JP4930714B2 - 横型マシニングセンタのワーク払出し装置 - Google Patents

Description

この発明は、横型マシニングセンタで加工した後の加工位置のワークを払出し位置に払出す横型マシニングセンタのワーク払出し装置に関するものである。

特許文献１には、ケーシングに軸支した回転軸を工作機械の主軸のテーパ孔に着脱可能に構成したワーク把持工具を工具マガジンに収納しておき、そのワーク把持工具のケーシングに回転軸に設けたピニオンに噛み合う一対の平行なラック部材を摺動可能に設け、ラック部材の互いに反対側となる突出端に把持部材を夫々設け、ワーク把持工具を主軸に装着させた状態で、主軸の回転により把持部材を開閉動作させ、加工位置のワークを把持部材で把持した後、工作機械の主軸（移動コラム）を左右移動させてワークを加工位置側方の所定位置に搬送するようにしたワーク払出し装置が開示されている。

特許文献２には、特許文献１と同様に、ケーシングに軸支した回転軸を工作機械の主軸のテーパ孔に着脱可能に構成したワーク把持工具を工具マガジンに収納しておき、そのワーク把持工具の回転軸の先端部分にねじ部を設け、ケーシングに回転軸のねじ部に螺合する開閉用部材を回転軸の軸線方向に摺動可能に設け、ケーシングに揺動可能に設けた把持部材の嵌合突起部を開閉用部材の開閉用溝に嵌合させ、ワーク把持工具を主軸に装着させた状態で、主軸の回転により把持部材を開閉動作させ、加工位置のワークを把持部材によって把持した後、工作機械の主軸（移動コラム）を左右移動させてワークを加工位置側方の所定位置に搬送するようにしたワーク払出し装置が開示されている。

特許文献３には、主軸がＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動可能なマシニングセンタの工具マガジンに保持具を収納させておき、保持具に切削油等の圧力流体で把持部を開閉させるシリンダを備え、保持具を主軸に装着させた状態で、圧力流体をシリンダに給排して保持部を開閉動作させ、加工位置のワークを保持部によって把持した後、工作機械の主軸を移動させてワークを加工位置側方の搬出路に搬送するようにしたワーク払出し装置が開示されている。
特開２００３−１８１７３６号公報 特開２００３−２３１０３４号公報 特開２００４−４２１５２号公報

特許文献１〜３に記載のワーク払出し装置では、マシニングセンタ等の工作機械の主軸の移動領域が主軸の工具でワークを加工する領域に設定されているので、主軸に装着したワーク把持工具や保持具でワークを把持して払出す払出し位置が加工位置の側方に制限され、ワークを加工位置の前方の払出し位置に直接払出すことができない問題がある。その為、ワーク加工位置の前方へ払出したいときは、特許文献３に記載されているように、ワークの加工位置の側方にワークを前方へ搬送する搬出路を設け、ワーク把持工具や保持具によって把持したワークを加工位置側方の搬出路に払出した後でワークを搬出路によって加工位置の前方へ取出すようにしている。ところが、このように搬出路を別個に設ける装置では、装置の構成が複雑になる上に、ワークの取出しが不安定になり、ワークを次工程に移送する際のトラブルを招く問題がある。また、特許文献１〜３のワーク払出し装置では、ワークを把持部材で把持して搬送するようになっているので、ワーク把持工具や保持具の構成が複雑でコスト高になる上に、ワーク把持工具や保持具の把持部材の構成が把持すべきワークの形状や寸法に特定され、ワークの種類に応じて種々のワーク把持工具や保持具を準備する必要があってトータルコストが高くなる問題もある。

本願発明の課題は、種々形状のワークの払出しに兼用することができて、しかも簡易な構成で安価に製造できる横型マシニングセンタのワーク払出し装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本願発明は、主軸を回転可能に支承して左右、上下、前後に移動される主軸支承体と、主軸に装着する交換用の工具を収納可能な工具マガジンと、主軸と工具マガジンとの間で工具交換可能な工具交換装置を備え、主軸に装着した工具を左右、上下、前後に移動させてワークを加工するようにした横型マシニングセンタにおいて、加工済のワークを払出し位置に押出す払出し工具を備え、払出し工具を工具マガジンに主軸との間で交換可能に収納するワーク払出し装置であって、
軸線方向に長いケーシングと、ケーシングの元部側に回転可能に支承させた回転体と、回転体の軸心部に固着してケーシングの先端側へ突出させた送り軸と、ケーシングに回り止め状態で軸線方向へ移動可能に設けた軸線方向に長い押出部材と、押出部材の元部側に軸線方向へ相対移動しないように設けて送り軸に螺合させたナット部材を備え、回転体に主軸に着脱可能な嵌着部と、ケーシングに主軸支承体に係合可能な係合部を夫々設けて払出し工具を構成し、
ケーシングを軸線方向に長い筒形に形成し、ケーシング内に先端部が閉塞された筒形の押出部材を回り止め状態で軸線方向へ移動可能に設け、押出部材の元部側にナット部材を固着して押出部材内の閉鎖空間に送り軸とナット部材を収納し、押出部材の先端部に交換可能なワーク当接部材を備え、
主軸の回転により送り軸が回転体と一体回転し、回り止め状態のケーシングと押出部材により、ナット部材と押出部材が送り軸に沿って前方へ移動し、ワーク当接部材が加工位置のワークを押して払出し位置へ払出すことを特徴とする（請求項１）。

また、本願発明は、前記嵌着部を主軸の装着孔に装着した際に、前記主軸支承体の係合孔に前記係合部を嵌合して前記ケーシングを回り止め状態とする一方、ケーシング内に摺動キーを備え、前記押出部材の外周の摺動部に摺動凹部を形成し、摺動凹部と摺動キーの嵌合により押出部材を回り止め状態としたことを特徴とする（請求項２）。
また、本願発明は、回転体を横型マシニングセンタが備えている主軸のリジットタップサイクル機能によって回転させるように構成し、１サイクルでワークの払出しを完了するようにしたことを特徴とする（請求項３）。

本願発明は、軸線方向に長いケーシングと、ケーシングの元部側に回転可能に支承させた回転体と、回転体の軸心部に固着してケーシングの先端側へ突出させた送り軸と、ケーシングに回り止め状態で軸線方向へ移動可能に設けた軸線方向に長い押出部材と、押出部材の元部側に軸線方向へ相対移動しないように設けて送り軸に螺合させたナット部材を備え、回転体に主軸に着脱可能な嵌着部を、ケーシングに主軸支承体に係合可能な係合部を夫々設けて払出し工具を構成し、
ケーシングを軸線方向に長い筒形に形成し、ケーシング内に先端部が閉塞された筒形の押出部材を回り止め状態で軸線方向へ移動可能に設け、押出部材の元部側にナット部材を固着して押出部材内の閉鎖空間に送り軸とナット部材を収納し、押出部材の先端部に交換可能なワーク当接部材を備え、
主軸の回転により送り軸が回転体と一体回転し、回り止め状態のケーシングと押出部材により、ナット部材と押出部材が送り軸に沿って前方へ移動し、ワーク当接部材が加工位置のワークを押して払出し位置へ払出すので、工具マガジンに収納された払出し工具を主軸に装着し、払出し工具の押出部材を主軸の回転により前進させると共に主軸を前進させることで、押出部材により加工位置のワークを加工位置前方の払出し位置に大きく押し移動させて払出すことができる。また、工具マガジンに収納された払出し工具を主軸に装着し、その払出し工具の押出部材を主軸の回転により前進させると共に主軸を前進させてワークを払出すようにしたので、ワーク払出し装置の為の専用設置スペースを不要にでき、既設のマシニングセンタにも簡易迅速に実施できる。また、払出し工具の押出部材を前進させて押出部材でワークを押し移動させて払出すので、ワークの形状等が種々異なるときでも、それらのワークを同一の払出し工具によって容易に払出すことができ、製造コストを低くできる。

また、本願発明は、ケーシングを軸線方向に長い筒形に形成し、ケーシング内に先端部が閉塞された筒形の押出部材を回り止め状態で軸線方向へ移動可能に設け、押出部材の元部側にナット部材を固着し、押出部材の先端部にワーク当接部材を備えているので、押出部材内の閉鎖空間に送り軸とナット部材を収納でき、送り軸とナット部材に切粉や塵埃等が付着するのを防止して長期に亘って作動を確実にできる。
また、本願発明は、回転体を横型マシニングセンタの主軸のリジットタップサイクル機能によって回転させるように構成し、１サイクルでワークの払出しを完了するようにしたので、新たな駆動源を追加することなく、少ない費用でワークを加工位置前方へ簡易迅速に払出しできる。

次に、図に示す本願発明の実施形態について説明する。図１、図２は、クイル式の横型マシニングセンタ１の側面図を示すもので、図１は加工位置Ｐに位置されているワークＷを加工している状態を示し、図２は加工後のワークＷを加工位置Ｐから加工位置Ｐ前方の払出し位置Ｑに払出している状態を示している。クイル式の横型マシニングセンタ１は、ベッド２上に左右方向(Ｘ軸)に移動可能に設けられている移動コラム３と、この移動コラム３に上下方向(Ｙ軸)に移動可能に設けられているサドル５と、サドルに水平姿勢で前後方向(Ｚ軸)に移動可能に設けられている主軸支承体として例示するクイル７とを備えている。クイル７には主軸９が回転可能に支承され、主軸９の先端部には工具１０を交換可能に装着する為の装着孔１１（図ではテーパ孔を示している）が設けられている。移動コラム３は図示しない左右移動用モータによって正逆回転される送り軸１３によって左右移動され、サドル５は昇降用モータ１５によって正逆回転される送り軸１６によって上下移動され、クイル７は前後移動用モータ１８によって正逆回転される図示しない送り軸によって前後移動されるようになっている。主軸９はクイル７の後端部に設けられている主軸用モータ２０によって正逆回転されるようになっている。

移動コラム３の上方にはベッド２から立設されている複数の支柱２１等によって左右方向の支持枠２３が固定的に配置され、その支持枠２３に工具マガジン２５が設置されている。工具マガジン２５は、割出用モータ２６によって回転される回転軸２７に円盤状の工具保持板２８が設けられ、その工具保持板２８の外周部に多数の保持部２９が設けられている。工具保持板２８の保持部２９に種々の工具１０が交換可能に保持されている。工具保持板２８の保持部２９に保持されている工具１０と主軸９の装着孔１１に装着されている工具１０とを交換する工具交換装置３０は、サドル５が上昇することで主軸９の装着孔１１に装着されている工具１０を工具保持板２８の最下端位置の保持部２９に直接装着し、その後クイル７が後退して工具１０を主軸９の装着孔１１から抜き取り、また、主軸９の装着孔１１を工具保持板２８の最下端位置の保持部２９に保持されている工具１０の後方に位置させた後、クイル７を前進させて主軸９の装着孔１１に工具１０を装着し、その後サドル５が下降することで工具１０を工具保持板２８の最下端位置の保持部２９から離脱させて工具交換するようになっている。なお、工具マガジン２５は、チェーンを利用したものや、案内溝を利用した他の工具マガジンであっても良い。工具交換装置３０は、両端部に工具保持部を備えた交換アームを用いて工具交換するものであっても良い。

また、ベッド２上には、加工領域にワーク固定用の冶具３２が設置されている。冶具３２は、冶具本体３３に加工位置Ｐで昇降可能な案内部材３４を備え、案内部材３４の上昇状態で案内部材３４上にワークＷが前方から人手やロボット等で供給されたりワークＷが次に示すワーク払出し装置４０によって前方へ払出しされ、案内部材３４の下降状態で案内部材３４上のワークＷを冶具本体３３に図示しないクランプ装置によりクランプしたりアンクランプするようになっている。横型マシニングセンタ１の加工領域前方の払出し位置Qには、ワークＷを載置可能な載置テーブル３６が設けられている。この載置テーブル３６の上面は、上昇状態の案内部材３４の上面と同じ高さに設定され、かつ、上昇状態の案内部材３４に対して開閉ドア３８の移動軌跡を挟んで僅かな隙間をあけて連続するように設けられている。なお、払出し位置Qには、載置テーブル３６の代わりにワークＷを載置可能な搬送コンベアや昇降テーブルを配置して置いても良い。

次に、クイル式横型マシニングセンタ１において、加工済の加工位置ＰのワークＷを払出し位置Ｑに払出すためのワーク払出し装置４０について説明する。ワーク払出し装置４０は、図３、図４に示す払出し工具４２を備えている。この払出し工具４２は、軸線方向に長い筒形のケーシング４３と、ケーシング４３内の元部側に軸受４４を介して回転可能に支承されている回転体４６と、回転体４６のケーシング先端側の軸心部に固着されてケーシング４３の先端側へ突出されている送り軸４７と、ケーシング４３内に摺動キー４８によって回り止めされた回り止め状態で軸線方向へ移動可能に設けられている軸線方向に長い筒形の押出部材５０と、押出部材５０の元部側にねじ５１によって固着されて軸線方向へ相対移動しないように設けられているナット部材５２を備えている。ナット部材５２は送り軸４７に螺合されている。押出部材５０は、ケーシング４３の先端側に形成されている開口孔４３ａに摺動可能に嵌合され、また、先端部が閉塞されて押出部材５０内部に切粉や塵埃が侵入しないようにしてある。押出部材５０の先端部には、種々のワークＷに対応するワーク当接部材５５が交換可能に取着されているが、ワーク当接部材５５は押出部材５０に一体に具備させても良い。押出部材５０の外周には、元部側端部にケーシング４３内面を摺動可能な鍔状の摺動部５０ａが形成され、その摺動部５０ａに摺動キー４８に嵌合している摺動凹部５０ｂが形成されている。

回転体４６は、後部がケーシング４３から後方へ突出し、その突出部分に、一般の工具１０と同様に、工具マガジン２５の保持部２９に把持させる把持部４６ａと、主軸９の装着孔１１に装着される嵌着部として例示するテーパ部４６ｂと、主軸９内の図示しないプルロッドにより引き込まれるプルスタッド４６ｃが夫々形成されている。ケーシング４３には、元部側外周に支持腕５６が突設され、その支持腕５６に係合部として例示する回り止めピン５７が後方へ突出するように固着されている。回り止めピン５７は、クイル７の先端面に設けられている図示しない係合孔に嵌合してケーシング４３が軸線回りに回転するのを回り止めするようになっている。
前記払出し工具４２は、ワーク加工中においては、交換用の工具１０と同様に、工具マガジン２５の工具保持板２８の保持部２９に保持され、工具マガジン２５に収納されている。
なお、図では主軸９の装着孔１１に装着される嵌着部としてプルスタッド４６ｃを備えたテーパ部４６ｂを示しているが、主軸９の装着孔１１としてはプルスタッドを備えない二面拘束の嵌合部で構成しても良い。その場合、主軸９の装着孔１１は、二面拘束の工具や二面拘束の払出し工具を装着できるように二面拘束対応に構成される。

以上のようなクイル式横型マシニングセンタ１においては、移動コラム３を左右移動させ、サドル５を上下動させ、クイル７を前後移動させることで、主軸９を制御プログラムに応じて左右、上下、前後に三次元移動させることができ、主軸９に装着された工具１０によって加工位置ＰのワークＷを加工することができる。主軸９に装着されている工具１０は制御プログラムに応じて工具マガジン２５に収納されている他の工具１０と自動交換され、ワークＷに一連の加工を行う。ワークＷを加工する際は、開閉ドア３８が閉鎖されている。
ワークＷの加工が完了し、加工済のワークＷを加工位置Ｐから払出し位置Ｑに払出すときには、主軸９に装着されている工具１０が工具マガジン２５に収納されている払出し工具４２と自動交換される。この自動交換は、主軸９を左右、上下、前後に三次元移動させて主軸９の工具１０を工具マガジン２５の最下端部の保持部２９に把持させた後、主軸９を後退させて主軸９から工具１０を離脱させ、その後、工具マガジン２５の工具保持板２８を回転させて払出し工具４２を最下端部の交換位置に割出し移動させ、その後、主軸９を前進させて主軸９の装着孔を払出し工具４２のテーパ部４６ｂに装着すると共にクイル７の係合孔に払出し工具４２の回り止めピン５７を嵌合させた後、主軸９を下降させて払出し工具４２を工具マガジン２５の保持部２９から離脱させることで行う。この工具１０と払出し工具４２との自動交換は工具１０どうしの自動交換と同様に行うことができる。加工位置Pでは、加工済のワークWが冶具３２からアンクランプされた後、案内部材３４が上昇されて冶具３２の上方に移動される。また、開閉ドア３８は、ワークＷの払出しとワークＷの供給の為に開放される。

次に、主軸９を左右、上下、前後に三次元移動させて主軸９に装着されている払出し工具４２の押出部材５０のワーク当接部材５５を加工位置ＰのワークＷの後面（加工領域の奥側）に近接させて対向させる。この場合、主軸９の工具１０でワークＷを加工する場合と同様にして、主軸９の払出し工具４２をワークＷの位置や形状に応じて最適な位置に容易に移動させることができる。その状態で、横型マシニングセンタ１が備えている主軸９のリジットタップサイクル機能によって主軸９を回転させる。この主軸９の正回転（例えば図３の右側から見て右回転）によって送り軸４７が一体に回転するが、ケーシング４３と押出部材５０が回り止めされて回転しないので、ナット部材５２が送り軸４７に沿って前方（送り軸４７の先端側）へ移動される。そのナット部材５２の移動により押出部材５０が前方へ移動され、押出部材５０のワーク当接部材５５が加工位置ＰのワークＷに当接してワークＷを払出し位置Ｑへ押し移動させ、ワークＷを払出し位置Ｑへ払出す。この場合、押出部材５０のワーク当接部材５５が最前進端に移動されたとき、ワーク当接部材５５が開閉ドア３８の移動軌跡の僅か手前に位置されるように設定し、何らかの原因によって開閉ドア３８が閉じてもワーク当接部材５５と干渉しないようにしてあるが、ワーク当接部材５５が開閉ドア３８の移動軌跡を越えて加工領域外まで前進するようにしても良い。主軸９は、リジットタップサイクル機能によって正回転された後直ちに逆回転されるので、送り軸４７が一体に逆回転し、その結果、前進端に移動された押出部材５０が直ちに後方へ移動されて元の位置に戻される。前記のように主軸９のリジットタップサイクル機能の１サイクルでワークＷの払出しを迅速に完了することができる。

その後、払出し工具４２は、主軸９の三次元移動により、次のワークＷを加工するための工具１０と自動交換され、工具マガジン２５に収納される。また、加工済のワークＷが払出し位置Ｑに払出しされることで、その払出しによってその横型マシニングセンタ１でのワークＷの加工完了を直接または間接的に確認し、次のワークＷが人手またはロボットなどで加工位置Ｐに供給されて固定され、再びワークＷの加工が行われる。

なお、前記ワーク払出し動作では、加工位置ＰのワークＷを払出す場合、払出し工具４２を加工位置ＰのワークＷの後面に近接させた後で、主軸９を回転させて押出部材５０を前進させてワークＷを払出すようにしたが、払出し工具４２を加工位置ＰのワークＷの後面に近接させる前に、先ず、クイル７を最後退させた状態で、主軸９を正回転させて押出部材５０を最前進させ、その状態で払出し工具４２のワーク当接部材５５を加工位置ＰのワークＷの後面に近接させて対向させ、その後クイル７を前進させてワークＷを前方へ払出すようにしても良い。また、ワーク当接部材５５の形状が異なる複数の払出し工具４２を工具マガジン２５に収納させておき、ワークＷの払出しに最適な払出し工具４２を選択して使用するようにしても良い。
また、図では、移動コラムに設けたサドルにクイルを前後移動可能に設けたクイル式の横型マシニングセンタに実施した場合を示しているが、前後、左右に移動可能な移動コラムに主軸ヘッドを上下移動可能に設けたコラム移動式の横型マシニングセンタにも同様に実施でき、その場合、クイルの前後移動の代わりに移動コラムが前後移動して主軸を前後移動させることになる。

本発明の工具払出し装置を備えたマシニングセンタの側面図である。 工具払出し装置の作動状態を示すマシニングセンタの側面図である。 工具払出し装置の払出し工具を示す断面図である。 図３の払出し工具のＩＶ―ＩＶ線断面図である。

符号の説明

１ 横型マシニングセンタ
２ ベッド
３ 移動コラム
５ サドル
７ クイル（主軸支承体）
９ 主軸
２５ 工具マガジン
４０ ワーク払出し装置
４２ 払出し工具
４３ ケーシング
４６ 回転体
４６ｂ テーパ部（嵌着部）
４７ 送り軸
４８ 摺動キー
５０ 押出部材
５０ｂ 摺動凹部
５２ ナット部材
５５ ワーク当接部材

Claims (3)

1. 主軸を回転可能に支承して左右、上下、前後に移動される主軸支承体と、主軸に装着する交換用の工具を収納可能な工具マガジンと、主軸と工具マガジンとの間で工具交換可能な工具交換装置を備え、主軸に装着した工具を左右、上下、前後に移動させてワークを加工するようにした横型マシニングセンタにおいて、加工済のワークを払出し位置に押出す払出し工具を備え、払出し工具を工具マガジンに主軸との間で交換可能に収納するワーク払出し装置であって、
   軸線方向に長いケーシングと、ケーシングの元部側に回転可能に支承させた回転体と、回転体の軸心部に固着してケーシングの先端側へ突出させた送り軸と、ケーシングに回り止め状態で軸線方向へ移動可能に設けた軸線方向に長い押出部材と、押出部材の元部側に軸線方向へ相対移動しないように設けて送り軸に螺合させたナット部材を備え、回転体に主軸に着脱可能な嵌着部と、ケーシングに主軸支承体に係合可能な係合部を夫々設けて払出し工具を構成し、
   ケーシングを軸線方向に長い筒形に形成し、ケーシング内に先端部が閉塞された筒形の押出部材を回り止め状態で軸線方向へ移動可能に設け、押出部材の元部側にナット部材を固着して押出部材内の閉鎖空間に送り軸とナット部材を収納し、押出部材の先端部に交換可能なワーク当接部材を備え、
   主軸の回転により送り軸が回転体と一体回転し、回り止め状態のケーシングと押出部材により、ナット部材と押出部材が送り軸に沿って前方へ移動し、ワーク当接部材が加工位置のワークを押して払出し位置へ払出すことを特徴とする横型マシニングセンタのワーク払出し装置。
2. 前記嵌着部を主軸の装着孔に装着した際に、前記主軸支承体の係合孔に前記係合部を嵌合して前記ケーシングを回り止め状態とする一方、ケーシング内に摺動キーを備え、前記押出部材の外周の摺動部に摺動凹部を形成し、摺動凹部と摺動キーの嵌合により押出部材を回り止め状態としたことを特徴とする請求項１記載の横型マシニングセンタのワーク払出し装置。
3. 回転体を横型マシニングセンタが備えている主軸のリジットタップサイクル機能によって回転させるように構成し、１サイクルでワークの払出しを完了するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の横型マシニングセンタのワーク払出し装置。

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