JP2007175819A - 側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置及びその自動工具交換方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】両側が立壁で囲まれる立型マシニングセンタにおいて、ツールマガジン側と主軸との間でツール自動交換を迅促、かつ効率的に行うコンパクト構造の、側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置及びその自動工具交換方法を提供する。
【解決手段】本発明の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置は、ツールマガジン２側と主軸６との間に水平方向に沿って介設され、そのツール回動機構部１がツールマガジン２側と主軸３との間で往復動する。このツール回動機構部１にはツールアームを９０°及び１８０°回動する回動手段が収納されると共に、この移動に同期して開閉扉５の開閉が行われる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置は、ツールマガジン２側と主軸６との間に水平方向に沿って介設され、そのツール回動機構部１がツールマガジン２側と主軸３との間で往復動する。このツール回動機構部１にはツールアームを９０°及び１８０°回動する回動手段が収納されると共に、この移動に同期して開閉扉５の開閉が行われる。
【選択図】図１
Description
本発明は、側壁を有するために機械の側面側からの自動工具交換のできない立型マシニングセンタにおける自動工具交換装置及び方法に係り、特に、全体がコンパクトにまとめられ、ツールの自動工具交換効率の高い側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置及びその自動工具交換方法に関する。
マシニングセンタとしては各種型式のものがあるが、本発明のように両側を立壁で囲まれた立型マシニングセンタがある。このものは、全体として高剛性のため、高精度加工ができ高寿命のメリットがあり、最近数多く使用されてきている。その一例として「特許文献１」が挙げられる。
特開平１−１４６６３１号（第１図乃至第３図）
「特許文献１」の特開平１−１４６６３１号の「立型工作機械」はその第１図に示すようにその両側を直立側壁（１４）で囲まれたものからなる。そのため、第２図及び第３図に示されているように、主軸（２６）へ工具を受渡しする工具マガジン（３６）等を側面に配置することが出来ず、主軸（２６）の後方に配置し、この工具マガジン（３６）と主軸（２６）との間に図略の自動工具交換装置を配置する型式のものとなる。しかしながら、この「特許文献１」には自動工具交換装置が開示されておらず、他のこの型式の従来技術にも本発明の如き自動工具交換装置を開示するものは見当らない。
一方、自動工具交換装置としては、ツールマガジン側と主軸側との間でツールを迅促に、かつ効率的に交換できることが重要な課題であり、全体構造も極力コンパクトにまとめられることが望ましい。更に、自動工具交換装置側と主軸との間に仕切壁等を用意し、加工中に切粉等が自動工具交換装置側に侵入しないことが要請される。
一方、自動工具交換装置としては、ツールマガジン側と主軸側との間でツールを迅促に、かつ効率的に交換できることが重要な課題であり、全体構造も極力コンパクトにまとめられることが望ましい。更に、自動工具交換装置側と主軸との間に仕切壁等を用意し、加工中に切粉等が自動工具交換装置側に侵入しないことが要請される。
本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、立壁で囲まれる立型マシニングセンタに適用され、コンパクトにまとめられ、ツールの自動交換が迅速に、かつ効率的に行われ、加工中に自動工具交換装置側への切粉等の侵入のない側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置及びその自動工具交換方法を提供することを目的とする。
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、両側が立壁で囲まれる立型マシニングセンタにおける自動工具交換装置であって、該装置は、ツールアームを有するツール移動機構部と、水平方向に沿って配置されるツールマガジンの保持するツールを前記ツール移動機構部のツールアームに受け渡しするツール受渡し機構部と、ツールが挿脱される主軸と前記ツール移動機構部とを仕切る開閉扉と、前記機構部を同期制御する制御部とを有するものからなり、前記ツール移動機構部は、装置の固定側に水平方向に沿って摺動可能に支持される移動プレートと、該移動プレートの前記主軸側の一端縁に立設される筒状体と、前記移動プレートの移動手段とを有し、前記筒状体内及び移動プレート内には前記ツールアームを９０°及び１８０°回動する回動手段が収納され、前記開閉扉は前記ツール回動機構部の主軸側への移動に同期して開閉すべく形成されることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、前記ツールアームは、ツール把持部を少なくとも２本有するものからなり、前記ツール把持部は９０°間隔で配置されることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、前記回動手段は、前記ツール回動機構部の静止時に前記ツールアームを９０°回動する９０°回動手段と、前記ツール回動機構部の主軸側への移動に伴って前記ツールアームを１８０°回動する１８０°回動手段とを有することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３に記載の「側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置」によりツール交換を行うツール交換方法であって、該方法は、主軸側（Ｂ位置）から原位置（Ａ位置）に戻ったツール回動機構部のツールアームの前記移動プレートの移動方向に沿って配置されているツール把持部で新しいツールを把持し、これから９０°離れている他のツール把持部で使用済のツールを把持し開閉扉が閉止されている第１のステップと、前記９０°回動手段を動作して前記ツールアームを９０°回動し、前記他のツール把持部の使用済のツールを前記ツールマガジン側に返却する第２のステップと、前記ツール回動機構部を主軸側（Ｂ位置）に移動し、前記ツールアームの１８０°回動と開閉扉の開放を行い、前記他のツール把持部で使用済のツールを主軸側から受け取る第３のステップと、この状態で９０°回動手段を動作してツールアームを９０°回動しこのツール把持部にある新しいツールを主軸側に挿入する第４のステップと、Ｂ位置からＡ位置に前記ツール回動機構部を移動し、前記ツールアームの１８０°回動と開閉扉の閉止を行う第５のステップとを繰返し行うことを特徴とする。
本発明の請求項１の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置によれば、ツール受渡し機構部によりツールマガジン側から受渡しされたツールは９０°回動可能なツール回動機構部により所望の方向にツールアームが回動されると共にこのツール回動機構部の主軸側への移動により１８０°回動されながら主軸側で使用済のツールを引き取り可能な形にツールアームをセットすることができ、更にその位置で９０°回動することにより主軸側との新旧ツールの交換が可能となり、ツールの自動交換が極めて迅促に行われる。更に、以上の動作に同期して開閉扉の開閉が自動的に行われる。なお、以上の動作は制御部により自動制御される。
また、請求項２の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置によれば、ツールアームはツール把持部を少なくとも２本有するものからなり、９０°間隔にセットされるためツールの受取りや交換が９０°及び１８０°の回動により円滑に行われる。
また、請求項３の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置によれば、ツールアームの９０°回動と１８０°回動とが、ツール回動機構部の９０°回動手段と１８０°回動手段とにより静止時と移動時に選択的に自動動作されるため、迅速、かつ効率的のツール交換ができる。
また、請求項４の側壁を有する立型マシニングセンタにおける自動工具交換方法によれば、その第１ステップから第５ステップまでを繰返し、自動的に行うことができ、迅促、かつ効率的なツール交換が行われる。
以下、本発明の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置及びその自動工具交換方法の実施の形態を図面を参照して詳述する。図１乃至図５は本発明の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置の構造を説明するための図面であり、図６乃至図１０は本発明の自動工具交換装置によるツールの交換方法を説明するための図面である。
まず、図１は本発明の自動工具交換装置の全体構造を説明する平面図であり、図２は主にツール回動機構部の構造とツール受渡し機構部を説明する側断面図であり、図３はツール回動機構部の１８０°回動手段の詳細構造を説明する平面図であり、図４，図５は開閉扉の自動開閉構造を説明する正面図及び平面図である。
以下、各図を用いて側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置の詳細構造を説明する。
以下、各図を用いて側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置の詳細構造を説明する。
図１及び図２において、ツール回動機構部１、ツールマガジン２側に対し最も近接したスタート位置（Ａ位置）にあり、ツール３はツール受渡し機構部４（図２に示す）によりツールマガジン２側からツール回動機構部１側に受渡し又は引き出される。また、開閉扉５はツール回動機構部１がＡ位置にある場合は閉止され、主軸６のあるＢ位置から仕切られた状態にある。
ツール回動機構部１は、装置の固定側７に対してガイドレール８及び案内具８ａ（図３及び図４に示す）により摺動可能に支持され水平方向に沿って配置される移動プレート９と、図１及び図２に示すように、この移動プレート９の左端に立設する筒状体１０を有するものからなる。なお、以上の移動プレート９及び筒状体１０内には、９０°回動手段１１や１８０°回動手段１２等が収納される。また、移動プレート９を移動（往復動）させるための移動手段としては本実施例ではシリンダ１３が用いられ、シリンダ１３の基端側は装置の固定側７に固定され、先端側は移動プレート９の右端側に固定される。なお、移動プレート９と固定側７との間にはストッパ３２，３３が設けられている。また、スプリング３４も介設される。
ツールアーム１４は、本実施例ではツール把持部１５，１５を有するものからなり筒状体１０内に収納されて立設するツールアーム回動軸１６に支持される。なお、２つのツール把持部１５，１５は９０°間隔で配置される。
ツール受渡し機構部４は、図２に示すようにツールマガジン２側に基端側を固定されるシリンダ１７と、摺動ロッド１８の先端に固定されてツール３の把持とその開放を行う把持爪部１９からなり、ツール３はツールマガジン２からツール回動機構部１におけるツールアーム１４のツール把持部１５に受渡し又は引き取りされる。
９０°回転手段１１はツールアーム回動軸１６に連結されるエアシリンダ２０によって行われる。一方、１８０°回動手段１２はエアシリンダ２０のケース２１に連結される筒体２２と、この筒体２２に連結される小歯車２３及び図３において詳しく説明する歯車及びカム・アーム機構２４等とからなる。なお、筒体２２は移動プレート９側に枢支される。
次に、前記の歯車及びカム・アーム機構２４について、主に図２及び図３により説明する。
移動プレート９には小歯車２３に噛合する大歯車２５が枢支される。この大歯車２５は図３に示すように右端側が直線状にカットされた略半円状の形態のものからなり、その右端側の上方側にはピンジョイント２６を介してリンクロッド２７の一端側が連結される。また、このリンクロッド２７の他端側はアーム２８の先端にピンジョイント２９を介して連結される。また、アーム２８の基端側にはカムフロア３０が枢支され、このカムフロア３０は装置の固定側７に凹設されるカム溝３１に挿入される。このカム溝３１は図３に示すような曲線溝からなり、カムフロア３０がカム溝３１に沿って移動するとアーム２８とリンク２７が回動しながら移動し、大歯車２５が回動し、これに噛合している小歯車２３を１８０°だけ回動するように形成されている。
移動プレート９には小歯車２３に噛合する大歯車２５が枢支される。この大歯車２５は図３に示すように右端側が直線状にカットされた略半円状の形態のものからなり、その右端側の上方側にはピンジョイント２６を介してリンクロッド２７の一端側が連結される。また、このリンクロッド２７の他端側はアーム２８の先端にピンジョイント２９を介して連結される。また、アーム２８の基端側にはカムフロア３０が枢支され、このカムフロア３０は装置の固定側７に凹設されるカム溝３１に挿入される。このカム溝３１は図３に示すような曲線溝からなり、カムフロア３０がカム溝３１に沿って移動するとアーム２８とリンク２７が回動しながら移動し、大歯車２５が回動し、これに噛合している小歯車２３を１８０°だけ回動するように形成されている。
以上の構造により、シリンダ１３により移動プレート９をＡ位置からＢ位置に移動させると、前記の歯車及びカム・アーム機構２４によりツールアーム回動軸１６は１８０°回動することになり、移動プレート９の静止状態でエアシリンダ２０を作動することによりツールアーム回動軸１６は９０°回動することになる。
次に、開閉扉５の開閉機構を図１，図４，図５により説明する。
図１及び図５に示すように、装置の固定側７には一対のブラケット３５，３５が固定され、このブラケット３５，３５間にはカムロッド３６が枢支される。なお、カムロッド３６は軸線方向の移動を拘束され、開閉扉５側にはみ出た部分には開閉扉用アーム３７の基端側が固定される。また、この開閉扉用アーム３７の先端には開閉扉５に連結されるピン駒３８が設けられている。一方、移動プレート９にはカムロッド３６に係合するガイドブラケット３９が固定される。一方、カムロッド３６には図５に示すような傾斜部を有するカム溝４０が軸線方向に沿って凹設され、このカム溝４０にはガイドブラケット３９に固定されるカムフロア４１が挿入される。
以上の構造により、移動プレート９を移動させるとガイドブラケット３９のカムフロア４１がカム溝４０に沿って移動しようとするため、カムロッド３６側に回動し、その結果、開閉扉用アーム３７を図４に示すように回動させる。これによって、開閉扉５の開放及び閉止が行われることになる。
図１及び図５に示すように、装置の固定側７には一対のブラケット３５，３５が固定され、このブラケット３５，３５間にはカムロッド３６が枢支される。なお、カムロッド３６は軸線方向の移動を拘束され、開閉扉５側にはみ出た部分には開閉扉用アーム３７の基端側が固定される。また、この開閉扉用アーム３７の先端には開閉扉５に連結されるピン駒３８が設けられている。一方、移動プレート９にはカムロッド３６に係合するガイドブラケット３９が固定される。一方、カムロッド３６には図５に示すような傾斜部を有するカム溝４０が軸線方向に沿って凹設され、このカム溝４０にはガイドブラケット３９に固定されるカムフロア４１が挿入される。
以上の構造により、移動プレート９を移動させるとガイドブラケット３９のカムフロア４１がカム溝４０に沿って移動しようとするため、カムロッド３６側に回動し、その結果、開閉扉用アーム３７を図４に示すように回動させる。これによって、開閉扉５の開放及び閉止が行われることになる。
次に、以上の構造の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置によるツール３の自動交換方法を図６乃至図１０により説明する。まず、図６はツール回動機構部１がＡ位置側に戻り、ツールアーム１４の１つのツール把持部１５（説明の都合上１５ａとする）がツール無しの状態でツールマガジン２側に係合し、新しいツール３を把持し、他のツール把持部１５（説明の都合上１５ｂ）に使用済のツール３（説明の都合上３ａという）を把持している状態を示す。この場合、開閉扉５は閉止状態にある。
次に、図６のそのままの状態で９０°回動手段１１を動作し、ツールアーム１４を矢印で示す右回転方向に９０°回動した状態が図７に示されている。即ち、ツール把持部１５ａには新しいツール３が把持され、ツール把持部１５ｂの使用済のツール３ａはツールマガジン２側に返却された状態が示されている。この場合も、開閉扉５は閉止状態にある。
図８は、図７の状態にあったツール回動機構部１をＢ位置側に移動した状態を示す。この場合、ツールアーム１４は矢印で示す左回転方向に１８０°回動して主軸６と係合する状態となる。図示のように、ツール３を把持していないツール把持部１５ｂが主軸６と係合する位置に位置付けられ、使用済のツール３ａを主軸６から受け取り、新しいツール３を把持しているツール把持部１５ａはツール把持部１５ｂに対し９０°だけずれた位置にある。この状態では、開閉扉５は開放される。
図９は、図８の状態にあったツールアーム１４を矢印で示す左回転方向に９０°回動した状態を示す。この状態では、新しいツール３を把持したツール把持部１５ａが主軸６と係合する位置に位置付けられ、新しいツール３を主軸６に供給し、ツール把持部１５ｂは使用済のツール３ａを把持している。この状態では、開閉扉５は開放状態にある。
図１０は、図９の状態にあったツール回動機構部１をＡ位置側に移動した状態を示す。このツール回動機構部１の移動に伴ってツールアーム１４は矢印で示す右回転方向に１８０°回動し、新しいツール３を主軸６に供給したツール把持部１５ａはツール無しの状態でツールマガジン２側と係合し、別の新しいツールを受け取ることになり、ツール把持部１５ｂには前記使用済のツール３ａが把持されている状態となる。この場合、開閉扉５は閉止される。図１０は図６の状態と同一であり、以下、同様の動作が繰返し行われる。
主軸６に新しいツール３が挿着された時点で、その新しいツール３による加工がスタートするが、これに先立ってツール回動機構部１は図１０の状態となるため、主軸６側とツール回動機構部１側とは開閉扉５により遮断され、加工に伴う切粉がツール回動機構部１側には侵入しない。
主軸６に新しいツール３が挿着された時点で、その新しいツール３による加工がスタートするが、これに先立ってツール回動機構部１は図１０の状態となるため、主軸６側とツール回動機構部１側とは開閉扉５により遮断され、加工に伴う切粉がツール回動機構部１側には侵入しない。
本発明に係る側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置及びその自動工具交換方法は、以上の説明によって明らかであるが、その構成要素については前記の説明のものに限定するものではなく、同一技術的範疇のものが適用されることは勿論である。
本発明による側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置及びその自動工具交換方法は、前記のように立壁で囲まれる立型マシニングセンタにおける自動工具交換装置及びその方法を示したものであるが、勿論この型式のものに限定するものではなく、他の型式のマシニングセンタにも適用可能であり、その利用範囲は広い。
１ ツール回動機構部
２ ツールマガジン
３ ツール
３ａ ツール
４ ツール受渡し機構部
５ 開閉扉
６ 主軸
７ 固定側
８ ガイドレール
８ａ 案内具
９ 移動プレート
１０ 筒状体
１１ ９０°回動手段
１２ １８０°回動手段
１３ シリンダ
１４ ツールアーム
１５ ツール把持部
１５ａ ツール把持部
１５ｂ ツール把持部
１６ ツールアーム回動軸
１７ シリンダ
１８ 摺動ロッド
１９ 把持爪部
２０ エアシリンダ
２１ ケース
２２ 筒体
２３ 小歯車
２４ 歯車及びカム・アーム機構部
２５ 大歯車
２６ ピンジョイント
２７ リンクロッド
２８ アーム
２９ ピンジョイント
３０ カムフロア
３１ カム溝
３２ ストッパ
３３ ストッパ
３４ スプリング
３５ ブラケット
３６ カムロッド
３７ 開閉扉用アーム
３８ ピン駒
３９ ガイドブラケット
４０ カム軸
４１ カムフロア
２ ツールマガジン
３ ツール
３ａ ツール
４ ツール受渡し機構部
５ 開閉扉
６ 主軸
７ 固定側
８ ガイドレール
８ａ 案内具
９ 移動プレート
１０ 筒状体
１１ ９０°回動手段
１２ １８０°回動手段
１３ シリンダ
１４ ツールアーム
１５ ツール把持部
１５ａ ツール把持部
１５ｂ ツール把持部
１６ ツールアーム回動軸
１７ シリンダ
１８ 摺動ロッド
１９ 把持爪部
２０ エアシリンダ
２１ ケース
２２ 筒体
２３ 小歯車
２４ 歯車及びカム・アーム機構部
２５ 大歯車
２６ ピンジョイント
２７ リンクロッド
２８ アーム
２９ ピンジョイント
３０ カムフロア
３１ カム溝
３２ ストッパ
３３ ストッパ
３４ スプリング
３５ ブラケット
３６ カムロッド
３７ 開閉扉用アーム
３８ ピン駒
３９ ガイドブラケット
４０ カム軸
４１ カムフロア
Claims (4)
- 両側が立壁で囲まれる立型マシニングセンタにおける自動工具交換装置であって、該装置は、ツールアームを有するツール移動機構部と、水平方向に沿って配置されるツールマガジンの保持するツールを前記ツール移動機構部のツールアームに受け渡しするツール受渡し機構部と、ツールが挿脱される主軸と前記ツール移動機構部とを仕切る開閉扉と、前記機構部を同期制御する制御部とを有するものからなり、前記ツール移動機構部は、装置の固定側に水平方向に沿って摺動可能に支持される移動プレートと、該移動プレートの前記主軸側の一端縁に立設される筒状体と、前記移動プレートの移動手段とを有し、前記筒状体内及び移動プレート内には前記ツールアームを９０°及び１８０°回動する回動手段が収納され、前記開閉扉は前記ツール回動機構部の主軸側への移動に同期して開閉すべく形成されることを特徴とする側壁を有するマシニングセンタの自動工具交換装置。
- 前記ツールアームは、ツール把持部を少なくとも２本有するものからなり、前記ツール把持部は９０°間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置。
- 前記回動手段は、前記ツール回動機構部の静止時に前記ツールアームを９０°回動する９０°回動手段と、前記ツール回動機構部の主軸側への移動に伴って前記ツールアームを１８０°回動する１８０°回動手段とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置。
- 請求項１乃至３に記載の「側壁を有する立型マシニングセンタの自動工具交換装置」によりツール交換を行うツール交換方法であって、該方法は、主軸側（Ｂ位置）から原位置（Ａ位置）に戻ったツール回動機構部のツールアームの前記移動プレートの移動方向に沿って配置されているツール把持部で新しいツールを把持し、これから９０°離れている他のツール把持部で使用済のツールを把持し開閉扉が閉止されている第１のステップと、前記９０°回動手段を動作して前記ツールアームを９０°回動し、前記他のツール把持部の使用済のツールを前記ツールマガジン側に返却する第２のステップと、前記ツール回動機構部を主軸側（Ｂ位置）に移動し、前記ツールアームの１８０°回動と開閉扉の開放を行い、前記他のツール把持部で使用済のツールを主軸側から受け取る第３のステップと、この状態で９０°回動手段を動作してツールアームを９０°回動しこのツール把持部にある新しいツールを主軸側に挿入する第４のステップと、Ｂ位置からＡ位置に前記ツール回動機構部を移動し、前記ツールアームの１８０°回動と開閉扉の閉止を行う第５のステップとを繰返し行うことを特徴とする側壁を有する立型マシニングセンタにおける自動工具交換方法。
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|---|---|---|---|
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