JP2014012307A - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
工具交換時間の短縮あるいは工具収納本数の増加の何れを優先するかを自由に選択できる工作機械の自動工具交換装置を提供する。
【解決手段】
工具マガジン１１が配置されたマガジン配置領域Ａと主軸６ａが加工時に移動する加工時移動領域Ｂとを隔てる隔壁１３を設けると共に、該隔壁１３に前記マガジン配置領域Ａと加工時移動領域Ｂとを連通させる開口１３ａを形成し、前記工具マガジン１１に、該工具マガジン１１の旋回に伴って前記開口１３ａを閉塞又は開放するシャッタプレート１４を着脱可能に装着した。
【選択図】図４

Description

本発明は、工具交換時間の短縮あるいは工具収納本数の増加を機械使用者が自由に選択できるようにした工作機械の自動工具交換装置に関する。

従来から、工作機械においては、主軸に装着された既工程工具と工具マガジンに保持された次工程工具とを自動的に交換する自動工具交換装置を備えたものがある。

この種の自動工具交換装置では、例えば、工具マガジンの配置領域と工作機械の加工領域とを、スライド可能に配置されたシャッタプレートにより開閉可能とし、シャッタプレートを開いた状態で工具交換を行い、シャッタプレートを閉じた状態で加工を行うことで、切り屑が工具マガジン側に飛散するのを防止するようにしている。

前記従来の構造では、シャッタプレートの駆動機構に故障が生じやすいという問題があり、またシャッタプレートの開閉をセンサで検知することが必要となり、それだけコスト高になると共に、工具交換時間が長くなる、といった問題もある。

そこで、工具マガジンの配置領域と機械本体の加工領域とを隔壁で隔てると共に、該隔壁に開口を形成し、該開口を開閉するシャッタ部材を工具マガジンに一体形成したものがある。この従来技術では、次工程工具を工具交換位置に割り出すことによりシャッタ部材が自動的に開位置に移動するので、シャッタ部材専用の駆動機構やシャタッ部材の開閉を検知するセンサを不要にできる（特許文献１参照）。

特開２０１１−４５９４７号公報

ところで前記公報記載の従来技術では、次工程工具を工具交換位置に割り出すことによりシャッタ部材が開口を開くものの、工具交換後にシャッタ部材を、再び開口を閉じる位置に割り出す必要があるため、次工程工具がシャッタ部材から遠い角度位置にある場合は、工具交換時間が長くなるといった問題がある。

ここで、工具交換時間は、シャッタ部材の形成箇所数を増加するほど短縮できると考えられるが、シャッタ部材の形成箇所数を増加するほど工具マガジンの収納可能本数が減少するという問題が生じる。工作機械の使用条件によっては、工具交換時間の短縮を工具収納本数より優先し、また逆に工具収納本数を工具交換時間の短縮より優先したいという要請があるが、前記従来装置では、このような要請に応えることはできない。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、工具交換時間の短縮あるいは工具収納本数の増加の何れを優先するかを自由に選択できる工作機械の自動工具交換装置を提供することを課題としている。

請求項1の発明は、主軸に装着された既工程工具と、工具把持機構により工具マガジンに保持された次工程工具とを自動的に交換する工作機械の自動工具交換装置において、前記工具マガジンが配置されたマガジン配置領域と前記主軸が加工時に移動する加工時移動領域とを隔てる隔壁を設けると共に、該隔壁に前記マガジン配置領域と加工時移動領域とを連通させる開口を形成し、前記工具マガジンに、該工具マガジンの旋回に伴って前記開口を閉塞又は開放するシャッタ部材を着脱可能に装着したことを特徴としている。

請求項2の発明は、請求項1に記載の工作機械の自動工具交換装置において、前記シャッタ部材は、前記工具マガジンに設けられた少なくとも１つの前記工具把持機構を外方から覆うように前記工具マガジンに着脱可能に装着されていることを特徴としている。

請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の工作機械の自動工具交換装置において、前記シャッタ部材は、前記工具マガジンに、複数装着されていることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項3に記載の工作機械の自動工具交換装置において、前記シャッタ部材は、前記工具マガジンに、等角度間隔毎に装着されていることを特徴としている。

請求項5の発明は、請求項1ないし4の何れかに記載の工作機械の自動工具交換装置において、前記シャッタ部材は、前記工具把持機構によって前記工具マガジンに装着されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、シャッタ部材を工具マガジンに着脱可能に装着したので、工具交換時間の短縮を優先する場合は、例えば請求項3の発明のように、前記シャッタ部材を、前記工具マガジンに、複数装着すれば良い。この場合、次工程工具を前記開口が位置する工具交換位置に割り出して工具交換を実行した後、前記複数のシャッタ部材のうち前記開口に近い位置にあるシャッタ部材を該開口位置に割り出すことにより工具交換時間を短縮できる。また、請求項４の発明のように、複数のシャッタ部材を等角度間隔毎に設けた場合は、工具交換実行後に開口を閉塞するシャッタ部材の選択が容易となる。一方、収納工具本数の増加を優先する場合は、シャッタ部材の一部を取り外し、該シャッタ部材の代わりに工具を装着することにより収納本数を増加できる。

請求項２の発明によれば、前記シャッタ部材は、前記工具マガジンに設けられた工具把持機構を取り外すことなく前記工具マガジンに着脱可能に装着されているので、工具収納本数を増やす場合は、シャッタ部材を取り外すことにより、該取り外した部分に位置する工具把持機構に工具を把持させることで直ちに工具収納本数を増加できる。

請求項５の発明によれば、シャッタ部材を工具把持機構によって工具マガジンに装着したので、シャッタ部材の着脱が容易であり、かつシャッタ部材の配置位置を、工具把持機構が配置されている範囲内で自由に選択できる。

本発明の実施例１に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の正面斜視図である。 前記工作機械の正面図である。 前記工作機械の平面図である。 前記自動工具交換装置の工具マガジンの平面図である。 前記工具マガジンの正面斜視図である。 前記工具マガジンの変形例の正面斜視図である。 前記工具マガジンのさらに変形例の正面斜視図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の実施例１を説明するための図であり、各図において、１は本発明の実施例１による自動工具交換装置２を備えた工作機械（縦型マシニングセンタ）である。この工作機械１は、ベッド３と、該ベッド３上にＹ軸方向（前後方向）に移動可能に搭載されたコラム４と、該コラム４の前面にＸ軸方向（左右方向）に移動可能に配設されたサドル５と、該サドル５の前面にＺ軸方向（上下方向）に移動可能に配設された主軸頭６と、前記ベッド３の前部上面に配設され、ワークを搭載するテーブル７とを備えている。

前記コラム４は、前記ベッド３の左，右に立設された側壁部３ａ，３ａ上に形成された前後ガイドレール３ｂ，３ｂにより前記Ｙ軸方向に摺動可能に支持されており、ボールねじタイプのＹ軸駆動機構８によりＹ軸方向に駆動される。

前記サドル５は、前記コラム４の前面に形成された左右ガイドレール４ａ，４ａにより前記Ｘ軸方向に摺動可能に支持されており、ボールねじタイプのＸ軸駆動機構９によりＸ軸方向に駆動される。

前記主軸頭６は前記サドル５の前面に形成された上下ガイドレール５ａ，５ａで前記Ｚ軸方向に摺動可能に支持されており、ボールねじタイプの駆動機構１０によりＺ軸方向に駆動される。

前記主軸頭６は、内部に主軸６ａを回転駆動可能に支持している。そして図示していないが、前記主軸６ａの下端部の内部には、工具Ｔが嵌合装着される工具取付け穴が形成され、また嵌合挿入された工具Ｔをクランプ・アンクランプするクランプ機構が設けられている。このようにして前記主軸６ａに装着された工具Ｔは前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能となっている。

前記自動工具交換装置２は、前記主軸６ａに装着された既工程工具Ｔと工具マガジン１１に保持された次工程工具Ｔ′とを自動的に交換するものである。

前記工具マガジン１１は、円盤状の基板１１ａと、該基板１１ａの中心に位置する軸部１１ｂとを有し、前記ベッド３の左，右の側壁部３ａ，３ａ間に、前記軸部１１ｂの軸線が前記Ｚ軸と平行をなすように配置されている。前記工具マガジン１２は、前記軸部１１ｂを支持する回転割り出し機構１５により、所望の角度位置に割り出し可能となっている。

前記基板１１ａの外周縁には多数の工具把持機構１２が配設されている。該各工具把持機構１２は、一対の蟹挟み状をなす把持爪１２ａ，１２ａを、開閉可能に、かつ閉方向に回動付勢して連結してなるものであり、前記各工具把持機構１２により工具Ｔがその軸線をＺ軸方向に向けて把持されている。前記主軸６ａにより工具を軸部１１ｂを通るＹ軸と平行な直線上をＹ軸方向奥側に移動させると前記把持爪１２ａ，１２ａが工具Ｔの把持溝部を把持し、またＹ軸方向手前側に移動させると工具が把持爪１２ａ，１２ａから分離されるように構成されている。

前記工作機械１の、前記工具マガジン１１が配置されたマガジン配置領域Ａと前記主軸６ａが加工時に移動する加工時移動領域Ｂとは隔壁１３によって隔てられており、これにより切り屑がマガジン配置領域Ａに侵入するのを防止している。

前記隔壁１３には、前記マガジン配置領域Ａと加工時移動領域Ｂとを連通させる開口１３ａが形成されている。この開口１３ａは、前記軸部１１ｂの軸線を通るＹ軸に平行な直線上に配置されており、主軸６ａに装着された工具Ｔが前記マガジン配置領域Ａ内に支障なくに出入りできる大きさに形成されている。

そして前記基板１１ａには、一対のシャッタプレート１４，１４が等角度間隔をなすように，かつ着脱可能に装着されている。このシャッタプレート１４は、前記開口１３ａを閉塞又は開口するシャッタ本体１４ａと、該シャッタ本体１４ａから基板１１ａの軸部１１ｂ側に延びるブラケット部１４ｂとを有する。前記シャッタ本体１４ａは、前記開口１３ａを閉塞可能の形状，サイズに形成されている。即ち、前記工具マガジン１１が、前記シャッタ本体１４ａが前記開口１３ａに一致するように割り出しされた状態において、前記シャッタ本体１４ａが前記開口１３ａを閉塞する。また、前記多数の工具Ｔの何れかが前記開口１３ａに一致するように割り出された状態では、前記シャッタ本体１４ａが前記開口１３ａを開放する。

ここで前記ブラケット部１４ｂは、前記シャッタ本体１４ａが前記把持爪１２ａの外縁部より若干外側に位置し、該把持爪１２ａを外側から覆うように前記基板１１ａにボルト１４ｃにより着脱可能に取付けられている。従って前記シャッタプレート１４は、前記工具把持機構１２を取り外すことなく前記工具マガジン１１の基板１１ａに着脱可能となっている。

なお、前記シャッタプレート１４の取り付け枚数は本実施例の２枚に限定されるものではなく、４枚（図６参照）、あるいは１枚（図７参照）等自由に選択することができる。複数枚取り付ける場合は、等角度間隔毎に取り付けることが望ましいが、勿論自由な角度間隔で取り付けても構わない。

本実施例１において工具交換する場合は、先ず、空いている工具把持機構１２が前記開口１３ａに一致するように工具マガジン１１が割り出され、これによりシャッタプレート１４が開口１３ａを開放する。工具主軸６ａがＹ軸方向に工具マガジン１１の軸部１１ｂの中心に向かって移動し、主軸６ａに装着された工具Ｔの把持溝が把持爪１２ａ，１２aに把持され、この状態で主軸６ａ内のクランプ機構がアンクランプされ、主軸６ａがＺ軸方向に上昇する。続いて次行程工具が前記開口１３ａに一致するように工具マガジン１１が割り出され、この状態で主軸６ａが下降して次行程工具をクランプし、Ｙ軸方向に加工時移動領域Ｂ側に移動し、工具交換が終了する。最後に近い位置にあるシャッタプレート１４が開口１３ａに一致するように工具マガジン１１が割り出され、開口１３ａは閉じられる。

そして本実施例１では、シャッタプレート１４を工具マガジン１１に着脱可能に装着したので、シャッタプレート１４の枚数を自由に選択できる。工具交換時間の短縮を優先する場合は、例えば、前記シャッタプレート１４を、前記工具マガジン１１に、等角度間隔毎に複数装着する。次工程工具を前記開口１３ａが位置する工具交換位置に割り出して工具交換を実行した後、前記複数のシャッタプレート１４のうち前記開口１３ａに近い位置にあるシャッタプレート１４を該開口１３ａ位置に割り出すことにより工具交換時間を短縮できる。一方、収納工具本数の増加を優先する場合は、シャッタプレート１４の一部を取り外し、該シャッタプレート１４の代わりに工具把持機構１２に工具を装着することにより収納本数を増加できる。

また、前記シャッタプレート１４は、前記工具マガジン１１に設けられた工具把持機構１２を取り外すことなく前記工具マガジン１１に着脱可能に装着されているので、工具収納本数を増やす場合は、シャッタプレート１４を取り外すことにより、該取り外した部分に位置する工具把持機構１２に工具を把持させることで直ちに工具収納本数を増加できる。

なお、前記実施例では、シャッタプレート１４のブラケット部１４ｂを工具マガジン１１の基板１１ａにボルト締めにより着脱可能に装着したが、シャッタプレート１４を工具把持機構１２により着脱可能に支持するように構成しても良い。この場合、シャッタ本体１４ａの裏面に、前記把持爪１２ａ，１２ａで把持される把持溝を有する部分を設けることで、シャッタプレートの着脱を容易に行うことができる。

１ 工作機械
２ 自動工具交換装置
６ａ 主軸
１１ 工具マガジン
１２ 工具把持機構
１３ 隔壁
１３ａ 開口
１４ シャッタプレート（シャッタ部材）
Ａ マガジン配置領域
Ｂ 加工時移動領域
Ｔ 既工程工具
Ｔ′ 次工程工具

Claims (5)

1. 主軸に装着された既工程工具と、工具把持機構により工具マガジンに保持された次工程工具とを自動的に交換する工作機械の自動工具交換装置において、
   前記工具マガジンが配置されたマガジン配置領域と前記主軸が加工時に移動する加工時移動領域とを隔てる隔壁を設けると共に、該隔壁に前記マガジン配置領域と加工時移動領域とを連通させる開口を形成し、
   前記工具マガジンに、該工具マガジンの旋回に伴って前記開口を閉塞又は開放するシャッタ部材を着脱可能に装着したことを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
2. 請求項1に記載の工作機械の自動工具交換装置において、
   前記シャッタ部材は、前記工具マガジンに設けられた少なくとも１つの前記工具把持機構を外方から覆うように前記工具マガジンに着脱可能に装着されていることを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
3. 請求項1又は2に記載の工作機械の自動工具交換装置において、
   前記シャッタ部材は、前記工具マガジンに、複数装着されていることを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
4. 請求項3に記載の工作機械の自動工具交換装置において、
   前記シャッタ部材は、前記工具マガジンに、等角度間隔毎に装着されていることを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
5. 請求項1ないし4の何れかに記載の工作機械の自動工具交換装置において、
   前記シャッタ部材は、前記工具把持機構によって前記工具マガジンに装着されていることを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。

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