JP5356879B2 - 工作機械システムの機種切替方法及び装置 - Google Patents

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本発明は、工作機械システムの機種切替方法及び装置に関する。詳しくは、工作機械システムにおいてワークの機種が切り替わる場合に、ワークのクランプ位置を切替可能な可動クランプの位置切替の方法及び装置に関する。
従来から、特許文献1に示すような工作機械システムが提案されている。特許文献1に示す工作機械システムは、第1工作機械及び第2工作機械と、ターンテーブル上にワークを載せて第1工作機械による加工位置及び第2工作機械による加工位置へ移動させるワーク移動装置と、第1工作機械による加工位置及び第2工作機械による加工位置にそれぞれ設置されてワークを固定する固定装置とを備えている。
また、従来から、特許文献2に示すようなワークのクランプ装置が提案されている。特許文献2に示すワークのクランプ装置は、移動自在な加工ユニットの前方に配置された治具台ユニットに、機種により大きさが異なるワークをクランプするために位置切替が可能な可動クランプを備えている。
ところで、特許文献1の固定装置は、ターンテーブルの回転に応じてワークとともに移動しない。特許文献1には、ワークとともに移動する可動クランプについて全く開示されていない。
また、特許文献2の可動クランプは、例えばターンテーブルの回転に応じてワークとともに移動しない。特許文献2には、ワークとともに移動する可動クランプについて全く開示されていない。
特開2007−301673号公報 特開平7−80739号公報
しかしながら、可動クランプをターンテーブルの回転に応じてワークとともに移動させる場合には、可動クランプの位置切替についてタイミングを決定することが必要である。つまり、可動クランプの位置切替について最適なタイミングを決定することが要請されていた。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、可動クランプの位置切替について最適なタイミングを決定することのできる工作機械システムの機種切替方法及び装置を提供することを目的とする。
本発明の工作機械システム(例えば、後述の工作機械システム10)の機種切替方法は、調整機構(例えば、後述の位置調整機構11)により位置の調整が可能な加工主軸(例えば、後述の加工主軸S1、S2)をそれぞれ有する第1工作機械(例えば、後述の第1工作機械M1)及び第2工作機械(例えば、後述の第2工作機械M2)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されるワーク(例えば、後述のワークWA、WB)を移動させるワーク移動装置(例えば、後述のワーク移動装置14)と、を備え、前記ワーク移動装置は、ターンテーブル(例えば、後述のターンテーブル90)と、前記ターンテーブル上に配置され、ワークをクランプして当該ワークの加工面を前記加工主軸に対向する向きに位置決め可能な複数のクランプユニット(例えば、後述のクランプユニットCL1、CL2、CL3)と、前記クランプユニットを、ワークの搬入、搬出を行うワーク搬出入位置(例えば、後述のワーク搬出入位置P0)、ワークの加工面を前記第1工作機械の加工主軸に対向させる第1加工位置(例えば、後述の第1加工位置P1)、及び、ワークの加工面を前記第2工作機械の加工主軸に対向させる第2加工位置(例えば、後述の第2加工位置P2)にそれぞれ位置させるように、前記ターンテーブルを間欠回転させる回転機構(例えば、後述のメインモータ92)と、を有する工作機械システムの機種切替方法であって、前記ターンテーブルの間欠回転により前記ワーク搬出入位置に位置する第1の前記クランプユニット(例えば、後述のクランプユニットCL1)を空にし、前記第2加工位置に位置する第2の前記クランプユニット(例えば、後述のクランプユニットCL2)のワークを前記第2工作機械で加工し、前記第1加工位置に位置する第3の前記クランプユニット(例えば、後述のクランプユニットCL3)のワークを前記第1工作機械で加工する第1の工程と、前記ターンテーブルの間欠回転により前記第1加工位置に位置する前記第1のクランプユニットを、前記調整機構で位置調整することにより前記第1工作機械の加工主軸によって新機種用のクランプ位置に切り替え、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第2のクランプユニットを空にし、前記第2加工位置に位置する前記第3のクランプユニットのワークを前記第2工作機械で加工する第2の工程と、前記ターンテーブルの間欠回転により前記第1加工位置に位置する前記第2のクランプユニットを、前記調整機構で位置調整することにより前記第1工作機械の加工主軸によって新機種用のクランプ位置に切り替え、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第3のクランプユニットを空にする第3の工程と、前記ターンテーブルの間欠回転により前記第1加工位置に位置する前記第3のクランプユニットを、前記調整機構で位置調整することにより前記第1工作機械の加工主軸によって新機種用のクランプ位置に切り替え、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第1のクランプユニットに新機種のワークを搬入する第4の工程と、前記ターンテーブルの間欠回転により前記第1加工位置に位置する前記第1のクランプユニットのワークを前記第1工作機械で加工し、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第2のクランプユニットに新機種のワークを搬入する第5の工程と、前記ターンテーブルの間欠回転により前記第2加工位置に位置する前記第1のクランプユニットのワークを前記第2工作機械で加工し、前記第1加工位置に位置する前記第2のクランプユニットのワークを前記第1工作機械で加工し、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第3のクランプユニットに新機種のワークを搬入する第6の工程と、を含むことを特徴とする。
この発明によれば、第2の工程では、第2工作機械による加工作業のサイクルタイム中に第1のクランプユニットのクランプ位置切替を行うため、タイムロスは発生しない。第3の工程では、加工作業を行わないため、第2のクランプユニットのクランプ位置切替に要する時間だけタイムロスが発生する。第4の工程では、加工作業を行わないため、第3のクランプユニットのクランプ位置切替に要する時間だけタイムロスが発生する。
したがって、タイムロスを最少限に抑えてクランプユニットのクランプ位置を切替えることができる。
この場合、前記第1工作機械に対応して複数の工具を保持する第1メインストッカ(例えば、後述の第1メインストッカ80a)と、前記第2工作機械に対応して複数の工具を保持する第2メインストッカ(例えば、後述の第2メインストッカ80b)と、前記第1メインストッカ及び前記第2メインストッカとの間で相互に工具を交換可能なサブストッカとを備え、
前記第2の工程では、新機種のワークの加工に用いる工具が前記第1メインストッカに収納されるように当該第1メインストッカと前記サブストッカとの間で工具交換を行うことが好ましい。
この発明によれば、第2工作機械による加工作業のサイクルタイム中に、所要本数のB機種加工用工具を利用するためのサブストッカと第1メインストッカ80aとの間での工具交換を行う。したがって、タイムロスは発生しない。
この場合、前記第5の工程では、新機種のワークの加工に用いる工具が前記第2メインストッカに収納されるように当該第2メインストッカと前記サブストッカとの間で工具交換を行うことが好ましい。
この発明によれば、第1工作機械による加工作業のサイクルタイム中に、所要本数のB機種加工用工具を利用するためのサブストッカと第2メインストッカ80bとの間での工具交換を行う。したがって、タイムロスは発生しない。
本発明の工作機械システムの機種切替装置は、調整機構により位置の調整が可能な加工主軸をそれぞれ有する第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されるワークを移動させるワーク移動装置と、を備え、前記ワーク移動装置は、ターンテーブルと、前記ターンテーブル上に配置され、ワークをクランプして当該ワークの加工面を前記加工主軸に対向する向きに位置決め可能な複数のクランプユニットと、前記クランプユニットを、ワークの搬入、搬出を行うワーク搬出入位置、ワークの加工面を前記第1工作機械の加工主軸に対向させる第1加工位置、及び、ワークの加工面を前記第2工作機械の加工主軸に対向させる第2加工位置にそれぞれ位置させるように、前記ターンテーブルを間欠回転させる回転機構と、を有する工作機械システムの機種切替装置であって、前記第1工作機械の加工主軸の位置を前記調整機構により調整することによって、当該加工主軸により前記クランプユニットのクランプ位置切替を実行させる制御装置(例えば、後述の制御装置12)を備えることを特徴とする。
この発明によれば、上述の効果と同様の効果がある。
本発明によれば、タイムロスを最少限に抑えてクランプユニットのクランプ位置を切替えることができる。
本発明の一実施形態に係る機種切替装置を備えた工作機械システムの一部切欠した斜視図である。 図1に示す工作機械システムの正面図である。 図1に示す工作機械システムの側面図である。 図1に示す工作機械システムを構成する支持体及び加工主軸の縦断側面図である。 図1の要部の拡大図である。 図1に示す工作機械システムを構成するクランプユニットの概略的正面図である。 図6に示すクランプユニットの概略的側面図である。 図6に示すクランプユニットの概略的背面図である。 図8に示すクランプユニットの要部の拡大側面図である。 図9Aに示す係合位置からピンが抜けた状態を示す側面図である。 図1に示す工作機械システムを構成する制御装置のブロック図である。 ターンテーブルが第1工程にある状態を示す概略的平面図である。 ターンテーブルが第2工程にある状態を示す概略的平面図である。 ターンテーブルが第3工程にある状態を示す概略的平面図である。 ターンテーブルが第4工程にある状態を示す概略的平面図である。 ターンテーブルが第5工程にある状態を示す概略的平面図である。 ターンテーブルが第6工程にある状態を示す概略的平面図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る機種切替装置を備えた工作機械システム10の一部切欠した斜視図、図2は正面図、図3は側面図である。この工作機械システム10は、ワーク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る。以下、工作機械システム10の向きを特定するために、図2での左右方向をX方向(X1、X2方向)、高さ方向をY方向(Y1、Y2方向)とし、X方向及びY方向に直交する奥行き方向をZ方向(Z1、Z2方向)(図3参照)とする。
工作機械システム10は、第1工作機械10aと、第2工作機械10bと、ワーク移動装置14と、制御装置12とを備える。図2に示す正面視で左側(矢印X1側)の第1工作機械10aと、右側(矢印X2側)の第2工作機械10bとは隣接して平行に設けられている。本実施形態の場合、第1工作機械10aと第2工作機械10bは同構造であり、以下では第1工作機械10aを代表的に説明する。
第1工作機械10aは、床に固定された定盤13をベースとして構成されている。定盤13の上面には、ワーク移動装置14及びフレーム15が取り付けられている。
フレーム15は、定盤13の前後方向(矢印Z方向)の両端から上方に延びる4本の支柱15aと、支柱15aに支えられたプレート15bとを有する。フレーム15を構成する前後2本の支柱15aが左右に2組あり、それぞれの組で2本の支柱15aの間にはシャッター17が設けられる。シャッター17はワークの加工の際、切削屑や切削油が左右に装置外へと飛散することを防止している。シャッター17は、工具Tによりワークへの加工を行う加工主軸36のメンテナンス時等に開放される。
第1工作機械10aは、定盤13の上面に設けられたZ方向に延びる一対のZレール16、16と、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、コラム18の正面においてY方向に延びる一対のYレール20、20と、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(図2参照)。
Zレール16上でのコラム18のZ方向位置は、Z位置センサ16aによって検出される。Yレール20上での支持体22のY方向位置は、Y位置センサ20aによって検出される。Z位置センサ16aによって検出されるコラム18のZ方向位置、及び、Y位置センサ20aによって検出される支持体22のY方向位置は、それぞれ制御装置12に供給される。
コラム18は、定盤13の後方に設けられたZモータ24の駆動によりボールねじ機構26を介してZ方向に往復移動する(図3参照)。Zモータ24に図示しないロータリエンコーダを取り付け、ボールねじ機構26によるボールねじの回転角度をロータリエンコーダが検出し、検出されたボールねじの回転角度が、コラム18のZ方向位置として制御装置12に送信されるように構成してもよい。
支持体22は、定盤13の内部に配置されたYモータ28の駆動によりボールねじ機構30を介してY方向に往復移動する(図2参照)。Yモータ28に図示しないロータリエンコーダを取り付け、ボールねじ機構30によるボールねじの回転角度をロータリエンコーダが検出し、検出されたボールねじの回転角度が、支持体22のY方向位置として制御装置12に送信されるように構成してもよい。
図4に示すように、支持体22は、鉛直平面(XY平面)内で旋回(回転)する旋回アーム32と、旋回アーム32を旋回させるアームモータ34と、旋回アーム32の遠心方向端部近傍に設けられ、旋回アーム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、加工主軸36を回転させるスピンドルモータ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。
支持体22は、枠体40をベースに構成されており、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、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。
旋回アーム32は、ロータ34bの矢印Z1側端部に固定されており、アームモータ34の駆動により旋回する。支持体22に対する旋回アーム32の角度は、角度センサ41(図5参照)によって計測されて、制御装置12に供給される。
旋回アーム32はエンドレスに旋回が可能であるが、最低限1回転360度の旋回が可能であればよい。加工主軸36は、旋回アーム32の旋回中心Cから距離Rだけ離れた箇所に設けられている。
旋回アーム32において、加工主軸36が設けられた側と反対側(図4では上側)にはバランサ42が設けられている。バランサ42が設けられている箇所以外の旋回アーム32の内部は中空構造となっている。
スピンドルモータ38は支持体22から矢印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、枠体40の後面に固定されている。
シャフト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、他端が枠体40から突出して旋回アーム32の矢印Z1側の側板まで達している。シャフト44は、旋回アーム32の矢印Z1側端部及び矢印Z2側端部、並びに枠体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とから構成される。
プーリ機構46は、旋回アーム32内の中空部に設けられており、所定のテンション機構によってベルト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、旋回アーム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、旋回中心Cから見て外向きにやや突出する形状であり、図示しないアンクランプブロックによって旋回中心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。当然、ツールヘッド50での工具Tのクランプ及びアンクランプは、電動で工具Tをクランプする機構とすることもできる。
旋回アーム32の背面側(矢印Z2側)には、旋回アーム32を所定位置に固定する固定装置64が設けられている。固定装置64を解除することで、旋回アーム32の旋回が可能となる。
図1に示すように、フレーム15には、第1工作機械10a及び第2工作機械10bにそれぞれ対応する第1工具ストッカ(メインストッカ)80a及び第2工具ストッカ(メインストッカ)80bが支持されている。すなわち、プレート15bの上面やや左側(X1側)には、第1工作機械10aに対応し、加工主軸36に着脱自在な複数の工具Tを収納した第1工具ストッカ80aが設けられている。プレート15bの上面やや右側(X2側)には、第2工作機械10bに対応し、第1工具ストッカ80aと同機構の第2工具ストッカ80bが設けられている。以下、第1工具ストッカ80aを代表的に説明する。
第1工具ストッカ80aは、矢印Z方向に延びる回転軸82と、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)で約270度の範囲で放射状に設けられた保持アーム84とを有する回転マガジンである。各保持アーム84の先端には工具Tを挟持する略C字状のグリップ85が設けられている。
グリップ85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を挟持して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。グリップ85は、工具Tに形成された鍔状の溝部を介して直接的に把持することができる。
第1工具ストッカ80aは、通常時(加工時や非使用時)、保持アーム84のない約90度(保持アーム84が設けられた前記270度の範囲以外)の部分が下向きにされ(図2参照)、全体がプレート15bよりも上方にあるため、コラム18及び支持体22の動作の支障とならない。一方、加工主軸36の工具Tを交換する際には、第1工具ストッカ80a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。
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、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がコラム18上部から垂下されたアンクランプブロック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。従って、コラム18を矢印Z2方向に後退させることで、工具Tはツールヘッド50から抜き取られる。
次いで、第1工具ストッカ80a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、第1工具ストッカ80aを回転させて、図2に示すように、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、第1工具ストッカ80a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がなく、また保持アーム84は工具Tを直接把持するため、コラム18、支持体22及び旋回アーム32の作用により工具Tの着脱操作を直接的に行うことができる。従って、専用の着脱機構等が不要であることから構造が簡素化され、しかも工具の脱着に要する時間が短縮される。
図示してないが、フレーム15の上方には、第1メインストッカ80a及び第2メインストッカ80bが保持する工具の本数よりも多数の工具を収納したサブストッカが設けられている。サブストッカは、第1メインストッカ80a及び第2メインストッカ80bを跨ぐように設けられ、水平平面(XZ平面)内で回転して工具の割り出しを行うことにより、第1メインストッカ80a及び第2メインストッカ80bとの間で相互に工具を交換できるように構成されている。
1機種のワークの加工に使用される工具は通常10本又はそれ以上である。上記のように、第1メインストッカ80aの有する保持アーム84の数が16本程度あれば、通常の機種のワークの加工に使用される工具を全て第1メインストッカ80aの保持アーム84に保持しておくことが可能である。ワークの機種切替時には、それまでの機種に使用していた工具を第1メインストッカ80aからサブストッカへ移し、新たな機種に使用する工具をサブストッカから第1メインストッカ80aへ移して保持アーム84で保持する。
図1、図3及び図5に示すように、ワーク移動装置14は、定盤13の正面側(矢印Z1側)に設けられる。ワーク移動装置14は、水平面内で回転可能なターンテーブル90と、ターンテーブル90上に120°間隔で設けられ、水平面で回転してワークの加工面を加工主軸36に対向する向きに設定可能な3つのワークテーブル94a、94b、94cとを有する。
ターンテーブル90は矩形板が三方に放射状に延びる形状であって、各矩形板の間には上方に延びる隔離板91が120°間隔で設けられている。ターンテーブル90は、メインモータ92の駆動により水平面内で平面的に視て時計方向に回転する。ターンテーブル90の角度を検出して制御装置12に供給するメイン角度センサ93が設けられている。
メインモータ92は、メイン角度センサ93が角度を検出することにより、1つのワークテーブル94を第1工作機械10aの加工主軸36と対向する第1加工位置P1に位置させ、別の1つのワークテーブル94を第2工作機械10bの加工主軸36と対向する第2加工位置P2に位置させ、さらに別のワークテーブル94をワーク搬出入位置P0に位置させるように、ターンテーブル90を120°ずつ間欠回転させる。
3つのワークテーブル94a、94b、94cは、ワークをクランプする後述するクランプユニット100を位置決めする保持具としてのピン95をそれぞれ有している。ワークテーブル94a、94b、94cは、サブモータ96a、96b、96cの駆動により水平面内で回転する。ワークテーブル94a、94b、94cの角度を検出して制御装置12に供給するサブ角度センサ97a、97b、97cが設けられている。
ワークテーブル94a、94b、94cは、第1加工位置P1及び第2加工位置P2にあるときに、ワークの加工面が後方(矢印Z2方向)を指向するように回転動作する。また、ワークテーブル94a、94b、94cは、矢印Z1方向のワーク搬出入位置P0にあるとき、クランプユニット100からワークを開放可能とし、加工済みのワークを搬出し、未加工のワークを搬入する。
次に、クランプユニット100について説明する。図6はクランプユニット100の概略的正面図、図7は概略的側面図、図8は概略的背面図である。クランプユニット100は、ワークの機種を変更する場合に、第1工作機械10aの加工主軸36に装着されている工具の代りに切換ホルダGを装着し、この切換ホルダGを用いて後述する手順でワーククランプ位置を調整可能である。切換ホルダGは、加工主軸36に着脱可能である点では工具であるが、加工に用いられる刃具ではなく、先端部分が例えば断面円形に形成されている。
クランプユニット100は、基部101上に立設された門型のコラム102を備え、コラム102の前面には治具板103を一体に備えている。コラム102の上部及び下部には、上下に延びる左右2列のガイド部材110、110がそれぞれ設けられている。
上部及び下部のガイド部材110、110間には、それぞれスライド板120が上下にスライド自在に設けられている。スライド板120の前面には、クランプシリンダ121が前方へ水平に延びて固着されている。クランプシリンダ121の作動によって進退動するシリンダロッド122の先端には、クランプアーム123が取り付けられている。クランプアーム123は治具板103の前面に突出している。
ワークは、治具板103の前面に位置決めしてクランプされる。そのため、治具板103の前面には複数のワーク基準座104が設けられている。
基部101の底面には、ワークテーブル94a、94b、94cのピン95と係合して位置決めする保持具としての係合穴105を有している。クランプユニット100がワークテーブル94a、94b、94cに載置される場合、ピン95と係合穴105とを係合させることでクランプユニット100が位置決めされる。なお、ピン95と係合穴105は単なる例示であり、ワークテーブル94a、94b、94cの所定の位置に所定の向きでクランプユニット100を固定できるものであれば何でもよい。
スライド板120には、第1工作機械10aの加工主軸36に装着された切換ホルダGを挿入可能な係合穴124が設けられている。この係合穴124は、切換ホルダGを挿入して左右に移動できるように所定長さの横長穴に形成されている。
次にスライド板120の位置決め機構について、図9A、図9Bを参照して説明する。図9A、図9Bは図8の一部を拡大した断面図である。
上下にスライドするスライド板120には、スライド方向と直交する水平方向に延びる位置決めピン125が設けられている。位置決めピン125は、スライド板120に設けたピン孔126に挿入され、ばね座127に支えられるスプリング128によって図で左向きに付勢されている。
図で左側に位置するガイド部材110のガイド面には、複数の位置決め穴111(図では2ヶ所の位置決め穴111a、111b)がスライド板120のスライド方向に沿って上下に設けられている。
位置決めピン125の先端には突部125aが形成されている。この突部125aを位置決め穴111内に嵌入させることにより、スライド板120はガイド部材110に対して位置決め固定される。
位置決めピン125の外周には、円周方向に略V字型に切込んだホルダ係合溝125bが形成されている。ホルダ係合溝125bの位置は、図9Aに示すように、位置決めピン125の突部125aが位置決め穴111に嵌入している場合には、係合穴124の図では左寄りに配置される。また、図9Bに示すように、位置決めピン125の突部125aが位置決め穴111から抜き出されている場合には、係合穴124の図では右寄りに配置される。
このため、位置決めピン125の突部125aが位置決め穴111に嵌入している場合に、治具板103の背面側から切換ホルダGを係合穴124の図では左寄りに挿入すれば、切換ホルダGとホルダ係合溝125bが係合する。次いで、切換ホルダGを係合穴124の図では右側へ向けて水平に横移動させれば、位置決めピン125も一緒に右向きに移動して突部125aが位置決め穴111から抜き出される。この状態で、切換ホルダGを上下方向に移動させれば、スライド板120も一緒に上下方向にスライドする。
以上のことから、係合穴124の横方向の長さは、位置決め穴111に位置決めピン125の突部125aが嵌合する長さ以上に形成されている。
以上のように構成したクランプユニット100の作用について述べる。
ワークを加工する際、取り扱うワークの機種が変更されワークの形状が変ると、これに合せてクランプユニット100のクランプアーム123の位置を変更する必要がある。
このため、ワークの機種を変更する場合は、第1加工位置P1に位置するクランプユニット100の向きをサブモータ96aにより180度回転させる。つまり、それまで第1工作機械10aの加工主軸36側に対面していた治具板103の前面を反対方向に向けて、治具板103の背面を加工主軸36側に対面させる。同時に、加工主軸36先端の工具を取外し、代りに切換ホルダGを装着する。
そして、加工主軸の位置調整機構11(図10参照)により第1工作機械10aの加工主軸36の位置を3軸方向に調整することにより、切換ホルダGを上部及び下部のスライド板120の係合穴124の図では左寄りに順番に挿入する。すると、切換ホルダGは位置決めピン125のホルダ係合溝125bにも係合する。
次いで、切換ホルダGを係合穴124の図では右方に向けて水平に横移動させれば、位置決めピン125はスプリング128を縮める方向に移動し、突部125aが位置決め穴111aから抜け出る。これにより、スライド板120の位置決め固定が解除される。
次いで、切換ホルダGを上下方向に所定ストローク移動させる。この場合のストロークは、予めワークの形状に合せて設定された位置決め穴111a、111bの間隔に等しい。切換ホルダGを上下方向に所定ストローク移動させると、これに合せてスライド板120も移動する。移動が終了して切換ホルダGを後退させると、係合穴124から引抜かれる。このため、位置決めピン125はスプリング128によって押されて、突部125aが新たな位置決め穴111bに入り込み、スライド板120が固定される。
これにより、スライド板120と一体のクランプアーム123も上下方向に位置を変え、新たなワークをクランプできる位置になる。
そして、治具板103の前面のワーク基準座104上にワークがセットされると、クランプシリンダ121を作動させてクランプアーム123でワークをクランプする。
ワークがクランプされるとサブモータ96aによりクランプユニット100を180度回転させて、クランプしたワークを第1工作機械10aの加工主軸36に対面させる。
次に、図10に示すブロック図を参照して制御装置12について説明する。制御装置12は、加工主軸36の位置調整部12a、ワーク移動装置14の制御部12b、クランプユニット100の制御部12cを備える。
加工主軸の位置調整部12aには、コラム18を移動させるZモータ24及びZ位置センサ16aと、支持体22を移動させるYモータ28及びY位置センサ20aと、旋回アーム32を旋回させるアームモータ34及び角度センサ41とが接続される。これらの要素が加工主軸36の位置調整機構11を構成する。
Zモータ24の駆動によりZ方向に往復移動するコラム18のZ方向位置は、Z位置センサ16aから加工主軸の位置調整部12aに入力される。Yモータ28の駆動によりY方向に往復移動する支持体22のY方向位置は、Y位置センサ20aから加工主軸の位置調整部12aに入力される。アームモータ34の駆動により旋回する旋回アーム32の支持体22に対する角度は、角度センサ41から加工主軸の位置調整部12aに入力される。これにより、旋回アーム32に設けられた加工主軸36の位置は、加工主軸の位置調整部12aにより任意に制御することができる。
ワーク移動装置の制御部12bには、ターンテーブル90を回転させるメインモータ92及びメイン角度センサ93と、ワークテーブル94a、94b、94cを回転させるサブモータ96a、96b、96c及びサブ角度センサ97a、97b、97cとが接続される。メインモータ92の駆動により回転するターンテーブル90の角度は、メイン角度センサ93から制御装置12に入力される。サブモータ96a、96b、96cの駆動により回転するワークテーブル94a、94b、94cの角度は、サブ角度センサ97a、97b、97cから制御装置12に入力される。これにより、ワークテーブル94a、94b、94c上に位置決めされるクランプユニット100のターンテーブル90上の角度及びワークテーブル94上の向きは、ワーク移動装置の制御部12bにより任意に制御することができる。
クランプユニットの制御部12cには、クランプシリンダ121が接続される。クランプシリンダ121の作動による治具板103の前面からクランプアーム123までの距離は、クランプユニットの制御部12cにより任意に制御することができる。
次に、制御装置12によるクランプユニット100のクランプ位置切替の動作について説明する。
以下では、便宜上、第1工作機械10aをM1、第1工作機械の加工主軸36をS1、第2工作機械10bをM2、第2工作機械の加工主軸36をS2、第1のクランプユニット100をCL1、第2のクランプユニット100をCL2、第3のクランプユニット100をCL3とする。
まず、制御装置12は、第1の工程を実行させる。すなわち、ターンテーブル90の間欠回転により、ワーク搬出入位置P0に位置する第1のクランプユニットCL1を空にする。第2加工位置P2に位置する第2のクランプユニットCL2のワークを第2工作機械M2の加工主軸S2で加工する。第1加工位置P1に位置する第3のクランプユニットCL3のワークを第1工作機械M1の加工主軸S1で加工する。
つぎに、制御装置12は、第2の工程を実行させる。すなわち、ターンテーブル90の間欠回転により、第1加工位置P1に位置する第1のクランプユニットCL1のクランプ位置を、第1工作機械M1の加工主軸S1に装着した切換ホルダGにより新機種用のクランプ位置に切り替える。ワーク搬出入位置P0に位置する第2のクランプユニットCL2を空にする。第2加工位置P2に位置する第3のクランプユニットCL3のワークを第2工作機械M2の加工主軸S2で加工する。
つぎに、制御装置12は、第3の工程を実行させる。すなわち、ターンテーブル90の間欠回転により、第1加工位置P1に位置する第2のクランプユニットCL2のクランプ位置を、第1工作機械M1の加工主軸S1に装着してある切換ホルダGにより新機種用のクランプ位置に切り替える。ワーク搬出入位置P0に位置する第3のクランプユニットCL3を空にする。
つぎに、制御装置12は、第4の工程を実行させる。すなわち、ターンテーブル90の間欠回転により、第1加工位置P1に位置する第3のクランプユニットCL3のクランプ位置を、第1工作機械M1の加工主軸S1に装着してある切換ホルダGにより新機種用のクランプ位置に切り替える。同時に、第1工作機械M1の加工主軸S1に装着してある切換ホルダGに代えて、新機種用の工具に交換する。ワーク搬出入位置P0に位置する第1のクランプユニットCL1に新機種のワークを搬入する。
つぎに、制御装置12は、第5の工程を実行させる。すなわち、ターンテーブル90の間欠回転により、第1加工位置P1に位置する第1のクランプユニットCL1の新機種のワークを第1工作機械M1の加工主軸S1で加工する。ワーク搬出入位置P0に位置する第2のクランプユニットCL2に新機種のワークを搬入する。第2工作機械M2の加工主軸S2の工具を新機種用の工具に交換する。
つぎに、制御装置12は、第6の工程を実行させる。すなわち、ターンテーブル90の間欠回転により、第2加工位置P2に位置する第1のクランプユニットCL1の新機種のワークを第2工作機械M2の加工主軸S2で加工する。第1加工位置P1に位置する第2のクランプユニットCL2の新機種のワークを第1工作機械M1の加工主軸S1で加工する。ワーク搬出入位置P0に位置する第3のクランプユニットCL3に新機種のワークを搬入する。
以下、具体的に、A機種のワークWAをn個加工後、B機種のワークWBを複数個加工するために、クランプユニットCLのクランプ位置切替及び、加工主軸Sの工具交換を実行する場合について説明する。
まず、図11Aに示すように、第1の工程のためのターンテーブル90の停止直後、ワーク搬出入位置P0に位置する第1のクランプユニットCL1にはワークWAn−2がクランプされている。このワークWAn−2は、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工がいずれも終了している。第2加工位置P2に位置する第2のクランプユニットCL2にはワークWAn−1がクランプされている。このワークWAn−1は、第1工作機械M1による加工のみが終了している。第1加工位置P1に位置する第3のクランプユニットCL3にはワークWAがクランプされている。このワークWAは、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工がいずれも行われていない。
制御装置12は、第1のクランプユニットCL1からワークWAn−2をアンクランプさせて払い出す。つぎのワークWBは投入しない。第2のクランプユニットCL2にクランプされているワークWAn−1を、第2工作機械M2により加工する。第3のクランプユニットCL3にクランプされているワークWAを、第1工作機械M1により加工する。
第1の工程では、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工作業のサイクルタイム中にワークWAn−2を払い出すため、タイムロスは発生しない。
つぎに、図11Bに示すように、第2の工程のためのターンテーブル90の停止直後、第1加工位置P1に位置する第1のクランプユニットCL1にはワークがクランプされていない。ワーク搬出入位置P0に位置する第2のクランプユニットCL2にはワークWAn−1がクランプされている。このワークWAn−1は、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工がいずれも終了している。第2加工位置P2に位置する第3のクランプユニットCL3にはワークWAがクランプされている。このワークWAは、第1工作機械M1による加工のみが終了している。
制御装置12は、第1のクランプユニットCL1のクランプ位置を、A機種加工用の工具に代えて加工主軸S1に装着した切換ホルダGによりB機種用のクランプ位置に切り替える。同時に、切換ホルダGと交換した工具を含むA機種加工用の所要本数の工具を第1メインストッカ80aからサブストッカへ移し、B機種加工用の所要本数の工具をサブストッカから第1メインストッカ80aへ移す。すなわち、B機種加工用の所要本数の工具が第1メインストッカ80aに収納されるようにサブストッカと第1メインストッカ80aとの間で工具交換を行う。第2のクランプユニットCL2からワークWAn−1をアンクランプさせて払い出す。つぎのワークWBは投入しない。第3のクランプユニットCL3にクランプされているワークWAを、第2工作機械M2により加工する。
第2の工程では、第2工作機械M2による加工作業のサイクルタイム中に、加工主軸S1のA機種加工用工具から切換ホルダGへの工具交換及び第1のクランプユニットCL1のクランプ位置切替、並びに所要本数のB機種加工用工具を利用するためのサブストッカと第1メインストッカ80aとの間での工具交換を行うとともにワークWAn−1を払い出すため、タイムロスは発生しない。
つぎに、図11Cに示すように、第3の工程のためのターンテーブル90の停止直後、第1加工位置P1に位置する第2のクランプユニットCL2にはワークがクランプされていない。ワーク搬出入位置P0に位置する第3のクランプユニットCL3にはワークWAがクランプされている。このワークWAは、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工がいずれも終了している。第2加工位置P2に位置する第1のクランプユニットCL1にはワークがクランプされていない。
制御装置12は、第2のクランプユニットCL2のクランプ位置を、加工主軸S1の切換ホルダGによりB機種用のクランプ位置に切り替える。第3のクランプユニットCL3からワークWAをアンクランプさせて払い出す。つぎのワークWBは投入しない。第1のクランプユニットCL1はワークがクランプされていないままである。
第3の工程では、加工作業を行わないため、第2のクランプユニットCL2のクランプ位置切替及びワークWAの払い出しに要する時間だけタイムロスが発生する。
つぎに、図11Dに示すように、第4の工程のためのターンテーブル90の停止直後、第1加工位置P1に位置する第3のクランプユニットCL3にはワークがクランプされていない。ワーク搬出入位置P0に位置する第1のクランプユニットCL1にはワークがクランプされていない。第2加工位置P2に位置する第2のクランプユニットCL2にはワークがクランプされていない。
制御装置12は、第3のクランプユニットCL3のクランプ位置を、加工主軸S1の切換ホルダGによりB機種用のクランプ位置に切り替える。この切替終了後に、加工主軸S1の切換ホルダGを、第2の工程でサブストッカから第1メインストッカ80aへ移された所要本数のうち1本のB機種加工用工具に交換する。第1のクランプユニットCL1にB機種のワークWBを投入する。
第4の工程では、加工作業を行わないため、第3のクランプユニットCL3のクランプ位置切替及び加工主軸S1の切換ホルダGからB機種加工用工具への工具交換、並びにワークWBの投入に要する時間だけタイムロスが発生する。
つぎに、図11Eに示すように、第5の工程のためのターンテーブル90の停止直後、第1加工位置P1に位置する第1のクランプユニットCL1にはワークWBがクランプされている。このワークWBは、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工がいずれも行われていない。ワーク搬出入位置P0に位置する第2のクランプユニットCL2にはワークがクランプされていない。第2加工位置P2に位置する第3のクランプユニットCL3にはワークがクランプされていない。
制御装置12は、第1のクランプユニットCL1にクランプされているB機種のワークWBを、第1工作機械M1により加工する。加工主軸S2の工具を第2メインストッカ80bへ移す。同時に、移した工具を含むA機種加工用の所要本数の工具を第2メインストッカ80bからサブストッカへ移し、B機種加工用の所要本数の工具をサブストッカから第2メインストッカ80bへ移す。すなわち、B機種加工用の所要本数の工具が第2メインストッカ80bに収納されるようにサブストッカと第2メインストッカ80bとの間で工具交換を行う。サブストッカから第2メインストッカ80bへ移された所要本数のうち1本のB機種加工用工具を加工主軸S2に装着する。第2のクランプユニットCL2にB機種のワークWBを投入する。
第5の工程では、第1工作機械M1による加工作業のサイクルタイム中に、所要本数のB機種加工用工具を利用するためのサブストッカと第2メインストッカ80bとの間での工具交換及び加工主軸S2のA機種加工用工具からB機種加工用工具への工具交換を行うとともにワークWBを投入するため、タイムロスは発生しない。
つぎに、図11Fに示すように、第6の工程のためのターンテーブル90の停止直後、第2加工位置P2に位置する第1のクランプユニットCL1にはワークWBがクランプされている。このワークWBは、第1工作機械M1による加工のみが終了している。第1加工位置P1に位置する第2のクランプユニットCL2にはワークWBがクランプされている。このワークWBは、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工がいずれも行われていない。ワーク搬出入位置P0に位置する第3のクランプユニットCL3にはワークがクランプされていない。
制御装置12は、第1のクランプユニットCL1にクランプされているB機種のワークWBを、第2工作機械M2により加工する。第2のクランプユニットCL2にクランプされているB機種のワークWBを、第1工作機械M1により加工する。第3のクランプユニットCL3にB機種のワークWBを投入する。
第6の工程では、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工作業のサイクルタイム中にWBを投入するため、タイムロスは発生しない。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)第1の工程では、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工作業のサイクルタイム中にワークWAn−2を払い出すため、タイムロスは発生しない。
(2)第2の工程では、第2工作機械M2による加工作業のサイクルタイム中に、加工主軸S1のA機種加工用工具から切換ホルダGへの工具交換及び第1のクランプユニットCL1のクランプ位置切替、並びに所要本数のB機種加工用工具を利用するためのサブストッカと第1メインストッカ80aとの間での工具交換を行うとともにワークWAn−1を払い出すため、タイムロスは発生しない。
(3)第3の工程では、加工作業を行わないため、第2のクランプユニットCL2のクランプ位置切替及びワークWAの払い出しに要する時間だけタイムロスが発生する。
(4)第4の工程では、加工作業を行わないため、第3のクランプユニットCL3のクランプ位置切替及び加工主軸S1の切換ホルダGからB機種加工用工具への工具交換、並びにワークWBの投入に要する時間だけタイムロスが発生する。
(5)第5の工程では、第1工作機械M1による加工作業のサイクルタイム中に、所要本数のB機種加工用工具を利用するためのサブストッカと第2メインストッカ80bとの間での工具交換及び加工主軸S2のA機種加工用工具からB機種加工用工具への工具交換を行うとともにワークWBを投入するため、タイムロスは発生しない。
(6)第6の工程では、第1工作機械M1及び第2工作機械M2による加工作業のサイクルタイム中にWBを投入するため、タイムロスは発生しない。
(7)したがって、タイムロスを最少限に抑えてクランプユニットのクランプ位置を切替えることができる。
10…工作機械システム
10a(M1)…第1工作機械
10b(M2)…第2工作機械
11…位置調整機構
12…制御装置
14…ワーク移動装置
36(S1、S2)…加工主軸
90…ターンテーブル
92…メインモータ
100(CL1、CL2、CL3)…クランプユニット
P1…第1加工位置
P2…第2加工位置
P0…ワーク搬出入位置
WA、WB…ワーク

Claims (4)

  1. 調整機構により位置の調整が可能な加工主軸をそれぞれ有する第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されるワークを移動させるワーク移動装置と、を備え、
    前記ワーク移動装置は、
    ターンテーブルと、
    前記ターンテーブル上に配置され、ワークをクランプして当該ワークの加工面を前記加工主軸に対向する向きに位置決め可能な複数のクランプユニットと、
    前記クランプユニットを、ワークの搬入、搬出を行うワーク搬出入位置、ワークの加工面を前記第1工作機械の加工主軸に対向させる第1加工位置、及び、ワークの加工面を前記第2工作機械の加工主軸に対向させる第2加工位置にそれぞれ位置させるように、前記ターンテーブルを間欠回転させる回転機構と、を有する工作機械システムの機種切替方法であって、
    前記ターンテーブルの間欠回転により前記ワーク搬出入位置に位置する第1の前記クランプユニットを空にし、前記第2加工位置に位置する第2の前記クランプユニットのワークを前記第2工作機械で加工し、前記第1加工位置に位置する第3の前記クランプユニットのワークを前記第1工作機械で加工する第1の工程と、
    前記ターンテーブルの間欠回転により前記第1加工位置に位置する前記第1のクランプユニットを、前記調整機構で位置調整することにより前記第1工作機械の加工主軸によって新機種用のクランプ位置に切り替え、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第2のクランプユニットを空にし、前記第2加工位置に位置する前記第3のクランプユニットのワークを前記第2工作機械で加工する第2の工程と、
    前記ターンテーブルの間欠回転により前記第1加工位置に位置する前記第2のクランプユニットを、前記調整機構で位置調整することにより前記第1工作機械の加工主軸によって新機種用のクランプ位置に切り替え、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第3のクランプユニットを空にする第3の工程と、
    前記ターンテーブルの間欠回転により前記第1加工位置に位置する前記第3のクランプユニットを、前記調整機構で位置調整することにより前記第1工作機械の加工主軸によって新機種用のクランプ位置に切り替え、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第1のクランプユニットに新機種のワークを搬入する第4の工程と、
    前記ターンテーブルの間欠回転により前記第1加工位置に位置する前記第1のクランプユニットのワークを前記第1工作機械で加工し、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第2のクランプユニットに新機種のワークを搬入する第5の工程と、
    前記ターンテーブルの間欠回転により前記第2加工位置に位置する前記第1のクランプユニットのワークを前記第2工作機械で加工し、前記第1加工位置に位置する前記第2のクランプユニットのワークを前記第1工作機械で加工し、前記ワーク搬出入位置に位置する前記第3のクランプユニットに新機種のワークを搬入する第6の工程と、
    を含むことを特徴とする工作機械システムの機種切替方法。
  2. 請求項1に記載の工作機械システムの機種切替方法において、
    前記第1工作機械に対応して複数の工具を保持する第1メインストッカと、前記第2工作機械に対応して複数の工具を保持する第2メインストッカと、前記第1メインストッカ及び前記第2メインストッカとの間で相互に工具を交換可能なサブストッカとを備え、
    前記第2の工程では、新機種のワークの加工に用いる工具が前記第1メインストッカに収納されるように当該第1メインストッカと前記サブストッカとの間で工具交換を行うことを特徴とする工作機械システムの機種切替方法。
  3. 請求項2に記載の工作機械システムの機種切替方法において、
    前記第5の工程では、新機種のワークの加工に用いる工具が前記第2メインストッカに収納されるように当該第2メインストッカと前記サブストッカとの間で工具交換を行うことを特徴とする工作機械システムの機種切替方法。
  4. 調整機構により位置の調整が可能な加工主軸をそれぞれ有する第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されるワークを移動させるワーク移動装置と、を備え、
    前記ワーク移動装置は、
    ターンテーブルと、
    前記ターンテーブル上に配置され、ワークをクランプして当該ワークの加工面を前記加工主軸に対向する向きに位置決め可能な複数のクランプユニットと、
    前記クランプユニットを、ワークの搬入、搬出を行うワーク搬出入位置、ワークの加工面を前記第1工作機械の加工主軸に対向させる第1加工位置、及び、ワークの加工面を前記第2工作機械の加工主軸に対向させる第2加工位置にそれぞれ位置させるように、前記ターンテーブルを間欠回転させる回転機構と、を有する工作機械システムの機種切替装置であって、
    前記第1工作機械の加工主軸の位置を前記調整機構により調整することによって、当該加工主軸により前記クランプユニットのクランプ位置切替を実行させる制御装置を備え
    前記制御装置は、
    前記ターンテーブルの間欠回転により前記ワーク搬出入位置に位置する第1の前記クランプユニットを空にし、前記第2加工位置に位置する第2の前記クランプユニットのワークを前記第2工作機械で加工し、前記第1加工位置に位置する第3の前記クランプユニットのワークを前記第1工作機械で加工する第1の工程に続く、前記ターンテーブルの間欠回転により前記ワーク搬出入位置に位置する前記第2のクランプユニットを空にし、前記第2加工位置に位置する前記第3のクランプユニットのワークを前記第2工作機械で加工する第2の工程において、前記第1加工位置に位置する前記第1のクランプユニットを、前記調整機構で位置調整することにより前記第1工作機械の加工主軸によって新機種用のクランプ位置に切り替え、
    前記第2の工程に続く、前記ターンテーブルの間欠回転により前記ワーク搬出入位置に位置する前記第3のクランプユニットを空にする第3の工程において、前記第1加工位置に位置する前記第2のクランプユニットを、前記調整機構で位置調整することにより前記第1工作機械の加工主軸によって新機種用のクランプ位置に切り替え、
    前記第3の工程に続く、前記ターンテーブルの間欠回転により前記ワーク搬出入位置に位置する前記第1のクランプユニットに新機種のワークを搬入する第4の工程において、前記第1加工位置に位置する前記第3のクランプユニットを、前記調整機構で位置調整することにより前記第1工作機械の加工主軸によって新機種用のクランプ位置に切り替えることを特徴とする工作機械システムの機種切替装置。
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