JP2018192570A - 工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガントリーローダ等を用いて自動的に上方からワークを交換することが容易な工作機械を提供すること。【解決手段】工具マガジン40は、主軸30に取り付けられた工具2により被加工物を加工している状態の加工位置と、主軸30に取り付けられた工具2を交換する工具交換位置と、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部20に対する被加工物の載置及び取外しの障害とならない退避位置との間で移動可能である。被加工物は、自動ワーク搬送装置によって、ワーク載置部20に対して上方から載置され、又は、ワーク載置部20から上方へ取外される。工具マガジン40を退避位置へ移動させる工具マガジン退避部413、175と、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部20に対する被加工物の載置及び取外しの動作と、工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行う制御装置60と、を備える工作機械1である。【選択図】図4

Description

本発明は、工具マガジンを回動動作させて工具を主軸に対して接近、離反させて工具の着脱を行う工作機械に関する。
従来より、工作機械の主軸に取り付けられる工具を自動的に交換可能な工作機械が知られている。このような工作機械においては、工具マガジンにおいて放射状に配置された複数の工具把持部に、被加工物に対する加工作業に必要な工具が予めセットされており、工作機械の主軸に取り付けられた工具が、被加工物の加工状態に応じて指定された工具に自動的に交換される(例えば、特許文献1参照)。
特開2015−054370号公報
上述の従来の工作機械としては、工具マガジンが主軸の前面或いは側面に配置されている構成が知られている。被加工物であるワークは、工作機械の前面或いは側面に形成されたカバー部材の開口部を通して、工作機械においてワークが載置されるワーク載置部に載置される。この構成では、主軸への工具の受け渡しを行う際の動作を小さくでき、工具交換時間を短くすることが可能である。
このように工作機械の前面或いは側面に形成されたカバー部材の開口部を通して、工作機械においてワークが載置されるワーク載置部に載置されるのではなく、例えば、工作機械の上方からワークを搬送して、工具マガジンの下方に配置されたワーク載置部にワークを配置させる構成が考えられる。この場合、従来の工作機械においては、工具マガジンに把持されている工具の先端と、工具マガジンに対向して配置されている工作機械のカバー部材との間の距離は短い。このため、工作機械のワーク載置部にワークを載置したり、ワーク載置部に載置されたワークを交換したりするためのスペースは小さく、ガントリーローダ等を用いて自動的にワークを交換することは難しかった。
本発明は、ガントリーローダ等を用いて自動的に上方からワークを交換することが容易な工作機械を提供することを目的とする。
本発明に係る工作機械(例えば、後述のマシニングセンタ1)は、工具(例えば、後述の工具2)を把持可能であり放射状に配置された複数の工具把持部(例えば、後述の工具把持部)を有する工具マガジン(例えば、後述の工具マガジン40)と、自動ワーク搬送装置によって、前記工具により加工される被加工物が載置及び取外しされるワーク載置部(例えば、後述のワーク載置部20)と、前記工具が取り付けられ、前記ワーク載置部の被加工物に対して加工を行う主軸(例えば、後述の主軸30)と、を備える工作機械であって、前記工具マガジンは、前記主軸に取り付けられた前記工具により被加工物を加工している状態の加工位置と、前記主軸に取り付けられた前記工具を交換する工具交換位置と、前記自動ワーク搬送装置による前記ワーク載置部に対する被加工物の載置及び取外しの障害とならない退避位置との間で移動可能であり、被加工物は、前記自動ワーク搬送装置によって、前記ワーク載置部に対して上方から載置され、又は、前記ワーク載置部から上方へ取外され、前記工作機械は、前記工具マガジンを前記退避位置へ移動させる工具マガジン退避部(例えば、後述の回転カム175、エアシリンダ171、カムフォロワ413)と、前記自動ワーク搬送装置による前記ワーク載置部に対する被加工物の載置及び取外しの動作と、工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行う制御装置(例えば、後述の制御装置60)と、を備える。
また、水平方向において前記工具マガジンに対向する位置に配置された壁部により構成されるカバー部材(例えば、後述のカバー部材C)を備え、前記工具マガジン退避部は、前記壁部と前記工具マガジンとの間を前記自動ワーク搬送装置が上下方向へ通過可能な空間を確保可能に、前記工具マガジンを退避させてもよい。
また、前記工具マガジンは、マガジン軸部を中心として回動可能であり、前記工具マガジン退避部は、前記マガジン軸部と平行な退避部軸部を中心に回転可能な回転カム(例えば、後述の回転カム175)と、前記回転カムのカム面(例えば、後述のカム面177)に追従し前記工具マガジン上に支点を有するカムフォロワ(例えば、後述のカムフォロワ413)と、を有してもよい。
また、前記回転カムのカム面は、前記回転カムの前記退避部軸部を中心としてカム面に沿って進むにつれて、前記退避部軸部からの距離が徐々に短くなる曲面を有してもよい。
また、前記工具マガジン退避部は、前記回転カムを回転させるためのエアシリンダ(例えば、後述のエアシリンダ171)を備えてもよい。
本発明によれば、ガントリーローダ等を用いて自動的に上方からワークを交換することが容易な工作機械を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1の工具マガジン40が動作位置にある状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1の工具マガジン40が工具着脱位置にある状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1の工具マガジン40が動作位置にある状態のときの回転カム175及びカムフォロワ413の位置関係を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1の工具マガジン40が退避位置にある状態のときの回転カム175及びカムフォロワ413の位置関係を示す側面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1を示す斜視図である。
本実施形態に係る工作機械は、マシニングセンタ1により構成される。
マシニングセンタ1は、図1に示すように、機械本体部10と、ワーク載置部20と、主軸30と、工具マガジン40と、工具マガジン退避部(後述のエアシリンダ171、回転カム175、カムフォロワ413)と、制御装置60と、を備えている。
工具マガジン40は、円盤形状を有しており、機械本体部10に対して回動可能且つ、揺動可能に支持されている。工具マガジン40は、複数の工具把持部43(図2A等参照)を有している。複数の工具把持部43は、工具マガジン40の周方向へ所定の間隔で配置されており、即ち、工具マガジン40において放射状に配置されている。複数の工具把持部43は、工具2(図2A等参照)を1つずつ把持可能である。
水平方向における工具マガジン40の前方(図1における右下方向)であって、工具マガジン40に対向する位置には、壁部により構成されるカバー部材C(図3等参照)が配置されている。なお、図1、図2A、図2Bにおいては、説明の便宜上、カバー部材Cの図示を省略している。
ワーク載置部20には、ワークが載置される。主軸30には、工具マガジン40に把持されている工具2を着脱可能である。工具2が取り付けられた主軸30は、ワーク載置部20に載置されたワークに対して加工を行う。ワークは、ガントリーローダ等により構成された自動ワーク搬送装置(不図示)によって、ワーク載置部20に対して上方から、カバー部材C(図4等参照)と工具マガジン40との間の空間(距離d2を有する空間)を通して、ワーク載置部20に載置されるか、又は、ワーク載置部20に対して上方へ取外される。工具マガジン退避部(後述のエアシリンダ171、回転カム175、カムフォロワ413)は、自動ワーク搬送装置(不図示)が、ワーク載置部20に対して上方からワークを載置し、又は、ワーク載置部20に対して上方へワークを取外すときに、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部20に対するワークの載置及び取外しの障害とならない退避位置へ、工具マガジン40を移動させる。
制御装置60はCPUと、ROMと、RAMとを備えている。CPUは、バスを介して、ROMに格納されたシステムプログラムを読み出し、このシステムプログラムに従って、また、各部に設けられたセンサ(不図示)からの信号が、CPUへと入力されることによって、後述のエアシリンダ171等を制御して、回転カム175等を駆動する。RAMには、一時的な計算データや表示データが格納される。
例えば、制御装置60は、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部20に対するワークの載置及び取外しの動作と、工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行い、後述のように、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部20に対するワークの載置及び取外しの障害とならない退避位置に工具マガジン40が位置しているときに、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部20に対するワークの載置及び取外しを行わせる。
次に、工具マガジン40及び工具マガジン40を支持する構成について、以下詳細に説明する。図2Aは、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1の工具マガジン40が動作位置にある状態を示す側面図である。図2Bは、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1の工具マガジン40が工具着脱位置にある状態を示す側面図である。図3は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1の工具マガジン40が動作位置にある状態のときの回転カム175及びカムフォロワ413の位置関係を示す側面図である。図4は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ1の工具マガジン40が退避位置にある状態のときの回転カム175及びカムフォロワ413の位置関係を示す側面図である。
工具マガジン40は、工具マガジン本体部41を有しており、工具マガジン本体部41には、付勢ばね414と、被支持部411と、カムフォロワ412、413とが設けられている。被支持部411は、左右方向(図2Aにおける紙面の表側と裏側とを結ぶ方向)に延びる回動軸であるマガジン軸部151によって、機械本体部10に対して回動可能に支持されている。付勢ばね414は、引張りばねにより構成されており、一端部が工具マガジン40の被支持部411よりも下側の部分に固定され、他端部が機械本体部10(図1参照)に対して固定されている。付勢ばね414の付勢力によって後述のカムフォロワ412がカム18のカム面181、182に当接するか、又は、後述のカムフォロワ413が回転カム175のカム面177に当接する状態とされる。
カムフォロワ412は、工具マガジン本体部41の後面(図2Aにおける右側の面)から後方向(図2Aにおける右方向)へ延びている。カムフォロワ412の延出端部は、カム18に当接することにより、カム18のカム面181、182に追従する。図2Aに示すように、カム18の上部のカム面181は、前方向(図2Aの左方向)へ最も突出する平坦面を有し、カム18の下部のカム面182は、カム面181よりも後方向(図2Aの右方向)へ後退した平坦面を有し、中間部は、カム18の上部のカム面181と、カム18の下部のカム面182とを結ぶ傾斜面を有している。
これらのカム18及びカムフォロワ412の構成により、カムフォロワ412がカム18の上部のカム面181に追従しているときには、図2Aに示すように、主軸30に取り付けられた工具2によりワークを加工している状態の加工位置にある。また、カムフォロワ412がカム18の下部カム面182に追従しているときには、図2Bに示すように、主軸30に取り付けられた工具2を交換する工具交換位置にある。即ち、カムフォロワ412によるカム18のカム面181、182への追従により、工具マガジン40は、マガジン軸部151を中心として回動し、図2Aに示す加工位置と、図2Bに示す工具交換位置との間を移動する。
工具マガジン退避部は、回転カム175と、カムフォロワ413と、エアシリンダ171とを有している。エアシリンダ171は、機械本体部10(図1等参照)に固定されている。図4等に示すように、エアシリンダ171のピストン(不図示)に固定され、ピストンと一体で移動するエアシリンダ171の出力軸172は、エアシリンダ171の下端部から下方向へ延びており、ピストンの上下移動に伴い、ピストンと一体的に上下方向へ移動する。出力軸172の下端部は、後述の回転カム175の被駆動部178に当接しており、出力軸172が上下することにより、回転カム175が回転する。
回転カム175は、カム部176と、被駆動部178とを有している。カム部176は、図3等に示すように、楕円を2つの焦点を通る直線と当該直線に直交し当該楕円の中心を通る直線とで切った4分割した当該楕円の一つのような形状を有している。
被駆動部178は、図3等に示すように、4分割した楕円の形状を有するカム部176の当該分割線(直線状の部分)を延長するようにカム部176から延びている。カム部176と被駆動部178とは一体的に接続されており、カム部176と被駆動部178との接続部分は、マガジン軸部151と平行に延びる回転軸である退避部軸部153によって、機械本体部10に対して回転可能に支持されている。従って回転カム175は、退避部軸部153によって退避部軸部153を中心して回転可能である。また、回転カム175のカム面177は、退避部軸部153を中心としてカム面177に沿って進むにつれて、退避部軸部153からカム面177までの距離が徐々に短くなる(これとは逆の方向にカム面177に沿って進むと、退避部軸部153からカム面177までの距離が徐々に長くなる)ような曲面を有している。
カムフォロワ413は、工具マガジン本体部41に固定されて設けられており、図4に示すように、回転カム175のカム面177に当接可能である。即ち、カムフォロワ413は、回転カム175のカム面177に追従しており、工具マガジン40上に支点を有する。
これらの回転カム175のカム面177及びカムフォロワ413の構成により、工具マガジン40は、マガジン軸部151を中心として回動し、カムフォロワ413がカム面177の先端近傍の部分に追従しているときには、工具マガジン40は、図4に示すように、カバー部材Cの壁部と工具マガジン40との間を自動ワーク搬送装置が上下方向へ通過可能な空間を確保可能に、工具マガジン40を退避させる退避位置にある。カムフォロワ413がカム面177の基端部(被駆動部178に接続されているカム部176の部分)近傍の部分に追従しているときには、工具マガジン40は、図3に示すように、工具マガジン40において工具2が把持され、且つ、主軸30に取り付けられた工具2によりワークを加工している状態の加工位置にある。即ち、カムフォロワ413によるカム面177への追従により、工具マガジン40は、マガジン軸部151を中心として回動し、図4に示す退避位置と、図2A及び図3に示す加工位置との間を移動する。
次に、工具マガジン40の動作について説明する。
先ず、工具マガジン40は、図2Aに示すように、カムフォロワ412がカム18の上部に追従しているときには、主軸30に取り付けられた工具2によりワークを加工している状態の加工位置にある。この状態から、図2Bに示すように、工具マガジン40の下側の部分を後方(図2Aにおける右方向)へ引っ張るように付勢する付勢ばね414の付勢力により、カムフォロワ412がカム18の下部に当接して追従し、工具マガジン40がマガジン軸部151を中心として回動して、主軸30が上方へ移動し、主軸30に取り付けられた工具2を交換する工具交換位置となる。
このように、工具マガジン40が加工位置や工具交換位置にあるときには、工具マガジン40の上部に位置している工具2が、カバー部材Cの壁部に接近した位置関係にあるため、図3に示すように、カバー部材Cの壁部と工具2の先端との間の距離d1は短くなっており、従って、カバー部材Cの壁部と工具マガジン40との間の空間は狭くなっている。このとき、制御装置60による制御により、エアシリンダ171は駆動されず、図3に示す状態で固定されている。
次に、ワークをワーク載置部20へ載置するか、又は、ワーク載置部20に載置されたワークを取り外す際には、制御装置60による制御により、エアシリンダ171を駆動させて、回転カム175を時計回りに回転させる。これにより、カムフォロワ413は、回転カム175のカム面177に当接し、カム面177に沿ってカム面177に対して相対的に移動し、回転カム175のカム部176の先端部に当接した状態となる。これにより、工具マガジン40は、図4に示すように、工具マガジン40の直径方向が垂直に位置し、カバー部材Cの壁部と工具2の先端との間の距離d2は長くなっており、従って、カバー部材Cの壁部と工具マガジン40との間の空間は広くなっている。このとき、制御装置60による制御により、工具マガジン40に同期して、自動ワーク搬送装置を駆動させて、ワークをワーク載置部20へ搬送して載置するか、ワーク載置部20に載置されているワークを取り外す。
以上のように、本実施形態によれば、工作機械としてのマシニングセンタ1は、工具2を把持可能であり放射状に配置された複数の工具把持部43を有する工具マガジン40と、自動ワーク搬送装置によって、工具2により加工されるワークが載置及び取外しされるワーク載置部20と、工具2が取り付けられ、ワーク載置部20のワークに対して加工を行う主軸30と、を備える。
工具マガジン40は、主軸30に取り付けられた工具2によりワークを加工している状態の加工位置と、主軸30に取り付けられた工具2を交換する工具交換位置と、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部20に対するワークの載置及び取外しの障害とならない退避位置との間で移動可能である。
ワークは、自動ワーク搬送装置によって、ワーク載置部20に対して上方から載置され、又は、ワーク載置部20から上方へ取外される。
そしてマシニングセンタ1は、工具マガジン40を退避位置へ移動させる工具マガジン退避部としての回転カム175と、カムフォロワ413と、エアシリンダ171と、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部20に対するワークの載置及び取外しの動作と、工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行う制御装置60と、を備える。
これにより、工具マガジン40が退避位置にあるときに、工具マガジン40は、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部20に対するワークの載置及び取外しの障害とならない位置にある。このため、ワークを、例えば、ガントリーローダ等により構成される自動ワーク搬送装置によって、ワーク載置部20の上方からワーク載置部20に対して、容易に、ワーク載置部20へ載置したり、ワークを載置部に載置されているワークを取り外したりすることが可能となる。
この結果、マシニングセンタ1へのワークの載置、取り外しを自動化する場合に、マシニングセンタ1の前面や側面からワークを載置、取り外しする場合と比較して、マシニングセンタ1の上方からワーク載置部20に対してワークを着脱するため、例えば、複数のマシニングセンタ1の上方において複数のマシニングセンタ1に跨がるように、ワーク載置部20を配置させることが可能となり、マシニングセンタ1を含むシステム全体の設置面積を小さくすることが可能となる。
また、マシニングセンタ1は、水平方向において工具マガジン40に対向する位置に配置された壁部により構成されるカバー部材Cを備えている。工具マガジン退避部(エアシリンダ171、回転カム175、カムフォロワ413)は、カバー部材Cの壁部と工具マガジン40との間を自動ワーク搬送装置が上下方向へ通過可能な空間を確保可能に、工具マガジン40を退避させる。
これにより、工具マガジン40に把持されている工具2の先端と、工具マガジン40に対向して配置されているマシニングセンタ1のカバー部材Cとの間の距離が長くなる。このため、ガントリーローダ等により構成される自動ワーク搬送装置が、工具マガジン40に把持されている工具2の先端と、工具マガジン40に対向して配置されているマシニングセンタ1のカバー部材Cとの間を、容易に通過することが可能となり、自動ワーク搬送装置によって、ワーク載置部20へ載置したり、ワーク載置部20に載置されているワークを取り外したりすることが可能となる。
また、工具マガジン40は、マガジン軸部151を中心として回動可能であり、工具マガジン退避部は、マガジン軸部151と平行な退避部軸部153を中心に回転可能な回転カム175と、回転カム175のカム面177に追従し工具マガジン40上に支点を有するカムフォロワ413と、を有する。これにより、例えば、エアシリンダ171によって工具マガジン40を回動させる場合と比較して、工具マガジン40を回動させる際の衝撃を小さくすることが可能となる。
また、回転カム175のカム面177は、回転カム175の退避部軸部153を中心としてカム面177に沿って進むにつれて、退避部軸部153からの距離が徐々に短くなる曲面を有する。これにより、工具マガジン40が退避位置と加工位置との間で移動する際に、エアシリンダ171によって直接工具マガジン40を移動させる場合と比較して、工具マガジン40の移動速度を滑らかに変化させることが可能となる。
また、工具マガジン退避部は、回転カム175を回転させるためのエアシリンダ171を備える。これにより、エアシリンダ171の駆動により、回転カム175を適切な回転角度へ回転させることが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば、本発明における各部の構成は、上記実施形態における各部の構成に限定されない。即ち、本発明における工具マガジン、ワーク載置部、主軸、工具マガジン退避部、制御装置、等の構成は、本実施形態における工具マガジン40、ワーク載置部20、主軸30、回転カム175と、カムフォロワ413と、エアシリンダ171、制御装置60、等の構成に限定されない。
1……マシニングセンタ(工作機械)
2……工具
20……ワーク載置部
30……主軸
40……工具マガジン
43……工具把持部
60……制御装置
151……マガジン軸部
175……回転カム(工具マガジン退避部)
177……カム面
171……エアシリンダ(工具マガジン退避部)
413……カムフォロワ(工具マガジン退避部)
C……カバー部材(壁部)

Claims (5)

  1. 工具を把持可能であり放射状に配置された複数の工具把持部を有する工具マガジンと、
    自動ワーク搬送装置によって、前記工具により加工される被加工物が載置及び取外しされるワーク載置部と、
    前記工具が取り付けられ、前記ワーク載置部の被加工物に対して加工を行う主軸と、を備える工作機械であって、
    前記工具マガジンは、前記主軸に取り付けられた前記工具により被加工物を加工している状態の加工位置と、前記主軸に取り付けられた前記工具を交換する工具交換位置と、前記自動ワーク搬送装置による前記ワーク載置部に対する被加工物の載置及び取外しの障害とならない退避位置との間で移動可能であり、
    被加工物は、前記自動ワーク搬送装置によって、前記ワーク載置部に対して上方から載置され、又は、前記ワーク載置部から上方へ取外され、
    前記工作機械は、前記工具マガジンを前記退避位置へ移動させる工具マガジン退避部と、
    前記自動ワーク搬送装置による前記ワーク載置部に対する被加工物の載置及び取外しの動作と、前記工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行う制御装置と、を備える工作機械。
  2. 水平方向において前記工具マガジンに対向する位置に配置された壁部により構成されるカバー部材を備え、
    前記工具マガジン退避部は、前記壁部と前記工具マガジンとの間を前記自動ワーク搬送装置が上下方向へ通過可能な空間を確保可能に、前記工具マガジンを退避させる請求項1に記載の工作機械。
  3. 前記工具マガジンは、マガジン軸部を中心として回動可能であり、
    前記工具マガジン退避部は、前記マガジン軸部と平行な退避部軸部を中心に回転可能な回転カムと、前記回転カムのカム面に追従し前記工具マガジン上に支点を有するカムフォロワと、を有する請求項1又は請求項2に記載の工作機械。
  4. 前記回転カムのカム面は、前記回転カムの前記退避部軸部を中心としてカム面に沿って進むにつれて、前記退避部軸部からの距離が徐々に短くなる曲面を有する請求項3に記載の工作機械。
  5. 前記工具マガジン退避部は、前記回転カムを回転させるためのエアシリンダを備える請求項3又は請求項4に記載の工作機械。
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