JP2015123575A - 工作機械、及び工作機械用の工具マガジン - Google Patents

Abstract

【課題】加工液や切り屑に対して保護する構造の工具マガジンを具えた従来の立て形マシニングセンターは、工具交換時に工具マガジンを開閉するための独立した駆動源を必要とする。【解決手段】工具１６が取り付けられる主軸１８を有し、この主軸１８の回転軸線に沿って移動可能な主軸頭１３と、被加工物が固定され、かつ主軸１８の回転軸線と直交する方向に移動可能なワークテーブル１４と、このワークテーブル１４に取り付けられて複数の工具を整列状態で保持する工具マガジン１５とを具えた本発明による工作機械１０は、工具マガジン１５が複数の工具を収容するための工具収容部１５ａと、この工具収容部１５ａに取り付けられて工具交換時に開状態に保持される可動カバー１５ｂとを有し、ワークテーブル１４の移動に連動して工具マガジン１５の可動カバー１５ｂを機械的に開状態および閉状態に切り換えるカバー作動手段２３をさらに具える。【選択図】図４

Description

本発明は、自動工具交換装置が組み込まれた工作機械、及び工作機械用の工具マガジンに関する。

ＮＣ複合工作機械は、無人運転で効率良く加工を進めて行くことが求められ、そのための一つとして自動工具交換装置を組み込んだものが一般的となっている。このような自動工具交換装置が組み込まれた工作機械の工具マガジンには、加工中に供給される切削油などの加工液や、生成する切り屑などが入り込んで工具交換の不具合や加工精度の低下を引き起こすような不具合を生じないことが求められる。

このため、加工中に加工領域に供給される加工液や、加工によって生成する切り屑から工具マガジン内の工具を保護する技術として、特許文献１に開示されたような自動工具交換装置が提案されている。この特許文献１に開示の工具交換装置では、砥石車をそれぞれ保持する複数のツールハンドを備えたツールマガジンの周囲をマガジンカバーにて囲繞し、これにより砥石車を保護するマガジンカバーの一部に、工具交換位置に対応した工具交換窓を開設している。一方、ツールマガジンにおけるツールハンドの配設箇所の一つに開閉シャッタを設け、ツールマガジンが工具非交換位置に回転停止している時、開閉シャッタがマガジンカバーの工具交換窓を閉止している。これにより、開閉シャッタの開閉のための独立した開閉機構や装置を用いずとも、ツールマガジンの基本動作である回転運動に連動して開閉シャッタを開閉させている。

特開２０１２−１４８３８２号公報

特許文献１に開示された従来の自動工具交換装置は、工作機械にて加工を行うために必要な駆動源に対し、独立した機構および駆動源がツールマガジンの回転および割り出しのために必要である。結果として、被加工物の加工には必要ではない駆動源を備えていなければならず、自動工具交換装置を作動させるためのイニシャルコストの増大に加え、ランニングコストの問題も生ずる。

本発明は、工具を交換するための独立した駆動源を用いることなく、工具の交換が比較的容易な工作機械、及び工作機械用の工具マガジンを提供する。

本発明の工作機械は、工具が取り付けられる主軸と、前記主軸に対向して配置されて被加工物が固定されるワークテーブルと、前記ワークテーブルに設けられて、複数の工具が収容される工具収容部、及び当該工具収容部を工具交換時に開状態とする可動カバーを有する工具マガジンと、前記ワークテーブルを前記主軸に対して移動させる移動手段と、前記移動手段によって前記ワークテーブル及び前記工具マガジンの移動に連動して前記可動カバーを作動させて前記工具マガジンの前記工具収容部を開状態とするカバー作動手段とを具えたことを特徴とするものである。

そして、このような本発明の工作機械によれば、ワークテーブルの移動に連動して工具収容部を開状態とすることが可能となるため、工具の交換機構が複雑化せず、比較的容易に工具を交換することが可能となる。

例えば、本発明の一つの形態に係る工作機械は、工具が取り付けられる主軸を有し、この主軸の回転軸線に沿って移動可能な主軸頭と、被加工物が固定され、かつ前記主軸の回転軸線と直交する方向に移動可能なワークテーブルと、このワークテーブルに取り付けられて複数の工具を整列状態で保持する工具マガジンとを具えた工作機械であって、前記工具マガジンは、前記複数の工具を収容するための工具収容部と、この工具収容部に取り付けられて工具交換時に開状態に保持される可動カバーとを有し、前記ワークテーブルの移動に連動して前記工具マガジンの前記可動カバーを機械的に開状態および閉状態に切り換えるカバー作動手段をさらに具えたことを特徴とするものである。

本発明にかかる上記形態の工作機械によれば、工具交換のためにワークテーブルを工具交換位置へと移動すると、カバー作動手段によって可動カバーが開状態となり、工具マガジンと主軸との間で必要な工具交換が行われる。このようにして工具交換を終えた後、ワークテーブルをワーク加工位置へと移動すると、可動カバーが閉状態に戻される。

また、本発明による工作機械において、ワークテーブルは、主軸の回転軸線と直交すると共に相互に直交する第１および第２の方向に移動可能であり、工具マガジンは、第１の方向に沿ったワークテーブルの往動端側に取り付けられ、カバー作動手段は、第１の方向に沿ったワークテーブルの移動に関して連動するものであってよい。この場合、第１の方向に沿ったワークテーブルの復動端側に工具交換位置を設定することができる。また、第２の係合部材は、ワークテーブルが工具交換位置よりも第１の方向の往動端側のワーク加工位置にある場合、第１の係合部材に係合せず、可動カバーが閉状態に保持されるものであってよい。さらに、工具マガジンに収容される複数の工具が第２の方向に沿って整列しているものであってよい。

さらに、上記カバー作動手段は、可動カバーから突出すると共に複数の工具の整列方向に沿って延在する第１の係合部材と、工具交換位置にてこの第１の係合部材に係合し、可動カバーを開状態に保持する第２の係合部材とを有することができる。この場合、第１および第２の係合部材は、可動カバーを開状態に保持したまま、第２の方向に沿ったワークテーブルの移動に伴って相対変位可能であってよい。

なお、工具マガジンが可動カバーを閉状態に付勢する付勢手段をさらに有することができる。

また、本発明は、上述した工作機械に適用できる他、ワークテーブルが移動式の構成を持つ工作機械に対して好適な工具マガジンについても対象に含まれる。具体的には、本発明の工具マガジンは、工作機械における被加工物が固定される移動式のワークテーブルに装着される工具マガジンであって、前記工作機械の主軸に対して取り付けられる複数の工具を収容する工具収容部と、前記工具収容部を工具交換時に開状態とする可動カバーとを具え、前記可動カバーには、前記工作機械に係合する係合部が設けられ、前記ワークテーブルの移動に伴って前記可動カバーの前記係合部が前記工作機械に係合することにより、前記可動カバーが作動して前記工具収容部を開状態とすることを特徴とするものである。このような本発明の工具マガジンによれば、移動式のワークテーブルに取り付け可能であるため、例えば、工作機械に対して、オプションとしての後付も可能となる。

本発明の工作機械によると、工具を交換するための独立した駆動源を用いることなく、工具の交換が比較的容易となる。

また、ワークテーブルを工具交換位置へと移動すると、カバー作動手段によって可動カバーが開状態となり、主軸の工具交換を行う場合、可動カバーを開閉するための独立した駆動源を使用せずとも信頼性の高い自動工具交換を行うことができる。

ワークテーブルが工具交換位置よりも第１の方向の往動端側のワーク加工位置にある場合、第２の係合部材が第１の係合部材に係合せずに可動カバーを閉状態に保持することで、工具マガジン内を加工液や切り屑から保護することができる。

カバー作動手段が可動カバーから突出する第１の係合部材と、工具交換位置にてこの第１の係合部材に係合する第２の係合部材とを有する場合、カバー作動手段を極めて単純な構成にすることができる。

工具マガジンが可動カバーを閉状態に付勢する付勢手段をさらに有する場合、ワーク加工中に可動カバーが確実に閉状態に保持され、工具マガジン内を加工液や切り屑から保護することができる。

本発明による工作機械の一実施例の外観を模式的に表す立体投影図である。 図１に示した実施形態の側面図である。 工具交換位置にある図１に示した実施形態の外観を表す立体投影図である。 図３に示した実施形態の側面図である。 図４中のＶ−Ｖ矢視に沿った平面形状の拡大図である。 図１に示した実施形態において、工具交換中の状態を表す立体投影図である。 図１に示した実施形態において、工具交換終了状態を表す立体投影図である。 図１に示した実施形態において、ワーク加工位置に戻った状態の外観を表す立体投影図である。 工具マガジンの他の実施形態の外観を模式的に表す立体投影図である。 図９に示した工具マガジンが工具交換位置にある場合の状態を模式的に表す立体投影図である。

本発明による工作機械を３軸制御の立て形マシニングセンターに応用した実施形態について、図１〜図８を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、自動工具交換装置が組み込まれた多軸制御のあらゆる立て形工作機械に対して適用させることが可能である。

本実施形態による立て形マシニングセンターの外観を図１，図３，図６〜図８に示し、図１，図３にそれぞれ対応した側面形状を図２，図４に示し、図４中のＶ−Ｖ矢視に沿った平面形状を図５に示す。本実施形態における立て形マシニングセンター１０は、ベース１１から立ち上がるコラム１２に配された主軸頭１３と、ベース１１上に配される移動式のワークテーブル１４と、このワークテーブル１４に取り付けられる工具マガジン１５とを具えている。

図示しない周知の工具着脱機構を介し、工具１６（図７，図８参照）が工具ホルダー１７を介して取り付けられる主軸１８は、主軸頭１３に取り付けられた主軸駆動用モーター１９によって駆動回転する。主軸１８を回転自在に支持する主軸頭１３は、コラム１２の上端に取り付けられた主軸頭昇降用モーター２０によって、この主軸１８の回転軸線（以下、これをＺ軸と記述する）に沿ってコラム１２に対し移動可能である。

図示しない被加工物が固定されるワークテーブル１４は、ベース１１上に設置されたＹ軸ステージ２１を介し、このＹ軸ステージ２１上に設置されたＸ軸ステージ２２に固定されている。Ｙ軸ステージ２１は、図示しないＹ軸ステージ移動用モーターを介して主軸１８の回転軸線、すなわちＺ軸と直交する第１の方向（以下、これをＹ軸方向と記述する）にベース１１上を移動する。このＹ軸方向に沿ったワークテーブル１４の復動端側（図４中、左側）に工具交換位置が設定されている。Ｘ軸ステージ２２は、図示しないＸ軸ステージ移動用モーターを介してＺ軸および第１の方向、すなわちＹ軸とそれぞれ直交する第２の方向（以下、これをＸ軸方向と記述する）にＹ軸ステージ２１上を移動する。

なお、主軸頭１３には、ワークテーブル１４を工具交換位置からＹ軸方向に移動させた場合に主軸１８に取り付けられた工具１６の下端が工具マガジン１５に対して干渉しないような高さの図７，図８に示すような工具交換待機位置が設定されている。

複数の工具をその工具ホルダー１７と共にＸ軸方向に沿って整列状態で保持する工具マガジン１５は、Ｙ軸方向に沿ったワークテーブル１４の往動端側（図２中、右側）に取り付けられている。この工具マガジン１５は、マガジン本体となる工具収容部１５ａと、可動カバー１５ｂと、可動カバー１５ｂを図１，図２，図８に示す閉状態に付勢するねじりコイルばね１５ｃとを有する。可動カバー１５ｂの下端部は、Ｘ軸方向と平行なピン１５ｄを介して工具収容部１５ａに回動自在に取り付けられ、工具交換時にはねじりコイルばね１５ｃのばね力に抗して図３〜図７に示す開状態に保持される。本発明における付勢手段としてのねじりコイルばね１５ｃは、工具収容部１５ａと可動カバー１５ｂとに跨がって配される。この工具マガジン１５は、主軸１８に取り付けられた工具１６を用いてワークテーブル１４に固定された図示しないワークを機械加工する際、加工液や切り屑などが工具マガジン１５内に入り込まないように、収容された工具および工具ホルダー１７を保護する。

この立て形マシニングセンター１０は、Ｙ軸方向に沿ったワークテーブル１４の移動に連動して工具マガジン１５の可動カバー１５ｂを機械的に開状態および閉状態に切り換えるカバー作動手段（機械的連動機構）２３をさらに具えている。本実施形態におけるカバー作動手段２３は、Ｘ軸方向に沿って延在する第１の係合部材２３ａと、工具交換位置にてこの第１の係合部材２３ａに係合し得る第２の係合部材２３ｂとを有する。棒材にて枠状に形成した本実施形態における第１の係合部材２３ａは、その基端部が回動自在に可動カバー１５ｂに取り付けられ、先端側が可動カバー１５ｂから上方に突出するように、可動カバー１５ｂに形成された受け部１５ｅに支持された状態となっている。つまり、第１の係合部材２３ａは図２に示した状態からその基端部を中心として可動カバー１５ｂに対し反時計回りに回転することが可能である。可動カバー１５ｂを開状態に保持するための本実施形態における第２の係合部材２３ｂは、第１の係合部材２３ａとＹ軸方向に対向するようにコラム１２に突設されている。

従って、図２に示す状態からワークテーブル１４がＹ軸方向に沿ってその復動端側の工具交換位置へと移動すると、第１の係合部材２３ａの先端部が第２の係合部材２３ｂに引っ掛かる。そして、ねじりコイルばね１５ｃのばね力に抗して可動カバー１５ｂがピン１５ｄを中心して図４中、時計回りに回転すると共に第１の係合部材２３ａがその基端部を中心として反時計回りに回転し、可動カバー１５ｂが開状態となる。第１および第２の係合部材２３ａ，２３ｂは、可動カバー１５ｂを開状態に保持したまま、Ｘ軸方向に沿ったワークテーブル１４の移動に伴って相対変位可能である。これにより、工具マガジン１５に収容された所望の工具１６と主軸１８とを同軸状に整列させることができる。つまり、Ｙ軸ステージ２１を工具交換位置に保持した状態にてＸ軸ステージ２２のＸ方向移動と、主軸頭１３のＺ軸方向の昇降とを組み合わせることにより、主軸１８に対する任意の工具１６の装着または取り外しを行うことが可能となる。

第２の係合部材２３ｂは、ワークテーブル１４が工具交換位置よりもＹ軸方向の往動端側のワーク加工位置にある場合（図２参照）、第１の係合部材２３ａに係合せず、可動カバー１５ｂはねじりコイルばね１５ｃのばね力により閉状態に保持される。従って、主軸１８に取り付けられた工具１６を用いてワークテーブル１４に固定されたワークを機械加工する際に、加工液や切り屑などが工具マガジン１５内に入り込み、内部に収容された工具ホルダー１７などに付着するような不具合を防止することができる。また、第１の係合部材２３ａが第２の係合部材２３ｂに係合して可動カバー１５ｂが開状態となるような危険性も未然に防止される。

図１〜図４，図６〜図８は、主軸１８に工具１６を装着するための一連の動作を順に示しており、図１，図２はワークテーブル１４がワーク加工位置にあって主軸１８に工具１６が装着されていない状態を示す。図示しないＮＣコントローラーからの指令に基づき、主軸１８に装着すべき工具１６が指定されると、主軸頭１３は工具交換待機位置まで上昇する。

図３，図４は、Ｙ軸ステージ２１を図１，図２に示す状態から工具交換位置に移動させた状態を示す。工具マガジン１５に収納された装着すべき工具１６と、主軸１８の回転軸線とが同軸となるように、Ｙ軸ステージ２１がＹ軸方向の工具交換位置へと駆動されると共にＸ軸ステージ２２が駆動される。この時、可動カバー１５ｂに取り付けられた第１の係合部材２３ａが第２の係合部材２３ｂに当接して係合する。そして、工具マガジン１５に組み込まれたねじりコイルばね１５ｃのばね力を上回るＹ軸ステージ２１の駆動力により、可動カバー１５ｂが閉状態から開き状態へと移行（作動）する。このように、本実施形態では可動カバー１５ｂを開閉する駆動源がＹ軸ステージ移動用モーターとなるため、可動カバー１５ｂを開閉するための独立した駆動源が不要である。

図６は、主軸頭１３を図３，図４に示す状態から下降させ、所定の工具１６を保持する工具ホルダー１７が主軸１８内に差し込まれた状態を示す。図７は、主軸頭１３を図６に示す状態から工具交換待機位置まで再び上昇させた状態を示し、主軸１８に所定の工具１６が装着されていることが理解される。図８は、Ｙ軸ステージ２１を図７に示す工具交換位置からワーク加工位置まで移動させた状態を示す。この場合、可動カバー１５ｂの第１の係合部材２３ａが第２の係合部材２３ｂから遠ざかり、ねじりコイルばね１５ｃのばね力によって可動カバー１５ｂが開状態から閉状態へと復帰する。

なお、図６〜図８においては、工具収容部１５ａの一部を破断して工具マガジン１５の内部を視認できるようにしてある。

上述した実施形態では、第１の係合部材２３ａとして、可動カバー１５ｂに両端が回動自在に連結された枠状のものを採用したが、可動カバー１５ｂと一体構成にすることも可能である。このような工具マガジン１５の他の実施形態の外観を図９に示し、その開状態を図１０に示すが、先の実施形態と同じ機能の要素にはそれと同じ符号を記すに止め、重複する説明は省略する。すなわち、本実施形態における第１の係合部材２３ａはＸ軸方向に沿って延在し、可動カバー１５ｂの上端から上方に一体的に突出した板状をなす。図１０中、二点鎖線で示す第２の係合部材２３ｂは、図１〜図４に示すような立て形マシニングセンター１０のコラム１２側に固定される。従って、第２の係合部材２３ｂは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿ったワークテーブル１４の移動に伴い、第１の係合部材２３ａに当接した状態でその表面を相対的に滑ることができるようになっている。これにより、先の実施形態と同様に可動カバー１５ｂの開閉が可能となる。

ここで、上述した実施形態では、カバー作動手段２３は、Ｘ軸方向に沿って延在する第１の係合部材２３ａと、工具交換位置にてこの第１の係合部材２３ａに係合し得る第２の係合部材２３ｂとを物理的に接触させて可動カバー１５ｂを開状態とする構造例を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、カバー作動手段は、移動手段によってワークテーブル及び工具マガジンの移動に連動して可動カバーを作動させて工具マガジンの工具収容部を開状態とするものであればよい。例えば、カバー作動位置で磁石の磁力が相互作用するように一対の磁石を配置したカバー作動手段とし、非接触で可動カバーを開状態または閉状態となるようにしてもよい。

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

１０ マシニングセンター
１１ ベース
１２ コラム
１３ 主軸頭
１４ ワークテーブル
１５ 工具マガジン
１５ａ 工具収容部
１５ｂ 可動カバー
１５ｃ ねじりコイルばね
１５ｄ ピン
１５ｅ 受け部
１６ 工具
１７ 工具ホルダー
１８ 主軸
１９ 主軸駆動用モーター
２０ 主軸頭昇降用モーター
２１ Ｙ軸ステージ
２２ Ｘ軸ステージ
２３ カバー作動手段
２３ａ 第１の係合部材
２３ｂ 第２の係合部材

Claims (9)

1. 工具が取り付けられる主軸と、
   前記主軸に対向して配置されて被加工物が固定されるワークテーブルと、
   前記ワークテーブルに設けられて、複数の工具が収容される工具収容部、及び当該工具収容部を工具交換時に開状態とする可動カバーを有する工具マガジンと、
   前記ワークテーブルを前記主軸に対して移動させる移動手段と、
   前記移動手段によって前記ワークテーブル及び前記工具マガジンの移動に連動して前記可動カバーを作動させて前記工具マガジンの前記工具収容部を開状態とするカバー作動手段とを具えたことを特徴とする工作機械。
2. 前記ワークテーブルは、前記主軸の回転軸線と直交すると共に相互に直交する第１および第２の方向に移動可能であり、前記工具マガジンは、前記第１の方向に沿った前記ワークテーブルの往動端側に取り付けられ、前記カバー作動手段は、前記第１の方向に沿った前記ワークテーブルの移動に関して連動することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記第１の方向に沿った前記ワークテーブルの復動端側に工具交換位置が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
4. 前記カバー作動手段は、前記可動カバーから突出すると共に前記複数の工具の整列方向に沿って延在する第１の係合部材と、工具交換位置にてこの第１の係合部材に係合し、前記可動カバーを開状態に保持する第２の係合部材とを有し、
   前記第２の係合部材は、前記ワークテーブルが前記工具交換位置よりも前記第１の方向の往動端側のワーク加工位置にある場合、前記第１の係合部材に係合せず、前記可動カバーが閉状態に保持されることを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
5. 前記工具マガジンに収容される複数の工具は、前記第２の方向に沿って整列していることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の工作機械。
6. 前記カバー作動手段は、前記可動カバーから突出すると共に前記複数の工具の整列方向に沿って延在する第１の係合部材と、工具交換位置にてこの第１の係合部材に係合し、前記可動カバーを開状態に保持する第２の係合部材とを有することを特徴とする請求項３から請求項５の何れか１項に記載の工作機械。
7. 前記第１および第２の係合部材は、前記可動カバーを開状態に保持したまま、前記第２の方向に沿った前記ワークテーブルの移動に伴って相対変位可能であることを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
8. 前記工具マガジンは、前記可動カバーを閉状態に付勢する付勢手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の工作機械。
9. 工作機械における被加工物が固定される移動式のワークテーブルに装着される工具マガジンであって、
   前記工作機械の主軸に対して取り付けられる複数の工具を収容する工具収容部と、
   前記工具収容部を工具交換時に開状態とする可動カバーとを具え、
   前記可動カバーには、前記工作機械に係合する係合部が設けられ、
   前記ワークテーブルの移動に伴って前記可動カバーの前記係合部が前記工作機械に係合することにより、前記可動カバーが作動して前記工具収容部を開状態とすることを特徴とする工作機械用の工具マガジン。

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