JP5646833B2 - 自動工具交換装置を備えた旋盤 - Google Patents

Description

この発明は、自動工具交換装置を備えた旋盤に関し、特に水平方向の主軸軸線より高い位置に自動工具交換される工具を装着する刃物台を備えている旋盤において、当該刃物台に装着される工具を収容する工具マガジンの配置ないし支持構造に特徴がある旋盤に関するものである。

自動工具交換装置を備えた旋盤は、旋盤本体に工具マガジンと工具交換装置とが追加して設けられる。工具交換装置の設置スペースは、比較的省スペースで済むが、交換される多数の工具を収容する工具マガジンは、ある程度の設置スペースを必要とする。

従来の旋盤では、工具マガジンを旋盤本体の後方、側方、あるいは前方に旋盤本体と別置きで設置するか、旋盤のベッド上に固定して主軸台の背後側に配置していた。ここで背後、側方、前方の語は、旋盤のオペレータから見た位置関係を示し、背後はオペレータの反対側、前方はオペレータ側である。

工具マガジンを旋盤本体とは別置きで設ける構造は、当然のことながら工具マガジンを含む旋盤全体の設置スペースが旋盤本体のみの場合より大きくなる。しかも別置きで設けた工具マガジンの設置スペースは、旋盤本体の設置スペースの後方、側方又は前方に部分的に突出したスペースとなり、工場のスペース効率を低下させる。

また、工具マガジンを旋盤のベッドに搭載して主軸台の背後に配置した構造では、旋盤のベッドが大型となり、その設置スペースも大きくなる。また、工具マガジンを設置する空間が制限されるため、工具の収容本数を多くすることが困難である。

更に旋盤本体と別置きで工具マガジンを設置する構造では、工具マガジンと旋盤本体の加工部の位置とが離れるため、工具交換時の刃物台の移動距離が大きくなり、工具交換に時間を要することになる。

また、工具マガジンを旋盤本体の後方や側方、あるいは旋盤のベッドに支持して刃物台の後方に設けた構造では、工具マガジンに収容した工具の交換を行うとき、オペレータが旋盤の側方や背後に移動する必要があり、その作業スペースを確保する必要から、旋盤を設置する工場のスペース効率を低下させると共に、作業者の負担も増大する。

この発明は、上記の問題点を解消するためになされたもので、比較的工具の収容本数の多い工具マガジンを、旋盤の設置スペースを増大させることなく、また工具マガジンの工具を交換する際にオペレータが機械の側方や後方に移動する必要がなく、かつ工具交換時の刃物台の移動距離が短くして、工具交換を短い時間で行うことが可能な旋盤を提供することを課題としている。

この発明の自動工具交換装置を備えた旋盤では、自動交換される工具を収容する工具マガジン７３を主軸軸線ａを水平方向にした主軸２、３の主軸台２１、３１上方の空間に配置している。従来構造では、工具マガジンを旋盤本体のベッド又は旋盤のベッドとは別置きで設けた工具マガジン専用の機台上に載置した状態で、すなわち工具マガジンの下部を前記ベッドや機台で支持して、設けられている。

これに対して本願発明の旋盤における工具マガジン７３は、旋盤のベッド１１に両側のコラム１５の下端を固定した門形フレーム１７により、支持腕７６（７６ｕ、７６ｄ）ないし支持枠７１を介して片持ち状態ないし懸吊状態で支持されている。この支持構造により、重量の大きな工具マガジン７３を主軸２、３の上部の空間に高い支持剛性で配置することが可能になる。

水平方向の同一軸線ａ上にワーク把持端を対向させて２個の主軸２、３を配置した２主軸対向旋盤においては、同一構造でかつ左右対称形状の２個の工具マガジン７３、７３をそのそれぞれが２個の主軸２、３の主軸台２１、３１の上方の空間に位置するように配置する。自動交換される工具を装着する刃物台（上刃物台）５１は、２個の工具マガジン７３、７３の中間で、かつ２個の工具マガジン７３、７３と略同一高さに配置される。工具交換装置７２は、２個の工具マガジン７３、７３のそれぞれに近接させてそれぞれの工具マガジン７３、７３の刃物台５１側に配置する。

工具交換装置７２は、工具マガジン７３の下端の位置又は刃物台５１に最も近い位置において、刃物台５１との間で工具を交換するように設ける。主軸軸線ａより上方に位置する刃物台５１に装着される工具は下向きに装着されるので、ホームポジションに移動した刃物台に装着されている工具の高さと、自動工具交換装置７２の工具把持高さとを略一致させる位置関係で、工具マガジン７３及び刃物台５１を配置するのが工具交換時の刃物台５１の移動距離を短くして工具交換時間を短縮する上で最も好ましい。

工場の良好な作業環境を保持するため、及び機構ユニットや制御ユニットを切粉や切削液から保護するためにワークを加工する加工領域ｂと、移動台のガイドや送りねじを配置した機構領域ｃとをカバーで遮蔽する構造が一般的である。この発明の旋盤では、刃物台５１の背後の機構領域ｃと加工領域ｂとがその間に設けたカバー８３Ｌ、８３Ｒ、８６Ｕ、８６Ｄで遮蔽されており、工具マガジン７３は、これらの遮蔽カバーの縁を回り込むようにして当該カバーの前方に延びる支持腕７６ないし支持枠７１を介して当該カバーより前方の主軸２、３の上方の位置に支持されている。

この発明により、水平方向の主軸軸線ａと当該軸線より高い位置に配置した刃物台５１とを備えた旋盤において、主軸２、３の上方の空間に刃物台５１に装着される多数の工具を収容する工具マガジン７３を十分な支持剛性を備えた構造で配置することが可能になる。この工具マガジンの配置により、工具収容本数の多い工具マガジンを機械の設置スペースを増大することなく設置することが可能となり、工具マガジンを刃物台５１に近い位置に配置できることから、工具交換時間も短縮できるという効果がある。

また、工具マガジンが機械の前面（オペレータ側）に配置されるので、工具マガジンへの工具の着脱を機械の前方から行うことが可能となり、オペレータの移動のためのスペースも小さくて済むと共に、工具マガジンに工具を装脱する際のオペレータの作業負担も軽減されるという効果がある。

この発明の構造を備えた２主軸対向複合旋盤の例を示す全体斜視図 図１の旋盤の右側面図 図１のＡ部における側面図 図１の旋盤の全体正面図

以下、図面を参照してこの発明の具体例を説明する。図はこの発明の構造を備えた２主軸対向複合旋盤で、同一軸線ａ上で対向する２個の主軸２、３と、主軸軸線の直上に配置された工具軸５と、主軸軸線の直下に配置された工具タレット４とを備えている。主軸軸線ａの方向がオペレータから見て左右方向、工具軸５及び工具タレット４の工具切込み方向が鉛直方向、これらに直交する方向が前後方向であり、左右が旋盤のＺ軸、上下がＸ軸、前後がＹ軸で、オペレータ側が前方である。

オペレータから見て左側の固定側主軸２を軸支する主軸台２１は、ベッド１１の前面に固定されており、移動側主軸３を軸支する右側の主軸台３１は、ベッド１１の前面に沿って左右方向に移動位置決め自在である。工具軸５を軸支している上刃物台（回転工具ヘッド）５１は、左右、上下及び前後方向に移動位置決め自在であり、かつ前後方向軸回りに旋回位置決め自在である。工具軸５の左右の主軸台２１、３１の上方の位置に、工具軸５に装着する工具を収容する工具マガジン７３が配置されている。工具タレット４は、下刃物台４１に左右方向の軸回りに割出回転可能にして、下刃物台４１の右端に配置され、下刃物台４１は、左右及び上下方向に移動位置決め自在である。

下刃物台４１は、下Ｚ軸移動台４２の前面に上下方向に設けた図示しない下Ｘ軸ガイドに案内され、かつこれらのガイドの略中間位置に配置した図示しない下Ｘ軸送りねじに螺合して、上下方向に移動位置決め自在である。下Ｘ軸送りねじは、下Ｘ軸送りモータ５０で回転駆動される。下Ｚ軸移動台４２は、ベッド前面の上下に配置した下Ｚ軸ガイド１２ｕ、１２ｄに案内され、かつこれらのガイドの略中間位置に配置した下Ｚ軸送りねじ４５に螺合して、左右方向に移動位置決め自在である。下Ｚ軸送りねじ４５は、下Ｚ軸送りモータ４８で回転駆動される。

左主軸台２１は、その背面下方部をベッド１１の前面に固定されている。右主軸台３１は、その背面下方部を、下刃物台４１と共通の下Ｚ軸ガイド１２ｕ、１２ｄで案内され、下Ｚ軸送りねじ４５と同軸上でその右側に配置した主軸送りねじ３５に螺合して、左右方向に移動位置決め自在である。主軸送りねじ３５は、主軸送りモータ３６で回転駆動される。すなわち、左主軸台２１及び右主軸台３１は、背面下方部をベッド１１の前面に固定ないし案内されており、主軸２、３を軸支している主軸台２１、３１の上部がベッド１１の前面より手前側上方に位置するため、主軸軸線ａは、ベッド１１の前面の更に前方に位置している。そして、工具の切込み方向を鉛直方向とする工具軸５及び工具タレット４は、主軸軸線ａの直上及び直下の位置に配置される。

すなわち、図に示した２主軸対向複合旋盤では、左主軸２、右主軸３、工具タレット４及び工具軸５が、ベッド１１の前面より更に前方（オペレータ側）に位置しており、主軸台２１、３１の上方に位置する工具マガジン７３も、ベッド１１の前面より更に前方に位置している。そして、工具タレット４の更に下方の、ワーク加工時にその加工位置から落下する切削液や切粉を受ける左右に細長い形状の回収タンク１３が設置されている。

ベッド１１の上面には、上Ｚ軸ガイド１４と上Ｚ軸送りねじ５５とが配置され、上Ｚ軸移動台５２が上Ｚ軸ガイド１４に案内されかつ上Ｚ軸送りねじ５５に螺合して、左右方向に移動位置決め自在に搭載されている。上Ｚ軸送りねじ５５は、上Ｚ軸送りモータ５８で回転駆動される。

上Ｚ軸移動台５２の上部には、Ｙ軸ガイド５３とＹ軸送りねじ（図示されていない）とが配置され、機械正面から見て背の高い矩形の前面を備えたＹ軸移動台５４がＹ軸ガイド５３に案内され、かつＹ軸送りモータ５９で回転駆動されるＹ軸送りねじに螺合して、前後方向に移動位置決め自在に搭載されている。

Ｙ軸移動台５４の前面には、上Ｘ軸ガイド５６と上Ｘ軸送りねじ（図示されていない）とが配置され、上Ｘ軸移動台５７が、上Ｘ軸ガイド５６に案内され、かつ上Ｘ軸送りモータ６０で回転駆動される上Ｘ軸送りねじに螺合して、上下方向に移動位置決め自在に装着されている。

上Ｘ軸移動台５７には、その前方に突出する角筒状の筒体６１が設けられている。筒体６１の前面には、上刃物台５１が前後方向の軸回りに旋回位置決め自在に搭載されている。上刃物台５１の旋回機構及び旋回用モータは、筒体６１内に設けられている。上刃物台５１には、工具軸５がその工具装着端を下方に向けて軸支されている。上刃物台５１内には、工具軸５の回転駆動するビルトインモータが設けられている。

ベッド１１の手前側部分の両側面に下端１５ａをボルト止めされて、左右のコラム１５が立設されている。左右のコラム１５は、上部に手前側に延びる上下の支持腕７６ｕ、７６ｄを備えている。左右のコラム１５の上端は、上支持腕７６ｕに両端を固定された繋ぎ桁１６で連結されて、門形のフレーム１７が形成されている。繋ぎ桁１６は、Ｕ字断面の桁で、その両端は小口板７８で閉鎖され、その内側が上刃物台５１への電気ケーブルの配線スペースとなっている。

ベッド１１の前縁両端のコラム１５より前方の左右方向内側の位置で、かつＹ軸移動台５４がオペレータ側移動端に移動したときのＹ軸移動台５４の前面より前方となる位置に、固定支柱８１Ｌ、８１Ｒが立設されている。一方、上Ｚ軸移動台５２の前縁部の筒体６１の左右両側となる位置に、移動支柱８２Ｌ、８２Ｒが固定支柱８１Ｌ、８１Ｒと同一面上にして立設されている。そして、左側の固定支柱８１Ｌと移動支柱８２Ｌとの間及び右側の固定支柱８１Ｒと移動支柱８２Ｒとの間には、Ｚ軸方向に伸縮可能な支柱間カバー８３Ｌ、８３Ｒが、その外側側辺を固定支柱８１Ｌ、８１Ｒに固定し、内側側辺を移動支柱８２Ｌ、８２Ｒに固定して、設けられている。

図の支柱間カバー８３Ｌ、８３Ｒは、縮んだときに重ね合わされた状態となる上下方向に細長い複数のプレートを備え、プレート相互が左右方向に滑り移動することにより、Ｚ軸方向に伸縮する構造である。支柱間カバー８３Ｌ、８３Ｒは、その上縁及び下縁を繋ぎ桁１６の内側及びベッドの上面に設けた図示されていない左右方向のガイドに案内され、内側縁を移動支柱８２Ｌ、８２Ｒに案内されている。

左右の移動支柱８２Ｌ、８２Ｒの間には、左右側辺を左右の移動支柱８２Ｌ、８２Ｒに案内されて、Ｘ軸方向に摺動移動自在な枠８５が設けられている。上刃物台５１を支持している筒体６１は、この枠８５を前後摺動自在に貫通している。枠８５の上辺と移動支柱８２Ｌ、８２Ｒの上端との間には、Ｘ軸方向に伸縮自在な枠上カバー８６Ｕが装着され、下辺と移動支柱８２Ｌ、８２Ｒの下端との間には、Ｘ軸方向に伸縮自在な枠下カバー８６Ｄが装着されている。図の枠上カバー８６Ｕ及び枠下カバー８６Ｄは、縮んだときに重ね合わされた状態となる複数の左右方向に細長いプレートを備えた構造で、プレート相互が上下方向に滑り移動することにより、Ｘ軸方向に伸縮する構造である。

上記構造において、上刃物台５１は、支柱間カバー８３Ｌ、８３Ｒの伸縮によりＺ軸方向移動可能、枠上カバー８６Ｕ及び枠下カバー８６ＤのＸ軸方向伸縮によりＸ軸方向移動可能、かつ筒体６１が枠８５を貫通して摺動することにより、Ｙ軸方向に移動可能である。

下Ｚ軸移動台４２と移動主軸台３１との間には、下Ｚ軸ガイド１２ｕ、１２ｄ及び主軸送りねじ３５の前方となる位置で、支柱間カバー８３Ｒと同様な構造の台間カバー８７が、その左側辺を下Ｚ軸移動台４２に固定し、右側辺を移動主軸台３１に固定して設けられている。一方、下Ｚ軸移動台４２の左側辺には、一枚板で形成された台カバー４９の右側辺が固定されている。この台カバー４９の左側部分は、下Ｚ軸ガイド１２ｕ、１２ｄ及び下Ｚ軸送りねじ４５の前方の位置で、固定主軸台２１の背面とベッド前面との間に形成された空間を左右方向に移動自在に貫通している。台カバー４９を上記構造の一枚板で形成する代わりに、台間カバー８７と同様な伸縮自在なカバーを固定主軸台２１と下Ｚ軸移動台４２との間に両側辺を固定して設けてもよい。

下Ｚ軸移動台４２の前面に設けた下Ｘ軸ガイド及び下Ｘ軸送りねじ及び下刃物台４１は、下Ｚ軸移動台４２に固定した箱形の下刃物台カバー８８で覆われている。下刃物台４１は、下刃物台カバー８８内で上下移動し、工具タレット４は、下刃物台カバー８８の右側壁に設けた上下方向にスライドするスライド板を貫通して下刃物台カバー８８の右側に位置している。

ベッド１１の左右に立設したコラム１５上部の前方に延びる上下の支持腕７６ｕ、７６ｄの前端には、工具マガジンを支持する支持枠７１の外側縁が固定されている。この支持枠７１は、支柱間カバー８３Ｌ、８３Ｒの手前側で左右方向内側に延び、その内側端の前面に工具交換ユニット７のユニットフレーム７５が、その背面側をボルト止めして、固定されている。工具交換ユニット７は、ユニットフレーム７５、工具マガジン７３及び工具交換装置７２を含む組立体（アッセンブリ）である。

工具マガジン７３は、左右方向の軸回りに割出回転自在にして、ユニットフレーム７５の左右方向外側に装着されている。工具マガジン７３は、その回転割出により収容された工具の１つを選択する円盤形状のもので、その外側面（反ユニットフレーム側の面）の円周上に工具を外向き水平方向にして保持する多数の工具保持部７４を備えている。各工具保持部７４は、最下端に回動した位置で工具の方向を下向きにする方向変換機構を備えている。

工具交換装置７２は、ユニットフレーム７５の左右方向内側面に軸方向往復動可能かつ１８０度回転可能に軸支した鉛直軸９１と、この鉛直軸の下端に長手中央を固定した旋回腕９２と、この旋回腕の両端に装着した工具把持部９３とを備えている。工具交換装置７２は、工具把持部９３での工具の把持、鉛直軸９１の下動、１８０度回動及び上動並びに工具把持の開放という一連の動作により、下向きの工具軸５に装着された工具と工具マガジン７３の最下端に割出されて下向きとなった工具とを交換する。

工具交換ユニットのユニットフレーム７５は、その背面側が支柱間カバー８３Ｌ、８３Ｒの手前側にある支持枠７１に固定されている。従って、左右の工具マガジン７３、７３及び工具交換装置７２、７２は、ベッド１１の前面より更に前方（オペレータ側）の、左右の主軸台２１、３１の略直上部で、かつ工具軸５と略同高さの左右に配置される。工具マガジン７３には、工具軸５に装着される回転工具及び旋削工具が格納される。回転工具軸５は、原点位相で回転を固定するロック装置が設けられており、旋削工具を装着することによって旋削加工も可能な構造である。

工具軸５は、主軸２、３の間を左右に移動することにより、右主軸３に把持されたワーク及び左主軸２に把持されたワークの両方を、加工することができる。この発明の構造では、工具軸５に装着される工具の工具マガジン及び工具交換装置を、主軸２、３の略直上部でかつ工具軸５と略同高さで、工具軸５の左右に配置することができるので、工具交換時における工具軸５の移動距離を短くでき、工具交換時間を短縮できる。更に、２主軸対向旋盤においては、左右の主軸に把持されるワークのそれぞれに専用の工具があるときに、それらをそれぞれの側の工具マガジンに収容するなどにより、工具交換時の工具軸５の移動距離を最小にすることが可能である。

工具マガジン７３及び工具交換装置７２は、両下端をベッド１１に固定した門形のフレーム１７で支持している。そのため、工具マガジン７３及び工具交換装置の支持剛性を高くすることが容易で、かつ、工具軸５の左右に２主軸対向旋盤において、工具マガジン７３及び工具交換装置７２を、これらとの間で工具交換を行う上刃物台５１の左右に２個配置することが容易に可能で、多くの工具を収容可能にできると共に、工具交換時の上刃物台５１の移動距離を短くできる。更に、工具マガジン７３及び工具交換装置７２をベッド１１に固定した門形フレーム１７で支持して、従来デッドスペースとなっていた主軸台２１、３１の上方のスペースに配置しているので、工具マガジン７３を設置するための専用のスペースを必要とせず、自動工具交換装置を備えた工作機械の設置スペースを小さくできる効果がある。

２ 固定主軸
３ 移動主軸
４ 工具タレット
５ 回転工具軸
11 ベッド
17 門形フレーム
21 固定主軸台
31 移動主軸台
51 上刃物台
71 支持枠
72 工具交換装置
73 工具マガジン
76 支持腕
83 遮蔽カバー
ａ 主軸軸線
ｂ 加工領域
ｃ 機構領域

Claims (2)

1. オペレータから見て左右方向に延びる水平方向の主軸軸線(a)上にワーク把持端を対向させた２本の主軸(2,3)を備え、これらの主軸(2,3)の回転中心である前記主軸軸線(a)より高い位置にこれらの主軸に把持されたワークを加工する工具を装着する上刃物台(51)を備え、当該上刃物台に装着する工具を収容する工具マガジン(73)と、前記上刃物台に装着された工具と前記工具マガジンに収容された工具の選択された１個とを交換する工具交換装置(72)とを備えた旋盤において、
   ２個の前記工具マガジン(73,73)を備え、当該２個の工具マガジンが、前記主軸を軸支する主軸台(21,31)及び上刃物台(51)を支持するベッド(11)に両下端を固定した門形のフレーム(17)に支持されて、前記２個の主軸台のそれぞれの上方かつ前記上刃物台の両側方の位置に配置されている、自動工具交換装置を備えた旋盤。
2. 前記上刃物台(51)の背後に加工領域(b)と機構領域(c)とを遮蔽するカバー(83L,83R)が設けられて、前記工具マガジンが、前記カバーの側縁を回り込むように延びる支持腕ないし支持枠(76u,76d,71)を介して前記門形フレームに支持されて、前記カバーのオペレータ側に位置していることを特徴とする、請求項１記載の旋盤。

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