JP2004090173A - 工作機械における工具交換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ベッド11の上部にコラム12を装着する。コラム12の上部に主軸台13を上下方向の往復動可能に装着する。コラム12の側面に工具交換装置21を装着する。工具交換装置21と主軸ヘッド14との間に工具交換アーム44を装着し、該交換アーム44を工具交換高さH1において、旋回可能に装着する。工具マガジン22と工具交換アーム44との間に工具移動機構24を装着し、工具ホルダ31を工具ポット29とともに割出し位置P1と工具交換位置P2との間で移動する。主軸台13の昇降動作を利用して、工具交換位置P2において工具ホルダ31に対する工具ポット29の脱着を行い、かつ主軸位置P3において主軸ヘッド14に対する工具15の脱着を行う。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の工作機械として、ベッドの後側上面にコラムを立設し、このコラムの前面に主軸ヘッドを有する主軸台を上下(Z軸)方向の往復動可能に装着し、前記ベッドの上面に左右(X軸)方向及び前後(Y軸)方向にそれぞれ独立して往復動可能なワークの支持テーブルを装着したものが提案されている。そして、前記支持テーブルの上面にワークを載置し、前記主軸ヘッドに装着した工具によりワークを加工するようになっている。
【0003】
又、前記コラムの上部側面には前記主軸ヘッドに装着した工具がワークの加工済により交換する場合に、新しい工具と加工済工具を交換するための工具交換装置が装着されている。この工具交換装置は、主軸ヘッドの下端部に装着された加工済工具と、新工具を収納するための工具マガジンとの間に工具取り出し機構を設け、工具交換アームを上下方向の往復動可能に、かつ垂直軸線の周りで旋回可能に装着している。そして、両工具の工具交換に際し、工具マガジン側から工具交換位置に移送された新工具と、前記主軸ヘッドの下端部に装着された加工済工具とを前記工具交換アームを待機位置から交換位置へ旋回させて両端に形成された把持部により把持する。その後、工具交換アームを下方に移動して、主軸ヘッドから加工済工具を抜き取り、工具ポットから新しい工具を抜き取って所定高さ位置に工具交換アームを停止させる。さらに、前記工具交換アームを旋回させて、新工具を前記主軸ヘッドの下方に移動するとともに、加工済工具を工具交換位置に保持された工具ポットの下方に移動停止する。この状態で前記工具交換アームを上方へ移動させて、新工具を主軸ヘッドの下端部に取り付け、加工済工具を工具ポットに係合する。次に、工具交換アームを下方に移動し、最後に、この工具交換アームを工具交換位置から待機位置へ旋回移動する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の工作機械の工具交換装置は、工具の一対の把持部を有する工具交換アームを、旋回動作させるとともに、昇降動作させるための機構を1つのケーシング内に収容しているので、工具交換アームユニットの構成が複雑となってコストの低減を図ることができないという問題があった。
【0005】
本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、構成を簡素化して部品点数を低減し、組付作業を容易に行いコストの低減を図ることができる工作機械における工具交換装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、ベッドの後側上面にコラムを立設し、このコラム前面に主軸ヘッドを有する主軸台をZ軸方向の往復動可能に装着し、前記ベッドの上面にワークを支持する支持テーブルを装設し、前記主軸ヘッドに取り外し可能に装着した工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、前記コラムの側部に多数の工具を収納した工具マガジンを装着し、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとの間に工具の二つの把持部を有する工具交換アームを工具交換高さにおいて、垂直軸線の周りで旋回可能に装着し、前記工具マガジンと工具交換アームとの間に工具を移動する工具移動機構を設け、前記主軸台には工具交換位置に保持された工具交換アームの一方の把持部に把持された新工具の工具ポットを、該主軸台の昇降動作を利用して昇降する工具ポット昇降機構を設けたことを要旨とする。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記工具移動機構は、工具マガジンの工具割出位置と、前記工具交換アームの工具交換位置との間で工具を把持した工具ポットをアクチュエータにより引き出しと引き込みするようにしたことを要旨とする。
【0008】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2において、前記工具交換アームが工具交換位置に旋回移動することにより、一方の把持部により主軸ヘッドに保持されている加工済工具を把持し、他方の把持部により工具交換位置に保持されている新工具を把持し、この状態で主軸台の上昇動作を利用して工具交換アームの一方の把持部に把持されている加工済工具を主軸ヘッドから上方に分離するとともに、他の把持部に把持されている新工具を、工具ポットを上方に移動することにより分離し、その後、前記工具交換アームを旋回させて、新工具と加工済工具の位置を反転切り換えした後に、主軸台を下降させて主軸ヘッドに新工具を装着すると同時に、工具ポットに加工済工具を係合するように構成されていることを要旨とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した工作機械の一実施形態を図1〜図6に従って説明する。
【0010】
図1は工作機械の正面図、図2は工作機械の左側面図を示す。図1,2から明らかなようにベッド11の上面にはコラム12が立設されている。このコラム12の上部には主軸台13が装着され、主軸台13の下部には主軸ヘッド14が装着されている。この主軸ヘッド14にはワークの加工を行う工具15を保持した工具ホルダ31が図示しない工具チャックによって脱着可能に装着されている。前記主軸台13はコラム12に対しZ軸案内レール16によって上下方向の往復動可能に装着され、コラム12の上面にはZ軸駆動モータ17が装着されている。そして、Z軸駆動モータ17が数値制御により作動されると、図示しないボールねじとボールねじナットよりなるZ軸送り機構によって主軸台13を上下(Z軸)方向に往復動するようになっている。
【0011】
前記ベッド11の上面には前記工具15によって加工されるワークの支持テーブル18が装設されている。この支持テーブル18はX軸方向(図1の正面において左右方向)及びY軸方向(図1の正面において紙面直交方向)にそれぞれ独立して往復動されるようになっている。
【0012】
次に、前記コラム12に対し主軸台13及び主軸ヘッド14と対応して設けられた工具交換装置21について説明する。
この工具交換装置21は概略的に見て所定位置において工具15を保持する複数の工具ホルダ31を収納するための工具マガジン22と、前記主軸ヘッド14と対応して所定位置に装着された工具交換アーム44とを備えている。又、工具交換装置21は、工具マガジン22と、工具交換アーム44との間に設けられ、かつ工具ホルダ31を工具割出位置と工具交換位置との間で移動するための工具移動機構24とにより構成されている。
【0013】
前記工具マガジン22は、前記コラム12の側壁面に片持ち支持されたブラケット25を介して支持された取付基板26と、この取付基板26に対し支持軸27により旋回可能に取付けられた工具ポット保持テーブル28とを備えている。この工具ポット保持テーブル28には工具15を把持した工具ホルダ31を係合するための係合凹部28aが複数箇所に所定のピッチで設けられている。前記取付基板26の上面には下向きに割付用モータ30が取り付けられ、図示しないがピニオンとラックの機構により前記工具ポット保持テーブル28を間欠的に旋回動作して、工具15を把持した工具ホルダ31を所定の割出し位置P1に割出しするようになっている。前記工具ホルダ31には、図5に示すように環状溝29aが形成され、この環状溝29aによって前記工具ポット保持テーブル28の係合凹部28aに半径方向外側から取り外し可能に係合されている。工具ポット29には後述するシリンダ61の係合部63の凹部63aに係合される係合突起29bが設けられ、工具15を割出し位置P1から工具交換位置P2へ移動するための係合部を形成している。工具ホルダ31には工具15を後述する工具交換アーム44の第1把持部44a又は第2把持部44bによって把持する環状溝31aが形成されている。
【0014】
次に、前記工具交換アーム44について説明すると、前記コラム12の側壁面にはブラケット41を介して固定支持筒42が上下方向に取り付けられ、この固定支持筒42の内部には上下方向に回転軸43が貫通支持されている。この回転軸43の下端部には工具交換アーム44が垂直軸線の周りで水平方向に回動されるようになっている。この工具交換アーム44の両端部には新工具15を把持する第1把持部44aと、加工済工具15を把持する第2把持部44bが形成されている。前記コラム12の上部には前記回転軸43を回動するための旋回用モータ45と減速機46が設けられている。そして、前記旋回用モータ45が作動されると、回転軸43を介して工具交換アーム44の第1把持部44a及び第2把持部44bが待機位置(図4の実線)から工具交換位置P2(図3参照)と主軸位置P3に旋回されるようにしている。
【0015】
次に、前記工具移動機構24について説明する。
前記コラム12の側壁面には案内レール51が上下方向に敷設され、この案内レール51にはリニヤガイド52を介して昇降体53が上下方向の往復動可能に装着されている。この昇降体53には工具ホルダ31を保持した工具ポット29を割出し位置P1と、工具交換位置P2との間で案内移動するための工具案内機構54が取り付けられている。この工具案内機構54は左右一対の側板55,56と、前記側板55,56の前後両端部を互いに連結するための連結板57,58と、側板55,56の内側面の下端部寄りに互いに対向して設けられた案内レール59,60とを備えている。図6に示すように両案内レール59,60が前記工具ポット29の環状溝29aに係合されることによって工具ポット29を案内移動するようにしている。
【0016】
前記連結板57の外側面にはシリンダ61が固定され、該シリンダ61のピストンロッド62には前記工具ポット29の係合突起29bに係合可能な係合部63が連結されている。そして、シリンダ61のピストンロッド62を前進することにより前記工具マガジン22側の工具ポット29を新工具15とともに割出し位置P1から工具交換位置P2へ移動し、後退することにより工具交換位置P2から加工済工具15を把持した工具ポット29を割出し位置P1へ移動するようにしている。前記連結板58にはアジャストボルト64が螺合され、係合部63の前進位置、つまり工具ポット29の位置を工具交換位置P2に調整するようにしている。なお、アジャストボルト64はナット65によって連結板58に固定されている。
【0017】
前記主軸台13の側壁面には取付板71がボルトによって取り付けられ、この取付板71には昇降用アーム72が片持ち支持されている。この昇降用アーム72の先端部はリニヤガイド52の上端部に取り付けられたブラケット73に高さ調節可能に取り付けられたアジャストボルト74の下面に当接されている。そして、前記主軸台13が往復動されると、昇降体53、工具案内機構54及びシリンダ61がリニヤガイド52に沿って昇降動作されるようになっている。前記工具案内機構54の高さ位置は、図5に示すように前記案内レール59,60が前記工具ポット保持テーブル28の係合凹部28aと同じ高さ位置となったとき、図示しないストッパにより位置規制されるようになっている。昇降用アーム72は案内レール59,60が最下限位置に移動停止された後も、ワークの加工作業のため下降される主軸台13とともに下方に移動可能である。
【0018】
この実施形態では、前記工具案内機構54、取付板71、昇降用アーム72、ブラケット73及びアジャストボルト74等により工具交換位置P2にある工具ポット29を単独で昇降するための工具ポット昇降機構を構成している。
【0019】
前記工具交換装置21の動作について図7のフローチャートを中心に説明する。
主軸ヘッド14に装着された工具15によって、支持テーブル18上のワークが長時間加工され、工具15が摩耗してその交換時期が来たとき、工具交換が行われる。この工具交換のスタート時点では、工具移動機構24の工具案内機構54は図2に鎖線で示し、かつ図5に示すように最下限位置に保持され、案内レール59,60が工具ポット保持テーブル28と同じ高さ位置に保持されている。
【0020】
最初に、図7のステップS1に示すように主軸台13及び加工済工具15が駆動機構によって上昇され、工具15が工具交換高さH1に上昇される。このため、工具交換アーム44の第1及び第2把持部44a,44bの工具交換高さH1に工具15の工具ホルダ31の環状溝31aが対向する。
【0021】
ステップS2では、工具マガジン22の割付用モータ30によって新工具15が割出し位置P1へ移動される。このとき工具ポット29の係合突起29bが図5に示すように係合部63の凹部63aに係合される。
【0022】
次のステップS3では、シリンダ61の前進動作によって新工具15を保持した工具ポット29が案内レール59,60によって案内されつつ割出し位置P1から工具交換位置P2へ移動される。次のステップS4では、待機位置に保持されていた工具交換アーム44が旋回用モータ45によって旋回動作される。これによって、工具交換アーム44の第1把持部44aが前記工具交換位置P2に移動され、ステップS5で示すように工具交換位置P2に保持されていた新工具15のホルダ31の環状溝31aに第1把持部44aが係合されて工具ホルダ31が把持される。一方、工具交換アーム44の第2把持部44bが主軸ヘッド14の中心軸線、つまり工具脱着を行う主軸位置P3に移動され、ステップS6で示すように、加工済工具15のホルダ31の環状溝31aに第2把持部44bが係合されて工具ホルダ31が把持される。
【0023】
次に、ステップS7において、Z軸駆動モータ17が起動されて主軸台13とともに主軸ヘッド14が前記工具交換高さH1から所定距離だけ上方に変移した工具分離高さH2に上昇される。これによって昇降用アーム72によって工具移動機構24が上昇され、その工具案内機構54に保持されていた工具ポット29が上昇されて、ステップS8で示すように新工具15のホルダ31から工具ポット29が上方へ分離される。この動作と同時に、ステップS9で示すように第2把持部44bに把持されていた加工済工具15のホルダ31から主軸ヘッド14が上方に分離され、主軸ヘッド14から加工済工具15が分離されることになる。
【0024】
次に、ステップS10で示すように、旋回用モータ45が起動されて工具交換アーム44が図3において反時計周り方向へ180度旋回動作されて停止される。この動作によりステップS11で示すように、新工具15が主軸位置P3へ移動され、これと同時に、加工済工具15が主軸位置P3から工具交換位置P2へ移動される。
【0025】
さらに、ステップS13において、駆動モータ17が起動されて、主軸台13及び工具移動機構24が前記工具分離高さH2から工具交換高さH1へ下降動作される。この動作によってステップS14で示すように加工済工具15のホルダ31に工具ポット29が係合されるとともに、ステップS15において新工具15のホルダ31に主軸ヘッド14が係合される。又、ステップS16において、シリンダ61により加工済工具15を保持した工具ポット29が工具交換位置P2から割出し位置P1へ移動される。
【0026】
その後、ステップS17において、旋回用モータ45が作動されて工具交換アーム44が反対方向に所定角度だけ旋回動作され待機位置に復帰される。
このようにして、工具15の交換作業が行われる。
【0027】
上記実施形態の工作機械によれば、以下のような特徴を得ることができる。
(1)上記実施形態では、工具移動機構24の工具ポット29を把持する工具案内機構54を、主軸台13の昇降動作を利用して上下方向の位置切り換え可能に構成し、工具交換アーム44は工具交換高さH1に保持したまま主軸台13を昇降動作させることにより工具15の交換を行うようにした。このため工具交換アーム44は旋回機構のみとなり構造を簡素化でき、製造及び組付作業を容易に行いコストの低減を図ることができる。
【0028】
(2)上記実施形態では、工具移動機構24によって工具マガジン22の工具割出し位置P1と、工具交換アーム44側の工具交換位置P2との間で工具15を移動すようにした。このため工具マガジン22をコラム12の側方に装着することができる。
【0029】
(3)上記実施形態では、昇降用アーム72が固定支持筒42を迂回するように支持されている。このため、昇降用アーム72の配置スペースを最小限にすることができる。
【0030】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明の工作機械における工具交換装置は、構成を簡素化して部品点数を低減し、組付作業を容易に行いコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の工作機械の工具交換装置を具体化した一実施形態を示す正面図。
【図2】工作機械の左側面図。
【図3】工具交換装置の拡大平面図。
【図4】工具交換装置の斜視図。
【図5】工具割出し位置付近の拡大断面図。
【図6】工具案内機構の拡大横断面図。
【図7】工具交換動作を示すフローチャート。
【符号の説明】H1…工具交換高さ、H2…工具分離高さ、P2…工具交換位置、11…ベッド、12…コラム、13…主軸台、14…主軸ヘッド、15…新工具,加工済工具,工具、18…支持テーブル、22…工具マガジン、24…工具移動機構、29…工具ポット、44…工具交換アーム。
Claims (3)
- ベッドの後側上面にコラムを立設し、このコラム前面に主軸ヘッドを有する主軸台をZ軸方向の往復動可能に装着し、前記ベッドの上面にワークを支持する支持テーブルを装設し、前記主軸ヘッドに取り外し可能に装着した工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、
前記コラムの側部に多数の工具を収納した工具マガジンを装着し、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとの間に工具の二つの把持部を有する工具交換アームを工具交換高さにおいて、垂直軸線の周りで旋回可能に装着し、前記工具マガジンと工具交換アームとの間に工具を移動する工具移動機構を設け、前記主軸台には工具交換位置に保持された工具交換アームの一方の把持部に把持された新工具の工具ポットを、該主軸台の昇降動作を利用して昇降する工具ポット昇降機構を設けたことを特徴とする工作機械における工具交換装置。 - 請求項1において、前記工具移動機構は、工具マガジンの工具割出位置と、前記工具交換アームの工具交換位置との間で工具を把持した工具ポットをアクチュエータにより引き出しと引き込みするようにした工作機械における工具交換装置。
- 請求項1又は2において、前記工具交換アームが工具交換位置に旋回移動することにより、一方の把持部により主軸ヘッドに保持されている加工済工具を把持し、他方の把持部により工具交換位置に保持されている新工具を把持し、この状態で主軸台の上昇動作を利用して工具交換アームの一方の把持部に把持されている加工済工具を主軸ヘッドから上方に分離するとともに、他の把持部に把持されている新工具を、工具ポットを上方に移動することにより分離し、その後、前記工具交換アームを旋回させて、新工具と加工済工具の位置を反転切り換えした後に、主軸台を下降させて主軸ヘッドに新工具を装着すると同時に、工具ポットに加工済工具を係合するように構成されている工作機械における工具交換装置。
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