JP2013180348A

JP2013180348A - 工作機械の自動工具交換装置

Info

Publication number: JP2013180348A
Application number: JP2012043548A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Sato; 欣且佐藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】装置の小型化を図ることができる工作機械の自動工具交換装置を提供する。
【解決手段】主軸１０と工具マガジン２０との間で工具交換を自動的に行うようにした工作機械１の自動工具交換装置において、工具マガジン２０は、直線軌道部Ｍａと円弧軌道部Ｍｂとに区画される周回軌道Ｍ上に移動可能に支持される複数の工具把持部材２２と、隣接した工具把持部材２２間の内側端部２２ｂ同士を一定の長さで連結する連結部材とを備え、主軸１０と工具把持部材２２との間で工具Ｔを交換する工具交換位置Ｐを、工具交換位置Ｐに配置された工具把持部材２２の把持孔２２ｃと、これに隣接する他の工具把持部材２２の把持孔２２ｃとの間のピッチが、主軸１０の半径Ｒと工具Ｔの半径ｒとを合わせた長さよりも長くなるように、円弧軌道部Ｍｂ上に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主軸と工具マガジンとの間で工具交換を自動的に行うことができる工作機械の自動工具交換装置に関する。

一般に、マシニングセンタ等の工作機械には、工具を装着可能な主軸と、複数の工具を収納可能な工具マガジンとの間で、工具交換を自動的に行えるようにした自動工具交換装置が設けられている。また、近年、このような自動工具交換装置においては、加工内容の多様化に対応するため、工具マガジンに収納できる工具収納本数を増やすことが要求されている。

しかしながら、工具マガジンの工具収納本数を増加すると、装置の大型化を招くおそれがあった。そこで、従来から、工具マガジンの工具収納本数を増加させると共に、装置の小型化を図るようにした自動工具交換装置が種々提供されており、このような工作機械の自動工具交換装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開平１１−３３３６５５号公報

上記従来の自動工具交換装置では、２つの円形の工具マガジンを併設して、これらの円形プレートの外周部に、工具を把持可能な工具把持部材を揺動可能に支持するようにしている。

ここで、工具把持部材の設置間隔は、収納する工具の最大外径に制限されるだけでなく、工具交換位置に配置された工具把持部材との間で工具交換を行う主軸と、その工具交換位置に配置された工具把持部材に隣接する他の工具把持部材が把持する工具との干渉も考慮する必要がある。

即ち、従来の自動工具交換装置においては、上述したような、主軸と工具との干渉を防止するため、工具把持部材の設置間隔を十分に小さくすることができず、装置の小型化を十分に図ることができないおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、装置の小型化を図ることができる工作機械の自動工具交換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る工作機械の自動工具交換装置は、
工作機械に移動可能に支持される主軸と、複数の工具を収納可能な工具マガジンとの間で、工具交換を自動的に行うようにした工作機械の自動工具交換装置において、
前記工具マガジンは、
直線状の軌道となる直線軌道部と円弧状の軌道となる円弧軌道部とに区画される周回軌道上に移動可能に支持されると共に、前記周回軌道の外側に向けて延びる外側端部と、前記周回軌道の内側に向けて延びる内側端部と、前記外側端部に形成され、前記工具を把持する把持孔とを有する複数の工具把持部材と、
隣接した前記工具把持部材間の前記内側端部同士を一定の長さで連結する連結部材とを備え、
前記主軸と前記工具把持部材との間で前記工具を交換する工具交換位置を、前記工具交換位置に配置された前記工具把持部材の前記把持孔と、前記工具交換位置に配置された前記工具把持部材に隣接する前記工具把持部材の前記把持孔との間のピッチが、前記主軸の半径と前記工具の半径とを合わせた長さよりも長くなるように、前記円弧軌道部上に設定する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る工作機械の自動工具交換装置は、
前記把持孔を、その切り欠き方向が前記工具把持部材の周回移動方向に対して傾斜する切り欠き形状とし、
前記工具交換位置に配置された前記工具把持部材における前記把持孔の切り欠き方向を、機械軸方向と平行にする
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る工作機械の自動工具交換装置によれば、隣接した工具把持部材間の内側端部同士を、連結部材により一定の長さで連結し、このような連結状態で、複数の工具把持部材を、直線軌道部及び円弧軌道部からなる周回軌道上で周回移動させることにより、装置の小型化を図ることができる。

本発明の第１実施例に係る工作機械の自動工具交換装置における平面図である。第１実施例に係る工具把持部材における把持孔の切り欠き方向を傾斜させた場合の平面図である。本発明の第２実施例に係る工作機械の自動工具交換装置における平面図である。第２実施例に係る工具把持部材における把持孔の切り欠き方向を傾斜させた場合の平面図である。本発明の第３実施例に係る工作機械の自動工具交換装置における平面図である。第３実施例に係る工具把持部材における把持孔の切り欠き方向を傾斜させた場合の平面図である。

以下、本発明に係る工作機械の自動工具交換装置について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、工作機械１には、主軸１０が、Ｘ軸方向（機械前後方向）、Ｙ軸方向（機械幅方向）、及び、Ｚ軸方向（機械上下方向）に移動可能に支持されている。そして、主軸１０の先端には、工具Ｔが着脱可能に装着されている。なお、主軸１０の半径はＲに形成され、工具Ｔの半径はｒに形成されている。

更に、工作機械１の側部には、工具マガジン２０が設けられている。工具マガジン２０は、複数の工具Ｔを収納可能とするものであって、マガジン本体２１と、このマガジン本体２１に周回移動可能に支持される複数の工具把持部材２２と、各工具把持部材２２間を連結する複数の連結部材２３とを備えている。

そして、詳細は後述するが、複数の工具把持部材２２は、全体としての配列が楕円形となるように、連結部材２３によって連結されている。これにより、工具把持部材２２の周回軌道Ｍも、楕円形となっている。

また、工具把持部材２２の外側端部２２ａは、周回軌道Ｍ（マガジン本体２１）の外側に向けて延びている。外側端部２２ａには、工具Ｔを把持可能な把持孔２２ｃが形成されており、この把持孔２２ｃは、Ｕ字状で、且つ、周回軌道Ｍの外側に向けて開口するような切り欠き形状となっている。即ち、工具Ｔを把持孔２２ｃに対してその切り欠き方向（開口方向）に沿って移動させることにより、当該工具Ｔを、把持孔２２ｃに把持させたり、把持孔２２ｃから離脱させたりすることができる。

なお、把持孔２２ｃの中心Ｏは、外側端部２２ａの幅方向中心部に位置しており、その把持孔２２ｃに工具Ｔが把持されると、把持孔２２ｃの中心Ｏと工具Ｔの軸心とは、同軸上に配置されることになる。そして、工具把持部材２２が周回移動するときには、その把持孔２２ｃの中心Ｏと、把持孔２２ｃに把持された工具Ｔの軸心とが周回軌道Ｍ上を通過することになる。また、上述したように、周回軌道Ｍは、楕円形をなしており、直線状の軌道となる２つの直線軌道部Ｍａと、円弧状の軌道となる２つの円弧軌道部Ｍｂとに区画されている。

一方、工具把持部材２２の内側端部２２ｂは、周回軌道Ｍ（マガジン本体２１）の内側に向けて延びている。そして、内側端部２２ｂの幅方向中心部には、連結部材２３の一端及び他端が回転可能に支持されている。即ち、隣接した工具把持部材２２の間は、その内側端部２２ｂ同士が連結部材２３により連結されている。なお、連結部材２３の長さはＬに形成されている。これにより、隣接した内側端部２２同士が連結された複数の工具把持部材２２においては、隣接した把持孔２２ｃ間のピッチは、連結部材２３の長さＬと同じ長さとなる。

そして、上述したように、工具把持部材２２を連結部材２３により連結した状態で、その連結部材２３を駆動装置（図示省略）によって周回移動させると、これに伴って、全ての工具把持部材２２も周回移動することになり、それらの把持孔２２ｃの中心Ｏは、周回軌道Ｍ上を移動する。

このとき、直線軌道部Ｍａ上に配置された複数の工具把持部材２２においては、隣接した内側端部２２ｂ同士が連結されることにより、隣接した把持孔２２ｃ間のピッチが長さＬになった状態で移動する。

一方、円弧軌道部Ｍｂ上に配置された複数の工具把持部材２２においては、円弧軌道部Ｍｂの中心に対して放射状に配置された状態で移動する。即ち、円弧軌道部Ｍｂ上に配置された複数の工具把持部材２２においては、隣接した把持孔２２ｃ間のピッチが長さＬを超える長さになった状態で移動する。

また、主軸１０と工具把持部材２２との間で工具交換を自動的に行うための工具交換位置Ｐは、円弧軌道部Ｍｂ上に設定されている。具体的には、工具交換位置Ｐは、当該工具交換位置Ｐに配置された工具把持部材２２の把持孔２２ｃと、この工具交換位置Ｐに配置された工具把持部材２２に隣接する他の工具把持部材２２の把持孔２２ｃとの間のピッチが、主軸１０の半径Ｒと工具Ｔの半径ｒとを合わせた長さよりも長くなるように、円弧軌道部Ｍｂ上に設定されている。

従って、主軸１０と工具マガジン２０との間で、工具Ｔを自動的に交換する場合には、先ず、連結部材２３を周回移動させ、空の工具把持部材２２を工具交換位置Ｐに配置する。

次いで、主軸１０を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させ、当該主軸１０に装着された工具Ｔを、工具交換位置Ｐに配置された工具把持部材２２の把持孔２２ｃ内に配置させる。

このとき、工具交換位置Ｐに配置された工具把持部材２２の把持孔２２ｃと、これと周回移動方向上流側及び下流側で隣接する他の工具把持部材２２の把持孔２２ｃとの間のピッチが、主軸１０の半径Ｒと工具Ｔの半径ｒとを合わせた長さよりも長くなっているため、仮に、周回移動方向上流側及び下流側で隣接する工具把持部材２２の把持孔２２ｃに工具Ｔが把持されていても、これらの工具Ｔと、工具交換位置Ｐに配置された主軸１０とが接触することはない。

そして、工具Ｔを主軸１０から離脱させることにより、当該工具Ｔが把持孔２２ｃに把持されたことになる。

次いで、連結部材２３を更に周回移動させ、別の工具Ｔを把持した工具把持部材２２を工具交換位置Ｐに配置する。

そして、工具交換位置Ｐに配置された工具把持部材２２に対して、主軸１０を接近させ、その把持孔２２ｃに把持された工具Ｔを主軸１０に装着する。このとき、上述したように、周回移動方向上流側及び下流側において把持された工具Ｔと主軸１０とが接触することはない。

次いで、工具Ｔを装着した主軸１０を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させることにより、当該工具Ｔが把持孔２２ｃから離脱したことになる。

なお、図２に示すように、工具把持部材２２の外側端部２２ａに開口する把持孔２２ｃに替えて、その外側端部２２ａに把持孔２２ｄを形成しても構わない。

この把持孔２２ｄは、Ｕ字状で、且つ、周回軌道Ｍの外側に向けて開口するような切り欠き形状となるものの、工具把持部材２２の周回移動方向に対して傾斜するように開口している。そして、工具把持部材２２を工具交換位置Ｐに配置すると、その把持孔２２ｄの切り欠き方向（開口方向）は、Ｙ軸方向（機械軸方向）と平行となるようになっている。これにより、工具交換時においては、主軸１０をＸ軸方向に移動させる必要がなくなるため、当該主軸１０の移動が簡素化される。

また、上述した実施形態では、工具把持部材２２の配列を楕円形とすることにより、その周回軌道Ｍを楕円形としているが、要するに、周回軌道Ｍを、直線状の軌道となる直線軌道部Ｍａと、円弧状の軌道となる円弧軌道部Ｍｂとから構成し、把持孔２２ｃ間及び把持孔２２ｄ間のピッチを、直線軌道部Ｍａ上で設定すると共に、隣接した把持孔２２ｃ間及び２２ｄ間のピッチがその直線軌道部Ｍａ上で設定したピッチよりも長くなる円弧軌道部Ｍｂ上に、工具交換位置Ｐを設定すれば良い。例えば、工具把持部材２２の配列を三角形や四角形とすることにより、その周回軌道Ｍを、三角形や四角形としても構わない。

具体的には、図３に示すように、工具把持部材２２における把持孔２２ｃの周回軌道Ｍを三角形とした場合には、この周回軌道Ｍを、三角形の辺部に対応した直線状の軌道となる３つの直線軌道部Ｍａと、三角形の角部（頂部）に対応した円弧状の軌道となる３つの円弧軌道部Ｍｂとに区画し、少なくとも１つの円弧軌道部Ｍｂ上に、工具交換位置Ｐを設定すれば良い。また、図４に示すように、周回軌道Ｍを三角形にした場合でも、その周回移動方向に対して切り欠き方向が傾斜する把持孔２２ｄを、工具把持部材２２に形成しても良い。

更に、図５に示すように、工具把持部材２２における把持孔２２ｃの周回軌道Ｍを四角形とした場合には、この周回軌道Ｍを、四角形の辺部に対応した直線状の軌道となる４つの直線軌道部Ｍａと、四角形の角部（頂部）に対応した円弧状の軌道となる４つの円弧軌道部Ｍｂとに区画し、少なくとも１つの円弧軌道部Ｍｂ上に、工具交換位置Ｐを設定すれば良い。また、図６に示すように、周回軌道Ｍを四角形にした場合でも、その周回移動方向に対して切り欠き方向が傾斜する把持孔２２ｄを、工具把持部材２２に形成しても良い。

従って、本発明に係る工作機械の自動工具交換装置によれば、複数の工具把持部材２２を、直線軌道部Ｍａ及び円弧軌道部Ｍｂからなる周回軌道Ｍ上で周回移動可能に支持し、それらの工具把持部材２２を直線軌道部Ｍａ上において最小ピッチで移動させることにより、工具マガジン２０の工具収納本数を減らすことなく、装置の小型化を図ることができる。

また、工具交換位置Ｐを円弧軌道部Ｍｂ上に設定することにより、直線軌道部Ｍａ上における工具把持部材２２間のピッチを最小にしても、その円弧軌道部Ｍｂ上において、工具把持部材２２間のピッチを長くすることができるので、把持された工具Ｔと工具交換時の主軸１０との接触を防止することができると共に、工具交換を容易に行うことができる。

更に、把持孔２２ｄを工具把持部材２２に形成することにより、工具交換時において、主軸１０をＸ軸方向に移動させる必要がなくなるので、当該工具交換時における主軸１０の移動を簡素にすることができる。これにより、工具交換時における主軸１０の移動領域を狭くすることができるので、装置の小型化を更に図ることができると共に、工具交換に要する時間を短くすることができる。

本発明は、工具把持部材の工具交換位置への割り出しを高精度に行うことができる工作機械の自動工具交換装置に適用可能である。

１工作機械
１０主軸
２０工具マガジン
２１マガジン本体
２２工具把持部材
２２ａ外側端部
２２ｂ内側端部
２２ｃ，２２ｄ把持孔
２３連結部材
Ｔ工具
Ｒ主軸の半径
ｒ工具の半径
Ｌ連結部材の長さ
Ｏ把持孔の中心
Ｐ工具交換位置
Ｍ周回軌道
Ｍａ直線軌道部
Ｍｂ円弧軌道部

Claims

工作機械に移動可能に支持される主軸と、複数の工具を収納可能な工具マガジンとの間で、工具交換を自動的に行うようにした工作機械の自動工具交換装置において、
前記工具マガジンは、
直線状の軌道となる直線軌道部と円弧状の軌道となる円弧軌道部とに区画される周回軌道上に移動可能に支持されると共に、前記周回軌道の外側に向けて延びる外側端部と、前記周回軌道の内側に向けて延びる内側端部と、前記外側端部に形成され、前記工具を把持する把持孔とを有する複数の工具把持部材と、
隣接した前記工具把持部材間の前記内側端部同士を一定の長さで連結する連結部材とを備え、
前記主軸と前記工具把持部材との間で前記工具を交換する工具交換位置を、前記工具交換位置に配置された前記工具把持部材の前記把持孔と、前記工具交換位置に配置された前記工具把持部材に隣接する前記工具把持部材の前記把持孔との間のピッチが、前記主軸の半径と前記工具の半径とを合わせた長さよりも長くなるように、前記円弧軌道部上に設定する
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
請求項１に記載の工作機械の自動工具交換装置において、
前記把持孔を、その切り欠き方向が前記工具把持部材の周回移動方向に対して傾斜する切り欠き形状とし、
前記工具交換位置に配置された前記工具把持部材における前記把持孔の切り欠き方向を、機械軸方向と平行にする
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。