JP4567309B2

JP4567309B2 - 自動工具交換装置付複合加工機

Info

Publication number: JP4567309B2
Application number: JP2003336280A
Authority: JP
Inventors: 昌史土屋; 繁舩戸
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP2005103656A

Description

本発明は、主軸と工具マガジンとの間で工具の交換を行う自動工具交換装置を備えた自動工具交換装置付複合加工機に関するものである。

従来より、工作機械等の加工機では、長時間無人運転を可能とするために、加工機の主軸と工具マガジンとの間において工具を自動で交換するための自動工具交換装置（以下、ＡＴＣとする）を加工機本体に設けることは必要不可欠な構成となっている。そして、そのようなＡＴＣを備えた加工機として、例えば特許文献１に開示されているようなＡＴＣ付ＮＣ旋盤が知られている。

特開平６−１０６４３８号公報

特許文献１に開示されているＡＴＣ付ＮＣ旋盤４１には、図４及び５に示されているように、ベッド４２の左側（図４において）に、主軸４３を回転可能に支持した主軸台４４が設置されており、主軸台４４の上方に工具マガジン４５が取り付けられている。工具マガジン４５には、円板形のドラム５０が、主軸４３の軸線方向をＺ軸方向（図４に図示）とすると、Ｚ軸を旋回軸として旋回割出可能に設けられており、ドラム５０には、工具Ｔを把持するための複数のグリッパ５１、５１・・が円周上に固着されている。そして、工具マガジン４５は、必要に応じてドラム５０をＺ軸周りに旋回させて、グリッパ５１に把持された工具Ｔを工具交換位置Ｃに割出すようになっている。

一方、ベッド４２の右側（図４において）には、Ｚ軸方向に移動位置決め可能なサドル４６が設置されており、そのサドル４６には、刃物台４７がＸ軸方向（図５に図示、サドル４６の上面と平行な方向）に移動位置決め可能に載置されている。また、刃物台４７には、タレット４８がＺ軸を旋回軸として旋回割出可能に設けられており、タレット４８の側面には複数の工具Ｔを取り付けるための工具取付用ポット４９、４９・・が設けられている。そしてタレット４８は、工具取付用ポット４９に取り付けられた工具Ｔを、必要に応じて切削位置Ａと工具交換位置Ｂとに割り出すようになっている。

このようなＡＴＣ付ＮＣ旋盤４１においては、工具マガジン４５とタレット４８との間で次のようにして工具Ｔの交換が行われる。
使用済みとなった工具Ｔをタレット４８から工具マガジン４５へと収納したい場合には、まずタレット４８を旋回させて、交換する工具Ｔが取り付けられた工具取付用ポット４９を工具交換位置Ｂへと割出す。次に、工具マガジン４５において、ドラム５０を旋回させ、工具Ｔが収納される空のグリッパ５１を工具交換位置Ｃへと割出す。そして、サドル４６をＺ軸方向工具マガジン４５側へと移動（図４において左側へと移動）させ所定位置に位置決めした後、刃物台４７をＸ軸方向工具マガジン４５側へと移動（図５において右上方へと移動）させ、グリッパ５１に工具Ｔを把持させる。工具Ｔを工具マガジン４５に収納すると、刃物台４７及びタレット４８は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向への移動により、当初の所定位置へと戻るようになっている。
一方、必要となった工具Ｔを工具マガジン４５からタレット４８へと移動させたい場合にも、上述した動作と略同様の動作が行われる。つまり、工具マガジン４５において工具交換位置Ｃへと割出された工具Ｔを、タレット４８がＸ軸方向及びＺ軸方向への移動により受け取りにいくようになっている。

ＡＴＣ付複合加工機では、できるだけ多くの工具を収納した工具マガジンを設置していることが望まれる。したがって、特許文献１に開示されているような工具マガジンとすると、より多くの工具を収納するためには、例えばグリッパの間隔を密にしたり、ドラムの直径を更に大きくしたりしなければならない。

しかしながら、グリッパの間隔を密とすると、上記動作において、タレットをＸ軸方向工具マガジン側へと移動させた場合に、タレットが交換したい工具Ｔの隣のグリッパに把持されている工具と接触し、タレット及び工具が破損したり、交換がままならなくなる等のような事故が起こり得る。また、タレットと平行に設置されたドラムにおいて、工具Ｔがドラムに対して直交するように取り付けられているため、グリッパの間隔を密とした場合に、タレットとより接触しやすくなっている。
また、従来の複合加工機においては、主軸軸線方向に平行な方向に空きスペースが存在し、その空きスペースの有効活用が求められている。したがって、特許文献１に開示されているように主軸軸線方向に平行な面と直交するように工具マガジンを設けると、設置可能なドラムの直径の大きさがより制限されてしまい、ドラムの直径を大きくしたい場合であっても変更できないといった不具合が生じる。

本発明は上記のような課題に鑑みなされたものであって、工具の交換作業をより確実に且つ安全に行うことが可能であって、より大径のドラムを設置可能なＡＴＣ付複合加工機を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ベッド上に、主軸を備えた主軸台と、工具を収納した工具マガジンと、所定位置に位置決め可能な移動台と、移動台上に設置され且つ工具を装着可能な工具主軸を備えるとともに、所定の工具交換位置へ移動して前記工具マガジンと工具交換可能な工具主軸台とを備えた自動工具交換装置付複合加工機であって、前記工具マガジンは、前記主軸台上に、主軸軸線方向に平行な面内で旋回可能に設置されているとともに、旋回軸線方向と平行な方向に開口し当該開口から工具を挿入することで、旋回軸に対して直交する面と平行姿勢で工具を把持可能な把持爪を有するグリッパを複数備え、所定のグリッパを前記所定の工具交換位置に旋回割出可能となっている一方、前記工具主軸台は、少なくとも前記工具マガジンの旋回軸線方向に平行な第１方向へ移動可能となっており、前記第１方向への移動により、前記所定の工具交換位置に割り出された前記グリッパとの間で工具を受け渡すことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、主軸が水平軸となる主軸台にあっては、前記工具マガジンが水平旋回することを特徴とするものである。

本発明のうち、請求項１に記載の発明によれば、工具マガジンが、主軸台上に、主軸軸線方向に平行な面内で旋回可能に設置されているため、空きスペースを有効に活用することができる。したがって、工具マガジンにより多くの工具を収納するために、工具マガジンの直径をより大きくする必要が生じたとしても、必要な大きさが確保できなかったり、工具マガジンが大きすぎるためＡＴＣ付複合加工機が設置できなくなる等の問題は発生しない。また、工具マガジンを主軸台上に主軸軸線方向に平行な面内で旋回可能に設置するとともに、工具を旋回軸に対して直交する面と平行姿勢で把持するため、工具主軸台と交換したい工具に隣接した工具等とが接触しにくくなる。すなわち、工具や工具主軸台が破損してしまうといった事故等を防止することができ、ひいては工具の交換動作をより確実に行うことができる。
また、請求項２に記載の発明とすることで、ＡＴＣ付複合加工機の高さをより低く構成することができるため、安定性の向上をはかることができる。また、工具マガジンをより大きくしたい場合には尚更である。

以下、本発明の一実施形態となるＡＴＣ付複合加工機１について図面に基づいて説明する。図１は、ＡＴＣ付複合加工機１を正面から見た説明図である。また、図２は、該ＡＴＣ付複合加工機１を右側から見た（図１において）説明図である。さらに、図３（ａ）は、ＡＴＣ付複合加工機１に設置される工具マガジン２を上方から見た説明図であり、図３（ｂ）は、工具マガジン２に設置されるグリッパ１６の説明図である。

図１及び２に示すように、ＡＴＣ付複合加工機１は、ベッド３上に、工具マガジン２、水平軸を軸とする主軸４、主軸４を回転自在に支持した主軸台１３、回転工具主軸台（工具主軸台）５を備えたコラム（移動台）６、及びコラム６を載置したサドル７（移動台）を設けたものである。
サドル７は、主軸４の軸線方向をＺ軸方向（図１に図示）とすると、Ｚ軸方向に平行なＺ軸案内８、８を介してベッド３上に載置されており、Ｚ軸方向に移動位置決め可能となっている。サドル７には、Ｙｓ軸方向（図２に図示、図２において左右方向）に平行なＹｓ軸案内９、９を介して、斜面を有するコラム６が設置されており、コラム６はＹｓ軸方向に移動位置決め可能となっている。また、コラム６の斜面には、コラム６の斜面と平行な方向をＸ軸方向（図２に図示）とすると、Ｘ軸方向に平行なＸ軸案内１０を介して、回転工具主軸台５を備えた刃物送り台（移動台）１１が取り付けられており、刃物送り台１１はＸ軸方向に移動位置決め可能となっている。

回転工具主軸台５は、回転工具主軸（工具主軸）１２を回転自在に支持している一方、上記の如く刃物送り台１１に取り付けられているため、コラム６のＹｓ軸方向への移動及び刃物送り台１１のＸ軸方向への移動により、Ｘ軸と垂直に交わるＹ軸方向（図２に図示）へ移動位置決め可能となっている。また、回転工具主軸台５は、Ｙ軸と平行で回転工具主軸台５の中心を通るＰ軸を旋回軸として旋回可能となっており、旋回及びＹ軸方向への移動により回転工具主軸１２に取り付けられた工具Ｔを工具交換位置Ｂへと割出すことができる。なお、回転工具主軸１２には、切削用バイト等の静止工具だけではなく、当然回転工具をも装着できるようになっている。

一方、ベッド３の左側（図１において）は、主軸４を回転自在に支持した主軸台１３が形成されており、主軸台１３の上方には工具Ｔを収納するための工具マガジン２が設置されている。工具マガジン２には、水平方向に広がりを有する円板形のドラム１４が、Ｚ軸に鉛直な軸をＱ軸（図１に図示）とすると、Ｑ軸を旋回軸として旋回可能（主軸軸線方向に平行な面内で旋回可能）に設けられている。図３に示すように、ドラム１４には、上方が開口したスプリングフィンガ型の把握爪１５を有するグリッパ１６が同一円周上に等間隔に設置されており、工具Ｔはグリッパ１６の上方から把握爪１５に挿入されることで、グリッパ１６に把持される。また、グリッパ１６は、把持された工具Ｔがドラム１４の中心から広がるような放射状に設置されている。さらに、グリッパ１６は、ドラム１４の旋回軸に対して直交する面と平行に工具Ｔを収納できるように設置されている。そして、工具マガジン２は、ＮＣ制御された駆動モータ１７を駆動源としてドラム１４を旋回させることにより、工具Ｔを工具交換位置Ａ（所定の工具交換位置）へと旋回割出することができる。
また、工具マガジン２と切削空間１８との間はカバー１９によって遮断されている。そして、カバー１９には、回転工具主軸１２に装着された工具Ｔを交換するための工具交換窓が設けられているとともに、工具交換窓を開閉する扉２０、及び扉２０の駆動源となる流体圧シリンダ２１が取り付けられている。もちろん、扉２０は流体圧シリンダ２１により自動開閉するものである。

ここで、上記のような構成を備えたＡＴＣ付複合加工機１における工具交換動作を説明する。
まず、工具マガジン２のドラム１４を駆動モータ１７により旋回させ、交換される使用済みの工具Ｔを収納するための空のグリッパ１６を工具交換位置Ａへと旋回割出する。同時に、回転工具主軸台５の旋回及びＹ軸方向への移動により、回転工具主軸１２に装着された使用済みの工具Ｔを工具交換位置Ｂへと割出する。その後、流体圧シリンダ２１により扉２０が開かれ、工具交換窓が開放されると、サドル７をＺ軸案内８に沿ってＺ軸方向工具マガジン２側へと移動させ、回転工具主軸１２に装着されている工具Ｔを、工具交換窓を通して、空のグリッパ１６の上方に位置決めする。そして、回転工具主軸台５の移動（刃物送り台１１のＸ軸方向移動及びコラム６のＹｓ軸方向移動による）により、上方から把握爪１５へと工具Ｔを挿入し把持させる。工具Ｔを把持させた後、回転工具主軸１２と工具Ｔとの装着状態が解除され、回転工具主軸台５は、Ｚ軸方向反マガジン側へと移動（上記のようにサドル７の移動による）し、工具マガジン２から退避する。

次いで、ドラム１４を旋回させて、必要な工具Ｔを把持したグリッパ１６を工具交換位置Ａへと旋回割出する。その後、再び回転工具主軸台５をＺ軸方向マガジン側へと移動させ、回転工具主軸１２の先端に工具Ｔを装着する。そして、上記グリッパ１６の把握爪１５への挿入動作と逆の手順（回転工具主軸台５を上方へ移動させ、把握爪１５の開口部から工具Ｔを取り出した後、回転工具主軸台５をＺ軸方向反マガジン側へと移動させる）で、工具Ｔをグリッパ１６から引き離す。工具Ｔが、カバー１９の工具交換窓を通り抜け、切削空間１８内へと持ち込まれると、流体圧シリンダ２１により扉２０が閉じられ、工具交換窓は閉塞される。そして、ＡＴＣ付複合加工機１における工具交換動作は終了する。

上記の如く構成されたＡＴＣ付複合加工機１によれば、ドラム１４には、グリッパ１６に把持された工具Ｔが同一円周上に放射状となるように収納されている。そのため、グリッパ１６の間隔を密にしたとしても、従来のもので同じ間隔とした場合と比べると、工具Ｔ同士の間隔は従来のものよりも広くなり、回転工具主軸台５とドラム１４上で交換したい工具Ｔに隣接した工具等とが接触しにくくなる。したがって、工具Ｔや回転工具主軸台５が破損してしまうといった事故等を防止することができる上、工具の交換動作をより確実に行うことができる。

また、従来のＡＴＣ付複合加工機においては、上記の如く主軸軸線方向に平行な方向に空きスペースが存在していたため、上記実施形態のような主軸が水平軸となっているＡＴＣ付複合加工機１では、水平方向に広がりを有するようドラム１４を設置することで空きスペースを有効に活用することができる。その上、ＡＴＣ付複合加工機１の高さをより低く構成することができるため、安定性の向上をはかることができる。更に、ドラム１４の直径をより大きくする必要が生じたとしても、必要な大きさのドラム１４径が確保できなかったり、ＡＴＣ付複合加工機１が設置できなくなる等の問題は発生しないし、実施形態のように主軸軸線方向が水平軸と平行となるＡＴＣ付複合加工機１では、加工機の高さが高くなることはないため、ＡＴＣ付複合加工機１の安定性が損なわれることはない。

さらにまた、工具マガジン２と切削空間１８との間は、カバー１９により遮断されており、工具交換時にのみ工具交換窓が開くようになっているため、切削空間１８で発生した切粉等から工具マガジン２や使用していない工具を守ることができる。
加えて、工具マガジン２において、工具Ｔは、上方が開口した把握爪１５に挿入するだけでグリッパ１６に把持されるため、交換動作がより簡易なものとなり、交換動作に係る構成をより簡素化することができる。

本発明のＡＴＣ付複合加工機は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、回転工具主軸台、コラム、サドル、工具マガジン、ドラム、工具、カバー、グリッパの形状、構造、取り付け位置等の構成を本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変更することができる。

また、本発明の実施形態においては、斜面を有したコラムを採用したが、それに限定されることはなく、斜面を有していないものとしても何ら問題はない。なお、Ｘ軸とＹｓ軸とが直交するようなコラムとした場合にはＹ軸＝Ｙｓ軸となる。
さらに、工具マガジンに収納される工具Ｔの数は、図３に示されている本数に何ら限定されることはなく、必要に応じてより多くすることは当然可能である。加えて、カバー１９に取り付けられた扉をモータにより駆動するものとしても何ら問題はない。同様にドラムを旋回される駆動源を駆動モータとする必要もない。

さらにまた、ドラム上においてグリッパが同一円周上に配置されるのであれば、ドラムが円板形でなく正方形板等であってもよい。加えて、ドラムは板状ではなく、放射状に広がる複数のアームからなるものでもよい。
加えて、主軸台上に工具マガジンのドラムを主軸軸線に平行な面内で旋回可能に設置するのであれば、工具マガジンやコラム、主軸台等の位置関係はベッド上において適宜変更可能である。つまり、上記実施形態とは異なり、主軸の軸方向が鉛直方向であるような複合加工機としてもよい。

実施形態におけるＡＴＣ付複合加工機を正面から見た説明図である。実施形態におけるＡＴＣ付複合加工機を右側から見た説明図である。（ａ）は、ＡＴＣ付複合加工機に設置される工具マガジンを上方から見た説明図である。また、（ｂ）は、工具マガジンに設置されるグリッパの説明図である。従来の複合加工機を正面から見た説明図である。従来の複合加工機を右側から見た説明図である。

符号の説明

１・・ＡＴＣ付複合加工機、２・・工具マガジン、３・・ベッド、４、・・主軸、５・・回転工具主軸台、６・・コラム、７・・サドル、８・・Ｚ軸案内、９・・Ｙｓ軸案内、１０・・Ｘ軸案内、１１・・刃物送り台、１２・・回転工具主軸、１３・・主軸台、１４・・ドラム、１５・・把握爪、１６・・グリッパ、１７・・駆動モータ、１８・・切削空間、１９・・カバー、２０・・扉、２１・・流体圧シリンダ、Ｔ・・工具。

Claims

ベッド上に、主軸を備えた主軸台と、工具を収納した工具マガジンと、所定位置に位置決め可能な移動台と、移動台上に設置され且つ工具を装着可能な工具主軸を備えるとともに、所定の工具交換位置へ移動して前記工具マガジンと工具交換可能な工具主軸台とを備えた自動工具交換装置付複合加工機であって、
前記工具マガジンは、前記主軸台上に、主軸軸線方向に平行な面内で旋回可能に設置されているとともに、旋回軸線方向と平行な方向に開口し当該開口から工具を挿入することで、旋回軸に対して直交する面と平行姿勢で工具を把持可能な把持爪を有するグリッパを複数備え、所定のグリッパを前記所定の工具交換位置に旋回割出可能となっている一方、
前記工具主軸台は、少なくとも前記工具マガジンの旋回軸線方向に平行な第１方向へ移動可能となっており、前記第１方向への移動により、前記所定の工具交換位置に割り出された前記グリッパとの間で工具を受け渡すことを特徴とする自動工具交換装置付複合加工機。
主軸が水平軸となる主軸台にあっては、前記工具マガジンが水平旋回することを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置付複合加工機。