JP4465712B2

JP4465712B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP4465712B2
Application number: JP2004312540A
Authority: JP
Inventors: 秋利佐藤; 誠鎌田
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: JP2006123043A

Description

この発明は、工具マガジンから所定の工具準備位置に工具ポットを取り出し、その工具ポットに保持されている工具と工具交換位置の主軸との間で工具交換アームによって工具交換を行うようにした工作機械に係るものであり、更に詳しくは、工具マガジンを２つ備えた前記工作機械に関する。

特許文献１には、工具を前方に向けて着脱可能な主軸を回転可能に支持するコラムと、工具を着脱可能な多数の工具ポットを所定のポット着脱位置に割出し可能な工具マガジンと、ポット着脱位置と工具準備位置との間で工具ポットを円弧軌跡で移送するポット搬送部材と、工具交換位置の主軸と工具準備位置に移送された工具ポット間で工具を交換可能な交換アームを備えているものが記載されている。

また、特許文献２に記載のように、主軸を備えたコラムの両側に夫々工具マガジンを備え、工具マガジンと主軸との間で工具交換アームにより工具交換するものも公知である。工具交換アームは、左右の工具マガジンと対応する位置に移動して工具交換を行う。

また、特許文献３のように、直線状の工具マガジンを左右一対備え、工具ローダによって交換アームによる工具交換位置に工具を保持した工具ポットを準備するものも公知である。更に特許文献４のように、２組の工具マガジンの一方を使用している間に他方の工具マガジンの段取り替えを行うものもある。

特開２００１−３４７４３４号公報特開昭５６−１０７８５６号公報特許３１７０４７１号公報特公昭６２−５４６１５号公報

特許文献１では、工具マガジンが１つであって、収容工具本数を大きくできない。また、ポット搬送部材は、枢軸によってのみ回動支持されているので、長期の使用により軸部分にガタが発生し易くポット搬送動作に悪影響を及ぼすおそれがある。特許文献２は、工具マガジンが左右に２つあるので収容工具本数が大きいものであるが、工具交換アームが左右の工具マガジンに対応した位置に移動して工具交換アームの待機状態を左右の工具マガジンに対して違えて工具交換しており、工具交換アームの駆動制御を各工具マガジンに対して別々にプログラムしなければならず面倒である。特許文献３の直線状の工具マガジンは、保持している工具を所定のホルダ着脱位置に割出するものではなく、本願とは形態の異なる工具マガジンを開示しているものである。特許文献４は、左右のマガジンに対して夫々工具交換アームを備えているので、アーム制御が煩わしい。
この発明は、工具収容本数を増大させ、段取り替えを容易とするために工具マガジンを一対備えた場合であっても、工具交換アームの交換動作を違えることなく、各工具マガジンからの工具を主軸工具と交換できる工作機械を提供するしようとするものである。また、本願の他の目的は、工具マガジンから工具準備位置に工具ポットを取り出す動作を安定して円滑に行い得る上記工作機械を提供しようとするものである。

本願工作機械は、工具を前方に向けて着脱可能な主軸を回転可能に支持するコラムと、工具を着脱可能な多数の工具ポットを所定のポット着脱位置に割出し可能な工具マガジンと、ポット着脱位置と工具準備位置との間で工具ポットを移送するポット搬送部材と、工具交換位置の主軸と工具準備位置に移送された工具ポット間で工具を交換可能な工具交換アームを備えている工作機械において、工具マガジンを工具が主軸の回転軸線と直角な水平方向で、工具が互いに外側を向くようにコラム上方の左右に一対設け、夫々の工具マガジンのポット着脱位置と工具交換位置の主軸の真上に位置する工具準備位置とを水平に延びる円弧軌跡上に位置させ、工具ポットを着脱可能なポット搬送部材を工具マガジンのポット着脱位置と工具準備位置とに案内する水平な円弧状のガイドレールを設けると共に、夫々のポット搬送部材をガイドレールに沿って移動可能な搬送部材駆動装置を設けたことを特徴とする。
水平な円弧状のガイドレールで案内されるポット搬送部材で保持される工具ポットを案内可能な水平な円弧状の支持レールを設けると好ましい。
工具マガジンを、各工具ポットがポット着脱位置を上下方向へ割出し移動するように構成し、ポット搬送部材には、ポット着脱位置に割出された工具ポットを把持するための水平方向へ開閉可能な一対のグリッパを備えて成る。
具体的には、ポット搬送部材を移動可能な搬送部材駆動装置は、ポット搬送部材を案内する円弧状のガイドレールの曲率中心から離れた位置で水平方向に回動可能な回動アームを備え、回動アームの先端をポット搬送部材に係止部材と長孔を介して連結して成る。
また、本発明では、工具準備位置には、ポット搬送部材で搬送されてきた工具ポットを上下から挟持可能なクランプ装置を配置したことを特徴とする。

本願装置では、コラム上方の左右にそれぞれ工具マガジンを備えているため、工具収容本数を大きくできて、多用な加工に対応出来る。また、一方の工具マガジンのみを使用して工具交換を順次行いつつ加工している最中に、他方の工具マガジンの工具を入れ換える（段取り替え）こともできる。また、各マガジンのポット着脱位置と工具交換位置の主軸上方となる１つの工具準備位置との間をポット搬送部材を円弧状のガイドレールで案内して円弧移動するようにして工具ポットを移送するようにしてあるので、精度よくかつ安定して工具ポットを移送できる。また、工具交換位置の主軸上方に設定した１つの工具準備位置に取り出した工具ポットと工具交換位置の主軸との間で工具交換アームにより工具交換するものであるから、左右いずれの工具マガジンから工具が工具準備位置に取り出された状態であっても、工具交換アームは全く同じ旋回、軸方向移動で工具交換できる。
また請求項２記載の発明では、工具ポットを支持する円弧支持レールを設けたので、工具ポット重量が大きい場合でも安定して搬送できる。
請求項３記載の発明では、ポット搬送部材がポット着脱位置でグリッパを開いて待機していれば、工具マガジンの割出動作で工具ポットが自動的にグリッパ間に入り込むので、グリッパを閉じる動作で工具ポットを直ちに把持でき、すぐに搬送動作に移ることができる。
請求項４記載の発明では、円弧状のガイドレールの曲率中心と離れた位置に回動アームの中心を配置しているため、２つの工具マガジンに対応する各回動アームの回動中心を別々にしてガイドレールの曲率中心に２つの回動アームの回動中心が重なって構造が複雑となることを回避できる。
請求項５記載の発明では、クランプ装置により工具準備位置で工具ポットを上下から挟持するので、工具交換アームで工具交換する場合に工具ポットが動かず、工具交換が確実に行い得る。

工作機械１において、ベッド２上に前後方向（Ｚ軸方向）と左右方向（Ｘ軸方向：図１において紙面に垂直な方向）とに移動コラム３が移動可能に設けてある。移動コラム３前面には、主軸ヘッド４が上下方向（Ｙ軸方向）に昇降可能に設けられ、主軸ヘッド４にはＺ軸方向前方を向いて主軸５が回転可能に支持され、工具交換時には、移動コラム３が左右方向の機台中心に位置した状態で主軸ヘッド４が上昇して主軸５を工具交換位置Ｐ０に位置するようになっている。主軸５の先端には、工具２３が軸線方向前後に抜き差し可能に装着されている。
ベッド２上には、前後複数の支柱６により移動コラム３の移動空間上方にマガジンベース７が支持されている。マガジンベース７上には、主軸５の回転軸線と直角な水平右方向と水平左方向とに工具軸線を向けて夫々多数の工具を保持する左側、右側工具マガジン１０Ｌ、１０Ｒを左右に夫々備えると共に、各工具マガジン１０Ｌ，１０Ｒのポット着脱位置Ｐ２と工具交換位置Ｐ０の主軸５の鉛直上方となる工具準備位置Ｐ１との間で工具ポットを移送するための工具移送機構３０と、工具準備位置Ｐ１で工具ポットを保持するクランプ装置５０が設けてある。また、マガジンベース７の下面には、工具交換アーム８が旋回かつ軸方向に出入り可能に設けてある。

工具マガジン１０Ｌ，１０Ｒは、左右で工具収容本数が異なるのみで、他の構成は同じであるので、右側のもので説明する。工具マガジン１０Ｒは、エンドレスのチェン１１に複数のポット保持具１２を備えており、ポット保持具１２において対向状態に取り付けた二又状の工具ポット保持板１３に、工具ポット１４の両側面（図６では上下側面：上側面が明示されているが、下側面も同様である）に設けた位置決め溝１５が嵌り込んで工具ポット１４を各ポット保持具１２に、工具ポット保持板１３の二又開口方向において着脱可能に保持している。工具ポット１４の前記位置決め溝１５は浅い溝であり、図６に示すように、上下の位置決め溝１５の溝底面１５ａが保持板１３の二又部分に嵌り込んでチェン移送方向（工具ポット１４の割出方向）を位置決めしている。また、溝１５のポット軸線方向前後壁部（図６では後壁部が明確に示されている）には、後述のガイドレール３１に沿ってポット搬送部材３２が円弧移動して工具ポット１４をポット保持具１２に対して着脱するとき、ガイドレール３１に沿う円弧移動により工具ポット保持板１３と位置決め溝１５とが円滑に係脱するように、ポット軸線と直交する方向の、ポットの軸線方向位置決めを行うために必要最小限の直線部分１５ｂと、その直線部分１５ｂの両側の面取り部分１５ｃとを備え、この前後の直線部分１５ｂの間に、対向状態の２枚の工具ポット保持板１３の外側面がきっちりと嵌り込んで工具ポット１４の軸線方向を位置決めしている。

チェン１１は前後一対のスプロケット２０，２１に掛け回され、一方のスプロケット２０をモータにより積極的に割出回転して、所望の工具ポット１４を機台前方のポット着脱位置Ｐ２に割り出すようになっている。ポット着脱位置Ｐ２に工具ポット１４が割り出されるとき、工具ポット１４が上下方向に移送されるようになっている。工具マガジン１０Ｒには、ポット保持具１２に保持されている工具ポット１４の外周を支持する支持部材２２が前記ポット着脱位置Ｐ２に対応する部分を除いて取り付けてある。これにより、工具ポット１４が二又状の工具ポット保持板１３から外方に抜け出ないようにしている。周知のように、工具ポット１４には工具２３が工具軸線方向に着脱（抜き差し）可能に保持される。

次に工具移送機構３０において、工具交換位置Ｐ０の主軸５の鉛直上方に１つの工具準備位置Ｐ１が設定されている。夫々の工具マガジン１０Ｌ，１０Ｒのポット着脱位置Ｐ２、Ｐ２と前記工具準備位置Ｐ１とは水平に延びる円弧軌跡上に位置させてある。要するに、同一平面内で同じ円弧軌跡Ｒの上にあるということである。左右の工具マガジン１０Ｌ，１０Ｒの間には、一方のマガジン１０Ｒのポット着脱位置Ｐ２の後側から前記工具準備位置Ｐ１の後側を通り、他方のマガジン１０Ｌのポット着脱位置Ｐ２の後側に達する連続した円弧状のガイドレール（円弧レール）３１が取り付けてある。ガイドレール３１は、工具マガジン１０Ｒ，１０Ｌに対するレール部分３１Ｒ、３１Ｌから構成され、これらのレール部分３１Ｒ，３１Ｌが突合せ部分３１ａで突き合わされて連続している。突合せ部分３１ａは、工具準備位置Ｐ１より工具マガジン１０Ｌ側に位置され、後述する右側マガジン用のポット搬送部材３２は、レール部分３１Ｌが無くても工具準備位置Ｐ１と対応する位置まで移動可能である。ガイドレール３１には、各工具マガジン１０Ｌ，１０Ｒと対応して夫々ポット搬送部材３２がガイドレール３１に沿って円弧移動可能に設けてある。ポット搬送部材３２は本体を枠部材３３で構成し、枠部材３３の下面にガイドレール３１に案内される案内子３４が固着され、また、枠部材３３の内側には夫々水平に開閉可能な一対のグリッパ３５（エアチャック）を備えており、工具ポット１４の後部に前記位置決め溝１５と直交して形成した把持溝３６を水平両側から把持、開放できるようになっている。ポット搬送部材３２はポット着脱位置Ｐ２と工具準備位置Ｐ１との間を移動する間に、保持した工具ポット１４の軸線を丁度９０°向きを変える。

搬送部材駆動装置４０は、駆動モータ４１と、駆動モータ４１の出力軸に基端部を連結したクランク状の回動アーム４２を備えている。回動アーム４２の先端にはアーム長手方向の長孔４３が形成され、その長孔４３には、ポット搬送部材３２上部に取り付けた係止部材４４（カムフォロア）が転動可能に嵌め込まれている。クランプ装置５０を先端に設けた支持ブラケット４５の基端部両側に前記駆動モータ４１、４１が取り付けてあり、回動アーム４２の回動中心ｒ０は前記ガイドレール３１の曲率中心ｒ１から離れた位置にある。回動アーム４２の回動中心ｒ０をガイドレール３１の曲率中心ｒ１と異なる位置にしたので、左右の工具マガジン１０Ｌ，１０Ｒに対して回動アーム４２、４２を夫々有する場合であっても、回動アーム４２の回動中心が重なって構造が複雑化することを回避できる。

このガイドレール３１の機台前側には、ガイドレール３１と同心で円弧半径を違えて、ポット搬送部材３２で保持された工具ポット１４の下面（図６における下側面の位置決め溝１５の溝底面１５ａ）を支持する支持レール４６が固着されている。支持レール４６は工具準備位置Ｐ１に対応する部分で左右に分断され、その分断部分には、クランプ装置５０の受部材５１が設けてある。
クランプ装置５０は、前記左右の駆動モータ４１間でマガジンベース７に固着した前記支持ブラケット４５の先端に取り付けてあり、工具準備位置Ｐ１に移送されてきた工具ポット１４を前記受部材５１に押し付ける押え金５２をシリンダ駆動により昇降可能に備えている。

次に作用を説明する。次に使用する工具（次工具）を有する工具ポット１４を保持している何れかの工具マガジン（ここでは右側マガジン１０Ｒとする）のチェン１１を割出し駆動し、次工具をその工具マガジン１０Ｒのポット着脱位置Ｐ２に割り出す。このとき、その工具マガジン１０Ｒに対応するポット搬送部材３２は、工具マガジン１０Ｒのポット着脱位置Ｐ２と対応した位置にあって、グリッパ３５を開いている。すると、チェン１１のポット割出により、次工具を有する工具ポット１４がポット着脱位置Ｐ２において水平に開いているグリッパ３５の間に上下方向に割出移動されて入り込む。工具ポット１４がグリッパ３５間に入り込むとグリッパ３５を閉じて工具ポット１４を把持し、駆動モータ４１を駆動して回動アーム４２を旋回させる。これにより長孔４３と係止部材４４を介してポット搬送部材３２が工具ポット１４を把持した状態でガイドレール３１に沿って円弧移動し、工具ポット１４を工具マガジン１０Ｒのポット保持具１２から抜き出す。

ポット搬送部材３２がガイドレール３１に沿って円弧移送されるとき、保持されている工具ポット１４はその下面が支持レール４６上を摺接移動する。ポット搬送部材３２が円弧移動中に工具ポット１４の下面が下方から支えられているので、工具ポット１４に重量の大きな工具が保持されている場合でも、安定して搬送できる。こうして次工具を保持した工具ポット１４が工具準備位置Ｐ１に移送されると、その工具ポット１４は、クランプ装置５０の押え金５２と受部材５１との間に入り込む。次いでシリンダにより押え金５２が下降して工具ポット１４を上下方向から挟持固定して工具交換を待つ。

主軸工具による加工が終わると、主軸５が工具交換位置Ｐ０に移動される。次いで、工具交換アーム８が軸線方向で後退した位置において水平な待機位置から９０°旋回して、工具交換位置Ｐ０の主軸５先端に装着されていた工具と前記工具準備位置Ｐ１にクランプ装置５０で保持されている工具ポット１４に保持されている次工具とをアーム８両端に保持する。次にアーム８を軸線前方に移動して両工具を主軸５、工具ポット１４から抜き取り、アーム８を１８０°旋回して両工具の位置を入れ換えて軸線後方に移動して主軸５に次工具を、工具ポット１４に使用済みの工具を夫々装着する。その後アーム８は９０°旋回して水平な待機位置に戻る。次工具を装着された主軸５は、次の加工に移る。

工具交換位置Ｐ０の主軸５の真上となる１つの工具準備位置Ｐ１に左右の工具マガジン１０Ｌ，１０Ｒから工具が取り出され、その位置で工具交換が行われるため、工具交換アーム８は、左右いずれの工具マガジン１０Ｌ、１０Ｒからの工具であっても、動作を違えることなく工具交換できる。また、工具準備位置Ｐ１ではクランプ装置５０により工具ポット１４が堅固にクランプされているため、工具交換アーム８が工具ポット１４との間で工具を抜き差しするときに、工具ポット１４がぐらつかず、安定して工具の抜き差しができる。

一方、使用済みの工具を装着された工具ポット１４は、押え金５２によるクランプが解除される。次に駆動モータ４１の揺動により回動アーム４２を介してポット搬送部材３２が右側の工具マガジン１０Ｒのポット着脱位置Ｐ２と対応する位置に向けて円弧搬送される。ポット搬送部材３２がポット着脱位置Ｐ２と対応する位置に達すると保持されていた工具ポット１４（使用済み工具を保持している）の上下側面の位置決め溝１５，１５が右側の工具マガジン１０Ｒのポット保持具１２の保持板１３，１３に嵌りこんでポット保持具１２に保持される。そして、搬送部材３２のグリッパ３５が開かれると工具が割出可能となる。

右側工具マガジン１０Ｒ（あるいは左側工具マガジン１０Ｌ）を専ら使用して次々と工具交換を行ってワークに加工を施していく場合には、その加工中に使用していない側の工具マガジンでは、収容している工具の交換などの段取り換えを行うことが出来、段取り替えを効率よく行うことができる。
また、ワークの加工工程に対応して使用する工具が、右側工具マガジン１０Ｒ、左側工具マガジン１０Ｌと交互に保有されている場合、上記したように右側工具マガジン１０Ｒへ工具を戻すまでに、左側工具マガジン１０Ｌ側で使用工具を割り出し、対応するポット搬送部材３２によって該当工具を保持した工具ポット１４の把握を終えるようにしておく。そうすると、主軸工具（使用済み工具）を次工具と交換して右側の工具マガジン１０Ｒに返すと同時に、左側の工具マガジン１０Ｌから使用工具を保持した工具ポット１４を工具準備位置Ｐ１に直ちに円弧搬送でき、工具準備に要する時間が極めて短縮される。

本実施形態において、右側工具マガジン１０Ｒに対して、対応するガイドレール３１のレール部分３１Ｒは工具準備位置Ｐ１を越えて伸びているため、右側工具マガジン１０Ｒと、レール部分３１Ｒ、右側工具マガジン１０Ｒに対応する支持レール４６、ポット搬送部材３２、搬送部材駆動装置４０を備えた工作機械としておき、工作機械としては最初は左側工具マガジンを備えていないものとしても、右側工具マガジン１０Ｒを用いて工具交換ができるものであり、その後、左側工具マガジン１０Ｌを追加したいときには、左側工具マガジン１０Ｌに対応するレール部分３１Ｌ等を追加取り付けして左右に工具マガジンを備えた工作機械とすることもできる。

本願工作機械の側面図である。図１のＩＩ視拡大図である。図２のＩＩＩ視図である。図３のＩＶ視図である。図３のＶ視拡大図である。工具ホルダとホルダ保持具を示す斜視図である。工具マガジン部分を示す斜視図であり、工具、左側マガジンの細部は省略されている。

符号の説明

１工作機械
３移動コラム
５主軸
８工具交換アーム
１０Ｌ，１０Ｒ工具マガジン
１４工具ポット
２３工具
３１円弧レール（ガイドレール）
３２ポット搬送部材
３５グリッパ
４０搬送部材駆動装置
４２回動アーム
４３長孔
４４係止部材
４５支持レール
５０クランプ装置
Ｐ０工具交換位置
Ｐ１工具準備位置
Ｐ２ポット着脱位置
Ｒ円弧軌跡

Claims

工具を前方に向けて着脱可能な主軸を回転可能に支持するコラムと、工具を着脱可能な多数の工具ポットを所定のポット着脱位置に割出し可能な工具マガジンと、ポット着脱位置と工具準備位置との間で工具ポットを移送するポット搬送部材と、工具交換位置の主軸と工具準備位置に移送された工具ポット間で工具を交換可能な工具交換アームを備えている工作機械において、工具マガジンを工具が主軸の回転軸線と直角な水平方向で、工具が互いに外側を向くようにコラム上方の左右に一対設け、夫々の工具マガジンのポット着脱位置と工具交換位置の主軸の真上に位置する工具準備位置とを水平に延びる円弧軌跡上に位置させ、工具ポットを着脱可能なポット搬送部材を工具マガジンのポット着脱位置と工具準備位置とに案内する水平な円弧状のガイドレールを設けると共に、夫々のポット搬送部材をガイドレールに沿って移動可能な搬送部材駆動装置を設けたことを特徴とする工作機械。
水平な円弧状のガイドレールで案内されるポット搬送部材で保持される工具ポットを案内可能な水平な円弧状の支持レールを設けて成ることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
工具マガジンを、各工具ポットがポット着脱位置を上下方向へ割出し移動するように構成し、ポット搬送部材には、ポット着脱位置に割出された工具ポットを把持するための水平方向へ開閉可能な一対のグリッパを備えて成ることを特徴とする請求項１または２記載の工作機械。
ポット搬送部材を移動可能な搬送部材駆動装置は、ポット搬送部材を案内する円弧状のガイドレールの曲率中心から離れた位置で水平方向に回動可能な回動アームを備え、回動アームの先端をポット搬送部材に係止部材と長孔を介して連結して成ることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の工作機械。
工具準備位置には、ポット搬送部材で搬送されてきた工具ポットを上下から挟持可能なクランプ装置を配置したことを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の工作機械。