JP2020044631A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】案内軌道への異物の付着を抑制する工作機械を提供する。【解決手段】工作機械は、主軸ヘッドを上下移動可能に支持する立柱と、立柱の周囲に配置した案内軌道６１と、案内軌道に沿って移動可能な工具を保持するアームとを備え、案内軌道を支持する支持部８０が案内軌道の上側に配置してある。好ましくは、案内軌道は環状に形成してあり、案内軌道の内周及び外周夫々にローラ６３ａが配置してあり、案内軌道の内周及び外周に配置した各ローラの上側且つ案内軌道の上側に、支持部は配置してある。【選択図】図１１

Description

本発明は、ワークを加工する工作機械に関する。

従来、工作機械は、立柱と、該立柱に上下移動可能に設けた主軸ヘッドと、前記立柱の周囲に配置した工具マガジンとを備える。工具マガジンは、立柱に固定した環状の支持部と、該支持部の上部に固定した環状の案内軌道と、該案内軌道の内周及び外周に設けたローラと、該ローラを介して案内軌道を移動するアームとを有する。アームは工具を保持する。アーム及び主軸ヘッドの移動によって、工具の交換を行う（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−４２４２９号公報

案内軌道は支持部の上側に配置してあり、ワークの加工によって生じた切粉は案内軌道の上に付着する。そのため、付着した切粉が案内軌道とローラとの間に侵入することがある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、案内軌道への異物の付着を抑制する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は、主軸ヘッドを上下移動可能に支持する立柱と、該立柱の周囲に配置した案内軌道と、該案内軌道に沿って移動可能な工具を保持するアームとを備える工作機械において、前記案内軌道を支持する支持部が前記案内軌道の上側に配置してあることを特徴とする。

本発明においては、支持部が案内軌道の上側に配置してあるので、案内軌道に異物が付着しにくい。

本発明に係る工作機械は、前記案内軌道は環状に形成してあり、前記案内軌道の内周及び外周夫々にローラが配置してあり、前記案内軌道の内周及び外周に配置した各ローラの上側且つ前記案内軌道の上側に、前記支持部は配置してあることを特徴とする。

本発明においては、支持部は、二つのローラの上側にも配置してあるので、二つのローラにも異物が付着しにくい。

本発明に係る工作機械は、前記案内軌道は環状に形成してあり、前記案内軌道の内周及び外周夫々にローラが配置してあり、前記案内軌道の内周に配置した前記ローラ及び前記案内軌道の上側に、前記支持部は配置してあり、前記案内軌道の外周に配置した前記ローラを覆うカバーを備えることを特徴とする。

本発明においては、支持部は、内周に配置したローラ及び案内軌道への異物の付着を抑制し、カバーは、外周に配置したローラへの異物の付着を抑制する。

本発明に係る工作機械にあっては、支持部が案内軌道の上側に配置してあるので、案内軌道に異物が付着しにくい。そのため、ローラと案内軌道との間に異物が挟まることを防止できる。

工具マガジンの記載を省略した工作機械を示す斜視図である。 主軸ヘッド、初期位置の工具マガジン、立柱及び摺動機構を略示する斜視図である。 主軸ヘッド、工具マガジン及び立柱を略示する正面図である。 図３に示すＩＶ−ＩＶ線を切断線とした断面図である。 図３に示すＶ―Ｖ線を切断線とした断面図である。 支持体及び立柱を示す斜視図である。 支持体、支持部、コイルばねを略示する断面斜視図である。 支持部を示す平面図である。 工具マガジンと、第一カム及び第二カムとの相対移動を説明する模式図である。 主軸ヘッド、初期位置から前方に移動した工具マガジン、立柱及び摺動機構を略示する斜視図である。 支持部、案内軌道、ローラを示す部分拡大左側面図である。 支持部の上側に案内軌道を取り付けた比較例を示す部分拡大左側面図である。 支持部の下側に案内軌道を取り付けた本実施の形態を示す部分拡大左側面図である。 実施の形態２に係る支持部、案内軌道、ローラを示す部分拡大左側面図である。 実施の形態３に係る支持部、案内軌道、ローラ、カバーを示す部分拡大左側面図である。

（実施の形態１）
以下本発明を実施の形態１に係る工作機械１００を示す図面に基づき説明する。図１は工具マガジン６０の記載を省略した工作機械１００を示す斜視図、図２は主軸ヘッド５、初期位置の工具マガジン６０、立柱４及び摺動機構７０を略示する斜視図である。図２は支持部８０の記載を省略する。以下の説明では図中矢印で示す上下左右前後を使用する。

図１に示す如く、工作機械１００は前後に延びた矩形の基台１を備える。ワーク保持部３は基台１上部の前側に設ける。ワーク保持部３は左右に延びたＡ軸と上下に延びたＣ軸回りに回転可能である。支持台２は基台１上部の後側に設け、立柱４を支持する。

Ｙ軸方向移動機構１０は支持台２上部に設け、移動板１６を前後方向に移動する。Ｙ軸方向移動機構１０は前後に延びた二つの軌道１１、Ｙ軸螺子軸１２、Ｙ軸モータ１３、軸受１４を備える。軌道１１は支持台２上部の左と右に設ける。Ｙ軸螺子軸１２は前後に延び、二つの軌道１１の間に設ける。軸受１４はＹ軸螺子軸１２の前端部と中途部（図示略）に設ける。Ｙ軸モータ１３はＹ軸螺子軸１２後端部に連結する。ナット（図示略）はＹ軸螺子軸１２に転動体（図示略）を介して螺合する。転動体は例えばボールである。複数の摺動子１５は各軌道１１に摺動可能に設ける。移動板１６は水平方向に延び、ナットと摺動子１５上部に連結する。Ｙ軸螺子軸１２はＹ軸モータ１３の回転で回転し、ナットは前後方向に移動し、移動板１６は前後方向に移動する。

Ｘ軸方向移動機構２０は移動板１６上面に設け、立柱４を左右方向に移動する。Ｘ軸方向移動機構２０は左右に延びた二つの軌道２１、Ｘ軸螺子軸２２、Ｘ軸モータ２３（図示略）、軸受２４を備える。軌道２１は移動板１６上面の前と後に設ける。Ｘ軸螺子軸２２は左右に延び、二つの軌道２１の間に設ける。軸受２４はＸ軸螺子軸２２の左端部と中途部（図示略）に設ける。Ｘ軸モータ２３はＸ軸螺子軸２２の右端部に連結する。ナット（図示略）はＸ軸螺子軸２２に転動体（図示略）を介して螺合する。複数の摺動子２６は各軌道２１に摺動可能に設ける。立柱４はナットと摺動子２６上部に連結する。Ｘ軸螺子軸２２はＸ軸モータ２３の回転で回転し、ナットは左右方向に移動し、立柱４は左右方向に移動する。

Ｚ軸方向移動機構３０は立柱４の前面に設け、主軸ヘッド５を上下方向に移動する。Ｚ軸方向移動機構３０は上下に延びた二つの軌道３１、Ｚ軸螺子軸３２、Ｚ軸モータ３３、軸受３４を備える。軌道３１は立柱４前面の左と右に設ける。Ｚ軸螺子軸３２は上下に延び、二つの軌道３１の間に設ける。軸受３４はＺ軸螺子軸３２の下端部と中途部(図示略)に設ける。Ｚ軸モータ３３はＺ軸螺子軸３２上端部に連結する。ナット（図示略）はＺ軸螺子軸３２に転動体（図示略）を介して螺合する。複数の摺動子３５は各軌道３１に摺動可能に設ける。主軸ヘッド５はナットと摺動子３５の前部に連結する。Ｚ軸螺子軸３２はＺ軸モータ３３の回転で回転し、ナットは上下方向に移動し、主軸ヘッド５は上下方向に移動する。

上下に延びた主軸５１は主軸ヘッド５内に設ける。主軸５１は軸回りに回転する。主軸モータ６は主軸ヘッド５上端部に設ける。主軸５１下端部は工具を装着する。主軸５１は主軸モータ６の回転で回転し、工具は回転する。回転した工具はワーク保持部３で保持したワークを加工する。

工作機械１００は工具を交換する工具マガジン６０を備える。工具マガジン６０は案内軌道６１、チェーン６２、複数の把持アーム６３、マガジンモータ６４及びギア６５を備える。

案内軌道６１は環状且つ平面視長円形をなし、前後に延びる。案内軌道６１は、前端部が後端部よりも下側に位置するように、傾斜している。案内軌道６１は主軸ヘッド５及び立柱４の周りを囲む。案内軌道６１に沿ってチェーン６２が設けてある。チェーン６２に複数のアーム取付部６２ａ（図１１、図１３参照）が固定してある。アーム取付部６２ａは上面に二つのローラ６３ａを有する。二つのローラ６３ａは案内軌道６１の内側及び外側に回転可能に接触する。アーム取付部６２ａは下面に把持アーム６３を固定してある。把持アーム６３は工具ホルダを把持する。工具ホルダは上下方向を軸方向とした筒状をなし、工具は工具ホルダに嵌合している。工具ホルダの外周にＶ溝が形成してある。把持アーム６３の先端部はＶ溝に係止する。

案内軌道６１の後部内側にマガジンモータ６４が配置してある。マガジンモータ６４の出力軸にギア６５が設けてある。ギア６５はチェーン６２に噛合する。マガジンモータ６４が回転し、チェーン６２が回転し、複数の把持アーム６３が回転する。把持アーム６３は工具を、所定位置、例えば割出位置に搬送する。割出位置は案内軌道６１の下端位置である。主軸５１が下降した場合、主軸５１は割出位置に位置する工具及び工具ホルダを装着する。

図３は主軸ヘッド５、工具マガジン６０及び立柱４を略示する正面図、図４は図３に示すＩＶ−ＩＶ線を切断線とした断面図、図５は図３に示すＶ―Ｖ線を切断線とした断面図、図６は、支持体７１及び立柱４を示す斜視図、図７は、支持体７１、支持部８０、コイルばね７９を略示する断面斜視図、図８は、支持部８０を示す平面図である。図１、図２、図５に示す如く、主軸ヘッド５の左側面に第一カム５ａ及び第二カム５ｅが設けてある。第一カム５ａ及び第二カム５ｅは上下に延びた矩形状をなす。第一カム５ａは、第二カム５ｅよりも上側且つ前側に配置してある。第一カム５ａと第二カム５ｅは平行である。図５に示すように、第二カム５ｅの前面は第一カム面５ｂを構成する。第一カム５ａの下面は第二カム面５ｃを構成し、第一カム５ａの前面は第三カム面５ｄを構成する。第一カム面５ｂ及び第三カム面５ｄはＹ軸（前後軸）に略直交し、第二カム面５ｃはＺ軸（上下軸）に略直交する。

図３、図４に示すように、立柱４の左右夫々に二つの摺動機構７０が設けてある。摺動機構７０は、支持体７１、上軌道７２、摺動子７３、下軌道７４、摺動子７５、固定板７６、案内棒７７、可動板７８、コイルばね７９、支持部８０を備える。図６に示すように、支持体７１は立柱４の側面に固定してある。支持体７１の上部に傾斜面７１ａが形成してある。傾斜面７１ａは、前側が下側に位置し、後側が前記前側より上側に位置するように傾斜している。傾斜面７１ａの上部に上軌道７２が設けてある。上軌道７２は傾斜面７１ａに沿って前後に延びる。上軌道７２に摺動子７３が摺動可能に設けてある。傾斜面７１ａの下端部に下軌道７４が設けてある。下軌道７４は傾斜面７１ａに沿って前後に延びる。図２に示す如く、左右方向にて下軌道７４は上軌道７２よりも立柱４に近い。下軌道７４に摺動子７５が摺動可能に設けてある。

傾斜面７１ａの上面に、傾斜面７１ａに直角な固定板７６が下軌道７４の上側に固定してある。固定板７６には、傾斜面７１ａの傾斜方向に貫通した貫通穴７６ａが設けてある。貫通穴７６ａに案内棒７７が挿入してある。案内棒７７は貫通穴７６ａを軸方向に移動可能である。案内棒７７の上端に可動板７８が設けてある。案内棒７７の周囲にコイルばね７９が同軸的に設けてある。コイルばね７９は固定板７６と可動板７８の間に配置してある。コイルばね７９は圧縮ばねであり、可動板７８を斜め後上方向に付勢する。図３に示す如く、支持部８０は、前後に延びた半長円形状をなし、案内軌道６１を支持する。図７に示す如く、二つの摺動子７３、７５の上部及び可動板７８の下部に支持部８０が固定してある。支持部８０は案内軌道６１に連結する。即ち、支持部８０は工具マガジン６０に連結する。支持部８０は固定板７６に連結しない。

図８に示す如く、支持部８０の中央部に上下方向に貫通した開口８０ｄが形成してある。開口８０ｄは前後方向に延び、開口８０ｄの前部に左右方向に突出した二つの部分８ｅ、８ｅが形成してある。部分８ｅの後縁部は第一規制部材８０ａを構成し、部分８ｅの前縁部は第二規制部材８０ｂを構成する部分８ｅには固定板７６が挿入してある。固定板７６は第一規制部材８０ａ及び第二規制部材８０ｂに係合し、支持部８０の移動を防ぐ。

図５に示す如く、支持体７１前方下部の支持部８０にカムフォロア７１ｂが設けてある。カムフォロア７１ｂは、左右方向を軸方向としたローラを備える。カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂ、第二カム面５ｃ及び第三カム面５ｄに接触する。

図９は工具マガジン６０と、第一カム５ａ及び第二カム５ｅとの相対移動を説明する模式図、図１０は主軸ヘッド５、初期位置から前方に移動した工具マガジン６０、立柱４及び摺動機構７０を略示する斜視図である。図１０は支持部８０の記載を省略する。

工具交換動作について説明する。カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂに接触しているとする。工具マガジン６０は所定の把持アーム６３を割出位置に搬送する。Ｚ軸モータ３３が駆動し、主軸ヘッド５が下降し、第一カム５ａ及び第二カム５ｅも下降する。カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂに接触して回転する。図９Ａの実線矢印にて示すように、カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂに接触して相対的に上側に移動する。このとき、摺動子７３、７５は上軌道７２及び下軌道７４を摺動しない。

カムフォロア７１ｂが第二カム面５ｃに到達した場合、主軸５１は割出位置に位置する工具を装着する。カムフォロア７１ｂに第二カム面５ｃから下方向の力が作用する。カムフォロア７１ｂに作用した力によって、摺動子７３、７５は上軌道７２及び下軌道７４を摺動し、可動板７８及び支持部８０は斜め前下方向に移動し、可動板７８はコイルばね７９を押し、可動板７８と固定板７６の間で圧縮する。工具マガジン６０は斜め前下方向に移動する。

工具マガジン６０の下方への移動距離は、主軸ヘッド５の下方への移動距離と同じであるので、上下方向において、工具マガジン６０と主軸ヘッド５は相対的に移動しない。工具マガジン６０は主軸ヘッド５に対して相対的に前方にのみ移動する。図９Ｂの実線矢印にて示す如く、カムフォロア７１ｂは第二カム面５ｃに接触して相対的に前方に移動する。カムフォロア７１ｂが第二カム面５ｃの後端から距離Ｄ１前に移動した場合、工具マガジン６０も距離Ｄ１前に移動する。工具マガジン６０全体が主軸ヘッド５に対して相対的に前方に移動するので、主軸５１に装着した工具を把持した把持アーム６３は主軸ヘッド５から前方に直線的に離れる。カムフォロア７１ｂが第二カム面５ｃに沿って移動している場合、工具マガジン６０と主軸ヘッド５は、上下方向において相対的に移動しないので、工具装着時の騒音を抑制することができる。

カムフォロア７１ｂが第三カム面５ｄに到達した場合、図９Ｃの実線矢印にて示すように、カムフォロア７１ｂは第三カム面５ｄに接触して相対的に上側に移動する。このとき、カムフォロア７１ｂは、第一カム面５ｂから第三カム面５ｄまでの前後の距離Ｄ２と同じ距離を前方に移動し、工具マガジン６０も距離Ｄ２前方に移動する。コイルばね７９の弾性復元力が可動板７８に作用する。しかしカムフォロア７１ｂが第三カム面５ｄに接触しているので、第三カム面５ｄが工具マガジン６０の移動を妨げ、摺動子７３、７５は上軌道７２及び下軌道７４を摺動せず、工具マガジン６０は後方に移動しない。図１０に示すように、割出位置に配置した把持アーム６３は主軸ヘッド５から前方に離れた状態を維持する。主軸ヘッド５は所定の上下位置にて止まる。

主軸ヘッド５が上昇した場合、工具マガジン６０は図９の逆向きに移動する。即ち、図９Ｃの破線矢印にて示す如く、カムフォロア７１ｂは第三カム面５ｄに接触して相対的に下側に移動する。カムフォロア７１ｂが第二カム面５ｃに到達した場合、コイルばね７９の弾性復元力によって、工具マガジン６０は、上軌道７２及び下軌道７４に沿って斜め後上方向に移動する。

工具マガジン６０の上方への移動距離は、主軸ヘッド５の上方への移動距離と同じであるので、上下方向において、工具マガジン６０と主軸ヘッド５は相対的に移動しない。故に図９Ｂの破線矢印にて示す如く、カムフォロア７１ｂは第二カム面５ｃに接触して相対的に後方に移動する。カムフォロア７１ｂには第二カム面５ｃから抗力が作用するので、カムフォロア７１ｂは一気に後方に移動することなく、徐々に後方に移動する。工具マガジン６０全体が主軸ヘッド５に対して相対的に後方に移動するので、主軸５１に装着した工具を把持アーム６３は把持する。

カムフォロア７１ｂが第一カム面５ｂに到達した場合、図９Ａの破線矢印にて示す如く、カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂに接触して相対的に下方に移動する。把持アーム６３は主軸５１から工具を抜き出す。主軸ヘッド５は所定の上下位置にて止まる。

図１１は、支持部８０、案内軌道６１、ローラ６３ａを示す部分拡大左側面図である。前述したように、案内軌道６１は環状をなし、二つのローラ６３ａは案内軌道６１の内周及び外周に夫々配置してある。支持部８０の前側部分において、断面形状は前後に延びたクランク形をなし、支持部８０の前側部分における前部は後部よりも下側に位置する。支持部８０の下面は案内軌道６１の上面に連結する。支持部８０は、案内軌道６１の内周に配置したローラ６３ａと案内軌道６１の上側を覆う。

ローラ６３ａと案内軌道６１の間には、ローラ６３ａの移動の為に、隙間が設けてある。前記隙間に異物が侵入し易い。実施の形態１に係る工作機械にあっては、支持部８０が案内軌道６１の上側に配置してあるので、案内軌道６１に異物が付着しにくい。そのため、ローラ６３ａと案内軌道６１との間に異物が侵入することを抑制し、ローラ６３ａの移動を円滑に実行できる。

図１２は、支持部８０の上側に案内軌道６１を取り付けた比較例を示す部分拡大左側面図であり、図１３は、支持部８０の下側に案内軌道６１を取り付けた本実施の形態を示す部分拡大左側面図である。図１２に示す比較例においては、実施の形態とは異なり、工具交換時に把持アーム６３は前後に回転する。工具マガジン６０は固定してある。

図１２にて示す如く、比較例において、主軸５１の軸心と把持アーム６３の前端との間の前後方向の寸法をＡ１とし、把持アーム６３の先端部、例えば工具を把持するプランジャの中心を通過し支持部８０と平行な直線と、アーム取付部６２ａ下面と平行な直線とを結ぶ最短の寸法をＢ１とする。

一方、図１３にて示す如く、実施の形態において、主軸５１の軸心と把持アーム６３の前端との間の前後方向の寸法をＡ２とし、把持アーム６３の先端部、例えば工具を把持するプランジャの中心を通過し支持部８０と平行な直線と、アーム取付部６２ａ下面と平行な直線とを結ぶ最短の寸法をＢ２とする。Ａ２はＡ１よりも寸法が短く、またＢ２はＢ１よりも寸法が短い。即ち、支持部８０の下側に案内軌道６１を取り付け、また上述したカム５２及び位置決め部１１０の協働によって工具を位置決めする構成にすることによって、工作機械の小型化を図ることができる。なお実施の形態の工作機械は、工具マガジン６０が前後移動して、工具を交換するが、工具マガジン６０は移動せず、把持アーム６３が回転して工具を交換してもよい。

（実施の形態２）
以下本発明を実施の形態２に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。図１４は、支持部８０、案内軌道６１、ローラ６３ａを示す部分拡大左側面図である。支持部８０の外周部分８０ｃは、案内軌道６１の外周に配置したローラ６３ａの上側まで延びる。即ち、支持部８０は、案内軌道６１の内周及び外周に配置した二つのローラ６３ａと案内軌道６１の上側を覆う。

支持部８０は、案内軌道６１のみならず、二つのローラ６３ａの上側にも配置してあるので、二つのローラ６３ａにも異物が付着しにくい。そのため、ローラ６３ａと案内軌道６１との間に異物が侵入することを更に抑制できる。

実施の形態２に係る構成の内、実施の形態１と同様な構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

（実施の形態３）
以下本発明を実施の形態３に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。図１５は、支持部８０、案内軌道６１、ローラ６３ａ、カバー８４を示す部分拡大左側面図である。図１５に示す如く、支持部８０の外周部にカバー８４がボルト８５によって連結してある。カバー８４は、案内軌道６１の外周に配置したローラ６３ａの上面及び周面を覆うように、支持部８０から延びる。

実施の形態３に係る工作機械の支持部８０は、内周に配置したローラ６３ａ及び案内軌道６１への異物の付着を抑制し、カバー８４は、外周に配置したローラ６３ａへの異物の付着を抑制する。そのため、ローラ６３ａと案内軌道６１との間に異物が侵入することを更に抑制できる。

なお実施の形態１〜３の工作機械は、工具マガジン６０が前後移動して、工具を交換するが、工具マガジン６０は移動せず、把持アーム６３が回転して工具を交換してもよい。

５ 主軸ヘッド
６０ 工具マガジン
６１ 案内軌道
６３ 把持アーム
６３ａ ローラ
７０ 摺動機構
７１ 支持体
７１ｂ カムフォロア
８０ 支持部
８４ カバー
９０ 制御装置

Claims (3)

1. 主軸ヘッドを上下移動可能に支持する立柱と、該立柱の周囲に配置した案内軌道と、該案内軌道に沿って移動可能な工具を保持するアームとを備える工作機械において、
   前記案内軌道を支持する支持部が前記案内軌道の上側に配置してあること
   を特徴とする工作機械。
2. 前記案内軌道は環状に形成してあり、
   前記案内軌道の内周及び外周夫々にローラが配置してあり、
   前記案内軌道の内周及び外周に配置した各ローラの上側且つ前記案内軌道の上側に、前記支持部は配置してあること
   を特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記案内軌道は環状に形成してあり、
   前記案内軌道の内周及び外周夫々にローラが配置してあり、
   前記案内軌道の内周に配置した前記ローラ及び前記案内軌道の上側に、前記支持部は配置してあり、
   前記案内軌道の外周に配置した前記ローラを覆うカバーを備えること
   を特徴とする請求項１に記載の工作機械。

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