JP2006326793A - 工作機械の工具交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工具交換中に切り屑がカバー開口から機外に飛散して摺動部や把持部に付着するのを防止できる工作機械の工具交換装置を提供する。
【解決手段】第３主軸６の加工領域を囲むように配設されたカバー６２の機外側には多数の工具を保持する工具マガジン４２が配設され、上記カバー６２には上記第３主軸６の工具保持部６ｃに保持された工具を該カバー６２の機外側に突出させる工具挿通穴６２ｃが形成されており、該工具挿通穴６２ｃから工具を機外側に突出させるとともに、該工具保持部６ｃで工具挿通穴６２ｃを閉塞した状態で工具交換をする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ベッド上に主軸が配設され、該主軸の加工領域がカバーで囲まれた工作機械の工具交換装置に関する。

この種の工作機械として、例えば、ベッド上に主軸台を配置固定するとともに、該主軸台の軸線の機外側に下刃物台を、機内側に上刃物台をそれぞれＸ軸，Ｚ軸方向に移動可能に配置し、該下，上刃物台でワーク加工を行なうようにしたものがある。

また上記工作機械の工具交換装置として、例えば、工具マガジンを覆うカバーに工具交換開口部を形成し、該開口部を開閉する扉を配設し、工具交換時には上記扉を開いて加工済み工具と次加工工具とを交換するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１０６４３８号公報

ところで、加工効率を高める観点から、下刃物台によるワーク加工中に上刃物台の工具交換を行なう場合がある。このような場合に、上記従来の工具交換装置では、カバーの開口をあけた状態で工具交換を行なうようにしていることから、工具交換中に切り屑が開口から外方に飛散するおそれがあり、飛散した切り屑が工具交換装置の摺動部や工具把持部等に付着する場合がある。

本発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、工具交換中に切り屑がカバー開口から外方に飛散して摺動部や把持部に付着するのを防止できる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、ベッドと、該ベッド上に設けられた主軸と、該主軸の加工領域を囲むように配設されたカバーとを備えた工作機械の工具交換装置において、上記カバーの機外側に多数の工具を保持する工具マガジンが配設され、上記カバーには工具挿通穴が形成されており、上記主軸の工具保持部に保持された工具を上記挿通穴から上記カバーの機外側に突出させるとともに、該工具挿通穴を工具保持部で閉塞した状態で、該工具保持部に保持された工具と上記工具マガジン側の工具とを交換する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、上記工具保持部にはテーパ状のシール面が形成されており、上記カバーの工具挿通穴は、上記工具保持部のシール面と嵌合可能のテーパ状に形成されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記カバーの工具挿通穴に、加工中は該工具挿通穴を閉塞し、工具交換時には工具挿通穴を開くシャッタが配設されていることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかにおいて、上記工具マガジンに保持された工具を工具交換位置に搬送する工具搬送機構が該工具マガジンの環状チェンの内側を貫通するように配置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、主軸の工具保持部に保持された工具をカバーの工具挿通穴から機外側に突出させるとともに、該工具保持部で挿通穴を閉塞した状態で工具交換を行なうようにしたので、例えば刃物台による加工中に主軸の工具交換を行なっても切り屑が挿通穴から外方に飛散することはなく、工具交換装置の摺動部や把持部に切り屑が付着するのを防止できる。

請求項２の発明では、工具保持部のテーパ状のシール面を上記挿通穴の周縁に形成されたテーパ状のシール面に嵌合させたので、カバーの挿通穴と主軸の工具保持部との間を確実にシールすることができ、切り屑が挿通穴から外方に飛散するのを確実に防止できる。

請求項３の発明では、カバーの工具挿通穴をシャッタにより閉塞したので、加工中に切り屑が外方に飛散することはない。

請求項４の発明では、工具マガジンに保持された工具を工具交換位置に搬送する搬送機構を環状チェンの内側を貫通するように配置したので、工具マガジンの環状チェンの空きスペースを有効利用して搬送機構を配置でき、工具交換装置全体の小型化が可能になる。

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ないし図７は、本発明の一実施形態による複合旋盤の工具交換装置を説明するための図であり、図１，図２は工具交換装置を備えた複合旋盤の斜視図，右側面図、図３は第３主軸を支持する主軸支持機構の正面図、図４はカバーが配設された機械本体の斜視図、図５は工具交換装置の斜視図、図６（ａ）〜図６（ｄ）は工具交換装置の動作を示す図、図７は工具交換状態を示す図である。なお、本実施形態でいう前後，左右とは、機械正面から見た前後，左右を意味する。

図において、１は複合旋盤を示している。この複合旋盤１は、図１に示す機械正面から見て、ベッド２と、該ベッド２上に配設された第１主軸台３と、該第１主軸台３と同軸をなしかつＺ軸（左右）方向に移動可能に配設された第２主軸台４と、上記第１，第２主軸台３，４の間にＸ軸（上下），Ｚ軸方向に移動可能に配設された刃物台５と、上記ベッド２上にＸ軸，Ｙ軸（前後）及びＺ軸方向に移動可能に配設された第３主軸６とを備えている。上記ベッド２の左側部には、上記第３主軸６に装着された加工済み工具と、次加工工具とを自動的に交換する工具交換装置７が配設されている。なお、上記第３主軸６が本発明の主軸に対応している。

上記ベッド２は、前側ベッド部２ａと後側ベッド部２ｂとを一体形成した構造となっている。この前側ベッド部２ａには第１，第２搭載面２ａ′，２ａ″が、また後側ベッド部２ｂには第３搭載面２ｂ′がそれぞれＺ軸方向及びＹ軸方向に水平をなすよう形成されている。

上記前側ベッド部２ａの第２搭載面２ａ″を基準にすると、第１搭載面２ａ′はこの第２搭載面２ａ″より高所に位置し、また上記後側ベッド部２ｂの第３搭載面２ｂ′は上記第１搭載面２ａ′より低所でかつ上記第２搭載面２ａ″より高所に位置するように段付き状に形成されている。

そして上記第１搭載面２ａ′に上記第１主軸台３が搭載されている。また、第２搭載面２ａ″に上記第２主軸台４及び上記刃物台５が移動可能に搭載されている。さらにまた上記第３搭載面２ｂ′に上記第３主軸６を移動可能に支持する主軸支持機構１０が搭載されている。

上記第１，第２主軸台３，４にはそれぞれ第１，第２主軸２８，２６が回転自在に挿着されている。上記第２主軸台４は、第１主軸台３の第１主軸２８に装着されたワークを直接受け取ることができる受渡し位置まで移動可能となっている。具体的には、第２主軸台４は、第１，第２主軸２８，２６のチャックの前面が対向当接する位置までＺ軸方向に移動可能となっている。

上記刃物台５は、外周部に所定間隔をあけて多数本の工具Ｔが装着され、所要の工具Ｔを所定の加工位置に回転割り出し位置決めし、該加工位置にクランプするタレット３１と、該タレット３１をＸ軸方向に移動可能に支持する支持部材３０とを備えている。

そして上記刃物台５は、第１，第２主軸２８，２６が当接しているとき、第１，第２主軸台３，４の軸線ａの垂直下方に切削点ｃが位置するよう第１主軸台３の真下に位置している。これによりタレット３１の工具のワーク切り込み方向は垂直線ｂと一致する。具体的には、Ｚ軸方向右側から見ると、図２に示すように、第１，第２主軸台３，４の軸線ａを通る垂直線ｂ上に上記切削点ｃ及びタレット３１の回転中心ｄの両方が位置している。

上記主軸支持機構１０は、後側ベッド部２ｂの第３搭載面２ｂ′に垂直上方に延びるよう固定された矩形枠状のコラム１１と、該コラム１１の前面にＺ軸方向に移動可能に支持された矩形枠状のサドル１２と、該サドル１２の前面にＸ軸方向に移動可能に支持されたクロススライド１３と、該クロススライド１３にＹ軸方向に移動可能に支持され、上記第３主軸６を支持するラム１４とを備えている。

上記コラム１１は、左，右支柱部１１ｃ，１１ｄの上，下端同士を上，下梁部１１ａ，１１ｂで結合するよう一体鋳造してなるものである。このコラム１１は上記後側ベッド部２ｂの第３搭載面２ｂ′上に強固に固定されている。

上記サドル１２は、上記コラム１１と同様に、左，右支柱部１２ａ，１２ｂの上，下端同士を上，下梁部１２ｃ，１２ｄで結合するよう一体鋳造してなるものである。このサドル１２は、上記コラム１１の上，下梁部１１ａ，１１ｂの前面にＺ軸と平行に配置された上下一対のＺ軸ガイドレール１５，１５によりＺ軸方向に移動可能に支持されている。そしてこのサドル１２の上，下梁部１２ｃ，１２ｄに形成されたナット部１２ｅ，１２ｅにＺ軸ボールねじ１６，１６が螺挿されている。このサドル１２はＺ軸ボールねじ１６，１６をサーボモータ１６ａ，１６ａで同期駆動することによりＺ軸方向に往復駆動される。なお、上記Ｚ軸ボールねじ１６，１６は上記コラム１１の上，下梁部１１ａ，１１ｂの前面Ｚ軸と平行に配置されている。

上記クロススライド１３は、矩形平板状に形成されており、サドル１２の左，右支柱部材１２ａ，１２ａの前面にＸ軸と平行に配置された左右一対のＸ軸ガイドレール１７，１７によりＸ軸方向に移動可能に支持されている。そしてこのクロススライドの左，右辺部に形成されたナット部にＸ軸ボールねじ１８，１８が螺挿されている。このクロススライド１３はＸ軸ボールねじ１８，１８をサーボモータ１８ａ，１８ａで回転駆動することによりＸ軸方向に往復駆動される。なお、上記Ｘ軸ボールねじ１８，１８は上記サドル１２の左，右支柱部１２ａ，１２ｂの前面にＸ軸と平行に配置されている。

上記ラム１４は、クロススライド１３に形成されたラム案内穴１３ａ内に挿入され、該ラム案内穴１３ａの内周面に所定角度間隔をあけて配置された案内プレート（不図示）によりＹ軸方向に移動可能に支持されている。そしてこのラム１４のナット部には上記クロススライド１３の幅方向中央下部に配置された１つのＹ軸ボールねじ２１が螺挿されている。このラム１４はサーボモータによりＹ軸ボールねじ２１を回転駆動することによりＹ軸方向に往復駆動される。

上記第３主軸６は上記ラム１４内に回転可能に挿入されている。そしてこの第３主軸６の先端には、工具主軸６ａが軸線をＹ軸と直交するように向けて配置されている。この工具主軸６ａの先端には工具が取付けられ、駆動モータ６ｂで回転駆動される。また上記第３主軸６は、内蔵する回転割り出し機構（不図示）によりＹ軸回りに回転割り出し位置決め可能となっている。

上記第３主軸６の切削点は、上記上下一対のＺ軸ボールねじ１６，１６及び左右一対のＸ軸ボールねじ１８，１８で囲まれた領域内に常時位置している。また第３主軸６の切削点の移動領域は、図２に示すＺ軸方向に見て、上記刃物台５の切削点ｃと重なる領域を有し、かつ該切削点ｃより下方に拡がっている。

上記工具交換装置７は、多数の工具を保持し、所要の次加工工具Ｔ２を工具受け渡し位置Ａに旋回割り出し位置決めする工具マガジン４２と、上記工具受け渡し位置Ａに割り出された次加工工具Ｔ２を取り出して工具交換位置Ｂに搬送する工具搬送機構４３と、該工具交換位置Ｂに搬送された次加工工具Ｔ２と上記第３主軸６に保持された加工済み工具Ｔ１とを交換する工具交換機構４４とを備えている。

上記工具マガジン４２は、ベッド２の第１主軸台３とコラム１１との間の左側端部にその下端部４６ａが固定され、垂直上方に延びる矩形板状のマガジン支持台４６と、該マガジン支持台４６に旋回可能に支持された環状チェン４７と、該環状チェン４７に所定ピッチで配置され上記工具を着脱可能に支持する多数の工具支持ポット４８と、上記環状チェン４７を旋回駆動する旋回駆動モータ４９とを備えている。

上記工具搬送機構４３は、マガジン支持台４６の機内側壁に固定支持され、上記工具受け渡し位置Ａから工具交換位置Ｂに渡って直線状に延びる搬送レール５５と、該搬送レール５５に移動可能に支持され、上記工具受け渡し位置Ａの次加工工具Ｔ２を工具支持部４８から取り出す搬送支持部材５６と、該搬送支持部材５６を工具受け渡し位置Ａと工具交換位置Ｂとの間で往復駆動する駆動モータ５７とを有している。

上記マガジン支持台４６の工具受け渡し部分には前方に開口する切欠き部４６ｂが形成されている。上記搬送レール５５は、上記切欠き部４６ｂを挿通して上記環状チェン４７の内側を貫通するように配置されている。

上記工具交換機構４４は、上記マガジン支持台４６に回転可能に支持された交換軸５１と、該交換軸５１の先端部に装着された交換アーム５２と、上記交換軸５１を軸方向に往復駆動するとともに回転駆動する駆動部５３とを有している。

上記複合旋盤１は、刃物台５及び第３主軸６の加工領域の前後面，左右側面及び天井面の全域を囲むカバー６０を備えている。このカバー６０は、主として、第３主軸６と主軸支持機構１０との間に配設され該第３主軸６とともにＸ軸，Ｚ軸方向にスライド可能なスライドカバー６１と、第１主軸台３と刃物台５を覆う左側サイドカバー６２とを備えている。上記カバー６０の左側サイドカバー６２の機外側に上記工具交換装置７が配設されている。

上記スライドカバー６１にはラム挿通穴６１ａが形成されており、該ラム挿通穴６１ａと該挿通穴６１ａを挿通するラム１４との間は摺動自在にシールされている。

上記左側サイドカバー６２には第１主軸２８が挿通する主軸挿通穴６２ａが形成されている。なお、主軸挿通穴６２ａと第１主軸２８との間はシールされている。また左側サイドカバー６２には刃物台５が上下動可能に配置された切欠き６２ｂが形成されており、該切欠き６２ｂと刃物台５との間は別体のシールプレートでシールされている。

上記左側サイドカバー６２の第１主軸台３の鉛直上方部分には、機内と機外とを連通する工具挿通穴６２ｃが形成されている。この工具挿通穴６２ｃは第３主軸６の工具保持部６ｃに保持された工具Ｔ１が機外側に突出可能な大きさに形成されている。

また上記第３主軸６の工具保持部６ｃの先端部にはテーパ状のシール面６ｄが形成されている。そして上記サイドカバー６２の工具挿通穴６２ｃの周縁には上記工具保持部６ｃのシール面６ｄが嵌合可能のシール面６２ｄがテーパ状に折り曲げ形成されている。

さらにまた上記左側サイドカバー６２の機内側には上記工具挿通穴６２ｃを開閉するシャッタ６３が配設されている。このシャッタ６３は、加工中を含め通常は工具挿通穴６２ｃを閉塞し、工具交換時のみ開くように開閉駆動される。

本実施形態の複合旋盤１では、第１主軸台３の第１主軸２８，又は第２主軸台４の第２主軸２６によってワークを回転させつつ刃物台５によって切り込むことにより旋削加工が行なわれ、第３主軸６によって研削や穴あけ等の加工が行なわれる。

そして第３主軸６によるワーク加工が終了し、刃物台５によるワーク加工が開始されると、第３主軸６は工具主軸６ａがＺ軸方向と平行な水平方向を向くように回転割り出し位置決めされ、シャッタ６３が上昇して工具挿通穴６２ｃが開かれる。続いて第３主軸６は、これの工具保持部６ｃが工具挿通穴６２ｃ内に挿入されるよう移動し、該工具保持部６ｃのシール面６ｄが上記工具挿通穴６２ｃのシール面６２ｄに嵌合する。これにより工具挿通穴６２ｃが閉塞されると同時に、第３主軸６が工具交換位置Ｂに位置決めされる（図４，図７参照）。

一方、第３主軸６の加工終了とともに、工具マガジン４２が次加工工具Ｔ２を工具受け渡し位置Ａに旋回割り出し位置決めする（図６（ａ）参照）。工具受け渡し位置Ａの次加工工具Ｔ２を搬送支持部材５６が取り出し、該次加工工具Ｔ２を工具交換位置Ｂに搬送し、該工具交換位置Ｂに位置決めする（図６（ｂ），（ｃ）参照）。次いで、交換アーム５２が、第３主軸６の加工済み工具Ｔ１と搬送支持部材５６の次加工工具Ｔ２を交換する（図６（ｄ）参照）。この後、加工済み工具Ｔ１は工具マガジン４２の所定の工具支持ポット４８に戻され、第３主軸６に装着された次加工工具Ｔ２により次工程のワーク加工が行なわれる。

このように本実施形態によれば、第３主軸６の工具保持部６ｃの工具を左側サイドカバー６２の工具挿通穴６２ｃから機外側に突出させるとともに、工具保持部６ｃで挿通穴６２ｃを閉塞した状態で工具交換を行なうようにしたので、刃物台５による加工中に第３主軸６の工具交換を行なっても切り屑が工具挿通穴６２ｃから機外側に発散することはなく、工具交換装置７の摺動部や把持部に切り屑が付着するのを防止できる。

本実施形態では、第３主軸６の工具保持部６ｃにテーパ状のシール面６ｄを形成し、該シール面６ｄを上記工具挿通穴６２ｃの周縁に形成されたテーパ状のシール面６２ｄに嵌合させたので、サイドカバー６２の工具挿通穴６２ｃを第３主軸５６によりシールすることができ、切り屑の進入を確実に防止できる。

本実施形態では、サイドカバー６２の工具挿通穴６２ｃをシャッタ６３により閉塞したので、第３主軸６，刃物台５による加工中に切り屑が進入することはない。

本実施形態では、工具マガジン４２に保持された次加工工具Ｔ２を工具交換位置Ｂに搬送する搬送レール５５を環状チェン４７の内側を貫通するように配置したので、工具マガジン４２の環状チェン４７の空きスペースを有効利用して搬送レール５５を配置でき、工具交換装置全体の小型化が可能になる。

なお、上記実施形態では、工具挿通穴６２ｃ及び工具保持部６ｃをテーパ状に形成して両者を嵌合させたが、本発明では、図８に示すように、第３主軸６の工具保持部６ｃの端面６ｃ′を工具挿通穴６２ｃの周縁部に当接させることにより該工具挿通穴６２ｃを閉塞してもよく、この場合にも上記実施形態と略同様に効果が得られる。

本発明の一実施形態による複合旋盤を示す斜視図である。 上記複合旋盤の側面図である。 上記複合旋盤の主軸支持機構の正面図である。 上記複合旋盤に配設されたカバーの斜視図である。 上記複合旋盤の工具交換装置の側面図である。 上記工具交換装置の動作を示す図である。 工具交換状態を示す図である。 本発明の他の実施形態による工具交換状態を示す図である。

符号の説明

１ 複合旋盤
２ ベッド
６ 第３主軸
６ａ 工具主軸
６ｃ 工具保持部
６ｄ シール面
７ 工具交換装置
４２ 工具マガジン
４３ 工具搬送機構
４７ 環状チェン
６２ サイドカバー
６２ｃ 工具挿通穴
６２ｄ シール面
６３ シャッタ
Ｔ１ 加工済み工具
Ｔ２ 次加工工具

Claims (4)

1. ベッドと、該ベッド上に設けられた主軸と、該主軸の加工領域を囲むように配設されたカバーとを備えた工作機械の工具交換装置において、上記カバーの機外側に多数の工具を保持する工具マガジンが配設され、上記カバーには工具挿通穴が形成されており、上記主軸の工具保持部に保持された工具を上記挿通穴から上記カバーの機外側に突出させるとともに、該工具挿通穴を工具保持部で閉塞した状態で、該工具保持部に保持された工具と上記工具マガジン側の工具とを交換することを特徴とする工作機械の工具交換装置。
2. 請求項１において、上記工具保持部にはテーパ状のシール面が形成されており、上記カバーの工具挿通穴は、上記工具保持部のシール面と嵌合可能のテーパ状に形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。
3. 請求項１又は２において、上記カバーの工具挿通穴に、加工中は該工具挿通穴を閉塞し、工具交換時には工具挿通穴を開くシャッタが配設されていることを特徴とする工作機械の工具交換装置。
4. 請求項１ないし３の何れかにおいて、上記工具マガジンに保持された工具を工具交換位置に搬送する工具搬送機構が該工具マガジンの環状チェンの内側を貫通するように配置されていることを特徴とする工作機械の工具交換装置。

Images