JP2007007781A - 自動工具交換装置および加工機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】 主軸の移動ストロークを大きくしなくても、主軸による加工領域と自動工具交換装置とを離して設置できるようにした自動工具交換装置および加工機械を提供する。
【解決手段】 複数種の工具Tを収納した工具収納装置31と、工具収納装置31から工具交換位置P2まで進退可能に設けられた工具チャッキングユニット41および工具アンチャックユニット51と、工具受渡機構61とを備える。工具チャッキングユニット41には工具チャック機構24を締め付ける工具締付機構42が、工具アンチャックユニット51には工具チャック機構24を緩める工具緩め機構52がそれぞれ設けられている。工具受渡機構61は、受渡位置に位置決めされた工具を工具収納装置から工具チャッキングユニットの工具締付機構内に保持させるとともに、工具アンチャックユニットに回収された工具を工具アンチャックユニットから工具収納装置に回収する。
【選択図】 図3
Description
この種の自動工具交換装置は、複数種の工具を収納しかつ所定の受渡位置に位置決め可能な工具マガジンと、この工具マガジンの受渡位置と工具交換位置との間に旋回可能に設けられ両端に工具把持部を有する旋回アームと、この旋回アームの旋回動作および旋回軸方向へ進退させる進退動作を制御する制御装置とを備える。
工具交換にあたっては、工具マガジンの中から指定工具を選択し、その指定工具を受渡位置に位置決めするとともに、主軸を工具交換位置に位置決めする。この状態において、旋回アームを旋回させて両端の工具把持部に工具(受渡位置に位置決めされた工具と、主軸に装着されている工具)を把持する。ついで、旋回アームを軸方向へスライドさせ、次に、180度旋回動作させたのち、旋回アームを軸方向へスライドさせると、受渡位置に位置決めされた工具が主軸に装着され、主軸に装着されていた工具が受渡位置に回収される。これにより、自動工具交換が実行される。
このような構造では、たとえば、主軸による加工時に多量にクーラント液を使用する加工環境下、あるいは、多量の切粉がでる加工環境下では、クーラント液や切粉が自動工具交換装置に付着し、故障の原因になりやすい。
そこで、主軸による加工領域と自動工具交換装置とを離して設定しようとすると、主軸の移動ストロークを大きくしなければならないため、加工機械自体の構造が大型化、複雑化し、経済的に不利となる。
いま、主軸には工具が装着されている。この状態から、主軸が工具交換位置に移動され位置決めされると、工具アンチャックユニットも工具交換位置まで前進される。こののち、主軸が工具アンチャックユニットに向かって移動されると、主軸の工具チャック機構が工具アンチャックユニットの工具緩め機構に保持され、この工具緩め機構によって工具チャック機構が緩められる。こののち、主軸が工具アンチャックユニットから離れる方向へ移動されると、工具が工具チャック機構から抜き取られ、工具アンチャックユニットに保持される。工具アンチャックユニットに保持された工具は、工具アンチャックユニットの後退動作および工具受渡機構の受渡動作を介して、工具収納装置に回収される。
まず、工具収納装置の中から指定の工具を選択すると、その指定工具が受渡位置に位置決めされる。すると、受渡位置に位置決めされた工具は、工具受渡機構によって、工具収納装置から工具チャッキングユニットの工具締付機構内に保持される。次に、工具チャッキングユニットが前進される。続いて、主軸が工具チャッキングユニットに向かって移動されると、主軸の工具チャック機構が工具チャッキングユニットの工具締付機構に保持され、この工具締付機構によって工具チャック機構が締め付けられる。つまり、指定工具が工具チャック機構によって保持される。こののち、主軸が工具チャッキングユニットから離れる方向へ移動されるとともに、工具チャッキングユニットが後退動作される。これにより、主軸には、新たな工具が装着され、これによって加工が実行される。
この構成によれば、工具収納装置が、工具収納ターレットとこの工具収納ターレットを回転させる回転駆動機構とを含んで構成されているから、比較的簡単な構成で製造でき、しかも、位置決めも高精度にできるから、故障も少なくできる。
この構成によれば、工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ受渡位置に対応した軸線上に、工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニット、さらに、進退機構の工具受渡ロッドが配置されているから、全体としてスリムに構成できる。しかも、進退機構の工具受渡ロッドも工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ受渡位置に対応した軸線方向に動作すればよいから、動作がスムーズにできる。
この構成によれば、工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットが軸線方向へずれて配置されているとともに、前記軸線に対して直交する方向でかつ互いに同方向へ進退可能に設けられているから、幅寸法を小さくできる。従って、全体としてコンパクトに構成できる。
この構成によれば、工具チャック機構が、ナット部材の回動操作によってコレットチャックを締め付け、あるいは、緩める構造であるから、簡単に構成できる。
この構成によれば、自動工具交換装置が隣接する加工領域空間の壁面には、窓が形成され、この窓にはシャッタが開閉可能に装着されているから、シャッタを閉じれば、加工領域空間からのクーラント液や切粉が自動工具交換装置に付着することがない。しかも、シャッタを開ければ、窓から工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットを加工領域空間内に突出することができるから、工具交換も支障なく行うことができる。
<図1の説明>
図1は、本発明の自動工具交換装置を適用した加工機械を示している。同加工機械1は、加工機本体10と、この加工機本体10に隣接して設置された自動工具交換装置30とを備えている。
加工機本体10には、内部にワークを載置するテーブル12が設けられているとともに、主軸ヘッド21が相対的に三次元方向(前後、左右、上下方向)へ移動可能な加工領域空間13が設けられている。また、正面には、内部の加工領域空間13内を視認可能な透視窓14が設けられているとともに、左側側壁(自動工具交換装置30が隣接する側壁)には、後述する自動工具交換装置30の工具チャッキングユニット41および工具アンチャックユニット51が加工領域空間13内に突出可能な窓15が、右側側壁には操作盤16がそれぞれ設けられている。
窓15には、シリンダ17によってスライドするシャッタ18がガイドレール19を介してスライド可能に設けられている。つまり、窓15は、シャッタ18によって開閉可能に構成されている。
図2は、主軸ヘッド21を示している。主軸ヘッド21は、軸受部材22と、この軸受部材22に空気静圧軸受(図示省略)を介して回転可能に支持された主軸23と、この主軸23の先端に設けられた工具チャック機構24とを備えている。
工具チャック機構24は、主軸23の先端面に形成されたテーパ孔25と、このテーパ孔25内に装着されたコレットチャック26と、このコレットチャック26を締め付け、緩めるナット部材27とから構成されている。ナット部材27は、主軸23の先端にかつテーパ孔25の外周に形成された雄ねじ部28に螺合されるナット部27Aと、このナット部27Aの一端に袋状に設けられコレットチャック26を下から抑える抑え部27Bとを備える。従って、ナット部材27を螺合(右回転)していくと、コレットチャック26がテーパ孔25内に挿入されていくため、工具Tを保持することができる。逆に、ナット部材27を逆回転していくと、コレットチャック26による締め付けが緩められるから、工具Tを外すことができる。なお、図示していないが、工具チャック機構24の締め付け、解除操作時には、主軸23の回転を規制する主軸回転規制機構が設けられている。
図3は、自動工具交換装置30を示している。同自動工具交換装置30は、複数種の工具1を収納しかつ所定の受渡位置に位置決め可能な工具収納装置31と、工具チャッキングユニット41と、工具アンチャックユニット51と、工具受渡機構61とを備えている。
工具収納装置31は、工具Tを収納した工具ポット34を一定角度毎に割り付けて着脱可能に収納した工具収納ターレット32と、この工具収納ターレット32を回転させるとともに指定工具Tを受渡位置に位置決め可能な回転駆動機構35とを含んで構成されている。工具収納ターレット32には、同一円周上の所定角度位置に収納孔33が形成され、これら収納孔33内に工具Tを収納した工具ポット34が着脱可能に収納されている。回転駆動機構35は、モータ36と、このモータ36の出力軸と工具収納ターレット32の軸とに掛け回されたベルト37とから構成されている。
工具締付機構42は、図4に示すように、ナット部材27を締め付ける方向へ回転させる回転機構43と、工具Tを収納した工具ポット34を保持する保持部材47とを上下に備える。回転機構43は、ナット部材27を収容保持し回転可能に設けられたナット収容部材44と、このナット収容部材44を一方向(ナット部材27が締め付けられる方向)へのみ回転させるラチェット機構などの一方向回転機構(図示省略)と、前記ナット収容部材44にレバー45を介して連結されナット部材27を一方向へ回転させるシリンダ46とから構成されている。保持部材47は、工具ポット34を弾性的に保持できるようにゴムなどの弾性部材によって構成され、中心に工具ポット34を保持する保持孔を備えている。
工具緩め機構52は、図示省略するが、ナット部材27を緩める方向へ回転させる回転機構および一方向回転機構と、回収した工具Tを保持する保持部材とを備える。回転機構は、図4と基本的には同じであるので、説明を省略する
なお、これら工具チャッキングユニット41および工具アンチャックユニット51は、工具収納ターレット32の回転軸線と平行でかつ受渡位置P1に対応した軸線方向へずれて配置されているとともに、軸線に対して直交する方向でかつ互いに同方向へ進退可能に設けられている。
具体的は、工具受渡機構61は、工具収納ターレット32の回転軸線と平行でかつ受渡位置P1に対応した軸線上に沿って移動可能に設けられた工具受渡ロッド62と、この工具受渡ロッド62を軸線上に沿って移動させる進退機構63とを含んで構成されている。進退機構63は、工具受渡ロッド62に連結プレート64を介してピストンロッドが連結された第1のシリンダ65と、この第1のシリンダ65に連結プレート66を介してピストンロッドが連結された第2のシリンダ67とを含んで構成されている。
(工具アンチャック動作)
いま、主軸23には工具Tが装着されている。この状態から、主軸ヘッド21(つまり主軸23)が工具交換位置P2に移動され位置決めされると、工具アンチャックユニット51も工具交換位置P2まで前進される。次に、主軸ヘッド21(主軸23)が工具アンチャックユニット51に向かって移動されると、主軸ヘッド21(主軸23)の工具チャック機構24が工具アンチャックユニット51の工具緩め機構52内に保持され、この工具緩め機構52によって工具チャック機構24が緩められる。こののち、主軸ヘッド21(主軸23)が工具アンチャックユニット51から離れる方向へ移動されると、工具Tが工具チャック機構24から抜き取られ、工具アンチャックユニット51に保持される。
まず、工具アンチャックユニット51が元に位置に後退動作される。これと同時に、工具収納装置31の工具収納ターレット32が回転され、工具使用済みポット34が受渡位置P1に位置決めされる。次に、工具受渡機構61の第1、第2のシリンダ65,67の駆動によって工具受渡ロッド62が上昇される。すると、その工具受渡ロッド62の上昇によって工具使用済みポット34が工具収納装置31から工具アンチャックユニット51の工具緩め機構52内に運び込まれる。
これにより、工具緩め機構52内に運び込まれた工具使用済みポット34内に使用済み工具Tが回収される。こののち、工具受渡機構61の第1、第2のシリンダ65,67の駆動によって工具取出ロッド62が下降されると、使用済み工具Tを収納した工具使用済みポット34が工具収納装置31の工具収納ターレット32に保持される。これにより、工具アンチャック動作が完了する。
(工具チャッキング動作)
まず、工具収納装置31の中から指定工具Tを選択すると、工具収納ターレット32の回転によって指定工具Tが受渡位置P1に位置決めされる。すると、受渡位置P1に位置決めされた工具Tは、工具受渡機構61によって、工具収納装置31から工具チャッキングユニット41の工具締付機構42内に保持される。つまり、工具受渡機構61の第2のシリンダ67の駆動によって工具受渡ロッド62が上昇される。すると、その工具受渡ロッド62の上昇によって、指定工具Tが、工具収納装置31から工具チャッキングユニット41の工具締付機構42内に保持される。こののち、工具受渡機構61の第2のシリンダ67の駆動によって工具受渡ロッド62が下降される。
まず、工具チャッキングユニット41が元に位置に後退動作される。次に、工具受渡機構61の第2のシリンダ67の駆動によって工具受渡ロッド62が上昇される。すると、その工具受渡ロッド62の上昇によって空になった工具ポット34が工具受渡ロッド62に回収される。こののち、工具受渡機構61の第2のシリンダ67の駆動によって工具受渡ロッド62が下降されると、空になった工具ポット34が工具収納装置31の工具収納ターレット32に保持される。これにより、工具チャッキング動作が完了する。
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、主軸23に工具Tを保持する工具チャック機構24として、コレットチャック26を用いた構造であったが、これに限らず、他の構造でもよい。要するに、主軸23に対して工具Tを容易に交換可能な構造であれば、他の形式、構造であってもよい。この場合、工具チャッキングユニット41および工具アンチャックユニット51に設けられる工具締付機構42や工具緩め機構52についても、工具チャック機構24の構造に応じた構造のものを使用すればよい。
10 加工機本体
13 加工領域空間
15 窓
18 シャッタ
23 主軸
24 工具チャック機構
26 コレットチャック
27 ナット部材
30 自動工具交換装置
31 工具収納装置
32 工具収納ターレット
34 工具ポット
35 回転駆動機構
41 工具チャッキングユニット
42 工具締付機構
43 回転機構
51 工具アンチャックユニット
52 工具緩め機構
61 工具受渡機構
62 工具受渡ロッド
63 進退機構
T 工具
Claims (6)
- 工具交換位置に位置決めされ先端に工具チャック機構を有する主軸に対して、工具交換を行う自動工具交換装置において、
複数種の工具を収納しかつ所定の受渡位置に位置決め可能な工具収納装置と、
前記工具収納装置から前記工具交換位置まで進退可能に設けられ前記工具交換位置において前記工具チャック機構を締め付ける工具締付機構を有する工具チャッキングユニットと、
前記工具収納装置から前記工具交換位置まで進退可能に設けられ前記工具交換位置において前記工具チャック機構を緩める工具緩め機構を有する工具アンチャックユニットと、
前記工具締付機構が前記受渡位置に対応した位置まで前記工具チャッキングユニットが後退した状態において、前記受渡位置に位置決めされた工具を前記工具収納装置から前記工具チャッキングユニットの工具締付機構内に保持させるとともに、前記工具緩め機構が前記受渡位置に対応した位置まで前記工具アンチャックユニットが後退した状態において、前記工具アンチャックユニットに回収された工具を前記工具アンチャックユニットから前記工具収納装置に回収する工具受渡機構と、
を備えたことを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項1に記載の自動工具交換装置において、
前記工具収納装置は、工具を収納した工具ポットを一定角度毎に割り付けて着脱可能に収納した工具収納ターレットと、この工具収納ターレットを回転させるとともに指定工具を前記受渡位置に位置決め可能な回転駆動機構とを含んで構成されていることを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項2に記載の自動工具交換装置において、
前記工具チャッキングユニットは、前記工具締付機構が前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記受渡位置に対応した位置まで後退可能に設けられ、
前記工具アンチャックユニットは、前記工具緩め機構が前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記前記受渡位置に対応した位置まで後退可能に設けられ、
前記工具受渡機構は、前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記受渡位置に対応した軸線上に沿って移動可能に設けられた工具受渡ロッドと、この工具受渡ロッドを軸線上に沿って移動させる進退機構とを含んで構成されていることを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項3に記載の自動工具交換装置において、
前記工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットは、前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記受渡位置に対応した軸線方向へずれて配置されているとともに、前記軸線に対して直交する方向でかつ互いに同方向へ進退可能に設けられていることを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の自動工具交換装置において、
前記工具チャック機構は、前記主軸に装着されたコレットチャックと、このコレットチャックを締め付けるナット部材とから構成され、
前記工具締付機構は、前記ナットを締め付ける方向へ回転させる回転機構を備え、
前記工具緩め機構は、前記ナットを緩める方向へ回転させる回転機構を備えていることを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の自動工具交換装置と、前記主軸が移動可能な加工領域空間を有する加工機本体とを備えた加工機械であって、
前記自動工具交換装置が隣接する前記加工領域空間の壁面に、前記自動工具交換装置の工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットが前記加工領域空間内に突出可能な窓が形成され、この窓にはシャッタが開閉可能に装着されていることを特徴とする加工機械。
Priority Applications (4)
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