JP6427309B2 - パレット交換デバイスを備える工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、パレット交換デバイスを備える工作機械に関する。

被加工物を大量に機械加工するためのプログラム制御式のフライス盤及びボール盤は、被加工物の迅速な交換を可能にし、したがって、ダウンタイムを低減しながら切削性能を増加させるパレット交換機を装備することが多い。パレットは、工作機械の外で被工作物を装備し、パレット交換機のパレット担持台上に取外し可能に固定される。そのパレットは、パレット交換機の回転運動によって被加工物テーブルの上に位置決めされ、下降運動後にこのテーブル上に締付けられる。パレット交換機のパレットは、フック状又は爪状パレット担持台の昇降運動、及び、その結果として生じる、パレットの外側縁部上の対応する凹所内へのフック状又は爪状パレット担持台の係合によって固定される。

図１は、例えば特許文献１から知られているようなこのタイプの工作機械１の基本構成の例を示し、工作機械１は、パレット交換デバイス４であって、パレット交換プロセスの過程でパレットを把持するための爪１４を備える交換手段１５を備える、パレット交換デバイス４がその上に配置される機械ベッド２を備え、また、ワークスピンドル９上で処理するために被加工物を締付けるための第１のパレット７を備える被加工物テーブル６を担持するスライド５を備える。第１のパレット７と交換される、第２の被加工物を備える交換用パレット（図示せず）を担持するためのパレット担持機１２が設けられる。案内レール３が、機械ベッド２上に搭載され、スライド５が、機械ベッド２に沿うＸ方向に案内レール３に沿って変位可能である。パレット交換デバイス４は、スピンドル９から遠くの案
内レール３の端部上に配置され、担持機アーム１１によって機械ベッド２の側方に固定される。パレットを交換するためにＸ−Ｙ作業平面内で１８０度にわたって交換手段１５を回転させるためのモーター１３が、交換手段１５の担持機プレート上に直接搭載される。

交換用パレット上に固定される被加工物が、第１のパレット７上に固定される被加工物の代わりに、ワークスピンドル９によって機械加工される場合、第１のスライド５は、第１の案内レール３に沿ってパレット交換デバイス４に向かって移動し、ついには、パレット交換デバイス４の交換手段１５が第１のパレット７と交換用パレットとの両方に係合できるように、円形テーブル６とパレット担持機１２との間の距離及び位置が設定される交換用位置に達する。その後、交換手段１５を上昇させ、交換手段１５をＺ方向に平行な軸の回りに回転させ、交換手段１５を下降させることによって、第１のパレット７が交換用パレットに置換えられる。スライド５は、その後、交換用パレット上に締付けられる被加工物をスムーズに機械加工することができるように、旋回円形テーブル６上に位置する交換用パレットとともに、スピンドル９に向かって案内レール３に沿って変位する。

図２及び図３は、工作機械上の上述したパレット交換プロセスの２つのステージをより詳細に示す。

図２は、交換手段１５の爪部材１４ａ，１４ｂが、第１のパレット７と第２のパレット８（交換用パレット）の両方の受取り部材１６に係合するステージを示す。このために、円形テーブル６及びパレット担持機１２は、交換位置に、すなわち互いに対して予め規定された配向及び距離に位置する。

その後、第１のパレット７は、交換手段１５によって第２のパレット８と交換される、すなわち、第２のパレット８は、今や、第１のパレット７の代わりに、円形テーブル６上に設置されている。これは、交換手段１５を、上昇させ、Ｚ方向に平行に配向する軸Ｄの回りに回転させることによって実施される。その後、交換手段１５は、Ｚ方向に再び下降されて、爪部材１４と、第１のパレット７及び第２のパレット８の対応する受取り部材１６との間の動作可能な接続が解除される。その後、交換手段１５は、再び、ホーム位置になるように交換手段１５の回転軸Ｄの回りに回転して、図３に示すステージに達する。その後、スライド５は、案内レール３に沿ってパレット交換デバイス４から離れるように移動して、第２のパレット８に取付けられている被加工物のスムーズな機械加工を保証することができる。

Ｘ−Ｙ平面内での交換手段１５の寸法が、図２及び図３に示す工作機械において比較的大きいことを認識できたことは本発明者の功績である。この欠点は、特に、Ｘ−Ｙ平面内で回転軸Ｄの回りに交換手段１５を回転させるために必要である電気ドライブ１３が、交換手段１５自体内に組込まれることによる。結果として、図３に示すパレット交換プロセスのステージにおいて（すなわち、交換位置において）、円形テーブル６を交換手段１５に対して所望に応じて移動させること、特に、被加工物テーブルの平面を旋回させることは、限られた範囲でのみ可能であり、これは、旋回円形テーブルが５軸機械加工のために使用されるときの基本要件である。不利なことには、円形テーブル６が回転又は旋回することができる前に、スライド５は、被加工物テーブルとともにワークスピンドルに向かってパレット交換デバイス４の案内レール３に沿って最初に変位する必要がある。しかし、これは、時間がかかり、工作機械の利用可能な作業空間を減少させる。

欧州特許第２０４７９４６号

本発明の目的は、上述した問題を克服できるパレット交換デバイスを備える工作機械を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載の特徴を有する工作機械を提供する。

本発明の着想の有利な構成又は発展形態は、従属請求項に見出すことができる。

本発明の第１の態様によれば、工作機械上のパレットを交換するための本発明によるパレット交換デバイスは、該パレット交換デバイスをパレットに取外し可能に接続するための接続部材を備える交換手段と、接続部材を備える前記交換手段を、作業平面内で回転させるための回転ドライブ手段と、作業空間内で前記交換手段及び前記作業平面を上昇及び下降させるための昇降手段と、を備える。本発明によれば、前記回転ドライブ手段は、前記作業空間の外に配置される。

回転ドライブ手段が作業空間の外に位置するため、交換手段は、よりコンパクトに構成することができる。ターンテーブルが交換手段の非常に近くに位置しても、パレットのうちの１つのパレットが搭載されるこの被加工物テーブルを制限なく回転及び旋回させることが更に可能にされる。

本発明によれば回転ドライブ手段が被加工物の外に位置決めされるため、被加工物は、工作機械の動作中に蓄積する埃及び水から更によりよく保護される。

本発明の更なる利点は、本発明によるこの構成では、特に、従来技術の場合のように交換手段内に位置するドライブに電力を供給するために回転壁を通してケーブルが載置される必要があることがないため、交換手段は、パレット用の準備空間から作業空間を分離する回転壁と独立に移動することができる。

好ましくは、回転ドライブ手段及び昇降手段は、作業空間の外に、特に被加工物の下方に固定される。これに関して、用語「作業空間（ｗｏｒｋｓｐａｃｅ）」は、特に、パレット交換プロセスを実施するために、パレット交換デバイスによって要求される空間を指す。これは、Ｘ−Ｙ作業平面内の回転運動及びＺ方向への交換デバイスの昇降経路を含む。別の意味で、回転テーブル上に締付けられた被加工物を機械加工するために工作機械によって要求される被加工物機械加工用の作業空間全体、すなわちターンテーブル及びワークスピンドルを変位させるための空間は、好ましくは同様に、用語「作業空間」に更に含まれ、また、それによって包含されることができる。

特に有利な実施形態では、回転ドライブ手段及び昇降手段は、交換手段が、作業平面から出て下に「後退する（ｒｅｔｒａｃｔｅｄ）」ことができるように、すなわち、構成サイズの点で交換手段の少なくとも主要な構成要素、又は更に交換手段全体が、被加工物テーブルと交換用パレットとの間の空間から出て、被加工物テーブルの下側面によって画定される平面の下方で、機械ベッド上で水平の通常位置に変位されることができるように位置決めされる。

本発明の更なる態様によれば、工作機械上のパレットを交換するための本発明によるパレット交換デバイスは、該パレット交換デバイスをパレットに取外し可能に接続するための接続部材を備える交換手段と、接続部材を備える前記交換手段を回転させるための回転
ドライブ手段と、前記交換手段を上昇及び下降させるための昇降手段とを備える。本発明によれば、前記昇降手段は、前記交換手段に回転可能に係合し、前記回転ドライブ手段は、前記昇降手段を駆動する。これに関して、回転ドライブ手段からの駆動トルクは、昇降手段を介して交換手段に伝達される。

この構成の特定の利点は、昇降手段及び回転ドライブ手段用の２つの回転コラムの代わりに、１つの回転コラムだけが設けられることであり、これは、パレット交換デバイスの構成を簡単かつよりコンパクトにする。特に、作業空間の下方の昇降手段及び回転ドライブ手段の配置構成に関連して、この構成は、主要な構成的利点、すなわち、重心が下に変位されること、及び、パレット交換デバイスが簡単な方法で機械ベッド上に搭載され得ること、をもたらし、昇降手段及びドライブ手段は、好ましくは、機械ベッドの上側平面の下方に、任意選択で更に、部分的に機械ベッドの下側平面の下方に配置される。

本発明の特に構成的に有利な実施形態によれば、スパーギアは該回転コラムの外に取付けられ、前記回転ドライブ手段は、前記スパーギアに係合するピニオンを備える。動作可能な接続は、前記ピニオンが（回転ドライブ手段の電気モーター又は油圧システムの結果として）回転すると、前記スパーギアが回転することで、前記回転コラムが、該回転コラムの縦軸の回りに回転するように構成される。こうして、ドライブ手段及び昇降手段は、コンパクトでかつ効率的な方法で互いに結合することができる。

前記回転ドライブ手段は、例えば、前記サーボモーターを備えることができ、交換手段を回転させるための複雑な油圧ドライブを不必要にする。

有利には、ピニオンは、回転コラムの上昇及び下降中に、絶えず、スパーギアと動作可能な接続状態にある。こうして、交換手段を任意の中間位置で（また更に、回転コラムの上昇中に）回転させることが可能である。これに関して、ピニオンの長さは、例えば、回転コラムの最大昇降高さより大きくてもよい。

昇降手段は、回転コラムの下方にあり、かつ、回転コラムに同軸に配向する加圧用媒体シリンダーを備えてもよい。こうして、（加圧流体等用の）加圧用媒体シリンダーの端子は、機械ベッド内に又は機械ベッドの下方に下方向へ長い距離変位されることができ、これは、接続をより容易にする。その理由は、通常、工作機械の上側領域に比べて工作機械のこの領域において利用可能な空間が多いからである。

有利には、前記回転コラムは、上側部分及び下側部分を備え、前記スパーギアは、前記下側部分内で前記回転コラムに固定され、前記回転コラムの前記上側部分の直径は、前記回転コラムの前記下側部分の直径より大きい。こうして、一方で、重量を節約することができ（回転コラムの下側部分の直径がより小さいため、回転コラムのこの部分は、回転コラムの上側部分と比べて、単位長さについて軽い）、他方で、回転コラムの十分に精密な案内を保証することができる（上側領域にある回転コラムの大きな直径は、回転コラムの精密な案内を可能にする）。

有利には、前記回転コラムの前記上側部分の前記直径は、前記スパーギアの直径より小さく作られ、前記回転コラムの前記上側部分を案内するための案内構造は、前記回転コラムが最大昇降位置に位置するか又は前記最大昇降位置より僅かに上方に位置するときにスパーギアの上側面が突き当たる（又は、当たっている間、スパーギア自体が難なく回転できるように、スパーギアに取付けられた摺動層が突き当たる）停止部を備える。こうして、最大昇降境界を機械的に画定することができ、結果として、昇降デバイスの電子制御システムを簡略化することができる。適切な衝撃センサーが、任意選択で、停止部上に設けられてもよく、衝撃を検出する。最大昇降境界が偶発的に超えられないことが更に保証さ
れる。さらに、回転コラムが最小昇降位置にあるか又は最小昇降位置より僅かに下方にあるときにスパーギアの下側面（又は、スパーギアに取付けられた摺動層）が突き当たる停止部を設けることができる。衝撃センサーは、この場合も、オプションで設けてもよい。

本発明の一実施の形態によれば、前記交換手段は、縦部材を備え、該縦部材は、前記作業平面内で延在し、かつ、前記回転コラムの縦軸の回りに該回転コラムを回転させることによって前記作業平面内で回転可能であり、第１の接続部材は、第１のパレットを把持するために前記縦部材の第１の端部上に配置され、かつ、前記作業平面内で第１の方向に前記縦部材から離れるように延在し、第２の接続部材は、第２のパレット（交換用パレット）を把持するために前記縦部材の第２の端部上に配置され、かつ、前記作業平面内で前記第１の方向と反対である第２の方向に前記縦部材から離れるように延在する。

有利には、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材は、それぞれ、前記第１の方向又は前記第２の方向にそれぞれ前記縦部材の対応する端部から離れるように延在する第１の部分を備えてもよく、また、それぞれ、前記対応する第１の部分に隣接し、かつ、前記縦部材の縦方向に（少なくとも実質的に）平行に延在する方向に該対応する第１の部分から離れるように延在する第２の部分を備える。前記第１の接続部材の前記第２の部分は前記第１のパレットに係合するように形成されてもよく、前記第２の接続部材の前記第２の部分は前記第２のパレットに係合するように形成されてもよい。このタイプの交換手段の構成の利点は、本発明による工作機械の説明に関連して以下で述べられる。

１つの有利な構成では、前記交換手段は、交換位置であって、前記縦部材が第１の配向をとり、また、前記第１の接続部材が前記第１のパレットに係合することができ、かつ、前記第２の接続部材が前記第２のパレットに係合することができる、交換位置と、ホーム位置であって、前記縦部材が前記第１の配向に対して回転した第２の配向をとる、ホーム位置との間で、垂直軸（Ｚ方向）の回りを平行に交互に移動可能である。この場合、円形テーブルの運動の最大自由度が、ホーム位置において保証される。

第１のパレット及び第２のパレットにおける係合（把持位置）及び係合の解除は、例えば、交換手段が交換位置に位置するときに交換手段をＺ方向に上昇及び下降させることによって行なってもよい。

これに関して、前記交換手段が、前記縦部材が前記交換位置から前記ホーム位置になるように回転する前又は回転した後に、Ｚ方向に交換位置から昇降手段によって降下されるようにセットアップされることが特に有利である。こうして、交換手段は、作業空間から、特にパレット間の空間から完全に移動することができる。

しかし、本発明は、このタイプの実施形態に限定されず、また、パレットが解除された後にＺ方向に関して任意の所望の中間位置で（すなわち、Ｚ方向への交換手段の降下は最大にならない）、Ｘ−Ｙ平面内での９０度にわたる回転を有する位置を好ましくは構成するホーム位置に変位されるように、交換手段が変位されるようにセットアップされる実施形態も含む。

本発明はまた、第１のパレットを担持する被加工物テーブルと、交換用パレットを受取るためのパレット担持台を備え、かつ、被加工物テーブル上でこの交換用パレットを第１のパレットと交換するようにセットアップされるパレット交換デバイスとを備える工作機械を含む。これに関して、被加工物テーブルは、前記機械ベッド上に配置される前記案内レール上で変位可能である。前記回転ドライブ手段及び前記昇降手段は、前記機械ベッドの上側平面の下方に配置してもよく、前記機械ベッドの側方に搭載してもよい。これに関して、パレット交換機のハウジングであって、内部に回転ドライブ手段及び昇降手段が組
み込まれる、パレット交換機のハウジングは、機械ベッドの前端部の受取りプロファイル内に接続してもよく、機械ベッドの側方に固定してもよい。

本発明による工作機械の特別な構成では、被加工物テーブルは旋回円形テーブルとして形成され、その作業表面は、被加工物テーブルの作業表面上で締付けられるツールの５軸機械加工のために、Ｙ方向に配向した回転軸に沿って旋回することができる。これに関して、前記旋回円形テーブル及び前記パレット担持台は、前記交換手段が交換位置（係合位置）で前記第１のパレット及び前記第２のパレット内に達することができるように互いに対して変位されることができ、前記旋回円形テーブルと前記パレット担持台との間の距離が調整される。これに関して、前記交換手段、前記旋回円形テーブル、及び前記パレットは、前記第１のパレット及び／又は前記交換用パレットが、前記交換手段が上述した前記ホーム位置にある場合、前記交換手段と衝突することなく、回転及び／又は旋回できるように、交換位置で互いに対して寸法決め及び位置決めされる。

例えば、交換位置において、旋回円形テーブル及びパレットは、第１のパレットの中心及び第２のパレットの中心がそれぞれ、回転コラムの回転軸に交差し、かつ、被加工物テーブルの変位方向に平行に延在する軸から等距離に位置するように互いに対して位置決めされる。これは、工作機械の縁部にパレット担持台を設けることを可能にし、旋回円形テーブル用の利用可能な作業空間を最大にし、また、パレット担持台に対する人のアクセスを簡略化する。

このタイプの場合、交換手段の上述した構成は、回転コラムの回転軸に対して第１のパレット及び第２のパレットのそれぞれのオフセットがあっても、接続部材の第２の部分がそれぞれ、被加工物テーブルの変位方向に平行な第１のパレット／第２のパレットに常に係合するため特に有利であり、また、これは、特に、接続部材の第２の部分が係合する第１のパレット／第２のパレットの対応する係合メカニズムが、パレットの中心に対してパレットの縁部に中心的に配置される場合、静力学の理由から特に好都合である。

前記縦部材は、前記旋回円形テーブルが前記縦部材の前記ホーム位置に旋回すると、前記旋回円形テーブルの下側面と、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材との間に位置決めされる前記縦部材の領域との間の最小距離が、前記第１の接続部材の前記第１の部分の第１の端部と第２の端部との間の距離より小さいか、又は、前記第２の接続部材の前記第１の部分の第１の端部と第２の端部との間の距離より小さくなるように構成することができる。換言すれば、旋回円形テーブルの下側面は、１つの領域であって、旋回円形テーブルが旋回するときに第１の接続部材と第２の接続部材との間の縦部材の領域に対向する、１つの領域では、旋回円形テーブルの下側面の他の領域と比べて低くてもよい。その理由は、交換手段の領域に比べて、第１の接続部材又は第２の接続部材が縦部材から旋回円形テーブルに向かって突出するこの領域において、旋回するために利用可能な空間が多くなるためである。

前記交換手段のプロファイルは、前記旋回円形テーブルの旋回中に、前記交換手段の側方プロファイルの少なくとも一部が、前記縦部材が前記ホーム位置にあるときで、かつ、前記旋回円形テーブルの前記下側面と、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材との間の前記縦部材の領域内の前記縦部材との間の距離が最小であるときに、前記旋回円形テーブルの前記下側面のプロファイルに実質的に対応するように構成してもよい。換言すれば、旋回円形テーブルの下側面は、旋回円形テーブルの旋回中に、旋回円形テーブルと交換手段との間の空間が最適に利用される（旋回円形テーブルで満たされる）ように、交換手段の側方プロファイルに適切に適合する。

前記昇降手段は、前記交換手段の真下の領域に前記回転コラムを案内する案内構造を備
えてもよく、前記案内構造は、前記案内構造が、前記交換手段に向く端部から始まって、前記旋回円形テーブルに向かって下に幅広になるように、斜角を付けられるか又は前記旋回円形テーブルに向く面上に凹所を備え、前記旋回円形テーブルは、旋回中に、前記斜角が付いた領域又は前記凹所を通って移動することができる。こうして、他の面のどの面にも斜角付け／凹所が全く設けられないため、旋回するための更なる空間が、回転コラムの案内の品質を案内構造が大幅に損ねることなく、旋回円形テーブルにとって利用可能にされることができ、また、これは、高品質な案内にとって十分である。

旋回円形テーブルと交換手段との間の協働についての、上述した実施形態で述べた利点（旋回円形テーブルが交換手段のホーム位置に旋回しても、旋回円形テーブルと交換手段との間に衝突がないこと）は、パレット担持台がＹ方向の回りに旋回可能にされる限り、パレット担持台と交換手段との間の協働に同様に当てはまり、また、これは、例えば、パレット担持台に被加工物をより容易に装備することができるために有利とすることができる。

本発明の更なる利点は、図面を参照して、好ましい実施形態の例を使用して以下でより詳細に説明される。

パレット交換デバイスを備える従来の工作機械の略斜視図である。 従来の工作機械上でのパレット交換プロセスの第１のステージの略図である。 従来の工作機械上でのパレット交換プロセスの第２のステージの略図である。 本発明の一実施形態によるパレット交換デバイスの略断面図である。 本発明の一実施形態によるパレット交換デバイスの略断面図である。 パレット交換プロセスの第１のステージにおける、パレット交換デバイスを備える本発明による工作機械の一部の略図である。 パレット交換プロセスの第２のステージにおける、パレット交換デバイスを備える本発明による工作機械の一部の略図である。 パレット交換プロセスの第１のステージにおける、本発明による工作機械の一部の略平面図である。 旋回円形テーブルの旋回中の本発明による工作機械の略平面図である。 パレット交換プロセスの第１のステージにおける、本発明による工作機械の一部の略平面図である。 本発明による交換手段の略平面図である。

図面では、同一の又は相互に対応する領域、構成要素又は構成要素グループは、同様の参照符号によって示される。

図４は、本発明の一実施形態によるパレット交換デバイス４０の略断面図である。パレット交換デバイス４０は、パレット交換デバイス４０をパレットに取外し可能に接続するための交換手段１５と、交換手段１５に接続される回転コラム１７であって、交換手段１５は、この回転コラム１７の縦軸Ａの回りにこの回転コラム１７を回転させることによって、作業平面１８内で回転可能である、回転コラム１７と、回転ドライブ手段１９であって、回転コラム１７と動作可能な接続状態にあり、かつ、この回転ドライブ手段１９によって、回転コラム１７が回転コラム１７の縦軸Ａの回りに回転可能である、回転ドライブ手段１９と、作業空間２１内で交換手段１５、したがって作業平面１８を上昇及び下降させるために回転コラム１７を上昇及び下降させるために昇降手段２０とを備える。回転ド
ライブ手段１９及び昇降手段２０は、作業空間２１の外に位置する。

回転ドライブ手段１９及び昇降手段２０は、作業空間２１の外に位置するため、交換手段は、コンパクトに作ることができ、これは、更に、機械加工される被加工物を備えるパレットが設置される工作機械の円形テーブルを、例えば円形テーブル上に位置するパレットがパレット担持台に位置する別のパレットと置換される交換位置の場合にそうであるように円形テーブル自体が交換手段１５の非常に近くに位置しても、特にプロセス時に円形テーブルが交換手段１５に衝突することなく円形テーブルを回転及び旋回させるために、制限なく移動させることが可能であることを意味する。

好ましくは、回転ドライブ手段１９及び昇降手段２０は、作業空間２１の下方に位置する。或いは、回転ドライブ手段１９及び昇降手段２０を、作業空間２１の側方に又はその上方に配置することが可能である。これに関して、作業区間は、特にパレット交換プロセスを実施するためにパレット交換デバイス４０によって要求される空間を指す。

回転コラム１７が昇降手段によって上又は下に移動すると、交換手段１５の作業平面１８が上１８’に、また下１８’’に移動することが、図４を見てわかる。これに関して、位置１８’は、パレットを上昇させることに対応し（交換手段１５はパレット７、８に係合し、パレット７、８は旋回円形テーブル６及びパレット担持台１２に係合しない）、位置１８は、パレットを下降させることに対応し（交換手段１５はパレット７、８に係合し、パレット７、８は旋回円形テーブル６及びパレット担持台１２に係合する）、位置１８’’は、パレット間の空間からの後退に対応する（交換手段１５はパレット７、８に係合せず、パレット７、８は旋回円形テーブル６及びパレット担持台１２に係合する）。本実施形態では、昇降手段２０は、油圧制御部材であり、回転ドライブ手段１９は、サーボモーターの形態である。しかし、回転ドライブ手段１９及び昇降手段２０は、同様にそれぞれ、電気ユニット又は油圧ユニットとして構成することができる。

図５の実施形態を見てわかるように、スパーギア２２は、回転コラム１７の外に取付けることができ、回転ドライブ手段１９は、スパーギア２２に係合するピニオン２３を備えることができる。ピニオン２３が回転ドライブ手段１９によって回転すると、スパーギア２２、したがって、回転コラム１７が、回転コラム１７の縦軸Ａの回りに回転する。こうして、回転ドライブ手段１９及び昇降手段２０は、故障を受けやすくなることなく、コンパクトな状態で互いに結合することができる。この実施形態では、ピニオン２３は、ピニオンの下方に位置しかつ端子３４を介して電力を供給されるサーボモーター３１によって駆動される。サーボモーター３１に起因して、本発明によるデバイスでは、ホーム位置が、所望に応じて選択されることができ、これが、油圧ドライブに優る主要な利点とみなされる。昇降手段２０は、回転コラム１７の下方にかつそれと同軸に配置され、回転コラム１７を上昇及び下降させる昇降シリンダー３２を備える。このために、昇降シリンダー３２は、対応する流体ライン３３を介して圧縮流体を供給される。こうして、（圧縮流体等のための）昇降シリンダー３２の流体ライン３３は、機械ベッド内に又は機械ベッド２の下方に下方向経長い距離変位されることができ、これは、流体ライン３３を接続することをより容易にする。その理由は、通常、工作機械１０の上側領域に比べて工作機械１０のこの領域において、この目的のために利用可能な空間が多いからである。

図５に示す実施形態では、ピニオン２３の長さＬは、回転コラム１７の最大昇降高さＨより大きい。こうして、ピニオン２３は、回転コラム１７の上昇及び下降中にスパーギア２２とスムーズに動作可能な接続状態にある。図５に示すステージでは、スパーギア２２は、ピニオン２３の一番上の部分と動作可能な接続状態にある（この位置は、交換手段１５がパレット７、８に係合することを可能にするために利用され得る）。回転コラム１７がこのステージから最大限降下した場合、スパーギア２２は、参照符号３５で示すように
、ピニオン２３の一番下の部分と動作可能な接続状態にある（この位置は、交換手段１５がパレット７、８を解除するように、また、把持位置とホーム位置との間で交換手段１５を回転させるために利用され得る）。そのため、上昇又は下降の任意のステージにおいて回転コラム１７を回転コラム１７の縦軸Ａの回りに回転させることが可能であり、これは、パレットサイズが異なっても、交換デバイス１５の非常に柔軟な作業を可能にする。或いは、回転ドライブ手段１９は、昇降手段２０が回転コラム１７とともに上下に移動するように、昇降手段２０に結合されることができる。この場合、ピニオン２３の長さは、より小さいとすることができる。この実施形態では、回転ドライブ手段１９及び昇降手段２０は、パレット交換デバイスが搭載される機械ベッドの下方に位置する。

回転コラム１７は、有利には、上側部分５０及び下側部分を備え、スパーギア２２は、下側部分内で回転コラム１７に固定され、回転コラム１７の上側部分５０の直径Ｄ５０は、回転コラム１７の下側部分の（一定でない）直径Ｄ５１より大きい。こうして、一方で、重量が節約され（回転コラムの下側部分の直径Ｄ５１がより小さいため、回転コラム１７のこの部分は、回転コラム１７の上側部分５０と比べて、単位長さについて軽い）、他方で、回転コラム１７の十分に精密な案内が保証され得る（上側領域５０の回転コラム１７の大きな直径Ｄ５０は、Ｘ−Ｙ方向にほとんど遊びがない（回転コラム１７の上側領域５０の機械的剛性が高い）状態でＺ方向への回転コラム１７の精密な案内を可能にする）。

有利には、回転コラム１７の上側部分５０の直径Ｄ５０は、スパーギア２２の直径Ｄ２２より小さく作られ、回転コラム１７の上側部分５０を案内するための案内構造５３は、回転コラム１７が最大昇降位置に位置するか又は最大昇降位置より僅かに上に位置するときにスパーギア２２の上側面５５が突き当たる（又は、当たっている間、スパーギア２２自体が難なく回転できるように、スパーギア２２に取付けられた摺動層が突き当たる）停止部５４を備える。こうして、最大昇降境界を機械的に画定することができ、結果として、昇降デバイス２０の電子制御システムを簡略化することができる。適切な衝撃センサー（図示せず）を、停止部５４上に設けることができ、スパーギア２２の衝撃を検出する。最大昇降境界が偶発的に超えられないことが更に保証される。さらに、回転コラム１７が最小昇降位置にあるか又は最小昇降位置より僅かに下方にあるときにスパーギア２２の下側面５７（又は、スパーギア２２に取付けられた摺動層）が突き当たる停止部５６を設けることができる。衝撃センサーは、この場合も設けることができる。

図６〜図９は、図４及び図５に示すパレット交換デバイス４０が工作機械にどのように統合され得るかを例によって示す。図６〜図９に示す工作機械１０は、本発明による実施形態によるパレット交換デバイス４０と、第１のパレット７を受取るための旋回円形テーブル６と、第２のパレット８（交換用パレット）を受取るためのパレット担持台１２と、旋回円形テーブル６及びパレット担持台１２がそれに沿って互いに対して変位可能である案内レール３とを備える。旋回円形テーブル６及びパレット担持台１２は、特に、（図６、図７、図８、及び図９に示す）交換位置内に変位可能であり、交換位置では、把持位置（図６、図７、及び図８を参照のこと）において交換手段１５が第１のパレット７及び第２のパレット８に係合できるように、旋回円形テーブル６とパレット担持台との間の距離が設定される。図７は、第１のパレット７及び第２のパレット８に係合する前の交換位置の交換手段１５を示し（このステージでは、交換手段１５は、第１のパレット７の下方でかつ第２のパレット８内に回転し得る）、図６は、第１のパレット７及び第２のパレット８への係合中の交換位置の交換手段１５を示す。第１のパレット７及び第２のパレット８への係合を達成するために、図７に示すステージから始まって、昇降手段２０は、回転コラム１７が上に移動するように制御される（図６）。その後、回転ドライブ手段１９が、交換手段１５が軸Ａの回りに（１８０度にわたって）回転するように作動される。その後、昇降手段２０は、回転コラム１７が下に移動するように制御され、結果として、パレッ
ト７、８は、旋回円形テーブル６及びパレット担持台１２上に（もう一回りして）戻るように（図７と同様に）設置される。

図６及び図７は、回転ドライブモーター１９が、機械ベッド２の平面の下方に位置決めされることを示す。機械ベッド２は、機械ベッド２の前端部に接続されるパレット担持台ハウジング３９によって担持される。

図８及び図９に示すように、本発明の一実施形態によれば、交換手段１５は、縦部材２４を備え、縦部材２４は、作業平面１８内で延在し、かつ、回転コラム１７の縦軸Ａの回りに回転コラム１７を回転させることによって作業平面１８内で回転可能であり、第１の接続部材（爪部材２６）は、第１のパレット７を把持するために縦部材２４の第１の端部２５上に配置され、かつ、作業平面１８内で第１の方向Ｙ１に縦部材２４から離れるように延在し、第２の接続部材（爪部材２８）は、第２のパレット８を把持するために縦部材２４の第２の端部２７上に配置され、かつ、作業平面１８内で第１の方向Ｙ１と反対である第２の方向Ｙ２に縦部材２４から離れるように延在する。縦部材２４の幅３０に対する縦部材２４の長さ２９の比は、好ましくは、３．５〜１．５の範囲内である。この比から得られる交換手段１５の形状は、以下で述べるように、円形テーブル６が交換位置にあるときでも、パレット交換デバイス４０のパレット担持台１２に関して円形テーブル６を自由に回転させる可能性に更に寄与する。

円形テーブル６の最大の可動性を保証するために、この実施形態では、交換手段１５は、交換位置（把持位置）（図８を参照のこと）であって、縦部材２４が第１の（Ｘ方向にほぼ平行な）配向をとり、また、第１の爪部材２６が第１のパレット７に係合することができ、かつ、第２の爪部材２８が第２のパレット８に係合することができる、交換位置と、ホーム位置（図９を参照のこと）であって、縦部材２４が第１の配向に垂直な（Ｙ方向にほぼ平行な）第２の配向をとり、第１の爪部材２６及び第２の爪部材２８がそれぞれのパレット７、８を解除する、ホーム位置との間で交互に移動可能である。このために、交換手段１５は、昇降手段２０によって、図５の位置２２から下に最初に変位される。最も低い位置に達した後（図５を参照のこと）、縦部材２４は、その後、ホーム位置になるように９０度にわたって回転する。これは、特に、回転コラム及び昇降コラムが互いに結合し、トランスミッションを含むドライブ手段がパレット交換デバイスの作業空間の外に配置されるため可能である。この場合、図９を見てわかるように、円形テーブル６の運動の最大自由度が、ホーム位置において保証される。図９において、円形テーブル６は、交換手段１５と衝突することなく、交換位置においてＸ−Ｚ平面内で旋回する。そのため、交換手段１５は、有利には、各パレット交換プロセス後にホーム位置内に変位されることができ、その直後に、旋回円形テーブル６上での被加工物の機械加工が、この目的のために旋回円形テーブル６を水平に変位させる必要なく開始することができる。

図６〜図９に開示される実施形態では、回転ドライブ手段１９及び昇降手段２０は、機械ベッド２の上側平面の下方に位置する。或いは、回転ドライブ手段１９及び昇降手段２０はまた、機械ベッド２の側面に配置されることができる。さらに、図６〜９に開示される実施形態では、パレット交換デバイス４０は、機械ベッド２に強固に接続される。或いは、しかし、パレット交換デバイス４０は、機械ベッド上の案内レールに沿って変位可能であるように配置され得る。

図１０及び図１１を見てわかるように、第１の接続部材（爪部材）２６及び第２の接続部材（爪部材）２８は、有利には、それぞれ、第１の方向Ｘ１又は第２の方向Ｘ２に沿ってそれぞれ縦部材２４の対応する端部２５、２７から離れるように延在する第１の部分６０を備え、また、それぞれ、縦部材２４の縦方向に（少なくとも実質的に）平行に延在する方向Ｙ１、Ｙ２に対応する第１の部分６０に隣接するとともにこの第１の部分６０から
離れるように延在する第２の部分６１を備える（これに関して、方向は、図８（交換位置）と対照的に縦部材２４のホーム位置に関連する）。第１の接続部材２６の第２の部分６１は第１のパレット７に係合するように形成されることができ、第２の接続部材２８の第２の部分６１’は第２のパレット８に係合するように形成されることができる（また、その逆も同様である）。このタイプの交換手段１５の構成の利点は、本発明による工作機械１０の説明に関連して以下で述べられる。

例えば、旋回円形テーブル６及びパレット担持台１２は、第１のパレット７の中心Ｚ１及び第２のパレット８の中心Ｚ２がそれぞれ、回転コラム１７の回転軸Ａに交差し、かつ、旋回円形テーブル６の変位方向Ｘに平行に延在する軸ＡＡから等距離に位置決めされる。これは、Ｙ方向に関して工作機械１０の縁部領域にパレット担持台１２を設けることを可能にし、旋回円形テーブル６用の利用可能な作業空間を最大にし、また、パレット担持台１２に対する人のアクセスを簡略化する。

このタイプの場合、交換手段１５の上述した構成は、回転コラム１７の回転軸Ａに対して第１のパレット７及び第２のパレット８のそれぞれのオフセットがあっても、接続部材２６、２８の第２の部分６１、６１’がそれぞれ、旋回円形テーブル６の変位方向Ｘに平行な第１のパレット７／第２のパレット８に常に係合するため特に有利であり、また、これは、特に、接続部材２６、２８の第２の部分６１、６１’が係合する第１のパレット７／第２のパレット８の対応する係合メカニズム６２（図９を参照のこと）が、パレット７、８の中心Ｚ１、Ｚ２に対してパレット７、８の縁部に中心的に配置される場合、静力学の理由から特に好都合である。

縦部材２４は、旋回円形テーブル６が縦部材２４のホーム位置に旋回すると、旋回円形テーブル６の下側面６３と、第１の接続部材２６と第２の接続部材２８との間に位置決めされる縦部材２４の領域６４との間の最小距離Ｄｍｉｎが、第１の接続部材２６の第１の部分６０の第１の端部６５と第２の端部６６との間の距離Ｄより小さいか、又は、第２の接続部材２８についての対応する距離より小さくなるように構成することができる。換言すれば、旋回円形テーブル６の下側面６３は、１つの領域６７であって、旋回円形テーブル６が旋回するときに第１の接続部材２６と第２の接続部材２８との間の縦部材２４の領域６４に対向する、１つの領域では、旋回円形テーブル６の下側面６３の他の領域と比べて低くしてもよい。その理由は、交換手段１５の領域６８に比べて、第１の接続部材２６又は第２の接続部材２８が縦部材２４から旋回円形テーブル６に向かって突出するこの領域６４において、旋回するために利用可能な空間が多くなるためである。

交換手段１５のプロファイルは、旋回円形テーブル６の旋回中に、交換手段１５の側方プロファイルの少なくとも一部が、縦部材２４がホーム位置にあるときで、かつ、旋回円形テーブル６の下側面６３と、第１の接続部材２６と第２の接続部材２８との間の縦部材２４の領域６４内の縦部材２４との間の距離が最小（すなわち、Ｄｍｉｎに対応する）であるときに、旋回円形テーブル６の下側面６３のプロファイルに実質的に対応するように構成することができる。換言すれば、旋回円形テーブル６の下側面６３は、旋回円形テーブル６の旋回中に、旋回円形テーブル６と交換手段１５との間の空間６９が最適に利用される（旋回円形テーブル６で満たされる）ように、交換手段の側方プロファイルに適切に適合する。

昇降手段２０は、交換手段１５の真下の領域において回転コラム１７を案内する案内構造７０を備えることができ、案内構造７０は、案内構造７０が、交換手段１５に向く端部から始まって、旋回円形テーブル６に向かって下に幅広になるように、斜角を付けられるか又は旋回円形テーブル６に向く面上に凹所７１を備え、旋回円形テーブル６は、旋回中に、斜角が付いた領域又は凹所７１を通って移動することができる。こうして、他の面の
どの面にも斜角付け／凹所が全く設けられないため、旋回するための更なる空間が、回転コラム１７の案内の品質を案内構造７０が大幅に損ねることなく、旋回円形テーブル６にとって利用可能にされることができ、また、これは、高品質な案内７０にとって十分である。

パレット担持台１２が同様に旋回円形テーブルの形態である場合、上記が、この場合にも同様に当てはまる。

Claims (19)

1. 工作機械（１０）であって、
   第１のパレット（７）を担持する被加工物テーブル（６）と、
   第２のパレット（８）を受取るパレット担持台（１２）を含むパレット交換デバイス（４０）であって、前記工作機械上で前記第１のパレット（７）と前記第２のパレット（８）を交換するように構成された前記パレット交換デバイス（４０）と、
   を備え、
   前記パレット交換デバイス（４０）は、
   該パレット交換デバイス（４０）を前記第１のパレット（７）及び前記第２のパレット（８）に取外し可能に接続するための接続部材（２６、２８）を備える交換手段（１５）と、
   前記交換手段（１５）を、作業平面（１８）内で垂直軸の周りに回転させるための回転ドライブ手段（１９）と、
   前記工作機械（１０）の作業空間（２１）内で前記交換手段（１５）及び前記作業平面（１８）を上昇及び下降させるための昇降手段（２０）と、を備え、
   前記回転ドライブ手段（１９）は、前記作業空間（２１）の外に配置され、
   前記被加工物テーブル（６）は前記垂直軸と平行な回転軸の周りに回転する回転テーブル（６）であり、
   前記回転テーブル（６）及び前記パレット担持台（１２）は、第１の交換位置に向かって水平方向に相対的に移動可能であり、前記第１の交換位置において前記回転テーブル（６）と前記パレット担持台（１２）との間の距離は、前記回転テーブル（６）にある前記第１のパレット（７）が前記パレット交換デバイス（４０）によって前記パレット担持台（１２）にある前記第２のパレット（８）と置き換えることができるように設定され、
   前記交換手段（１５）は、前記回転テーブル（６）及び前記パレット担持台（１２）が前記第１の交換位置に位置する場合に、前記第１のパレット（７）及び前記第２のパレット（８）に係合する第２交換位置と前記第１のパレット（７）及び前記第２のパレット（８）に係合しないホーム位置との間で前記垂直軸の周りに回転可能であって、
   前記回転テーブル（６）及び前記パレット担持台（１２）が前記第１の交換位置に位置し前記交換手段（１５）が前記ホーム位置に位置するときに、前記第１のパレット（７）
   及び／又は前記第２のパレット（８）が前記交換手段（１５）に当たることなく前記回転軸の周りに回転及び／又は水平軸の周りに旋回できるように前記交換手段（１５）、前記回転テーブル、前記第１のパレット（７）及び前記第２のパレット（８）が寸法決め及び位置決めされる、工作機械。
2. 請求項１に記載の工作機械（１０）であって、
   前記回転ドライブ手段（１９）及び前記昇降手段（２０）の少なくとも一部は、前記作業空間（２１）の下方に搭載されることを特徴とする、工作機械。
3. 請求項１に記載の工作機械（１０）であって、
   前記昇降手段（２０）は、前記交換手段（１５）に回転可能に係合し、前記回転ドライブ手段（１９）は、前記昇降手段（２０）を回転させることを特徴とする、工作機械。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械（１０）であって、
   前記昇降手段（２０）は、回転コラム（１７）を備え、該回転コラム（１７）の外にスパーギア（２２）が取付けられ、前記回転ドライブ手段（１９）は、ピニオン（２３）を備え、該ピニオン（２３）は、該ピニオン（２３）が前記回転ドライブ手段（１９）によって回転されると、前記スパーギア（２２）が回転することで、前記回転コラム（１７）が、該回転コラム（１７）の縦軸（Ａ）の回りに回転するように、前記スパーギア（２２）に動作可能に接続されることを特徴とする、工作機械。
5. 請求項４に記載の工作機械（１０）であって、
   前記昇降手段（２０）は、加圧用媒体シリンダー（３２）を備え、該加圧用媒体シリンダー（３２）は、前記回転コラム（１７）の下方にあり、かつ、前記回転コラム（１７）と同軸に配向することを特徴とする、工作機械。
6. 請求項４又は５に記載の工作機械（１０）であって、
   前記ピニオン（２３）は、全ての昇降位置において前記スパーギア（２２）に係合することを特徴とする、工作機械。
7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の工作機械（１０）であって、
   前記ピニオン（２３）の長さ（Ｌ）は、前記回転コラム（１７）の最大昇降高さ（Ｈ）より大きいことを特徴とする、工作機械。
8. 請求項４〜７のいずれか１項に記載の工作機械（１０）であって、
   前記回転コラム（１７）は、上側部分（５０）及び下側部分（５１）を備え、前記スパーギア（２２）は、前記下側部分（５１）内で前記回転コラム（１７）に固定され、前記回転コラム（１７）の前記上側部分（５０）の直径（Ｄ５０）は、前記回転コラム（１７）の前記下側部分（５１）の直径（Ｄ５１）より大きいことを特徴とする、工作機械。
9. 請求項８に記載の工作機械（１０）であって、
   前記回転コラム（１７）の前記上側部分（５０）の前記直径（Ｄ５０）は、前記スパーギア（２２）の直径（Ｄ２２）より小さく作られ、前記回転コラム（１７）の前記上側部分（５０）を案内するための案内構造（５３）は、前記回転コラム（１７）が最大昇降位置に位置するか又は前記最大昇降位置より僅かに上方に位置するときに前記スパーギア（２２）の上側面（５５）が突き当たる停止部（５４）を備えることを特徴とする、工作機械。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の工作機械（１０）であって、
    前記回転ドライブ手段（１９）は、サーボモーター（３４）を備え、該サーボモーター
    （３４）の縦軸は、回転コラム（１７）に平行に配置されることを特徴とする、工作機械。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工作機械（１０）であって、
    前記交換手段（１５）は、縦部材（２４）を備え、該縦部材（２４）は、前記作業平面（１８）内で延在し、かつ、回転コラム（１７）の縦軸（Ａ）の回りに前記作業平面（１８）内で回転可能であり、第１の接続部材（２６）は、前記第１のパレット（７）を把持するために前記縦部材（２４）の第１の端部（２５）上に配置され、かつ、前記作業平面（１８）内で第１の方向（Ｙ１）に前記縦部材（２４）から離れるように延在し、第２の接続部材（２８）は、前記第２のパレット（８）を把持するために前記縦部材（２４）の第２の端部（２７）上に配置され、かつ、前記作業平面（１８）内で前記第１の方向（Ｙ１）と反対である第２の方向（Ｙ２）に前記縦部材（２４）から離れるように延在することを特徴とする、工作機械。
12. 請求項１１に記載の工作機械（１０）であって、
    前記交換手段（１５）は、前記回転テーブル（６）及び前記パレット担持台（１２）が前記第１の交換位置に位置する場合に、前記縦部材（２４）が第１の配向をとり、また、前記第１の接続部材（２６）が前記第１のパレット（７）に係合することができ、かつ、前記第２の接続部材（２８）が前記第２のパレット（８）に係合することができる、第２の交換位置と、前記ホーム位置であって、前記縦部材（２４）が前記第１の配向に対する前記垂直軸の回りに回転した第２の配向をとる、前記ホーム位置との間で交互に移動可能であることを特徴とする、工作機械。
13. 請求項１２に記載の工作機械（１０）であって、
    前記交換手段（１５）は、前記縦部材（２４）が前記第２の交換位置から前記ホーム位置になるように回転する前又は回転した後に、Ｚ方向に前記第２の交換位置から前記昇降手段によって降下されるようにセットアップされる、工作機械。
14. 請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の工作機械（１０）であって、
    前記第１の接続部材（２６）及び前記第２の接続部材（２８）は、それぞれ、前記第１の方向（Ｙ１）又は前記第２の方向（Ｙ２）にそれぞれ前記縦部材（２４）から離れるように延在する第１の部分（６０）を備えると共に、それぞれ、前記対応する第１の部分（６０）に隣接し、かつ、前記縦部材（２４）の縦方向に少なくとも実質的に平行に延在する方向に該対応する第１の部分（６０）から離れるように延在する第２の部分（６１）を備え、前記第１の接続部材（２６）の前記第２の部分（６１）は前記第１のパレット（７）に係合するように形成され、前記第２の接続部材（２８）の前記第２の部分（６１’）は前記第２のパレット（８）に係合するように形成される、工作機械。
15. 請求項１に記載の工作機械（１０）であって、
    前記第１のパレット（７）の中心（Ｚ１）及び前記第２のパレット（８）の中心（Ｚ２）はそれぞれ、軸（ＡＡ）から等距離に位置し、該軸（ＡＡ）は、回転コラム（１７）の回転軸（Ａ）に交差し、かつ、前記被加工物テーブル（６）の変位方向（Ｘ）に平行に延在する、工作機械。
16. 請求項１又は１５に記載の工作機械（１０）であって、
    縦部材（２４）は、前記回転テーブル（６）が前記縦部材（２４）の前記ホーム位置に前記水平軸の周りに旋回すると、前記回転テーブル（６）の下側面（６３）と、第１の接続部材（２６）と第２の接続部材（２８）との間の領域（６４）内の前記縦部材（２４）と、の間の最小距離（Ｄｍｉｎ）が、前記第１の接続部材（２６）の第１の部分の第１の端部（６５）と第２の端部（６６）との間の距離（Ｄ）より小さいか、又は、前記第２の
    接続部材（２８）の第１の部分の第１の端部と第２の端部との間の距離より小さくなるように構成される、工作機械。
17. 請求項１６に記載の工作機械（１０）であって、
    前記交換手段（１５）のプロファイルは、前記回転テーブル（６）の旋回中に、前記交換手段（１５）の側方プロファイルの少なくとも一部が、前記縦部材（２４）が前記ホーム位置にあるときで、かつ、前記回転テーブル（６）の前記下側面（６３）と、前記第１の接続部材（２６）と前記第２の接続部材（２８）との間の前記縦部材（２４）の領域内の前記縦部材（２４）と、の間の距離が最小（Ｄｍｉｎ）であるときに、前記回転テーブル（６）の前記下側面（６３）のプロファイルに実質的に対応するように構成される、工作機械。
18. 請求項１，１５〜１７のいずれか１項に記載の工作機械（１０）であって、
    前記昇降手段（２０）は、前記交換手段（１５）の真下の領域に回転コラム（１７）を案内する案内構造（７０）を備え、前記案内構造（７０）は、前記案内構造（７０）が、前記交換手段（１５）に向く端部から始まって、前記回転テーブル（６）に向かって下に幅広になるように、斜角を付けられるか又は前記回転テーブル（６）に向く面上に凹所（７１）を備え、前記回転テーブル（６）は、旋回中に、前記斜角が付いた領域又は前記凹所（７１）を通って移動することができる、工作機械。
19. 請求項１，１５〜１７のいずれか１項に記載の工作機械であって、
    機械ベッド（２）を備え、
    案内レール（３）は前記機械ベッド（２）上に配置され、前記回転ドライブ手段（１９）及び前記昇降手段（２０）は、前記機械ベッドの側方に、及び／又は、前記機械ベッド（２）の平面の下方に配置される、工作機械。

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