JP5764502B2

JP5764502B2 - 複合加工機

Info

Publication number: JP5764502B2
Application number: JP2012003322A
Authority: JP
Inventors: 土屋　昌史; 昌史土屋
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: US20130178347A1; JP2013141727A; CN103203644B; DE102012223096A1; US9039587B2; CN103203644A

Description

本発明は、複数の刃物台と、刃物台に装着する工具を交換する自動工具交換装置とを備えてなる複合加工機に関するものである。

従来、複数の刃物台を備えた一般的な複合加工機には、種々の工具を収納した工具マガジンと、所定方向を軸として回転可能な交換アームを備えており、刃物台に装着されている工具と工具マガジン内に収納されている工具とを自動で交換可能とした自動工具交換装置が備えられている。そして、そのような複合加工機において最も周知なものは、自動工具交換装置により第１刃物台の工具を交換する一方、第２刃物台に関しては、多面体の周面に種々の工具が取り付けられているタレット刃物台とし、該タレット刃物台の回転姿勢を変更することで加工に使用する工具を変更するように構成されている。しかしながら、当該構成では、第２刃物台に取り付けられている工具を交換したい場合に、一々機械を停止させなければならず、長時間にわたって連続運転できないという問題がある。

そこで、上記問題に鑑み、特許文献１に記載されているような複合加工機が考案されている。特許文献１に記載の複合加工機では、工具マガジン及び交換アームを備えた自動工具交換装置を所定方向へ移動可能に設けており、自動工具交換装置によって第１刃物台及び第２刃物台の両刃物台の工具を交換可能としている。

特開昭５８−１６００３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の複合加工機では、自動工具交換装置を移動可能としなければならないため、装置が大掛かりとなり機械の高コスト化を招くことになる。また、複合加工機全体の大きさも大型化し、設置スペースとして広いスペースを確保しなければならない等といった問題もある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、複数の刃物台に装着する工具を機械を停止することなく交換可能としているにも拘わらず、機械を大型化することなく、また大幅な高コスト化を招くこともない複合加工機を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、工具を着脱可能な工具用主軸を有するとともに所定方向へスライド可能な第１刃物台と、前記第１刃物台とは別個に工具を着脱可能な第２刃物台と、第１交換領域にある前記第１刃物台の工具を交換する自動工具交換装置とを備えた複合加工機であって、前記第１刃物台を、前記第１交換領域から、前記第２刃物台の工具を交換する第２交換領域までスライド可能とするとともに、前記第２刃物台に装着する工具を把持可能なグリッパを少なくとも１つ有する交換具を、前記自動工具交換装置により前記工具用主軸へ装着可能としており、前記第２交換領域において、前記交換具が前記工具用主軸へ装着された前記第１刃物台をスライドさせる及び／又は前記工具用主軸を回転させることにより、前記第２刃物台の工具を着脱して交換することを特徴とする。

本発明によれば、第２刃物台に装着する工具を把持可能なグリッパを少なくとも１つ有する交換具を、自動工具交換装置により工具用主軸へ装着可能としており、第２交換領域において、交換具が工具用主軸へ装着された第１刃物台をスライドさせる及び／又は工具用主軸を回転させることにより、第２刃物台の工具を着脱して交換する。したがって、複合加工機を停止させることなく、且つ、自動工具交換装置を移動させたりすることなく、第２刃物台の工具の交換を自動的に行うことができ、機械の小型化は勿論、コスト低減をも図ることができる。

複合加工機を正面側から見た説明図である。複合加工機を右側から見た説明図である。第１刃物台の工具を交換する様子を示した説明図である。第２刃物台の工具を交換する様子を示した説明図である。第２刃物台の工具を交換する様子を示した説明図である。第２刃物台の工具の交換に使用する交換具を示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となる複合加工機について、図面にもとづき詳細に説明する。

まず、図１及び２にもとづき、複合加工機１の全体的な説明をする。図１は、複合加工機１を正面側から見た説明図であり、図２は、複合加工機１を右側から見た説明図である。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、夫々直交する３軸であって、Ｘ軸方向は図１中における上下方向、Ｙ軸方向は図１中における前後方向、Ｚ軸方向は図１中における左右方向となっている。
複合加工機１は、回転用工具を装着可能な第１刃物台９と、別タイプの工具を装着可能な第２刃物台１０との２つの刃物台９、１０を備えてなるものであって、基台としてのベッド２上には、左右方向を軸として回転する主軸３を備えた主軸台４が設置されている。また、ベッド２上面の後部にはＺ軸方向に沿ってＺ軸案内２１が配設されているとともに、前部にもＺ軸方向に沿ってＺ軸案内２２が配設されている。

そして、Ｚ軸案内２１上には、Ｙ軸方向に沿ったＹ軸案内２３を上面に配設してなるサドル５がＺ軸方向へ移動可能に設置されており、Ｙ軸案内２３上には、Ｘ軸方向に沿ったＸ軸案内２４を前面に配設してなるコラム６がＹ軸方向へ移動可能に設置されている。また、コラム６の前面には、中台７がＸ軸案内２４に沿ってＸ軸方向へ移動可能に設置されており、中台７の前面に、第１刃物台９が前後方向を軸（Ｂ軸）として旋回可能に設置されている。したがって、第１刃物台９は、サドル５、コラム６、及び中台７を介してＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向へ移動可能（スライド可能）となっている。また、第１刃物台９は、図１に示す如くＢ軸９０度の旋回姿勢に割り出した際、上下方向を軸として回転する工具用主軸８を備えており、加工時に回転させて使用するタイプの工具Ｔを装着可能となっている。

一方、Ｚ軸案内２２上には、回転用工具Ｔとは別タイプの工具Ｓを装着可能な第２刃物台１０がＺ軸方向へ移動可能に設置されている。また、第２刃物台１０の内部には、工具Ｓの位置をＸ軸方向で割出可能な割出機構（図示せず）が備えられており、結果として第２刃物台１０はＸ軸方向及びＺ軸方向へ移動可能と考えることができる。尚、第２刃物台１０は第１刃物台９の下方に位置している。
さらに、コラム６を含む第１刃物台９の左方には、左右方向を軸として旋回可能な交換アーム１１、種々の工具を収納した図示しない工具マガジン、及び交換アーム１１と工具マガジンとの間で所望の工具を搬送する搬送装置１２とを有する自動工具交換装置が設置されており、交換アーム１１は主軸台４の上方に位置している。なお、交換アーム１１は、中心から相反する放射方向へ一対のアーム部を突設してなる周知のものである。

上記複合加工機１は、図示しないＮＣ装置（制御装置）による制御のもと、たとえば主軸台４に支持させたワーク（図示せず）に対し、第１刃物台９をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向へ移動させるとともにＢ軸周りで旋回させながら、また、第２刃物台１０をＸ軸及びＺ軸方向へ夫々移動させながら加工するようになっている。なお、第１刃物台９及び第２刃物台１０の上記動作に加え、主軸台４の回転動作や第１刃物台９に装着される工具Ｔの回転動作、及び後述する各刃物台９、１０に装着する工具の交換動作についてもＮＣ装置により制御されるようになっている。

ここで、本発明の要部となる第１刃物台９及び第２刃物台１０の工具交換に係る構成ついて、図３〜図６をもとに説明する。図３は、第１刃物台９の工具を交換する様子を示した説明図である。図４及び図５は、第２刃物台１０の工具を交換する様子を示した説明図である。図６は、第２刃物台１０の工具の交換に使用する交換具３１を示した説明図である。尚、図４及び図５では、便宜上、交換アーム１１を省略している。

まず、第１刃物台９の工具を交換する場合、交換アーム１１の一方のアーム部に新たに工具用主軸８へ装着したい工具を把持させておく。それから、第１刃物台９をＢ軸周りで旋回させて図３に示すようなＢ軸０度の旋回姿勢に割り出すとともに、第１刃物台９をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向へ移動させて工具用主軸８を交換アーム１１の旋回軌道上へ位置させた後、交換アーム１１を旋回させ、第１刃物台９に装着されている交換前の工具を交換アーム１１の他方のアーム部に把持させる。そして、再び第１刃物台９をＺ軸方向へ移動させる等して交換前の工具を工具用主軸８から抜き取った後、交換アーム１１を１８０度旋回させて新たな工具を把持する一方のアーム部を第１刃物台９の左方に位置させる。その後、再度第１刃物台９をＺ軸方向へ移動させる等して工具用主軸８へ新たな工具を装着し、交換アーム１１を９０度旋回させて退避させれば第１刃物台９における工具の交換は完了となる。尚、この第１刃物台９と自動工具交換装置との間で工具を交換する領域を第１交換領域と称す。

次に、第２刃物台１０の工具を交換する場合、交換アーム１１の一方のアーム部に図６（ａ）に示すような交換具３１を把持させておく。ここで、交換具３１について説明すると、交換具３１は、図６における前後方向へ延びる軸部（図示せず）の前端に、相反する放射方向へ突出する一対のグリッパ３２ａ、３２ｂを有してなる。また、各グリッパ３２ａ、３２ｂには、軸部を中心として回転させた際の回転方向へ開口する爪が夫々設けられており、グリッパ３２ａの爪とグリッパ３２ｂの爪とは、軸部を中心とする回転対称形状となっている。

そして、上記第１刃物台９における工具の交換と同じ動作により、交換アーム１１に把持されていた交換具３１を第１交換領域において一旦第１刃物台９へ装着する。それから、第１刃物台９に装着されている交換具３１に対し、その一方のグリッパ（たとえばグリッパ３２ａ）へ搬送装置１２により新しい工具を把持させる（図４）。その後、交換具３１が装着された第１刃物台９をＢ軸周りで旋回させてＢ軸９０度の旋回姿勢に割り出す。さらに、第１刃物台９を第１刃物台９をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向へ移動させて、第２交換領域（第２刃物台１０の工具を交換する領域であって、まずは工具用主軸８を回転させることで、グリッパ３２ａ、３２ｂが受け渡し位置にある第２刃物台１０の工具を把持可能な位置）へと移動させる一方、第２刃物台１０をＸ軸及びＺ軸方向へ移動させて所定の受け渡し領域へと移動させる。

その後、第２交換領域において工具用主軸８を回転させ、工具を把持していない他方のグリッパ（ここではグリッパ３２ｂ）に、第２刃物台１０に装着されている交換前の工具を把持させる。それから、第１刃物台９をＸ軸方向へ移動（上昇）させる等して交換前の工具を第２刃物台１０から抜き取った後、工具用主軸８を１８０度回転させ、再び第１刃物台９をＸ軸方向へ移動（下降）させる等して、一方のグリッパが把持している新たな工具を第２刃物台１０へ差し込んで装着する（図５）。さらに、工具用主軸８を９０度回転させて第２刃物台１０から退避させれば、第２刃物台１０における工具の交換は完了となる。尚、第２刃物台１０における工具の交換が完了すると、上記とは逆の手順で交換前に第２刃物台１０に装着されていた工具を搬送装置１２により交換具３１から取り外した後、再び上記第１刃物台９における工具の交換と同じ動作により、第１刃物台９の工具用主軸８から交換具３１を取り外して、工具用主軸８に所望の工具を装着すればよい。

以上のような複合加工機１によれば、工具用主軸８を有するとともにＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向へスライド可能な第１刃物台９と、第２刃物台１０と、交換アーム１１を有する自動工具交換装置とを備えており、第２刃物台１０に装着する工具を把持可能なグリッパ３２ａ、３２ｂを有する交換具３１を、第１交換領域において自動工具交換装置により第１刃物台９に装着するとともに、該第１刃物台９を第１交換領域から第２交換領域へ移動させ、第２交換領域において第１刃物台９を各軸方向へ移動させる及び工具用主軸８を回転させることにより、第２刃物台１０の工具の交換を可能としている。したがって、複合加工機１を停止させることなく、且つ、自動工具交換装置を移動させたりすることなく、第２刃物台１０の工具の交換を自動的に行うことができ、機械の小型化は勿論、コスト低減をも図ることができる。

また、交換具３１は、前後方向に延びる軸部の前端に、相反する放射方向へ突出しており、軸部周りでの回転方向に開口する爪を備えた一対のグリッパ３２ａ、３２ｂを有してなり、第１刃物台９や第２刃物台１０の各軸方向への移動、及び工具用主軸８の回転によって第２刃物台１０における工具の交換を可能としている。したがって、第１刃物台９や第２刃物台１０に工具交換のための専用の動作を必要としないため、既設の設備での実現も可能であり、汎用性が高い。

なお、本発明に係る複合加工機は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、複合加工機の全体的な構成や交換具の構成、工具交換に係る構成等について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、交換具に関し、上記実施形態の交換具３１に代えて、図６（ｂ）や図６（ｃ）に示すような別の交換具４１、５１を採用することも可能である。
交換具４１は、交換具３１同様、図６における前後方向へ延びる軸部（図示せず）の前端に、相反する放射方向へ突出する一対のグリッパ４２ａ、４２ｂを有してなる。そして、各グリッパ４２ａ、４２ｂには、軸部の方向とグリッパ４２ａ、４２ｂの突出方向とに直交する方向（図６（ｂ）では上方）へ開口する爪が設けられている。そのため、交換具４１により第２刃物台１０の工具交換をする際には、工具用主軸８の回転によりグリッパが第２刃物台１０の工具を把持／解除するのではなく、第１刃物台９の爪の開口方向への移動によりグリッパ４２ａ、４２ｂが第２刃物台１０の工具を把持／解除することになる。また、交換具４１に交換前後の両工具を把持している状態において、工具を第２刃物台１０の上方で入れ替える際の動作も、工具用主軸８の回転ではなく、グリッパ４２ａ、４２ｂの突出方向への第１刃物台９の移動となる。つまり、交換具４１を工具用主軸８に装着後、第１刃物台９をＢ軸周りで回転させるとともに、工具用主軸８を回転させて、交換具４１をたとえば爪の開口する方向がＹ軸方向となるような姿勢とした上で、第２交換領域へと移動させる。そして、Ｙ軸方向への移動（前進）により受け渡し領域にある第２刃物台１０の交換前の工具を所望のグリッパ（たとえば工具を把持していないグリッパ４２ｂ）に把持させる。それから、第１刃物台９をＸ軸方向へ移動（上昇）させる等して交換前の工具を第２刃物台１０から抜き取った後、Ｚ軸方向へ移動（右方へ移動）させてからＸ軸方向へ移動（下降）させる等して、グリッパ４２ａが把持している新たな工具を第２刃物台１０へ差し込んで装着する。その後、第１刃物台９を再びＹ軸方向へ移動（後退）させて第２刃物台１０から退避させれば、第２刃物台１０における工具の交換は完了となる。

また、交換具５１も、交換具３１同様、図６における前後方向へ延びる軸部（図示せず）の前端に、相反する放射方向へ突出する一対のグリッパ５２ａ、５２ｂを有してなる。そして、各グリッパ５２ａ、５２ｂには、その突出方向（ここでは左右方向）へと開口する爪が設けられている。そのため、交換具５１により第２刃物台１０の工具交換をする際には、第１刃物台９の爪の開口方向への移動により、グリッパ５２ａ、５２ｂが第２刃物台１０の工具を把持／解除することになるし、工具を第２刃物台１０の上方で入れ替える際の動作は、工具用主軸８の回転となる。つまり、交換具５１を工具用主軸８に装着後、第１刃物台９をＢ軸周りで回転させるとともに、工具用主軸８を回転させて、交換具５１をたとえば爪の開口する方向がＺ軸方向となるような姿勢とした上で、第１刃物台９を第２交換領域へ移動させる。そして、Ｚ軸方向への移動により第２刃物台１０の交換前の工具を所望のグリッパ（たとえば工具を把持していないグリッパ５２ｂ）に把持させる。それから、第１刃物台９をＸ軸方向へ移動（上昇）させる等して交換前の工具を第２刃物台１０から抜き取った後、工具用主軸８を１８０度回転させ、再び第１刃物台９をＸ軸方向へ移動（下降）させる等して、グリッパ５２ａが把持している新たな工具を第２刃物台１０へ差し込んで装着する。その後、第１刃物台９をＺ軸方向へ移動させて第２刃物台１０から退避させれば、第２刃物台１０における工具の交換は完了となる。

さらに、上記実施形態や変更例では、各交換具に２つのグリッパしか設けていないが、たとえば図６（ｄ）に示すように３つ以上（ここでは４つ）のグリッパ６２ａ〜６２ｄを１つの交換具６１に設けても何ら問題はない。
また逆に、１つのグリッパしか有さない交換具を採用することも可能である。この場合の工具の交換手順は、第２刃物台１０から工具を抜き取った後、一度自動工具交換装置まで第１刃物台９を帰らせ、自動工具交換装置との間で交換前後の工具の受け渡しを行ってから、再び第２刃物台の近傍へと復帰させて、第２刃物台１０へ新たな工具を装着するといった手順となる。

さらにまた、複合加工機に第３刃物台を設けてもよいし、第２刃物台１０を多面体の周面に種々の工具が取り付けられているタレット刃物台としても何ら問題はない。またさらに、第２交換領域については、予め所定の領域を第２交換領域及び受け渡し領域として設定してもよいし、交換が必要になった場合の第２刃物台１０の位置をもとに適宜第２交換領域が設定されるように構成することも可能である。加えて、第２刃物台１０から工具を抜き取ったり、第２刃物台１０へ工具を差し込んだりする際に、第１刃物台９側だけではなく、第２刃物台１０側を移動させるように構成しても何ら問題はない。

１・・複合加工機、８・・工具用主軸、９・・第１刃物台、１０・・第２刃物台、１１・・交換アーム、１２・・搬送装置、３１、４１、５１、６１・・交換具、３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂ、５２ａ、５２ｂ、６２ａ〜６２ｄ・・グリッパ。

Claims

工具を着脱可能な工具用主軸を有するとともに所定方向へスライド可能な第１刃物台と、前記第１刃物台とは別個に工具を着脱可能な第２刃物台と、第１交換領域にある前記第１刃物台の工具を交換する自動工具交換装置とを備えた複合加工機であって、
前記第１刃物台を、前記第１交換領域から、前記第２刃物台の工具を交換する第２交換領域までスライド可能とするとともに、前記第２刃物台に装着する工具を把持可能なグリッパを少なくとも１つ有する交換具を、前記自動工具交換装置により前記工具用主軸へ装着可能としており、
前記第２交換領域において、前記交換具が前記工具用主軸へ装着された前記第１刃物台をスライドさせる及び／又は前記工具用主軸を回転させることにより、前記第２刃物台の工具を着脱して交換することを特徴とする複合加工機。