JP2022020366A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、自動工具交換時に工具の向きを工具保持部における工具の挿入方向に対応した向きに変化させることが可能な工作機械、を提供する。【解決手段】工作機械１００は、旋回中心軸１０２を中心に旋回可能な刃物台５１と、工具が旋回中心軸１０２の軸方向に挿入される第１工具ホルダ６１Ｓと、工具が旋回中心軸１０２の半径方向に挿入される第２工具ホルダ６１Ｔと、自動工具交換装置３１とを備える。自動工具交換装置３１は、把持部３３と、把持部３３が接続される回動部７６と、直線運動するベース部７１と、ベース部７１の直線運動を回転運動として回動部７６に伝達することにより、回動部７６を回動させ、把持部３３の姿勢を、第１工具ホルダ６１Ｓに保持された工具を把持可能な第１姿勢と、第２工具ホルダ６１Ｔに保持された工具を把持可能な第２姿勢との間で変化させるカム機構部８０とを含む。【選択図】図１

Description

この発明は、工作機械に関する。

たとえば、特開２００４－１４２０４３号公報（特許文献１）には、刃物台と、第１工具マガジンおよび第２工具マガジンと、第１工具マガジンに保持された工具、および、刃物台に装着された工具を交換する工具交換装置と、第１工具マガジン、および、第２工具マガジンの間で工具を移送する工具移送装置とを備える複合加工型旋盤が開示されている。

特開２００４－１４２０４３号公報

上述の特許文献１に開示されるように、旋回可能なタレット型であって、自動工具交換機能が備わった刃物台を備える工作機械が知られている。

このような工作機械において、工具が刃物台の旋回中心軸の軸方向に挿入される第１工具保持部と、工具が刃物台の旋回中心軸の半径方向に挿入される第２工具保持部とが刃物台に装着される場合、自動工具交換時に、工具の向きを各工具保持部における工具の挿入方向に対応した向きに変化させる必要がある。一方、工具の向きを変化させるためのアクチュエータを別に設けると、工作機械の構造が複雑になったり、製造コストが増大したりする問題がある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、簡易な構成で、自動工具交換時に工具の向きを工具保持部における工具の挿入方向に対応した向きに変化させることが可能な工作機械を提供することである。

この発明に従った工作機械は、旋回中心軸を中心に旋回可能な刃物台と、刃物台に装着され、工具が旋回中心軸の軸方向に挿入され、工具を着脱可能に保持する第１工具保持部と、刃物台に装着され、工具が旋回中心軸の半径方向に挿入され、工具を着脱可能に保持する第２工具保持部と、第１工具保持部および第２工具保持部に保持される工具を交換するための自動工具交換装置とを備える。自動工具交換装置は、工具を把持可能な把持部と、把持部が接続される回動部と、回動部を回転可能に支持し、直線運動することによって、把持部を、第１工具保持部および第２工具保持部に保持される工具を交換する第１位置と、第１位置よりも刃物台から退避した第２位置との間で移動させるベース部と、ベース部の直線運動を回転運動として回動部に伝達することにより、回動部を回動させ、把持部の姿勢を、第１工具保持部に保持された工具を把持可能な第１姿勢と、第２工具保持部に保持された工具を把持可能な第２姿勢との間で変化させるカム機構部と、カム機構部を、ベース部から回動部に運動が伝達される第１モードと、ベース部から回動部に運動が伝達されない第２モードとの間で切り替わるように動作させる切り替え機構部とを含む。

このように構成された工作機械によれば、把持部の姿勢を変化させるための機構として、ベース部の直線運動を回動運動として回動部に伝達するカム機構部が用いられる。これにより、簡易な構成で、工具の向きを、第１工具保持部および第２工具保持部の各工具保持部における工具の挿入方向に対応した向きに変化させることができる。

また好ましくは、カム機構部は、カム面を有するカムと、ベース部の直線運動時に、カム面と接触しながら回転するコロとを有する。カムおよびコロのいずれか一方の一方部材は、回動部に設けられる。

このように構成された工作機械によれば、カムおよびコロを有するカム機構部によって、ベース部の直線運動を回転運動として回動部に伝達することができる。

また好ましくは、切り替え機構部は、一方部材に対して、カムおよびコロのいずれか他方の他方部材を出退させるシリンダを有する。シリンダは、第１モードにおいて、他方部材を、ベース部の直線運動時における一方部材の経路上の第３位置に移動させ、第２モードにおいて、他方部材を、ベース部の直線運動時における経路から離間する第４位置に移動させる。

このように構成された工作機械によれば、シリンダによる他方部材の出退動作によって、ベース部から回動部に運動が伝達される第１モードと、ベース部から回動部に運動が伝達されない第２モードとを切り替えることができる。

また好ましくは、自動工具交換装置は、回動部を、把持部が第１姿勢および第２姿勢の各姿勢となる位置に保持可能なロック機構部をさらに含む。

このように構成された工作機械によれば、把持部が第１姿勢および第２姿勢の各姿勢に確実に固定されるため、自動工具交換装置および刃物台の間における工具交換をより安定して行なうことができる。

また好ましくは、工作機械は、複数の工具を格納するマガジンをさらに備える。自動工具交換装置は、刃物台およびマガジンの間で工具を搬送する。マガジンは、工具が旋回中心軸の軸方向または半径方向に挿入され、工具を着脱可能に保持する複数の第３工具保持部を有する。

このように構成された工作機械によれば、把持部を第１姿勢または第２姿勢としたまま、自動工具交換装置およびマガジン間で工具交換を行なうことができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、簡易な構成で、自動工具交換時に工具の向きを工具保持部における工具の挿入方向に対応した向きに変化させることが可能な工作機械を提供することができる。

この発明の実施の形態における工作機械を示す斜視図である。 図１中の工作機械を示す前面図である。 第１工具ホルダおよび自動工具交換装置の間における工具交換の工程を示す斜視図である。 第１工具ホルダおよび自動工具交換装置の間における工具交換の工程を示す別の斜視図である。 第２工具ホルダおよび自動工具交換装置の間における工具交換の工程を示す斜視図である。 第２工具ホルダおよび自動工具交換装置の間における工具交換の工程を示す別の斜視図である。 自動工具交換装置の基本構造を模式的に示す斜視図である。 把持部がマガジン側にある場合の第１モードにおけるカム機構部および切り替え機構部を示す上面図である。 把持部が刃物台側にある場合の第１モードにおけるカム機構部および切り替え機構部を示す上面図である。 把持部がマガジン側にある場合の第２モードにおけるカム機構部および切り替え機構部を示す上面図である。 把持部が刃物台側にある場合の第２モードにおけるカム機構部および切り替え機構部を示す上面図である。 第１モードにおけるカム機構部の動きを示す上面図である。 把持部が第２姿勢とされた場合の回動部のロック状態を示す上面図である。 把持部が第１姿勢とされた場合の回動部のロック状態を示す上面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態における工作機械を示す斜視図である。図２は、図１中の工作機械を示す前面図である。図中では、工作機械の外観をなすカバー体が透視されることにより、工作機械の内部構造が示されている。

図１および図２を参照して、工作機械１００は、回転するワークに工具を接触させることによって、ワーク加工を行なう旋盤である。工作機械１００には、停止するワークに回転する工具を接触させることによって、ワーク加工を行なうミーリング機能が備わっている。

工作機械１００は、コンピュータによる数値制御によって、ワーク加工のための各種動作が自動化されたＮＣ（Numerically Control）工作機械である。

本明細書においては、工作機械１００の左右方向（幅方向）に平行で、水平方向に延びる軸を「Ｚ軸」といい、工作機械１００の前後方向（奥行き方向）に平行で、水平方向に延びる軸を「Ｙ軸」といい、鉛直方向に延びる軸を「Ｘ軸」という。図１中における右方向を「＋Ｚ軸方向」といい、左方向を「－Ｚ軸方向」という。図１中における紙面の手前方向を「＋Ｙ軸方向」といい、奥方向を「－Ｙ軸方向」という。＋Ｙ軸方向が、機械前方に対応している。図１中における上方向を「＋Ｘ軸方向」といい、下方向を「－Ｘ軸方向」という。

なお、工作機械１００の構造を説明する便宜上、上記のとおりＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定したが、これらは、旋盤で定義されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸と必ずしも一致するものではない。

まず、工作機械１００の全体構造について説明する。工作機械１００は、ベッド１１と、主軸台２１と、刃物台５１と、マガジン１０と、自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）３１とを有する。

ベッド１１は、主軸台２１、刃物台５１、マガジン１０および自動工具交換装置３１等を支持するためのベース部材であり、工場などの床面に設置される。ベッド１１は、鋳鉄などの金属から形成されている。

主軸台２１は、ベッド１１に取り付けられている。主軸台２１は、ワーク主軸（不図示）を有する。ワーク主軸は、Ｚ軸に平行な回転中心軸１０１を中心に回転駆動する。ワーク主軸の先端には、ワークを着脱可能に把持するチャックが設けられている。チャックに把持されたワークは、ワーク主軸の回転駆動に伴って、回転中心軸１０１を中心に回転する。

刃物台５１は、加工エリア内に設けられている。加工エリアは、ワークの加工が行なわれる空間であり、ワーク加工に伴う切屑または切削油等の異物が加工エリアの外側に漏出しないようにカバー体により略密閉されている。刃物台５１は、複数の工具を保持可能なように構成されている。刃物台５１は、Ｚ軸に平行な旋回中心軸１０２を中心に旋回可能なタレット型刃物台である。

刃物台５１は、タレット５２と、刃物台ベース５６と、複数の工具ホルダ６１とを有する。刃物台ベース５６は、横送り台（不図示）に取り付けられている。

タレット５２は、刃物台ベース５６から、Ｚ軸方向において主軸台２１に近接する方向（－Ｚ軸方向）に突出するように設けられている。タレット５２は、旋回中心軸１０２の軸方向が厚み方向となる円盤形状を有する。タレット５２は、旋回中心軸１０２を中心に旋回可能である。

複数の工具ホルダ６１は、タレット５２に装着されている。複数の工具ホルダ６１は、ボルト等を用いて、タレット５２に接続されている。複数の工具ホルダ６１は、旋回中心軸１０２の周方向に並んで設けられている。工具ホルダ６１は、工具を着脱可能に保持する。工具ホルダ６１は、工具をクランプしたり、アンクランプしたりするためのクランプ機構部と、工具を回転させるための回転機構部とを内蔵している。

タレット５２が旋回中心軸１０２を中心に旋回することによって、工具ホルダ６１に保持された工具が旋回中心軸１０２の周方向に移動する。工具ホルダ６１は、主軸台２１のワーク主軸に保持されたワークを加工する場合、ワーク加工位置Ｗに位置決めされる。工具ホルダ６１は、後述する自動工具交換装置３１と工具交換する場合、刃物台側工具交換位置Ｋに位置決めされる。

複数の工具ホルダ６１は、第１工具ホルダ６１Ｓと、第２工具ホルダ６１Ｔとを含む。刃物台５１および自動工具交換装置３１間で工具交換される場合、第１工具ホルダ６１Ｓには、刃物台５１の旋回中心軸１０２の軸方向（Ｚ軸方向）に工具が挿入される。第１工具ホルダ６１Ｓには、刃物台５１の旋回中心軸１０２の軸方向に延びる中心軸２１０に沿って工具が挿入される。中心軸２１０は、第１工具ホルダ６１Ｓに保持される回転工具の回転中心軸と一致する。刃物台５１および自動工具交換装置３１間で工具交換される場合、第２工具ホルダ６１Ｔには、刃物台側工具交換位置Ｋにおける刃物台５１の旋回中心軸１０２の半径方向（Ｙ軸方向）に工具が挿入される。第２工具ホルダ６１Ｔには、刃物台側工具交換位置Ｋにおける刃物台５１の旋回中心軸１０２の半径方向に延びる中心軸２１１に沿って工具が挿入される。中心軸２１１は、第２工具ホルダ６１Ｔに保持される回転工具の回転中心軸と一致する。

なお、図１および図２中に示される第１工具ホルダ６１Ｓおよび第２工具ホルダ６１Ｔの配置は、一例であり、特に限定されるものではない。第１工具ホルダ６１Ｓおよび第２工具ホルダ６１Ｔは、旋回中心軸１０２の周方向においてランダムな順番で並んでもよい。

刃物台５１は、サドル５７および横送り台（不図示）を介して、ベッド１１により支持されている。サドル５７は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどによって、Ｚ軸方向に移動可能である。横送り台は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどによって、Ｚ軸に直交し、Ｘ軸およびＹ軸に対して傾斜する軸方向（「Ｘａ軸方向」という）に移動可能である。サドル５７および横送り台が、それぞれ、Ｚ軸方向およびＸａ軸方向に移動することによって、工具ホルダ６１に保持された工具によるワークの加工位置をＺ軸－Ｘａ軸平面内で移動させることができる。

マガジン１０は、加工エリア外に設けられている。マガジン１０は、刃物台５１から＋Ｚ軸方向に離れた位置に設けられている。刃物台５１は、Ｚ軸方向において、主軸台２１およびマガジン１０の間に配置されている。マガジン１０は、ベッド１１から＋Ｘ軸方向（上方）に延伸する柱部材１２に取り付けられている。なお、マガジン１０のレイアウトは、特に限定されず、たとえば、マガジン１０が刃物台５１の機械後方側に配置されてもよい。

マガジン１０は、加工目的に応じて工具を順次、加工エリアに供給するため、複数の工具を格納する装置である。マガジン１０には、刃物台５１における工具ホルダ６１（６１Ｓ，６１Ｔ）に装着されるドリル、エンドミルもしくはフライス等の回転工具、または、外径切削工具、内径切削工具もしくは溝入れ工具等の固定工具が格納されている。

マガジン１０は、搬送装置１１０と、アンクランプシリンダ１４１（図１を参照のこと）とを有する。搬送装置１１０は、複数の工具ポット１１２（第３工具保持部）を有する。工具ポット１１２は、工具を着脱可能に保持する。工具ポット１１２には、工具をクランプするクランプ機構部が内蔵されている。アンクランプシリンダ１４１は、マガジン側工具交換位置Ｊに位置決めされた工具ポット１１２において、クランプ機構部をアンクランプ動作させる。

搬送装置１１０は、複数の工具ポット１１２を搬送するように構成されている。搬送装置１１０は、支持プレート１１１と、モータ（不図示）とをさらに有する。

支持プレート１１１は、Ｙ軸方向に平行な旋回中心軸１０３を中心とする円盤形状を有する。支持プレート１１１は、モータ（不図示）により、旋回中心軸１０３を中心にして順方向および逆方向に旋回可能である。

複数の工具ポット１１２は、支持プレート１１１によって、無端状の搬送経路に沿って一定間隔で支持されている。複数の工具ポット１１２は、旋回中心軸１０３を中心とする円周経路に沿って一定間隔で並んでいる。複数の工具ポット１１２は、支持プレート１１１の外周縁に沿って一定間隔で並んでいる。

支持プレート１１１が旋回中心軸１０３を中心に旋回することによって、工具ポット１１２が旋回中心軸１０３の周方向に搬送される。工具ポット１１２は、後述する自動工具交換装置３１と工具交換する場合、マガジン側工具交換位置Ｊに配置される。マガジン１０および自動工具交換装置３１間で工具交換される場合、工具ポット１１２には、刃物台側工具交換位置Ｋにおける刃物台５１の旋回中心軸１０２の半径方向（Ｙ軸方向）に工具が挿入される。

なお、マガジン１０が、支持プレート１１１の旋回中心軸１０３がＺ軸方向と平行となるようにレイアウトされる場合、工具ポット１１２に対する工具の挿入方向は、刃物台５１の旋回中心軸１０２の軸方向（Ｚ軸方向）であってもよい。

自動工具交換装置３１は、加工エリア内における刃物台５１と、加工エリア外におけるマガジン１０との間で工具を搬送する。自動工具交換装置３１は、刃物台５１において刃物台側工具交換位置Ｋに位置決めされた工具ホルダ６１と工具交換する。自動工具交換装置３１は、マガジン１０においてマガジン側工具交換位置Ｊに位置決めされた工具ポット１１２と工具交換する。

自動工具交換装置３１は、支持フレーム１４により支持されている。支持フレーム１４は、柱部材１２および柱部材１３の上端部に接続されている。柱部材１２および柱部材１３は、ベッド１１から＋Ｘ軸方向（上方）に延伸し、Ｚ軸方向において互いに離れて配置されている。自動工具交換装置３１は、支持フレーム１４等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Ｚ軸方向に移動可能である。

自動工具交換装置３１は、アーム部３２を有する。アーム部３２は、旋回中心軸１０４を中心に旋回可能で、かつ、旋回中心軸１０４の軸方向にスライド可能である。アーム部３２は、一対の把持部３３を有する。一対の把持部３３は、旋回中心軸１０４を挟んで１８０°ずれた位相位置に設けられている。一対の把持部３３は、工具を把持可能な爪形状を有する。把持部３３は、工具を把持したまま、マガジン側工具交換位置Ｊおよび刃物台側工具交換位置Ｋとの間で移動する。

アーム部３２（把持部３３）は、旋回中心軸１０４がＺ軸方向と平行となる第１姿勢と、旋回中心軸１０４がＹ軸方向と平行になる第２姿勢（図１および図２中に示される姿勢）との間で回動可能である。

アーム部３２（把持部３３）は、刃物台５１において刃物台側工具交換位置Ｋに位置決めされた第１工具ホルダ６１Ｓと工具交換する場合、第１姿勢とされる。アーム部３２（把持部３３）は、刃物台５１において刃物台側工具交換位置Ｋに位置決めされた第２工具ホルダ６１Ｔと工具交換する場合、第２姿勢とされる。アーム部３２（把持部３３）は、マガジン１０においてマガジン側工具交換位置Ｊに位置決めされた工具ポット１１２と工具交換する場合、第２姿勢とされる。アーム部３２は、刃物台側工具交換位置Ｋおよびマガジン側工具交換位置Ｊの各位置において、把持部３３により工具を把持しつつ、旋回およびスライド動作することによって、工具交換を行なう。

なお、アーム部３２は、同時に２つの工具を把持可能なダブルアームタイプに限られず、同時に１つの工具を把持可能なシングルアームタイプであってもよい。

続いて、自動工具交換装置３１において、アーム部３２（把持部３３）を第１姿勢および第２姿勢の間で回動させるための機構について詳細に説明する。

図３および図４は、第１工具ホルダおよび自動工具交換装置の間における工具交換の工程を示す斜視図である。図５および図６は、第２工具ホルダおよび自動工具交換装置の間における工具交換の工程を示す斜視図である。図３および図４中には、第１姿勢Ｐａとされたアーム部３２（把持部３３）が示され、図５および図６中には、第２姿勢Ｐｂとされたアーム部３２（把持部３３）が示されている。図７は、自動工具交換装置の基本構造を模式的に示す斜視図である。

図３から図７を参照して、自動工具交換装置３１は、ベース部７１と、回動部７６とをさらに有する。

ベース部７１は、直線運動することによって、把持部３３を、第１工具ホルダ６１Ｓおよび第２工具ホルダ６１Ｔに保持される工具を交換する刃物台側工具交換位置Ｋと、刃物台側工具交換位置Ｋよりも刃物台５１から退避したマガジン側工具交換位置Ｊとの間で移動させる。

ベース部７１は、水平方向に直線移動する。ベース部７１は、Ｚ軸方向に移動する。刃物台側工具交換位置Ｋは、刃物台５１に配置されている。マガジン側工具交換位置Ｊは、マガジン１０に配置されている。マガジン側工具交換位置Ｊは、刃物台５１から＋Ｚ軸方向に離れた位置に配置されている。ベース部７１は、アーム部３２（把持部３３）を、刃物台側工具交換位置Ｋおよびマガジン側工具交換位置Ｊの間で移動させる。

ベース部７１は、第１基台７２と、第２基台７３とを有する。第１基台７２および第２基台７３は、Ｙ軸－Ｚ軸平面に平行な板部材からなる。第１基台７２および第２基台７３は、Ｘ軸方向（上下方向）に互いに離れて積層されている。

図７中の矢印３１１に示されるように、第１基台７２は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、第２基台７３とともにＺ軸方向に移動する。第２基台７３は、第１基台７２の下方に配置されている。図７中の矢印３１２に示されるように、第２基台７３は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、第１基台７２に対してＹ軸方向に相対的に移動する。

回動部７６は、ベース部７１（第２基台７３）により支持されている。回動部７６は、Ｘ軸方向に平行な回動中心軸１０６を中心に回転可能なように支持されている。回動中心軸１０６は、ベース部７１の直線移動方向（Ｚ軸方向）に直交する。回動部７６は、第２基台７３の下方に配置されている。

回動部７６は、第１軸部７７と、連結部７８とを有する。第１軸部７７は、回動中心軸１０６の軸上で延びる軸形状を有する。第１軸部７７の上端部は、ベース部７１（第２基台７３）により回動可能に支持されている。連結部７８は、第１軸部７７およびアーム部３２を連結している。連結部７８は、第１軸部７７の下端部に接続されている。連結部７８は、第１軸部７７から回動中心軸１０６の半径方向外側に向けて延出し、その先で下方に折れ曲がる形状を有する。

アーム部３２（把持部３３）は、回動部７６に接続されている。アーム部３２は、第２軸部３４をさらに有する。第２軸部３４は、旋回中心軸１０４の軸上で延びる軸形状を有する。第２軸部３４は、連結部７８の下端部から回動中心軸１０６の半径方向内側に向けて延び、回動中心軸１０６を越えて、さらに回動中心軸１０６の半径方向外側に向けて延びている。第２軸部３４の先端部には、一対の把持部３３が接続されている。

後述するカム機構部８０によって、アーム部３２（把持部３３）は、回動部７６とともに、回動中心軸１０６を中心に順方向および逆方向に回動する（図７中の矢印３１４に示される回動動作）。図７中では、アーム部３２（把持部３３）が、旋回中心軸１０４がＹ軸方向と平行になる第２姿勢Ｐｂとされている。アーム部３２（把持部３３）は、回動中心軸１０６を中心に９０°回動することによって、旋回中心軸１０４がＺ軸方向と平行になる第１姿勢Ｐａとされる。

図８および図９は、第１モードにおけるカム機構部および切り替え機構部を示す上面図である。図１０および図１１は、第２モードにおけるカム機構部および切り替え機構部を示す上面図である。

図３から図１１を参照して、自動工具交換装置３１は、カム機構部８０と、切り替え機構部８５とをさらに有する。

カム機構部８０は、ベース部７１の直線運動を回転運動として回動部７６に伝達することにより、回動部７６を回動させ、アーム部３２（把持部３３）の姿勢を第１姿勢Ｐａおよび第２姿勢Ｐｂの間で変化させる。切り替え機構部８５は、カム機構部８０を、ベース部７１から回動部７６に運動が伝達される第１モードＭａと、ベース部７１から回動部７６に運動が伝達されない第２モードＭｂとの間で切り替わるように動作させる。

カム機構部８０は、ベース部７１の直線運動を回動部７６の回転運動に変換する運動変換機構を構成している。

カム機構部８０は、カム８１と、コロ８３（８３Ａ，８３Ｂ）と、コロ取り付け板８４とを有する。

カム８１は、Ｚ軸方向において、刃物台５１およびマガジン１０の間に設けられている。刃物台５１およびマガジン１０の間には、開閉可能なＡＴＣシャッター（不図示）が設けられている。アーム部３２は、ＡＴＣシャッターが開状態とされた場合に生じる開口部を通じて、刃物台５１が配置される加工エリア内と、マガジン１０が配置される加工エリア外とを行き来する。カム８１は、ＡＴＣシャッターおよびマガジン１０の間の加工エリア外に配置されている。カム８１は、後述するシリンダ８６を介して、柱部材１２に取り付けられている。

カム８１は、カム面８２を有する。カム面８２は、ベース部７１の直線運動方向（Ｚ軸方向）に沿って変化するプロファイルを有する。図８から図１１中に示されるように、カム面８２は、Ｙ軸方向に延びる中心線１０９を挟んだ両側で対称となるプロファイルを有する。

コロ８３は、コロ取り付け板８４を介して回動部７６に接続されている。コロ８３は、Ｚ軸方向におけるベース部７１の直線移動時、ベース部７１および回動部７６とともにＺ軸方向に直線移動する。

コロ８３は、Ｘ軸方向に平行な回転中心軸１０７を中心とする円柱形状を有する。コロ８３は、コロ取り付け板８４に取り付けられている。コロ８３は、コロ取り付け板８４により、回転中心軸１０７を中心に回転可能なように支持されている。コロ８３Ａおよびコロ８３Ｂは、互いに間隔を設けて並んでいる。コロ８３Ａおよびコロ８３Ｂは、回動中心軸１０６を中心とする同一円周上に配置されている。

コロ取り付け板８４は、第１軸部７７の上端部に接続されている。コロ取り付け板８４は、第２基台７３上に配置されている。コロ取り付け板８４は、Ｘ軸方向（上下方向）において、第１基台７２および第２基台７３の間に配置されている。コロ取り付け板８４は、回動中心軸１０６の半径方向内側から半径方向外側に向けて延出し、Ｘ軸－Ｚ軸平面に平行な板材からなる。

切り替え機構部８５は、シリンダ８６を有する。シリンダ８６のピストンロッド８７は、Ｙ軸方向に沿って伸張動作および短縮動作が可能である。カム８１は、シリンダ８６のピストンロッド８７の先端に取り付けられている。シリンダ８６は、ピストンロッド８７の伸張動作および短縮動作によって、コロ８３に対してカム８１を出退させる。

シリンダ８６は、図８および図９中に示す第１モードＭａにおいて、カム８１を、ベース部７１の直線運動時におけるコロ８３の経路上の第３位置に移動させる。シリンダ８６は、図１０および図１１中に示す第２モードＭｂにおいて、カム８１を、ベース部７１の直線運動時におけるコロ８３の経路から離間する第４位置に移動させる。

まず、カム機構部８０が第１モードＭａに設定される場面について具体的に説明する。図１２は、第１モードにおけるカム機構部の動きを示す上面図である。

図８、図９および図１２を参照して、自動工具交換装置３１によりマガジン１０および第１工具ホルダ６１Ｓの間で工具を搬送する場合、シリンダ８６を伸張駆動することによって、カム８１をベース部７１の直線運動時におけるコロ８３の経路上の第３位置に移動させる。これにより、カム機構部８０を、ベース部７１から回動部７６に運動が伝達される第１モードＭａに設定する。

図１２中のＳ１０１、および、図８に示されるように、アーム部３２（把持部３３）が、旋回中心軸１０４がＹ軸方向と平行になる第２姿勢Ｐｂで加工エリア外に待機している。カム８１は、ベース部７１の直線運動時におけるコロ８３Ａの経路上の第３位置に配置されている。一方の把持部３３には、マガジン側工具交換位置Ｊにおいて工具ポット１１２から供給された工具が把持されている。

図１２中のＳ１０２に示されるように、ＡＴＣシャッター（不図示）を開状態とする。アーム部３２（把持部３３）を－Ｚ軸方向に移動させつつ、加工エリア内に進入させる。アーム部３２（把持部３３）の直線移動に伴って、コロ８３Ａが、カム８１のカム面８２と接触する。

図１２中のＳ１０３に示されるように、コロ８３Ａが、カム８１のカム面８２と接触しながら回転中心軸１０７を中心に回転する。コロ８３Ａを介してカム８１から外力を受けたコロ取り付け板８４が、回動部７６とともに回動中心軸１０６を中心に９０°回動する。これにより、アーム部３２（把持部３３）の姿勢が、第２姿勢Ｐｂから、旋回中心軸１０４がＺ軸方向と平行になる第１姿勢Ｐａに変化する。

図９に示されるように、第１姿勢Ｐａとされたアーム部３２（把持部３３）を刃物台側工具交換位置Ｋに向けて移動させる。図３および図４に示されるように、アーム部３２（把持部３３）の、旋回中心軸１０４を中心とする旋回動作と、旋回中心軸１０４の軸方向におけるスライド動作とによって、第１工具ホルダ６１Ｓおよび自動工具交換装置３１の間で工具交換を行なう。一方の把持部３３に把持された工具を第１工具ホルダ６１Ｓに挿入するとともに、第１工具ホルダ６１Ｓから抜き出した工具を他方の把持部３３により把持する。

図９に示されるように、カム８１は、ベース部７１の直線運動時におけるコロ８３Ｂの経路上に配置されている。図１２中のＳ１０４に示されるように、アーム部３２（把持部３３）を＋Ｚ軸方向に移動させる。アーム部３２（把持部３３）の直線移動に伴って、コロ８３Ｂが、カム８１のカム面８２と接触する。

図１２中のＳ１０５に示されるように、コロ８３Ｂがカム８１のカム面８２と接触しながら回転中心軸１０７を中心に回転する。コロ８３Ｂを介してカム８１から外力を受けたコロ取り付け板８４が、回動部７６とともに回動中心軸１０６を中心に９０°回動する。これにより、アーム部３２（把持部３３）の姿勢が、第１姿勢Ｐａから、旋回中心軸１０４がＹ軸方向と平行になる第２姿勢Ｐｂに変化する。

図１２中のＳ１０６、および、図８に示されるように、第２姿勢Ｐｂとされたアーム部３２（把持部３３）を加工エリア内から加工エリア外に移動させ、そのあと、マガジン側工具交換位置Ｊにおけるマガジン１０および自動工具交換装置３１間の工具交換に移行させる。

次に、カム機構部８０が第２モードＭｂに設定される場面について具体的に説明する。図１０および図１１を参照して、自動工具交換装置３１によりマガジン１０および第２工具ホルダ６１Ｔの間で工具を搬送する場合、シリンダ８６を短縮駆動することによって、カム８１をベース部７１の直線運動時におけるコロ８３の経路から離間した第４位置に移動させる。これにより、カム機構部８０を、ベース部７１から回動部７６に運動が伝達されない第２モードＭｂに設定する。

図１０に示されるように、アーム部３２（把持部３３）が、旋回中心軸１０４がＹ軸方向と平行になる第２姿勢Ｐｂで加工エリア外に待機している。カム８１は、ベース部７１の直線運動時におけるコロ８３（８３Ａ，８３Ｂ）の経路から－Ｙ軸方向に離間した第４位置に配置されている。一方の把持部３３には、マガジン側工具交換位置Ｊにおいて工具ポット１１２から供給された工具が把持されている。

図１１に示されるように、ＡＴＣシャッター（不図示）を開状態とする。アーム部３２（把持部３３）を－Ｚ軸方向に移動させつつ、加工エリア内に進入させる。アーム部３２（把持部３３）は、第２姿勢Ｐｂとされたままカム８１を素通りする。

第２姿勢Ｐｂとされたアーム部３２（把持部３３）を刃物台側工具交換位置Ｋに向けて移動させる。図５および図６に示されるように、アーム部３２（把持部３３）の、旋回中心軸１０４を中心とする旋回動作と、旋回中心軸１０４の軸方向におけるスライド動作とによって、第２工具ホルダ６１Ｔおよび自動工具交換装置３１の間で工具交換を行なう。一方の把持部３３に把持された工具を第２工具ホルダ６１Ｔに挿入するとともに、第２工具ホルダ６１Ｔから抜き出した工具を他方の把持部３３により把持する。

図１１に示されるように、カム８１は、ベース部７１の直線運動時におけるコロ８３（８３Ａ，８３Ｂ）の経路から－Ｙ軸方向に離間した第４位置に配置されている。アーム部３２（把持部３３）を＋Ｚ軸方向に移動させる。アーム部３２（把持部３３）は、第２姿勢Ｐｂとされたままカム８１を素通りする。

第２姿勢Ｐｂとされたアーム部３２（把持部３３）を加工エリア内から加工エリア外に移動させ、そのあと、マガジン側工具交換位置Ｊにおけるマガジン１０および自動工具交換装置３１間の工具交換に移行させる。

このような構成によれば、アーム部３２（把持部３３）の姿勢を変化させるための機構として、ベース部７１の直線運動を回動運動として回動部７６に伝達するカム機構部８０が用いられる。これにより、簡易な構成で、把持部３３により把持される工具の向きを、第１工具ホルダ６１Ｓおよび第２工具ホルダ６１Ｔの各工具ホルダ６１における工具の挿入方向に対応した向きに変化させることができる。

また、本実施の形態においては、アーム部３２（把持部３３）の姿勢を変化させるためのモータ等のアクチュエータをベース部７１に搭載する必要がない。このため、自動工具交換装置３１における移動体の重量を低減したり、移動体に配索される配線または配管を少なくしたりできる。

また、マガジン側工具交換位置Ｊにおける工具ポット１１２に対する工具の挿入方向は、刃物台側工具交換位置Ｋにおける刃物台５１の旋回中心軸１０２の半径方向（Ｙ軸方向）である。このような構成により、マガジン１０および自動工具交換装置３１の間の工具交換時と、第２工具ホルダ６１Ｔおよび自動工具交換装置３１の間における工具交換時とで、アーム部３２（把持部３３）の姿勢が共通にできる。

図１３および図１４は、回動部のロック状態を示す上面図である。図１３および図１４を参照して、自動工具交換装置３１は、ロック機構部９０をさらに有する。ロック機構部９０は、回動部７６を、アーム部３２（把持部３３）が第１姿勢Ｐａおよび第２姿勢Ｐｂの各姿勢となる位置に保持するように構成されている。

ロック機構部９０は、ロック板９６と、シリンダ９１と、作動部９２とを有する。ロック板９６は、第１軸部７７の上端部に接続されている。ロック板９６は、第２基台７３上に配置されている。ロック板９６は、回動中心軸１０６を挟んでコロ８３（８３Ａ，８３Ｂ）と対向する位相位置に設けられている。ロック板９６は、回動中心軸１０６を挟んでコロ取り付け板８４と対向する位相位置に設けられている。

ロック板９６は、回動中心軸１０６の半径方向内側から半径方向外側に向けて延出し、Ｘ軸－Ｚ軸平面に平行な板材からなる。ロック板９６には、窪み部９７が設けられている。窪み部９７は、回動中心軸１０６の半径方向外側におけるロック板９６の先端部に設けられている。窪み部９７は、回動中心軸１０６の半径方向内側に向けて窪む凹形状を有する。

回動中心軸１０６を中心とするアーム部３２（把持部３３）の回動動作に伴って、ロック板９６も回動中心軸１０６を中心に順方向および逆方向に回動する。

シリンダ９１は、ベース部７１（第２基台７３）に搭載されている。シリンダ９１のピストンロッド９４は、Ｙ軸方向に沿って伸張動作および短縮動作が可能である。作動部９２は、シリンダ９１のピストンロッド９４の先端に取り付けられている。シリンダ９１は、ピストンロッド９４の伸張動作および短縮動作によって、ロック板９６に対して作動部９２を出退させる。

作動部９２は、一対の突出部９３（９３ｐ，９３ｑ）を有する。突出部９３は、－Ｙ軸方向に向けて突出する凸形状を有する。突出部９３ｐおよび突出部９３ｑは、Ｚ軸方向において、互いに離れて設けられている。図８および図１３に示されるように、突出部９３ｐは、Ｙ軸方向において、アーム部３２（把持部３３）が第２姿勢Ｐｂとされた場合の窪み部９７と対向している。図９および図１４に示されるように、突出部９３ｑは、Ｙ軸方向において、アーム部３２（把持部３３）が第１姿勢Ｐａとされた場合の窪み部９７と対向している。

図１３に示されるように、アーム部３２（把持部３３）が第２姿勢Ｐｂとされている場合に、シリンダ９１を伸張駆動することによって、作動部９２の突出部９３ｐをロック板９６の窪み部９７に係合させる。これにより、回動部７６が、アーム部３２（把持部３３）が第２姿勢Ｐｂとなる位置に保持される。図１４に示されるように、アーム部３２（把持部３３）が第１姿勢Ｐａとされている場合に、シリンダ９１を伸張駆動することによって、作動部９２の突出部９３ｑをロック板９６の窪み部９７に係合させる。これにより、回動部７６が、アーム部３２（把持部３３）が第１姿勢Ｐａとなる位置に保持される。

一方、アーム部３２（把持部３３）を第２姿勢Ｐｂから第１姿勢Ｐａに変化させる場合（図１２中のＳ１０１からＳ１０３のステップ）、および、アーム部３２（把持部３３）を第１姿勢Ｐａから第２姿勢Ｐｂに変化させる場合（図１２中のＳ１０４からＳ１０６のステップ）、シリンダ９１を短縮駆動することによって、ロック板９６の窪み部９７に対する作動部９２の突出部９３（９３ｐ，９３ｑ）の係合を解除する。これにより、カム機構部８０による回動部７６の回動動作が許容される。

このような構成によれば、アーム部３２（把持部３３）が第１姿勢Ｐａおよび第２姿勢Ｐｂの各姿勢に確実に固定されるため、自動工具交換装置３１と、刃物台５１およびマガジン１０との間における工具交換をより安定して行なうことができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態における工作機械１００の構造についてまとめると、本実施の形態における工作機械１００は、旋回中心軸１０２を中心に旋回可能な刃物台５１と、刃物台５１に装着され、工具が旋回中心軸１０２の軸方向に挿入され、工具を着脱可能に保持する第１工具保持部としての第１工具ホルダ６１Ｓと、刃物台５１に装着され、工具が旋回中心軸１０２の半径方向に挿入され、工具を着脱可能に保持する第２工具保持部としての第２工具ホルダ６１Ｔと、第１工具ホルダ６１Ｓおよび第２工具ホルダ６１Ｔに保持される工具を交換するための自動工具交換装置３１とを備える。自動工具交換装置３１は、工具を把持可能な把持部３３と、把持部３３が接続される回動部７６と、回動部７６を回転可能に支持し、直線運動することによって、把持部３３を、第１工具ホルダ６１Ｓおよび第２工具ホルダ６１Ｔに保持される工具を交換する第１位置としての刃物台側工具交換位置Ｋと、刃物台側工具交換位置Ｋよりも刃物台５１から退避した第２位置としてのマガジン側工具交換位置Ｊとの間で移動させるベース部７１と、ベース部７１の直線運動を回転運動として回動部７６に伝達することにより、回動部７６を回動させ、把持部３３の姿勢を、第１工具ホルダ６１Ｓに保持された工具を把持可能な第１姿勢Ｐａと、第２工具ホルダ６１Ｔに保持された工具を把持可能な第２姿勢Ｐｂとの間で変化させるカム機構部８０と、カム機構部８０を、ベース部７１から回動部７６に運動が伝達される第１モードＭａと、ベース部７１から回動部７６に運動が伝達されない第２モードＭｂとの間で切り替わるように動作させる切り替え機構部８５とを含む。

このように構成された、この発明の実施の形態における工作機械１００によれば、簡易な構成で、自動工具交換時に工具の向きを第１工具ホルダ６１Ｓおよび第２工具ホルダ６１Ｔの各工具ホルダ６１における工具の挿入方向に対応した向きに変化させることができる。

なお、本実施の形態では、コロ８３が回動部７６に接続され、カム８１がベース部７１の直線運動時におけるコロ８３の経路上に配置される構成について説明したが、本発明は、カムが回動部に接続され、コロがベース部の直線運動時におけるカムの経路上に配置される構成であってもよい。また、カム機構部８０の第２モードＭｂにおいて、カム８１をベース部７１の直線運動時におけるコロ８３の経路上から退避させる方向は、特に限定されず、たとえば、Ｘ軸方向（上下方向）であってもよい。切り替え機構部８５を構成するアクチュエータは、シリンダ８６に限られず、たとえば、モータであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、自動工具交換機能が備わった刃物台を備える工作機械に適用される。

１０ マガジン、１１ ベッド、１２，１３ 柱部材、１４ 支持フレーム、２１ 主軸台、３１ 自動工具交換装置、３２ アーム部、３３ 把持部、３４ 第２軸部、５１ 刃物台、５２ タレット、５６ 刃物台ベース、５７ サドル、６１ 工具ホルダ、６１Ｓ 第１工具ホルダ、６１Ｔ 第２工具ホルダ、７１ ベース部、７２ 第１基台、７３ 第２基台、７６ 回動部、７７ 第１軸部、７８ 連結部、８０ カム機構部、８１ カム、８２ カム面、８３，８３Ａ，８３Ｂ コロ、８４ コロ取り付け板、８５ 切り替え機構部、８６，９１ シリンダ、８７，９４ ピストンロッド、９０ ロック機構部、９２ 作動部、９３，９３ｐ，９３ｑ 突出部、９６ ロック板、９７ 窪み部、１００ 工作機械、１０１，１０７ 回転中心軸、１０２，１０３，１０４ 旋回中心軸、１０６ 回動中心軸、１０９ 中心線、１１０ 搬送装置、１１１ 支持プレート、１１２ 工具ポット、１４１ アンクランプシリンダ、２１０，２１１ 中心軸、Ｊ マガジン側工具交換位置、Ｋ 刃物台側工具交換位置、Ｍａ 第１モード、Ｍｂ 第２モード、Ｐａ 第１姿勢、Ｐｂ 第２姿勢、Ｗ ワーク加工位置。

Claims (5)

1. 旋回中心軸を中心に旋回可能な刃物台と、
   前記刃物台に装着され、工具が前記旋回中心軸の軸方向に挿入され、工具を着脱可能に保持する第１工具保持部と、
   前記刃物台に装着され、工具が前記旋回中心軸の半径方向に挿入され、工具を着脱可能に保持する第２工具保持部と、
   前記第１工具保持部および前記第２工具保持部に保持される工具を交換するための自動工具交換装置とを備え、
   前記自動工具交換装置は、
   工具を把持可能な把持部と、
   前記把持部が接続される回動部と、
   前記回動部を回転可能に支持し、直線運動することによって、前記把持部を、前記第１工具保持部および前記第２工具保持部に保持される工具を交換する第１位置と、前記第１位置よりも前記刃物台から退避した第２位置との間で移動させるベース部と、
   前記ベース部の直線運動を回転運動として前記回動部に伝達することにより、前記回動部を回動させ、前記把持部の姿勢を、前記第１工具保持部に保持された工具を把持可能な第１姿勢と、前記第２工具保持部に保持された工具を把持可能な第２姿勢との間で変化させるカム機構部と、
   前記カム機構部を、前記ベース部から前記回動部に運動が伝達される第１モードと、前記ベース部から前記回動部に運動が伝達されない第２モードとの間で切り替わるように動作させる切り替え機構部とを含む、工作機械。
2. 前記カム機構部は、
   カム面を有するカムと、
   前記ベース部の直線運動時に、前記カム面と接触しながら回転するコロとを有し、
   前記カムおよび前記コロのいずれか一方の一方部材は、前記回動部に設けられる、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記切り替え機構部は、前記一方部材に対して、前記カムおよび前記コロのいずれか他方の他方部材を出退させるシリンダを有し、
   前記シリンダは、前記第１モードにおいて、前記他方部材を、前記ベース部の直線運動時における前記一方部材の経路上の第３位置に移動させ、前記第２モードにおいて、前記他方部材を、前記ベース部の直線運動時における経路から離間する第４位置に移動させる、請求項２に記載の工作機械。
4. 前記自動工具交換装置は、前記回動部を、前記把持部が前記第１姿勢および前記第２姿勢の各姿勢となる位置に保持可能なロック機構部をさらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械。
5. 複数の工具を格納するマガジンをさらに備え、
   前記自動工具交換装置は、前記刃物台および前記マガジンの間で工具を搬送し、
   前記マガジンは、工具が前記旋回中心軸の軸方向または半径方向に挿入され、工具を着脱可能に保持する複数の第３工具保持部を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の工作機械。

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