JP2008110425A - 工具マガジン及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ配置及びＺ配置の双方で使用できる工具マガジン及び該工具マガジンを備えた工作機械を提供する。
【解決手段】工具マガジン１１は、略直方体を形成するフレーム１３と、フレーム１３で画定される領域内に配置されるマトリックスマガジン１５と、マトリックスマガジン１５に対して工具１７を収容可能な工具ポット１９の授受を行うキャリア２１とを具備している。キャリア２１が一時保管装置又はサブアーム装置と工具ポットの受渡しを行う工具ポット受渡し位置４１は、工具マガジン１１のフレーム１３で画定される領域の外側に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、広くは工作機械の工具マガジンに関し、特には工作機械に対する工具マガジンの配置を容易に変更するための構成に関する。

一般に、マシニングセンタ、旋盤、研削盤等の工作機械は、ワークに種々の加工を施すために複数の工具を格納する工具マガジンを有する。格納する工具数の増加や加工サイクル短縮の要請に伴い、工具マガジンにも種々の改良がなされている。例えば特許文献１に記載の技術（第１の従来技術）では、固定されたラックに工具を格納する工具マガジンが使用される。この工具マガジンは、ラックを固定式とし、さらにラックの配列ピッチを工具の径寸法に合わせて最小化しており、フロアスペース及びロボット走行時間の低減が図られている。

また特許文献２に記載の技術（第２の従来技術）では、工具の清掃ステップを導入して、工作機械に対する工具装着精度の向上を図った工作機械が使用される。この工作機械では、昇降可能な回転ブラシを備えた清掃器を使用することにより、工具数の増大及び高精度化への対応が図られている。

特開平１１−５８１６２号 特開２００３−３４０６６９号

工具マガジンを含む工作機械の配置は、設置スペースの形状や広さからの制約を受けることが多い。例えば図６に概略示すように、一般に平面視で矩形の工具マガジン１０２は、その長辺がＺ軸方向（図６では上下方向）に沿うように工作機械１００の側部に配置される（以降、これをＺ配置と称する）。これは、横方向（Ｘ軸方向）の設置寸法を短くできるからである。

ここで、例えば工作機械１００の移設等により新たな設置スペースに余裕がなくなった場合、図７に示すように、工具マガジンを、その長辺がＸ軸方向に沿うように工作機械１００の側部に配置される必要が生じる（以降、これをＸ配置と称する）。しかし、図６に示すようにＺ配置で使用した上述の工具マガジン１０２は通常その四隅に立設されたフレーム１０８を有しているため、このフレームと工作機械１００の本体との干渉により工具マガジン１０２をＸ配置に転用することはできない。従って工具マガジン１０２よりも長辺が短い工具マガジン１０２′をＸ配置専用として別途作製する必要があり、非効率的であるという問題があった。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、Ｘ配置及びＺ配置の双方で使用できる工具マガジン及び該工具マガジンを備えた工作機械を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するため、フレームと、前記フレームで画定された領域内に設置され、工具を収納するマトリックスマガジンと、前記マトリックスマガジンに対して可動であり、前記マトリックスマガジンに対して工具の受渡しを行うキャリアとを有する工具マガジンにおいて、前記キャリアが、前記フレームで画定される領域から突出するキャリア案内部材によって該領域の外側まで工具を移動可能に構成される工具マガジンが提供される。

また、上記工具マガジンと、工具を装着してワークとの間で相対移動する主軸とを有し、前記工具マガジンを前記キャリアが把持した工具の軸線方向が前記主軸の軸線方向と略平行となるように配置した工作機械において、前記工具マガジンの前記フレームで画定される領域外に配置され、前記キャリアに対して工具の受渡しを行う一時保管装置と、前記一時保管装置と前記主軸との間で工具を交換する工具交換アームと、を具備する工作機械が提供される。

さらに、上記工具マガジンと、工具を装着してワークとの間で相対移動する主軸とを有し、前記工具マガジンを前記キャリアが把持した工具の軸線方向が前記主軸の軸線方向と略直交するように配置した工作機械において、前記工具マガジンの前記フレームで画定される領域外に配置され、前記キャリアに対して工具の受渡しを行うサブアーム装置と、前記サブアーム装置と前記主軸との間で工具を交換する工具交換アームと、を具備し、前記サブアーム装置は、前記キャリアと工具の受渡しを行う第１の位置と、前記工具交換アームと工具の受渡しを行う第２の位置との間を移動可能に構成されたサブアームを有し、前記サブアームは前記第１の位置と前記第２の位置とで保持する工具の向きを変えるように構成される工作機械が提供される。

本発明に係る工具マガジンは、キャリアがフレームで画定される領域の外側まで移動するように構成したので、キャリアが工作機械の工具交換アーム等の工具受渡し先に接近することができる。従って同一の構成の工具マガジンを、工作機械に対しＸ配置及びＺ配置の双方にて使用することができる。例えば、工作機械の設置スペースの形状に合わせて工具マガジンの配置を選択することができ、供給者及び使用者の双方にとって極めて有利である。

具体的には、工作機械が、キャリアに対して工具の受渡しを行う一時保管装置と、一時保管装置と主軸との間で工具を交換する工具交換アームとを備えることにより、工具マガジンをＸ配置にて使用することができる。

また、工作機械が、キャリアに対して工具の受渡しを行うサブアーム装置と、サブアーム装置と主軸との間で工具を交換する工具交換アームとを備えることにより、工具マガジンをＺ配置にて使用することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る工具マガジン１１の正面図である。工具マガジン１１は、略直方体を形成するフレーム１３と、フレーム１３で画定される領域内に配置されるマトリックスマガジン１５と、マトリックスマガジン１５に対して、工具１７を収容可能な工具ポット１９の受渡しを行うキャリア２１とを具備している。マトリックスマガジン１５は、各々が工具ポット１９を収納できるように形成された複数のコの字状の切欠き、すなわち工具ポット収納部２３を有する。またマトリックスマガジン１５が有するコの字状の切欠きのうち、最も左下に位置するものは工具差替え位置２５として使用され、工具差替え位置２５の近傍に設けられたドア２７を開くことによって工具の搬入、搬出が可能になる。

キャリア２１は、マトリックスマガジン１５の工具ポット収納部２３に対して受渡しすべき工具ポット１９を把持する例えば油圧開閉式のポットクランパ３１と、ポットクランパ３１を移動可能に支持するキャリア本体２９とを有し、ポットクランパ３１は工具ポット１９を把持した状態で鉛直方向（ここではＹ方向とする）に移動可能に構成される。またキャリア２１は、キャリア本体２９の上部及び下部にそれぞれリニアガイド３７及び３９を有する。リニアガイド３７及び３９は、フレーム１３に設けられて略水平かつ互いに平行に延びるキャリア案内部材すなわち上レール３３及び下レール３５にそれぞれ係合し、これによりキャリア本体２９は水平方向（ここではＸ方向とする）に移動可能である。図１に示すように、上レール３３及び下レール３５はフレーム１３よりもさらにＸ方向に突出しているので、キャリア２１は後述する工具交換アームと工具ポットの受渡しを行う工具ポット受渡し位置４１まで工具ポット１９を運ぶことができる。またポットクランパ３１は、工具の軸線方向（ここではＺ方向とする）に移動可能に構成され、工具とマトリックスマガジンが干渉しない位置までＺ方向に移動させてから、Ｘ方向及びＹ方向に移動させてもよい。工具ポット受渡し位置４１は、図示するようにフレーム１３で画定される領域の外側に位置する。尚、ポットクランパ３１のＹ方向の移動、キャリア本体のＸ方向の移動及びポットクランパ３１のＺ方向の移動は、図示しない周知の位置決め可能な駆動手段が用いられている。

図２及び図３はそれぞれ、第１の実施の形態、すなわち図１の工具マガジン１１を横形（主軸の軸線方向が水平）の工作機械５１に隣接配置した形態を示す概略平面図及び部分正面図である。工作機械５１は、図３に示すように、床面に設置されるベッド５３と、ベッド５３上にあってベッド５３に対してＺ軸方向に移動可能に構成されるパレット取付台５５と、パレット取付台５５に支持され、加工すべきワーク５７を保持するパレット５９とを具備している。工作機械５１はまた、図示しないコラム等によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持された主軸頭６１と、主軸頭に回転可能に支持された主軸６３とを具備し、主軸６３の先端に装着された工具（図示せず）とパレット取付台５５とを相対移動させることによりワーク５７の加工を行う。

工作機械５１は、上述の工具ポット受渡し位置４１に工具ポットの一時保管装置６５と、一時保管装置６５と主軸６３との間で工具交換を行う工具交換アーム（以降、ＡＴＣアームと略称する）６７とを具備する。ＡＴＣアーム６７は、軸６８の回りを回転可能に構成され、一時保管装置６５がキャリア２１から受取って把持している工具ポット１９の工具１７を受取って主軸６３に渡すことができ、逆に主軸６３に装着されている工具を受取って一時保管装置６５が把持している工具ポット１９に工具を渡すこともできる。なお主軸頭６１とＡＴＣアーム６７との間には開閉可能なシャッタ６９が設けられ、シャッタ６９は、加工中はクーラントや切屑の飛散を防止するために閉じられ、ＡＴＣアームによる工具交換を行うときには開かれる。この第１の実施の形態では、工具マガジン１１、一時保管装置６５及びＡＴＣアーム６７によって工具交換装置が構成される。

なお本願明細書で説明する実施の形態はいずれも、工作機械の主軸の軸線方向がＺ軸に平行であるものとし、さらに、図２に示すようなキャリアがフレーム１３からＸ軸方向に突出する工具マガジン１１の配置をＸ配置と称し、また後述する図４に示すようなキャリアがフレーム１３からＺ軸方向に突出する工具マガジン１１の配置をＺ配置と称するものとする。

図４及び図５はそれぞれ、図１の工具マガジン１１をＺ配置にて工作機械５１に適用した場合を示す平面図及び部分拡大平面図である。Ｚ配置では、工具が、主軸に装着される状態から平面視で９０°傾いた状態でキャリアによって運ばれてくるので、ＡＴＣアーム６７にて工具を保持する前に工具ポットを所望の向きに角度変更（この場合は９０°旋回）させる装置が必要となる。この目的のためのサブアーム装置７１は、図５に示すように、揺動軸７３の回りを図示しないシリンダ等により揺動可能な揺動アーム７５を有し、さらにキャリア２１から受取った工具ポット１９を把持する例えば油圧開閉式のポットグリッパ７７を揺動アーム７５の先端に有する。揺動アーム７５は、工具ポット受渡し位置４１においてキャリア２１と工具ポット１９の受渡しを行う第１の位置（２点鎖線で図示）と、ＡＴＣアーム６７と工具１７の受渡しを行う第２の位置（実線で図示）との間を揺動可能に構成される。

なおこのＺ配置では、Ｘ配置の場合に設けられる一時保管装置６５は不要となる。すなわち、上述の第１の実施の形態（Ｘ配置）では工具マガジン１１、一時保管装置６５及びＡＴＣアーム６７によって工具交換装置が構成されたのに対し、第２の実施の形態（Ｚ配置）では、工具マガジン１１、サブアーム装置７１及びＡＴＣアーム６７によって工具交換装置が構成される。

本発明の特徴は、図３及び図５に示すように、キャリア２１が一時保管装置６５又はサブアーム装置７１と工具ポットの受渡しを行う工具ポット受渡し位置４１が、工具マガジン１１のフレーム１３で画定される領域の外側に位置していることである。逆に言えば、要求されるキャリアの可動範囲を確保した上でフレーム１３が従来のものより引き込んだ位置に配置される。従って、工具マガジン１１をＺ配置からＸ配置に変更したときに、キャリア２１が一時保管装置６５及びＡＴＣアーム６７に接近することができ、故にＸ配置とＺ配置とで工具マガジンを別々に用意する必要はなく、工具マガジンを兼用品として使用することができる。

本発明による工具マガジンの実施の形態を示す正面図である。 工具マガジンを工作機械に対しＸ配置した構成を示す概略平面図である。 図２の構成をＺ軸方向にみた部分正面図である。 工具マガジンを工作機械に対しＺ配置した構成を示す概略平面図である。 図４の構成が含むサブアーム装置周りの部分拡大平面図である。 従来の工具マガジンを工作機械に対しＺ配置した構成を示す概略平面図である。 従来の工具マガジンを工作機械に対しＸ配置した構成を示す概略平面図である。

符号の説明

１１ 工具マガジン
１３ フレーム
１５ マトリックスマガジン
１７ 工具
１９ 工具ポット
２１ キャリア
３３ 上レール
３５ 下レール
４１ 工具ポット受渡し位置
５１ 工作機械
６３ 主軸
６５ 一時保管装置
６７ ＡＴＣアーム
６９ シャッタ
７１ サブアーム装置
７５ 揺動アーム

Claims (3)

1. フレームと、前記フレームで画定された領域内に設置され、工具を収納するマトリックスマガジンと、前記マトリックスマガジンに対して可動であり、前記マトリックスマガジンに対して工具の受渡しを行うキャリアとを有する工具マガジンにおいて、
   前記キャリアが、前記フレームで画定される領域から突出するキャリア案内部材によって該領域の外側まで工具を移動可能に構成されることを特徴とした工具マガジン。
2. 請求項１に記載の工具マガジンと、工具を装着してワークとの間で相対移動する主軸とを有し、前記工具マガジンを前記キャリアが把持した工具の軸線方向が前記主軸の軸線方向と略平行となるように配置した工作機械において、
   前記工具マガジンの前記フレームで画定される領域外に配置され、前記キャリアに対して工具の受渡しを行う一時保管装置と、
   前記一時保管装置と前記主軸との間で工具を交換する工具交換アームと、
   を具備することを特徴とした工作機械。
3. 請求項１に記載の工具マガジンと、工具を装着してワークとの間で相対移動する主軸とを有し、前記工具マガジンを前記キャリアが把持した工具の軸線方向が前記主軸の軸線方向と略直交するように配置した工作機械において、
   前記工具マガジンの前記フレームで画定される領域外に配置され、前記キャリアに対して工具の受渡しを行うサブアーム装置と、
   前記サブアーム装置と前記主軸との間で工具を交換する工具交換アームと、を具備し、
   前記サブアーム装置は、前記キャリアと工具の受渡しを行う第１の位置と、前記工具交換アームと工具の受渡しを行う第２の位置との間を移動可能に構成されたサブアームを有し、前記サブアームは前記第１の位置と前記第２の位置とで保持する工具の向きを変えるように構成されることを特徴とした工作機械。

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