JP4678869B2

JP4678869B2 - 工作機械システム

Info

Publication number: JP4678869B2
Application number: JP2006132509A
Authority: JP
Inventors: 太郎中村; ▲祐▼紀山浦; 克旨稲木; 元紀内川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2026-05-11
Also published as: JP2007301673A

Description

本発明は、鉛直面内で回転する回転アームと、該回転アームの先端近傍に水平指向する加工主軸とを有する工作機械が複数設けられた工作機械システムに関する。

工作機械は、設置のスペース効率向上、隣接する工作機械へのワークの搬送、及び操作者の操作性の観点から、占有面積が小さいことが好ましく、特に正面視の幅が小さいことが好ましい。このように占有面積を小さくするという目的のため、例えば特許文献１では、水平方向に進退自在な可動コラムに昇降及び水平移動が可能な２つのスピンドルユニットが設けられた工作機械が提案されている。この特許文献１の工作機械は、低コスト且つ省スペースであって好適である。

また、特許文献２では、加工軸を鉛直方向に向ける構成により、省スペース及び単位面積あたりの設置台数を増加して生産性を向上することのできるＮＣ旋盤が提案されている。

ところで、引用文献１及び引用文献２に記載された工作機械では、正面視で直交する２軸のスライド機構が設けられていることから構造が複雑であって、しかも重量のあるスライド部材が移動をすることから、十分な安定性を得るためにはベース部分を相当に強固に設定しておかなければならなず、全体としての重量が重くなる。

このような観点から、特許文献３では、水平方向のスライド機構に対して、鉛直面内で回転するアームを設け、該アームを回転させることにより垂直方向に変位させる工作機械が提案されている。このような工作機械によれば、正面視のスライド機構は１軸分で足り、簡便な構成とすることができて好適である。

特許３２７８１３５号公報特許２００３−２６６２０３号公報特公平５−２４４６号公報

上記の特許文献３に記載された工作機械は、簡便な構成であるが、その一方、水平面上で直交する２軸のスライド機構（Ｘテーブル及びＺテーブル）を有しており、占有面積は必ずしも小さくはない。また、正面視ではＸ方向のスライド機構が設けられていることから機幅についても、必ずしも狭くはない。

そこで、特許文献３における工作機械の水平のＸ方向のスライド機構が鉛直方向となるように９０°回転させた機構を採用すると、正面視の機幅が非常に小さくなる。しかし、工作機械の機幅及び設置面積が小さくなっても、各工作機械間におけるワークの搬送が自動化されず、または自動化された場合であっても搬送が遅い機構では、結果として加工時間が長くなり効率的ではない。

さらに、ワークを搬送する機構と、加工時にワークを固定しておく機構が別であると、両機構間でのワークの受け渡しが必要であり機構及び加工手順が煩雑となる。さらにまた、これらの機構が複雑で大型化すると工作機械自体を小型化した趣旨が没却されることになる。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、コンパクトな構成で工作機械間のワーク搬送効率が高い工作機械システムを提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械システムは、第１工作機械及び第２工作機械と、前記第１工作機械及び前記第２工作機械によって加工をするワークを保持するワーク移動装置と、を備える工作機械システムであって、前記第１工作機械及び前記第２工作機械は、それぞれ、水平面内の一方向であるＺ方向にスライド移動するコラムと、前記コラム上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体と、前記支持体に支承してＺ方向に向いたワークに臨む鉛直平面内において３６０°回転する回転アームと、前記回転アームを回転させるアーム駆動源と、前記回転アーム上の回転中心から離れた位置に設けられ、前記回転アームに対して回転自在に支承されてＺ方向を指向する加工主軸と、前記加工主軸を回転させる主軸駆動源と、を有して前記アーム駆動源と前記主軸駆動源の駆動軸は同一鉛直面上に配置されており、前記ワーク移動装置は、水平面で回転可能なターンテーブルと、前記ターンテーブルに設けられた複数の副回転機構と、前記副回転機構のうちの１つを前記第１工作機械の前記加工主軸と対向する第１保持位置とし、前記副回転機構のうちの他の１つを前記第２工作機械の前記加工主軸と対向する第２保持位置となるように前記ターンテーブルを間欠回転させる主回転機構と、を有し、さらに、前記第１保持位置に対応して設置された第１ワーク押圧固定装置と、前記第２保持位置に対応して設置された第２ワーク押圧固定装置と、を有し、前記第１ワーク押圧固定装置は、前記第１保持位置に保持された前記ワークを、前記第１工作機械による加工時に、上から押圧して固定するための第１固定板と、前記第１固定板を、前記ワークの上面から離間した位置と前記ワークを押圧する位置とにかけて昇降させる機構であって、前記第１固定板を昇降するシリンダと、該シリンダを昇降するボールねじ機構とを有する第１昇降機構と、を有し、前記第２ワーク押圧固定装置は、前記第２保持位置に保持された前記ワークを、前記第２工作機械による加工時に、上から押圧して固定するための第２固定板と、前記第２固定板を、前記ワークの上面から離間した位置と前記ワークを押圧する位置とにかけて昇降させる機構であって、前記第２固定板を昇降するシリンダと、該シリンダを昇降するボールねじ機構とを有する第２昇降機構と、を有することを特徴とする。
この場合、前記ターンテーブルに設けられ、少なくとも前記第１保持位置に保持されたワークと、前記第１保持位置に保持されたワークとを隔離する隔離板と、前記隔離板に設けられ、前記第１昇降機構による前記第１固定板の下降を停止するための第１スイッチと、前記隔離板に設けられ、前記第２昇降機構による前記第２固定板の下降を停止するための第２スイッチと、を有するようにしてもよい。

このように、ターンテーブルを主回転機構によって間欠回転させるとともに、副回転機構によってワークを所定の向きに設定することにより、コンパクトな構成で工作機械間のワーク搬送効率の向上を図ることができる。

また、前記第１工作機械と前記第２工作機械の各コラムは、平行に配置されていると、工作機械システムの横幅を狭く設定することができる。
また、前記ターンテーブルの前記副回転機構は、円周上等分配して３つ設けられ、前記第１工作機械と前記第２工作機械の各前記コラム同士が対向配置されていると、工作機械システムの横幅をさらに狭く設定することができる。

本発明に係る工作機械システムによれば、ターンテーブルを主回転機構によって間欠回転させるとともに、副回転機構によってワークを所定の向きに設定することにより、コンパクトな構成で工作機械間のワーク搬送効率の向上を図ることができる。

また、単純な回転運動で工作機械間のワークの搬送及び加工のための位置決めを行うことができ、サイクルタイムの短縮を図ることができ、しかも搬送手順が簡便である。

以下、本発明に係る工作機械システムについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１５を参照しながら説明する。

図１〜図３は、本実施の形態に係る工作機械システム１０の斜視図、正面図及び側面図である。図１〜図３に示すように、本実施の形態に係る工作機械システム１０は、ワークＷに対してドリル加工、中ぐり加工及びホーニング加工等を行うものであって、正面視（図２参照）で狭幅に構成されている。以下、工作機械システム１０の向きを特定するために、図２における左右方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する奥行きの方向をＺ方向（図３参照）とする。Ｘ方向及びＹ方向は、水平面内の所定の一方向であって、直交している。

工作機械システム１０は、正面視向かって左側の第１工作機械１１ａと右側の第２工作機械１１ｂと、これらの第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂを統合的・協調的に制御するコントローラ１２とを有する。第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂは隣接して平行に設けられており、定盤１３、ワーク移動装置１４及びフレーム１５は共用となっている。もちろん、これらの定盤１３、ワーク移動装置１４及びフレーム１５は、第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂに専用のものを用いても良い。第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂは同構造であり、以下第１工作機械１１ａを代表的に説明する。

第１工作機械１１ａは、床に固定された定盤１３をベースに構成されている。定盤１３はＸ方向に狭幅で、Ｙ方向に低い形状である。定盤１３には、ワーク移動装置１４及びフレーム１５が取り付けられている。ワーク移動装置１４は、定盤１３の上面の正面側（矢印Ｚ１側）の近傍に設けられており、該ワーク移動装置１４の上方にはワーク押圧固定装置１７ａ、１７ｂ（図３参照）が設けられている。なお、支持体２２、回転アーム３２等を視認できるように図１、図２、図５及び図８ではワーク押圧固定装置１７ａ、１７ｂを省略して図示している。ワーク移動装置１４及びワーク押圧固定装置１７ａ、１７ｂの詳細については後述する。

フレーム１５は、後述する回転マガジン（自動工具交換機構）８０ａ、８０ｂ、サブストッカ１００ａ、１００ｂを支持するためのものであって、定盤１３の矢印Ｚ方向の両端から上方に延在する４本の支柱１５ａと、これらの支柱１５ａを介して支えられたプレート１５ｂとを有する。

第１工作機械１１ａは、定盤１３の上面に設けられたＺ方向に延在する一対のＺレール１６と、該Ｚレール１６に案内されてＺ方向にスライドするコラム１８と、該コラム１８の正面においてＹ方向に延在する一対のＹレール２０と、該Ｙレール２０に案内されてＹ方向にスライドする支持体２２とを有する。Ｚレール１６上におけるコラム１８のＺ方向の位置はＺ位置センサ１６ａによって検出され、Ｙレール２０上における支持体２２のＹ方向の位置はＹ位置センサ２０ａによって検出され、それぞれコントローラ１２に供給される。

コラム１８は、定盤１３の後方に設けられたＺモータ２４の作用下にボールねじ機構２６を介してＺ方向に移動をする。支持体２２は、定盤１３の内部に配置されたＹモータ２８の作用下にボールねじ機構３０を介してＹ方向に往復移動をする。コラム１８及びＹレール２０は、Ｙ方向に適度に長い形状であって、支持体２２を比較的長距離移動させることができる。

図４に示すように、支持体２２は、Ｚ１方向に向いたワークＷに臨む鉛直平面内において回転する回転アーム３２と、該回転アーム３２を回転させるアームモータ（アーム回転駆動源）３４と、回転アーム３２の遠心方向端部近傍に設けられ、回転アーム３２に対して回転自在に支承されてＺ１方向を指向する加工主軸３６と、該加工主軸３６を回転させるスピンドルモータ（主軸回転駆動源）３８とを有する。アームモータ３４は、例えば、ダイレクトモータである。

支持体２２は、枠体４０をベースに構成されており、該枠体４０の内部にアームモータ３４が設けられている。アームモータ３４は、枠体４０に固定されたステータ３４ａと、該ステータ３４ａの内側に設けられた中空のロータ３４ｂとを有する。

回転アーム３２は、ロータ３４ｂの矢印Ｚ１方向端部に固定されており、アームモータ３４の作用下に回転する。支持体２２に対する回転アーム３２の角度は、角度センサ４１によって計測されコントローラ１２に供給される。

なお、図４からも明らかなように、回転アーム３２はエンドレスに回転が可能であるが、最低限１回転（３６０°）の回転が可能であればよい。加工主軸３６は、回転アーム３２の回転中心Ｃから距離Ｒだけ離れた箇所に設けられている。また、回転中心Ｃから回転アーム３２の外側端部までの長さをＬとする。

回転アーム３２において、加工主軸３６が設けられている側と反対側（図４における上側）にはバランサ４２が設けられている。バランサ４２は、クーラント等の液体が入った液体タンクであり、加工主軸３６に取り付けられる工具に応じて、内部の液量を変化させてバランスをとることができる。バランサ４２は金属製の錘であってもよい。該バランサ４２が設けられている箇所以外の回転アーム３２の内部は中空構造となっている。回転アーム３２は、支持体２２と比較すると相当に軽量であり、回転させたときにも支持体２２や第１工作機械１１ａに対する安定性を損なうことがない。

スピンドルモータ３８は矢印Ｚ２方向に突出しており、アームモータ３４と同軸となるように、支持体２２における枠体４０の後面に対して固定されている。スピンドルモータ３８とアームモータ３４は同軸上に配置されていることから、支持体２２をコンパクトなユニットとして構成することができる。すなわち、加工主軸３６の軸線上にスピンドルモータ３８が存在せず、回転アーム３２の中心に近い箇所にスピンドルモータ３８があると、前記のバランサ４２の質量及び大きさが小さくてすみ、支持体２２を全体的にコンパクトにすることができる。したがって、スピンドルモータ３８の軸を回転アーム３２の軸とが同軸上にあることが好ましい。

シャフト（動力伝達部）４４は、ロータ３４ｂの中空部を貫通して設けられ、一端がスピンドルモータ３８の回転軸に固定され、他端は、枠体４０から突出して回転アーム３２の矢印Ｚ１側の側板まで達している。シャフト４４は、回転アーム３２の矢印Ｚ１側端部、矢印Ｚ２側端部及び枠体４０の矢印Ｚ２側端部の３箇所で、順にベアリング４５ａ、４５ｂ及び４５ｃによって軸支されている。

プーリ機構４６は、ベアリング４５ａとベアリング４５ｂとの間でシャフト４４に固定された駆動プーリ４６ａと、加工主軸３６の矢印Ｚ２方向端部に固定された従動プーリ４６ｂと、これらの駆動プーリ４６ａと従動プーリ４６ｂとの間に張架されたベルト４６ｃとを有する。また、プーリを用いた駆動機構は回転アーム３２を軽量化できて好適である。

また、プーリを用いた駆動機構以外にも、例えば、駆動プーリ４６ａをギアへ置換するとともに、従動プーリ４６ｂをピニオンに置換し、サイレントチェーンを利用した駆動伝達機構を用いてもよい。この場合、ギアとピニオンとの間を複数のギア等を介して駆動力を伝達してもよい。

プーリ機構４６は、回転アーム３２内の中空部に設けられており、所定のテンション機構によってベルト４６ｃの張り調整がなされている。このような構造により、スピンドルモータ３８の回転は、シャフト４４及びプーリ機構４６を介して加工主軸３６に伝達される。

加工主軸３６は、回転アーム３２と一体的に設けられた主軸カバー４８内に収納されており、矢印Ｚ１方向の先端部には工具Ｔが装着されるツールヘッド５０が設けられている。また、矢印Ｚ２方向端部には、ツールヘッド５０に対する工具Ｔのクランプ状態を解除して、工具Ｔを離脱可能にするアンクランプレバー５２が設けられている。アンクランプレバー５２は、回転中心Ｃから見て外向きにやや突出する形状であり、後述するアンクランプブロック７８によって回転中心Ｃの方向に押圧されることにより操作され、工具Ｔをアンクランプすることができる。また、アンクランプレバー５２は、アンクランプブロック７８が離れることにより図示しない弾性体によって元の位置に戻され、ツールヘッド５０内の工具Ｔをクランプすることができる。

回転アーム３２の背面側（矢印Ｚ２側）にはねじ６０によって板ばね等からなるディスク６２を挟持して回転アーム３２を所定位置にて固定する固定装置６４を設けている。

この固定装置６４はディスク６２の背面側と当接する受け座６６とこの受け座６６との間でディスク６２を挟持する押圧片６８とからなり、押圧片６８は皿ばね７０によって挟持方向に付勢されるロッド７２先端部に設けられ、皿ばね７０に抗してロッド７２をを前方に押すことでディスク６２の挟持状態を解除し、回転アーム３２の回転が可能となる。

なお、本実施例ではディスク６２を板ばねにて構成したため、ディスク６２を挟持することで回転アーム３２が倒れることなく確実に回転が阻止される。

図５に示すように、第１工作機械１１ａにおけるコラム１８の上部の矢印Ｚ１側の面には、前記のアンクランプレバー５２を押圧するためのアンクランプブロック７８が設けられている。したがって、回転アーム３２を上方に指向させた状態で、支持体２２を上昇させることにより、アンクランプブロック７８によってアンクランプレバー５２を操作してツールヘッド５０内の工具Ｔをアンクランプすることができる。

フレーム１５におけるプレート１５ｂの上面やや左側には、第１工作機械１１ａに対応し、加工主軸３６に着脱自在な複数の工具Ｔを格納した回転マガジン８０ａが設けられている。なお、フレーム１５におけるプレート１５ｂの上面やや右側には、第２工作機械１１ｂに対応し、回転マガジン８０ａと同機構の回転マガジン８０ｂが設けられている。以下、回転マガジン８０ａを例に説明する。

回転マガジン８０ａは、矢印Ｚ方向に延在する回転軸８２と、該回転軸８２を駆動するマガジンモータ８３と、回転軸８２を中心として正面視（図２参照）で略２７０°の範囲で放射状に設けられた保持アーム８４とを有する。各保持アーム８４の先端には工具Ｔを保持するＣ字状のグリップが設けられている。グリップは弾性体であって、Ｃ字の開口部から工具Ｔを押し込むことにより弾性的に拡開して工具Ｔが挿入可能となり、挿入された後には閉じて工具Ｔを挟持・保持することができる。また、保持された工具Ｔは、Ｃ字の開口部から引き抜きが可能である。

回転マガジン８０ａは、通常、保持アーム８４のない略９０°の部分が下向きとなっており、全体がプレート１５ｂよりも上方にあり、コラム１８及び支持体２２の動作の支障とならない。ツールヘッド５０の工具Ｔを交換する際には、回転マガジン８０ａを回転させて、プレート１５ｂの端から所定の保持アーム８４を下方に指向させる（図５参照）。

具体的には、工具Ｔを保持していない空の保持アーム８４を下方に指向させておき、コラム１８のＺ方向位置を調整した後に、支持体２２を上昇させる。これにより、図６に示すように、工具Ｔが保持アーム８４に保持されるとともに、アンクランプレバー５２がアンクランプブロック７８に当接して操作され、工具Ｔはツールヘッド５０に対してアンクランプされる。したがって、コラム１８を矢印Ｚ２方向に後退されることにより、工具Ｔはツールヘッド５０から抜き取られる。

次いで、回転マガジン８０ａを回転させて、これから使用する予定の工具Ｔが保持されている保持アーム８４を下方に指向させ、コラム１８を矢印Ｚ１方向に進出させる。これにより目的の工具Ｔがツールヘッド５０に挿入されるので、支持体２２を下降させることにより、アンクランプレバー５２がアンクランプブロック７８から離間して工具Ｔをクランプすることができる。この後、回転マガジン８０ａを回転させて、全ての保持アーム８４がプレート１５ｂよりも上方に配置されるように設定する。

このように、回転マガジン８０ａと加工主軸３６との間では、途中で工具Ｔを受け渡すために介在する機構はなく、コラム１８、支持体２２及び回転アーム３２の動作作用下に工具Ｔの着脱操作を直接的に行うことができる。これにより、専用の着脱機構等が不要であることから簡便構造となり、しかも工具の脱着に要する時間が短縮される。

なお、図２から明らかなように、回転マガジン８０ａは第１工作機械１１ａの上部に設けられており、設置面積を拡げることなく多数の工具Ｔを格納しておくことができる。また、回転アーム３２の回転中心軸と、回転マガジン８０ａの回転軸８２は同一鉛直面上に配置されていると、回転アーム３２の昇降にともなって発生する力のベクトルは回転マガジン８０ａの方向に向き、モーメントが発生することがない。これについて図７Ａ及び図７Ｂのモデルで検討する。図７Ａ及び図７Ｂの質量点Ｍ１は回転マガジン８０ａの重心点を示し、質量点Ｍ２は支持体２２の重心点を示し、これらの質量点Ｍ１とＭ２とを接続する摩擦ダンパＤは、回転マガジン８０ａと支持体２２との間のレール２０やフレーム１５等の接続部の等価機構を示す。なお、質量点Ｍ２は、回転アーム３２の角度によって変動するが、該回転アーム３２の質量は支持体２２の質量と比較して小さいことから変動幅も小さく、このモデルでは省略できる。

図７Ａのように、質量点Ｍ１と質量点Ｍ２が、同一鉛直面上に配置されていると、質量点Ｍ２は支持体２２を示すことからレール２０に沿って鉛直方向に動作することになり、その移動を示すベクトルＶは質量点Ｍ１の方向を指向する。つまり、ベクトルＶは摩擦ダンパＤを伸縮させる力のみを発生させ、モーメントの発生はなく、モデルを回転させる力は発生しない。

これに対して、図７Ｂのように、質量点Ｍ１と質量点Ｍ２が、同一鉛直面上ではない位置に配置されていると、質量点Ｍ２の移動を示すベクトルＶは、鉛直向きであることには変わりないため、摩擦ダンパＤを伸縮させる力Ｆ１と、モデルを回転させるモーメントＭ＝Ｆ２・ａが発生する。ここで、力Ｆ２は、ベクトルＶが示す力の、摩擦ダンパＤの延在方向と直交する方向の分力であり、パラメータａはその時点における摩擦ダンパＤの長さである。

つまり、これらのモデルから、回転アーム３２の回転中心軸と、回転マガジン８０ａの回転軸８２は同一鉛直面上でないと、第１工作機械１１ａを回転さえるモーメントＭが発生して揺れが生じ得るが、回転アーム３２の回転中心軸と、回転マガジン８０ａの回転軸８２は同一鉛直面に配置されていると、モーメント及び揺れが生じることがなく、安定性が高いことが理解されよう。

次に、サブストッカ１００ａ及び１００ｂについて説明する。図１に示すように、フレーム１５の左側面には、第１工作機械１１ａに対応し加工主軸３６に着脱自在な複数の工具Ｔを格納したサブストッカ１００ａが設けられている。同様に、フレーム１５の右側面には、第２工作機械１１ｂに対応しサブストッカ１００ａと左右対称機構のサブストッカ１００ｂが設けられている。サブストッカ１００ａとサブストッカ１００ｂは左右対称に設けられておりバランスがよい。以下、サブストッカ１００ａを例に説明する。

サブストッカ１００ａは、チェーンやタイミングベルト等の循環回転手段１０２と、該循環回転手段１０２を４隅で支持するプーリやスプロケット等の案内輪１０４と、循環回転手段１０２に設けられた複数本（例えば４０本）の保持アーム１０６と、該保持アーム１０６に保持された工具Ｔを加工主軸３６に対して着脱する工具受渡機構１０８（図８参照）と、案内輪１０４を間欠的に駆動して保持アーム１０６のいずれか１つを工具受渡機構１０８に配置させるモータ（インデックス機構）１０９とを有する。サブストッカ１００ａは、側面視（図３参照）で、側壁に沿ってＺ方向に長い形状である。また、正面視（図２参照）ではＸ方向の幅は非常に短く、実質的には保持する工具Ｔの長さがＸ方向の幅となっている。保持アーム１０６は、前記の保持アーム８４と同機構であって、工具Ｔが矢印Ｘ方向に突出する向きに保持することができる。

図８に示すように、工具受渡機構１０８は、サブストッカ１００ａの矢印Ｚ１方向端部近傍に設けられており、符号を付さない架台にブラケット１０３に揺動可能に支承されたシリンダ１１０と、該シリンダ１１０のロッド１１０ａの先端に設けられたチャック１１１とを有する。工具受渡機構１０８はサブストッカ１００ａの矢印Ｚ１方向端部に配置された保持アーム１０６の一部をチャック１１１で把持し、ロッド１１０ａを伸縮させることによって保持アーム１０６及び工具Ｔを９０°回転させることができる。これにより、保持アーム１０６は矢印Ｘ方向を指向し、工具Ｔは矢印Ｚ方向を指向することになる。この状態で加工主軸３６を矢印Ｚ１方向に進出させることにより工具Ｔを装着することができる。また、逆の動作により加工主軸３６から工具Ｔを抜き取り、保持アーム１０６に戻すことができる。

このような工具受渡機構１０８を含むサブストッカ１００ａでは、長尺な工具軸方向を一方向に備えているので、多数の工具Ｔを保持しておくことができて好適である。また、簡便な工具受渡機構で、工具軸方向を変更して矢印Ｚ１方向に指向できるので、一層多数の工具を取り扱うことができ、サブストッカ１００ａの設置位置の自由度が向上する。

回転マガジン８０ａとサブストッカ１００ａは、共に工具Ｔを格納しておくことができるが、用途に応じて使い分けるようにしてもよい。例えば、一週間の作業で必要な工具Ｔをサブストッカ１００ａに格納しておき、そのうち１日の作業で必要な工具Ｔを回転マガジン８０ａに格納させてもよい。この場合、回転マガジン８０ａとサブストッカ１００ａとの間の工具Ｔの受け渡しは、工具受渡機構１０８及び加工主軸３６を介して行うことができ、例えば、作業のない夜間に受け渡しを自動的に完了させておくとよい。

図９に示すように、ワーク移動装置１４は、水平面で回転可能なターンテーブル１５０と、該ターンテーブル１５０上に設けられ、水平面で回転してワークＷの加工面を加工主軸３６に対向する向きに設定する３つの副回転機構１５２と、該副回転機構１５２のうちの１つを第１工作機械１１ａの加工主軸３６と対向する第１保持位置１５４ａとし、副回転機構１５２のうちの他の１つを第２工作機械１１ｂの加工主軸３６と対向する第２保持位置１５４ｂとなるようにターンテーブル１５０を間欠回転させる主回転機構１５６とを有する。ターンテーブル１５０は矩形板が三方に放射状に延在する形状であって、各矩形板の間には上方に延在する隔離板１５１が設けられている。

主回転機構１５６はターンテーブル１５０を１２０°毎に、平面視で時計方向に間欠回転しながら２つのワークＷを第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂに対するように固定する。主回転機構１５６にはターンテーブル１５０の角度を検出してコントローラ１２に供給するメイン角度センサ１６０が設けられている。

３つの副回転機構１５２は、それぞれワークＷを位置決めする保持具としてのピン１５８有しており、ターンテーブル１５０上で等間隔（１２０°）に配置されている。この副回転機構１５２は、第１保持位置１５４ａ及び第２保持位置１５４ｂにあるときに、ワークＷの加工面が後方（矢印Ｚ２方向）を指向するように回転動作する。各副回転機構１５２には、回転角度を検出してコントローラ１２に供給する副角度センサ１６２が設けられている。また、副回転機構１５２は、矢印Ｚ１方向の第３保持位置１５４ｃにあるとき、ピン１５８からワークＷを開放可能とし、加工済みのワークＷを搬出し、未加工のワークＷを搬入する。

次に、ワーク押圧固定装置１７ａ及び１７ｂについて図１０を参照しながら説明する。ワーク押圧固定装置１７ａはワーク移動装置１４の第１保持位置１５４ａに設けられたワークＷを加工時に上から押圧して固定するために固定板１７０を昇降させるものである。ワーク押圧固定装置１７ｂはワーク押圧固定装置１７ａと同構造であって、第２保持位置１５４ｂに対応して設けられている。以下、ワーク押圧固定装置１７ａを例に説明する。

図１０に示すように、ワーク押圧固定装置１７ａは、ワーク移動装置１４の第１保持位置１５４ａに設けられたワークＷを加工時に上から押圧して固定するために固定板１７０を昇降させるものである。

ワーク押圧固定装置１７ａは、ワークＷの上面に当接・押圧する固定板１７０と、該固定板１７０を大きい力で短ストローク昇降させるシリンダ１７２と、該シリンダ１７２を速く長ストローク昇降させるボールねじ機構１７４と、固定板１７０の上限位置を検出するアッパーリミットスイッチ１７６と、下限位置を検出するロアーリミットスイッチ１７８と、シリンダ１７２のチューブ１７２ａを固定・開放するロック機構１８０とを有する。

ボールねじ機構１７４はサーボモータ１７４ａと、該サーボモータ１７４ａによって回転するボールねじ１７４ｂと、該ボールねじ１７４ｂに螺合して昇降するナット部１７４ｃとを有し、ナット部１７４ｃがシリンダ１７２のチューブ１７２ａと固定されている。ロック機構１８０は、例えば、水平面で回転するアーム１８０ａを備え、固定板１７０が下降してロアーリミットスイッチ１７８を操作したときにアーム１８０ａを回転させて、シリンダ１７２の一部を押さえる位置に移動させるとよい。

ワーク押圧固定装置１７ａは、仮想線で示すように、初期状態においては固定板１７０が上昇した状態となっており、第１保持位置１５４ａ及び（又は）第２保持位置１５４ｂにワークＷが搬入されて位置決めされた後に、ボールねじ機構１７４の作用下にシリンダ１７２及び固定板１７０を下降させ、固定板１７０がロアーリミットスイッチ１７８を操作することを検出して下降を停止させる。このとき、サーボモータ１７４ａに懸かる負荷はシリンダ１７２や固定板１７０の重量程度であり、小電流で高速な動作が可能である。

次に、ロック機構１８０によってシリンダ１７２を固定するとともにサーボモータ１７４ａの通電を停止する。

さらに、シリンダ１７２の作用下に固定板１７０を下降させてワークＷに当接・押圧する。このとき、シリンダ１７２は十分に下降していることから、固定板１７０を下降させるストロークは小さくて足りる。また、シリンダ１７２は大径型であって十分に大きい力を発生させ、ワークＷを確実に押圧して固定することができる。この後、固定板１７０で固定したままワークＷの加工を第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂによって行う。

加工が終了した後、ロック機構１８０を操作してシリンダ１７２を開放する。さらに、ボールねじ機構１７４の作用下にシリンダ１７２を上昇させるとともに、該シリンダ１７２の作用下に固定板１７０を上昇させ、固定板１７０がアッパーリミットスイッチ１７６を操作することを検出して上昇を停止させる。

このようなワーク押圧固定装置１７ａ（及び１７ｂ）では固定板１７０の早送りをサーボモータ１７４ａで十分に速く行ってサイクルタイムの短縮が図られ、しかもワークＷの押圧をシリンダ１７２によって固定板１７０を十分強く押圧することができる。サーボモータ１７４ａはワークＷを押圧することには用いられないため、焼き付きの恐れがなく、小型で足りる。シリンダ１７２は短ストロークで用いられることから、短尺型で足りる。

図１１に示すように、コントローラ１２は、第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂを制御する第１工作機械制御部３００ａ及び第２工作機械制御部３００ｂと、ワーク移動装置１４を制御するワーク保持制御部３０２と、回転マガジン８０ａ及び８０ｂを制御するマガジン制御部３０４と、サブストッカ１００ａ及び１００ｂを制御するサブストッカ制御部３０６と、ワーク押圧固定装置１７ａ及び１７ｂを制御する押圧制御部３０８とを有する。ワーク保持制御部３０２は、主回転機構１５６を制御する主回転制御部３０２ａと、３つの副回転機構１５２を制御する副回転制御部３０２ｂ〜３０２ｄとを有する。

第１工作機械制御部３００ａ、第２工作機械制御部３００ｂ、ワーク保持制御部３０２、マガジン制御部３０４、サブストッカ制御部３０６及び押圧制御部３０８は相互に接続されて情報の授受を行い、協調動作をする。

このように構成される第１工作機械１１ａによれば、加工主軸３６の水平位置の位置Ｘは、アームモータ３４の回転作用下に回転アーム３２の向きによって変化し、例えば、図１２に示すように、水平方向を０°とした角度θに対して、Ｘ＝Ｒ・ｃｏｓθとして表される。また、加工主軸３６の鉛直方向の位置Ｙは、回転アーム３２の向きと支持体２２の高さＹ０によって変化し、Ｙ＝Ｙ０＋Ｒ・ｓｉｎθとして表される。したがって、回転アーム３２と支持体２２の動作によって、ターンテーブル１５０に固定されたワークＷに対して所望の位置に加工主軸３６を配置させることができ、加工主軸３６の位置決めがなされた後には、スピンドルモータ３８によって加工主軸３６を回転させながら、コラム１８を矢印Ｚ１方向に進出させることによって、工具ＴをワークＷに対して当接させ、ドリル、中ぐり及びタップ等の切削加工、並びにホーニング等の研削加工をすることができる。

以上、第１工作機械１１ａを例に挙げて説明をしたが、第２工作機械１１ｂについては第１工作機械１１ａと同構造であることから詳細な説明を省略する。

このように構成される工作機械システム１０では、以下のようにワークＷの加工が行われる。

先ず、ワーク移動装置１４の第３の位置にある加工済みのワークＷを取り除き、未加工のワークＷを載置する。このとき、ピン１５８で位置決めをすることにより規定向きとなるようにしておく。

次に、コントローラ１２の作用下に、ワーク移動装置１４は平面視時計方向に１２０°回転し、未加工のワークＷを第１保持位置１５４ａに移動する。このとき、第１保持位置１５４ａにそれまで存在していたワークＷは第２保持位置１５４ｂに移動する。第２保持位置１５４ｂに移動したワークＷは第１段階の加工が終了している。また、第２保持位置１５４ｂにそれまで存在していたワークＷは第３保持位置１５４ｃに移動する。第３保持位置１５４ｃに移動したワークＷは工作機械システム１０における加工の全工程（２つの工程）が終了している。

また、第１保持位置１５４ａ及び第２保持位置１５４ｂの副回転機構１５２は、各ワークＷの加工面が第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂの加工主軸３６の方向を指向するようにターンテーブル１５０を基準に回転する。

さらに、ワーク押圧固定装置１７ａ、１７ｂの作用下にワークＷの上面を押圧して固定した後、第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂにより第１段階及び第２段階の加工をワークＷに施す。

この後、ワーク押圧固定装置１７ａ、１７ｂによるワークＷの押圧を開放し、ワーク移動装置１４は平面視時計方向に１２０°回転する。

このように、ワーク移動装置１４は単純な間欠運動を繰り返すことによりワークＷの移動を行うことができる。また、第１保持位置１５４ａ及び第２保持位置１５４ｂが第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂと対向する位置に配置されていればよいから、ターンテーブル１５０の外径は、第１工作機械１１ａ及び第２工作機械１１ｂの左右両端部からあまりはみ出ることがなく、幅狭に設定可能である。さらに、主回転機構１５６はターンテーブル１５０の下方に設けられていることから、ワーク移動装置１４を幅狭に設定することができる。

上述したように、本実施の形態に係る工作機械システム１０によれば、ターンテーブル１５０を主回転機構１５６によって間欠回転させるとともに、副回転機構１５２によってワークＷを所定の向きに設定することにより、コンパクトな構成で工作機械間のワーク搬送効率の向上を図ることができる。

また、ワーク移動装置１４は、単純な回転運動で第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂ間のワークＷの搬送及び加工のための位置決めを行うことができ、サイクルタイムの短縮を図ることができ、しかも搬送手順が簡便である。

第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂの各コラム１８は、平行に配置されていることから、工作機械システム１０の横幅を狭く設定することができる。

なお、第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂとは、必ずしも隣接して平行配置している必要はなく、例えば、図１３に示すように、ワーク移動装置１４を中心として放射状に延在する向きに設定されていてもよい。この場合、第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂでワークＷに対して同じ面を加工するのであれば、ワークＷの加工面を外方に向けておけばよく、副回転機構１５２が不要となって簡便である。

また、図１４に示すように、第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂとを平行且つオフセットして、逆向きに配置してもよい。この場合、サブストッカ１００ａとサブストッカ１００ｂを内向きに配置することにより、工作機械システム１０の幅Ｘｄが狭くなり好適である。

さらに、図１５に示すように、ワーク移動装置１４には等間隔（９０°）に４つの副回転機構１５２を設けてもよい。この場合、第１工作機械１１ａと第２工作機械１１ｂに対面する第２保持位置３２０ｂ及び第３保持位置３２０ｃではワークＷの加工を行い、第１保持位置３２０ａでは未加工のワークＷの搬入を行い、第４保持位置３２０ｄでは加工済みのワークＷの搬出を行うことができる。つまり、ワークＷの搬入と搬出を同時並行的に行うことができ、効率的である。

本発明に係る工作機械システム１０は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る工作機械システムの一部断面斜視図である。本実施の形態に係る工作機械システムの正面図である。本実施の形態に係る工作機械システムの側面図である。支持体の断面側面図である。工具交換をする際の加工主軸、保持アーム及びアンクランプブロックの一部断面斜視図である。工具交換をする際のコラム、回転マガジン及びその周辺部の拡大側面図である。図７Ａは、回転アームの回転中心軸と回転マガジンの回転軸が同一鉛直面上に配置されている機構のモデル図であり、図７Ｂは、回転アームの回転中心軸と回転マガジンの回転軸が同一鉛直面上でない位置に配置されている機構のモデル図である。工具受渡機構の模式平面図である。ワーク移動装置の拡大断面斜視図である。ワーク押圧固定装置の概略構成図である。コントローラのブロック構成図である。加工主軸の座標を示すための工作機械の模式正面図である。２台の工作機械が放射状に配置された工作機械システムの模式平面図である。２台の工作機械が平行且つオフセットして、逆向きに配置されている工作機械システムの模式平面図である。４つの副回転機構を備えるワーク移動装置が設けられた工作機械システムの模式平面図である。

符号の説明

１０…工作機械システム１１ａ…第１工作機械
１１ｂ…第２工作機械１４…ワーク移動装置
１７ａ、１７ｂ…ワーク押圧固定装置１８…コラム
２２…支持体３２…回転アーム
３６…加工主軸８０ａ、８０ｂ…回転マガジン
８４、１０６…保持アーム１００ａ、１００ｂ…サブストッカ
１０８…工具受渡機構１５０…ターンテーブル
１５２…副回転機構

Claims

第１工作機械及び第２工作機械と、
前記第１工作機械及び前記第２工作機械によって加工をするワークを保持するワーク移動装置と、
を備える工作機械システムであって、
前記第１工作機械及び前記第２工作機械は、それぞれ、
水平面内の一方向であるＺ方向にスライド移動するコラムと、
前記コラム上に設けられ、且つ鉛直方向にスライド移動する支持体と、
前記支持体に支承してＺ方向に向いたワークに臨む鉛直平面内において３６０°回転する回転アームと、
前記回転アームを回転させるアーム駆動源と、
前記回転アーム上の回転中心から離れた位置に設けられ、前記回転アームに対して回転自在に支承されてＺ方向を指向する加工主軸と、
前記加工主軸を回転させる主軸駆動源と、を有して前記アーム駆動源と前記主軸駆動源の駆動軸は同一鉛直面上に配置されており、
前記ワーク移動装置は、
水平面で回転可能なターンテーブルと、
前記ターンテーブルに設けられた複数の副回転機構と、
前記副回転機構のうちの１つを前記第１工作機械の前記加工主軸と対向する第１保持位置とし、前記副回転機構のうちの他の１つを前記第２工作機械の前記加工主軸と対向する第２保持位置となるように前記ターンテーブルを間欠回転させる主回転機構と、を有し、
さらに、前記第１保持位置に対応して設置された第１ワーク押圧固定装置と、前記第２保持位置に対応して設置された第２ワーク押圧固定装置と、を有し、
前記第１ワーク押圧固定装置は、
前記第１保持位置に保持された前記ワークを、前記第１工作機械による加工時に、上から押圧して固定するための第１固定板と、
前記第１固定板を、前記ワークの上面から離間した位置と前記ワークを押圧する位置とにかけて昇降させる機構であって、前記第１固定板を昇降するシリンダと、該シリンダを昇降するボールねじ機構とを有する第１昇降機構と、を有し、
前記第２ワーク押圧固定装置は、
前記第２保持位置に保持された前記ワークを、前記第２工作機械による加工時に、上から押圧して固定するための第２固定板と、
前記第２固定板を、前記ワークの上面から離間した位置と前記ワークを押圧する位置とにかけて昇降させる機構であって、前記第２固定板を昇降するシリンダと、該シリンダを昇降するボールねじ機構とを有する第２昇降機構と、を有することを特徴とする工作機械システム。
請求項１記載の工作機械システムにおいて、
前記ターンテーブルに設けられ、少なくとも前記第１保持位置に保持されたワークと、前記第１保持位置に保持されたワークとを隔離する隔離板と、
前記隔離板に設けられ、前記第１昇降機構による前記第１固定板の下降を停止するための第１スイッチと、
前記隔離板に設けられ、前記第２昇降機構による前記第２固定板の下降を停止するための第２スイッチと、を有することを特徴とする工作機械システム。
請求項１又は２記載の工作機械システムにおいて、
前記第１工作機械と前記第２工作機械の各コラムは、平行に配置されていることを特徴とする工作機械システム。
請求項３記載の工作機械システムにおいて、
前記ターンテーブルの前記副回転機構は、円周上等分配して３つ設けられ、
前記第１工作機械と前記第２工作機械の各前記コラム同士が対向配置されていることを特徴とする工作機械システム。