JP2011230265A - 立形マシニングセンタ - Google Patents

Abstract

【課題】従来以上に機体をコンパクトにすることが可能な立形マシニングセンタを提供する。
【解決手段】本発明に係るマシニングセンタ１は、水平面内の正面視左右方向であるＸ方向に移動可能にベッド１０上に配置されるテーブル２０と、ベッド１０上に立設された２つのコラム３０上において水平面内の正面視前後方向であるＹ方向に設けられる２列の水平ガイドレール３２と、２列の水平ガイドレール３２を介してＹ方向に移動可能に配置される第１サドル４０と、第１サドル４０の前部において２列の水平ガイドレール３２よりも狭い間隔で垂直方向であるＺ方向に設けられる２列の垂直ガイドレール４２と、２列の垂直ガイドレール４２を介してＺ方向に移動可能に配置される第２サドル５０と、下方にオフセットした状態で第２サドル５０に固定配置される主軸頭６０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具が取付けられる主軸が垂直方向に配置された立形マシニングセンタに関する。

従来、主軸に取付けられた工具と被加工物であるワークをＸ、Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ相対移動させて機械加工を行うマシニングセンタは、各種物品の製造において広く使用されている。このマシニングセンタは、主軸を垂直方向に配置する立形マシニングセンタと、主軸を水平方向に配置する横形マシニングセンタの２種類に大別されており、それぞれの特徴に応じて使用されている。

このうち、立形マシニングセンタとしては、ワークが載置されるテーブルが正面視前後方向（Ｙ方向）に移動する（手前側と奥側の間を移動する）と共に、主軸を回転支持する主軸頭が正面視左右方向（Ｘ方向）および垂直方向（Ｚ方向）に移動するように構成されたものが一般的に使用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−８７９６４号公報

近年、各種製造業においては、工場内のスペース効率を高めて生産性を向上させるために、マシニングセンタを始めとする各種工作機械のコンパクト化への要望が強くなってきている。特に、複数の工作機械からなる加工ラインを構築する場合、各工作機械の正面を一方向に揃えた状態でＸ方向に並べて配置することが多いため、工作機械のＸ方向寸法を小さくすることが望まれている。

しかしながら、上記特許文献１に記載された立形マシニングセンタでは、主軸頭をＺ方向に移動させる機構を備えた大型のサドルをＸ方向に移動させる構成となっているため、Ｘ方向寸法を小さくすることが難しいという問題があった。また、自動工具交換装置を追加することにより、さらにＸ方向寸法が大きくなってしまう可能性があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、従来以上に機体をコンパクトにすることが可能な立形マシニングセンタを提供しようとするものである。

（１）本発明は、水平面内の正面視左右方向であるＸ方向に移動可能にベッド上に配置されるテーブルと、前記ベッド上に立設された２つのコラム上において水平面内の正面視前後方向であるＹ方向に設けられる２列の水平ガイドレールと、前記２列の水平ガイドレールを介して前記Ｙ方向に移動可能に配置される第１サドルと、前記第１サドルの前部において前記２列の水平ガイドレールよりも狭い間隔で垂直方向であるＺ方向に設けられる２列の垂直ガイドレールと、前記２列の垂直ガイドレールを介して前記Ｚ方向に移動可能に配置される第２サドルと、下方にオフセットした状態で前記第２サドルに固定配置される主軸頭と、を備えることを特徴とする、立形マシニングセンタである。

（２）本発明はまた、前記２つのコラムの間に配置される工具マガジンをさらに備え、前記主軸頭が前記工具マガジンまで移動して工具を交換することを特徴とする、上記（１）に記載の立形マシニングセンタである。

（３）本発明はまた、前記工具マガジンは、環状に配列された複数の工具ホルダと、前記複数の工具ホルダを列に沿って移動させる移動機構と、を備え、前記複数の工具ホルダの間には、加工中の前記主軸頭と干渉しないように工具ホルダの間隔を広げた退避領域が部分的に設けられることを特徴とする、上記（２）に記載の立形マシニングセンタである。

（４）本発明はまた、前記退避領域には、前記工具ホルダと共に移動する防護カバーが設けられることを特徴とする、上記（３）に記載の立形マシニングセンタである。

（５）本発明はまた、前記工具マガジンの少なくとも一部を工具と共に内部に収容する防護ボックスと、前記防護ボックス内に気体を導入して前記防護ボックス内を正圧に保持する気体導入装置と、をさらに備えることを特徴とする、上記（２）乃至（４）のいずれかに記載の立形マシニングセンタである。

本発明に係る立形マシニングセンタによれば、従来以上に機体をコンパクトにすることが可能という優れた効果を奏し得る。

本発明の実施の形態に係る立形マシニングセンタの正面図である。 立形マシニングセンタの側面図である。 主軸頭のＺ方向のストロークを示した図である。 主軸頭のＹ方向のストロークを示した図である。 （ａ）工具マガジンおよび防護ボックスを示した平面図である。（ｂ）防護ボックスを示した斜視図である。 （ａ）および（ｂ）工具ホルダを示した図である。 （ａ）〜（ｃ）工具の交換手順を示した図である。 搬送装置の正面図である。 （ａ）図８のＢ方向矢視図である。（ｂ）図８のＣ方向矢視図である。 アンローダのアーム部の揺動の様子を示した図である。 加工ラインにおける前工程の搬送装置と後工程の搬送装置の間のワークの受け渡しを示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る立形マシニングセンタ１の正面図であり、図２は、立形マシニングセンタ１の側面図である。なお、以下の説明では、正面視左右方向をＸ方向、正面視前後方向をＹ方向、垂直方向をＺ方向とする。

これらの図に示されるように、立形マシニングセンタ１は、ベッド１０と、ベッド１０上の前方（正面側）に配置されるテーブル２０と、ベッド１０上のテーブル２０後方（背面側）に立設される２つのコラム３０と、２つのコラム３０上に配置される第１サドル４０と、第１サドル４０の前方に配置される第２サドル５０と、第２サドル５０に下方にオフセットした状態で固定配置される主軸頭６０と、主軸頭６０の後方の２つのコラム３０の間に配置される工具マガジン７０と、工具マガジン７０の周囲を覆う防護ボックス８０と、を有して構成されている。また、立形マシニングセンタ１には、機体の略全体を覆うカバー９０が設けられている。

また、本実施形態の立形マシニングセンタ１は、ベッド１０の正面にワークの搬送装置１００を備えている。この搬送装置１００は、立形マシニングセンタ１に対して被加工物であるワークの供給および搬出を行うためのものであり、外部から立形マシニングセンタ１にワークを供給するためのローダ１１０と、立形マシニングセンタ１から外部にワークを搬出するためのアンローダ１２０と、を有して構成されている。ローダ１１０およびアンローダ１２０は、それぞれＸ方向に往復移動可能、且つ先端が立形マシニングセンタ１に向けて揺動可能に構成されている。搬送装置１００の詳細については、後述する。

ベッド１０は、立形マシニングセンタの基台となる部分であり、Ｘ方向よりもＹ方向が長い直方体状に構成されている。ベッド１０の内部には、使用後のクーラント（切削油剤）や切屑を溜めるクーラントスペース１２や、切屑の排出装置（図示省略）等が設けられている。また、ベッド１０上面の前端部には、クーラントや切屑の飛散を防止するための固定カバー１４が立設されている。

テーブル２０は、加工するワークを載置してＸ方向に往復移動するものである。テーブル２０の下部には、モータ、ボールねじおよびリニアガイドからなる直動機構を備えたテーブル移動装置２２が設けられている。なお、テーブル移動装置２２は、例えばリニアモータ等、その他の既知の直動機構を備えるものであってもよい。

図示は省略するが、テーブル２０上には、必要に応じてＸ方向またはＺ方向を中心軸として回転する回転テーブルが配置される。テーブル２０上に回転テーブルを追加することにより、加工のバリエーションを増やすことができる。

２つのコラム３０は、ベッド１０上面の正面視左右端部にそれぞれ立設されており、Ｘ方向よりもＹ方向に長い形状となっている。２つのコラム３０の上面には、それぞれＹ方向に水平ガイドレール３２が設けられている。すなわち、２つのコラム３０の上面には、２列の平行な水平ガイドレール３２がＹ方向に沿って設けられている。

なお、図示は省略しているが、本実施形態の２つのコラム３０は後方において接続されており、平面視がＵ字形状の一体型となっている。従って、本発明における２つのコラムは、完全に分離したものに限定されるのではなく、部分的に一体となったものも含まれる概念である。

第１サドル４０は、２つのコラム３０上に跨るように配置されている。第１サドル４０は、図示を省略したスライダを介して２列の水平ガイドレール３２に接続されており、２列の水平ガイドレール３２に案内されてＹ方向にスライド移動可能となっている。第１サドル４０の後方には、モータ４４によって駆動されるボールねじ機構４６が配置されており、このボールねじ機構４６を介してモータ４４に駆動されることにより、第１サドル４０は２列の水平ガイドレール３２に沿ってＹ方向に往復移動する。

第１サドル４０の前部は上方に突出する略門型形状となっており、正面には２列の垂直ガイドレール４２がＺ方向に沿って平行に設けられている。この２列の垂直ガイドレール４２は、正面から見て２列の水平ガイドレール３２の内側に配置されている。すなわち、本実施形態では、２列の垂直ガイドレール４２の間隔を２列の水平ガイドレール３２の間隔よりも狭くしている。

第２サドル５０は、図示を省略したスライダを介して２列の垂直ガイドレール４２に接続されており、２列の垂直ガイドレール４２に案内されてＺ方向にスライド移動可能となっている。第２サドル５０の後方には、モータ５４によって駆動されるボールねじ機構５６が配置されており、このボールねじ機構５６を介してモータ５４に駆動されることにより、第２サドル５０は２列の垂直ガイドレール４２に沿ってＺ方向に往復移動する。

主軸頭６０は、Ｚ方向に配置された主軸６２を回転支持すると共に主軸６２を駆動するモータを内蔵している。主軸頭６０は、下方に大きくオフセットした状態で第２サドル５０に固定配置されており、第２サドル５０と共にＺ方向に往復移動する。また、主軸頭６０は、第１サドル４０と共にＹ方向に往復移動する。

本実施形態では、このように、主軸頭６０をＹ方向およびＺ方向に移動させると共にテーブル２０をＸ方向に移動させるように構成することで、立形マシニングセンタ１の機体のＸ方向の寸法を従来以上に小さくすることを可能としている。すなわち、加工精度を高めるためには大型化して剛性を高める必要のある第１サドル４０、第２サドル５０および主軸頭６０をＸ方向に移動させるのではなく、比較的軽量且つコンパクトに構成しやすいテーブル２０をＸ方向に移動させるようにすることで、Ｘ方向寸法を小さくすることが可能となっている。

また、２つのコラム３０をテーブル２０の後方に配置すると共に第２サドル５０を第１サドル４０の前部に配置することで、２つのコラム３０のＸ方向の間隔を短くすることができるため、さらに機体のＸ方向寸法を小さくすることが可能となっている。

また、本実施形態では、機体長さが比較的長いＹ方向に、質量（重量）の大きい第１サドル４０、第２サドル５０および主軸頭６０を移動させ、機体長さが短いＸ方向に、軽量なテーブル２０を移動させるようにすることで、機体のＸ方向寸法を小さくしながらも各部が安定して動作するようにしている。

主軸６２の先端（下端）には工具クランプ装置６４が設けられており、工具６６はこの工具クランプ装置６４によって主軸６２に保持され、主軸６２と共に回転する。また、主軸頭６０の上部には、主軸の回転数を検出するエンコーダ６８が配置される。

工具マガジン７０は、複数の交換用の工具６６を保持するものであり、本実施形態では、交換用の工具６６を円周上に配置したドラム７４をモータ７２によって回転させるドラム式を採用している。防護ボックス８０は、直方体状の箱体であり、交換用の工具６６と共に工具マガジン７０の一部を略密閉状態で内部に収容している。防護ボックス８０には、ダクト８２を介して気体導入装置８４が接続されている。

本実施形態では、工具マガジン７０および防護ボックス８０を２つのコラム３０の間に配置することで、機体寸法を大きくすることなく工具マガジン７０を備えることを可能としている。また、主軸頭６０のＹ方向の移動経路上に工具マガジン７０を配置することにより、工具交換用のアームを設けることなく主軸頭６０の移動によって工具６６を交換することができるため、機体をコンパクトに構成すると共に工具交換を迅速に行うことが可能となる。

気体導入装置８４は、空気等の気体を防護ボックス８０内に導入し、防護ボックス８０内を正圧、すなわち周囲の大気よりも高い圧力に保持するものである。本実施形態では、気体導入装置８４としてカバー９０の上部にブロワを配置し、カバー９０の外部の空気を防護ボックス８０内に導入するようにしている。なお、気体導入装置８４としてファンやコンプレッサを使用するようにしてもよいし、工場内のエア配管を気体導入装置８４としてダクト８２に接続するようにしてもよい。

カバー９０は、立形マシニングセンタ１の機体および搬送装置１００を覆うように構成されている。また、本実施形態では、主軸頭６０と搬送装置１００の間にシャッタ９２を設け、加工中に飛散したクーラントや切屑が搬送装置１００に付着するのを防止している。このシャッタ９２は、固定カバー１４の上方において上下方向にスライドして開閉可能に構成されており、ワークの加工中には下方に閉じた状態となり、搬送装置１００によるテーブル２０へのワークの供給、およびテーブル２０からのワークの搬出を行う場合には上方に開いた状態となる。

カバー９０の正面には、操作盤９４が配置されている。また、カバー９０の後部は、制御盤や電源装置と共にエア系統や油圧系統のバルブスタンドを収容した制御盤ユニット９６から構成されている。本実施形態では、制御盤ユニット９６の下部にローラ９８を設けることにより、メンテナンス時等において制御盤ユニット９６を容易に移動させられるようにしている。

図３は、主軸頭６０のＺ方向のストロークを示した図であり、図４は、主軸頭６０のＹ方向のストロークを示した図である。本実施形態では、２列の垂直ガイドレール４２の間隔を２列の水平ガイドレール３２よりも狭くすることにより、第２サドル５０が下方に移動した場合に２列の水平ガイドレール３２の間に入り込むことを可能としている。また、主軸頭６０を第２サドル５０に対して下方にオフセットすることにより、第２サドル５０と共に主軸頭６０が下方に移動した場合に、２つのコラム３０の間に入り込むことを可能としている。

このようにすることで、２つのコラム３０に対する主軸頭６０のＹ方向のオーバーハングの低減と、主軸頭６０のＺ方向のストロークの増大とを両立させることができる。すなわち、第１サドル４０の前方に第２サドル５０および主軸頭６０を設けた場合、Ｚ方向のストロークを大きくするためには第２サドル５０および主軸頭６０をＹ方向にオーバーハングさせる必要があるところ、２列の垂直ガイドレール４２の間隔を２列の水平ガイドレール３２よりも狭くすると共に主軸頭６０を第２サドル５０に対して下方にオフセットすることにより、加工精度に大きく影響する主軸頭６０のＹ方向のオーバーハングを少なくすることが可能となっている。

また、主軸頭６０を第２サドル５０に対して下方にオフセットすることにより、２列の垂直ガイドレール４２を下方に伸ばして第２サドル５０を２つのコラム３０の間に入り込ませる必要がなくなるため、２つのコラム３０の間隔を広げることなく、主軸頭６０のＹ方向のストロークを大きくすることができる。さらに、移動する第１サドル４０および第２サドル５０と干渉しないスペースが２つのコラム３０の間に生じるため、このスペースに工具マガジン７０を配置することができる。これにより、機体寸法を大きくすることなく、自動工具交換が可能となる。

なお、主軸頭６０の下方へのオフセットは、重力が加工反力に対抗する方向に作用するため、Ｘ方向やＹ方向のオーバーハングよりも加工精度に対する影響が少ないものとなっている。従って、本実施形態の立形マシニングセンタ１では、機体寸法、特にＸ方向寸法を小さく構成しながらも、必要な加工精度を維持することが可能となっている。

図５（ａ）は、工具マガジン７０および防護ボックス８０を示した平面図であり、同図（ｂ）は、防護ボックス８０を示した斜視図である。なお、同図（ａ）では、防護ボックス８０を断面にして示している。

上述のように、工具マガジン７０は、ドラム７４をモータ７２で回転させるように構成されている。そして、回転するドラム７４の外周部分には、工具６６を保持する複数（本実施形態では、１２個）の工具ホルダ７６がボルト７７で固定されている。これらの工具ホルダ７６は、円周ＣＡ上に沿って環状に配列されており、ドラム７４の回転に伴って円周ＣＡ上に沿って移動する。また、工具ホルダ７６に保持された工具６６も、ドラム７４の回転に伴って円周ＣＡ上にそって移動する。

また、円周ＣＡ上には、工具ホルダ７６の間隔を部分的に広げることにより、退避領域７８が形成されている。この退避領域７８は、同図（ａ）に示されるように、加工中に前方（主軸頭６０側）に位置させることにより、主軸頭６０との干渉（接触）を防ぐためのものである。

本実施形態では、退避領域７８を設けることにより、主軸頭６０のＹ方向のストロークを減らすことなく、工具マガジン７０を主軸頭６０に近づけて配置することを可能としている。このようにすることで、機体をコンパクトに構成すると共に、工具交換を迅速に行うことができる。

防護ボックス８０は、同図（ｂ）に示されるように、直方体状の箱体であり、前部には主軸頭６０との干渉を回避すると共に、工具６６を交換するための開口８６が設けられている。開口８６の上部および下部は台形状に切り欠かれており、開口８６は、台形状に窪んだ開口となっている。

工具マガジン７０の退避領域７８には、この開口８６に合わせたコの字形状の防護カバー７９がドラム７４に固定されて配置されている。この防護カバー７９は、ドラム７４と共に回転し、退避領域７８が前方に位置している場合は、防護ボックス８０の開口８６を略密閉状態で塞ぐように構成されている。これにより、切屑やクーラント、塵埃等が防護ボックス８０内に進入して工具６６や工具ホルダ７６に付着し、トラブルが生じるのを防止することができる。

さらに、本実施形態では、気体導入装置８４によってダクト８２から防護ボックス８０内に空気を導入することにより、防護ボックス８０内を正圧に保持するようにしている。このようにすることで、防護ボックス８０内に切屑やクーラント、塵埃等が進入するのをより確実に防止することができる。

図６（ａ）および（ｂ）は、工具ホルダ７６を示した図である。なお、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図となっている。これらの図に示されるように、工具ホルダ７６は、ブロック状の支持部材７６ａと、帯状の板材を支持部材７６ａの外周に沿うようにコの字形状に曲折した付勢部材７６ｂと、から構成されている。

支持部材７６ａの一端面には、工具６６の外周面の一部が嵌まり込む凹部７６ａ１が形成され、この凹部７６ａ１内には、工具６６の外周面に形成された溝部６６ａと係合する凸部７６ａ２が形成されている。付勢部材７６ｂは、２つの先端部が凹部７６ａ１側に突出するようにボルト等によって支持部材７６ａに固定される。付勢部材７６ｂの２つの先端部には、内側に向けて一旦曲折した後に円弧状に外側に向けて曲折した形状の円弧状部７６ｂ１が形成されている。

工具６６は、付勢部材７６ｂを押し広げるように弾性変形させて凹部７６ａ１内に嵌め込むことにより、工具ホルダ７６に保持される。具体的には、付勢部材７６ｂの弾性変形の復元力により円弧状部７６ｂ１に押圧され、工具６６は凹部７６ａ１に向けて付勢される。そして、この付勢力によって溝部６６ａと凸部７６ａ２が係合した状態を維持することにより、工具６６は工具ホルダ７６に保持される。

本実施形態では、このように板バネ状の付勢部材７６ｂを設けることにより、工具ホルダ７６の円周ＣＡ方向の寸法を小さくすることを可能としている。これにより、退避領域７８を設けながらも、工具マガジン７０が保持可能な工具６６の個数を減少させないようにしている。

図７（ａ）〜（ｃ）は、工具６６の交換手順を示した図である。同図（ａ）に示されるように、加工中、工具マガジン７０は退避領域７８が前方に位置した状態で待機している。工具６６を交換する場合は、まず同図（ｂ）に示されるように、ドラム７４を回転させて、空の工具ホルダ７６ａを前方の交換位置７０ａに位置させる。なお、本実施形態では、工具ホルダ７６の位置決めをサーボモータであるモータ７２の回転制御により行っている。

次に、主軸頭６０をＺ方向に移動させて主軸６２に固定している工具６６の高さを工具ホルダ７６の高さに合わせた後に、主軸頭６０を後方の交換位置７０ａに向けてＹ方向に移動させ、主軸６２に固定している工具６６を交換位置７０ａにある空の工具ホルダ７６ａに嵌め込む。そして、工具クランプ装置６４によるクランプを解除した後に、主軸頭６０を上方に向けてＺ方向に移動させることにより、主軸６２に固定されていた工具６６は主軸６２から外れて工具ホルダ７６ａに保持されることとなる。

次に、ドラム７４を回転させて次に使用する工具６６が保持された工具ホルダ７６ｂを交換位置７０ａに位置させた後に、主軸頭６０を下方に向けてＺ方向に移動させ、工具ホルダ７６ｂに保持されている工具６６を工具クランプ装置６４によってクランプする。そして、主軸頭６０を前方に向けてＹ方向に移動させ、工具ホルダ７６ｂから次に使用する工具６６を取り外す。次に使用する工具６６を取り外した後は、ドラム７４を回転させて退避領域７８を再度前方に位置させる。以上の手順により、工具６６は交換される。

次に、搬送装置１００の詳細について説明する。

図８は、搬送装置１００の正面図である。また、図９（ａ）は、図８のＢ方向矢視図であり、図９（ｂ）は、図８のＣ方向矢視図である。

上述のように、搬送装置１００は、立形マシニングセンタ１のテーブル２０にワークを供給するローダ１１０と、立形マシニングセンタ１のテーブル２０からワークを搬出するアンローダ１２０と、を備えている。これらのローダ１１０およびアンローダ１２０は、ベッド１０の正面にＸ方向に沿って配置された２列の搬送用ガイドレール１０２に沿ってそれぞれＸ方向に往復移動可能に配置されている。

本実施形態では、ローダ１１０およびアンローダ１２０を同一の搬送用ガイドレール１０２に沿って直列に配置することにより、搬送装置１００をコンパクトに構成することを可能としている。なお、本実施形態では、ローダ１１０を正面視左側に配置し、アンローダ１２０を正面視右側に配置しているが、逆に配置するようにしてもよい。

ローダ１１０は、Ｚ方向を長手方向として配置される略長方形の板状のベース部材１１２と、ベース部材１１２に固定され、Ｚ方向に直線運動を行う直動装置１１４と、直動装置１１４の直線運動を揺動に変換する変換装置１１６と、変換装置１１６に接続されて揺動するアーム部１１８と、アーム部１１８の先端に設けられ、ワークを把持するハンド部１３０と、を備えている。

ベース部材１１２は、２つのスライダ１１２ａを介して２列の搬送用ガイドレール１０２に接続されており、２列の搬送用ガイドレール１０２に沿ってＸ方向に往復移動する。直動装置１１４は、モータ１１４ａの駆動によってスライダ１１４ｂをＺ方向に直線運動させる装置であり、図示を省略したボールねじ機構およびリニアガイドを備えて構成されている。直動装置１１４は、ベース部材１１２の一方の面（本実施形態では、正面視左側の面）に固定されている。また、スライダ１１４ｂには、アーム部１１８に接続される略Ｌ字形の板状の連結部材１１４ｃが固定されている。

変換装置１１６は、連結部材１１４ｃとアーム部１１８の基端部を揺動可能に接続する揺動軸１１６ａと、ガイド溝１１６ｂが形成されたガイド板１１６ｃと、ガイド溝１１６ｂ内に収容されて案内されるカムフォロワ１１６ｄと、から構成されている。ガイド板１１６ｃは、ベース部材１１２の直動装置１１４が固定される面に固定されており、ベース部材１１２と連結部材１１４ｃの間に挟まれるように配置されている。

ガイド溝１１６ｂは、ガイド板１１６ｃの上端部において直動装置１１４の直線運動方向と平行、すなわちＺ方向に形成された第１平行部１１６ｂ１と、第１平行部１１６ｂ１から下方に向けて漸次立形マシニングセンタ１に近づくようにＺ方向に対して傾斜して形成された斜行部１１６ｂ２と、斜行部１１６ｂ２から下方に向けてＺ方向に形成された第２平行部１１６ｂ３と、から構成されている。カムフォロワ１１６ｄは、自身の回転軸を揺動軸１１６ａと平行にして、アーム部１１８の基端部における揺動軸１１６ａとは反対側の面に配置されている。

アーム部１１８は、基端部がガイド板１１６ｃと連結部材１１４ｃの間に挟まれるように配置されると共に先端にハンド部１３０が設けられる略棒状の部材である。また、アーム部１１８は、アーム部１１８の長手方向の軸を中心に回動する回動装置１１８ａを備えている。ハンド部１３０の把持方向（ワークを把持する方向）は、この回動装置１１８ａの回動によって変更される。

ハンド部１３０は、エアチャック等によりワークを把持するものであり、把持方向をアーム部１１８の長手方向の軸と略直行する方向にしてアーム部１１８の先端に取り付けられている。なお、ハンド部１３０の構造は、特に限定されるものではなく、ワークの形状や寸法に応じた適宜の構造のものを採用することができる。

アンローダ１２０は、ローダ１１０と略同一の構成であり、本実施形態では、アンローダ１２０に対して対称に構成している。従って、アンローダ１２０は、Ｚ方向を長手方向として配置される長方形板状のベース部材１２２と、ベース部材１２２に固定され、Ｚ方向に直線運動を行う直動装置１２４と、直動装置１２４の直線運動を揺動に変換する変換装置１２６と、変換装置１２６に接続されて揺動するアーム部１２８と、アーム部１２８の先端に設けられ、ワークを把持するハンド部１３０と、を備えている。

ベース部材１２２は、２つのスライダ１２２ａを介して２列の搬送用ガイドレール１０２に接続されており、２列の搬送用ガイドレール１０２に沿ってＸ方向に往復移動する。直動装置１２４は、直動装置１１４と同一の構成で、モータ１２４ａの駆動によってスライダ１２４ｂをＺ方向に直線運動させる装置である。直動装置１２４は、ベース部材１２２の一方の面（本実施形態では、正面視右側の面）に固定されている。そして、スライダ１２４ｂには、アーム部１２８に接続される連結部材１２４ｃが固定されている。

変換装置１２６は、連結部材１２４ｃとアーム部１２８の基端部を揺動可能に接続する揺動軸１２６ａと、ガイド溝１２６ｂが形成されたガイド板１２６ｃと、ガイド溝１２６ｂ内に収容されて案内されるカムフォロワ１２６ｄと、から構成されている。ガイド板１２６ｃは、ベース部材１２２の直動装置１２４と同一の面に固定されており、ベース部材１２２と連結部材１２４ｃの間に挟まれるように配置されている。

ガイド溝１２６ｂは、ガイド溝１１６ｂと同様に、ガイド板１２６ｃの上端部において直動装置１２４の直線運動方向と平行、すなわちＺ方向に形成された第１平行部１２６ｂ１と、第１平行部１２６ｂ１から下方に向けて漸次立形マシニングセンタ１に近づくように、Ｚ方向に対して傾斜して形成された斜行部１２６ｂ２と、斜行部１２６ｂ２から下方に向けてＺ方向に形成された第２平行部１２６ｂ３と、から構成されている。カムフォロワ１２６ｄは、自身の回転軸を揺動軸１２６ａと平行にして、アーム部１２８の基端部における揺動軸１２６ａとは反対側の面に配置されている。

アーム部１２８は、基端部がガイド板１２６ｃと連結部材１２４ｃの間に挟まれるように配置されると共に先端にハンド部１３０が設けられる略棒状の部材である。アーム部１２８は、自身の長手方向の軸を中心に回動する回動装置１２８ａを備えており、この回動装置１１８ａの回動によってハンド部１３０の把持方向が変更される。アンローダ１２０のハンド部１３０は、ローダ１１０と同一のものが使用される。

また、搬送装置１００は、ローダ１１０をＸ方向に往復移動させるローダ駆動装置１４０と、アンローダ１２０をＸ方向に往復移動させるアンローダ駆動装置１５０と、を備えている。

ローダ駆動装置１４０は、２列の搬送用ガイドレール１０２の下方において回転軸をＺ方向にして配置される２つのプーリ１４２と、２つのプーリ１４２に巻きまわされる無端ベルト１４４と、２つのプーリ１４２の一方を回転駆動して無端ベルト１４４を走行させるモータ１４６と、から構成されている。ローダ１１０は、ベース部材１１２がクランプ部材１４８を介して無端ベルト１４４に接続されており、無端ベルト１４４の走行に伴って、搬送用ガイドレール１０２の正面視左端位置および略中間位置の間でＸ方向に往復移動する。モータ１４６はサーボモータまたはステッピングモータであり、回転数制御によりローダ１１０を任意の位置で停止させることが可能となっている。

アンローダ駆動装置１５０は、直動シリンダ（本実施形態では、エアシリンダ）から構成されている。アンローダ１２０は、ベース部材１２２がブラケット１５２を介してアンローダ駆動装置１５０の先端に接続されており、アンローダ駆動装置１５０の伸縮に伴ってＸ方向に往復移動し、搬送用ガイドレール１０２の略中間位置および正面視右端位置の２点で停止可能となっている。従って、テーブル２０からワークを搬出する場合のＸ方向の位置決めは、テーブル２０を移動させて調節する。また、ワークをアンローダ１２０から外部に受け渡す場合のＸ方向の位置決めは、受け渡す相手を移動させて調節する。

本実施形態では、ローダ駆動装置１４０をモータ駆動方式とし、アンローダ駆動装置１５０を直動シリンダ駆動方式とすることで、搬送装置１００をコンパクトに構成すると共にコストを削減することを可能としている。なお、ローダ駆動装置１４０を直動シリンダ駆動方式とし、アンローダ駆動装置１５０をモータ駆動方式とするようにしてもよい。

図１０は、アンローダ１２０のアーム部１２８の揺動の様子を示した図である。同図に示されるように、直動装置１２４のスライダ１２４ｂを上方から下方に移動させると、アーム部１１８は揺動軸１２６ａに引かれて垂直下方（Ｚ方向）に移動する。このとき、カムフォロワ１２６ｄはガイド溝１２６ｂに案内されて、第１平行部１２６ｂ１、斜行部１２６ｂ２、第２平行部１２６ｂ３の順に移動する。このガイド溝１２６ｂに沿ったカムフォロワ１２６ｄの移動に伴って揺動軸１２６ａとカムフォロワ１２６ｄの相対的な位置関係が変化することによってアーム部１２８は立形マシニングセンタ１に向けて揺動する。

これにより、アーム部１２８は、自身の先端を上方に向けた直立状態から、自身の先端を立形マシニングセンタ１に向けた傾倒状態となる。また、直動装置１２４のスライダ１２４ｂを下方から上方に移動させた場合には、アーム部１２８は傾倒状態から直立状態になる。アンローダ１２０は、このようにしてアーム部１２０が傾倒状態となることで、テーブル２０上のワークを把持してテーブル２０から搬出する。このとき、ハンド部１３０は、ワークを把持するのに適した方向に向けられている。

本実施形態では、ガイド溝１２６ｂの第２平行部１２６ｂ３を揺動軸１２６ａの移動経路と平行に（すなわち、Ｚ方向に）設けることにより、カムフォロワ１２６ｄが第２平行部１２６ｂ３に位置している場合に、直動装置１２４のスライダ１２４ｂの位置を調整することで、アーム部１２８の傾き角が一定のまま、傾倒状態におけるハンド部１３０の高さを適宜に設定することが可能となっている。なお、カムフォロワ１２６ｄが斜行部１２６ｂ２に位置している場合に直動装置１２４のスライダ１２４ｂの位置を調整すれば、アーム部１２８の傾き角を調整することができる。

ローダ１１０のアーム部１１８も同様に、自身の先端を上方に向けた直立状態と、自身の先端を立形マシニングセンタ１に向けた傾倒状態との間を揺動する。ローダ１１０は、ハンド部１３０を適宜の方向に向けてアーム部１１８が傾倒状態となることにより、ワークをテーブル２０上に載置する。

本実施形態では、ローダ１１０およびアンローダ１２０において、直動装置１１４、１２４と変換装置１１６、１２６の組合せによってアーム部１１８、１２８を揺動させるように構成することで、ローダ１１０およびアンローダ１２０をコンパクトに構成することを可能としている。また、ベース部材１１２、１２２および連結部材１１４ｃ、１２４ｃを板状の部材から構成すると共に、直動装置１１４、１２４、ガイド板１１６ｃ、１２６ｃおよびアーム部材１１８、１２８をベース部材１１２、１２２および連結部材１１４ｃ、１２４ｃの間に挟むように配置することで、ローダ１１０およびアンローダ１２０のＸ方向寸法を小さくすることを可能としている。

これにより、本実施形態では、Ｘ方向の十分な移動量を確保しつつ、ワークの供給用のローダ１１０と、ワークの搬出用のアンローダ１２０とを同一の搬送用ガイドレール１０２に沿って直列に配置することが可能となっている。

図１１は、加工ラインにおける前工程の搬送装置１００と後工程の搬送装置１００の間のワーク２００の受け渡しを示した図である。上述のように、ローダ１１０は、搬送用ガイドレール１０２の正面視左端位置まで移動可能であり、アンローダ１２０は、搬送用ガイドレール１０２の正面視右端位置まで移動可能となっている。また、同図に示されるように、ローダ１１０のハンド部１３０は、回動装置１１８ａによって把持方向を正面視左方向にすることが可能であり、アンローダ１２０のハンド部１３０は、回動装置１２８ａによって把持方向を正面視右方向にすることが可能となっている。

従って、本実施形態では、同図に示されるように、前工程の搬送装置１００のアンローダ１２０と後工程の搬送装置１００のローダ１１０との間で直接ワーク２００の受け渡しができるようになっている。これにより、２つの搬送装置１００の間に中継装置等を配置する必要がないため、加工ラインをコンパクトに短く構成することができる。また、１つの搬送装置１００内でローダ１１０による前工程からのワーク２００の受け取りと、アンローダ１２０による後工程へのワーク２００の引き渡しを同時に行うことができるため、非常に短いサイクルタイムでワーク２００の搬送を行うことができる。

なお、図示は省略するが、搬送装置１００によるワーク２００の搬送は、以下のようになる。まず、ローダ１１０が正面視左端位置において前工程のアンローダ１２０から差し出されたワーク２００をハンド部１３０で把持して受け取る。次に、ローダ１１０は、ハンド部１３０の把持方向を所定の方向に変更しつつ、搬送用ガイドレール１０２に沿って略中間位置まで移動する。そして、アーム部１１８を傾倒状態とした後にハンド部１３０による把持を解除し、ワーク２００をテーブル２０上に載置する。その後、ローダ１１０は、アーム部１１８を直立状態とした後にハンド部１３０の把持方向を受け取り方向（本実施形態では、正面視左方向）に変更しつつ、再度正面視左端位置まで移動して待機する。

ワーク２００の加工が完了したら、アンローダ１２０がハンド部１３０の把持方向を所定の方向に変更しつつ、正面視右端位置の待機位置から搬送用ガイドレール１０２に沿って略中間位置まで移動する。そして、アーム部１２８を傾倒状態とし、加工が完了したワーク２００をハンド部１３０で把持する。次に、アンローダ１２０は、アーム部１２８を直立状態とした後に、ハンド部１３０の把持方向を引き渡し方向（本実施形態では、正面視右方向）に変更しつつ、再度正面視右端位置まで移動して後工程のローダ１１０に向けてワーク２００を差し出す。そして、後工程のローダ１１０がワーク２００を把持したら、ハンド部１３０による把持を解除してワーク２００を引き渡す。

なお、ワーク２００の受け渡しは、カバー９０の所定の位置に設けられた孔（図示省略）を介して行われる。また、ワーク２００の受け渡しは、ローダ１１０のアーム部１１８およびアンローダ１２０のアーム部１２８を直立状態にして行ってもよいし、傾倒状態にして行ってもよい。また、搬送装置１００同士の間だけでなく、その他の搬送装置と搬送装置１００の間でワークの受け渡しを行ってもよいことはいうまでもない。

また、本実施形態の搬送装置１００では、ローダ１１０およびアンローダ１２０を略同一に構成しているため、ワーク２００を搬出するアンローダとしてローダ１１０を機能させたり、ワーク２００を供給するローダとしてアンローダ１２０を機能させたりすることが可能となっている。すなわち、ワーク２００の搬送方向が一方向に限定されないようになっている。

なお、アーム部１１８、１２８を揺動させる機構は、本実施形態において示した機構に限定されるものではなく、その他の既知の機構を採用してもよい。また、直動装置１１４、１２４として、例えばリニアモータ等、その他の直動機構を採用するようにしてもよい。また、ガイド溝１１６ｂ、１２６ｂは、円弧や放物線等の曲線を組み合わせて構成されるものであってもよい。

また、ローダ駆動手段１４０のモータによる駆動方式としてボールねじ機構を備えるものを採用してもよい。また、アンローダ駆動手段１５０の直動シリンダとして油圧シリンダを採用してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る立形マシニングセンタ１は、水平面内の正面視左右方向であるＸ方向に移動可能にベッド１０上に配置されるテーブル２０と、ベッド１０上に立設された２つのコラム３０上において水平面内の正面視前後方向であるＹ方向に設けられる２列の水平ガイドレール３２と、２列の水平ガイドレール３２を介してＹ方向に移動可能に配置される第１サドル４０と、第１サドル４０の前部において２列の水平ガイドレール３２よりも狭い間隔で垂直方向であるＺ方向に設けられる２列の垂直ガイドレール４２と、２列の垂直ガイドレール４２を介してＺ方向に移動可能に配置される第２サドル５０と、下方にオフセットした状態で第２サドル５０に固定配置される主軸頭６０と、を備えている。

このような構成とすることで、立形マシニングセンタ１の機体を従来以上にコンパクトに構成し、工場内のスペース効率を向上させることができる。特に、Ｘ方向寸法を小さくすることができるため、複数の工作機械からなる加工ラインを構築する場合にライン長を短くすることができる。

なお、水平ガイドレール３２および垂直ガイドレール４２は、滑り案内面であってもよいし、転がり案内面であってもよい。さらに、静圧案内面や磁気浮上案内面であってもよい。また、モータ４４およびボールねじ機構４６、ならびにモータ５４およびボールねじ機構５６の代わりに、例えばリニアモータ等、その他の直動機構を採用するようにしてもよい。

また、立形マシニングセンタ１は、２つのコラム３０の間に配置される工具マガジン７０をさらに備え、主軸頭６０が工具マガジン７０まで移動して工具６６を交換するようになっている。このようにすることで、機体寸法を大きくすることなく、自動工具交換を可能にすることができる。また、工具マガジン７０を主軸頭６０の近くに配置することが可能となり、工具交換を迅速に行うことができる。

また、工具マガジン７０は、環状に配列された複数の工具ホルダ７６と、複数の工具ホルダ７６を列に沿って移動させる移動機構（モータ７２およびドラム７４）と、を備え、複数の工具ホルダ７６の間には、加工中の主軸頭６０と干渉しないように工具ホルダ７６の間隔を広げた退避領域７８が部分的に設けられている。このようにすることで、主軸頭６０のＹ方向ストロークを短縮することなく、工具マガジン７０を主軸頭６０のさらに近くに配置することが可能となり、機体をよりコンパクトにすると共に工具交換をより迅速に行うことができる。

なお、本実施形態では、ドラム式の工具マガジン７０を採用した例を示したが、工具マガジン７０はこれに限定されるものではなく、例えばチェーン式等、その他の方式のものであってもよい。

また、退避領域７８には、工具ホルダ７６と共に移動する防護カバー７９が設けられている。このようにすることで、工具マガジン７０を主軸頭６０に近づけながらも、加工中に飛散する切屑やクーラント等が工具ホルダ７６や工具ホルダ７６が保持している工具６６に付着することによるトラブルを効果的に防止することができる。なお、本実施形態では、退避領域７８を１箇所に設けた例を示したが、これに限定されるものではなく、複数の退避領域７８を設けるようにしてもよい。

また、立形マシニングセンタ１は、工具マガジン７０の少なくとも一部を工具６６と共に内部に収容する防護ボックス８０と、防護ボックス８０内に気体を導入して防護ボックス８０内を正圧に保持する気体導入装置８４と、をさらに備えている。このようにすることで、切屑やクーラント、塵埃等が工具ホルダ７６や工具ホルダ７６が保持している工具６６に付着するのを確実に防止することができる。なお、防護ボックス８０は、密閉構造のものであってもよいし、部分的に開口や隙間があるものであってもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の立形マシニングセンタは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の立形マシニングセンタは、各種物品の製造の分野において利用することができる。

１ 立形マシニングセンタ
１０ ベッド
２０ テーブル
３０ コラム
３２ 水平ガイドレール
４０ 第１サドル
４２ 垂直ガイドレール
５０ 第２サドル
６０ 主軸頭
６６ 工具
７０ 工具マガジン
７２ モータ
７４ ドラム
７６ 工具ホルダ
７８ 退避領域
７９ 防護カバー
８０ 防護ボックス
８４ 気体導入装置

Claims (5)

1. 水平面内の正面視左右方向であるＸ方向に移動可能にベッド上に配置されるテーブルと、
   前記ベッド上に立設された２つのコラム上において水平面内の正面視前後方向であるＹ方向に設けられる２列の水平ガイドレールと、
   前記２列の水平ガイドレールを介して前記Ｙ方向に移動可能に配置される第１サドルと、
   前記第１サドルの前部において前記２列の水平ガイドレールよりも狭い間隔で垂直方向であるＺ方向に設けられる２列の垂直ガイドレールと、
   前記２列の垂直ガイドレールを介して前記Ｚ方向に移動可能に配置される第２サドルと、
   下方にオフセットした状態で前記第２サドルに固定配置される主軸頭と、を備えることを特徴とする、
   立形マシニングセンタ。
2. 前記２つのコラムの間に配置される工具マガジンをさらに備え、
   前記主軸頭が前記工具マガジンまで移動して工具を交換することを特徴とする、
   請求項１に記載の立形マシニングセンタ。
3. 前記工具マガジンは、環状に配列された複数の工具ホルダと、前記複数の工具ホルダを列に沿って移動させる移動機構と、を備え、
   前記複数の工具ホルダの間には、加工中の前記主軸頭と干渉しないように工具ホルダの間隔を広げた退避領域が部分的に設けられることを特徴とする、
   請求項２に記載の立形マシニングセンタ。
4. 前記退避領域には、前記工具ホルダと共に移動する防護カバーが設けられることを特徴とする、
   請求項３に記載の立形マシニングセンタ。
5. 前記工具マガジンの少なくとも一部を工具と共に内部に収容する防護ボックスと、
   前記防護ボックス内に気体を導入して前記防護ボックス内を正圧に保持する気体導入装置と、をさらに備えることを特徴とする、
   請求項２乃至４のいずれかに記載の立形マシニングセンタ。

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