WO2014069274A1 - ワーク搬送装置及び工作機械 - Google Patents

Abstract

　ワーク搬送装置は、工作機械の主軸への素材ワークの搬入及び主軸からの製品ワークの搬出を行う。ワーク搬送装置は、主軸の軸心に平行なＺ軸方向に沿って延在された支持ビームと、支持ビームに取り付けられたＺ軸スライダと、Ｚ軸スライダに取り付けられた鉛直スライダと、鉛直スライダの先端に連結された揺動アームと、揺動アームに設けられた第１ハンド及び第２ハンドと、を備えている。Ｚ軸スライダをＺ軸方向にスライドさせることで、Ｚ軸スライダ、鉛直スライダ、揺動アーム、第１ハンド及び前記第２ハンドが、工作機械のカバーの内部に入れられたり、カバーから外に出される。上記ワーク搬送装置によれば、ワークの搬入及び搬出を適切に行え、かつ、工作機械を小型化できる。

Description

ワーク搬送装置及び工作機械

　本発明は、工作機械[working machine]の主軸[main spindle]への素材ワーク[material workpiece]の搬入及び主軸からの製品ワーク[product workpiece]の搬出を行うワーク搬送装置[workpiece carrying apparatus]と、当該ワーク搬送装置を備えた工作装置に関する。

　設置スペースの床面積を削減するため、上方からワークを切削加工[cutting]する工作機械が広く用いられている。このような工作機械は本体フレームを備えており、本体フレームの傾斜面上に主軸台[headstock]が設けられている。主軸台は、水平な軸心周りに回転可能な主軸を備えている、主軸は、素材ワークを把持するチャックを有している。設置面上の主軸台の上側には、素材ワークに上方から切削加工等を行う加工ヘッド[working head]が設けられている。加工ヘッドは、Ｘ軸方向（傾斜面に平行な上下方向）に移動可能である。また、主軸台（主軸）及び加工ヘッド等を覆うカバーが傾斜面上に設けられている。

　上述したような工作機械は、自動運転促進のために、主軸のチャックへの素材ワークの搬入とチャックからの製品ワークの搬出を行うワーク搬送装置として、ガントリーローダ[gantry loader]又は多関節ロボット[articulated robot]を備えるものもある。

　下記の特許文献１及び２は、本発明に関連する先行技術としての工作機械を開示している。

日本国特開２０１２－７１３７２号公報 日本国特開２００１－２５９０１号公報

　ガントリーローダのハンド部[hand]は互いに直交する３方向にのみ移動する。従って、ガントリーローダを上述した工作機械に装備する場合、ガントリーローダと加工ヘッドとの接触を避けつつ、主軸への素材ワークの搬入や主軸からの製品ワークの搬出を行うのは困難である。また、ガントリーローダを装備することで、工作機械の高さが高くなり、大きな設置スペースが必要となる。

　また、多関節ロボットを上述した工作機械に装備する場合、多関節ロボットのロボットアームのハンド部を任意の位置に位置決めして、主軸への素材ワークの搬入や主軸からの製品ワークの搬出を適切に行うことができる。しかし、Ｚ軸方向（主軸の軸心に平行な方向）に直交する水平方向のロボットアームの揺動範囲がロボットアームの長さに応じて広くなる。従って、工作機械が大型化する。

　即ち、素材ワークを上方から加工する工作機械にワーク搬送装置を装備し、かつ、主軸への素材ワークの搬入や主軸からの製品ワークの搬出を適切に行うと共に工作機械を小型化するのは困難であった。

　本発明の目的は、素材ワークを上方から加工する工作機械に装備され、主軸への素材ワークの搬入や主軸からの製品ワークの搬出を適切に行えると共に工作機械を小型化することのできるワーク搬送装置、及び、当該ワーク搬送装置を備えた工作装置を提供することである。

　本発明の第１の特徴は、本体フレームと、本体フレームの傾斜した設置面に設けられた主軸台と、水平な軸心周りに回転可能に前記主軸台に設けられ、先端に素材ワークを把持するチャックを有する主軸と、前記設置面上の前記主軸台の上側に設けられ、前記主軸の軸心に平行なＺ軸方向に垂直でかつ前記設置面に平行なＸ軸方向に移動可能な、上方から前記素材ワークを加工する加工ヘッドと、前記主軸台、前記主軸及び前記加工ヘッドを覆うように前記本体フレームに設けられたカバーと、を備えた工作機械に装備され、前記主軸への前記素材ワークの搬入及び前記主軸からの製品ワークの搬出を行うワーク搬送装置であって、前記本体フレームの上部に設けられ、前記カバーの内部から外部に前記Ｚ軸方向に沿って延在された支持ビームと、前記支持ビームに取り付けられた、前記Ｚ軸方向にスライド可能なＺ軸スライダと、前記Ｚ軸スライダに取り付けられた、鉛直方向にスライド可能な鉛直スライダと、前記鉛直スライダの先端に連結された、前記Ｚ軸方向に平行な軸心周りに揺動可能な揺動アームと、前記揺動アームに設けられた、素材ワークを把持する第１ハンドと、前記揺動アームに設けられた、製品ワークを把持する第２ハンドと、を備え、前記Ｚ軸スライダを前記Ｚ軸方向にスライドさせることで、前記Ｚ軸スライダ、前記鉛直スライダ、前記揺動アーム、前記第１ハンド及び前記第２ハンドが、前記本体フレーム又は前記カバーに形成された開口部を通して、前記カバーの内部に入れられたり、前記カバーから外に出される、ワーク搬送装置を提供する。

　なお、「Ｚ軸方向」は、主軸の軸心に平行な方向である。「Ｘ軸方向」は、Ｚ軸方向に直交し、かつ、傾斜した設置面に平行な方向である。「Ｙ軸方向」は、Ｚ軸方向に直交し、かつ、傾斜面に直交する方向である。即ち、Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の双方に直交する方向である。また、「設けられ」とは、直接的に設けられる他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む。

　上記第１の特徴によれば、上方から素材ワークを加工する工作機械に装備されても、主軸への素材ワークの搬入及び主軸からの製品ワークの搬出を適切に行うことができ、かつ、工作機械を小型化することができる。

　本発明の第２の特徴は、上方から素材ワークに加工を行う工作機械であって、上記第１の特徴のワーク搬送装置を備えている、工作機械を提供する。

　第２の特徴によれば、第１の特徴による効果と同じ効果を実現できる。

図１は、実施形態に係るワーク搬送装置を備えた工作機械の斜視図である（Ｚ軸スライダはカバー外に位置されている）。 図２は、前記工作機械の斜視図である（Ｚ軸スライダはカバー内に位置されている）。 図３は、前記工作機械の斜視図である（第２主軸が第１主軸に近づけられている）。 図４は、前記ワーク搬送装置の斜視図である。 図５（ａ）は、図４中のＶＡ－ＶＡ線の沿った断面図（上部のみ）であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）中のＶＢ－ＶＢ線に沿った断面図である。 図６（ａ）は、製品ワーク搬出時の基準状態のハンドを示す側面図であり、図６（ｂ）は、素材ワーク搬入時の基準状態のハンドを示す側面図である。 図７（ａ）～（ｃ）は、第２主軸への製品ワークの搬出動作を示す側面図である。 図８（ａ）～（ｃ）は、第１主軸への素材ワークの搬入動作を示す側面図である。 図９（ａ）は、図８（ａ）の拡大図であり、図９（ｂ）は、図８（ｂ）の拡大図である。

　ワーク搬送装置（工作機械）の実施形態について図１～９を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、素材ワーク（加工前ワーク）ＷＡ及び製品ワーク（加工済ワーク）ＷＢを単にワークとも言う。また、主軸（第１主軸７又は第２主軸１３）への素材ワークＷＡの搬入及び主軸からの製品ワークＷＢの搬出を、単にワークの搬送とも言う。

　図１～図３に示されるように、本実施形態における工作機械１は、上方又は下方から素材ワークＷＡを切削加工し、本体フレーム３をベースとして備えている。本体フレーム３は、水平に対して傾斜された設置面３ｆを有している。なお、本実施形態では、素材ワークＷＡへの加工は、素材ワークＷＡの一端部以外の部分への一次加工（第１加工）と、一端部への二次加工（第２加工）とに分けられる。

　設置面３ｆ上には、第１主軸台５が設けられている。第１主軸台５は、水平な軸心周りに回転可能な第１主軸７を備えている。第１主軸７は、その先端に素材ワークＷＡを把持する第１チャック９を有している。また、第１主軸台５は、第１主軸７を回転させる第１回転モータ（図示せず）も備えている。

　設置面３ｆ上には、第１主軸台５に対してＺ軸方向に離隔された第２主軸台１１が設けられている。第２主軸台１１は、設置面３ｆ上でＸ及びＺ軸方向に移動可能である。第２主軸台１１は、Ｘ軸モータ（図示せず）及びＺ軸モータ（図示せず）によってＸ及びＺ軸方向に移動される。第２主軸台１１は、水平な軸心周りに回転可能な第２主軸１３をそなえている。第２主軸１３は、その先端に、一次加工後の素材ワークＷＡを把持する第２チャック１５を有している。また、第２主軸台１１は、第２主軸１３を回転させる第２回転モータ（図示せず）も備えている。そして、第２主軸１３と第１主軸７とを同心軸上に対向させた状態で、一次加工後の素材ワークＷＡを第１主軸７から第２主軸１３に受け渡すことができる。

　設置面３ｆ上の第１主軸台５の上側には、上方から素材ワークＷＡを切削加工するための上部タレット刃物台[upper turret tool head]（上部加工ヘッド[upper working head]）１７が設けられている。上部タレット刃物台１７は、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向に移動される。上部タレット刃物台１７には、複数の切削工具（図示せず）を取り付けることができ、所望の工具を所定の上部切削位置に割り出すことができる。上部タレット刃物台１７は、Ｘ軸モータ（図示せず）、Ｙ軸モータ（図示せず）及びＺ軸モータ（図示せず）よってＸ、Ｙ及びＺ軸方向に移動される。なお、上部加工ヘッドとして、上部タレット刃物台１７に代えて、上方から素材ワークＷＡを研削加工する上部研削台[upper cutting tool head]（図示せず）が用いられてもよい。

　設置面３ｆ上の第２主軸台１１の下側には、下方から素材ワークＷＡを切削加工するための下部タレット刃物台（下部加工ヘッド）１９が設けられている。下部タレット刃物台１９は、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向に移動される。下部タレット刃物台１９には、センタ穴切削工具を含む複数の切削工具（図示せず）を取り付けることができ、所望の工具を所定の下部切削位置に割り出すことができる。下部タレット刃物台１９は、Ｘ軸モータ（図示せず）、Ｙ軸モータ（図示せず）及びＺ軸モータ（図示せず）によってＸ、Ｙ及びＺ軸方向に移動されるなお、下部加工ヘッドとして、下部タレット刃物台１９に代えて、下方から素材ワークＷＡを研削加工する下部研削台（図示せず）を用いられてもよい。

　本体フレーム３上には、センタ[center]を保持するセンタホルダ（図示せず）も設けられている。また、本体フレーム３の正面側には、開閉可能[openable]又は脱着可能[detachable]な箱形のカバー２１が設けられている。カバー２１は、第１主軸台５（第１主軸７）、第２主軸台１１（第２主軸１３）、上部タレット刃物台１７、下部タレット刃物台１９及びセンタホルダを覆うことができる。さらに、本体フレーム３は、仕切壁[partition wall]３ｗを備えている。仕切壁３ｗには、開口部２３が形成されていると共に、開口部２３を開閉するシャッタ２５（図２参照：図１及び３には図示せず）も設けられている。なお、仕切壁３ｗはカバー２１と一体化されてもよい。

　本体フレーム３の側部には、取付台２７が設けられている。取付台２７は、カバー２１の外側に位置されている。取付台２７には、素材ワークＷＡを載置する素材ストッカ２９と、製品ワークＷＢを載置する製品ストッカ３１とがＺ軸方向に沿って隣接して設けられている。

　工作機械１は、第１主軸７への素材ワークＷＡの搬入、及び、第２主軸１３からの製品ワークＷＢの搬出を行うワーク搬送装置３３を備えている。ワーク搬送装置３３の構成を以下に説明する。

　図１及び４に示されるように、本体フレーム３の上部には、角パイプで形成された支持ビーム[support beam]３５が設けられている。支持ビーム３５は、カバー２１の中から製品ストッカ３１の上方までＺ軸方向に沿って延設されている。支持ビーム３５の側面と下面には、一対のＺ軸ガイドレール３７が設けられている。一対のＺ軸ガイドレール３７には、Ｚ軸スライダ３９がスライド可能に取り付けられている。図５（ａ）及び５（ｂ）に示されるように、Ｚ軸スライダ３９には、Ｚ軸スライダ３９をＺ軸方向に移動させるＺ軸モータ（Ｚ軸アクチュエータ）４１が設けられている。Ｚ軸モータ４１の出力は、減速歯車[reduction gears]４３を介して、ピニオン４５に伝達される。ピニオン４５と噛み合うラック４７が、支持ビーム３５に取り付けられている。

　Ｚ軸スライダ３９には、鉛直方向に延在された鉛直ガイドレール４９が設けられている。一対の鉛直ガイドレール４９には、箱形の鉛直スライダ５１スライド可能に取り付けられている。鉛直スライダ５１には、鉛直スライダ５１を鉛直方向に移動させる鉛直モータ（鉛直アクチュエータ）５３が設けられている。鉛直モータ５３の出力は、減速歯車（図示せず）を介してピニオン５５に伝達される。ピニオン５５と噛み合うラック５７が、Ｚ軸スライダ３９に取り付けられている。

　図６（ａ）及び６（ｂ）に示されるように、揺動アーム５９を揺動させる揺動モータ（第１揺動アクチュエータ）６３が、鉛直スライダ５１に設けられている。揺動モータ６３は、上述した鉛直モータ５３の下側に設けられており、揺動モータ６３及び鉛直モータ５３鉛直に並べられている。揺動モータ６３の出力軸は、減速ギア（図示せず）を介して、揺動アーム５９の基端（上端）に結合されている。また、揺動アーム５９は、揺動モータ６３によって、第１連結ピン６１の軸心（Ｚ軸に平行）を中心に揺動可能である。揺動アーム５９は、その中央が前に突出する湾曲形状を有している。

　図１、４、６（ａ）及び６（ｂ）に示されるように、揺動アーム５９の先端（下端）には、ハンド取付部材[hand attachment member]６５が連結されている。ハンド取付部材６５は、第２連結ピン６７の軸心（Ｚ軸に平行）を中心に揺動可能である。また、揺動アーム５９の先端には、ハンド取付部材６５を揺動させる揺動シリンダ（第２揺動アクチュエータ）６９が設けられている。揺動シリンダ６９は、往復動可能な作動ロッド７１を備えている。作動ロッド７１の先端には、ハンド取付部材６５が連結されている。また、ハンド取付部材６５には、素材ワークＷＡを把持する第１ハンド７３と、製品ワークＷＢを把持する第２ハンド７５とが取り付けられている。第２連結ピン６７の軸心（Ｚ軸に平行）を中心として、第１ハンド７３の取付位置と第２ハンド７５の取付位置とは９０度の角度をなしている。なお、第２ハンド７５は、製品ワークＷＢの他に上述したセンタも把持する。

　ここで、図６（ａ）、９（ａ）及び９（ｂ）に示されるように、第１連結ピン６１の軸心（揺動アーム５９の基端と鉛直スライダ５１との連結中心）から第２連結ピン６７の軸心（揺動アーム５９の先端とハンド取付部材６５との連結中心）までの長さＬは、鉛直スライダ５１の最大ストロークＳと等しくなるように設定されている。なお、ここでの「等しい」には、長さＬが最大ストロークＳの９０～１１０％であることを含む。

　開口部２３が開放された状態でＺ軸スライダ３９をスライドさせることで、鉛直スライダ５１、揺動アーム５９、ハンド取付部材６５、第１ハンド７３及び第２ハンド７５等は、開口部２３を通ってカバー２１の内部に入れられたり、カバー２１の外に出されたりする。

　また、ハンド取付部材６５に対する第１ハンド７３及び第２ハンド７５の基準位置（基準ハンド位置）は、素材ワーク搬入位置及び製品ワーク搬出位置の間で切り替えられる。即ち、基準ハンド位置は、素材ワーク搬入位置又は製品ワーク搬出位置に設定される。製品ワーク搬出位置でハンド取付部材６５を正方向に９０度揺動させると、基準ハンド位置は素材ワーク搬入位置に切り替えられる。反対に、素材ワーク搬入位置でハンド取付部材６５を逆方向に９０度揺動させると、基準ハンド位置は製品ワーク搬出位置に切り替えられる。基準ハンド位置は、ハンド取付部材６５の揺動位置のみによって決定される（ハンド取付部材６５の揺動位置は関係ない）。

　ここで、揺動アーム５９が、その可動範囲内で第２連結ピン６７が最も鉛直下方に位置する揺動位置にある場合を例に説明する。素材ワーク搬入位置では、図６（ｂ）に示されるように、第１ハンド７３に把持された素材ワークＷＡが最も鉛直下方に位置される。即ち、素材ワーク搬入位置では、素材ワークＷＡが最も鉛直下方に位置となるように、ハンド取付部材６５の揺動位置が設定される。素材ワーク搬入位置では、第２ハンド７５は側方に向けられる。

　同様に、製品ワーク搬入位置では、図６（ａ）に示されるように、第２ハンド７５に把持された製品ワークＷＢが最も鉛直下方に位置される。即ち、製品ワーク搬入位置では、製品ワークＷＢが最も鉛直下方に位置となるように、ハンド取付部材６５の揺動位置が設定される。製品ワーク搬入位置では、第１ハンド７３は側方に向けられる。

　第２主軸１３の第２チャック１５に把持された製品ワークＷＢを第２ハンド７５で把持するには、製品ワーク搬出位置の状態から鉛直スライダ５１の鉛直下方へのスライドが開始され（図７（ａ）参照）、鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされつつ揺動アーム５９が第２主軸１３へと揺動される（図７（ｂ）参照）。第２主軸１３からの製品ワークＷＢの取り外し後、製品ワーク搬出位置の状態が保持されたまま、鉛直スライダ５１の鉛直上方へのスライドが開始され、鉛直スライダ５１が鉛直上方にスライドされつつ揺動アーム５９が第２主軸１３から離れるように揺動される（図７（ｃ）参照）。ワーク搬送装置３３は、上記動作を行うように構成されている（第２主軸１３に対する動作タイミングに関する構成）。

　第１主軸７の第１チャック９で素材ワークＷＡを把持するには、素材ワーク搬入位置の状態から鉛直スライダ５１の鉛直下方へのスライドが開始され（図８（ａ）参照）、鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされつつ揺動アーム５９が第１主軸７へと揺動される。素材ワークＷＡの第１主軸７への取り付け後、素材ワーク搬入位置の状態が保持されたまま、鉛直スライダ５１の鉛直上方へのスライドが開始され、鉛直スライダ５１が鉛直上方にスライドされつつ揺動アーム５９が第１主軸７から離れるように揺動される（図８（ｃ）参照）。ワーク搬送装置３３は、上記動作を行うように構成されている（第１主軸７に対する動作タイミングに関する構成）。

　続いて、工作機械１（ワーク搬送装置３３）の動作及び効果について説明する。

　（１）切削加工（一次加工及び二次加工）に関する動作
　第１主軸７の第１チャック９によって素材ワークＷＡの一端が把持された状態で、第１回転モータによって第１主軸７が回転されつつ、下部タレット刃物台１９のＺ軸モータによって下部タレット刃物台１９が第１主軸７へとＺ軸方向に移動される。下部タレット刃物台１９の下部切削位置に割り出されたセンタ穴切削工具が素材ワークＷＡの他端の端面中心に接触され、素材ワークＷＡの他端の端面中心にセンタ穴が形成される。

　センタ穴の形成後又は形成中に、製品ワーク搬出位置の状態でＺ軸モータ４１によってＺ軸スライダ３９がスライドされ、第２ハンド７５がセンタホルダの真上に位置決めされる。次に、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされ、第２ハンド７５によってセンタホルダに保持されたセンタが把持される。次いで、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直上方にスライドされ、センタホルダからセンタが取り出される。

　センタホルダからのセンタの取り出し後、Ｚ軸スライダ３９は、Ｚ軸モータ４１によってスライドされて所定位置に位置決めされる。次いで、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が第２主軸１３へと揺動される。次いで、センタがＺ軸方向に沿って第２主軸１３の第２チャック１５と対向される。第２主軸台１１のＺ軸モータによって第２主軸台１１がセンタへと僅かにスライドされ、第２チャック１５によってセンタが把持される。第２ハンド７５によるセンタの把持が解除される。このようにして、センタの第２主軸１３への搬入（取り付け）が完了する。なお、第２主軸台１１をセンタへと僅かにスライドさせる代わりに、センタを第２主軸１３へと移動させるように、Ｚ軸モータ４１によってＺ軸スライダ３９を僅かにスライドさせてもよい。なお、センタが取り付けられた第２主軸台１１は、心押台[tailstock]として機能する。

　素材ワークＷＡへのセンタ穴の形成、及び、第２主軸１３へのセンタの取り付け後、第２主軸台１１のＺ軸モータによって第２主軸台１１がＺ軸方向にスライドされ、素材ワークＷＡのセンタ穴がセンタによって押圧支持される。次いで、第１回転モータによって第１主軸７が回転されつつ、上部タレット刃物台１７がＸ軸モータ、Ｙ軸モータ及びＺ軸モータによって所望の位置に移動される。上部タレット刃物台１７の上部切削位置に割り出された切削工具が素材ワークＷＡに接触され、素材ワークＷＡが上方から切削加工（一次加工）される。素材ワークＷＡの一端が第１チャック９によって把持されているので、素材ワークＷＡの一端は一次加工されない。なお、上部タレット刃物台１７による一次加工（切削加工）中に、上部タレット刃物台１７がＹ軸方向又はＺ軸方向に移動されなくてもよい。

　上部タレット刃物台１７による一次加工に続いて又は上部タレット刃物台１７による一次加工と同時に、第１回転モータによって第１主軸７が回転されつつ、下部タレット刃物台１９もＸ軸モータ、Ｙ軸モータ及びＺ軸モータによって所望の位置に移動される。下部タレット刃物台１９の下部切削位置に割り出された切削工具が素材ワークＷＡに接触され、素材ワークＷＡが下方からも切削加工（一次加工）される。なお、下部タレット刃物台１９による一次加工（切削加工）中に、下部タレット刃物台１９がＹ軸方向又はＺ軸方向に移動されなくてもよい。また、下部タレット刃物台１９による一次加工が行われなくてもよい（この場合、上部タレット刃物台１７による一次加工のみ行われる）。

　一次加工後、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が第２主軸１３へと揺動される。第２ハンド７５によってセンタが把持され、第２チャック１５によるセンタの把持が解除される。第２主軸台１１のＺ軸モータによって第２主軸台１１が僅かにスライドされ、第２主軸１３からセンタが取り外される。なお、第２主軸台１１を僅かにスライドさせる代わりに、Ｚ軸モータ４１によってＺ軸スライダ３９を僅かにスライドさせてもよい。

　センタの第２主軸１３からの取り外し後、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直上方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が第２主軸１３から離れるように揺動される。次いで、Ｚ軸モータ４１によってＺ軸スライダ３９がＺ軸方向にスライドされ、第２ハンド７５がセンタホルダの真上に位置決めされる。鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされ、センタがセンタホルダに保持される。次いで、第２ハンド７５によるセンタの把持が解除され、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直上方にスライドされる。この結果、センタがセンタホルダに戻される。

　センタの第２主軸１３からの取り外し後、第２主軸台１１のＸ軸モータによって第２主軸台１１がＸ軸方向に移動され、第２主軸１３が一次加工後の素材ワークＷＡが取り付けられている第１主軸７と対向される。第２主軸台１１のＺ軸モータによって第２主軸台１１がＺ軸方向に移動され、第２主軸１３の第２チャック１５によって素材ワークＷＡの他端が把持される。次いで、第１主軸７の第１チャック９による素材ワークＷＡの把持が解除される。第２主軸台１１のＺ軸モータによって第２主軸台１１がＺ軸方向に移動され、第２主軸１３が第１主軸７から離される。この結果、一次加工後の素材ワークＷＡが第２主軸１３に受け渡される。

　一次加工後の素材ワークＷＡの第２主軸１３への取り付け後、第２回転モータによって第２主軸１３が回転されつつ、上部タレット刃物台１７がＸ軸モータ、Ｙ軸モータ及びＺ軸モータによって所望の位置に移動される。上部タレット刃物台１７の上部切削位置に割り出された切削工具が素材ワークＷＡに接触され、素材ワークＷＡが上方から切削加工（二次加工）される。素材ワークＷＡの他端が第２チャック１５によって把持されているので、素材ワークＷＡの他端は二次加工されない。なお、上部タレット刃物台１７による二次加工（切削加工）中に、上部タレット刃物台１７がＹ軸方向又はＺ軸方向に移動されなくてもよい。

　上部タレット刃物台１７による二次加工に続いて又は上部タレット刃物台１７による二次加工と同時に、第２回転モータによって第２主軸１３が回転されつつ、下部タレット刃物台１９もＸ軸モータ、Ｙ軸モータ及びＺ軸モータによって所望の位置に移動される。下部タレット刃物台１９の下部切削位置に割り出され切削工具が素材ワークＷＡに接触され、素材ワークＷＡが下方からも切削加工（二次加工）される。なお、下部タレット刃物台１９による二次加工（切削加工）中に、下部タレット刃物台１９がＹ軸方向又はＺ軸方向へ移動されなくてもよい。また、下部タレット刃物台１９による二次加工が行われなくてもよい（この場合、上部タレット刃物台１７による二次加工のみ行われる）。

　（２）素材ワークＷＡの搬入及び製品ワークＷＢの搬出に関する動作
　Ｚ軸スライダ３９が、Ｚ軸モータ４１によってスライドされ、素材ストッカ２９の真上に位置決めされる。揺動シリンダ６９によってハンド取付部材６５が正方向に９０度揺動され、基準ハンド位置が製品ワーク排出位置から素材ワーク搬入位置に切り換えられる。次に、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が素材ストッカ２９へと揺動される。第１ハンド７３によって素材ストッカ２９上の素材ワークＷＡが把持される。鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直上方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が素材ストッカ２９から離れるように揺動される。このように、素材ワークＷＡが素材ストッカ２９から取り出される。なお、素材ワークＷＡの取り出し中に、揺動アーム５９が揺動されなくてもよい。

　素材ワークＷＡの取り出した後、シャッタ２５が開かれて開口部２３が開放される。次いで、Ｚ軸スライダ３９が、Ｚ軸モータ４１によってカバー２１の内部へとスライドされて所定位置に位置決めされる。

　図７（ａ）に示されるように、揺動シリンダ６９によってハンド取付部材６５が逆方向に９０度揺動され、基準ハンド位置が素材ワーク搬入位置から製品ワーク搬出位置に切り換えられる。このとき、素材ストッカ２９から取り出された素材ワークＷＡは、第１ハンド７３に把持されたままである。次いで、図７（ｂ）に示されるように、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が第２主軸１３へと揺動される。第２チャック１５に把持されている製品ワークＷＢ（即ち、上記（１）で説明されたように、一次加工及び二次加工が行われた素材ワークＷＡ）が、第２ハンド７５によって把持される。第２チャック１５による製品ワークＷＢの把持が解除される。Ｚ軸モータ４１によってＺ軸スライダ３９が僅かにスライドされ、製品ワークＷＢが第２主軸１３から取り出される。なお、Ｚ軸スライダ３９を僅かにスライドさせる代わりに、第２主軸台１１のＺ軸モータによって第２主軸台１１を僅かに移動させてもよい。

　続いて、図７（ｃ）に示されるように、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直上方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が第２主軸１３から離れるように揺動される。せることにより、製品ワークＷＢを把持した第２ハンド７５を第２主軸１３に対して離反させる。このようにして、製品ワークＷＢの第２主軸１３からの搬出が完了する。

　製品ワークＷＢの搬出後、図８（ａ）に示されるように、揺動シリンダ６９によってハンド取付部材６５が正方向へ９０度揺動され、基準ハンド位置が製品ワーク搬出位置から素材ワーク搬入位置に切り換えられる。（なお、ここでは、図７（ｃ）に示される状態と
図８（ａ）に示される状態の間に、上記（１）で説明されたように、一次加工済みの素材ワークＷＡが、第１主軸７から第２主軸１３に受け渡されている。）

　素材ワーク搬入位置への切り換え後、図８（ｂ）に示されるように、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が第１主軸７へと揺動される。次いで、第１ハンド７３に把持されている素材ワークＷＡがＺ軸方向に沿って第１主軸７の第１チャック９と対向される。Ｚ軸モータ４１によってＺ軸スライダ３９が第１主軸７へと僅かに移動され、第１チャック９によって素材ワークＷＡが把持される。第１ハンド７３による素材ワークＷＡの把持が解除される。

　次いで、図８（ｃ）に示されるように、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直上方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が第１主軸７から離れるように揺動される。このようにして、素材ワークＷＡの第１主軸７への搬入が完了する。

　素材ワークＷＡの搬入後、揺動シリンダ６９によってハンド取付部材６５が逆方向へ９０度揺動され、基準ハンド位置が素材ワーク搬入位置から製品ワーク搬出位置に切り換えられる。次いで、Ｚ軸スライダ３９が、Ｚ軸モータ４１によってカバー２１の外へスライドされ、製品ストッカ３１の真上に位置決めされる。Ｚ軸スライダ３９がカバー２１の外に出された後、シャッタ２５が閉じられて開口部２３が閉塞される。

　次いで、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直下方にスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が製品ストッカ３１へと揺動される。第２ハンド７５による製品ワークＷＢの把持状態が解除され、搬出された製品ワークＷＢが製品ストッカ３１に収納される。その後、鉛直モータ５３によって鉛直スライダ５１が鉛直上方ニスライドされつつ、揺動モータ６３によって揺動アーム５９が製品ストッカ３１から離れるように揺動される。このようにして、製品ワークＷＢの製品ストッカ３１への搬出が完了する。なお、製品ワークＷＢを製品ストッカ３１に収納させるときに、揺動アーム５９が揺動されなくてもよい。

　要するに、上述した第２主軸１３に対する動作タイミングに関する構成、及び、第１主軸７に対する動作タイミングに関する構成を有することで、Ｚ軸スライダ３９のスライドに、鉛直スライダ５１のスライド、揺動アーム５９の揺動及びハンド取付部材６５の揺動を組み合わせて、第１主軸７への素材ワークＷＡの搬入及び第２主軸１３からの製品ワークＷＢの搬出を行うことができる。従って、揺動アーム５９等のワーク搬送装置３３の一部と上部タレット刃物台１７や下部タレット刃物台１９との接触を回避しつつ、第１ハンド７３及び第２ハンド７５を第１主軸７及び第２主軸１３に対して接近させることができる。また、揺動アーム５９（即ち、ワーク搬送装置３３）の揺動範囲が広くなるのを十分に抑制できる。特に、揺動アーム５９が、その中央が前に突出する湾曲形状を有しているので、ワーク搬送装置３３の上記動作範囲が広くなることをより十分に抑制できる。

　また、揺動アーム５９の上述した長さＬが鉛直スライダ５１の最大ストロークＳと等しくされているので、揺動アーム５９の収納スペースを最小化でき、かつ、カバー２１内での鉛直スライダ５１の鉛直方向のスライドスペースを揺動アーム５９の収納スペースとして利用できる。さらに、揺動モータ６３及び鉛直モータ５３が鉛直に並べられているので、Ｚ軸スライダ３９のＺ軸方向の長さを短くすることができる。

　本実施形態によれば、ワーク搬送装置３３の一部と上部タレット刃物台１７や下部タレット刃物台１９との接触を回避しつつ、第１ハンド７３及び第２ハンド７５を第１主軸７及び第２主軸１３に対して接近させることができる。このため、上方から素材ワークＷＡを加工する工作機械１にワーク搬送装置３３を装備しても、第１主軸７への素材ワークＷＡの搬入及び第２主軸１３からの製品ワークＷＢの搬出を適切に行うことができる。

　また、揺動アーム５９（即ち、ワーク搬送装置３３）の動作範囲が広くなることをより十分に抑制できるので、工作機械１を小型化できる。特に、揺動アーム５９の収納スペースの最小化しつつ、カバー２１内での鉛直スライダ５１の鉛直方向のスライドスペースを揺動アーム５９の収納スペースとして利用することができ、かつ、Ｚ軸スライダ３９のＺ軸方向の長さを短くできるので、工作機械１のより小型化できる。

　なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されず、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲も、上述した実施形態に限定されない。

Claims (9)

1. 　ワーク搬送装置であって、
   　本体フレームと、
   　本体フレームの傾斜した設置面に設けられた主軸台と、
   　水平な軸心周りに回転可能に前記主軸台に設けられ、先端に素材ワークを把持するチャックを有する主軸と、
   　前記設置面上の前記主軸台の上側に設けられ、前記主軸の軸心に平行なＺ軸方向に垂直でかつ前記設置面に平行なＸ軸方向に移動可能な、上方から前記素材ワークを加工する加工ヘッドと、
   　前記主軸台、前記主軸及び前記加工ヘッドを覆うように前記本体フレームに設けられたカバーと、
   　を備えた工作機械に装備され、前記主軸への前記素材ワークの搬入及び前記主軸からの製品ワークの搬出を行うワーク搬送装置であって、
   　前記本体フレームの上部に設けられ、前記カバーの内部から外部に前記Ｚ軸方向に沿って延在された支持ビームと、
   　前記支持ビームに取り付けられた、前記Ｚ軸方向にスライド可能なＺ軸スライダと、
   　前記Ｚ軸スライダに取り付けられた、鉛直方向にスライド可能な鉛直スライダと、
   　前記鉛直スライダの先端に連結された、前記Ｚ軸方向に平行な軸心周りに揺動可能な揺動アームと、
   　前記揺動アームに設けられた、素材ワークを把持する第１ハンドと、
   　前記揺動アームに設けられた、製品ワークを把持する第２ハンドと、を備え、
   　前記Ｚ軸スライダを前記Ｚ軸方向にスライドさせることで、前記Ｚ軸スライダ、前記鉛直スライダ、前記揺動アーム、前記第１ハンド及び前記第２ハンドが、前記本体フレーム又は前記カバーに形成された開口部を通して、前記カバーの内部に入れられたり、前記カバーから外に出される、ワーク搬送装置。
2. 　請求項１に記載のワーク搬送装置であって、
   　前記ワーク搬送装置が、
   　前記チャックに把持された前記製品ワークを前記第２ハンドによって把持する直前に、前記鉛直スライダを鉛直下方にスライド移動させつつ、前記揺動アームを前記主軸側へと揺動させ、
   　前記製品ワークを前記第２ハンドで把持して前記チャックから取り外し、
   　前記鉛直スライダを鉛直上方にスライドさせつつ、前記揺動アームを前記主軸から離れるように揺動させる、よう構成されており、かつ、
   　前記ワーク搬送装置が、
   　前記素材ワークを前記主軸の前記チャックに把持させる直前に、前記鉛直スライダを鉛直下方にスライドさせつつ、前記揺動アームを前記主軸へと揺動させ、
   　前記素材ワークを前記主軸の前記チャックに取り付け、
   　前記鉛直スライダを鉛直上方にスライドさせつつ、前記揺動アームを前記主軸から離れるように揺動させる、よう構成されている、ワーク搬送装置。
3. 　請求項１又は２に記載のワーク搬送装置であって、
   　前記揺動アームの先端に連結された、前記Ｚ軸方向に平行な軸心周りに揺動可能なハンド取付部材をさらに備えており、
   　前記第１ハンドが、前記ハンド取付部材に設けられ、
   　前記第２ハンドが、前記第１ハンドの前記ハンド取付部材への取付角度とは異なる取付角度で、前記ハンド取付部材に設けられている、ワーク搬送装置。
4. 　請求項３に記載のワーク搬送装置であって、
   　前記ハンド取付部材の正逆方向への揺動によって、前記揺動アームの先端を前記鉛直スライダから鉛直下方に最も離した状態において、前記第１ハンドが鉛直下方に向けられ、かつ、前記第２ハンドが側方に向けられている前記ハンド取付部材の位置を素材ワーク搬入位置とし、前記第１ハンドが側方に向けられ、かつ、前記第２ハンドが鉛直下方に向けられている前記ハンド取付部材の位置を製品ワーク搬出位置とし、
   　前記ワーク搬送装置が、前記揺動アームに対する前記ハンド取付部材の基準ハンド位置を、前記素材ワーク搬入位置と前記製品ワーク搬出位置との間で切り替えられるよう構成されている、ワーク搬送装置。
5. 　請求項３又は４に記載のワーク搬送装置であって、
   　前記揺動アームの基端と前記鉛直スライダとの連結中心から前記揺動アームの先端と前記ハンド取付部材との連結中心までの長さが、前記鉛直スライダの最大ストロークと等しくなるように設定されている、ワーク搬送装置。
6. 　請求項１～５の何れか一項に記載のワーク搬送装置であって、
   　前記鉛直スライダを鉛直方向にスライドさせる鉛直アクチュエータと、前記揺動アームを揺動させる揺動アクチュエータとが、前記鉛直スライダ上に鉛直方向に並べて設けられている、ワーク搬送装置。
7. 　請求項１～６の何れか一項に記載のワーク搬送装置であって、
   　前記揺動アームが、その中央部が前に突出する湾曲形状を有している、ワーク搬送装置。
8. 　請求項１～７の何れか一項に記載のワーク搬送装置であって、
   　前記主軸台が、前記設置面上に設けられた第１主軸台と、前記第１主軸台に対して前記Ｚ軸方向に離隔されて前記設置面上に設けられた第２主軸台とを含んでおり、かつ、前記第２主軸台が、前記設置面上で前記Ｚ軸方向に移動可能であり、
   　前記主軸が、水平な軸心周りに回転可能に前記第１主軸台に設けられ、かつ、先端に前記素材ワークを把持する第１チャックを有する第１主軸と、水平な軸心周りに回転可能に前記第２主軸台に設けられ、かつ、先端に前記素材ワークを把持する第２チャックを有する第２主軸とを含み、
   　前記加工ヘッドが、上方から前記素材ワークを加工する上部加工ヘッドであり、
   　前記工作機械が、前記設置面上の前記主軸台の下側に設けられ、前記Ｘ軸方向へ移動可能な、下方から前記素材ワークを加工する下部加工ヘッドをさらに備え、
   　前記ワーク搬送装置が、前記第１主軸への前記素材ワークの搬入及び前記第２主軸からの前記製品ワークの搬出を行うよう構成されている、ワーク搬送装置。
9. 　上方から素材ワークに加工を行う工作機械であって、
   　請求項１～８の何れか一項に記載のワーク搬送装置を備えている、工作機械。

Images