JP7108111B1 - 工具マガジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工具マガジンに収容された工具から離脱した切屑などを容易に回収することができる工具マガジン装置を提供する。
【解決手段】複数の工具ポット１２が外周部に所定間隔で配され、上下方向に循環する環状軌跡に沿って各工具ポット１２を循環搬送する工具搬送部１１と、前記工具ポット１２に保持された工具Ｔの先端軌跡に沿うように配され、前記工具から離脱した切屑を受け止めて案内する案内面を備えた切屑案内部と、を備えている工具マガジン装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、工具マガジン装置に関する。

ＮＣ（Numerical Control）工作機械には、主軸に対する工具交換を自動化する自動工具交換装置（ＡＴＣ）が設けられ、工具交換に要する時間の短縮が図られている。

自動工具交換装置は、工具を挿脱可能な複数の工具ポットが外周部に所定間隔で配され、所定の環状軌跡に沿って各工具ポットを循環搬送する工具搬送部を備えた工具マガジンを備えている。そして、主軸に対して予め設定された工具交換位置に工具搬送部により搬送された工具を、主軸に取付けられている工具と交換する工具交換アームを備えている。

特許文献１には、工具を保持して循環回転する工具マガジンから落下する切屑がマガジンカバーの底面に堆積し、種々の不具合を発生することを未然に防止することを目的とする工作機械が開示されている。

当該工作機械は、工具マガジンを内部に備えるマガジンカバーの底板の一部に、この底板の下部の加工領域に連通する排出口と、この排出口の側を下向きとして傾斜する傾斜部とを備え、工具マガジンから落下する切屑が、直接的に排出口に集まり、又は傾斜部に案内されて排出口に集まり、この排出を経てスプラッシュカバーで覆われた加工領域に排出されるように構成されている。

特開２００６－１３６９８４号公報

しかし、大型の工作機械では、交換対象となる工具の種類や数が増して、工具搬送部が大型になり、上下方向に循環する環状軌跡に沿って各工具ポットを循環搬送する工具搬送部を構成することになるため、特許文献１に記載されたような、マガジンカバーの底部に、工具から離脱した切屑を加工領域に排出する傾斜部や排出口を設けるような空間を確保することが困難であった。

そこで、スプラッシュカバーで覆われる加工領域の一側に工具マガジンを設置し、工具マガジンを覆うマガジンカバーに、工具から離脱して落下した切屑を回収するための扉を設けることが想定される。

しかし、扉を開放してアクセス可能となる僅かな隙間から清掃具などを挿入して、床部に落下して堆積した切屑を回収するのは非常に煩雑な作業となり、複数の工具搬送部が連設される場合には、清掃作業そのものが困難になる。

本発明の目的は、工具マガジンに収容された工具から離脱した切屑などを容易に回収することができる工具マガジン装置を提供する点にある。

本発明による工具マガジン装置は、複数の工具ポットが外周部に所定間隔で配され、上下方向に循環する環状軌跡に沿って各工具ポットを循環搬送する工具搬送部と、前記工具ポットに保持された工具の先端軌跡に沿うように配され、前記工具から離脱した切屑を受け止めて案内する案内面を備えた切屑案内部と、前記切屑案内部に隣接して設置されたチップ収容部と、前記工具搬送部による各工具ポットの循環搬送に連動して前記案内面に沿って前記切屑を前記チップ収容部に導くクリーナと、を備えていることを特徴とする。
また、複数の工具ポットが外周部に所定間隔で配され、上下方向に循環する環状軌跡に沿って各工具ポットを循環搬送する工具搬送部と、前記工具ポットに保持された工具の先端軌跡に沿うように配され、前記工具から離脱した切屑を受け止めて案内する案内面を備えた切屑案内部と、を備え、前記案内面は、前記工具ポットに保持された工具の先端軌跡のうち、平面視で水平方向への何れか一方の最大突出点に対応する位置から最下点に対応する位置までの間に設けられ、前記最下点に対応する位置に隣接して下方に凹む段差部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、工具マガジンに収容された工具から離脱した切屑などを容易に回収することができる工具マガジン装置を提供することができるようになる。

工具マガジン装置を備えた工作機械の正面視の説明図である。 （ａ），（ｂ）は工具マガジン装置の支持機構の説明図である。 工具マガジン装置の側面視の説明図である。 工具マガジン装置の側面視の説明図である。 （ａ）は工具マガジン装置の正面視の説明図、（ｂ）は工具マガジン装置からチップ収容部を取り出す状態の説明図である。 工具マガジン装置の別の実施形態を示す側面視の説明図である。 工具マガジン装置の別の実施形態を示す正面視の説明図である。

以下、工具マガジン装置の基本的な態様及び具体的な態様を説明する。
［工具マガジン装置の基本的態様］
先ず本発明の基本概念を説明する。
工具マガジン装置は、複数の工具ポットが外周部に所定間隔で配され、上下方向に循環する環状軌跡に沿って各工具ポットを循環搬送する工具搬送部と、前記工具ポットに保持された工具の先端軌跡に沿うように配され、前記工具から離脱した切屑を受け止めて案内する案内面を備えた切屑案内部と、を備えている。

そのため、工具搬送部で搬送中の工具から離脱した切屑は、床面の周囲に飛散することなく、工具の先端軌跡に沿うように配された案内面で受け止められる。

前記切屑案内部に隣接して設置されたチップ収容部と、前記工具搬送部による各工具ポットの循環搬送に連動して前記案内面に沿って前記切屑を前記チップ収容部に導くクリーナと、をさらに備えていることが好ましい。

工具搬送部による各工具ポットの循環搬送に連動するクリーナによって、案内面に落下した切屑が案内面に沿ってチップ収容部に導かれる。

前記クリーナは、前記工具ポットの一つに保持されていることが好ましい。

工具搬送部に備えた工具ポットの少なくとも一つにクリーナを設置することにより、工具の先端軌跡に沿って案内面の上に落下した切屑を、工具ポットとともに循環搬送されるクリーナによってチップ収容部に導くことができる。

前記クリーナは、隣接した前記工具ポットの間に配置されていることが好ましい。

工具搬送部に備えた工具ポットに必要な工具を収容しながらも、工具の先端軌跡に沿って案内面の上に落下した切屑を、循環搬送される工具ポットの間に配置されたクリーナによって、チップ収容部に導くことができる。

前記案内面は、前記工具ポットに保持された工具の先端軌跡のうち、平面視で水平方向への一対の最大突出点に対応する位置から最下点に対応する位置までの間に設けられていることが好ましい。

工具から落下する切屑は、工具ポットに保持された工具の先端軌跡のうち、平面視で水平方向への一対の最大突出点に対応する位置から内側に堆積することになる。そこで、当該範囲に案内面を設けることにより、確実に切屑を受け止めることができるようになる。

前記案内面は、前記工具ポットに保持された工具の先端軌跡のうち、平面視で水平方向への何れか一方の最大突出点に対応する位置から最下点に対応する位置までの間に設けられ、前記最下点に対応する位置に隣接して下方に凹む段差部が形成されていることが好ましい。

工具から落下する切屑は、工具ポットに保持された工具の先端軌跡のうち、平面視で水平方向への一対の最大突出点に対応する位置から内側に堆積することになる。そこで、何れか一方の最大突出点に対応する位置から最下点に対応する位置までの間に案内面を設けると、案内面によって案内される切屑が、最下点に対応する位置に隣接して設けられた段差部に集積される結果、回収作業が容易になる。

前記工具搬送部は、工具が径方向外側を指向するように外周部に複数の工具ポットが所定間隔で配された複数枚の円盤を備え、各円盤が回転軸心方向に重畳配置されていることが好ましい。

工具搬送部が、回転軸心方向に重畳配置された複数枚の円盤を備えて構成される場合に、切屑案内部が好適に作用して切屑の清掃作業の負荷を低減できるようになる。

［工具マガジン装置の具体的な態様］
以下に本発明による工具マガジン装置１０の具体的な態様を説明する。
図１には、本発明が適用される工具マガジン装置１０を備えた工作機械が例示されている。
工作機械１００は、ベッド１１０に設置されたコラム１２０に沿って、図示する紙面上で、上下及び左右方向に移動可能な工具主軸１３０と、ワークを保持する第１主軸１４０と、第１主軸１４０に対向配置され、左右方向に移動可能な第２主軸１５０と、第２刃物台１６０とを備えた５軸複合加工機で構成されている。

工具主軸１３０を備えたコラム１２０は、ベッド１１０に沿って左右方向に移動可能に構成され、第２刃物台１６０は、第１主軸１４０と第２主軸１５０との間で工具主軸１３０に対向するように配置され、上下及び左右方向に移動可能に構成されている。カバー体１８０で仕切られた内部空間が加工室ＰＲとなる。

工作機械１００左側面に工具マガジン装置１０が設けられている。工具主軸１３０には工具マガジン装置１０に収容された何れかの工具Ｔが選択されて、自動工具交換装置３０を介して交換可能に取り付けられている。

カバー体１８０の外側に操作盤２００が設置され、操作盤２００にＮＣプログラム記憶部、ＮＣ装置などの制御装置２１０が通信ケーブルを介して接続されている。ＮＣ装置には、工作機械１００の工具主軸１３０、第１主軸１４０、第２主軸１５０、第２刃物台１６０などをサーボ駆動するためのサーボ制御部２２０が接続されている。

工具主軸１３０や第２刃物台１６０の近傍にはクーラントノズルが配されており、被加工材であるワークＷの加工時には、第１主軸１４０または第２主軸１５０に保持されたワークＷの加工部位に向けてクーラントが噴出される。その際に発生して加工空間に漂うミスト状のクーラントを空気と共に回収するミストコレクタ１９０がカバー体１８０の上面に配されている。なお、図１には示していないが、カバー体１８０の正面には開閉可能な扉が設けられている。

ＮＣ装置によりＮＣプログラムが実行されることによりサーボ制御部２２０が駆動される。サーボ制御部２２０により工具主軸１３０が上下及び左右方向に移動制御され、第２主軸１５０が左右方向に移動制御され、第２刃物台１６０が上下左右方向に移動制御される。また、サーボ制御部により、工具主軸１３０に保持された工具Ｔ、第２刃物台１６０に保持された工具、第１主軸１４０、第２主軸１５０が回転制御される。

第１主軸１４０または第２主軸１５０の先端に備えた保持機構で保持されたワークＷが、工具主軸１３０に保持された工具Ｔまたは第２刃物台１６０で保持された工具で切削加工され、次に第２主軸１５０または第１主軸１４０の先端に備えた保持機構で持ち替えられたワークＷが工具主軸１３０に保持された工具或いは第２刃物台１６０で保持された工具で切削加工される。保持機構として、公知のチャック機構などが用いられる。また、第１主軸１４０および第２主軸１５０の双方でワークＷが保持された状態で工具主軸１３０に保持された工具或いは第２刃物台１６０で保持された工具で切削加工される場合もある。

工作機械１００の右側方にワークストッカー３００が設置されている。ワークストッカー３００は、安全管理のために周囲にカバー体３８０が設置され、加工前のワークＷと、加工後のワークＷ´が収容されるワーク載置台３４０が設けられている。

ワークストッカー３００には、先端にワークＷを挟持するためのハンドＨが取り付けられた多関節ロボット３３０が設けられ、多関節ロボット３３０の支持部３２０が水平案内板３１０に沿って矢印で示すように水平方向に移動可能に取り付けられている。

工作機械１００のカバー体１８０とワークストッカー３００のカバー体３８０の対向壁部には加工空間を仕切る扉３５０が設けられ、ワークＷの工作機械１００への搬入と、ワークＷ´の工作機械１００からの搬出時に開放され、ワークＷの工作機械１００での加工時に閉止される。扉３５０の開閉および多関節ロボット３３０の作動は、上述した制御装置２１０及びサーボ制御部により制御される。

ベッド１１０の下方には加工室ＰＲ内で滴下するクーラントを回収するクーラント回収槽１０１が設置され、機械加工に伴って発生する切屑がクーラントとともにクーラント回収槽１０１に回収されるように構成されている。クーラント回収槽１０１の底部にはチップコンベア１０２が配設され、クーラント回収槽１０１に回収された切屑はチップコンベア１０２により機外に搬出されて回収容器１０３に回収される。

上述した工具マガジン装置１０はカバー体１８０の内部に設置され、加工時の切屑やミストが飛散しないように、工具主軸１３０との間で工具Ｔの受渡部となる自動工具交換装置３０を除いて加工室ＰＲとは区画壁１８１で仕切られている。

工具マガジン装置１０は、三基の工具マガジンユニット１０Ｕが連設され、各工具マガジンユニット１０Ｕは、円環状の工具搬送部１１と、工具搬送部１１の外周部に設けた複数の工具ポット１２を備えている。図１では、一部の工具ポット１２にのみ工具Ｔが収容された状態が示されているが、各工具ポット１２には使用頻度に応じて同一または種類の異なる工具Ｔが其々収容されている。

工具マガジンユニット１０Ｕの手前側及び奥側にチップ収容部２３が配置され、工具Ｔに付着した切屑がチップ収容部２３に収容されるように構成されている。

図２（ａ），（ｂ）には、工具マガジンユニット１０Ｕの支持機構及び回転駆動機構が例示されている。図１における左側面視で真円形状に形成された工具搬送部１１は中央部に円形に刳り抜かれた縁部にフランジ１１Ａが形成されている。フランジ１１Ａに内接するように、三本の円柱状の支持体１５が中心角１２０度で均等に配され、各支持体１５は支持フレーム１７に備えた保持部１６に遊転可能に支持されている。

工具搬送部１１の外周部に所定間隔で配置された工具ポット１２の支持位置より内側に中心に向けて突設した歯車部２０が形成されている。当該歯車部２０と噛合するギヤ１９がモータ１８により駆動されることにより、支持体１５に支持された工具搬送部１１が正回転または逆回転駆動される。

このような支持機構及び回転駆動機構を備え、其々を独立して正逆両方向に回転駆動可能な工具マガジンユニット１０Ｕが三基並設されている。

なお、工具マガジン装置１０に備える工具マガジンユニット１０Ｕの数は三基に限るものではなく四基以上であってもよいし、一基のみであってもよい。また、上述した工具搬送部１１の支持機構及び回転駆動機構も例示に過ぎず、当該構成に限定されるものではない。

上述した工具マガジンユニット１０Ｕは、工具搬送部１１が平面視で真円に形成されているが、工具搬送部１１は平面視で真円に構成されている必要はなく、楕円形状や長円形状に構成されていてもよい。その場合には、予め設定された楕円軌道または長円軌道に沿って工具ポット１２が移動するようにチェーン機構で工具搬送部１１を構成し、モータにより駆動されるスプロケットによりチェーン機構を回転駆動するように構成すればよい。

つまり、工具搬送部１１は、複数の工具ポット１２が外周部に所定間隔で配され、上下方向に循環する環状軌跡に沿って各工具ポット１２を循環搬送するように構成されていればよい。

工具搬送部１１の回転駆動や自動工具交換装置３０による工具交換動作は、上述した制御装置２１０により制御される。

図３及び図４に示すように、工具マガジン装置１０には、工具ポット１２に保持された工具Ｔの先端軌跡（図３中、二点鎖線で示す。）に沿うように配置、具体的には工具Ｔの先端が接触しない程度の間隙を隔てて配置された案内面２２を備えた切屑案内部２１が設けられている。工具搬送部１１により搬送中の工具Ｔから離脱した切屑Ｃが、床面の周囲に飛散して堆積する場合に必要となる煩雑な清掃作業を不要とするため、加工後に工具ポット１２に戻された工具Ｔに付着し、その後に落下する切屑Ｃが案内面２２に受け止められる。

案内面２２は、上述した工具Ｔの先端軌跡のうち、平面視で水平方向への一対の最大突出点Ｐに対応する位置から最下点Ｑに対応する位置までの間に設けられている。図では、案内面２２は工具Ｔの先端軌跡に沿う弧状に形成されているが、弧状である必要はなく、工具Ｔの先端軌跡に沿うように板状体が多段に屈曲形成されていてもよい。

切屑案内部２１に備えた案内面２２は、各工具マガジンユニット１０Ｕに対応して其々別体で構成されていることが好ましいが、各工具マガジンユニット１０Ｕの並設方向に一体に構成されていてもよい。

案内面２２の端部にチップ収容部２３が設置されるとともに、工具搬送部１１に備えた工具ポット１２の一つに清掃具１３が収容されている。案内面２２に落下した切屑Ｃは、工具搬送部１１の回転に伴って移動する清掃具１３によりチップ収容部２３に掃き出される。工具搬送部１１の回転方向は、交換に要する時間の短縮のため、交換対象となる工具Ｔが収容された工具ポット１２の位置と自動工具交換装置３０の位置との相対距離が短い方向となるように決定される。

図３では、工具搬送部１１が左回転する際に、切屑Ｃが右側のチップ収容部２３に掃き出される。図４では、工具搬送部１１が右回転する際に、切屑Ｃが右側のチップ収容部２３に掃き出される。なお、案内面２２に落下した切屑Ｃが一度の工具交換のための工具搬送部１１の回転により、確実にチップ収容部２３に掃き出されるとは限らないため、工具交換時以外に定期的に工具搬送部１１を回転駆動させることで、切屑Ｃを確実にチップ収容部２３に掃き出すように制御することも可能である。また、間隔を隔てて複数の工具ポット１２に清掃具１３を装着してもよい。

清掃具１３として工具ポット１２に収容可能な金属製の棒状体を備え、当該棒状体の先端にブラシを設けたクリーナブラシを用いることができる。なお、この例のように、クリーナブラシは工具ポット１２に収容可能に構成されていることが好ましいが、工具ポット１２に収容される他に、工具搬送部１１の何れかの位置に着脱可能に取り付けられていてもよい。例えば、クリーナブラシは、隣接した工具ポット１２の間に固定または着脱可能に取り付けてもよい。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、カバー体１８０のうち、工具マガジン装置１０の正面側及び背面側にスライド式の扉１８２，１８３が設けられている。切屑が掃き集められたチップ収容部２３は、スライド式の扉１８２，１８３を開放することでカバー体１８０の外部に取り出されて回収される。従って、煩雑な清掃作業から開放される。

図６には、切屑案内部２１の別の実施形態が示されている。この例では、案内面２２は、工具Ｔの先端軌跡のうち、平面視で水平方向への何れか一方の最大突出点Ｐに対応する位置から最下点Ｑに対応する位置までの間に設けられ、最下点Ｑに対応する位置に隣接して下方に凹む段差部２４が形成されている。

何れか一方の最大突出点Ｐに対応する位置から最下点Ｑに対応する位置までの間に案内面２２を設けると、案内面２２によって案内される切屑Ｃが、最下点Ｑに対応する位置に隣接して設けられた段差部２４に集積される結果、回収作業が容易になる。この例では、スライド式の扉１８３を開放すれば、段差部２４に容易く掃除機の先端を近付けて清掃作業を行なうことができるようになる。

段差部２４の位置は最下点Ｑに対応する位置から扉１８３の間の何れに設けてもよい。

上述した工具搬送部１１は、工具Ｔが径方向外側を指向するように円盤状の回転体の外周部に複数の工具ポット１２を備えて構成された例を説明したが、工具ポット１２が、工具搬送部１１を構成する円盤状の回転体の外周部で回転面に垂直方向を指向するように配置されていてもよい。この場合も案内面２２は、工具ポット１２に保持された工具Ｔの先端軌跡のうち、平面視で水平方向への最大突出点に対応する位置から最下点に対応する位置までの間に設けられていればよい。

上述した実施形態では、工作機械１００が５軸複合加工機で構成された例を説明したが、本発明による工具マガジン装置１０は５軸複合加工機以外の工作機械に適用することも可能である。複数の工具ポットが外周部に所定間隔で配され、上下方向に循環する環状軌跡に沿って各工具ポットを循環搬送する工具搬送部を備えた工具マガジン装置１０であれば、他の型式の複合加工機にも適用可能であり、立形マシニングセンタ、横形マシニングセンタなどを含むマシニングセンタなどにも適用可能である。

以上、本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

以上に説明したように、本発明により、工具マガジンに収容された工具から離脱した切屑などを容易に回収することができる工具マガジン装置が実現できる。

１０：工具マガジン装置
１０Ｕ：工具マガジンユニット
１１：工具搬送部
１２：工具ポット
１３：清掃具
２１：切屑案内部
２２：案内面
２３：チップ収容部
３０：自動工具交換装置
１００：工作機械
１８２，１８３：スライド扉
Ｃ：切屑

Claims (6)

1. 複数の工具ポットが外周部に所定間隔で配され、上下方向に循環する環状軌跡に沿って各工具ポットを循環搬送する工具搬送部と、
   前記工具ポットに保持された工具の先端軌跡に沿うように配され、前記工具から離脱した切屑を受け止めて案内する案内面を備えた切屑案内部と、
   前記切屑案内部に隣接して設置されたチップ収容部と、
   前記工具搬送部による各工具ポットの循環搬送に連動して前記案内面に沿って前記切屑を前記チップ収容部に導くクリーナと、
   を備えている工具マガジン装置。
2. 複数の工具ポットが外周部に所定間隔で配され、上下方向に循環する環状軌跡に沿って各工具ポットを循環搬送する工具搬送部と、
   前記工具ポットに保持された工具の先端軌跡に沿うように配され、前記工具から離脱した切屑を受け止めて案内する案内面を備えた切屑案内部と、
   を備え、
   前記案内面は、前記工具ポットに保持された工具の先端軌跡のうち、平面視で水平方向への何れか一方の最大突出点に対応する位置から最下点に対応する位置までの間に設けられ、前記最下点に対応する位置に隣接して下方に凹む段差部が形成されている工具マガジン装置。
3. 前記切屑案内部に隣接して設置されたチップ収容部と、
   前記工具搬送部による各工具ポットの循環搬送に連動して前記案内面に沿って前記切屑を前記チップ収容部に導くクリーナと、
   をさらに備えている請求項２記載の工具マガジン装置。
4. 前記クリーナは、前記工具ポットの一つに保持されている請求項１または３記載の工具マガジン装置。
5. 前記クリーナは、隣接した前記工具ポットの間に配置されている請求項１または３記載の工具マガジン装置。
6. 前記工具搬送部は、工具が径方向外側を指向するように外周部に複数の工具ポットが所定間隔で配された複数枚の円盤を備え、各円盤が回転軸心方向に重畳配置されている請求項１から５の何れかに記載の工具マガジン装置。

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