特開 2024-29974 ガントリーローダ付き工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024029974

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】ガントリーローダ付き工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 1/72 20060101AFI20240229BHJP

   B23Q 1/01 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

B23Q1/72 B

B23Q1/01 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022132478

(22)【出願日】2022-08-23

(71)【出願人】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100125737

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 昭博

(72)【発明者】

【氏名】松田 太志

【テーマコード（参考）】

3C048

【Ｆターム（参考）】

3C048BB01

3C048BB20

3C048EE08

(57)【要約】

【課題】搬送装置の移動位置の影響を抑えたガントリーローダ付き工作機械を提供すること。
【解決手段】ワークを加工する加工部が搭載されたベッドと、前記ベッドの左右幅方向の両端部に支柱が固定して立設され、前記ベッドの幅寸法を超えた長さの台梁が前記支柱に支持され、前記台梁に沿った左右幅方向を含む所定の方向にロボットハンドの移動が可能な搬送装置を備えたガントリーローダと、前記ベッドの左右幅方向両端部に固定され、伸長作動によって床面に先端部を押し当てた推力により前記ベッドを支持するため複数個所に設けられたレベリングブロックに作用する荷重を調整する荷重調整用アクチュエータと、を有するガントリーローダ付き工作機械。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを加工する加工部が搭載されたベッドと、
前記ベッドの左右幅方向の両端部に支柱が固定して立設され、前記ベッドの幅寸法を超えた長さの台梁が前記支柱に支持され、前記台梁に沿った左右幅方向を含む所定の方向にロボットハンドの移動が可能な搬送装置を備えたガントリーローダと、
前記ベッドの左右幅方向両端部に固定され、伸長作動によって床面に先端部を押し当てた推力により前記ベッドを支持するため複数個所に設けられたレベリングブロックに作用する荷重を調整する荷重調整用アクチュエータと、
を有するガントリーローダ付き工作機械。

【請求項2】

前記荷重調整用アクチュエータは、前記搬送装置が前記台梁の支柱から突き出した片持ち部分を移動する場合に床面に先端部を押し当てた推力を発生させるものである請求項１に記載のガントリーローダ付き工作機械。

【請求項3】

前記荷重調整用アクチュエータは、前記片持ち部分における前記搬送装置の停止位置に応じて供給する油圧が設定された油圧シリンダである請求項２に記載のガントリーローダ付き工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ベッドにガントリーローダが一体に組み付けられ、そのローダの移動による影響を抑える機構を備えたガントリーローダ付き工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１に記載の旋盤は、床上に設置された固定台の上面に、主軸装置などからなる加工部が設けられた超精密用旋盤のベッドが複数の空気ばね及び油圧ダンバを介して取付けられている。また、オートローダを備えたローダ支持台がその旋盤を跨いで立設されている。こうした旋盤に設けられた油圧シリンダは、ピストンを押し上げて旋盤と固定台の相対位置が固定されるように構成されたものである。そして、旋盤は空気ばね及び油圧ダンパによって外部振動が吸収され切削加工が行われるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１－５８４４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来例のようにオートローダを備えた旋盤などの工作機械は、各装置による加工部を搭載するベッドに、支柱を立設してガントリーローダを一体的に構成するものがある。そのガントリーローダは、ロボットハンドを備えた搬送装置の移動範囲を広くとるため、搬送装置が支柱から外側へとオーバーハングした状態になることがある。そうした場合、ベッド上に搭載された工作機械の加工部は、搬送装置がオーバーハングしたことによりベッドにひずみが生じてしまうことで影響を受け、ワークの加工精度を低下させてしまうことがある。一方で、ストッカなどとの間でワークを自動搬送するには搬送装置を外側へと移動させる必要があるためオーバーハングは避けられない。

【0005】

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、搬送装置の移動位置の影響を抑えたガントリーローダ付き工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るガントリーローダ付き工作機械は、ワークを加工する加工部が搭載されたベッドと、前記ベッドの左右幅方向の両端部に支柱が固定して立設され、前記ベッドの幅寸法を超えた長さの台梁が前記支柱に支持され、前記台梁に沿った左右幅方向を含む所定の方向にロボットハンドの移動が可能な搬送装置を備えたガントリーローダと、前記ベッドの左右幅方向両端部に固定され、伸長作動によって床面に先端部を押し当てた推力により前記ベッドを支持するため複数個所に設けられたレベリングブロックに作用する荷重を調整する荷重調整用アクチュエータと、を有する。

【発明の効果】

【0007】

前記構成によれば、ベッドに搭載された加工部によってワークが加工され、その加工部にはベッドに立設されガントリーローダによってロボットハンドが台梁に沿って左右幅方向に移動することでワーク搬送が行われるが、その際、前後左右の４か所に設けられたレベリングブロックで支持されていたベッドに、ロボットハンドを備えた搬送装置が移動する荷重バランスの崩れによって変形が生じ得るため、荷重調整用アクチュエータの伸長作動によって床面に先端部を押し当てた推力を発生させることで、レベリングブロックに作用する荷重を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ガントリーローダ付き工作機械の一実施形態を簡易的に示した正面図である。

【図2】搬送装置が支柱を超えて台梁の端部側へと移動したオーバーハング状態を示した図である。

【図3】油圧シリンダの一方を拡大して示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明に係るガントリーローダ付き工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態のガントリーローダ付き工作機械を簡易的に示した正面図である。このガントリーローダ付き工作機械（以下、単に「工作機械」という）１は、ベッド３が前後左右の４か所に配置されたレベリングブロック４（４Ｌ，４Ｒ）によって支持され、各々の高さ調整によって水平出しが行われるよう構成されている。工作機械１は、そうしたベッド３上に主軸装置５とタレット装置６とが搭載され、さらに加工の対象となるワークを搬送するためのガントリーローダ７が組み付けられている。

【0010】

旋盤である工作機械１の主軸装置５は、その主軸の中心方向がベッド３の長手方向である機体幅方向となるよう構成されている。従って、本実施形態では、主軸に平行な機体幅方向をＺ軸とし、そのＺ軸に直交する上下方向をＸ軸として説明する。主軸装置５にはワークを把持する主軸チャック１１が回転可能に設けられ、スピンドルモータの駆動によって主軸チャック１１に把持されたワークに回転が与えられるようになっている。タレット装置６は、刃物台１２に複数の工具が取り付けられ、加工内容に応じた旋回割出しによって特定の工具が選択できるようになっている。

【0011】

タレット装置６は、主軸に沿って刃物台１２が移動できるようにＺ軸方向にガイドレール１３が設けられ、加工時には旋回割り出しされた工具をＺ軸方向に直線移動させることが可能になっている。すなわち、ガイドレール１３に対して装置本体１４が摺動可能に組み付けられ、その装置本体１４は、Ｚ軸サーボモータの回転をボールネジを介して直線運動に変換する駆動機構によってガイドレール１３に沿った所定の移動が可能になっている。

【0012】

工作機械１には機体の左右外側にワークストッカ７０，８０が配置され、ワーク自動搬送機であるガントリーローダ７によって機内との間でワークの搬送が行われるようになっている。本実施形態の場合は、図面左に位置するワークストッカ７０に加工前のワークが複数収納され、工作機械１で加工処理されたワークが図面右側のワークストッカ８０へと回収される。そのガントリーローダ７は、ベッド３の幅方向両端部に支柱２１が固定して立設され、その頂部にはベッド３の幅寸法を超える長さの台梁２３がＺ軸に平行な水平状態で固定されている。そして、台梁２３に対して吊下げられるように組み付けられた搬送装置２５が、Ｚ軸方向に移動できるように構成されている。

【0013】

ガントリーローダ７は、その台梁２３に対してＺ軸に平行なガイドレールが固定され、そこに搬送装置２５の走行台３１が摺動可能に組付けられている。また、台梁２３にはガイドレールのほかにもＺ軸に平行なラックが固定され、走行台３１に設けられた走行用サーボモータの回転軸に固定されたピニオンが噛合している。従って、走行用サーボモータの回転制御により搬送装置２５がＺ軸方向の移動および、機体幅方向での位置決めが行われるようになっている。さらに搬送装置２５は、鉛直な状態の昇降アーム３３が走行台３１に対してＸ軸方向に摺動可能に組付けられている。

【0014】

昇降アーム３３は、その長手方向（Ｘ軸方向）にラックが固定され、走行台３１に設けられた昇降用サーボモータの回転軸に固定されたピニオンが噛合している。よって、昇降用サーボモータの回転制御により昇降アーム３３が上下方向の移動および、所定高さでの位置決めが行われるようになっている。そうした昇降アーム３３の下端部にはロボットハンド３５が取り付けられており、ガントリーローダ７は、走行台３１や昇降アーム３３の移動により機内あるいは機外におけるロボットハンド３５の位置決めが行われる。そのロボットハンド３５は、一対のチャック機構５１，５３を備え、それぞれにおいてワークの把持および解放が可能になっている。

【0015】

続いて、工作機械１によるワーク加工では、ガントリーローダ７の駆動によりワークストッカ７０へと移動したロボットハンド３５によってワークが取り出され、そのワークが機内の主軸装置５へと運ばれることにより、主軸チャック１１との間でワークの受渡しが行われる。タレット装置６では、刃物台１２の工具が旋回割出しされ、駆動機構によって装置本体１４がガイドレール１３に沿って移動し、主軸装置５において回転するワークに工具が当てられて外径旋削など所定の加工が行われる。そして、加工処理されたワークは再びロボットハンド３５に把持されて回収側のワークストッカ８０へと搬送される。

【0016】

ところで、ガントリーローダ７では一対のチャック機構５１，５３を使用した効率の良いワーク搬送が行われる。例えば、チャック機構５１によってワークストッカ７０からワークが取り出され、機内へと運ばれた後、主軸チャック１１に把持された加工処理後のワークを空のチャック機構５３が受け取る一方で、チャック機構５１に把持された加工前のワークが主軸チャック１１へと受け渡しされる。その後、前述したように主軸チャック１１に把持されたワークに加工が行われるが、その間にチャック機構５３に把持されたワークがワークストッカ８０へと運ばれる他、ロボットハンド３５がワークストッカ７０へと再び移動してチャック機構５１によって新たなワークが取り出される。

【0017】

このようなワーク搬送は、工作機械１におけるワークの加工中にガントリーローダ７が駆動し、搬送装置２５がワークストッカ７０，８０へと移動することとなる。従って、ガントリーローダ７がベッド３に組付けられた工作機械１は、搬送装置２５による移動荷重の影響を受けることになる。特に、図２に示すような搬送装置２５が２本で支える一方の支柱２１を超えて台梁２３の端部側へと移動したオーバーハング状態で大きな影響を受けることになる。なお、図２は、ワークストッカ７０側へと支柱２１を超えて移動した場合を示しているが、反対のワークストッカ８０へと支柱２１を超えて搬送装置２５が移動した場合でも同様である。

【0018】

搬送装置２５は、前述したようにロボットハンド３５や昇降アーム３３などから構成される重量物である。そのため、支柱２１を超えて端部側へと移動してしまうと、台梁２３が片持ち支持状態になってモーメントが作用し、ベッド３を支える左右のレベリングブロック４（４Ｌ，４Ｒ）の受ける荷重が一方側に偏ってしまう。つまり、他方のレベリングブロック４が受ける荷重が小さくなり左右の荷重バランスが崩れてしまうことになる。こうしたレベリングブロック４が受ける荷重の変化は、ベッド３に極めて微小な変形を引き起こすことになり、ワークの加工精度に影響を与えてしまうこととなる。

【0019】

工作機械１では、前後左右の４か所で支持するレベリングブロック４の調整によって荷重バランスがとられ、重心がベッド３のほぼ中央付近に位置するようにして設置される。ガントリーローダ７の搬送装置２５は、荷重バランスの調整が行われるときは台梁２３の中央に位置している。そして、レベリングブロック４の調整が行われたベッド３は、Ｚ軸方向に長いため極めて微小ではあるが自重によって中央部が撓むことになる。高い加工精度が要求される工作機械１ではそうした撓みも影響するので、ベッド３の上に搭載されるタレット装置６に対して工具の位置決め精度を出すための調整が行われる。その調整はＺ軸方向に配置されたガイドレール１３に対して行われ、ベッド３の撓みを打ち消すようにした精密な表面処理などが行われる。

【0020】

Ｚ軸方向に移動する刃物台１２の工具は１０ミクロン単位の位置調整が行われる。ところが、前述したように搬送装置２５が中央の重心位置から離れ、特に支柱２１の位置を超えて台梁２３の片持ち部分２３Ｌ，２３Ｒへと移動すると、重心の位置が変化することでベッド３に極めて微小な変形を引き起こし、調整したガイドレール１３にも影響が出てしまう。そのため、ガイドレール１３に従って移動する刃物台１２の移動にも影響が生じ、工具の刃先の位置精度が低下してしまうことになる。つまり加工精度を低下させてしまうことになる。そこで、本実施形態では、搬送措置２５の移動に伴うベッド３への影響を抑えるための構成がとられている。

【0021】

本実施形態の工作機械１には、ベッド３の両側面に荷重調整用アクチュエータとして油圧シリンダ１５が固定されている。左右の油圧シリンダ１５は、支柱２１とほぼ同じ位置に設けられ、図面左に前後するレベリングブロック４Ｌの中央位置と、図面右に前後するレベリングブロック４Ｒの中央位置に固定されている。図３は、その油圧シリンダ１５の一方を拡大して示した図である。ただし、荷重調整用アクチュエータには油圧シリンダのほかにも高推力電動シリンダなどを用いるようにしてもよい。油圧シリンダ１５は、ピストンロッド５５が真下に突き出るように収縮状態で固定され、ピストンロッド５５の先端には床面に接するフランジ５６が固定されている。例えば、フランジ５６が床面に接する油圧シリンダ１５のストロークは１０ミリ程度に設定されている。

【0022】

油圧シリンダ１５は、左右に位置するレベリングブロック４（４Ｌ，４Ｒ）が受ける荷重の一部を負担することで荷重調整を図るものである。左右のレベリングブロック４Ｌ，４Ｒが受ける荷重は、搬送装置２５が左右の支柱２１の間を移動することによって変化するもののその影響は小さいと考えられる。一方で、台梁２３の片持ち部分２３Ｌ，２３Ｒを搬送装置２５が移動する場合には、レベリングブロック４Ｌまたは４Ｒを支点とするようにモーメントＭ１が作用し、それが図２の場合には支点となるレベリングブロック４Ｌの受ける荷重がレベリングブロック４Ｒとの間で差が大きくなってしまう。

【0023】

そのため、荷重バランスが崩れたベッド３は撓みによる微小な変化が生じ、精密な調整が行われたガイドレール１３などタレット装置６の動きに変化が生じてしまい、ワークに対する加工精度を低下させてしまう。油圧シリンダ１５は、こうした現象を引き起こす原因となるベッド３の重心位置の変化を抑えるものであり、搬送装置２５によって生じるモーメントＭ１を打ち消すモーメントＭ２を作用させるものである。搬送装置２５のモーメントＭ１は移動位置によって変化するため、荷重調整用アクチュエータは推力を調整することが望ましく、油圧シリンダ１５であればピストンにかける油圧を調整する。ただし、本実施形態では片持ち部分２３Ｌ，２３Ｒでの搬送装置２５の停止位置がほぼ一定であるので、油圧シリンダ１５は、その位置におけるモーメントＭ１を打ち消す推力（その推力に基づくモーメントＭ２）を発生させるための油圧が設定されている。

【0024】

油圧シリンダ１５は、収縮方向にスプリングの付勢力が作用するように構成された単動シリンダであり、方向制御弁に対する制御によって油圧ポンプから送り込まれる作動油の供給および排出が行われるよう油圧回路が構成されている。具体的には、工作機械１の制御装置によって方向制御弁が切り換えられ、通常状態の油圧シリンダ１５は、油圧から解放されてスプリングの付勢力によって収縮状態となってフランジ５６が床面から離れている。そして、搬送装置２５の移動によってモーメントＭ１が作用する荷重調整時には油圧シリンダ１５に油圧が供給されて伸長状態になる。

【0025】

油圧シリンダ１５を伸長させる方向制御弁の切り換えは、搬送装置２５が片持ち部分２３Ｌ，２３Ｒへと進入するタイミングで行われる。また、油圧シリンダ１５を収縮させるのは、逆に搬送装置２５が片持ち部分２３Ｌ，２３Ｒから左右の支柱２１の間の両端支持部分に移動するタイミングである。それぞれのタイミングは、搬送装置２５の走行台３１をＺ軸方向に移動させる走行用サーボモータのエンコーダから得られる検出信号によって算出した位置情報に基づいて判断される。または、ガントリーローダ７の動作プログラムに従って発信される動作信号に基づいて判断されるようにしてもよい。

【0026】

よって、工具を加工位置へと移動させてワークの加工が行われる中、搬送装置２５が片持ち部分２３Ｌ，２３Ｒへと移動する場合には、該当する左右一方の油圧シリンダ１５が伸長作動してフランジ５６が床面に所定の推力で押し付けられる。そのため、片持ち部分２３Ｌまたは２３Ｒへと搬送装置２５が移動し、レベリングブロック４Ｌまたは４Ｒを支点としたモーメントＭ１が作用しても、それを打ち消すようにした油圧シリンダ１５による逆方向のモーメントＭ２が作用する。

【0027】

従って、これまではモーメントＭ１の支点となったレベリングブロック４Ｌまたは４Ｒに作用する荷重が大きくなって荷重バランスが崩れてしまう状況が改善され、ベッド３の変形が抑制されるようになる。そして、ベッド３の変形防止によってワークに対する工具の位置精度を維持し、ワークに対して必要とする加工精度を確保することができるようになる。

【0028】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、工作機械の一例として旋盤を示したが、マシニングセンタやボール盤などであってもよい。
また、ガントリーローダも、前後方向の移動を含めた３軸方向の移動を可能にするようにした構成であってもよい。

【符号の説明】

【0029】

１…ガントリーローダ付き工作機械 ３…ベッド ４（４Ｌ，４Ｒ）…レベリングブロック ５…主軸装置 ６…タレット装置 ７…ガントリーローダ １１…主軸チャック １２…刃物台 １３…ガイドレール １５…油圧シリンダ ２１…支柱 ２３…台梁 ２３Ｌ，２３Ｒ…片持ち部分 ２５…搬送装置 ３１…走行台 ３３…昇降アーム ３５…ロボットハンド ５１，５３…チャック機構 ５５…ストンロッド ５６…フランジ

【図1】

【図2】

【図3】