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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zum Zuschneiden eines Werkstücks unter Verwendung eines Arbeitsgeräts.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Es ist eine Werkzeugmaschine zum Zuschneiden eines Werkstücks bekannt, während eine Position eines Arbeitsgeräts im Verhältnis zu dem Werkstück durch NC-(numerische Steuerung)Steuerung geändert wird. In diesem Fall ist die NC-Steuerung ein Programmsteuerverfahren, das eine Position und eine Vorschubgeschwindigkeit eines Arbeitsgeräts im Verhältnis zu einem Werkstück unter Verwendung von numerischen Informationen befiehlt. Beispielsweise offenbart die nachstehend erwähnte Patentschrift 1 ein Portal-Bearbeitungszentrum (eine Werkzeugmaschine). Bei diesem Portal-Bearbeitungszentrum wird ein Werkzeugmagazin, das eine Vielzahl von Arbeitsgeräten zwischen den beiden Streben eines Portalständers hält, der einen Aufspannkopf trägt, bereitgestellt, um in Richtung auf den Aufspannkopf vorzurücken oder sich davon zurückzuziehen.
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ENTGEGENHALTUNGEN
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PATENTSCHRIFTEN
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- Patentschrift 1: JP-A-61-95844
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Bei der Werkzeugmaschine, die in der zuvor erwähnten Patentschrift 1 offenbart wird, wird das Werkzeugmagazin jedoch ständig zwischen einer vorbestimmten Werkzeugaustauschposition und einer Warteposition durch einen Zylinder hin und her bewegt. Daher wird Zeit benötigt, um einen Austauschprozess von Arbeitsgeräten mit Bezug auf den Aufspannkopf auszuführen, und somit ist dies dadurch problematisch, dass die Effizienz des gesamten Arbeitsprozesses gering ist. D.h. bei typischen Werkzeugmaschinen sind eine Position und Geschwindigkeit eines Werkzeugmagazins zum Zeitpunkt der Verlagerung keine zu steuernden Ziele. Daher ist dies dadurch problematisch, dass Zeit benötigt wird, um einen Rückzugprozess eines Arbeitstisches auszuführen, um zu verhindern, dass das verlagerte Werkzeugmagazin mit dem Arbeitstisch oder einem Werkstück zusammenstößt. Bei den typischen Werkzeugmaschinen ist das Werkzeugmagazin in einer Warteposition positioniert, die außerhalb eines Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine liegt. Daher ist dies dadurch problematisch, dass Zeit benötigt wird, um eine Verlagerung zwischen der Warteposition und einer Werkzeugaustauschposition auszuführen.
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Die vorliegende Erfindung wurde erstellt, um die obigen Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Austauschprozess der Arbeitsgeräte schnell auszuführen, um die Arbeitseffizienz zu verbessern.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Um die obige Aufgabe zu erfüllen, besteht ein Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass die vorliegende Erfindung Folgendes umfasst: einen Arbeitstisch zum lösbaren Halten eines Werkstücks; einen Aufspannkopf zum lösbaren Halten eines Arbeitsgeräts zum Verarbeiten des Werkstücks; eine Arbeitsgerät-Verlagerungseinheit zum relativen Verlagern des Aufspannkopfes mit Bezug auf den Arbeitstisch; ein Werkzeugmagazin, das in der Lage ist, eine Vielzahl der Arbeitsgeräte, die von dem Aufspannkopf gehalten werden sollen, lösbar zu halten; eine Magazin-Verlagerungseinheit zum relativen Verlagern des Werkzeugmagazins mit Bezug auf den Aufspannkopf; und eine NC-Steuerungsvorrichtung zum Ausführen einer numerischen Steuerung an jeder von der Arbeitsgerät-Verlagerungseinheit und der Magazin-Verlagerungseinheit, um den Aufspannkopf und das Werkzeugmagazin relativ zu verlagern.
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Gemäß dem Merkmal der vorliegenden Erfindung, die wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, kann die NC-Steuerungsvorrichtung das Werkzeugmagazin durch numerische Steuerung verlagern. Daher kann eine Werkzeugmaschine einen Austauschprozess der Arbeitsgeräte effizient ausführen. Insbesondere kann die Werkzeugmaschine das Werkzeugmagazin zur gleichen Zeit wie ein Rückzugprozess des Arbeitstisches oder ein Rücklaufprozess des Arbeitstisches von einer Rückzugposition verlagern. Ferner ist bei der Werkzeugmaschine das Werkzeugmagazin in einer Position direkt vor der Stelle positioniert, an der es zu einem physischen Kontakt oder einem Zusammenstoß während der Verarbeitung eines Werkstücks kommt, und daher kann die Zeit zum Ausführen einer Verlagerung zwischen dieser Position und einer Werkzeugaustauschposition reduziert werden. Ferner kann bei der Werkzeugmaschine die Zeit zum Ausführen der Verlagerung mit der Werkzeugaustauschposition auch dadurch reduziert werden, dass eine Verlagerungsgeschwindigkeit des Werkzeugmagazins gemäß einer relativen Positionsbeziehung mit dem Arbeitstisch beispielsweise durch Erhöhen der Verlagerungsgeschwindigkeit des Werkzeugmagazins für den Fall, dass ein Abstand von dem Arbeitstisch gleich oder größer als ein vorbestimmter Betrag ist, geändert wird.
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Des Weiteren besteht ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass die NC-Steuerungsvorrichtung bei der Werkzeugmaschine das Werkzeugmagazin dadurch positioniert, dass sie den Betrieb der Magazin-Verlagerungseinheit gemäß einer Position relativ zum Arbeitstisch steuert.
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Gemäß dem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung, die wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, positioniert die NC-Steuerungsvorrichtung das Werkzeugmagazin gemäß der relativen Positionsbeziehung mit dem Arbeitstisch. Daher kann die Werkzeugmaschine den Austauschprozess der Arbeitsgeräte effizient ausführen. Beispielsweise kann die NC-Steuerungsvorrichtung bei der Werkzeugmaschine den Betrieb dadurch umsetzen, dass sie eine Positionierungsposition und eine Verlagerungsgeschwindigkeit des Werkzeugmagazins gemäß einem relativen Abstand zwischen dem Arbeitstisch und dem Werkzeugmagazin bestimmt, genauer gesagt, um einen Zwischenraum zu bewahren, in dem das Werkzeugmagazin den Arbeitstisch nicht berührt oder damit zusammenstößt.
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Des Weiteren besteht das andere Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass die NC-Steuerungsvorrichtung bei der Werkzeugmaschine das Werkzeugmagazin zur gleichen Zeit wie die Verlagerung des Arbeitstisches für den Fall, dass ein Austauschprozess der Arbeitsgeräte mit Bezug auf den Aufspannkopf ausgeführt wird, verlagert.
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Gemäß dem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung, die wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, verlagert für den Fall, dass der Austauschprozess der Arbeitsgeräte mit Bezug auf den Aufspannkopf ausgeführt wird, die NC-Steuerungsvorrichtung das Werkzeugmagazin zur gleichen Zeit wie die Verlagerung des Arbeitstisches. Daher kann die Werkzeugmaschine einen Austauschprozess der Arbeitsgeräte effizient ausführen.
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Des Weiteren besteht das andere Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass die Werkzeugmaschine ferner Folgendes umfasst: eine Magazinabdeckung, um verstreute Objekte abzufangen, die in Richtung auf die Arbeitsgeräte, die von dem Werkzeugmagazin gehalten werden, verstreut werden, wobei die Magazinabdeckung bereitgestellt wird, um zwischen dem Arbeitstisch und dem Werkzeugmagazin geöffnet und geschlossen zu werden; und eine Einheit zum Öffnen/Schließen einer Magazinabdeckung, um die Magazinabdeckung zu öffnen und zu schließen. Die NC-Steuerungsvorrichtung steuert den Betrieb der Einheit zum Öffnen/Schließen, um die Magazinabdeckung zu öffnen und zu schließen.
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Gemäß dem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung, die wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, wird die zu öffnende/schließende Magazinabdeckung zwischen dem Arbeitstisch und dem Werkzeugmagazin bereitgestellt. Daher kann die Werkzeugmaschine verhindern, dass verstreute Objekte, wie etwa Späne oder Maschinenöl, an dem Werkzeugmagazin und den Arbeitsgeräten, die während der Verarbeitung eines Werkstücks von dem Werkzeugmagazin gehalten werden, haften.
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Des Weiteren besteht das andere Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass bei der Werkzeugmaschine die Magazinabdeckung für das Werkzeugmagazin bereitgestellt wird und einstückig mit dem Werkzeugmagazin verlagert wird.
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Gemäß dem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung, die wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, wird bei der Werkzeugmaschine die Magazinabdeckung mit dem Werkzeugmagazin einstückig verlagert. Daher nehmen die Variationen der Verlagerung des Werkzeugmagazins im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Magazinabdeckung fest bereitgestellt wird, zu. Insbesondere kann die Werkzeugmaschine das Werkzeugmagazin selbst während der Verarbeitung eines Werkstücks verlagern.
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Des Weiteren besteht das andere Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass die Werkzeugmaschine ferner eine äußere Abdeckung umfasst, die den Arbeitstisch und das Werkzeugmagazin umgibt. Bei der äußeren Abdeckung wird ein zu öffnender/schließender Magazinöffnungsabschnitt in einer Wandfläche, bei der es sich nicht um eine Seite handelt, die dem Arbeitstisch zugewandt ist, um das Werkzeugmagazin herum bereitgestellt.
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Gemäß dem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung, die wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, umfasst die Werkzeugmaschine die äußere Abdeckung, die den Arbeitstisch und das Werkzeugmagazin umgibt. Ferner wird in der äußeren Abdeckung der zu öffnende/schließende Magazinöffnungsabschnitt in einer Wandfläche bereitgestellt, bei der es sich nicht um eine Seite handelt, die dem Arbeitstisch zugewandt ist. Daher kann ein Bediener selbst während der Verarbeitung eines Werkstücks eine Arbeit, wie etwa die Wartung des Werkzeugmagazins oder den Austausch der Arbeitsgeräte, mit Bezug auf das Werkzeugmagazin ausführen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 eine teilweise weggebrochene seitliche Schnittansicht, die schematisch einen Überblick über die gesamte Konfiguration einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 eine vordere Schnittansicht, die schematisch einen Überblick über die gesamte Konfiguration der Werkzeugmaschine entlang der Linie 2-2 in 1 zeigt.
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3 eine hintere Ansicht, die schematisch einen Überblick über die gesamte Konfiguration der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine zeigt.
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4 ein Blockdiagramm eines Steuersystems zum Steuern des Betriebs der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine;
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5 eine teilweise weggebrochene seitliche Schnittansicht, die schematisch einen Zustand der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine zum Zeitpunkt des Austauschs von Werkzeugen zeigt.
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6 eine teilweise weggebrochene seitliche Schnittansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem ein Werkstück einer Bearbeitung in einem Zustand unterzogen wird, in dem eine Werkzeugmagazineinheit in der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine einen Aufspannkopf schließen soll.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Konfiguration der Werkzeugmaschine 100
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Nachstehend wird eine Ausführungsform einer Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine seitliche Schnittansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Hauptteils einer Werkzeugmaschine 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine vordere Schnittansicht, die schematisch einen Überblick über die gesamte Konfiguration der Werkzeugmaschine 100 entlang der Linie 2-2 in 1 zeigt. 3 ist eine hintere Ansicht, die schematisch einen Überblick über die gesamte Konfiguration der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine 100 zeigt. 4 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems zum Steuern des Betriebs der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine 100. Es sei zu beachten, dass die Zeichnungen, auf die in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, schematisch gezeigt werden, beispielsweise indem ein Teil der Bestandteile vergrößert abgebildet wird, um die vorliegende Erfindung besser verständlich zu machen. Daher sind die Abmessungen, Proportionen und dergleichen der Bestandteile manchmal unterschiedlich. Die Werkzeugmaschine 100 ist eine mechanische Vorrichtung zum Ausführen einer Bearbeitung (z.B. Zuschneiden, Fräsen, Schleifen und Bohren) an einem Werkstück WK durch Computersteuerung (NC-Steuerung).
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Die Werkzeugmaschine 100 umfasst einen Aufspannkopf 101. Der Aufspannkopf 101 ist eine mechanische Vorrichtung und hält lösbar ein Arbeitsgerät 102 zum Zuschneiden des Werkstücks WK. Ferner treibt die Werkzeugmaschine 100 das gehaltene Arbeitsgerät 102 drehbar an. Das Arbeitsgerät 102 ist eine Metall verarbeitende Schneidvorrichtung zum Zuschneiden des Werkstücks WK, wie etwa ein Fräswerkzeug, ein Schaftfräser, ein Bohrer oder ein Gewindebohrer. Der Aufspannkopf 101 umfasst hauptsächlich eine Spindel 103, einen Spindelantriebsmotor 104 und eine Kopfhauptkörpereinheit 105.
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Die Spindel 103 ist eine schaftartige Komponente aus Metall und wird von dem Spindelantriebsmotor 104 drehbar angetrieben. Die Spindel 103 umfasst ein Werkzeugfutter (nicht gezeigt), welches das Arbeitsgerät 102 magnetisch festhält. Der Spindelantriebsmotor 104 ist ein Stellglied, dessen Betrieb von einer nachstehend beschriebenen NC-Steuerungsvorrichtung gesteuert wird. Die Kopfhauptkörpereinheit 105 ist eine Struktur aus Metall und trägt sowohl die Spindel 103 als auch den Spindelantriebsmotor 104. Der Aufspannkopf 101 wird von einem bewegbaren Träger 106 über die Kopfhauptkörpereinheit 105 getragen.
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Der Kopfträger 106 ist eine Struktur aus Metall und trägt die Kopfhauptkörpereinheit 105 in einem Zustand, in dem die Kopfhauptkörpereinheit 105 in einer Z-Achsenrichtung verlagert werden kann, die in den Zeichnungen eine senkrechte Richtung ist. Der Kopfträger 106 ist gebildet, um sich hauptsächlich in der Z-Achsenrichtung zu erstrecken. Der Kopfträger 106 umfasst einen Vorschubspindelmechanismus (nicht gezeigt), um die Kopfhauptkörpereinheit 105 in der Z-Achsenrichtung zu verlagern, und einen Z-Achsenantriebsmotor 107, um diesen Vorschubspindelmechanismus anzutreiben. In diesem Fall umfasst der Vorschubspindelmechanismus einen Spindelschaft (nicht gezeigt) und einen bewegbaren Körper (nicht gezeigt). In dem Spindelschaft ist eine Schraube mit Außengewinde auf einer äußeren Peripheriefläche eines schaftartigen Körpers gebildet. In dem bewegbaren Körper ist eine Schraube mit Innengewinde, die mit der Schraube mit Außengewinde in Eingriff steht, gebildet. Der Vorschubspindelmechanismus ist eine mechanische Vorrichtung und treibt den bewegbaren Körper in einer Axialrichtung des Spindelschafts an, indem er den Spindelschaft drehbar antreibt. Der Z-Achsenantriebsmotor 107 ist ein Stellglied, dessen Betrieb von einer NC-Steuerungsvorrichtung 140 gesteuert wird. Der Kopfträger 106 wird von einem Ständer 108 getragen.
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Der Ständer 108 ist eine Struktur aus Metall und trägt den Kopfträger 106 in einem Zustand, in dem der Kopfträger 106 in einer X-Achsenrichtung verlagert werden kann. Die X-Achsenrichtung ist eine Richtung, die zum Blatt von 1 senkrecht ist (waagerechte Richtung in 2), die zur Z-Achsenrichtung orthogonal ist. Der Ständer 108 ist gebildet, um sich hauptsächlich in der X-Achsenrichtung zu erstrecken. Der Ständer 108 umfasst hauptsächlich einen Vorschubspindelmechanismus 108a und einen X-Achsenantriebsmotor 109b. Der Vorschubspindelmechanismus 108a verlagert den Kopfträger 106 in der X-Achsenrichtung. Der X-Achsenantriebsmotor 109b treibt den Vorschubspindelmechanismus 109a an. Der X-Achsenantriebsmotor 109b ist ein Stellglied, dessen Betrieb von einer NC-Steuerungsvorrichtung 140 gesteuert wird. Der Ständer 108 wird von zwei Ständerschlitten 110a und 110b getragen.
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Die Ständerschlitten 110a und 110b sind ein Paar von rechten und linken Strukturen aus Metall und tragen die Ständer 108 fest. Ferner tragen die Ständerschlitten 110a und 110b ein Werkzeugmagazin 120 in einem Zustand, in dem das Werkzeugmagazin 120 in einer Y-Achsenrichtung verlagert werden kann. Die Y-Achsenrichtung ist eine waagerechte Richtung in 1, die zu der Z-Achsenrichtung und der X-Achsenrichtung orthogonal ist. Die Ständerschlitten 110a und 110b sind gebildet, um Pfeilerformen aufzuweisen, die sich hauptsächlich sowohl in der Z-Achsenrichtung als auch in der Y-Achsenrichtung erstrecken. D.h. die Werkzeugmaschine 100 ist konfiguriert, um eine so genannte Portalform aufzuweisen, und der Ständer 108 steht auf den beiden Ständerschlitten 110a und 110b. Die Werkzeugmagazineinheit 120 wird an den oberen Abschnitten der jeweiligen beiden Ständerschlitten 110a und 110b getragen.
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Die Werkzeugmagazineinheit 120 ist eine mechanische Vorrichtung und kann eine Vielzahl von Arbeitsgeräten 102 halten, die von dem Aufspannkopf 101 zu verwenden sind. Die Werkzeugmagazineinheit 120 umfasst hauptsächlich einen bewegbaren Grundträger 121, eine Magazinabdeckung 124 und ein Werkzeugmagazin 125. Der bewegbare Grundträger 121 ist eine Komponente aus Metall und trägt die Magazinabdeckung 124 und das Werkzeugmagazin 125. Der bewegbare Grundträger 121 ist gebildet, um die Form einer hohlen Pyramide oder eines hohlen Kegels aufzuweisen, die sich in den Zeichnungen von unten nach oben erweitert. Ferner ist der bewegbare Grundträger 121 derart gebildet, dass ein oberer Endabschnitt der Pyramide oder des Kegels vorsteht, um eine Flanschform aufzuweisen. In dem bewegbaren Grundträger 121 steht der obere Endabschnitt, der vorsteht, um eine Flanschform aufzuweisen, in einem Zustand, in dem der oberen Endabschnitt in der Y-Achsenrichtung zwischen den beiden Ständerschlitten 110a und 110b verschiebbar ist.
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Der bewegbare Grundträger 121 umfasst den Vorschubspindelmechanismus (nicht gezeigt), einen Magazinantriebsmotor 122 und einen Schaltgetriebemotor 123. Der Vorschubspindelmechanismus verlagert das Werkzeugmagazin 125 in der Y-Achsenrichtung. Der Magazinantriebsmotor 122 treibt den Vorschubspindelmechanismus an. Der Schaltgetriebemotor 123 treibt das Werkzeugmagazin 122 drehbar an. Der Magazinantriebsmotor 122 und der Schaltgetriebemotor 123 sind Stellglieder, deren Betrieb von der NC-Steuerungsvorrichtung 140 gesteuert wird. Die Magazinabdeckung 124 wird für den bewegbaren Grundträger 121 bereitgestellt.
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Die Magazinabdeckung 124 ist eine plattenartige Komponente und verhindert, dass verstreute Objekte, wie etwa Späne und Schneidöl, die sich auf Grund der Verarbeitung des Werkstücks WK verstreuen, in Richtung auf das Werkzeugmagazin 125 gelangen. Die Magazinabdeckung 124 wird in einem Zustand bereitgestellt, in dem die Magazinabdeckung 124 an dem bewegbaren Grundträger 121 zwischen einem nachstehend beschriebenen Arbeitstisch 131 und dem Werkzeugmagazin 125 aufgehängt ist. Die Magazinabdeckung 124 umfasst ein Paar von rechten und linken Schiebetüren 124b. Die Schiebetüren 124b können in der X-Achsenrichtung durch einen Luftzylinder 124a geöffnet und geschlossen werden, dessen Betrieb von der NC-Steuerungsvorrichtung 140 gesteuert wird.
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Das Werkzeugmagazin 125 ist eine mechanische Vorrichtung zum lösbaren Halten des Arbeitsgeräts 102, das an den Aufspannkopf 101 zu liefern ist. Das Werkzeugmagazin 125 ist derart konfiguriert, dass eine Vielzahl von Spannfuttern, die jeweils die Vielzahl von Arbeitsgeräten 102 halten, in einer Umfangsrichtung angeordnet ist. Das Werkzeugmagazin 125 wird bereitgestellt, um an einer unteren Oberfläche des bewegbaren Grundträgers 121 aufgehängt zu sein, in einem Zustand, in dem das Werkzeugmagazin 125 mit dem Schaltgetriebemotor 123, der in dem bewegbaren Grundträger 121 bereitgestellt wird, verbunden ist.
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Diese beiden Ständerschlitten 110a und 110b sind an einem Sockel 130 in einem Zustand angebracht, in dem die Ständerschlitten 110a und 110b auf dem Sockel 130 stehen. Der Sockel 130 ist eine Struktur aus Metall, die ein Sockel ist, der Bestandteile und diverse Geräte der Werkzeugmaschine 100 trägt. Der Sockel 130 ist gebildet, um sich hauptsächlich in der Y-Achsenrichtung zu erstrecken. Auf dem Sockel 130 wird eine Trägerplatte 131 unter dem Ständer 108 bereitgestellt, und der Arbeitstisch 132 wird unter dem Aufspannkopf 101 bereitgestellt. Die Trägerplatte 131 ist eine plattenartige Komponente aus Metall und verhindert die Verschmutzung der Komponenten und der Geräte der Werkzeugmaschine 100 unter dem Werkzeugmagazin 125.
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Der Arbeitstisch 132 ist ein plattenartiges Element aus Metall, welches das Werkstück WK lösbar hält. Der Arbeitstisch 132 ist gebildet, um eine rechteckige Form in einer Draufsicht aufzuweisen, die sich in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung erstreckt. Der Arbeitstisch 132 wird von einem Vorschubspindelmechanismus 133 und einem Y-Achsenantriebsmotor 134 in einem Zustand getragen, in dem der Arbeitstisch 132 mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 in der Y-Achsenrichtung verlagert werden kann. Der Vorschubspindelmechanismus 133 ist eine mechanische Vorrichtung und umfasst einen Spindelschaft 133a und einen bewegbaren Körper 133b. In dem Spindelschaft 133a ist eine Schraube mit Außengewinde auf einer äußeren Peripheriefläche eines schaftartigen Körpers gebildet. In dem bewegbaren Körper 133b ist eine Schraube mit Innengewinde 133a, die mit der Schraube mit Außengewinde in Eingriff steht, gebildet. In dem Vorschubspindelmechanismus 133 wird der Arbeitstisch 132, dem der bewegbare Körper 133b bereitgestellt wird, durch drehbares Antreiben des Spindelschafts 133a in einer axialen Richtung des Spindelschafts 133a, d.h. in der Y-Achsenrichtung, linear angetrieben. Der Y-Achsenantriebsmotor 134 ist ein Stellglied, dessen Betrieb von einer NC-Steuerungsvorrichtung 140 gesteuert wird. Ferner wird eine balgartige untere Abdeckung 135 zwischen dem Arbeitstisch 132 und dem Vorschubspindelmechanismus 133 bereitgestellt. Die untere Abdeckung 135 verhindert, dass verstreute Objekte in Richtung auf den Vorschubspindelmechanismus 133 gelangen.
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Eine äußere Abdeckung 136 wird um den Sockel 130 herum bereitgestellt. Die äußere Abdeckung 136 ist eine plattenartige Komponente aus Metall, die ein Gehäuse der Werkzeugmaschine 100 bildet. Die äußere Abdeckung 136 bedeckt alle Seiten und oberen Teile des Aufspannkopfes 101, des Ständers 108, des Arbeitstisches 131 und dergleichen. In der äußeren Abdeckung 136 ist ein vorderer Öffnungsabschnitt 137 in einer vorderen Oberfläche der Werkzeugmaschine 100 gebildet, und ein Magazinöffnungsabschnitt 138 ist in einer hinteren Oberfläche der Werkzeugmaschine 100 gebildet. Der vordere Öffnungsabschnitt 137 ist ein Teil, der geöffnet und geschlossen wird, so dass ein Bediener eine Arbeit an dem Arbeitstisch 132 ausführt oder die Wartung der Werkzeugmaschine 100 vornimmt. Der vordere Öffnungsabschnitt 137 besteht aus doppelten Schiebetüren. Der Magazinöffnungsabschnitt 138 ist ein Teil, der geöffnet und geschlossen wird, so dass der Bediener eine Arbeit an dem Werkzeugmagazin 125 ausführt oder die Wartung der Werkzeugmaschine 100 vornimmt. Wie durch den gestrichelten Pfeil in 3 angegeben, besteht der Magazinöffnungsabschnitt 138 aus einer zu öffnenden/schließenden Schiebetür.
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Auf einer Rückseite der äußeren Abdeckung 134 wird die NC-Steuerungsvorrichtung 140 bereitgestellt. Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 besteht aus einem Mikrocomputer, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und dergleichen umfasst. Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 steuert insgesamt den ganzen Betrieb der Werkzeugmaschine 100. Ferner steuert die NC-Steuerungsvorrichtung 140 den Betrieb des Spindelantriebsmotors 104, des Z-Achsenantriebsmotors 107, des X-Achsenantriebsmotors 109b, des Magazinantriebsmotors 122, des Schaltgetriebemotors 123, des Luftzylinders 124a und des Y-Achsenantriebsmotors 134 gemäß einem Arbeitsprogramm (einem so genannten NC-(numerische Steuerung)Programm) (nicht gezeigt), das vom Bediener vorbereitet wird. Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 steuert das Zuschneiden des Werkstücks WK durch relatives Verlagern des Aufspannkopfes 101 mit Bezug auf das Werkstück WK. Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 umfasst ein Bedienpult 141, das eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung umfasst. Eine Anweisung von dem Bediener an die NC-Steuerungsvorrichtung 140 wird in das Bedienpult 141 eingegeben, und das Bedienpult 141 zeigt einen Betriebsstatus der NC-Steuerungsvorrichtung 140 an. Das Bedienpult 141 wird auf einer vorderen Oberfläche der äußeren Abdeckung 134 bereitgestellt.
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Betrieb der Werkzeugmaschine 100
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Es wird der Betrieb der Werkzeugmaschine 100, die wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, beschrieben. Zunächst schaltet ein Bediener eine Energieversorgung der Werkzeugmaschine 100 ein. Damit führt die Werkzeugmaschine 100 ein vorbestimmtes Steuerprogramm (nicht gezeigt) aus, das im Voraus in dem ROM in der NC-Steuerungsvorrichtung 140 gespeichert ist. Somit bringt die Werkzeugmaschine 100 den Aufspannkopf 101 zum Ursprung zurück und tritt dann in einen Wartezustand ein, in dem sie auf eine Anweisung von dem Bediener wartet.
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Dann legt der Bediener ein Werkstück WK auf den Arbeitstisch 132 der Werkzeugmaschine 100. Ferner legt der Bediener das Arbeitsgerät 102, das notwendig ist, um das Werkstück WK zu verarbeiten, in das Werkzeugmagazin 125. In diesem Fall legt der Bediener das Werkstück WK auf den Arbeitstisch 132 über den vorderen Öffnungsabschnitt 137, indem er den vorderen Öffnungsabschnitt 137 der Werkzeugmaschine 100 öffnet. Ferner legt der Bediener die Vielzahl von Arbeitsgeräten 102 über den Magazinöffnungsabschnitt 138 in das Werkzeugmagazin 125.
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Dann gibt der Bediener ein Arbeitsprogramm (NC-Programm) zum dreidimensionalen Zuschneiden des Werkstücks WK in die NC-Steuerungsvorrichtung 140 ein. Anschließend weist der Bediener die NC-Steuerungsvorrichtung 140 an, dieses Arbeitsprogramm auszuführen. In diesem Fall umfasst das Arbeitsprogramm für das dreidimensionale Zuschneiden des Werkstücks WK einen Befehl, das Arbeitsgerät 102 je nach dem Inhalt der Verarbeitung auszuwählen, um die Werkzeuge mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 auszutauschen, d.h. einen Befehl, um den Betrieb des Magazinantriebsmotors 122, des Schaltgetriebemotors 123 und des Luftzylinders 124a zu steuern.
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Als Reaktion auf diese Anweisung steuert die NC-Steuerungsvorrichtung 140 den Betrieb des Spindelantriebsmotors 104, des Z-Achsenantriebsmotors 107, des X-Achsenantriebsmotors 109b, des Magazinantriebsmotors 122, des Schaltgetriebemotors 123, des Luftzylinders 124a und des Y-Achsenantriebsmotors 134. Damit ändert die NC-Steuerungsvorrichtung 140 eine Position eines Spitzenendabschnitts (Kante einer Klinge) des Arbeitsgeräts 102, das von dem Aufspannkopf 101 mit Bezug auf das Werkstück WK gehalten wird. Somit wird das Werkstück WK, das auf dem Arbeitstisch 132 gehalten wird, durch das Arbeitsgerät 102 dreidimensional zugeschnitten.
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Beim Zuschneiden des Werkstücks WK verlagert die NC-Steuerungsvorrichtung 140 die Werkzeugmagazineinheit 120 gemäß einem Arbeitsstatus des Werkstücks WK. Nachstehend werden typische Verlagerungsbeispiele 1 und 2 des Werkzeugmagazins 120 beschrieben. Es sei zu beachten, dass bei dem folgenden Änderungsbeispiel eine Warteposition des Werkzeugmagazins 120 eine Position ist, in der das Arbeitsgerät 102, das gerade benutzt wird, das Werkstück WK und der Arbeitstisch 132 nicht in Kontakt mit der Werkzeugmagazineinheit 120 gebracht werden (z.B. eine Position des innersten Endes der Werkzeugmaschine 100 in der Y-Achsenrichtung (siehe 1)). Eine Werkzeugaustauschposition ist eine Position, in der ein vorderstes Spannfutter in dem Werkzeugmagazin 125 in einer Position direkt unter dem Aufspannkopf 101 angeordnet ist, in einem Zustand, in dem der Aufspannkopf 101 in der Mitte in der X-Achsenrichtung positioniert ist (siehe 5). Eine Rückzugposition des Arbeitstisches 132 ist ein vorderstes Ende der Werkzeugmaschine 100 in der Y-Achsenrichtung (siehe 5).
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Verlagerungsbeispiel 1
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Zum Zeitpunkt des Austausches der Arbeitsgeräte 102 mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 kann die NC-Steuerungsvorrichtung 140 den Arbeitstisch 142 verlagern und die Werkzeugmagazineinheit 120 verlagern. Insbesondere wie in 5 gezeigt, kann für den Fall, dass der Werkzeugaustausch mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 ausgeführt wird, die NC-Steuerungsvorrichtung 140 die Werkzeugmagazineinheit 120 von der Warteposition verlagern, um die Werkzeugmagazineinheit 120 in der Werkzeugaustauschposition zur gleichen Zeit wie die Verlagerung des Arbeitstisches 132 in die Rückzugposition zu positionieren. Nachdem der Werkzeugaustausch mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 ausgeführt wurde, kann die NC-Steuerungsvorrichtung 140 bewirken, dass die Werkzeugmagazineinheit 120 von der Werkzeugaustauschposition in die Warteposition zur gleichen Zeit wie die Verlagerung des Arbeitstisches 132, um den Arbeitstisch 132 von der Rückzugposition in eine Arbeitsposition zurückzubringen, zurückkehrt. Gemäß den obigen Punkten kann die Werkzeugmaschine 100 einen Werkzeugaustauschprozess im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Werkzeugmagazineinheit 120 verlagert wird, nachdem die Verlagerung des Arbeitstisches 132 beendet ist, frühzeitig beenden.
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Es sei zu beachten, dass der Werkzeugaustauschprozess in dem Aufspannkopf 101 von der NC-Steuerungsvorrichtung 140 ausgeführt wird, welche die folgenden Teilschritte 1 bis 7 ausführt.
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Teilschritt 1: Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 positioniert den Aufspannkopf 101 in einer Position in der Z-Achsenrichtung, wo der Werkzeugaustausch erfolgen kann.
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Teilschritt 2: Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 indexiert ein Spannfutter in dem Werkzeugmagazin 125, wobei das Spannfutter dazu dient, das Arbeitsgerät 102 zu ergreifen, das von dem Aufspannkopf 101 gehalten wird.
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Teilschritt 3: Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 positioniert die Werkzeugmagazineinheit 120 in der alternativen Austauschposition, um zu bewirken, dass das Werkzeugmagazin 124 das Arbeitsgerät 102 ergreift.
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Teilschritt 4: Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 hebt den Aufspannkopf 101 in der Z-Achsenrichtung an und nimmt das Arbeitsgerät 102 aus dem Aufspannkopf 101.
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Teilschritt 5: Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 indexiert ein Spannfutter in dem Werkzeugmagazin 125, wobei das Spannfutter ein Arbeitsgerät 102 hält, das von dem Aufspannkopf 101 neu gehalten werden soll.
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Teilschritt 6: Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 senkt den Aufspannkopf 101 in der Z-Achsenrichtung ab und bewirkt, dass der Aufspannkopf 101 das neue Arbeitsgerät 102 hält.
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Teilschritt 7: Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 bewirkt, dass sich die Werkzeugmagazineinheit 120 zurückzieht.
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Bei diesem Werkzeugaustauschprozess steuert für den Fall, dass die Werkzeugmagazineinheit 120 auf die Seite des Aufspannkopfes 101 verlagert wird, die NC-Steuerungsvorrichtung 140 den Betrieb des Luftzylinders 124a, wenn ein Zwischenraum zwischen dem Aufspannkopf 101 und der Magazinabdeckung 124 einen vorbestimmten Betrag erreicht, wodurch sie das Paar von rechten und linken Schiebetüren 124b öffnet. Somit ermöglicht es die NC-Steuerungsvorrichtung 140 dem Aufspannkopf 101, durch die Magazinabdeckung 124 zu gehen. Ferner steuert nach dem Werkzeugaustauschprozess für den Fall, dass die Magazineinheit 120 von dem Aufspannkopf 101 entfernt wird, die NC-Steuerungsvorrichtung 140 den Betrieb des Luftzylinders 124a, wenn der Zwischenraum zwischen dem Aufspannkopf 101 und der Magazinabdeckung 124 einen vorbestimmten Betrag oder mehr erreicht, wodurch sie die Schiebetüren 124b schließt. Damit verhindert die NC-Steuerungsvorrichtung 140, dass verstreute Objekte, die bei der Verarbeitung entstehen, in Richtung auf das Werkzeugmagazin 125 gelangen. Es sei zu beachten, dass die Auswahl eines Spannfutters zum Halten des Arbeitsgeräts 102 in dem Werkzeugmagazin 125 durch Antreiben des Schaltgetriebemotors 123 vor oder während der Verlagerung der Werkzeugmagazineinheit 120 ausgeführt werden kann.
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Eine derartige Verlagerung der Werkzeugmagazineinheit 120, die mit der Verlagerung des Arbeitstisches 142 synchronisiert ist, kann erreicht werden, indem bewirkt wird, dass das Arbeitsprogramm einen Befehl umfasst, um den Betrieb des Magazinantriebsmotors 122, des Schaltgetriebemotors 123 und des Luftzylinders 124a zu steuern. Es sei zu beachten, dass die NC-Steuerungsvorrichtung 140 in diesem Fall eine Verlagerungsgeschwindigkeit des Werkzeugmagazins 120 gemäß einer Position relativ zum Arbeitstisch 142 ändern kann. Beispielsweise für den Fall, dass ein Zwischenraum zwischen dem Arbeitstisch 142 und der Werkzeugmagazineinheit 120 in der Y-Achsenrichtung gleich oder größer als ein vorbestimmter Zwischenraum ist, kann die NC-Steuerungsvorrichtung 140 die Werkzeugmagazineinheit 120 schnell übertragen. Ferner kann für den Fall, dass der Zwischenraum kleiner als der vorbestimmte Zwischenraum ist, die NC-Steuerungsvorrichtung 140 eine Verlagerungsgeschwindigkeit der Werkzeugmagazineinheit 120 derart einstellen, dass ihre Verlagerungsgeschwindigkeit gleich oder kleiner als eine Verlagerungsgeschwindigkeit des Arbeitstisches 142 ist.
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Verlagerungsbeispiel 2
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Die NC-Steuerungsvorrichtung 140 kann die Werkzeugmagazineinheit 120 in einer Warteposition positionieren, die einer Position des Werkstücks WK während der Verarbeitung entspricht. Insbesondere wie in 6 gezeigt, positioniert die NC-Steuerungsvorrichtung 140 die Werkzeugmagazineinheit 120, indem sie eine Position als Warteposition einstellt, die dem Werkstück WK oder dem Arbeitstisch 132 am nächsten ist, und zwar in einer Region, in der die Werkzeugmagazineinheit 120 während der Verarbeitung des Werkstücks WK nicht in Kontakt mit dem Werkstück WK oder dem Arbeitstisch 132 gebracht wird. In diesem Fall kann die Warteposition der Werkzeugmagazineinheit 120 in dem Arbeitsprogramm im Voraus von einem Bediener angewiesen werden. Alternativ kann die Warteposition der Werkzeugmagazineinheit 120 automatisch von der NC-Steuerungsvorrichtung 140 berechnet werden, die das Arbeitsprogramm in einem Computer ausführt. In solchen Fällen kann die Werkzeugmaschine 100 die Warteposition der Werkzeugmagazineinheit 120 in allen Arbeitsschritten des Werkstücks WK einstellen. Alternativ kann die Werkzeugmaschine 100 die Warteposition der Werkzeugmagazineinheit 120 für jedes Arbeitsgerät 102 in den Arbeitsschritten des Werkstücks WK einstellen. Demnach kann die Werkzeugmaschine 100 den Werkzeugaustauschprozess mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 von der Warteposition mit dem kürzesten Abstand ausführen. Daher kann die Werkzeugmaschine 100 den Werkzeugaustauschprozess frühzeitig beenden.
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Bei den obigen Verlagerungsbeispielen 1 und 2 ermöglicht es die Werkzeugmaschine 100 einem Bediener, die Wartung der Werkzeugmagazineinheit 120 umzusetzen, indem sie den Betrieb des Magazinantriebsmotors 122 und des Schaltgetriebemotors 123 in einem Zustand anhält, in dem die Werkzeugmagazineinheit 120 während der Verarbeitung des Werkstücks WK in der Warteposition positioniert ist. In diesem Fall kann der Bediener die Wartung der Werkzeugmagazineinheit 120 oder der Arbeitsgeräte 102, die von dem Werkzeugmagazin 124 gehalten werden, durch Öffnen des Magazinöffnungsabschnitts 138 in einem Zustand, in dem die Energieversorgung für die Werkzeugmagazineinheit 120 unterbrochen ist, vornehmen.
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Wie es ebenfalls aus der obigen Beschreibung bezüglich des Betriebs gemäß der obigen Ausführungsform hervorgeht, kann die NC-Steuerungsvorrichtung 140 das Werkzeugmagazin 124 durch numerische Steuerung verlagern. Daher kann die Werkzeugmaschine 100 einen Austauschprozess des Arbeitsgeräts 102 effizient ausführen.
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Wenn die vorliegende Erfindung umgesetzt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform eingeschränkt und es können diverse Änderungen innerhalb des Umfangs des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
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Beispielsweise ist bei der obigen Ausführungsform die Werkzeugmaschine 100 derart konfiguriert, dass der Aufspannkopf 101 mit Bezug auf den Arbeitstisch 132 in der X-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung verlagert wird, und der Arbeitstisch 132 mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 in der Y-Achsenrichtung verlagert wird. D.h. der Z-Achsenantriebsmotor 107, der X-Achsenantriebsmotor 109b und der Y-Achsenantriebsmotor 134 entsprechen einer Arbeitsgerät-Verlagerungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Arbeitsgerät-Verlagerungseinheit ist jedoch nicht unbedingt auf die obige Ausführungsform eingeschränkt und muss nur den Aufspannkopf 101 mit Bezug auf den Arbeitstisch 132 relativ verlagern. Daher kann die Werkzeugmaschine 100 auch konfiguriert sein, um den Aufspannkopf 101 mit Bezug auf den Arbeitstisch 132 in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung zu verlagern. Ferner kann die Werkzeugmaschine 100 auch konfiguriert sein, um den Arbeitstisch 132 mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung zu verlagern.
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Bei der obigen Ausführungsform ist die Werkzeugmaschine 100 derart konfiguriert, dass die Werkzeugmagazineinheit 120 mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 in der Y-Achsenrichtung verlagert wird. D.h. der Magazinantriebsmotor 122 entspricht einer Magazin-Verlagerungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Magazin-Verlagerungseinheit ist jedoch nicht unbedingt auf die obige Ausführungsform eingeschränkt und muss nur das Werkzeugmagazin 125 mit Bezug auf den Aufspannkopf 101 relativ verlagern. Daher kann die Werkzeugmaschine 100 auch konfiguriert sein, um den Aufspannkopf 101 mit Bezug auf das Werkzeugmagazin 125 in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung zu verlagern.
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Bei der obigen Ausführungsform umfasst die Werkzeugmagazineinheit 120 die Magazinabdeckung 124. Die Magazinabdeckung 124 soll jedoch verhindern, dass verstreute Objekte in Richtung auf das Werkzeugmagazin 125 und die von dem Werkzeugmagazin 125 gehaltenen Arbeitsgeräte 102 gelangen. Für den Fall, dass verstreute Objekte in Richtung auf das Werkzeugmagazin 125 und die Arbeitsgeräte 102 gelangen dürfen, ist die Magazinabdeckung 124 nicht notwendig. Ferner wird bei der obigen Ausführungsform die Magazinabdeckung 124 für die Werkzeugmagazineinheit 120 bereitgestellt und wird einstückig mit dem Werkzeugmagazin 125 verlagert. Die Magazinabdeckung 124 kann jedoch getrennt von dem Werkzeugmagazin 125 bereitgestellt werden und kann beispielsweise fest an dem Ständer 108 bereitgestellt werden.
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Bei der obigen Ausführungsform wird der Magazinöffnungsabschnitt 138 in der hinteren Oberfläche der äußeren Abdeckung 136 bereitgestellt. Der Magazinöffnungsabschnitt 138 ist jedoch nicht unbedingt auf die obige Ausführungsform eingeschränkt und muss nur in einer Position gebildet sein, die für das Werkzeugmagazin 125 zugänglich ist, mit anderen Worten in einer Wandfläche, die keine Seite ist, die dem Arbeitstisch 132 zugewandt ist, um das Werkzeugmagazin 125 herum. Daher kann der Magazinöffnungsabschnitt 138 beispielsweise auch in mindestens einer von den rechten und linken seitlichen Oberflächen der äußeren Abdeckung 136 bereitgestellt werden. Ferner kann der Magazinöffnungsabschnitt 138 auch für den Fall ausgelassen werden, dass es nicht notwendig ist, auf das Werkzeugmagazin 125 zuzugreifen.
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Bezugszeichenliste
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- WK
- Werkstück
- 100
- Werkzeugmaschine
- 101
- Aufspannkopf
- 102
- Arbeitsgerät
- 103
- Spindel
- 104
- Spindelantriebsmotor
- 105
- Kopfhauptkörpereinheit
- 106
- Kopfträger
- 107
- Z-Achsenantriebsmotor
- 108
- Ständer
- 109a
- Vorschubspindelmechanismus
- 109b
- X-Achsenantriebsmotor
- 110a, 110b
- Ständerschlitten
- 120
- Werkzeugmagazineinheit
- 121
- Bewegbarer Grundträger
- 122
- Magazinantriebsmotor
- 123
- Schaltgetriebemotor
- 124
- Magazinabdeckung
- 124a
- Luftzylinder
- 124b
- Schiebetür
- 125
- Werkzeugmagazin
- 130
- Sockel
- 131
- Trägerplatte
- 132
- Arbeitstisch
- 133
- Vorschubspindelmechanismus
- 133a
- Schraube mit Außengewinde
- 133b
- Bewegbarer Körper
- 134
- Y-Achsenantriebsmotor
- 135
- Untere Abdeckung
- 136
- Äußere Abdeckung
- 137
- Vorderer Öffnungsabschnitt
- 138
- Magazinöffnungsabschnitt
- 140
- NC-Steuerungsvorrichtung
- 141
- Bedienpult
