JPH0857731A

JPH0857731A - 小型工作機械

Info

Publication number: JPH0857731A
Application number: JP21949194A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takemura; 竹村公一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-22
Filing date: 1994-08-22
Publication date: 1996-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】自動工具交換装置等他をコンパクトにしてシ
ンプルにまとめた超小型工作機械を提供することを目的
とする。【構成】ベッドＢ上面の手前側にテーブル２を配置
し、奥側には主軸３を支持するコラム６と、このコラム
の外周には自動工具交換装置１０の工具マガジンＨＭを
環状に配置し、上記工具マガジンはワーク加工時には前
側を開いた環状体としてベッド後方へ退却し、工具交換
時にはコラム側へ前進して閉じた環状体としてコラム６
の主軸３に対して旋回割り出しされ、且つ主軸の昇降移
動とにより工具交換を行う小型工作機械１００である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小物部品の加工を合理
的に行い、且つまた施設，設備費の削減並びに高生産性
にも寄与するように開発した新規な超小型工作機械に関
し、特に、自動工具交換装置等他をコンパクトにしてシ
ンプルにまとめた構成に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工具を自動交換するマシニングセ
ンタ等は、その加工部品の大きさに係らずかなり大きな
機械を使用している。近年、各種商品の小型・軽量化に
より、これらの商品に使用される部品も小型・高精度と
なっている。然し乍ら、例えば、タバコの箱サイズの部
品であっても、４０番，５０番相当の大型マシニングセ
ンタを使用することが良く見受けられている。この実態
は、小物部品の大きさに対応した超小型工作機械（マシ
ニニングセンタ）が世に存在しないからである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、小物部
品の大きさに対応しない大型マシニングセンタを使用す
ることは、加工部品に対する工場スペース、電気エネル
ギー、労働力、各種消耗品等々が余りにも大きな浪費
（低い生産性）となっている。特に、大型機でＦＭＳ等
のラインを構成する場合、何十メートルもの長さとな
り、それぞれにおける無駄となる浪費（低い生産性）
は、計り知れないものがある。例えば、マッチ箱サイズ
の部品を加工するＦＭＳラインを実際に設計した実例で
は、６ｍ×１６ｍの据付面積と７台の大型工作機械が必
要であり、余りにも大きな据付面積と高価な設備機械を
使用しての浪費（低い生産性）となっている。

【０００４】そこで、単にマシニングセンタを小型化す
れば上記従来の問題点が全て解決できるというものでは
ない。各種商品の小型・軽量化は、より一層に部品加工
に対する高精度加工・特殊加工とか高生産性や低コスト
を強力に要求されることになり、それに適合した小型工
作機械の設計・製造及び生産稼働性をどうするかは、卓
越した開発能力を要求される。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、自動工具交換装置等他をコンパクトにしてシンプ
ルにまとめた超小型工作機械を提供することを第一の目
的とする。更に、小物部品の加工を合理的に行い、且つ
また施設，設備費の削減並びに高生産性に寄与する新規
な超小型工作機械を提供することを第二の目的とする。
そして、本発明の第三の目的は、低コストでありなが
ら、高速加工・高剛性・高精度を達成した超小型工作機
械を提供することにある。また、本発明の第四の目的
は、操作性と保守性の優れた超小型工作機械を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
すべく請求項１は、ベッド上面の手前側にテーブルを配
置し、奥側には主軸を支持するコラムと、このコラムの
外周には自動工具交換装置の工具マガジンを環状に配置
し、上記工具マガジンはワーク加工時には前側を開いた
環状体としてベッド後方へ退却し、工具交換時にはコラ
ム側へ前進して閉じた環状体としてコラムの主軸に対し
て旋回割り出しされ、且つ主軸の昇降移動とにより工具
交換を行わせることを特徴とする小型工作機械である。

【０００７】又、請求項２は、ほぼ正方形に形成したベ
ッドの下部空間に電気制御装置等を内装するほか、上記
ベッド上面の手前側にテーブルを配置し、奥側には主軸
を支持するコラムと、このコラムの外周に自動工具交換
装置の工具マガジンを環状に配置して旋回割り出しさ
せ、更に上記ベッド上面の適所に操作パネルを配置した
ことを特徴とする小型工作機械である。

【０００８】そして、請求項３は、ほぼ正方形に形成し
たベッドの下部空間に電気制御装置等を内装するほか、
上記ベッド上面の手前側にテーブルを配置し、奥側には
主軸を支持するコラムと、このコラムの外周に自動工具
交換装置の工具マガジンを環状に配置して旋回割り出し
させ、更に主軸とこれを支持するコラムとを堅牢な左右
対称構造としたことを特徴とする小型工作機械である。

【０００９】更に、請求項４は、請求項２，３におい
て、ベッドの下部空間に内装した電気制御装置等を機械
前方にて開放できる構成となし、機械前方にて保守でき
るようにしたことを特徴とする小型工作機械である。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１によると、工具マガジンはワ
ーク加工時には前側を開いた環状体としてベッド後方へ
退却し、工具交換時にはコラム側へ前進して閉じた環状
体としてコラムの主軸に対して交換工具を旋回割り出
し、且つ主軸の昇降移動とにより工具交換を行わせる。
しかして、工具交換装置から交換アームが省略され、工
具交換時にのみコラムの外周に嵌合してコラムの主軸に
対する交換工具を省スペースのもとで実施できる。更
に、ワーク加工時には工具マガジンが加工領域から完全
に外れた位置にあり、ワーク加工を制限する要素がな
い。

【００１１】本発明の請求項２によると、ほぼ正方形に
形成したベッドの下部空間に電気制御装置等を内装する
ほか、ベッド上面の手前側にテーブルを配置し、奥側に
は主軸を支持するコラムと、このコラムの外周に自動工
具交換装置の工具マガジンを環状に配置して旋回割り出
しされるよう各部材をコンパクトに合理的に立体配置さ
せた小型工作機械である。しかして、小物部品の加工を
合理的に行い、且つまた施設，設備費の削減並びに高生
産性にも寄与する。

【００１２】本発明の請求項３によると、ベッド上面の
手前側にテーブルが配置され、奥側には主軸を支持する
コラムと、このコラムの外周に自動工具交換装置の工具
マガジンを環状に配置して旋回割り出しされ、更に主軸
とこれを支持するコラムとを堅牢な左右対称構造とした
小型工作機械の構成ユニットとして作用する。しかし
て、コンパクトで低コストな超小型工作機械でありなが
ら、高速加工・高剛性・高精度を保証できる機能を持っ
ている。

【００１３】本発明の請求項４によると、ベッドの下部
空間に内装した電気制御装置等を機械前方へ開放でき
る。しかして、機械前方にて点検保守などの作業が実施
でき、操作性と保守性の優れた超小型工作機械である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の各請求項に記載する技術を含
んだ実施例で説明する。図１，２は小型工作機械の実施
例の全体構成を示し、小型工作機械１００はワークを載
せるＸ，Ｙ軸方向に移動するテーブル２と、工具Ｔ１を
装着した主軸３とその主軸頭４をコラム６に沿って昇降
するよう備え、各工具Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４・・・を
交換する自動工具交換装置１０をコラム６の外周に配置
する等、各部材をほぼ正方形に形成したベッドＢを載せ
たベースＢｏの上部空間に備えている。ベッドＢの右側
上面には操作パネルＯＰを備えている。更に、ベッドＢ
及びベースＢｏの下部空間である制御箱３００内にはＮ
Ｃ制御装置２００等を内装し、前面ドアＤを開口し、保
守点検出来るなどのメンテナンス性に優れている。

【００１５】上記小型工作機械１００は、卓上タイプで
あって、事務机サイズ以下のベースＢｏの面積の中に、
ＮＣ制御装置２００を含めた全ての部材ユニットを納
め、大型工作機械と同じ機能、操作性のほか、どこへで
も移動可能な機動性を備えている。従って、制御箱３０
０の下面に図示されていないがキャスターを備えてい
る。又、机と並べて使用できる。

【００１６】続いて、上記小型工作機械１００の各部材
とその機能を説明する。Ｘ，Ｙ軸方向に移動するテーブ
ル２は、ベッドＢの前部に位置し、前後に平行な２本の
ガイドレールＬ１に載るサドル７の上面に敷設した左右
平行な２本のガイドレールＬ２を介して配置されてい
る。そして、図１，２において破線で示すサーボモータ
により指令値送りされる。

【００１７】上記コラム６は、ベッドＢの中央部に植立
されており、ベッド後部との間に補強材６Ａが付設され
ている。このコラム６の前部摺動面６Ｂには、主軸３と
その主軸頭４を高剛性にユニット構成されたスライド部
材に備え、昇降用のサーボモータＳＭＺにより主軸頭４
を昇降するほか、主軸モータＳＭにより主軸３を回転す
る。上記主軸は、工具ホルダＴ１をその先端テーパ穴に
装着し、クランプ装置（図示無し）にてクランプする。
そして、使用済みの工具ホルダＴ１と新しい工具ホルダ
Ｔ２との交換時にアンクランプシリンダＣ１を作動させ
てアンクランプ状態とし、コラム６の下方位置となる外
周に環状に備える本発明の自動工具交換装置１０である
工具マガジンＨＭが割出モータＭで主軸３の直下に割り
出した次の工具ホルダＴ２と、主軸頭４による上端Ｏ１
及び交換位置Ｏへの昇降動で交換する。

【００１８】上記工具マガジンＨＭは、図２，３，４の
ように工具交換動作時には、マガジン進退シリンダＣ２
にてコラム６の下方位置となる外周に環状に配置され、
図４，５に示す割出モータＭで環状に配置している各工
具ホルダＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・を一斉に循環移動させ
て、その一つを主軸３の直下に割り出すように構成され
ている。上記工具交換動後は、マガジン進退シリンダＣ
２にてコラム６から工具マガジンＨＭを機械後方へ退却
さるべく、この後退移動に連動して環状になっている工
具マガジンＨＭの主軸３の直下に位置する空席部分を図
８のように割り開き、その開口角（開口量）を次第に増
加させながら退却位置（ロ）まで後退する。この状態に
てワーク加工を行ない、再び工具交換時になると、マガ
ジン進退シリンダＣ２にて退却位置（ロ）にある工具マ
ガジンＨＭを交換位置（イ）まで前進移動させると、こ
れに連動して割り開いている工具マガジンＨＭの先端側
を次第に閉じ、コラム６の外周を包むように環状に閉じ
て図２，３，６，７のような状態とすべく、二つの開閉
カム部材２０，２１によって工具マガジンＨＭの開閉動
作が支配された構成になっている。

【００１９】上記のように機能する工具マガジンＨＭの
詳細構成を、続いて説明する。二つに開口する一対のマ
ガジン筒体３０，３１は機械の後方側を枢支点とすべ
く、枢支部材４０の上下支持軸４１，４２に支持されて
おり、この枢支部材４０の下支持軸４２に延設した部分
に上記マガジン進退シリンダＣ２のピストン棒４３が連
結し、更に下端ピン４２Ａが前後移動を円滑にするガイ
ド溝４４に係合している。上記一対のマガジン筒体３
０，３１は、内外周の二重の半円筒３０Ａ，３０Ｂと３
１Ａ，３１Ｂからなり、左右のマガジン筒体３０，３１
の下面に付設したピン３０Ｃ，３１Ｃが、逆ハ字状に開
いた上記開閉カム部材２０，２１の溝２０Ａ，２１Ａに
係合している。しかして、上記マガジン進退シリンダＣ
２のピストン棒４３を進退動させると、一対のマガジン
筒体３０，３１は、退却位置（ロ）にある工具マガジン
ＨＭを図８の様に全開し、交換位置（イ）まで前進移動
させると、これに連動して割り開いている工具マガジン
ＨＭの先端側を次第に閉じ、コラム６の外周を包むよう
に環状に閉じて図２，３，６，７のような状態とする。

【００２０】上記一対のマガジン筒体３０，３１は、内
外周の二重の半円筒３０Ａ，３０Ｂと３１Ａ，３１Ｂと
の上面に、対向し合う窪み（ａ），（ｂ）が環状に連な
り、この窪み（ａ），（ｂ）に工具ホルダＴ１，Ｔ２，
Ｔ３・・・を支持し且つ循環させるための支持ユニット
５０を多数嵌合して連接させ、閉じられたマガジン筒体
３０，３１の時、完全な環状体を形成する。即ち、上記
支持ユニット５０は図９に示すように、円弧板に形成さ
れたその両端に半円の窪み５０Ａ，５０Ａを設けるほ
か、内周面に内歯５０Ｂを設け、更に窪み５０Ａの片隅
に工具ホルダの位置決めピン５０Ｃを植着させている。
しかして、上記支持ユニット５０を多数嵌合して連接さ
せると、図９のようにその接続部に半円の窪み５０Ａ同
志により形成される円穴５０Ｄが作られ、これに工具ホ
ルダの支持部６０を嵌め込んで垂直に支持すると共に、
キー溝６１を位置決めピン５０Ｃに係合させる。更に、
各内歯５０Ｂが連続して連なり、完全な環状内歯５０Ｂ
となり、この内歯に図５，７，１０のようにマガジン筒
体３０，３１の枢支点位置で駆動ギヤ６３を噛み合せ、
その割出モータＭで各工具ホルダを一斉に循環移動さ
せ、所定の工具ホルダを主軸直下に割り出し位置決めす
る。

【００２１】また、上記工具マガジンＨＭの一対のマガ
ジン筒体３０，３１を上記割り出し状態にて開口すると
きは、支持ユニット５０の外周の両縁（ｅ）が切欠いて
あるから、図９に見るよう角度θだけ開口している。し
かして、図８のように、工具マガジンＨＭの一対のマガ
ジン筒体３０，３１を開口しても、枢支点位置の左右に
有る支持ユニット５０の外周の両縁（ｅ）同志が干渉し
てぶつからず、円滑な開口動作を行なう。

【００２２】本発明の小型工作機械は、上記のように構
成されたものであるから、前述したように使用済みの工
具ホルダＴ１と新しい工具ホルダＴ２との交換時には、
図４，５，６，７のように工具マガジンＨＭを交換位置
（イ）へ前進させ、この空席に主軸を交換位置Ｏへの下
降で工具ホルダＴ１を納め、アンクランプシリンダＣ１
にてアンクランプ状態とし、主軸だけを最上位置Ｏ１へ
移動して受け渡す。続いて、割り出しモータＭを起動し
て、新しい工具ホルダＴ２を主軸直下に割り出し、再び
主軸を交換位置Ｏへ下降して、アンクランプ状態の主軸
に工具ホルダＴ２を挿入した後、クランプする。この
後、主軸を上昇させて工具ホルダＴ２を工具マガジンＨ
Ｍの支持ユニット５０から引き揚げる。この後、工具マ
ガジンＨＭを図８のようにマガジン進退シリンダＣ２に
て退却位置（ロ）に退却して工具交換作用が終了する。

【００２３】本発明は工具交換装置１０から交換アーム
が省略され、工具交換時にのみコラムの外周に嵌合して
コラムの主軸に対する交換工具を省スペースのもとで実
施できる。更に、ワーク加工時には工具マガジンが加工
領域から完全に外れた位置にあり、ワーク加工を制限す
る要素がない利点がある。

【００２４】又、本発明の実施例では、ほぼ正方形に形
成したベッドＢの下部空間に電気制御装置２００等を内
装するほか、ベッド上面の手前側にテーブル２を配置
し、奥側には主軸３を支持するコラム６と、このコラム
の外周に自動工具交換装置の工具マガジンを環状に配置
して旋回割り出しされるよう各部材をコンパクトに合理
的に立体配置させた小型工作機械である。しかして、小
物部品の加工を合理的に行い、且つまた施設，設備費の
削減並びに高生産性にも寄与する利点がある。特に、研
究室や事務所にて机の隣に並べ置くことができ、この状
態にて加工やメンテナンスができる。

【００２５】更に、本発明は、主軸３とこれを支持する
コラム６とを堅牢な左右対称構造とした小型工作機械１
００の構成ユニットとして作用する。しかして、コンパ
クトで低コストな超小型工作機械でありながら、高速加
工・高剛性・高精度を保証できる機能を持っ利点があ
る。

【００２６】尚、本発明は、上記実施例に限定されるこ
となく発明の要旨内での設計変更が自由に出来る。例え
ば、ＦＭＳラインに向くように、コラム移動式の工作機
械としても実施できる。この場合は、工具マガジンＨＭ
を退却位置（ロ）に固定してシリンダＣ２で開閉動作さ
せ、主軸やコラム６を工具交換時に退却位置（ロ）へ移
動させて行なう。こうすれば、部品の大きさに対応した
ＦＭＳラインが小型工作機械により実現できる。又、各
部の詳細構成についての変形実施も可能である。

【００２７】

【効果】本発明の請求項１は、工具交換装置から交換ア
ームが省略され、工具交換時にのみコラムの外周に嵌合
してコラムの主軸に対する交換工具を省スペースのもと
で実施できる効果がある。更に、ワーク加工時には工具
マガジンが加工領域から完全に外れた位置にあり、ワー
ク加工を制限する要素がないなど、小物部品の加工性に
も優れた機能を発揮する効果がある。

【００２８】又、請求項２は、各部材をコンパクトに合
理的に立体配置させた小型工作機械として各種の効果が
発揮される。更に、小物部品の加工を合理的に行い、且
つまた施設，設備費の削減並びに高生産性にも寄与する
効果がある。

【００２９】そして、請求項３は、主軸とこれを支持す
るコラムとを堅牢な左右対称構造とした小型工作機械の
構成ユニットとたから、コンパクトで低コストな超小型
工作機械でありながら、高速加工・高剛性・高精度を保
証できる機能を持った効果がある。更に、熱的対称形で
もあるし重量的対称形でもあるから、最適なバランスを
可能にしている。

【００３０】更に、請求項４は、ベッドの下部空間に内
装した電気制御装置等を機械前方へ開放できるようにし
たから、機械前方にて点検保守などの作業が実施でき、
操作性と保守性の優れた超小型工作機械としての効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明小型工作機械を示す正面図である。

【図２】本発明小型工作機械を示す側面図である。

【図３】本発明小型工作機械を示す平面図である。

【図４】本発明小型工作機械を拡大して示す右側面図で
ある。

【図５】本発明の工具マガジンの断面図である。

【図６】本発明小型工作機械及び工具マガジンを示す平
面図である。

【図７】本発明工具マガジンの前進状態を示す平面図で
ある。

【図８】本発明工具マガジンの退却状態を示す平面図で
ある。

【図９】本発明工具マガジンの要部を示す斜視図であ
る。

【図１０】本発明工具マガジンの要部を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２テーブル３主軸４主軸頭６コラムＢベッドＣ１アンクランプシリンダＣ２マガジン進退シリンダＨＭ工具マガジンＳＭ主軸モータＭ割り出しモータ１０工具交換装置２０，２１開閉カム部材３０，３１マガジン筒体４０枢支部材５０支持ユニット１００小型工作機械２００ＮＣ制御装置３００制御箱Ｔ１，Ｔ２工具ホルダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベッド上面の手前側にテーブルを配置
し、奥側には主軸を支持するコラムと、このコラムの外
周には自動工具交換装置の工具マガジンを環状に配置
し、上記工具マガジンはワーク加工時には前側を開いた
環状体としてベッド後方へ退却し、工具交換時にはコラ
ム側へ前進して閉じた環状体としてコラムの主軸に対し
て旋回割り出しされ、且つ主軸の昇降移動とにより工具
交換を行わせることを特徴とする小型工作機械。
【請求項２】ほぼ正方形に形成したベッドの下部空間
に電気制御装置等を内装するほか、上記ベッド上面の手
前側にテーブルを配置し、奥側には主軸を支持するコラ
ムと、このコラムの外周に自動工具交換装置の工具マガ
ジンを環状に配置して旋回割り出しさせ、更に上記ベッ
ド上面の適所に操作パネルを配置したことを特徴とする
小型工作機械。
【請求項３】ほぼ正方形に形成したベッドの下部空間
に電気制御装置等を内装するほか、上記ベッド上面の手
前側にテーブルを配置し、奥側には主軸を支持するコラ
ムと、このコラムの外周に自動工具交換装置の工具マガ
ジンを環状に配置して旋回割り出しさせ、更に主軸とこ
れを支持するコラムとを堅牢な左右対称構造としたこと
を特徴とする小型工作機械。
【請求項４】請求項２，３において、ベッドの下部空
間に内装した電気制御装置等を機械前方へ開放できる構
成となし、機械前方にて点検保守できるようにしたこと
を特徴とする小型工作機械。