JP2009107098A - 工作物着脱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
構造が簡単、かつ安価であり、工作物が重量物であっても所定の角度位置に割出回転ができる回転テーブルを備えた工作物着脱装置を提供する。
【解決手段】
工作物着脱装置において、回転テーブル５０を所定回転角度ずつ回転させるために、液圧シリンダ６０に、連結ロッド６１で連結された第１及び第２外側ピストン６２、６３が所定ストロークＳ摺動可能に嵌合され、ラック６７が刻設された中間ピストンが第１及び第２外側ピストン６２、６３の間で所定ストロークＳの２倍だけ摺動可能に嵌合される。回転テーブル５０に固定された回転軸５１に設けられた歯車５２が、ラック６７と噛合するピニオン５４と歯車列を介して回転連結される。
【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械に備えられワークテーブルとの間でパレットを交換される工作物着脱装置に関するものである。

ワークテーブル１０とローディング位置との間でパレット２６を旋回アーム３２によって交換するパレット交換装置において、ローディング位置での工作物の着脱作業を行いやすくするために、ローディング位置に回転テーブル４１を回転可能に設け、該回転テーブル４１を所定角度位置に位置決めする係合ピン５０を設けた工作物着脱装置が特許文献１に記載されている。
特開昭６２−３４７４８号公報（第１頁、及び図１）

しかしながら、特許文献１に記載された工作物着脱装置では、回転テーブルを手動で回転させるので、工作物が重量物である場合、例えば工作物重量が３０００ｋｇを超えるような場合には重すぎて手動では回転できず、たとえ回転できても慣性力が働いてしまい所定の角度位置に止められない、という問題がある。また電動機や油圧モータなどの駆動装置を備えた場合、重量物は回転できるが、電動機や油圧モータに加えエンコーダ、ブレーキ等の補機類も必要となりコストが高くなるという問題があり、従来よりも安価で重量物も回転できる回転テーブルを備えた工作物着脱装置が望まれていた。

本発明は上記した従来の課題を解消するためになされたもので、構造が簡単、かつ安価であり、工作物が重量物であっても所定の角度位置に割出回転ができる回転テーブルを備えた工作物着脱装置を提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、工具が着脱可能に装着される主軸を回転可能に軸承する主軸ヘッドと、工作物を着脱可能に取り付けられるパレットが搬入出されるワークテーブルと、前記主軸ヘッドと前記ワークテーブルとを相対移動させる相対移動装置と、前記パレットに工作物を着脱するための工作物着脱装置と、パレット交換位置に移動された前記ワークテーブルと前記工作に物着脱装置との間で前記パレットを搬入出するパレット搬入出装置とを備えた工作機械に用いられる前記工作物着脱装置であって、基台が設けられたユニットベースと、前記基台に回転可能に支承された回転テーブルと、該回転テーブルに固定され上下方向に延在する回転軸線回りに回転可能に前記基台に軸承され歯車が同軸に設けられた回転軸と、前記基台に水平方向に固定された流体圧シリンダと、該流体圧シリンダに所定ストロークだけ摺動可能に嵌合され連結ロッドで互いに連結された第１及び第２外側ピストンと、前記流体圧シリンダに両端部でシールされて嵌合され且つ前記連結ロッドにシールされて嵌合されるとともに、前記第１及び第２外側ピストンの間で前記所定ストロークの２倍だけ摺動可能であり、中央部分に前記歯車とピニオンを介して噛合されるラックが刻設された中間ピストンと、を備え、前記流体圧シリンダの両端と前記第１及び第２外側ピストンの各外端面との間に区画される第１及び第２シリンダ室、及び前記第１及び第２外側ピストンの各内端面と前記中間ピストンとの間に区画される第３及び第４シリンダ室に流体を給排することにより前記回転テーブルを所定角度ずつ回転させることを特徴とするものである。

請求項２に係わる発明は、請求項１に記載の工作物着脱装置において、前記基台と、前記回転テーブルと、前記回転軸と、前記流体圧シリンダと、前記第１及び第２外側ピストンと、前記中間ピストンとによって、工作物着脱ユニットが構成され、該工作物着脱ユニットが前記ユニットベースに穿設された取付穴に上方から挿入され、前記ユニットベースに着脱可能に固定されることを特徴とするものである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、工作機械のワークテーブルとの間でパレットを交換され、ワークテーブルから搬出されたパレット上の工作物を着脱するための工作物着脱装置において、流体圧シリンダに、連結ロッドで連結された第１及び第２外側ピストンが所定ストロークＳ摺動可能に嵌合され、ラックが刻設された中間ピストンが第１及び第２外側ピストンの間で所定ストロークＳの２倍だけ摺動可能に嵌合され、回転テーブル５０に固定された回転軸に設けられた歯車が、ラックと噛合するピニオンと歯車を介して回転連結される。これにより、工作物着脱装置の回転テーブルを、簡単で安価な構成の外側ピストンと中間ピストンを有する流体圧シリンダ装置により、パレット上に大重量の工作物が載置されていても確実に所定回転角度ずつ回転させ、所定の角度位置に停止させることができる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の工作物着脱装置において、一体化された工作物着脱ユニットは、流体圧シリンダが外側ピストンと中間ピストンを嵌合する簡素な構成とされ、下方部分の半径方向の長さが短くされているのでユニットベースに穿設された取付穴に上方から挿入され、ユニットベースに着脱可能に固定される。従って回転テーブルの旋回方式を変更したい場合、例えば、本願のような流体圧シリンダ装置による旋回方式の場合、ＦＭＳ等に用いるサーボモータを使用する自動旋回方式の場合、または工作物が軽量であるとき適用可能な手動による旋回方式の場合、それぞれの工作物着脱ユニットは、ユニットベースに穿設された取付穴から容易に着脱できるため、場合に応じて選択された工作物着脱ユニットを装着することができ、回転テーブルの旋回方式変更時の製造コストが大幅に抑制できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。１１はマシニングセンタ１０のベッドで、該ベッド１１は、水平なＸ軸方向に延在するコラム摺動部１２と、Ｘ軸と直角で水平なＺ軸方向に延在するテーブル摺動部１３とで一体的に構成され、床面ＦＬに掘られたピット内に載置されている。テーブル摺動部１３は、後端部でコラム摺動部１２とＴ字状に交差して一体に形成されている。

ベッド１１のコラム摺動部１２上には、コラム１４がＸ軸方向に移動可能に載置されている。コラム摺動部１２の上面に案内レール１５，１６が水平なＸ軸方向に互いに平行に固定され、コラム１４は該案内レール１５，１６に案内されてコラム摺動部１２上をＸ軸方向に移動する。ベッド１１には、Ｘ軸方向に延在するボールねじ軸１７が案内レール１５，１６の間で軸受１８，１９によって両端部を回転可能に軸承され、奥側の端部が軸受１９を貫通してサーボモータ２０に回転連結されている。コラム１４の下面に固定されたナットがボールねじ軸１７と螺合し、ボールねじ軸１７がＸ軸サーボモータ２０によって回転されることにより、コラム１４はＸ軸方向に移動される。

コラム１４には、主軸台２１が水平面と直角なＹ軸方向に摺動可能に装架され、Ｙ軸サーボモータ２２によりボールねじ２３を介して上下方向に移動されるようになっている。主軸台２１には工具Ｔが着脱可能に装着される主軸２４が回転可能に軸承され、主軸サーボモータ２５によって回転駆動される。

ベッド１１のテーブル摺動部１３上には、ワークテーブル２６がＺ軸方向に移動可能に載置されている。テーブル摺動部１３の上面に案内レール２７，２８が水平なＺ軸方向に互いに平行に固定され、ワークテーブル２６は該案内レール２７，２８に案内されてテーブル摺動部１３上をＺ軸方向に移動する。ベッド１１には、Ｚ軸方向に延在するボールねじ軸２９，３０が案内レール２７，２８の内側で軸受３１，３２によって両端部を回転可能に軸承され、図１において左側の端部が軸受５４，５５を貫通してＺ軸サーボモータ３３，３４に回転連結されている。ワークテーブル２６の下面に固定されたナットがボールねじ軸２９，３０と螺合し、ボールねじ軸２９，３０がＺ軸サーボモータ３３，３４によって同期回転されることにより、ワークテーブル２６はＺ軸方向に移動される。

ワークテーブル２６上には、割出テーブル３５がＹ軸と平行な軸線回りに割出回転可能に装架され、図略のサーボモータ及び減速機構を介して割出回転されるようになっている。割出テーブル３５上には、搬入されたパレット３６を位置決めしてクランプする図略のパレットクランプ装置が設けられている。パレット３６には加工される工作物Ｗが着脱可能に取り付けられる。

工具交換装置３９は、コラム摺動部１２の奥側端部に配置されている。工具交換装置３９は、複数の工具Ｔを保管する工具マガジン４０と工具マガジン４０と主軸２４との間で工具Ｔを交換する工具交換機構４１とを有している。工具マガジン４０はコラム摺動部１２の奥側端部に並んでＺ軸方向に設けられ、工具交換機構４１はコラム摺動部１２の奥側端部の前側に設けられている。

ワークテーブル２６は、工作物Ｗへの加工が完了すると、テーブル摺動部１３の前端部に設けられたパレット交換位置４６に移動される。パレット交換位置４６に位置決めされたワークテーブル２６上の割出テーブル３５と第１及び第２工作物着脱装置４４，４５との間でパレット３６を搬入出するための第１及び第２パレット搬入出装置４７，４８が、Ｚ軸に対して両側に鋭角方向に夫々傾斜してＶ字型に配置されている。

第１及び第２工作物着脱装置４４，４５は同一構成であるので、第１工作物着脱装置４４について説明する。図３に示すように、床面に掘られたピットにはマシニングセンタ１０に設けられたユニットベース７９が載置され、ユニットベース７９に基台４９がボルト８０によって着脱可能に固定され、基台４９上に回転テーブル５０が回転可能に支承されている。回転テーブル５０には、下方に延在する回転軸５１が固定され、回転軸５１は軸受５３によって上下方向に延在する回転軸線回りに回転可能に基台４９に軸承されている。回転軸５１には、歯車５２が軸受５３の下方で固定されている。

基台４９には、ピニオン５４が一体に形成されたピニオン軸５５が回転軸５１と平行に軸受５６によって軸承されている。基台４９には、歯車５２と噛合する大歯車５７がピニオン軸５５と同軸線上で軸受５８によって支承され、大歯車５７はピニオン軸５５にスプライン嵌合されている。

図４に示すように、基台４９には、液圧シリンダ６０が水平方向に固定されている。液圧シリンダ６０には、連結ロッド６１で互いに連結された第１及び第２外側ピストン６２、６３が、所定ストロークＳだけ摺動可能に液密的に嵌合されている。ここで所定ストロークＳは液圧シリンダ６０の両端に設けられた調整スクリュ７８によって調整可能となっている。液圧シリンダ６０には、中間ピストン６４が第１及び第２外側ピストン６２、６３の間で所定ストロークＳの２倍だけ摺動可能に嵌合されている。中間ピストン６４は液圧シリンダ６０に両端部６５、６６で液密的にシールされて嵌合され、両端部６５、６６の間にピニオン５４と噛合するラック６７が刻設されている。中間ピストン６４には中心穴６８が穿設され、この中心穴６８を連結ロッド６１が液密的にシールされて貫通している。

これにより、液圧シリンダ６０の両端と第１及び第２外側ピストン６２、６３の各外端面との間に第１及び第２シリンダ室６９、７０が区画され、第１及び第２外側ピストン６２、６３の各内端面と中間ピストン６４の両端面との間に第３及び第４シリンダ室７１、７２が区画される。従って、第１及び第２切替弁７３、７４のソレノイドが無勢され圧油が第１、第３シリンダ室６９、７１に供給されると、第１、第２外側ピストン６２、６３は液圧シリンダ６０に対して後退端に位置され、中間ピストン６４は第１及び第２外側ピストン６２、６３に対して後退端に位置する。これにより、中間ピストン６４は液圧シリンダ６０に対して原位置に位置し、回転テーブル５０はラック６７、ピニオン５４、大歯車５７及び歯車５２を介して原位置に位置されている。ソレノイドの付勢により第１切替弁７３が切り替わると、第１及び第２外側ピストン６２、６３は、所定ストロークＳ移動して前進端に位置する。このとき、中間ピストン６４は第１及び第２外側ピストン６２、６３に対して後退端に位置する。これにより中間ピストン６４延いてはラック６７が所定ストロークＳ移動され、歯車５２、大歯車５７のギヤ比を適切に設定しておくことにより回転テーブル５０は原位置から９０°回転される（図５（ａ）参照）。

次に、第１切替弁７３のソレノイドが無勢され、第２切替弁７４のソレノイドが付勢されると、第１シリンダ室６９及び第４シリンダ室７２に圧油が供給されて第１及び第２外側ピストン６２、６３が所定ストロークＳ後退され、中間ピストン６４が第１及び第２外側ピストン６２、６３に対して所定ストロークＳの２倍だけ前進される。これにより中間ピストン延いてはラック６７が原位置から所定ストロークＳの２倍だけ前進され、回転テーブル５０が原位置から１８０°回転される（図５（ｂ）参照）。第１切替弁７３及び第２切替弁７４のソレノイドが付勢されると、第２シリンダ室７０及び第４シリンダ室７２に圧油が供給され、第１及び第２外側ピストン６２、６３が所定ストロークＳ前進され、中間ピストン６４が第１及び第２外側ピストン６２、６３に対して前進端に位置する。これにより中間ピストン延いてはラック６７が原位置から所定ストロークＳの３倍だけ前進され、回転テーブル５０が原位置から２７０°回転される（図５（ｃ）参照）。

回転テーブル５０及び回転軸５１には、回転軸心を貫通して貫通穴７５が穿設され、貫通穴７５に保持ピン７６が摺動可能に嵌合されている。保持ピン７６の下端には、基台４９に固定されたシリンダ装置７７のピストンロッドが連結されている。パレット３６が回転テーブル５０上に搬入されると、保持ピン７６がシリンダ装置７７により前進されてパレット３６に設けられた保持穴に係入し、パレット３６を回転テーブル５０上に係止する。

このように工作物着脱ユニット８３は、基台４９に回転可能に支承された回転テーブル５０と、液圧シリンダ６０、第１および第２外側ピストン６２，６３、ラック６７が刻設された中間ピストン６４等によって構成された液圧シリンダ装置８２と、ラック６７と噛合するピニオン５４、大歯車５７、歯車５２等から構成された歯車列８４とが基台４９に組付けられて構成されている。

工作物着脱ユニット８３は、マシニングセンタ１０に設けられたユニットベース７９に穿設された取付穴８１に上方から挿入され、ボルト８０によってユニットベース７９に着脱可能に固定される。このとき、液圧シリンダ装置８２は液圧シリンダ６０に外側ピストン６２，６３と中間ピストン６４を嵌合し、工作物着脱ユニット８３の下方部分の半径方向の長さを短く構成されているので、取付穴８１に挿入してユニットベース７９に固定することができる。従って、回転テーブルの旋回方式が本願のように液圧によるものではなく、ＦＭＳ等に用いるサーボモータによる自動旋回方式、または工作物が軽量なとき適用可能となる手動旋回方式等に変更される場合は、工作物着脱ユニット８３を取付穴８１より取り外し、かわりにサーボモータによる自動旋回方式の工作物着脱ユニット、または手動旋回方式の工作物着脱ユニットがユニットベース７９に穿設された取付穴８１に上方から挿入され、ボルト８０によってユニットベース７９に着脱可能に固定されることにより簡易に回転テーブル旋回方式の変更に対応できる。

マシニングセンタ１０を作動させるために、図略の操作盤の起動スイッチが押されると、ＣＮＣ装置に記憶されたＮＣデータが順次読み取られ、主軸サーボモータ２５によって主軸２４が回転され、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸サーボモータ２０，２２，３３，３４によってコラム１４、主軸台２１、ワークテーブル２６が移動され、工具Ｔによって工作物Ｗが加工される。

かかる加工中に工具マガジン４０では、次に使用される工具Ｔが交換位置に割り出され、旋回機構によりＺ軸と平行になるように旋回されて待機位置で待機している。最初の工具Ｔによる加工が完了すると、主軸２４の回転が停止され、コラム１４及び主軸台が、主軸２４が工具交換機構４１と整列する交換位置に移動される。工具交換機構４１の交換アーム４９の両端に設けられた把持装置が主軸２４に装着された工具Ｔ及び工具マガジン４０の待機位置の工具Ｔを把持し、主軸２４に内蔵された工具クランプ装置が工具Ｔを解放し、交換アームが前進して１８０°旋回後に後退し、主軸２４に次に使用する工具Ｔを装着する。主軸２４に次の工具が装着されてクランプ装置によりクランプされると、コラム１４、主軸台２１、ワークテーブル２６が移動され、工作物Ｗが次の工具Ｔによって加工される。

このような加工が繰り返されて工作物Ｗへの加工が完了すると、ワークテーブル２６はＺ軸サーボモータ３３，３４によりパレット交換位置４６に位置決めされる。割出テーブル３５は、装着されたパレット３６がパレット交換位置４６で第２工作物着脱装置４５の方向を向くように回転位置決めされ、パレットクランプ装置がパレットをアンクランプする。第２パレット搬入出装置４８の係合部が前進してパレット３６の係合部と係合し、係合部が後退してパレット３６を第２工作物着脱装置４５の原位置に位置された第２着脱位置７６に搬出する。パレット交換位置４６と第２着脱位置７６との間には、上面に複数の転動ローラが整列して突出された一対の搬送レール５２が設けられている。

パレット３６が回転テーブル５０上に搬出されると、シリンダ装置７７により保持ピン７６が上昇されてパレット３６を回転テーブル５０上に係止する。この状態で回転テーブル５０は、第１及び第２切替弁７３、７４の切替により所望の角度位置に回転され、工作物Ｗに必要な作業及び検査等が行われ、その後に工作物Ｗはパレット３６から取り外される。

加工済みの工作物Ｗを装着したパレット３６が搬出されると、割出しテーブル３５は、パレットクランプ装置が第１工作物着脱装置４４の方向を向くように回転位置決めされる。先の工作物Ｗの加工中に未加工の工作物Ｗが、第１工作物着脱装置４４の第１着脱位置７５で取り付けられる。このとき液圧シリンダ装置８２に備えられている第１および第２切替え弁７３，７４を適宜、無勢または付勢して流体を第1または第２シリンダ室６９，７０および第３または第４シリンダ室７１，７２に給排し、回転テーブル５０とその上に載置されるパレットを所望の角度回転させ、未加工の工作物Ｗの取付けを行う。未加工の工作物Ｗが取り付けられたパレット３６と係合している第１パレット搬入出装置４７の係合部が前進してパレット３６が、第１着脱位置７５から割出しテーブル３５上に搬入されパレットクランプ装置によりクランプされる。第１着脱位置７５とパレット交換位置４６との間にも、上面に複数の転動ローラが整列して突出された一対の搬送レール５３が設けられている。

本実施例においては前述したように、回転テーブル５０の回転角度位置を原位置から９０度、１８０度、２７０度としているが、第１及び第２外側ピストン６２、６３及び中間ピストン６４のストローク、及び歯車５２と大歯車５７の歯車比を適宜必要に応じ変更すれば、所望通りの回転テーブルの回転角度位置を得ることができる。

また、上記実施の形態においては、第１及び第２工作物着脱装置４４，４５との間でパレット３６を搬入出するための第１及び第２パレット搬入出装置４７、４８が、Ｚ軸に対して両側に鋭角方向に夫々傾斜してＶ字型に配置されている場合における第１及び第２工作物着脱装置４４，４５について説明したが、旋回アームによってパレットをワークテーブルと工作物着脱装置との間で交換する場合の工作物着脱装置に同様の構成を用いてもよい。

さらに、上記実施の形態においては、マシニングセンタの工作物着脱装置について説明したが、専用工作機等の他の工作機械においても同様の工作物着脱装置を用いることができる。

本発明の実施の形態に係る工作物着脱装置を備えたマシニングセンタの平面図。 マシニングセンタの側面図。 工作物着脱装置の断面図。 液圧シリンダ、外側ピストン及び中間ピストンを示す図。 回転テーブルの各回転角度位置における外側ピストン及び中間ピストンの位置を示す図。

符号の説明

１０…マシニングセンタ、１１…ベッド、１２…コラム摺動部、１３…テーブル摺動部、１４…コラム、２０…Ｘ軸サーボモータ、２１…主軸台、２２…Ｙ軸サーボモータ、２４…主軸、２５…主軸サーボモータ、２６…ワークテーブル、
３３，３４…Ｚ軸サーボモータ、３５…割出しテーブル、３６…パレット、３９…工具交換装置、４４，４５…第１及び第２工作物着脱装置、４６…パレット交換位置、４７，４８…第１及び第２パレット搬入出装置、４９…基台、５０…回転テーブル、５１…回転軸、５２…歯車、５４…ピニオン、５５…ピニオン軸、５７…大歯車、６０…液圧シリンダ、６１…連結ロッド、６２，６３…第１及び第２外側ピストン、６４…中間ピストン、６５，６６…両端部、６７…ラック、６８…中心穴、６９，７０…第１及び第２シリンダ室、７１，７２…第３及び第４シリンダ室、７３…第１切替弁、７４…第２切替弁、７８…調整スクリュ、
７９…ユニットベース、８０…ボルト、８１…取付穴、８３…工作物着脱ユニット、
Ｔ…工具、Ｗ…工作物。

Claims (2)

1. 工具が着脱可能に装着される主軸を回転可能に軸承する主軸ヘッドと、工作物を着脱可能に取り付けられるパレットが搬入出されるワークテーブルと、前記主軸ヘッドと前記ワークテーブルとを相対移動させる相対移動装置と、前記パレットに工作物を着脱するための工作物着脱装置と、パレット交換位置に移動された前記ワークテーブルと前記工作に物着脱装置との間で前記パレットを搬入出するパレット搬入出装置とを備えた工作機械に用いられる前記工作物着脱装置であって、
   基台が設けられたユニットベースと、
   前記基台に回転可能に支承された回転テーブルと、
   該回転テーブルに固定され上下方向に延在する回転軸線回りに回転可能に前記基台に軸承され歯車が同軸に設けられた回転軸と、
   前記基台に水平方向に固定された流体圧シリンダと、
   該流体圧シリンダに所定ストロークだけ摺動可能に嵌合され連結ロッドで互いに連結された第１及び第２外側ピストンと、
   前記流体圧シリンダに両端部でシールされて嵌合され且つ前記連結ロッドにシールされて嵌合されるとともに、前記第１及び第２外側ピストンの間で前記所定ストロークの２倍だけ摺動可能であり、中央部分に前記歯車とピニオンを介して噛合されるラックが刻設された中間ピストンと、を備え、
   前記流体圧シリンダの両端と前記第１及び第２外側ピストンの各外端面との間に区画される第１及び第２シリンダ室、及び前記第１及び第２外側ピストンの各内端面と前記中間ピストンとの間に区画される第３及び第４シリンダ室に流体を給排することにより前記回転テーブルを所定角度ずつ回転させることを特徴とする工作物着脱装置。
2. 請求項１に記載の工作物着脱装置において、
   前記基台と、
   前記回転テーブルと、
   前記回転軸と、
   前記流体圧シリンダと、
   前記第１及び第２外側ピストンと、
   前記中間ピストンとによって、工作物着脱ユニットが構成され、
   該工作物着脱ユニットが
   前記ユニットベースに穿設された取付穴に上方から挿入され、前記ユニットベースに着脱可能に固定されることを特徴とする工作物着脱装置。

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