JP2005088134A

JP2005088134A - 工作機械の工具交換装置

Info

Publication number: JP2005088134A
Application number: JP2003325644A
Authority: JP
Inventors: Correll Richard; リチャード・コレル; Kensei Riyuu; 建成劉
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】クイルの工具マガジンとの干渉を防止して可動領域の全域で加工が行なえるようにした工作機械の工具交換装置を提供する。
【解決手段】横形マシニングセンタ（工作機械）の工具交換装置において、複数の工具Ｔ１〜Ｔ３を保持するツール把持アーム１７ａを備えた工具マガジン１７と、該工具マガジン１７をクイル６の可動領域外の待機位置Ａと可動領域内の工具交換位置Ｂとの間で直線移動可能に支持する直線駆動機構１８と、上記工具マガジン１７が工具交換位置Ｂに移動したときにツール把持アーム１７ａを工具Ｔ１〜Ｔ３が工具交換位置Ｂにある上記クイル６に対向するように旋回させる旋回機構２０とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、ワーク加工が終了した前工程工具と次工程工具とを自動的に交換するようにした工作機械の工具交換装置に関する。

一般に、マシニングセンタ等においては、クイルに装着された加工済みの前工程工具と工具マガジンに保持された次工程工具とを自動的に交換する工具交換装置を備える場合がある。この工具交換装置として、外周部に複数の工具が装着された円板状の工具マガジンを次工程工具が工具交換位置に位置するように回転割り出し、クイルをＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させることにより該クイルに装着された前工程工具と工具マガジンの次工程工具とを交換するように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３３８８４９８号公報

ところが、上記従来の工具交換装置では、工具マガジンをクイルの可動領域内に位置させる構造であることから、工具マガジンとの干渉を防止する必要があり、それだけクイルの加工領域が狭くなるという問題がある。

本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、クイルの工具マガジンとの干渉を防止して可動領域の全域で加工が行なえるようにした工作機械の工具交換装置を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、ベッド上に配置されたコラムによりサドルを移動可能に支持し、該サドルにより主軸頭ベースを移動可能に支持し、該主軸頭ベースによりクイルを移動可能に支持し、該クイルに工具を装着した工作機械の工具交換装置において、複数の工具を保持するツール把持アームを備えた工具マガジンと、該工具マガジンを上記クイルの可動領域外の待機位置と可動領域内の工具交換位置との間で直線移動可能に支持する直線駆動機構と、上記工具マガジンが工具交換位置に移動したときにツール把持アームを工具が工具交換位置にある上記クイルに対向するように旋回させる旋回機構とを備えたことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１において、上記直線駆動機構は、機械本体側に配設されたラックに上記工具マガジン側に配設されたピニオンを噛合させ、該ピニオンを駆動モータにより回転駆動することにより上記工具マガジンを直線往復移動させるように構成されており、上記旋回機構は、上記駆動モータの回転力を回転力伝達部材を介して上記ツール把持アームに伝達することにより該ツール把持アームを旋回移動させるように構成されていることを特徴としている。

請求項１の発明に係る工具交換装置によれば、工具マガジンをクイルの可動領域外の待機位置と可動領域内の工具交換位置との間で直線移動可能に支持し、該工具マガジンが工具交換位置に移動したときに工具がクイルに対向するようにツール把持アームを旋回させたので、クイルによる加工を行なっているときには工具マガジンはクイルの可動領域外に待機していることから、クイルが工具マガジンに干渉することはなく、可動領域の全域を活用して加工を行なうことができる。

請求項２の発明では、工具マガジンを直線駆動する駆動モータの回転力によりツール把持アームを旋回移動させるようにしたので、工具マガジンを待機位置と工具交換位置との間で駆動する駆動モータを有効利用してツール把持アームを旋回させることができ、新たな旋回駆動源を不要にでき、コストの上昇を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１なしい図５は、本発明の一実施形態による工作機械の工具交換装置を説明するための図であり、図１は工具交換装置を備えた横形マシニングセンタの正面から見た斜視図、図２は横形マシニングセンタの背面から見た斜視図、図３は待機位置の工具マガジンの斜視図、図４は工具交換位置の工具マガジンの斜視図、図５は工具マガジンの断面図である。

図において、１は横形マシニングセンタを示しており、これは概ね縦横寸法が５００〜８００ｍｍ程度で、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向における加工ストロークが１５０ｍｍ程度の卓上型のものである。

上記横形マシニングセンタ１は、機械正面から見て、有底箱状の固定ベッド２の後端部２ａにコラム３を立設し、該コラム３によりサドル４を左右（Ｘ軸）方向に移動可能に支持し、該サドル４により主軸頭ベース５を上下（Ｙ軸）方向に移動可能に支持し、該主軸頭ベース５によりクイル６を前後（Ｚ軸）方向に移動可能に支持した構造を有している。上記固定ベッド２の前端部２ｂにはワークＷが搭載されるテーブル７が配設されている。

上記コラム３は中央部に開口を有する矩形枠状に形成されている。このコラム３の前面には上下一対のガイドレール８，８が配設されており、該各ガイドレール８により上記サドル４がＸ軸方向に移動可能に支持されている。該サドル４はコラム３の上面に配設されたボールねじ９ａとサーボモータ９ｂにより往復駆動される。

上記サドル４は中央部に開口を有する矩形枠状に形成されている。このサドル４の前面には左右一対のガイドレール１０が配設されており、該左右のガイドレール１０より上記主軸頭ベース５がＹ軸方向に移動可能に支持されている。該主軸頭ベース５は左右のボールねじ１１ａ，１１ａとサーボモータ１１ｂ，１１ｂにより往復駆動される。

上記主軸頭ベース５は、矩形板状のベース部５ａに円筒状の主軸頭本体５ｂを固着するとともに、該主軸頭本体５ｂを上記サドル４及びコラム３の開口内に位置するように後方に延長した構造となっている。

この主軸頭本体５ｂ内に、横断面視で上下方向に延びる長軸を有する長円状の上記クイル６がＺ軸方向に移動可能に、かつ回転不能に支持されている。このクイル６はコラム３の主軸頭ベース５の後側に配設されたボールねじ１３ａ，１３ａとサーボモータ１３ｂ，１３ｂにより往復駆動される。また上記クイル６の内部には工具主軸１２が回転自在に挿入配置されており、該工具主軸１２に工具Ｔ１が装着されている。

上記固定ベッド２の前端部２ｂには門形のフレーム部材１５がテーブル７を囲むように立設されており、該フレーム部材１５に工具交換装置１６が配設されている。

上記工具交換装置１６は、複数の工具Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を並列に配置された状態で保持するツール把持アーム１７ａを備えた工具マガジン１７と、該工具マガジン１７を上記クイル６のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向における可動領域外の待機位置Ａと可動領域内の工具交換位置Ｂとの間で直線移動可能に支持する直線駆動機構１８と、上記工具マガジン１７が工具交換位置Ｂに移動したときにツール把持アーム１７ａを工具Ｔ１〜Ｔ３が工具交換位置Ｂにある上記クイル６に対向可能に旋回させる旋回機構２０とを備えている。

上記ツール把持アーム１７は矩形状の平板からなり、工具マガジン１７を構成するマガジンボックス２１によりクイル６と同じ軸線まわりに回動可能に支持されている。このツール把持アーム１７ａの上辺部には半円状の工具保持部１７ｂが設けられており、各工具保持部１７ｂに上記各工具Ｔ１〜Ｔ３がクイル６の軸線と平行に装着されている。このツール把持アーム１７は、各工具Ｔ１〜Ｔ３を待機位置Ａでは水平方向に並列させて保持し、工具交換位置Ｂに移動したときには略９０度時計回りに旋回して垂直方向に並列させて保持するようになっている。

上記直線駆動機構１８は、上記フレーム部材１５の左側内壁面に配設された前後一対のリニアガイド２３，２３により上記マガジンボックス２１を上下方向に直線移動可能に支持し、該リニアガイド２３と平行に配設されたラック２４に上記マガジンボックス２１にピニオン軸２５ａを介して回転自在に支持されたピニオン２５を噛合させ、該ピニオン２５を上記マガジンボックス２１内に配置された駆動モータ２６により回転駆動することにより上記工具マガジン１７を上下方向に直線移動させるように構成されている。

上記ピニオン２５のピニオン軸２５ａはマガジンボックス２１内に配設された軸受２８，２８により軸支されており、該ピニオン軸２５ａの端部にはスプライン歯２５ｂが形成されている。上記ピニオン軸２５ａには従動プーリ２９が固着されており、該従動プーリ２９には上記駆動モータ２６の回転軸２６ａに固着された駆動プーリ３０がタイミングベルト３１を介して連結されている。

上記旋回機構２０は、上記駆動モータ２６の回転力をマガジンボックス２１内に配設された回転力伝達機構３５を介して上記ツール把持アーム１７ａに伝達することにより該ツール把持アーム１７ａを旋回移動させるように構成されており、具体的には以下の構造となっている。

上記ピニオン軸２５ａにはこれと同軸をなすように伝達軸３６が軸受３７，３７を介して軸支されており、該伝達軸３６の端部には上記ピニオン軸２５ａのスプライン歯２５ｂと連続をなすようにスプライン歯３６ａが形成されている。

上記ツール把持アーム１７ａには旋回軸４０が固着されており、該旋回軸４０は軸受４１，４１を介してマガジンボックス２１により軸支されている。上記旋回軸４０と伝達軸３６との間には中間軸３８が軸受３９，３９を介して軸支されており、該旋回軸４０，中間軸３８，伝達軸３６はそれぞれ回転力伝達ギヤ４２，４３，４４により連結されている。

上記伝達軸３６には内周歯４７ａが形成された固定ギヤ４７が同軸をなすように配置されており、該固定ギヤ４７はマガジンボックス２１に固定されている。上記伝達軸３６にはシフトギヤ４５が軸方向に移動可能に，かつ伝達軸３６と共に回転するように装着されている。該シフトギヤ４５にはシフト軸４９により軸方向移動可能に支持されたシフトレバー４８が回転可能に係合している。

上記シフトレバー４８が軸方向左側に移動すると、シフトギヤ４５がピニオン軸２５ａのスプライン歯２５ｂに噛合し、これによりピニオン軸２５ａと伝達軸３６とが連結される（図５の実線参照）。これにより駆動モータ２６の回転はピニオン軸２５ａから伝達軸３６，中間軸３８を介して旋回軸４０に伝達され、もってツール把持アーム１７ａが待機位置Ａと工具交換位置Ｂとの間で回動する。

上記シフトレバー４８が軸方向右側に移動すると、シフトギヤ４５はピニオン軸２５ａとの噛合が外れるとともに、固定ギヤ４７に噛合する（図５の二点鎖線参照）。これにより駆動モータ２６の回転が遮断されるとともに、ツール把持アーム１７ａが待機位置Ａ又は工具交換位置Ｂに位置決め固定される。

上記クイル６の工具主軸１２に装着された工具Ｔ１によりワークＷの加工が行なわれているときには、工具マガジン１７はクイル６の可動領域外の待機位置Ａに待機している（図３参照）。

ワーク加工が終了するとクイル６が工具交換位置Ｂに移動し、シフトギヤ４５が軸方向左側に移動してピニオン軸２５ａに噛合し、該ピニオン軸２５ａと伝達軸３６とを連結させる。続いて駆動モータ２６がピニオン軸２５ａを回転駆動し、ピニオン２５が回転し、工具マガジン１７が下降するとともに、上記ピニオン軸２５ａの回転に伴ってツール把持アーム１７ａが時計回りに回動する。工具マガジン１７が工具交換位置Ｂに移動するとシフトギヤ４５が軸方向右側に移動して固定ギヤ４７に噛合する。これによりツール把持アーム１７ａが工具交換位置Ｂに位置決め固定される。そしてクイル６が前進して加工済み工具Ｔ１をツール把持アーム１７ａに戻し、次工程工具Ｔ２又はＴ３を把持する（図４参照）。

具体的には、工具主軸１２がツール把持アーム１７ａのすぐ横に位置するようにクイル６が前進し、続いて工具保持部１７ｂに工具が把持されるようにツール把持アーム１７ａに向かって水平方向に移動し、工具がツール把持アーム１７ａに把持されてから、クイル６のみが後方へ移動する。次いで工具主軸１２が次に使用する工具の後方に来るよう上下方向に移動し、クイル６が後方から工具に向かって移動し、工具主軸１２に工具を把持してから水平方向に移動し、ツール把持アーム１２ａから離れる。ここで、工具交換時にクイル６が上下に移動する代わりに、マガジン自体を上下に移動させ、必要な工具が工具主軸１２の前に来るように制御することも可能である。即ち、工具交換位置Ｂでは、ツール把持アーム１２ａは固定ギヤ４７によりロックされているので、旋回することなく上下のみの移動を行うことが可能である。

この後工具マガジン１７は上昇して待機位置Ａに待機し、この状態で次工程工具Ｔ２又はＴ３によるワーク加工が行なわれる。工具マガジン１７が上昇する前に、シフトギヤ４５が軸方向左側に移動し、ツール把持アーム１７ａの旋回動作と工具マガジン１７の上下動作が連動することとなる。

このように本実施形態の工具交換装置１６によれば、工具マガジン１７をクイル６の３軸方向における可動領域外の待機位置Ａと可動領域内の工具交換位置Ｂとの間で直線移動可能に支持し、該工具マガジン１７が工具交換位置Ｂに移動したときに次工程工具Ｔ２又はＴ３がクイル６に対向するようにツール把持アーム１７ａを旋回させたので、ワーク加工が行なわれているときには工具マガジン１７はクイル６の可動領域外に待機しており、従ってクイル６が工具マガジン１７に干渉することはなく、クイル６の可動領域全域を活用してワーク加工を行なうことができる。

本実施形態では、上記工具マガジン１７を直線駆動する駆動モータ２６の回転力により回転力伝達機構３５を介してツール把持アーム１７ａを旋回移動させたので、工具マガジン１７を待機位置Ａと工具交換位置Ｂとの間で駆動する駆動モータ２６を有効利用してツール把持アーム１７ａを旋回させることができ、新たな旋回駆動源を不要にでき、コストの上昇を抑制できる。

なお、上記実施形態では、駆動モータ２６の回転力により各回転力伝達ギヤ４２，４３，４４を介してツール把持アーム１７ａを旋回移動させたが、本発明では回転力をカム部材により旋回移動に変換することも可能であり、この場合にも上記実施形態と同様の効果が得られる。

また上記実施形態では、横形マシニングセンタを例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、工具交換装置を備えた工作機械であれば何れにも適用可能である。

本発明の一実施形態による工具交換装置を備えた横形マシニングセンタの斜視図である。上記横形マシニングセンタの背面側から見た斜視図である。待機位置の工具マガジンの斜視図である。工具交換位置の工具マガジンの斜視図である。上記工具マガジンの断面図である。

符号の説明

１横形マシニングセンタ
２固定ベッド
３コラム
４サドル
５主軸頭ベース
６クイル
１６工具交換装置
１７工具マガジン
１７ａツール把持アーム
１８直線駆動機構
２０旋回機構
２４ラック
２５ピニオン
２６駆動モータ
３５回転力伝達部材
Ａ待機位置
Ｂ工具交換位置
Ｔ１〜Ｔ３工具

Claims

ベッド上に配置されたコラムによりサドルを移動可能に支持し、該サドルにより主軸頭ベースを移動可能に支持し、該主軸頭ベースによりクイルを移動可能に支持し、該クイルに工具を装着した工作機械の工具交換装置において、複数の工具を保持するツール把持アームを備えた工具マガジンと、該工具マガジンを上記クイルの可動領域外の待機位置と可動領域内の工具交換位置との間で直線移動可能に支持する直線駆動機構と、上記工具マガジンが工具交換位置に移動したときにツール把持アームを工具が工具交換位置にある上記クイルに対向するように旋回させる旋回機構とを備えたことを特徴とする工作機械の工具交換装置。
請求項１において、上記直線駆動機構は、機械本体側に配設されたラックに上記工具マガジン側に配設されたピニオンを噛合させ、該ピニオンを駆動モータにより回転駆動することにより上記工具マガジンを直線往復移動させるように構成されており、上記旋回機構は、上記駆動モータの回転力を回転力伝達部材を介して上記ツール把持アームに伝達することにより該ツール把持アームを旋回移動させるように構成されていることを特徴とする工作機械の工具交換装置。