以下、本発明をその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。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る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であり、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、工具交換装置10等を備える。基台20は床面上に配置する。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。また、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,・・・、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,・・・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,・・・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,・・・、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,・・・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,・・・上に固定してある。X方向駆動モータの駆動によって、コラム台26cを左右方向に移動する。
コラム28は、柱状をなし、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によって前後方向及び左右方向に移動する。
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,・・・、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。ブロック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,・・・の前面側に固定してある。Z方向駆動モータの駆動によって、主軸ヘッド台30cを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、前方側の内部に上下方向に延びる主軸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、内部のテーパ穴34aの上方にドローバー(図示略)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(図示略)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(図示略)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(図示略)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。
また、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。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の両側部分まで下方傾斜して延設してある。支持梁41a,41aの上側端面は、前方下方から後方上方へ、水平面から略30度傾斜している。
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には、マガジン駆動部50を取り付ける。
図8は移動台を略示する斜視図であり、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。なお、レール両側に設ける嵌合部41dはV溝でも良く、この場合、後述する内側ローラ47及び外側ローラ48の外周を鍔状にすればよい。
チェーン部42は、複数の移動台43,43,・・・、複数のリンク部材44,44,・・・、及び複数の把持アーム70,70,・・・を備える。複数(例えば11個)の移動台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,・・・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,・・・(図5参照)は、夫々移動台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,・・・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,・・・を備える。基板46は、略矩形状をなし、各面を上方及び下方に向けて配してある。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。
図10は、移動台の基板を略示する平面図である。図10中、B点2箇所には内側ローラ47,47が設けてあり、C点2箇所には外側ローラ48,48が設けられる。内側ローラ47,47の軸心間の距離L1は、外側ローラ48,48の軸心間の距離L2よりも短くなるようにしてある。軸心間の距離L1をL2に比べて短くしてあることで、長円形のレール41cの直線部分及び円弧部分で生じる、各ローラとレール41cの嵌合部41d,41dとの嵌合隙間のばらつきを抑えている。
6個のピン49,49,・・・は、移動台43の上面に立設してある。移動台43上のピン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。図10に示すように、ピン49,49,・・・は、円弧R上であって、基板46の移動方向(移動台43がレール41c上を移動する移動方向)の両端部間におけるA点6箇所に配置してある。複数のピン49,49,・・・は後述のギア51に噛合する。ピン49,49,・・・は、例えば、固定した軸体の外周に円筒状のカラーを回転可能に嵌め合わせてあり、該カラーは後述するギア51と噛み合って回転し、摩擦・摩耗を低減する。
リンク部材44,44,・・・は、隣り合う移動台43,43を連結している。図8に示すように、一つの移動台43上に並べた6個のピン49,49,・・・の両端から2番目のピン上に延在して連結軸体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,・・・は、移動台43,43,・・・の下部に、2台ずつ取り付けてある。図11は、移動台43及び把持アーム70を略示する平面図である。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アーム枢軸77の軸心回りにアーム部76が揺動することにより工具を交換する。このアーム枢軸77の軸心方向は、長円形のレール41cの半円部分における円周に沿う方向としてある。また、移動台43が長円形のレール41cの半円部分に位置するときに、工具ホルダ11の軸線を含みアーム枢軸77の軸心方向を法線方向とする平面は、レール41c半円部分の中心点を通るように、把持アーム70を移動台43に取り付けてある。なお、把持アーム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の後方側の取付台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,・・・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、且つコラム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,・・・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12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13は、カム機構60を略示する拡大斜視図である。図12及び図13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12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13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を夫々有する。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、夫々カム面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14は、把持アーム70を略示する斜視図である。図14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、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。
両案内板75、75の間に、上下に延びており、下側に突出するように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)を固定し、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に揺動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の軌道に沿うように、移動台43に取り付けてある。
図8及び図14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(図示略)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は夫々保持円筒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15は、位置決め機構80を略示する拡大斜視図である。図15Aは位置決め機構80全体を略示する拡大斜視図である。図15Bは基台81を取り外した状態を示す拡大斜視図である。図15B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の両側部夫々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が夫々設けてある。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が夫々設けてある。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17参照)に付勢されている。
図16、図17、図19及び図20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18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21〜図24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16に示すように、ワークの加工を終了した時点で、主軸34には工具を保持する工具ホルダ11が装着してある。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を揺動中心にして前後方向に揺動可能である。
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。アーム部76と案内板75、75との間には、ロック機構(図示略)が設けてある。このロック機構は、アーム部76が保持円筒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(図16に示すアーム部76の姿勢)を維持する第1ロック状態と、後述する第2ロック状態とを有する。なお、ロック機構は、第1カムフォロワ71が接近カム61に当接し、アーム部76が案内板75、75と相対的に後方へ揺動する際に、アーム部76が第1カムフォロワ71を介して接近カム61から受ける力によって、第1ロック状態でのロックが外れ、第2ロック状態へ向かう。図16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が更に上昇し、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17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17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18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17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17及び図19の矢印にて示すように工具ホルダ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。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20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63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。
前述したロック機構は、アーム部76が保持円筒78、78を後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(図20に示すアーム部76の姿勢)を維持する第2ロック状態を有する。その後、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、ロック機構によるアーム部76のロック(第2ロック状態)は外れずに、把持アーム70は姿勢を維持することができる。
図21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21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22に示すように、主軸ヘッド32は更に下降する。図22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18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22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23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24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24の矢印にて示すように、アーム枢軸77を揺動中心にして把持アーム70が時計回りに揺動する。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、前述のロック機構は、第2ロック状態でのロックが外れて第1ロック状態に向かう。
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は更に時計回りに揺動し、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。前述のロック機構は、第1ロック状態に戻り、把持アーム70(アーム部76)の姿勢は図19に示す姿勢となる。
以上のとおり、本実施形態によれば、工具マガジン40は、工具ホルダ11(工具)を保持する複数の移動台43,43,・・・を無端状に連結したチェーン部42をレール41cによる所定の経路に沿って循環させる。複数の移動台43,43,・・・のうちの一の移動台43が保持する工具を主軸ヘッド32の主軸34に装着する。レール41cは無端状に設けてあり、複数の移動台43,43,・・・は、夫々、レール41cに沿って転動する内側ローラ47,47及び外側ローラ48,48を有する。これにより、各ローラがレール41cに沿って転動し、複数の移動台43,43,・・・がレール41cに沿って移動する。複数の移動台43,43,・・・が各ローラの転動によって滑らかに移動することにより、複数の移動体を連結した無端連結体の循環の高速化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、複数の移動台43,43,・・・夫々が、内側ローラ47,47及び外側ローラ48,48を有し、内側ローラ47,47及び外側ローラ48,48がレール両側部の嵌合部41d,41dに嵌合し、各ローラの転動によって複数の移動台43,43,・・・がレール41cに沿って移動する。内側ローラ47,47及び外側ローラ48,48がレール両側部の嵌合部41d,41d嵌合することにより、移動台43,43,・・・の姿勢変動を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、主軸ヘッド32、及び主軸ヘッド32を上下方向に移動可能に支持するコラム28を囲む長円形をなす領域にレール41cを配してある。レール41cが、主軸ヘッド32及びコラム28を囲む長円形の領域に配してあり、レール41cが主軸ヘッド32及びコラム28から離間することが抑制される。また、主軸ヘッド32及びコラム28を囲むようにレール41cを配してあることで、チェーン部42の長さを長くし、複数の移動台43,43,・・・に保持する工具の数を多くすることができる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る工作機械は、レール141cと内側ローラ147,外側ローラ148との嵌合部分の形状、及び把持アーム170の形状が、実施の形態1に係るレール41cと内側ローラ47,外側ローラ48との嵌合部分の形状、及び把持アーム70の形状と異なること以外は、実施の形態1に係る工作機械と同様の構造を有する。
図25は把持アーム170の斜視図、図26は把持アーム170の側面図、図27は把持アーム170を移動台43に取り付けた状態を示す斜視図、図28は把持アーム170を移動台43に取り付けた状態を示す平面図、図29は移動台43をレール141cに取り付けた状態を示す断面図、図30はレール141cと外側ローラ148との嵌合部分を示す斜視図である。図中、図8、図9、図10、及び図11と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
把持アーム170は、移動台43に取り付ける取付部173、173を備える。取付部173には支持杆174が連設されており、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80のピン受部81cに当接する位置決めピン174aが設けられている。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の各取付部173、173と接続する部分は二股状の連結部174bである。各連結部174bは略矩形状をなし、互いに距離を隔てている。両連結部174bが向かい合う空間は開口部174cとなっている。開口部174cは、上部を基板46に臨ませている。開口部174cは、基板46側から順に、幅が略等しい同幅部、該同幅部に連なり、漸次的に幅広になるテーパ部、該テーパ部に連なり、幅が略等しい同幅部、該同幅部に連なり、漸次的に幅狭になるテーパ部を有する。
支持杆174の連結部174bに連なる基部は、長手方向の中央部が括れた形状を有している。
支持杆174の下端部の両側面に、後述するアーム部176の揺動を案内する案内板175、175が夫々固定されている。案内板175、175は互いに対向している。側面視において、案内板175は、上端部を要として下方に広がる扇状をなす。案内板175の上端部には、後述するアーム枢軸177を挿入するアーム軸孔175aが設けられている。なお前記位置決めピン174aは、アーム軸孔175a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。
両案内板175、175の間に、上下に延びており、略中央部分で屈曲したアーム部176が設けられている。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175、175のアーム軸孔175a、175aに揺動可能に挿入されている。アーム部176の下端部は二股に分かれている。二股に分かれた各先端部に把持ピンユニット179、179を保持する保持円筒178、178が形成されている。保持円筒178は、アーム枢軸177と同方向を軸方向としている。アーム部176の該屈曲した下方部分にはアームカバー180が固定されている。アームカバー180の前記二股に位置する部分は穴を有し、アームカバー180の形状は略U字状である。アームカバー180により、ワークの加工時に、切粉等がテーパ装着部12に付着するのが防止される。
把持アーム170は、アーム枢軸177がレール141cの軌道に沿うように、移動台43の下面に取り付けられている。
把持ピンユニット179は、有底円筒形のホルダ179aと、該ホルダ179aに収容されたピン179bとを有する。ピン179bの先端部はホルダ179aから突出しており、ホルダ179a内のばね(図示略)によって突出方向に付勢されている。ピン179bの先端面は、外向きに突出した曲面状をなす。両ピン179b、179bの先端面が互いに対向するように、把持ピンユニット179、179は夫々保持円筒178、178に嵌合している。両ピン179b、179bは工具ホルダ11を脱着するようにしてある。
アーム枢軸177の上側に前記接近カム61に当接する第1カムフォロワ171が設けてある。第1カムフォロワ171は上方に突出している。第1カムフォロワ171は円形のローラであり、アーム枢軸177と平行な軸回りに回転する。前記アーム部176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172が設けてある。第2カムフォロワ172は円形のローラであり、アーム枢軸177と平行な軸回りに回転する。
本発明の上述の実施の形態1において、内側ローラ47、外側ローラ48は円板状をなし、側面にV溝が設けられ、レール41cは略矩形状の断面を有し、上部に前記V溝に嵌合される鍔状の嵌合部41d、41dを有する。これに対し、本実施の形態に係る内側ローラ147、外側ローラ148は、本体147a、148aが横長の円柱状をなし、上部及び下部が端部に向かってテーパ状に縮径している(図29参照)。レール141cは略矩形状の断面において、嵌合部141d、141dの上部及び下部が端部に向かって幅広になるように形成されており、該嵌合部141d、141dに内側ローラ147、外側ローラ148が嵌合されるようにしてある。
以上のように構成され、レール141cと内側ローラ147、外側ローラ148との当接面の高さ方向の寸法を大きくしてあるので、本実施の形態においては、同一の力が作用するとした場合、許容モーメントを大きくすることができ、許容荷重をより大きくすることができる。レール141cと内側ローラ147、外側ローラ148との嵌合のずれが吸収され易くなっている。
外側ローラ148は、本体148aを基板46にネジ止めする軸部148bを有する。軸部148bは、下側の先端に六角柱状の頭部148cを有する。図30に示すように、軸部148bの軸心mは、本体148aの軸心nに対し偏心させてある。これにより、スパナ等の工具を用いて本体148aを回転させ、外側ローラ148の位置ずれを調整することができる。
本発明の実施の形態1に係る把持アーム70,本実施の形態2に係る把持アーム170は、外側ローラ48,148に密接して配置してあり、工具ホルダ11に装着した工具の荷重をバランス良く外側ローラ48,148にて支持できるようにしてある。例えば外側ローラ48のレール41cとの当接部分が摩耗した場合等、外側ローラ48がレール41cを転動するときにがたつき、騒音が生じる。このとき、どのローラ48に摩耗による歪み・損傷等が生じているか、外側ローラ48を外観目視等によって点検する必要がある。しかし、把持アーム70を外側ローラ48に近接して配置した場合、把持アーム70の支持杆74が干渉して、外側ローラ48の視認性が悪く、さらには外側ローラ48のレール41cに対する当たり(すきまばめ)の調整の作業性も良好であるとはいえない。
本実施の形態においては、把持アーム170の支持杆174の連結部174bに開口部174cが設けられているので、該開口部174cから容易に外側ローラ148を視認することができる。いずれかの外側ローラ148の摩耗による歪み・損傷等を確認した場合、作業者は開口部174cにスパナ等の工具を挿入し、該工具により頭部148cを挟んで外側ローラ148の本体148aを回転させる。基板46との連結方向の中央部が幅広であるので、容易にスパナ等の工具を挿入して外側ローラ148を回転させることができ、また、開口部174cは基板46に臨んでいるので、工具の回転時に工具が連結部174bと干渉することがなく、適切に外側ローラ148を回転させて、該外側ローラ148の位置を確実に調整することができる。上述したように、外側ローラ148の本体148aの軸心nと軸部148bの軸心mとが偏心しているので、外側ローラ148とレール141cとの隙間を確実に調整することができる。
以上のように、本実施の形態においては、外側ローラ148の保守・点検を容易に行うことができ、外側ローラ148の位置を確実に調整して、工具ホルダ11に装着した工具の荷重をバランス良く支持することができる。
なお、開口部174cを連結方向において同幅に形成し、連結部174bの幅を一定にし、連結部174bをコの字状に形成することも可能であるが、連結部174bの剛性が低下するので、本実施の形態のように開口部174cを連結方向中央部が幅広になるように形成するのが好ましい。
以上説明した実施の形態1及び2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。