JP6964157B2 - 機械工作システム - Google Patents

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本発明は、工作機械を含む複数の作業機が配置された機械工作システムに関する。
下記特許文献1には、(A)ツールが取り付けられる主軸とその主軸を回転させる主軸回転装置とを有する主軸ヘッドと、(B)前記主軸ヘッドを上下方向に移動させるヘッド昇降装置と、(C) 前記主軸ヘッドを互いに直交する2方向に移動させることで水平面に沿って移動させるヘッド移動装置と、(D)ワークを保持するワークテーブルとを備え、ワークに対してツールによる加工を行う工作機械が記載されている。
特開2006−255859号公報
上記のような工作機械、いわゆる縦型マシニングセンタが、生産ラインに配置される場合を考える。そのような生産ラインに配置された縦型マシニングセンタは、例えば、メンテナンスの際に側面側からのアプローチが必要になるため、側面側にある程度のスペースを確保する必要があり、生産ラインの長さが長くなるという問題がある。そのような問題に対処することにより、縦型マシニングセンタを含む複数の作業機が配置された機械工作システムの実用性を向上させ得ると考えられる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高い機械工作システムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明の機械工作システムは、
ベースと、そのベース上に載置されて配列方向に配列された複数の作業機モジュールと
を含んで構成され、
それら複数の作業機モジュールの少なくとも1つが、
(A)モジュール本体と、(B)ツールが取り付けられる主軸とその主軸を回転させる主軸回
転装置とを有する主軸ヘッドと、(C)前記主軸ヘッドを上下方向に移動させるヘッド昇降
装置と、(D) 前記主軸ヘッドを互いに直交する2方向に移動させることで水平面に沿って
移動させるヘッド移動装置と、(E)前記モジュール本体の前面から前方に張り出した状態
で支持されてワークを保持するワークテーブルとを備え、ワークに対してツールによる加
工を行う加工機モジュールとされ、
その加工機モジュールが、前記配列方向と交差する方向である交差方向に延びる軌道に
沿って前記ベースから引き出し可能とされ
前記ベースの前面を前記配列方向に移動し、前記複数の作業機モジュールに渡ってワークを搬送する複数のワーク搬送装置のうちのいずれかを備えたことを特徴とする。
本発明の機械工作システムによれば、加工機モジュールが引き出し可能とされていることから、加工機モジュールを引き出してメンテナンス等を行うことが可能であるため、モジュールの側面側、つまり、配列方向にスペースを確保する必要がないため、本機械工作システムは、配列方向におけるシステム全体の長さを、短くすることが可能である。
本発明の一実施形態である機械工作システムに関連するシステムを右前方からの視点において示す斜視図である。 外装パネルの一部が解放された状態での図1に示すシステムを左前方からの視点において示す斜視図である。 外装パネルを外した状態での図1に示すシステムを左前方からの視点において示す斜視図である。 図1に示すシステムに採用可能なワークを運搬する装置を示す装置を示す斜視図である。 図3に示す作業機モジュールがベースから後方に引き出された様子を示す斜視図である。 本発明の実施形態である機械工作システムを構成する加工機モジュールを左前方からの視点において示す斜視図である。 本発明の実施形態である機械工作システムを構成する加工機モジュールを右前方からの視点において示す斜視図である。 図6に示す加工機モジュールが備えるツールマガジンを示す斜視図である。 図6に示す加工機モジュールがベース上で前方に引き出された様子を示す斜視図である。 図6に示す加工機モジュールがベースから後方に引き出された様子を示す斜視図である。
以下、本発明の一実施形態である機械工作システムの一例を、図を参照しつつ説明する。なお、本発明は、下記実施形態の他、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。
<本発明の機械工作システムに関連するシステムの構成>
まず、本発明の一実施形態である機械工作システムを説明する前に、その実施形態の機械工作システムに関連する機械工作システム(以下、単に「関連システム」という場合がある)について説明する。その関連システムは、図1〜図3に示すように、ベース10と、ベース10上に載置されて配列された4つの作業機モジュール(以下、単に「モジュール」という場合がある)12とを含んで構成されている。図1には、外装パネルが張られた状態のものを、図2には、外装パネルの一部が開放された状態のものを、図3には、外装パネルを外した状態のものが示されている。なお、以下の説明では、操作パネル14が設けられている側を正面側と呼び、そのシステムに関する「前後」,「左右」,「上下」を、システムの正面側から見た場合における前後,左右,上下として扱うこととする。つまり、4つのモジュール12が配列されている左右方向が、配列方向であり、前後方向が、配列方向と交差(直交)する方向である交差方向である。
図1〜図3に示した4つの作業機モジュール12の各々は、旋盤がモジュール化された旋盤モジュールであり、スピンドル16によってワークW4(図3参照)を回転させつつ、ヘッド18に保持されたバイト20によって作業位置に位置するワークW4に対して切削加工を行うものである。ちなみに、この関連システムでは、ワーク搬送装置22によって、各モジュール12を渡ってワークが搬送される。各モジュール12においては、ワーク搬送装置22によって搬送されてきたワークが、ワーク移送装置24によって、スピンドル16の先端に取り付けられた保持具であるチャックに装着される。そして、モジュール12による加工が完了したワークは、ワーク移送装置24によって、チャックからワーク搬送装置22に運ばれ、ワーク搬送装置22によって、次のモジュール12に搬送される。
また、関連システムにおいては、上記のワーク搬送装置22およびワーク移送装置24に代えて、それら両者の作業を行うことが可能なワーク搬送脱着装置26を採用することも可能である。そのワーク搬送脱着装置26は、図4に示すように、ベース10の前面に取り付けられる1対のレール28に沿って配列方向に移動可能とされており、複数のモジュール12に渡ってワークを搬送することが可能である。また、ワーク搬送脱着装置26は、多関節型のアーム30と、そのアーム30の先端に設けられてワークを保持する保持具としてのチャック32とを有している。つまり、ワーク搬送着脱装置26は、そのアーム30をモジュール12の加工位置まで伸ばし、チャック32によって、加工位置からワークを受け取ること、および、加工位置にワークを装着させることが可能なものとされているのである。
ちなみに、図2および図3には、構成要素の一部やワークが省略されたり、模式的に表されたりしている。図2におけるW1および図3におけるW4は、設定された作業位置に位置するワークを、図2におけるW2は、搬送装置によって各モジュール12を渡って搬送されるワークを、W3は、各モジュール12内において作業位置へ移送される際のワークの存在空間領域を、それぞれ模式的に示している。
図1ないし3から解るように、4つのモジュール12は、互いに、ほとんど等しい形状,寸法,構造を有するものとされており、配列方向において、設定された配列ピッチで、互いに近接して配列されている。各モジュール12の間隔は、50mm以下とされており、実際には、ほとんど隙間なく4つのモジュール12が配列されているのである。各モジュール12は、概して直方体形状とされており、左右方向の寸法(以下、「モジュール幅」という場合がある)が、前後方向の寸法(以下、「モジュール長」という場合がある)に対して相当に小さくされている。そして、ベース10は、4つのモジュール12が載置された場合における4つのモジュール12全体の左右方向の寸法と略等しい左右方向の寸法を有している。つまり、ベース10は、左右方向において、4つのモジュール12が丁度載置される大きさのものとされている。
ベース10は、並べられて互いに固定された2つのベースユニット34を含んで構成されている。各ベースユニット34は、図5に示すように、2つのモジュール12が載置可能なものとなっている。それら2つのベースユニット34は、各々が規格化されており、互いに同じ形状,寸法,構造のものとされている。
図5に示すように、各ベースユニット34には、それに載置されるモジュールの数に応じた数のレール対36が、具体的には、2つのレール対36が、配列方向に並んで設けられている。1つのレール対36は、間隔をおいて交差方向(前後方向)に延びるようにして敷設された1対のレール38からなる。レール38は、モジュール12の引き出しの際のモジュール12が移動する軌道を画定するものとなっている。一方、各モジュール12には、前後のそれぞれに1対の車輪40が、つまり、2対の車輪40が、回転可能にベッド42に保持されている。それら2対の車輪40が、1対のレール38を転動することにより、モジュール12は、容易に交差方向における両側、詳しくは、前方側にも後方側にも、ベースユニット34から引き出すことが可能とされているのである。ちなみに、図2における一番右側のモジュール12、および、図3における右から2番目のモジュール12が、交差方向における前方に引き出されている。
さらに言えば、モジュール12は、ベースユニット34から離脱可能なまでに引き出し可能とされている。そのモジュール12の引き出しが、台車44を利用して後方から行われた状態を、図5に示している。その台車44は、ベースユニット34に設けられた1対のレール36と同じ断面形状で同じ間隔とされた1対のレール46を有しており、1対のレール46が1対のレール38を延長するように、ベース10に対してセットされる。その状態で、モジュール12の一部、あるいは、全体を、台車44上に移動させることが可能とされているのである。
<本実施形態の機械工作システムの構成>
上述したように、上記の関連システムは、各旋盤モジュール12がベース10から離脱するまでに引き出し可能とされており、他の作業機モジュールに交換すること、例えば、図6,図7に示した別の作業機モジュール50に交換することが可能である。この作業機モジュール50は、マシニングセンタがモジュール化されたものであり、後に詳しく説明するが、ドリルやエンドミルによってワークテーブルに固定保持されたワークW5に対して切削加工を行うものである。以下の説明において、この作業機モジュール50を、ドリミルモジュール50と呼ぶ場合がある。そして、図1ないし図3に示した関連システムの4つの旋盤モジュール12のうちの少なくとも1つを、ドリミルモジュール50に交換したものが、本発明の一実施形態である機械工作システムとなる。
加工機モジュールとしてのドリミルモジュール50は、前述の旋盤モジュール12と同じベッド42を利用しており、同じモジュール幅のものとされている。つまり、ドリミルモジュール50も、旋盤モジュール12と同様に、モジュール幅が、前後方向の寸法に対して相当小さくされている。以下に、その小さなモジュール幅を実現したドリミルモジュール50の構成および本実施形態の機械工作システムの構成について、詳しく説明する。
ドリミルモジュール50は、図6,図7に示すように、複数の車輪40を回転可能に保持するベッド42と、そのベッド42上に設けられて加工作業を行うマシニングセンタ52と、そのマシニングセンタ52を制御する制御盤54とを備えている。マシニングセンタ52は、いわゆる縦型マシニングセンタであり、ベッド42上に固定されるモジュール本体60と、ツールを下端部において保持する主軸ヘッド62と、その主軸ヘッド62を上下方向に移動させるヘッド昇降装置64と、主軸ヘッド62を互いに直交する2方向に移動させることで水平面に沿って移動させるヘッド移動装置66と、ワークW5を保持するワークテーブル68とを備えている。
モジュール本体60は、自身の上部において、ヘッド移動装置66およびヘッド昇降装置64を支持している。モジュール本体60の上部には、第1スライダ70が、第1スライダ70に設けられた1対のガイドレール72とモジュール本体60に設けられた複数のベアリング74とによって前後方向に摺動可能に支持されている。その第1スライダ70は、前後移動用モータ76およびボールねじ機構等を含んで構成される前後移動機構によって、前後方向に移動させられる。また、第1スライダ70には、主軸ヘッド62を保持するヘッド保持体としての第2スライダ80が、第1スライダ70の前面に設けられた1対のガイドレール82に沿って左右方向に摺動可能に支持されている。その第2スライダ80は、左右移動用モータ84およびボールねじ機構86等を含んで構成される左右移動機構によって、左右方向に移動させられる。つまり、それら第1スライダ70,1対のガイドレール72,ベアリング74,前後移動機構,第2スライダ80,1対のガイドレール82,左右移動機構等を含んで、ヘッド移動装置66が構成されているのである。
主軸ヘッド62は、主軸ヘッド62に設けられた1対のガイドレール90と第2スライダ80に設けられた複数のベアリング92とによって上下方向に摺動可能に、第2スライダ80に支持されている。なお、ヘッド昇降装置64は、ヘッド昇降用モータ94およびボールねじ機構等を主要構成要素とするものであり、そのヘッド昇降装置64によって、主軸ヘッド62が上下方向に移動させられる。
主軸ヘッド62は、上述のようなヘッド移動装置66およびヘッド昇降装置64の構成によって、モジュール本体60の前面よりも前方側の位置で支持されているのである。その主軸ヘッド62は、鉛直方向に延びてツールであるドリルやエンドミル等が下端において保持する主軸100と、その主軸100をそれの軸線まわりに回転させる主軸回転モータ102を主体として構成された主軸回転装置とを有している。
ワークテーブル68は、モジュール本体60の前面から前方に張り出した状態で支持されている。マシニングセンタ52は、そのワークテーブル68を前後方向に延びる軸線まわりに回転させるテーブル回転装置106を備えており、ワークW5を傾斜させた状態でツールによる加工を行うことが可能とされている。なお、テーブル回転装置は、前後方向に限らず、左右方向に延びる軸線まわりに回転させるもの、あるいは、前後方向と左右方向との間、つまり、水平方向に延びる軸線まわりに回転させるものを採用することも可能である。さらに言えば、テーブル回転装置は、鉛直軸線まわりに回転させるものや、水平軸線まわりと鉛直軸線まわりとの両者に回転させるものを採用することも可能である。
なお、本実施形態の機械工作システムにおいては、図4に示した多関節型のアーム30を有するワーク搬送着脱装置26によって、ワークが隣のモジュールからワークテーブル68まで運ばれるとともに、ドリミルモジュール50によって加工が完了したワークが、ワークテーブル68から次のモジュールまで運ばれるようになっている。
ドリミルモジュール50は、ワークに切削加工を施す際、ワークにクーラントをかけつつ切削加工が行われる。また、切削加工において、切削屑が発生する。本機械工作システムは、それらクーラントおよび切削屑に配慮した構成となっている。具体的には、図6,図7に示すように、ベースユニット34の内部に、クーラントを収容するクーラントタンク110が内蔵されている。そして、モジュール本体60の前方側に設けられたワークテーブル68の下方に位置するように、ベースユニット34の前方側の上面には、クーラントおよび切削屑を、クーラントタンク110に受け入れるための受入口112が設けられている。そのクーラントタンク110は、詳細な説明は省略するが、内部に、スクリューコンベアが設けられており、クーラントと切削屑とが分けられ、切削屑のみが、クーラントランク110の後方側に送られるように構成されている。クーラントタンク110は、ベースユニット34の後方にはみ出しており、そのはみ出した後端部にスクリューコンベアの排出ダクト114が配設されている。つまり、モジュール50の前方側の作業位置において発生した切削屑は、クーラントタンク110内でスクリューコンベアによって後方側に送られ、排出ダクト114を通って、当該システムの後方に排出されるようになっているのである。なお、それらクーラントタンク110およびスクリューコンベア等を含んで、ベース10が受け入れた切削屑を、ベース10の後方側から排出する切削屑排出装置が構成されている。
また、マシニングセンタ52は、主軸100に取り付けられる複数のツールを収納するツールマガジン120を有しており、そのツールマガジン120に収納された複数のツールのうちの1つと、主軸100に取り付けられているツールとを自動で交換可能な構成とされている。ツールマガジン120は、モジュール本体60の内部に収容されており、ツールの交換時に、図7に示すように、モジュール本体60の前面に設けられた開口から突出するようになっている。なお、ドリミルモジュール50による加工作業中には、図6に示すように、その開口は、カバー124によって塞がれており、クーラントや切削屑等がモジュール本体60の内部に入り込んで、ツールマガジン120に収納されたツール等に付着することが防止されるようになっている。
図8に示すように、ツールマガジン120は、複数のツールホルダ(以下、単に「ホルダ」と呼ぶ場合がある)130を有しており、それぞれがツールを上下方向に延びる姿勢で保持している。つまり、ツールマガジン120は、複数のツールを、それぞれの軸線が平行になるように収容するものとなっている。なお、図8(a)に示すように、通常、1つ以上のホルダ130は、ツールを保持しておらず、主軸100に取り付けられているツールを受け取るために、空けられている。ちなみに、この図8におけるTは、各ホルダ130に保持されるツールの収納空間領域を、模式的に示している。
上記の複数のツールホルダ130は、前後方向(交差方向)に長い長円に沿って配列されている。具体的には、ツールマガジン120は、2つのスプロケット132とそれらに掛け渡されたローラチェーン134とを有しており、そのローラチェーン134に複数のツールホルダ130が固定されることで、それら複数のツールホルダ130は、交差方向に長い長円に沿って配列されている。つまり、ツールマガジン120は、複数のツールホルダ130が長円に沿った配列とされているため、左右方向(配列方向)の寸法が小さくされているのである。
ツールマガジン120は、前方側(図における右側)のスプロケット132を回転駆動させるためのスプロケット駆動用モータと、そのスプロケット駆動用モータの回転をスプロケット132に伝達する減速機138を有している。ツールマガジン120は、スプロケット駆動用モータによってスプロケット132を回転させることで、ローラチェーン134を回転させて複数のツールホルダ130を周回させることが可能とされている。つまり、2つのスプロケット132,ローラチェーン134,スプロケット駆動用モータ,減速機138を含んで、ツールホルダ周回機構が構成されているのである。
また、ツールマガジン120は、モジュール本体60の内部に前後方向に延びる姿勢で固定された1対のガイドレール150と、自身に固定された被ガイド部としてのベアリング152とによって、前後方向に移動可能とされている。そして、マシニングセンタ52は、上記のツールマガジン120を前後方向に移動させるマガジン移動装置150を備えている。そのマガジン移動装置150は、ボールねじ機構と、そのボールねじ機構のボールねじ156を回転させるマガジン移動用モータ158とを含んで構成される。ボールねじ機構のナットが、ツールマガジン120の下面に固定されており、モジュール本体60に固定されたマガジン移動用モータ158によってボールねじ156を回転させることで、ツールマガジン120全体を前後方向に移動させることが可能とされている。
マシニングセンタ52は、マガジン移動装置150によって、ツールマガジン120が前進させられて、そのツールマガジン120の前端部が、モジュール本体60の開口から突出するように構成されている。そして、ツールマガジン120が前進端に位置する状態において、複数のツールホルダ130のうちの交換に供せられるもの、つまり、前端に位置するものが、主軸100がヘッド移動装置66によって移動させられる領域内に位置させられるようになっており、その前端に位置するホルダ130に対して、主軸100のツール交換が行われる。
ツール交換について詳しく説明すれば、まず、マガジン移動装置150によりツールマガジン120を前進させるとともに、ヘッド移動装置66により主軸100を交換位置に移動させる。なお、ツールマガジン120においてはツールを保持していないホルダ130が前端に位置させられている。ホルダ130は、2つの爪で把持する構成のものであり、主軸100が後方に移動させられて、ホルダ130の2つの爪の隙間から主軸100に取り付けられたツールが嵌め込まれ、そのツールをホルダ130に把持させる。次いで、主軸100が上昇させられて、主軸100からツールが離脱させられるのである。続いて、ツールホルダ130を周回させ、主軸100に取り付けるツールをツールマガジン120の前端に位置させる。そして、主軸100が下降させられて、主軸100にツールが取り付けられる。次いで、主軸100を前方に移動させるとともに、ツールマガジン120を後退させることで、ツールがホルダ130から抜き出され、ツール交換が終了する。
上述したドリミルモジュール50は、先にも説明したように、旋盤モジュール12と同じベッド42を用いているため、その旋盤モジュール12と同様に、交差方向(前後方向)に延びる軌道に沿ってベース10から引き出し可能とされている。図9には、右側のドリミルモジュール50が、前方側に引き出された状態を示している。そして、その図9に示すように、前方へのドリミルモジュール50の引き出しは、ツールマガジン120のメンテナンスや、ワーク変更に伴うツールマガジン120の交換等の際に、行われる。一方、図10には、ドリミルモジュール50が、後方に、離脱するまでに引き出された状態を示している。この状態とすることで、マシニングセンタ52全体のメンテナンスを容易に行うことが可能である。
当該機械工作システムでは、ドリミルモジュール50を含む複数のモジュールが近接して配置されているにも拘らず、各モジュールのメンテナンス、段取り換え、交換等の作業を簡単に行うことが可能である。換言すれば、従来のマシニングセンタにおいて、メンテナンス等の際に必要であった側面側のスペースを確保する必要がなく、ドリミルモジュール50の隣に他のモジュールを近接して配列することが可能である。したがって、当該機械工作システムは、配列方向の長さが短くされているのである。
当該機械工作システムは、ツールマガジン120がモジュール本体60の内部に収容されているため、ツールマガジン120がモジュール本体60の外部に配置される場合に比較して、コンパクトなものとなる。ただし、ツールマガジン120がモジュール本体60の内部に収容されているため、ツールマガジン120へのアプローチは難しくなる。しかしながら、上述したように、当該機械工作システムは、モジュール50をベース10から引き出すことが可能なため、ツールマガジン120に容易にアプローチすることが可能である。
また、当該機械工作システムは、上述したように、ツールマガジン120が交差方向(前後方向)に長い長円に沿ってツールホルダ130が配列されたものとなっている。そのため、ツールマガジン120の配列方向の寸法が比較的小さくされており、ドリミルモジュール50の配列方向の幅も小さくされているのである。さらに、当該機械工作システムは、主軸100に取り付けられたツールの交換時に、マガジン移動装置150によって、ツールマガジン120をその主軸100が移動させられる領域にまで移動させるように構成されている。そのため、主軸100の移動領域をツール交換のために広げる必要がなく、ドリミルモジュール50のコンパクト化が図られている。
さらにまた、当該機械工作システムは、切削屑排出装置によって、切削屑が、当該システムの後方に排出されるようになっている。そのため、切削屑を回収するボックスを、配列方向に配置する必要がなく、そのようなボックスを含めたシステムの長さを短くすることが可能である。
10:ベース 12:作業機モジュール(旋盤モジュール) 26:ワーク搬送着脱装置 34:ベースユニット 36:レール対 38:レール 40:車輪 42:ベッド 44:台車 46:レール 50:ドリミルモジュール〔加工機モジュール〕 52:マシニングセンタ 60:モジュール本体 62:主軸ヘッド 64:ヘッド昇降装置 66:ヘッド移動装置 68:ワークテーブル 70:第1スライダ 76:前後移動用モータ 80:第2スライダ 84:左右移動用モータ 94:ヘッド昇降用モータ 100:主軸 102:主軸回転モータ 106:テーブル回転装置 110:クーラントタンク 112:受入口 114:排出ダクト 120:ツールマガジン 124:カバー 130:ツールホルダ 132:スプロケット 134:ローラチェーン 150:ガイドレール 152:ベアリング〔被ガイド部〕 156:ボールねじ 158:マガジン移動用モータ

Claims (3)

  1. ベースと、そのベース上に載置されて配列方向に配列された複数の作業機モジュールと
    を含んで構成され、
    それら複数の作業機モジュールの少なくとも1つが、
    (A)モジュール本体と、(B)ツールが取り付けられる主軸とその主軸を回転させる主軸回
    転装置とを有する主軸ヘッドと、(C)前記主軸ヘッドを上下方向に移動させるヘッド昇降
    装置と、(D) 前記主軸ヘッドを互いに直交する2方向に移動させることで水平面に沿って
    移動させるヘッド移動装置と、(E)前記モジュール本体の前面から前方に張り出した状態
    で支持されてワークを保持するワークテーブルとを備え、ワークに対してツールによる加
    工を行う加工機モジュールとされ、
    その加工機モジュールが、前記配列方向と交差する方向である交差方向に延びる軌道に
    沿って前記ベースから引き出し可能とされ
    前記ベースの前面を前記配列方向に移動し、前記複数の作業機モジュールに渡ってワークを搬送する複数のワーク搬送装置のうちのいずれかを備えた機械工作システム。
  2. 前記加工機モジュールが、前記主軸ヘッドを上下方向に移動させるヘッド昇降装置と、前記主軸ヘッドを互いに直交する2方向に移動させることで水平面に沿って移動させるヘッド移動装置とを備え、
    それらヘッド昇降装置およびヘッド移動装置が、前記モジュール本体の上部において支持され、前記主軸ヘッドが、前記モジュール本体の前面よりも前方側の位置で支持された請求項1に記載の機械工作システム。
  3. 前記加工機モジュールが、
    前記ワークテーブルを、鉛直方向に延びる鉛直軸線まわりと水平方向に延びる水平軸線まわりとの少なくとも一方に回転させるテーブル回転装置を備えた請求項1または請求項2に記載の機械工作システム。
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