JP2014014916A

JP2014014916A - 工作機械

Info

Publication number: JP2014014916A
Application number: JP2012155430A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hayashi; 淳一林
Original assignee: Komatsu NTC Ltd
Current assignee: Komatsu NTC Ltd
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2014-01-30

Abstract

【課題】マガジンを回転させる専用の駆動手段を必要とせず、さらに加工エリアの近傍にマガジンを設置した工作機械を提供する。
【解決手段】主軸と、ワークを載置する加工テーブルと、前記主軸に取り付ける工具を保持するマガジンと、回転駆動手段とを備え、前記加工テーブルが、前記回転駆動手段により回転自在となっており、前記マガジンが、前記回転駆動手段により前記加工テーブルと一体に回転して工具交換位置を割り出すものであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具を保持するマガジンを備える工作機械に関する。

マシニングセンタなどの自動加工を行う工作機械には、自動工具交換装置（ＡＴＣ）が備えられており、主軸に取り付けられた工具と、マガジンが保持する工具とを自動的に交換しながら、ワークに種々の加工を連続して施す。ここで、従来の工作機械において、マガジンは、主に円盤形状で周囲に多数の工具保持部を有するものであって、ワークの加工エリアからは離れた工具の交換エリアに設けられており、専用のサーボモータ（駆動手段）により回転する。そして工具交換時には、主軸が加工エリアから交換エリアへ移動するとともに、マガジンが回転して交換対象の工具を所定位置に割り出す。例として特許文献１に示すのは、主軸の回転軸が垂直向きの立形の工作機械であり、マガジンは水平向きに支持されて垂直軸周りに回転する。一方、特許文献２に示すのは、主軸の回転軸が水平向きの横形の工作機械であり、マガジンは垂直向きに支持されて水平軸周りに回転する。

特開２００８−１０５１７３号公報特開２０１１−４５９４７号公報

しかしながら、これら従来の工作機械においては、マガジンの駆動用に専用のサーボモータが必要であったため、コストが高くなり、また制御が複雑化していた。また、マガジンが工具交換のための交換エリアに設けられていたため、その分工作機械が大型化していた。さらに、工具交換時には、主軸を加工エリアから交換エリアへ移動させなければならず、交換に時間がかかっていた。

本発明は、上記事情を鑑みたものであり、マガジンを回転させる専用の駆動手段を必要とせず、さらに加工エリアの近傍にマガジンを設置した工作機械を提供することを目的とする。

本発明のうち請求項１の発明は、主軸と、ワークを載置する加工テーブルと、前記主軸に取り付ける工具を保持するマガジンと、回転駆動手段とを備え、前記加工テーブルが、前記回転駆動手段により回転自在となっており、前記マガジンが、前記回転駆動手段により前記加工テーブルと一体に回転して工具交換位置を割り出すものであることを特徴とする。なお、マガジンが加工テーブルと一体に回転する場合とは、マガジンが加工テーブルと一体に設けられている場合と、マガジンが加工テーブルとともに同じ回転駆動手段の回転軸に取り付けられている場合の両方を含む。

本発明のうち請求項２の発明は、前記主軸が、主軸の回転軸方向および回転軸方向に直交する一方向に移動可能であり、前記加工テーブルが、主軸の回転軸と平行する軸周りに回転自在であることを特徴とする。

本発明のうち請求項１の発明によれば、マガジンを回転させるための回転駆動手段を、ワークの加工テーブルの回転駆動手段と共通化したことにより、コストを低減し、また制御を簡素化できる。なお、工具を交換する際には、ワークの加工は行われないので、回転駆動手段を共通化してもワークの加工に支障はない。そして、マガジンが加工テーブルと一体に回転するようになっており、マガジンを加工テーブルに近接して設けることができるから、マガジンを設置するための交換エリアが不要となり、工作機械を小型化するか、または加工エリアを広くすることができる。さらに、工具交換時の主軸の移動距離が短いので、交換の時間が短縮される。

本発明のうち請求項２の発明によれば、いわゆる極座標系の位置決めを導入することで、従来の主軸が直交する三軸方向に移動可能な工作機械に比べて、主軸の直線移動軸を一軸削減したので、さらにコストを低減し、工作機械を小型化できる。

本発明の工作機械の第一実施形態の斜視図である。第一実施形態の動作を示す説明図であり、（ａ）は加工時、（ｂ）は交換時を示す。本発明の工作機械の第二実施形態の斜視図である。（ａ）は第二実施形態の加工テーブル周辺部分の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）において固定壁部および可動扉部を透視した図であり、（ｃ）は（ｂ）においてピストンシリンダを透視した図である。第二実施形態の動作を示す説明図であり、（ａ）は加工時、（ｂ）は交換時を示す。

本発明の工作機械の具体的な構成について、各図面に基づいて説明する。なお、以下の第一実施形態の説明において、前後左右とは図１に記載した方向を示す。図１に示すように、第一実施形態は、主軸１の回転軸が垂直向きの立形の工作機械であって、主軸１がＸ方向（左右方向）、Ｙ方向（前後方向）およびＺ方向（上下方向）の三軸方向に移動可能である。より詳しくは、基部１１の左右両端に側壁１２が設けられており、側壁１２の上端部に、前後に延びるＹ方向レール１３が設けられている。両側壁１２には左右に延びる梁部１４が横架されており、梁部１４はＹ方向レール１３に沿って前後に移動自在となっている。また、梁部１４の前側面には、左右に延びるＸ方向レール１５と、Ｘ方向レール１５に沿って左右に移動自在な移動体１６が設けられている。さらに、移動体１６の前側面には、主軸１が上下動自在に設けられている。

また、基部１１の前側部分には、加工テーブル２が設けられている。加工テーブル２は、ワークＷを載置する矩形平板形状のテーブル部２１と、テーブル部２１の左右両端に設けた側面板２２からなる。加工テーブル２の右側には、この加工テーブル２を回転させるためのサーボモータ４（回転駆動手段）が設けられており、サーボモータ４の回転軸が右側の側面板２２に連結されていて、加工テーブル２は、Ｘ軸周りに回転自在な、いわゆるチルトテーブルとなっている。このように、主軸１が三軸方向に移動可能であって、さらに加工テーブル２によりワークＷがＸ軸周りに回転可能となっており、これらを組み合わせることでワークＷを自在に加工することができる。

そして、加工テーブル２の左側には、円盤形状のマガジン３が垂直向きに設けられている。マガジン３は、加工テーブル２の左側の側面板２２に連結されており、加工テーブル２の回転に伴ってマガジン３もＸ軸周りに回転する。このマガジン３は、周縁部に複数の工具保持部３１を有しており、各工具保持部３１に、工具Ｔがマガジン３の半径方向向きに保持されている。

さらに、マガジン３は、仕切体５により囲まれている。仕切体５は、マガジン３の前側、後側、右側および上側に位置する壁面からなるものであり、これにより加工テーブル２側（右側）とマガジン３側（左側）とが遮断されている。ただし、加工テーブル２の側面板２２とマガジン３との連結部は仕切体５の右側の壁面を貫通しており、加工テーブル２およびマガジン３の回転が妨げられることはない。そして、仕切体５の上部には、扉部６が設けられている。扉部６は、仕切体５の右側の壁面から上側の壁面にわたって設けられた開口部を覆う二枚の戸体６１からなるものであって、各戸体６１が前後方向にスライドして開口部を開閉するものであり、開放すると、主軸１がそこを通過して加工テーブル２側とマガジン３側とを行き来できるようになる。工作機械の第一実施形態においては、加工テーブル２とマガジン３とが近接しているため、仕切体５を設けることで、工具Ｔに切削油や切粉が付着することを防いでいる。

次に、このように構成した工作機械の第一実施形態の動作について、図１および図２に基づき説明する。まず、加工テーブル２にワークＷが載置され、制御装置（図示省略）の指令に従って主軸１および加工テーブル２が動作して加工が行われる（図２（ａ））。この際、仕切体５の扉部６は閉鎖されているから、加工テーブル２側とマガジン３側は遮断されており、マガジン３に保持された工具Ｔに、切削油や切粉などの飛散物Ａが付着することはない。そして、当初の工具Ｔによる加工が終了したら、主軸１の工具Ｔを交換するために、仕切体５の扉部６が開放される（図２（ｂ））。すると、主軸１が左方向に動作して、開放された扉部６を通過し、加工テーブル２側からマガジン３側へ移動する。また、マガジン３はサーボモータ４により回転して空いた工具保持部３１が交換位置（真上側）に割り出されており、主軸１から空いた工具保持部３１へと工具Ｔを受け渡す。続いてサーボモータ４によりマガジン３が回転して、次に使用する工具Ｔが保持された工具保持部３１を交換位置に割り出す。この際、加工テーブル２および加工テーブル２に載置されたワークＷもマガジン３と一緒に回転するが、工具交換中は加工を行わないので問題ない。そして主軸１が次に使用する工具Ｔを受け取り、その後、主軸１は右方向に動作して、開放された扉部６を通過する。主軸１がマガジン３側から加工テーブル２側へ移動したら、扉部６が閉鎖され、再び制御装置の指令に従って主軸１および加工テーブル２が動作して加工が行われる。さらに工具Ｔを交換する必要がある場合にはこれらの動作が繰り返される。

本発明の工作機械の第一実施形態においては、このようにマガジン３を加工テーブル２に連結させて、マガジン３を回転させるためのサーボモータ４を、加工テーブル２のサーボモータ４と共通化したことにより、コストを低減し、また制御を簡素化できる。そして、マガジン３が加工テーブル２に隣接して設けられているから、マガジン３を設置するための交換エリアが不要となり、工作機械を小型化するか、または加工エリアを広くすることができる。さらに、工具交換時の主軸１の移動距離が短いので、交換の時間が短縮される。

続いて、本発明の工作機械の第二実施形態について説明する。なお、以下の第二実施形態の説明において、前後左右とは図３に記載した方向を示す。図３および図４に示すように、第二実施形態は、主軸１の回転軸が垂直向きの立形の工作機械であって、主軸１がＸ方向（左右方向）およびＺ方向（上下方向）の二軸方向にのみ移動可能である。より詳しくは、基部１０１の後端に背壁１０２が設けられており、背壁１０２の前側面に、左右に延びるＸ方向レール１０３と、Ｘ方向レール１０３に沿って左右に移動自在な移動体１０４が設けられている。さらに、移動体１０４の前側面には、主軸１が上下動自在に設けられている。

また、基部１０１の前側部分には、ワークＷを載置する加工テーブル２が設けられている。加工テーブル２は略円盤形状で、図示省略したサーボモータ（回転駆動手段）によりＺ軸周りに回転自在な、いわゆるインデックステーブルとなっている。このように、主軸１が二軸方向に移動可能であって、さらに加工テーブル２によりワークＷがＺ軸周りに回転可能となっており、これらを組み合わせることでワークＷを自在に加工することができる。

そして、加工テーブル２の後側には、扇形平板形状のマガジン３が水平向きに設けられている（図４（ｃ））。マガジン３は、加工テーブル２に連結されており、加工テーブル２の回転に伴ってマガジン３も回転する。このマガジン３は、周縁部に複数の工具保持部３１を有しており、各工具保持部３１に、工具Ｔが垂直向きに保持されている。

さらに、マガジン３は、旋回式のシャッタ７により覆われている。このシャッタ７は、固定壁部７１と、可動扉部７２と、ピストンシリンダ７３からなる（図４（ａ））。固定壁部７１は、加工テーブル２の周縁部から立設するものであって、後側（マガジン３を取り付けた側）の１８０度の範囲に設けられており、加工テーブル２上に載置したワークＷとマガジン３とを仕切っている。固定壁部７１の上端部には、外周側に向けて広がる略扇形の天板部７４が形成されている。そして、可動扉部７２は、左右に三つずつ設けられた扉体（左右方向中央側からそれぞれ７５ａ，７５ｂ，７５ｃとする）からなるものであり、各扉体７５ａ，７５ｂ，７５ｃは、上面視して略扇形で、側面視して下方に開口する略コ字形であって、コ字形の一端（内周側）が天板部７４に係合しており、コ字形の開口部にマガジン３の工具保持部３１および工具Ｔが納まっている。また、各扉体は、中央側の扉体７５ａが最も小さく、それに隣接する中間の扉体７５ｂは一回り大きく、それに隣接する左右両端の扉体７５ｃはさらに一回り大きく形成されている。さらに左右両端以外の各扉体７５ａ，７５ｂは天板部７４に対して円周方向（加工テーブル２の回転軸を中心とする）に摺動自在となっていて（左右両端の扉体７５ｃは天板部７４に固定されている）、摺動自在な扉体７５ａ，７５ｂをそれぞれ左右へ摺動させて寄せると、左右両端の扉体７５ｃにそれ以外の扉体７５ａ，７５ｂが入れ子式に納まって、マガジン３が露出する（開放状態）。一方、摺動自在な扉体７５ａ，７５ｂをそれぞれ中央側へ摺動させて寄せると、隣接する扉体の左右の端部同士が重なって、マガジン３を覆い隠す（閉鎖状態）。なお、左右両端の扉体７５ｃの天井部の下面にはピストンシリンダ７３がＺ軸周りに回転自在に取り付けられていて、シリンダロッド７６の先端は中央の扉体７５ａの天井部の下面にＺ軸周りに回転自在に取り付けられている（図４（ｂ））。このように構成することで、シリンダロッド７６の進退に伴って可動扉部７２が開閉する。工作機械の第二実施形態においては、加工テーブル２とマガジン３とが近接しているため、シャッタ７を設け、加工中は可動扉部７２を閉鎖状態とすることで、工具Ｔに切削油や切粉が付着することを防いでいる。なお、閉鎖状態においては、ピストンシリンダ７３も可動扉部７２により覆い隠されるので、切削油や切粉が付着しない。

また、加工テーブル２、マガジン３およびシャッタ７は、外周壁８により囲まれている。外周壁８は、加工テーブル２の前後左右に位置する壁面からなるものである。さらに、第二実施形態の前側部分は前壁（図示省略）によって全面が覆われており、前壁にはワークＷを出し入れするための扉が設けられている。

次に、このように構成した工作機械の第二実施形態の動作について、図３〜図５に基づき説明する。まず、加工テーブル２にワークＷが載置され、制御装置（図示省略）の指令に従って主軸１および加工テーブル２が動作して加工が行われる（図５（ａ））。この際、シャッタ７の可動扉部７２は閉鎖されているから、加工テーブル２側とマガジン３側は遮断されており、マガジン３に保持された工具Ｔに、切削油や切粉が付着することはない。そして、当初の工具Ｔによる加工が終了したら、主軸１の工具Ｔを交換するために、ピストンシリンダ７３が駆動してシャッタ７の可動扉部７２が左右に開いて開放状態になるとともに、マガジン３がサーボモータにより回転して空いた工具保持部３１が交換位置（加工テーブル２の左側）に割り出される（図５（ｂ））。この際、加工テーブル２および加工テーブル２に載置されたワークＷもマガジン３と一緒に回転するが、工具交換中は加工を行わないので問題ない。その後、主軸１が左方向に移動して、主軸１から空いた工具保持部３１へと工具Ｔを受け渡す。続いてサーボモータによりマガジン３が回転して、次に使用する工具Ｔが保持された工具保持部３１を交換位置に割り出す。そして主軸１が次に使用する工具Ｔを受け取り、その後、主軸１は右方向に移動する。そして、ピストンシリンダ７３が駆動してシャッタ７の可動扉部７２が左右から閉じて閉鎖状態になり、再び制御装置の指令に従って主軸１および加工テーブル２が動作して加工が行われる。さらに工具Ｔを交換する必要がある場合にはこれらの動作が繰り返される。

本発明の工作機械の第二実施形態においては、第一実施形態と同様に、マガジン３を加工テーブル２に連結させて、マガジン３を回転させるためのサーボモータを、加工テーブル２のサーボモータと共通化したことにより、コストを低減し、また制御を簡素化できる。そして、マガジン３が加工テーブル２に隣接して設けられているから、マガジン３を設置するための交換エリアが不要となり、工作機械を小型化するか、または加工エリアを広くすることができる。さらに、工具交換時の主軸１の移動距離が短いので、交換の時間が短縮される。そして、直線一軸（Ｘ軸）と回転軸（Ｚ軸）で位置決めを行う、いわゆる極座標系を導入することで、主軸１が直交する三軸方向に移動可能な工作機械に比べて、主軸１の直線移動軸を一軸削減したので、さらにコストを低減し、工作機械を小型化できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されない。たとえば、主軸の回転軸が水平向きの横形の工作機械であってもよい。これについては、第一実施形態のように主軸が三軸方向に移動するものと、第二実施形態のように極座標系を導入したものの何れも、横形の工作機械に適用できる。また、マガジンと加工テーブルとは、直接連結されて一体となっているものでもよいし、マガジンが加工テーブルとともに同じ回転駆動手段の回転軸に取り付けられているものでもよい。さらに、第二実施形態においてマガジンを覆うシャッタは、左右の何れか一方向に開く片開きのものであってもよいし、その他、加工中において工具に切削油や切粉が付着することを防げるものであって、開閉自在なものであれば、どのようなものであってもよい。

１主軸
２加工テーブル
３マガジン
４サーボモータ（回転駆動手段）
Ｔ工具
Ｗワーク

Claims

主軸と、ワークを載置する加工テーブルと、前記主軸に取り付ける工具を保持するマガジンと、回転駆動手段とを備え、
前記加工テーブルが、前記回転駆動手段により回転自在となっており、
前記マガジンが、前記回転駆動手段により前記加工テーブルと一体に回転して工具交換位置を割り出すものであることを特徴とする工作機械。
前記主軸が、主軸の回転軸方向および回転軸方向に直交する一方向に移動可能であり、
前記加工テーブルが、主軸の回転軸と平行する軸周りに回転自在であることを特徴とする請求項１記載の工作機械。