JPWO2019053829A1 - 工作機械 - Google Patents

Abstract

工作機械（１００）は、移動体（３０）のストローク端（Ｅ２）で、移動体（３０）の移動方向（Ｚ）に対して垂直な方向（Ｘ）に移動体（３０）を跨ぐように、基台（１０）上に設けられたブリッジ（４１）と、ブリッジ（４１）の上方に設けられたパレット交換アーム（４２）であって、移動体（３０）に支持されたパレット（Ｐ）及びパレットローディングステーション（５０）上のパレット（Ｐ）に係合して両パレット（Ｐ）を持ち上げ、鉛直軸線（Ｏｖ）周りに旋回して両パレット（Ｐ）を交換する、パレット交換アーム（４２）と、ブリッジ（４１）上に設けられて上方に突出するアーム駆動装置（４３）であって、パレット交換アーム（４２）を鉛直軸線（Ｏｖ）に沿って移動させ、パレット交換アーム４２を鉛直軸線（Ｏｖ）周りに旋回させる、アーム駆動装置（４３）と、を具備する。

Description

本願は、パレット交換装置を有した工作機械に関する。

従来、工作機械においてパレットを交換するための様々な装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。特許文献１は、パレットの旋回式駆動装置を開示している。この装置は、ベッド上に設けられた固定基台を備えている。固定基台の両側には、２つの支持台が位置する。固定基台は、パレットを吊掛けることが可能な旋回筒体を有している。旋回筒体は、旋回することによって、２つの支持台上のパレットを交換するように構成されている。

また、特許文献２は、パレット交換装置を開示している。このパレット交換装置では、ベッド上に２つの枠組柱が立てられている。２つの枠組柱の上端部の間には、梁が架け渡されている。梁には、支持駆動機構が設けられており、支持駆動機構には、梁から下方に延びるアーム軸が連結されている。アーム軸の下端には、パレット交換アームが設けられている。パレット交換アームは、回転することによって、パレットストッカ上のパレットと、テーブル上のパレットと、を交換するように構成されている。

特開平１１−９０７５９号公報 実公平６−２７３０９号公報

上述のようなパレット交換装置では、占有面積を低減することができる構造の開発のニーズが存在する。

本開示の一態様は、ワークを取り付けたパレットと工具を取り付けた主軸とを相対的に移動させてワークを加工する工作機械において、パレットを交換可能に装着し、水平方向に移動する移動体と、移動体に装着されたパレット及びパレットローディングステーション上のパレットに係合し、両パレットを鉛直軸線周りに旋回させてパレットを交換するパレット交換装置と、パレット交換装置を支持し、移動体がパレット交換位置にあるとき、鉛直軸線を越えて移動体がパレット交換装置の下方に潜り込む空間を確保する支持台と、を具備する工作機械である。

本開示の一態様に係る工作機械では、移動体がパレット交換位置にあるとき、支持台によってパレット交換装置の鉛直軸線を越えて移動体がパレット交換装置の下方に潜り込めるので、パレット交換アームの旋回中心とパレット交換位置とを近づけることができ、これによって、旋回半径を小さくすることができる。したがって、パレット交換装置の占有面積を低減することができる。

移動体は、移動体の移動方向に対して傾斜した傾斜面に垂直な傾斜軸線周りにパレットを回転させる傾斜型回転案内を有し、パレットが水平姿勢のときにパレット交換を行ってもよい。このような構成では、パレット及びワークの重量が傾斜面によって支えられ、したがって移動体にモーメントが発生する。このモーメントに対する剛性を高めるため及びパレットの回転駆動装置を格納するために、移動体が移動方向に張り出される。このように移動方向に張り出した移動体では、移動体を跨ぐ支持台による旋回半径の低減が、より効果的になり得る。

支持台は、移動体の移動方向に対して垂直な方向に移動体を跨ぐように、基台上に設けられたブリッジであってもよく、また、ブリッジは両端支持型でも、片持支持型でもよい。

支持台が、パレットローディングステーションのオイルパンと鋳物により一体成形されていてもよい。この場合、部品点数を低減するとともに、支持台の剛性を高めることができる。

パレット交換装置は、支持台の上方に設けられ、移動体に装着されたパレット及びパレットローディングステーション上のパレットに係合するパレット交換アームと、支持台の上方に突出するように設けられ、パレット交換アームを鉛直軸線に沿って昇降移動させ、パレット交換アームを鉛直軸線周りに旋回させるアーム駆動装置と、を有してもよい。パレット交換アームを昇降及び旋回させるアーム駆動装置を支持台の上方に突出するように設けたので、支持台下方に大きな空間を確保できる。

パレット交換アームは、一対のアーム要素を有してもよく、一対のアーム要素の各々がフォーク形状を呈してもよく、フォーク形状の少なくとも片方のアーム部分が、移動体が加工位置にあるときに開き移動体がパレット交換位置にあるときに閉じる開閉機構を有してもよい。フォーク形状の少なくとも片方のアーム部分は移動体が加工位置にあるときに開くので、特にパレットが傾斜軸線周りに回転するタイプの移動体では、パレットとアーム要素との干渉を避けることができる。

アーム駆動装置は、支持台に対し鉛直軸線に沿って昇降移動する昇降アクチュエータと、昇降アクチュエータに対し鉛直軸線に沿って往復移動する円筒カムとを有してもよく、パレット交換アームは、昇降アクチュエータに対し鉛直軸線の周りに旋回可能に支持されるとともに、円筒カム外周の螺旋状のカム溝に係合するカムフォロワを取り付けて構成してもよい。昇降アクチュエータの昇降移動と円筒カムの往復移動は、共に鉛直軸線に沿った方向に行えるので、両移動のアクチュエータをそれぞれ流体圧シリンダとし、かつ同軸に配置して小スペースにすることができる。

本開示の一態様によれば、占有面積を低減することができるパレット交換装置を提供することができる。

一実施形態に係るパレット交換装置を含む工作機械の概略図である。 図１の工作機械の他の状態を示す概略図である。 図１中のIII−III矢視断面図である。 アーム駆動装置の詳細を示す拡大断面図である。 開位置のパレット交換アームを示す概略図である。 閉位置のパレット交換アームを示す概略図である。 図５中の断面VIIを示す。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るパレット交換装置を有した工作機械を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺は変更されている場合がある。

図１は、一実施形態に係るパレット交換装置を含む工作機械の概略図であり、テーブル３０がパレット交換位置にあり、かつ、パレットＰのワーク取付け面３７ａが水平姿勢にある状態を示す。図２は、図１の工作機械の他の状態を示す概略図であり、テーブル３０が加工位置にあり、かつ、ワーク取付け面３７ａが垂直姿勢にある状態を示す。図３は、図１中のIII−III矢視断面図である。図１を参照して、工作機械１００は、横形マシニングセンタである。他の実施形態では、工作機械１００は、例えば、立形マシニングセンタ、又は、チルティング主軸を有するマシニングセンタ等、パレット交換装置を設けることが可能な他の工作機械であってもよい。本実施形態では、工作機械１００は、３つの並進送り軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）と、２つの回転送り軸（Ｃ軸及びＢ軸）と、を有する５軸加工機である。工作機械１００は、ベッド（基台とも称される）１０と、コラム２０と、テーブル（移動体とも称される）３０と、パレット交換装置４０と、パレットローディングステーション５０と、を備える。

ベッド１０は、例えば、工場の床等に固定され得る。コラム２０は、ベッド１０上で、ベッド１０の後側面１１に沿って設けられている。コラム２０の前側面には、鉛直方向に移動可能なサドル２１が設けられている。サドル２１の前側面からは、主軸頭２２が水平方向に突出しており、主軸２３を水平な回転軸線Ｏｓを中心として回転可能に支持している。

本実施形態に係る工作機械１００における方向に関して、主軸２３の回転軸線Ｏｓが水平方向に沿っており、回転軸線Ｏｓに平行な方向が、Ｚ軸方向（前後方向とも称される）として定義される。Ｚ軸方向に沿って主軸２３が突出している方向が前であり、その反対方向が後である。Ｚ軸方向に垂直な水平方向が、Ｘ軸方向（左右方向とも称される）として定義され、鉛直方向がＹ軸方向（上下方向とも称される）として定義される。

サドル２１は、モータ２１ａに連結されたボールねじを有する送り装置によってＹ軸方向に駆動され、不図示のガイドによって案内される。ボールねじは、コラム２０に回転可能に支持されかつＹ軸方向に延在するねじ軸と、サドル２１に固定されたナットと、を有している。モータ２１ａによってねじ軸を回転させることによってナットがＹ軸方向に移動し、したがって、サドル２１がＹ軸方向に移動する。Ｙ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。

コラム２０は、ベッド１０上をＸ軸方向に移動する。具体的には、コラム２０は、傾斜型直動案内２４によって、Ｘ軸方向に案内される。傾斜型直動案内２４は、全体的に、前向きかつ上向きであり、後部が前部より高い位置に配置されるように傾斜されている。具体的には、傾斜型直動案内２４は、前側ガイド２５Ｆと、後側ガイド２５Ｒと、を有している。前側ガイド２５Ｆ及び後側ガイド２５Ｒの各々は、ベッド１０上に固定されかつＸ軸方向に延在するレール２７と、コラム２０に固定されたブロック２８と、を含んでいる。

後側ガイド２５Ｒは、前側ガイド２５Ｆよりも高い位置に配置されている。別の観点からは、テーブル３０に遠いガイド２５Ｒは、テーブル３０に近いガイド２５Ｆよりも高い位置に配置されている。具体的には、ベッド１０は、後側面１１に沿って、上方を向く後側レール支持面１２を有している。また、ベッド１０は、後側レール支持面１２の前方に、上方を向く前側レール支持面１３を有しており、後側レール支持面１２は前側レール支持面１３よりも高い位置に形成されている。他の実施形態では、後側レール支持面１２及び前側レール支持面１３の少なくとも一方が、前方を向いていてもよい。後側ガイド２５Ｒのレール２７は、後側レール支持面１２上に配置され、前側ガイド２５Ｆのレール２７は、前側レール支持面１３上に配置されている。

コラム２０は、モータ２６に連結されたボールねじを有する送り装置によって、Ｘ軸方向に駆動される。ボールねじは、前側ガイド２５Ｆと後側ガイド２５Ｒとの間に配置されている。ボールねじは、ベッド１０に回転可能に支持されかつＸ軸方向に延在するねじ軸と、コラム２０に固定されたナットと、を有している。モータ２６によってねじ軸を回転させることによってナットがＸ軸方向に移動し、したがって、コラム２０がＸ軸方向に移動する。Ｘ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。

テーブル３０は、ベッド１０上でコラム２０の前方に設けられている。テーブル３０は、パレットＰを支持する。図３を参照して、テーブル３０は、ベッド１０上を一対の左右のガイド３１に沿ってＺ軸方向に移動する。ガイド３１の各々は、ベッド１０に固定されかつＺ軸方向に延在するレール３３と、テーブル３０に固定されたブロック３４と、を含んでいる。両ガイド３１の間には、モータ３２に連結されたボールねじが配置されている。ボールねじは、ベッド１０に回転可能に支持されかつＺ軸方向に延在するねじ軸と、テーブル３０に固定されたナットと、を有している。モータ３２によってねじ軸を回転させることによってナットがＺ軸方向に移動し、したがって、テーブル３０がＺ軸方向に移動する。Ｚ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。図１を参照して、テーブル３０は、後側ストローク端Ｅ１と、前側ストローク端（本実施形態ではパレット交換位置）Ｅ２と、の間を移動する。図１では、テーブル３０は、パレット交換位置にある。図２を参照して、テーブル３０は、図２では加工位置にある。加工位置は、例えば、前側ストローク端Ｅ２から所定の距離以上離れた位置に設定され得る。

テーブル３０は、第１のテーブル台３５と、第２のテーブル台３６と、パレット取付け台３７と、を有している。第１のテーブル台３５は、ベッド１０上に設けられ、ベッド１０上をＺ軸方向に移動する。図３を参照して、第１のテーブル台３５には、上述のガイド３１のブロック３４が固定されている。

図１を参照して、第１のテーブル台３５は、テーブル３０の移動方向に対して傾斜された傾斜面３５ａを有している。具体的には、傾斜面３５ａは、後向きかつ上向きとなるように、水平面から４５°又は約４５°で傾斜されている。

第１のテーブル台３５は、傾斜面３５ａに沿った傾斜型回転案内３８を有している。したがって、傾斜型回転案内３８は、後向きかつ上向きであり、前部が後部より高い位置に配置されている。傾斜型回転案内３８は、第２のテーブル台３６を、傾斜面３５ａに垂直な傾斜軸線Ｏｃ周りに回転させる。第２のテーブル台３６の回転送り方向は、Ｃ軸方向として定義される。傾斜型回転案内３８は、例えば、クロスローラベアリングを有しており、例えばモータ又は油圧装置によって第２のテーブル台３６を回転させる。

第２のテーブル台３６は、傾斜型回転案内３８上に設けられている。第２のテーブル台３６は、旋回面３６ａを有している。旋回面３６ａは、傾斜面３５ａから４５°又は約４５°で傾斜されている。旋回面３６ａは、第２のテーブル台３６が回転するのに伴って、傾斜軸線Ｏｃ周りに旋回する。

第２のテーブル台３６は、旋回面３６ａに沿ったパレット回転案内３９を有している。パレット回転案内３９は、パレット取付け台３７を、旋回面３６ａに垂直な可変軸線Ｏｂ周りに回転させる。なお、図１及び図２を参照して、可変軸線Ｏｂの向きは、第２のテーブル台３６のＣ軸方向における位置に応じて、変わることが理解されよう。図１を参照して、パレット回転案内３９の回転送り方向は、Ｂ軸方向と定義される。パレット回転案内３９は、例えば、転がり軸受を有しており、例えばモータ又は油圧装置によって回転駆動される。

パレット取付け台３７はパレットクランプを内蔵し、パレット回転案内３９上に設けられている。パレット取付け台３７に装着されたパレットＰは、旋回面３６ａに平行なワーク取付け面３７ａを有している。ワークは、ワーク取付け面３７ａに取り付けられる。ワーク取付け面３７ａは、第２のテーブル台３６のＣ軸方向可動範囲における位置に応じて、任意の姿勢に方向付けされる。例えば、図１では、ワーク取付け面３７ａは水平姿勢にあり、図２では、ワーク取付け面３７ａは垂直姿勢にある。

工作機械１００では、コラム２０の傾斜型直動案内２４と、テーブル３０の傾斜型回転案内３８とが、Ｚ軸方向において対向配置されている。別の観点では、コラム２０の傾斜型直動案内２４は、Ｙ軸方向（鉛直方向）において、テーブル３０の傾斜型回転案内３８と重複する部分を有している。したがって、互いに対向する前後方向の成分を有する加工反力が、コラム２０側と、テーブル３０側とに生じる。したがって、コラム２０及びテーブル３０の前後方向における剛性のバランスが取られ、コラム２０又はテーブル３０のいずれかに変形が集中することが防止され得る。

図１を参照して、テーブル３０では、第２のテーブル台３６、及び、第２のテーブル台３６上の積載物（すなわち、パレット取付け台３７、パレットＰ及びワーク）の合計の重心Ｇが、傾斜軸線Ｏｃ上に又は傾斜軸線Ｏｃの近傍に位置する。例えば、テーブル３０では、パレットＰ及びワークの重量が定格重量であるときに、重心Ｇが傾斜軸線Ｏｃ上に位置するように設定されることができ、テーブル３０が他の重量を有するパレットＰ及びワークを支持するときには、重心Ｇが傾斜軸線Ｏｃの近傍に位置することができる。このような構成では、傾斜軸線Ｏｃ周りの回転イナーシャが小さい。するとＣ軸方向の早送りの加減速度を高めることができ、結果として非加工時間を短縮することができる。

図１を参照して、パレット交換装置４０は、ベッド１０の前方に設けられている。パレット交換装置４０は、テーブル３０がパレット交換位置（本実施形態では前側ストローク端Ｅ２）にあるとき、テーブル３０に支持されたパレットＰと、パレットローディングステーション５０上のパレットＰと、を交換する。パレット交換装置４０は、ブリッジ４１と、パレット交換アーム４２と、アーム駆動装置４３と、を具備している。ブリッジ４１は、パレット交換装置４０の支持台として機能する。

ブリッジ４１は、テーブル３０の前側ストローク端Ｅ２で、テーブル３０の移動方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向（Ｘ軸方向）にテーブル３０を跨ぐように、ベッド１０上に設けられている。具体的には、図３を参照して、ブリッジ４１は、概ね、倒立Ｕ字形状を有しており、テーブル３０を跨ぐように、Ｘ軸方向においてベッド１０の一端から他端に架け渡されている。図１を参照して、ブリッジ４１は、テーブル３０の第１のテーブル台３５の一部及び第２のテーブル台３６の一部を跨いでいる。ブリッジ４１は、第１のテーブル台３５のみを跨ぐように構成されていてもよい。ブリッジ４１は、後述するパレットローディングステーション５０のオイルパン５１と一体に形成されている。ブリッジ４１とオイルパン５１とは、例えば鋳造等によって一体に形成されることができる。

パレット交換アーム４２は、アーム駆動装置４３を通じて、ブリッジ４１の上方に設けられている。パレット交換アーム４２は、テーブル３０に支持されたパレットＰ及びパレットローディングステーション５０上のパレットＰに係合して両パレットを持ち上げ、鉛直軸線Ｏｖ周りに旋回後下降して両パレットを交換する。

図５は、開位置のパレット交換アームを示す概略図であり、図６は、閉位置のパレット交換アームを示す概略図である。図５を参照して、パレット交換アーム４２は、一対のアーム要素４２ａと、中央部分４２ｂと、を有している。アーム要素４２ａは、鉛直軸線Ｏｖから互いに反対の方向に延在している。アーム要素４２ａの各々は、フォーク形状（又は、概ねＵ字形状）を有しており、鉛直軸線Ｏｖに対して反対側に開口している。

アーム要素４２ａは、テーブル３０が加工位置にあるときに開き（図５）、テーブル３０がパレット交換位置にあるときに閉じる（図６）、開閉機構４４を有する。具体的には、アーム要素４２ａの各々が、開位置と閉位置との間で可動な可動アーム部分４２ｃと、閉位置に固定された固定アーム部分４２ｄと、可動アーム部分４２ｃ及び固定アーム部分４２ｄを連結するアーム基部４２ｅと、を含んでおり、開閉機構４４は、可動アーム部分４２ｃに設けられている。図５は開位置にある可動アーム部分４２ｃを示し、図６は閉位置にある可動アーム部分４２ｃを示す。図５に示されるように、テーブル３０が加工位置にあるときに可動アーム部分４２ｃが開位置にあることによって、テーブル３０がＣ軸方向に旋回するとき、アーム要素４２ａと、テーブル３０（又は、パレットＰ若しくはワーク）と、の干渉を避けることができる。可動アーム部分４２ｃは、ピボットピン４４ｈ（詳しくは後述）によって、アーム基部４２ｅに対して可動に取り付けられている。可動アーム部分４２ｃは、弾性要素、例えば、ピボットピン４４ｈに取り付けられたねじりばね等によって、開位置に付勢されている。他の実施形態では、フォーク形状のもう一方の固定アーム部分４２ｄも開閉機構４４を有して、フォーク形状の両方のアーム部分４２ｃ，４２ｄが開閉可能になっていてもよい。この場合、テーブル３０は加工位置において、正、負どちらの方向に回転しても、テーブル３０とアーム要素４２ａとの干渉は生じない。

開閉機構４４は、ドライブピン４４ａと、ドライブピン４４ａ用のカム溝４４ｂと、開位置の係合孔４４ｄ及び閉位置の係合孔４４ｅと、ピボットピン４４ｈと、を含んでいる。図７は、図５中の断面VIIを示す。なお、図５に示されるように、図７は、図５において上方から見られる断面VIIを示しており、したがって、図７では、図５とは反対に、第２のテーブル台３６が可動アーム部分４２ｃの左側に示されていることに留意されたい。図７を参照して、開閉機構４４は、さらに、ロックピン４４ｃと、カムフォロワ４４ｆと、カムフォロワ４４ｆ用のカムプレート４４ｇと、を含んでいる。

図５を参照して、本実施形態では、ドライブピン４４ａは、第２のテーブル台３６に設けられている。ドライブピン４４ａは、第２のテーブル台３６から上向きに突出する。カム溝４４ｂは、可動アーム部分４２ｃの下面に設けられることができる。カム溝４４ｂは、湾曲形状を有しており、テーブル３０が加工位置からパレット交換位置に移動するときに、ドライブピン４４ａがカム溝４４ｂに挿入されてカム溝４４ｂがドライブピン４４ａにならうにつれて、可動アーム部分４２ｃを開位置（図５）から閉位置（図６）に移動させるように構成されている。

図７を参照して、ロックピン４４ｃは、アーム基部４２ｅの上面から下面に貫通するように、アーム基部４２ｅに設けられている。ロックピン４４ｃは、ロック位置とアンロック位置との間で可動である。ロックピン４４ｃは、ロック位置では、アーム基部４２ｅの上面から突出するように、アンロック位置では、アーム基部４２ｅの上面まで又はアーム基部４２ｅの上面よりも下方まで引っ込むように、構成されている。

アーム基部４２ｅは、空洞４４ｉを有している。ロックピン４４ｃは、ロックピン４４ｃを直径方向に貫通しかつ軸線方向に延在する長孔４４ｊを有している。長孔４４ｊには、空洞４４ｉ内に固定されかつ水平方向に延在する回止めピン４４ｋが挿入されている。

ロックピン４４ｃは、長孔４４ｊよりも下方に、フランジ４４ｒを有している。フランジ４４ｒの下面と空洞４４ｉの底面との間には、圧縮ばね４４ｍが配置されている。圧縮ばね４４ｍは、ロックピン４４ｃをロック位置に付勢するように構成されている。

係合孔４４ｄ，４４ｅ（図７において係合孔４４ｅは不図示）は、可動アーム部分４２ｃの下面に設けられている。図５を参照して、係合孔４４ｄは、可動アーム部分４２ｃの開位置において、ロックピン４４ｃが係合孔４４ｄに挿入されるように、位置付けされかつ寸法設定されている。図６を参照して、係合孔４４ｅは、可動アーム部分４２ｃの閉位置において、ロックピン４４ｃが係合孔４４ｅに挿入されるように、位置付けされかつ寸法設定されている。

図７を参照して、カムフォロワ４４ｆは、ロックピン４４ｃの下端に取り付けられている。カムプレート４４ｇは、第２のテーブル台３６に取り付けられている。カムプレート４４ｇは、カム溝４４ｎを有している。カム溝４４ｎは、テーブル３０の移動方向に対して平行な中間部分４４ｏと、テーブル３０の移動方向に対して中間部分４４ｏから上向きに傾斜された入口部分４４ｐ及び出口部分４４ｑと、を含んでいる。カム溝４４ｎは、テーブル３０が加工位置からパレット交換位置に移動するときに、カムフォロワ４４ｆがカム溝４４ｎに挿入されてカム溝４４ｎにならうにつれて、先ず、ロックピン４４ｃをロック位置からアンロック位置に移動させ（入口部分４４ｐ）、続いて、ロックピン４４ｃをアンロック位置に維持し（中間部分４４ｏ）、最後に、ロックピン４４ｃをアンロック位置からロック位置に戻すように（出口部分４４ｑ）、構成されている。図５を参照して、上述のように、ピボットピン４４ｈは、可動アーム部分４２ｃを、アーム基部４２ｅに対して可動に取り付けている。可動アーム部分４２ｃは、ピボットピン４４ｈ周りに開位置と閉位置との間で旋回する。

開閉機構４４は、以下の順番で動作する。図５に示されるように、テーブル３０が加工位置にある間、可動アーム部分４２ｃは開位置にあり、かつ、ロックピン４４ｃは開位置用の係合孔４４ｄに挿入されている。テーブル３０が加工位置からパレット交換位置に移動するにつれて、図７に示されるように、先ず、カムフォロワ４４ｆがカム溝４４ｎの入口部分４４ｐに挿入されて、ロックピン４４ｃをロック位置からアンロック位置に移動させる。これによって、ロックピン４４ｃが係合孔４４ｄから係合解除される。続いて、ロックピン４４ｃが中間部分４４ｏにおいてアンロック位置に維持されている間に、図６に示されるように、ドライブピン４４ａがカム溝４４ｂに挿入されて、可動アーム部分４２ｃを開位置から閉位置に移動させる。図７に示されるように、最後に、カムフォロワ４４ｆがカム溝４４ｎの出口部分４４ｑを出て、ロックピン４４ｃをアンロック位置からロック位置に移動させる。これによって、ロックピン４４ｃが、閉位置用の係合孔４４ｅに挿入される。したがって、可動アーム部分４２ｃは、パレット交換位置において、閉位置にロックされるように構成されている。テーブル３０がパレット交換位置から加工位置に移動する場合には、開閉機構４４は、上記と逆の順番で動作し、可動アーム部分４２ｃを閉位置から開位置に移動させる。

図４は、アーム駆動装置の詳細を示す拡大断面図である。図４を参照して、パレット交換アーム４２の中央部分４２ｂは、アーム駆動装置４３を覆う円筒形状を有しており、円筒の上端部は閉じられている。中央部分４２ｂの上端部からは、円筒状の支持部４２ｆが下方に突出している。アーム駆動装置４３は、ブリッジ４１上に設けられており、ブリッジ４１の上面から上方に突出している。アーム駆動装置４３は、パレット交換アーム４２を鉛直軸線Ｏｖに沿って移動させるように、かつ、パレット交換アーム４２を鉛直軸線Ｏｖ周りに旋回させるように、構成されている。アーム駆動装置４３は、ハウジング４３ａと、昇降アクチュエータ４３ｂと、旋回アクチュエータ４３ｃと、を有している。

ハウジング４３ａは、ブリッジ４１の上面に固定されており、ブリッジ４１の上面から上方に突出している。ハウジング４３ａは、概ね円筒形状を有しており、固定部４３ｄと、昇降用チャンバ４３ｅと、昇降案内部４３ｆと、を含んでいる。

固定部４３ｄは、ブリッジ４１の上面に固定されている。固定部４３ｄは空洞を有し、昇降アクチュエータ４３ｂの下端部を収容している。昇降用チャンバ４３ｅは、固定部４３ｄの上方に位置し、昇降アクチュエータ４３ｂの昇降用ピストン４３ｇ（後述）を収容している。昇降案内部４３ｆは、昇降用チャンバ４３ｅの上方に位置し、昇降アクチュエータ４３ｂのベアリングケース部４３ｉ（後述）を収容している。

昇降アクチュエータ４３ｂは、鉛直軸線Ｏｖに沿って移動可能なように、ハウジング４３ａ内に挿入されている。昇降アクチュエータ４３ｂは、概ね円筒形状を有しており、昇降用ピストン４３ｇと、旋回用チャンバ４３ｈと、ベアリングケース部４３ｉと、を含んでいる。

昇降用ピストン４３ｇは、上述のように、昇降用チャンバ４３ｅ内に配置されており、昇降用チャンバ４３ｅを上部区画と下部区画とに仕切っている。上部区画には、下降ポートＴ１が接続されており、下部区画には、上昇ポートＴ２が接続されている。下降ポートＴ１及び上昇ポートＴ２は、ポンプ、弁、及び、油圧源（又は作動流体供給源）等の要素に接続されている。これらの要素は、機械制御装置によって制御される。下降ポートＴ１及び上昇ポートＴ２は、昇降用チャンバ４３ｅ内に作動流体を供給／排出する。例えば、下降ポートＴ１を通して上部区画から作動流体を排出し、上昇ポートＴ２を通して下部区画に作動流体を供給するとき、昇降用ピストン４３ｇは上昇し、したがって昇降アクチュエータ４３ｂ全体が上昇する。対照的に、下降ポートＴ１を通して上部区画に作動流体を供給し、上昇ポートＴ２を通して下部区画から作動流体を排出するとき、昇降用ピストン４３ｇは下降し、したがって昇降アクチュエータ４３ｂ全体が下降する。

旋回用チャンバ４３ｈは、昇降用ピストン４３ｇの内側に設けられている。旋回用チャンバ４３ｈは、旋回アクチュエータ４３ｃの旋回用ピストン４３ｊ（後述）を収容している。ベアリングケース部４３ｉは、昇降用ピストン４３ｇの上方に位置する。ベアリングケース部４３ｉは、軸受４３ｍの外輪を固定している。軸受４３ｍの内輪は、上述のパレット交換アーム４２の支持部４２ｆに固定されている。したがって、パレット交換アーム４２は、軸受４３ｍを介して、昇降アクチュエータ４３ｂによって回転可能に支持されている。よって、昇降アクチュエータ４３ｂが上昇するとき、パレット交換アーム４２も上昇し、昇降アクチュエータ４３ｂが下降するとき、パレット交換アーム４２も下降する。

旋回アクチュエータ４３ｃは、鉛直軸線Ｏｖに沿って移動可能なように、昇降アクチュエータ４３ｂ内に同軸に挿入されている。旋回アクチュエータ４３ｃは、概ね円柱形状を有しており、旋回用ピストン４３ｊと、円筒カム部４３ｋと、を含んでいる。

旋回用ピストン４３ｊは、上述のように、旋回用チャンバ４３ｈ内に配置されており、旋回用チャンバ４３ｈを上部区画と下部区画とに仕切っている。上部区画には、ＣＷ（clockwise）ポートＴ３が接続されており、下部区画には、ＣＣＷ（counterclockwise）ポートＴ４が接続されている。ＣＷポートＴ３及びＣＣＷポートＴ４は、ポンプ、弁、及び、油圧源（又は作動流体供給源）等の要素に接続されている。これらの要素は、機械制御装置によって制御される。ＣＷポートＴ３及びＣＣＷポートＴ４は、旋回用チャンバ４３ｈ内に作動流体を供給／排出する。ＣＷポートＴ３を通して上部区画から作動流体を排出し、ＣＣＷポートＴ４を通して下部区画に作動流体を供給するとき、旋回用ピストン４３ｊは上昇し、したがって旋回アクチュエータ４３ｃ全体が上昇する。対照的に、ＣＷポートＴ３を通して上部区画に作動流体を供給し、ＣＣＷポートＴ４を通して下部区画から作動流体を排出するとき、旋回用ピストン４３ｊは下降し、したがって旋回アクチュエータ４３ｃ全体が下降する。

円筒カム部４３ｋは、旋回用ピストン４３ｊの上方に位置する。円筒カム部４３ｋは、円筒形状を有しており、旋回用ピストン４３ｊが移動するにつれて、鉛直軸線Ｏｖに沿って移動する。円筒カム部４３ｋの外周面には、一対のカム溝４３ｒが設けられている。カム溝４３ｒの各々は、円筒カム部４３ｋの外周面に螺旋状に形成されている。

パレット交換アーム４２の支持部４２ｆには、一対のカムフォロワ４３ｎが設けられている。カムフォロワ４３ｎの各々は、支持部４２ｆから内側に突出しており、対応するカム溝４３ｒと係合している。カム溝４３ｒは、円筒カム部４３ｋが上昇するときに、カムフォロワ４３ｎを平面視において反時計回りに旋回させるように、構成されている。したがって、カムフォロワ４３ｎが連結されたパレット交換アーム４２も、反時計回りに旋回する。対照的に、カム溝４３ｒは、円筒カム部４３ｋが下降するときに、カムフォロワ４３ｎを平面視において時計回りに旋回させるように、構成されている。したがって、カムフォロワ４３ｎが連結されたパレット交換アーム４２も、時計回りに旋回する。

以上のようなアーム駆動装置４３は、テーブル３０に支持されたパレットＰとパレットローディングステーション５０上のパレットＰとを交換するために、以下のように動作する。最初に、昇降用ピストン４３ｇは下端位置にあり、旋回用ピストン４３ｊは下端位置又は上端位置にある。両パレットＰに係合して持ち上げるために、下降ポートＴ１を通して上部区画から作動流体が排出され、上昇ポートＴ２を通して下部区画に作動流体が供給される。これによって、昇降用ピストン４３ｇが上昇し、昇降アクチュエータ４３ｂ全体が上昇する。昇降アクチュエータ４３ｂは、軸受４３ｍを介してパレット交換アーム４２の中央部分４２ｂを持ち上げる。これによって、パレット交換アーム４２全体が上昇し、アーム要素４２ａがパレットＰに係合して持ち上げる。

次に、両パレットＰを交換するために、旋回用ピストン４３ｊが下端位置にある場合には、ＣＷポートＴ３を通して上部区画から作動流体が排出され、ＣＣＷポートＴ４を通して下部区画に作動流体が供給される。これによって、旋回用ピストン４３ｊが上昇し、旋回アクチュエータ４３ｃ全体が上昇する。旋回アクチュエータ４３ｃのカム溝４３ｒは、カムフォロワ４３ｎを介してパレット交換アーム４２を鉛直軸線Ｏｖ周りに反時計回りに１８０°旋回させ、これによって、両パレットＰの位置が入れ代り、パレットＰが交換される。

対照的に、両パレットＰを交換するときに旋回用ピストン４３ｊが上端位置にある場合には、ＣＷポートＴ３を通して上部区画に作動流体が供給され、ＣＣＷポートＴ４を通して下部区画から作動流体が排出される。これによって、旋回用ピストン４３ｊが下降し、旋回アクチュエータ４３ｃ全体が下降する。旋回アクチュエータ４３ｃのカム溝４３ｒは、カムフォロワ４３ｎを介してパレット交換アーム４２を鉛直軸線Ｏｖ周りに時計回りに１８０°旋回させ、これによって、両パレットＰの位置が入れ代り、パレットＰが交換される。

図１を参照して、パレットローディングステーション５０は、パレットＰを支持する。パレットローディングステーション５０では、例えば、作業者又はロボットによって、加工済みのワークと未加工のワークとが交換される。パレットローディングステーション５０には、切削油の落下を防止するためのオイルパン５１が配置されている。オイルパン５１は、上述のように、パレット交換装置４０のブリッジ４１と鋳物によって一体成形されている。

以上のような本実施形態に係る工作機械１００のパレット交換装置４０では、図１に示されるように、パレット交換アーム４２及びアーム駆動装置４３がブリッジ４１上にあり、ブリッジ４１は前側ストローク端Ｅ２でテーブル３０を跨ぐ。これと同時に、テーブル３０の前端部はパレット交換装置４０の鉛直軸線Ｏｖを越えて前方まで潜り込む。したがって、前側ストローク端Ｅ２では、ブリッジ４１下方の空間にテーブル３０が位置することができ、ブリッジ４１とテーブル３０とが移動方向（Ｚ方向）において重複する。ブリッジ４１とテーブル３０との間の重複距離だけ、パレット交換アーム４２の鉛直軸線Ｏｖとパレット交換位置とを近づけることができ、これによって、パレット交換アーム４２の旋回半径を小さくすることができる。したがって、パレット交換装置４０の占有面積を低減することができる。

また、本実施形態では、テーブル３０が、テーブル３０の移動方向に対して傾斜された傾斜面３５ａに対して垂直な傾斜軸線Ｏｃ周りにパレットＰを回転させる傾斜型回転案内３８を有している。このような構成では、パレットＰ及びワークの重量が傾斜面３５ａによって支えられ、したがってテーブル３０にモーメントが発生する。モーメントに対する剛性を高めるため及びパレットＰの回転駆動装置を格納するために、図１に示されるように、テーブル３０が前側に張り出されている。このようなテーブル３０では、テーブル３０を跨ぐブリッジ４１による旋回半径の低減が、より効果的である。

また、本実施形態では、パレット交換アーム４２が、一対のアーム要素４２ａを有し、一対のアーム要素４２ａの各々が、フォーク形状のアーム部分４２ｃ，４２ｄを有しており、アーム部分４２ｃ，４２ｄのうち少なくとも１つのアーム部分４２ｃが、テーブル３０が加工位置にあるときに開きテーブル３０がパレット交換位置にあるときに閉じる開閉機構４４を有している。テーブル３０が加工位置にあるときにアーム部分４２ｃが開くことによって、アーム要素４２ａと、テーブル３０（又は、パレットＰ若しくはワーク）と、の干渉を避けることができる。

また、本実施形態では、ブリッジ４１が、パレットローディングステーション５０のオイルパン５１と鋳物により一体成形されている。したがって、部品点数を低減することができ、ブリッジ４１の剛性を高めることもできる。オイルパン５１で受けた切りくずや切削油は、ベッド１０の切りくずトラフへ落下するようになっている。

また、本実施形態では、アーム駆動装置４３の旋回アクチュエータ４３ｃが、鉛直軸線Ｏｖに沿って移動される円筒カム部４３ｋを有しており、円筒カム部４３ｋの外周面には、カム溝４３ｒが設けられている。このような構成では、パレット交換アーム４２にカムフォロワ４３ｎを連結することができ、カム溝４３ｒとカムフォロワ４３ｎとによって機械的に旋回アクチュエータ４３ｃを旋回させることが可能になる。したがって、例えば油圧機構等によって、パレット交換アーム４２を高トルクで駆動することが可能である。また、昇降アクチュエータ４３ｂと旋回アクチュエータ４３ｃとを同軸に設けることによって、アーム駆動装置４３の省スペース化を図った。

パレット交換装置を有した工作機械の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者であれば、上記の実施形態の様々な変形が可能であることを理解するだろう。また、当業者であれば、１つの実施形態に含まれる特徴は、矛盾が生じない限り、他の実施形態に組み込むことができる、又は、他の実施形態に含まれる特徴と交換可能であることを理解するだろう。例えば、上記実施形態では、テーブル３０は、傾斜型回転案内３８とパレット回転案内３９との２軸の回転送り機構を有している。しかしながら、他の実施形態では、テーブル３０は、傾斜型回転案内３８を有していなくてもよく、例えば水平なパレット回転案内の１軸の回転送り機構のみを有していてもよい。

１０ ベッド
２０ コラム
２２ 主軸頭
２３ 主軸
３０ テーブル
３５ 第１のテーブル台
３５ａ 傾斜面
３６ 第２のテーブル台
３６ａ 旋回面
４０ パレット交換装置
４１ ブリッジ
４２ パレット交換アーム
４３ アーム駆動装置
４４ 開閉機構
５０ パレットローディングステーション
５１ オイルパン
１００ 工作機械
Ｐ パレット

Claims (7)

1. ワークを取り付けたパレットと工具を取り付けた主軸とを相対的に移動させてワークを加工する工作機械において、
   パレットを交換可能に装着し、水平方向に移動する移動体と、
   前記移動体に装着されたパレット及びパレットローディングステーション上のパレットに係合し、両パレットを鉛直軸線周りに旋回させてパレットを交換するパレット交換装置と、
   前記パレット交換装置を支持し、前記移動体がパレット交換位置にあるとき、前記鉛直軸線を越えて前記移動体が前記パレット交換装置の下方に潜り込む空間を確保する支持台と、
   を具備することを特徴とした工作機械。
2. 前記移動体は、前記移動体の移動方向に対して傾斜した傾斜面に垂直な傾斜軸線周りにパレットを回転させる傾斜型回転案内を有し、パレットが水平姿勢のときにパレット交換を行う請求項１に記載の工作機械。
3. 前記支持台は、前記移動体の移動方向に対して垂直な方向に前記移動体を跨ぐように、基台上に設けられたブリッジである請求項１に記載の工作機械。
4. 前記支持台は、前記パレットローディングステーションのオイルパンと鋳物により一体成形される請求項１に記載の工作機械。
5. 前記パレット交換装置は、前記支持台の上方に設けられ、前記移動体に装着されたパレット及び前記パレットローディングステーション上のパレットに係合するパレット交換アームと、前記支持台の上方に突出するように設けられ、前記パレット交換アームを前記鉛直軸線に沿って昇降移動させ、前記パレット交換アームを前記鉛直軸線周りに旋回させるアーム駆動装置と、を有する請求項１に記載の工作機械。
6. 前記パレット交換アームは、一対のアーム要素を有し、前記一対のアーム要素の各々がフォーク形状を呈し、前記フォーク形状の少なくとも片方のアーム部分が、前記移動体が加工位置にあるときに開き前記移動体がパレット交換位置にあるときに閉じる開閉機構を有する請求項５に記載の工作機械のパレット交換装置。
7. 前記アーム駆動装置は、前記支持台に対し前記鉛直軸線に沿って昇降移動する昇降アクチュエータと、前記昇降アクチュエータに対し前記鉛直軸線に沿って往復移動する円筒カムとを有し、前記パレット交換アームは、前記昇降アクチュエータに対し前記鉛直軸線の周りに旋回可能に支持されるとともに、前記円筒カム外周の螺旋状のカム溝に係合するカムフォロワを取り付けて構成された請求項５に記載の工作機械。

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