JP5949174B2 - マシニングセンタ - Google Patents

Description

本発明は、アームレス自動工具交換を行うマシニングセンタに関し、詳しくはＹ軸方向に移動可能に支持されたスライドベースに、被加工物が載置されるテーブルを載置すると共にアームレス型自動工具交換装置を具備させたマシニングセンタに関する。

Ｙ軸方向に移動可能に支持されたスライドベースに、被加工物が載置されるテーブルと円盤状に工具保持部を複数備えた工具マガジンを有し、工具マガジンもＹ軸方向に移動させてアームレス自動工具交換を行うマシニングセンタがある（例えば、特許文献１参照）。

一方、アームレス自動工具交換を行うマシニングセンタにおいて、加工時に発生する切り屑等が工具マガジンに侵入しないように、加工領域と工具マガジンを隔離する構造を備えたマシニングセンタがある。例えば、特許文献２では、可動式の開閉カバーをマガジンカバーに設け、開閉カバーを閉じることで、切り屑等の侵入を防いでいる。
また、円盤状の工具保持板を備えた工具マガジンが固定設置され、工具マガジンと加工領域との間を分離するための固定カバーを設けた横型マシニングセンタがある。例えば、特許文献３では、固定カバーに形成された工具交換のための開口部を、工具保持板に取り付けた可動カバーで閉塞することで切り屑等の侵入を防いでいる。

特開２００８−１４２８９１号公報 特開平７−１１２３４１号公報 特開２０１１−４５９４７号公報

しかしながら、上記特許文献２の開閉カバーによりマガジンカバーの開口部を開閉する構成は、製造コストが嵩む問題があった。一方、引用文献３の工具保持板に回動カバーを設ける構成は、簡易な構成で開口部を閉塞する構成であるが、ベッド上のコラム移動エリアなどの非加工領域に切り屑等が入り込むのを防止する機能まで備えていなかった。また、開口部が大きいため切り屑やクーラントが工具マガジン内に侵入し易かったし、工具交換時に交換される工具（主軸に装着される工具）に隣接する工具に切り屑等が付着するおそれがあった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、加工時の切り屑やクーラントが工具マガジンやスライドベース後部などの非加工領域に入り込むのを防止できる簡易な構造の遮蔽板を備えたマシニングセンタを提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、上面に前後方向に沿って摺動面が形成されているベッドと、摺動面上で前後移動可能に支持されたスライドベースと、スライドベース上に設置されて被工作物を載置するテーブルと、テーブルの上部で装着された工具を回転させる主軸及び主軸を支持する主軸ヘッドと、工具マガジンを備えて主軸に装着する工具を自動交換するアームレス型自動工具交換装置と、スライドベース側の加工領域と工具マガジン側の非加工領域との間を隔離する遮蔽板と備えたマシニングセンタにおいて、主軸ヘッドは、上下及び左右に移動可能にベッド上の摺動面後方に立設されたコラムに支持される一方、アームレス型自動工具交換装置は、テーパシャンク部を上にした工具を着脱自在に把持する工具把持部を円環状に複数備えた工具マガジンと、工具マガジンを回転して所望の工具把持部を割り出す割出モータとを有して、主軸ヘッドと割り出した所望の工具把持部との間で工具の装着・離脱動作を行い工具交換を実行し、遮蔽板は、スライドベース上に立設した背面板と背面板の左右に設けた側面板とを有して、背面板に主軸ヘッド及び工具が通過可能な開口部を設ける一方、工具マガジンの工具把持部の少なくとも１箇所に開口部を閉鎖する閉鎖手段を設け、閉鎖手段が、工具マガジンの複数箇所に立設されて工具マガジンと共に旋回する板部材であって、スライドベースの前後移動と、主軸ヘッドの上下移動と、工具マガジンの回転とにより、主軸ヘッドを開口部から工具マガジンが配置された非加工領域内に進入させて、アームレス型自動工具交換装置と主軸との間で工具交換を行い、少なくとも加工動作中は、閉鎖手段が割り出されて開口部を閉鎖し、加工領域と非加工領域を隔離することを特徴とする。
この構成によれば、遮蔽板に設けた開口部は主軸ヘッド及び工具が通過できれば良いため比較的小さい形状で良いし、遮蔽板により容易に閉鎖できる。よって、加工時に切り屑やクーラントが工具マガジンやスライドベース後部などの非加工領域に入り込むのを簡易な構造で防止できる。

また、簡単な構造の閉鎖手段により、安価なアームレス型自動工具交換装置にできる。

更に、閉塞手段を複数備えるため、割出時間を短くでき、工具交換時間を短縮できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、割出モータによる所望の工具把持部の割り出し動作は、主軸に装着された工具による加工が終了した時点に開始されることを特徴とする。
この構成によれば、加工が終了した時点で、工具把持部の割り出し行われることで、アームレス型自動工具交換装置を前進させる際の待機時間がなくなり、工具交換時間を短縮できる。

本発明によれば、遮蔽板に設けた開口部は主軸ヘッド及び工具が通過できれば良いため比較的小さい形状で良く、遮蔽板により閉塞し易い。よって、加工時に切り屑やクーラントが工具マガジンやスライドベース後部などの非加工領域に入り込むのを簡易な構造で防止できる。

本発明に係るマシニングセンタの一例を示す側面図であり、加工時の状態を示している。 Ａ部拡大図であり、主軸を断面図で示している。 図１のマシニングセンタの一部を抜き出した斜視説明図である。 遮蔽板の斜視図を示し、（ａ）は加工領域側からみた図、（ｂ）は非加工領域側から見た図である。 ＡＴＣ装置の斜視図である。 工具マガジンの正面図である。 図１の状態における工具マガジンと主軸ヘッドの位置関係を示す平面説明図である。 Ｂ部拡大図である。 図１のマシニングセンタにおいて、主軸ヘッドが工具交換位置にある状態の側面図である。 図９の状態における工具マガジンと主軸ヘッドの位置関係を示す平面説明図である。 Ｃ部拡大図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係るマシニングセンタの一例を示し、加工時の状態の側面図を示している。１はマシニングセンタの基部を構成するベッド、２は被加工物を載置するテーブル、３はテーブル２を前後動させるためのスライドベース、４は装着した工具Ｔを回転する主軸、５は主軸４を保持する主軸ヘッド、６は主軸ヘッド５を昇降動させる主軸ヘッド昇降体、７は複数の工具Ｔを収容して主軸４に装着する工具Ｔを交換するためのアームレス自動工具交換装置（以下、単にＡＴＣ装置と称する）、８は主軸ヘッド昇降体６を支持するコラム、９はＡＴＣ装置７を支持するステー、１１は加工領域と非加工領域を隔離して切り屑やクーラント等が非加工領域への侵入を阻止する遮蔽板である。

尚、図１において、図示左方向が前方であり、この方向をＹ軸方向、Ｙ軸に直交する左右方向をＸ軸方向、上下方向をＺ軸方向として以下説明する。

ベッド１は平坦な上面を有し、スライドベース３を前後方向に摺動させるためのＹ軸摺動面が形成されている。このＹ軸摺動面の後部にはコラム８が立設され、コラム８に支持されて主軸ヘッド昇降体６がベッド２の上方に配置されている。
詳しくは、ベッド１の後部から起立形成されたコラム８は、上部が前方に折り曲げられて略Ｌ字状に形成されており、前方を向いた先端部にＸ軸摺動面が形成され、サドル１２がＸ軸方向移動可能に支持されている。そしてサドル１２は、前面にＺ軸摺動面が形成され、主軸ヘッド昇降体６がＺ軸方向移動可能に支持されている。

図２は図１のＡ部拡大図であり、主軸４周りを断面で示している。図２に示すように、工具Ｔは上部に円錐形状のテーパシャンク部１３、棒状のプルスタッド１４を有し、主軸４はこのテーパシャンク部１３を挿入するテーパ孔４ａ、プルスタッド１４を把持して引っ張り支持するドローバー４ｂ備えている。尚、これらの主軸４周りの構成は従来と同様であるため詳しい説明は省略する。

図３はマシニングセンタの一部を抜き出した斜視説明図であり、テーブル２とＡＴＣ装置７と遮蔽板１１との関係を示している。図３に示すＥ１は、スライドベース２及び主軸４が配置された加工領域、Ｅ２は工具マガジン２０が配置された非加工領域であり、遮蔽板１１により双方の領域は隔離されている。

図４はこの遮蔽板１１の斜視図を示し、（ａ）は前方（加工領域Ｅ１側）から見た図、（ｂ）は後方（非加工領域Ｅ２側）からみた図を示している。遮蔽板１１は、背面板１１ａ、左側面板１１ｂ、右側面板１１ｃを有して略コ字状に形成され、背面板１１の中央上部には長方形状の開口部３０が設けられている。開口部３０は、工具Ｔを交換する際に主軸ヘッド５及び主軸４に装着された工具Ｔが通過可能な幅及び高さで開口形成されている。そして、開口部３０の左右端部には、後述する閉鎖板で閉鎖した際に隙間を無くすための帯状のゴム片３０ａが取り付けられている。
また、背面板１１ａの下部は、前方に傾斜させた傾斜面板３１を有し、切り屑等やクーラントがスライドベース３後部のベッド１上等に落下するのを防止している。遮蔽板１１はスライドベース３に固定されている。

尚、図３に示す遮蔽板１１は、開口部３０が閉鎖板２３で閉鎖されている。この閉鎖板２３は後述するように工具マガジン２０に取り付けられている。

一方、ＡＴＣ装置７は、水平に配置された円盤状の工具マガジン２０を有し、工具マガジン２０は複数の工具把持部２１を環状に配置している。そして、工具マガジン２０の中央下部には、図１に示すように工具マガジン２０を回転させる割出モータ２２が配置されている。この割出モータ２２がスライドベース３の背部から延びたステー９の先端に固定され、ＡＴＣ装置７はスライドベース３の後方斜め上部に配置される。

図５はＡＴＣ装置７を斜め後方から見た斜視図、図６は工具マガジンの正面図をそれぞれ示している。図５，図６に示すように、遮蔽板１１の開口部３０を閉鎖する閉鎖板２３が工具マガジン２０の一端に取り付けられている。閉鎖板２３は開口部３０に合致する長方形で形成されている。

図７は工具マガジン２０と主軸ヘッドの位置関係を示す平面説明図、図８は図７のＢ部拡大図をそれぞれ示している。閉鎖板２３により開口部３０を閉鎖した状態では、図７に示すように，閉鎖板２３が開口部３０に合致する所定位置に工具マガジン２０を回転して割り出すだけで開口部３０を閉鎖できる。そして、図８に示すように開口部３０の周囲に取り付けられたゴム片３０ａに閉鎖板２３が当接することで、開口部３０が隙間無く閉鎖される。
尚、工具マガジン２０は工具把持部２１を多数備えており、図７はその状態を示しているが、図７以外で示す工具マガジン２０は工具把持部２１及び工具把持部２１に把持された工具Ｔは一部のみ示している。また、後述する図１１に示すように、ゴム片３０ａを備えた開口部３０の幅は主軸ヘッド５の径Ｗとほぼ同一に形成され、開口部３０は主軸ヘッド５が通過可能な最小の幅で形成されている。また、工具Ｔは主軸ヘッド５より小さい径で形成されている。

このように構成されたマシニングセンタにおける工具交換の流れは以下の様である。図９は主軸ヘッド５が工具交換位置にある状態のマシニングセンタ側面図、図１０はこの状態での工具マガジン２０と主軸ヘッド５の関係を示す平面図、図１１は図１０のＣ部拡大図をそれぞれ示し、これらの図を参照して説明する。
工具Ｔを交換する場合、主軸ヘッド５がＸ軸上の所定の位置で且つ所定の高さ（第１の所定位置）に移動すると共にスライドベース３が前方に移動し、主軸ヘッド５が遮蔽板１１の開口部３０を通過して工具交換が行われる。図９はこの工具交換の動作状態を示している。また、上記図７に示す主軸ヘッド５の位置が、開口部３０の前方に主軸ヘッド５を配置した第１の所定位置に配置した状態である。

具体的に、サドル１２のＸ軸方向移動と、主軸ヘッド昇降体６のＺ軸方向移動とにより、主軸ヘッド５を第１の所定位置に位置決めする。この第１の所定位置は、開口部３０の前方に主軸ヘッド５が配置された状態となる。並行して、割出モータ２２が工具マガジン２０を回転して閉鎖板２３を移動して開口部３０を開放し、同時に所望の工具把持部（主軸に装着している工具Ｔを収容する工具把持部）を割り出して開口部３０の後方に配置する。更に、スライドベース３を前方（Ｙ軸方向）に移動させて、ＡＴＣ装置７を所定の位置（第２の所定位置）に位置決めする。
図１１に示す開口部３０の直前となるＰの位置に主軸ヘッド５を配置した状態が、第２の所定位置にＡＴＣ装置７を移動させた状態である。

その後、スライドベース３を更に前方へ移動させることで、主軸ヘッド５が遮蔽板１１の開口部３０を通過し、図１１のＱに示す工具交換位置に移動する。この移動操作により主軸４に装着されている工具Ｔが工具把持部２１に把持される。
この把持を受けて、主軸４による工具把持が解除されてヘッド５を上昇（Ｚ軸方向移動）させる。こうして、工具Ｔは主軸４から工具マガジン２０に移動し、次に使用する工具Ｔの装着動作に入る。

工具Ｔの装着動作は、主軸ヘッド５を上昇させた状態で工具マガジン２０を回転させ、所望の工具Ｔを交換位置へ割り出し、主軸ヘッド５を下降させることで実施される。
こうして工具交換が終了したら、スライドベース３を後方へ移動（Ｙ軸方向移動）することで、主軸ヘッド５が開口部３０から引き出され、加工領域Ｅ１に移動させる。その後、被加工物の加工が継続される。

一方、ＡＴＣ装置７は、割出モータ２２が工具マガジン２０を回転させて閉鎖板２３を開口部３０に配置して開口部３０を閉鎖する。こうして工具交換は実施され、加工中開口部３０は常時閉鎖される。

このように、遮蔽板１１に設けた開口部３０は主軸ヘッド５及び工具Ｔが通過できれば良いため比較的小さい形状で良いし、遮蔽板１１により容易に閉鎖できる。よって、加工時に切り屑やクーラントが工具マガジン２０やスライドベース３後部などの非加工領域Ｅ２に入り込むのを簡易な構造で防止できる。
また、閉鎖板２３は簡単な形状の板部材で良く、アームレス型自動工具交換装置７を安価に構成できる。

尚、上記実施形態では閉鎖板２３を工具マガジン２０に１枚設置しているが、工具マガジン２０の複数箇所に設けても良く、閉塞板を複数備えることで割出時間を短くでき、工具交換時間を短縮できる。
また、割出モータ２２による所望の工具把持部２１の割り出し動作は、主軸４に装着された工具Ｔによる加工が終了した時点に開始するとよく、ＡＴＣ装置を前進させる際の待機時間がなくなり、工具交換時間を短縮できる。

１・・ベッド、２・・テーブル、３・・スライドベース、４・・主軸、５・・主軸ヘッド、７・・ＡＴＣ装置（アームレス型自動工具交換装置）、１１・・遮蔽板、１１ａ・・背面板、１１ｂ・・右側面板、１１ｃ・・左側面板、１３・・テーパシャンク部、２０・・工具マガジン、２１・・工具把持部、２２・・割出モータ、２３・・閉鎖板（閉鎖手段）、３０・・開口部。

Claims (2)

1. 上面に前後方向に沿って摺動面が形成されているベッドと、前記摺動面上で前後移動可能に支持されたスライドベースと、前記スライドベース上に設置されて被工作物を載置するテーブルと、前記テーブルの上部で装着された工具を回転させる主軸及び前記主軸を支持する主軸ヘッドと、工具マガジンを備えて前記主軸に装着する工具を自動交換するアームレス型自動工具交換装置と、前記スライドベース側の加工領域と前記工具マガジン側の非加工領域との間を隔離する遮蔽板と備えたマシニングセンタにおいて、
   前記主軸ヘッドは、上下及び左右に移動可能に前記ベッド上の摺動面後方に立設されたコラムに支持される一方、
   前記アームレス型自動工具交換装置は、テーパシャンク部を上にした工具を着脱自在に把持する工具把持部を円環状に複数備えた工具マガジンと、前記工具マガジンを回転して所望の工具把持部を割り出す割出モータとを有して、前記主軸ヘッドと割り出した所望の前記工具把持部との間で工具の装着・離脱動作を行い工具交換を実行し、
   前記遮蔽板は、前記スライドベース上に立設した背面板と背面板の左右に設けた側面板とを有して、前記背面板に前記主軸ヘッド及び工具が通過可能な開口部を設ける一方、前記工具マガジンの前記工具把持部の少なくとも１箇所に前記開口部を閉鎖する閉鎖手段を設け、
   前記閉鎖手段が、前記工具マガジンの複数箇所に立設されて前記工具マガジンと共に旋回する板部材であって、
   前記スライドベースの前後移動と、前記主軸ヘッドの上下移動と、前記工具マガジンの回転とにより、前記主軸ヘッドを前記開口部から前記工具マガジンが配置された前記非加工領域内に進入させて、前記アームレス型自動工具交換装置と前記主軸との間で工具交換を行い、
   少なくとも加工動作中は、前記閉鎖手段が割り出されて前記開口部を閉鎖し、前記加工領域と前記非加工領域を隔離することを特徴とするマシニングセンタ。
2. 前記割出モータによる所望の前記工具把持部の割り出し動作は、前記主軸に装着された工具による加工が終了した時点に開始されることを特徴とする請求項１記載のマシニングセンタ。

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