JP4722636B2 - 複合旋盤の工具交換装置 - Google Patents

Description

この発明は、工具主軸を搭載した刃物台とタレット刃物台とを備えた複合旋盤における前記工具主軸の工具を交換する装置に関するものである。

同一軸線上で２本のワーク主軸（ワークを回転駆動する主軸）を対向させた２主軸対向旋盤の主軸軸線に向けて工具主軸（工具を回転駆動する主軸）を配置し、当該工具主軸を旋盤におけるＺ軸、Ｘ軸、Ｙ軸及びＢ軸方向の移動を制御し、更に工具主軸に装着する工具の自動交換装置を設けて、従来フライス盤やマシニングセンタによって行われていた平面加工や孔加工を旋盤上で可能にした複合旋盤は、特許文献１に開示されている。この複合旋盤における工具主軸は、その回転を定位置で固定できるようになっており、工具主軸に旋削工具を取り付けることによって重切削の旋削加工を行うことも可能である。

特許文献１で提案されている旋盤は、対向２主軸の奥上方に上記構造の工具主軸を配置し、下手前側にタレットを配置しており、従来のタレット旋盤で行われていた加工を主軸とタレットとの協働動作で行うことができると共に、ワーク周面や端面の傾斜面を含む平面の加工は、主軸の回転を固定した状態で工具主軸に装着した回転工具によって行われ、マシニングセンタで行うような加工部分を含むワークを高能率で加工することを可能にしている。

工具主軸に装着される工具は、自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって交換される。自動工具交換に用いられる工具は、工具主軸のポット（テーパ孔）に嵌合するシャンクと、工具交換腕のフィンガで把持される鍔（フランジ）とを備えている。この鍔の外周には、対向する位置に平行な切欠部（Ｈカットと呼ばれることがある。）が設けられており、工具交換腕のフィンガはこの切欠部を把持する構造になっている。

自動工具交換装置は、交換して用いる多数の工具を貯蔵する工具マガジンを備えている。工具マガジンは、周回するチェーン又は円板上に工具ホルダを等間隔に設けた構造で、交換しようとする工具が装着されたホルダを工具交換位置に移動して、工作機械の工具主軸との間で工具の交換を行う。工具マガジンに設ける工具ホルダには、シャンクに嵌合して工具を保持するポット型のものと、鍔を把持して工具を保持するフィンガ型のものとがあるが、工具マガジンと工具主軸との間で工具を交換する交換腕がフィンガ型となるので、ポット型の工具マガジンを用いるのが一般的である。

図６及び７は、上記構造の複合旋盤における工具主軸、工具交換腕及び工具マガジンの従来例を模式的に示した図である。図において、１はベッド、５及び６は同一軸線上で対向する左右の主軸端に装着したワーク把持チャック、２は左主軸の主軸台、１９は主軸軸線の奥上方に配置した工具主軸台である。ベッド１は、ベッド面がオペレータ側が低くなる方向に傾斜したスラント型で、Ｘ軸及びＹ軸は図７に付記したように傾斜している。６３、６４及び６５は左右の隔壁及び奥上方の隔壁で、ワークの加工が行われる加工室５１は、これらの隔壁で囲まれている。

図７に示す８１は工具マガジンで、左主軸台２の奥側に配置され、ポット型の工具ホルダ８２を備えている。工具主軸台１９はＹ軸回りに旋回可能で、工具交換時には、工具主軸２１をＺ軸方向左側に向ける。工具主軸２１は、その先端に工具のシャンクを嵌合するポット６２を備えている。８３は旋回軸８４回りに１８０度旋回して工具マガジン８１と工具主軸２１との間で工具を交換する工具交換腕で、その両端にフィンガ６１を備えている。図の工具交換腕は、旋盤の前後方向に往復動する往復台８５に搭載されている。８６は工具マガジン８１及び工具交換腕８３が配置された機械室５３の前方に設けた隔壁で、この隔壁と前記加工室を画成する左隔壁６３には、工具交換時に開かれる機械室側シャッター５９及び加工室側シャッター５７が設けられている。

なお、図において、１４は工具主軸台１９をＺ軸方向に送るＺスライド、１６はＹ軸方向に送るＹスライド、１８はＸ軸方向に送るＸスライドであり、工具主軸台１９は、Ｘスライド１８にＹ軸回りに旋回自在に設けられている。８７は往復台８５のガイドである。

上記構造において、工具主軸２１の工具を交換するときは、工具主軸台１９を旋回して工具主軸２１をＺ軸方向左側に向け、加工室側シャッター５７を開いて工具主軸台１９を左移動させ、工具主軸２１の先端を機械室側シャッター５９の前方にまで差し込む。この間に工具交換腕は後方に移動して、奥側のフィンガで工具マガジンの工具ホルダ８２から工具を抜き取り、前方に移動する。

これらの準備が完了した状態で、機械室側シャッター５９が開かれ、工具交換腕８３が更に前進して、前側のフィンガ６１で工具主軸２１の工具を抜き取り、次いで１８０度旋回して工具マガジンから抜き取った工具を工具主軸２１に嵌装する。そして、工具交換腕８３が後退した後、機械室側シャッター５９が閉じられ、同時に工具主軸台１９がＺ軸方向左移動して、装着された工具が左隔壁６３の位置を通過した時点で加工室側シャッター５７を閉じる。工具交換腕８３は、工具主軸から抜き取った工具を工具マガジンの所定の工具ホルダに戻し、軸方向に後退して次の工具交換のために待機する。
特開２００３‐２７５９４１号公報

上記従来構造におけるシャッター５７、５９は、工具交換腕８３や工具マガジン８１を配置した機械室５３内に加工室５１から切粉や切削油が侵入しないように設けられたもので、工具交換時にのみ開かれる。シャッター５７、５９を二重に設けているのは、機械室５３への切粉や切削油の侵入を可及的に防止するためである。特に工具主軸とタレットを設けた複合旋盤では、工具交換時もタレット側の加工を継続して加工時間のロスが生じないようにするから、切粉や切削油が機械室に侵入する危険が高い。

しかし図６、７に示したような従来構造では、加工室側シャッター５７を開いてから工具主軸２１の先端を工具交換位置まで移動し、工具交換のあと工具主軸２１及びそれに装着された工具が加工室５１側に戻るまで、加工室側シャッター５７が開いたままとなるので、機械室５３への切粉や切削油の侵入を充分に防止することができない。また、工具交換時に工具主軸のＺ軸方向に向けたあと更にＺ軸移動による工具交換室への進入及び退避動作を伴うので、工具交換に時間がかかるという問題がある。

また工具マガジン８１は、工具交換腕のフィンガ６１との間で工具を受け渡す関係上、ポット型のものが用いられている。しかし、ポット型の工具マガジンは、フィンガ型の工具マガジンに比べて高価で占有スペースも大きい。そのため、小型の工作機械や貯蔵する工具数の多い工作機械では、フィンガ型の工具マガジンが有利である。

この発明は、複合旋盤の工具主軸への工具交換装置であって、工具交換を高速で行うことができると共に、機械室への切粉や切削油の侵入をより確実に防止できる工具交換装置を提供することを課題としている。

本願の請求項１の発明に係る複合旋盤の工具交換装置は、ワークの切削加工が行われる加工室５１に配置された工具主軸２１と、機械室５３に配置された工具マガジン９と、前記工具主軸と工具マガジンとの間で工具の交換を行う工具交換腕５４とを備え、前記加工室と機械室との間に工具交換時に開閉されるシャッター５７、５９を備えた複合旋盤の工具交換装置において、前記工具交換腕が加工室側シャッター５７と機械室側シャッター５９との間に形成した工具交換室５２に配置され、前記工具マガジンと工具交換室との間で工具を移送しかつ当該工具を工具交換室で待機させるシフタ５５を備え、前記機械室側シャッターはこのシフタの工具移送時に開き工具待機時に閉じ、前記加工室側シャッターは前記機械室側シャッターが閉じているときに開き、前記工具交換腕は加工室側シャッター５７が開いているときにその腕を加工室５１側に伸ばして工具主軸の工具を交換する、複合旋盤の工具交換装置である。

上記構造の工具交換装置は、工具交換腕５４と工具マガジン８との間に工具を工具マガジンが配置された機械室５３から工具交換腕５４が配置された工具交換室５２に移送するシフタ５５が設けられている。工具主軸２１がポット型のテーパ孔で工具を嵌合する関係上、工具交換腕５４はフィンガ型のものとならざるを得ないが、この工具交換腕と工具マガジンとの間に設けられるシフタ５５の工具ホルダをポット型のものとすれば、工具マガジンの工具ホルダ７５をフィンガ型のものとすることができ、工具マガジンのコスト及び設置スペースを低減できる。

本願の請求項２の発明に係る複合旋盤の工具交換装置は、前記請求項１記載の工具交換装置において、工具マガジンの工具ホルダ７５がフィンガ型の工具ホルダであり、シフタ５５が工具交換時の工具主軸方向及び工具主軸直角方向に往復動ないし往復揺動するポット型の工具ホルダ６２を備えていることを特徴とするものである。

この発明の装置では、工具主軸２１を工具交換位置に位置決めしてから、加工室側シャッター５７が開かれ、工具交換後直ちに閉じられるから、加工室側シャッター５７が開かれている時間が非常に短く、かつ加工室側シャッター５７が開いているときは、常に機械室側シャッター５９が閉じられているので、機械室５３への切粉や切削油の侵入を確実に防止できる。

また、工具交換時に工具主軸台１９の移動を伴わず、工具主軸台１９のホームポジションでの旋回動作だけで工具主軸２１を工具交換位置に設定することが可能で、更に工具交換腕５４の１８０度旋回動作と工具主軸２１及びシフタ５５のポットに対する同時並行的な抜取動作と挿入動作のみで工具交換が行われるので、工具交換を短時間で行うことができ、従って工具交換に伴う加工待ち時間が短縮でき、加工能率を向上させることができる。

更に工具マガジンに多数設けられる工具ホルダを安価なフィンガ型の工具ホルダとすることができ、工具マガジンのコストを大幅に低減できるので、自動工具交換装置を備えた複合旋盤の製造コストを低減できるという効果がある。

以下、図面を参照して、この発明の好ましい実施形態の一例について説明する。図１はこの発明の工具交換装置を備えた２主軸複合旋盤の模式的な正面図（ベッド面を正面にして見た図）、図２は右側面図、図３は図１の複合旋盤における工具交換装置及び工具マガジンの詳細を示す左側面図である。

図１、２において、１はベッドである。ベッド１は、水平面に対してオペレータ側が低くなる方向に６０度傾斜したベッド面１ａと、このベッド面と直交する後上方を向いた背面１ｂとを備えている。２はベッド１に固定の左主軸台、３はベッド面１ａの上部に設けられたＺ軸方向の主軸ガイド、４はこの主軸ガイドに沿って移動可能な右主軸台、５は左主軸の右主軸側端部に装着された左チャック、６は右主軸の左主軸側端部に装着された右チャック、７は右主軸台４の送りモータ、８は左主軸台２の左背後側に配置された自動工具交換装置、９はその更に背後上方に配置された工具マガジンである。

１３はベッド背面１ｂに設けた上Ｚ軸ガイド、１４は上Ｚ軸ガイド１３に沿って移動する上Ｚスライドである。上Ｚスライド１４の背後上方を向く面には、図２の紙面直角方向に間隔を隔てて２本の上Ｙ軸ガイド１５が設けられている。１６はこの上Ｙ軸ガイド１５に沿って移動する上Ｙスライドである。上Ｙスライド１６は、側面形状が逆Ｌ形で、上Ｘ軸ガイド１７を設けた前上向きの面がベッド面１ａと平行な平面となっている。１８はこの上Ｘ軸ガイド１７に沿って移動する上Ｘスライド、１９は上Ｘスライド１８に装着されてＹ軸回りに旋回する工具主軸台、２１は工具主軸である。

図１、２に示した複合旋盤は、主軸軸線の手前下方にタレット３８を備えており、３１はベッド面１ａの下部に設けた下Ｚ軸ガイド、３２は下Ｚ軸ガイド３１に沿って移動する下Ｚスライド、３３は下Ｚスライドの上面に設けた下Ｘ軸ガイド、３４はこの下Ｘ軸ガイドに沿って移動する下Ｘスライド、３５はこの下Ｘスライドに設けたＹ軸方向のコラム、３６はこのコラムに設けたＹ軸ガイド、３７はこのＹ軸ガイドに沿って移動する下刃物台であり、タレット３８はこの下刃物台３７に装着されている。

この発明の工具交換装置の詳細は、図４及び図５に示されている。図４は工具主軸台１９を工具交換のために旋回したときの図３の要部の拡大図であり、図５はシフタの斜視図である。図１〜５において、５１は加工室、５２は工具交換室、５３は機械室、５４は工具交換腕、５５はシフタ、９工具マガジンである。図４に示す５６は加工室５１と工具交換室５２とを区画している隔壁、５７はこの隔壁の開口に設けた加工室側シャッター、５８は工具交換室５２と機械室５３とを区画している隔壁、５９はこの隔壁の開口に設けた機械室側シャッターである。

工具交換位置は、工具主軸台１９がそのホームポジションで工具主軸２１をＺ軸方向左側に向けたときの工具主軸先端の位置に設定されており、加工室側シャッター５７は、この工具交換位置における加工室背後の隔壁５３ａに設けられている。工具交換腕５４は、工具交換室５２内の加工室側シャッター５７に近接する位置に定位置の旋回軸６０回りに旋回可能かつ軸方向移動可能に設けられている。工具交換腕５４の両端のフィンガ６１は、旋回軸６０回りの旋回動作によって工具主軸２１及びシフタ５５に保持されている工具の鍔を把持できるように旋回時の接線方向に向けて設けられている。

工具交換腕５４は、図４に示す待機位置から９０度旋回したときに、一方のフィンガが加工室側シャッター５７の開動作により開かれた開口から加工室５１側に伸びて工具交換位置にある工具主軸２１の軸線上に位置し、他方のフィンガは、工具交換室内で待機しているシフタ５５のポット６２の軸線上に位置する。工具交換腕５４の旋回機構及び軸方向移動機構は、公知の従来機構をそのまま採用することができるので、説明及び図示を省略する。

シフタ５５は、工具交換室５２と機械室５３の境界部に設置されており、その動作時には機械室側シャッター５９が開かれた状態となっている。図５はシフタ及び駆動機構を示した斜視図で、その一部の部材が図４にも示されている。

図において、６７はフレーム６６に固定されたブラケット、６８はこのブラケットに設けたＺ軸方向のガイドレール、６９はこのガイドレールに移動自在に搭載されたスライド台、７０はブラケット６７とスライド台６９との間に装架されてスライド台６９をＺ軸方向に往復移動させる油圧シリンダ、７１はスライド台６９と実質上一体の固定腕、５５はこの固定腕の先端にＺ軸方向の揺動軸７３回りに揺動自在に装着されたシフタ、６２はこのシフタの先端に装着したポット、７４はスライド台６９とシフタ５５の間に装架されたシフタ揺動用の油圧シリンダである。

図４に示されているように、シフタ５５は、工具マガジン９の側方直近の位置に設けられ、上方に揺動した図４に示す状態でポット６２が工具交換室５２に挿入された状態となり、下方に揺動したときに工具マガジン９の交換位置に割り出された工具ホルダ７５の軸線上に位置する。機械室側シャッター５９は、図４の紙面直角方向に開閉され、シフタ５５が下方に揺動するときは開かれており、上方に揺動しているとき、シフタ５５を挟んで、その間に隙間が生じない状態で閉じられる。

次に上記のように構成された工具交換装置の動作について説明する。工具マガジン９の周回移動により、次に使用する工具が工具交換位置に割り出されると、機械室側シャッター５９が開いて、シフタ５５が下方揺動した後、工具に向けて軸方向移動してポット６２に工具のシャンクを挿入する。次いでシフタ５５が上方に揺動し、機械室側シャッター５９が閉じる。一方、工具主軸台１９は、そのホームポジションで工具主軸２１をＺ軸方向左側を向けた状態で停止する。

この両者の準備が整った状態で加工室側シャッター５７が開き、工具交換腕５４が９０度旋回して工具主軸側の工具とシフタ側の工具とを同時に把持し、図４で手前側に軸方向移動して、工具主軸２１及びシフタのポット６２から工具を抜き取り、次に１８０度旋回した後、図４の奥側へと軸方向移動して新たな工具を工具主軸２１に嵌装すると共に、工具主軸から抜き取った工具をシフタのポット６２に嵌装する。次に工具交換腕５４が逆方向に９０度旋回して図４の待機位置に戻り、加工室側シャッター５７が閉じる。この状態で工具主軸２１に装着した新たな工具での加工動作が可能になる。

加工室側シャッター５７が閉じた後、機械室側シャッター５９が開き、シフタ５５が下方揺動して工具主軸から抜き取った工具を工具マガジンの工具ホルダに把持させ、次に工具から離れる方向に軸方向移動することにより、工具のシャンクがシフタのポット６２から抜き取られる。シフタ５５はこの状態で次に交換する工具が工具交換位置に割り出されるまで待機する。

この発明の工具交換装置を装着した旋盤の一例を示す模式的な正面図 図１の旋盤の詳細な右側面図 図１の旋盤の工具主軸台、工具交換装置及び工具マガジンを示した左側面図 図３の要部の拡大図 シフト装置の斜視図 従来構造の工具交換装置を備えた旋盤の一例を示す模式的な正面図 同左側面図

符号の説明

９ 工具マガジン
21 工具主軸
51 加工室
52 工具交換室
53 機械室
54 工具交換腕
55 シフタ
57 加工室側シャンク
59 機械室側シャッター
75 工具ホルダ

Claims (2)

1. ワークの切削加工が行われる加工室(51)に配置された工具主軸(21)と、機械室(53)に配置された工具マガジン(9)と、前記工具主軸と工具マガジンとの間で工具の交換を行う工具交換腕(54)とを備え、前記加工室と機械室との間に工具交換時に開閉されるシャッター(57,59)を備えた複合旋盤の工具交換装置において、
   前記工具交換腕が加工室側シャッター(57)と機械室側シャッター(59)との間に形成した工具交換室(52)に配置され、前記工具マガジンと工具交換室との間で工具を移送しかつ当該工具を工具交換室で待機させるシフタ(55)を備え、
   前記機械室側シャッターはこのシフタの工具移送時に開き工具待機時に閉じ、前記加工室側シャッターは前記機械室側シャッターが閉じているときに開き、前記工具交換腕は加工室側シャッター(57)が開いているときにその腕を加工室(51)側に伸ばして工具主軸の工具を交換する、
   複合旋盤の工具交換装置。
2. 工具マガジンの工具ホルダ(75)がフィンガ型の工具ホルダであり、シフタ(55)が工具交換時の工具主軸方向及び工具主軸直角方向に往復動ないし往復揺動するポット型の工具ホルダ(62)を備えている、請求項１記載の工具交換装置。

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