JP2006136950A - 複合工作機械の工具交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
工具交換を主軸台の背後上方空間の非加工エリアで行なうことにより、安全で確実な交換を図る。
【解決手段】
主軸台に対してＺ軸方向に移動して遠近する工具主軸台に回転可能に設けられる工具主軸に取り付けた工具を主軸台と工具マガジンとの間を往復する工具移送装置によって工具マガジンに貯蔵している工具と交換する複合工作機械の工具交換装置において、主軸台の背後上方空間に工具主軸台側の加工エリアと仕切る開閉可能なシャッターで覆われた窓を有するスプラシッシュガードを設け、工具主軸台を主軸台側に寄せて工具主軸を窓から背後上方空間に突入させ、この背後上方空間内で工具交換を行なうことを特徴とする複合工作機械の工具交換装置。
【選択図】
図２

Description

本発明は、複合工作機械の工具交換装置に関するものである。

回転するワークに対して固定された工具（バイト）を作用させて旋削加工を行なう機能と、固定又は回転するワークに対して回転する工具（ツール）を作用させて切削加工を行なう機能とを併せ持つ複合工作機械が存在する（特許文献１）。これにおいて、切削加工は、回転機能を有する工具主軸によっているが、工具主軸に取り付けられる工具は、少なくとも工具交換ができるようになって多種の加工が可能になっている。したがって、工具マガジンが必要となり、工具マガジンに貯蔵された工具と回転主軸に取り付けられる工具を工具交換装置によって自動的に交換している。

この場合、工具マガジンを何処に装備し、また、何処で工具交換するかが問題となる。先の特許文献１では、工具マガシン及び交換アームを有する交換装置を工具主軸台に付設し、工具主軸台と共に移動するようにしている。これによると、工具交換ステーションと工具主軸との位置が固定化され、工具交換装置の構造が簡単になるとともに、工具主軸台の任意の位置で工具交換ができるようになるが、工具主軸台に大きな慣性を有する工具マガジンを付設しているため、工具主軸台の移動に大きな力を要する他、位置制御も難しくなる。

また、加工エリア内で工具交換するため、交換場所に切粉や切削油が堆積したりすることもあり、円滑な作動が損なわれることがある。これを避けるために交換場所を開閉可能なシャッター等で覆っているものもあるが、これによると、移動体である工具マガジンにシャッターの開閉構造を施工しなければならず、構造が複雑になる。

このため、主軸台の背後に開閉可能なシャッターを装備してこのシャッターの後方に工具マガジンと工具交換装置を配置しているものがある（特許文献２）。そして、工具交換の際には、刃物台（タレット）を主軸台に接近させるとともに、シャッターを開いて工具交換装置を突出させて工具交換するようにしている。しかし、この場合も、工具交換場所は加工エリアであることには変わらない。また、タレットには固定工具を取り付けているから、その向きも主軸台側（Ｚ軸方向）に向いているものもあれば、Ｘ軸方向に向いているものもあり、工具交換アームの構造が複雑になる。さらに、工具マガジンを主軸台の背後に設けているため、スペース的な制約もあって容量を大きくできないといったこともある。
特開平１１−１３８３７４号公報 特開平０４−１５２０４２号公報

本発明は、このような課題を解決するものであり、工具主軸に取り付けた工具を交換するに際し、工具交換場所を主軸台の背後上方の非加工エリアに固定することで、安全で確実な工具交換を可能にしたものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、主軸台に対してＺ軸方向に移動して遠近する工具主軸台に回転可能に設けられる工具主軸に取り付けた工具を主軸台と工具マガジンとの間を往復する工具移送装置によって工具マガジンに貯蔵している工具と交換する複合工作機械の工具交換装置において、主軸台の背後上方空間に工具主軸台側の加工エリアと仕切る開閉可能なシャッターで覆われた窓を有するスプラシッシュガードを設け、工具主軸台を主軸台側に寄せて工具主軸を窓から背後上方空間に突入させ、この背後上方空間内で工具交換を行なうことを特徴とする複合工作機械の工具交換装置を提供したものである。

加えて、本発明は、上記工具交換装置において、請求項２に記載した、工具主軸台が、工具主軸をＺ軸方向に向けて背後上方空間に突入する手段、請求項３に記載した、工具マガジンを主軸台を外れた左方に設けたを提供する。

請求項１の手段によると、工具交換は、非加工エリアである背後上方空間で行なわれるから、加工の邪魔にならないし、この背後上方空間は、スプラッシュガードで仕切られているから、切粉や切削油が飛散して来るのを防止し、安全で安定した工具交換が可能になる。さらに、交換する工具は、工具移送装置で工具マガジンから背後上方空間の所定の交換ポジションに移送されて来るものであるから、交換前に工具を待機させておくことができ、迅速な工具交換ができる。

請求項２の手段によると、工具主軸の後方投影面積は小さくて足りるから、スプラッシュガードに形成される窓は小さいものでよい。また、請求項３の手段によると、工具マガジンは主軸台と干渉する位置を避けて設置できるから、大きな容量のものにできる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明が適用される一例としての工作機械の各要素のレイアウト図であるが、この工作機械は複合旋盤を主体としたもので、スラントタイプのベッド１の左端に第１主軸台２が据えられ、右端に第２主軸台３が据えられるデュアルヘッドタイプのものである。また、両主軸台２、３の手前側にタレット型の刃物台４が設けられている。一方、ベッド１の背後に水平な第２ベッド５が設けられており、これに工具主軸台６が載せられている。なお、説明において、位置や方向を指称しているが、これは、作業者が立つベッド１の手前を基準にしている。

以上の各要素はＮＣで制御され、第１主軸台２は、ベッド１に固定されて主軸の回転制御がＣ１軸制御としてなされる。第２主軸台３は、ベッド１上を左右に移動できるようになっており、その制御がＡ軸制御であり、主軸の回転制御がＣ２軸制御である。刃物台４は、左右及び前後に移動できるようになっており、前者がＺ１軸制御、後者がＸ２軸制御となっている。工具主軸台６は、第２ベッド５に載せられて左右に移動するキャリッジ７に背後側が高い傾斜摺動面を前面に有するコラム８に摺動可能に設けられている。したがって、キャリッジ７の左右移動はＺ１軸制御、コラム８の前後移動はＹ軸制御、工具主軸台６の上下移動はＸ１軸制御ということになる。

工具主軸台６は、ヘッド９を有しており、ヘッド９には工具主軸１０が回転可能に収納されている。そして、このヘッド９は、コラム８の傾斜摺動面に直角な軸を中心に回動できるようになっており、この回動がＢ軸制御ということになる。この点で、この工作機械は、９軸制御ということになる（工具主軸１０の回転制御も加えると１０軸制御ということになる）。

工具主軸１０に取り付けられる工具は、工具交換装置によって工具交換できるようになっている。図２は工具交換装置の正面図、図３は平面図、図４は左側面図であるが、この工具交換装置は、工具マガジン１１と工具移送装置１２とで構成される。工具マガジン１１は、第１主軸台２を交わしたベッド１の左方に設けられており、フレーム１３に左右に水平なドラム軸１４を軸架してドラム軸１４にドラムマガジン１５を取り付けたもので構成されている。ドラムマガジン１５の円周には、工具ポット１６が等分に配されており、この工具ポット１６に工具１７が保持されている。ドラム軸１４は、割出しモータ１８で割出し回転できるようになっており、交換しようとする工具１７を所定の割出しポジションＡに割り出す。

本例のドラムマガジン１５は、工具ポット１６が３０個設けられるものであり、この数の工具が貯蔵できるようになっている。また、ドラムマガジン１５は、ドラム軸１４に２個並列して設けられており、都合６０本の工具が貯蔵できるようになっている。なお、ドラムマガジン１５の取付数は任意に調整できるようになっており、必要に応じてその数を調整する。一方、フレーム１３は、ベッド１の左端に位置決めして結合できるようになっており、さらに、本例のフレーム１３にはキャスター１８が設けられていて工具マガジン１１ごと移動して交換ができるようになっている。

工具移送装置１２は、工具マガジン１１と第１主軸台２の背後上方空間１９との間に亘って架設されるレール２０と、レール２０に沿って移動する交換アーム２１とからなる。これにおいて、背後上方空間１９の右端には、第１主軸台２の主軸２２付近から背後に向かって右方空間を仕切る切削油飛散防止のスプラッシュガード２３が設けられており、スプラッシュガード２３を堺にして左方が背後上方空間１９となる非加工エリア、右方が加工エリアに仕切られる。また、スプラッシュガード２３には窓２４が設けられており、この窓２４は、シリンダ２５によって開閉されるシャッター２６で覆われている。

本例の交換アーム２１は、本体部２７と、本体部２７に対して伸長可能で、かつ旋回できるほぼ真っ直ぐ向いたグリッパ２８ａと、これより９０°下に向いたグリッパ２８ｂとからなるもので、真っ直ぐ向いたグリッパ２８ａでドラムマガジン１５の工具１７を抜き出して９０°上に向いた状態に旋回する。そして、この状態で、交換アーム２１は、背後上方空間１９まで移動してそこで待機している。なお、交換アーム２１の移動は、装備した油圧モータ２９等を駆動してレール２０を走行する。

工具交換の指令が発せられると、工具主軸台６は、第１主軸台２側に寄せられる。このときの工具主軸１０の姿勢は、特に限定されるものではないが、ヘッド９をＢ軸制御によって回動させて工具主軸１０が左右に水平、すなわち、Ｚ軸方向に向けられるのが、窓２４を小さくできて好ましい。この状態で工具主軸台６が第１主軸台２側に移動して来ると、工具主軸１０に取り付けられた工具３０が窓２４を通って（このとき、シャッター２６は開いている）背後上方空間１９に突入して来る。そこで、交換アーム２１は、既に移送されて来ている工具１７と工具主軸１０の工具３０とを交換する。この交換は、旋回して真っ直ぐ向いた空のグリッパ２８ｂで工具主軸９の工具３０を抜き出して上に向いているグリッパ２８ａを９０°下に回して把持している工具１７を工具主軸９に取り付ける。

以上が終了すると、再度加工が始まるが、このとき、工具移送装置１２は、交換した工具３０を工具マガジン１１に運び、ドラムマガジン１５から次に使用する工具１７を抜き出して背後上方空間１９まで運んで待機している。以上の操作をより簡単で確実にするため、ドラムマガジン１５の工具ポット１６の交換ポジション（割出しポジション）Ａと、突入姿勢における工具主軸１０の軸芯Ｂとは同芯に設定されている。なお、グリッパ２８ａ、２８ｂによる工具１７、３１の把持や解放は、従来公知のスプリング式によればよいし、工具主軸１０等には、これも従来公知のクランプ機構が設けられている。

複合工作機械の各要素のレイアウト図である。 工具交換装置の正面図である。 工具交換装置の平面図である。 工具交換装置の左側面図である。

符号の説明

１ ベッド
２ 第１主軸台
３ 第２主軸台
４ 刃物台
５ 第２ベッド
６ 工具主軸台
７ キャリッジ
８ コラム
９ ヘッド
１０ 工具主軸
１１ 工具マガジン
１２ 工具移送装置
１３ フレーム
１４ ドラム軸
１５ マガジンドラム
１６ 工具ポット
１７ 工具
１８ キャスター
１９ 背後上方空間
２０ レール
２１ 交換アーム
２２ 主軸
２３ スプラッシュガード
２４ 窓
２５ シリンダ
２６ シャッター
２７ 本体部
２８ａ グリッパ
２８ｂ グリッパ
２９ 油圧モータ
３０ 工具

Claims (3)

1. 主軸台に対してＺ軸方向に移動して遠近する工具主軸台に回転可能に設けられる工具主軸に取り付けた工具を主軸台と工具マガジンとの間を往復する工具移送装置によって工具マガジンに貯蔵している工具と交換する複合工作機械の工具交換装置において、主軸台の背後上方空間に工具主軸台側の加工エリアと仕切る開閉可能なシャッターで覆われた窓を有するスプラシッシュガードを設け、工具主軸台を主軸台側に寄せて工具主軸を窓から背後上方空間に突入させ、この背後上方空間内で工具交換を行なうことを特徴とする複合工作機械の工具交換装置。
2. 工具主軸台が、工具主軸をＺ軸方向の主軸台側に向けて背後上方空間に突入する請求項１の複合工作機械の工具交換装置。
3. 工具マガジンを主軸台を外れた左方に設けた請求項１又は２の複合工作機械の工具交換装置。