JP6445067B2

JP6445067B2 - 工作機械

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Publication number: JP6445067B2
Application number: JP2017055931A
Authority: JP
Inventors: 稔文村松
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: US10363641B2; JP2018158398A; CN108620929B; DE102018002313A1; CN108620929A; DE102018002313B4; US20180272486A1

Description

本発明は、主軸に着脱可能に取り付けられた工具を用いて加工対象物を加工する工作機械に関する。

下記の特許文献１および２には、工具を保持可能な複数のグリップが周方向に沿って設けられたタレットを工作機械のフレームに取り付けるとともに、タレットに対向する主軸頭の側面にカム溝を上下方向に形成し、カム溝と、カム溝に接触するタレットの接触子とによってカム機構を構成することが開示されている。カム溝は、主軸頭の側面に沿って上下方向に延びる平坦部と、平坦部から主軸の先端（下端）に向かってタレットから離間するように傾斜する傾斜部とから構成される。また、タレットは、モータの回転力によって旋回される。

この場合、モータの回転力によってタレットを旋回させ、所定のグリップを下方に位置させた状態で、送り軸機構によりフレームに対して主軸頭が上方向に移動すると、カム溝に接触するタレットの接触子がカム溝に沿って相対的に下方向に移動する。接触子が平坦部から傾斜部に沿って相対的に下方向に移動すると、タレットが主軸の先端側に揺動し、タレットの下方に位置するグリップが主軸の先端に取り付けられた工具を把持する。これにより、主軸の先端に取り付けられた工具を交換することが可能になる。

特開２０１２−６１５２６号公報特開２００９−２３３７９１号公報

しかしながら、特許文献１および２では、傾斜部に沿って接触子が移動する際、接触子が比較的速い速度で移動し、傾斜部の下端に到達するので、到達時に、タレットが接触子を介して主軸頭から衝撃を受ける可能性がある。そのため、傾斜部に沿って接触子が移動する際には、送り軸機構を構成する送り軸を低速度（低加速度）にして、タレットの揺動速度を制限することにより、タレットの衝撃を緩和させる必要がある。この結果、工具の交換作業に長時間を要する。

また、カム機構を用いてタレットを揺動させる一方で、モータを用いてタレットを旋回させるので、工具の交換にかかる部品点数が多くなり、コストが高くなる。

そこで、本発明は、工具の交換作業の時間を短縮することができるとともに、工具の交換にかかる部品点数を減らしてコストを低減することができる工作機械を提供することを目的とする。

本発明の態様は、主軸に着脱可能に取り付けられた工具を用いて、加工対象物を加工する工作機械であって、前記主軸に装着される前記工具を保持可能な複数のグリップが周方向に沿って設けられた旋回式のタレットと、前記タレットの揺動軸回りに回転する第１回転軸と、前記第１回転軸と略直交する方向に延び、前記タレットを旋回軸回りに回転させる第２回転軸と、前記第１回転軸を回転させるモータと、前記第１回転軸に接続された第１ギアと、前記第１ギアと噛合し、前記第２回転軸に接続された第２ギアとを備える動力伝達部と、前記タレットを揺動させるときは、前記第２回転軸を前記第１回転軸回りに揺動させるために、前記第２回転軸の回転を禁止する回転禁止部と、を有する。

本発明によれば、カム機構による揺動ではないため、工具の交換作業時におけるタレットでの衝撃の発生が回避されるとともに、工具の交換作業の時間を短縮することができる。また、１台のモータを用いてタレットの揺動動作と旋回動作とを行うことができるので、工具の交換にかかる部品点数を減らしてコストを低減することができる。

実施の形態の工作機械の側面図である。図１の主軸から工具を取り外した状態を図示した側面図である。図３Ａは、実施の形態での揺動動作の原理を概略的に説明するための説明図であり、図３Ｂは、実施の形態での旋回動作の原理を概略的に説明するための説明図である。第１実施例の動力伝達部の説明図である。第２実施例の動力伝達部の断面図である。比較例の工作機械の側面図である。比較例の工作機械の側面図である。

本発明に係る工作機械について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［工作機械の構成］
図１および図２は、工作機械１０について、工作機械１０を構成する主軸頭１２および工具交換機構１４の周辺を拡大して図示した側面図である。

工作機械１０は、図示しない台座から＋Ｚ軸方向（図１および図２中、Ｚ軸の矢印方向をいう。）に立設するコラム２２と、コラム２２の側面でＺ軸方向に形成されたレール２４に沿って移動可能な支持部材２６と、支持部材２６によって台座の上方で支持され、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に台座に支持され、かつ、加工対象物が配置されるテーブルに対してＺ軸方向に移動可能な主軸頭１２と、コラム２２から＋Ｙ軸方向（図１および図２中、Ｙ軸の矢印方向をいう。）に延びる２つのフレーム２８ａ、２８ｂとを有する。

主軸頭１２の上部には主軸モータ３０が設けられ、主軸頭１２のテーブル側の先端（下端）には、主軸モータ３０の駆動によってＺ軸回りに回転可能な主軸３２が支持されている。主軸３２には、工具ホルダ３４に保持され、加工対象物に対して所定の加工を行う工具３６が着脱可能に保持されている。この場合、工具ホルダ３４が主軸３２の先端部に設けられた不図示の装着穴に挿入されることによって、工具３６が主軸３２に取り付けられる。工具３６および工具ホルダ３４は、主軸モータ３０の駆動によって、主軸３２と一緒に回転する。

２つのフレーム２８ａ、２８ｂには、主軸３２に取り付ける工具３６を交換するための工具交換機構１４が設けられている。すなわち、工作機械１０は、工具交換機構１４によって工具３６を自動的に交換可能なマシニングセンタとして構成されている。工具交換機構１４は、旋回式の工具マガジンであるタレット３８を有する。

タレット３８は、中心軸である旋回軸４０回りに旋回可能に、かつ、旋回軸４０に略直交する揺動軸４２回りに揺動可能に、２つのフレーム２８ａ、２８ｂの先端部に支持されている。タレット３８は、周方向に沿って所定間隔で設けられた複数のグリップ４４を有する。複数のグリップ４４の各々は、工具ホルダ３４を介して工具３６を着脱可能に保持する。

なお、図１および図２では、図示の容易化のため、タレット３８の下方側の１つのグリップ４４のみ図示している。この場合、図示しない送り軸機構によってレール２４に沿って支持部材２６および主軸頭１２が＋Ｚ軸方向（上方向）に移動すると、２つのフレーム２８ａ、２８ｂに支持される工具交換機構１４は、支持部材２６および主軸頭１２に対して相対的に−Ｚ軸方向（下方向）に移動する。そして、タレット３８が旋回軸４０回りに回転し、タレット３８の下方に所定のグリップ４４が配置された状態で、タレット３８が揺動軸４２回りに図１および図２の反時計方向に揺動すると、グリップ４４が工具ホルダ３４を把持し、工具３６および工具ホルダ３４を主軸３２から取り外すことができる。

また、図１では、揺動軸４２がＸ軸と略平行であり、かつ、旋回軸４０がＹ軸と略平行である場合について図示している。本実施の形態の工作機械１０では、旋回軸４０と揺動軸４２とが略直交していればよいので、旋回軸４０がＹ軸と平行ではなく、かつ、揺動軸４２がＸ軸と平行でなくてもよい。

工具交換機構１４は、少なくとも一方のフレーム２８ａ、２８ｂの先端部に固定されたモータ（回転禁止部）４６と、Ｘ軸方向に延びるモータ４６の回転軸（第１回転軸）４８の回転力を、揺動軸４２回りの回転力に変換してタレット３８を揺動させるか、または、旋回軸４０回りの回転力に変換してタレット３８を旋回させる動力伝達部５０と、揺動軸４２回りのタレット３８の揺動を所定の角度でロックするロック部５２とをさらに有する。動力伝達部５０については、後述する。ロック部５２は、タレット３８の背後でタレット３８を旋回軸４０回りに回転可能に支持する支持部３８ａから後方に延びる延出部材５２ａと、フレーム２８ａ、２８ｂの側面に設けられ、揺動軸４２回りに図１および図２の反時計方向にタレット３８が揺動した際に、延出部材５２ａが当接することにより、反時計方向へのさらなる揺動を阻止する停止部材５２ｂとから構成される。

［動力伝達部の基本構成および作用］
次に、動力伝達部５０の基本構成および作用について、図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、動力伝達部５０の構成を概念的に図示した説明図である。

動力伝達部５０は、Ｘ軸方向（揺動軸４２方向）に沿って互いに対向するように離間して配置された２つの第１ギア５４ａ、５４ｂと、２つの第１ギア５４ａ、５４ｂの間で、２つの第１ギア５４ａ、５４ｂと噛合する第２ギア５６とを有する。

図３Ａおよび図３Ｂ中、左側の一方の第１ギア５４ａは、＋Ｘ軸方向（図１〜図３Ｂ中のＸ軸の矢印方向をいう。）に沿って延びる第１モータ（回転禁止部）４６ａの回転軸（第１回転軸）４８ａと略同軸に接続され、第１モータ４６ａの駆動により回転軸４８ａ回りに回転可能である。回転軸４８ａは、一方のフレーム２８ａを貫通し、フレーム２８ａに回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持されている。

右側の他方の第１ギア５４ｂは、−Ｘ軸方向（図１〜図３Ｂ中のＸ軸の矢印方向とは反対方向をいう。）に沿って延びる第２モータ（回転禁止部）４６ｂの回転軸（第１回転軸）４８ｂと略同軸に接続され、第２モータ４６ｂの駆動により回転軸４８ｂ回りに回転可能である。回転軸４８ｂは、他方のフレーム２８ｂを貫通し、フレーム２８ｂに回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持されている。

第２ギア５６は、旋回軸４０方向（図３Ａおよび図３ＢではＹ軸方向）に沿って延びるタレット３８の回転軸５８と略同軸に連結され、タレット３８と一緒に回転軸５８回りに回転可能である。

動力伝達部５０は、２つのフレーム２８ａ、２８ｂの間に設けられた略Ｕ字状のケース６０をさらに有する。ケース６０は、タレット３８側でＸ軸方向に延びるベース部６０ａと、ベース部６０ａの第１モータ４６ａ側の一端から−Ｙ軸方向に延びる第１支持部６０ｂと、ベース部６０ａの第２モータ４６ｂ側の他端から−Ｙ軸方向に延びる第２支持部６０ｃとから構成される。

ベース部６０ａの中心部には、タレット３８の回転軸５８が貫通しており、ベース部６０ａは、回転軸５８を回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持する。第１支持部６０ｂには、第１モータ４６ａの回転軸４８ａが貫通しており、第１支持部６０ｂは、回転軸４８ａを回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持する。第２支持部６０ｃには、第２モータ４６ｂの回転軸４８ｂが貫通しており、第２支持部６０ｃは、回転軸４８ｂを回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持する。これにより、第１ギア５４ａ、５４ｂおよび第２ギア５６は、ケース６０の内側の空間に収容される。

そして、動力伝達部５０は、ディファレンシャルギアの動作原理に基づいて、タレット３８の旋回軸４０回りの旋回動作と、タレット３８の揺動軸４２回りの揺動動作とを切り換える。すなわち、動力伝達部５０では、ディファレンシャルギアに対して、入力側と出力側とを入れ替えて、タレット３８に対して揺動または旋回のための動力伝達を行う。

ここで、タレット３８を揺動軸４２回りに揺動させる場合の動作（揺動動作）について説明する。

まず、第１モータ４６ａおよび第２モータ４６ｂを駆動させ、各回転軸４８ａ、４８ｂを図３Ａに示す方向に回転させる。この場合、各回転軸４８ａ、４８ｂは、略同じ回転数、かつ、同じ回転方向で、回転軸４８ａ、４８ｂ回りに回転することが望ましい。これにより、第１モータ４６ａの回転軸４８ａに接続される一方の第１ギア５４ａと、第２モータ４６ｂの回転軸４８ｂに接続される他方の第１ギア５４ｂとが、図３Ａに示す回転方向に回転する。この結果、各第１ギア５４ａ、５４ｂの回転力は、第２ギア５６に伝達される。

上述のように、各第１ギア５４ａ、５４ｂは、同じ回転方向に略同じ回転数で回転しているので、第１ギア５４ａ、５４ｂに噛合する第２ギア５６は、回転軸５８回りに回転することができない。これにより、第２ギア５６には、回転軸４８ａ、４８ｂ（揺動軸４２）回りに回転する回転力（揺動力）が作用する。この回転力は、第２ギア５６から回転軸５８を介してタレット３８に伝達され、タレット３８を揺動軸４２回りに揺動させる。また、第２ギア５６は、回転軸５８（旋回軸４０）回りに回転可能にケース６０のベース部６０ａに支持されているので、ケース６０も揺動軸４２回りに揺動される。つまり、第１モータ４６ａおよび第２モータ４６ｂは、タレット３８を揺動させるとき（揺動動作の際）、回転軸５８を回転軸４８ａ、４８ｂ回りに揺動させるために、回転軸５８の回転を禁止する回転禁止部として機能する。

図２には、図３Ａの揺動動作によって、タレット３８が揺動軸４２回りに図１の角度位置から反時計方向に揺動する場合を図示している。なお、揺動軸４２回りに図１および図２の時計方向にタレット３８を揺動させる場合には、各回転軸４８ａ、４８ｂを図３Ａに示す回転方向とは逆方向に略同じ回転数で回転させればよい。

前述のように、工具交換機構１４は、ロック部５２（図１および図２参照）を有する。そのため、揺動するタレット３８の支持部３８ａに連結された延出部材５２ａが停止部材５２ｂに当接した場合、タレット３８の反時計方向への揺動が阻止される。この結果、回転軸５８回りの回転の禁止状態が解除され、動力伝達部５０は、タレット３８を旋回軸４０回りに旋回させる旋回動作に移行する。

すなわち、旋回動作では、ロック部５２によってタレット３８の旋回が阻止された際、第１モータ４６ａの駆動のみによって回転軸４８ａを図３Ｂに示す回転方向に回転させる。この場合、回転軸４８ｂと第２モータ４６ｂとを切り離すことで、回転軸４８ｂを回転フリーの状態にすればよい。これにより、回転軸４８ａに接続された第１ギア５４ａが回転軸４８ａ回りに前記回転方向に回転し、その回転力を第２ギア５６に伝達する。第１ギア５４ａに噛合する第２ギア５６は、第１ギア５４ａからの回転力によって、回転軸５８回りに回転する。これにより、回転軸５８に連結されたタレット３８は、旋回軸４０回りに図３Ｂに示す回転方向に旋回する。なお、第２ギア５６の回転に伴い、第２ギア５６に噛合する第１ギア５４ｂと、第１ギア５４ｂに接続された第２モータ４６ｂの回転軸４８ｂも図３Ｂに示す回転方向に回転する。

なお、旋回動作において、第１モータ４６ａの回転軸４８ａを図３Ｂに示す回転方向とは逆方向に回転させると、第２ギア５６およびタレット３８を逆方向に旋回させることができる。また、旋回動作において、第２モータ４６ｂの回転軸４８ｂを回転させるとともに、第１モータ４６ａの回転軸４８ａを回転フリーの状態にした場合でも、第２ギア５６およびタレット３８を旋回可能である。

［動力伝達部の具体的構成および作用］
次に、図３Ａおよび図３Ｂの動作原理を適用した、動力伝達部５０の具体的構成および作用について、図４（第１実施例）および図５（第２実施例）を参照しながら説明する。なお、第１実施例および第２実施例では、１台のモータ（第１モータ４６ａまたは第２モータ４６ｂ）を用いて、タレット３８の揺動動作および旋回動作を行わせる。また、第１実施例および第２実施例では、旋回動作の際、回転軸５８の回転を禁止する回転禁止部が、第１モータ４６ａおよび第２モータ４６ｂ以外の構成要素である点で、図３Ａおよび図３Ｂの基本構成とは異なる。

＜第１実施例＞
図４の第１実施例は、第２モータ４６ｂが存在せず、第２ギア５６が回転軸６２および減速機構（回転禁止部）６４を介してタレット３８の回転軸５８に接続されている点で、図３Ａおよび図３Ｂの構成とは異なる。この場合、ケース６０の第２支持部６０ｃは、回転軸４８ｂを介して、フレーム２８ｂに回転可能、かつ、軸方向に移動が不能に支持されている。したがって、第１実施例は、１台の第１モータ４６ａを用いてタレット３８の揺動動作および旋回動作を行う場合の構成例である。

減速機構６４は、揺動軸４２回りにタレット３８（に接続される回転軸５８および第２ギア５６）を揺動させるときの回転抵抗よりも大きな回転抵抗を有している。そして、第１実施例では、第１モータ４６ａの駆動によって、図４に示す回転方向に回転軸４８ａおよび第１ギア５４ａが回転軸４８ａ回りに回転すると、その回転力が第２ギア５６に伝達される。この場合、減速機構６４の回転抵抗が、揺動軸４２回りにタレット３８等を揺動させるときの回転抵抗よりも大きいので、第２ギア５６には、図４に示す回転軸４８ａ（揺動軸４２）回りに回転する回転力が作用する。この回転力は、第２ギア５６から回転軸６２、減速機構６４および回転軸５８を介してタレット３８に伝達され、タレット３８を揺動軸４２回りに揺動させる。これに伴って、回転軸５８を支持するケース６０も揺動軸４２回りに揺動される。つまり、第１実施例において、減速機構６４は、タレット３８を揺動させるとき、回転軸５８を回転軸４８ａ、４８ｂ回りに揺動させるために、回転軸５８の回転を禁止する回転禁止部として機能する。

次に、揺動したタレット３８に連結された延出部材５２ａ（図２参照）が停止部材５２ｂに当接した場合、タレット３８の反時計方向への揺動が阻止されるので、回転軸５８回りの回転の禁止状態が解除され、動力伝達部５０は、タレット３８を旋回軸４０回りに旋回させる旋回動作に移行する。旋回動作では、図３Ｂの場合と同様に、第１モータ４６ａの駆動によって回転軸４８ａが図４に示す回転方向に回転すると、回転軸４８ａに接続された第１ギア５４ａが回転軸４８ａ回りに前記回転方向に回転し、その回転力を第２ギア５６に伝達する。第２ギア５６は、第１ギア５４ａからの回転力によって、回転軸６２回りに回転する。これにより、回転軸６２、減速機構６４および回転軸５８を介して、タレット３８は、旋回軸４０回りに旋回する。

＜第２実施例＞
図５の第２実施例は、第１モータ４６ａが存在せず、第２モータ４６ｂの回転軸４８ｂが２つのフレーム２８ａ、２８ｂによって回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持された回転軸４８であり、第２ギア５６とタレット３８との間に滑り減速機構６８が設けられている点で、図３Ａ〜図４の構成とは異なる。

この場合、回転軸４８は、Ｘ軸方向に延び、２つの軸受７０ａ、７０ｂを介して、２つのフレーム２８ａ、２８ｂに回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持されている。一方の第１ギア５４ａは、軸受７２ａを介して回転軸４８に回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持されるとともに、他の軸受７４ａを介して第１支持部６０ｂに回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持されている。他方の第１ギア５４ｂは、軸受７２ｂを介して回転軸４８に回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持されるとともに、他の軸受７４ｂを介して第２支持部６０ｃに回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持されている。

回転軸４８上で、一方の第１ギア５４ａよりも第２モータ４６ｂ側の箇所には、図示しない駆動機構によって第１ギア５４ａに対して進退可能な第１動力切換部材７６ａが設けられている。第１動力切換部材７６ａは、回転軸４８に対して回転不能、かつ、回転軸４８の軸方向への移動が可能に接続されている。この場合、第１動力切換部材７６ａは、前記駆動機構によって第１ギア５４ａに当接することにより、第１ギア５４ａと回転不能に接続される。第１動力切換部材７６ａの第１ギア５４ａへの当接は、回転軸４８の軸方向回りの回転力を第１動力切換部材７６ａを介して第１ギア５４ａに伝達できるものであればよく、例えば、嵌合、圧接、接触等を含む概念である。また、前記駆動機構についても、第１ギア５４ａに対して第１動力切換部材７６ａをＸ軸方向に進退できるものであればよく、例えば、流体圧またはバネ力を利用した駆動機構であればよい。

一方、回転軸４８上で、他方の第１ギア５４ｂよりも一方の第１ギア５４ａ側の箇所には、前記駆動機構によって第１ギア５４ｂに対して進退可能な第２動力切換部材（回転禁止部）７６ｂが設けられている。第２動力切換部材７６ｂは、回転軸４８に対して回転不能、かつ、回転軸４８の軸方向への移動が可能に接続されている。この場合、第２動力切換部材７６ｂは、前記駆動機構によって第１ギア５４ｂに当接することにより、第１ギア５４ｂと回転不能に接続される。この場合、第２動力切換部材７６ｂの第１ギア５４ｂへの当接は、第１動力切換部材７６ａと同様に、回転軸４８の軸方向回りの回転力を第２動力切換部材７６ｂを介して第１ギア５４ｂに伝達できるものであればよい。また、前記駆動機構も、第１ギア５４ｂに対して第２動力切換部材７６ｂをＸ軸方向に進退できるものであればよい。

なお、以下の説明では、第１ギア５４ａに対して第１動力切換部材７６ａが常時当接する一方で、前記駆動機構によって、第２動力切換部材７６ｂが第１ギア５４ｂに対して退避することにより、一方の第１ギア５４ａが回転軸４８に対して回転不能に接続され、他方の第１ギア５４ｂが回転軸４８に対して回転可能に接続される場合について説明する。

ケース６０において、第１支持部６０ｂおよび第２支持部６０ｃは、ベース部６０ａとの接続箇所からタレット３８に向かってさらに延びている。また、ベース部６０ａには、タレット３８に向かって旋回軸４０と略同軸に延在する軸部６０ｄが設けられている。軸部６０ｄには、第１支持部６０ｂおよび第２支持部６０ｃに向かってＸ軸方向に延びる板状部６０ｅが設けられている。第２ギア５６は、第１支持部６０ｂ、第２支持部６０ｃ、ベース部６０ａ、軸部６０ｄおよび板状部６０ｅによって形成される空間内において、軸受７８を介してベース部６０ａおよび軸部６０ｄに回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持されている。タレット３８は、軸受８０を介して軸部６０ｄに回転可能、かつ、軸方向への移動が不能に支持されている。滑り減速機構６８は、第２ギア５６とタレット３８との間で、板状部６０ｅに設けられている。

そして、第２実施例では、まず、駆動機構によって、第１動力切換部材７６ａを一方の第１ギア５４ａに当接させるとともに、第２動力切換部材７６ｂを他方の第１ギア５４ｂに当接させる。次に、第２モータ４６ｂの駆動によって回転軸４８を回転させると、第１動力切換部材７６ａを介して一方の第１ギア５４ａが回転軸４８回りに回転するとともに、第２動力切換部材７６ｂを介して他方の第１ギア５４ｂが回転軸４８回りに回転する。

この場合、各第１ギア５４ａ、５４ｂは、同じ方向に略同一の回転数で回転し、これらの回転力が第２ギア５６に伝達される。この結果、第２ギア５６には、回転軸４８回りに回転する力が作用し、この回転力は、滑り減速機構６８を介してタレット３８に伝達される。これにより、タレット３８は、揺動軸４２回りに、第２ギア５６、回転軸５８、ケース６０および滑り減速機構６８と一体に揺動する。つまり、第２実施例において、第２動力切換部材７６ｂは、タレット３８を揺動させるとき、回転軸５８を回転軸４８回りに揺動させるために、回転軸５８の回転を禁止する回転禁止部として機能する。

その後、揺動したタレット３８に連結された延出部材５２ａ（図２参照）が停止部材５２ｂに当接し、タレット３８の反時計方向への揺動が阻止されると、第２動力切換部材７６ｂが駆動機構によって第１ギア５４ｂから離間する。これにより、回転軸５８回りの回転の禁止状態が解除され、動力伝達部５０は、揺動動作から、タレット３８を旋回軸４０回りに旋回させる旋回動作に移行する。

次に、第２モータ４６ｂの駆動によって回転軸４８回りに回転すると、第１動力切換部材７６ａを介して回転軸４８に接続された第１ギア５４ａが回転軸４８回りに回転し、その回転力を第２ギア５６に伝達する。第２ギア５６は、第１ギア５４ａからの回転力によって、回転軸５８回りに回転する。これにより、滑り減速機構６８および回転軸５８を介して、タレット３８は、旋回軸４０回りに旋回する。なお、第２実施例では、回転軸４８に沿って第１動力切換部材７６ａまたは第２動力切換部材７６ｂを移動させることにより、第１ギア５４ａまたは第１ギア５４ｂに当接させ、旋回動作と揺動動作との切り換えを行うことができる。そのため、第２実施例では、ロック部５２を省略することが可能である。

［工作機械の効果］
以上説明した本実施の形態の工作機械１０の効果について説明する。

図６および図７は、比較例の工作機械９０の説明図である。図１〜図５の本実施の形態の工作機械１０と同じ構成要素については、同じ参照符号を付けて、詳細な説明を省略する。図６および図７の比較例の工作機械９０は、主軸頭１２の側面に設けられたカム機構９２を用いてタレット３８を揺動させるとともに、タレット３８の支持部３８ａに備わるモータ９４を用いて旋回軸４０回りにタレット３８を旋回させる点で、本実施の形態の工作機械１０とは異なる。

工作機械９０において、タレット３８は、支持部３８ａの上側に設けられた連結部材９６を介して、２つのフレーム２８ａ、２８ｂの先端部に設けられた揺動軸４２に揺動可能に軸支されている。また、支持部３８ａの上側には、モータ９４が設けられている。さらに、支持部３８ａの下側には、カム機構９２に接触可能な円盤状の接触子９８が設けられている。

カム機構９２は、主軸頭１２の側面において、主軸モータ３０から主軸３２の下方にかけて−Ｚ軸方向に沿って設けられている。カム機構９２は、主軸モータ３０側でタレット３８に近接し、かつ、−Ｚ軸方向に沿って延びる第１平坦部９２ａと、第１平坦部９２ａの下端から斜め下方に向かってタレット３８から離間するように傾斜する傾斜部９２ｂと、傾斜部９２ｂの主軸３２近傍の下端から下方（工具３６）に向かって−Ｚ軸方向に沿って延びる第２平坦部９２ｃとから構成される。

この場合、送り軸機構によってレール２４に沿って支持部材２６が上方に移動すると、支持部材２６に連結された主軸頭１２が上方に移動する。この場合、コラム２２に２つのフレーム２８ａ、２８ｂが固定され、揺動軸４２および連結部材９６を介してタレット３８が２つのフレーム２８ａ、２８ｂに軸支されている。そのため、タレット３８は、主軸頭１２に対して相対的に下方に移動する。また、タレット３８の接触子９８がカム機構９２の第１平坦部９２ａに接触しているので、主軸頭１２とともにカム機構９２がＺ軸方向に沿って上方に移動すると、接触子９８は、第１平坦部９２ａに接触しつつ、相対的に下方に移動する。

そして、接触子９８が第１平坦部９２ａの下端にまで移動し、傾斜部９２ｂに沿って移動すると、接触子９８は、傾斜部９２ｂに沿って斜め下方に移動し、揺動軸４２に軸支されたタレット３８は、図６および図７の反時計方向に揺動する。その後、接触子９８が傾斜部９２ｂの下端にまで移動し、第２平坦部９２ｃに沿って下方に移動すると、接触子９８は、第２平坦部９２ｃに沿って下方に移動するため、揺動軸４２に軸支されたタレット３８は、所定角度だけ揺動した状態を維持しつつ相対的に下方に移動する。

次に、タレット３８が所定位置にまで下降した状態で送り軸機構が停止するとともに、モータ９４の駆動によってタレット３８を旋回軸４０回りに旋回させ、所望のグリップ４４をタレット３８の下方に配置させる。次に、送り軸機構を再度駆動させて、主軸頭１２を上方に移動させることにより、タレット３８を相対的に下方に移動させる。これにより、工具ホルダ３４がグリップ４４に把持され、主軸３２から下方に工具３６および工具ホルダ３４を離間させることができる。

しかしながら、比較例の工作機械９０では、カム機構９２によりタレット３８を揺動させるので、傾斜部９２ｂに沿って接触子９８が相対的に下方向に移動する際、接触子９８が比較的速い速度で移動し、傾斜部９２ｂの下端に到達する。これにより、到達時に、タレット３８が接触子９８を介して主軸頭１２から衝撃を受ける可能性がある。そのため、傾斜部９２ｂに沿って接触子９８が移動する際には、送り軸機構を低速度（低加速度）にして、タレット３８の揺動速度を制限することにより、タレット３８の衝撃を緩和させる必要がある。この結果、工具３６および工具ホルダ３４の交換作業に長時間を要する。

また、カム機構９２を用いてタレット３８を揺動させる一方で、モータ９４を用いてタレット３８を旋回させるので、工具３６および工具ホルダ３４の交換にかかる部品点数が多くなり、コストが高くなる。

これに対して、本実施の形態に係る工作機械１０では、図１〜図５で説明した構成を採用しており、カム機構９２による揺動ではないため、工具３６および工具ホルダ３４の交換作業時におけるタレット３８の衝撃の発生が回避されるとともに、工具３６および工具ホルダ３４の交換作業の時間を短縮することができる。また、１台のモータ４６でタレット３８の揺動動作と旋回動作とを行うことができるので、工具３６および工具ホルダ３４の交換にかかる部品点数を減らしてコストを低減することができる。

［実施の形態から得られる技術的思想］
上記の実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

主軸（３２）に着脱可能に取り付けられた工具（３６）を用いて、加工対象物を加工する工作機械（１０）であって、主軸（３２）に装着される工具（３６）を保持可能な複数のグリップ（４４）が周方向に沿って設けられた旋回式のタレット（３８）と、タレット（３８）の揺動軸（４２）回りに回転する第１回転軸（４８、４８ａ、４８ｂ）と、第１回転軸（４８、４８ａ、４８ｂ）と略直交する方向に延び、タレット（３８）を旋回軸（４０）回りに回転させる第２回転軸（５８）と、第１回転軸（４８、４８ａ、４８ｂ）を回転させるモータ（４６、４６ａ、４６ｂ）と、第１回転軸（４８、４８ａ、４８ｂ）に接続された第１ギア（５４ａ、５４ｂ）と、第１ギア（５４ａ、５４ｂ）と噛合し、第２回転軸（５８）に接続された第２ギア（５６）とを備える動力伝達部（５０）と、タレット（３８）を揺動させるときは、第２回転軸（５８）を第１回転軸（４８、４８ａ、４８ｂ）回りに揺動させるために、第２回転軸（５８）の回転を禁止する回転禁止部（４６、４６ａ、４６ｂ、６４、７６ｂ）と、を有する。

このように、カム機構による揺動ではないため、工具（３６）の交換作業時におけるタレット（３８）での衝撃の発生が回避されるとともに、工具（３６）の交換作業の時間を短縮することができる。また、１台のモータ（４６、４６ａ、４６ｂ）を用いてタレット（３８）の揺動動作と旋回動作とを行うことができるので、工具（３６）の交換にかかる部品点数を減らしてコストを低減することができる。

上記の工作機械（１０）において、動力伝達部（５０）は、第１ギア（５４ａ、５４ｂ）を２つ有し、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）は、互いに対向するように離間して配置され、第２ギア（５６）は、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）の間で、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）と噛合し、回転禁止部（４６ａ、４６ｂ）は、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）のうち、一方の第１ギア（５４ａ）のみを回転させるための第１モータ（４６ａ）と、他方の第１ギア（５４ｂ）のみを回転させるための第２モータ（４６ｂ）とを有し、タレット（３８）を揺動させるときは、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）を同じ方向に回転させて、第２回転軸（５８）の回転を禁止し、タレット（３８）を旋回させるときは、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）の回転方向を互いに逆方向にすることで、第２回転軸（５８）を回転させればよい。これにより、タレット（３８）の揺動動作と、タレット（３８）の旋回動作とを効率よく切り換えることができる。

上記の工作機械（１０）において、動力伝達部（５０）は、第１ギア（５４ａ、５４ｂ）を２つ有し、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）は、互いに対向するように離間して配置され、一方の第１ギア（５４ａ）は、第１回転軸（４８）に対して回転不能に接続され、他方の第１ギア（５４ｂ）は、第１回転軸（４８）に対して回転可能に接続され、第２ギア（５６）は、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）の間で、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）と噛合し、回転禁止部（７６ｂ）は、第１回転軸（４８）に対して回転不能、かつ、第１回転軸（４８）の軸方向への移動が可能に接続された動力切換部材（７６ｂ）であり、タレット（３８）を揺動させるときには、軸方向に移動して他方の第１ギア（５４ｂ）と当接することで、２つの第１ギア（５４ａ、５４ｂ）を同じ方向に回転させて、第２回転軸（５８）の回転を禁止し、タレット（３８）を旋回させるときは、他方の第１ギア（５４ｂ）と離間することで、第２回転軸（５８）を回転させればよい。これにより、簡単な機構で、タレット（３８）の揺動動作と、タレット（３８）の旋回動作とを切り換えることができる。

上記の工作機械（１０）において、タレット（３８）の揺動を所定の角度でロックするロック部（５２）をさらに有し、回転禁止部（６４）は、タレット（３８）の揺動軸（４２）回りの回転抵抗よりも大きな回転抵抗を有する減速機構（６４）であり、第２ギア（５６）は、回転禁止部（６４）を介して第２回転軸（５８）に接続され、回転禁止部（６４）は、タレット（３８）がロック部（５２）でロックされる前は、第２ギア（５６）の回転を禁止し、タレット（３８）の揺動によってタレット（３８）がロック部（５２）でロックされることで、第２ギア（５６）を回転させてもよい。これにより、タレット（３８）の揺動動作を旋回動作に円滑に切り換えることができる。

１０…工作機械１２…主軸頭
１４…工具交換機構２８ａ、２８ｂ…フレーム
３０…主軸モータ３２…主軸
３４…工具ホルダ３６…工具
３８…タレット４０…旋回軸
４２…揺動軸４４…グリップ
４６…モータ４６ａ…第１モータ
４６ｂ…第２モータ４８、４８ａ、４８ｂ、５８、６２…回転軸
５０…動力伝達部５２…ロック部
５２ａ…延出部材５２ｂ…停止部材
５４ａ、５４ｂ…第１ギア５６…第２ギア
６０…ケース６０ａ…ベース部
６０ｂ…第１支持部６０ｃ…第２支持部
６０ｄ…軸部６０ｅ…板状部
６４…減速機構６８…滑り減速機構７６ａ…第１動力切換部材７６ｂ…第２動力切換部材

Claims

主軸に着脱可能に取り付けられた工具を用いて、加工対象物を加工する工作機械であって、
前記主軸に装着される前記工具を保持可能な複数のグリップが周方向に沿って設けられた旋回式のタレットと、
前記タレットの揺動軸回りに回転する第１回転軸と、
前記第１回転軸と略直交する方向に延び、前記タレットを旋回軸回りに回転させる第２回転軸と、
前記第１回転軸を回転させるモータと、
前記第１回転軸に接続された第１ギアと、前記第１ギアと噛合し、前記第２回転軸に接続された第２ギアとを備える動力伝達部と、
前記タレットを揺動させるときは、前記第２回転軸を前記第１回転軸回りに揺動させるために、前記第２回転軸の回転を禁止する回転禁止部と、
を有し、
前記動力伝達部は、前記第１ギアを２つ有し、
２つの前記第１ギアは、互いに対向するように離間して配置され、一方の前記第１ギアは、前記第１回転軸に対して回転不能に接続され、他方の前記第１ギアは、前記第１回転軸に対して回転可能に接続され、
前記第２ギアは、２つの前記第１ギアの間で、２つの前記第１ギアと噛合し、
前記回転禁止部は、前記第１回転軸に対して回転不能、かつ、前記第１回転軸の軸方向への移動が可能に接続された動力切換部材であり、前記タレットを揺動させるときには、前記軸方向に移動して他方の前記第１ギアと当接することで、２つの前記第１ギアを同じ方向に回転させて、前記第２回転軸の回転を禁止し、前記タレットを旋回させるときは、他方の前記第１ギアと離間することで、前記第２回転軸を回転させる、工作機械。
主軸に着脱可能に取り付けられた工具を用いて、加工対象物を加工する工作機械であって、
前記主軸に装着される前記工具を保持可能な複数のグリップが周方向に沿って設けられた旋回式のタレットと、
前記タレットの揺動軸回りに回転する第１回転軸と、
前記第１回転軸と略直交する方向に延び、前記タレットを旋回軸回りに回転させる第２回転軸と、
前記第１回転軸を回転させるモータと、
前記第１回転軸に接続された第１ギアと、前記第１ギアと噛合し、前記第２回転軸に接続された第２ギアとを備える動力伝達部と、
前記タレットを揺動させるときは、前記第２回転軸を前記第１回転軸回りに揺動させるために、前記第２回転軸の回転を禁止する回転禁止部と、
前記タレットの揺動を所定の角度でロックするロック部と、
を有し、
前記回転禁止部は、前記タレットの揺動軸回りの回転抵抗よりも大きな回転抵抗を有する減速機構であり、
前記第２ギアは、前記回転禁止部を介して前記第２回転軸に接続され、
前記回転禁止部は、前記タレットが前記ロック部でロックされる前は、前記第２ギアの回転を禁止し、前記タレットの揺動によって前記タレットが前記ロック部でロックされることで、前記第２ギアを回転させる、工作機械。