JP3591860B2 - Machine tool tool changer - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機械の工具交換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械のコラム側面に付設された工具マガジンから、コラム前面に設けられた主軸に工具をタイムリーに供給するために、様々の工具交換装置が提案されている。例えば、特公平3−35054号公報には、工作機械のコラム上部の略中央をその旋回中心とし、工具マガジンの中央上部の工具ソケット受渡し位置と、主軸の真上の工具交換位置、との間を90度旋回する大型のスイングア−ムを具えて成る工具交換装置が開示されている。
【0003】
この公報のような大型のスイングア−ムをコラム上部に配置できないが、それと類似の軌跡を描くように、合理的に工具を交換させたいと欲する場合がある。そのような場合、工具を先ず主軸の軸線方向に平行な方向に所定量移動させ、その後、主軸の方向に90度旋回させ、その後、主軸近傍の工具交換位置まで接近移動させ得るような機構が必要となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記のような機構では、1つの動作が終わって初めて次の動作が始まるというように、動作が単純に積み重ねられることになるため、必然的に全体の動作時間が長くなってしまい、好ましくない。
そこで、本発明の目的は、工具交換時間を短縮させると共に、物理的・機械的な干渉を合理的に回避させ得るような工具交換装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、コラム側面に付設された工具マガジンとコラム前面の主軸との間で工具を交換する工作機械の工具交換装置において、前記主軸の軸線と平行な方向に移動可能に前記コラム側面に支承されるスライダと、前記スライダの前端部に前記主軸の軸線と平行な方向から垂直な方向へ水平に所定角度だけ回動可能に支承される旋回ベースと、前記旋回ベース上を往復移動可能に支承されるアームキャリアと、前記アームキャリアの一端に旋回可能でかつ旋回軸線方向に往復動可能に支承され、両端に工具把持部を具えたアームと、前記アームが前記工具マガジン側から前記主軸側へ移動する場合、前記スライダの前進中に所定タイミングで前記アームキャリアの前記スライダの移動方向とは反対方向への後退動作及び前記旋回ベースの旋回動作が開始されるように前記スライダ、旋回ベース及びアームキャリアの駆動部を制御する制御手段と、前記旋回ベースの後端部に設けたスイッチ要素と、前記旋回ベースの移動時に、前記旋回ベースの回転が前記所定タイミングより早いタイミングで開始したときに、前記スイッチ要素に係合して前記スイッチ要素を励起又は非励起させる前記コラム側に設けられたドッグプレートとを具備し、前記コラムと前記旋回ベースとの機械的な干渉を回避しながら工具交換動作を行うようにした。
【0006】
【作用】
スライダの前進中に、アームキャリアの後退作動及び旋回ベースの旋回作動が開始されるので、全体の作動時間が短くなり、工具交換時間が短縮される。
また、スイッチ要素及びドッグプレートによって、旋回ベースとコラムとの機械的な干渉を回避しながら工具交換動作を継続させることができる。
【0007】
更に、主軸及び工具マガジンに対する工具交換に関して、アームキャリアの前進及び後退で部分的に足るように各要素を配置したので、更成る駆動装置の追加等を不要にすることができる。
【0008】
【実施例】
以下、本発明に係る工作機械の工具交換装置の一実施例を図面を参照して説明する。 先ず、本実施例の工作機械の全体構成を略示する図2、3、及び4を参照すると、図示工作機械1は、最大質量数十トンの大形部品から精密な金型まで、高速・高精度・高能率に加工し得る、いわゆる大型横形のマシニングセンタである。この工作機械1のベッド3の前方側には、その上に工作物(図示せず)が取着されるパレット5が着脱自在に搭載された前後(Z方向)に移動可能なテーブル7が配設され、ベッド3の後方側には、左右(X方向)に移動可能なコラム9が立設される。コラム9の前面には、水平形の回転主軸13を有した主軸頭11が上下(Y方向)に移動可能に配設され、コラム9の左側面には、工具マガジン15が一体的に搭載されている。この工具マガジン15は、コラム9に対して回転割り出し自在に支承され、工具が収納され得る工具ソケットを3つ収納するカートリッジ19を均等角度的に放射状に複数個(図示例では、20個のカートリッジ)収容し得るように構成されている。
【0009】
工具マガジン15の上方側には、主軸13と工具マガジン15との間で工具交換を行うための、図1に詳細に示した工具交換装置21が付設される。図1は、主軸13に対してまさに工具交換を行おうとする位置に位置する工具交換装置21(工具自体を図示せず)を示しており、この工具交換装置21は、相互に連結された、スライダ23と、旋回ベース25と、アームキャリア27と、アーム29とを有する。
【0010】
スライダ23は、コラム側面に固定された工具マガジン15をベースとして工具マガジンに固定されたレール31とそれに摺動自在に装着された支持体33とから成る直線案内機構を介して主軸13の軸線に平行な方向に移動可能に案内され且つそのシリンダロッド35の先端が工具マガジン15に対して固定され、シリンダロッドが静止しシリンダ自体が動く形式で取付けられているロングストロークの第1シリンダ37によって駆動され得る。
【0011】
旋回ベース25は、スライダ23の前端部に旋回可能に支承され且つ第2シリンダ39によって駆動され得る。
アームキャリア27は、旋回ベース25上に固定されたレール41とそれに摺動自在に装着された支持体43とから成る直線案内機構を介して往復移動可能に案内され且つ第3シリンダ45によって駆動され得る。
【0012】
アーム29は、その両端に工具把持用のグリップ部を具え、アームキャリア27の一端部に旋回可能で且つ旋回軸線方向に往復動可能に支承され、旋回・直動用シリンダ47によって旋回と共に旋回軸線方向に往復動され得る。
尚、第1シリンダ37には、そのシリンダロッド前進完了時の検知、後退完了時の検知、及びその往復移動途中に第3シリンダ45後退開始の検知のための3つのセンサLS1、LS2、LS3が付設され、第2シリンダ39には、そのシリンダロッド前進完了時の検知、及び後退完了時の検知のための2つのセンサLS4、LS5が付設され、第3シリンダ45には、そのシリンダロッド前進完了時の検知、及び後退完了時の検知(後述するが、これは第2シリンダ39前進開始用である)のための2つのセンサLS6、LS7が付設される。
【0013】
また、旋回ベース25の後端部には、本工具交換装置21とコラム9等との物理的・機械的な干渉を回避するための近接スイッチ51が付設され、他方、工具マガジン15側には、この近接スイッチを励起(非励起)させ得る、近接スイッチ部分が描く軌跡C(湾曲しながら連続する黒い小さな複数の点で示される)に対応するような形状を有するドッグプレート53が付設される。
【0014】
以上の構成を有する本実施例の工具交換装置21の、スタンバイ位置(待機位置)から、主軸13との間で工具交換(工具K2→K1)を行い、元のスタンバイ位置に復帰するまでの一連の動作につき、その要所要所を段階的に示す図5〜14を参照して以下説明する。
先ず、図5に示すスタンバイ位置から、スライダ23が、第1シリンダ37によって、図6に示すように、前方に移動を開始し(前進1/ADV.1)、この前進中にセンサLS3がON(あるいはOFF)すると、アームキャリア27が、第3シリンダ45によって後退する(後退3/RET.3)。そして、このアームキャリア27(第3シリンダ45)の後退完了時に、第3シリンダ45のセンサLS7がON(あるいはOFF)し、それに応動して、今度は、旋回ベース25が、第2シリンダ39によって、図7に示すように90度旋回する(前進2/ADV.2)。尚、この90度旋回の完了時とスライダ23(第1シリンダ37)の移動完了時とは、概ね一致するように設定されるが、好ましくはスライダ23の移動完了時の方が僅かに早いように設定される。
【0015】
次いで、この旋回ベース25の旋回完了時に、第2シリンダ39のセンサLS4がON(あるいはOFF)し、それに応動して、アームキャリア27が、第3シリンダ45によって、図8に示すように前進し、これにより、主軸13の被交換工具(K2)は、アーム29の一方のグリップ部によって把持される(前進3/ADV.3)。
【0016】
次いで、その把持状態のまま、アーム29が主軸軸線に平行な前方方向に往動移動し(アウト/OUT)、これにより、被交換工具(K2)は、引き抜かれ(図9)、その後、アーム29が、図10に示すように、180度旋回し(正転または逆転/CCW)、そして後方方向に復動移動することにより、主軸軸線上に位置する、他方のグリップ部で把持されている交換工具(K1)が、主軸13に装着される(図11)。
【0017】
次いで、アームキャリア27が、図12に示すように、第3シリンダ45によって、後退し、その後退完了に応動して、スライダ23が、第1シリンダ37によって、後方に移動を開始する。それと同時的に(好ましくは、僅かに早く)、旋回ベース25が、第2シリンダ39によって、図13に示すように逆方向に90度回転し、その回転完了に応動して、アームキャリア27が再度前進する(後退2/前進3)。その所定時間後に、スライダ23(第1シリンダ37)が、その後退動作を完了する(図14)。
【0018】
以上の一連の動作により、主軸13に対する工具交換が終了する。この一連の動作を制御装置Cによってコントロールしている。
ここで、図5〜図10までの動作の、本実施例のタイミングチャートと従来装置のタイミングチャートとの比較を図15に示す。同図からわかるように、単に動作を積み重ねるような従来装置の場合、全体の所要時間が、各動作時間の和になるが、これに対して、本実施例の場合、前進1(ADV.1)の動作時間の間に、アームキャリア27と旋回ベース25の動作が完了され、全体の所要時間がその分だけ短縮される。すなわち、工具交換時間を実質的に短縮することができる。
【0019】
以上の一連の動作が全く問題なく行われる場合は良いが、万一、何らかの事情で、作動要素の順序が僅かに狂ったような場合、例えば、第1シリンダ37によるスライダ23の前進時に、所定タイミングよりも早く、旋回ベース25が旋回し始めたりした場合、旋回ベース25の先端部(あるいはアームキャリア27)がコラムに物理的・機械的に干渉する可能性があり得る。
【0020】
そのため、そのような早いタイミングで旋回ベース25が回転した場合に、旋回ベース後端部の近接スイッチ51がドッグプレート53によって励起(非励起)されるように構成し、その際の信号に応じて、制御装置Cを介して、旋回ベース25の旋回のみを止めて、他の作動要素の動き(スライダの移動等)を継続させ、その後に、前記近接スイッチ51がドッグプレート53から外れて元の状態に復帰したような場合に、旋回ベース25の旋回を再開させるように構成する。
【0021】
そのような作動シーケンス構造を採用することにより、万一タイミングがずれても、作動要素(スライダ23や旋回ベース25等)が高速で滑らかな、あたかもカム溝を使ったような滑らかさで、干渉を回避するような動きをすることができ、頻繁な機械の停止をなくすことができる。しかも、非常に簡単な非接触式構造でこれを実現でき、安全性・信頼性・耐久性等に優れており、極めて好ましい。
【0022】
次に、本実施例の工具交換装置21の、上記スタンバイ位置(待機位置)から、工具マガジン15の中央上部の工具交換位置に位置する空のカートリッジ19に対して工具(K2)を渡した後に、元のスタンバイ位置に復帰するまでの一連の動作につき、その要所要所を段階的に示す図16〜20を参照して以下に説明する。
【0023】
先ず、図16に示すスタンバイ位置から、アーム29が、図17に示すように、外方に往動移動し(アウト)、その後、アームキャリア27が、第3シリンダ45によって、図18に示すように後退する(後退3)。次いで、アーム29が、図19に示すように、内方に復動移動し(イン)、これにより、一方のグリップ部で把持されている工具(K2)が、工具マガジン15の空きカートリッジ19に装着される。その後、アームキャリア27が、第3シリンダ45によって、図20に示すように前進し(前進3)、元のスタンバイ位置に位置して、作動が終了する。
【0024】
尚、本実施例においては、以上の説明からわかるように、主軸13に対する工具交換におけるアームキャリア27の(前進時の)移動ストロークと、工具マガジン15に対する工具交換におけるアームキャリア27の(後退時の)移動ストロークとが同じになるような配置構成を採用している。
【0025】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る工具交換装置によれば、動作の重複が可能なように構成したので、工具交換時間を短縮でき、工具交換が高速化できる。
また、動作の重複によって起き得る機械的な干渉を回避して、安全に工具交換ができる。
【0026】
更に、主軸に対する工具交換におけるアームキャリアの移動ストロークと工具マガジンに対する工具交換におけるアームキャリアの移動ストロークとを同じにしたので、別々の駆動部等を別途用意する必要がなくなり、構成が簡単化した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る工作機械の工具交換装置の一実施例を上方側から見た詳細構成図である。
【図2】本実施例の全体概略平面図である。
【図3】本実施例の全体概略正面図である。
【図4】本実施例の全体概略側面図である。
【図5】主軸に対する工具交換動作の第1の段階(スタンバイ位置)を示す図である。
【図6】主軸に対する工具交換動作の第2の段階(前進1/後退3)を示す図である。
【図7】主軸に対する工具交換動作の第3の段階(前進2)を示す図である。
【図8】主軸に対する工具交換動作の第4の段階(前進3)を示す図である。
【図9】主軸に対する工具交換動作の第5の段階(アウト)を示す図である。
【図10】主軸に対する工具交換動作の第6の段階(正転または逆転)を示す図である。
【図11】主軸に対する工具交換動作の第7の段階(イン)を示す図である。
【図12】主軸に対する工具交換動作の第8の段階(後退3)を示す図である。
【図13】主軸に対する工具交換動作の第9の段階(後退2/前進3)を示す図である。
【図14】主軸に対する工具交換動作の第10の段階(後退1)を示す図である。
【図15】本実施例の作動タイミングチャートと従来装置のタイミングチャートとの比較を示す図である。
【図16】工具マガジンに対する工具交換動作の第1の段階(スタンバイ位置)を示す図である。
【図17】工具マガジンに対する工具交換動作の第2の段階を示す図である。
【図18】工具マガジンに対する工具交換動作の第3の段階を示す図である。
【図19】工具マガジンに対する工具交換動作の第4の段階を示す図である。
【図20】工具マガジンに対する工具交換動作の第5の段階を示す図である。
【符号の説明】
1…工作機械
3…ベッド
5…パレット
7…テーブル
9…コラム
11…主軸頭
13…主軸
15…工具マガジン
19…カートリッジ
21…工具交換装置
23…スライダ
25…旋回ベース
27…アームキャリア
29…アーム
31…レール
33…支持体
35…シリンダロッド
37…第1シリンダ
39…第2シリンダ
41…レール
43…支持体
45…第3シリンダ
47…旋回・直動用シリンダ
51…近接スイッチ
53…ドッグプレート[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a tool changing device for a machine tool.
[0002]
[Prior art]
Various tool changers have been proposed to supply tools in a timely manner from a tool magazine attached to the side of a column of a machine tool to a spindle provided on the front of the column. For example, Japanese Patent Publication No. 3-35054 discloses that the center of rotation of a column of a machine tool is defined as the center of rotation, and that a tool socket transfer position above a center of a tool magazine and a tool change position just above a spindle are provided. There is disclosed a tool changer including a large swing arm for turning the tool 90 degrees.
[0003]
Although a large swing arm as disclosed in this publication cannot be arranged at the top of the column, there may be a case where the user wants to change tools rationally so as to draw a locus similar to that. In such a case, there is a mechanism capable of first moving the tool by a predetermined amount in a direction parallel to the axis direction of the main shaft, then turning the tool by 90 degrees in the direction of the main shaft, and then moving the tool closer to a tool changing position near the main shaft. Required.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described mechanism, the operations are simply stacked such that the next operation starts only after one operation is completed, so that the entire operation time is inevitably increased, which is preferable. Absent.
Therefore, an object of the present invention is to provide a tool changer that can shorten the tool change time and can reasonably avoid physical and mechanical interference.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a tool changing device for a machine tool for exchanging a tool between a tool magazine attached to a side surface of a column and a main shaft on a front surface of the column, the tool changing device moving in a direction parallel to an axis of the main shaft. A slider that is supported on the side surface of the column, a turning base that is supported on a front end of the slider so as to be horizontally rotatable by a predetermined angle in a direction perpendicular to a direction parallel to the axis of the main shaft, and the turning base. An arm carrier supported reciprocally above, an arm rotatably supported at one end of the arm carrier and reciprocally movable in the direction of the pivot axis, and an arm provided with a tool gripper at both ends; When moving from the magazine side to the spindle side, the arm carrier is moved backward in a direction opposite to the moving direction of the slider at a predetermined timing during the advance of the slider. Control means for controlling the drive units of the slider, the turning base and the arm carrier so that the turning operation of the turning base is started, a switch element provided at a rear end of the turning base, and movement of the turning base. A dog plate provided on the column side to engage with the switch element and excite or de-energize the switch element when the rotation of the revolving base starts earlier than the predetermined timing. The tool change operation is performed while avoiding mechanical interference between the column and the turning base.
[0006]
[Action]
Since the retracting operation of the arm carrier and the turning operation of the turning base are started during the forward movement of the slider, the entire operation time is shortened, and the tool change time is shortened.
Further, the tool change operation can be continued while avoiding mechanical interference between the turning base and the column by the switch element and the dog plate.
[0007]
Further, with respect to the tool change for the spindle and the tool magazine, since the respective elements are arranged so as to be partially sufficient when the arm carrier is moved forward and backward, it is not necessary to further add a drive device.
[0008]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of a tool changing device for a machine tool according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, referring to FIGS. 2, 3, and 4, which schematically show the overall configuration of a machine tool according to the present embodiment, the illustrated
[0009]
A
[0010]
The
[0011]
The
The
[0012]
The
The
[0013]
At the rear end of the
[0014]
A series of steps from the standby position (standby position) of the
First, from the standby position shown in FIG. 5, the
[0015]
Next, when the turning of the turning
[0016]
Next, in the gripping state, the
[0017]
Next, as shown in FIG. 12, the
[0018]
With the above series of operations, the tool change for the
Here, FIG. 15 shows a comparison between the timing chart of the present embodiment and the timing chart of the conventional device in the operations of FIGS. 5 to 10. As can be seen from the figure, in the case of the conventional device in which the operations are simply piled up, the total required time is the sum of the operation times, whereas in the case of the present embodiment, the advance 1 (ADV.1) The operation of the
[0019]
It is good if the above series of operations is performed without any problem. However, if the order of the operation elements is slightly out of order for some reason, for example, when the
[0020]
Therefore, when the turning
[0021]
By adopting such an operation sequence structure, even if the timing is shifted, the operation elements (such as the
[0022]
Next, after passing the tool (K2) from the standby position (standby position) of the
[0023]
First, from the standby position shown in FIG. 16, the
[0024]
In the present embodiment, as can be understood from the above description, the movement stroke of the arm carrier 27 (when moving forward) when the tool is exchanged with respect to the
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the tool changing device of the present invention, since the operations can be overlapped, the tool changing time can be reduced and the tool changing can be speeded up.
Further, it is possible to safely exchange tools by avoiding mechanical interference that may occur due to duplication of operations.
[0026]
Further, since the movement stroke of the arm carrier in the tool exchange with respect to the spindle is the same as the movement stroke of the arm carrier in the tool exchange with the tool magazine, it is not necessary to separately prepare a separate drive unit and the like, and the configuration is simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a detailed configuration diagram of an embodiment of a tool changing device for a machine tool according to the present invention as viewed from above.
FIG. 2 is an overall schematic plan view of the present embodiment.
FIG. 3 is an overall schematic front view of the present embodiment.
FIG. 4 is an overall schematic side view of the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a first stage (standby position) of a tool changing operation on a spindle.
FIG. 6 is a diagram showing a second stage (forward 1 / reverse 3) of the tool changing operation on the spindle.
FIG. 7 is a diagram showing a third stage (forward 2) of the tool changing operation on the spindle.
FIG. 8 is a diagram showing a fourth stage (forward 3) of the tool changing operation on the spindle.
FIG. 9 is a diagram showing a fifth stage (out) of the tool changing operation on the spindle.
FIG. 10 is a view showing a sixth stage (forward rotation or reverse rotation) of the tool changing operation on the spindle.
FIG. 11 is a diagram showing a seventh stage (in) of the tool changing operation on the spindle.
FIG. 12 is a diagram showing an eighth stage (retraction 3) of the tool changing operation on the spindle.
FIG. 13 is a view showing a ninth stage (
FIG. 14 is a view showing a tenth stage (retraction 1) of the tool changing operation on the spindle.
FIG. 15 is a diagram showing a comparison between an operation timing chart of the present embodiment and a timing chart of a conventional device.
FIG. 16 is a view showing a first stage (standby position) of a tool changing operation for the tool magazine.
FIG. 17 is a diagram showing a second stage of the tool changing operation on the tool magazine.
FIG. 18 is a diagram showing a third stage of the tool changing operation on the tool magazine.
FIG. 19 is a diagram showing a fourth stage of the tool changing operation on the tool magazine.
FIG. 20 is a diagram showing a fifth stage of the tool changing operation on the tool magazine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記主軸の軸線と平行な方向に移動可能に前記コラム側面に支承されるスライダと、
前記スライダの前端部に前記主軸の軸線と平行な方向から垂直な方向へ水平に所定角度だけ回動可能に支承される旋回ベースと、
前記旋回ベース上を往復移動可能に支承されるアームキャリアと、
前記アームキャリアの一端に旋回可能でかつ旋回軸線方向に往復動可能に支承され、両端に工具把持部を具えたアームと、
前記アームが前記工具マガジン側から前記主軸側へ移動する場合、前記スライダの前進中に所定タイミングで前記アームキャリアの前記スライダの移動方向とは反対方向への後退動作及び前記旋回ベースの旋回動作が開始されるように前記スライダ、旋回ベース及びアームキャリアの駆動部を制御する制御手段と、
前記旋回ベースの後端部に設けたスイッチ要素と、
前記旋回ベースの移動時に、前記旋回ベースの回転が前記所定タイミングより早いタイミングで開始したときに、前記スイッチ要素に係合して前記スイッチ要素を励起又は非励起させる前記コラム側に設けられたドッグプレートとを具備し、
前記コラムと前記旋回ベースとの機械的な干渉を回避しながら工具交換動作を行うようにしたことを特徴とする工作機械の工具交換装置。In a tool changer of a machine tool for exchanging a tool between a tool magazine attached to a column side surface and a spindle on the front side of a column,
A slider supported on the column side surface so as to be movable in a direction parallel to the axis of the main shaft,
A turning base that is supported at the front end of the slider so as to be horizontally rotatable by a predetermined angle in a direction perpendicular to a direction parallel to the axis of the main shaft,
An arm carrier supported so as to be able to reciprocate on the turning base;
An arm that is pivotally supported at one end of the arm carrier and is reciprocally supported in the pivot axis direction, and includes a tool gripper at both ends.
When the arm moves from the tool magazine side to the main spindle side, a retreating operation in a direction opposite to a moving direction of the slider of the arm carrier and a turning operation of the turning base at a predetermined timing during the advancement of the slider. Control means for controlling the drive of the slider, turning base and arm carrier to be started,
A switch element provided at a rear end of the turning base;
A dog provided on the column side that engages with the switch element to excite or de-energize the switch element when the rotation of the pivot base starts earlier than the predetermined timing during the movement of the pivot base. And a plate,
A tool changing device for a machine tool, wherein a tool changing operation is performed while avoiding mechanical interference between the column and the turning base.
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