JP5390567B2 - 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 特許2003−266203号公報 特公平5−2446号公報
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。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、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。
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な固定部を備えるテーブルと、前記固定部に係合可能であって、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固定部移動工具と、を有し、前記加工主軸に前記固定部移動工具が装着され、且つ前記固定部のロックが解除されているときに、該固定部移動工具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、前記各位置決め基準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。
本実施の形態に係る工作機械の斜視図である。 本実施の形態に係る工作機械の正面図である。 本実施の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。
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1〜図7を参照しながら説明する。
図1〜図3は、本実施の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、本実施の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、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。
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。
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、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、本実施例ではディスク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、本実施の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、最左レベリング脚13aの軸中心から最右レベリング脚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>0.5W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(固定部移動工具)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が突設される外側旋回部268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が突設される内側旋回部270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、所定の制御装置の作用下、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、制御装置の作用下、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、制御装置の作用下、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。なお、この場合のノックピン262、264の位置検出、すなわち、移動ツール204による外側旋回部268及び内側旋回部270の回転角度や位置の検出には、図13に示すような、回転角度(位置)検出手段として、例えば、エンコーダ315a、315bが用いられる。
このため、テーブル202では、制御装置の作用下、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。
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。
制御装置の作用下、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中の二点差線で示す位置(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中の二点差線)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中の二点差線で示す位置から、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、本実施形態に係る工作機械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。
本発明に係る工作機械は、上述の実施の形態に限らず、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もちろんである。
10、200…工作機械 18…コラム
22…支持体 26、30…ボールネジ機構
32…回転アーム 34…アームモータ
36…加工主軸 38…スピンドルモータ
40…枠体 44…シャフト
46…プーリ機構 50…ツールヘッド
78…アンクランプブロック 80…回転マガジン
202…テーブル 204…移動ツール(固定部移動工具)
C…回転中心 R…距離
T…工具 W…ワーク

Claims (6)

  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、
    さらに、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と、
    前記加工主軸に設けられ、該加工主軸をアンクランプ状態とするための第1アンクランプ用部材と、
    前記支持体が前記回転マガジンに指向して鉛直上方にスライド移動したときに前記第1アンクランプ用部材に当接する一方、前記支持体が前記回転マガジンから離間するように鉛直下方にスライド移動したときに前記第1アンクランプ用部材と離間する第2アンクランプ用部材と、
    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とが同一鉛直面上に配置され、
    前記回転マガジンと前記加工主軸との間で前記工具を直接的に受け渡して交換し、
    前記工具を交換する際、前記回転アームを鉛直上方に指向させるとともに、前記支持体を少なくとも上昇させることで前記加工主軸の位置を調整し、該加工主軸の位置を前記回転マガジンに合致させ、さらに、前記第1アンクランプ用部材が前記第2アンクランプ用部材に当接することに伴ってアンクランプ状態となった前記加工主軸から工具を前記回転マガジンで受けた後、該回転マガジンが回転して割り出された新たな工具を前記加工主軸で受け、前記第1アンクランプ用部材が前記第2アンクランプ用部材から離間することで、前記加工主軸に前記新たな工具をクランプ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たことを特徴とする工作機械。
  4. 請求項1〜3記載の工作機械において、
    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倍であることを特徴とする工作機械。
  5. 請求項1〜4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。
  6. 請求項1〜5記載の工作機械において、
    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な固定部を備えるテーブルと、
    前記固定部に係合可能であって、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固定部移動工具と、
    を有し、
    前記加工主軸に前記固定部移動工具が装着され、且つ前記固定部のロックが解除されているときに、該固定部移動工具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、前記各位置決め基準部の位置に対応して前記各固定部を移動させることを特徴とする工作機械。
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