(57)【要約】【課題】工具交換時の時間ロスの発生を防止でき、加工効率を高めることができる工作機械を提供する。【解決手段】ベッド３と、ベッド３上を個別に移動可能に設けられた複数のコラム７と、このコラム７に移動可能に設けられ、加工工具５を着脱可能な主軸６と、複数のコラム７に対応してベッド３上の固定フレーム３７に設けられた複数の工具マガジン８と、ベッド３上に設けられ、ワーク２を支持するテーブル４とを設け、それぞれのコラム７における主軸６に装着された加工工具５と、複数のコラム７にそれぞれ対応した工具マガジン８に収容された加工工具５とを交換可能とした。【選択図】図１
2008110463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドと、該ベッド上を個別に移動可能に設けられた複数のコラムと、
該コラムに移動可能に設けられ、加工工具を着脱可能な主軸と、
前記複数のコラムに対応して前記ベッド上の固定フレームに設けられた複数の工具マガジンと、
前記ベッド上に設けられ、ワークを支持するテーブルと
を備えたことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記コラムは、前記ベッド上に２つ設けられ、
前記工具マガジンは、前記２つのコラムそれぞれに対して設けられた
ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記２つのコラムのうち一方のコラムの主軸は、他方のコラムの主軸よりも大径の加工工具を着脱可能に構成され、
前記大径の加工工具を着脱可能な主軸を備えるコラムに対応する工具マガジンは、他方の工具マガジンに収容される加工工具よりも大径の加工工具を収容する
ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記２つのコラムのうち少なくとも一方のコラムの主軸に対し、加工工具としてのアングルヘッドを着脱可能にした
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッド上に、加工工具を着脱可能な主軸を移動可能に備えたコラムが複数設けられた工作機械に係り、特に加工効率を高めるように改良された工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の複雑な加工を要するワークに対して、複数の工具を着脱可能に装着する主軸を移動可能に備えたコラムが複数設けられた工作機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された工作機械は、支持体に、その高さ方向および長手方向に沿って互いに独立して移動可能に支持された２つの主軸台（コラム）を備えている。これら主軸台の上方には、各主軸台の高さ方向移動のためのガイドレール間を架け渡すように工具マガジンが設けられており、一方の主軸台が加工品搬送体（テーブル）上に装着された加工品（ワーク）を加工している間に、他方の主軸台は、工具マガジンから工具を受け取るように構成されている。
【特許文献１】特表平１０−５１２８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数のコラムを有する工作機械では、加工工程によっては、各コラムの工具交換の工程が重なる場合があるが、前記特許文献１に開示された工作機械では、複数のコラムに対して共通の工具マガジンが使用されるように構成されているので、一方のコラムが工具交換をしている間、他方のコラムは工具交換を行うことができないといった問題があった。すなわち、工具交換時に時間ロスが発生してしまい、加工効率が低下するといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は前記の問題を解決するために案出されたものであって、工具交換時の時間ロスの発生を防止でき、加工効率を高めることができる工作機械を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、ベッドと、該ベッド上を個別に移動可能に設けられた複数のコラムと、該コラムに移動可能に設けられ、加工工具を着脱可能な主軸と、前記複数のコラムに対応して前記ベッド上の固定フレームに設けられた複数の工具マガジンと、前記ベッド上に設けられ、ワークを支持するテーブルとを備えたことを特徴とする工作機械である。
【０００７】
前記構成によれば、複数のコラムごとに工具マガジンをそれぞれ設けているので、すべてのコラムで工具交換を行う場合であっても待ち時間がないので、工具交換時の時間ロスが発生せず、加工効率を高めることができる。また、工具マガジンがベッドに対して固定されているので、コラムが軽量になり、コラム移動時の負荷が軽減されて、高速移動が可能となる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記コラムは、前記ベッド上に２つ設けられ、前記工具マガジンは、前記２つのコラムそれぞれに対して設けられたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械である。
【０００９】
前記構成によれば、２つのコラムで工具交換を同時に行うことができ、工具交換のための待ち時間がないので、工具交換時の時間ロスが発生せず、加工効率を高めることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記２つのコラムのうち一方のコラムの主軸は、他方のコラムの主軸よりも大径の加工工具を着脱可能に構成され、前記大径の加工工具を着脱可能な主軸を備えるコラムに対応する工具マガジンは、他方の工具マガジンに収容される加工工具よりも大径の加工工具を収容することを特徴とする請求項２に記載の工作機械である。
【００１１】
前記構成によれば、加工トルクに応じて工具や主軸を使い分けることができ、加工種類の範囲を広くすることができる。また、加工種類に応じて、工具を使い分けることもできるので、工具マガジンごとで工具の種類および大きさを統一でき、工具を効率よく収容することができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記２つのコラムのうち少なくとも一方のコラムの主軸に対し、加工工具としてのアングルヘッドを着脱可能にしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の工作機械である。
【００１３】
前記構成によれば、２つのコラムの主軸に設けられた工具で、例えば、ワークの後面および側面の異なる向きから２面を同時に加工することができるので、加工効率を大幅に高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、工具交換時の時間ロスの発生を防止でき、加工効率を高めることができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る工作機械の最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る工作機械の最良の実施形態を示した正面図、図２は本発明に係る工作機械の最良の実施形態を示した側面図、図３は本発明に係る工作機械の最良の実施形態を示した平面図である。
【００１７】
まず、本実施形態に係る工作機械の構成について説明する。
【００１８】
なお、本実施形態においては、本発明に係る工作機械の一例として、２つのコラムを有する横型のマシニングセンタについて説明するが、これに限定されるものではなく、縦型のマシニングセンタであっても同様である。また、本実施形態においては、図１に示すように、ワークがコラムの手前に配置される面を正面とし、正面から見た場合の左右方向（ワークの搬送方向）をＸ軸とし、前後方向（紙面表裏方向）をＺ軸とし、上下方向をＹ軸とする。
【００１９】
図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る工作機械１について説明する。ベッド３上には、テーブル４と、加工工具（以下、単に「工具」と称する）５を着脱可能に装着する主軸６をＹ軸方向（上下方向）に移動可能に備えたコラム７が複数（本実施形態では２つ）設けられている。また、工作機械１は、コラム７ごとに設けられた主軸６をワーク２に対して図１の左右方向に移動させるＸ軸移動機構１０と、図１の紙面表裏方法に移動させるＺ軸移動機構２０（図２および図３参照）と、図１の上下方向に移動させるＹ軸移動機構３０とを備えている。
【００２０】
図１ないし図３に示すように、コラム７の前方（図１における手前側）には、テーブル４がベッド３上に配置されている。テーブル４には、ワーク２を保持する保持機構（図示せず）が設けられており、ワーク２の加工時にこれを固定するようになっている。テーブル４の周囲には、ホッパ状の傾斜面９が形成されており、加工時の切り屑を集めて下方に排出するように構成されている。
【００２１】
テーブル４の後方には、２つのコラム７ａ，７ｂ（以下、２つのコラムを合わせて符号「７」と記載する場合がある）が立設されている。２つのコラム７ａ，７ｂはＸ軸方向に沿って並んで配置されている。コラム７ａ（７ｂ）は、Ｘ軸サドル１６と、このＸ軸サドル１６の上部にＺ軸方向に移動可能に設けられたＺ軸サドル１７と、このＺ軸サドル１７の前面にＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸サドル３８と、このＹ軸サドル３８に設けられた主軸ヘッド１８とを備えて構成されている。主軸ヘッド１８は、Ｚ軸に沿って水平方向前方に延出して設けられており、主軸ヘッド１８の内部前方には、主軸６ａ（６ｂ）（以下、２つの主軸を合わせて符号「６」と記載する場合がある）が回転可能に設けられている。主軸ヘッド１８の内部後方には、主軸６ａ（６ｂ）を回転させる主軸モータ（図示せず）が設けられている。
【００２２】
２つのコラム７ａ，７ｂのうち一方（図１中、左側）のコラム７ａの主軸６ａは、他方（図１中、右側）のコラム７ｂの主軸６ｂよりも大径となるように構成されている。本実施形態においては、例えば、主軸６の呼び径は、大径の主軸６ａが＃４０、小径の主軸６ｂが＃３０となっている。なお、主軸の形状は一例であって、主軸端の形状はテーパ形状に限られるものではなく、ストレート形状等の他の形状であってもよく、主軸を交換可能に構成されており、ＢＴ、ＫＭ、ＨＳＫ等、種々の工具把持部形状に対応可能となっている。また、主軸６ａ，６ｂの呼び径も、＃５０等の他の寸法を採用してもよいのは勿論である。
【００２３】
図１および図３に示すように、Ｘ軸サドル１６の下方には、各コラム７ａ，７ｂをおのおのＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構１０が設けられている。Ｘ軸移動機構１０は、Ｘ軸方向に互いに平行に配置される一対のボールねじ１１，１１と、このボールねじ１１，１１にそれぞれ螺合するナット１２，１２と、ボールねじ１１，１１を回転させる駆動モータ１３，１３と、ボールねじ１１，１１と平行に配置されたＸ軸ガイド１４，１４とを備えている。ボールねじ１１，１１の端部は、カップリング（図示せず）によりそれぞれ駆動モータ１３，１３の出力軸と一体に回転可能に固定されている。ナット１２，１２は、各ボールねじ１１，１１にそれぞれ一つずつ螺合しており、２つのコラム７ａ，７ｂのＸ軸サドル１６，１６にそれぞれ一つずつ固定されている。したがって、一方の駆動モータ１３の駆動によって一方のボールねじ１１が回転すると、その回転にともなって一方のナット１２が、一方のコラム７ａ（７ｂ）とともにボールねじ１１の長手方向（Ｘ軸方向）に移動する。このとき、コラム７ａ（７ｂ）のＸ軸サドル１６は、ボールねじ１１と平行に配置された直線状のＸ軸ガイド１４，１４に移動可能に支持されているので、移動方向に案内され円滑に移動する。このようにコラム７ａ，７ｂが個別に移動することによって、主軸６ａ，６ｂもＸ軸方向に個別に移動する。
【００２４】
図２に示すように、各コラム７ａ，７ｂのＸ軸サドル１６の上部には、各Ｚ軸サドル１７を各々Ｚ軸方向に移動させるＺ軸移動機構２０，２０（図２および図３参照）がそれぞれ設けられている。Ｚ軸移動機構２０は、Ｚ軸方向に延びて配置されるボールねじ２１と、このボールねじ２１に螺合するナット２２と、ボールねじ２１を回転させる駆動モータ２３と、ボールねじ２１と平行に配置されたＺ軸ガイド２４，２４とを備えている。ボールねじ２１はＺ軸サドル１７の下部に固定されており、このボールねじ２１は、カップリング（図示せず）を介して駆動モータ２３に接続されている。ナット２２は、ボールねじ２１に螺合しており、Ｘ軸サドル１６の上部に固定されている。したがって、駆動モータ２３の駆動によってボールねじ２１が回転すると、その回転にともなってボールねじ２１が、Ｚ軸サドル１７とともにＺ軸方向に移動する。このとき、Ｚ軸サドル１７は、ボールねじ２１と平行に配置された直線状のＺ軸ガイド２４，２４に移動可能に支持されているので、移動方向に案内され円滑に移動する。このようにＺ軸サドル１７が移動することによって、主軸６もＺ軸方向に移動する。
【００２５】
図１および図２に示すように、Ｚ軸サドル１７の前部には、内部前方に主軸６が設けられた各主軸ヘッド１８を各々Ｙ軸方向（上下方向）に移動させるＹ軸移動機構３０，３０が設けられている。Ｙ軸移動機構３０は、Ｙ軸方向に延びて配置されるボールねじ３１と、このボールねじ３１に螺合するナット３２と、ボールねじ３１を回転させる駆動モータ３３と、ボールねじ３１と平行に配置されたＹ軸ガイド３４，３４とを備えている。ボールねじ３１は、カップリング（図示せず）を介して駆動モータ３３に接続されている。Ｙ軸サドル３８は主軸ヘッド１８に固定されている。ナット３２は、ボールねじ３１に螺合しており、Ｙ軸サドル３８に固定されている。したがって、駆動モータ３３の駆動によってボールねじ３１が回転すると、その回転にともなってナット３２が、Ｙ軸サドル３８とともにボールねじ３１の長手方向（Ｙ軸方向）に移動する。このとき、Ｙ軸サドル３８は、ボールねじ３１と平行に配置された直線状のＹ軸ガイド３４，３４に移動可能に支持されているので、移動方向に案内され円滑に移動する。このようにＹ軸サドル３８が移動することによって、主軸ヘッド１８および主軸６もＹ軸方向に移動する。
【００２６】
なお、本実施形態では、Ｘ軸移動機構１０、Ｚ軸移動機構２０およびＹ軸移動機構３０は、ボールねじ１１，２１，３１によるナット１２，２２，３２の送り機構と、可動部をガイドするＸ軸ガイド１４，Ｚ軸ガイド２４，Ｙ軸ガイド３４とを組み合わせて構成されているが、これに限定されるものではなく、油圧機構やリニアモータによる移動機構を採用することもできる。
【００２７】
また、本実施形態では、直交する３軸方向に移動する移動機構１０，２０，３０を備えた工作機械１について説明したが、３軸に限定する趣旨ではなく、少なくとも３軸を備えたものであればよく、直交する３軸方向に移動する移動機構の他に、テーブル４が回転するものや主軸ヘッド１８の首振り機構を備えたものであってもよいのは勿論である。
【００２８】
ところで、本発明は、図１に示すように、複数の工具５を収容するとともに任意の工具５を選択してコラム７に供給する工具マガジン８を、複数（２つ）のコラム７ごとにそれぞれ設けたことを特徴とする。なお、工具マガジン８は、工具５の交換が可能な主軸６ａ，６ｂを備えたコラム７に対してそれぞれ設けられるようになっている。
【００２９】
２つの工具マガジン８ａ，８ｂ（以下、２つの工具マガジンを合わせて符号「８」と記載する場合がある）は、ベッド３上に設けられたフレーム３７に取り付けられ、コラム７ａ，７ｂの前部上方にそれぞれ配置されており、コラム７ａ，７ｂで使用される加工用の工具５等が収容されている。
【００３０】
工具マガジン８ａ（８ｂ）は、上下方向に所定の間隔をあけて配置された一対のスプロケット２５，２５と、このスプロケット２５，２５に架け渡された無端チェーン２６と、この無端チェーン２６の外周側に複数設けられた工具把持部２７，２７，２７・・・とを備えている。一方（本実施形態では上方）のスプロケット２５には、駆動モータ２８（図２参照）が設けられており、スプロケット２５を回転させることで、無端チェーン２６および工具把持部２７，２７，２７・・・が回動し、所望の工具を工具交換位置２９（工具マガジン８ａ（８ｂ）の下端部）に移動させるように構成されている。このように、工具マガジン８ａ，８ｂは、上下方向に延出して形成されているので、水平方向のスペースを節約でき、Ｘ軸方向に並設されたコラム７ａ，７ｂのそれぞれに設けられるようになっている。
【００３１】
ここで、大径の主軸６ａを備えたコラム７ａの上方に位置する工具マガジン８ａの工具把持部２７には、大径用の工具５に対応可能な大径用工具把持部２７ａが用いられており、大径工具が収容されるようになっている。一方、小径の主軸６ｂを備えたコラム７ｂの上方に位置する工具マガジン８ｂの工具把持部２７には、小径用の工具５に対応可能な小径用工具把持部２７ｂが用いられており、小径工具が収容されるようになっている。
【００３２】
なお、本実施形態では、工具マガジン８は、チェーンタイプのものであるがこれに限られるものではない。例えば、円盤タイプ等、他の方式であってもよく、収容する工具の形状や数量、スペース効率等を考慮して適宜設定される。
【００３３】
工具５を交換するに際しては、コラム７を適宜移動させて主軸６を工具マガジン８の下部の工具交換位置２９に移動させて、使用済み工具を空の工具把持部２７に受け渡して把持させる。その後、所望の工具を把持した工具把持部２７を工具交換位置２９まで移動させて、主軸６に装着する。これらの各部の動作は、図示しない制御部に格納された制御プログラムによりワーク２の加工工程に対応して適宜指令される。
【００３４】
ここで、工具マガジン８には、種々の工具５が収容されている。具体的には、フライス、ドリル、タップやエンドミル等の工具が、工具把持部２７，２７，２７・・・に把持されている。これらの工具のうち、比較的大きい加工トルクがかかるフライスや大径の工具は、大径用工具把持部２７ａを有する工具マガジン８ａに収容されている。一方、比較的小さい加工トルクしかかからない小径の工具は、小径用工具把持部２７ｂを有する工具マガジン８ｂに収容されている。
【００３５】
また、本実施形態では、工具５としてアングルヘッド５ａ（図２および図３参照）が用いられている。このアングルヘッド５ａは、２つのコラム７ａ，７ｂのうち少なくとも一方のコラム（本実施形態ではコラム７ａ）の主軸６ａに、着脱可能に装着されている。アングルヘッド５ａは、例えばドリル等の加工部が主軸６ａと交差する方向に設けられたものであって、ワーク２の側面を加工することができる。アングルヘッド５ａは、その先端部が回動可能に構成されており、加工部の主軸６ａとの交差角度が調整可能となっている。アングルヘッド５ａも、勿論、他の工具と同様に、工具マガジン８に収容可能となっており、他の工具５と交換可能である。
【００３６】
次に、本実施形態に係る工作機械１の効果について説明する。
【００３７】
本実施形態に係る工作機械１によれば、２つのコラム７ａ，７ｂごとに工具マガジン８ａ，８ｂをそれぞれ設けているので、両方のコラム７ａ，７ｂで工具交換を行う場合であっても待ち時間がない。すなわち、かかる工作機械１によれば、比較的時間がかかる工具交換を同時に並行して行うことができるので、工具交換時の時間ロスが発生せず、加工工程全体のサイクルタイムを短縮することができ、加工効率を高めることができる。また、工具マガジン８ａ，８ｂは、ベッド３に対して固定されているので、コラム７ａ，７ｂが軽量になり、コラム移動時の負荷が軽減されて、高速移動が可能となる。さらに、２つのコラム７ａ，７ｂが個別に移動可能としている構成であるため、２つのコラム７ａ，７ｂの間隔が自由に変更できるとともに、個別の送り制御により、１個のワーク２の同時加工や多種ワーク加工に容易に対応できる。
【００３８】
また、かかる工作機械１は、２つのコラム７ａ，７ｂのうち一方のコラム７ａの主軸６ａは、他方のコラム７ｂの主軸６ｂよりも大径となるように構成され、大径の主軸６ａを備えるコラム７ａに対応する工具マガジン８ａは、他方の工具マガジン８ｂに収容される工具５よりも、大径の工具５を収容するようになっているので、加工目的や使用工具に応じてコラム７ａ，７ｂのそれぞれに適当な加工を行うことができ、さらなる加工効率の向上および加工の選択肢の幅を広げることができる。また、加工種類に応じて、工具５を使い分けることもできるので、工具マガジン８ａ，８ｂごとで工具５の種類および大きさを統一でき、工具５を効率よく収容することができる。
【００３９】
さらに、２つのコラム７ａ，７ｂのうち少なくとも一方のコラム７ａの主軸６ａに、アングルヘッド５ａを装着すれば、アングルヘッド５ａでワーク２の側面を加工しながら、他方のコラム７ｂに装着した工具５でワーク２の後面を加工することができる。このように、本実施形態に係る工作機械１によれば、例えば、ワーク２の後面および側面の異なる向きから２面を同時に加工することができるので、ワーク加工のサイクルタイムを大きく短縮でき、加工効率を大幅に高めることができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、一方のコラム７ａにアングルヘッド５ａを装着するようにしたが、これに限られるものではなく、他方のコラム７ｂにもアングルヘッドを装着して、アングルヘッドを２つ使用するようにしてもよい。この場合も、ワーク２の側面とその逆側の側面を同時に加工することができるので、加工効率を高めることができる。
【００４１】
以上、本発明の最良の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、前記した実施形態では、コラム７は２つ設けられているが、さらに多数のコラム７が設けられた構成であってもよい。この場合、工具が交換可能なコラムの台数と同数の工具マガジンが設けられることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る工作機械の最良の実施形態を示した正面図である。
【図２】本発明に係る工作機械の最良の実施形態を示した側面図である。
【図３】本発明に係る工作機械の最良の実施形態を示した平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      工作機械
２      ワーク
３      ベッド
５      工具
５ａ    アングルヘッド
６      主軸
６ａ    主軸
６ｂ    主軸
７      コラム
７ａ    コラム
７ｂ    コラム
８      工具マガジン
８ａ    工具マガジン
８ｂ    工具マガジン
【図１】
2008110463.tif 000003
【図２】
2008110463.tif 000004
【図３】
2008110463.tif 000005