JP2001018136A - 自動工具交換型工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型マシニングセンタの機敏な機能性を維持
しつつ、コンパクトでありながら大型マシニングセンタ
なみに多種加工仕様に対応できるだけの工具本数を収納
できる自動工具交換型工作機械を提供する。 【解決手段】 主軸コラム５の動作に追従する本体マガ
ジン６を備え、自動工具交換（ＡＴＣ）機構により主軸
７に装着する工具の交換を行う自動工具交換型工作機械
において、予備マガジン１２、工具把持部と回転駆動部
を備えたハンド部１３、該ハンド部１３を上下移動させ
るスライダ機構部１４および制御装置とで構成される予
備工具交換装置を装置本体１に付設して工具収納容量を
増大し、加工時の工具交換時間をコンパクトサイズの装
置程度に維持でき、しかも、段取り替え時間が短縮でき
る構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、特にマ
シニングセンタの工具を自動的に交換する装置に関する
もので、更に詳しくは主軸コラムの動作に追従する本体
マガジンを備えた小型マシニングセンタに予備マガジン
を付設することによって工具収納本数を増大し、加工仕
様にあわせて必要な工具を本体マガジンに収納できるよ
うに各マガジン間における工具交換を行い、小型マシニ
ングセンタの機能性をいかしながら大型マシニングセン
タなみの工具収納容量に増大できる自動工具交換型工作
機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマシニングセンタは、多工程の加
工を連続して行うように３０〜４０本といった多数の工
具を本体マガジンに装備し、加工仕様に合わせて１本づ
つ交換しながら加工を続けていた。ところが、小物加工
や短サイクル加工が昨今望まれ、従来の大型マシニング
センタではコスト的に、または、生産性においてユーザ
ーの要求に合わず、代わりに、１０本前後の工具を本体
マガジンに収納した小型マシニングセンタが開発され
た。

【０００３】一般に、小型マシニングセンタにはコラム
移動型とテーブル移動型とがある。どちらも穴あけおよ
びねじ立て加工に必要な少数工具を収納したため、工具
交換時間を従来機より短縮でき、かつ、機能性も向上し
たため全体の加工サイクル時間が短縮され小物加工に適
した構成となった。特に、主軸コラム移動型は、工具交
換時間を短く、かつ、装置サイズをコンパクトにするた
めに、主軸コラムに工具マガジンを一体的に設置し、主
軸コラムと共に軸移動させている。この構成により、加
工終了時の工具交換が主軸コラムの上昇途中任意の位置
でも可能となり、工具交換時間の短縮に加えてアイドル
タイム削減にも効果があるものである。主軸コラム移動
型では、主軸コラムに一体的に設置した工具マガジンに
多くの工具を収納することは装置寸法が大きくなり、さ
らに主軸コラムの移動速度が制限され小型マシニングセ
ンタとしての機敏性が得られないため、工具マガジンに
収納できる工具本数が限られていた。

【０００４】また、テーブル移動型では、工具マガジン
を主軸と切り離して別置方式とし自動工具交換（ＡＴ
Ｃ）部を備えた主軸コラムを固定しているので加工仕様
に合わせて比較的容易に工具収納マガジンの仕様変更及
び工具収納本数を増大することができるが、あまり多く
すると工具交換時間が長くなり、かつ装置寸法も大きく
なるため本来の小型マシニングセンタとしての機敏性が
なくなってしまうため、やはり工具マガジンに装着する
工具本数に限界があった。

【０００５】ところで、多品種少量生産としていろんな
種類の部品を加工する生産現場では、部品種類が多くな
ればなるほど加工仕様も多くなる場合もあり、加工に必
要な工具数が増えてくることになる。そこで、小型マシ
ニングセンタの機敏な機能性を重視した場合は、工具マ
ガジンに収納できる工具本数は限定されているため、加
工仕様が変更になればその都度工具マガジンに装着する
工具種類を見直して、作業者による必要な工具の取り換
え作業にて仕様変更に対処していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】工具マガジンに収納さ
れる工具種類を加工仕様ごとに見直して対処すること
は、作業段取りに時間がかかりすぎるし、作業者への負
担も多く生産効率が悪いといった問題がある。また、加
工仕様に合わせて本体マガジンに収納する工具本数を増
やすと従来の大型マシニングセンタの如くコストがかか
り、加工サイクルタイムが長くなるため生産性が悪くな
り、短サイクル加工に適した小型マシニングセンタの機
能性を十分に活用できないといった問題もあった。そこ
で、小型マシニングセンタの機能性を維持しながらも多
品種部品の各種加工仕様に対応できる装置がさらに望ま
れてきた。

【０００７】本発明は、従来技術の有する上記のような
問題点に鑑みて成されたものであり、小型マシニングセ
ンタの機敏な機能性を維持しつつ、コンパクトでありな
がら多種加工仕様に対応できるだけの工具本数を収納で
きる自動工具交換型工作機械を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明に係る自動工具交換型工作機
械は、主軸コラムの動作に追従する本体マガジンを備
え、主軸に装着された工具と前記本体マガジンに収納さ
れた工具とを加工仕様に合わせて交換する自動工具交換
型工作機械において、該工作機械装置本体に配置された
予備マガジンと、該予備マガジンと前記本体マガジンと
に収納された工具を各マガジン間で入れ換える予備工具
交換手段と、該予備工具交換手段の駆動を自動的に制御
する予備工具交換制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

【０００９】また、請求項２に記載の発明に係る自動工
具交換型工作機械は、請求項１に記載の自動工具交換型
工作機械において、前記予備工具交換手段が、クランプ
機構を備えた工具把持部と、該工具把持部を回転可能と
する回転駆動部と、前記工具把持部を前記回転駆動部と
ともに前記本体マガジンと前記予備マガジン間で移動さ
せるスライド機構部とから構成されることを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】請求項１の発明によれば、主軸コラムに一体的
に設置された本体マガジンには被加工物を実際に加工す
るのに必要な工具のみ装着され、別の被加工物を加工す
るのに必要な工具は、主軸コラムと切り離して装置本体
内で別置した予備マガジンに多数本収納できる。さら
に、制御手段の付設により、被加工物を替える際の段取
り替え中に、新しい被加工物の加工に不要な工具を本体
マガジンから取り外し、必要な工具を予備マガジンから
取り出して交換するといった作業が段取り替え作業と同
時に自動的に行うことが可能となる。

【００１１】また、請求項２の発明によれば、本体マガ
ジンと予備マガジン間で移動させる工具把持部を回転可
能に構成したため、主軸コラムにおける本体マガジンの
配置にかかわらず簡単な工具移送制御で、しかも最小の
スペースで工具入れ換え作業が可能となった。さらに、
予備マガジンの配置を考慮し、装置本体の軸ユニットの
作動と連動させたマガジン間の移送制御により、予備工
具交換装置を簡単な構成とすることも可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について、図面を用いて説明する。

【００１３】本発明の実施の形態に係る自動工具交換型
工作機械の側面図を図１に、その正面図を図２にそれぞ
れ示す。装置本体１は、コラム移動型の小型マシニング
センタで、装置架台２上にＸ軸ユニット３、Ｙ軸ユニッ
ト４およびＺ軸ユニット５に取り付けた主軸コラム１０
を載置し、各ユニットがそれぞれの軸方向へ移動可能に
構成されている。１０本の工具９を収納する本体マガジ
ン６は、主軸コラム１０の側面に配置され、主軸コラム
１０の動作に追従する。主軸７に取り付けられた工具と
本体マガジン６内に収納された工具９とを自動的に交換
する自動工具交換（ＡＴＣ）機構は主軸コラム１０に内
蔵された複合カム駆動方式を採用し、アーム８に保持し
た一対の工具を高速で交換するものである。

【００１４】なお、主軸コラム１０に本体マガジン６を
一体的に配置した主軸一体形ＡＴＣ機構は、Ｚ軸ユニッ
ト５が上昇端まで戻らなくても、任意の位置でＡＴＣが
可能で、加工時間短縮に大きな効果を発揮する。

【００１５】以上の如く、架台、各軸ユニット、本体マ
ガジン付き主軸コラム、主軸と本体マガジン間のＡＴＣ
機構およびＣＮＣ制御盤で概略構成される小型マシニン
グセンタに加えて、予備マガジン１２、工具を把持し反
転するハンド部１３、ハンド部１３を上下スライドさせ
るスライダ機構部１４、フレーム１５および本体操作盤
（図示せず）を含む制御装置とで概略構成される予備工
具交換装置１１を備えたもので本実施形態の自動工具交
換型工作機械が構成される。

【００１６】本実施形態では、予備マガジン１２には２
９本の予備工具を収納しており、主軸７に装着する1本
および本体マガジン６内に収納分の１０本と合わせて計
４０本の工具が、小型マシニングセンタの機能性を維持
した本装置本体１に備えられていることになる。もちろ
ん、予備マガジン１２内の工具本数は加工仕様に合わせ
て容易に必要な工具本数に変更できるものである。つま
り、以上の構成により、実際の加工仕様に合わせて本体
マガジン６に加工に使用する工具を必要に合わせて選択
して装着し、不要工具を予備マガジン１２に収納できる
ため、数種の被加工物を加工するための工具本数を所有
しながら、加工中の工具交換時間が短く、かつ、装置本
体のサイズもコンパクトにできる構成とした。

【００１７】本実施形態の自動工具交換型工作機械にお
ける予備工具交換手順の概要を以下の通り説明する。

【００１８】機械立上げ時の前準備として、本体マガジ
ン６および予備マガジン１２のポットに装着されている
工具番号を本体操作盤上で設定する。本体マガジン６へ
取り付けたい加工に必要な工具番号を本体操作盤上で設
定する。設定後、本体操作盤上の工具交換起動ボタンを
押すと、設定された工具番号と本体マガジン６に取り付
いている工具番号を比較識別し、本体マガジン６内の不
要工具を予備マガジン１２に移し、本体マガジン６に装
着されていない工具番号の必要工具を予備マガジン１２
から移し、本体マガジン６に装着して予備工具交換を完
了する。

【００１９】なお、本実施形態の予備工具交換装置は、
簡易型として小型マシニングセンタの装置内空間を利用
して配置したもので、本体マガジンと予備マガジン間の
工具移送構成は上下のスライダ機構と工具反転用のハン
ド回転機構のみを備えており、本体マガジンにおける工
具の脱着は、装置本体の軸ユニット移動により行うもの
である。この構成のため、補修時や仕様変更等必要に応
じて予備工具交換装置のみを装置本体に対して容易に脱
着可能となるわけである。もちろん、予備工具交換装置
ですべての工具移送を行う構成としても良い。

【００２０】次に、被加工物の加工がすべて終了し、新
しい被加工物の加工用工具を本体マガジンに装着するよ
うに段取りする場合において、予備工具交換装置での実
際の工具交換動作について、図３および図４を用いて具
体的に説明する。

【００２１】ハンド把持爪開閉機構を備えた工具把持部
１３ａと工具把持部回転機構を備えた回転駆動部１３ｂ
とで構成されるハンド部１３が、装置本体上部の待機位
置で位置決めされる。本体操作盤にて設定された本体マ
ガジン６内の不要工具９ａが、本体マガジン６の予備工
具交換位置に割り出されて配置される。前記待機位置に
て、ピストン３２とダブルヘリックスねじ３３の構成で
開閉されるエアチャック機構を作動させて、工具把持部
１３ａのハンド爪３１を開き、予備マガジン１２内の予
備ポット３４ｂ内に不要工具９ｂを残し、ハンド部１３
がロッドレスシリンダ３５により下降する。下降位置に
おいて、ハンドロック・アンロックシリンダ３６を作動
し、ノックピン３７をシリンダ内に後退させ、工具把持
部１３ａを反転自由とし、ラック付きピストン３８とピ
ニオン３９との構成で反転・反転戻しされるエアーロー
タリーテーブル機構を備えた回転駆動部１３ｂを作動さ
せて、本体マガジン６内で水平方向に配置されている不
要工具９ａを把持できるように工具把持部１３ａを反転
させる。ノックピン３７を進出し、工具把持部１３ａを
固定する。

【００２２】なお、本実施形態では、ハンド部１３の下
降時においてハンド部１３のハンド爪３１と本体マガジ
ン６の工具交換位置に割り出されている不要工具９ａの
クランプ部が一直線上になるように予備工具交換装置が
装置本体に配置されている。

【００２３】一方、予備マガジン１２の工具収納位置で
固定されていた予備ポット３４ｂがポットロック・アン
ロックシリンダ４０の作動によりポットロックアーム４
１を退出させて、予備マガジン１２内で移動可能とし、
予備マガジン１２内の空き予備ポット３４ａを割り出し
て工具収納位置に移動させて配置し、ポットロックアー
ム４１にて固定する。

【００２４】次に、装置本体のＹ軸ユニット４を工具つ
かみ位置まで後退させると、本体マガジン６の工具交換
位置に割り出されている不要工具９ａのクランプ部が工
具把持部１３ａの開いている両ハンド爪３１間に位置決
めされる。工具把持部１３ａのエアチャック機構の作動
でハンド爪３１が閉じて不要工具９ａを把持し、装置本
体のＸ軸ユニット３を移動させると不要工具９ａが本体
マガジン６から抜ける。回転駆動部１３ｂのエアーロー
タリテーブル機構を作動し工具把持部１３ａを元の垂直
方向に戻すように反転させて固定した後、ハンド部１３
をロッドレスシリンダ３５により上昇させ、不要工具９
ａを予備マガジン１２内の工具収納交換位置に配置され
た空き予備ポット３４ａに挿入して装着する。工具把持
部１３ａのハンド爪３１を開きハンド部１３を下降させ
る。

【００２５】一方、予備マガジン１２では、ポットロッ
ク・アンロックシリンダ４０及びポットロックアーム４
１で構成されるポット移動規制機構を作動させ、予備ポ
ット３４ａの固定を解除して、予備マガジン１２から本
体マガジン６へ取り付ける必要工具９ｃを収納した予備
ポット３４ｃを割り出し、工具収納交換位置に移動させ
て配置し、ポットロックアーム４１で固定する。ハンド
部１３が再び上昇し、必要工具９ｃを工具把持部１３ａ
のハンド爪３１で把持し、ロッドレスシリンダ３５にて
下降させる。

【００２６】下降位置で、回転駆動部１３ｂの作動にて
工具把持部１３ａを反転させ必要工具９ｃを水平方向に
する。Ｘ軸ユニット３が移動し本体マガジン６に必要工
具９ｃを装着し、ハンド爪３１を開放してＹ軸ユニット
４の移動で装置本体の待機位置に主軸コラム１０が戻
り、本体マガジン６における工具交換が完了する。

【００２７】複数の工具交換がある場合は、以上の動作
を繰り返してすべての工具交換を完了させる。その後、
工具把持部１３ａの反転戻しを行い、ハンド部１３をロ
ッドレスシリンダ３５により上昇させ予備工具交換装置
が全原位置とする。

【００２８】上述のように、本実施形態は、本体マガジ
ンと予備マガジン間の工具移送を上下動作と工具反転動
作のみで行うようにした簡易型予備工具交換装置と装置
本体の軸ユニット動作との組み合わせでの構成について
説明したが、もちろん、予備工具交換装置自体に、工具
把持部が上下・左右・前後移動をすべて行う工具移送機
構を備えたものとしても良いことは明かである。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり構成されて
いるので、従来の小型マシニングセンタの機敏な機能性
を維持しつつ、多種加工仕様に対応できる大型マシニン
グセンタ並みの工具本数を収納できるため、コンパクト
で低価格でありながら装置の付加価値を向上するコスト
ダウン効果がある。さらに、本体マガジンと予備マガジ
ン間の工具交換を自動的に交換させることが可能となっ
たため従来の加工時間のみならず、段取り替え作業時間
の短縮が達成でき、作業性及び生産性の向上にも効果が
ある。

【００３０】第２の発明により、主軸コラムに一体的に
設置される本体マガジンの配置にかかわらず簡単な工具
移送制御で、しかも最小のスペースで予備工具との自動
入れ換え作業が可能となる効果を奏する。

【００３１】また、本発明の予備工具交換装置は、コラ
ム移動型の小型マシニングセンタの採用により、装置本
体の動作との組み合わせで工具移送構成とすることも可
能で、その場合には簡易型予備工具交換装置として装置
本体との脱着が容易にできる構成となるため、補修や仕
様変更に容易に対応できる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る自動工具交換型工
作機械の側面図である。

【図２】上記機械の正面図である。

【図３】上記機械の主要部分である予備工具交換装置を
示す部分断面図を含む拡大図である。

【図４】上記予備工具交換装置のハンド部を示す部分断
面図を含む拡大図である。

【符号の説明】

１：装置本体 ３：Ｘ軸ユニット ４：Ｙ軸ユニット ５：Ｚ軸ユニット ６：本体マガジン ７：主軸 ８：アーム ９ａ，９ｂ、９ｃ：工具 10：主軸コラム 11：予備工具交換装置 12：予備マガジン 13：ハンド部 13ａ：工具把持部 13ｂ：回転駆動部 14：スライド機構部 31：ハンド爪 34ａ，34ｂ，34ｃ：予備ポット 35：ロッドレスシリンダ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C002 AA03 AA04 BB06 DD18 JJ04 JJ08 3C016 AA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸コラムの動作に追従する本体マガジ
   ンを備え、主軸に装着された工具と前記本体マガジンに
   収納された工具とを加工仕様に合わせて交換する自動工
   具交換型工作機械において、該工作機械装置本体に配置
   された予備マガジンと、該予備マガジンと前記本体マガ
   ジンとに収納された工具を各マガジン間で入れ換える予
   備工具交換手段と、該予備工具交換手段の駆動を自動的
   に制御する予備工具交換制御手段とを備えたことを特徴
   とする自動工具交換型工作機械。
2. 【請求項２】 前記予備工具交換手段が、クランプ機構
   を備えた工具把持部と、該工具把持部を回転可能とする
   回転駆動部と、前記工具把持部を前記回転駆動部ととも
   に前記本体マガジンと前記予備マガジン間で移動させる
   スライド機構部とから構成されることを特徴とする請求
   項１に記載された自動工具交換型工作機械。