JP3958805B2 - プログラム式工作機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動工具交換装置を備えたプログラム式工作機械で、固定スタンド、該固定スタンド上を二つの水平座標に沿って移動し得る横往復台、該横往復台の前側において、垂直座標に沿って移動し得るように装架された垂直フライスヘッド、固定スタンドに装架された工作物テーブル、垂直に配置された工具を有する工具マガジン、及びフライスヘッドの移動範囲内に配置された交換個所から成り、かつプログラム式制御ユニットを含む工作機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の工作機械においては原則として、種々の工具を自動的に交換するには、特殊の工具交換装置が必要とされ、該工具交換装置は各工具をマガジンから取出し、主軸の前の所定位置に搬送し、かつこれを主軸に引渡し、次いでこれと逆の動作を行う必要があった。種々の作動工程、及び移動工程に起因して、このような工具交換は技術的に高価なものとなる。さらに工作機械に、追加的な場所を設ける必要があり、作業費用を高めると同時に、工具受渡し時間を増加させると言う欠点を伴う。
【０００３】
EP-A-0 060 638 には工作機械に対する自動工具交換システムが記載されており、このシステムにおいては、下部構造上を水平に移動し得る工作物テーブルの片側、または両側に、上方からのみ工具に近づき得る工具マガジンが配置されている。各工具マガジンは独立の回転駆動装置によって作動され、かつ工作物テーブルと共に移動し得るように、下部構造上に配置され、その交換個所が垂直に移動する主軸の軸線と整合するようにされている。主軸を下降させることにより、使用済工具は空の工具キャリヤ内に入り、かつ対応する工具マガジンの回転運動が行われた後に、新規に準備された工具が主軸に導かれる。このような周知の交換システムにおいては、確かに特別の工具交換装置は不要であるが、交換に要する時間が比較的長く、かつ使用されるマガジンの容量が制限されると言う欠点がある。
【０００４】
さらに DE-U-93 05 653.2 には、いわゆる移動台構造の工作機械が記載されており、この工作機械においては、堅牢な固定架台上には工作物テーブルと、モータによって二つの水平座標軸に沿って動かされる横往復台が配置され、この往復台の前方に、モータにより垂直座標軸に沿って動かされる垂直フライスヘッドが配置されている。機械架台の縦方向に移動し得る往復台には、垂直工作物キャリヤを備えたチェーンマガジンが配置され、該チェーンマガジンは往復台を囲繞し、かつこの往復台の前側は、少なくとも部分的に移動し得るカバーによって覆われている。工具を交換するには、移動台が往復台上を横方向（Ｙ軸線）に動き、主軸の軸線がマガジンの中央交換個所に来るようにする。カバーが開いた後、フライスヘッドの下降運動によって、使用済の工具を、交換個所に位置する一つの空の工具キャリヤ内に挿入する。フライス軸が垂直上昇運動を行った後、チェーンマガジンは、次の工具が交換個所にくるまで移動する。これに続いてフライスヘッドが、主軸と共に下降運動を行った後、この新規な工具は主軸内に挿入され、かつ堅く締着される。次に主軸内に固定された新規な工具は、短い水平運動によって、マガジンの工具キャリヤから引出され、続いてこの新規な工具による作業が開始される。前述の推移過程には比較的長い時間が必要であることは明らかである。さらにこの周知の交換システムには多くの構造部材が必要であり、これも構造上の費用を増加させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記の形式の自動工具交換装置を備えたプログラム制御工作機械で、この高速な工具交換装置が構造的及び制御的に少ない費用で形成し得る工作機械を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的は本発明によれば、工具マガジンが二つの円板状マガジンを有し、該円板状マガジンが、工作物テーブルに近接する作業領域の片側において、コラムに固定された担持構造に装架され、この時主軸から使用済工具を受入れる一つの円板状マガジンと、交換すべき新規な一つの工具を、主軸内に挿入する他の円板状マガジンを有している。
【０００７】
二つの独立な円板状マガジンを使用することによって、十分な工具貯蔵容量が得られ、この時両円板状マガジンを、工作物テーブルの片側に配置することにより、交換に要する時間を短縮できるという利点が得られる。その理由は両マガジンが相互に近接して位置し、かつ主軸から相次いで短時間で移動することができるからである。本発明のように二つの円板状マガジンを使用することにより、交換工程の初めから、一つの空の工具キャリヤをマガジンの交換個所に位置決めし、同時に交換すべき新規な工具を含む工具キャリヤを、他のマガジンの交換個所に位置決めすることができる。在来周知のマガジンの場合のように、交換工程が行われている間において必要とされた、工具マガジンの移動は避けられ、それによって交換に要する時間を相当短縮し、かつ構造的及び制御技術的費用を最小限にとどめることができる。
【０００８】
使用済工具の交換を行うには主軸を、空の工具キャリヤが位置する一つのマガジンの交換個所の前に動かす。この運動を行う前または運動中に、主軸に対応する軸線方向移動を行わせることによって工具の高さを調整し、工具をこの円板状マガジンの空の工具キャリヤに挿入し得るようにする。主軸内の固定装置を弛めた後、主軸をわずか上昇せしめ、マガジンに対する使用済工具の引渡し過程を終了させる。続いて主軸を、新規な工具を有するマガジンの交換個所の方に移動せしめ、主軸の軸線をこの交換位置にある工具キャリヤ、及びこの位置にある工具の円錐形部分の軸線と整合させる。主軸の下降運動によって工具の円錐形部分は主軸内部の円錐形キャリヤと係合し、その固定装置が付勢される。弛みを与えるためには、主軸に小さな垂直運動を行わしめ、続いてマガジンの半径方向に水平運動を行わせれば、新規な工具は第２マガジンから釈放され、工作物に対して作業工程を行い得るようになる。
【０００９】
本発明の重要な工業技術的態様は、二つの円板状マガジンが相互に、比較的近接して位置しているために、主軸の移動通路を短くすることができ、この時一つのマガジンの、空の工具キャリヤの受入れ準備、及び他のマガジンの、交換すべき新規工具の受入れ準備とが、交換工程の初めから行われていることである。工具交換に対しては、把持装置を備えた特別の独立した工具交換装置は不要である。
【００１０】
並列に配置された円板状マガジンは、モータによって主軸軸線の方向、すなわち垂直方向に移動し得るように形成することができるが、構造をさらに簡単にするために主軸が工具円錐形部分を掴み、かつ弛めるために必要な軸線方向運動を行い得るようになすことが望ましい。
【００１１】
本発明の適切な形態によれば、両円板状マガジンは、それぞれ独立の駆動ユニットにより、複数の工具キャリヤによって与えられる回転角度に亙って、段進的に回転せしめられ、この時前記駆動ユニットはパルスモータ、またはマルタ伝動機構（Maltese cross)または他の形式のパルスモータを含むものとなすことができる。簡単にして安価な部材からなるマルタクロス伝動装置の採用により、妥当な価格の電動機、場合によっては自動車用窓ガラス拭き用として大量に製造される電動機を使用することができる。
【００１２】
本発明による工作機械の本質的な利点は、構造の簡単な装置、及び安価なプログラム技術によって工具を交換することができ、しかも作業員の、プログラムに関する知識が広くない場合も作業を行い得ることである。
【００１３】
さらに円板状マガジンの構造的進歩、特に固定担持構造に対して回転し得るように支持されたコラムが設けられていることによって、担持構造が水平に位置決めされた工作物テーブルとほぼ同じ高さとなり、一方円板状マガジンを相当高い水準に配置し、長い工具の受入れを可能にすると同時に、主軸の行う垂直運動を小さくすることができる。
【００１４】
本発明による工作機械の別の利点及び特徴は、次に添付図面を参照して説明する実施例によって明らかとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１において概略図に示された工作機械は、基礎としてのスタンド１を有し、その前側の凹所４には、４５°傾斜した軸線３の周りを回転するブラケット２が配置されている。このブラケット２の側部の担持突出部上には、回転自在の円形テーブルすなわち工作物テーブル５が装架されている。スタンド１の上側には、往復台６が案内レール７に沿って図１の面に垂直に移動し得るように配置されている。断面が好ましくはＵ字形に形成された縦往復台６は、図１の面内を延びる案内レール８を含み、このレールに対し、横往復台９が案内スライダ１０によって水平に移動し得るように案内されている。前記構造部材を移動させる駆動モータ及び伝動部材は、図１には示されていない。横往復台９の前側には、案内レール及び案内スライダから成る案内部材１１が位置し、垂直フライスヘッド１２を保持案内するようになっており、該フライスヘッド内には主軸１３及び駆動モータが、歯車装置と共に収納されている。主軸は案内７、１０及び１１を介して、モータにより三つの座標軸に沿って、すなわち水平及び垂直に移動せしめられる。
【００１６】
図１の工作物テーブル５の後方においてスタンドには、前方に張出した強固な水平ホルダ１５が堅固に固定され、該ホルダには、円板状マガジンとして形成された工具マガジン１６、１７が装架されている。これら各円板状マガジンは、特に図３（Ａ）に示されるように、コラム２０の上端に装架された回転円板２１を有し、該円板の周囲には規則正しい間隔で、工具キャリヤ２２が形成されている（図２参照）。これら工具キャリヤ２２は、図３（Ａ）において鎖線によって示された工具２３を、上向きの工具の円錐形部分２４によって保持する。円形セグメントを形成する工具キャリヤ２２は、工具の円錐形部分の拡大端部に、普通の態様で形成されたリングカラーに対する支えとして、全部で３個の、内方に突出する突起２５を有し、該突起２５の領域に、各工具の円錐部分を心決めし、かつこれを回転しないように保持するための、別の手段が設けられている。
【００１７】
中空円筒状に形成されたコラム２０は、図３（Ａ）に示された実施例においては、少なくともその下部において、垂直円筒状駆動部材２８によって回転自在に支持されている。さらにコラム２０の下方部分には、垂直外縁を有する円錐形円板２９が形成され、その内部空間にはリング状円板３０が、たとえばねじによって固定され、このリング状円板はその内周に、工具キャリヤの数に対応する数の、短い放射状細隙３１、及びその間に位置する半円形凹所３２を有している（図３（Ｂ）参照）。このリング状円板３０は、いわゆるマルタ伝動機構の一部を形成し、工具キャリヤ２２を備えたコラム２０を段進的に回転させるようになっている。このマルタクロス伝動装置の駆動部分は図３（Ａ）に示されるようなクランク３３を形成し、その軸３４は水平ホルダ１５によって支持され、かつその上端に円板３５を有し、該円板には端部側駆動ピン３７、及びほぼ半円形の駆動部材３６が固定され、該駆動部材は軸３４が回転する時に、半径方向細隙３１及びほぼ半円形の凹所３２と交互に係合し、したがってこのリング状円板３０を段進的に回転させる。このクランク３３の軸３４は、水平ホルダ１５に装架されたモータ３８によって、ウオーム歯車駆動装置３９を介し駆動される。
【００１８】
次に工具交換全体の作動過程を図２によって説明するが、図において工作機械の作業領域は工具２３の四つの終点位置によって表わされている。この場合加工工程は、工作物台５上に締着された工作物に対して行われ、この時使用された工具２３ａが、別の工具２３ｂと交換されるものと仮定する。この交換工程においては、フライスヘッド１２は矢印４０によって示されるように、交換位置にある第１工具マガジン１６の、まだ空の工具キャリヤの方に向かって、ほぼ図示の位置に移動する。この運動が行われる時に、または図示の位置に達した後に、フライスヘッド１２の垂直運動によって、主軸は上方位置に動かされ、この位置においては、工具の円錐形部分に形成されたリングカラーは工具キャリヤ２２と同じ高さにくる。次いで鎖線によって示されるような半径方向への挿入運動が起こり、工具の円錐形部分のリングカラー、及び工具キャリヤ２２内に形成された支持突起が接触し、心決め及び回転止め装置が働くようになるまで続く。適当な制御指令によって、主軸内部のクランプが工具の円錐形部分から釈放され、かつ主軸１３がフライスヘッド１２と共に垂直運動を行う。その最終位置は図１に示されている。新規な工具２３ｂを受入れるには、主軸が矢印４１の方向に向かって、その軸線が新規な工具２３ｂの軸線と正確に一致するまで水平運動を行う。垂直下降運動及び締着爪の作動後、新規な工具２３ｂは主軸内に固定される。短い距離の垂直釈放運動が行われた後、主軸は新規な工具と共に、矢印４２の方向に向かって第２マガジン１７の半径方向外方に移動し、したがって工具２３ｂの円錐形部分はその工具キャリヤから半径方向に引出される。このようにして工具交換は完了し、かつ主軸は通常の態様で新規な作業位置に移動する。
【００１９】
本発明は前記実施例に制限されるものではない。したがって使用した二つの円板状マガジン１６、１７の代わりに、一つのマガジン、たとえば鎖マガジン形式のものを使用し、この場合第２工具キャリヤだけが一つの工作物に使用されるようにし、使用済工具を新規な工具と並列的にマガジン内に配置することができ、この場合は交換過程における主軸の移動距離を短くすることができる。さらにまた他の実施例、すなわち変形も可能である。たとえばマガジンに段進的、または継続的回転、或いは搬送運動を行わせるために、他の駆動方式を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】工作機械の概略側面図。
【図２】工作物テーブル及び主軸の作業領域の平面図で、工具交換が行われる時に主軸は、二つの工具マガジン上を、矢印によって示されるように移動する。
【図３】（Ａ）工具マガジンの軸線方向断面図。
（Ｂ）マルタクロス歯車伝動装置の、一部断面で示した平面図。
【符号の説明】
１ スタンド
２ ブラケット
３ 軸線
４ 凹所
５ 工作物テーブル
６ 往復台
７、８ 案内レール
９ 横往復台
１０ 案内スライダ
１１ 案内
１２ フライスヘッド
１３ 主軸
１５ 水平ホルダ
１６、１７ 工具マガジン
２０ コラム
２１ 回転円板
２２ 工具キャリヤ
２３ 工具
２４ 工具の円錐形部分
２５ 突出部
２７ 駆動ピン
２８ 円筒形部材
２９ 円錐形円板
３０ リング状円板
３１ 細隙
３２ 凹所
３３ クランク
３４ 軸

Claims (6)

1. 固定されたスタンド（１）と、
   該スタンド上を二つの水平座標軸線に沿って移動できる横往復台（６，９）と、
   該横往復台（６，９）に対して、垂直座標軸線に沿って移動できる垂直フライスヘッド（１２）と、
   前記スタンド上に装架された工作物テーブル（５）と、
   垂直に位置決めされた工具、及び前記垂直フライスヘッド（１２）の移動範囲内に配置された交換箇所を有する工具マガジンと、
   プログラム式制御ユニットと、を有するプログラム式工作機械において、
   前記工具マガジンが二つの円板状マガジン（１６，１７）を有し、該円板状マガジンが共に工作物テーブル（５）に近接する作業領域の片側で並列に前記スタンド（１）に固定された担持構造物（１５）に装架され、
   前記円板状マガジンの一方（１６または１７）が主軸（１３）から使用済工具を受入れるために設けられ、前記円板状マガジンの他方（１６または１７）が新規な交換工具を主軸内に挿入するように設けられ、
   前記各円板状マガジン（１６，１７）の交換位置が放射線上に位置し、該放射線が、該両円板状マガジンの中心点を結ぶ線に対して４５°の角度をなしている
   ことを特徴とするプログラム式工作機械。
2. 前記担持構造物（１５）が、前記スタンド（１）の前側に堅固に固定された前方に突出する剛直な水平ホルダ（１５）であり、該水平ホルダ上に前記円板状マガジン（１６，１７）が並列に、かつ別々に回転できるように装架されている請求項１に記載のプログラム式工作機械。
3. 前記各円板状マガジン（１６，１７）がコラム（２０）を有し、該コラムの上端に前記円板状マガジンの円板（２１）が固定され、かつその下端に、担持構造物（１５）内に配置された駆動ユニット（３０から３８まで）が係合し、該駆動ユニットが前記円板状マガジンの円板（２１）を、工具キャリア（２２）の数によって与えられる角度だけ段進的に回転させるようになっている請求項１または請求項２に記載のプログラム式工作機械。
4. 中空円筒形の前記コラム（２０）が、垂直な円筒状部材（２８）が回転自在に軸支され、該円筒状部材がその下端において担持構造物（１５）内に固定されている請求項３に記載のプログラム式工作機械。
5. 前記駆動ユニットがマルタ伝動機構（３０，３６，３７）を含み、該マルタ伝動機構のリング状円板（３０）が前記コラム（２０）の拡大端部（２９）に固定され、かつその駆動クランク（３３）がモータ（３８）と共に担持構造物（１５）内に配置されている請求項３または請求項４に記載のプログラム式工作機械。
6. 前記工作物テーブル（５）がブラケット（２）に装架され、該ブラケットが、前記スタンド（１）の前側に設けられた凹所（４）の、４５°傾斜した基礎上に、４５°軸線（３）の周りにモータにより回転自在に軸支されている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のプログラム式工作機械。

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