結合部に対し受け渡す主軸チャック交換機構と、
   この主軸チャック交換機構に保持されて前記ワーク交換位置にある主軸チャックを、主軸対向位置に位置させる前に回転させるプリ回転用モータと、
   このプリ回転用モータで回転させられた主軸チャックの回転速度を検知する回転速度検知手段と、
   前記主軸チャック交換機構により前記主軸対向位置の主軸チャックを前記主軸の前記チャック結合部に渡すときに、主軸の回転速度が主軸対向位置の主軸チャックの回転速度と同期するように、前記回転速度検知手段の検知速度に応じて前記主軸モータの回転速度を制御する交換時主軸モータ速度制御手段と、
   を備えた主軸チャック交換機能付き工作機械。
2. 前記主軸チャック交換機構に保持されて前記プリ回転用モータにより回転駆動された主軸チャックを、前記主軸チャック交換機構により前記主軸のチャック結合部へ渡す動作の前に回転状態とするプリ回転用モータ動力断手段を設けた請求項１記載の主軸チャック交換機能付き工作機械。
3. 前記プリ回転用モータによる回転駆動力を、複数の主軸チャックに伝達させる回転力伝達手段を設けた請求項１または請求項２記載の主軸チャック交換機能付き工作機械。

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