JPWO2016059738A1 - 横型工作機械 - Google Patents

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Abstract

横型工作機械(101)において、ベッド(1)上にX軸方向へ移動可能にサドル(2)が設けられ、サドル(2)上にX軸に直交するZ軸方向へ移動可能に主軸ヘッド(3)が設けられ、主軸ヘッド(3)に主軸(4)が回転可能に軸支され、サドル(2)の前方に工作物(W)を設置するテーブル(6)が設けられている。また、複数の工具(T)を保持する工具マガジン(8)を有し、工具マガジン(8)に保持された所望の工具(T)と主軸(4)に装着された工具(T)とを交換する自動工具交換装置(7)が設けられている。自動工具交換装置(7)は、工具マガジン(8)の径方向と平行な基準面(8s)が、Z軸と平行な水平状態またはZ軸に対して所定角度をなす傾斜状態となるように、主軸ヘッド(3)の上方に配置されている。

Description

本発明は、工具を装着する主軸が横向きである横型工作機械に関するものである。
工具を装着する主軸が横向きである横型工作機械には、主軸側が直交3軸方向に移動する構成のものがある。然るに、その構成では、各移動体の移動量の積み重ねが機械の大きさに直結するため、移動量を大きくするほど、機械全体が大きくなり、機械の設置面積が広くなってしまう。
これに対して、特許文献1や特許文献2の横型工作機械では、主軸側が水平なX軸方向(左右方向)とZ軸方向(前後方向)に移動し、工作物を載置するテーブル(キャリッジ)側がY軸方向(上下方向)に移動する構成になっている。これによれば、各移動体の移動量を大きくしても、機械全体が大きくなることが抑制され、しかも機械剛性が高く維持される。また、テーブル側をY軸方向へ移動させることで、主軸側の移動機構の設計がシンプルになるという利点もある。
また、工作機械には、工具マガジンに複数の工具を保持し、そのうち所望の工具を割り出して、主軸に装着された工具と交換する自動工具交換装置を備えたものがある。たとえば、特許文献1や特許文献2では、自動工具交換装置が主軸を保持する主軸ヘッドの上方に配置されている。この自動工具交換装置の円盤状の工具マガジンは、径方向と平行な基準面(円盤面)が鉛直になるように、縦向きに設置され、その全部または一部が工作機械の上方に突出している。
一方、特許文献3では、主軸が縦向きである縦型工作機械において、工具マガジンの基準面(円盤面)がX軸(左右軸)とZ軸(上下軸)を含むXZ平面に対して傾斜するように、工具マガジンを主軸ヘッドの前方に設置している。そして、主軸ヘッドの上下動に連動して、工具マガジンを主軸に対して接近させたり離反させたりすることで、工具マガジンと主軸との間で工具交換を行う。これにより、工具交換に要する主軸ヘッドの移動距離が短縮され、工具交換の高速化が実現されている。
欧州特許第1380382号明細書 特開2009−279697号公報 特許第2535479号公報
しかしながら、特許文献1、2のように、工具マガジンが縦向きになるように、自動工具交換装置が主軸ヘッドの上方に配置されていると、機械全体の高さが高くなり、周辺の見通しが悪くなる。横型工作機械を複数台設置した工場内において、周辺の見通しが良好であることは、機械設備の良好な監視や作業者同士の円滑な連携を実現するために必要である。
一方、工作機械に対して工作物を搬入出するために、たとえばガントリーローダのような、上方から工作物を自動で搬入出する工作物搬入出装置がある。このような工作物搬入出装置を使用する場合、特許文献1、2のように、自動工具交換装置の工具マガジンが横型工作機械の上方に他の部分より高く突出していると、工具マガジンと干渉しないように、工作機械の上方に工作物搬入出装置を配置するのが難しい。
なお、特許文献3では、縦型工作機械の前方に主軸ヘッドやテーブルなどが配置され、さらに主軸ヘッドの前方に工具マガジンを含む自動工具交換装置が配置されているので、工作物を上方から搬入出するには不向きであり、工作物搬入出装置の選択肢が少ない。また、縦型工作機械は、横型工作機械より高さが高いので、機械上方において周辺を見通して、機械設備の監視や作業者同士の連携を行うには不向きである。
本発明は、上述した課題を解決するものであって、その目的とするところは、高さを低くして周辺の見通しを良好にすることができ、上方から工作物を搬入出する工作物搬入出装置を容易に配置することができ、かつ、工作物搬入出装置を含む機械設備全体の高さを低くすることができる横型工作機械を提供することである。
本発明による横型工作機械は、ベッドと、水平なX軸方向へ移動可能にベッド上に設けられたサドルと、X軸に直交する水平なZ軸方向へ移動可能にサドル上に設けられた主軸ヘッドと、中心軸線がZ軸と平行になるように主軸ヘッドに回転可能に軸支され、工具が装着される主軸と、サドルの前方に設けられ、工作物が設置されるテーブルと、複数の工具を保持する工具マガジンを有し、該工具マガジンに保持された所望の工具と主軸に装着された工具とを交換する自動工具交換装置とを備えている。この構成において、自動工具交換装置は、工具マガジンの径方向と平行な基準面が、Z軸と平行な水平状態またはZ軸に対して所定角度をなす傾斜状態となるように、主軸ヘッドの上方に配置されている。
上記の工具マガジンの基準面は、工具マガジンに実存する部品面でも仮想面でもよいが、曲面ではない。また、工具マガジンに実存する部品面を基準面とする場合は、その部品面に孔や凹凸があってもよい。
上記によると、工具マガジンの基準面が横向き(水平状態または傾斜状態)になるように、自動工具交換装置が主軸ヘッドの上方に配置されているので、従来の工具マガジンの基準面が縦向きである構成よりも、横型工作機械の高さを低く抑えて、周辺の見通しを良好にすることができる。そしてこの結果、たとえば横型工作機械を複数台設置した工場内において、機械設備を良好に監視し、作業者同士の円滑な連携を行うことが可能となる。また、工具マガジンが上方に高く突出しなくなるので、上方から工作物を搬入出するガントリーローダなどの工作物搬入出装置を、工具マガジンと干渉しないように、横型工作機械の上方に容易に設置することができる。
また、本発明では、上記横型工作機械において、少なくとも工具交換時以外は、Z軸に対する工具マガジンの基準面の角度が鋭角であってもよい。この場合、工具マガジンの基準面は、工具の交換位置側が反対側に比べて主軸ヘッドに近くなるように、Z軸に対して鋭角で傾いていてもよい。
また、本発明では、上記横型工作機械において、ベッド上に設けられ、自動工具交換装置が取り付けられる取付台をさらに備え、自動工具交換装置は、主軸ヘッドのZ軸方向の位置に応じて、工具マガジンを主軸に対して接近または離反させ、工具マガジンに保持された工具と主軸に装着された工具とを交換するようにしてもよい。
また、本発明では、上記横型工作機械において、自動工具交換装置は、取付台上に設けられたX軸と平行な揺動軸と、揺動軸に連結され、工具マガジンの中央部を保持する保持部材と、揺動軸を中心にして保持部材と工具マガジンとを揺動させるアクチュエータとを有していてもよい。また、アクチュエータに代えて、主軸ヘッドのZ軸方向への移動力により、揺動軸を中心にして保持部材と工具マガジンとを揺動させる揺動機構を設けてもよい。
また、本発明では、上記横型工作機械において、工具マガジンは、円盤状に形成されていて、外周部に複数の工具を放射線状に保持する保持部が複数設けられていてもよい。または、工具マガジンは、直交する2つの径のうち、一方の径が他方の径より長い長円盤状に形成されていて、その一方の径と平行に工具を保持する保持部が複数設けられてもよい。
また、本発明では、上記横型工作機械において、自動工具交換装置はサドルに伴ってX軸方向に移動してもよい。
また、本発明では、上記横型工作機械において、工具マガジンとサドルの間に、主軸ヘッドを覆うトンネルカバーを設けてもよい。
また、本発明では、上記横型工作機械において、主軸ヘッドと主軸と工具マガジンは、少なくとも1つずつ設けられていてもよい。
また、本発明では、上記横型工作機械において、サドルの前方でベッドに立設された柱と、柱に沿ってテーブルをX軸とZ軸の両方に直交する鉛直なY軸方向へ移動させるY軸移動機構とをさらに備えていてもよい。その場合、柱は、ベッドにおける前側の左右端部の少なくとも一方に設ければよい。
また、本発明では、上記横型工作機械において、上方からテーブルに対して工作物を載置しまたは取り上げる工作物搬入出装置をさらに備えてもよい。そして、工作物搬入出装置は、横型工作機械の上方に設けられ、工作物を搬送するための軌道と、軌道に沿って移動する移動体と、移動体に設けられ、工作物を把持し該把持を解除するワークハンドを有していてもよい。
また、本発明では、上記横型工作機械において、サドルの前方に、工作物を加工する加工領域を設け、加工領域の上方に、工作物を搬入出する搬入出領域を設け、テーブルは、サドルの前方でベッドに立設された柱に沿って加工領域と搬入出領域へ移動可能であり、搬入出領域の上方に、軌道を配設してもよい。この場合、移動体が軌道に沿って移動することにより、ワークハンドが搬入出領域に対して出入りしてもよい。また、軌道を柱の上部に固定してもよい。
または、搬入出領域を省略して、加工領域の上方に軌道を配設してもよい。この場合、工作物搬入出装置が、移動体とワークハンドの間に介在してY軸方向に移動するY軸可動ヘッドをさらに有し、移動体が軌道に沿って移動して加工領域の上方で停止した後、Y軸可動ヘッドがY軸方向に移動することにより、ワークハンドが加工領域に対して出入りしてもよい。
または、自動工具交換装置の上方に軌道を配設し、工作物搬入出装置が、移動体とワークハンドの間に介在してY軸とZ軸とを含むYZ面内で移動する可動ヘッドをさらに有していてもよい。そして、加工領域の上方に搬入出領域を設けた場合は、移動体が軌道に沿って移動して自動工具交換装置の上方で停止した後、可動ヘッドがYZ面内で移動することにより、ワークハンドが搬入出領域に対して出入りしてもよい。
一方、自動工具交換装置の上方に軌道を通し、工作物搬入出装置に前記可動ヘッドを設け、搬入出領域を省略した場合は、移動体が軌道に沿って移動して自動工具交換装置の上方で停止した後、可動ヘッドがYZ面内で移動することにより、ワークハンドが加工領域に対して出入りしてもよい。
また、軌道が加工領域より上方を通る場合には、可動ヘッドが、X軸と平行な旋回軸を中心にしてYZ面内で旋回してもよいし、またはYZ面内で斜めに移動してもよい。
さらに、ワークハンドは把持した工作物を、X軸と平行な第1回転軸を中心にして回転させてもよいし、またはX軸に対して垂直な第2回転軸を中心にして回転させてもよい。
本発明の横型工作機械によれば、機械設備全体の高さを低くして周辺の見通しを良好にすることができ、工作物搬入出装置を容易に配置することができ、かつ、工作物搬入出装置を含む機械設備全体の高さを低くすることができる。
図1は、本発明の第1実施形態による横型工作機械の斜視図である。 図2は、図1の横型工作機械の側面図である。 図3は、図1の横型工作機械の側面図である。 図4は、図1の横型工作機械の工具交換状態を示した側面図である。 図5は、図1の横型工作機械の工具交換状態を示した側面図である。 図6は、図1の揺動機構とスライド機構の一部を示した断面図である。 図7は、本発明の第2実施形態による横型工作機械の斜視図である。 図8は、図7の横型工作機械の側面図である。 図9は、図7の横型工作機械の側面図である。 図10は、図7の横型工作機械の工具交換状態を示した側面図である。 図11は、図7の横型工作機械の工具交換状態を示した側面図である。 図12は、本発明の第3実施形態による横型工作機械の側面図である。 図13は、図12の横型工作機械の斜視図である。 図14は、図12の横型工作機械の工作物搬入出状態を示した斜視図である。 図15は、図12の横型工作機械の工作物搬入出状態を示した斜視図である。 図16は、図12の横型工作機械の工作物回転状態を示した斜視図である。 図17は、図12の横型工作機械の工作物回転状態を示した側面図である。 図18は、本発明の第4実施形態による横型工作機械の斜視図である。 図19は、図18の横型工作機械の側面図である。 図20は、図18の横型工作機械の工作物搬入出状態を示した斜視図である。 図21は、図18の横型工作機械の工作物搬入出状態を示した斜視図である。 図22は、図18の横型工作機械の工作物搬入出状態を示した側面図である。 図23は、図18の横型工作機械の工作物回転状態を示した側面図である。 図24は、本発明の第5実施形態による横型工作機械の斜視図である。 図25は、本発明の第6実施形態による横型工作機械の側面図である。 図26は、本発明の第7実施形態による横型工作機械の斜視図である。 図27は、本発明の第8実施形態による横型工作機械の側面図である。 図28は、本発明の第9実施形態による横型工作機械の側面図である。 図29は、本発明の第10実施形態による横型工作機械の側面図である。 図30は、本発明の第11実施形態による横型工作機械の側面図である。 図31は、本発明の第12実施形態による横型工作機械の側面図である。 図32は、本発明の第13実施形態による横型工作機械の斜視図である。 図33は、本発明の第14実施形態による横型工作機械の斜視図である。
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。
まず、第1実施形態の構成および構造を、図1〜図6を参照しながら説明する。
第1実施形態の横型工作機械101は、たとえば、工作物Wを切削加工する工作機械から成る。後述する他の実施形態の横型工作機械も同様である。
横型工作機械101は、工作物Wを切削加工しているときに出てくる切りくずや切削液などの飛散を防止するため、カバー90により覆われている。図1〜図5では、横型工作機械101の構造を分かり易くするため、カバー90を二点鎖線で示している。カバー90の左右側面や前面には、窓91が設けられている。各窓91は、たとえば図示しない透明板によって開閉される。
後述する別の実施形態の横型工作機械にも、このようなカバー90や窓91が設けられる。カバー90や窓91の形状は、横型工作機械の形状にあわせて設計される。
横型工作機械101には、ベッド1、サドル2、主軸ヘッド3、主軸4、コラム5、テーブル6、および自動工具交換装置7が備わっている。
ベッド1は、上方から見て、矩形状に形成されている。ベッド1上の中央から後側には、サドル2が設けられている。サドル2は、上方から見て、Z軸方向(前後方向)に長い略直方体状に形成されている。また、サドル2は、X軸移動機構20によってX軸方向(左右方向)へ移動可能になっている。X軸とZ軸は、水平面内にあって直交している。
X軸移動機構20は、ガイドレール21、スライダ22、X軸ボールねじ(図示せず)、および駆動モータ24などから構成されている。
図1に示すように、ベッド1上には、2個1対の基準台面1aがZ軸方向に所定の間隔で突設されている。各基準台面1a上には、ガイドレール21がX軸と平行にそれぞれ固定されている。各ガイドレール21には、スライダ22がX軸方向へ移動可能に係合されている。つまり、ガイドレール21とスライダ22は、それぞれ2個1対で設けられている。各スライダ22上には、サドル2が固定されている。
ガイドレール21間には、駆動モータ24とX軸ボールねじが設けられている。駆動モータ24は、回転軸(図示省略)がX軸と平行になるように、ベッド1上に設置されている。
図示を省略しているが、X軸ボールねじは、ベッド1とサドル2の間に、X軸と平行に設けられている。X軸ボールねじの一端は、駆動モータ24の回転軸に連結され、X軸ボールねじの他端は、軸受などを介して、ベッド1に回転可能に支持されている。また、X軸ボールねじには、ナットが螺合されていて、該ナットはサドル2に連結されている。
駆動モータ24が正転または逆転して、X軸ボールねじが回転することにより、サドル2が、ガイドレール21とスライダ22に案内されて、X軸方向へ直進移動する。
サドル2上には、主軸ヘッド3が設けられている。主軸ヘッド3は、Z軸移動機構30によってZ軸方向へ移動可能になっている。主軸ヘッド3の前側には、中心軸線4j(図2)がZ軸と平行になるように、主軸4が回転可能に軸支されている。主軸4には、前方へ突出するように、工具Tが装着される。主軸ヘッド3には、主軸4を軸周りに回転させる駆動源や機構が備わっている(図示省略)。
図1に示すように、Z軸移動機構30は、ガイドレール31、スライダ32、Z軸ボールねじ33、駆動モータ34、およびナット35などから構成されている。
ガイドレール31は、X軸方向に所定の間隔をおいて2本1対で設けられていて、Z軸と平行にサドル2上に固定されている。各ガイドレール31には、スライダ32がZ軸方向へ移動自在に係合されている。各スライダ32上には、主軸ヘッド3が固定されている。駆動モータ34は、回転軸(図示省略)がZ軸と平行になるように、サドル2の後面に固定されている。
Z軸ボールねじ33は、Z軸と平行に設けられている。図示を省略しているが、Z軸ボールねじ33の一端は、サドル2内にある軸受などを介してサドル2に回転可能に支持されている。Z軸ボールねじ33の他端は、駆動モータ34の回転軸に連結されている。また、Z軸ボールねじ33には、ナット35が螺合されていて、該ナット35は主軸ヘッド3に固定されている。
駆動モータ34が正転または逆転して、Z軸ボールねじ33が回転することにより、主軸ヘッド3が、ガイドレール31とスライダ32に案内されて、Z軸方向へ直進移動する。
サドル2の前方には、X軸方向に所定の間隔をおいて、コラム5が2本1対で立設されている。詳しくは、コラム5は、ベッド1における前側(前面)の左右端部に固定されている。コラム5は、本発明の「柱」の一例である。なお、コラム5を、ベッド1における前側の上面の左右端部に固定してもよい。
サドル2やコラム5より前方には、工作物Wが設置されるテーブル6が設けられている。テーブル6は、Y軸移動機構40によりコラム5に沿って、X軸とZ軸の両方に直交する鉛直なY軸方向(上下方向)へ移動可能になっている。
Y軸移動機構40は、ガイドレール41、スライダ42、Y軸ボールねじ43、駆動モータ44、ナット45、およびキャリッジ46から構成されている。これらの部材41〜46は、コラム5毎に設けられている。図1では、手前(左側)のコラム5に設けられたガイドレール41とY軸ボールねじ43とナット45の図示を省略している。
各コラム5の対向する左右側面には、Z軸方向に所定の間隔をおいて、Y軸と平行に2本のガイドレール41が固定されている。各ガイドレール41には、スライダ42がY軸方向へ移動自在に係合されている。左右のスライダ42には、キャリッジ46がそれぞれ固定されている。各キャリッジ46は、スライダ42とともにY軸方向へ移動可能になっている。
その1対のキャリッジ46には、テーブル6が保持されている。詳しくは、図1で、右側のキャリッジ46にテーブル6の右端部6rが保持され、左側のキャリッジ46にテーブル6の左端部6Lが保持されている。テーブル6の水平面6c上には、治具(図示省略)を介して工作物Wが固定される。
駆動モータ44は、回転軸(図示省略)がY軸と平行になるように、各コラム5の上面に固定されている。各駆動モータ44は、カバー90の図示しない一部品により上方から覆われる。各駆動モータ44には、減速機構が一体的に設けられていてもよい。
各コラム5のガイドレール41間にある凹部には、Y軸ボールねじ43がY軸と平行に設けられている。図示を省略しているが、各Y軸ボールねじ43の一端は、各駆動モータ44の回転軸に連結され、各Y軸ボールねじ43の他端は、軸受などを介して各コラム5に回転可能に支持されている。また、各Y軸ボールねじ43には、ナット45が螺合されていて、該ナット45は各キャリッジ46に固定されている。
各駆動モータ44が同期して正転または逆転し、各Y軸ボールねじ43が回転することにより、各キャリッジ46が、ガイドレール41とスライダ42に案内されて、Y軸方向へ同期して直進移動する。そして、キャリッジ46に保持されたテーブル6およびテーブル6に設置された工作物Wが、Y軸方向へ直進移動する。図2などに示すように、コラム5の前側近傍には、主軸4に装着された工具Tで工作物Wを加工する加工領域Rbが設けられている。加工領域Rbの大きさは、工作物Wの大きさに応じて設定される(後述する他の実施形態も同様)。
テーブル6は、X軸と平行なA軸(図1)周りに回転可能になっている。詳しくは、テーブル6の左端部6Lには、モータなどの駆動源6mが連結されている。テーブル6の左右端部6L、6rは、A軸周りに回転可能に各キャリッジ46に保持されている。駆動源6mの駆動力によりテーブル6の左端部6LがA軸周りに回転することで、水平部6cと右端部6rが従属的にA軸周りに回転し、テーブル6に設置された工作物WもA軸周りに回転する。
このような、テーブル6をA軸周りに回転させる構造に代えて、テーブルをY軸と平行なB軸(図示省略)周りに回転させる構造を採用してもよい。また、テーブルをA軸周りに回転させる構造とB軸周りに回転させる構造の両方を採用してもよい(いわゆる5軸制御の横型工作機械)。
いずれにしても、テーブル6の直下(加工領域Rbの下方)に、切りくずを排出するための透孔89を設ける。透孔89は、ベッド1の前側に設置されたオイルパン88に形成されている。また、ベッド1の下部の床面には、図示しないチップコンベア等の切りくず回収装置を設置し、切りくずがベッド1に堆積しないように、切りくずを機械の外へ排出する。
主軸ヘッド3の上方には、自動工具交換装置7が配置されている。自動工具交換装置7は、工具マガジン8、回転モータ9、および揺動機構10を有している。
工具マガジン8は、円盤状に形成されている。工具マガジン8の下方へ向かって折れ曲がった外周部8aの先端には、放射線状に工具Tを保持する保持部8bが複数形成されている。工具マガジン8の上部中央には、回転モータ9が取り付けられている。工具マガジン8の回転軸8jと回転モータ9の回転軸9jとは、同軸になるように連結されている。工具マガジン8と回転モータ9は、カバー90の図示しない一部品により上方から覆われる。回転モータ9には、減速機構が一体的に設けられていてもよい。
回転モータ9の駆動力により、工具マガジン8は回転軸8jを中心にして回転し、保持部8bに保持された工具Tのうち、所望の工具Tが最前方の交換位置8c(図2)に送り出される。
ベッド1上の後端部には、図1に示すように、門型の取付台11が立設されている。取付台11の上面部11bは、水平でX軸方向に延びている。取付台11の内側をサドル2がX軸方向へ移動できかつ主軸ヘッド3がZ軸方向へ移動できるように、取付台11の幅と高さは設定されている。上面部11bには、揺動機構10を介して、自動工具交換装置7が取り付けられている。
揺動機構10は、スライドブロック12、保持部材13、揺動軸14、ボールねじ15、ナット16、および駆動モータ17などから構成されている。
取付台11の上面部11bの中央下部には、後方へ水平に突出するように、水平突出部11aが設けられている。この水平突出部11aの後端部上には、図示しないブラケットなどを介して、駆動モータ17が固定されている。駆動モータ17の回転軸(図示省略)は、Z軸と平行になっている。駆動モータ17には、減速機構が一体的に設けられている。
また、上面部11bの中央には、スライドブロック12と保持部材13と揺動軸14が設けられている。揺動軸14は、X軸方向に所定の間隔をおいて2個1対で設けられている。各揺動軸14は、X軸と平行になるように、軸支部材19を介して上面部11b上に取り付けられている。
保持部材13は、上方から見て枠状に形成されている。保持部材13の中央には、各揺動軸14の一端部が貫通状態で係合している。この構造により、保持部材13は、揺動軸14を中心にして揺動可能に取付台11上に支持されている。
図2などに示すように、保持部材13の前上端部には、工具マガジン8の中央部8mが固定されている。つまり、保持部材13は前上端部で、工具マガジン8の中央部8mを下方から保持している。これにより、工具マガジン8の径方向と平行な基準面8sを斜め横向きにして、自動工具交換装置7は主軸ヘッド3の上方に配置されている。詳しくは、本例では、工具交換時以外は、Z軸に対する工具マガジン8の基準面8sの角度が鋭角(45°以下)になるように、自動工具交換装置7が主軸ヘッド3の上方に配置されている。なお、ここでは基準面8sが、Z軸に対して所定角度をなす傾斜状態となるようにしたが、基準面8sが、Z軸と平行な水平状態となるようにしてもよい。後述する他の実施形態においても同様である。
工具マガジン8の径方向とは、工具マガジン8の回転軸8jに対して垂直な径の方向のことである。図1では、工具マガジン8の径の一例を符号Dの太線矢印で示しているが、工具マガジン8が円盤状に形成されているため、工具マガジン8の径方向は、回転軸8jを中心とした周囲360°の方向のことである。そして、工具マガジン8の基準面8sは、その径方向と平行な(すなわち、回転軸8jに対して垂直な)工具マガジン8のベース部材8rの上面から成る。つまり、基準面8sは、工具マガジン8の実存する部品面である。また、基準面8sは、凹凸を有しているが、曲面ではない。他の例として、工具マガジン8の径方向と平行な仮想面を基準面としてもよい。
保持部材13の内側には、スライドブロック12が後方から挿入されている。スライドブロック12の下部には、図6に示すように、係合凹部12mがZ軸と平行に設けられている。
図6は、揺動機構10と後述するスライド機構50の一部を示した断面図である。詳しくは、図6は、スライドブロック12の周辺部分をX軸とY軸を含むXY平面で切断して、該切断面を後方から見た状態を示している。
スライドブロック12の係合凹部12mは、ガイドレール11rと係合している。ガイドレール11rは、取付台11の水平突出部11aから上面部11b(図1)に向かって、Z軸と平行に設けられている。スライドブロック12は、ガイドレール11rに沿って、Z軸方向へ移動可能になっている。
図2などに示すように、ボールねじ15は、Z軸と平行に水平突出部11aの上方に設けられている。図示を省略しているが、ボールねじ15の一端は、軸受などを介して、取付台11に回転可能に支持されている。ボールねじ15の他端は、駆動モータ17の回転軸に連結されている。また、ボールねじ15には、ナット16が螺合されていて、該ナット16はスライドブロック12に固定されている。
図1および図6に示すように、スライドブロック12の左右側面には、カム溝28が形成されている。カム溝28は、図2に示すように、スライドブロック12の後端の上部から前方に向かって、水平に延びた後、斜め下方に延び、スライドブロック12の下部で水平に延びるように、略S字状に形成されている。保持部材13の左右内側面には、1対のカムローラ29が対向するように取り付けられている(保持部材13の右内側面のカムローラ29は図示せず)。各カムローラ29は、各カム溝28に係合している。
駆動モータ17が正転または逆転して、ボールねじ15が回転することにより、図2〜図5に示すように、スライドブロック12がZ軸方向へ直進移動する。そして、カムローラ29がカム溝28内を転動して、保持部材13および工具マガジン8が揺動軸14を中心にしてY軸とZ軸を含むYZ面内で揺動する。駆動モータ17は、本発明の「アクチュエータ」の一例である。
上記のように、駆動モータ17の駆動力により工具マガジン8が揺動することで、工具マガジン8の工具交換位置8cが主軸4に対して接近したり離反したりする。自動工具交換装置7は、主軸ヘッド3のZ軸方向の位置に応じて、工具マガジン8を主軸4に対して接近させたり離反させたりすることで、工具マガジン8に保持された所望の工具Tと主軸4に装着された工具Tとを交換する。
工具マガジン8とサドル2の間には、主軸4と主軸ヘッド3を覆うトンネルカバー59が設けられている。トンネルカバー59は、主軸ヘッド3とは別に、スライド機構50によってZ軸方向へ移動可能になっている。トンネルカバー59の内径は、主軸ヘッド3がZ軸方向へ移動可能な大きさに設定されている。トンネルカバー59の外径は、工具マガジン8に保持された工具Tと干渉しない大きさに設定されている。
図1、図2、および図6に示すように、スライド機構50は、ガイドレール51、スライダ52、水平部材53、ラック54a、54b、ピニオンギヤ55a、55b、ブラケット56、軸受部材57、および揺動機構10の一部部品などから構成されている。その揺動機構10の一部部品には、スライドブロック12、ボールねじ15、ナット16、および駆動モータ17などが含まれている。ガイドレール51、スライダ52、ラック54a、54b、ピニオンギヤ55a、55b、ブラケット56、および軸受部材57は、それぞれ左右1対で設けられている(右側にあるガイドレール51とスライダ52は図示せず)。
ガイドレール51は、サドル2の左右両端部にZ軸と平行に固定されている。各ガイドレール51には、スライダ52がZ軸方向へ移動可能に係合されている。各スライダ52は、トンネルカバー59の左右側面に固定されている。
水平部材53は、取付台11の内側を通って、Z軸と平行に設けられている。図3に示すように、水平部材53の前端部53fは、トンネルカバー59の後端上部に連結されている。図6に示すように、水平部材53の上部には、係合凹部53kが左右1対で設けられている。取付台11の各水平突出部11aの下部には、ガイドレール11sが左右1対で設けられている。各ガイドレール11sと係合凹部53kは、係合している。このため、水平部材53とトンネルカバー59は、ガイドレール11sに沿って、Z軸方向へ移動可能になっている。
水平部材53の左右側面には、ラック54bがZ軸と平行に設けられている。各ラック54bの刃先は、左右側方(ボールねじ15と反対側)を向いている。スライドブロック12の左右側面には、ブラケット56がそれぞれ固定されている。各ブラケット56の水平部56hは、図2などに示すように後方へ延びている。各水平部56hの下部には、図6に示すように、ラック54aが設けられている。各ラック54aの刃先は、ラック54bの刃先と反対側(ボールねじ15側)を向いている。
ピニオンギヤ55a、55bは、軸受部材57を介して取付台11の各水平突出部11aに取り付けられている。ピニオンギヤ55a、55bは、同一の回転軸55jを有していて、該回転軸55jはY軸と平行になっている。軸受部材57の上方にある小ピニオンギヤ55aは、ラック54aと噛み合っている。軸受部材57の下方にある大ピニオンギヤ55bは、ラック54bと噛み合っている。
駆動モータ17の駆動力により、図2〜図5に示すように、スライドブロック12がZ軸方向へ直進移動すると、それに伴ってブラケット56とラック54aがスライドブロック12と同一方向へ直進移動し、小ピニオンギヤ55aが回転する。このとき、大ピニオンギヤ55bが小ピニオンギヤ55aと同一方向に回転して、ラック54bと水平部材53をスライドブロック12と反対方向へ送る。これにより、トンネルカバー59が、水平部材53に伴って、スライドブロック12と反対の方向へ直進移動する。
次に、横型工作機械101における工具交換時の動作を説明する。
図2に示すように、主軸ヘッド3がZ軸上の原点位置にあるときは、スライドブロック12が保持部材13の後方から大きく突出していて、カムローラ29がカム溝28の下部に係合している。これにより、揺動軸14より後方にある保持部材13の後部がほぼ水平になっていて、工具マガジン8が保持部材13の前上端部により、主軸4から最も離反した上方位置に斜め横向きに保持されている。詳しくは、工具マガジン8の前部(交換位置8c側)が後部(交換位置8cと反対側)に比べて主軸ヘッド3に近くなるように、工具マガジン8の基準面8sはZ軸に対して、45°以下の鋭角で傾いている。このときの工具マガジン8の基準面8sの、Z軸に対する角度を「最離反角度」とする。
主軸ヘッド3がZ軸上の原点位置より前方にある間は、たとえば図3に示すように、工具マガジン8の最離反角度が維持される。図3の状態では、Z軸移動機構30により主軸ヘッド3と主軸4が前進していて、主軸4に装着された工具Tがコラム5の前側近傍にある加工領域Rbに到達している(図示省略)。
一方、主軸ヘッド3がZ軸移動機構30によりZ軸上の原点位置から後退して行くと、駆動モータ17が駆動して、スライドブロック12とラック54a(図6)がZ軸と平行に前進して行く。これにより、カムローラ29(図2)がカム溝28内を後方に向かって転動し、保持部材13の後部が押し上げられて、保持部材13と工具マガジン8が揺動軸14を中心に揺動して、工具マガジン8の前部が主軸4に接近して行く。また、ラック54aの前進により小ピニオンギヤ55a(図6)が回転し、大ピニオンギヤ55bが同一方向に回転して、ラック54bと水平部材53をZ軸と平行に後方へ送る。このため、水平部材53に伴って、トンネルカバー59(図2)がスライドブロック12とは反対に後退して行く。
そして、図4に示すように、主軸ヘッド3が工具受け渡し位置まで後退すると、カムローラ29がカム溝28の上部に係合して、工具マガジン8の交換位置8cが主軸4に最も接近し、交換位置8cにある保持部8bの工具保持部分の中心軸と、主軸4の中心軸4jとが一致する。このときの工具マガジン8の基準面8sの、Z軸に対する角度(たとえば45°)を「最接近角度」とする。駆動モータ17の駆動により、工具マガジン8が主軸4に近づくように揺動するに連れて、トンネルカバー59が後退するので、工具マガジン8とトンネルカバー59が接触することはない。
主軸4に装着されている工具Tを交換する場合は、主軸ヘッド3がZ軸上の原点位置かこれより前方にある状態(図2や図3)で、X軸移動機構20によりサドル2とともに主軸ヘッド3を、X軸上の工具交換位置(X軸の原点=中心)まで移動させる。また、最離反角度にある工具マガジン8では、回転モータ9を駆動して、工具Tを保持していない空の保持部8bを交換位置8cに位置させる。
そして、図4に示すように、Z軸移動機構30により主軸ヘッド3をZ軸上の工具受け渡し位置まで後退させつつ、駆動モータ17により工具マガジン8を最接近角度まで揺動させる。これにより、主軸4に装着された工具Tと、工具マガジン8の空の保持部8bとが係合する。この状態から、Z軸移動機構30により主軸ヘッド3をさらに後退させると、図5に示すように、主軸4から保持部8bへ工具Tが受け渡される。主軸ヘッド3が工具受け渡し位置かこれより後方まで後退したときに、駆動モータ17は停止して、スライドブロック12やトンネルカバー59なども停止する。
主軸4から工具マガジン8へ工具Tを受け渡した後(図5)、回転モータ9を駆動して、所望の工具Tを交換位置8cまで移動して、該工具Tの中心軸を主軸4の中心軸4jと一致させる。そして、Z軸移動機構30により主軸ヘッド3を工具受け渡し位置まで前進させると、交換位置8cにある工具Tが主軸4に装着される(図4)。
この後、Z軸移動機構30により主軸ヘッド3を前進させて行く。また、駆動モータ17によりスライドブロック12とラック54aを後退させて行く。これにより、カムローラ29がカム溝28内を前方に向かって転動し、保持部材13の後部が押し下げられて、保持部材13と工具マガジン8が揺動軸14を中心に揺動し、工具マガジン8の前部が主軸4と主軸4に装着された工具Tから離反して行く。また、ラック54aの後退により小ピニオンギヤ55aが回転し、大ピニオンギヤ55bが同一方向に回転して、ラック54bと水平部材53をZ軸と平行に前方へ送る。このため、水平部材53に伴って、トンネルカバー59がスライドブロック12とは反対に前進して行く。以上により、工具交換は終了する。
上記第1実施形態によると、工具マガジン8の基準面8sが横向きになるように、自動工具交換装置7が主軸ヘッド3の上方に配置されている。詳しくは、工具交換時以外は、Z軸に対する工具マガジン8の基準面8sの角度が鋭角になっている(図2および図3)。このため、従来の特許文献1、2のような工具マガジンの基準面が縦向きである構成よりも、横型工作機械101の高さを低く抑えて、周辺の見通しを良好にすることができる。そしてこの結果、たとえば横型工作機械101を複数台設置した工場内において、機械設備を良好に監視し、作業者同士の円滑な連携を行うことが可能となる。
また、横型工作機械101の高さを低く抑えることで、天井の低い工場にも設置することができる。また、横型工作機械101の輸送時に、背の高い機械を積載する特別なトレーラー等が不要となり、輸送費用を低く抑えることができる。さらに、搬入口の小さい工場であっても、横型工作機械101を分解せずに工場内に搬入することができる。
また、工具マガジン8が上方に高く突出しなくなるので、上方から工作物Wを搬入出するガントリーローダなどの工作物搬入出装置を、工具マガジン8と干渉しないように、横型工作機械101の上方に容易に設置することができる。
また、従来の特許文献1、2のような自動工具交換装置では、工具マガジンを上下動させるか、工具交換アームなどを介さなければ、工具マガジンと主軸との間で工具交換をすることができない。然るに、上記第1実施形態の自動工具交換装置7では、主軸ヘッド3のZ軸方向への移動に伴って、駆動モータ17により工具マガジン8が主軸4に接近または離反するように揺動し、工具マガジン8に保持された所望の工具Tと主軸4に装着された工具Tとが交換される。このため、別途工具交換アームなどを設ける必要がなく、工具マガジン8と主軸4との間で工具交換を高速に行うことができる。特に、工具マガジン8の基準面8sは、工具Tの交換位置8c側(前部)が反対側(後部)に比べて主軸ヘッド3に近くなるように傾いているので、工具マガジン8の揺動時に交換位置8cが主軸4に最接近するまでの時間が短くなり、より迅速に工具交換を行うことが可能となる。
また、上記第1実施形態では、主軸ヘッド3やサドル2の左右方向の幅が狭いので、工具マガジン8で保持した工具Tが主軸ヘッド3やサドル2に干渉しない程度に、工具マガジン8を支持する保持部材13の高さを容易に低く抑えることができる。またそれにより、横型工作機械101の工具マガジン8付近の高さも容易に低く抑えることができる。
また、上記第1実施形態では、主軸4側にはY軸方向へ移動する機構がないため、主軸4や加工領域Rbを低く設定することができる。また、テーブル6がY軸方向へ移動可能になっているので、工作物Wや工作物Wを固定する治具の高さが異なっても、工作物Wのローディング高さを自由に設定することができ、テーブル6や治具の設計を変更する必要がなくなる。また、ローディング高さを低く設定することで、作業者が手動でテーブル6に工作物Wを取り付けるときに、踏み台などが不要となり、該取り付け作業を容易に行うことができる。
また、上記第1実施形態では、テーブル6がコラム5の前方に支持され、加工領域Rbがコラム5の前方に配置されている。このため、作業者が横型工作機械101の前方から加工領域Rbに対して、工作物Wの搬入出や着脱や保守などの各種作業を容易に行うことができる。また、横型工作機械101の前方に工作物搬入出装置を配置して、工作物搬入出装置と自動工具交換装置7との干渉を容易に避けることができる。
横型工作機械101の前方に工作物搬入出装置を配置した場合、機械設備全体が前後方向に大きくなる。然るに、上記第1実施形態では、コラム5をサドル2の前側近傍に立設し、テーブル6を保持するキャリッジ46をコラム5同士の対向側で支持して、ベッド1の前後方向の大きさを小さく抑えている。このため、横型工作機械101および横型工作機械101の前方に設置した工作物搬入出装置を含む機械設備全体の、前後方向の大きさを小さく抑えることができる。
また、上記第1実施形態では、コラム5をベッド1の前面の左右端部に立設しているので、ベッド1によるコラム5の支持面積を大きくして、コラム5の剛性を高めることができる。
さらに、上記第1実施形態では、工具マガジン8とサドル2の間に、主軸ヘッド3を覆うトンネルカバー59を設けている。このため、工具マガジン8に保持された工具Tなどに付着した異物が落下して、主軸ヘッド3に備わる主軸4の回転用機構などの機械要素に付着するのを防止することができる。
次に、第2実施形態の構成および構造を、図7〜図11を参照しながら説明する。
第2実施形態の横型工作機械102では、主に、コラム5’やテーブル6’の周辺構造と、自動工具交換装置7’の周辺構造が、第1実施形態の横型工作機械101と異なっている。
図7に示すように、横型工作機械102では、主軸4の前側にあるベッド1の左右角部に、2本1対のコラム5’が立設されている。コラム5’とサドル2の間には、工作物Wが設置されるテーブル6’が配置されている。テーブル6’は、Y軸移動機構40’によりコラム5’に沿ってY軸方向へ移動可能になっている。この構造により、コラム5’の後側近傍には、主軸4に装着された工具Tで工作物Wを加工する加工領域Rb(図8など)が設けられている。コラム5’は、本発明の「柱」の一例である。
Y軸移動機構40’は、図7に示すように、ガイドレール41、スライダ42、Y軸ボールねじ43、駆動モータ44、ナット45、およびキャリッジ46’から構成されている。これらの部材41〜46’はコラム5’ 毎に設けられている。図7では、手前(左側)のコラム5’に設けられたナット45の図示を省略している。
各コラム5’のサドル2と対向する後面には、X軸方向に所定の間隔をおいて、Y軸と平行にガイドレール41が2つずつ固定されている。各ガイドレール41には、スライダ42がY軸方向へ移動自在に係合されている。各キャリッジ46’は、各スライダ42に固定されて、各コラム5’の後面側に配置されている。
その1対のキャリッジ46’には、テーブル6’が保持されている。詳しくは、右側のキャリッジ46’にテーブル6’の右端部6rが保持され、左側のキャリッジ46’にテーブル6’の左端部6Lが保持されている。テーブル6’の水平面6c上には、治具(図示省略)を介して工作物Wが固定される。
駆動モータ44は、回転軸(図示省略)がY軸と平行になるように、各コラム5’の上面に固定されている。駆動モータ44は、カバー90の図示しない一部品により上方から覆われる。
各コラム5’のガイドレール41間にある凹部には、Y軸ボールねじ43がY軸と平行に設けられている。図示を省略しているが、各Y軸ボールねじ43の一端は、各駆動モータ44の回転軸に連結されていて、各Y軸ボールねじ43の他端は、軸受などを介して、各コラム5’に回転可能に支持されている。また、各Y軸ボールねじ43には、ナット45が螺合されていて、該ナット45は各キャリッジ46’に固定されている。
各駆動モータ44が同期して正転または逆転し、各Y軸ボールねじ43が回転することにより、各キャリッジ46’が、ガイドレール41とスライダ42に案内されて、Y軸方向へ同期して直進移動する。そして、テーブル6’およびテーブル6’上の工作物Wが、Y軸方向へ直進移動する。
テーブル6’は、X軸と平行なA軸(図7)周りに回転可能になっている。詳しくは、テーブル6’の右端部6rには、モータなどの駆動源6m’が設けられている。テーブル6’の左右端部6L、6rは、A軸周りに回転可能にキャリッジ46’に保持されている。駆動源6m’の駆動力によりテーブル6’の右端部6rがA軸周りに回転することで、水平部6cと左端部6Lが従属的にA軸周りに回転し、テーブル6’上の工作物WもA軸周りに回転する。
ベッド1におけるテーブル6’の直下の箇所には、サドル2との間で切りくずを排出するための透孔89’が設けられている。ベッド1の下部の床面には、図示しない切りくず回収装置が設置されている。
主軸ヘッド3’の上方には、自動工具交換装置7’が配置されている。自動工具交換装置7’は、工具マガジン8’、回転モータ9、および揺動機構60を有している。
工具マガジン8’は、円盤状に形成されている。工具マガジン8’の外周部8aの先端には、放射線状に工具Tを保持する保持部8bが複数形成されている。工具マガジン8’の上部中央には、回転モータ9が取り付けられている。工具マガジン8’の回転軸8jと回転モータ9の回転軸9jとは、同軸になるように連結されている。
回転モータ9の駆動力により、工具マガジン8’は回転軸8jを中心にして回転し、保持部8bに保持された工具Tのうち、所望の工具Tが最前方の交換位置8c(図8など)に送り出される。
ベッド1上の後端部には、門型の取付台11’が立設されている。取付台11’の上面部11bには、揺動機構60を介して、自動工具交換装置7’が取り付けられている。
揺動機構60は、モータなどのアクチュエータを用いずに、自動工具交換装置7’の工具マガジン8’を揺動させる機構である。揺動機構60は、図8および図9に示すように、ブラケット61、揺動軸62、リフトリンク63、カムローラ64、カム溝65、および付勢部材66から構成されている。
図8に示すように、取付台11’の上面部11bの中央には、ブラケット61が前方に突出するように固定されている。ブラケット61には、揺動軸62がX軸と平行でかつ回転可能に支持されている。図7に示すように、リフトリンク63は、L字形の2つのアーム部63aを有している。各アーム部63aの前端部には、図8に示すように、揺動軸62の両端部が固定されている。
リフトリンク63は、上端部で工具マガジン8’の中央部8mを保持している。図8および図10では、工具マガジン8’の構造を示すため、工具マガジン8’の前後の保持部8b以外の保持部8bと、取付台11’の左側部の図示を省略している。リフトリンク63は、本発明の「保持部材」の一例である。
工具マガジン8’の中央部8mには、付勢部材66の一端が引っ掛けられている。付勢部材66の他端は、ブラケット61に引っ掛けられている。付勢部材66は、エアバネなどから構成されている。付勢部材66は、工具マガジン8’を上方へ付勢して、工具マガジン8’の径方向(たとえば、図7の径Dの方向)と平行な基準面8s’がZ軸に対して最離反角度(45°以下の鋭角)になるように保持している(図8)。このような保持構造により、工具マガジン8’の基準面8s’が斜め横向きになるように、自動工具交換装置7’は主軸ヘッド3’の上方に配置されている。
本例では、工具マガジン8’の基準面8s’は、工具マガジン8’の径方向と平行な(すなわち、回転軸8jに対して垂直な)ベース部材8r’の平坦な上面から成る。つまり、基準面8s’は、工具マガジン8’の実存する部品面である。他の例として、工具マガジン8’の径方向と平行な仮想面を基準面としてもよい。
図7に示すように、リフトリンク63の各アーム部63aの水平部は、取付台11’の上面部11bに載置されていて、各アーム部63aの垂直部は、上面部11bに形成された角孔11hに嵌入されている。角孔11hの大きさは、アーム部63aの径より大きくなっている。
各アーム部63aの下端には、カムローラ64が対向するように取り付けられている。主軸ヘッド3’の左右側面には、カムローラ64と係合するカム溝65が形成されている(主軸ヘッド3’の右側面のカム溝65は図示せず)。カム溝65は、図8などに示すように、主軸ヘッド3’の段差部3bの下端部から前方に向かって、若干水平に延びた後、斜め上方に延び、主軸ヘッド3’の上端部で所定長さ水平に延びるように、略S字状に形成されている。
Z軸移動機構30により主軸ヘッド3’がZ軸方向へ直進移動すると、揺動機構60のカムローラ64がカム溝65内を転動する。そして、リフトリンク63および工具マガジン8’が揺動軸62を中心にしてY軸とZ軸を含むYZ面内で揺動する(図10および図11)。つまり、揺動機構60は、主軸ヘッド3’のZ軸方向への移動力により、揺動軸62を中心にして工具マガジン8’を揺動させる。
次に、横型工作機械102の動作を説明する。
図8に示すように、主軸ヘッド3’がZ軸上の原点位置にあるときは、カムローラ64はカム溝65より後方に外れた位置にあり、工具マガジン8’は付勢部材66により、主軸4から最も離反した上方位置に斜め横向きに保持されている。このときの工具マガジン8’の基準面8s’の、Z軸に対する角度を「最離反角度」とする。
主軸ヘッド3’がZ軸上の原点位置より前方にあるときは、たとえば図9に示すように、工具マガジン8’の最離反角度が維持される。図9の状態では、Z軸移動機構30により主軸ヘッド3’および主軸4が前進していて、主軸4に装着された工具Tがコラム5’の後側近傍にある加工領域Rbに到達している(図示省略)。
主軸4に装着されている工具Tを交換する場合は、図8または図9の状態から、X軸移動機構20によりサドル2とともに主軸ヘッド3’をX軸上の工具交換位置まで移動させる。また、最離反角度にある工具マガジン8’では、回転モータ9を駆動して、工具Tを保持していない空の保持部8bを交換位置8cに位置させる。
次に、Z軸移動機構30により主軸ヘッド3’を後退させて行くと、主軸ヘッド3’がZ軸上の原点位置を過ぎた後、カムローラ64がカム溝65内に嵌入する。さらに、主軸ヘッド3’を後退させて行くと、カムローラ64がカム溝65に沿って斜め上方へ転動して、アーム部63aが押し上げられ、リフトリンク63が揺動軸62を中心に揺動して行く。このリフトリンク63の揺動に伴って、工具マガジン8’も揺動して、工具マガジン8’の前部(交換位置8c)が主軸4に接近して行く。
そして、図10に示すように、主軸ヘッド3’がZ軸移動機構30により工具受け渡し位置まで後退すると、カムローラ64がカム溝65の上部に位置して、工具マガジン8’の交換位置8cが主軸4に最も接近する。このとき、交換位置8cにある保持部8bの工具保持部分の中心軸と、主軸4の中心軸4jとが一致して、交換位置8cにある空の保持部8bと主軸4に装着された工具Tとが係合する。このときの工具マガジン8’の基準面8s’の、Z軸に対する角度を「最接近角度」とする。またこのとき、付勢部材66は工具マガジン8’に押圧されて、圧縮状態となる。
主軸4に装着された工具Tと工具マガジン8’の保持部8bとが係合した状態で、主軸ヘッド3’をさらに後退させると、図11に示すように、主軸4から保持部8bへ工具Tが受け渡される。この際、カムローラ64がカム溝65の上部を水平に転動するため、工具マガジン8’の基準面8s’の最接近角度は維持される。
この後、回転モータ9を駆動して、工具マガジン8’にある所望の工具Tを交換位置8cまで移動して、該工具Tの中心軸を主軸4の中心軸4jと一致させる。そして、Z軸移動機構30により主軸ヘッド3’を工具受け渡し位置まで前進させると、交換位置8cにある工具Tが主軸4に装着される(図10)。
さらに、Z軸移動機構30により主軸ヘッド3’を前進させて行くと、カムローラ64がカム溝65に沿って斜め下方へ転動して、アーム部63aが押し下げられ、リフトリンク63が揺動軸62を中心に揺動して行く。このリフトリンク63の揺動に伴って、工具マガジン8’も揺動して、工具マガジン8’の前部が主軸4から離反して行く。
そして、主軸ヘッド3’がZ軸上の原点位置よりも前進すると、カムローラ64がカム溝65から離脱し、付勢部材66が伸張して、図8に示すように工具マガジン8’を最離反角度に保持する。以上により、工具交換が終了する。
上記第2実施形態によると、主軸ヘッド3’のZ軸方向への移動に連動して、揺動機構60により工具マガジン8’を揺動させて、工具マガジン8’に保持された所望の工具Tと主軸4に装着された工具Tとが交換される。このため、別途、工具交換アームや揺動用のアクチュエータなどを設ける必要がなく、工具マガジン8’と主軸4との間で工具交換を高速に行うことができる。
また、上記第2実施形態では、サドル2とコラム5’の間に、テーブル6’と加工領域Rbを配置している。このため、たとえば、加工領域Rbの上方に工作物搬入出装置を配置することによって、機械設備全体が前後方向に大きくなるのを阻止して、設置スペースが広くなるのを抑制することができる。
次に、第3実施形態の構成および構造を、図12〜図17を参照しながら説明する。
第3実施形態では、工作物搬入出装置70が横型工作機械102’に備わっている。工作物搬入出装置70は、上方から工作物Wを搬入出するガントリーローダから成る。
横型工作機械102’のカバー90やコラム5’は、工作物搬入出装置70の構造も考慮して設計されている。これ以外の横型工作機械102’の各部は、第2実施形態の横型工作機械102と同様である。
図12などに示すように、横型工作機械102’のコラム5’の下部近傍には、工作物Wを加工する加工領域Rbが設けられている。また、コラム5’の上部近傍でかつ加工領域Rbの上方には、工作物Wを搬入出する搬入出領域Ruが設けられている。コラム5’は、搬入出領域Ruと加工領域Rbを上下に設けることが可能な程度に、Y軸方向に高く形成されている。Y軸移動機構40’は、コラム5’に沿ってテーブル6’を加工領域Rbと搬入出領域Ruへ移動させる。
工作物搬入出装置70は、横型工作機械102’のテーブル6’側において、自動工具交換装置7’より上方でかつ搬入出領域Ruの近傍に配置されている。工作物搬入出装置70は、軌道71、移動体72、ワークハンド73、および駆動部74などを有している。
軌道71は、横型工作機械102’と外部に対して、工作物Wを搬送するためのものであって、搬入出領域Ruの上方に横向きに配設されている。軌道71は、ブラケット79を介してコラム5’上に固定されている。軌道71はX軸方向に延設されているが、図13〜図16では、軌道71の一部を図示している。軌道71の図示しない部分は、床面に立設された支柱に固定されていてもよい。
移動体72は、軌道71に係合されていて、図示しない搬送手段により軌道71に沿って移動したり停止したりする。ワークハンド73は、移動体72に下向きに取り付けられていて、チャック部73aで工作物Wを把持したり、該把持を解除したりする。図12、図13、および図15〜図17は、ワークハンド73のチャック部73aで工作物Wを挟持した状態を示し、図14は、チャック部73aで何も挟持していない状態を示している。
上記構造により、工作物搬入出装置70の移動体72は、軌道71に沿って移動して、搬入出領域Ruで停止する。つまり、横型工作機械102’の搬入出領域Ruは、工作物搬入出装置70が工作物Wを搬送する搬送経路中に設けられている。
ワークハンド73の側面に取り付けられた駆動部74は、モータなどから成る。駆動部74の駆動力により、ワークハンド73のチャック部73aは、X軸と平行な回転軸75(図13)を中心にして回転する。図12および図13の状態から、回転軸75を中心にしてチャック部73aを90°回転させた状態を、図16に示している。このチャック部73aの回転により、チャック部73aに把持された工作物Wも回転軸75を中心にして回転し、工作物Wの姿勢や向きが変更される。回転軸75は、本発明の「第1回転軸」の一例である。
また、ワークハンド73の根元には、X軸に対して垂直でかつY軸と平行な回転軸76を中心にしてワークハンド73を回転させる回転機構(図示省略)が内蔵されている。図16の状態から、回転軸76を中心にしてワークハンド73を90°回転させた状態を、図17に示している。このワークハンド73の回転により、ワークハンド73に把持された工作物Wも回転軸76を中心にして回転し、工作物Wの姿勢や向きが変更される。回転軸76は、本発明の「第2回転軸」の一例である。
カバー90は、横型工作機械102’を覆っているが、工作物搬入出装置70は覆っていない。図12では、内部構造を見易くするため、カバー90を二点鎖線で示している。
カバー90の左右側面には、窓91が設けられている。カバー90の前面にも窓を設けてもよい。また、カバー90には、XY平面カバー92とXZ平面カバー94が含まれている。
XY平面カバー92は、X軸とY軸を含んだ平面上に設けられ、テーブル6’側と主軸4側とを区分する。XY平面カバー92には、主軸4と主軸4に装着された工具TをZ軸方向に通すための、開口部92a(図13)が形成されている。開口部92aは、両開きの扉93がX軸方向に移動することによって開閉される。このようなXY平面カバー92や扉93は、前述した第1実施形態や第2実施形態のカバー90にも設けられる。
XZ平面カバー94は、X軸とZ軸を含んだ平面上に設けられていて、Z軸方向へ移動可能になっている。図12〜図14、図16、および図17に示すように、XZ平面カバー94を閉位置に位置させることで、加工領域Rbの上方が閉鎖される。XZ平面カバー94をZ軸と平行に後方へ移動させて、図15に示すように開位置に位置させることで、加工領域Rbの上方が開放され、テーブル6’や工作物Wが加工領域Rbと搬入出領域Ruを往復可能になる。図13などでは、カバー90の後部が上方に開放されているが、該後部もカバー90の図示しない別部材で覆われる。
テーブル6’上に設置されている工作物Wを搬出する場合は、まず、工作物搬入出装置70の移動体72を軌道71に沿って搬入出領域Ruの上方まで移動させて、X軸方向の搬入出位置に位置決めする(図13)。これにより、ワークハンド73が搬入出領域Ruに進入する。また、XZ平面カバー94を開き、テーブル6’上での治具による工作物Wの固定を解除する。そして、Y軸移動機構40’によりテーブル6’を上昇させて、搬入出領域Ru内のY軸方向の搬入出位置に位置決めし、ワークハンド73のチャック部73aで工作物Wを把持する(図15)。この後、Y軸移動機構40’によりテーブル6’をワークハンド73より下方へ下降させて、ワークハンド73で工作物Wをテーブル6’上から取り上げる。そして、移動体72を軌道71に沿って次の工作機械などへ向かって移動させて、ワークハンド73を搬入出領域Ruから退出させる。XZ平面カバー94は、テーブル6’が加工領域Rbまで下降した後に閉じる。
工作物Wを搬入して、テーブル6’上に設置する場合は、まず、工作物搬入出装置70のワークハンド73で工作物Wを把持した状態で、移動体72を軌道71に沿って搬入出領域Ruの上方まで移動させ、X軸方向の搬入出位置に位置決めする(図12、図13)。これにより、ワークハンド73と工作物Wが搬入出領域Ruに進入する。次に、XZ平面カバー94を開き、Y軸移動機構40’によりテーブル6’を上昇させて、搬入出領域Ru内のY軸方向の搬入出位置に位置決めする。そして、ワークハンド73のチャック部73aによる工作物Wの把持を解除し、工作物Wをテーブル6’上に載置する(図15)。この後、Y軸移動機構40’によりテーブル6’を加工領域Rbまで下降させて、XZ平面カバー94を閉じる。また、テーブル6’上の工作物Wを治具により固定する。また、移動体72を軌道71に沿って移動させて、ワークハンド73を搬入出領域Ruから退出させる。
上記第3実施形態によると、コラム5’の下部近傍に加工領域Rbが設けられ、加工領域Rbの上方に搬入出領域Ruが設けられている。このため、Y軸移動機構40’によりテーブル6’をY軸方向へ移動させることで、テーブル6’上の工作物Wを加工領域Rbと搬入出領域Ruに位置させることができる。また、ワークハンド73の搬送経路中に搬入出領域Ruを設けているので、テーブル6’を搬入出領域Ruまで移動させることで、ワークハンド73をY軸方向へ移動させる必要がなくなり、工作物搬入出装置70の高さを低く抑えたり、搬入出時の動作ステップ数を低減したりすることができる。この結果、横型工作機械102’と工作物搬入出装置70とを含んだ機械設備全体の高さを低く抑えて、周辺の見通しを一層良好にすることが可能となり、また工作物搬入出装置70の動作や構造を簡素化することができる。
また、上記第3実施形態では、テーブル6’をY軸移動機構40’により搬入出領域Ruまで移動させた後、工作物搬入出装置70によりテーブル6’上から工作物Wを取り上げて、次の工作機械などへ搬送することができる。また、工作物搬入出装置70により搬送されて来た工作物Wをテーブル6’上に載置して、加工領域Rbまで搬入することができる。
また、上記第3実施形態では、コラム5’の上部に工作物搬入出装置70を設置しているので、自動工具交換装置7’との干渉を阻止しつつ、横型工作機械102’の上方を通して工作物Wを搬送することができる。特に、コラム5’上に軌道71を固定しているので、横型工作機械102’の外側近傍に、軌道71を設置するための支柱を別途建てなくてもよくなり、作業者の動線をよりシンプルにすることができる。なお、第3実施形態は、支柱を床に別途建てる方法を除外するものではない。コラム5’を利用せずに、別途支柱を床面に立設して、該支柱に軌道71を固定した場合は、横型工作機械102’の振動等が工作物搬送装置70に及ぶのを阻止することができる。
また、上記第3実施形態では、横型工作機械102’の前側に工作物搬入出装置70を配置していないので、機械設備全体が前後(Z軸)方向に大きくならず、機械設備の設置スペースが広くなるのを阻止することができる。
さらに、上記第3実施形態では、ワークハンド73で把持した工作物Wを、回転軸75、76を中心にして回転させることができる。このため、工作物Wの向きや姿勢を自在に変えて、工作物Wをテーブル6’に載置し直したり、他の工作機械まで搬送したりすることが可能となる。またこの結果、横型工作機械102’や他の工作機械によって加工できる工作物Wの加工面を多くすることが可能となる。さらに、工作物Wの姿勢を変換するためのステーションなどの装置を別途設ける必要がなくなる。
次に、第4実施形態の構成および構造を、図18〜図23を参照しながら説明する。
第4実施形態では、工作物搬入出装置80が横型工作機械102”に備わっている。工作物搬入出装置80は、ガントリーローダから成る。
横型工作機械102”のカバー90とコラム5’は、工作物搬入出装置80の構造も考慮して設計されている。これ以外の横型工作機械102”の各部は、第2実施形態の横型工作機械102と同様である。
図19などに示すように、横型工作機械102”のコラム5’の下部近傍には加工領域Rbが設けられ、コラム5’の上部近傍でかつ加工領域Rbの上方には、搬入出領域Ruが設けられている。
工作物搬入出装置80は、横型工作機械102”の主軸4側において、自動工具交換装置7’より上方でかつ搬入出領域Ruの近傍に配置されている。工作物搬入出装置80は、軌道81、移動体82、ワークハンド83、および旋回ヘッド84などを有している。
軌道81は、横型工作機械102”と外部に対して、工作物Wを搬送するためのものであって、図示しない支柱に固定されている。その支柱は、横型工作機械102”のベッド1上に立設されていてもよいし、横型工作機械102”の外側の床面に立設されていてもよい。軌道81は、自動工具交換装置7’の上方でかつコラム5’の上端と同じ高さの位置かそれより低い位置をX軸と平行に配設されている。図18、図20、および図21では、軌道81の一部を図示している。
移動体82は、軌道81に係合されていて、図示しない搬送手段により軌道81に沿って移動したり停止したりする。移動体82には、ワークハンド83と旋回ヘッド84が設けられている。詳しくは、移動体82に旋回ヘッド84が取り付けられ、旋回ヘッド84の先端にワークハンド83が取り付けられている。つまり、移動体82とワークハンド83の間に、旋回ヘッド84が介在している。ワークハンド83は、チャック部83aで工作物Wを把持したり、該把持を解除したりする。
旋回ヘッド84は、X軸と平行な旋回軸85(図18)を中心にして、Y軸とZ軸とを含むYZ面内で90°旋回する。旋回ヘッド84を旋回させる駆動機構(図示省略)は、移動体82に設けられている。旋回ヘッド84の旋回により、ワークハンド83は搬入出領域Ruに対して出入りする。図18〜図20の状態から、回転軸85を中心にして旋回ヘッド84を90°回転させた状態を、図21および図22に示している。この旋回ヘッド84の旋回により、ワークハンド83に把持された工作物Wも旋回軸85を中心にして旋回し、搬入出領域Ruに対して出入りする。旋回ヘッド84は、本発明の「可動ヘッド」の一例である。
上記構造により、工作物搬入出装置80の移動体82は、軌道81に沿って移動して、搬入出領域Ruと対面する自動工具交換装置7’の上方位置で停止する。つまり、横型工作機械102”の搬入出領域Ruは、工作物搬入出装置80が工作物Wを搬送する搬送経路の側方に設けられている。
旋回ヘッド84には、X軸に対して垂直な回転軸86を中心にしてワークハンド83を回転させる回転機構(図示省略)が内蔵されている。図18の状態から、回転軸86を中心にしてワークハンド83を90°回転させた状態を、図23に示している。このワークハンド83の回転により、ワークハンド83に把持された工作物Wも回転軸86を中心にして回転し、工作物Wの姿勢や向きが変更される。回転軸86は、本発明の「第2回転軸」の一例である。
カバー90は、横型工作機械102”を覆っているが、工作物搬入出装置80は覆っていない。図19、図22、および図23では、内部構造を見易くするため、カバー90を二点鎖線で示している。
カバー90の左右側面には、窓91が設けられている。カバー90の前面にも窓を設けてもよい(図示省略)。また、カバー90には、図19などに示すように、XY平面カバー92と上面カバー97と折れ曲がりカバー95が含まれている。
上面カバー97は、工作物搬入出装置80と干渉しないように、主軸4や工具マガジン8の上方に設けられている。上面カバー97は、工作物搬入出装置80により搬送されている工作物Wの落下から横型工作機械102”を保護する。図18などでは、カバー90の後部が上方に開放されているが、該後部もカバー90の図示しない別部材で覆われる。
折れ曲がりカバー95は、図19に示すように、コラム5’と工作物搬入出装置80の間に設けられている。折れ曲がりカバー95は、2段階に折り曲げて形成されていて、X軸とZ軸を含むXZ平面部95cと、X軸とY軸を含むXY平面部95eと、両平面部95c、95eの間にある斜面部95dとから構成されている。
XZ平面部95cは、Y軸移動機構40’やコラム5’やテーブル6’や工作物Wに対して干渉しない高さに設けられている。XY平面部95eは、Y軸移動機構40’やテーブル6’や工作物搬入出装置80に対して干渉しないZ軸上の位置に設けられている。斜面部95dは、工作物搬入出装置80に対して干渉しない位置に設けられている。
折れ曲がりカバー95には、図20などに示すように、ワークハンド83を搬入出領域Ruに対して出入りさせるための、開口部95aが各面95c〜95eに渡って形成されている。開口部95aは、両開きの折れ曲がり扉96によって開閉される。折れ曲がり扉96は、X軸方向に移動して開口部95aを開閉する。
工作物Wを搬入して、テーブル6’上に設置する場合は、まず、工作物搬入出装置80のワークハンド83で工作物Wを把持した後、旋回ヘッド84によりワークハンド83を旋回させて、ワークハンド83を上向きの鉛直な姿勢にする(図18、図19)。次に、移動体82を軌道81に沿って自動工具交換装置7’の上方まで移動させ、X軸方向の搬入出位置に位置決めする。次に、折れ曲がりカバー95の開口部95aを開き(図20)、Y軸移動機構40’によりテーブル6’を搬入出領域Ruまで上昇させて、Y軸方向の搬入出位置に位置決めする。
そして、旋回ヘッド84によりワークハンド83を旋回させて、ワークハンド83と工作物Wを搬入出領域Ruに進入させる。そして、ワークハンド83を横向きの水平な姿勢にして、工作物Wをテーブル6’上に載置して、ワークハンド83による工作物Wの把持を解除する(図21)。この後、Y軸移動機構40’によりテーブル6’を加工領域Rbまで下降させて、テーブル6’上の工作物Wを治具により固定する。また、旋回ヘッド84によりワークハンド83を旋回させて、ワークハンド83を搬入出領域Ruから退出させ、折れ曲がりカバー95の開口部95aを閉じる。
テーブル6’上に設置されている工作物Wを搬出する場合は、まず、工作物搬入出装置80のワークハンド83を上向きの鉛直な姿勢にした状態で、移動体82を軌道81に沿って自動工具交換装置7’の上方まで移動させ、X軸方向の搬入出位置に位置決めする。また、折れ曲がりカバー95の開口部95aを開き、Y軸移動機構40’によりテーブル6’を搬入出領域Ruまで上昇させて、Y軸方向の搬入出位置に位置決めする。また、テーブル6’上の治具による工作物Wの固定を解除する。次に、旋回ヘッド84によりワークハンド83を旋回させて、ワークハンド83を搬入出領域Ruに進入させる。そして、ワークハンド83を横向きの水平な姿勢にして、ワークハンド83でテーブル6’上の工作物Wを把持する(図20)。
この後、旋回ヘッド84によりワークハンド83を旋回させて、ワークハンド83を搬入出領域Ruから退出させ、工作物Wをテーブル6’上から取り上げる。そして、ワークハンド83を上向きの鉛直な姿勢にした状態で、移動体82を軌道81に沿って次の工作機械へ移動させる。折れ曲がりカバー95の開口部95aは、ワークハンド83と工作物Wが搬入出送領域Ruから退出して、テーブル6’などが加工領域Rbまで下降した後に閉じる。
上記第4実施形態によると、コラム5’より低い自動工具交換装置7’の上方に工作物搬入出装置80を設けているので、機械設備全体の高さを低く抑えて、周辺の見通しを一層良好にすることができる。また、工作物搬入出装置80の旋回ヘッド84を旋回させて、ワークハンド83を搬入出領域Ruに対して出入りさせることで、搬入出領域Ruまで上昇したテーブル6に対して工作物Wを載置しまたは取り上げることができる。また、ワークハンド83がY軸方向に鉛直移動しないので、工作物搬入出装置80の高さを低く抑えることができる。
また、上記第4実施形態では、軌道81が加工領域Rbや搬入出領域Ruから後方に外れた位置に設置されている。このため、加工領域Rbの左右方向から工作物Wの加工状態をチェックしたいときなどに、軌道81の高さが低くても、作業者の邪魔になることはなく、作業性を高く維持することができる。
さらに、上記第4実施形態では、ワークハンド83で把持する工作物WをX軸に対して垂直な回転軸86を中心にして回転させることができる。このため、工作物Wの向きや姿勢を自在に変えて、工作物Wをテーブル6’に載置し直したり、他の工作機械まで搬送したりすることが可能となる。またこの結果、横型工作機械102”や他の工作機械によって加工できる工作物Wの加工面を多くすることが可能となる。さらに、工作物Wの姿勢を変換するためのステーションなどの装置を別途設ける必要がなくなる。
なお、工作物搬入出装置80において、ワークハンド83に第3実施形態に示した駆動部74と回転軸75(図13など)を設けて、回転軸75を中心にしてワークハンド83のチャック部83aを回転させる構造にしてもよい。
本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、第4実施形態では、図19などに示したように、上面カバー97で工作物Wの落下から横型工作機械102”を保護する例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、図24に示す第5実施形態のように、工作物搬入出装置80の前後や下方に、工作物Wなどの落下から横型工作機械102”を保護するための防護部材99などを設けてもよい。防護部材99には、旋回ヘッド84の旋回時にワークハンド83を通過させる通過孔99aが設けられている。防護部材99としては、網や板などを用いてもよい。然るに、工作物搬入出装置80の下方にある防護部材99の水平部99hを孔のない板材などで構成すると、工作物Wに付着した冷却潤滑剤などの落下から、下方にある自動工具交換装置7’や主軸4などを保護することができる。
また、第4実施形態では、図18などに示したように、搬入出領域Ruと工作物搬入出装置80を隔てるために、2段階で折れ曲がる折れ曲がりカバー95を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば図25に示す第6実施形態のように、1段階で折れ曲がる折れ曲がりカバー98のような、他の形状のカバーを設けてもよい。つまり、横型工作機械や工作物搬入出装置の各部と干渉しないようにカバーを設けて、横型工作機械を保護できればよい。
また、第1実施形態や第2実施形態では、ベッド1上に立設した取付台11、11’に、自動工具交換装置7、7’を取り付けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば図26に示す第7実施形態のように、サドル2上に立設された門型の取付台11”に、自動工具交換装置7’を取り付けてもよい。この取付構造としては、たとえば第2実施形態で示した構造を採用すればよい。
これにより、自動工具交換装置7’がサドル2に伴ってX軸方向に移動可能になる。このため、主軸ヘッド3’がX軸上のいずれの位置にあっても、主軸4に装着された工具Tと工具マガジン8’に保持された所望の工具Tとを交換することができ、工具交換の高速化を実現することが可能となる。また、他の例として、自動工具交換装置を取り付ける取付台を主軸ヘッドに立設してもよい。この場合も、上記と同様の効果を得ることができる。
また、第3実施形態や第4実施形態では、コラム5’の後方(サドル2側)に加工領域Rbが配置された横型工作機械102’、102”(図12、図19)に、工作物搬入出装置70、80をさらに設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば図27に示す第8実施形態や、図28に示す第9実施形態のように、コラム5の前方(サドル2と反対側)に加工領域Rbが配置された横型工作機械101’、101”に、工作物搬入出装置70、80をさらに設けてもよい。
その場合、横型工作機械101’、101”の加工領域Rbの上方に搬入出領域Ruを設けて、Y軸移動機構40によりテーブル6を加工領域Rbと搬入出領域Ruへ移動させる。工作物搬入出装置70、80は、その搬入出領域Ruの上方や自動工具交換装置7の上方に設置されて、搬入出領域Ruにあるテーブル6に対して工作物Wを搬入出する。コラム5は、搬入出領域Ruと加工領域Rbを上下に配置しつつ、工作物搬入出装置70、80と干渉しないような大きさに形成する。これ以外の横型工作機械101’、101”の構造は、第1実施形態の横型工作機械101と同様である。
また、図29に示す第10実施形態のように、逆L字形に屈曲した旋回ヘッド84’を有する工作物搬入出装置80’を、横型工作機械101に設けてもよい。旋回ヘッド84’は、Y軸とZ軸を含むYZ平面内で逆L字形に屈曲している。旋回ヘッド84’の根元は、旋回軸85を介して移動体82に保持されている。旋回ヘッド84’の先端には、ワークハンド83が取り付けられている。つまり、移動体82とワークハンド83の間に、旋回ヘッド84’が介在している。旋回ヘッド84’は、旋回軸85を中心にしてYZ面内で旋回する。旋回ヘッド84’を旋回させる駆動機構(図示省略)は、移動体82に設けられている。旋回ヘッド84’以外の工作物搬入出装置80’構造は、前述した工作物搬入出装置80と同様である。移動体82が軌道81に沿って移動して自動工具交換装置7の上方で停止した後、旋回ヘッド84’が旋回軸85を中心にしてYZ面内で旋回することにより、ワークハンド83が加工領域Rbに対して出入りする。旋回ヘッド84’は、本発明の「可動ヘッド」の一例である。
また、図30に示す第11実施形態のように、Y軸とZ軸を含むYZ面内で旋回しつつ斜めに伸縮移動する旋回伸縮ヘッド84”を有する工作物搬入出装置80”を、横型工作機械101に設けてもよい。旋回伸縮ヘッド84”の根元は、旋回軸85を介して移動体82に保持されている。旋回伸縮ヘッド84”の先端には、ワークハンド83が取り付けられている。つまり、移動体82とワークハンド83の間に、旋回伸縮ヘッド84”が介在している。旋回伸縮ヘッド84”の中央にあるアーム部84aは、YZ面内で斜めに伸縮する。旋回伸縮ヘッド84”を旋回させる駆動機構(図示省略)は、移動体82に設けられている。また、旋回伸縮ヘッド84”のアーム部84aを伸縮させる駆動機構(図示省略)は、アーム部84aに設けられている。図30では、旋回伸縮ヘッド84”が上方へ旋回して、アーム部84aが収縮した状態を2点鎖線で示し、旋回伸縮ヘッド84”が下方へ旋回して、アーム部84aが伸張した状態を実線(一部破線)で示している。旋回伸縮ヘッド84” 以外の工作物搬入出装置80”の構造は、前述した工作物搬入出装置80と同様である。移動体82が軌道81に沿って移動して自動工具交換装置7の上方で停止した後、旋回伸縮ヘッド84”が旋回軸85を中心にしてYZ面内で旋回し、かつアーム部84aがYZ面内で斜めに伸縮する。これにより、ワークハンド83が加工領域Rbに対して出入りする。旋回伸縮ヘッド84”は、本発明の「可動ヘッド」の一例である。
また、図31に示す第12実施形態のように、Y軸方向に移動するY軸可動ヘッド77を有する工作物搬入出装置70’を、横型工作機械101に設けてもよい。Y軸可動ヘッド77は、Y軸方向に移動可能(上下動可能)に移動体72’に保持されている。Y軸可動ヘッド77をY軸方向に移動させる駆動機構(図示省略)は、移動体72’に設けられている。移動体72’は軌道71’に沿って移動する。軌道71’は、コラム5より前方で加工領域Rbの上方に横向きに配設されていて、図示しない支柱により支持されている。Y軸可動ヘッド77の下端には、ワークハンド73が取り付けられている。つまり、移動体72’とワークハンド73の間に、Y軸可動ヘッド77が介在している。その他の工作物搬入出装置70’の構造は、前述した工作物搬入出装置70と同様である。移動体72’が軌道71’に沿って移動して加工領域Rbの上方で停止した後、Y軸可動ヘッド77がY軸方向に移動することにより、ワークハンド73が加工領域Rbに対して出入りする。図31では、Y軸可動ヘッド77が上昇して、ワークハンド73が加工領域Rbから退出した状態を実線で示し、Y軸可動ヘッド77が下降して、ワークハンド73が加工領域Rbに進入した状態を2点鎖線で示している。
上記第10〜12実施形態によると、加工領域Rbとは別に搬入出領域を設けなくても、工作物搬入出装置80’、80”、70’により加工領域Rbにあるテーブル6に対して工作物Wを搬入出することができる。このため、コラム5の高さを加工領域Rbが設けられる程度に低く抑えることができ、横型工作機械101自体の高さも低く抑えて、周辺の見通しを良好にすることが可能となる。
また、加工領域Rb内にY軸方向の搬入出位置を設定すればよいので、搬入出時のテーブル6の移動量を少なくすることができ、工作物Wの搬入出にかかる時間を短縮することが可能となる。また、加工領域Rb内でテーブル6をY軸方向へ移動させることなく、ヘッド84’、84”、77を動作させて、ワークハンド83、73でテーブル6に対して工作物Wを載置しまたは取り上げることもできる。この場合、搬入出時の動作ステップ数を低減することが可能となる。
他の例として、図29の工作物搬入出装置80’や図30の工作物搬入出装置80”を、第2実施形態の横型工作機械102に設けてもよい。この場合も、横型工作機械102に加工領域Rbだけ設ければよく、上記と同様の効果を得ることができる。
また、他の例として、図19や図28のような、加工領域Rbの上方に搬入出領域Ruを設けた横型工作機械102”、101”において、工作物搬入出装置80に代えて、図30の工作物搬入出装置80”を設けてもよい。この場合、コラム5、5’の高さと搬入出領域Ruの高さを低くして、搬入出時のテーブル6の移動量を少なくすることができ、工作物Wの搬入出にかかる時間を短縮することが可能となる。
さらに、他の例として、旋回はしないが、YZ面内で斜めに伸縮またはスライドする可動ヘッドを、工作物搬入出装置に設けて、該工作物搬入出装置を、加工領域と搬入出領域のうち少なくとも加工領域を設けた横型工作機械に適用してもよい。具体的には、図30において、駆動モータ44と移動体82との間をワークハンド83と工作物Wが通過できる程度に、移動体82と軌道81の位置を後方(図では右側)へずらす。そして、ヘッド84”の旋回構造を省いて、ワークハンド83が加工領域Rbに出入り可能な程度に、アーム部84aの伸張時の長さを長くすればよい。または、移動体82とヘッド84”に代えて、図31の移動体72’とヘッド77を、傾斜した状態で図30の工作物搬入出装置80”に適用してもよい。この場合は、ワークハンド83が加工領域Rbに出入り可能なように、ヘッド77をYZ面内で斜めにスライド移動させればよい。
第1実施形態に示したトンネルカバー59は、他の実施形態では示されていないが、他の実施形態でも同様に、主軸ヘッドを覆うトンネルカバーを工具マガジンとサドルの間に設けるのが好ましい。その場合、工具マガジンの揺動に連動して、トンネルカバーをZ軸方向に移動させればよい。
また、第3実施形態では、工作物搬入出装置70のワークハンド73が、回転軸75、76を中心にして回転する例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、2つの回転軸75、76を中心とした回転構造のうち、いずれか一方または両方を省略して、工作物搬入出装置の簡素化と軽量化を実現してもよい。
また、以上の実施形態では、円盤状の工具マガジン8、8’を自動工具交換装置7、7’に設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これに代えて、たとえば、図32に示す第13実施形態のように、直交する2つの径D1、D2のうち、一方の径D1が他方の径D2より長い長円盤状に形成された工具マガジン8”を自動工具交換装置7”に設けてもよい。
図32の工具マガジン8”では、外周部8a”の先端に放射線状に工具を保持する保持部8b”が複数形成されている。直交する2つの径D1、D2のうち、長い方の径D1と平行に保持部8b”が複数並んでいる。また、主軸4との間で工具Tを交換する工具マガジン8”の交換位置も、長い方の径D1と平行に工具マガジン8”の前部に複数並んでいる。図示していないが、各保持部8b”はチェーンに取り付けられ、該チェーンは1対のスプロケットに架けられている。一方のスプロケットを回転モータ9”により回転させることで、各保持部8b”が外周部8a”に沿って回転しながら移動し、保持部8b”に保持された所望の工具が複数の交換位置のいずれかに送り出される。
工具マガジン8”は、前述の第1実施形態で示した構造により、横型工作機械101aの主軸ヘッド3の上方に配置されている。詳しくは、工具マガジン8”の径D1、D2方向と平行な基準面8s”がZ軸に対して横向き(斜め横向きも含む)でかつ径D1がX軸と平行になるように、工具マガジン8”を主軸ヘッド3の上方に配置している。
また、図32の横型工作機械101aには、主軸4、主軸ヘッド3、およびZ軸移動機構30が、2つずつ設けられている(図32で右側にある主軸4は図示省略)。テーブル6”は、2つの工作物WをX軸方向に並べて設置可能な大きさになっている。各工作物Wは、各主軸4に装着された工具Tによって加工される。これら以外の横型工作機械101aの構造は、第1実施形態の横型工作機械101と同様である。
工具交換時には、たとえば、各主軸ヘッド3をX軸上の原点位置に戻すことなく、交換したい工具Tが装着された主軸4に最も近い交換位置に、工具マガジン8”にある所望の工具Tを移動させる。そして、Z軸移動機構30による主軸ヘッド3のZ軸方向への移動に連動して、工具マガジン8”の各交換位置を主軸4に対して接離するように、工具マガジン8”を揺動させる。このようにすることで、主軸ヘッド3の移動量を少なくして、工具交換の高速化を実現することができる。なお、2つの主軸4に装着された2つの工具Tのうち、一方の工具Tを交換しない場合は、該一方の工具Tを装着した主軸4および主軸ヘッド3を、Z軸移動機構30により工具交換位置より後方に退避させておけばよい。
また、他の例として、図1や図7のような、主軸4、主軸ヘッド3、3’、およびZ軸移動機構30が1つずつ設けられた横型工作機械101、102に対して、長円盤状の工具マガジン8”を適用してもよい。また、工具マガジン8”の長い方の径D1がX軸に対して垂直または所定の角度で傾斜するように、工具マガジン8”を主軸ヘッド3、3’の上方に配置してもよい。
また、以上の実施形態では、1つの工具マガジンを有する自動工具交換装置を例に示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、図33に示す第14実施形態のように、複数(ここでは2つ)の工具マガジン8を有する自動工具交換装置7bを、各工具マガジン8の基準面8sがZ軸に対して横向き(斜め横向きも含む)になるように、主軸ヘッド3の上方に配置してもよい。
図33の横型工作機械101bでは、自動工具交換装置7bに、工具マガジン8と回転モータ9と揺動機構10が2つずつ設けられている。また、主軸4、主軸ヘッド3、およびZ軸移動機構30も2つずつ設けられている。そして、左側の主軸4と左側の工具マガジン8との間で工具交換が行われ、右側の主軸4と右側の工具マガジン8との間で工具交換が行われる。これら以外の横型工作機械101bの構造は、第1実施形態の横型工作機械101と同様である。
また、他の例として、主軸4、主軸ヘッド3、3’、およびZ軸移動機構30が1つずつ設けられた横型工作機械101、102に対して、複数の工具マガジン8を有する自動工具交換装置7bを適用してもよい。また、複数の工具マガジンを同一の揺動機構で揺動させるようにしてもよい。
さらに、他の例として、主軸および主軸ヘッドなどがそれぞれ2つ以上設けられた横型工作機械に対して、2つ以上の工具マガジンを有する自動工具交換装置を適用してもよい。つまり、主軸ヘッドと主軸と工具マガジンが少なくとも1つずつ設けられた横型工作機械に対して、本発明を適用することが可能である。また、円盤状または長円盤状の工具マガジンに限らず、その他の形状を有する工具マガジンを、本発明に適用することも可能である。
また、以上の実施形態では、ベッド1に左右一対のコラム5、5’を立設した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、1本の柱をベッドの左右いずれかの端部に立設して、該柱に沿ってY軸方向へ移動可能にテーブルを設けてもよい。この場合、テーブルは片持ち状態となるが、加工領域の視認性を高めることができる。また、ベッドに2本以上のコラムなどの柱を立設してもよい。この場合、2本以上の柱の上端を桁部材などで連結すると、柱の真直剛性を高めるなどの効果を得ることができる。
さらに、以上の実施形態では、切削加工を行う工作機械に本発明を適用した例を示したが、本発明はその他の加工を行う工作機械にも適用することが可能である。
1 ベッド
2 サドル
3、3’ 主軸ヘッド
4 主軸
4j 中心軸線
5、5’ コラム(柱)
6、6’、6” テーブル
7、7’、7”、7b 自動工具交換装置
8、8’、8” 工具マガジン
8a、8a” 外周部
8b、8b” 保持部
8s、8s’、8s” 基準面
11、11’、11” 取付台
13 保持部材
14、62 揺動軸
17 駆動モータ(アクチュエータ)
40、40’ Y軸移動機構
46、46’ キャリッジ
59 トンネルカバー
60 揺動機構
63 リフトリンク(保持部材)
70、80、70’、80’、80” 工作物搬入出装置
71、71’、81 軌道
72、72’、82 移動体
73、83 ワークハンド
77 Y軸可動ヘッド
84、84’ 旋回ヘッド(可動ヘッド)
84” 旋回伸縮ヘッド(可動ヘッド)
75 回転軸(第1回転軸)
76、86 回転軸(第2回転軸)
85 旋回軸
101、101’、101”、101a、101b 横型工作機械
102、102’、102” 横型工作機械
D、D1、D2 工具マガジンの径
Rb 加工領域
Ru 搬入出領域
T 工具
W 工作物
X X軸
Y Y軸
Z Z軸

Claims (22)

  1. ベッドと、
    水平なX軸方向へ移動可能に前記ベッド上に設けられたサドルと、
    前記X軸に直交する水平なZ軸方向へ移動可能に前記サドル上に設けられた主軸ヘッドと、
    中心軸線が前記Z軸と平行になるように前記主軸ヘッドに回転可能に軸支され、工具が装着される主軸と、
    前記サドルの前方に設けられ、工作物が設置されるテーブルと、
    複数の工具を保持する工具マガジンを有し、該工具マガジンに保持された所望の工具と前記主軸に装着された工具とを交換する自動工具交換装置と、を備えた横型工作機械において、
    前記自動工具交換装置は、前記工具マガジンの径方向と平行な基準面が、前記Z軸と平行な水平状態または前記Z軸に対して所定角度をなす傾斜状態となるように、前記主軸ヘッドの上方に配置されている、ことを特徴とする横型工作機械。
  2. 請求項1に記載の横型工作機械において、
    少なくとも工具交換時以外は、前記Z軸に対する前記工具マガジンの前記基準面の角度が鋭角である、ことを特徴とする横型工作機械。
  3. 請求項2に記載の横型工作機械において、
    前記工具マガジンの前記基準面は、工具の交換位置側が反対側に比べて前記主軸ヘッドに近くなるように、前記Z軸に対して前記鋭角で傾いている、ことを特徴とする横型工作機械。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の横型工作機械において、
    前記ベッド上に設けられ、前記自動工具交換装置が取り付けられる取付台をさらに備え、
    前記自動工具交換装置は、前記主軸ヘッドの前記Z軸方向の位置に応じて、前記工具マガジンを前記主軸に対して接近または離反させ、前記工具マガジンに保持された工具と前記主軸に装着された工具とを交換する、ことを特徴とする横型工作機械。
  5. 請求項4に記載の横型工作機械において、
    前記自動工具交換装置は、
    前記取付台上に設けられた前記X軸と平行な揺動軸と、
    前記揺動軸に連結され、前記工具マガジンの中央部を保持する保持部材と、
    前記揺動軸を中心にして前記保持部材と前記工具マガジンとを揺動させるアクチュエータとを有する、ことを特徴とする横型工作機械。
  6. 請求項4に記載の横型工作機械において、
    前記自動工具交換装置は、
    前記取付台上に設けられた前記X軸と平行な揺動軸と、
    前記揺動軸に連結され、前記工具マガジンの中央部を保持する保持部材と、
    前記主軸ヘッドの前記Z軸方向への移動力により、前記揺動軸を中心にして前記保持部材と前記工具マガジンとを揺動させる揺動機構とを有する、ことを特徴とする横型工作機械。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の横型工作機械において、
    前記工具マガジンは、円盤状に形成されていて、外周部に複数の工具を放射線状に保持する保持部が複数設けられている、ことを特徴とする横型工作機械。
  8. 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の横型工作機械において、
    前記工具マガジンは、直交する2つの径のうち、一方の径が他方の径より長い長円盤状に形成されていて、前記一方の径と平行に工具を保持する保持部が複数設けられている、ことを特徴とする横型工作機械。
  9. 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の横型工作機械において、
    前記自動工具交換装置は、前記サドルに伴って前記X軸方向に移動する、ことを特徴とする横型工作機械。
  10. 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の横型工作機械において、
    前記工具マガジンと前記サドルの間に、前記主軸ヘッドを覆うトンネルカバーを設けた、ことを特徴とする横型工作機械。
  11. 請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の横型工作機械において、
    前記主軸ヘッドと前記主軸と前記工具マガジンは、少なくとも1つずつ設けられている、ことを特徴とする横型工作機械。
  12. 請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の横型工作機械において、
    前記サドルの前方で前記ベッドに立設された柱と、
    前記柱に沿って前記テーブルを前記X軸と前記Z軸の両方に直交する鉛直なY軸方向へ移動させるY軸移動機構と、をさらに備えた、ことを特徴とする横型工作機械。
  13. 請求項12に記載の横型工作機械において、
    前記柱は、前記ベッドにおける前側の左右端部の少なくとも一方に設けられている、ことを特徴とする横型工作機械。
  14. 請求項1ないし請求項13のいずれかに記載の横型工作機械において、
    上方から前記テーブルに対して工作物を載置しまたは取り上げる工作物搬入出装置をさらに備えた、ことを特徴とする横型工作機械。
  15. 請求項14に記載の横型工作機械において、
    前記工作物搬入出装置は、
    当該横型工作機械の上方に設けられ、工作物を搬送するための軌道と、
    前記軌道に沿って移動する移動体と、
    前記移動体に設けられ、工作物を把持し該把持を解除するワークハンドと、を有する、ことを特徴とする横型工作機械。
  16. 請求項15に記載の横型工作機械において、
    前記サドルの前方に、工作物を加工する加工領域を設け、
    前記加工領域の上方に、工作物を搬入出する搬入出領域を設け、
    前記テーブルは、前記サドルの前方で前記ベッドに立設された柱に沿って前記加工領域と前記搬入出領域へ移動可能であり、
    前記搬入出領域の上方に、前記軌道を配設し、
    前記移動体が前記軌道に沿って移動することにより、前記ワークハンドが前記搬入出領域に対して出入りする、ことを特徴とする横型工作機械。
  17. 請求項16に記載の横型工作機械において
    前記軌道は、前記柱の上部に固定されている、ことを特徴とする横型工作機械。
  18. 請求項15に記載の横型工作機械において、
    前記サドルの前方に、工作物を加工する加工領域を設け、
    前記加工領域の上方に、前記軌道を配設し、
    前記工作物搬入出装置は、前記移動体と前記ワークハンドの間に介在し、前記Y軸方向に移動するY軸可動ヘッドをさらに有し、
    前記移動体が前記軌道に沿って移動して前記加工領域の上方で停止した後、前記Y軸可動ヘッドが前記Y軸方向に移動することにより、前記ワークハンドが前記加工領域に対して出入りする、ことを特徴とする横型工作機械。
  19. 請求項15に記載の横型工作機械において、
    前記サドルの前方に、工作物を加工する加工領域を設け、
    前記加工領域の上方に、工作物を搬入出する搬入出領域を設け、
    前記テーブルは、前記サドルの前方で前記ベッドに立設された柱に沿って前記加工領域と前記搬入出領域へ移動可能であり、
    前記自動工具交換装置の上方に、前記軌道を配設し、
    前記工作物搬入出装置は、前記移動体と前記ワークハンドの間に介在し、前記Y軸と前記Z軸とを含むYZ面内で移動する可動ヘッドをさらに有し、
    前記移動体が前記軌道に沿って移動して前記自動工具交換装置の上方で停止した後、前記可動ヘッドが前記YZ面内で移動することにより、前記ワークハンドが前記搬入出領域に対して出入りする、ことを特徴とする横型工作機械。
  20. 請求項15に記載の横型工作機械において、
    前記サドルの前方に、工作物を加工する加工領域を設け、
    前記自動工具交換装置の上方に、前記軌道を配設し、
    前記工作物搬入出装置は、前記移動体と前記ワークハンドの間に介在し、前記Y軸と前記Z軸とを含むYZ面内で移動する可動ヘッドをさらに有し、
    前記移動体が前記軌道に沿って移動して前記自動工具交換装置の上方で停止した後、前記可動ヘッドが前記YZ面内で移動することにより、前記ワークハンドが前記加工領域に対して出入りする、ことを特徴とする横型工作機械。
  21. 請求項19または請求項20に記載の横型工作機械において、
    前記軌道は、前記加工領域より上方に配設されており、
    前記可動ヘッドは、前記X軸と平行な旋回軸を中心にして前記YZ面内で旋回または斜めに移動する、ことを特徴とする横型工作機械。
  22. 請求項15ないし請求項21のいずれかに記載の横型工作機械において、
    前記ワークハンドは把持した工作物を、前記X軸と平行な第1回転軸を中心にして回転させ、または前記X軸に対して垂直な第2回転軸を中心にして回転させる、ことを特徴とする横型工作機械。
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