JPS5839622B2 - マシニングセンタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔開示の摘要〕 ＮＣ工作機械の主軸に使用すべき工具を選択的に着脱す
ることのできる自動工具交換装置を具備し、数種の所望
加工作業を自動的におこなうマシニングセンタを開示す
る。

〔技術の状況〕

この発明はマシニングセンタ、より詳細には、フライス
削り、中ぐり、穴あけ、ねじ切りなどの各種の加工作業
を必要とする工作物を自動的に加工するため、所望の工
具を自動的に交換する装置を具備するＮＣ工作機械に関
する。

一般にこの種マシニングセンタは工作機械本体の主軸と
、所望の複数個の工具を収容する工具収納マガジンとの
間に工具交換機構あるいは工具交換アームを具備するも
のが主流をなしている。

ところが、その装置の構造を簡単にして製作費を軽減し
、あるいはマシニングセンタの所要据付床面積を少くす
るなどのために、主軸と工具マガジンとの間に工具交換
アームを用いずに、工具マガジン自体によって主軸に直
接工具を差しこみ、あるいは主軸から工具を取り出して
、その交換をおこなう直接交換方式が開発されている。

この直接交換方式は前述したような利益がある反面、運
動部分である工具交換マガジンが、それ自体の自重と、
通常１０数本以上も収納している工具全体の重量とによ
って、極めて重量が大きなものとなり、工具を迅速に交
換するには不適当である。

さらに、この種方式のマシニングセンタにおいては、工
具交換に必要とする時間が長くなるために、その作業能
率がいちじるしく低下する。

また、この直接交換方式においては、交換すべき工具と
、工具マガジンに保持されている隣接工具とが、同時に
主軸すなわち工具交換位置に接近するために、隣接する
工具が主軸の端部付近の外周部に衝突してその作動を干
渉する危険がある。

これを回避するためには、主軸の外周部を細長く突出さ
せるため主軸系の剛性が低下したり、あるいは収納すべ
き工具の最大径によって決定される隣接する工具間のピ
ンチを必要以上に大きくしなければならない等のことか
ら、結局はマガジンが大形になり、限られたスペースに
多数の工具を収容することができなくなるなどの不利益
が招ねかれる。

〔発明の目的〕

以上の諸問題にかんがみて、この発明の主目的は、前記
直接交換方式において、工具マガジンの動作部分を軽量
化し、工具交換に当っての従来の不利益を排除した新規
なマシニングセンタの提供することにある。

さらにこの発明の目的は工具の交換に際して、工具と主
軸との不当な接触による作動の干渉をなくしたマシニン
グセンタを提供することにある。

この発明の目的はまた工具交換装置の構造が極めて簡単
で軽量なマシニングセンタを提供することにある。

この発明の目的は工具交換装置の工具グリップを半径方
向に移動することにより、加工域から遠ざけることによ
り、加工時の切屑あるいは切削油による汚染を未然に防
止することのできるマシニングセンタを提供することに
ある。

この発明の以上に述べた薄目的と利益、およびその他の
薄利点は、この明細書の記載によって十分に明瞭にする
。

〔実施態様の説明〕

次ニ、この発明を立型のマシニングセンタの好ましい一
実施態様について図面にしたがって詳細に説明する。

しかしながら、この発明のマシニングセンタは立型に限
らず横型の工作機械としても適用することができるもの
である。

第１図に示すように、この発明のマシニングセンタ１０
は機械加工を実行する主軸１２と、自動工具交換装置３
０とから成っている。

第２図に明らかなように主軸１２は極く普通の形式のも
ので、工具ＴのシャンクＴＳの端部に設けたプルスタッ
トＴＰを着脱保持するために主軸の開口１３内で指令に
よって開閉することのできるスプリング・コレット１４
を具備する。

主軸１２は主軸ヘッド１５内に装架してあって、主軸ヘ
ッド１５はサドル１６に支持され、垂直方向すなわちＺ
軸について移動することができるように案内される。

サドル１６はビーム１７に対して、Ｚ軸に対して直交す
る方向すなわちＸ軸に移動する。

ビーム１７はコラム１８を介してベッド１９に取付けで
ある。

ベッド１９には加工物（図示してない）を取付けるテー
ブル２０が設けてあり、テーブルはベッド１９上をＺ軸
に対して直交する方向すなわちＹ軸に移動する。

自動工具交換装置３０はそのマガジン・ベース３１が腕
３２を介してテーブル２０に取付けられている。

マガジン・ベース３１にはマガジンの回転割出し軸３３
が回動することができるように装架してあって、軸３３
の上部はマガジン・ベース３１より外方に突出している
。

回転割出し軸３３の上端には第２図と第３図とからより
明瞭に判るように、リング支持部材３４が軸３３と一体
にあるいは軸３３と共に回転するように構成しである。

リンク支持部材３４は回転割出し軸３３の外周縁に対し
て放射状に複数個の第一の腕部材すなわちリンク３５を
枢軸たとえばピン３６で枢着している。

第３図において、リンクすなわち腕３５は１２本が示し
であるが、その本数は一例であって、１２本に限定する
ものではない。

リンク３５の他端には工具Ｔのシャンクの太端部ＴＳを
つかむグリップ３７を有するグリップ・ホルダ３８の一
端がピン３９で枢着しである。

グリップ３７とグリップ・ホルダ３８とは第２図に示す
ようにその側面がＬ字状の部材とする。

グリップ・ホルダ３８の他端はピン４０で第二の腕部材
すなわちリンク４１に枢着しである。

リンク４１の他端はリンク支持部材３４に、その上端の
ピン３６の位置より間隔をとった位置でピン４２で枢着
してあって、第一の腕部材３５、グリップ・ホルダ３８
、第二の腕部材４１、ピン３６．３９゜４０．４２等で
いわゆる四棒リンク機構を構成している。

また、リンク４１あるいはグリップ・ホルダ３８のピン
４０に近接する側には、協同して自在継手を構成するた
め、後述する球状部材を受は入れる自在継手キャッチャ
−４３が設けである。

リンク３５、グリップ・ホルダ３８、リンク４１はグリ
ップ３７に工具Ｔを保持して待機する状態、あるいは工
具Ｔを主軸１２から抜き取って最終位置に保持するため
に、その保持装置４５が割出し回転軸３３に於て、それ
ぞれのリンク３５゜４１の該当位置に配設しである。

この保持装置４５はリンク４１のピン４２に近接する側
の部分と掛合して、リンク４１、グリップ・ホルダ３８
を保持するために、たとえば第４図に示すように、その
先端部４６を二叉のフォーク状にする。

自在継手キャッチャ−４３は交換すべき工具Ｔを主軸１
２に着脱するために前記リンク機構を作動する流体圧力
装置５０と協同する。

この流体圧力装置５０は工具Ｔを主軸１２について交換
すべき位置に設けてあって、シリンダ５１と、シリンダ
内を滑動することができるピストン５２と、ピストン５
２の運動にしたがって移動するようピストン５２に取付
けてあって、シリンダ５２の一方の端壁より外方に伸長
するピストン棒５３とから成っている。

ピストン棒５３の自由端にはリンク４１の自在継手キャ
ッチャ−４３に嵌合して自在継手を構成し、リンク４１
をピストン５２の作動に従って揺動させるのに適する球
状部材５４が形成しである。

流体圧力装置５０のシリンダ５１の他端はマガジン・ベ
ース３１にピン５５によって枢着してあり、シリンダ５
１の別端はばね５６でマガジン・ベース３１の上端部に
結合してあり、また、シリンダ５１の外壁にはストッパ
ー５７が設けてあって、後述するように、シリンダ５１
のマガジン・ベース３１の方向への移動を一定の位置で
制約する。

次に、この発明によるマシニングセンタの工具ノ交換動
作について説明する。

この発明のマシニングセンタは、ここに改めて述べるま
でもなく、すべてその作動条件はプログラマによって決
定され、シーケンス制御される。

したがって、第２図の状態、すなわち所望の工具Ｔ１が
主軸１２に装着されていて、必要な加工作業が完了する
と、自動工具交換装置３０全体または主軸１２および主
軸ヘッド１５が指令によって移動して、第５図に示す工
具交換位置にはいり、グリップ３７が工具Ｔ。

のシャンクＴＳを把持する。

次に所定の工具シーケンス制御にしたがって、スプリン
グ・コレット１４が主軸１２の先端方向へ移動して、工
具のプルスタッドＴｐとの掛合を解除し、ピストン５２
がシリンダ５１内を下方へと移動して、ピストン棒５３
の先端の球状部材５４はリンク４１のキャッチャ−４３
と嵌合状態のまま自在継手を構成し、ピン４２を中心と
してリンク４１を回動し、ピストン５２の下降に従って
工具Ｔ１がグリップ３７に保持されながら、主軸１２よ
り引き抜かれ、さらに、シリンダ５１はばね５６の作用
により常にマガジン・ベース３１の方向へ引き寄せられ
て、最終的にはストッパー５７がマガジン・ベース３１
と接触する位置、すなわち第６図に示すように工具Ｔ１
を完全に引き抜き終了の位置に至らせ、リンク４１は該
当する保持装置４５の先端部４６に支持される。

次に、予め指定されている次に使用されるべき工具が工
具交換位置に回動される。

この回動時に、前記工具Ｔ１を保持しているリンク４１
の自在継手キャッチャ−４３はピストン棒５３の先端の
球状部材５４をそのキャッチャ−４３から離脱し、新し
い工具交換位置に回動されたリンク４１のキャッチャ−
４３と嵌合する。

それから後は、以上のピストン等の作動行程と逆の行程
が遂行されて、次の工具が主軸１２の工具装着用開口１
３内に挿入され、所望の工具取付は作業が完了する。

この発明のマシニングセンタにおいては、第２図に示す
ピン３６、ピン３９、ピン４０、ピン４２のそれぞれの
中心を結んで形成される四辺形を平行四辺形にすると、
主軸１２の開口１３に対して工具Ｔを挿入または抜き取
る場合に、第７図に示すように、その工具Ｔの中心線Ｚ
Ａが主軸の開口１３に装着された工具の基準中心線ｚＲ
に対して常に平行に移動して、工具のシャンクＴ８が主
軸の開口１３の側壁と不当に接触して、自動工具交換装
置３０の作動に支障を及ぼすおそれがある。

また一方、たとえばピン３６とピン４２とヲ同一の位置
にすると、工具Ｔはピン３６の位置を中心とする単純な
円弧運動をおこない、第７図に符号Ｂで示すように、工
具ＴのシャンクＴｓまたはプルスタッドＴ、が主軸１２
の開口１３の側壁と不肖に接触するおそれが生ずる。

以上のような不利益を未然に回避するために、この発明
のマシニングセンタにおいては、回転割り出し軸３３の
リンク支持部材３４におけるピン３６と４２との間隔を
グリップ・ホルダ３８のピン３９と４０との間隔よりも
短かくして、これらピン３６−３９−４０−４２によっ
て形成される四辺形の形状が非平行四辺形を構成するよ
うにする。

このようにすることにより、工具Ｔの主軸１２への挿入
または主軸１２からの抜き取り過程において、主軸１２
の開口１３の中心線ｚＲに対して工具Ｔの中心線が傾斜
し、前述したような工具の部分が主軸の開口１３と不当
に接触し、その作動を干渉することが全くない。

なお、前記工具の挿入および抜き取り過程における工具
の中心線の傾斜角を適当な値に選定して、工具が主軸の
開口等と不当に接触することのないようにするためには
、主軸の開口１３、使用する工具のシャンクＴｓ、また
はシャンクプルスタッドＴ、などの形状や寸法、あるい
は自動工具交換装置３０のリンク３５．４１の長さ等を
考慮して、ピン３６−３９−４０−４２によって形成さ
れる四辺形の形状を適当に決定することによって行うこ
とができる。

以上、この発明のマシニングセンタの好ましい実施態様
について説明したが、この発明はその特許請求の範囲の
欄に記載の内容に従って数多くの変更を行なうことがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のマシニングセンタの一部を断面で示
した側面図、第２図は工具交換装置の要部を示す拡大部
分断面図、第３図は自動工具交換装置の部分を示す平面
図、第４図はリンク装置を保持する装置の先端部を示す
部分図、第５図は工具交換位置における装置の作動を説
明する第２図に該当する側面図、第６図は工具の抜き取
り完了時または挿入直前時を示す説明図、第７図は工具
の抜き取りあるいは装着時における干渉状態を説明する
図である。 図面において、この発明の要部と符号との関係は次の通
りである。 １０・・・・・・マシニングセンタ１２・・曲主軸、１
３・・・・・・主軸の開口、１４・・・・・・スプリン
グ・コレット。 ２０・・・・・・テーブル、３０・・・・・・自動工具
交換装置、３１・・・・・・マガジン・ベース、３３・
・・・・・回転割出し軸、３４・・・・・・リンク支持
部材、３５．４１・曲・リンク、３６，３９，４０，４
２・・・・・・ピン、３７・・・・・・グリップ、３８
・・・・・・グリップ・ホルダ、４３・・・・・・自在
継手キャッチャ−１４５・・曲保持装置、５゜・・・・
・・流体圧力装置、５１・・・・・・シリンダ、５２・
・・・・・ピストン、５３・・・・・・ピストン棒、５
４・・凹球状部材、５６・・・・・・ばね、５７・・・
・・・ストッパー、ＴまたはＴ、・・・・・・工具、Ｔ
Ｓ・・・・・・工具のシャンク、Ｔ、・・・・・・工具
のシャンク・プルスタッド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 作動条件をすべてプログラムによって決定した指令
   によって作動するようにしてＮＣ工作機械の工具を取付
   けるべき主軸と、複数個の工具を保持する装置と、前記
   工具保持装置を選択的に前記主軸に接近または離隔する
   装置とを具備し、前記主軸に所望の工具を選択的に着脱
   させるマニシングセンタにおいて、 （４）前記複数個の工具を保持する装置をａ）回転割出
   し軸と、 ｂ）前記回転割出し軸と共に回転するように前記回転割
   出し軸の周囲に放射状に取付けたリンク支持部材と、 Ｃ）前記リンク支持部材の一端にピンで枢着した第一の
   リンクと、 ｄ）前記第一のリンクの他端にピンで枢着した第二のリ
   ンクと、 ｅ）前記第二のリンクの他端にピンで枢着した第三のリ
   ンクとから構成し、 ｆ）前記第三のリンクの他端を前記リンク支持部材の他
   端にピンで枢着して前記リンク支持部材と前記第一、第
   二、第三のリンクによって四棒リンク機構としたことと
   、 ＣＢ） 前記第二のリンクに工具グリップを取付けた
   ことと、 （Ｃ） 前記回転割出し軸に放射状に配設し、前記四
   棒リンク機構が所望割出し位置にないときに、これを支
   持する保持装置と、 Ｄ）前記四棒リンク機構の選択された一組が前記主軸と
   協働する割出し位置に回転されたときに前記第三のリン
   クと結合し前記保持装置に保持されていた前記第三のリ
   ンクを加工位置に移動するようにした流体圧力装置 とから成ることを特徴とするマシニングセンタ。 ２ 前記四棒リンク機構によって形成される四辺形を非
   平行四辺形とした特許請求の範囲第１項に記載のマニシ
   ングセンタ。 ３ 前記第三のリンクと結合する前記流体圧力装置をピ
   ストンとピストン棒とから成るものとし、前記ピストン
   棒の自由端を球状体として前記第三のリンクに設けた自
   在継手キャッチャ−と掛合するようにした特許請求の範
   囲第１項に記載のマニシングセンタ。 ４ 前記ピストン棒を作動する流体圧力装置の一端を前
   記割出し回転軸を保持する基台に枢着して揺動できるよ
   うにした特許請求の範囲第３項に記載のマニシングセン
   タ。 ５ 前記流体圧力装置の揺動を制約する装置を設けた特
   許請求の範囲第４項に記載のマニシングセンタ。