JP2980028B2 - マシニングセンタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、移動コラム型の
マシニングセンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】左右、前後に水平移動する移動コラム
に、主軸を回転自在に備えた主軸ヘッドを上下移動自在
に装架した、いわゆる移動コラム型のマシニングセンタ
がある。従来、このようなマシニングセンタは、本体
ベッドの一側面に支持ベースを設け、その支持ベースに
移動コラムの側方に位置する工具マガジンと工具交換ア
ームを備え、本体ベッドの他側面には、多軸工具ヘッド
交換装置を設けたもの（実開昭６０−１９０５５５
号）、移動コラム上部に工具交換ア−ムを含んだ工具
交換装置を搭載する一方、この工具交換装置の上方に
は、本体ベ−スと一体のマガジン支持ベ−スを備え、こ
のマガジン支持ベ−スに工具マガジンを装着したものが
公知である。更に、本願と類似する構成を持つものとし
て、特公昭４６−２８９５３号には、工具交換アーム
と工具マガジンとの間に、工具マガジンの所定の工具割
出位置に割り出された工具を、工具交換アームに受けわ
たす工具受渡位置まで移送する移送手段を備えたものが
開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術によ
れば、移動コラムには、工具マガジンや工具交換アーム
を搭載していないので、加工時に移動する移動コラム重
量が軽減され、高速移動ができる反面、移動コラムの左
右幅方向両側面に、工具交換装置と多軸工具ヘッド交換
装置を配置する全体構成なので、機台の左右幅が大変広
く、短い加工ピッチでマシニングセンタを並設するよう
なフレキシブルトランスファラインには不向きであっ
た。またによれば、工具マガジンが移動コラムの上方
位置にあるので、マシニングセンタの機台幅が狭くな
り、フレキシブルトランスファラインにおいて、短い加
工ピッチでマシニングセンタを並設したい場合に適して
いる。しかし、このように工具交換装置が移動コラムの
上部に搭載されたものでは、移動コラムの背が工具交換
装置分だけ高くなり、移動コラムの重心が高くなる。ま
た、工具交換装置分だけ移動コラム重量も増加する。従
って、移動コラムの移動速度が速くできない問題があっ
た。更に、工具交換装置は絶えず主軸と共に前後、左右
移動し、しかも、工具交換ア−ムは、主軸前端面とほぼ
同一平面にあるので、例えば、工具交換ア−ムと同一高
さのワ−ク部分が、主軸側へ突出しているようなワ−ク
においては、主軸の工具はワ−クに接近しにくく、加工
不能の場合が生じることもある。更にでは、工具マガ
ジンの所定の工具割出位置に割り出された工具を、工具
交換アームに受け渡す工具受渡位置まで移送する移送手
段の開示はあるが、それらの工具マガジン、工具交換ア
ーム、移送装置が、本体ベッドとの関係で、幅方向に如
何なる位置関係にあるのかは、明確でない。この発明の
課題は、工具マガジンの所定の工具割出位置に割り出さ
れた工具を、工具交換アームに受け渡す工具受渡位置ま
で移送する移送手段を備えているマシニングセンタであ
って、機台幅が狭くフレキシブルトランスファラインに
適していると共に、ワ−クに対する主軸工具の接近性も
よく、しかも、移動コラムの移動速度を上げることがで
き、加えて機台全体の高さも低くできるマシニングセン
タを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、前後、左右
移動する移動コラムに主軸を昇降自在に設け、その移動
コラムの移動空間上方に、移動コラムとは切り離してマ
ガジン支持ベースを設け、そのマガジン支持ベースに移
動コラムの頂部と僅かな隙間を保ってアーム装置を設
け、そのアーム装置の上方に工具マガジンを設け、マガ
ジン支持ベースには更に，工具マガジンとアーム装置と
の間に、工具マガジンの所定の割出位置に割り出された
工具ホルダを、工具交換アームに受け渡す受渡位置まで
工具ホルダを水平状態で移送する移送手段を備え、これ
らの工具マガジン、移送装置、アーム装置が、本体ベッ
ド幅内に収まるようにした。

【０００５】

【発明の実施の形態】本体ベッドに対し、左右、前後方
向に水平移動する移動コラムに、水平方向の主軸を回転
自在に備えた主軸ヘッドを上下方向移動自在に装架し、
この主軸ヘッドの主軸に装着した工具ホルダと工具マガ
ジンの工具ホルダとを、工具交換アームを備えたアーム
装置によって交換するようにしたマシニングセンタにお
いて、前記移動コラムの移動空間上方にマガジン支持ベ
ースを本体ベッドと一体に設け、そのマガジン支持ベー
スに、水平方向の交換用の工具ホルダを複数備えた工具
マガジンを、所定の工具交換位置に移動させた主軸ヘッ
ドの真上に位置する所定の割出位置に前記各交換用の工
具ホルダを前後方向の旋回軸を中心にして割出回転可能
に設け、そのマガジン支持ベースには、工具マガジン下
方位置にコラム頂部との間に僅かな隙間を持ってアーム
装置を配設し、そのアーム装置は、両端に工具ホルダの
把持部を備えた工具交換アームを、両把持部の中央部を
中心に旋回可能かつ旋回軸線方向に移動可能で水平な待
機位置に待機するように備え、更にアーム装置と工具マ
ガジンの間には、割出位置の工具ホルダをその割出位置
からその鉛直下方位置でかつアーム装置の工具交換アー
ムの旋回軌跡上の受渡位置に工具ホルダを水平状態のま
ま移送する移送装置をマガジン支持ベースに設け、これ
らの工具マガジン、アーム装置、移送装置が、本体ベッ
ド幅内に収められている。

【０００６】

【実施例】図１、２において、本体ベッド１上の移動ベ
ース２が、本体ベッド１後部に取付けたＺ軸用モータ３
により回転駆動される送りねじ軸４で前後（Ｚ軸）方向
へ移動するようにしてある。移動ベース２上には移動コ
ラム５が移動ベース２側部に取付けたＸ軸用モータ６に
より回転駆動される送りねじ軸７で左右（Ｘ軸）方向に
移動するようにしてある。従って、移動コラム５は前
後、左右に水平移動することになる。移動コラム５には
主軸８ａを回転自在に支持した主軸ヘッド８が上下（Ｙ
軸）方向に移動自在に装架されている。この主軸ヘッド
８は移動コラム５内の上下の送りねじ軸９で上下移動さ
れ、この送りねじ軸９は移動コラム５に出力軸を上方に
向けて装着したＹ軸用モータ１０とタイミングベルト１
１を介して接続されている。

【０００７】本体ベッド１からは移動コラム５の頂部よ
り上方まで延びた４本の支柱１２が取付けられ、この支
柱上端にマガジン支持ベース１３が固着され、前記移動
コラム５の水平移動空間上方に位置されている。このマ
ガジン支持ベース１３の下面には、前記移動コラム５の
頂部との間に僅かな隙間を持ってアーム装置１５が一体
に装着してある。アーム装置１５は例えば特開昭６２−
２８２８４０号に開示のように複数のカム要素の組合せ
により両端に把持部１６を持つ工具交換アーム１７が第
１図に示す待機位置から時計方向に９０°旋回して後述
の移送装置５０の受渡位置Ｂの工具ホルダ２５と主軸の
工具ホルダ（これらには工具が装着してある）を同時に
把持し、次いで工具交換アーム１７を軸方向へ移動して
両工具ホルダ２５を抜出し、１８０度旋回の後、軸方向
へ後退移動して工具交換を行い、その後反時計方向へ９
０°旋回して元の待機位置へ戻るようにしてある。

【０００８】マガジン支持ベース１３上面には、４本の
支柱１８とベース板１９を組合せたマガジンベース２０
が固着され、このマガジンベース２０上に工具マガジン
３０がモータ回転による公知のゼネバ機構（図示なし）
により割出し自在に装備されている。この工具マガジン
３０において旋回割出しされるマガジンプレート３１
は、工具を保持した多数の工具ホルダ２５を放射状に保
持する工具保持部３２を備えている。この工具保持部３
２は図４、６に示すように工具ホルダ２５のフランジ２
６に形成された環状保持溝２７を保持する２つの保持爪
３３をピン３４で支持し、ばね３５力で閉じるようにし
たものである。保持爪３３の相対向する突片３６間には
図４に示すように工具ロック機構４０の摺動軸４１が後
方に付勢されて配設され、摺動軸４１後端にローラ４２
が回動自在に支持してある。この摺動軸４１は軸方向中
間部にフランジ４３を備え、常時はばね４４力で前記突
片３６間にフランジ４３を位置させて把持爪３３が工具
ホルダ２５を保持した状態で把持爪３３が開くことを防
止し、後述のロック解除カム８０と係合するとフランジ
４３が前進して把持爪３３のロック状態を解除するよう
にしてある。

【０００９】この工具マガジン３０と前記工具交換アー
ム１７との間には、前記マガジンベース２０内側に工具
マガジン３０の割出位置（本実施例では鉛直下方位置、
図１のＡ位置）の工具ホルダ２５を、その鉛直下方で工
具交換アーム１７に受け渡す受渡位置Ｂへ移送する移送
装置５０が配置してある。図３〜５に示すようにこの移
送装置５０において、前記ベース板１９を支える支柱１
８のうちの前側２本には、その背部に上下のほぼ全長に
わたって一対の案内レール５１が内側（図５上下方向）
に向いて対向するように取付けてある。移送装置５０の
本体５２は摺動体５３とこの摺動体５３の背面に一体固
着したシリンダ部６０とから成る。摺動体５３は全体が
箱状で前面が開口し、案内段部５４が形成されると共に
後述のギヤ支持部材７７用の孔５５が上下に一対穿けら
れた芯部材５６と、その左右両部を塞ぐ塞ぎ体５７及
び、この塞ぎ体５７から側方へ突出した突出片５８に一
体固着したガイド部材５９とを備えている。このガイド
部材５９は前記案内レール５１に夫々上下摺動自在に嵌
装してある。前記シリンダ部６０の一側面にはカムフォ
ロア案内部材６１が固着してある。その直線案内溝６２
には前記支柱（図５下のもの）から後方に突出させた支
持プレート６３に取付けたロータリアクチュエータ６４
の回転軸に連結した揺動アーム６５先端のカムフォロア
６６が転動自在に嵌入してある。従って、この揺動アー
ム６５を図４に示す鉛直上方位置と鉛直下方位置との間
で１８０度旋回させると本体５２は工具マガジン３０の
割出位置Ａと対応する位置と受渡位置Ｂと対応する位置
との間を直線移動することになる。

【００１０】次に前記芯部材５６前端面には押え板６７
が装着され、押え板６７と案内段部５４との間で形成さ
れる溝に上下一対の把握体７０の案内突部７１が上下に
摺動自在に嵌合してある。上下一対の把握体７０は、工
具ホルダ２５のテーパシャンク部２８を嵌入可能な嵌入
孔７２を備えた工具ポットをその中心線上で上下２つに
分割した形状を成し、工具ホルダ２５をその間に挟んだ
状態で、工具ホルダ２５のプルスタッド２９の前面と係
合する鋼球７３がばね７４力で半径方向内側に付勢され
た弾性保持機構７５が一対ずつ設けてある。これらの把
握体７０の背面にはラック７６が形成され、これらのラ
ック７６は夫々前記芯部材５６の孔５５に嵌入されたギ
ヤ支持部材７７に回動自在に支持された送りギヤ７８に
夫々噛み合っている。これらの送りギヤ７８には、シリ
ンダ部６０から突出した前後動するピストンロッド６０
ａの上下に形成した開閉用ラック７９が噛み合ってお
り、ピストンロッド６０ａの前後動により、上下一対の
把握体７０が開閉し、工具ホルダ２５のテーパシャンク
部２８をその両側から挾むようにしてある。その開き度
合は、特に割出位置Ａにおいて、工具ホルダ２５のテー
パシャンク部２８が工具ホルダ２５の割出しにより描く
移動軌跡の両側に把握体７０が位置するように設定して
ある。更に上側の把握体７０の前上部には、ロック解除
カム８０が装着されている。また、下側の把握体７０の
下部と当接し、本体５２の受渡位置Ｂでの上下方向の位
置決めを行なうストッパ８１がアーム装置１５に固着さ
れ、マガジンベース２０の支柱（図３右側のもの）１８
には受渡位置Ｂでの工具交換アーム１７の旋回に伴う衝
撃を受けるために、下側の把握体７０の右側面と当接す
るストッパ８２が固着してある。前記アーム装置１５及
び移送装置５０により工具交換装置が構成され、工具マ
ガジン３０と共に、前記本体ベッド１の幅内に収めてあ
る。

【００１１】マシニングセンタのこのような全体構成に
よれば、移動コラム５の主軸８ａに工具ホルダ２５ごと
工具を装着し、加工を行なうが、移動コラム５は工具交
換装置を全く具備していないために、自体の重量が軽
く、移動コラム５の高さも低い。そのため、移動コラム
５の重心が低くなって高速で水平移動でき、加工時間が
短縮される。又、加工ワーク形状が例えば工具交換アー
ム１７と対向する部分が移動コラム５側へ突出している
ような場合であっても、主軸ヘッド８がその下へもぐり
込めるために、ワークへの接近性もよく、形状複雑なワ
ークの加工が容易である。しかも、本体ベッド１の左右
には突出部分がなく全て機台幅内に配置された全体形状
のため、フレキシブルトランスファラインに対してこの
ような形成のマシニングセンタを並設することで、極め
て短いトランスファピッチでワークを加工でき、設置面
積が小さくなる。

【００１２】次に工具交換について説明する。先ず移送
装置５０の上下一対の把握体７０は、割出位置Ａにおい
てその間を工具ホルダ２５のテーパシャンク部２８が通
過できるように、テーパシャンク部２８の移動軌跡を挟
んだ上、下位置に開いて位置される（図４）。この状態
で工具マガジン３０の割出しが行なわれ、所定の工具を
持つ工具ホルダ２５が割出位置Ａに割出される。このよ
うに割出位置Ａに割出すことで工具ホルダ２５は開いた
把握体７０の間に位置する。次いで、シリンダ部６０の
ピストンロッド６０ａが第４図の状態から後退し、開閉
用ラック７９、送りギヤ７８、ラック７６を介して上下
の把握体７０が互いに接近し、割出された工具ホルダ２
５を上下側から挾む。同時に把握体７０の弾性保持機構
７５の綱球７３がプルスタッド２９の前面と係合する。
工具ホルダ２５は把握体７０で挟まれてはいるが、その
嵌合孔７２とテーパシャンク部２８とは把握体７０がテ
ーパシャンク部２８を挟んだ状態で半径方向に極めて僅
かな隙間があるように設定してあり、従って、前記弾性
保持機構７５によってのみ工具ホルダ２５の軸方向の抜
けが防止されていることになる。同時に上側の把握体７
０のロック解除カム８０が工具ロック機構４０の摺動軸
４１を図４左方へ押し、マガジンプレート３１の把持爪
３３の突片３６の間からフランジ４３を外し、これによ
り、工具ロック状態が解除され、把持爪３３はばね３５
力のみで工具ホルダ２５を把持している状態となる。

【００１３】次いでロータリアクチュエータ６４の作動
で揺動アーム６５を図４に示す鉛直上方位置から鉛直下
方位置へ１８０度旋回すると、移送装置５０の本体５２
は、カムフォロア６６とカムフォロア案内部材６１の作
用で工具ホルダ２５を把握体７０間に挟んだまま割出位
置Ａから、ロック状態を解除された把持爪３３をばね３
５力に抗して押し拡げつつ下降し、ストッパ８１に当接
して工具ホルダ２５を水平状態のまま受渡位置Ｂまで移
動する。この時までに、移動コラム５の主軸ヘッド８は
図１に示す工具交換位置に位置している。そして、工具
交換アーム１７が待機位置から時計方向へ９０°旋回
し、両端の把持部１６が受渡位置Ｂの工具ホルダ２５と
主軸８ａの工具ホルダを把持する。次いで、工具交換ア
ーム１７が軸方向前方へ移動して弾性保持機構７５で保
持されていた受渡位置Ｂの工具ホルダ２５と主軸８ａで
クランプ解除された工具ホルダを抜取り、１８０度旋回
した後、後退して工具交換を行なう。そして工具交換ア
ーム１７を反時計方向に９０度旋回して待機位置へ戻
す。主軸８ａから受渡位置Ｂの把握体７０に装着された
工具ホルダ２５は、ロータリアクチュエータ６４の動作
で割出位置Ａへ戻され、その環状保持溝２７が工具マガ
ジン３０の把持爪３３間に装着される。そして、把握体
７０がピストンロッド６０ａの前進により開かれると、
工具ロック機構４０が作用して戻された工具ホルダ２５
はマガジンプレート３１から離脱しないようにロックさ
れる。一対の把握体７０はこのまま次の工具割出しを待
つ。

【００１４】本実施例では上下一対の把握体７０は工具
ホルダ２５を弾性保持機構７５で保持するものとして説
明したので、工具交換アームによる抜き動作の際、把握
体７０を閉じた状態のまま工具交換を行ない得たが、弾
性保持機構を省略して工具ホルダを把持する把握体と
し、受渡位置で工具交換アームに工具ホルダが保持され
たとき、把握体を僅かに開放するようにしてもよい。

【００１５】

【発明の効果】以上のように、本願発明のマシニングセ
ンタによれば、移動コラムは、工具マガジンは勿論のこ
と、アーム装置、移送装置から成る工具交換装置を全く
具備していないために、自体の重量が軽く、移動コラム
の高さも低くなり、そのため、移動コラム５の重心が低
くなって高速で水平移動でき、加工時間が短縮できる。
又、加工ワーク形状が例えば工具交換アームと対向する
部分が移動コラム側へ突出しているような場合であって
も、主軸ヘッドがその下へもぐり込めるために、ワーク
への接近性もよく、形状複雑なワークの加工が容易であ
る。しかも、本体ベッドの左右には突出部分がなく全て
機台幅内に配置された全体形状のため、フレキシブルト
ランスファラインに対してこのような形成のマシニング
センタを並設することで、極めて短いトランスファピッ
チでワークを加工でき、設置面積が小さくできる。さら
に工具マガジンとアーム装置との間に工具ホルダの移送
装置を有するものであっても、アーム装置を移動コラム
と僅かな隙間を持って配置したので、機械全体の高さを
低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マシニングセンタの正面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】移送装置の拡大正面図である。

【図４】一部が図３のＩＶ−ＩＶ断面に従う側面図であ
る。

【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】工具マガジンの工具保持部を示す図である。

【符号の説明】

１…本体ベッド ５…移動コラム ８…主軸ヘッド １３…マガジン支持ベ−ス １５…ア−ム装置 １７…工具交換ア−ム ２５…工具ホルダ ３０…工具マガジン ５０…移送装置 ５２…本体 Ａ…割出位置 Ｂ…受渡位置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体ベッドに対し、左右、前後方向に水
   平移動する移動コラムに、水平方向の主軸を回転自在に
   備えた主軸ヘッドを上下方向移動自在に装架し、この主
   軸ヘッドの主軸に装着した工具ホルダと工具マガジンの
   工具ホルダとを、工具交換アームを備えたアーム装置に
   よって交換するようにしたマシニングセンタにおいて、
   前記移動コラムの移動空間上方にマガジン支持ベースを
   本体ベッドと一体に設け、そのマガジン支持ベースに、
   水平方向の交換用の工具ホルダを複数備えた工具マガジ
   ンを、所定の工具交換位置に移動させた主軸ヘッドの真
   上に位置する所定の割出位置に前記各交換用の工具ホル
   ダを前後方向の旋回軸を中心にして割出回転可能に設
   け、そのマガジン支持ベースには、工具マガジン下方位
   置にコラム頂部との間に僅かな隙間を持ってアーム装置
   を配設し、そのアーム装置は、両端に工具ホルダの把持
   部を備えた工具交換アームを、両把持部の中央部を中心
   に旋回可能かつ旋回軸線方向に移動可能で水平な待機位
   置に待機するように備え、更にアーム装置と工具マガジ
   ンの間には、割出位置の工具ホルダをその割出位置から
   その鉛直下方位置でかつアーム装置の工具交換アームの
   旋回軌跡上の受渡位置に工具ホルダを水平状態のまま移
   送する移送装置をマガジン支持ベースに設け、これらの
   工具マガジン、アーム装置、移送装置が、本体ベッド幅
   内に収められていることを特徴とするマシニングセン
   タ。