JP7097220B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に関する。

従来の工作機械として、特許文献１には、鉛直方向に沿って立つ基台に対して回転可能に設けられたＢ軸回転工具部を備えるものが開示されている。Ｂ軸回転工具部は、鉛直方向において互いに間隔を空けて設けられた複数の回転工具を有する。

特許第５７２２６８２号公報

特許文献１に開示された工作機械では、ワークに施す加工に合わせてＢ軸回転工具部の回転工具を交換することは想定されておらず、Ｂ軸回転工具部に対する回転工具の着脱は容易ではない。したがって、Ｂ軸回転工具部により可能な加工の種類は、Ｂ軸回転工具部に予め取り付けられた回転工具の種類に依存し、例えば、穴あけ加工、タップ加工、エンドミル加工等に限られていた。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、多様な加工を簡便に行うことができる工作機械を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る工作機械は、
基台と、
前記基台に対して回転軸線を中心に回転可能に設けられ、前記回転軸線が延びる方向において互いに間隔を空けて位置する複数の工具を保持可能な工具保持部と、
前記工具保持部を前記基台に対して前記回転軸線を中心に回転させることで、ワークに対する前記複数の工具の向きを調整する回転駆動部と、を備え、
前記複数の工具は、前記工具保持部に対して着脱可能なカートリッジ式工具を含み、
前記工具保持部は、前記複数の工具の各々を回転駆動することが可能であり、装着可能な前記カートリッジ式工具の数に応じて設けられる複数の歯車であって、駆動源の作動によって前記カートリッジ式工具とともに回転する複数の歯車を備え、
前記カートリッジ式工具は、工具先端と反対側の端部に第１嵌合部を備え、
前記複数の歯車は、それぞれ、前記第１嵌合部に嵌合する第２嵌合部を備え、
前記工具保持部に装着された前記カートリッジ式工具は、前記工具保持部にねじで固定され、
前記カートリッジ式工具として、第１のカートリッジ式工具と、前記第１のカートリッジ式工具よりも大きい第２のカートリッジ式工具とがあり、
前記第２のカートリッジ式工具を使用する場合には、前記工具保持部に対して同時に装着可能な複数個の前記第１のカートリッジ式工具のうち、少なくとも、隣り合う２つの前記第１のカートリッジ式工具が外された状態の前記工具保持部に前記第２のカートリッジ式工具が装着される。
（２）上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る工作機械は、
基台と、
前記基台に対して回転軸線を中心に回転可能に設けられ、前記回転軸線が延びる方向において互いに間隔を空けて位置する複数の工具を保持可能な工具保持部と、
前記工具保持部を前記基台に対して前記回転軸線を中心に回転させることで、ワークに対する前記複数の工具の向きを調整する回転駆動部と、
工具を回転可能に保持する工具台と、を備え、
前記複数の工具は、前記工具保持部に対して着脱可能なカートリッジ式工具を含み、
前記工具保持部は、前記複数の工具の各々を回転駆動することが可能であり、装着可能な前記カートリッジ式工具の数に応じて設けられる複数の歯車であって、駆動源の作動によって前記カートリッジ式工具とともに回転する複数の歯車を備え、
前記カートリッジ式工具は、工具先端と反対側の端部に第１嵌合部を備え、
前記複数の歯車は、それぞれ、前記第１嵌合部に嵌合する第２嵌合部を備え、
前記工具保持部に装着された前記カートリッジ式工具は、前記工具保持部にねじで固定され、
前記工具保持部に対して着脱可能な前記カートリッジ式工具と同一のものが、前記工具台に対しても着脱可能である。
（３）上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る工作機械は、
基台と、
前記基台に対して回転軸線を中心に回転可能に設けられ、前記回転軸線が延びる方向において互いに間隔を空けて位置する複数の工具を保持可能な工具保持部と、
前記工具保持部を前記基台に対して前記回転軸線を中心に回転させることで、ワークに対する前記複数の工具の向きを調整する回転駆動部と、
前記回転軸線を第１回転軸線とすると、鉛直方向に沿う前記第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にワークを回転可能に保持するワーク保持部と、を備え、
前記複数の工具は、前記工具保持部に対して着脱可能なカートリッジ式工具を含み、
前記工具保持部は、前記複数の工具の各々を回転駆動することが可能であり、装着可能な前記カートリッジ式工具の数に応じて設けられる複数の歯車であって、駆動源の作動によって前記カートリッジ式工具とともに回転する複数の歯車を備え、
前記カートリッジ式工具は、工具先端と反対側の端部に第１嵌合部を備え、
前記複数の歯車は、それぞれ、前記第１嵌合部に嵌合する第２嵌合部を備え、
前記工具保持部に装着された前記カートリッジ式工具は、前記工具保持部にねじで固定され、
前記カートリッジ式工具として、少なくとも、回転工具、ワークを挿通させることができるワーリング加工ユニット、又は増速スピンドルが前記工具保持部に対して着脱可能であり、
前記基台と前記ワーク保持部とは、前記第１回転軸線に沿う方向と、前記第２回転軸線に沿う方向とを含む互いに直交する三軸方向に相対的に移動可能である。

（４）上記（２）の工作機械において、前記カートリッジ式工具として、第１のカートリッジ式工具と、前記第１のカートリッジ式工具よりも大きい第２のカートリッジ式工具とがあり、
前記第２のカートリッジ式工具を使用する場合には、前記工具保持部に対して同時に装着可能な複数個の前記第１のカートリッジ式工具のうち、少なくとも、隣り合う２つの前記第１のカートリッジ式工具が外された状態の前記工具保持部に前記第２のカートリッジ式工具が装着される、ようにしてもよい。
（５）上記（３）の工作機械は、工具を回転可能に保持する工具台を備え、
前記工具保持部に対して着脱可能な前記カートリッジ式工具と同一のものが、前記工具台に対しても着脱可能である、ようにしてもよい。

（６）上記（１）又は（４）の工作機械は、前記回転軸線を第１回転軸線とすると、鉛直方向に沿う前記第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にワークを回転可能に保持するワーク保持部を備え、
前記カートリッジ式工具として、少なくとも、回転工具、ワークを挿通させることができるワーリング加工ユニット、又は増速スピンドルが前記工具保持部に対して着脱可能であり、
前記基台と前記ワーク保持部とは、前記第１回転軸線に沿う方向と、前記第２回転軸線に沿う方向とを含む互いに直交する三軸方向に相対的に移動可能である、ようにしてもよい。

本発明によれば、多様な加工を簡便に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る工作機械の概略正面図である。 Ｙ軸移動部をＺ軸方向から見た図である。 Ｙ軸移動部におけるＢ軸回転工具部及びＢ軸回転機構を説明するための図である。 Ｙ軸移動部におけるＢ軸回転工具部及び工具回転機構を説明するための図である。 ワーリング加工ユニットが装着されたＢ軸回転工具部の部分断面図である。 ワーリング加工ユニットの正面図である。

本発明の一実施形態に係る工作機械について図面を参照して説明する。

図１に示す本実施形態に係る工作機械１は、２つの主軸（後述の第１ワーク保持部１１及び第２ワーク保持部２１）で円柱状のワークＷ（被加工物）の前面及び背面を加工可能な多機能旋盤として構成されている。

以下では、工作機械１の構成の理解を容易にするため、鉛直方向を「Ｙ軸方向」とし、ワークＷの中心線に沿った水平方向を「Ｚ軸方向」とし、Ｙ軸及びＺ軸方向に垂直な水平方向を「Ｘ軸方向」とする。また、図中にＸ、Ｙ、Ｚ軸の各々の方向を示す矢印を示した。これら矢印が示す各方向において、矢印の向く方向を「＋」側、その反対側の方向を「－」側とする。

工作機械１は、図１に示すように、工作機械１全体の台であるベッドＳと、第１機構１０と、第２機構２０と、工具機構３０と、制御部９０と、を備える。なお、図１は、工作機械１の概略正面図であって一部構成の断面にハッチングを付した図である。

（第１機構１０）
第１機構１０は、ワークＷの前面（＋Ｚ側に向く面）及び側面を加工するための機構である。第１機構１０は、第１ワーク保持部１１と、第１ワーク保持部１１が固定されるＺ軸移動部１２と、Ｚ軸移動部１２をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構１３と、を備える。

第１ワーク保持部１１は、ワークＷを保持するチャックとチャックで保持したワークＷを回転させるワーク回転用モータとを内蔵する（図示せず）。Ｚ軸移動機構１３は、ベッドＳに対して回転可能に支持されてＺ軸方向に延びるボールねじ１３ａと、ボールねじ１３ａを回転させるＺ軸用モータＭｚ１と、を備える。

Ｚ軸移動部１２は、ボールねじ１３ａと嵌合するナット１２ａを備える。Ｚ軸移動機構１３は、Ｚ軸用モータＭｚ１によりボールねじ１３ａを回転させることで、ナット１２ａを介してＺ軸移動部１２をＺ軸方向に移動させる。これにより、第１ワーク保持部１１がベッドＳに対してＺ軸方向に移動する。

以上のようにして、第１機構１０は、第１ワーク保持部１１で保持したワークＷをＺ軸方向に移動させることができる。

（第２機構２０）
第２機構２０は、ワークＷの背面（－Ｚ側に向く面）及び側面を加工するための機構である。第２機構２０は、第２ワーク保持部２１と、第２ワーク保持部２１が固定されるＺ軸移動部２２と、Ｚ軸移動部２２をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構２３と、Ｚ軸移動機構２３をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構２４と、を備える。

第２ワーク保持部２１は、ワークＷを保持するチャックとチャックで保持したワークＷを回転させるワーク回転用モータとを内蔵する（図示せず）。Ｚ軸移動機構２３は、Ｘ軸移動部２５と、Ｘ軸移動部２５に対して回転可能に支持されてＺ軸方向に延びるボールねじ２３ａと、ボールねじ２３ａを回転させるＺ軸用モータＭｚ２と、を備える。Ｘ軸移動機構２４は、ベッドＳに対して回転可能に支持されてＸ軸方向に延びるボールねじ２４ａと、ボールねじ２４ａを回転させるＸ軸用モータ（図示せず）と、を備える。

Ｚ軸移動部２２は、ボールねじ２３ａと嵌合するナット２２ａを備える。Ｚ軸移動機構２３は、Ｚ軸用モータＭｚ２によりボールねじ２３ａを回転させることで、ナット２２ａを介してＺ軸移動部２２をＺ軸方向に移動させる。これにより、第２ワーク保持部２１がＸ軸移動部２５に対してＺ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動部２５は、ボールねじ２４ａと嵌合するナット２５ａを備える。Ｘ軸移動機構２４は、Ｘ軸用モータによりボールねじ２４ａを回転させることで、ナット２５ａを介してＸ軸移動部２５をＸ軸方向に移動させる。これにより、第２ワーク保持部２１がベッドＳに対してＸ軸方向に移動する。

以上のようにして、第２機構２０は、第２ワーク保持部２１で保持したワークＷをＺ軸及びＸ軸方向の各方向に移動させることができる。

（工具機構３０）
工具機構３０は、ベッドＳに固定された固定台３１と、Ｙ軸移動部４０と、Ｙ軸移動部４０をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構３２と、図２に示す工具台３４と、を備える。

Ｙ軸移動機構３２は、固定台３１に対してＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動部３３と、Ｘ軸移動部３３に対して回転可能に支持されてＹ軸方向に延びるボールねじ３２ａと、ボールねじ３２ａを回転させるＹ軸用モータＭｙと、を備える。Ｙ軸移動機構３２は、Ｙ軸用モータＭｙによりボールねじ３２ａを回転させることで、ナット４０ａを介してＹ軸移動部４０をＹ軸方向に移動させる。

固定台３１には、Ｘ軸方向に伸びるレール３１ａと、固定台３１のＺ軸方向に貫通する空洞部に取付けられた中空のフランジ３１ｂとが設けられている。フランジ３１ｂの内面には、ワークＷの保持や移動を補助するガイドブッシュ３１ｃが設けられている。なお、フランジ３１ｂやガイドブッシュ３１ｃは、加工するワークＷに合わせて適宜変更することができる。また、固定台３１は、Ｘ軸移動部３３を移動させるためのＸ軸移動機構（図示せず）を備えている。Ｘ軸移動機構は、例えば上述したＸ軸移動機構２４と同様にＸ軸用モータを有する機構である。

（Ｙ軸移動部４０）
Ｙ軸移動部４０は、Ｙ軸移動機構３２のボールねじ３２ａと係合するナット４０ａを備える。Ｙ軸移動機構３２は、Ｙ軸用モータＭｙによりボールねじ３２ａを回転させることで、ナット４０ａを介してＹ軸移動部４０をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動部４０は、Ｘ軸移動部３３に取付けられているため、ベッドＳに対してＹ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向にも移動可能となっている。

Ｙ軸移動部４０は、図２～図４に示すように、Ｘ軸移動部３３に取付けられた基台４１と、非駆動工具部４２と、回転工具部４３と、第１支持部４５と、第２支持部４６と、Ｂ軸回転工具部５０と、Ｂ軸回転機構６０と、工具回転機構７０と、を備える。

なお、図２は、Ｙ軸移動部４０をＺ軸方向から見た図である。また、図３は、Ｙ軸移動部４０におけるＢ軸回転工具部５０及びＢ軸回転機構６０を説明するための図であって一部構成の断面にハッチングを付した図である。また、図４は、Ｙ軸移動部４０におけるＢ軸回転工具部５０及び工具回転機構７０を説明するための図であって一部構成の断面にハッチングを付した図である。

非駆動工具部４２は、基台４１の図２における下方の左右箇所にバイトなどの非駆動工具Ｔｓが保持されて構成される。複数のバイトは、先端が基台４１の空洞部（中央）側に向くように長手方向がＸ軸方向に沿って配置され、Ｙ軸方向に櫛状に並べられて設けられている。

回転工具部４３は、非駆動工具部４２の上方で、図２における左側に設けられ、複数の回転工具Ｔｒと、複数の回転工具Ｔｒを駆動する工具回転用モータ（図示せず）とを備える。回転工具Ｔｒは、先端が基台４１の中央側を向くように長手方向がＸ軸方向に沿って配置され、本実施形態では、４つの回転工具ＴｒがＹ軸方向に櫛状に並べられて設けられている。回転工具Ｔｒは、自身が回転することでワークＷを加工する工具として、例えば、ドリル、タップ、フライスなどを用いることができる。

第１支持部４５は、基台４１の上方に取り付けられ、Ｂ軸回転工具部５０の上方をＢ軸周りに回転可能に支持する。Ｂ軸は、Ｂ軸回転工具部５０の回転軸線であり、Ｙ軸と平行に設定されている。

第２支持部４６は、基台４１の下方に取り付けられ、Ｂ軸回転工具部５０の下方をＢ軸周りに回転可能に支持する。つまり、Ｂ軸回転工具部５０は、第１支持部４５と第２支持部４６とにより、Ｂ軸周りに回転可能に支持されている。

（Ｂ軸回転工具部５０）
Ｂ軸回転工具部５０は、図２に示すように非駆動工具部４２の上方に設けられ、図３及び図４に示すように、軸部５０ａと、軸部５０ａと連結された筐体５１と、工具把持部５２、５３と、工具取付部５４、５５と、を備える。軸部５０ａは、図４に示すように、第１支持部４５内の軸受にＢ軸周りに回転可能に支持されている。なお、図２及び図３におけるＢ軸回転工具部５０の状態は、図１及び図４をＺ軸方向から見た図を、構造が分かり易いようにＢ軸回転工具部５０をＢ軸を中心に９０°回転した状態である。

工具把持部５２、５３は、互いに係合する平歯車をそれぞれ有して２組の回転工具Ｔｂを把持可能に構成されている。工具把持部５２、５３は、それぞれ、Ｂ軸回転工具部５０の筐体５１内に水平方向に沿う軸周りに回転可能に支持されている。工具把持部５２、５３には、回転工具Ｔｂが予め取り付けられている。回転工具Ｔｂは、例えば、ドリル、タップ、エンドミル等である。

工具取付部５４、５５は、種々のカートリッジ式工具（回転工具）Ｔｃが着脱可能に構成されている。カートリッジ式工具Ｔｃは、筐体と、筐体内に回転可能に支持された回転部とを有する。当該回転部には刃物が設けられ、他端には筐体から突出する突出部Ｐが設けられている。

図３及び図４は、工具取付部５４にカートリッジ式工具Ｔｃとしての回転工具Ｔｃ１が、工具取付部５５にカートリッジ式工具Ｔｃとしての回転工具Ｔｃ２が取り付けられている例を示している。回転工具Ｔｃ１、Ｔｃ２は、例えば、ドリル、タップ、エンドミル等である。なお、回転工具Ｔｃ１、Ｔｃ２は、後述の増速スピンドルであってもよい。また、その他の工具取付部５４、５５に着脱可能なカートリッジ式工具Ｔｃとして、後述のワーリング加工ユニットＴｃ３が用意されている。

工具取付部５４、５５は、カートリッジ式工具Ｔｃの突出部Ｐと嵌合する嵌合軸５４ａ、５５ａを有している。嵌合軸５４ａ、５５ａは、それぞれ、Ｂ軸回転工具部５０の筐体５１内に水平方向に沿う軸周りに回転可能に支持されている。工具取付部５４の嵌合軸５４ａは、工具把持部５３の平歯車と係合する平歯車を有する。工具取付部５５の嵌合軸５５ａは、嵌合軸５４ａの平歯車と係合する平歯車を有する。したがって、互いに係合する工具把持部５２、工具把持部５３、工具取付部５４の嵌合軸５４ａ、及び工具取付部５５の嵌合軸５５ａは、同時に回転する。

（Ｂ軸回転機構６０）
Ｂ軸回転機構６０は、Ｂ軸回転工具部５０をＢ軸周りに回転駆動するものであり、図３に示すように、Ｂ軸回転用モータＭｂと、入力軸６１と、出力軸６２と、を備える。

Ｂ軸回転用モータＭｂは、第１支持部４５に取り付けられ、回転軸Ｒ１を回転軸線Ａ１周りに回転させる。回転軸線Ａ１は、Ｘ軸と平行に設定されている。

入力軸６１は、Ｂ軸回転用モータＭｂの回転軸Ｒ１に取り付けられたウォーム（ねじ歯車）からなる。出力軸６２は、第１支持部４５にＢ軸周りに回転可能に支持され、入力軸６１のウォームと噛み合うウォームホイール（はす歯歯車）を有する。出力軸６２は、入力軸６１の回転軸線Ａ１周りの回転に応じて、Ｂ軸周りに回転する。入力軸６１のウォームは、出力軸６２のウォームホイールに対して、－Ｚ方向に予圧されている。このように予圧されたウォームギヤ機構により、バックラッシが無い又は低減された状態で出力軸６２をＢ軸周りに回転駆動することができる。なお、入力軸６１と出力軸６２との係合は、ウォームギヤ機構によるものに限られず任意であるが、バックラッシを無くす又は低減することのできるウォームギヤ機構又はウォームギヤに相当する機構によるものが好ましい。

図３に示すように、Ｂ軸回転工具部５０の軸部５０ａは、例えばボルト６２ａにより出力軸６２に固定されている。したがって、Ｂ軸回転工具部５０は、Ｂ軸回転用モータＭｂの駆動に応じて、Ｂ軸周りに回転可能となっている。

（工具回転機構７０）
工具回転機構７０は、Ｂ軸回転工具部５０の回転工具Ｔｂ、Ｔｃを回転駆動するものであり、工具回転用モータＭｔと、平歯車７１と、出力軸７２と、第１伝達軸７３と、第２伝達軸７４と、を備える。

工具回転用モータＭｔは、第１支持部４５に取り付けられ、回転軸Ｒ２を回転軸線Ａ２周りに回転させる。回転軸線Ａ２は、Ｙ軸と平行に設定されている。平歯車７１は、回転軸Ｒ２に取り付けられている。

出力軸７２は、Ｙ軸方向に延び、Ｂ軸回転工具部５０の軸部５０ａ内に設けられた軸受により回転可能に支持されている。出力軸７２は、その一端に平歯車７１と係合する平歯車７２ａを有し、その他端に傘歯車７２ｂを有する。したがって、出力軸７２は、工具回転用モータＭｔの駆動に応じて、Ｙ軸と平行な軸周りに回転する。傘歯車７２ｂは、Ｂ軸回転工具部５０の筐体５１内に位置している。

第１伝達軸７３と第２伝達軸７４とは、各々、軸方向が水平方向となるようにＢ軸回転工具部５０の筐体５１内に回転可能に支持されている。第１伝達軸７３と第２伝達軸７４とは、Ｙ方向に間隔を空けて配置されている。第１伝達軸７３は、その一端に出力軸７２の傘歯車７２ｂと係合する傘歯車７３ａを有し、その他端に平歯車７３ｂを有する。第２伝達軸７４は、第１伝達軸７３の平歯車７３ｂと、工具把持部５２の平歯車との各々と係合する平歯車７４ａを有する。

したがって、工具回転用モータＭｔの回転動力は、平歯車７１、出力軸７２、第１伝達軸７３、及び第２伝達軸７４を介して、工具把持部５２に伝達され、工具把持部５２が回転する。前述のように、工具把持部５２、工具把持部５３、工具取付部５４の嵌合軸５４ａ、及び工具取付部５５の嵌合軸５５ａは、互いに係合しているため、これらは同時に回転する。つまり、図３及び図４の例では、工具回転機構７０によって、２組の回転工具Ｔｂと、回転工具Ｔｃ１と、回転工具Ｔｃ２とが同時に回転駆動される。なお、工具回転機構７０によるこれらの回転工具の回転速度は、例えば、５，０００（回転／分）である。

（工具台３４）
工具台３４は、非駆動工具部４２よりも＋Ｚ側に位置し、複数の回転工具を着脱可能に構成されている。工具台３４に取り付けられた回転工具は、＋Ｚ側に突出する格好となる。また、工具台３４は、複数の回転工具Ｔを駆動する工具回転用モータ（図示せず）を備える。一例として、工具台３４は、Ｚ方向から見て２行４列に配列された取り付け部に、後述するカートリッジ式工具Ｔｃが着脱可能に構成されている。また、工具台３４は、前述のＹ軸移動機構３２とは独立したＹ軸移動機構（図示せず）を備えている。工具台３４は、このＹ軸移動機構によりベッドＳに対してＹ軸方向に移動可能となっている。工具台３４をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構は、例えば上述したＹ軸移動機構３２と同様にＹ軸用モータを有する機構である。

制御部９０は、工作機械１全体を制御するものであり、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、を備える。なお、制御部９０は、図１にのみ模式的に示した。

制御部９０は、図示しない操作部から供給されたＮＣ（Numerical Control）プログラムに従って各部を制御する。ＮＣプログラムは、ワークＷと各種工具との相対的位置関係を設定し、ワークＷを加工するためのプログラムであり、オペレータによって作成される。制御部９０は、例えば、Ｂ軸回転機構６０の出力軸６２の回転位置をＢ軸回転用モータＭｂの電気角などに基づいて検出する。

制御部９０は、第１ワーク保持部１１をＺ軸方向に移動させるとともに、工具機構３０のＹ軸移動部４０をＹ軸及びＸ軸方向に移動させ、ワークＷと工具機構３０の各種工具との相対的な位置関係を適切に設定する。具体的には、第１機構１０のワーク回転用モータ及びＺ軸用モータＭｚ１と、工具機構３０のＹ軸用モータＭｙ及びＸ軸用モータとを駆動制御することによって、上記関係を実現する。

また、制御部９０は、第２ワーク保持部２１をＺ軸及びＸ軸方向に移動させ、工具機構３０のＹ軸移動部４０をＹ軸方向に移動させ、ワークＷと工具機構３０の各種工具との相対的な位置関係を適切に設定する。具体的には、第２機構２０のワーク回転用モータ、Ｚ軸用モータＭｚ２、Ｘ軸用モータと、工具機構３０のＹ軸用モータＭｙとを駆動制御することによって、上記関係を実現する。

次に、上記構成の工作機械１によるワークＷの加工の一例について説明する。本実施形態に係る工作機械１においては、まず第１機構１０を利用したワークＷの一次加工を行い、次に、第２機構２０において一次加工が施されたワークＷをさらに加工する（二次加工を行う）。

（一次加工）
制御部９０は、工具機構３０のＹ軸用モータＭｙを駆動し、所望の工具がワークＷと同じ高さに位置するようにＹ軸移動部４０を移動させる。次に、制御部９０は、第１機構１０のワーク回転用モータとＺ軸用モータＭｚ１を駆動することでワークＷを回転させながらＺ軸方向に移動させ、また、これと同時か時間差で工具機構３０のＸ軸モータを駆動することでＸ軸移動部３３をワークＷに向けて移動させる。このようにして、バイト、ドリル等の工具をワークＷの前面又は側面に当接させ、ワークＷを一次加工する。

（二次加工）
一次加工を終えると、制御部９０は、第２機構２０のＺ軸用モータＭｚ２及びＸ軸用モータを駆動し、第２ワーク保持部２１を移動させて、一次加工されたワークＷを、第２ワーク保持部２１のチャックに把持させる。続いて、制御部９０は、第２機構２０のワーク回転用モータと、工具機構３０のＸ軸用モータとを駆動することで、第２ワーク保持部２１と工具機構３０のＸ軸移動部３３とをＸ軸方向に相対的に移動させて、ワークＷに向けて移動させ、工具機構３０に設けられた非駆動工具Ｔｓの切断用バイトにより、ワークＷを所望の位置で切断する。続いて、制御部９０は、工具機構３０の工具のうち所定の工具を割り出し（選択し）、第２ワーク保持部２１のワークＷを回転させながら、第２ワーク保持部２１と工具機構３０のＸ軸移動部３３とをＸ軸及びＹ軸方向に相対的に移動させて、ワークＷの背面又は側面に選択した工具を当接させ、さらにワークＷを加工する。このようにして、ワークＷを二次加工する。なお、工具台３４は、二次加工用に設けられている。工具台３４で加工を行う場合は、第２ワーク保持部２１と工具台３４とをＸ軸及びＹ軸方向に相対的に移動させて、ワークＷの背面又は側面に選択した工具を当接させ、ワークＷを加工する。

特に、一次加工において、Ｂ軸回転工具部５０における所望の工具でワークＷを加工するときには、制御部９０は、工具機構３０のＹ軸用モータＭｙを駆動することで、第１ワーク保持部１１が保持したワークＷとＢ軸回転工具部５０における所望の工具とのＹ軸方向における位置を調整するとともに、Ｂ軸回転用モータＭｂを駆動して、Ｂ軸回転工具部５０をＢ軸周りに旋回させて所望の工具とワークＷとを所望の角度に合わせる。このようにして、Ｂ軸回転工具部５０における所望の工具でワークＷを加工する。
なお、二次加工において、Ｂ軸回転工具部５０における所望の工具でワークＷを加工してもよい。この場合は、第２ワーク保持部２１が保持したワークＷとＢ軸回転工具部５０における所望の工具とのＹ軸方向における位置を調整するとともに、Ｂ軸回転用モータＭｂを駆動して、Ｂ軸回転工具部５０をＢ軸周りに旋回させて所望の工具とワークＷとを所望の角度に合わせればよい。

（カートリッジ式工具Ｔｃについて）
ここからは、Ｂ軸回転工具部５０の工具取付部５４、５５と、工具台３４との各々に着脱可能なカートリッジ式工具Ｔｃについて説明する。

カートリッジ式工具Ｔｃは、その突出部Ｐを、工具取付部５４の嵌合軸５４ａに挿入させるとともに、工具取付部５４の筐体５１部分にボルトで固定することで、工具取付部５４に取り付けられる。一方、取り外しについては、この逆の手順でボルトを外してからカートリッジ式工具Ｔｃを工具取付部５４から引き抜けばよい。工具取付部５５に対するカートリッジ式工具Ｔｃの着脱も同様である。

また、Ｂ軸回転工具部５０に装着していないカートリッジ式工具Ｔｃについては、工具台３４に取り付けることができる。工具台３４は、工具取付部５４、５５と同様な機構で、カートリッジ式工具Ｔｃが着脱可能となっている。そして、前記した工具回転用モータ（図示せず）により、工具台３４に装着されたカートリッジ式工具Ｔｃも回転駆動可能となっている。

カートリッジ式工具Ｔｃとしては、前記のドリル、タップ、エンドミル以外に、ワーリング加工ユニット（ワーリングヘッド）Ｔｃ３や、増速スピンドルが用意されている。

ここで、図５、図６を参照してワーリング加工ユニットＴｃ３について説明する。図５は、ワーリング加工ユニットＴｃ３が、Ｂ軸回転工具部５０の工具取付部５５に取り付けられた状態を示している。図５では、見易さを考慮して断面を示すハッチングを一部省略した。
ワーリング加工ユニットＴｃ３をＢ軸回転工具部５０に取り付ける際には、ワーリング加工ユニットＴｃ３の装着スペースを確保するため、工具取付部５４に取り付けられた他のカートリッジ式工具Ｔｃは取り外しておく。

ワーリング加工ユニットＴｃ３は、図５及び図６に示すように、筐体８０と、回転部８１と、第１ギヤ８２と、第２ギヤ８３と、ワーリング加工部８４と、を備える。

筐体８０は、工具取付部５５に挿入されるカートリッジ部８０ａを有している。回転部８１は、カートリッジ部８０ａ内で回転可能に支持されるとともに、工具取付部５５の嵌合軸５５ａと嵌合する突出部Ｐを有している。第１ギヤ８２は、回転部８１に取り付けられているとともに、第２ギヤ８３と係合する。第２ギヤ８３は、ワーリング加工部８４に設けられたギヤと係合する。ワーリング加工部８４は、ワークＷを挿入させるとともに、挿入されたワークＷをワーリング加工するためのワーリングカッタが設けられた挿入部８４ａを有している。

制御部９０の制御により工具回転用モータＭｔが駆動されたことに応じて、工具取付部５５の嵌合軸５５ａが回転すると、嵌合軸５５ａとともにワーリング加工ユニットＴｃ３の回転部８１が回転する。回転部８１の回転動力は、第１ギヤ８２及び第２ギヤ８３を介して、ワーリング加工部８４に伝達され、ワーリング加工部８４が回転する。このようにギヤを複数設けた理由は、嵌合軸５５ａとワーリング加工部８４の各々の回転軸を離間させることで、ワーリング加工ユニットＴｃ３の挿入部８４ａにワークＷを挿通可能とするためである。つまり、スルーホールタイプのワーリング加工ユニットＴｃ３において必要となるスペースを確保するためである。

ここで、ワーリング加工ユニットＴｃ３によるワーリング加工の一例について説明する。制御部９０は、ワークＷを保持した第１ワーク保持部１１と、Ｂ軸回転工具部５０に装着されたワーリング加工ユニットＴｃ３とをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に相対的に移動させ、ワーリング加工ユニットＴｃ３の挿入部８４ａにワークＷを挿入させる。

また、制御部９０は、Ｂ軸回転用モータＭｂを駆動して、ワーリング加工ユニットＴｃ３が装着されたＢ軸回転工具部５０のＢ軸周りの傾きを制御することで、Ｚ軸方向に延びるワークＷに対してのワーリング加工部８４（ワーリングカッタ）の傾きであるリード角を調整する。
なお、図６は、第１ワーク保持部１１側から見たワーリング加工ユニットＴｃ３の正面図である。図６を用いて説明すれば、制御部９０は、ワーリング加工ユニットＴｃ３を、紙面と平行な方向からＢ軸周りに傾けることによってリード角を調整する。

そして、制御部９０は、Ｙ軸用モータＭｙ又は図示しないＸ軸用モータを駆動することにより、Ｂ軸回転工具部５０をＸ軸又はＹ軸方向に移動させ、ワーリングカッタをワークＷに押し当てる。つまり、制御部９０は、ワークＷの切り込み方向にワーリングカッタを移動させる。これに合わせて、制御部９０は、第１ワーク保持部１１のワーク回転用モータと工具回転用モータＭｔとを駆動することでワークＷとワーリング加工部８４とを各々回転させるとともに、Ｚ軸用モータＭｚ１を駆動することで、ワークＷをワーリング加工ユニットＴｃ３の挿入部８４ａに挿通させて移動させる。これにより、ワークＷにはワーリング加工が施される。

カートリッジ式工具Ｔｃとしての増速スピンドル（図示せず）は、変速ギヤを備え、工具回転機構７０による回転工具の回転速度（例えば、５，０００（回転／分））よりも大きい回転速度（例えば、２０，０００（回転／分））で工具を回転させる。増速スピンドルが保持し、回転させる工具としては、ドリル、タップ、エンドミル等であればよい。

（１）以上に説明した工作機械１は、基台４１と、基台４１に対してＢ軸（回転軸線の一例）を中心に回転可能に設けられ、Ｂ軸が延びる方向において互いに間隔を空けて位置する複数の工具を保持可能なＢ軸回転工具部５０（工具保持部の一例）と、Ｂ軸回転工具部５０を基台４１に対してＢ軸を中心に回転させることで、ワークＷに対する複数の工具の向きを調整する回転駆動部（例えば、制御部９０、Ｂ軸回転機構６０等）と、を備える。
Ｂ軸回転工具部５０は、複数の工具の各々を回転駆動することが可能であり、複数の工具は、Ｂ軸回転工具部５０に対して着脱可能なカートリッジ式工具Ｔｃを含む。

上記（１）に記載の構成によれば、Ｂ軸回転工具部５０の工具把持部５２、５３に予め設けられた回転工具Ｔｂ以外の種類のカートリッジ式工具Ｔｃを、Ｂ軸回転工具部５０の工具取付部５４、５５に容易に着脱可能であるため、多様な加工を簡便に行うことができる。
なお、Ｂ軸回転工具部５０に対して着脱可能なカートリッジ式工具Ｔｃは、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、Ｂ軸回転工具部５０によって回転駆動される回転工具の全てをカートリッジ式工具Ｔｃとしてもよい。

（２）また、工作機械１は、工具を回転可能に保持する工具台３４を備え、カートリッジ式工具Ｔｃは、工具台３４に対しても着脱可能である。

上記（２）に記載の構成によれば、Ｂ軸回転工具部５０と工具台３４との一方に装着したカートリッジ式工具Ｔｃを他方に付け替えることができるため、工具本数を削減し、コストを削減することができる。また、Ｂ軸回転工具部５０だけでなく、工具台３４においても簡便に着脱可能な種々のカートリッジ式工具Ｔｃを使用することができるため、簡便に、より多様な加工を行うことができる。

（３）また、カートリッジ式工具Ｔｃとして、少なくとも、回転工具Ｔ、ワーリング加工ユニットＴｃ３、又は増速スピンドルがＢ軸回転工具部５０に対して着脱可能である。

上記（３）に記載の構成によれば、Ｂ軸回転工具部５０にワーリング加工ユニットＴｃ３を装着することができるため、ワークＷに対してのワーリング加工ユニットＴｃ３のＢ軸周りの傾き（リード角）も、ＮＣ指令に応じた制御部９０の制御により自動調整することができる。これにより、従来の手動でリード角を調整する方式より、飛躍的にリード角の調整が容易となる。また、Ｂ軸回転工具部５０にカートリッジ式工具Ｔｃとして増速スピンドルを装着すれば、工作機械１の構造に依存するＢ軸回転工具部５０の回転工具の回転速度（例えば、５，０００（回転／分））を増やすことができ、例えば、２０，０００（回転／分）の回転速度によるワークＷへの小径穴あけ加工などが可能となる。これらのカートリッジ式工具Ｔｃによれば、Ｂ軸回転工具部５０の工具把持部５２、５３に予め設けられた回転工具Ｔｂだけでは、限られていた回転速度や加工種類（穴あけ加工、タップ加工、エンドミル加工等）を簡便な着脱と制御で拡張することができる。

（４）また、ワーリング加工ユニットＴｃ３は、ワークＷを挿通させることができるため、ワークＷの長手方向に渡ってワーリング加工を施こすことができる。

（５）また、工作機械１は、基台４１を挟んで互いに対向し、ワークＷを回転可能に保持する第１ワーク保持部１１及び第２ワーク保持部２１を備える。Ｂ軸回転工具部５０は、保持している工具によって少なくとも第１ワーク保持部１１に保持されたワークＷを加工可能であり、工具台３４は、保持している工具によって第２ワーク保持部２１に保持されたワークＷを加工可能である。

上記（５）に記載の構成によれば、カートリッジ式工具Ｔｃを、第１ワーク保持部１１に保持されたワークＷにも、第２ワーク保持部２１に保持されたワークＷにも使用することができるため、より多様な加工を行うことができる。

（６）また、基台４１と第１ワーク保持部１１とは、互いに直交する三軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）に相対的に移動可能であり、三軸方向は、Ｂ軸に沿う方向（Ｙ軸方向）と、第１ワーク保持部１１に保持されたワークＷの回転軸線に沿う方向（Ｚ軸方向）とを含む。

上記（６）に記載の構成によれば、第１ワーク保持部１１に保持されたワークＷと、Ｂ軸回転工具部５０に保持された所望の工具との相対的位置関係を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、ワークＷの回転軸の５軸において制御可能であるため、あらゆる位置及び角度において、ワークＷを多様に加工することができる。

なお、回転工具であるカートリッジ式工具Ｔｃをタレットの外周部に設ける構成（以下、タレット工具台と言う。）も想定されるが、Ｂ軸回転工具部５０に対してカートリッジ式工具Ｔｃを着脱可能に構成した本実施形態に係る工作機械１は、タレット工具台に比べて、以下に記す利点を有する。

タレット工具台では、工具交換や工具選択をする際にタレットを回転させる必要があるため、その回転精度が工具の位置決め精度に影響を与える。例えば、タレット工具台が比較的重い部材であることに加えて、工具交換に伴うタレット工具台全体の重心の変化などが、タレットの回転による工具の位置決めの精度に影響を与える。
一方で、本実施形態に係る工作機械１では、工具交換に伴うＢ軸回転工具部５０の重さの変化は主にＹ軸方向（鉛直方向）に沿ったものであり、また、工具選択もＢ軸回転工具部５０をＹ軸方向に移動させればよく、Ｙ軸移動機構３２により容易に制御可能であるため、タレット工具台に比べて工具の位置決め精度を確保することができる。

タレット工具台では、工具交換する際にタレットを回転させる必要があるため、工具交換に時間及び手間がかかる。一方で、本実施形態に係る工作機械１では、Ｂ軸回転工具部５０に着脱可能なカートリッジ式工具Ｔｃは、Ｙ軸方向において隣り合っているため、タレット工具台に比べて容易且つ素早く工具交換することができる。

なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

第１機構１０と工具機構３０との構成及び関係は、上記例に限られず、第１ワーク保持部１１とＢ軸回転工具部５０とが相対的に三軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に移動可能な構成であれば、任意である。同様に、第２機構２０と工具機構３０との構成及び関係は、上記例に限られず、第２ワーク保持部２１とＢ軸回転工具部５０とが相対的に三軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に移動可能な構成であれば、任意である。また、これらの三軸方向の制御軸は、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸に限られない。第１ワーク保持部１１とＢ軸回転工具部５０とが相対して三次元移動可能であり、第２ワーク保持部２１とＢ軸回転工具部５０とが相対して三次元移動可能であれば、制御軸の設定は任意である。

以上では、工具回転用モータＭｔをＢ軸回転工具部５０の筐体５１外に設けた例を示したが、これに限られず、筐体５１内にモータを設けたインナーモータの構成としてもよい。インナーモータは、同期電動機や誘導電動機などの周知のモータで構成することができ、例えば、出力軸７２に直接ロータを設けるとともに、ステータを筐体５１の内周面に設けることで実現できる。

ワークＷの保持は、オペレータが手動により第１ワーク保持部１１又は第２ワーク保持部２１にワークＷを配置して、保持させてもよいし、工作機械１がワークを自動で供給及び排出する装置をさらに備え、ワークの保持や解放を自動で行うようにしてもよい。

また、工具台３４は、カートリッジ式工具Ｔｃが着脱可能に構成されているだけでなく、予め取り付けられた回転工具を備えていてもよい。また、工具台３４は、非駆動工具が取り付け可能に構成されていてもよい。また、回転工具部４３を、カートリッジ式工具Ｔｃが着脱可能に構成してもよい。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１…工作機械
Ｓ…ベッド
１０…第１機構
１１…第１ワーク保持部
１２…Ｚ軸移動部、１３…Ｚ軸移動機構、Ｍｚ１…Ｚ軸用モータ
２０…第２機構
２１…第２ワーク保持部
２２…Ｚ軸移動部、２３…Ｚ軸移動機構、Ｍｚ２…Ｚ軸用モータ
２４…Ｘ軸移動機構、２５…Ｘ軸移動部
３０…工具機構
３１…固定台、３２…Ｙ軸移動機構、Ｍｙ…Ｙ軸用モータ、３３…Ｘ軸移動部
３４…工具台
４０…Ｙ軸移動部
４１…基台
４２…非駆動工具部、４３…回転工具部
４５…第１支持部、４６…第２支持部
５０…Ｂ軸回転工具部（工具保持部の一例）
５０ａ…軸部
５１…筐体
５２、５３…工具把持部
５４、５５…工具取付部
Ｔｃ…カートリッジ式工具
Ｔｃ１、Ｔｃ２…回転工具、Ｔｃ３…ワーリング加工ユニット
６０…Ｂ軸回転機構
Ｍｂ…Ｂ軸回転用モータ、Ｒ１…回転軸、Ａ１…回転軸線
６１…入力軸、６２…出力軸
７０…工具回転機構
Ｍｔ…工具回転用モータ、Ｒ２…回転軸、Ａ２…回転軸線
７１…平歯車、７２…出力軸、７３…第１伝達軸、７４…第２伝達軸
９０…制御部

Claims (6)

1. 基台と、
   前記基台に対して回転軸線を中心に回転可能に設けられ、前記回転軸線が延びる方向において互いに間隔を空けて位置する複数の工具を保持可能な工具保持部と、
   前記工具保持部を前記基台に対して前記回転軸線を中心に回転させることで、ワークに対する前記複数の工具の向きを調整する回転駆動部と、を備え、
   前記複数の工具は、前記工具保持部に対して着脱可能なカートリッジ式工具を含み、
   前記工具保持部は、前記複数の工具の各々を回転駆動することが可能であり、装着可能な前記カートリッジ式工具の数に応じて設けられる複数の歯車であって、駆動源の作動によって前記カートリッジ式工具とともに回転する複数の歯車を備え、
   前記カートリッジ式工具は、工具先端と反対側の端部に第１嵌合部を備え、
   前記複数の歯車は、それぞれ、前記第１嵌合部に嵌合する第２嵌合部を備え、
   前記工具保持部に装着された前記カートリッジ式工具は、前記工具保持部にねじで固定され、
   前記カートリッジ式工具として、第１のカートリッジ式工具と、前記第１のカートリッジ式工具よりも大きい第２のカートリッジ式工具とがあり、
   前記第２のカートリッジ式工具を使用する場合には、前記工具保持部に対して同時に装着可能な複数個の前記第１のカートリッジ式工具のうち、少なくとも、隣り合う２つの前記第１のカートリッジ式工具が外された状態の前記工具保持部に前記第２のカートリッジ式工具が装着される、
   工作機械。
2. 基台と、
   前記基台に対して回転軸線を中心に回転可能に設けられ、前記回転軸線が延びる方向において互いに間隔を空けて位置する複数の工具を保持可能な工具保持部と、
   前記工具保持部を前記基台に対して前記回転軸線を中心に回転させることで、ワークに対する前記複数の工具の向きを調整する回転駆動部と、
   工具を回転可能に保持する工具台と、を備え、
   前記複数の工具は、前記工具保持部に対して着脱可能なカートリッジ式工具を含み、
   前記工具保持部は、前記複数の工具の各々を回転駆動することが可能であり、装着可能な前記カートリッジ式工具の数に応じて設けられる複数の歯車であって、駆動源の作動によって前記カートリッジ式工具とともに回転する複数の歯車を備え、
   前記カートリッジ式工具は、工具先端と反対側の端部に第１嵌合部を備え、
   前記複数の歯車は、それぞれ、前記第１嵌合部に嵌合する第２嵌合部を備え、
   前記工具保持部に装着された前記カートリッジ式工具は、前記工具保持部にねじで固定され、
   前記工具保持部に対して着脱可能な前記カートリッジ式工具と同一のものが、前記工具台に対しても着脱可能である、
   工作機械。
3. 基台と、
   前記基台に対して回転軸線を中心に回転可能に設けられ、前記回転軸線が延びる方向において互いに間隔を空けて位置する複数の工具を保持可能な工具保持部と、
   前記工具保持部を前記基台に対して前記回転軸線を中心に回転させることで、ワークに対する前記複数の工具の向きを調整する回転駆動部と、
   前記回転軸線を第１回転軸線とすると、鉛直方向に沿う前記第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にワークを回転可能に保持するワーク保持部と、を備え、
   前記複数の工具は、前記工具保持部に対して着脱可能なカートリッジ式工具を含み、
   前記工具保持部は、前記複数の工具の各々を回転駆動することが可能であり、装着可能な前記カートリッジ式工具の数に応じて設けられる複数の歯車であって、駆動源の作動によって前記カートリッジ式工具とともに回転する複数の歯車を備え、
   前記カートリッジ式工具は、工具先端と反対側の端部に第１嵌合部を備え、
   前記複数の歯車は、それぞれ、前記第１嵌合部に嵌合する第２嵌合部を備え、
   前記工具保持部に装着された前記カートリッジ式工具は、前記工具保持部にねじで固定され、
   前記カートリッジ式工具として、少なくとも、回転工具、ワークを挿通させることができるワーリング加工ユニット、又は増速スピンドルが前記工具保持部に対して着脱可能であり、
   前記基台と前記ワーク保持部とは、前記第１回転軸線に沿う方向と、前記第２回転軸線に沿う方向とを含む互いに直交する三軸方向に相対的に移動可能である、
   工作機械。
4. 前記カートリッジ式工具として、第１のカートリッジ式工具と、前記第１のカートリッジ式工具よりも大きい第２のカートリッジ式工具とがあり、
   前記第２のカートリッジ式工具を使用する場合には、前記工具保持部に対して同時に装着可能な複数個の前記第１のカートリッジ式工具のうち、少なくとも、隣り合う２つの前記第１のカートリッジ式工具が外された状態の前記工具保持部に前記第２のカートリッジ式工具が装着される、
   請求項２に記載の工作機械。
5. 工具を回転可能に保持する工具台を備え、
   前記工具保持部に対して着脱可能な前記カートリッジ式工具と同一のものが、前記工具台に対しても着脱可能である、
   請求項３に記載の工作機械。
6. 前記回転軸線を第１回転軸線とすると、鉛直方向に沿う前記第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にワークを回転可能に保持するワーク保持部を備え、
   前記カートリッジ式工具として、少なくとも、回転工具、ワークを挿通させることができるワーリング加工ユニット、又は増速スピンドルが前記工具保持部に対して着脱可能であり、
   前記基台と前記ワーク保持部とは、前記第１回転軸線に沿う方向と、前記第２回転軸線に沿う方向とを含む互いに直交する三軸方向に相対的に移動可能である、
   請求項１又は４に記載の工作機械。

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