JP4342928B2

JP4342928B2 - 工作機械の工具交換装置

Info

Publication number: JP4342928B2
Application number: JP2003428786A
Authority: JP
Inventors: 俊介中澤; 信博兼田; 亮祐安村
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: US20050143236A1; US7108647B2; DE102004061318B4; JP2005186186A; DE102004061318A1

Description

本発明は、加工側パレットと待機側パレットとを旋回部材により旋回軸回りに旋回することにより自動的に交換するようにしたパレット交換機構を備えた工作機械の工具交換装置に関する。

例えば、横型マシニングセンタでは、標準サイズの工具に比べて工具長さの長い長尺工具によりワーク加工を行なう場合がある。このような長尺工具を自動的に交換可能とするものとして、例えば、複数の長尺工具が配列された支持台をアクチュエータによりベッド上の待機位置と工具交換位置との間で移動させ、主軸により所要の工具を把持するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。またベッド上に門形フレームを設置し、該フレームのクロスビームに、長尺工具を保持する工具ホルダをアクチュエータにより加工領域外と加工領域内との間で移動可能に配設し、主軸により所要の工具を把持するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
実用新案登録第２５３２６６３号公報特開平１１−５８１６１号公報

しかしながら、上記従来の何れの工具交換装置においても、支持台及び工具ホルダを移動させる専用のアクチュエータを備える必要があり、またベッド上に大型の支持台や門形フレームを配置するためのスペースを別途確保する必要がある。このためコストが上昇するとともに、機械全体が大型化するという問題がある。

本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、工具マガジンを配設する場合のコストの上昇を抑制できるとともに、機械の大型化を防止できる工作機械の工具交換装置を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、加工領域側に配置された加工側パレットと、待機領域側に配置された待機側パレットとを旋回部材により旋回軸回りに旋回させることにより自動的に交換するようにしたパレット交換機構を備えた工作機械の工具交換装置において、上記旋回部材の加工側パレットと待機側パレットとの間に加工領域側と待機領域側とを画成する一対の仕切り板を間隔をあけて配設し、該各仕切り板の間に、少なくとも１本の工具を保持する工具マガジンを配設し、該工具マガジンを上記旋回部材により各工具が上記加工領域側に配設された主軸に対向するように旋回可能としたことを特徴としている。

請求項２の発明は、加工領域側に配置された加工側パレットと、待機領域側に配置された待機側パレットとを旋回部材により旋回軸回りに旋回させることにより自動的に交換するようにしたパレット交換機構を備えた工作機械の工具交換装置において、少なくとも１本の工具を保持する工具マガジンを上記旋回部材の半径方向外端部に配置し、該工具マガジンは、工具を半径方向内側に向けて保持しており、該工具マガジンを上記旋回部材により各工具が上記加工領域側に配設された主軸に対向するように旋回可能とした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において、上記加工領域側には加工側パレットを支持する加工テーブルが配設され、加工領域側に旋回された上記工具マガジンを上記加工テーブルにより支持するように構成され、該加工テーブル及び上記主軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させることにより上記主軸に上記工具マガジンの工具を把持させるように構成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において、上記加工テーブルには加工側パレットを位置決め固定するクランプ機構が配設されており、加工領域側に旋回された上記工具マガジンを上記クランプ機構により位置決め固定するように構成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１，３及び４の何れかにおいて、上記工具マガジンは、上記旋回部材の半径方向外端部に配置され、かつ工具を半径方向と交差する方向に向けて保持していることを特徴としている。

請求項１の発明に係る工具交換装置によれば、加工領域側と待機領域側とを画成する一対の仕切り板の間に工具マガジンを収容し、工具マガジンを旋回部材のパレット旋回領域に配設し、該旋回部材により工具マガジンを加工領域側の主軸に対向するように旋回可能としたので、加工時に切り屑やクーラントが工具マガジンに飛散するのを防止でき、加工側，待機側パレットの間のデッドスペースを有効利用して工具マガジンを配置でき、機械の大型化を防止できる。また加工側，待機側パレットを旋回駆動する既存の旋回部材を有効利用して工具マガジンを加工領域側に移動させることができ、工具マガジン専用のアクチュエータを不要にでき、コストを低減できる。

請求項３の発明では、加工側パレットを支持する既存の加工テーブルにより工具マガジンを支持するようにしたので、部品点数を増やすことなく工具マガジンを支持でき、コストを低減できる。

請求項４の発明では、加工テーブルに設けられた加工側パレットの位置決め用クランプ機構により工具マガジンを位置決め固定したので、既存のクランプ機構をそのまま利用して工具マガジンを位置決めでき、コストを低減できる。

請求項２の発明では、工具マガジンを旋回部材の半径方向外端部に配置し、工具を半径方向内側に向けて配置したので、標準サイズの工具より工具長の長い長尺工具を効率よく収納することができる。

請求項５の発明では、工具を半径方向と交差する方向に向けて保持したので、長尺工具を空きスペースを利用して効率よく収納できる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図１１は本発明の一実施形態による横型マシニングセンタ（工作機械）の工具交換装置を説明するための図であり、図１は横型マシニングセンタの平面図、図２〜図６は工具交換装置の工具交換動作を示す平面図、図７，図８は横型マシニングセンタの側面図，斜視図、図９（ａ），（ｂ）は工具マガジンの斜視図、図１０は工具保持機構及び工具ホルダの斜視図、図１１はパレット交換装置のクランプ機構の断面図である。

図において、１は横型マシニングセンタを示しており、これは機械正面から見て、固定ベッド２の後端部２ａに略直方体のコラム３を配置固定し、該コラム３の前面にサドル４をＸ軸（左右）方向に移動可能に配設するとともに、該サドル４に主軸５が装着された主軸頭６をＹ軸（上下）方向に移動可能に配設し、上記固定ベッド２のコラム３の前側に加工テーブル７をＺ軸（前後）方向に移動可能に配設した構成となっている。

上記サドル４及び主軸頭６は不図示のガイドレールにより移動可能に支持されており、不図示のボールねじ，サーボモータにより往復駆動される。また主軸５は主軸頭６に回転自在に支持され、不図示の駆動モータにより回転駆動される。上記加工テーブル７は固定ベッド２上に配設された左，右一対のガイドレール８，８により移動可能に支持されており、不図示のボールねじ，サーボモータにより往復駆動される。

上記固定ベッド２の前部２ｂにはパレット交換装置１０が配設されている。このパレット交換装置１０は、上記加工テーブル７に支持された加工側パレット１１と、固定ベッド２の機械正面側に配置された待機側パレット１２とを旋回部材１３により不図示の昇降駆動機構で昇降させるとともに旋回駆動機構で旋回軸１４回りに１８０度旋回させることにより自動的に交換するように構成されている。このようにして待機側パレット１２にセットされた次加工ワークと加工側パレット１１の加工済みワークとの交換が行なわれる。

上記旋回部材１３の加工側，待機側パレット１１，１２の間には仕切り部材１５が配置されている。この仕切り部材１５は、上記固定ベッド２の前部２ｂの上方空間を加工領域Ａ側と待機領域Ｂ側とに画成し、もって加工中の切り屑やクーラントが待機領域Ｂ側に飛散するのを防止するものであり、旋回部材１３とともに旋回するように固定されている。

上記旋回部材１３は、加工側，待機側パレット１１，１２の下面に係合可能に、かつ平面視で概ねＨ形状に形成された旋回アーム１３ａと、該旋回アーム１３ａの外辺部に固定された概ね半円状をなす旋回テーブル１３ｂ，１３ｃとから構成されている。上記旋回アーム１３ａの旋回中心に上記旋回軸１４が固定されている。

また上記加工テーブル７には加工側パレット１１を所定の回転角度位置に回転割り出し位置決めする回転割り出し機構１８と、上記加工側パレット１１を位置決め固定する４つのクランプ機構１９とが配設されている（図３参照）。この各クランプ機構１９は回転割り出し機構１８の外周部に９０度間隔をあけて配設されている。また待機領域Ｂ側には待機側パレット１２を所定の回転角度位置に回転割り出し位置決めする回転割り出し機構１７が配設されている。

上記クランプ機構１９は、図１１に示すように、加工テーブル７に固定されたベース部材２０′にシリンダ部材２０を配置するとともに、該シリンダ部材２０内にピストン２１をクランプ位置（下降）とアンクランプ位置（上昇）との間で昇降可能に挿入配置し、上記シリンダ部材２０に複数個のロックボール２２を半径方向に進退可能に配置した概略構造のものである。また上記加工側パレット１１の下面の各クランプ機構１９に対応する部位には環状の位置決め部材２３が固定されており、該位置決め部材２３の内周面には上記ロックボール２２が係合する凹部２３ａが凹設されている。なお、図１１はアンクランプ状態を示している。

上記加工側パレット１１が旋回されて加工テーブル７の上方に位置し、次いで加工側パレット１１が下降すると位置決め部材２３にシリンダ部材２０が係合し、次いでシリンダ部材２０の下降油圧室２０ａに油圧が供給され、もってピストン２１が下降し、ロックボール２２が凹部２３ａに嵌合する。これにより加工側パレット１１が加工テーブル７に位置決め固定される。下降油圧室２０ａの油圧が開放され、上昇油圧室２０ｂに油が供給されるとピストン２１が上昇し、ロックボール２２の嵌合が解除される。

本実施形態の横型マシニングセンタ１は第１，第２工具交換装置２５、２６を備えている。この第１工具交換装置２５は、図１に示すように、主として固定ベッド２のコラム３側方に配設され、標準サイズからなる多数の工具（不図示）を主軸の軸線と平行に保持する工具マガジン２５ａと、該工具マガジン２５ａと主軸５との間に配設された工具交換アーム（不図示）とを備えており、該工具交換アームにより主軸５に装着された前工程用工具と工具マガジン２５ａに保持された次工程用工具とを自動的に交換するように構成されている。

第２工具交換装置２６は、ボーリングバー等からなる複数の長尺工具Ｔ１〜Ｔ４が軸線を水平に向けて配設された工具マガジン２８と、該各長尺工具Ｔ１〜Ｔ４を工具マガジン２８に保持する工具保持機構２９とを備えている。

上記各長尺工具Ｔ１〜Ｔ４は標準サイズの工具より工具径，工具長さの大きい、例えば最大工具径２００φ，最長工具長さ１０００ｍｍ程度のものである。また各長尺工具Ｔ１〜Ｔ４は工具ホルダ２７に刃具を固着した構造となっており、この工具ホルダ２７は主軸５に嵌挿されるテーパ部２７ａと工具保持機構２９に保持される環状の係合溝２７ｂとを有している（図１０参照）。

上記工具マガジン２８は、支持ベース３０上にツール保持部材３１を配置固定し、該ツール保持部材３１に上下方向に間隔をあけて４つの棚部３１ａを形成した構造となっている。この各棚部３１ａに工具保持機構２９により上記長尺工具Ｔ１〜Ｔ４が保持されている。上記支持ベース３０の下面には上述の位置決め部材２３と同様の一対の位置決め部材２３′が配置固定されている。この各位置決め部材２３′を介して工具マガジン２８が上記加工テーブル７の２つのクランプ機構１９により位置決め固定される。

上記工具保持機構２９は、図１０に示すように、棚部３１ａに固定された本体部２９ｄに工具ホルダ２７の係合溝２７ｂの下辺部に係合する保持部２９ａを形成するとともに、係合溝２７ｂの上辺部に係合するツール押さえ部２９ｂを揺動可能に支持し、該ツール押え部２９ｂを油圧シリンダ部２９ｃにより進退駆動するように構成されている。

上記仕切り部材１５は旋回軸１４から左右機外側ほど拡開する一対の仕切り板１５ａ，１５ｂを備えており、該各仕切り板１５ａ，１５ｂは左，右の旋回テーブル１３ｂ，１３ｃに固定されている。この各仕切り板１５ａ，１５ｂは、図８に示すように、矩形枠状のフレーム部材１５ｃに透明樹脂からなる窓板１５ｄを配設した構造であり、この窓板１５ｄを透して機内が見えるようになっている。また左，右の旋回テーブル１３ｂ，１３ｃの各仕切り板１５ａ，１５ｂ間部分には開口１３ｂ′，１３ｃ′が切り欠いて形成されている。

そして上記工具マガジン２８は、機械正面から見て、上記左側の旋回テーブル１３ｂの加工側パレット１１と待機側パレット１２との間に位置する各仕切り板１５ａ，１５ｂの間に配設されている。また工具マガジン２８は旋回テーブル１３ｂの半径方向外端部に配置されており、各長尺工具Ｔ１〜Ｔ４は旋回テーブル１３ｂの外端部から半径方向内側に向けて配置されている。

上記各仕切り板１５ａ，１５ｂの下縁部には上記工具マガジン２８を支持する支持部材３４，３４が固定されている。この各支持部材３４，３４は支持ベース３０の下面に係合して工具マガジン２８を支持するようになっている。また左，右の各仕切り板１５ａ，１５ｂと固定ベッド２の外縁との間には弾性部材等からなる仕切り部材３５，３６が仕切り部材１５ａ，１５ｂに接触するように配設されている。この仕切り部材３５，３６により各仕切り板１５ａ，１５ｂの間には加工領域Ａ側，待機領域Ｂ側とは独立した工具収納室Ｃが形成されており、機外側から長尺工具Ｔ１〜Ｔ４の取り替えやメンテナンスが行なえるようになっている。

本実施形態の横型マシニングセンタ１では、ワーク（不図示）が搭載された加工テーブル７をＺ軸方向に、サドル４をＸ軸方向に、主軸頭６をＹ軸方向にそれぞれ相対移動させつつ主軸５に装着された工具（不図示）を回転させることによってワーク加工が行なわれる。

そして第２工具交換装置２６による工具交換を行なう場合には、旋回部材１３が加工側，待機側パレット１１，１２及び工具マガジン２８を上昇させ、この状態で旋回部材１３が時計回りに９０度旋回する（図２参照）。すると工具マガジン２８が加工領域Ａ側に移動し、各長尺工具Ｔ１〜Ｔ４の工具ホルダ２７が主軸５に対向する。続いて旋回部材１３が工具マガジン２８を下降させ、各位置決め部材２３′が加工テーブル７のクランプ機構１９によって固定され、もって工具マガジン２８が加工テーブル７に位置決め固定される。

加工テーブル７がＺ軸方向主軸５側に移動するとともに、主軸５がＸ軸，Ｙ軸方向に移動して長尺工具Ｔ１が主軸５に把持される（図３参照）。この場合、主軸５に前工程用長尺工具が装着されているときには、先にこの前工程用長尺工具が工具マガジン２８に戻され、この後次工程用長尺工具が把持される。

加工テーブル７がＺ軸方向に移動してパレット交換位置に後退すると、工具マガジン２８のクランプが解除されるとともに、旋回部材１３が上昇して工具マガジン２８を支持する（図４参照）。次いで旋回部材１３が半時計回りに９０度旋回する。この旋回により、主軸５に装着された長尺工具Ｔ１と仕切り板１５ａ，１５ｂとが干渉する場合には、図５に示すように、まずサドル４をＸ軸方向に移動させて長尺工具Ｔ１を退避させる。

上記旋回部材１３の旋回によって工具マガジン２８は工具マガジン室Ｃに収容され、加工側パレット１１が加工領域Ａ側の加工テーブル７にクランプされることとなり、この状態で長尺工具Ｔ１により加工が行なわれる（図６参照）。

このように本実施形態によれば、工具マガジン２８を旋回部材１３の加工側パレット１１と待機側パレット１２との間に配設し、該旋回部材１３により工具マガジン２８を加工領域Ａ側の主軸５に対向するように旋回させるようにしたので、加工側，待機側パレット１１，１２の間のデッドスペースを有効利用して工具マガジン２８を配置でき、機械の大型化を防止できる。

また上記加工側，待機側パレット１１，１２を旋回駆動するパレット交換装置１０の旋回部材１３を利用して工具マガジン２８を加工領域Ａ側に移動させることができ、工具マガジン専用のアクチュエータを不要にでき、コストを低減できる。

本実施形態では、上記加工側パレット１１を支持する既存の加工テーブル７により工具マガジン２８を支持するようにしたので、部品点数を増やすことなく工具マガジン２８を支持でき、コストを低減できる。

上記加工テーブル７に設けられた加工側パレット１１の位置決め用クランプ機構１９により工具マガジン２８を位置決め固定したので、既存のクランプ機構１９を利用して工具マガジン２８を位置決めでき、この点からもコストを低減できる。

本実施形態では、加工領域Ａ側と待機領域Ｂ側とを画成する一対の仕切り板１５ａ，１５ｂの間に工具マガジン２８を収容したので、加工時に切り屑やクーラントが工具マガジン２８に飛散するのを防止できる。この場合、仕切り部材１５の仕様変更だけで済み、工具交換装置２６全体のコスト上昇を抑制できるとともに、後付けが可能となる。

また上記工具マガジン２８を旋回部材１３の半径方向外端部に配置し、各長尺工具Ｔ１〜Ｔ４を半径方向内側に向けて配置したので、工具長の長い長尺工具Ｔ１〜Ｔ４を効率よく収納することができる。

なお、上記実施形態では、機械正面から見て、左側の旋回テーブル１３ｂに工具マガジン２８を配設したが、本発明では、図１の二点鎖線で示すように、右側の旋回テーブル１３ｃ側にも工具マガジン２８′を配設してもよく、このようにした場合には収納工具本数を２倍に増やすことができる。

また上記実施形態では、２組のパレットを備えたパレット交換装置に工具マガジンを配設した場合を例にとって説明したが、本発明では、３組のパレットを備えたパレット交換装置にも適用でき、この場合にもパレットとパレットとの間に工具マガジンを配置することにより上記実施形態と略同様の効果が得られる。

さらに上記実施形態では、加工テーブルがＺ軸方向に移動する場合を例に説明したが、コラムがＺ軸方向に移動する場合にも適用できる。

上記実施形態では、各工具Ｔ１〜Ｔ４を旋回部材１３の半径方向内側に向けて配置したが、本発明では、各工具を半径方向と直交方向に向けて配置してもよく、このようにしたのが請求項５の発明である。この場合には、工具マガジンが加工テーブルにクランプされてから、工具を加工テーブルにより９０度旋回させ、もって主軸に対向させることとなる。

本発明の一実施形態による横型マシニングセンタの工具交換装置を説明するための平面図である。上記工具交換装置の工具交換動作を示す平面図である。上記工具交換装置の工具交換動作を示す平面図である。上記工具交換装置の工具交換動作を示す平面図である。上記工具交換装置の工具交換動作を示す平面図である。上記工具交換装置の工具交換動作を示す平面図である。上記横型マシンニグセンタの側面図である。上記横型マシンニグセンタの斜視図である。上記工具交換装置の工具マガジンの図である。上記工具マガジンの工具保持機構及び工具ホルダの斜視図である。上記横型マシニングセンタのパレット交換装置のクランプ機構の断面図である。

符号の説明

１横型マシニングセンタ（工作機械）
５主軸
７加工テーブル
１０パレット交換装置
１１加工側パレット
１２待機側パレット
１３旋回部材
１４旋回軸
１５仕切り部材
１５ａ，１５ｂ仕切り板
１９クランプ機構
２６第２工具交換装置
２８工具マガジン
Ａ加工領域
Ｂ待機領域
Ｔ１〜Ｔ４長尺工具

Claims

加工領域側に配置された加工側パレットと、待機領域側に配置された待機側パレットとを旋回部材により旋回軸回りに旋回させることにより自動的に交換するようにしたパレット交換機構を備えた工作機械の工具交換装置において、上記旋回部材の加工側パレットと待機側パレットとの間に加工領域側と待機領域側とを画成する一対の仕切り板を間隔をあけて配設し、該各仕切り板の間に、少なくとも１本の工具を保持する工具マガジンを配設し、該工具マガジンを上記旋回部材により各工具が上記加工領域側に配設された主軸に対向するように旋回可能としたことを特徴とする工作機械の工具交換装置。
加工領域側に配置された加工側パレットと、待機領域側に配置された待機側パレットとを旋回部材により旋回軸回りに旋回させることにより自動的に交換するようにしたパレット交換機構を備えた工作機械の工具交換装置において、少なくとも１本の工具を保持する工具マガジンを上記旋回部材の半径方向外端部に配置し、該工具マガジンは、工具を半径方向内側に向けて保持しており、該工具マガジンを上記旋回部材により各工具が上記加工領域側に配設された主軸に対向するように旋回可能としたことを特徴とする工作機械の工具交換装置。
請求項１又は２において、上記加工領域側には加工側パレットを支持する加工テーブルが配設され、加工領域側に旋回された上記工具マガジンを上記加工テーブルにより支持するように構成され、該加工テーブル及び上記主軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させることにより上記主軸に上記工具マガジンの工具を把持させるように構成されていることを特徴とする工作機械の工具交換装置。
請求項３において、上記加工テーブルには加工側パレットを位置決め固定するクランプ機構が配設されており、加工領域側に旋回された上記工具マガジンを上記クランプ機構により位置決め固定するように構成されていることを特徴とする工作機械の工具交換装置。
請求項１，３及び４の何れかにおいて、上記工具マガジンは、上記旋回部材の半径方向外端部に配置され、かつ工具を半径方向と交差する方向に向けて保持していることを特徴とする工作機械の工具交換装置。