JP2014065131A - 工作機械システム - Google Patents

Abstract

【課題】 機械の上部にローダをコンパクトに配置することができる工作機械システムを提供する。
【解決手段】 工作機械システムは、工作機械１とローダ２とを備える。工作機械１は、ワークに対して水平に保持した回転工具Ｔ２により切削加工を施す工具主軸ヘッド７と、この工具主軸ヘッド７に着脱自在に取り付けられる複数の回転工具Ｔ２を保持する工具マガジン８とを備える。工具マガジン８は、傾斜した旋回中心Ｃ２回りに旋回自在な工具保持本体部５０と、その外周部に設けられて回転工具Ｔ２をそれぞれ保持可能な複数の工具保持部５１とを有する。ローダ２は、ローダヘッド６５の少なくとも一部が、工具マガジン８の上端８ａと下端８ｂとを結ぶ傾斜直線Ｌ１と、上端８ａを通る水平な直線Ｌ２と、下端８ｂを通る鉛直方向の直線Ｌ３とで囲まれる三角形状の領域６８を通過するように走行する。
【選択図】 図８

Description

この発明は、工具マガジンを備えたターニングセンタ等の工作機械と、この工作機械に対してワークを搬入出するローダとを組み合わせてなる工作機械システムに関する。

従来、工具マガジンを備えたターニングセンタ等の工作機械は、ワークを保持するワーク主軸ヘッドが正面側を向く正面型のもの、およびワーク主軸ヘッドが正面側から見て横向きとなる横型のもののいずれについても、工具マガジンがワーク主軸ヘッドの横に並べて設けられている。

なお、マシニングセンタにおいて、工具マガジンが作業者の作業の邪魔にならないように、工具マガジンを水平に対して傾斜させて設けたものは知られている（例えば特許文献１）。

特開２００２−６６８５６号公報

上記従来の工作機械のように、工具マガジンとワーク主軸ヘッドが横に並べて配置されていると、広い設置スペースを要する。そこで、正面型の工作機械において、図１０のように、工具マガジン８をワーク主軸ヘッド５の上側に配置することを試みた。その場合、工具マガジン８と、工作機械１の上方に設けられているワーク搬入出用のローダ２との位置関係について配慮する必要がある。つまり、正面型の工作機械１では、工具マガジン８が、ローダ２の走行方向と交差する方向に進退して、実線で示す待機時位置Ｑ２と鎖線で示す交換時位置Ｑ１とに位置切換する。一般的な工場設備では、通常、ローダヘッド６が同図において鎖線で示す程度の高さを移動するようにローダ２が設置されているため、例えば交換時位置Ｑ１にある工具マガジン８にローダヘッド６が干渉してしまうのである。

工具マガジン８とローダヘッド６の干渉を避けるには、同図において実線で示すようにローダ２の設置高さを高くすればよいが、それは、建屋の天井高さ、天井付近に設置された配管等の制約が多い。また、ローダ２の走行高さが高いと、ワーク主軸ヘッド５とのワークＷの受渡し時、ワーク供給部からのワーク取上げ時、およびワーク搬出部へのワーク搬出時におけるローダヘッド６５の昇降距離が長くなるため、作業効率が悪いという問題がある。

この発明の目的は、工作機械の上部にローダをコンパクトに配置することができ、工具主軸ヘッドと工具マガジンとの間で回転工具を交換中にもローダを走行させることができる工作機械システムを提供することである。
この発明の他の目的は、ワーク主軸ヘッドと工具マガジンの高さ位置が異なっていても、工具主軸ヘッドによるワークの切削加工、および工具主軸ヘッドと工具マガジンとの回転工具の交換を効率良く行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、ローダの動作と独立させて、工具主軸ヘッドと工具マガジンとの間で回転工具の交換を行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、工具主軸ヘッドと工具マガジン間での工具交換動作、およびローダのワーク搬入出動作を同時に行わせて、加工効率を向上させることである。

この発明の工作機械システムは、工作機械と、この工作機械に対してワークを搬入出するローダとを備える。前記工作機械は、前記ローダにより搬入出されるワークを保持するワーク側主軸と、このワーク側主軸に保持されたワークに対して水平に保持した回転工具により切削加工を施す工具主軸ヘッドと、この工具主軸ヘッドに着脱自在に取り付けられる複数の待機用の回転工具を保持し、そのうちの任意の一つを前記工具主軸ヘッドとの間で回転工具の交換を行うための工具交換位置へ割り出し可能な工具マガジンとを備える。前記工具マガジンは、水平に対して前記工具主軸ヘッド側が上向きになるように傾斜した旋回中心回りに旋回自在な工具保持本体部と、この工具保持本体部の外周部に設けられ、前記複数の待機用の回転工具をそれぞれ保持可能な複数の工具保持部とを有し、これら各工具保持部は、前記工具交換位置に位置する回転工具が水平姿勢となるように、保持した各回転工具の中心軸が前記旋回中心に対して傾く傾斜姿勢である。前記ローダは、レールに沿って走行する走行体と、この走行体に昇降自在に設けられた昇降ロッドと、この昇降ロッドの下端に設けられてワークを保持可能なチャックを有するローダヘッドとを備える。前記ローダは、前記ローダヘッドの少なくとも一部が、前記工具マガジンの前記傾斜した旋回中心を含む鉛直面内における、前記工具マガジンの上端と下端とを結ぶ傾斜直線と、前記上端を通る水平な直線と、前記下端を通る鉛直方向の直線とで囲まれる三角形状の領域を通過するように走行する。

この構成によると、ローダによりワーク主軸ヘッドに素材となるワークが搬入され、その素材となるワークに対して工具主軸ヘッドの回転工具で切削加工を施す。切削加工に際しては、加工内容に合わせて、工具マガジンに保持されている複数の待機用の回転工具のうち任意の一つが工具主軸ヘッドに取り付けられる。加工終了後、ワーク主軸ヘッドの加工済みワークをローダにより搬出する。

工具マガジンは、工具保持本体部の旋回中心が水平に対して工具主軸ヘッド側が上向きになるように傾斜している。そして、ローダヘッドの少なくとも一部が、工具マガジンの傾斜した旋回中心を含む鉛直面内における、工具マガジンの上端と下端とを結ぶ傾斜直線と、上端を通る水平な直線と、下端を通る鉛直方向の直線とで囲まれる三角形状の領域を通過するように、ローダの走行経路が位置する。上記のように工具マガジンを傾斜させたことにより、工作機械の全高を低く抑えることが可能である。また、上記のようにローダの走行経路を位置させることで、工具マガジンとローダとの干渉を避けつつ、ローダを工作機械の上部のなるべく低い高さ位置にコンパクトに配置することができる。それにより、ワーク主軸ヘッドとのワークの受渡し時、ワーク供給部からのワーク取上げ時、およびワーク搬出部へのワーク搬出時におけるローダヘッドの昇降距離が短くなり、作業効率が向上する。さらに、工具マガジンとローダが干渉しないので、工具主軸ヘッドと工具マガジンとの間で回転工具を交換中にもローダを走行させることができる。

工具マガジンの工具保持本体部は、その旋回中心が、工具主軸ヘッド側が上向きになるように傾斜しており、また、各工具保持部は、工具交換位置に位置する回転工具が水平姿勢となるように、前記旋回中心に対して傾く傾斜姿勢である。そのため、どの工具保持部についても、工具交換位置にあるときに、水平な工具主軸ヘッドとの間で回転工具を交換可能である。

この発明において、前記工具主軸ヘッドを昇降させる昇降機構を設けてもよい。
昇降機構が設けられていると、昇降可能範囲の下部において工具主軸ヘッドの回転工具によりワーク主軸ヘッドに保持されたワークに対して切削加工を行い、昇降可能範囲の上部において工具主軸ヘッドと工具マガジンとの間で回転工具の交換を行うことができる。これにより、ワーク主軸ヘッドと工具マガジンの高さ位置が異なっていても、工具主軸ヘッドによるワークの切削加工、および工具主軸ヘッドと工具マガジンとの回転工具の交換を効率良く行える。

また、前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンの両方またはいずれか一方を前記工具交換位置に位置する前記回転工具の中心軸と平行に案内する案内手段と、この案内手段に沿って前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンの両方またはいずれか一方を進退させて前記工具主軸ヘッドと前記マガジンの相対位置を位置切換する位置切換手段とを有し、前記工具マガジンの前記工具保持部に保持されて前記工具交換位置に位置する前記回転工具を前記工具主軸ヘッドが把持した状態で、前記工具主軸ヘッドと前記工具マガジンが互いに離れる側に前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンの両方またはいずれか一方が移動することで、前記工具交換位置に位置する前記回転工具を前記工具保持部から外して前記工具主軸ヘッドに渡す構成としてもよい。
この場合、ローダの動作と独立させて、工具主軸ヘッドと工具マガジンとの間で回転工具の交換を行える。

前記工具交換位置に位置する前記回転工具に対して前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンが共に接触している状態にあるときに、前記ローダヘッドが前記領域を通過するように走行する構成としてもよい。
この場合、工具主軸ヘッドと工具マガジン間での工具交換動作、およびローダのワーク搬入出動作を同時に行うことができ、加工効率が向上する。

この発明の工作機械システムは、工作機械と、この工作機械に対してワークを搬入出するローダとを備え、前記工作機械は、前記ローダにより搬入出されるワークを保持するワーク側主軸と、このワーク側主軸に保持されたワークに対して水平に保持した回転工具により切削加工を施す工具主軸ヘッドと、この工具主軸ヘッドに着脱自在に取り付けられる複数の待機用の回転工具を保持し、そのうちの任意の一つを前記工具主軸ヘッドとの間で回転工具の交換を行うための工具交換位置へ割り出し可能な工具マガジンとを備え、前記工具マガジンは、水平に対して前記工具主軸ヘッド側が上向きになるように傾斜した旋回中心回りに旋回自在な工具保持本体部と、この工具保持本体部の外周部に設けられ、前記複数の待機用の回転工具をそれぞれ保持可能な複数の工具保持部とを有し、これら各工具保持部は、前記工具交換位置に位置する回転工具が水平姿勢となるように、保持した各回転工具の中心軸が前記旋回中心に対して傾く傾斜姿勢であり、前記ローダは、レールに沿って走行する走行体と、この走行体に昇降自在に設けられた昇降ロッドと、この昇降ロッドの下端に設けられてワークを保持可能なチャックを有するローダヘッドとを備え、前記ローダは、前記ローダヘッドの少なくとも一部が、前記工具マガジンの前記傾斜した旋回中心を含む鉛直面内における、前記工具マガジンの上端と下端とを結ぶ傾斜直線と、前記上端を通る水平な直線と、前記下端を通る鉛直方向の直線とで囲まれる三角形状の領域を通過するように走行するため、工作機械の上部にローダをコンパクトに配置することができ、工具主軸ヘッドと工具マガジンとの間で回転工具を交換中にもローダを走行させることができる。

前記工具主軸ヘッドを昇降させる昇降機構を設けた場合は、ワーク主軸ヘッドと工具マガジンの高さ位置が異なっていても、工具主軸ヘッドによるワークの切削加工、および工具主軸ヘッドと工具マガジンとの回転工具の交換を効率良く行える。

前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンの両方またはいずれか一方を前記工具交換位置に位置する前記回転工具の中心軸と平行に案内する案内手段と、この案内手段に沿って前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンの両方またはいずれか一方を進退させて前記工具主軸ヘッドと前記マガジンの相対位置を位置切換する位置切換手段とを有し、前記工具マガジンの前記工具保持部に保持されて前記工具交換位置に位置する前記回転工具を前記工具主軸ヘッドが把持した状態で、前記工具主軸ヘッドと前記工具マガジンが互いに離れる側に前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンの両方またはいずれか一方が移動することで、前記工具交換位置に位置する前記回転工具を前記工具保持部から外して前記工具主軸ヘッドに渡す場合は、ローダの動作と独立させて、工具主軸ヘッドと工具マガジンとの間で回転工具の交換を行える。

前記工具交換位置に位置する前記回転工具に対して前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンが共に接触している状態にあるときに、前記ローダヘッドが前記領域を通過するように走行する場合は、工具主軸ヘッドと工具マガジン間での工具交換動作、およびローダのワーク搬入出動作を同時に行うことができ、作業能率が向上する。

この発明の一実施形態にかかる工作機械システムの全体正面図である。 同工作機械システムの要部の斜視図である。 同工作機械システムの切削加工機構の一部を破断して表わした斜視図である。 同切削加工機構の平面図である。 同切削加工機構の旋回駆動機構の破断側面図である。 同旋回駆動機構の一部の平面図である。 同切削加工機構の工具主軸ヘッドの旋回動作を示す説明図である。 同工作機械システムの工具マガジンおよびローダを示す側面図である。 図８の部分拡大図である。 提案例の工作機械システムの概略構成を示す側面図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。この工作機械システムは、図１に示すように、ターニングセンタである工作機械１と、この工作機械１に対してワークＷを搬入出するローダ２と、ワークＷの向きを反転させるワーク反転装置３とを備える。

図１および図２に示すように、工作機械１は、ワークＷを保持するワーク主軸ヘッド５と、このワーク主軸ヘッド５に保持されたワークＷに対してバイト等の非回転工具Ｔ１により旋削加工を施す刃物台６と、前記ワーク主軸ヘッド５に保持されたワークＷに対してドリル、ミリングカッタ等の回転工具Ｔ２により切削加工を施す工具主軸ヘッド７と、この工具主軸ヘッド７に着脱自在に取り付けられる複数の待機用の回転工具Ｔ２を保持する工具マガジン８とを備える。

ワーク主軸ヘッド５は、軸心（Ｃ軸）Ｃ１が前後を向き、ワークＷを把持するチャック１０ａを前端に有するワーク主軸１０と、このワーク主軸１０を回転自在に支持する主軸台１１とでなる。ワーク主軸１０は、サーボモータ等の回転駆動源（図示せず）により回転させられ、任意の回転位相で停止可能である。前記主軸台１１は、左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能である。具体的には、ベッド１２に設置したＸ軸レール１３に沿ってＸ軸移動台１４が移動自在に設けられ、このＸ軸移動台１４に設置したＺ軸レール１５に沿ってＺ軸移動台１６が移動自在に設けられ、このＺ軸移動台１６の上に主軸台１１が設置されている。そして、Ｘ軸駆動機構（図示せず）およびＺ軸駆動機構（図示せず）により、Ｘ軸移動体１４およびＺ軸移動台１６をそれぞれ駆動させる。Ｘ軸駆動機構およびＺ軸駆動機構は、例えばサーボモータ等の回転駆動源と、この回転軸駆動源の回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構等の運動変更機構とからなる。

刃物台６はタレット式であり、ベッド１２に固定の刃物台支持台１７に対して左右方向の軸心回りに回転自在に設置され、外周に取り付けた複数の非回転工具Ｔ１のうち任意の一つが切削位置Ｓに割り出される。刃物台６には主にバイト等の非回転工具Ｔ１が取り付けられるが、刃物台６の外周の一部に回転工具Ｔ２を取り付けてもよい。前記切削位置Ｓの下方は、ベッド１２の上面に形成された切屑受け用の凹部１２ａ（図１、図２）となっている。

工具主軸ヘッド７は、水平に支持された回転自在な工具主軸１９（図５）を内部に有し、この工具主軸１９の前記ワーク主軸ヘッド５側の端部にコレットチャック等のチャック２０（図２）が設けられている。回転工具Ｔ２は、工具刃体Ｔ２ａ（図５）をホルダＴ２ｂ（図５）により保持したものであり、前記チャック２０にホルダＴ２ｂのシャンク部Ｔ２ｂａを把持させることにより、工具刃体Ｔ２ａが工具主軸１９と一体に回転可能に連結される。工具主軸１９は、回転駆動源２１により回転させられる。

上記工具主軸ヘッド７は、切削加工機構２２の一構成要素を成す。切削加工機構２２は、工具主軸ヘッド７と、この工具主軸ヘッド７を間接的に支持するフレーム２３と、工具主軸ヘッド７を定められた円弧軌跡Ｋ（図４）に沿って旋回させる旋回駆動機構２５と、工具主軸ヘッド７を昇降させる昇降機構２６とで構成される。

図３および図４に示すように、フレーム２３は、ベッド１２（図１、図２）上に固定して設置された固定フレーム２７と、この固定フレーム２７に設けた昇降ガイド２７ａに沿って昇降自在に支持された昇降フレーム２８とからなる。昇降フレーム２８は、上面が水平面状の支持部２８ａを有し、この支持部２８ａの少なくとも一側方に開放空間Ｅ（図４）が広がるように配置されている。すなわち、支持部２８ａは平面形状が略Ｌ字形で、この支持部２８ａのＬ字の内側部分となる側方が開放空間Ｅとなっている。開放空間Ｅは、特に説明した物のほかに器物が存在しない空間を言う。この例では、ワーク主軸ヘッド５のチャック１０ａ、このチャック１０ａに把持されたワークＷ、工具主軸ヘッド７、およびこの工具主軸ヘッド７に取り付けられた回転工具Ｔ２以外が存在しない空間を指す。開放空間Ｅの下方は、前記切屑受け用の凹部１２ａである。

図４および図５に示すように、前記支持部２８ａの上面には、前記円弧軌跡Ｋと平行かつ互いに同心で曲率半径が異なる二つの凸条の円弧ガイド３０，３１が設けられている。これら円弧ガイド３０，３１の円弧中心、言い換えると円弧軌跡Ｋの中心Ｏ（図４）は、前記開放空間Ｅ内に位置している。円弧軌跡Ｋの中心Ｏから見て円弧軌跡Ｋの始端Ｋａは前方に位置し、かつ円弧軌跡Ｋの終端Ｋｂは右側方に位置し、中心Ｏから見た始端Ｋａと終端Ｋｂ間の位相角は９０°である。そして、
各円弧ガイド３０，３１により、旋回台３２が円弧軌跡Ｋに沿って旋回自在に支持されている。

前記旋回駆動機構２５は、ワークＷに対する回転工具Ｔ２の平面角度を変更するための機構であり、前記円弧ガイド３０，３１、ボールねじ機構３５、回転駆動源３６、進退動作伝達機構３７、およびその他で構成される。ボールねじ機構３５は、前記円弧軌跡Ｋの始端Ｋａと終端Ｋｂを結ぶ直線と略平行に、前記支持部２８ａの下方で昇降フレーム２８に設けられたねじ軸３５ａと、このねじ軸３５ａに螺合するナット３５ｂとからなる。ナット３５ｂ自体、またはこのナット３５ｂと一体に設けられた部材にスプライン孔（図示せず）が形成され、このスプライン孔に、ねじ軸３５ａと平行に設けたスプライン軸３８が嵌合することで、ナット３５ｂが軸方向に案内されている。回転駆動源３６は、例えばサーボモータからなり、タイミングベルト装置３９等を介してねじ軸３５ａを回転させる。進退動作伝達機構３７は、前記ナット３５ｂの軸方向の移動を伝達するが軸方向と直交する方向の動作を自在として、工具主軸ヘッド７の円弧軌跡Ｋに沿う方向の移動を可能とする機構である。

図５および図６に示すように、進退動作伝達機構３７は、具体的には、ナット３５ｂの上面に設けられねじ軸３５ａと直交する方向に延びる溝状ガイド４１と、旋回台３２に固定された垂下部材４２の下端に設けられ、前記溝状ガイド４１に対して溝の長さ方向に摺動自在かつ鉛直軸心回りの角度姿勢を変更可能なスライド部材４３とを有する。垂下部材４２は、前記支持部２８ａにおける二つの円弧ガイド３０，３１の間に設けられた上下方向の貫通孔４４を通って下方に延びている。スライド部材４３は、例えば転がり軸受からなる。

回転駆動源３６によりねじ軸３５ａを回転させると、ナット３５ｂがねじ軸３５ａに沿って移動する。ナット３５ｂは、円弧軌跡Ｋに沿う移動が可能な旋回台３２に、進退動作伝達機構３７を介して連結されている。進退動作伝達機構３７は、溝状ガイド４１に対してスライド部材４３が溝の長さ方向に摺動することで、旋回台３２および工具主軸ヘッド７をねじ軸３５ａと直交する方向に動作させ、かつ溝状ガイド４１に対してスライド部材４３が鉛直軸心回りの角度姿勢を変更することで、旋回台３２および工具主軸ヘッド７の平面角度を変更する。これにより、ナット３５ｂの直線に沿う進退動作を、旋回台３２および工具主軸ヘッド７に対して、円弧軌跡Ｋに沿う進退動作として伝達する。この進退動作伝達機構３７の構成は、比較的簡素でありながら、進退動作の伝達を確実に実現できる。

この切削加工機構２２では、進退動作伝達機構３７により工具主軸工具主軸ヘッド７（この実施形態では旋回台３２）に対して力を与える力点、すなわち工具主軸ヘッド７（旋回台３２）に対する垂下部材４２の結合箇所が、工具主軸ヘッド７が円弧軌跡Ｋのいずれにある場合でも平面視で二つの円弧ガイド３０，３１の間で、工具主軸ヘッド７の近傍に位置するように設計されている。

昇降機構２６は、固定フレーム２７に対して昇降フレーム２８を昇降させることで、工具主軸ヘッド７を昇降させる。具体的には、図２および図３に示すように、ボールねじ機構４５を用いた構成である。すなわち、固定フレーム２７の上部にサーボモータ等の回転駆動源４６を設け、この回転駆動源４６によりボールねじ機構４５の上下方向を向くねじ軸４５ａを回転させる。ボールねじ機構４５のナット４５ｂは昇降フレーム２８に固定されており、ねじ軸４５ａが回転することで昇降フレーム２８が昇降する。

図２および図８に示すように、工具マガジン８は、水平に対して工具主軸ヘッド７側が上向きになるように傾斜した旋回中心Ｃ２回りに旋回自在な工具保持本体部５０の外周部に、複数の待機用の回転工具Ｔ２をそれぞれ保持可能な複数の工具保持部５１を設けてなる。この実施形態では、前記旋回中心Ｃ２は、ワーク側主軸１０の軸心Ｃ１を含む鉛直な面と平行である。工具マガジン８の各工具保持部５１には主に回転工具Ｔ２が取り付けられるが、場合によっては非回転工具Ｔ１を取り付けてもよい。

前記各工具保持部５１は、前記旋回中心Ｃ２に対する半径方向の外側が開口した凹状であり、ばね等を用いて回転工具Ｔ２を弾性的に保持する。割出装置５２により工具保持本体部５０を旋回させて、各工具保持部５１に保持されている複数の待機用の回転工具Ｔ２のうちの任意の一つを工具交換位置Ｐへ割り出す。工具交換位置Ｐは、工具主軸ヘッド７と工具マガジン８との間で回転工具Ｔ２の交換を行うための位置であり、この位置では回転工具Ｔ２が水平姿勢となる。言い換えると、工具交換位置Ｐで回転工具Ｔ２が水平姿勢となるように、各工具保持部５１に保持された各回転工具Ｔ２の中心軸が前記旋回中心Ｃ２に対して傾いている。

工具マガジン８は、工作機械１の上部に配置されており、マガジン案内手段５３により工具交換位置Ｐに位置する回転工具Ｔ２の中心軸と平行すなわち前後に進退自在に案内され、位置切換手段５４により前方の交換時位置Ｑ１（実線で示す）と後方の待機時位置Ｑ２（鎖線で示す）との間で位置切換される。この実施形態では、マガジン案内手段５３は、左右水平フレーム５５に吊り下げ状態で固定された左右の支持部材５６にそれぞれ前後一対の案内部材５３ａに設け、工具マガジン８が取り付けられたマガジン取付フレーム５７の左右側面に前後レール５３ｂをそれぞれ設置し、前記案内部材５３ａで前記前後レール５３ｂを摺動自在に吊り下げ保持した構成である。また、位置切換手段５４は、前記マガジン取付フレーム５７に設置した位置切換モータ５４ａの駆動で支持部材５６に対してマガジン取付フレーム５７を前後に進退させる構成である。

工具主軸ヘッド７と工具マガジン８との間での回転工具Ｔ２の交換は、次のように行われる。まず、工具マガジン８の空の工具保持部５１を工具交換位置Ｐに割り出し、その状態で、工具マガジン８を交換時位置Ｑ１まで前進させる。次に、工具主軸ヘッド７を円弧軌跡Ｋの始端Ｋａ（図４）に位置させて前後を向く姿勢とした後、昇降装置２６により昇降範囲の上端に位置させる。これにより、工具主軸ヘッド７に保持されている回転工具Ｔ２が、工具マガジン８の工具交換位置Ｐに位置する工具保持部５１に嵌り込んで、同工具保持部５１に保持される。図８はこのときの状態を示す。工具保持部５１が回転工具Ｔ２を保持した後、工具主軸ヘッド７はチャック２０を開いて回転工具Ｔ２を解放する。

次に、工具マガジン８が待機時位置Ｑ２まで後退し、工具保持本体部５０を旋回中心Ｃ２回りに回転させて、次回使用する回転工具Ｔ２を工具交換位置Ｐ２に割り出す。その後、工具マガジン８が交換時位置Ｑ１まで前進する。それにより、次回使用する回転工具Ｔ２が工具主軸ヘッド７のチャック２０に挿入され、チャック２０は回転工具Ｔ２を把持する。その状態で工具主軸ヘッド７が下降することにより、回転工具Ｔ２が工具保持部５１から外れる。
工具マガジン８は位置固定で、工具主軸ヘッド７を前後に進退させて回転工具Ｔ２の交換を行う構成としてもよい。

図２および図８に示すように、ローダ２は、工作機械１の左右両側に設置された素材供給部および製品搬出部（図示せず）と、工作機械１のワーク主軸ヘッド５と、ワーク反転装置３との間でワークＷの受け渡しをする。この実施形態のローダ２はガントリ式であり、レール６１上を左右に走行する走行体６２と、この走行体６２に対し前後に進退自在な前後進退台６３と、この前後進退台６３に対して昇降自在な昇降ロッド６４と、この昇降ロッド６４の下端に設けられたローダヘッド６５とを備える。レール６１は、前記左右水平フレーム５５の上に設置されている。

ローダヘッド６５は、下端に下向き姿勢および横向き姿勢の２つのローダチャック６６Ａ，６６Ｂを有する。これら２つのローダチャックチャック６６Ａ，６６Ｂは、ローダヘッド６５の固定部６５ａに対して傾斜軸心６７回りに回動自在な回転部６５ｂに設置されており、回転部６５ｂを１８０°回転させることで、互いの姿勢が切換えられる。

ローダ２は、昇降ロッド６４を昇降範囲の上部に上昇させた状態で左右に走行させる。そのとき、ローダヘッド６５が図８の部分拡大図である図９に示す位置を通過するように、工具マガジン８とローダ２の位置、大きさの関係が定められる。すなわち、ローダヘッド６５の少なくとも一部が、工具マガジン８の傾斜した旋回中心Ｃ２を含む鉛直面内における、工具マガジン８の上端８ａと下端８ｂとを結ぶ傾斜直線Ｌ１と、前記上端８ａを通る水平な直線Ｌ２と、前記下端８ｂを通る鉛直方向の直線Ｌ３とで囲まれる三角形状の領域６８を通過する。

ワーク反転装置３は、図１に示すように、左右水平フレーム５５に取り付けられて、ワーク主軸ヘッド５の上方に配置されている。ワーク反転装置３は、左右横並びの２つの反転用チャック７１Ａ，７１Ｂを有する。これら反転用チャック７１Ａ，７１Ｂは、共に前向きの姿勢（図示の姿勢）と互いに向き合う姿勢（図示せず）とに姿勢を切り換えられる。また、片方の反転用チャック７１Ａは、左右方向ガイド７２に沿って移動自在である。

ワークＷの反転動作は、次のように行われる。すなわち、ワーク主軸ヘッド５に保持されたワークＷに対して非回転工具Ｔ１または回転工具Ｔ２により一端が加工されると、そのワークＷをローダ２の横向き姿勢のローダチャック６６Ｂが把持してワーク反転装置３まで搬送し、反転用チャック７１Ａに渡す。反転用チャック７１ＡがワークＷを受け取ると、各反転用チャック７１Ａ，７１Ｂが互いに向き合う姿勢に切り換わる。次いで、反転用チャック７１Ｂが反転用チャック７１Ａの方へ移動して、ワークＷの加工済み端を把持する。次いで、反転用チャック７１ＡがワークＷの未加工端を解放する。反転用チャック７１Ｂが元の位置に戻ってから、各反転用チャック７１Ａ，７１Ｂが共に前向きの姿勢に切り換わる。これら一連の動作により、ワークＷが表裏反転される。その後、表裏反転されたワークＷは、ローダ２によりワーク主軸ヘッド５に戻される。

この工作機械システムは、ローダ２により工作機械１のワーク主軸ヘッド５に素材ワークＷが搬入され、その素材ワークＷに対して、刃物台６の非回転工具Ｔ１により旋削加工を施すか、または工具主軸ヘッド７の回転工具Ｔ２によりミリング加工等の切削加工を施す。旋削加工に際しては、刃物台６の複数の非回転工具Ｔ１の中から加工内容に合った一つの非回転工具Ｔ１が割り出される。また、ミリング加工等の切削加工に際しては、加工内容に合わせて、工具マガジン８に保持されている複数の待機用の回転工具Ｔ２のうち任意の一つが工具主軸ヘッド７に取り付けられる。

ワークＷに対する回転工具Ｔ２の角度変更は、開放空間Ｅに中心Ｏが位置する円弧軌跡Ｋに沿って工具主軸ヘッド７を旋回させることにより行う。このように回転工具Ｔ２の角度を変更すると、図７に示すように、変更前と変更後とで回転工具Ｔ２の刃部Ｔ２ａａの位置はほとんど変わらない。そのため、回転工具Ｔ２の角度変更に伴うワーク主軸ヘッド（ワーク保持部）５の移動ストロークが小さくて済み、加工能率を向上させることができる。

詳しくは、二つの円弧ガイド３０，３１により工具主軸ヘッド７を円弧軌跡Ｋに沿って案内し、ボールねじ機構３５を用いた旋回駆動機構２５により工具主軸ヘッド７を円弧軌跡Ｋに沿って旋回させるようにしたため、回転工具Ｔ２の角度変更の精度が良い。例えば、ウォームとウォームホイール等のギヤを用いた旋回駆動機構により工具主軸ヘッド７を旋回駆動するのは、ギヤのバックラッシにより角度変更の精度に悪影響が出る。ローラを用いた旋回駆動機構の場合は、角度変更の精度を高く保つことができるが、構成部品が高価であるという問題がある。

また、進退動作伝達機構３７により工具主軸ヘッド７（この実施形態では旋回台３２）に対して力を与える力点が、工具主軸ヘッド７が円弧軌跡Ｋのいずれにある場合でも平面視で二つの円弧ガイド３０，３１の間で、工具主軸ヘッド７の近傍に位置している。これにより、ボールねじ機構３５による駆動力が工具主軸ヘッド７に効率良く伝達され、工具主軸ヘッド７がガタつきの少ないスムーズな動作を行なうことができる。

非回転工具Ｔ１および回転工具Ｔ２はその先端が前記切屑受け用の凹部１２ａの上方に突出するように刃物台６および工具主軸ヘッド７にそれぞれ保持されているため、加工により発生した切屑が切削加工機構２２および他の機械部分と干渉せずに円滑に排出され、前記凹部１２ａに落下する。そして、この凹部１２ａの下方に設置した切屑排出コンベア等の切屑排出手段８０により、切屑が工作機械１の外部へ排出される。

ワークＷの両端を共に加工する場合は、一端の加工が終了後、ワーク反転装置３によりワークＷを反転させて、他端の加工を行う。すべての加工が終了すると、ローダ２によりワーク主軸ヘッド５の加工済みワークＷを搬出する。

先に説明したように、工具マガジン８は、工具保持本体部５０の旋回中心Ｃ２が水平に対して工具主軸ヘッド７側が上向きになるように傾斜している。そして、ワークＷの搬入出時、ローダヘッド６５が図８に示す位置を通過するように、ローダ２が走行する。上記のように工具マガジン８を傾斜させたことにより、工作機械１の全高を低く抑えることが可能である。また、上記のようにローダ２を走行させることで、工具マガジン８とローダ２との干渉を避けつつ、ローダ２を機械上部のなるべく低い高さ位置にコンパクトに配置することができる。それにより、ワーク主軸ヘッド５とのワークＷの受渡し時、ワーク供給部からのワーク取上げ時、およびワーク搬出部へのワーク搬出時におけるローダヘッド６５の昇降距離が短くなり、作業効率が向上する。

また、工具マガジン８とローダ２が干渉しないので、工具主軸ヘッド７と工具マガジン８との間で回転工具Ｔ２を交換中にもローダ２を走行させることができる。工具マガジン８が工具主軸ヘッド７に対して近づく動作および離れる動作を行うことで、工具主軸ヘッド７と工具マガジン８とが工具交換を行なうため、この工具交換動作をローダ２の動作と独立させて行うことができる。

さらに、工具主軸ヘッド７は昇降可能で、昇降可能範囲の下部において回転工具Ｔ２によりワークＷに対して切削加工を行い、昇降可能範囲の上部において工具マガジン８との間で回転工具Ｔ２の交換を行う。これにより、工具主軸ヘッド７が、ワークＷに対する切削加工、および工具マガジン８との回転工具の交換を効率良く行える。

１…工作機械
２…ローダ
５…ワーク主軸ヘッド
７…工具主軸ヘッド
８ａ…上端
８ｂ…下端
８…工具マガジン
１０…ワーク主軸
１９…工具主軸
２６…昇降機構
５０…工具保持本体部
５１…工具保持部
５３…マガジン案内手段
５４…位置切換手段
６１…レール
６２…走行体
６４…昇降ロッド
６５…ローダヘッド
６６Ａ，６６Ｂ…ローダチャック
Ｃ２…旋回中心
Ｌ１…傾斜直線
Ｌ２…水平な直線
Ｌ３…鉛直方向の直線
Ｐ…工具交換位置
Ｔ１…非回転工具
Ｔ２…回転工具
Ｗ…ワーク

Claims (4)

1. 工作機械と、この工作機械に対してワークを搬入出するローダとを備え、
   前記工作機械は、前記ローダにより搬入出されるワークを保持するワーク主軸ヘッドと、このワーク主軸ヘッドに保持されたワークに対して水平に保持した回転工具により切削加工を施す工具主軸ヘッド工具主軸と、この工具主軸ヘッド工具主軸に着脱自在に取り付けられる複数の待機用の回転工具を保持し、そのうちの任意の一つを前記工具主軸ヘッド工具主軸との間で回転工具の交換を行うための工具交換位置へ割り出し可能な工具マガジンとを備え、
   前記工具マガジンは、水平に対して前記工具主軸ヘッド工具主軸側が上向きになるように傾斜した旋回中心回りに旋回自在な工具保持本体部と、この工具保持本体部の外周部に設けられ、前記複数の待機用の回転工具をそれぞれ保持可能な複数の工具保持部とを有し、これら各工具保持部は、前記工具交換位置に位置する回転工具が水平姿勢となるように、保持した各回転工具の中心軸が前記旋回中心に対して傾く傾斜姿勢であり、
   前記ローダは、レールに沿って走行する走行体と、この走行体に昇降自在に設けられた昇降ロッドと、この昇降ロッドの下端に設けられてワークを保持可能なチャックを有するローダヘッドとを備え、
   前記ローダは、前記ローダヘッドの少なくとも一部が、前記工具マガジンの前記傾斜した旋回中心を含む鉛直面内における、前記工具マガジンの上端と下端とを結ぶ傾斜直線と、前記上端を通る水平な直線と、前記下端を通る鉛直方向の直線とで囲まれる三角形状の領域を通過するように走行する、
   工作機械システム。
2. 前記工具主軸ヘッドを昇降させる昇降機構を設けた請求項１記載の工作機械システム。
3. 前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンの両方またはいずれか一方を前記工具交換位置に位置する前記回転工具の中心軸と平行に案内する案内手段と、この案内手段に沿って前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンの両方またはいずれか一方を進退させて前記工具主軸ヘッドと前記マガジンの相対位置を位置切換する位置切換手段とを有し、前記工具マガジンの前記工具保持部に保持されて前記工具交換位置に位置する前記回転工具を前記工具主軸ヘッドが把持した状態で、前記工具主軸ヘッドと前記工具マガジンが互いに離れる側に前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンの両方またはいずれか一方が移動することで、前記工具交換位置に位置する前記回転工具を前記工具保持部から外して前記工具主軸ヘッドに渡す請求項１または請求項２記載の工作機械システム。
   
4. 前記工具交換位置に位置する前記回転工具に対して前記工具主軸ヘッドおよび前記工具マガジンが共に接触している状態にあるときに、前記ローダヘッドが前記領域を通過するように走行する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の工作機械システム。

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