JP5962220B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工具を把持する把持アームを、工具を交換する交換位置に搬送し、搬送した把持アームに把持された工具を加工位置から交換位置に移動した加工部に装着し、加工部を加工位置に移動させてワークを加工する工作機械に関する。

一般に工作機械は、フライス加工、ねじ立て等種々の加工を行う。工作機械は、複数の工具を格納する工具マガジンを備える。工具マガジンは複数の工具を循環させることができる。工作機械は制御部からの指令に基づき工具マガジンにて工具を循環させて、所定の工具を取り出す。そして加工部（例えば主軸）に装着された工具と交換し、目的の加工を行う。

特許文献１には、工具収納装置（工具マガジン）及び該工具収納装置を備える工作機械が開示してある。工具収納装置は、チェーン及びスプロケットを有し、チェーンには工具を収容する複数の工具ポットが連結している。スプロケットはモータ等の駆動源に連結しており、スプロケットの回転によって所望の工具ポット（工具）を、工具を交換する交換位置に搬送する。

特開平１１−４８０７６号公報

チェーンは複数の部品を連結して構成し、スプロケットに噛合した位置から離れるに従って各部品の寸法公差が累積する。そのため工具を交換位置まで搬送するために必要な予め算出した回転数だけスプロケットを回転させても、交換位置から偏倚した位置に工具が搬送することがある。

その場合、工具と加工部との位置が整合せず、工具の加工部への取り付けが不可能になるか又は本来の位置から偏倚した位置に工具を取り付けた状態で加工部が回転し、ワークの加工中に工具が破損するおそれがある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、駆動源から離反した交換位置において、工具と加工部との位置を整合させることができ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、工具を把持し、中途部に設けた枢軸によって回転可能な複数の把持アームと、該把持アームを工具を交換する交換位置に搬送する搬送部と、前記把持アームに把持された工具を装着してワークを加工する加工部とを備え、該加工部はワークを加工する加工位置と交換位置との間を移動するようにしてある工作機械であって、前記加工部の移動によって前記加工部と同方向に移動するカムと、中途部に設けた回転軸を支点にして回転する回転杆、及び該回転杆の一端部に設けてあり、前記カムに当接するカムフォロワを有し、前記枢軸の軸方向における前記把持アームの位置決めを行う位置決め部と、前記把持アームに設けてあり、前記回転杆の回転によって該回転杆の他端部が嵌合する嵌合部とを備えることを特徴とする。

本発明においては、カムフォロワを有する位置決め部を設けており、工具交換時において加工部が加工位置及び交換位置の間を移動する場合に、加工部に設けたカムにカムフォロワを当接させる。カムからカムフォロワに力が作用し、回転杆は回転軸を支点にして回転する。回転杆の他端部は把持アームが有する嵌合部に嵌合し、把持アームを枢軸の軸方向に位置決めする。把持アームは、枢軸の軸方向が工具マガジンの循環方向に沿うように配設してあり、交換位置における循環方向の位置ずれは、枢軸の軸方向の位置ずれとなって表れる。そのため軸方向の位置決めは循環方向の位置決めとなり、この状態で工具交換が実施される。

本発明に係る工作機械は、前記嵌合部が、前記枢軸に外挿された環状をなし、外周に溝（又は突起）が周設してあり、前記回転杆は、前記溝（又は突起）に嵌合する突起（又は溝）を前記他端部に有することを特徴とする。

本発明においては、環状の嵌合部が枢軸に外挿されており、嵌合部の外周に溝（又は突起）が周設してある。回転杆は他端部に突起（又は溝）を有し、嵌合部に嵌合する。

本発明に係る工作機械は、前記カムフォロワが前記カムに接触する位置と前記支点との間の寸法が、前記他端部が前記嵌合部に接触する位置と前記支点との間の寸法よりも大きいことを特徴とする。

本発明においては、カムフォロワがカムに接触する位置と回転杆の回転中心となる支点との間の寸法が、回転杆の他端部が前記嵌合部に接触する位置と前記支点との間の寸法よりも大きくなるようにしてある。これにより、カムから回転杆に作用する力に基づいて他端部から嵌合部へ作用させる力を大きくすることができる。

本発明に係る工作機械は、前記カムをカム面に交差する方向へ付勢する付勢手段を備えることを特徴とする。

本発明においては、カムは付勢手段によりカム面に交差する方向へ付勢されている。カムまたはカムフォロアに工作時の切粉などの異物が付着した場合でも、付勢力以上の力が働けばカムが浮動することによって、カム及びカムフォロワ間に異物が噛み込まれて停止することを防ぐ。

本発明に係る工作機械は、工具を把持し、中途部に設けた枢軸によって回転可能な複数の把持アームと、該把持アームを工具を交換する交換位置に搬送する搬送部と、前記把持アームに把持された工具を装着してワークを加工する加工部とを備え、該加工部はワークを加工する加工位置と交換位置との間を移動するようにしてある工作機械であって、前記加工部の移動によって前記加工部と同方向に移動するカムと、中途部に設けた回転軸を支点にして回転する回転杆、該回転杆の一端部に設けてあり、前記カムに当接するカムフォロワ、及び前記回転杆の他端部に設けてあり、前記枢軸の両端部に対向する位置決め片を有し、前記枢軸の軸方向における前記把持アームの位置決めを行う位置決め部とを備えることを特徴とする。

本発明においては、カムフォロワを有する位置決め部を設けており、工具交換時において加工部が加工位置及び交換位置の間を移動する場合に、加工部に設けたカムにカムフォロワを当接させる。カムからカムフォロワに力が作用し、回転杆は回転軸を支点にして回転する。位置決め片は枢軸の両端部に対向し、軸方向にて枢軸の位置を規制し、把持アームを軸方向に位置決めする。この状態で工具交換が実施される。

本発明に係る工作機械は、前記枢軸の両端部にテーパが形成してあり、前記位置決め片には、前記テーパに対応した傾斜面が形成してあることを特徴とする。

本発明においては、枢軸にテーパを形成し、該テーパに対応した傾斜面を位置決め片に形成する。例えばテーパ及び傾斜面の傾斜角を略同じに設計する。回転杆が回転し、位置決め片が枢軸の両端部に近接した場合、該位置決め片は円滑に枢軸に接触し、把持アームの位置決めが円滑に実現される。

本発明に係る工作機械は、前記枢軸の軸方向に交差する方向における前記把持アームの位置決めを行う第２位置決め部が前記把持アームに設けてあり、前記第２位置決め部が当接する被当接部を備えることを特徴とする。

本発明においては、第２位置決め部が被当接部に当接し、枢軸の軸方向に交差する方向において、把持アームの位置決めを行う。例えば枢軸の軸方向が左右方向の場合、第２位置決め部によって前後方向及び上下方向の位置決めを行う。

本発明に係る工作機械は、前記把持アームは一端部にて工具を把持するようにしてあり、前記第２位置決め部は前記把持アームの他端部から前記枢軸の軸方向に直交する一方向に突出しており、前記枢軸の軸方向に直交する二方向にて前記被当接部に当接するようにしてあることを特徴とする。

本発明においては、第２位置決め部は前記枢軸の軸方向に直交する一方向に突出し、前記軸方向に直交する二方向にて前記被当接部に当接する。把持アームは前記二方向において位置決めされる。

本発明に係る工作機械は、前記加工部の移動によって前記加工部と同方向に移動し、前記把持アームが当接して前記加工部に接近する接近カム及び前記加工部から離反する離反カムとを備え、前記加工部が加工位置から交換位置に移動する場合、前記把持アームの位置決め後に、前記把持アームは前記接近カムへの当接によって前記加工部に装着した工具を把持するようにしてあり、前記加工部が交換位置から加工位置に移動する場合、前記把持アームの位置決め後に、前記把持アームは前記加工部に工具を装着し、前記離反カムへの当接によって工具から離反するようにしてあることを特徴とする。

本発明においては、工具を装着した加工筒が加工位置から交換位置に移動する場合、工具を把持していない把持アームを位置決めした後、把持アームは加工筒に接近して工具を把持する。把持アームは工具を加工筒から取り外す。工具マガジンが回転し、工具を把持した他の把持アームが交換位置に搬送される。加工筒が交換位置から加工位置に移動を開始し、把持アームの位置決めが行われる。把持アームは加工筒に接近して工具を装着する。そして前記把持アームは加工筒から離反する。

本発明にあっては、把持アームの位置決めを終了した後に、工具が交換されるので、工具は加工部に確実に装着され、加工部から脱落することを防止することができる。またワークの加工中に工具又は加工部が破損することを防止することができる。

実施の形態に係る工作機械の斜視図である。 工作機械の正面図である。 工作機械の右側面図である。 工具交換装置及びガイドレールを覆うカバー等を省略した斜視図である。 主軸ヘッドを略示する部分断面図である。 レール部を略示する斜視図である。 レール部を移動する工具マガジンを略示する斜視図である。 移動台を略示する斜視図である。 レールに取り付けた移動台を略示する断面図である。 カム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する斜視図である。 カム機構を略示する拡大斜視図である。 把持アームを略示する斜視図である。 位置決め機構を略示する拡大斜視図である。 交換位置に位置しており、工具ホルダを把持した把持アームを略示する右側面図である。 工具ホルダを把持した把持アームを略示する背面図である。 図１４におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線にて切断した案内板の断面図である。 図１４におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線にて切断したアーム部の断面図である。 交換位置に位置しており、工具ホルダを把持していない把持アームを略示する右側面図である。 主軸ヘッドが上昇している場合におけるカム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する右側面図である。 主軸ヘッドが上昇している場合におけるカム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する右側面図である。 位置決め機構による位置決めを略示する拡大正面図である。 主軸ヘッドが上昇している場合におけるカム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する右側面図である。 主軸ヘッドが上昇している場合におけるカム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する右側面図である。 主軸ヘッドが下降している場合におけるカム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する右側面図である。 主軸ヘッドが下降している場合におけるカム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する右側面図である。 主軸ヘッドが下降している場合におけるカム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する右側面図である。 主軸ヘッドが下降している場合におけるカム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する右側面図である。 変形例に係る把持アームを略示する斜視図である。 変形例に係る位置決め機構を略示する拡大斜視図である。 変形例に係るアーム枢軸軸心を含む縦断面図である。 変形例に係る回転杆及び嵌合部を略示する右側面図である。 図３１のＡ−Ａ線にて切断した変形例に係る回転杆及び嵌合部の嵌合を略示する断面図である。 主軸ヘッドが下降している場合における変形例に係るカム機構、把持アーム及び位置決め機構を略示する右側面図である。

以下本発明を実施の形態に係る工作機械を示す図面に基づいて詳述する。以下の説明では図において矢印で示す上下、左右及び前後を使用する。作業者は前方で工作機械を操作し、ワークの着脱を行う。図１は工作機械の斜視図であり、図２は工作機械の正面図であり、図３は工作機械の右側面図、図４は工具交換装置及びガイドレールを覆うカバー等を省略した斜視図である。

工作機械１００は、基台２０、Ｙ方向移動装置２２、Ｘ方向移動装置２６、コラム２８、Ｚ方向移動装置３０、主軸ヘッド３２（加工部）、工具交換装置１０（搬送部）等を備える。基台２０は床面上に固定してある。基台２０は、Ｙ方向移動装置２２、Ｘ方向移動装置２６を介してコラム２８をＸ方向（左右方向）及びＹ方向（前後方向）に移動可能に支持する。基台２０は、加工対象であるワークを２軸まわりに駆動して保持するワーク保持装置１２０を支持する。コラム２８は、Ｚ方向移動装置３０を介して主軸ヘッド３２をＺ方向（上下方向）に移動可能に支持する。工具交換装置１０は、主軸ヘッド３２に装着する工具を交換する。

Ｙ方向移動装置２２は、互いに平行な１対のガイドレール２２ａ，２２ａ、複数のブロック２２ｂ，２２ｂ，・・・，２２ｂ、Ｙ方向移動台２２ｃ、及びＹ方向駆動モータ（図示略）を備える。ガイドレール２２ａ，２２ａは、左右方向に適当な間隔を空けて基台２０の上面に前後方向に延設してある。ブロック２２ｂ，２２ｂ，・・・，２２ｂはガイドレール２２ａ，２２ａの夫々に前後方向に移動可能に嵌合している。Ｙ方向移動台２２ｃはブロック２２ｂ，２２ｂ，・・・，２２ｂ上に固定してある。Ｙ方向駆動モータの駆動によって、Ｙ方向移動台２２ｃは前後方向に移動する。

Ｘ方向移動装置２６は、互いに平行な１対のガイドレール２６ａ，２６ａ、複数のブロック２６ｂ，２６ｂ，・・・，２６ｂ、コラム台２６ｃ、及びＸ方向駆動モータ（図示略）を備える。ガイドレール２６ａ，２６ａは前後方向に適当な間隔を空けて、Ｙ方向移動台２２ｃの上面に左右方向に延設してある。ブロック２６ｂ，２６ｂ，・・・，２６ｂはガイドレール２６ａ，２６ａの夫々に左右方向に移動可能に嵌合している。コラム台２６ｃはブロック２６ｂ，２６ｂ，・・・，２６ｂ上に固定してある。Ｘ方向駆動モータの駆動によって、コラム２８は左右方向に移動する。
コラム２８は、コラム台２６ｃ上に固定してある。コラム２８は、Ｙ方向移動装置２２及びＸ方向移動装置２６によってＹ方向及びＸ方向に移動する。

Ｚ方向移動装置３０は、互いに平行な１対のガイドレール３０ａ，３０ａ、複数のブロック３０ｂ，３０ｂ，・・・，３０ｂ、主軸ヘッド台３０ｃ及びＺ方向駆動モータ（図示略）を備える。ガイドレール３０ａ，３０ａは、左右方向に適当な間隔を空けてコラム２８の前面に上下方向に延設してある。複数のブロック３０ｂ，３０ｂ，・・・，３０ｂはガイドレール３０ａ，３０ａの夫々に上下方向に移動可能に嵌合している。主軸ヘッド台３０ｃはブロック３０ｂ，３０ｂ，・・・，３０ｂの前面に固定してある。Ｚ方向駆動モータの駆動によって、主軸ヘッド台３０ｃは上下方向に移動する。

主軸ヘッド３２は主軸ヘッド台３０ｃに固定してある。Ｘ方向駆動モータ、Ｙ方向駆動モータ、及びＺ方向駆動モータを駆動制御することで、主軸ヘッド３２は前後、左右及び上下に移動する。

図５は主軸ヘッド３２を略示する部分断面図である。
図５に示すように、主軸ヘッド３２は、前方側の内部にＺ方向に延びる主軸３４を回転可能に保持している。主軸３４は、下端部に工具を装着した円筒状の工具ホルダ１１を脱着可能に保持する。主軸３４は、中空の筒形状をなし、下端部に下方に向かって内径が大きくなるテーパ穴３４ａが形成してある。工具ホルダ１１の上部に形成したテーパ装着部１２は、テーパ穴３４ａに嵌合させて装着する。

主軸３４には、テーパ穴３４ａの上方にドローバー（不図示）が主軸３４の軸方向に移動可能に挿入してある。ドローバーは、周囲にクランプバネ（不図示）を配設している。ドローバーは、クランプバネの弾性力によって上方に付勢されている。ドローバーの下端部には、コレットチャック（不図示）が設けられている。コレットチャックは、工具ホルダ１１のテーパ装着部１２を主軸３４のテーパ穴３４ａに装着すると、テーパ装着部１２から上方に突出するプルスタッド１２ａを挟持することができる。コレットチャックは、クランプバネの弾性力によるドローバーの上方への付勢によりプルスタッド１２ａを挟持した状態で保持する。

ドローバーの上方には、ドローバーを下方に押圧する押圧機構（不図示）が設けられている。押圧機構は、ドローバーをクランプバネの弾性力に抗して下方に押し下げる。ドローバーを下方に押し下げることで、コレットチャックはプルスタッド１２ａの挟持を解除する。コレットチャックがプルスタッド１２ａの挟持を解除することで、工具ホルダ１１は主軸３４から外れる。

主軸３４は、主軸ヘッド３２の上端に設けられた主軸モータ３５に接続されている。主軸３４は、主軸モータ３５の駆動により軸心回りに回転する。主軸３４は、下端に工具ホルダ１１を装着した状態で軸心回りに回転することで、ワーク保持装置１２０に固定されたワークに対して回転加工を行うことができる。

図６はレール部を略示する斜視図、図７はレール部を移動する工具マガジンを略示する斜視図である。
工具交換装置１０は、工具マガジン４０及びマガジン駆動部５０を備える（図６参照）。工具交換装置１０は複数の工具ホルダ１１を搬送し、主軸３４の下端部に工具ホルダ１１を着脱する。工具マガジン４０は、レール部４１及びチェーン部４２を備える。レール部４１は、支持梁４１ａ，４１ａ、レール台４１ｂ、及びレール４１ｃを備える。支持梁４１ａ，４１ａは、上側を斜辺として前方へ下方傾斜した三角形状をなす板状の構造部材であり、コラム２８の左右に片持ちに固定してある。支持梁４１ａ，４１ａは、コラム２８の左右に固定した部分から主軸ヘッド３２の両側部分まで前方へ下方傾斜して延設してある。

レール台４１ｂは、長円形の環状部材であり、コラム２８及び主軸ヘッド３２を囲むように支持梁４１ａ，４１ａに固定して設けてある。レール台４１ｂは、支持梁４１ａ，４１ａの上側端面に沿って、前面側下方から後面側上方へ延設してあり、水平面から略３０度傾斜するように配してある（図３参照）。図６に示すように、レール台４１ｂにおける後方の半円状の部分には、板状の取付台４１ｅが該半円状の周縁から延設してある。取付台４１ｅは、マガジン駆動部５０を支持する。

図８は移動台を略示する斜視図、図９はレールに取り付けた移動台を略示する断面図である。レール４１ｃは、略矩形状の断面を有し、レール台４１ｂ上に長円形で無端状の軌道をなすように形成してある。図９に示すように、レール４１ｃは、長円形の軌道の内周側面及び外周側面に夫々、長円形をなす鍔状の嵌合部４１ｄ，４１ｄを有する。該嵌合部４１ｄ，４１ｄは、後述する内側ローラ４７及び外側ローラ４８のＶ溝に嵌合する。チェーン部４２は、複数の移動台４３，４３，・・・、４３、複数のリンク部材４４，４４，・・・、４４、及び複数の把持アーム７０，７０，・・・、７０を備える。複数（例えば１１個）の移動台４３，４３，・・・、４３は、夫々レール４１ｃによって支持され、レール４１ｃによる軌道上を移動可能としてある。リンク部材４４，４４，・・・、４４は、隣り合う移動台４３，４３を連結する。複数の移動台４３，４３，・・・及びリンク部材４４，４４，・・・は、無端状のチェーンを形成する。複数（例えば２２個）の把持アーム７０，７０，・・・、７０は、夫々移動台４３，４３，・・・、４３の下部に連結してあり、工具ホルダ１１を把持する。工具マガジン４０は、移動台４３，４３，・・・、４３をレール４１ｃの軌道に沿って循環し、把持アーム７０が保持する工具ホルダ１１を主軸３４下方の交換位置に割り出す。レール台４１ｂが水平面から略３０度傾斜して配置してあるため、工具マガジン４０の軸心方向は、鉛直線（図３参照）に対して主軸ヘッド３２側に略３０度傾斜している。

移動台４３は、基板４６、内側ローラ４７，４７、外側ローラ４８，４８、及び複数のピン４９，４９，・・・、４９を備える。基板４６は、略矩形状である。基板４６の下面に内側ローラ４７，４７及び外側ローラ４８，４８を夫々下面法線方向の軸まわりに回動可能に軸支している。内側ローラ４７，４７及び外側ローラ４８，４８は、円板形をなし、外周にＶ溝を有する。内側ローラ４７，４７は、レール４１ｃの内周側面に設けた嵌合部４１ｄにＶ溝により嵌合し、外側ローラ４８，４８は、レール４１ｃの外周側面に設けた嵌合部４１ｄにＶ溝により嵌合する。６個のピン４９，４９，・・・、４９が、基板４６の上面に立設している。移動台４３上の複数（例えば６個）のピン４９，４９，・・・、４９は、レール４１ｃの軌道における半円状の部分に移動台４３が位置するときに、該半円と同心の円周上に並ぶように配置してある。複数のピン４９，４９，・・・、４９は後述のギア５１に噛合する。

リンク部材４４，４４，・・・、４４は、隣り合う移動台４３，４３を連結している。図に示すように、一つの移動台４３に並べた６個のピン４９，４９，・・・、４９の両端から２番目のピン上に連結軸体４９ｂ，４９ｂを設けてある。リンク部材４４，４４，・・・は、連結軸体４９ｂ，４９ｂを介して移動台４３に連結している。把持アーム７０，７０，・・・、７０は、移動台４３，４３，・・・４３の下部に２台ずつ取り付けてある。後述するように、把持アーム７０は工具ホルダ１１を把持する下部先端が揺動することにより工具を交換する。把持アーム７０，７０，・・・、７０の詳細については後述する。

図７に示すように、マガジン駆動部５０は、ギア５１及びマガジン駆動モータ５２を備え、コラム２８の後方に位置する取付台４１ｅに設けてある。ギア５１は、例えばトロコイド形状の歯面を有する外歯車であり、取付台４１ｅの上面に回転可能に設けてある。ギア５１は取付台４１ｅの上面と略平行である。ギア５１は、レール４１ｃの軌道における半円状の部分で、レール４１ｃ上を周回する移動台４３上のピン４９，４９，・・・、４９に噛合する。ギア５１は、ギア径をレール４１ｃの軌道における半円部分の直径より小さく（例えば半分程度と）してある。ギア５１は、ギア径を小さくすることにより、工具マガジン４０の後方へのオーバーハングを抑え、かつコラム２８に機械的に干渉しないようにしている。

マガジン駆動モータ５２は、モータ回転軸がギア５１の軸に連結してあり、ギア５１を回転駆動する。ギア５１は、回転することにより移動台４３上のピン４９，４９，・・・、４９をレール４１ｃの円周接線方向に押す。移動台４３は、ギア５１の回転によりレール４１ｃ上を周回する。マガジン駆動モータ５２は、ギア５１を回転させることにより、移動台４３を搬送する。工具を交換する場合、工具マガジン４０によって所定の把持アーム７０が主軸３４の下方の交換位置（レール台４１ｂにおける前方下端部）に搬送される。

把持アーム７０は後述するカム機構６０によって揺動し、工具ホルダ１１を交換するようにしてある。工具ホルダ１１には工具が取り付けてある。図１０は、カム機構６０、把持アーム７０及び位置決め機構を略示する斜視図、図１１は、カム機構６０を略示する拡大斜視図である。図１０及び図１１の図面中に矢印で示す前後、左右及び上下は図１に対応している。

図１０に示すように、主軸ヘッド３２の前側面にカム機構６０が設けてある。図１１に示すように、カム機構６０は接近カム６１、離反カム６２及び位置決めカム６３（カム）を備える。接近カム６１、離反カム６２及び位置決めカム６３は、主軸３４の前面から突出した上下方向に長い板状をなし、接近カム６１、位置決めカム６３及び離反カム６２の順に左から右に並設されている。接近カム６１は、下端よりもやや上側の位置を頂点６１ａとして上方に向かうに従って突出幅（前後幅）が縮幅する。接近カム６１の頂点よりも下側は、下方に向かうに従って突出幅（前後幅）が縮幅する。接近カム６１は、上端から下方に向けてテーパ状に高さを増し、頂点６１ａに連なるカム面６１ｂを有する。

離反カム６２は、上下方向中央部よりも若干上側の部分を平坦な頂部６２ａとして、下方に向かうに従って突出幅（前後幅）が縮幅する。離反カム６２の頂部６２ａよりも上側は、上方に向かうに従って突出幅が縮幅する。離反カム６２は、下端から上方に向けてテーパ状に高さを増し、頂部６２ａに連なるカム面６２ｂを有する。
接近カム６１の上端部は離反カム６２よりも上方に位置し、離反カム６２の下端部は接近カム６１の下端部よりも下方に位置する。離反カム６２の頂部６２ａと接近カム６１の頂点６１ａとは上下方向に離隔しており、両者の前後位置は略同じである。上下方向に対するカム面６１ｂの傾斜角とカム面６２ｂの傾斜角とは略同じであり、互いに逆向きである。

位置決めカム６３は、上下方向中央部に突出幅が一定の平坦部６３ａを有する。位置決めカム６３の平坦部６３ａより上側は、上方に向かうに従って突出幅が縮幅する。位置決めカム６３の平坦部６３ａより下側は、下方に向かうに従って突出幅が縮幅する。位置決めカム６３の上端部及び下端部は、上端及び下端からテーパ状に高さを増し、平坦部６３ａに連なる上側カム面６３ｂ及び下側カム面６３ｃをそれぞれ有する。上下方向に対する上側カム面６３ｂ及び下側カム面６３ｃの傾斜角は、それぞれカム面６１ｂおよびカム面６２ｂの傾斜角と略同じである。
位置決めカム６３の上端は、接近カム６１の上端よりも上方に位置する。位置決めカム６３の下端は、接近カム６１の下端と略同じ位置にある。平坦部６３ａの前後位置は、頂部６２ａよりも後方に位置し、平坦部６３ａは頂部６２ａよりも低い。
接近カム６１及び離反カム６２は、後述する第１カムフォロワ７１及び第２カムフォロワ７２に当接し、位置決めカム６３は後述する位置決めカムフォロワ８３に当接する。

図１２は、把持アーム７０を略示する斜視図である。
図１２に示すように、把持アーム７０は、前述した移動台４３に取り付ける取付板７３を備える。取付板７３には支持杆７４が設けてあり、該支持杆７４は取付板７３から下方に突出している。支持杆７４の中途部に、後述するピン受部８１ｃに当接する位置決めピン７４ａ（第２位置決め部）が設けてある。位置決めピン７４ａは支持杆７４から後方に突出している。

支持杆７４の下端部にはブロック７４ｂが設けてある。該ブロック７４ｂの両側面に、後述するアーム部７６の回転を案内する案内板７５、７５がそれぞれ固定してある。案内板７５、７５は互いに対向している。側面視において、案内板７５は、上端部を要として下方に広がる扇状をなす。案内板７５の上端部には、後述するアーム枢軸７７を挿入するアーム軸孔７５ａが設けてある。なお前記位置決めピン７４ａは、アーム軸孔７５ａの軸方向及び上下方向に対して直交する方向に沿って支持杆７４を貫通し、支持杆７４から突出している。

把持アーム７０は両案内板７５、７５の間に、上下に延び、下側に突出する湾曲した円弧状のアーム部７６が設けてある。アーム部７６の上端部にはアーム枢軸７７（枢軸）が設けてあり、該アーム枢軸７７の両端部は、アーム部７６の上端部両側から突出している。アーム枢軸７７の両端部には周方向に沿ってテーパ７７ａ、７７ａが形成してある。アーム枢軸７７の両端部は、各案内板７５、７５のアーム軸孔７５ａ、７５ａに回転可能に挿入してある。アーム部７６の下端部は二股に分かれている。二股に分かれた下端部の各先端部に把持ピンユニット７９、７９を保持する保持円筒７８、７８が形成してある。保持円筒７８は、前記アーム枢軸７７と同方向を軸方向としている。なお把持アーム７０は、アーム枢軸７７がレール４１ｃの軌道接線に沿うように、移動台４３に取り付けてある。

図８及び図１２に示すように、把持ピンユニット７９は、有底円筒形のホルダ７９ａと、該ホルダ７９ａに収容されたピン７９ｂとを有する。ピン７９ｂの先端部はホルダ７９ａから突出しており、ホルダ７９ａ内のばね（不図示）によって突出方向に付勢されている。ピン７９ｂの先端面は、外向きに突出した曲面状をなす。両ピン７９ｂ、７９ｂの先端面が互いに対向するように、把持ピンユニット７９、７９はそれぞれ保持円筒７８、７８に嵌合している。両ピン７９ｂ、７９ｂは工具ホルダ１１（工具）を脱着するようにしてある。円筒状をなす工具ホルダ１１のテーパ装着部１２の下側に溝１１ａが全周に形成してある。両ピン７９ｂ、７９ｂの間に工具ホルダ１１を挿入した場合、両ピン７９ｂ、７９ｂは溝１１ａに嵌合し、工具ホルダ１１を保持する。

アーム枢軸７７の上側に前記接近カム６１に当接する第１カムフォロワ７１が設けてある。第１カムフォロワ７１は上方に突出している。第１カムフォロワ７１は円形のローラであり、アーム枢軸７７と平行な軸回りに回転する。前記アーム部７６の中途部に、前記離反カム６２に当接する第２カムフォロワ７２が設けてある。第２カムフォロワ７２は円形のローラであり、アーム枢軸７７と平行な軸回りに回転する。

図１３は、位置決め機構８０を略示する拡大斜視図である。図１３Ａは位置決め機構８０全体を略示する拡大斜視図である。図１３Ｂは基台８１を取り外した状態を示す拡大斜視図である。図１３Ｂにおいて回転軸８４の記載を省略してある。
前述したレール台４１ｂに、工具と主軸３４との位置を整合させる位置決め機構８０を設けてある。位置決め機構８０は、レール台４１ｂの下端部に固定された基台８１を備える（図６参照）。レール台４１ｂの下端部は交換位置に位置する。
基台８１は、取付板８１ａと、延出部８１ｂと、ピン受部８１ｃとを備える。取付板８１ａは矩形状の上面を有し、該上面が、レール台４１ｂ下端部の下面に固定してある。ピン受部８１ｃは側面視Ｌ形をなし、取付板８１ａの前部から下方に垂下した上下方向に平行な部分と、垂下した先端から前方に突出した前後方向に平行な部分とを備える。延出部８１ｂ、８１ｂは、取付板８１ａの両側部それぞれから下方に延出している。延出部８１ｂ、８１ｂはブロック状をなし、互いに対向している。延出部８１ｂ、８１ｂには貫通した位置決め軸孔８１ｄ、８１ｄが設けてある。各位置決め軸孔８１ｄ、８１ｄの軸心は一致している。位置決め軸孔８１ｄ、８１ｄの軸心に交差するように、両延出部８１ｂ、８１ｂの間に回転杆８２が設けてある。回転杆８２は前側を下向きにして傾斜している。

回転杆８２の中途部に、回転杆８２に略直交した回転軸８４が設けてある。回転軸８４は両位置決め軸孔８１ｄ、８１ｄに回転可能に挿入される。回転杆８２の後端部に位置決めカムフォロワ８３が設けてある。位置決めカムフォロワ８３は、回転軸８４と平行な軸回りに回転可能な円柱形のローラである。回転杆８２の前端部に軸方向に延びる杆体８５が設けてある。杆体８５及び基台８１は、ばね８７によって連結してある。回転杆８２の前端部は杆体８５の中央部に連結している。

杆体８５の両端部に下方に延びた位置決め片８６、８６がそれぞれ設けてある。位置決め片８６、８６はブロック状をなす。両位置決め片８６、８６は互いに対向している。位置決め片８６、８６の対向部分に、傾斜面８６ａ、８６ａがそれぞれ設けてある。傾斜面８６ａは、位置決め片８６における左右幅が下端に向けて縮幅するように形成されている。傾斜面８６ａの傾斜角はテーパ７７ａの傾斜角と略同じである。位置決め片８６、８６間の寸法は、アーム枢軸７７の軸方向寸法と同じか又はそれよりも若干大きい。なお位置決め片８６は、ばね８７の弾性力によって、回転軸８４を中心として右側から見て時計回り方向（後述する図２０参照）に付勢されている。

図１４は交換位置に位置しており、工具ホルダ１１を把持した把持アーム７０を略示する右側面図、図１５は工具ホルダ１１を把持した把持アーム７０を略示する背面図、図１６は図１４におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線にて切断した案内板７５の断面図、図１７は図１４におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線にて切断したアーム部７６の断面図、図１８は交換位置に位置しており、工具ホルダ１１を把持していない把持アーム７０を略示する右側面図である。なお図１５は後方から把持アーム７０を見た図である。

図１４及び図１６に示すように、案内板７５におけるアーム部７６側の面（図１４において紙面裏側から視認される面）の下部に、第１凹部７５１及び第２凹部７５２が前後に離隔して設けてある。第１凹部７５１は案内板７５の後端部に位置し、第２凹部７５２は案内板７５の前端部に位置する。アーム枢軸７７及び第１凹部７５１間の距離とアーム枢軸７７及び第２凹部７５２間の距離とは等しい。案内板７５において、第１凹部７５１及び第２凹部７５２の間には両者に連なる平滑な平坦面７５３が形成されている。該平坦面７５３は、アーム枢軸７７及び第１凹部７５１間の距離を曲率半径とした円弧に沿って形成されている。第１凹部７５１、第２凹部７５２及び平坦面７５３は、アーム枢軸７７を曲率中心とした同一円弧上に位置する。

図１６に示すように、第１凹部７５１は半球状をなし、第２凹部７５２よりも深く形成されている。第１凹部７５１の曲率は、後述する球体７６３の曲率と同じである。第２凹部７５２は、小径の曲率半径にて形成された半球状をなす球面部７５２ａと、該球面部７５２ａの縁部分に連なり、該縁部分に沿って形成された曲面部７５２ｂとを有する。球面部７５２ａは球体７６３の曲率と同じである。曲面部７５２ｂは外向き（前後方向）に突出するように湾曲しており、球面部７５２ａよりも大径の曲率半径を有する。

図１５に示すように、アーム部７６の中途部の左右側面は案内板７５、７５にそれぞれ対向している。該左右側面は、案内板７５，７５に向けて突出した突出部７６ａを有する。突出部７６ａ及びアーム枢軸７７間の距離は、アーム枢軸７７及び第１凹部７５１間の距離に等しい。
図１７に示すように、突出部７６ａには、アーム枢軸７７の軸方向と平行な方向（左右方向）に窪んだ収容凹部７６０が形成されている。収容凹部７６０は、付勢ばね７６１、球体保持筒７６２及び球体７６３を収容する。

付勢ばね７６１は左右方向に平行な圧縮コイルばねであり、収容凹部７６０の内奥に設けてある。球体保持筒７６２は、有底円筒部７６２ａと、該有底円筒部７６２ａの底部から有底円筒部７６２ａの開口と反対側に突出しており、付勢ばね７６１に挿入される挿入部７６２ｂとを有する。挿入部７６２ｂは、有底円筒部７６２ａと同軸的に配置された円柱形をなす。挿入部７６２ｂの直径は、付勢ばね７６１の内径と同じか又はそれよりも小さい。挿入部７６２ｂの軸方向寸法（左右寸法）は、付勢ばね７６１の軸方向寸法（左右寸法）の半分以下である。

収容凹部７６０の開口部分の内側に、球体保持筒７６２の左右方向への移動を円滑にする滑りガイド筒７６４が嵌合している。滑りガイド筒７６４は円筒形であり、有底円筒部７６２ａの外径は滑りガイド筒７６４の内径と略同じである。球体保持筒７６２は、挿入部７６２ｂが付勢ばね７６１の一端部に挿入されるように、滑りガイド筒７６４内に収容してある。

付勢ばね７６１は、その一端部を挿入部７６２ｂの外周面に位置させて、有底円筒部７６２ａの底面と収容凹部７６０の底面との間に挟まれている。有底円筒部７６２ａの開口部分は、左右方向において収容凹部７６０の開口部分と略同じ位置にある。有底円筒部７６２ａ内には球体７６３が転動可能に収容されており、球体７６３の略半分が有底円筒部７６２ａ内に位置する。球体７６３の残余部分は収容凹部７６０の開口（突出部７６ａ）から突出しており、案内板７５に接触している。付勢ばね７６１が圧縮した場合、球体７６３及び球体保持筒７６２は収容凹部７６０の内奥側に移動する。付勢ばね７６１が伸張した場合、球体７６３及び球体保持筒７６２は収容凹部７６０の開口側に移動する。なお付勢ばね７６１が最も圧縮された場合でも、挿入部７６２ｂが収容凹部７６０の底面に接触しないように、挿入部７６２ｂ及び付勢ばね７６１を設計してある。

前述したように、案内板７５はブロック７４ｂに固定してあり、取付板７３を介して移動台４３に固定されている。アーム部７６は案内板７５、７５の間をアーム枢軸７７を中心にして回転する。また突出部７６ａ（収容凹部７６０）及びアーム枢軸７７間の距離は、アーム枢軸７７及び第１凹部７５１間の距離に等しく、第１凹部７５１、第２凹部７５２及び平坦面７５３は、アーム枢軸７７を曲率中心とした同一円弧上に位置する。そのためアーム部７６がアーム枢軸７７を回転中心にして軸回りに回転した場合、球体７６３は第１凹部７５１、第２凹部７５２又は平坦面７５３に対向接触し、転動する。付勢ばね７６１によって、球体７６３は第１凹部７５１、第２凹部７５２及び平坦面７５３に常時押圧されており、アーム部７６の回転途中に収容凹部７６０から脱落することはない。

図１４、図１６及び図１７に示すように、把持アーム７０が工具ホルダ１１を把持している場合、各球体７６３、７６３は第１凹部７５１、７５１に嵌合している。球体７６３が第１凹部７５１に嵌合している場合、工具マガジン４０の回転によって把持アーム７０が移動しても、球体７６３は第１凹部７５１から外れず、把持アーム７０は姿勢を維持することができる。

図１６及び図１８に示すように、把持アーム７０が工具ホルダ１１を把持しておらず、交換位置にて待機している場合、各球体７６３、７６３は第２凹部７５２、７５２に嵌合している。把持アーム７０は交換位置にて姿勢を維持することができる。

後述するように、図１８に示した姿勢において、把持アーム７０の第１カムフォロワ７１に、接近カム６１のカム面が当接した場合、該カム面から接近カム６１に作用する力によって、アーム枢軸７７を回転中心にして反時計回りに回転し、球体７６３は第２凹部７５２から容易に抜け出る。第２凹部７５２から抜け出た球体７６３は平坦面７５３上を転動し、第１凹部７５１側に移動する。図１６に示すように、第２凹部７５２は第１凹部７５１よりも浅く、また曲面部７５２ｂは球面部７５２ａよりも傾斜が緩いので、第１凹部７５１に比べて、球体７６３は第２凹部７５２から容易に抜け出すことができる。なお図１８に示した把持アーム７０は図１９に示した把持アーム７０に対応する。

図１４に示した姿勢において、把持アーム７０の第２カムフォロワ７２に、離反カム６２のカム面が当接した場合、該カム面から離反カム６２に作用する力によって、アーム枢軸７７を回転中心にして時計回りに回転し、球体７６３は第１凹部７５１から抜け出る。第１凹部７５１から抜け出た球体７６３は平坦面７５３上を転動し、第２凹部７５２側に移動する。なお図１４に示した把持アーム７０は図２３に示した把持アーム７０に対応する。

図１９、図２０、図２２及び図２３は、主軸ヘッド３２が上昇している場合におけるカム機構６０、把持アーム７０及び位置決め機構８０を略示する右側面図、図２１は、位置決め機構８０による位置決めを略示する拡大正面図、図２４〜図２７は、主軸ヘッド３２が下降している場合におけるカム機構６０、把持アーム７０及び位置決め機構８０を略示する右側面図である。

図１９に示すように、ワークの加工を終了した時点で、主軸３４には工具ホルダ１１が装着してある。工具ホルダ１１には工具が取り付けてある。このとき一の把持アーム７０が交換位置にて待機している。該把持アーム７０は、工具ホルダ１１を把持していない。アーム部７６は、保持円筒７８、７８を下方に向けてアーム枢軸７７を支点にしてぶら下がっている。アーム部７６は、アーム枢軸７７を回転中心にして前後方向に回転可能である。

第１カムフォロワ７１、第２カムフォロワ７２及び位置決めカムフォロワ８３は、接近カム６１、離反カム６２及び位置決めカム６３に当接していない。位置決めカムフォロワ８３は、上側カム面６３ｂに対向するように、回転軸８４から後方斜め上方向に突出している。第１カムフォロワ７１は、カム面６１ｂに対向するように、アーム枢軸７７から後方斜め上方向に突出している。第１カムフォロワ７１は位置決めカムフォロワ８３よりも後側に位置する。第２カムフォロワ７２は位置決めカムフォロワ８３よりも前側に位置し、第２カムフォロワ７２後端の前後位置は頂部６２ａと略同じである。

回転杆８２は回転軸８４から前方斜め下方向に突出しており、その先端部に位置決め片８６、８６が設けてある。位置決め片８６、８６はアーム枢軸７７の前方斜め上方向に位置している。

各球体７６３、７６３は第２凹部７５２、７５２に嵌合しており（図１６参照）、把持アーム７０は、保持円筒７８、７８を下方に向けてアーム枢軸７７を支点にしてぶら下がった姿勢を交換位置にて維持する。
図１９の矢印にて示すように、加工を終了した主軸ヘッド３２は加工位置から交換位置に向けて上昇する。

主軸ヘッド３２は更に上昇し、位置決めカムフォロワ８３が位置決めカム６３の上側カム面６３ｂに当接する。図２０に示すように、位置決めカムフォロワ８３は、主軸ヘッド３２の上昇に伴い、位置決めカム６３の上側カム面６３ｂ上を下方に移動する。位置決めカム６３の上側カム面６３ｂは、上端から下方に向かうに従って高さが増す。そのため位置決めカム６３から位置決めカムフォロワ８３に前方への力が作用する。図２０の矢印にて示すように、回転軸８４を回転中心にして回転杆８２がばね８７の弾性力に抗して反時計回りに回転する。位置決め片８６、８６は、アーム枢軸７７を軸方向において挟み込むように、アーム枢軸７７の両端部に対向する。

図２１に示すように、アーム枢軸７７の位置が軸方向（左右方向）において所定位置（工具交換時に主軸３４と把持アーム７０とが整合する位置）から偏倚している場合、位置決め片８６の傾斜面８６ａとアーム枢軸７７のテーパ７７ａとが接触し、アーム枢軸７７に軸方向の力が作用する。把持アーム７０は、基台８１が固定されたレール台４１ｂを支えとして（図６参照）、アーム枢軸７７の軸方向に位置決めされる。

図２０の白抜矢符にて示すように、位置決め片８６がアーム枢軸７７に接触することによって、後斜め下方向への力が把持アーム７０全体に作用し、位置決めピン７４ａが、側面視Ｌ形をなすピン受部８１ｃに当接する。位置決めピン７４ａの先端は、ピン受部８１ｃの上下方向に平行な部分に当接する。位置決めピン７４ａの下部は、ピン受部８１ｃの前後方向に平行な部分に当接する。把持アーム７０は上下方向及び前後方向に位置決めされる。第１カムフォロワ７１は接近カム６１のカム面６１ｂ上に位置する。第２カムフォロワ７２は離反カム６２のカム面６２ｂ上に位置する。

図２０及び図２２の矢印にて示すように、位置決め終了後、工具ホルダ１１（工具）を装着した主軸ヘッド３２が更に上昇する。第１カムフォロワ７１は接近カム６１のカム面６１ｂ上を下方に移動する。カム面６１ｂは上端から下方に向けてテーパ状に高さを増すので、接近カム６１から第１カムフォロワ７１に前方への力が作用し、アーム枢軸７７を回転中心にして把持アーム７０が反時計回りに回転する。このとき前述したように各球体７６３、７６３は第２凹部７５２、７５２から抜け出て、平坦面７５３上を転動し、第１凹部７５１側に移動する。把持ピンユニット７９が工具ホルダ１１に接近する。把持ピンユニット７９のピン７９ｂは工具ホルダ１１の溝１１ａに嵌合する。把持アーム７０は工具ホルダ１１を把持する。位置決めカムフォロワ８３は、位置決めカム６３の平坦部６３ａ上を移動しており、位置決めカム６３から位置決めカムフォロワ８３に前方への力は作用しない。第２カムフォロワ７２はカム面６２ｂ上を移動する。カム面６２ｂは下方に向けてテーパ状に低くなるので、離反カム６２から第２カムフォロワ７２に前方への力は作用しない。

図２３の矢印にて示すように、把持アーム７０が工具ホルダ１１を把持した後、主軸ヘッド３２は更に上昇し、工具ホルダ１１は主軸３４から離脱する。第１カムフォロワ７１、第２カムフォロワ７２及び位置決めカムフォロワ８３は接近カム６１、離反カム６２及び位置決めカム８３から離れる。回転杆８２は、ばね８７の弾性復元力によって時計回りに回転する。前述したように各球体７６３、７６３は第１凹部７５１、７５１に嵌合する（図１４及び図１６参照）。工具マガジン４０が回転し、他の工具ホルダ１１を把持した把持アーム７０が交換位置に搬送される。工具マガジン４０の回転によって把持アーム７０が移動しても、球体７６３は第１凹部７５１から外れず、把持アーム７０は姿勢を維持することができる。

図２４の矢印にて示すように、他の工具ホルダ１１を把持した把持アーム７０が交換位置に搬送された後、主軸ヘッド３２は下降を開始する。位置決めカムフォロワ８３は位置決めカム６３の下端部に当接する。図２４に示すように、位置決めカムフォロワ８３は、主軸ヘッド３２の下降に伴い、位置決めカム６３の下側カム面６３ｃ上を上方に移動する。下側カム面６３ｃは、下端から上方に向かうに従って高さが増す。そのため位置決めカム６３から位置決めカムフォロワ８３に前方への力が作用する。

図２５に示すように、主軸ヘッド３２は更に下降する。図２５の矢印にて示すように、回転軸８４を回転中心にして回転杆８２が、ばね８７の弾性力に抗して反時計回りに回転する。位置決め片８６、８６は、アーム枢軸７７を軸方向において挟み込むように、アーム枢軸７７の両端部に対向する。図２１に示すように、アーム枢軸７７の位置が軸方向において所定位置から偏倚している場合、位置決め片８６の傾斜面８６ａとアーム枢軸７７のテーパ７７ａとが接触し、アーム枢軸７７に軸方向の力が作用する。把持アーム７０は、基台８１が固定されたレール台４１ｂを支えとして（図６参照）、アーム枢軸７７の軸方向に位置決めされる。

例えば把持アーム７０を交換位置に配置すべく、工具マガジン４０の回転によって把持アーム７０が搬送された場合、累積したリンク部材４４，４４，・・・、４４の寸法公差によって、把持アーム７０が交換位置から偏倚した位置に搬送されることがある。この場合であっても、基台８１はレール台４１ｂに固定してあり、また把持アーム７０はアーム枢軸７７がレール４１ｃの軌道に沿うように移動台４３に取り付けてあるので、位置決め片８６にてアーム枢軸７７の軸方向における位置決めを行うことで、レール４１ｃの軌道に沿う方向における偏倚を解消し、把持アーム７０と主軸３４との位置を整合させることができる。

図２５の白抜矢符にて示すように、位置決め片８６がアーム枢軸７７に接触することによって、後斜め下方向への力が把持アーム７０全体に作用し、位置決めピン７４ａが、側面視Ｌ形をなすピン受部８１ｃに当接する。位置決めピン７４ａの先端は、ピン受部８１ｃの上下方向に平行な部分に当接する。位置決めピン７４ａの下部は、ピン受部８１ｃの前後方向に平行な部分に当接する。把持アーム７０は上下方向及び前後方向に位置決めされる。

図２６に示すように、位置決め終了後、主軸ヘッド３２は更に下降する。把持アーム７０に把持された工具ホルダ１１は主軸３４に装着される。第２カムフォロワ７２が離反カム６２の下端部に当接する。第１カムフォロワ７１は頂点６１ａに当接する。位置決めカムフォロワ８３は平坦部６３ａに当接する。

図２７に示すように、主軸ヘッド３２は更に下降する。第２カムフォロワ７２は、主軸ヘッド３２の下降に伴い、離反カム６２のカム面６２ｂ上を上方に移動する。カム面６２ｂは、下端から上方に向けてテーパ状に高さを増す。そのため離反カム６２から第２カムフォロワ７２に前方への力が作用する。図２７の矢印にて示すように、アーム枢軸７７を回転中心にして把持アーム７０が時計回りに回転する。把持ピンユニット７９は工具ホルダ１１から離脱する。このとき前述したように各球体７６３、７６３は第１凹部７５１、７５１から抜け出て、平坦面７５３上を転動し、第２凹部７５２側に移動する。

第１カムフォロワ７１はカム面６１ｂ上を上方に移動する。カム面６１ｂは上方に向けてテーパ状に低くなるので、接近カム６１から第１カムフォロワ７１に前方への力は作用しない。位置決めカムフォロワ８３は、平坦部６３ａ及び上側カム面６３ｂ上を上方に移動する。平坦部６３ａは上下方向に平行であり、上側カム面６３ｂは上方に向けてテーパ状に低くなるので、位置決めカム６３から位置決めカムフォロワ８３に前方への力は作用しない。

主軸ヘッド３２は工具ホルダ１１を装着した状態で更に下降し、加工位置に向けて移動する。把持アーム７０は更に時計回りに回転し、主軸ヘッド３２から離反するので、主軸ヘッド３２に干渉しない。第１カムフォロワ７１、第２カムフォロワ７２及び位置決めカムフォロワ８３は、接近カム６１、離反カム６２及び位置決めカム６３から離れる。各球体７６３、７６３は第２凹部７５２、７５２に嵌合し、把持アーム７０の姿勢は図１９に示す姿勢となる。

実施の形態に係る工作機械１００は、位置決めカムフォロワ８３及び位置決め片８６を有する位置決め機構８０を設けており、工具交換時において主軸ヘッド３２が加工位置及び交換位置の間を移動する場合に、主軸ヘッド３２に設けた位置決めカム６３に位置決めカムフォロワ８３を当接させる。位置決めカム６３から位置決めカムフォロワ８３に力が作用し、位置決め片８６は把持アーム７０のアーム枢軸７７に向けて移動する。位置決め片８６は把持アーム７０をアーム枢軸７７の軸方向にて位置決めする。その後、工具ホルダ１１（工具）の交換が行われる。把持アーム７０の位置決めを終了した後に、工具が交換されるので、工具は主軸ヘッド３２に確実に装着され、主軸ヘッド３２から脱落することを防止することができる。またワークの加工中に工具又は主軸３４が破損することを防止することができる。

また位置決めカム６３から位置決めカムフォロワ８３に力が作用した場合、回転杆８２は回転軸８４を支点にして回転する。位置決め片８６、８６はアーム枢軸７７の両端部に対向し、軸方向にてアーム枢軸７７の位置を規制するので、把持アーム７０を軸方向にて位置決めすることができる。

またアーム枢軸７７の各端部にテーパ７７ａを形成し、該テーパ７７ａに対応した傾斜面８６ａを位置決め片８６に形成する。例えばテーパ７７ａ及び傾斜面の傾斜角を略同じに設計する。回転杆８２が回転し、位置決め片８６がアーム枢軸７７の両端部に近接した場合、位置決め片８６は円滑にアーム枢軸７７に接触するので、把持アーム７０の位置決めを円滑に実現することができる。

また位置決めピン７４ａがピン受部８１ｃに当接し、アーム枢軸７７の軸方向（左右方向）に交差する方向において、把持アーム７０の位置決めを行うことができる。位置決めピン７４ａはアーム枢軸７７の軸方向に直交する一方向（前後方向）に突出し、軸方向に直交する二方向（前後方向及び上下方向）にてピン受部８１ｃに当接するので、把持アーム７０を前記二方向において位置決めすることができる。なお位置決めピン７４ａは軸方向に交差する方向に突出すればよく、位置決めピン７４ａの突出方向は軸方向に直交する方向に限定されない。

また工具を装着した主軸ヘッド３２が加工位置から交換位置に移動する場合、工具を把持していない把持アーム７０を位置決めした後、把持アーム７０は主軸ヘッド３２に接近して工具を把持する。そのため把持アーム７０と主軸３４との位置が整合し、把持アーム７０は主軸３４に装着した工具を確実に把持し、主軸３４から取り外すことができる。

主軸ヘッド３２から工具を取り外した後、工具マガジン４０が回転し、工具を把持した他の把持アーム７０が交換位置に搬送される。主軸ヘッド３２は交換位置から加工位置に向けて移動を開始し、把持アーム７０の位置決めが行われる。把持アーム７０は主軸ヘッド３２に接近して主軸３４に工具を装着する。把持アーム７０と主軸３４との位置が整合した後に工具を装着するので、主軸３４に工具を確実に装着することができる。工具を主軸３４に装着した後、把持アーム７０は主軸ヘッド３２から離反する。

（変形例）
上述の実施の形態では、回転杆８２を回転させることによって、位置決め片８６，８６によりアーム枢軸７７の両端部を挟み込むようにして、アーム枢軸７７の軸方向に把持アーム７０を位置決めし、位置決めピン７４ａがピン受部８１ｃに当接して、上下方向及び前後方向にも把持アーム７０が位置決めされる。変形例では、回転杆１８２の前端部をアーム枢軸１７７の中央部に設けた嵌合部に嵌合させて、同様に把持アーム１７０をアーム枢軸１７７の軸方向、上下方向及び前後方向に位置決めする。

図２８は変形例に係る把持アーム１７０を略示する斜視図、図２９は変形例に係る位置決め機構１８０を略示する拡大斜視図、図３０は変形例に係るアーム枢軸１７７軸心を含む縦断面図である。尚、変形例は把持アーム１７０及び位置決め機構１８０を以下に説明するように変形させたものであり、説明する部分以外は上述の実施の形態と同等であり説明を省略する。

把持アーム１７０は、前述した移動台４３に取り付ける取付部１７３を備える。取付部１７３には支持杆１７４が連設されてあり、該支持杆１７４は取付部１７３から下方に突出している。支持杆１７４の中途部に、位置決め機構１８０のピン受部１８１ｃに当接する位置決めピン１７４ａが設けてある。位置決めピン１７４ａは支持杆１７４から後方に突出している。

支持杆１７４の下端部の両側面に、アーム部１７６の揺動を案内する案内板７５，７５が夫々固定してある。案内板７５、７５は互いに対向している。側面視において、案内板７５は、上端部を要として下方に広がる扇状をなす。案内板７５の上端部には、アーム枢軸１７７を挿入するアーム軸孔７５ａが設けてある。なお前記位置決めピン１７４ａは、アーム軸孔７５ａの軸方向及び上下方向に対して直交する方向に沿って支持杆１７４を貫通し、支持杆１７４から突出している。

把持アーム１７０は両案内板７５、７５の間に、上下に延び、下側に突出する屈曲したアーム部１７６が設けてある。アーム部１７６の上端部にはアーム枢軸１７７が挿通されており、該アーム枢軸１７７の両端部は、アーム部１７６の上端部両側から突出している。アーム枢軸１７７の両端部は、各案内板７５、７５のアーム軸孔７５ａ、７５ａに回転可能に挿入してある。アーム部１７６の下端部分、把持ピンユニット７９、７９、接近カム６１に当接する第１カムフォロワ７１、及び離反カム６２に当接する第２カムフォロワ７２等の構成は、上述の実施の形態と同等である。

アーム枢軸１７７の中央部には、アーム枢軸１７７に外挿された環状の嵌合部９１が設けてある。嵌合部９１は外周に溝９１ａが周設されており、溝９１ａはテーパ状の側面を有し、外周側で幅広としてある。アーム部１７６の上端部には、アーム枢軸１７７の軸方向に離隔して連結部１７６ｂ，１７６ｂが形成されている。連結部１７６ｂ，１７６ｂの間に嵌合部９１は嵌め込まれている。

図３０に示すように、嵌合部９１は、溝９１ａの底部から螺子９２を半径方向に通し、アーム枢軸１７７の中央部に設けた溝１７７ｂに螺子９２の端部を係合させてあることにより、アーム枢軸１７７に固定してある。連結部１７６ｂ，１７６ｂと嵌合部９１との間には回転摩擦が小さくなるように表面摩擦が小さいスペーサを配してある。アーム枢軸１７７の外周と連結部１７６ｂ，１７６ｂの軸孔１７６ｃ，１７６ｃとの間には円筒ブッシュ９３、９３が、アーム枢軸１７７の外周と案内板７５，７５のアーム軸孔７５ａ，７５ａとの間には円筒ブッシュ９４、９４が設けてある。円筒ブッシュ９３及び９４の表面は摩擦係数が小さくなるように固体潤滑剤の膜が形成されている。このため、アーム枢軸１７７がアーム部１７６及び案内板７５，７５に対して相対的に回転したときに生じる回転摩擦が小さい構成になっている。

位置決め機構１８０は、レール台４１ｂの下端部に固定された基台１８１を備える。基台１８１は、取付板１８１ａと、延出部１８１ｂと、ピン受部１８１ｃとを備える。取付板１８１ａは矩形状の上面を有し、該上面が、レール台４１ｂ下端部の下面に固定してある。延出部１８１ｂ、１８１ｂは、取付板１８１ａの前方の両側部それぞれから下方に延出している。延出部１８１ｂ、１８１ｂはブロック状をなし、互いに対向している。延出部１８１ｂ、１８１ｂには貫通した位置決め軸孔１８１ｄ、１８１ｄが設けてある。各位置決め軸孔１８１ｄ、１８１ｄの軸心は一致している。位置決め軸孔１８１ｄ、１８１ｄの軸心に交差するように、両延出部１８１ｂ、１８１ｂの間に回転杆１８２が設けてある。回転杆１８２は前側を下向きにして傾斜している。尚、ピン受部１８１ｃは上述の実施の形態と同等である。

回転杆１８２の中途部に、回転杆１８２に略直交した回転軸１８４が設けてある。回転軸１８４は両位置決め軸孔１８１ｄ、１８１ｄに回転可能に挿入される。回転杆１８２の後端部に位置決めカムフォロワ１８３が設けてある。位置決めカムフォロワ１８３は、回転軸１８４と平行な軸回りに回転可能な円柱形のローラである。回転杆１８２の前端部には下方に向けて突起する突起部８８が設けてある。突起部８８は下端に向けて、アーム枢軸１７７の軸方向の寸法が縮幅するテーパ状に形成されている。突起部８８のテーパ角は溝９１ａの側面のテーパ角と略同じである。尚、突起部８８は、ばね８７の弾性力によって、回転軸１８４を中心として右側から見て時計回り方向に付勢されている。

図３１は変形例に係る回転杆１８２及び嵌合部９１を略示する右側面図、図３２は図３１のＡ−Ａ線にて切断した変形例に係る回転杆１８２及び嵌合部９１の嵌合を略示する断面図である。図３１に示すように、位置決めカムフォロワ１８３は、主軸ヘッド３２の上下移動に伴って位置決めカム６３上を移動する。位置決めカムフォロワ１８３が位置決めカム６３に倣って、前後に移動することによって、回転杆１８２が回転軸１８４の中心である支点Ｐ回りに回転する。位置決めカムフォロワ１８３が位置決めカム６３に倣って前方へ移動すると、回転杆１８２は支点Ｐを中心に図３１における反時計まわりに回転し、突起部８８は嵌合部９１に接近し、図３２に示すように溝９１ａに嵌合する。突起部８８が溝９１ａに嵌合することによって、基台１８１が固定されたレール台４１ｂを支えとして、アーム枢軸１７７が軸方向に位置決めされ、これに伴って把持アーム１７０のアーム部１７６が位置決めされる。また、突起部８８が溝９１ａに押し付けられることによって、位置決めピン１７４ａがピン受部１８１ｃに当接して、上下方向及び前後方向にも把持アーム１７０が位置決めされる。また、嵌合部９１及びアーム枢軸１７７は、突起部８８から溝９１ａに加わる力が作用する方向をアーム枢軸１７７の軸心からずらすことにより、アーム枢軸１７７の軸回りに微小な角度分だけ回転する。この回転によって、突起部８８を溝９１ａに嵌合させる度に溝９１ａの周方向の当たり位置を変えることができるので、耐久性が向上する。

図３１に示すように、位置決めカムフォロワ１８３が位置決めカム６３に接触する位置をＱ１、回転杆１８２の突起部８８が嵌合部９１の溝９１ａに接触する位置をＱ２とし、回転杆１８２の回転中心である支点Ｐに関し、Ｐ−Ｑ１間の寸法をＰ−Ｑ２間の寸法よりも大きくしてある。このため、てこの原理により、位置決めカム６３から回転杆１８２に作用する力に基づいて、突起部８８が嵌合部９１を押下する力を大きくすることができる。

上述の実施の形態では、把持アーム７０は、位置決め片８６，８６がアーム枢軸７７の両端部を挟み込むことにより位置決めしている。位置決め片８６，８６は、工具マガジン４０が回転する際にアーム枢軸７７及び案内板７５，７５と機械的に干渉しないように、アーム枢軸７７の軸方向から見て、アーム枢軸７７及び案内板７５，７５と重ならない位置まで退避させなければならない。このため、上述の実施の形態では回転杆８２は支点Ｐを中心に大きく回転させる必要があった。変形例においても、工具マガジン４０が回転する際には、アーム枢軸１７７の軸方向から見て、突起部８８が嵌合部９１に重ならないようにしなければならない。変形例では突起部８８はアーム枢軸１７７に外挿された嵌合部９１の溝９１ａに嵌合させているため、上述の実施の形態に比べて回転杆１８２の回転角度を小さくすることができる。このため、変形例ではＰ−Ｑ１間の寸法をＰ−Ｑ２間の寸法よりも大きくなるように、支点Ｐ及び回転杆８２を構成することができる。

尚、嵌合部９１の外周に鍔状に突起を周設し、回転杆１８２の前端部に該突起に勘合する溝を設けるようにしてもよい。

図３３は主軸ヘッド３２が下降している場合における変形例に係るカム機構６０、把持アーム１７０及び位置決め機構１８０を略示する右側面図である。位置決めカム６３は、下端部で左右方向を軸方向とする軸体３３ａにより回動自在に支持されており、上端部で弾性体３３ｃにより前方へ付勢されている。弾性体３３ｃは、例えば圧縮コイルばねであり、主軸ヘッド３２に設けた凹部３３ｂに配してあり、前後方向に圧縮されて位置決めカム６３の上端部後面に装着されている。位置決めカム６３は上端部に鍔状の係止片６３ｄを有する。係止片６３ｄは、凹部３３ｂに配してあり、前後方向の凹部３３ｂの深さだけ移動可能であり、凹部３３ｄの開口の縁に設けた被係止部３３ｄに後方側から当接する。位置決めカム６３は、弾性体３３ｃによる付勢に抗して、前方側から後方側へ荷重を受けると、後方側へ押し込まれ、荷重が開放されると前方側へ浮動し、係止片６３ｄが被係止部３３ｄに当接した位置で静止する。尚、軸体３３ａが位置決めカム６３の上端部側に、弾性体３３ｃが位置決めカム６３の下端部側に配してあるようにしてもよい。位置決めカム６３と位置決めカムフォロワ８３とが接触する面に切粉などの異物が付着した場合、アーム枢軸１７７に過大な力が加わろうとするが、この力は位置決めカム６３が後方側へ弾力的に押し込まれることによって吸収される。

図３３は主軸ヘッド３２が上方から下降し、把持アーム１７０に把持されている工具ホルダ１１を装着する直前の状態を表わしている。位置決めカム６３が位置決めカムフォロワ１８３を前方へ押し出すことにより、回転杆１８２の前端側に設けてある突起部８８は、嵌合部９１に嵌合して把持アーム１７０を後斜め下方向に押圧している。同時的に、接近カム６１が第１カムフォロワ７１を前方へ押し出す力が把持アーム１７０に作用する。把持アーム１７０は、接近カム６１から受ける前方への力が嵌合部９１から受ける後斜め下方向の力の後方向成分より大きい場合には、前方へ移動して位置がずれてしまう。

嵌合部９１から把持アーム１７０が受ける後斜め下方向の力は、回転杆１８２を介して位置決めカム６３が位置決めカムフォロワ１８３を前方へ押し出す力により生じている。従って、位置決めカム６３が弾性体３３ｃによって前方へ付勢されている力よりも、接近カム６１から把持アーム１７０が受ける前方への力が大きいと、回転杆１８２が回転し、把持アーム１７０は前方へ移動して位置ずれを起こす。

詳細には、位置決めカム６３が位置決めカムフォロワ１８３を前方へ押し出す力は、位置決めカム６３が位置決めカムフォロワ１８３に接触する位置と支点３３ａとの間の寸法、弾性体３３ｃが付勢する力の作用点と支点３３ａとの間の寸法、及び弾性体３３ｃが付勢する力によって決まる。てこの原理により、位置決めカム６３が位置決めカムフォロワ１８３に接触する位置と支点３３ａとの間の寸法が小さいほど、位置決めカム６３が位置決めカムフォロワ１８３を前方へ押し出す力は大きくなり、把持アーム１７０が接近カム６１から受ける前方への力に抗して、把持アーム１７０の位置ずれを生じにくくすることができる。

図３３では、位置決めカム６３が位置決めカムフォロワ１８３に接触する位置と支点３３ａとの間の寸法が、弾性体３３ｃが付勢する力の作用点と支点３３ａとの間の寸法に対して約２分の１になっている。これにより、位置決めカム６３が位置決めカムフォロワ１８３を前方へ押し出す力は、弾性体３３ｃが付勢する力の約２倍になり、これ以上の前方への力が把持アーム１７０に作用しない限り、把持ア−ム１７０の位置ずれが生じないようにしてある。

以上説明した実施の形態は本発明の例示であり、本発明は特許請求の範囲に記載された事項及び特許請求の範囲の記載に基づいて定められる範囲内において種々変更した形態で実施することができる。

１０ 工具交換装置（搬送部）
１１ 工具ホルダ
３２ 主軸ヘッド（加工部）
３３ｃ 弾性体（付勢手段）
３４ 主軸
６１ 接近カム
６１ａ 頂点
６１ｂ カム面
６２ 離反カム
６２ａ 頂部
６２ｂ カム面
６３ 位置決めカム（カム）
６３ａ 平坦部
６３ｂ 上側カム面
６３ｃ 下側カム面
７０，１７０ 把持アーム
７１ 第１カムフォロワ
７２ 第２カムフォロワ
７４，１７４ 支持杆
７４ａ，１７４ａ 位置決めピン（第２位置決め部）
７７，１７７ アーム枢軸（枢軸）
７７ａ テーパ
８０，１８０ 位置決め機構（位置決め部）
８１，１８１ 基台
８１ｃ，１８１ｃ ピン受部（被当接部）
８２，１８２ 回転杆
８３，１８３ 位置決めカムフォロワ（カムフォロワ）
８４，１８４ 回転軸
８６ 位置決め片（軸方向位置決め部）
８６ａ 傾斜面
８８ 突起部（突起）
９１ 嵌合部
９１ａ 溝
１００ 工作機械

Claims (9)

1. 工具を把持し、中途部に設けた枢軸によって回転可能な複数の把持アームと、該把持アームを工具を交換する交換位置に搬送する搬送部と、前記把持アームに把持された工具を装着してワークを加工する加工部とを備え、該加工部はワークを加工する加工位置と交換位置との間を移動するようにしてある工作機械であって、
   前記加工部の移動によって前記加工部と同方向に移動するカムと、
   中途部に設けた回転軸を支点にして回転する回転杆、及び該回転杆の一端部に設けてあり、前記カムに当接するカムフォロワを有し、前記枢軸の軸方向における前記把持アームの位置決めを行う位置決め部と、
   前記把持アームに設けてあり、前記回転杆の回転によって該回転杆の他端部が嵌合する嵌合部と
   を備えることを特徴とする工作機械。
2. 前記嵌合部は、前記枢軸に外挿された環状をなし、外周に溝（又は突起）が周設してあり、
   前記回転杆は、前記溝（又は突起）に嵌合する突起（又は溝）を前記他端部に有することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記カムフォロワが前記カムに接触する位置と前記支点との間の寸法が、前記他端部が前記嵌合部に接触する位置と前記支点との間の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工作機械。
4. 前記カムをカム面に交差する方向へ付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の工作機械。
5. 工具を把持し、中途部に設けた枢軸によって回転可能な複数の把持アームと、該把持アームを工具を交換する交換位置に搬送する搬送部と、前記把持アームに把持された工具を装着してワークを加工する加工部とを備え、該加工部はワークを加工する加工位置と交換位置との間を移動するようにしてある工作機械であって、
   前記加工部の移動によって前記加工部と同方向に移動するカムと、
   中途部に設けた回転軸を支点にして回転する回転杆、該回転杆の一端部に設けてあり、前記カムに当接するカムフォロワ、及び前記回転杆の他端部に設けてあり、前記枢軸の両端部に対向する位置決め片を有し、前記枢軸の軸方向における前記把持アームの位置決めを行う位置決め部と
   を備えることを特徴とする工作機械。
6. 前記枢軸の両端部にテーパが形成してあり、
   前記位置決め片には、前記テーパに対応した傾斜面が形成してあること
   を特徴とする請求項５に記載の工作機械。
7. 前記枢軸の軸方向に交差する方向における前記把持アームの位置決めを行う第２位置決め部が前記把持アームに設けてあり、
   前記第２位置決め部が当接する被当接部を備えること
   を特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の工作機械。
8. 前記把持アームは一端部にて工具を把持するようにしてあり、
   前記第２位置決め部は前記把持アームの他端部から前記枢軸の軸方向に直交する一方向に突出しており、前記枢軸の軸方向に直交する二方向にて前記被当接部に当接するようにしてあること
   を特徴とする請求項７に記載の工作機械。
9. 前記加工部の移動によって前記加工部と同方向に移動し、前記把持アームが当接して前記加工部に接近する接近カム及び前記加工部から離反する離反カムとを備え、
   前記加工部が加工位置から交換位置に移動する場合、前記把持アームの位置決め後に、前記把持アームは前記接近カムへの当接によって前記加工部に装着した工具を把持するようにしてあり、
   前記加工部が交換位置から加工位置に移動する場合、前記把持アームの位置決め後に、前記把持アームは前記加工部に工具を装着し、前記離反カムへの当接によって工具から離反するようにしてあること
   を特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の工作機械。

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