特許 5855114 工作機械のパレット交換装置及び工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5855114

(24)【登録日】2015年12月18日

(45)【発行日】2016年2月9日

(54)【発明の名称】工作機械のパレット交換装置及び工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 7/00 20060101AFI20160120BHJP

【ＦＩ】

   B23Q7/00 G

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-533450(P2013-533450)

(86)(22)【出願日】2011年9月16日

(86)【国際出願番号】JP2011071283

(87)【国際公開番号】WO2013038568

(87)【国際公開日】20130321

【審査請求日】2014年7月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100130133

【弁理士】

【氏名又は名称】曽根 太樹

(74)【代理人】

【識別番号】100171251

【弁理士】

【氏名又は名称】篠田 拓也

(72)【発明者】

【氏名】土屋 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】大曽根 憲太郎

【審査官】 大山 健

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１７１７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−００５３３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−２９４８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００２／０１４０１３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パレットを鉛直に取り付けるテーブルと、パレットを水平に載置するパレットローディングステーションとの間でパレットを交換するパレット交換装置において、
前記テーブルと前記パレットローディングステーションとの間に、水平軸線から４５°上方に延びる傾斜軸線周りに旋回可能に設けられた交換アームと、
前記交換アームを前記傾斜軸線周りに旋回させる旋回手段と、
前記交換アームの両端にそれぞれ設けられ、前記パレットを鉛直に配向したときに下端となる前記パレットの一側部に設けられた被把持部材を把持する二つの腕部分と、
を具備し、
前記交換アームの各腕部分の先端部には、前記被把持部材に対して嵌合可能なパレット把持部が設けられ、
前記パレット把持部は、前記腕部分がテーブル側位置にあるときに鉛直に配向されたパレットの前記被把持部材と上下方向に嵌合可能に、かつ、前記腕部分が前記パレットローディングステーションにあるときに水平に配向されたパレットの前記被把持部材と水平方向に嵌合可能に形成され、
前記交換アームは、前記パレット把持部が前記パレットの被把持部材と係合している間、該パレットの被把持部材が前記パレット把持部から脱離することを防止する係止手段を更に具備することを特徴としたパレット交換装置。

【請求項2】

更に、前記テーブル側位置にある前記腕部分と前記テーブルとの間で前記パレットを移送するトラバーサを具備する請求項１に記載のパレット交換装置。

【請求項3】

前記トラバーサは、前記腕部分に対して相対的に水平方向に往復動する第１スライダと、該スライダに対して相対的に水平方向に移動する第２スライダと、前記第２スライダの先端部に、前記パレットの前記被把持部材の外側に更に配設された前記被保持部材に係合可能なパレット保持部を具備する請求項２に記載のパレット交換装置。

【請求項4】

前記トラバーサは、基台に対して固定されたトラバーサベースと、
前記トラバーサベースの上面に固定され前記第１スライダに対面する複数の歯が形成された第１ラックと、
前記第１スライダに取付けられ前記第１ラックの歯に係合する歯を有したピニオンと、
前記第２スライダの下面に取付けられ前記ピニオンの歯に係合する複数の歯が形成された第２ラックとを具備した倍速機構で成る請求項３に記載のパレット交換装置。

【請求項5】

前記トラバーサのパレット保持部は、前記パレットに配設された被保持部材を両面から挟んで保持する鉛直方向に植設された複数のパレット保持ピンを具備する請求項３又は４に記載のパレット交換装置。

【請求項6】

前記交換アームを前記旋回手段と共に鉛直方向へ昇降させる昇降手段を更に具備し、
前記係止手段は、前記交換アームの腕部分の側面に沿って移動可能に設けられたプランジャと、
前記プランジャに関して概ね垂直方向に配向され、前記パレットの被把持部材に係合、離反動作可能に設けられた係止ピンと、
前記プランジャと前記係止ピンとを連結するリンクと、
前記テーブル側位置において前記プランジャの先端部に当接可能に設けられた第１ドッグと、
前記パレットローディングステーションにおいて前記プランジャの先端部に当接可能に設けられた第２ドッグとを具備し、
前記交換アームが上昇したときに、前記プランジャは前記ドッグから離反して、前記係止ピンが前記被把持部材に係合し、
前記交換アームが下降したときに、前記プランジャが前記ドッグに当接して前記係止ピンが前記被把持部材から離反する請求項１に記載のパレット交換装置。

【請求項7】

水平の回転軸線を中心として回転可能に保持された主軸と、前記主軸に対面可能に設けられワークを取付けるパレットを鉛直に配向して着脱可能に固定するテーブルと、前記テーブルと前記主軸とを相対的に直交３軸に沿って直線送りする手段と、前記テーブルを鉛直軸線周りに回転送りする手段と、前記パレットを水平に保持しながら、未加工ワークを前記パレットに取付け、かつ、加工済ワークを前記パレットから取外すためのパレットローディングステーションとを具備した工作機械において、
請求項１に記載のパレット交換装置と、
前記テーブルに設けられ、前記パレットのワーク取付面と反対側の面から突出したプルスタッドと係合するクランパと、
を具備することを特徴とした工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テーブルに鉛直に取付けられたパレットとパレットローディングステーションに水平に載置されたパレットとを交換するパレット交換装置及びそのパレット交換装置を備えた工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械の分野では、ワークをパレットに固定し該パレットを工作機械のテーブルに着脱可能に取付けて、該ワークを加工することが従来から行われている。こうした工作機械では、未加工ワークと加工済ワークとの交換は、ワークをパレットに取付けた状態でパレット交換装置によって行われる。

【0003】

例えば、特許文献１には、水平面に対し４５゜傾斜した軸線の周りで１８０゜回動可能なアーム部材を備え、アーム部材の傾斜軸線を挟む対称位置に一対のパレット支持台を有し、各パレット支持台をアーム部材を旋回させることによって、パレット交換位置とワーク交換位置との間でパレット支持台を入れ替えるようにしたパレット交換装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−１７１７３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のパレット交換装置では、パレット支持台に形成されたホゾと、パレットに形成されたアリ溝とを嵌合することによってパレットをパレット支持台に取付けている。然しながら、特許文献１のパレット交換装置のように、パレット支持台とパレットとの間をホゾとアリ溝とによって結合すると、パレット支持台と工作機械のテーブルとの間におけるパレットの移送に比較的長い時間を要する問題がある。また、パレット及びアーム部材の重量も大きくなる。更に、特許文献１のパレット交換装置では、加工済ワークと未加工ワークとの交換に際して、アーム部材を重量物であるアームベースと共に水平方向（Ｘ軸方向）に２往復させなければならず、パレット交換に要する時間が更に長くなる問題がある。

【0006】

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、工作機械のテーブルに鉛直に配向、取付けられたパレットと、パレットローディングステーションに水平に配向、載置されたパレットとを簡単な構成とコンパクトな動作で確実、迅速に交換可能なパレット交換装置及び交換方法並びに工作機械を提供することを目的としている。併せてパレット自体も単純な板形状で軽量化できるパレット交換装置及び工作機械を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、パレットを鉛直に取り付けるテーブルと、パレットを水平に載置するパレットローディングステーションとの間でパレットを交換するパレット交換装置において、前記テーブルと前記パレットローディングステーションとの間に、水平軸線から４５°上方に延びる傾斜軸線周りに旋回可能に設けられた交換アームと、前記交換アームを前記傾斜軸線周りに旋回させる旋回手段と、前記交換アームの両端にそれぞれ設けられ、前記パレットを鉛直に配向したときに下端となる前記パレットの一側部に設けられた被把持部材を把持する二つの腕部分とを具備し、
前記交換アームの各腕部分の先端部には、前記被把持部材に対して嵌合可能なパレット把持部が設けられ、前記パレット把持部は、前記腕部分がテーブル側位置にあるときに鉛直に配向されたパレットの前記被把持部材と上下方向に嵌合可能に、かつ、前記腕部分が前記パレットローディングステーションにあるときに水平に配向されたパレットの前記被把持部材と水平方向に嵌合可能に形成され、前記交換アームは、前記パレット把持部が前記パレットの被把持部材と係合している間、該パレットの被把持部材が前記パレット把持部から脱離することを防止する係止手段を更に具備したパレット交換装置が提供される。

【0009】

更に本発明によれば、水平の回転軸線を中心として回転可能に保持された主軸と、前記主軸に対面可能に設けられワークを取付けるパレットを鉛直に配向して着脱可能に固定するテーブルと、前記テーブルと前記主軸とを相対的に直交３軸に沿って直線送りする手段と、前記テーブルを鉛直軸線周りに回転送りする手段と、前記パレットを水平に保持しながら、未加工ワークを前記パレットに取付け、かつ、加工済ワークを前記パレットから取外すためのパレットローディングステーションとを具備した工作機械において、
前記パレット交換装置と、前記テーブルに設けられ、前記パレットのワーク取付面と反対側の面から突出したプルスタッドと係合するクランパとを具備した工作機械が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、交換アームの旋回動作の間、パレットローディングステーションにおいてパレットが水平に配向されているときを除いて、パレットの被把持部材は、パレットの重量が交換アームの腕部分に対して付勢され続ける。従って、パレット交換動作が正常に作用する限り、パレットが交換アームのパレット把持部から脱離することはない。従って、交換アームによってパレットの一側部を把持する簡単な構成でパレット交換が確実に行われる。他の作用効果は発明を実施するための形態の欄で説明する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態に係るマシニングセンタの概略構成を示す側面図である。

【図2】図１の矢視IIの方向に見たパレット交換装置の正面図であり、パレットＡとトラバーサを示す図である。

【図3】図２の矢視IIIの方向に見たパレット交換装置の側面図であり、パレットＡとパレットホルダを示す図である。

【図4】図１の矢視IVの方向に見たパレット交換装置の正面図である。

【図5A】パレット交換装置のパレット把持部及び係止機構の拡大図であり、係止機構の係止ピンがパレットの被把持部材に係合している状態を示す図である。

【図5B】パレット交換装置のパレット把持部及び係止機構の拡大図であり、係止機構の係止ピンがパレットの被把持部材から離反している状態を示す図である。

【図6】交換アームの側面図である。

【図7】交換アームの駆動手段と共に示す交換アームの断面図である。

【図8】図７の矢視線VIII-VIIIに沿う部分断面図である。

【図9】図１の矢視IXの方向に見たパレット交換装置の平面図である。

【図10A】パレット交換装置のパレット交換動作を説明するためのフローチャートである。

【図10B】パレット交換装置のパレット交換動作を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図１〜図１０を参照して、本発明によるマシニングセンタの実施の形態を説明する。
図１を参照すると、本発明の実施の形態によるパレット交換装置１０を備えた工作機械１００は、横形マシニングセンタとして構成されており、工場の床面に固定されるベッド１０２、該ベッド１０２の後方部分（図１の右方部分）の上面にＸ軸送り機構を介して左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に取付けられたコラム１０４、該コラム１０４の前面にＹ軸送り機構を介して上下方向（Ｙ軸方向）に移動可能に取付けられた主軸頭１０６、ベッド１０２の前方部分の上面にＺ軸送り機構を介して前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能に取付けられたＢ軸ベース１１０を具備する。主軸頭１０６には、主軸１０８が水平の回転軸線Ｏsを中心に回転可能に支持されており、該主軸１０８の先端部に工具Ｔが取付けられる。Ｂ軸ベース１１０には、Ｂ軸テーブル１１２が鉛直方向の回転送り軸（Ｂ軸）を中心として±１８０°の回転角で回転可能に支持されており、Ｂ軸ベース１１０内にはＢ軸送り機構としてのサーボモーター（図示せず）が組込まれている。

【0013】

Ｘ軸送り機構は、ベッド１０２の上面において左右方向に水平に延設された一対のＸ軸ガイドレール１０２ａ、該Ｘ軸ガイドレール１０２ａ沿いに摺動可能にコラム１０４の下面に取付けられたガイドブロック（図示せず）、ベッド１０２内においてＸ軸方向に延設されたＸ軸ボールねじ（図示せず）、コラム１０４の下端部分に取付けられ前記Ｘ軸ボールねじに係合するナット（図示せず）、および、前記Ｘ軸ボールねじの一端に連結され該Ｘ軸ボールねじを回転駆動するサーボモータ（図示せず）を具備することができる。

【0014】

同様に、Ｙ軸送り機構は、コラム１０４内に鉛直に延設された一対のＹ軸ガイドレール（図示せず）、該Ｙ軸ガイドレール沿いに摺動可能に主軸頭１０６に取付けられたガイドブロック（図示せず）、コラム１０４内においてＹ軸方向に延設されたＹ軸ボールねじ（図示せず）、主軸頭１０６に取付けられ前記Ｙ軸ボールねじに係合するナット（図示せず）、および、前記Ｙ軸ボールねじの一端に連結され該Ｙ軸ボールねじを回転駆動するサーボモータ（図示せず）を具備することができる。

【0015】

同様に、Ｚ軸送り機構は、ベッド１０２の上面において前後方向に水平かつＸ軸ガイドレール１０２ａに対して垂直に延設された一対のＺ軸ガイドレール１０２ｂ、該Ｚ軸ガイドレール１０２ｂ沿いに摺動可能にＢ軸ベース１１０の下面に取付けられたガイドブロック（図示せず）、ベッド１０２内においてＺ軸方向に延設されたＺ軸ボールねじ（図示せず）、Ｂ軸ベース１１０の下面に取付けられ前記Ｚ軸ボールねじに係合するナット（図示せず）、および、前記Ｚ軸ボールねじの一端に連結され該Ｚ軸ボールねじを回転駆動するサーボモータ（図示せず）を具備することができる。

【0016】

Ｂ軸テーブル１１２の上面にはＣ軸ベース１１４が固定されており、該Ｃ軸ベース１１４には、鉛直なパレット取付面を有したＣ軸テーブル１１６が水平の回転送り軸であるＣ軸を中心として回転可能に取付けられている。Ｃ軸ベース１１４内にはＣ軸テーブル１１６のＣ軸送り機構としてサーボモーター（図示せず）が組込まれている。Ｃ軸テーブル１１６のパレット取付面には、ワークＷを取付けたパレットＡが着脱可能に固定される。なお、Ｃ軸テーブル１１６は、パレットＡが該Ｃ軸テーブル１１６に固定されたときに、パレットＡのワーク取付面がＢ軸に一致するようになっている。Ｃ軸テーブル１１６は特許請求の範囲のテーブルに相当する。

【0017】

こうして、マシニングセンタ１００は、直線送り軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸に、Ｂ軸およびＣ軸の回転２軸を加えた計５軸の送り軸を有したマシニングセンタとなっている。なお、後述するように、Ｃ軸テーブル１１６からパレットＡを取り外すＢ軸テーブル１１２のＺ軸上の位置を第１パレット交換位置と定義し、Ｃ軸テーブル１１６にパレットＢを取付けるＢ軸テーブル１１２のＺ軸上の位置を第２パレット交換位置と定義する。

【0018】

パレット交換装置(APC)１０は、マシニングセンタ１００のベッド１０２の前方部分（図１の左方部分）に固定されたAPCベース１２（請求項６の基台に相当）、パレットローディングステーション(PLS)１４、傾斜した旋回軸線Ｏを中心として旋回可能かつ鉛直方向に昇降可能にAPCベース１２に取付けられた交換アーム１６、交換アーム１６とＣ軸テーブル１１６との間でパレットＡを移送するトラバーサ１８を具備している。交換アーム１６は、２本の腕部分１６ａ、１６ｂを有して概ねＬ字型に形成されており、各腕部分１６ａ、１６ｂの先端部分にパレット把持部１７と、パレット係止機構５０とが設けられている（図５、６）。また、旋回軸線Ｏは、主軸１０８の回転軸線Ｏsを含む鉛直面内で水平軸線から４５°上方に延びている。

【0019】

パレットローディングステーション１４には、Ｚ軸方向に往復動可能に設けられたPLSテーブル１３０、該PLSテーブル１３０の移動手段としての油圧シリンダ１３２、鉛直軸線Ｏpを中心として回転可能にPLSテーブル１３０に取付けられたパレット載置台１３４、PLSテーブル１３０に対してパレット載置台１３４を所望の回転位置で固定するためのインデックスピン１３６が設けられている。PLSテーブル１３０は、図９において一点鎖線のパレットにて示す段取り位置と、実線のパレットで示す第３パレット交換位置との間で往復動可能となっている。段取り位置では、マシニングセンタ１００の操作者が、加工済ワークをパレットＡから取り外し、また未加工ワークをパレットＢに取付ける。第３パレット交換位置では、後述するように、パレットＢが交換アーム１６の第２腕部分１６ｂに係合可能となる。

【0020】

図２、３を参照すると、ワークＷを取付けるパレット１１８は、ワークＷを取付けるためのワーク取付面１２０ａを形成する本体１２０、該本体１２０の一側面から側方へ突出し交換アーム１６に係合する被把持部材１２２、該被把持部材１２２から更に外側へ側方に突出しトラバーサ１８のパレットホルダ３６と係合する被保持部材１２４、本体１２０においてワーク取付面１２０ａの反対側の側面から突出しＣ軸テーブル１１６に設けられているクランパ（図示せず）と係合するプルスタッド１２６を具備している。なお、本明細書では、必要に応じて加工済ワークＷが取付けられている側のパレットをパレットＡと称し、未加工ワークＷが取付けられているパレットをパレットＢとして説明する。

【0021】

トラバーサ１８は、APCベース１２の上端部分によって形成されるトラバーサベースの上面に沿ってＺ軸方向に往復動可能に第１と第２のスライダ２０、２２と、第１と第２のスライダ２０、２２を駆動するアクチュエータとしての油圧シリンダ２４とを具備している。より詳細には、第１スライダ２０は、トラバーサベースの上面に固定されＺ軸方向に延設された第１レール２６に沿って摺動可能となっており、第２スライダ２２は、第１スライダ２０の上面に固定されＺ軸方向に延設された第２レール２８に沿って摺動可能となっている。トラバーサベースの上面には、Ｚ軸方向に延設された第１ラック３０が固定されており、第１スライダ２０は該ラック３０の歯に係合するピニオン３２を有している。第２スライダ２２の下面には、ピニオン３２に係合する第２ラック３４がＺ軸方向に延設、固定されている。

【0022】

第２スライダ２２の先端には、第２スライダ２２に対して昇降してパレット１１８の被保持部材１２４に係合、離脱するパレットホルダ３６、及び該パレットホルダ３６を第２スライダ２２に対して昇降させる油圧シリンダ３９、パレットホルダ３６の昇降動作を案内する上下ガイド３８が設けられている。パレットホルダ３６は、また、パレット１１８の被保持部材１２４に係合する複数のパレット保持ピン４０、４２が設けられている。本実施の形態では、図２において外側に配置されているパレット保持ピン４０が被保持部材１２４の背面に係合し、内側に配置されているパレット保持ピン４２が被保持部材１２４の前面に係合するように、パレット保持ピン４０、４２はＺ軸方向に互いにオフセットされている。つまりパレット１１８は、パレット保持ピン４０とパレット保持ピン４２との間に被保持部材１２４を挿入してパレットホルダ３６に保持されている。

【0023】

図５Ａ、５Ｂを参照すると、交換アーム１６の各腕部分１６ａ、１６ｂの先端部分の両側部にはパレット１１８の被把持部材１２２に嵌合して、これを保持するパレット把持部１７が設けられており、被把持部材１２２の両側部にはパレット把持部１７に対して相補形に形成された嵌合部１２２ａが設けられている。図４、図９に示すように、被保持部材１２２の両端の嵌合部１２２ａは、パレット把持部１７のコの字の溝に嵌合する。また、パレット把持部１７の外側には、被把持部材１２２がパレット把持部１７から脱離することを防止するパレット係止機構５０が設けられている。

【0024】

パレット係止機構５０は、プランジャ５２、係止ピン５４、プランジャ５２と係止ピン５４とを連結するリンク５６を主要な構成要素として具備している。また、APCベース１２の側面には、交換アーム１６の腕部分１６ａ、１６ｂがＣ軸ベース１１４に対面する機械側位置にあるときにプランジャ５２が当接する第１ドッグ６４と、交換アーム１６の腕部分１６ａ、１６ｂがパレットローディングステーション１４にあるときにプランジャ５２が当接する第２ドッグ７８が取付けられている。第２ドッグ７８は斜面７８ａを有している。

【0025】

プランジャ５２は、交換アーム１６の腕部分１６ａ、１６ｂの先端部分の側面に取付けられたブラケット５８に往復動可能に保持されている。プランジャ５２は、第１ドッグ６４に対面する端部に取付けられたローラ５２ａ、ローラ５２ａとは反対側の他端に取付けられリンク５６のスロット５６ａに係合するピン５２ｂ、プランジャ５２の周囲に配設され該プランジャ５２を第１ドッグ６４へ向けて付勢するコイルばね６５を有している。

【0026】

係止ピン５４は、腕部分１６ａ、１６ｂに形成された係止ピン孔１６ｃ内でプランジャ５２に対して概ね垂直方向に配向されている。係止ピン５４は、また、その先端部分５４ａが、パレット１１８の被把持部材１２２の側面に形成された係合穴に係合、離脱可能に、係止ピン孔１６ｃ内で往復動可能となっており、後端部分にリンク５６のスロット５６ｂに係合するピン５４ｂを有している。リンク５６は、プランジャ５２のピン５２ｂに係合するスロット５６ａ及び係止ピン５４のピン５４ｂに係合するスロット５６ｂを有し、ピン６０より成る支点を中心として回動可能にブラケット５８に取付けられている。なお、パレット係止機構５０は、好ましくは、カバー８０によって包囲される。

【0027】

図６〜図７を参照すると、交換アーム１６は、上述のように互いにほぼ直交する腕部分１６ａ、１６ｂと、該腕部分１６ａ、１６ｂの間に配設されたスリーブ部６２を有している。スリーブ部６２はカムベース７４に旋回可能に取付けられている。カムベース７４は、APCベース１２に形成されたガイド孔１２ａ内に摺動可能に配設された昇降ガイド６６を有しており、交換アーム１６の昇降手段としての油圧シリンダ６８によってAPCベース１２にＹ軸方向に昇降可能に取付けられている。

【0028】

スリーブ部６２内には、交換アーム１６を旋回させる旋回手段としての円筒カム７０が配設されており、カムベース７４には、該円筒カム７０をスリーブ部６２内で旋回軸線Ｏに沿って往復動させるカム駆動手段としての油圧シリンダ７２が取付けられている。円筒カム７０の表面には少なくとも１本のカム溝７０ａが形成されており、スリーブ部６２の内周面には、カム溝７０ａに係合する少なくとも１つのカムフォロア７６が配設されている。これによって、油圧シリンダ７２の直線動作が交換アーム１６の旋回動作に変換される。

【0029】

以下、図１０Ａ、１０Ｂに示すパレット交換装置のパレット交換動作を説明するためのフローチャートを参照して、本実施の形態によるパレット交換装置の作用を説明する。
マシニングセンタ１００によってワークＷの加工が終了すると、先ず、Ｂ軸ベース１１０がＺ軸方向にコラム１０４から離反し第１パレット交換位置へ移動する（ステップＳ１）。Ｃ軸テーブル１１６に取付けられているパレットＡが主軸１０８とは反対側を向くように、Ｂ軸テーブル１１２を回転させる（ステップＳ２）。Ｃ軸テーブル１１６を原点へ回転させて、パレットＡの被保持部材１２４を下方に向ける（ステップＳ３）。

【0030】

トラバーサ１８を伸長させて、パレットホルダ３６を被保持部材１２４の下側に配置する（ステップＳ４）。パレットホルダ３６の油圧シリンダ３９によってパレットホルダ３６を上昇させ、パレット保持ピン４０とパレット保持ピン４２との間に被保持部材１２４を挿入させてパレットＡを保持する（ステップＳ５）。Ｃ軸テーブル１１６のクランパをプルスタッド１２６から離脱させ、パレットＡをアンクランプする（ステップＳ６）。パレットホルダ３６によってパレットＡを保持させた状態でトラバーサ１８を後退させ、パレットＡを腕部分１６ａへ向けて移動させる。次いで、油圧シリンダ３９によってパレットホルダ３６を下降させ、パレットＡの被把持部材１２２を腕部分１６ａのパレット把持部１７に嵌合させる。これと同時に、未加工ワークを取付けたパレットＢを載置したPLSテーブル１３０を交換アーム１６へ向けて第３パレット交換位置へ移動させ、パレットＢの被把持部材１２２をパレットローディングステーションにある交換アーム１６の腕部分１６ｂのパレット把持部１７に嵌合させる（ステップＳ８）。

【0031】

次いで、油圧シリンダ６８によってカムベース７４を上昇させる。これによって、交換アーム１６が上昇し、機械側位置にある腕部分１６ａの係止機構５０のプランジャ５２が第１ドッグ６４から離反し、係止ピン５４がパレットＡの被把持部材１２２に係合する。これと同時に、パレットローディングステーション１４にある腕部分１６ｂの係止機構５０のプランジャ５２が斜面７８ａ沿いに移動しながら第２ドッグ７８から離反し、係止ピン５４がパレットＢの被把持部材１２２に係合する（ステップＳ９）。

【0032】

油圧シリンダ７２によって円筒カム７０を傾斜した旋回軸線Ｏ沿いに直線移動させることによって、円筒カム７０のカム溝７０ａとカムフォロア７６との間の係合を通じて交換アーム１６が傾斜した旋回軸線Ｏを中心として１８０°旋回し、パレットＡとパレットＢが入れ替わる（ステップＳ１０）。その間、パレットローディングステーション１４においてパレットＢが水平に配向されているときを除いて、パレットＡ、Ｂの被把持部材１２２は、パレットＡ、Ｂに作用する重力によって腕部分１６ａ、１６ｂに対して付勢され続ける。従って、本実施の形態によれば、係止機構５０の係止ピン５４と被把持部材１２２との間の係合が何らかの理由によって不十分であっても、パレットＡ、Ｂがパレット把持部１７から脱離することはない。

【0033】

次いで、油圧シリンダ６８によってカムベース７４が交換アーム１６と共に下降し、腕部分１６ａのプランジャ５２が第１ドッグ６４に当接して、係止ピン５４がパレットＢの被把持部材１２２から離反し、それと同時に腕部分１６ｂのプランジャ５２が、斜面７８ａ沿いに移動しながら第２ドッグ７８に当接して、係止ピン５４がパレットＡの被把持部材１２２から離反する（ステップＳ１１）。

【0034】

トラバーサ１８の油圧シリンダ３９によってパレットホルダ３６を上昇させ、該パレットホルダ３６によってパレットＢの被保持部材１２４を保持させる。これと同時に、パレットローディングステーション１４において、パレットＡを載置したPLSテーブル１３０を油圧シリンダ１３２によって第３パレット交換位置から段取り位置へ移動させる（ステップＳ１２）。段取り位置では、マシニングセンタ１００の操作者が、加工済ワークをパレットＡから取外し、未加工ワークと交換する。この交換作業は別途自動ワークローディング装置を設置して自動化してもよい。

【0035】

次いで、Ｂ軸ベース１１０を第１パレット交換位置からＺ軸方向に交換アーム１６側に第２パレット交換位置へ僅かに、例えば１ｍｍ移動させる（ステップＳ１３）。次いで、トラバーサ１８を伸長させて未加工ワークを取付けたパレットＢをＣ軸テーブル１１６へ移動させる（ステップＳ１４）。Ｃ軸テーブル１１６のクランパ（図示せず）をパレットＢのプルスタッド１２６に係合させ、該パレットＢをＣ軸テーブル１１６にクランプする（ステップＳ１５）。次いでトラバーサ１８のパレットホルダ３６が下降し（ステップＳ１６）、トラバーサ１８が交換アーム１６側へ捩り、一連のパレット交換動作が終了する（ステップＳ１７）。

【0036】

ステップＳ１３に関連して、本実施の形態では、上述のようにパレットホルダ３６はパレット保持ピン４０とパレット保持ピン４２との間にパレットＢの被保持部材１２４を挿入させて保持しているため、パレットＢの上端部分は交換アーム１６側に僅かに傾く。従って、第１パレット交換位置（トラバーサ１８が最も伸長してパレットホルダ３６がパレットＡを保持し得る理論上のＺ軸位置）では、パレットＢとＣ軸テーブル１１６との間に若干の隙間ができ、プルスタッド１２６が完全にクランパに挿入されない状態でクランプ動作が行われ、クランプが不完全となる可能性がある。従って、ステップＳ１３において、Ｂ軸ベース１１０をＺ軸沿いに僅かに交換アーム１６側の第２パレット交換位置へ移動させることによって、トラバーサ１８がパレットＢをＣ軸テーブル１１６へ僅かに、例えば１ｍｍ分押圧するので、パレットＢとＣ軸テーブル１１６との間に隙間が生じることがなくなり、クランプ動作を確実に実施可能となる。一方、ステップＳ６におけるアンクランプ動作時には、パレットはＣ軸テーブル１１６に鉛直に配向、固定されているので、こうした動作は不要となる。

【0037】

トラバーサ１８は倍速機構で構成され、待機時は交換アーム１６の内部に収まり、伸長時には長いストロークが確保される。また、トラバーサ１８の先端部に設けられたパレットホルダ３６は、パレット保持ピン４０と４２との間にパレット１１８の被保持部材１２４を挿入させてパレット１１８を保持するという簡単な構造なので、トラバーサ１８は、狭いスペースの奥深くまで進入できる。

【0038】

パレット１１８の、ワーク取付面１２０ａとＢ軸とが一致するようなるところの深い本実施形態のようなテーブル構造の工作機械には、省スペースでパレット１１８にアクセスできる利点がある。更に、パレット１１８をＣ軸テーブル１１６に対面させた状態でアクセスできるので、パレットはプルスタッドだけを有した単純な板形状に形成するだけでよく、厚みが薄く軽量で、特許文献１のパレットのように複雑形状に形成する必要がない。更にトラバーサ１８があることにより、交換アーム１６を特許文献１のようにＺ軸方向に往復動作させる必要がなく、コンパクトな旋回を行う交換アーム１６とすることができる。

【0039】

交換アーム１６の昇降動作と連動して動作するパレット係止機構５０を採用したことにより、交換アームの両端に必要なパレット係止のためのアクチュエータを２つ省くことができた。

【0040】

また、円筒カム７０を用いた交換アーム１６の旋回機構を採用したことにより、パレット交換装置１０がコンパクトになった。パレットローディングステーション１４にはPLSテーブル１３０が往復動可能に設けられているので、パレット１１８が第３パレット交換位置から段取り位置へ移動することにより、パレット把持部１７と被把持部材１２２との係合がはずれ、ワークの段取りにおいてパレット１１８を自由にインデックスさせて楽に作業が行える。

【0041】

なお、パレットホルダ３６は、パレット保持ピン４０と４２との間に被保持部材１２４を挿入させる方式に代え、アクチュエータを１つに追加して被保持部材１２４の前面と背面を挟み込むグリッパ方式でパレット１１８をトラバーサ１８に保持させる構成にしてもよい。

【0042】

また、本実施形態では図１の左方にパレットローディングステーション１４を設けたが、図１の紙面に垂直な方向の手前側又は奥側にパレットローディングステーション１４を設け、交換アーム１６の旋回する傾斜軸線ＯがＸ軸を含む鉛直面内で水平軸線から４５°上方に延びるようにパレット交換装置１０を設けてもよい。更に工作機械は立形マシニングセンタでもよい。本実施形態では、テーブルとしてＣ軸方向に回転するＣ軸テーブル１１６を用いたがＣ軸を有さない固定のテーブルを採用してもよい。

【符号の説明】

【0043】

１０ パレット交換装置
１２ APCベース
１４ パレットローディングステーション
１６ 交換アーム
１６ａ 腕部分
１６ｂ 腕部分
１７ パレット把持部
１８ トラバーサ
２０ 第１スライダ
２２ 第２スライダ
２４ 油圧シリンダ
３０ 第１ラック
３２ ピニオン
３４ 第２ラック
３６ パレットホルダ
３９ 油圧シリンダ
４０ パレット保持ピン
４２ パレット保持ピン
５０ パレット係止機構
５２ プランジャ
５４ 係止ピン
５６ リンク
６６ 昇降ガイド
６８ 油圧シリンダ
７０ 円筒カム
７２ 油圧シリンダ
７４ カムベース
１００ マシニングセンタ
１０８ 主軸
１１０ Ｂ軸ベース
１１２ Ｂ軸テーブル
１１４ Ｃ軸ベース
１１６ Ｃ軸テーブル
１１８ パレット
１２２ 被把持部材
１２４ 被保持部材
１３０ PLSテーブル
１３２ 油圧シリンダ
１３４ パレット載置台

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】