JPS6149062B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工作機械の被加工物自動交換装置に関
し、特にNCフライス盤やマシニングセンタ等の
数値制御工作機械が有する自動位置決め機能を利
用してワークテーブル上へ未加工被加工物を取付
け、またワークテーブルから加工済被加工物を取
外して所定の被加工物保管位置、例えば被加工物
ストツカへ搬送することができるようにした数値
制御工作機械の被加工物自動交換装置に関する。

従来、NCフライス盤やマシニングセンタ等の
数値制御工作機械においては、未加工の被加工物
をワークテーブルに取付けたり、或いは加工済後
にワークテーブルから被加工物を取外して被加工
物保管位置へ搬送する場合にはパレツトチエンジ
ヤや工業ロボツトを別に備えることによつて被加
工物の自動交換を遂行し、省力化を計る方法が汎
く採用されている。即ち、パレツトチエンジヤを
用いる場合には多数のパレツト上に予め被加工物
を取付けて被加工物保管ステージに保管し、この
被加工物保管ステージと数値制御工作機械のワー
クテーブルとの間に配置したチエンジヤ装置によ
つて被加工物の取付けられたパレツトをワークテ
ーブルへ搬送し、両者一体のままでワークテーブ
ルに取付け、加工済後は再び上記チエンジヤ装置
によつてパレツトと共に加工済被加工物をワーク
テーブルから取外して保管ステージへ返還搬送す
るものである。また工業ロボツトを用いる場合に
はロボツトアームの回転、伸縮動作及びロボツト
ハンドの把持機能を利用して被加工物の取付け、
取外し、搬送を行うものである。然しながら、上
述の前者に説明したパレツトチエンジヤを採用す
る場合には被加工物を取付けたパレツトを工作機
械のワークテーブルに対して正確に着脱操作する
ためにはパレツトチエンジヤ自体に比較的高精度
の動作機能を保有させる必要がある。一方、工業
ロボツトを採用した場合には工業ロボツトのロボ
ツトアームは被加工物の取付け、取外し、搬送に
当つて座標軸に沿つて動作制御されるが、かゝる
動作制御はむしろ数値制御工作機械の主軸部が有
する各種軸方向に沿つた位置決め動作機能と重複
する。しかも上述のパレツトチエンジヤや工業ロ
ボツト等によつて被加工物の自動交換遂行時には
数値制御工作機械側ではその位置決め動作機能を
休止しており、従つてかかるパレツトチエンジヤ
や工業ロボツトを使用することは畢意、数値制御
工作機械の保有する位置決め動作機能を充分に活
用しきつていないことを示しているものである。
加えて、パレツトチエンジヤや工業ロボツトはそ
れ自体極めて高価な装置であり、従つて数値制御
工作機械と共にかゝるパレツトチエンジヤや工業
ロボツトを併用する被加工物の加工コストは必然
的に上昇せざるを得ないのである。

依つて本発明は数値制御工作機械における周知
個有の位置決め動作機能と新規な機能要素とを組
合せ、それらを有効に利用することによつて低価
格の被加工物自動交換装置を提供し、以つて高価
なパレツトチエンジヤや工業ロボツトの併用を排
除できるようにすることを主たる目的とするもの
である。

本発明の更に他の目的は数値制御工作機械がマ
シニングセンタ等のように自動工具交換機能を有
する工作機械である場合には、上述の位置決め動
作機能と共にこの周知の自動工具交換機能をも併
せ用いることによつて安価な被加工物自動交換装
置を提供することにある。

本発明に依れば、工具主軸を有する主軸頭が被
加工物を載置するワークテーブルに対して直交す
るＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に相対運動する数値制御
工作機械において、前記ワークテーブルを一定位
置に設けると共に前記主軸頭は水平面内の直交す
る２軸と該水平面に直交する上下１軸のＸ、Ｙ、
Ｚ方向に対し夫々数値指令に基づいて位置決め移
動可能に設けた構成とし、かつ被加工物又はパレ
ツトを運搬する際前記主軸頭前面に突出して設け
られ前記被加工物又はパレツトを保持するワーク
保持具と、前記ワークテーブルに設け被加工物又
はパレツトを固着するワーク取付具と、前記ワー
クテーブルの近傍に設け被加工物又はパレツトを
保管しておくワーク保管ステージとを具備して構
成した数値制御工作機械の被加工物自動交換装置
が提供されるのである。以下、本発明を添付図面
に示す実施例に基いて更に詳細に説明する。

第１図は本発明による工作機械の被加工物自動
交換装置における１実施例の主要部分を示す斜視
図である。第１図において、１０は数値制御工作
機械又はマシニングセンタの主軸部であり主軸１
２を有している。この主軸部１０は従来より周知
のとおり、主軸（スピンドル）１２と主軸頭１４
を具備している。そして主軸１２の先端には加工
工程においては加工工具（図示なし）が取付けら
れ、またマシニングセンタの場合にはこの加工工
具も周知の自動工具交換装置における工具マガジ
ンに格納された各種の工具が加工仕様に応じて自
動交換可能になつている。一方、１６は上記数値
制御工作機械又はマシニングセンタの基台部であ
り、この基台部１６の上部には回転テーブル１８
を介してワークテーブル２０が取付けられてい
る。一般に数値制御工作機械又はマシニングセン
タにおいては、このワークテーブル２０と主軸部
１０との間で少なくとも３軸方向、即ち、相互に
直交座標系を形成するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に沿つて
相対的な接近または離反直線運動が可能に構成さ
れ、そのＸ，Ｙ，Z3軸方向の直線運動は数値制
御装置による数値指令に基いて位置決め制御でき
るようになつている。

さて、本発明は上述のような数値制御工作機械
又はマシニングセンタの周知位置決め制御機能を
利用して被加工物の自動交換装置を提供するもの
であるが、第１図の実施例においては、主軸部１
０がワークテーブル２０に対して図示のＸ，Ｙ，
Z3軸何ずれの方向にも位置決め制御運動が可能
な方式にあり、かつ自動工具交換装置（図示な
し）を有する工作機械であるものとして以下に説
明する。

さて、本発明によれば、ワークテーブル２０上
に予めワーク取付金具又はワーク取付治具２２が
取付けられ、このワーク取付治具２２にはワーク
取付室２４と取付台２６が準備されている。更に
ワーク取付治具２２はワーク取付室２４にワーク
（被加工物）３０が設置されたときに固定保持す
るためのクランプ２８が設けられ、このクランプ
２８は例えばワーク３０がワーク取付治具２２の
ワーク取付室２４に設置されたことが適当なスイ
ツチ手段３４によつて検出されたときにクランプ
動作を行い、ワーク３０に対する加工作業が終了
したことを数値制御装置から例えば電気的信号に
よつて報知されたときにクランプ解放運動をする
ように構成すれば良く、このような構成はクラン
プ２８のクランプ作用及びクランプ解放作用を周
知の流体圧シリンダを用いて起動するようにすれ
ば容易に実施することができる。一方、主軸部１
０の主軸１２には加工物保持具３８が取付け得る
ように構成する。即ち、加工物保持具３８にはワ
ーク３０を載置運搬することのできるフオーク部
３８ａを先端に具備させると共に主軸１２の受穴
中に装入されるアーバー部３８ｂ（第２図）を具
備させておけば主軸１２に対して加工物保持具３
８を装着することは容易に達成でき、しかも自動
工具交換装置の工具マガジンにおける所定の１位
置にこの加工物保持具３８を予め格納保持し、数
値制御工作機械の自動工具交換機能を利用して被
加工物交換時には該加工物保持具３８を自動的に
主軸１２に装着し、また被加工物交換完了と共に
再び工具マガジンの所定位置に戻して格納保持す
るようにすることも容易に達成できる。一方、第
１図において、４０はワーク３０のストツカであ
り、このストツカ４０には棚４１，４２，４３等
を設けて、この棚４１，４２，４３上に台座部材
４５を介してワーク３０を格納するようにする。
なお、ストツカ４０は数値制御工作機械の近傍に
設けられた一定の位置に載置される。なお、第２
図は加工物保持具３８が主軸部１０の主軸１２に
装着した状態を示す拡大断面図であり、この際に
アーバー部３８ｂと主軸穴とにはキー溝結合等に
よつて適正な方向付け、即ちオリエンテーシヨン
が達成されて保持具３８の正しい姿勢を得てい
る。

上述のように構成すれば、ワーク３０をストツ
カ４０の棚４３からワークテーブル２０上のワー
ク取付治具２２に取付ける際には、先ず主軸部１
０の主軸１２に加工物保持具３８を装着し、次い
で主軸部１０に位置決め制御機能を利用してスト
ツカ４０に接近動作させる。主軸１２がストツカ
４０に接近した後は、第１図の矢印Ａで示すＸ軸
方向動作によつてホーク部３８ａを棚４３のワー
ク３０の下方に挿入し、次いで矢印Ｂで示すＺ軸
方向動作によつてワーク３０をホーク部３８ａ上
に載置保持する。次いで矢印Ｃ，Ｄ，Ｅで示すＸ
軸、Ｙ軸方向の動作によつてワーク３０を保持し
た加工物保持具３８をワークテーブル２０上のワ
ーク取付治具２２におけるワーク取付室２４の位
置に到達させ、矢印Ｆで示すＺ軸方向動作によつ
て更にワーク３０を取付台２６上に載置する。こ
の段階に達すると、ワーク取付治具２２のクラン
プ２８が作動されることによりワーク３０はワー
ク取付治具２２の取付台２６上に固定保持され
る。その後に更に主軸部１０を矢印Ｇで示すＸ軸
方向に動作させれば、加工物保持具３８がワーク
取付室２４から引き出され、ワーク３０の取付が
完了し、加工開始準備が完了する。この後は主軸
部１０の主軸１２に装着されている加工物保持具
３８を加工工具と自動交換することによつて主軸
１２に加工工具を取付け、通常の数値制御工作機
械の作用に従つて加工作業を開始すればよい。

さて、ワークテーブル２０上のワーク取付治具
２２に取付けたワーク３０に対して数値制御装置
による制御に従つて一定の加工作業が完了した後
には再び主軸部１０の主軸１２に自動工具交換装
置の作用によつて加工物保持具３８を取付け、次
いで主軸部１０をワークテーブル２０に接近動作
させて加工物保持具３８のホーク部３８ａに加工
完了後のワーク３０を保持し、前述した矢印Ａ−
Ｇとは逆向きの経路を辿る動作を位置決め制御機
能を利用して遂行せしめれば該ワーク３０をスト
ツカ４０の棚４３に戻すことができる。そして次
には主軸部１０を更にストツカ４０の棚４２に接
近させて新たに未加工のワーク３０を加工物保持
具３８のフオーク部３８ａによつて保持し、再び
主軸部１０をワークテーブル２０上のワーク取付
治具２２に接近させ、次いでワーク取付室２４に
該未加工ワーク３０を固定させれば、被加工物
（ワーク）の自動交換を達成することができるの
である。そしてその後は前述と同様にして主軸部
１０の主軸１２に加工工具を自動工具交換によつ
て取付け、再び加工作業を遂行すればよいのであ
る。

なお、自動工具交換装置を具備しない数値制御
工作機械の場合には勿論、主軸部１０の主軸１２
に対する加工物保持具３８の装着又は加工工具と
の交換は作業者がそれぞれの作業を遂行すればよ
いことは言うまでもない。即ち、本発明において
は数値制御工作機械が有するワークテーブル２０
と主軸部１０との間の位置決め制御機能を利用し
て被加工物たるワーク３０の自動交換を達成し、
従来必要とされたパレツトチエンジヤや工業用ロ
ボツト等の高価設備を排することができるように
した点に最も重要な特徴を有するものであり、し
かもワークテーブル２０上には一定のワーク取付
治具２２を設けてワーク３０が一定の取付位置に
達したときにクランプ２８を作動させてワーク３
０を固定保持するようにした結果としてワーク２
０の位置決め精度を安定化させ加工精度の向上を
も期待することができる。なお、本発明の実施に
当つては、ワーク３０をワークテーブル２０とス
トツカ４０との間で交換する際の主軸部１０の運
動順序を予め数値制御装置に記憶させ、この記憶
データに基いて被加工物自動交換を加工作業の終
了の都度、自動的に遂行させるようにすることも
可能である。

第３図は本発明による加工機械の被加工物交換
装置における第２の実施例を示す正面斜視図であ
る。同第２実施例はパレツトを利用した加工物交
換の場合に適用される被加工物交換装置例であ
り、工作機械の主軸部における特に主軸（スピン
ドル）に過大荷重が負荷されることを回避できる
ようにした例である。

第３図において、５０は数値制御工作機械又は
マシニングセンタの機械本体部であり、一般には
この機械本体部５０に隣接して数値制御装置（図
示なし）が具備されている。この機械本体部５０
の前面には主軸部５２が具備され、この主軸部５
２は加工工具が取付けられる主軸５４と主軸頭５
６とを有して構成されている。機械本体部５０の
下方には基台５８が具備され、この基台５８上に
はワークテーブル６０が取付けられている。この
ワークテーブル６０上には前述の第１実施例の場
合と同様にワーク取付治具６０ａ，６０ｂが固定
設置される。主軸部５２がワークテーブル６０に
対してＸ，Ｙ，Z3軸の何れの方向にも移動可能
であり、数値指令により位置決め制御される。ワ
ークテーブル６０は基台５８上に載設されて固定
位置を保持するものとして以下に説明する。本実
施例では前述の第１の実施例において主軸部の主
軸にフオーク部を有した被加工物保持具３８（第
１，第２図）に取付けるようにした構成に代え
て、フオーク部６２ａを有した被加工物保持具６
２を主軸部５２の主軸頭５６近傍に予め常備させ
る構成を採つているものである。即ち、被加工物
保持具６２は被加工物７４を加工物取付具７６お
よびパレツト７８と共にワークテーブル６０上の
ワーク取付治具６０ａ，６０ｂに取付けたり、或
いは加工完了後の被加工物を未加工の被加工物と
交換する際には第３図，第４図に実線で示した被
加工物保持位置に引き出され、被加工物の交換等
を行わない作業時期には主軸頭５６の近傍位置の
正面内に形成された収納部中に第４図で点線で示
したように収納されるようにして常備されるので
ある。この場合に、被加工物保持具６２は数値制
御装置からの指令信号によつて上記収納位置から
被加工物保持位置に引き出され、また逆に被加工
物保持位置から収納位置へ自動的に帰還するよう
に適当なアクチユエータ、例えば流体圧シリンダ
８０を設けるようにしても良く、或いは単に被加
工物保持具６２を主軸頭５６に対して枢着取付け
することによつて手動操作により引き出し又は収
納操作を行えるようにしてもよい。このように被
加工物保持具６２を主軸頭５６の近傍に常備さ
せ、かつそのフオーク部６２ａを鋼材等の堅牢材
料で形成すれば、前述の第１の実施例と異り、被
加工物の保持にも主軸５４には直接的に荷重が負
荷されないことからも比較的大型かつ大荷重の被
加工物交換をすることも可能になるのである。一
方、数値制御工作機械の両側それぞれには被加工
物保管ステージ７０，７２が具備され、これらの
被加工物保管ステージ７０，７２には未加工のワ
ーク７４が交互に載設準備される。従つて例えば
被加工物保管ステージ７０に準備されたワーク７
４について先ず被加工物保持具６２によつてこれ
を取付具７６，パレツト７８と共にワークテーブ
ル６０のワーク取付治具６０ａ，６０ｂ上に固定
し、一定の加工作業を施した後にはその加工完了
後のワーク７４を取付具７６、パレツト７８と共
に再び被加工物保持ステージ７０に返還し、次い
で引き続き被加工物保持具６２によつて今度は被
加工物保管ステージ７２に準備されたワークを同
じく加工物取付具７６、パレツト７８と共にワー
クテーブル６０のワーク取付治具６０ａ，６０ｂ
上に固定して一定の加工作業を施し、加工完了後
には再び被加工物保管ステージ７２に返還するよ
うに作用させることができるのである。そして被
加工物保管ステージ７２に準備されたワークの取
付、加工作業中には既に加工の完了した被加工物
保管ステージ７０上のワーク７４を未加工のワー
ク７４と交換しておけば究極的には数値制御工作
機械が有する位置決め機能を利用して継続的に被
加工物の自動交換を行うことができるのである。
なお、本実施例においてもワーク７４の交換に当
つて被加工物保持具６２が辿る移動軌跡は前述の
第１の実施例の場合と本質的に変りがないことは
理解に難くない。

なお、第４図は第２実施例における主軸頭５６
の近傍に設けられる被加工物保持具６２の取付構
造を示した断面図であり、同図より明らかなよう
に被加工物保持具６２はアクチユエータ８０のピ
ストン桿８２の先端と結合点８４におき枢着結合
されると共に水平旋回軸６２ｂの回りに上記アク
チユエータ８０の作動に応じて旋回可能に取付け
られている。第４図の実線で示した状態はアクチ
ユエータ８０の作動によつて加工物保持具６２の
フオーク部６２ａが主軸部５２の前方へ引き出さ
れてパレツト７８（この上に加工物取付具７６、
ワーク７４が取付く）をそのフオーク部６２ａに
載置した状態を示しているものである。フオーク
部６２ａが上述のように主軸部前方へ引き出され
た場合には、主軸頭５６の近傍に予め設けたスト
ツパ８６によつてフオーク部６２ａの旋回を水平
状態で停動させるようにする。まさ上記ストツパ
８６に並設して適宜のリミツトスイツチ装置８８
（第５図）を設けておけば、このフオーク部６２
ａの引き出しを確認する信号を発生させて例えば
ランプ表示等により被加工物保持具６２が作動状
態にあることを報知させることができる。また第
４図の点線で示した状態はアクチユエータ８０に
よつて被加工物保持具６２のフオーク部６２ａが
収納位置に持ち来たられた状態を示したものであ
り、この場合にもリミツトスイツチ９０を主軸頭
５６の側部に予め設けておけば収納状態を報知さ
せることが可能である。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、工作機械、特に数値制御方式によつてワーク
テーブルに対する主軸の位置決め制御機能を有し
た数値制御工作機械において、該位置決め制御機
能を利用して被加工物の取付、自動交換を巧みに
達成することが可能であり、依つて従来数値制御
工作機械による加工に必須とされたパレツトチエ
ンジヤや工業ロボツトの必要性を排して該数値制
御工作機械の作業効率を向上せしめながらワーク
加工単価の低減を計り、なおかつ加工精度の向上
をも達成できるようにしているのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工作機械の被加工物自動
交換装置における第１実施例の要部を示す部分斜
視図、第２図はその一部拡大断面図、第３図は同
第２実施例の要部を示す正面斜視図、第４図はそ
の一部拡大断面図、第５図は第４図と異る部分の
一部拡大断面図。 １０……主軸部、１２……主軸、１４……主軸
頭、２０……ワークテーブル、２２……ワーク取
付治具、３０……被加工物（ワーク）、３８……
加工物保持具、４０……被加工物ストツカ、５０
……機械本体、５２……主軸部、５４……主軸、
６０……ワークテーブル、６２……被加工物保持
具、７０，７２……被加工物保管ステージ、７４
……ワーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工具主軸を有する主軸頭が被加工物を載置す
   るワークテーブルに対して直交するＸ、Ｙ、Ｚの
   ３軸方向に相対運動する数値制御工作機械におい
   て、前記ワークテーブルを一定位置に設けると共
   に前記主軸頭は水平面内の直交する２軸と該水平
   面に直交する上下１軸のＸ、Ｙ、Ｚ方向に対し
   夫々数値指令に基づいて位置決め移動可能に設け
   た構成とし、かつ被加工物又はパレツトを運搬す
   る際前記主軸頭前面に突出して設けられ前記被加
   工物又はパレツトを保持するワーク保持具と、前
   記ワークテーブルに設け被加工物又はパレツトを
   固着するワーク取付具と、前記ワークテーブルの
   近傍に設け被加工物又はパレツトを保管しておく
   ワーク保管ステージとを具備して構成したことを
   特徴とする数値制御工作機械の被加工物自動交換
   装置。 ２ 前記ワーク保持具は、前記工具主軸に着脱自
   在に装着可能なクランプ部と、前記数値制御工作
   機械が有する自動工具交換装置に把持されて工具
   マガジンと前記工具主軸との間を転送することが
   できる把持部とを有して、必要に応じて前記主軸
   頭に装着するように構成した特許請求の範囲第１
   項に記載の数値制御工作機械の被加工物自動交換
   装置。 ３ 前記ワーク保持具は、前記主軸頭本体に折り
   たたみ収納される収納位置と被加工物を保持可能
   な張出し位置との間を移動可能にしたアクチユエ
   ータを有して構成した特許請求の範囲第１項に記
   載の数値制御工作機械の被加工物自動交換装置。