JP2005103653A

JP2005103653A - 自動工具交換装置

Info

Publication number: JP2005103653A
Application number: JP2003336081A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Yamaguchi; 佳隆山口
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP4330413B2

Abstract

【課題】収納可能な工具の本数を簡単に増加可能にした自動工具交換装置を提供する。
【解決手段】工作機械の自動工具交換装置が、複数の工具を収納し第１工具受渡位置へ任意の工具を割出可能に設けられた第１マガジン１７と、第１マガジン１７の第１工具受渡位置と工作機械５１の主軸５５との間で工具を授受、搬送する工具搬送装置と、第１マガジン１７と共に回転するように第２マガジンを第１マガジンに取付け可能とする取付手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マシニングセンタの自動工具交換装置に関する。

マシニングセンタの分野では、複数の工具を収納したマガジンを具備して、加工工程で要求される工具を順次工作機械と前記マガジンとの間で自動交換できるようにした自動工具交換装置が用いられている。工具を収納するマガジンの大きさや仕様は、ユーザが想定する使用態様によってどのような工具をどのくらい必要とするかによって決定される。工作機械メーカではユーザの想定する使用態様に従ってマガジンの仕様を決定するが、収納可能な工具の本数によってマガジンは全く別のユニットを使用しているために、マシニングセンタをユーザへ納入した後に、ユーザ側で収納可能な工具の本数を増加したいという希望を持っても、そうした要求を満たすことは不可能であるか、或いは、可能であったとしても自動工具交換装置全体を別のユニットに交換する等の非常に大がかりな改造工事を行う必要がある。

こうした問題に対して、特許文献１は、単独で駆動可能な複数のマガジンを並設し、各マガジンを搬送経路で連絡させ、該搬送経路に沿って中継ポットを移動させて各マガジンとの間で工具の受渡しを行い、中継ポットと工作機械の主軸との間では交換アームにより工具交換するようにした自動工具交換装置を開示している。この自動工具交換装置は、収納可能な工具の本数を容易に増大すると共に、個々のマガジンを独立に手操作できるようにして、工作機械の自動運転を中断することなく、マガジン内の工具の段取り替えを行えるようにしている。
特開昭５９−２４９３３号公報

然しながら、上記特許文献１に開示された自動工具交換装置では、各マガジンを駆動するために個別の駆動装置を必要とするので、マガジンの製造コストが増加し、収納可能な工具の本数を増加するためにかかる費用が増加する問題がある。

更に、マシニングセンタをユーザへ納入するときには、工場内でのマシニングセンタの配置が検討されるが、その際に後日マガジンを増やすことまで従前に検討されることは殆ど無いのが実状で、上記特許文献１に開示された自動工具交換装置が後日においてマガジンを追加可能であるとしても、工場内の配置という物理的要因によって事実上不可能であると言える。

本発明はこうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、収納可能な工具の本数を容易に増加可能にした自動工具交換装置を提供することを目的としている。

前述の目的を達成するために、工作機械の自動工具交換装置において、複数の工具を収納し第１工具受渡位置へ任意の工具を割出可能に設けられた第１マガジンと、前記第１マガジンの第１工具受渡位置と工作機械の主軸との間で工具を授受、搬送する工具搬送装置と、前記第１マガジンと共に回転するように第２マガジンを前記第１マガジンに取付け可能とする取付手段とを具備する自動工具交換装置が提供される。

本発明によれば、第１マガジンと共に回転するように第２マガジンを第１マガジンに取付け可能とする取付手段を設けたので、収納可能な工具の本数を増大するための自動工具交換装置の拡張に際して、第２マガジンを第１マガジンに容易に取付けることが可能となる。従って、第２マガジンのための駆動装置を第１マガジンの駆動装置と共用することが可能となり、自動工具交換装置の拡張に際して必要となる費用を低減できる。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、本明細書では、工作機械の主軸の回転軸線に沿った方向を前後方向とし、該回転軸線に垂直な水平方向を左右方向、そして、前後方向および左右方向に垂直な鉛直方向を上下方向と定義する。

本発明の好ましい実施形態による自動工具交換装置１１は工作機械５１に隣接させて配置されており、自動工具交換装置１１および工作機械５１はマシニングセンタを形成している。図１において、工作機械５１は、主軸５５を水平な回転軸線Ｏ_s回りに回転可能に支持する主軸頭５３を具備しており、主軸５５の先端部に形成されたテーパ穴（図示せず）内に工具５７のテーパ部（図示せず）を嵌合させることにより、該工具５７が主軸５５に装着されるようになっている。また、主軸頭５３は、工作機械５１の送り軸機構によって、上下方向および左右方向の２方向に移動自在になっている。更に、工作機械５１は、主軸５５の前方部分に前後方向に往復動可能に設けられたテーブル（図示せず）を具備しており、該テーブル上面にワーク（図示せず）を固定して、工具５７をワークに対して直交３軸方向に相対移動することにより、該ワークを所望形状に切削加工するようになっている。また、工作機械５１は、工具交換に際して、上記送り軸機構を用いて主軸頭５３を後述する工具交換位置へ位置決め可能となっている。

自動工具交換装置１１は、工作機械５１のベッド（図示せず）に固定されるマガジンベース１３および該マガジンベース１３の上面から立設されたスタンド１５から成る支持構造体（図３参照）と、前後方向に延びる回転軸線Ｏ_mを中心として前記支持構造体に回転自在に保持された円盤状の第１マガジン１７とを具備しており、第１マガジン１７は、スタンド１５の頂部に固定された駆動モータ２１の出力軸２１ａに連結された減速機２３の出力端に取付けられている。駆動モータ２１は、工作機械５１の機械制御装置により、ＮＣプログラムが要求する工具を第１工具受渡位置を形成する角度位置Ａへ割出可能となっている。なお、マガジンベース１３は、該自動工具交換装置１１が設置される工場等の床面に固定するようにしてもよい。

第１マガジン１７の周縁部には、工具を把持するための複数のグリッパ１９が配設されており、第１マガジン１７と工作機械５１の主軸５５との間には、第１マガジン１７の角度位置Ａに割り出された工具と、工具受渡位置にある主軸５５に装着されている工具５７とを交換するための工具搬送装置３１が配設されている。工具搬送装置３１は、工具３３のテーパ部（図示せず）を着脱可能に保持する工具レスト３５を具備しており、工具レスト３５は、スライダ組立体３７〜４１により前後方向および左右方向の２方向に移動可能となっている。

より詳細には、スライダ組立体３７〜４１は、マガジンベース１３に固定されたスライダベース３７と、該スライダベース３７に前後方向に往復可能に取付けられた第１スライダ３９と、該第１スライダ３９に左右方向に往復自在に取付けられた第２スライダ４１とを具備しており、工具レスト３５は第２スライダ４１に取付けられている。また、スライダベース３７には、工具差替えステーションを形成する工具差替え用グリッパ４７がブラケット４９を介して取付けられている。すなわち、スライダ組立体３７〜４１は、スライダベース３７に沿った搬送経路に従って工具差替え用グリッパ４７まで工具レスト３５を移動することが可能となっており、スライダ組立体３７〜４１によって工具を工具差替え用グリッパ４７と第１マガジン１７との間で交換することにより、摩耗したり破損したりした工具を研削済工具と交換したり、加工工程の変更に際して第１マガジン１７に格納されている工具を組み替えたりすることが可能となっている。工具搬送装置３１は、スタンド１５に固定され水平に延設されたアームサポート４３の先端部に、回転軸線Ｏ_mに平行な回転軸線Ｏ_aを中心として回転可能に、かつ、回転軸線Ｏ_aに沿った前後方向に往復動可能に取付けられた工具交換アーム４５を更に具備している。

以下、本実施形態の作用を説明する。先ず、図１は中立位置を示しており、該中立位置において、工具交換アーム４５は鉛直位置に配置され、工作機械５１の主軸頭５３は、工作機械５１の前記送り軸機構によって図１に示す工具交換位置で待機している。この中立位置から第２スライダ４１が第１スライダ３９に沿って右方向へ移動する。これにより、鉛直位置に保持されている工具交換アーム４５の下端の把持部４５ｂに工具３３が係合する。次いで、第１スライダ３９がスライダベース３７に沿って後方へ移動する。これにより、工具３３が工具交換アーム４５の把持部４５ｂに保持されながら、工具レスト３５が工具３３のテーパ部から脱離する。

次いで、工具交換アーム４５が図１において時計回りの方向に９０°回転して、工具３３を保持する把持部４５ｂとは反対側の把持部４５ａが、主軸５５に装着されている工具５７、特に工具５７のテーパ部に隣接して形成されているＶ溝（図示せず）に係合する。次いで、工具交換アーム４５がその回転軸線Ｏ_aに沿って前方へ移動する。これにより工具交換アーム４５の把持部４５ａと係合している工具５７が、主軸５５の先端から抜去され該把持部４５ａに保持される。次いで、工具交換アーム４５は、図１において時計回りの方向に１８０°回転し、主軸５５に装着されていた旧工具５７および工具レスト３５から受け取った新工具３３の回転軸線Ｏ_a回りの角度位置を入れ替える。

次いで、工具交換アーム４５が回転軸線Ｏ_aに沿って後方へ移動し、主軸５５の先端部のテーパ穴に工具３３のテーパ部を嵌合させ、新工具３３を主軸５５に装着する。次いで、工具交換アーム４５が回転軸線Ｏ_aを中心として反時計回りの方向に９０°回転し、旧工具５７を鉛直位置にある工具交換アーム４５の下端側に移動する。これにより、新工具３３が工具交換アーム４５から脱離して主軸５５に保持され、工作機械１１は新工具３３による加工を開始可能な状態となる。

次いで、第１スライダ３９がスライダベース３７に沿って前方へ移動し、工具交換アーム４５の把持部４５ａに保持されている旧工具５７のテーパ部に工具レスト３５を嵌合させて該旧工具５７を該工具レスト３５に保持させる。更に、第２スライダ４１を左方に移動することにより、角度位置Ａにあるグリッパ１９に旧工具５７を係合させる。第１スライダ３９を後方へ移動することにより、グリッパ１９に係合している旧工具５７から工具レスト３５が脱離する。次いで、第１マガジン１７を回転軸線Ｏ_mを中心として回転し、次工程で用いる工具を角度位置Ａへ割出し、第１スライダ３９を再び前進させて角度位置Ａへ割出した工具を工具レスト３５により保持させ、第２スライダ４１を上述した中立位置へ向けて右方へ移動させ、その位置で次の工具交換指令があるまで待機する。

既に説明したように、これまで、自動工具交換装置はマガジンに収納可能な工具の本数は自動工具交換装置のユニット毎に決まっているために、一旦、自動工具交換装置をユーザに納入し工場等に設置した後に収納可能な工具の本数を増やすことは非常に困難または不可能なことであった。既述した実施形態では自動工具交換装置１１は１つの第１マガジン１７を具備しているように説明したが、本発明によれば、自動工具交換装置１１はマガジンを増やすことにより、自動工具交換装置１１をユーザに納入した後であっても、収納可能な工具の本数を増加することができる。

すなわち、図２、３に示す実施形態では、自動工具交換装置１１は、マガジンベース１３を拡張し、スタンド１５に隣接させて補助スタンド２５を前記拡張したマガジンベース１３に取付け、補助スタンド２５にベアリング２７ａを介して連結軸２７を回転支持すると共に、該連結軸２７の後端を減速機２３の出力端に締結し、連結軸２７の先端に第２マガジン２９を取付けている。このとき、減速機２３のエンドカバー２３ａは取り外される。連結軸２７は、第２工具受渡位置を形成する第２マガジン２９の角度位置Ｂが工具搬送装置３１の移動経路に沿って、第１工具受渡位置と前記工具差替えステーションとの間に配置されるような長さを有している。

また、図２、３の実施形態では、連結軸２７は減速機２３の出力端に締結するようになっており、取付手段としてそのように構成した減速機２３の出力端を説明したが、取付手段は、第２マガジン２９を第１マガジン１７に直接取付けるようにしてもよい。要は、第１マガジン１７の駆動モータによって第２マガジン２９を共通に駆動可能に、該第２マガジン２９を第１マガジン１７に取付可能とする手段であればよい。更に、取付手段として、第２マガジン２９のための第２工具受渡位置が工具搬送装置３１の移動経路を形成するスライダベース３７に沿って、第１工具受渡位置と第２工具受渡位置との間に第２マガジン２９を配置する長さの連結軸２７を具備することにより、工具搬送装置３１の移動経路、特にスライダベース３７を取り替えることなく、単に補助スタンド２５、連結軸２７および第２マガジン２９を加えることにより収納可能な工具の本数を大幅に増やすことが可能となる。

本発明の好ましい実施形態による自動工具交換装置の斜視図である。追加マガジンを取付けて収納可能な工具の本数を増大した自動工具交換装置の実施形態を示す斜視図ある。図３の実施形態の側面図である。工具搬送装置の斜視図である。

符号の説明

１１自動工具交換装置
１３マガジンベース
１５スタンド
１７第１マガジン
１９グリッパ
２１駆動モータ
２１ａ出力軸
２３減速機
２５補助スタンド
２７連結軸
２７ａベアリング
２９第２マガジン
３１工具搬送装置
３３工具
３５工具レスト
３７スライダベース
３９第１スライダ
４１第２スライダ
４３アームサポート
４５工具交換アーム
４７工具差替え用グリッパ
４９ブラケット
５１工作機械
５３主軸頭
５５主軸
５７工具

Claims

工作機械の自動工具交換装置において、
複数の工具を収納し第１工具受渡位置へ任意の工具を割出可能に設けられた第１マガジンと、
前記第１マガジンの第１工具受渡位置と工作機械の主軸との間で工具を授受、搬送する工具搬送装置と、
前記第１マガジンと共に回転するように第２マガジンを前記第１マガジンに取付け可能とする取付手段と、
を具備することを特徴とした自動工具交換装置。
前記自動工具交換装置は、前記工作機械に隣接させて配置され前記第１マガジンを回転可能に支持する支持構造体と、前記支持構造体に設けられた工具差替えステーションとを更に具備し、
前記搬送装置は、更に、前記工具差替えステーションと前記第１工具受渡位置との間で工具を授受、搬送可能となっている請求項１に記載の自動工具交換装置。
前記取付手段は、前記第２マガジンのための第２工具受渡位置が、前記工具搬送装置の移動経路に沿って、前記第１工具受渡位置と前記工具差替えステーションとの間に配置されるように前記第２マガジンを取付可能となっている請求項２に記載の自動工具交換装置。