JP2007098479A - 工作機械のカバー構造 - Google Patents

Abstract

【課題】開口部を必要最小限にとどめることで、加工効率の向上等を図ることができる上、簡易な構成で実現可能な工作機械のカバー構造を提供する。
【解決手段】カバー３の一側面に、上下方向に幅広な矩形状に形成された二つの工具通過部５ａ、５ａを、旋回許容部５ｂにて連結した逆「凹」状の開口部５を設ける。各工具通過部５ａは、交換アーム１０に把持された工具Ｔが通過する開口部であって、工具Ｔの全長及び最大幅にあわせた矩形状に設けた。一方、旋回許容部５ｂは、交換アーム１０の旋回基端部を通過させるための開口部であって、その上下方向幅は、交換アーム１０の上下幅よりも若干広い程度に（工具通過部５ａよりは狭い）形成した。そして、各工具通過部５ａは、それぞれドア６にて開閉する一方、旋回許容部５ｂは、旋回カバー７とスライドカバー８とからなる閉塞カバー９にて閉塞した。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械において切削空間を覆うカバーの構造に関するものである。

従来より、工作機械５１の切削空間５２は、図４に示すようなカバー５３によって覆われている。カバー５３には、開口部５５が設けられており、開口部５５には、該開口部５５を開閉するスライド式のドア５６が設けられている。そして、工具交換装置５７は、ドア５６のスライドにより開口部５５が開放した後、交換アーム５８を旋回駆動させ、開口部５５から切削空間５２内へと交換アーム５８を差し入れて、工作機械５１の主軸５４に装着する工具（図示せず）の交換を行っていた。

また、カバーに設けられた開口部を複数のドアにて開閉するものとして、たとえば特許文献１に記載されているような工作機械のカバー構造が提案されている。特許文献１に記載の工作機械のカバー構造について図５を基に説明する。図５は、工作機械のカバー構造の平面断面説明図である。
工作機械のカバー構造では、切削空間６２を覆うカバー６３に平面「く」字状の開口部６４を設けており、該開口部６４を開閉するドアとしては、平面「く」字状の第一ドア６５と、小形の第二ドア６６とを設けている。第一ドア６５は、ガイド軸６７に沿ってスライド可能となっており、第二ドア６６は、縦軸６８を中心に回動可能となっている。そして、駆動軸６９やセクタギア７０、スプロケットホイール７１等からなるドア開閉機構７２により第一ドア６５と第二ドア６６とを同期させて開閉動作可能としている。

特開平９−３０９０４４号公報

しかしながら、図４に示すような構造では、開口部の間口を一つのドアにて開閉するため、ドアの開閉ストロークを長く取らなければならない。したがって、ドアの開閉動作に時間がかかり、迅速な加工を妨げることになる。
一方、特許文献１のような構造では、開口部を複数のドアにて開閉することで、個々のドアの開閉ストロークを短くしようとするものの、上述の如くドア開閉機構が複雑となってしまい、設備費等のコスト高を招くことになる。その上、ドア開閉機構を設置するためのスペースが必要となるため、全体としての設備の大型化を免れ得ない。

また、図４や図５に示すような従来の構造では、開口させる必要のない部分（開口部の上部や下部といった工具通過部分以外の部分、交換アームの軸線上部分）までも開口部として開口させる構造となっている。つまり、必要以上に広い面積を有する開口部を開閉させることから、当然時間のロスや加工効率の悪化といった問題を抱えていると言える。さらに、たとえ工具交換時のみ開口部を開放させる構成としたところで、開口する面積が広い以上、切粉や加工時に使用した切削液等が切削空間外へと飛散しやすいといった問題もある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、開口部を必要最小限にとどめることで、加工効率の向上等を図ることができる上、簡易な構成で実現可能な工作機械のカバー構造を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、カバーにて覆われた切削空間内に設けられた主軸と、該主軸に装着される工具を交換するため、旋回動作によって切削空間の内外に亘って移動する交換アームを有する工具交換装置とを備えた工作機械に設けられ、前記カバーに前記工具を把持した交換アームが通過可能な開口部を設けるとともに、該開口部を開閉するドアを備えてなるカバー構造であって、前記開口部を、工具を把持した前記交換アームの通過領域を残してそれ以外を閉塞した狭小形状とし、その狭小の開口部の一部または全部を前記ドアにて開閉するようにしたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、カバーに、交換アームに把持された工具が通過可能な一対の工具通過部と、該工具通過部を連結するように設けられ、前記交換アームの旋回基端部が通過する旋回許容部とからなる狭小の開口部を設け、前記工具通過部をそれぞれ開閉可能なドアを備えるとともに、前記旋回許容部を閉塞する閉塞カバーを前記交換アームに取り付けたことを特徴とする。

本発明によれば、交換アームの旋回動作と干渉する部分のみを開口部とし、ドアにて開閉するようにしている。すなわち、開口部を必要最小限としているため、ドアの開閉ストロークを短く抑えることができ、ドアの開閉時間の短縮、ひいては加工時間の短縮・迅速な加工の実現を図ることができる。また、開口部の間口の縮小化、ドアの開閉ストロークの短縮化等により、カバーを小型化することができ、ひいては工作機械全体の小型化にもなる。さらに、一の開口部に対して複数のドアを開閉させて開閉ストロークの短縮を図る構成と比べると、開閉ストロークの短縮化をより簡易な構成で実現することができ、コストダウン、使い勝手の向上等といった効果をも合わせて奏することができる。加えて、開口部を必要最小限とすることにより、工具交換時における切粉や切削液等の切削空間外への飛散を防止することができる。
また、請求項２の発明によれば、開口部を、工具通過部を連結するように旋回許容部を設けた形状とするとともに、旋回許容部を交換アームに取り付けた閉塞カバーにて閉塞する構成とした。したがって、旋回許容部は、交換アームの旋回動作に伴って自動的に開閉することになり、極めて簡易な構成で、交換アームの旋回動作と閉塞カバーの開閉動作とを同期させることができ、カバー構造のコストダウン、生産性等の一層の向上を図ることができる。加えて、旋回許容部は閉塞カバーにて覆われているため、加工時等に旋回許容部から切粉や切削液等が飛散することはない。

以下、本発明の一実施形態となる工作機械のカバー構造について図面を基に説明する。尚、本実施例においては、工作機械を、その一例である立形マシニングセンタ１として説明する。

図１は、立形マシニングセンタ１の外観（交換アーム１０等の工具交換機構は省略）を示した斜視説明図である。また、図２は、カバー３を、立形マシニングセンタ１の切削空間２側から見た斜視説明図であり、図３は、カバー３の側面説明図である。尚、図１及び２におけるＸ軸方向を左右方向、Ｚ軸方向を上下方向（垂直方向）、Ｙ軸方向を前後方向として説明する。
立形マシニングセンタ１は、Ｚ軸と平行な軸線周りに回転可能な主軸４を備えてなるものであって、該主軸４が備えられた切削空間２は、カバー３によって覆われている。該カバー３の一側面には、上下方向に幅広な矩形状に形成された二つの工具通過部５ａ、５ａを、旋回許容部５ｂにて連結した逆「凹」状の開口部５が設けられている。各工具通過部５ａは、後述の如き工具交換時に交換アーム１０に把持された工具Ｔが通過する開口部であって、工具Ｔの全長及び最大幅にあわせた矩形状に設けられている。一方、旋回許容部５ｂは、交換アーム１０が旋回する際に、交換アーム１０の旋回軸付近（旋回基端部）を通過させるための開口部であって、その上下方向幅は、交換アーム１０の上下幅よりも若干広い程度に（工具通過部５ａよりは狭い）形成されている。該旋回許容部５ｂは、工具通過部５ａ、５ａの上部同士を連結するように設けられている。

また、工具通過部５ａ、５ａには、各工具通過部５ａを開閉可能なドア６、６がそれぞれ設けられている。各ドア６は、工具通過部５ａを開放する開放位置と、工具通過部５ａを閉塞する閉塞位置との間を、Ｙ軸方向に沿ってエアシリンダ等によりスライド自在に設けられている。尚、図２は、各ドア６が開放位置にある状態を示している。

一方、カバー３の外側であって開口部５が設けられている側（カバー３の左側）には、主軸４に装着する工具Ｔの交換を行う工具交換装置１１が隣接設置されている。工具交換装置１１は、交換アーム１０を旋回可能に有する旋回ユニット１２、該旋回ユニット１２をＺ軸方向に沿って上下動させる本体１６、及び図示しない工具マガジン等を備えており、交換アーム１０の旋回動作や旋回ユニット１２のスライド動作によって主軸４に装着する工具Ｔの交換を行う。

旋回ユニット１２には、減速機構１３を介して交換アーム１０が備えられており、交換アーム１０が、旋回ユニット１２に内蔵されたモータを駆動源としてＺ軸に平行な軸を中心に旋回（水平旋回）可能となっている。また、旋回ユニット１２は、ボールねじ１７を介して本体１６と連結されており、本体１６に内蔵されたモータを駆動源として上下方向にスライド可能となっている。尚、旋回ユニット１２にはスライド体１４が設けられている一方、本体１６にはスライド体１４を案内するガイド１５がＺ軸方向と平行に配設されており、旋回ユニット１２のスライドをガイドするガイド機構としての機能を果たしている。

また、工具交換装置１１には、開口部５の旋回許容部５ｂを覆う閉塞カバー９が設けられている。該閉塞カバー９は、旋回許容部５ｂの略上半部を覆う旋回カバー７、７と、旋回許容部５ｂの略下半部を覆うスライドカバー８とからなる。旋回カバー７、７は、交換アーム１０の両側面に取り付けられており、閉塞状態においてはどちから一方の旋回カバー７が旋回許容部５ｂを閉塞する閉塞位置に位置することになる。また、旋回カバー７、７は、交換アーム１０とともに旋回及びスライド可能となっている（すなわち、交換アーム１０が旋回すると、共に旋回し、旋回ユニット１２のスライドに伴って交換アーム１０が上下方向にスライドすると、共にスライドする）。一方、スライドカバー８は、旋回ユニット１２の上部右側面（カバー３側の面）に取り付けられており、旋回ユニット１２とともにスライド可能となっている。そして、このような旋回カバー７、７とスライドカバー８とからなる閉塞カバー９により、交換アーム１０の旋回動作時以外において、カバー３の旋回許容部５ｂは閉塞されている。尚、旋回カバー７、７の上端は、交換アーム１０の上面よりも若干上方へと突出している。また、スライドカバー８の下端は、旋回許容部５ｂよりも若干下方へと突出しており、切削空間２内へと垂下されている。

ここで、上述したような立形マシニングセンタ１、及び工具交換装置１１による工具の交換動作について説明する。
図示しないＮＣ装置により工具交換の指令がなされると、まず、エアシリンダが駆動して閉塞位置にあるドア６、６を開放位置に位置させ、工具通過部５ａ、５ａを開放する。工具通過部５ａ、５ａが開放されると、交換アーム１０が９０度旋回し、一方に主軸４に装着されている工具（主軸工具）を、他方に交換用の工具（図示しない工具マガジン内の工具）を把持する。尚、この際、閉塞カバー９のうちカバー３側の旋回カバー７も交換アーム１０とともに旋回するため、自動的に旋回許容部５ｂの一部が開放されることになり、交換アーム１０は閉塞カバー９に阻害されることなく切削空間２内へと進入することができる。

次に、上記状態にて、旋回ユニット１２（及び交換アーム１０）が下方へとスライドし、主軸４に装着されている工具を下方へと引き抜く。該引き抜き時において、旋回カバー７、７はスライドカバー８に対し９０度旋回した状態で、スライドカバー８は旋回許容部５ｂの一部を閉塞した状態のまま、それぞれ旋回ユニット１２（及び交換アーム１０）とともに下方へとスライドする。
主軸４から工具を引き抜くと、交換アーム１０は１８０度旋回して、主軸工具と交換用工具との位置を入れ替える。すなわち、主軸工具を切削空間２外へと位置させる一方、切削空間２外にあった交換用工具を切削空間２内へと位置させる。したがって、主軸工具及び交換用工具が、交換アーム１０に把持された状態で工具通過部５ａ、５ａを通過することになる。

主軸工具と交換用工具とを入れ替えると、旋回ユニット１２（及び交換アーム１０）は上方へとスライドし、交換用工具を主軸４に差し込んで装着する。該装着時において、旋回カバー７、７とスライドカバー８とは、上記引き抜き時同様、旋回ユニット１２（及び交換アーム１０）とともに上方へとスライドする。
主軸４への装着が終了すると、交換アーム１０が逆回りに９０度旋回した後、エアシリンダが駆動して開放位置にあるドア６、６を閉塞位置に位置させ、工具通過部５ａ、５ａを閉塞する。尚、最後の交換アーム１０の旋回により、工具交換前とは異なる旋回カバー７が旋回許容部５ｂを閉塞する位置に位置することになる（すなわち、工具交換の前後で旋回許容部５ｂを閉塞する旋回カバー７が異なる）。
以上のようにして、工具の交換動作は行われる。尚、交換アームの旋回動作や旋回ユニットのスライド動作、ドアの開閉動作等は上記ＮＣ装置等により制御される。

上述の如く構成されるカバー構造によれば、交換アーム１０の旋回動作により工具が通過する工具通過部５ａ、５ａのみをドア６、６によって開閉する構成としている。したがって、開口部５（工具通過部５ａ）として必要とされる間口が狭くてすむため、各ドア６の開閉ストロークを短く抑えることができ、ドアの開閉時間の短縮、ひいては加工時間の短縮・迅速な加工の実現を図ることができる。また、開口部５の間口の縮小化、ドア６の開閉ストロークの短縮化等により、カバー３を小型化することができ、ひいては立形マシニングセンタ１等の装置全体の小型化にもなる。

さらに、一の開口部に対して複数のドアを開閉させる構成と比べると、開閉ストロークの短縮化をより簡易な構成で実現することができ、コストダウン、使い勝手の向上等といった効果をも合わせて奏することができる。加えて、工具交換時に必要最低限の箇所しか開放しないため、切粉や加工時に使用した切削液等の切削空間外への飛散を防止することができる。

また、開口部５を、工具通過部５ａ、５ａを連結するように旋回許容部５ｂを設けた形状としているため、該旋回許容部５ｂの位置に交換アーム１０を対応させることにより、複雑な構成・制御を要することなく交換アーム１０を自由に旋回させることができる。さらに、該旋回許容部５ｂを閉塞カバー９にて覆っているため、加工時等に旋回許容部５ｂから切粉や切削液等が飛散することはない。

さらに、交換アーム１０に取り付けた旋回カバー７、７を、旋回許容部５ｂを閉塞する閉塞カバー９としているため、旋回許容部５ｂは、交換アーム１０の旋回動作に伴って自動的に開閉することになる。つまり、交換アーム１０の旋回動作と閉塞カバー９の開閉動作との同期を、極めて簡易な構成で実現可能とした非常に合理的な構成となっている。加えて、閉塞カバー９を旋回カバー７、７とスライドカバー８とで構成することにより、交換アーム１０の旋回動作時における旋回許容部５ｂの開放部分を極めて狭く抑えることができ、旋回カバー７、７を小型化することができる。したがって、切粉や切削液等の飛散を確実に防止することができる上、旋回カバー７、７の大型化により交換アーム１０動作用のモータ等を大型化しなければならない、交換アームの旋回動作が遅くなるといった諸問題を引き起こす心配がない。

なお、本発明のカバー構造の構成は、上記実施の形態に記載した態様に何ら限定されるものではなく、カバー、工作機械、工具交換機構等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施の形態では、工具通過部を開閉するドアをＹ軸方向に沿ってスライド可能に設置しているが、Ｚ軸方向にスライドさせるようにしてもよいし、ＹＺ平面内で斜め方向にスライドさせるようにしても何ら問題はない。また、スライドにより開閉するのではなく、旋回動作により開口部を開閉するようにドアを構成することも当然可能である。

また、上記実施の形態では、工作機械を立形マシニングセンタとして説明しているが、本発明に係るカバー構造は横形マシニングセンタ等に対しても当然適用可能であって、工具通過部や旋回許容部等の位置や形状を、工具交換アームの形状や動作にしたがって適宜変更してやればよい。

さらに、上記実施の形態では、閉塞カバーを旋回カバーとスライドカバーとにより構成しているが、閉塞カバーを旋回カバーのみによって構成することも当然可能である。

立形マシニングセンタの外観を示した斜視説明図である。 カバーを、立形マシニングセンタの切削空間側から見た斜視説明図である。 カバーの側面説明図である。 従来のカバー構造を示した斜視説明図である。 従来のカバー構造を示した平面断面説明図である。

符号の説明

１・・立形マシニングセンタ、２・・切削空間、３・・カバー、４・・主軸、５・・開口部、５ａ・・工具通過部、５ｂ・・旋回許容部、６・・ドア、７・・旋回カバー、８・・スライドカバー、９・・閉塞カバー、１０・・交換アーム、１１・・工具交換装置、１２・・旋回ユニット、１３・・減速機構、１４・・スライド体、１５・・ガイド、１６・・本体、１７・・ボールねじ、Ｔ・・工具。

Claims (2)

1. カバーにて覆われた切削空間内に設けられた主軸と、該主軸に装着される工具を交換するため、旋回動作によって切削空間の内外に亘って移動する交換アームを有する工具交換装置とを備えた工作機械に設けられ、前記カバーに前記工具を把持した交換アームが通過可能な開口部を設けるとともに、該開口部を開閉するドアを備えてなるカバー構造であって、
   前記開口部を、工具を把持した前記交換アームの通過領域を残してそれ以外を閉塞した狭小形状とし、その狭小の開口部の一部または全部を前記ドアにて開閉するようにしたことを特徴とする工作機械のカバー構造。
2. カバーに、交換アームに把持された工具が通過可能な一対の工具通過部と、該工具通過部を連結するように設けられ、前記交換アームの旋回基端部が通過する旋回許容部とからなる狭小の開口部を設け、
   前記工具通過部をそれぞれ開閉可能なドアを備えるとともに、前記旋回許容部を閉塞する閉塞カバーを前記交換アームに取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械のカバー構造。

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