JP2006334763A

JP2006334763A - 工作機械の工具交換装置

Info

Publication number: JP2006334763A
Application number: JP2005165554A
Authority: JP
Inventors: Fumio Tomeba; 文雄留場; Jun Nishino; 潤西野; Kihachi Suzuki; 喜八鈴木
Original assignee: Flex Easy Kk
Current assignee: Flex Easy Kk
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】加工ヘッドを移動させるヘッド移動装置を利用して工具マガジン内の所定の工具と加工ヘッドの工具とを適宜交換することにより、小型かつ安価な工作機械の工具交換装置を得る。
【解決手段】被加工物（Ｗ）が載置されるテーブル（２０）の側方に工具マガジン（３５）を設け、該工具マガジン（３５）に刃物（５２）が取り付けられた多数の工具（５０）をそれぞれ下方に向けて水平方向に並列にかつ着脱可能に設け、下部で工具（５０）を着脱可能に保持するとともに該工具（５０）を回転させる加工ヘッド（２）を設け、前記加工ヘッド（２）を、前記テーブル（２０）と前記工具マガジン（３５）との部位で少なくともＸ軸方向およびＺ軸方向に移動せるヘッド移動装置（１２）を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、異種の工具を交換しながら各種の加工作業が行えるようにした工作機械（マシニングセンター）に関し、特に該工作機械の工具交換装置に関するものである。

従来の技術として、テーブルの側方に多数の工具を保持する工具マガジン、および受け渡し用のロボットアーム（中継アーム）を設け、前記工具マガジンおよびロボットアームを作動させて工具マガジン内の所定の工具と加工ヘッドの工具とを適宜交換するようにしたものがあった。

前記従来のものは、専用のロボットアーム、該ロボットアームおよび工具マガジンを作動させる専用の駆動装置を要し、大型になるとともに高価になるものであった。

特許第２９６９３２６号公報

本発明は、加工時に加工ヘッドを移動させるヘッド移動装置を利用して工具マガジン内の所定の工具と加工ヘッドの工具とを適宜交換することにより、小型かつ安価な工作機械の工具交換装置を得ることを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、以下の如く構成したものである。即ち、請求項１に係る発明は、被加工物が載置されるテーブルの側方に工具マガジンを設け、該工具マガジンに刃物が取り付けられた多数の工具をそれぞれ下方に向けて水平方向に並列にかつ着脱可能に設け、下部で工具を着脱可能に保持するとともに該工具を回転させる加工ヘッドを設け、前記加工ヘッドを、前記テーブルと前記工具マガジンとの部位で少なくともＸ軸方向およびＺ軸方向に移動せるヘッド移動装置を設ける構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、前記工具マガジンに工具が嵌合保持される多数の保持体を水平方向に並列に設け、各保持体にそれぞれ工具の有無を検知するセンサーを設けたものである。
請求項３に係る発明は、前記工具マガジンの上部を開閉するカバー装置を設けたものである。

請求項１に係る発明は、ヘッド移動装置により、加工ヘッドをテーブル上でＸ軸およびＺ軸方向に移動せることにより、テーブルに取り付けた被加工物を容易に加工することができる。また、前記ヘッド移動装置により、加工ヘッドを工具マガジン部でＸ軸およびＺ軸方向に移動せることにより、工具マガジン内の所定の工具と加工ヘッドの工具とを適宜交換することができる。
請求項２に係る発明は、センサーの信号を入力してヘッド移動装置を作動させることにより、工具マガジン内の所定の工具と加工ヘッドの工具との交換が円滑に行えることになる。
請求項３に係る発明は、工具の未交換時にカバー装置を閉作動させると、工具マガジン内の工具に塵埃が付着しなくなり、また、工具の交換時にカバー装置を開作動させると工具マガジン内の所定の工具と加工ヘッドの工具との交換が可能となる。

以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。図において、図１は本発明による工作機械の正面図、図２は本発明による工作機械の側面図、図３は工具マガジン部の要部断面図である。

図１、図２において、１は本発明による工作機械であり、加工ヘッド２、該加工ヘッド２をＸ軸およびＺ軸方向に移動せるヘッド移動装置５、被加工物Ｗが取り付けられるテーブル２０、多数の工具５０（５０ｂ）を保持する工具マガジン３５等を主要部としてなる。

前記ヘッド移動装置５は、加工ヘッド２をテーブル２０、および工具マガジン３５部でＸ軸、およびＺ軸方向に移動せるもので、以下の如くなっている。即ち、ベッド３の後部（図２において右部）に門形のコラム６を起立固定し、該コラム６の上部前面側にＸ軸レール７を介してＸ軸移動台８を図１において左右摺動可能に取り付け、該Ｘ軸移動台８をＸ軸モータ（サーボモータ）９によって正逆回転制御されるＸ軸スクリュー１０を介して図１において左右方向に移動制御する。

前記Ｘ軸移動台８の前面にＺ軸レール１１を介してＺ軸移動台１２を上下摺動可能に取り付け、該Ｚ軸移動台１２をＺ軸モータ（サーボモータ）１３によって正逆回転制御されるＺ軸スクリュー１４を介して上下方向に移動制御し、Ｚ軸移動台１２の前面に２個の加工ヘッド２を左右に並列に配置して上下摺動可能に取り付け、各加工ヘッド２を昇降シリンダ１６によって個別に上下動できるようにする。各加工ヘッド２は、内部に主軸モータを収容し、下端部に前記主軸モータによって回転される工具５０（５０ａ）が着脱可能に取り付けられるようになっている。

前記ベッド３の前部側にテーブル２０を前後（図２において左右）動可能に取り付ける。即ち、ベッド３に前後方向に延びるＹ軸レール２１を介してＹ軸移動台２２を前後摺動可能に取り付け、ベッド３に前後に延長させて取り付けたＹ軸スクリュー２３に前記Ｙ軸移動台２２を、ナット２４を介してネジ連結し、ベッド３の後部に取り付けたＹ軸モータ（サーボモータ）２５で前記Ｙ軸スクリュー２３を正逆回転させることにより、前記Ｙ軸移動台２２を前後方向に移動制御する。

テーブル２０は以下の如くなっている。即ち、前記Ｙ軸移動台２２の、図１において左右両端部に起立固定した一対の支柱２２ａ、２２ｂ間に角筒状のテーブル２０を配置するとともに、その左右両端の中心部に設けたＢ軸３０を介して前記各支柱２２ａ、２２ｂに左右水平軸心を中心として回転可能に取り付ける。該テーブル２０は、左部の支柱２２ａに取り付けたＢ軸モータ（サーボモータ）３１、右部の支柱２２ｂ部に設けた回転角度検出器、および該テーブル２０の回転を制動するブレーキ装置（共に図示省略）によってＢ軸３０を中心とする任意の角度で回転調節されるようになっている。

前記テーブル２０は、断面正方形となる角筒状に形成され、外周部に互いに９０度の角度で屈曲する４個の載置面２０ａを有し、これら各載置面２０ａにそれぞれ被加工物Ｗ１〜Ｗ４を取り付け、テーブル２０を間欠的に回転させて前記被加工物Ｗ１〜Ｗ４を順次加工ヘッド２に対面させるようになっている。なお、前記テーブル２０は非回転形のテーブルとしてもよい。

前記工具マガジン３５は、前記テーブル２０の図１において右方に配置されるもので、コラム６の右部にアーム３６を前方に向けて突出固定し、該アーム３６に前記工具マガジン３５を取り付け、図１に示すように、工具マガジン３５に６個の工具５０（５０ｂ）がそれぞれ左右方向に並べて着脱可能に取り付けできるようにする。各工具５０ｂは、図３に示すように、下部にチャック部５１ａを、上部に円錐状のシャンク部５１ｂを有する刃物ホルダー５１と、該刃物ホルダー５１のチャック部５１ａに取り付けられたドリル、カッター等の刃物５２とを一体に有する。

前記工具マガジン３５は図３に示すようになっている。即ち、前記アーム３６に固定したベース３７に６個の保持ケース（保持体）３８を、図１において左右方向に並列に取り付ける。各保持ケース３８は上端部に大径のフランジを有し、該フランジにガイドロッド３９を垂下固定し、該ガイドロッド３９を軸受け４０を介して前記ベース３７に上下摺動可能に嵌合させ、前記ガイドロッド３９にコイルスプリングからなるばね４１を嵌合させ、該ばね４１の反力で前記保持ケース３８をベース３７から浮かせる。前記各保持ケース３８の筒部にセンサー４２を取り付け、該センサー４２により保持ケース３８に嵌合される工具５０ｂの有無を検知する。

前記保持ケース３８の上部内周に大径の段部を形成し、図３に示すように、保持ケース３８内に工具５０ｂを下向きにして嵌合させた際に、そのチャック部５１ａが前記保持ケース３８の段部に係止し、シャンク部５１ｂが保持ケース３８から上方に突出するようにする。なお、前記工具マガジン３５は６個以上の工具５０ｂが取り付けできるようにしてもよい。また、前記工具マガジン３５は前記テーブル２０の図１において左右両側に設けるようにしてもよい。

前記ベース３７に工具マガジン３５の上部を開閉するカバー装置４３を取り付ける。該カバー装置４３は、図３に示すように、工具マガジン３５の上部を開閉する倒立容器状のカバー４４を設け、該カバー４４をベース３７の後部（図３において右部）に回転自在に取り付けたＸ軸方向の支点軸４５に連結し、該支点軸４５にピニオン４６を固定する。また、ベース３７の右部に開閉シリンダ４８によって前後動（図３において左右動）されるラック４７を取り付け、該ラック４７に前記ピニオン４６を噛み合わせる。

これにより、開閉シリンダ４８を介して前記ラック４７が前方（図３において左方）に移動されると、前記カバー４４が同図の仮想線で示すように、時計方向に回動されて工具マガジン３５の上部を開き、前記ラック４７が後方（図３において右方）に移動されると、前記カバー４４が同図の実線で示すように、反時計方向に回動されて工具マガジン３５の上部を閉じるようにする。

なお、前述した各モータ９，１３，２５，３１，加工ヘッド２、昇降シリンダ１６、および開閉シリンダ４８等は、制御部（図示省略）に入力・記憶された制御プログラムに従って駆動制御されるようになっている。また、ベッド３の前部に設けた操作盤５５には、前記制御部のスタートボタン、停止ボタン、各駆動部を個別に駆動させる個別ボタン、工具交換ボタン等が設けられている。

次に前記の如くして構成した工作機械１の作動態様の一例について説明する。まず、テーブル２０の各載置面２０ａに取り付けた被加工物Ｗ１〜Ｗ４を加工する際には、以下の如く動作する。即ち、操作盤５５のスタートボタンを押して工作機械１をスタートさせると、制御部からの指令により、Ｂ軸モータ３１が起動されてテーブル２０が回転され、第１載置面２０ａに載置した第１被加工物Ｗ１を最上部に位置させ、この部でブレーキ装置（図示省略）を作動させて前記テーブル２０を支柱２２ａ，２２ｂに固定する。

この状態で、Ｙ軸モータ２５が起動され、Ｙ軸スクリュー２３、Ｙ軸移動台２２を介してテーブル２０を後方、つまり加工位置に移動させる。次いで各加工ヘッド２の主軸モータが起動されるとともに、各昇降シリンダ１６、Ｘ軸モータ９、Ｚ軸モータ１３、Ｙ軸モータ２５が所定の順序で起動され、各加工ヘッド２に取り付けた工具５０ａで前記第１被加工物Ｗ１を加工する。

前記第１被加工物Ｗ１の加工が完了した後、ブレーキ装置の作動が解除され、Ｂ軸モータ３１が起動されてテーブル２０の次段の載置面２０ａ、従って第２被加工物Ｗ２を最上部に位置させ、この部でブレーキ装置（図示省略）を作動させて前記テーブル２０を支柱２２ａ，２２ｂに固定する。次いで、前述と同様に、各加工ヘッド２が起動されるとともに、各昇降シリンダ１６、Ｘ軸モータ９、Ｚ軸モータ１３、Ｙ軸モータ２５が所定の順序で起動され、各加工ヘッド２に取り付けた工具５０ａで前記第２被加工物Ｗ２を加工する。以下同様にしてテーブル２０の各載置面２０ａに取り付けた次段の被加工物Ｗ３，Ｗ４が順次加工される。

前記被加工物Ｗ１〜Ｗ４の加工途中において、加工ヘッド２の工具５０ａの交換が必要となった際には、制御部からの指令により、まず、前記各加工ヘッド２およびテーブル２０が初期位置に移動、即ち、Ｘ軸モータ９が起動されて各加工ヘッド２をコラム６の左右中心部に移動させるとともに、Ｚ軸モータ１３、各昇降シリンダ１６が作動されて各加工ヘッド２を上方に移動させる。また、Ｙ軸モータ２５が起動されてテーブル２０を前方、つまり加工位置から離れた位置に移動させる。次いでＸ軸モータ９が起動されて各加工ヘッド２を図１において右方に移動させ、該加工ヘッド２の工具５０ａを工具マガジン３５の開いた保持ケース３９ａ（図１）の直上方に位置させる。同時に開閉シリンダ４８を伸長作動させてカバー４４を開く。

次いで、昇降シリンダ１６が伸長作動されて各加工ヘッド２を降下させ、その工具５０ａを前記保持ケース３９ａに収容する。次いで昇降シリンダ１６が短縮作動されて各加工ヘッド２を上昇させた後、Ｘ軸モータ９が起動されて各加工ヘッド２を工具マガジン３５の該当する工具５０ｂ位置（図１の仮想線位置）に移動させ、昇降シリンダ１６が再び伸長作動されて各加工ヘッド２を降下させ、保持ケース３９ａ内の所定の工具５０ｂを各加工ヘッド２に取り付ける。前記工具交換時における各加工ヘッド２のＸ軸方向（左右方向）の移動は、各保持ケース３８に取り付けた工具検知用のセンサー４２の信号を入力して行われる。また、前記工具交換が終了した後は開閉シリンダ４８を短縮作動させてカバー４４を閉じる。前記工具５０の交換が行われた後、前述した被加工物Ｗ１〜Ｗ４の加工を続行する。

なお、本発明は、テーブル２０のＹ軸（前後）方向の移動を止め、代わりにコラム６をＹ軸（前後）方向に移動させるようにしてもよい。

本発明による工作機械の正面図である。本発明による工作機械の側面図である。工具マガジン部の要部断面図である。

符号の説明

１工作機械
２加工ヘッド
３ベッド
５ヘッド移動装置
６コラム
７Ｘ軸スクリュー
８Ｘ軸移動台
９Ｘ軸モータ
１０Ｘ軸スクリュー
１１Ｚ軸レール
１２Ｚ軸移動台
１３Ｚ軸モータ
１４Ｚ軸スクリュー
１６昇降シリンダ
２０テーブル
２０ａ載置面
２１Ｙ軸レール
２２Ｙ軸移動台
２２ａ，２２ｂ支柱
２３Ｙ軸スクリュー
２４ナット
２５Ｙ軸モータ
３０Ｂ軸
３１Ｂ軸モータ
３５工具マガジン
３６アーム
３７ベース
３８保持ケース（保持体）
３９ガイドロッド
４０軸受け
４１ばね
４２センサー
４３カバー装置
４４カバー
４５支点軸
４６ピニオン
４７ラック
４８開閉シリンダ
５０工具
５１刃物ホルダー
５１ａチャック部
５１ｂシャンク部
５２刃物
５５操作盤
Ｗ（Ｗ１〜Ｗ４）被加工物

Claims

被加工物（Ｗ）が載置されるテーブル（２０）の側方に工具マガジン（３５）を設け、該工具マガジン（３５）に刃物（５２）が取り付けられた多数の工具（５０）をそれぞれ下方に向けて水平方向に並列にかつ着脱可能に設け、下部で工具（５０）を着脱可能に保持するとともに該工具（５０）を回転させる加工ヘッド（２）を設け、前記加工ヘッド（２）を、前記テーブル（２０）と前記工具マガジン（３５）との部位で少なくともＸ軸方向およびＺ軸方向に移動せるヘッド移動装置（１２）を設けたことを特徴とする工作機械の工具交換装置。
工具マガジン（３５）に工具（５０）が嵌合保持される多数の保持体（３８）を水平方向に並列に設け、各保持体（３８）にそれぞれ工具（５０）の有無を検知するセンサー（４２）を設けたことを特徴とする請求項１記載の工作機械の工具交換装置。
工具マガジン（３５）の上部を開閉するカバー装置（４３）を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械の工具交換装置。