KR102299753B1 - 자동 공구 교환 장치 - Google Patents

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Abstract

자동 공구 교환 장치는, 가공 영역(MS)과 비가공 영역(CS)을 구획하는 커버(16)와, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전에 연동해서 회동하고, 커버(16)의 개구부를 개폐하는 개폐 부재(17A, 17B)를 구비하고 있다. 개폐 부재(17A, 17B)는, 커버(16)의 개구부의 위치에서 가공 영역(MS)과 비가공 영역(CS)을 구획하는 플레이트부(174A, 174B)를 갖고 있다. 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 플레이트부(174A, 174B)가, 가로의 자세로 되어서 커버(16)의 개구부를 닫는다. 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 주축(9A, 9B)과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 플레이트부(174A, 174B)가 가로의 자세로부터 경사의 자세 또는 세로의 자세로 변위해서, 커버(16)의 개구부를 연다.

Description

자동 공구 교환 장치
본 발명은 공작 기계의 자동 공구 교환 장치에 관한 것이며, 특히, 다수의 공구를 수용하는 공구 저장 매거진과, 공구 저장 매거진의 공구를 주축으로 전달하는 공구 교환 매거진을 갖는 자동 공구 교환 장치에 관한 것이다.
종래, 복잡한 형상의 피가공물을 가공할 때에는, 가공 내용에 따라서 다른 공작 기계를 사용함으로써, 피가공물의 반입·반송이나 처킹 등을 필요로 하는 다공정에 걸친 가공이 행해지고 있었다. 그러나 최근에는, 공장에 있어서의 공작 기계의 설치 면적당의 생산성을 향상시키기 위해서, 1회의 로딩/처킹으로 모든 가공을 행하는 것과 같은 공정 집약이 요구되는 경우가 많아지고 있다. 또한, 1종류의 피가공물의 가공뿐만 아니라, 치수나 형상이 서로 다른 복수 종류의 피가공물을 가공하는 경우에도, 공정 집약이 요구되는 경우가 많다.
1대의 공작 기계로 이러한 다품종 가공 등에 대응하는 방법으로서, 피가공물의 종류가 바뀔 때마다, 작업자의 손에 의해서 공구 매거진의 공구의 교체를 행하는 방법과, 대형의 공구 매거진을 사용해서, 인위적인 작업을 거치지 않고 복수 종류의 피가공물에 대처할 수 있도록 하는 방법이 있다. 사람의 손에 의해서 공구를 교체할 경우, 공구 중에는 중량이 큰 것도 있으므로, 안전성에 있어서 문제가 있고, 또한 교체 실수 등의 인위적 미스의 가능성이나, 공구의 교체에 시간을 요하는 것과 같은 난점이 있다.
한편, 대형의 공구 매거진을 사용하는 경우에도, 설치 스페이스의 효율화의 관점에서는, 공구 매거진의 점유 면적은 너무 커지지 않는 것이 바람직하다. 그래서, 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 설치 스페이스를 확대하지 않고 공구 수납 개수를 증가시키기 위하여, 메인의 공구 저장 매거진에 더하여, 그보다 수용 개수가 적은 서브 공구 저장 매거진을 구비한 자동 공구 교환 장치가 제안되어 있다. 이 장치에서는, 메인의 공구 저장 매거진으로부터 주축으로 공구를 전달하는 공구 교환을 행할 경우, 우선 공구 저장 매거진의 공구 포트를 90도 선회시키고, 그 후, 선회 암(arm)에 의해서 주축으로부터 공구를 인발(引拔)함과 함께, 180도 선회 암을 선회시키고, 다음의 공구를 주축에 장착한다.
그러나, 선회 암은, 가공 중에 발생하는 절단 부스러기가 침입하지 않도록, 가공 영역에 대해서 개폐 부재를 격리해서 배치되어 있고, 개폐 부재가 닫혀 있는 동안은, 선회 암을 선회시킬 수 없어, 주축으로 공구를 전달하기 위한 사전 동작을 할 수 없다. 또한, 피가공물의 가공이 극히 단시간에 끝나 버려서, 다음의 공구를 메인의 공구 저장 매거진으로부터 선회 암에 유지시킬 때까지의 시간의 쪽이 길게 걸리는 경우 등에는, 공구 교환의 대기 시간이 발생하여, 사이클 타임을 효과적으로 단축할 수 없다.
그래서, 특허문헌 2에 개시되어 있는 자동 공구 교환 장치에서는, 공구 저장 매거진으로부터 주축으로 공구를 전달할 때까지의 사전 동작을 가공 중에 행함에 의해서, 공구 교환 시간의 단축을 도모하도록 하고 있다. 구체적으로는, 180도 선회하는 선회 암 대신에, V자의 연결부를 중심으로 해서 회전하는 V형 체인지 암을 채용하고, 그 체인지 암의 주변에 커버를 일체 배치하고 있다. 이것에 의해, 주축이 피가공물을 가공하고 있는 동안에, 자동 공구 교환의 동작의 일부를 준비 동작으로서 병행 처리할 수 있음과 함께, 특허문헌 1과 같은 공구 교환의 대기 시간을 삭감할 수 있다.
일본 특개2007-125642호 공보 일본 특개2002-283166호 공보
그런데, 특허문헌 2에 있어서의 자동 공구 교환 장치의 커버는, V형 체인지 암이 선회할 때, 2개의 공구 파지(把持)부가 유지하는 공구의 외주단이 통과하는 회전 궤도에 접근해서 설치된 반원호 형상의 고정 외주 커버와, 2개의 공구 파지부를 갖는 완편(腕片)의 외측에 배치되고, V형 체인지 암의 선회에 수반해서 당해 암과 일체로 회전하는 대략 V형의 커버체(이하, 「V형 커버체」라 함)로 구성되어 있다.
반원호 형상의 고정 외주 커버의 정상 부분은, 공구 저장 매거진의 할출(割出) 교환 위치에 있는 툴과 대면하는 위치에 있고, 개구부가 설치되어 있다. V형 커버체의 회전 선단 가장자리에는, 고정 외주 커버의 내면과 접촉하는 와이퍼가 설치되어 있고, V형 커버체의 선단과 고정 외주 커버의 극간으로부터 절단 부스러기 등이 비가공 영역에 침입하는 것을 방지하고 있다. 가공 중에는, 고정 외주 커버의 할출 교환 위치에 대응하는 개구부가 개방되지 않도록, V형 커버체가 이 개구부를 차폐할 수 있는 범위의 위치에 머물러야만 한다. 따라서, V형 체인지 암의 대기 위치는, 주축으로부터 떨어진 장소로 될 수 밖에 없고, V형 체인지 암의 공구 파지부를, 주축의 공구 교환 위치까지 최접근시킨 상태에서 대기시킬 수 없다. 그 때문에, 주축과의 사이에서 공구 교환을 행할 때에, V형 체인지 암은, 180도 가까이 큰 회전을 해야만 한다. 또한, 공구 교환을 종료한 후에도, V형 커버체가 고정 외주 커버의 개구부를 차폐할 수 있는 범위의 위치까지 되돌아가지 않으면, 주축은 가공을 개시할 수 없기 때문에, V형 체인지 암은, 공구 교환을 위하여 시계 방향과 반시계 방향으로 거의 180도씩, 합계 약 360도 가까이 회전해야만 하여, 공구 교환의 사이클 타임의 단축에 한계가 있었다.
그래서, 본 발명은, 주축으로 공구를 전달하기 전의 사전 준비에 있어서, 공구 파지부를 주축의 공구 교환 위치까지 최접근시킴에 의해서, 공구 교환의 사이클 타임을 보다 단축할 수 있는 자동 공구 교환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 자동 공구 교환 장치는, 공작 기계의 주축에 장착되는 공구를 저장하는 공구 저장 매거진과, 주축과의 사이 및 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 회전 가능한 공구 교환 매거진과, 가공 영역(공구 교환 매거진이 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 영역)과 비가공 영역(공구 교환 매거진이 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 영역)을 구획하는 커버와, 이 커버에 설치되고 공구 교환 매거진과 주축 사이의 공구의 전달을 허용하는 개구부와, 공구 교환 매거진의 회전에 연동해서 회동하여 상기 개구부를 개폐하는 개폐 부재를 구비하고 있다. 개폐 부재는, 커버의 개구부의 위치에서 가공 영역과 비가공 영역을 구획하는 플레이트부를 갖고 있다. 공구 교환 매거진이 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 플레이트부가, 가로의 자세 또는 세로의 자세로 되어서 커버의 개구부를 닫는다. 또한, 공구 교환 매거진이 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 플레이트부가, 가로의 자세로부터 경사의 자세 혹은 세로의 자세로, 또는 세로의 자세로부터 경사의 자세 혹은 가로의 자세로 변위해서, 커버의 개구부를 연다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 개폐 부재는, 공구 교환 매거진이 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우에만, 공구 교환 매거진의 회전에 연동해서 회동하고, 공구 교환 매거진이 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 공구 교환 매거진의 회전에 연동해서 회동하지 않는다.
본 발명에서는, 공구 교환 매거진의 회전에 대한 개폐 부재의 연동과 비연동을 전환하는 전환 수단을 설치할 수 있다.
이 전환 수단은, 예를 들면, 공구 교환 매거진에 고정된 압체부와, 개폐 부재에 고정된 피압체부를 포함한다. 이 경우, 공구 교환 매거진이 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 압체부가 피압체부에 맞닿아서, 개폐 부재가 공구 교환 매거진과 일체로 회동하고, 공구 교환 매거진이 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 압체부가 피압체부로부터 떨어져서, 공구 교환 매거진만이 회전하고, 개폐 부재는 회동하지 않도록 하면 된다.
전술한 압체부는, 예를 들면 롤러와 축을 구비한 캠 팔로워이고, 피압체부는, 예를 들면 캠 팔로워가 안내되는 홈을 갖는 홈체이다. 바람직한 실시형태에서는, 홈체에, 캠 팔로워가 출입 가능한 노치가 형성되어 있다. 그리고, 공구 교환 매거진이 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 캠 팔로워가 노치로부터 진입해서 홈체에 맞닿는다. 또한, 공구 교환 매거진이 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 캠 팔로워가 노치로부터 이탈해서, 캠 팔로워와 홈체의 맞닿음이 해제된다.
본 발명에서는, 압체부 및 피압체부의 한쪽은, 전자석을 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 전자석의 흡인력에 의해, 압체부와 피압체부가 맞닿는다.
또한, 본 발명에서는, 공구 교환 매거진의 회전축과 개폐 부재의 회전축이 편심(偏心)되어 있어도 된다.
본 발명에 따르면, 공구 교환 매거진이 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 개폐 부재에 의해서 커버의 개구부는 닫힌 상태이기 때문에, 주축이 가공을 행하고 있는 동안에, 공구 교환 매거진과 공구 저장 매거진 사이에서, 다음의 공정에 사용하는 공구의 사전 준비를 병행해서 행할 수 있고, 이것에 의해서 공구 교환의 사이클 타임을 짧게 할 수 있다. 또한, 개폐 부재가, 특허문헌 2와 같은 V형 커버체가 아니고, 커버의 개구부의 위치에서 비가공 영역과 가공 영역을 구획하는 플레이트부를 갖기 때문에, 공구 교환 매거진을 주축에 최접근시킨 상태에서 비가공 영역에 대기시킬 수 있어, 주축과의 공구 교환의 사이클 타임을 최단으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 자동 공구 교환 장치를 구비한 공작 기계를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 공작 기계의 정면도.
도 3은 도 1의 공작 기계에 있어서의 요부(要部)의 측면도.
도 4는 공구 교환 매거진용의 개폐 부재의 정면도.
도 5는 공구 교환 매거진용의 개폐 부재의 평면도.
도 6은 공구 교환 매거진이 원점 위치에 있는 상태를 나타내는 도면.
도 7은 공구 교환 매거진이 가공 영역 내 회전을 하는 경우의 도면.
도 8은 공구 교환 매거진이 비가공 영역 내 회전을 하는 경우의 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 요부의 정면도.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 있어서의 요부의 정면도.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태의 동작을 설명하는 도면.
도 12는 공구 교환 매거진의 회전에 수반하는 캠 팔로워의 변위를 나타내는 도면.
도 13은 캠 팔로워와 홈체의 상세 구조를 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 제5 실시형태를 나타내는 개략도.
도 15는 제5 실시형태의 변형예를 나타내는 개략도.
도 16은 제5 실시형태의 다른 변형예를 나타내는 개략도.
도 1 및 도 2를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 자동 공구 교환 장치(100A, 100B)를 구비한 공작 기계(1)에 대하여 설명한다. 이하에서는, 2개의 주축을 갖는 공작 기계(1)를 예로 든다. 도 1은, 공작 기계(1)의 전체를 나타내는 사시도이고, 도 2는, 도 1의 공작 기계(1)의 정면도이다. 공작 기계(1)는, 그 구조체로서, 칼럼 베드(5)를 구비하고 있다. 칼럼 베드(5)는, 베드부(2)와, 이 베드부(2)의 좌우 양단에 입설(立設)된 2개의 칼럼부(3)와, 이 2개의 칼럼부(3)의 상부 간에 걸쳐진 수평빔부(4)를 갖고 있다. 베드부(2)의 후방부에는, 2대의 제1 새들(saddle)(6A, 6B)이 X축 방향(도 2에서 좌우 방향)으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 제1 새들(6A, 6B)의 전면(前面)에는, 각각 제2 새들(7A, 7B)이 Y축 방향(도 2에서 상하 방향)으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 제2 새들(7A, 7B)에는, 주축 헤드(8A, 8B)가 Z축 방향(도 2에서 지면(紙面)에 수직인 전후 방향)으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 주축 헤드(8A, 8B)에는, 선단에 공구(TA, TB)가 장착되는 주축(9A, 9B)이 회전 가능하게 내장되어 있다. 칼럼 베드(5)의 전방에는, 피가공물(워크)(W)을 고정하는 테이블(10)이 설치되어 있다.
다음으로, 자동 공구 교환 장치(100A, 100B)에 대하여 설명한다. 칼럼 베드(5)의 수평빔부(4)에는, 공구 저장 매거진(11A, 11B)과 주축(9A, 9B) 사이에서 공구(TA, TB)를 전달하기 위한, 회전 가능한 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 각각 설치되어 있다. 공구 저장 매거진(11A, 11B)은, 공작 기계(1)의 칼럼부(3)와 수평빔부(4)의 상부에 수평(XZ 평면과 평행)으로 고정된 직사각형의 프레임 지지체(13A, 13B) 상에 설치된다. 그리고, 수평빔부(4)의 상부에는, 공구 저장 매거진(11A, 11B)과 공구 교환 매거진(12A, 12B) 사이에서 공구(T)를 전달하기 위한, 공구 포트 선회 수단이 설치되어 있다. 공구 포트 선회 수단은, 공구 저장 매거진(11A, 11B)과 공구 교환 매거진(12A, 12B) 사이에서 공구 포트(15A, 15B)의 전달이 행해지는 할출 교환 위치(도 8의 P1A, P1B)에 대응하는 장소에 각각 설치된, 공구 포트 선회부(14A, 14B)를 갖고 있다.
또, 도 1과 도 2에 있어서, 편의상, 하나의 구조체인 칼럼 베드(5)의 우측 절반을 공작 기계(1A), 좌측 절반을 공작 기계(1B)라 하고, 이하에서는 공작 기계(1A)측의 자동 공구 교환 장치(100A)에 대하여 상술한다.
자동 공구 교환 장치(100A)의 공구 저장 매거진(11A)은, 다수의 공구 포트(15A)를 무단식(無端式) 체인으로 연결하고, 직사각형의 프레임(13A) 상에 설치된 도시하지 않은 직사각형의 레일을 따라, 공지의 방법으로 주회(周回)시키는 직사각형 형태의 회전 매거진이다. 이 매거진(11A)은, 수평면(XZ 평면) 내에서 회전하여, 공구(TA)의 할출을 행하여, 공구 교환 매거진(12A)과의 사이에서 공구 포트(15A)를 전달한다. 공구 저장 매거진(11A)이 회전할 때, 공구 포트(15A)는, 공구(TA)를 그 회전축이 수직으로 되는 상태(공구(TA)가 상향으로 직립한 상태)로 유지하고 있다. 이것은, 공구(TA)를 가능한 한 많이 저장하면서, 공구 저장 매거진(11A)의 설치 스페이스를 극력 작게 하기 때문이다. 또, 공작 기계(1)의 크기에도 따르지만, 본 예의 공구 저장 매거진(11A)은, 70개의 공구(TA)를 수납할 수 있다(즉 공작 기계(1)는 140개의 공구(TA, TB)를 수납할 수 있음).
도 2에 나타내는 부호 16은, 주축(9A, 9B)에 의해서 피가공물의 가공이 행해지는 가공 영역(MS)과, 공구 저장 매거진(11A)이나 공구 교환 매거진(12A)이 있는 비가공 영역(CS)을 구획하는, 구획판으로서의 커버이다. 이 커버(16)는, 가공 영역(MS)에서 발생하는 절단 부스러기나 절삭제가 비가공 영역(CS)에 들어가는 것을 방지하기 위한 것이고, 공작 기계(1A, 1B)에 공통적으로 설치되어 있다. 커버(16)에는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)과 주축(9A, 9B) 사이에서의 공구(TA, TB)의 전달을 허용하는 개구부(16a)(도 7 참조)가 설치되어 있다. 이 개구부(16a)는, 이후에 상술하는 개폐 부재(17A, 17B)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다.
도 3은, 공작 기계(1A)의 측면도이며, 자동 공구 교환 장치(100A)의 부분을 확대해서 나타내고 있다. 공구 저장 매거진(11A)이 회전해서, 다음의 공정에서 사용되는 공구(TA)를 수납하고 있는 공구 포트(15A)가 할출 교환 위치(P1A)로 위치 결정되면, 공구 포트 선회부(14A)에 공구 포트(15A)가 전달되고, 공구 포트 선회부(14A)가 90도 선회해서, 공구(TA)의 회전축은, 주축(9A)의 회전축(X2A)과 평행하게 수평으로 유지된다. 공구(TA)의 바로 아래에는, 공구 교환 매거진(12A)의 공구 파지부(도 4의 HaA∼HdA)가 위치하고, 이 공구 유지부의 클로(claw)부에 공구(TA)의 플랜지부가 파지되도록, 공구 포트 선회부(14A)가 하강한다. 그 결과, 공지의 방법으로, 공구(TA)의 플랜지부가 공구 교환 매거진(12A)의 공구 파지부에 파지됨과 함께, 공구(TA)의 섕크(shank)부는 공구 포트(15A)로부터 언클램프된다. 공구(TA)의 전달이 행해지면, 공구 포트 선회부(14A)는 후퇴하고, 그 후, 상승 및 선회해서 비워진 공구 포트(15A)를 공구 저장 매거진(11A)으로 반환한다.
다음으로, 개폐 부재(17A, 17B)의 역할에 대하여 설명한다. 도 4는, 개폐 부재(17A, 17B)의 정면도, 도 5는, 개폐 부재(17A, 17B)의 평면도이다. 개폐 부재(17A, 17B)는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 회전해서 주축(9A, 9B)과의 사이에서 공구(TA, TB)를 전달할 때에는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전에 연동해서 회동하고, 커버(16)의 개구부(16a)를 연 상태로 한다(도 7 참조). 또한, 개폐 부재(17A, 17B)는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이, 공구 포트 선회부(14A, 14B)를 통해서 공구 저장 매거진(11A, 11B)과의 사이에서 공구를 전달할 때에는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전과 연동하지 않고, 커버(16)의 개구부(16a)를 닫은 상태로 유지한다(도 8 참조). 즉, 개폐 부재(17A, 17B)는, 커버(16)의 개구부(16a)를 열거나 닫는 셔터의 기능을 갖고 있다.
공구 교환 매거진(12A, 12B)과 개폐 부재(17A, 17B)의 동작을, 공작 기계(1A)측의 공구 교환 매거진(12A)과 개폐 부재(17A)를 예로 들어서 상술한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 공구 교환 매거진(12A)은, 부채꼴 형태의 반체(盤體)(121A)를 갖고 있고, 회전 모터(122A)의 회전수를 컨트롤하는 감속기(123A)(도 5 참조)의 회전부에 회전 가능하게 고정된다. 반체(121A)의 원호부(124A) 상에는, 4개의 공구 파지부(HaA, HbA, HcA, HdA)가, 회전축(X1A)(도 6 참조)을 중심으로 해서 방사 형상으로 배치되어 있다. 이 회전축(X1A)은, 회전 모터(122A)와 감속기(123A)에 공통인 회전축이며, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 주축(9A)의 회전축(X2A)과 평행하며, 또한 같은 수직 평면(YZ 평면) 상에 있다. 또, 도 4와 도 6은, 공구 교환 매거진(12A)이 원점 위치에 있는 상태를 나타내고 있다.
도 2에 있어서의 부호(18A)는 캠 기구이며, 도 4에 나타내는 바와 같이, 캠 팔로워(181A)와, 이 캠 팔로워(181A)를 유지하는 캠 팔로워 유지부(182A)와, 캠 팔로워(181A)를 안내하는 홈체(183A)로 이루어진다. 또, 캠 기구(18A)의 각 부는, 파선으로 묘사되어야 하지만, 도 4에서는 구조를 명확하게 하기 위하여, 일부러 실선으로 묘사하고 있다. 이후에 설명하는 도 13에는, 캠 팔로워(181A)와 홈체(183A)의 구조가 나타나 있다. 도 4에 있어서, 캠 팔로워 유지부(182A)는, 공구 교환 매거진(12A)의 반체(121A)의 변부(邊部)(125A)에, 개폐 부재(17A)와 평행으로 고정되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 홈체(183A)는, 개폐 부재(17A)의 내측에 고정되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 홈체(183A)에는, 공구 교환 매거진(12A)측(도 4에서 좌측)의 상부에, 노치(184A)가 설치되어 있다(도 13도 참조). 공구 교환 매거진(12A)이 원점 위치에 있을 때(도 4의 상태), 캠 팔로워(181A)는, 홈체(183A)의 노치(184A)의 위치에 있어서, 홈체(183A)와 맞닿는다. 캠 기구(18A)는, 본 발명에 있어서의 「전환 수단」의 일례이고, 캠 팔로워(181A)는 본 발명에 있어서의 「압체부」의 일례이고, 홈체(183A)는, 본 발명에 있어서의 「피압체부」의 일례이다.
도 12는, 공구 교환 매거진(12A)의 회전에 수반하여, 캠 팔로워(181A)가 어떻게 변위할지를 나타낸 도면이다. 편의상, (b)∼(j)에서는 각 부의 부호를 생략하고 있다. 공구 교환 매거진(12A)이 (a)의 위치로부터 (b)와 같이 시계 방향으로 회전해 가면, (c)의 위치에서 캠 팔로워(181A)가 홈체(183A)의 노치(184A)에 다다르고, (d)의 위치에서 캠 팔로워(181A)가 홈체(183A)에 맞닿는다. 이 상태로부터 공구 교환 매거진(12A)이 시계 방향으로 더 회전하면, 공구 교환 매거진(12A)의 회전력이, 캠 팔로워(181A)와 홈체(183A)를 통해서 개폐 부재(17A)에 전달되기 때문에, 개폐 부재(17A)는 공구 교환 매거진(12A)의 회전과 연동해서, 시계 방향으로 회동한다. 이 경우, (e)∼(j)에 나타내는 바와 같이, 캠 팔로워(181A)와 홈체(183A)의 맞닿음점이, 공구 교환 매거진(12A)의 회전 각도에 따라서 변화해 간다. 이것은, (a)에 나타내는 바와 같이, 홈체(183A)가 고정되어 있는 개폐 부재(17A)의 회전축(X3A)이, 캠 팔로워(181A)가 고정되어 있는 반체(121A)의 회전축(X1A)으로부터 편심되어 있는 것에 기인하고 있다. 공구 교환 매거진(12A)이 반시계 방향으로 회전하는 경우의 캠 팔로워(181A)의 동작은, 상기와는 반대로 (j)∼(a)와 같이 된다. 공작 기계(B)측의 공구 교환 매거진(12B) 및 개폐 부재(17B)에 있어서도, 도 12와 마찬가지의 동작이 행해진다.
도 13은, 캠 팔로워(181A)와 홈체(183A)의 상세 구조를 나타내고 있으며, A는 사시도, B는 평면도, C는 정면도, D는 우측면도이다. 공작 기계(B)측의 홈체(183B)도, 마찬가지의 구조를 갖고 있다. 홈체(183A)는, 캠 팔로워(181A)가 안내되는 홈(185A)을 갖고 있다. 또한, 홈체(183A)에는, 캠 팔로워(181A)가 출입 가능한 노치(184A)가 형성되어 있다. 캠 팔로워(181A)는, 롤러(181r)와 축(181s)을 구비한 공지의 구조를 갖고 있다. 홈(185A)의 상하폭은, 캠 팔로워(181A)의 롤러(181r)의 직경과 거의 같고, 도 13의 C, D에 나타내는 바와 같이, 캠 팔로워(181A)는, 롤러(181r)가 홈(185A)의 상하벽에 맞닿은 상태에서 변위한다. 도 13의 C에서는 편의상, 홈체(183A)를 고정 위치로 하고 있지만, 실제로는 도 12에 나타낸 바와 같이, 홈체(183A)는 개폐 부재(17A)와 함께 회전하여 위치가 변화해 간다. 또, 본 실시형태에서는, 캠 팔로워(181A)에 의해 압체부를 구성하고, 홈체(183A)에 의해 피압체부를 구성한 예를 들었지만, 이것 대신에, 예를 들면 샤프트와 베어링을 이용하여, 샤프트에 의해 압체부를 구성하고, 베어링에 의해 피압체부를 구성하는 것도 가능하다.
공구 교환 매거진(12A)과 주축(9A) 사이에서 공구(TA)가 전달되는 경우는, 공구 교환 매거진(12A)은, 도 6에 있어서, 회전축(X1A)을 중심으로 해서 시계 방향의 화살표 방향으로 회전한다. 이 경우, 캠 팔로워(181A)는, 도 13의 C에 있어서, 노치(184A)로부터 진입해서 홈체(183A)에 맞닿은 후, 화살표 a의 방향으로 이동하고, 홈(185A)에 안내되면서 변위해 간다. 이 결과, 개폐 부재(17A)는, 공구 교환 매거진(12A)과 일체로 시계 회전의 방향으로 회동한다.
한편, 공구 교환 매거진(12A)이, 공구 저장 매거진(11A)과의 사이에서 공구 포트 선회부(14A)를 통해서 공구(TA)의 전달을 하는 경우는, 공구 교환 매거진(12A)은, 도 6에 있어서, 회전축(X1A)을 중심으로 해서 반시계 회전의 화살표 방향으로 회전한다. 이 경우, 캠 팔로워(181A)는, 도 13의 C에 있어서, 홈체(183A)의 홈(185A) 내를 화살표 b의 방향으로 이동하고, 좌단 위치까지 오면, 그 후는 공구 교환 매거진(12A)의 회전에 수반해서, 노치(184A)로부터 이탈해 간다. 이 때문에, 캠 팔로워(181A)와 홈체(183A)의 맞닿음이 해제된다. 그 결과, 개폐 부재(17A)는, 공구 교환 매거진(12A)과 연동해서 회동하지 않고, 커버(16)의 개구부(16a)를 닫은 채의 상태로 유지한다. 공작 기계(1B)측의 공구 교환 매거진(12B)과 개폐 부재(17B)의 동작도, 공작 기계(1A)측과 같다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 공구 교환 매거진(12A)의 회전에 대한 개폐 부재(17A)의 연동·비연동을, 캠 팔로워(181A)와 홈체(183A)의 맞닿음·이탈에 의해 전환하고 있다. 이 때문에, 공구 교환 매거진(12A)과 주축(9A) 사이에서 공구 교환이 행해질 때에, 캠 팔로워(181A)를 홈체(183A)에 맞닿게 해서, 개폐 부재(17A)를 공구 교환 매거진(12A)의 회전에 연동시킴으로써, 개폐 부재(17A)를 구동하기 위한 동력원을 별도 설치할 필요가 없어진다. 공작 기계(1B)측에 있어서도 마찬가지이다.
그런데, 전술한 공작 기계(1)에서는, 가능한 한 설치 스페이스를 작게 하기 위하여, 도 2에 있어서, 주축(9A, 9B)의 회전축(X2A, X2B)의 X축 방향(좌우 방향)의 간격을, 주축(9A, 9B)의 X축 방향의 이동 범위로서 필요한 최소한의 거리로 설정하고 있다. 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전축(X1A, X1B)의 X축 방향의 간격도, 주축(9A, 9B)의 X축 방향의 간격과 같도록 설정되어 있다.
그러나, 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 공구 파지부에 공구(TA, TB)를 파지하고, 회전축(X1A, X1B)을 중심으로 공구 교환 매거진(12A, 12B)을 회전시켰을 때의, 공구(TA, TB)의 외주단이 통과하는 궤도(OA, OB)의 반경의 합계는, 주축(9A, 9B)의 X축 방향의 간격보다도 크게 되어 있다. 그래서, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 회전할 때는, 양자가 간섭하지 않도록 회전 각도를 고려할 필요가 있다. 통상은, 공구 교환 매거진(12A, 12B)을 동기해서 회전시키거나, 혹은 같은 회전 각도로 회전시키도록 제어하므로, 양자가 간섭할 우려는 없다. 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전을 동기시키지 않는 경우에도, 간섭이 발생하지 않는 범위의 각도의 어긋남이면 허용된다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 모터(122A, 122B)의 회전과 연동해서 회동하는 개폐 부재(17A, 17B)의 회전축(X3A, X3B)은, 모터(122A, 122B)의 회전축(X1A, X1B)과 평행이기는 하지만, 회전축(X1A, X1B)에 대해서, 정면에서 보았을 때 우측 사선 상의 위치에 어긋나게 설치되어 있다. 즉, 개폐 부재(17A, 17B)의 회전축(X3A, X3B)은, 모터(122A, 122B)의 회전축(X1A, X1B)에 대해서 편심되어 있다. 이것은, 개폐 부재(17A, 17B)끼리가 간섭하지 않도록 하기 위해서이다.
다음으로, 개폐 부재(17A)의 구조에 대하여 설명한다(개폐 부재(17B)의 구조도 마찬가지). 도 3에 나타내는 바와 같이, 개폐 부재(17A)는, 공구 교환 매거진(12A)의 전방부를 덮는 전방 커버(171A)와, 공구 교환 매거진(12A)의 반체(121A)의 후방 위치에 회전 가능하게 설치된 후방 커버(172A)를 갖고 있다. 전방 커버(171A)는, 모터(122A)의 전방을 덮는 플레이트부(173A)와, 공구 교환 매거진(12A)의 하방 전체를 덮는 플레이트부(174A)를 갖고 있고(도 5도 참조), 측면에서 보았을 때 L자형으로 형성되어 있다. 후방 커버(172A)는, 감속기(123A)측에 설치되는 플레이트부(175A)와, 공구 교환 매거진(12A)의 하방부를 덮는 플레이트부(176A)를 갖고 있고(도 5도 참조), 측면에서 보았을 때 L자형으로 형성되어 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 전방 커버(171A)의 플레이트부(174A)와, 후방 커버(172A)의 플레이트부(176A)는, 일부 중첩되어 있고, 양자는 나사 등으로 고정된다. 이하에서는, 편의상, 2개의 플레이트부(174A, 176A)를 통합해서, 플레이트부(174A)로 표기하고, 2개의 플레이트부(174B, 176B)도, 마찬가지로 플레이트부(174B)로 표기한다. 플레이트부(174A)는, 개폐 부재(17A)의 회전 각도에 따라서, 도 6과 같은 가로의 자세, 도 7의 A와 같은 세로의 자세, 또는 도 7의 B∼D와 같은 경사의 자세로 된다. 또, 본 예에서는 플레이트부(174A, 174B)는, 평탄한 판재로 이루어지지만, 판재는 완전하게 평탄하지 않아도 되고, 약간 절곡된 형상 등이어도 된다. 또한, 플레이트부(174A, 174B)는, 가로의 자세에 있어서 완전하게 수평이 아니어도 되고, 수평에 대해서 소정 각도(예를 들면 5도∼20도) 경사진 상태여도 된다. 마찬가지로, 플레이트부(174A, 174B)는, 세로의 자세에 있어서 완전하게 수직이 아니어도 되고, 수직에 대해서 소정 각도(예를 들면 5도∼20도) 경사진 상태여도 된다. 후술하는 다른 실시형태에 있어서도 마찬가지이다.
도 4 및 도 5의 부호 19A는, 감속기(123A)에 고정된 가이드 레일이다. 가이드 레일(19A)은, 개폐 부재(17A)의 회전축(X3A)을 중심으로 하는 원반이고, 그 원반 내에는 모터(122A)의 회전축(X1A)을 중심으로 하는 원형의 구멍(191A)이 형성되어 있다. 구멍(191A)에 모터(122A)를 통과시키고, 구멍(191A)의 외주부를 감속기(123A)의 고정부에 나사 잠금함으로써, 가이드 레일(19A)은 회전할 수 없는 상태로 감속기(123A)에 고정되어 있다. 가이드 레일(19A)의 전면측에는, 후방 커버(172A)의 플레이트부(175A)가 위치하여 있고(도 5), 이 플레이트부(175A)에는, 개폐 부재(17A)의 회전축(X3A)을 중심으로 하는 원형의 구멍(177A)이 설치되어 있다(도 4). 구멍(177A)의 직경은, 가이드 레일(19A)의 직경보다도 약간 작게 되어 있다. 구멍(177A)의 외주부의 3개소에 있어서, 캠 팔로워(178A)가, 플레이트부(175A)의 후면측에 나사 잠금되고(도 5), 가이드 레일(19A)의 외주단(192A)을 따르도록 배치되어 있다(도 4).
도 3의 부호 20A는, 감속기(123A)의 고정부에 고정되어 있는 모터 커버이다. 모터 커버(20A)의 브래킷부(201A)의 선단에는, 개폐 부재(17A)의 회전축(X3A)을 중심으로 하는 베어링(202A)이 유지되어 있다. 이 베어링(202A)은, 개폐 부재(17A)의 전방 커버(171A)의 플레이트부(173A)에 고정되어, 개폐 부재(17A)를 회동 가능하게 지지하고 있다. 개폐 부재(17A)는, 전방 커버(171A)의 플레이트부(173A)에 고정된 베어링(202A)과, 가이드 레일(19A)의 외주단(192A)에 걸어 맞추는 후방 커버(172A)의 플레이트부(175A)의 캠 팔로워(178A)에 의해서, 전후로 양쪽 지지 상태로 지지되어 있으므로, 굽힘 모멘트가 발생하기 어려워, 안정적으로 회동한다.
후방 커버(172A)의 플레이트부(175A)의 우측 하부에는, 전술한 캠 기구(18A)의 홈체(183A)가 고정되어 있다. 공구 교환 매거진(12A)이, 주축(9A)과 공구(TA)의 전달을 하기 위하여 시계 방향으로 회전하면, 반체(121A)에 고정된 캠 팔로워(181A)가 홈체(183A)에 맞닿은 상태로 되기 때문에, 후방 커버(172A)는, 반체(121A)와 일체로 시계 방향으로 회동한다. 따라서, 후방 커버(172A)와 연결되어 있는 전방 커버(171A)도, 후방 커버(172A)와 일체로 회전한다. 즉, 개폐 부재(17A)가 공구 교환 매거진(12A)과 일체로 회동한다. 그리고, 이 개폐 부재(17A)의 플레이트부(174A)가, 도 6과 같이 가로의 자세로 됨으로써, 커버(16)의 개구부(16a)(도 7)가 닫히고, 도 7과 같이 가로의 자세로부터 세로의 자세 또는 경사의 자세로 변위함으로써, 커버(16)의 개구부(16a)가 열린다.
공구 교환 매거진(12A)은, 주축(9A)과의 사이에서 공구(TA)를 전달할 경우, 시계 방향으로 회전하지만, 공구(TA)의 전달 후에는 원점 위치로 되돌아가기 때문에, 반시계 방향으로도 회전한다. 그래서, 편의상, 주축(9A)과의 사이에서 공구 전달이 행해질 때의, 공구 교환 매거진(12A)의 시계 방향 및 반시계 방향의 회전을, 「가공 영역 내 회전」이라 칭하는 것으로 한다.
한편, 공구 교환 매거진(12A)이 공구 저장 매거진(11A)과의 사이에서 공구(TA)의 전달을 하는 경우에는, 공구 교환 매거진(12A)의 반체(121A)는, 반시계 방향으로 회전한다. 이 경우, 캠 팔로워(181A)는, 홈체(183A)의 노치(184A)로부터 이탈해서, 홈체(183A)와의 맞닿음이 해제되기 때문에, 개폐 부재(17A)는 커버(16)의 개구부(16a)(도 7)를 닫은 채의 상태로 유지한다. 이때, 개폐 부재(17A)의 플레이트부(174A)는, 도 6과 같은 가로의 자세로 개구부(16a)에 위치하고, 이 위치에서 가공 영역(MS)과 비가공 영역(CS)을 구획하고 있다.
공구 교환 매거진(12A)은, 공구 저장 매거진(11A)과의 사이에서 공구(TA)의 전달을 할 경우, 반시계 방향으로 회전하지만, 공구(TA)의 전달 후에는 원점 위치로 되돌아가기 때문에, 시계 방향으로도 회전한다. 그래서, 편의상, 공구 저장 매거진(11A)과의 사이에서 공구 전달이 행해질 때의, 공구 교환 매거진(12A)의 반시계 방향 및 시계 방향의 회전을, 「비가공 영역 내 회전」이라 칭하는 것으로 한다.
또, 도시는 생략하지만, 공구 교환 매거진(12A)이 비가공 영역 내 회전을 하는 경우에, 개폐 부재(17A)가 커버(16)의 개구부(16a)를 닫은 채의 상태로 유지하기 위한, 스토퍼 기구 등을 설치할 수도 있다.
다음으로, 도 6과 도 7을 참조해서, 개폐 부재(17A, 17B)의 회전축(X3A, X3B)을, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전축(X1A, X1B)으로부터 편심시키는 것의 의의에 대하여 설명한다. 도 6은, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 원점 위치에 있는 상태를 나타낸 도면이다. 도 7은, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 가공 영역 내 회전을 하는 경우의 도면이고, 도 7의 A는, 공구 유지부(HaA, HaB)가 주축(9A, 9B)과의 공구 할출 교환 위치(P2A, P2B)에 있는 상태의 도면, 도 7의 B는, 공구 유지부(HbA, HbB)가 주축(9A, 9B)과의 공구 할출 교환 위치(P2A, P2B)에 있는 상태의 도면, 도 7의 C는, 공구 파지부(HcA, HcB)가 주축(9A, 9B)의 공구 할출 교환 위치(P2A, P2B)에 있는 상태의 도면, 도 7의 D는, 공구 파지부(HdA, HdB)가 주축(9A, 9B)의 공구 할출 교환 위치(P2A, P2B)에 있는 상태의 도면이다. 이하에서는, 부호 HaA∼HdA를 총괄해서 HA로 표기하고, 부호 HaB∼HdB를 총괄해서 HB로 표기한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 개폐 부재(17A)의 플레이트부(174A)와, 개폐 부재(17B)의 플레이트부(174B)에서는, 좌우 방향의 길이(이하, 「좌우폭」이라 함)가 서로 다르고, 플레이트부(174A)의 좌우폭은, 플레이트부(174B)의 좌우폭보다도 짧게 되어 있다. 도 6의 부호 OA, OB는, 공구 파지부(HA, HB)에 공구(TA, TB)를 파지시켰을 경우에, 공구(TA, TB)의 외주단이 통과하는 궤도이다. 궤도(OA, OB)의 중심은, 공구 매거진(12A, 12B)의 회전축(X1A, X1B)이다. 또한, 부호 QA, QB는, 개폐 부재(17A, 17B)의 우측 하단부(17rA, 17rB)가 통과하는 궤도이고, 부호 RA, RB는, 개폐 부재(17A와 17B)의 좌측 하단부(17lA, 17lB)가 통과하는 궤도이다. 궤도(QA, QB), 및 궤도(RA, RB)의 중심은, 개폐 부재(17A, 17B)의 회전축(X3A, X3B)이고, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전축(X1A, X1B)으로부터 약 45° 우측 사선 상의 위치에 편심하여 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 개폐 부재(17A)의 좌측 하단부(17lA)의 위치는, 공구 교환 매거진(12B)의 공구 파지부(HB)에 파지되는 공구(TB)의 외주단이 통과하는 궤도(OB)와 간섭하지 않는 위치로 설정되어 있다. 또한, 개폐 부재(17B)의 우측 하단부(17rB)의 위치는, 개폐 부재(17A)의 좌측 하단부(17lA)의 위치에 의해서 결정되고, 본 예에서는, 개폐 부재(17B)의 우측 하단부(17rB)는, 개폐 부재(17A)의 좌측 하단부(17lA)와 약간 좌우 방향으로 오버랩하고 있다. 이와 같이 단부(17lA, 17rB)를 오버랩시키는 이유는, 하나는 절단 부스러기 등이 침입하는 극간을 설치하지 않기 위해서이고, 다른 하나는 개폐 부재(17A, 17B)끼리의 회전을 억제하기 위해서이다. 그러나, 단부(17lA, 17rB)를 오버랩시키는 것은 유일한 수단은 아니며, 전술한 목적을 달성할 수 있는 것이면, 다른 구성을 채용해도 상관없다.
또한, 개폐 부재(17B)의 좌측 하단부(17lB)의 위치는, 공구 교환 매거진(12B)의 공구 파지부(HB)에 파지되는 공구(TB)의 외주단이 통과하는 궤도(OB)와 간섭하지 않으며, 또한, 개폐 부재(17B)의 우측 하단부(17rB)가 통과하는 궤도(QB)와 간섭하지 않는 한계 위치로 설정되어 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 개폐 부재(17B)의 회전축(X3B)이, 공구 교환 매거진(12B)의 회전축(X1B)보다 우측 사선 상에 편심하여 있기 때문에, 개폐 부재(17B)가 시계 방향으로 180도 회전했을 경우, 그 우측 하단부(17rB)가 통과하는 궤도(QB)는, 공구(TB)의 외주단이 통과하는 궤도(OB)와 거의 같은 궤도로 된다. 개폐 부재(17B)의 회전축(X3B)이 편심하여 있지 않은 경우는, 개폐 부재(17B)의 좌측 하단부(17lB)의 위치가, 도 6의 위치로부터 좌측으로 시프트하지만, 회전축(X3B)이 편심하여 있음으로써, 좌측 하단부(17lB)의 위치를 우측에 치우치게 설정할 수 있다.
그런데, 개폐 부재(17A)의 우측 하단부(17rA)의 위치를, 공구 교환 매거진(12A)의 공구 파지부(HA)에 파지되는 공구(TA)의 외주단이 통과하는 궤도(OA)와 간섭하지 않는 한계 위치로 설정함으로써, 개폐 부재(17A)의 플레이트부(174A)의 좌우폭을, 필요 최저한의 길이로 할 수 있다. 단, 도 6에서는, 우측 하단부(17rA)의 위치는, 상기 한계 위치로부터 약간 우측으로 시프트한 위치로 설정되어 있다. 이것은, 개폐 부재(17A)의 도시하지 않은 회전 스토퍼 기구를 설치할 스페이스를 고려했기 때문이다. 또, 이 우측 하단부(17rA)의 우측으로의 시프트 위치는, 우측 하단부(17rA)의 궤도(QA)가, 회전하는 공구 교환 매거진(12B)의 공구(TB)의 외주단과 간섭하지 않는 범위에 있어야만 하는 것은 물론이다.
이상과 같이, 상기 실시형태에 있어서는, 개폐 부재(17A, 17B)의 회전축(X3A, X3B)을, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전축(X1A, X1B)에 대해서 우측 사선 상의 위치에 편심시켜서 설치하고 있다. 이 때문에, 개폐 부재(17A, 17B)의 좌측 하단부(17lA, 17lB)를, 모두 우측에 치우치게 할 수 있다. 그 결과, 주축(9A, 9B)의 X축 방향의 간격이, 공구(TA, TB)의 외주단 궤도(OA, OB)의 반경의 합계폭보다 좁아도, 개폐 부재(17A, 17B)는 서로 간섭하지 않고 회동할 수 있으므로, 공작 기계(1)의 X축 방향의 설치 스페이스를 작게 하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 비가공 영역 내 회전을 하는 경우의 동작에 대하여, 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 8의 A는, 공구 유지부(HaA, HaB)가 공구 저장 매거진(11A, 11B)의 공구 할출 교환 위치(P1A, P1B)에 있는 상태의 도면, 도 8의 B는, 공구 유지부(HbA, HbB)가 공구 할출 교환 위치(P1A, P1B)에 있는 상태의 도면, 도 8의 C는, 공구 파지부(HcA, HcB)가 공구 할출 교환 위치(P1A, P1B)에 있는 상태의 도면, 도 8의 D는, 공구 파지부(HdA, HdB)가 공구 할출 교환 위치(P1A, P1B)에 있는 상태의 도면이다.
공구 교환 매거진(12A, 12B)이 비가공 영역 내 회전을 할 경우, 개폐 부재(17A, 17B)는, 커버(16)의 개구부(16a)(도 7)를 닫은 채의 상태로 유지한다. 또, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 비가공 영역 내 회전에 의해서, 개폐 부재(17A, 17B)에 시계 회전 방향(개구부(16a)를 여는 방향)의 회동력이 작용하는 경우가 있지만, 스프링 등의 가압 수단(도시 생략)을 설치함에 의해서, 개폐 부재(17A, 17B)가 회동해서 개구부(16a)를 여는 것을 방지할 수 있다.
공구 교환 매거진(12A, 12B)과 주축(9A, 9B) 사이에서 공구 교환이 행해지는 경우의 사이클 타임에 대하여, 공작 기계(1A)측의 공구 교환 매거진(12A)을 예로 들어서 설명한다. 도 6은, 공구 파지부(HaA)가 비어있고, 공구 파지부(HbA, HcA, HdA)가 공구(TA)를 파지한 상태에서, 공구 교환 매거진(12A)이 원점 위치에서 대기하고 있는 도면이다. 주축(9A)으로부터 가공에 사용된 공구(TA)를 수취하는 비어있는 공구 파지부(HaA)는, 비가공 영역(CS) 내에 있어서, 주축(9A)에 가장 가까운 위치에서 대기하고 있고, 도 7의 A에 나타내는 바와 같이, 최소한의 회전 각도(약 90도)로 주축(9A)으로부터 공구(TA)를 수취할 수 있다. 다음으로, 도 7의 B에 나타내는 바와 같이, 공구 파지부(HbA)로부터 주축(9A)으로 다음 공정의 공구를 넘기는 경우에는, 공구 파지부(HaA)와 공구 파지부(HbA)의 각도분만큼, 공구 교환 매거진(12A)을 시계 방향으로 회전시키면 된다. 공구경의 크기에도 따르지만, 본 예의 공구 파지부 간의 각도는 25도이다. 공구 교환을 끝낸 공구 교환 매거진(12A)은, 시계 방향으로 회전한 각도와 같은 각도만큼 반시계 방향으로 회전함으로써, 원점 위치(도 6)로 되돌아갈 수 있다. 공구 교환 매거진(12A)이 원점 위치로 되돌아가면, 개폐 부재(17A)가 커버(16)의 개구부(16a)를 닫기 때문에, 주축(9A)은 바로 가공을 개시할 수 있다. 즉, 특허문헌 2와 비교해서, 공구 교환을 위하여 필요한 공구 교환 매거진(12A)의 회전 각도를 최대 40% 정도 작게 할 수 있고, 그만큼 사이클 타임을 더 짧게 할 수 있다. 공작 기계(1B)측의 공구 교환 매거진(12B)에 대해서도, 마찬가지라고 할 수 있다.
한편, 도 8에 나타내는 바와 같이, 공구 교환 매거진(12A)이 원점 위치로 되돌아간 후, 비가공 영역 내 회전을 하고 있는 동안은, 개폐 부재(17A)에 의해서 커버(16)의 개구부(16a)(도 7)가 닫힌 채의 상태로 된다. 이 때문에, 주축이 가공을 행하고 있는 동안, 공구 교환 매거진(12A)과 공구 저장 매거진(11A) 사이에서, 다음 공정에서 사용하는 공구(TA)의 준비를 병행해서 행할 수 있는 한에 있어서는, 이 사전 준비는 공구 교환의 사이클 타임에 영향을 미치지 않는다. 도 8의 A로부터 알 수 있는 바와 같이, 공구 교환 매거진(12A)이 비가공 영역(CS) 내에서 회전하여, 공구 포트 선회부(14A)(도 2)와의 사이에서 공구의 전달을 행할 경우에, 가장 회전 각도가 큰 공구 파지부는 공구 파지부(HaA)이며, 그 회전 각도는 약 90도이다. 주축(9A)으로부터 수취한 공구를 공구 포트 선회부(14A)에 넘기고, 비어진 공구 파지부(HbB)는, 도 8의 B에 나타내는 바와 같이, 공구 포트 선회부(14A)로부터 새로운 공구를 수취한다. 이와 같이 해서, 다음의 주축(9A)과의 공구 교환을 위한 사전 준비가 행해진다. 그러나, 주축(9A)의 가공 시간이 극단적으로 짧고, 사전 준비 동작에 요하는 시간의 쪽이 긴 경우는, 이 사전 준비 시간이 공구 교환의 사이클 타임을 지연시키는 것으로 된다.
그래서, 공구 파지부(HbA)의 공구를 주축(9A)이 수취한 후, 가공 시간이 극단적으로 짧은 경우에는, 공구 교환 매거진(12A)은, 공구 저장 매거진(11A)과의 사이에서, 사전 준비 동작으로서의 공구의 전달을 행하지 않고, 즉시 주축(9A)으로 공구를 넘겨서 비어진 공구 파지부(HbA)가 주축(9A)으로부터 공구를 수취하고, 도 7의 C에 나타내는 바와 같이, 공구 파지부(HcA)의 공구를 주축(9A)으로 넘기도록 하면 된다. 그렇게 하면, 사전 준비 동작에 쓰는 시간이 불필요하게 되고, 주축(9A)에 의한 가공이 종료되면, 바로 공구 교환으로 이동할 수 있기 때문에, 사이클 타임에 로스가 발생하지 않아, 사이클 타임이 길어지는 것을 회피할 수 있다. 또한, 주축(9A)으로 공구를 넘겨서 비어진 공구 파지부(HcA)가, 주축(9A)으로부터 공구를 수취하고, 도 7의 D에 나타내는 바와 같이, 공구 파지부(HdA)의 공구를 주축(9A)으로 넘기도록 할 수도 있다. 즉, 공구 교환 매거진(12A)의 4개의 공구 파지부(HaA∼HdA) 중, 적어도 1개소는 비우고, 최대로 3개의 공구를 파지시키는 것이 가능하다. 그러나, 주축(9A)의 가공 시간과의 관계에서, 주축(9A)이 공구 파지부(HaA, HbA, HcA, HdA) 중의 어느 것에 공구를 넘기고, 어느 것부터 공구를 수취할지에 대해서는, 임의로 프로그램을 짤 수 있다. 또한, 공구 파지부(HA)의 수도, 최저한 2개가 필요하지만, 본 예와 같이 4개일 필요는 없고, 3개나 5개 등이어도 상관없다.
다음으로, 도 9를 참조해서, 본 발명의 제2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 9에서는, 앞서 기술한 제1 실시형태와 같은 부분에 대해서는, 같은 부호를 사용하고 있다. 제1 실시형태의 공작 기계는, 2개의 주축을 갖는 것이었지만, 제2 실시형태의 공작 기계는, 하나의 주축을 갖는 것이다. 도 9는, 제2 실시형태의 요부인 공구 교환 매거진(12)과 개폐 부재(27)를 나타내고 있다. 주축이 하나일 경우, 공구 교환 매거진(12)과 개폐 부재(27)의 회전축(X1)을 동축(同軸)으로 할 수 있다. 부호 28은, 공구 교환 매거진(12)의 회전에 대한 개폐 부재(27)의 연동·비연동을 전환하는 전환 수단이며, 반체(121)의 변부(125)에 고정된 압체부(281)와, 개폐 부재(27)에 고정된 피압체부(282)로 이루어진다. 피압체부(282)는, 측면에서 보았을 때 L자 형상으로 형성된 부재이고, 그 저변부(283)는 전자석이다. 공구 교환 매거진(12)이 가공 영역(MS) 내에서 시계 방향으로 회전할 때에는, 압체부(281)가 피압체부(282)의 저변부(283)를 누르는 힘을 받아, 개폐 부재(27)가 공구 교환 매거진(12)과 일체로 회동하여, 커버(16)의 개구부를 연다. 또한, 공구 교환 매거진(12)이 가공 영역(MS) 내에서 반시계 방향으로 회전해서 원점 위치로 되돌아갈 때에는, 저변부(283)의 전자석이 통전(通電)되어, 전자석의 흡인력에 의해 압체부(281)가 저변부(283)에 맞닿기 때문에, 개폐 부재(27)는 공구 교환 매거진(12)과 일체로 반시계 방향으로 회동하여, 커버(16)의 개구부를 닫는다. 한편, 공구 교환 매거진(12)이 비가공 영역 내에서 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전할 때에는, 저변부(283)의 전자석에의 통전은 행해지지 않고, 개폐 부재(27)가 커버(16)의 개구부를 닫은 채의 상태가 유지된다. 또, 여기에서는 피압체부(282)의 저변부(283)를 전자석으로 했지만, 압체부(281)를 전자석으로 해도 된다. 또한, 전자석 이외에, 스프링과 같은 가압 수단 등을 사용해서, 개폐 부재(27)가 커버(16)의 개구부를 닫도록 해도 되고, 전환 수단(28)은 여기에서 나타낸 것으로 한정되지 않는다.
다음으로, 도 10을 참조해서, 본 발명의 제3 실시형태에 대하여 설명한다. 도 10에 있어서도, 제1 실시형태와 같은 부분에 대해서는, 같은 부호를 사용하고 있다. 제3 실시형태의 공작 기계는, 2개의 주축을 갖는 것이다. 도 10은, 제3 실시형태의 요부인 공구 교환 매거진(12A, 12B)과 개폐 부재(37A, 37B)를 나타내고 있다. 개폐 부재(37A, 37B)의 회전축은, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전축(X1A, X1B)과 동축이다. 이 경우, 2개의 주축의 X축 방향의 간격은, 공구 파지부에 파지된 공구의 외주단이 통과하는 궤도(OA, OB)의 반경의 합계보다도 작게 할 수는 없다. 본 실시형태에서는, 개폐 부재(37A)의 좌측 단부(37lA)의 위치를, 궤도(OA)와 간섭하지 않는 위치로 설정하면, 개폐 부재(37B)의 우측 단부(37rB)의 위치가 결정된다. 그리고, 개폐 부재(37B)의 우측 하단부(37rB)의 궤도(QB')가 결정되면, 개폐 부재(37B)의 좌측 하단부(37lB)의 위치도 결정된다. 도 10은, 개폐 부재(37A, 37B)의 각각의 좌우폭을 최소로 한 예를 나타내고 있지만, 제1 실시형태와 달리, 개폐 부재(37A, 37B)의 회전축이 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 회전축(X1A, X1B)과 동축이기 때문에, 개폐 부재(37B)의 좌측 하단부(37lB)는, 공구 파지부(HB)에 파지된 공구의 외주단이 통과하는 궤도(OB)와 접근하지 않는다. 따라서, 좌측 하단부(37lB)가 궤도(OB)로부터 떨어지는 분만큼, 개폐 부재(37B)의 좌우폭은 넓어지게 된다. 공작 기계의 좌우폭에 제한이 없는 경우에는, 주축의 X축 방향의 간격에 따라서, 개폐 부재(37B)의 좌우폭을 결정할 수 있다.
다음으로, 도 11을 참조해서, 본 발명의 제4 실시형태에 대하여 설명한다. 전술한 각 실시형태에서는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)과 주축(9A, 9B) 사이에서 공구 교환을 행할 경우, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 도 6의 원점 위치로부터 시계 방향으로 회전하는 예를 들었다. 그러나, 공구 교환 매거진(12A, 12B)의 공구 파지부(HA, HB)에 있어서의 공구의 파지 상태에 따라서는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)을 시계 방향으로 회전시키기 보다도, 반시계 방향으로 회전시키는 편이, 사이클 타임을 보다 단축할 수 있는 경우가 있다.
예를 들면, 도 11에 있어서, 공구 교환 매거진(12)이 주축(도시 생략)과의 사이에서 공구 교환을 행하기 위해서, (a)의 원점 위치로부터 시계 방향으로 회전해서 (b)의 위치에 이르면, 이 위치에서 정지하고, 주축에 장착되어 있는 사용 완료의 공구가 공구 교환 매거진(12)에 넘겨진다. 이 후, 공구 교환 매거진(12)은, (c)와 같이, 주축으로부터 수취한 공구(T3)를 파지한 상태에서 더 회전하고, 이 위치에서 정지해서 교환용의 공구(T1)를 주축에 넘긴다. 이렇게 해서 공구 교환을 행한 후, 공구 교환 매거진(12)은 (d)와 같이 반시계 방향으로 회전하고, (e)의 위치에서 정지한다. 그리고, 이 위치에 있어서, 주축에 공구(T1)를 넘겨서 비어진 공구 유지부가, 공구 저장 매거진(도시 생략)으로부터 다음의 교환용 공구(T4)를 수취한다. 이것이 끝나면, 공구 교환 매거진(12)은, (f)와 같이 반시계 방향으로 회전하고, 이 위치에서 정지하여, 주축으로부터 수취한 공구(T3)를 공구 저장 매거진으로 돌려보낸다. 그 후, 공구 교환 매거진(12)은, 반시계 방향으로 (g)의 위치까지 더 회전한다. 그리고, 이 위치에서, 주축에 장착되어 있는 사용 완료의 공구가 공구 교환 매거진(12)에 넘겨진다.
도 11의 예에서는, 공구 교환 매거진(12)에 구비되는 4개의 공구 유지부 중, 양단의 2개가, 사용 완료 공구의 수취용으로 되어 있다. 이 때문에, 공구 교환 매거진(12)이 (a)의 원점 위치로부터 회전해서, 주축의 사용 완료 공구를 수취하러 가는 경우는, (b)와 같이 시계 방향으로 회전하는 편이, 공구 교환까지의 시간이 짧아진다. 이것에 대해서, 공구 교환 매거진(12)이 (f)의 위치로부터 회전해서, 주축의 사용 완료 공구를 수취하러 가는 경우는, 공구 교환 매거진(12)이 시계 방향으로 회전하면, (h)에 나타내는 바와 같이 회전 각도가 180도로 되어, 공구 교환까지의 시간이 길어진다. 그런데, 본 실시형태와 같이, 공구 교환 매거진(12)이 (f)의 위치로부터 반시계 방향으로 회전함으로써, (g)에 나타내는 바와 같이 회전 각도는 105도면 되어서, 공구 교환까지의 시간이 짧아진다. 또, 공구 교환 매거진(12)을 시계 방향으로 회전시킬지, 반시계 방향으로 회전시킬지는, 공작 기계(1)에 구비되는 마이크로컴퓨터가, 공구 교환 매거진(12)의 회전 위치나, 각 공구 파지부에 있어서의 공구의 유무 등의 정보에 의거해서 판단한다. 그리고, 그 결과에 따라서, 공구 교환 매거진(12)을 회전시키는 모터가, 소정 방향으로 소정 각도만큼 회전한다.
또, 도 11은 주축이 하나인 경우의 예이지만, 주축이 2개인 경우에도, 도 11과 마찬가지의 회전 제어를 행할 수 있다. 이 회전 제어에 있어서는, 각 주축에 대응하는 2개의 공구 교환 매거진이 같은 방향으로 회전하도록 해도 되고(2축 동방향 회전), 2개의 공구 교환 매거진의 한쪽이 다른 쪽에 대해서 역방향으로 회전하도록 해도 된다(2축 역방향 회전).
이상 기술한 각 실시형태에서는, 도 2와 같이, 공구 저장 매거진(11A, 11B)과 공구 교환 매거진(12A, 12B)이, 주축(9A, 9B)에 대해서 상방에 배치되어 있는 공작 기계를 예로 들었지만, 본 발명은, 공구 저장 매거진과 공구 교환 매거진이 주축에 대해서 측방에 배치되어 있는 공작 기계에도 적용할 수 있다. 도 14는, 이 경우의 제5 실시형태를 나타내는 개략도이다.
도 14에 있어서, 주축(9A, 9B)의 각각의 측방에, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 배치되어 있고, 공구 교환 매거진(12A, 12B)은, 마찬가지로 측방에 배치된 도시하지 않은 공구 저장 매거진(도시 생략)과의 사이에서, 공구의 전달을 행한다. 가공 영역(MS)과 비가공 영역(CS)을 구획하는 좌우의 커버(16)에는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)과 주축(9A, 9B) 사이에서 공구 교환을 행하기 위한 개구부(16a)가, 주축(9A, 9B)과 대응해서 설치되어 있다. 또, 도 14에서는, 개폐 부재(17A, 17B)(도 4 등)의 도시를 생략하고, 개폐 부재의 플레이트부(174A, 174B)만 도시하고 있다.
도 14의 A는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이, 공구 할출 교환 위치(P1A, P1B)에 있어서, 공구 저장 매거진으로부터 새로운 공구를 수취하는 경우를 나타내고 있다. 이때, 개폐 부재의 플레이트부(174A, 174B)는, 세로의 자세로 되어 있고, 커버(16)의 각 개구부(16a)를 닫고 있다.
도 14의 B는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이, 주축(9A, 9B)으로부터 사용 완료의 공구를 수취하기 위해서 화살표 방향으로 회전하고, 이 회전과 연동해서 개폐 부재의 플레이트부(174A, 174B)가, 세로의 자세로부터 경사의 자세로 변위하는 모습을 나타내고 있다. 이때, 플레이트부(174A, 174B)의 경사에 수반해서, 커버(16)의 각 개구부(16a)가 열려 간다.
도 14의 C는, 공구 교환 매거진(12A, 12B)이 더 회전해서, 공구 할출 교환 위치(P2A, P2B)에 있어서, 주축(9A, 9B)으로부터 사용 완료의 공구를 수취하는 경우를 나타내고 있다. 이때, 플레이트부(174A, 174B)는, 가로의 자세로 변위하여 있고, 커버(16)의 각 개구부(16a)를 열고 있다.
도 14에 있어서는, 2개의 주축(9A, 9B)이 횡방향으로 나열되어 있지만, 도 15와 같이, 2개의 주축(9A, 9B)을 종방향으로 나열하고, 공구 교환 매거진(12A, 12B)을 주축(9A, 9B)에 대해서 같은 측에 배치해도 된다. 또한, 도 16과 같이, 하나의 주축(9)과, 플레이트부(174)를 갖는 하나의 공구 교환 매거진(12)만을 설치해도 된다.
1, 1A, 1B : 공작 기계
9A, 9B : 주축
100A, 100B : 자동 공구 교환 장치
11A, 11B : 공구 저장 매거진
12A, 12B : 공구 교환 매거진
16 : 커버
16a : 개구부
17A, 17B : 개폐 부재
18A, 18B : 캠 기구(전환 수단)
174A, 174B : 플레이트부
176A, 176B : 플레이트부
181A, 181B : 캠 팔로워(압체부)
181r : 롤러
181s : 축
183A, 183B : 홈체(피압체부)
184A, 184B : 노치
185A, 185B : 홈
X1A, X1B : 공구 교환 매거진의 회전축
X3A, X3B : 개폐 부재의 회전축

Claims (7)

  1. 공작 기계의 주축에 장착되는 공구를 저장하는 공구 저장 매거진(magazine)과,
    상기 주축과의 사이 및 상기 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 회전 가능한 공구 교환 매거진과,
    상기 공구 교환 매거진이 상기 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 가공 영역과, 상기 공구 교환 매거진이 상기 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 비가공 영역을 구획하는 커버와,
    상기 커버에 설치되고, 상기 공구 교환 매거진과 상기 주축 사이의 공구의 전달을 허용하는 개구부와,
    상기 공구 교환 매거진의 회전에 연동해서 회동하고, 상기 개구부를 개폐하는 개폐 부재를 구비하며,
    상기 개폐 부재는, 상기 개구부의 위치에서 상기 가공 영역과 상기 비가공 영역을 구획하는 플레이트부를 갖고,
    상기 공구 교환 매거진이 상기 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 상기 플레이트부가, 가로의 자세 또는 세로의 자세로 되어서 상기 개구부를 닫고,
    상기 공구 교환 매거진이 상기 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 상기 플레이트부가, 가로의 자세로부터 경사의 자세 혹은 세로의 자세로, 또는 세로의 자세로부터 경사의 자세 혹은 가로의 자세로 변위해서, 상기 개구부를 여는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개폐 부재는,
    상기 공구 교환 매거진이 상기 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우에만, 상기 공구 교환 매거진의 회전에 연동해서 회동하고,
    상기 공구 교환 매거진이 상기 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 상기 공구 교환 매거진의 회전에 연동해서 회동하지 않는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공구 교환 매거진의 회전에 대한 상기 개폐 부재의 연동과 비연동을 전환하는 전환 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전환 수단은, 상기 공구 교환 매거진에 고정된 압체부와, 상기 개폐 부재에 고정된 피압체부를 포함하고,
    상기 공구 교환 매거진이 상기 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 상기 압체부가 상기 피압체부에 맞닿아서, 상기 개폐 부재가 상기 공구 교환 매거진과 일체로 회동하고,
    상기 공구 교환 매거진이 상기 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 상기 압체부가 상기 피압체부로부터 떨어져서, 상기 공구 교환 매거진만이 회전하고, 상기 개폐 부재는 회동하지 않는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압체부는, 롤러와 축을 구비한 캠 팔로워이고,
    상기 피압체부는, 상기 캠 팔로워가 안내되는 홈을 갖는 홈체이고,
    상기 홈체에는, 상기 캠 팔로워가 출입 가능한 노치가 형성되어 있고,
    상기 공구 교환 매거진이 상기 주축과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 상기 캠 팔로워가 상기 노치로부터 진입해서 상기 홈체에 맞닿고,
    상기 공구 교환 매거진이 상기 공구 저장 매거진과의 사이에서 공구 교환을 행하는 경우는, 상기 캠 팔로워가 상기 노치로부터 이탈해서, 상기 캠 팔로워와 상기 홈체의 맞닿음이 해제되는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 압체부 및 상기 피압체부의 한쪽은, 전자석을 포함하고 있고,
    상기 전자석의 흡인력에 의해, 상기 압체부와 상기 피압체부가 맞닿는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공구 교환 매거진의 회전축과, 상기 개폐 부재의 회전축이 편심(偏心)되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
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