JPH11197982A - 工作機械のカッタ自動交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型かつ大重量のカッタの自動交換を可能に
する。 【解決手段】 加工すべき軸状のワーク３の両端をチャ
ック４によりクランプして回転させる一対のワークヘッ
ド２と、上記ワーク３の長手方向（Ｘ軸方向）及び接離
方向（Ｙ軸方向）へ移動自在に設けられ、かつ主軸モー
タ６により回転される外刃式カッタ７により上記ワーク
３をミーリング加工するカッタヘッド５とを有する工作
機械１において、上記工作機械１の上方にＹ軸方向及び
上下方向（Ｚ軸方向）へ移動自在に設けられ、かつ上記
工作機械１へ搬入出するワーク３を保持するワーク保持
手段１７を有するローダ８と、上記ローダ８に設けら
れ、かつ上記カッタヘッド５の主軸５ａに脱着するカッ
タ７を保持するカッタ保持手段１８と、ワーク３の搬入
出動作及びカッタ７の脱着動作を制御する制御手段とよ
り構成したもので、大型でかつ重量の重い外刃式カッタ
７を短時間で安全に自動交換できるため、生産性の向上
が図れるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は外刃式カッタを使
用して軸状のワークを加工する工作機械のカッタ自動交
換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来カムシャフトのような軸状のワーク
をミーリング加工する工作機械としては、カムシャフト
加工機などがある。この種の加工機では、主軸に取付け
られた外刃式カッタを回転させながらワークの外周面を
ミーリング加工しており、加工するワークの種類などが
変った場合、ワークの種類に応じてカッタを交換する段
取り替え作業を行っている。

【０００３】従来ではこの段取り替え作業を作業員が人
為的に行っているが、近年のように多品種少量生産が多
くなると、段取り替えの回数も多くなるため、段取り替
えに多くの時間を必要として生産性が低下すると共に、
作業に危険が伴うなどの不具合もある。

【０００４】かかる不具合を改善するため、特開平６−
５５３９９号公報や、特開平４−１１５８５６号公報、
実開平５−２０８４０号公報で、工作機械の工具交換装
置などが提案されている。

【０００５】上記特開平６−５５３９９号公報のもの
は、回転する工具収納マガジンに複数の工具を予め収納
し、加工するワークに応じて上記工具収納マガジンを回
転させて、使用する工具を選択するようにした構成で、
工具の割出しなどはＮＣ制御により行っている。

【０００６】また特開平４−１１５８５６号公報のもの
は、ワークを把持するハンドや工具、治具などを収納し
た治工具ストッカを備えていて、ワークの加工に使用す
る工具は、搬送ロボットにより治工具ストッカより取出
して複合加工旋盤の刃物台まで搬送し、刃物台に取付け
てワークの加工を行う構成となっている。

【０００７】一方実開平５−２０８４０号公報のもの
は、工作機械の上方にワークの搬入出を行うワーク搬送
装置を設けると共に、このワーク搬送装置の走行体に工
具交換用電動ホイストを設けて、このホイストに工具ユ
ニットを吊り下げて人力によりターンブローチ機と工具
交換場所との間を移動して、工具ユニットの交換作業を
行うようにしたもので、ホイストの移動や工具ユニット
の脱着作業は作業員が手で行うようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記特開平６−
５５３９９号公報に記載のものでは、円盤状の工具収納
マガジンに複数の工具を収納する構成のため、カムシャ
フトのようなワークを加工する工作機械のように大型の
外刃式カッタを使用するものでは、工具収納マガジンに
複数のカッタを収納することは困難である。

【０００９】また特開平４−１１５８５６号公報のもの
では、搬送ロボットが複合加工旋盤の主軸と平行するよ
う横架されたモノレール上を移動して工具などを搬送す
る構造のため、大型かつ大重量の外刃式カッタを搬送す
るためには剛性の高いモノレールを必要として、装置が
大型かつ高価になると共に、複合加工旋盤の上方を搬送
ロボットが通過するため、カッタと旋盤とが干渉しない
ようモノレールを高い位置に布設する必要がある。この
ためカッタの昇降ストロークが大きくなって交換するの
に多くの時間を必要とし、この間ワークの加工が中断さ
れるため、生産性が低下するなどの不具合がある。

【００１０】一方実開平５−２０８４０号公報のもので
は、工具交換用電動ホイストを使用して工具の交換を行
うが、そのほとんどが手作業となるため、工具の交換に
多くの時間を必要として作業性が悪いと共に、作業に危
険が伴うなどの不具合がある。

【００１１】この発明はかかる従来の不具合を改善する
ためになされたもので、軸状ワークを加工する外刃式カ
ッタの交換が短時間で自動的に行える工作機械のカッタ
自動交換装置を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するため請求項１記載の発明は、加工すべき軸状の
ワークの両端をチャックによりクランプして回転させる
一対のワークヘッドと、上記ワークの長手方向（Ｘ軸方
向）及び接離方向（Ｙ軸方向）へ移動自在に設けられ、
かつ主軸モータにより回転される外刃式カッタにより上
記ワークをミーリング加工するカッタヘッドとを有する
工作機械において、上記工作機械の上方にＹ軸方向及び
上下方向（Ｚ軸方向）へ移動自在に設けられ、かつ上記
工作機械へ搬入出するワークを保持するワーク保持手段
を有するローダと、上記ローダに設けられ、かつ上記カ
ッタヘッドの主軸に脱着するカッタを保持するカッタ保
持手段と、ワークの搬入出動作及びカッタの脱着動作を
制御する制御手段とより構成したものである。

【００１３】上記構成により、ワークを搬入するローダ
を利用してカッタを工作機械に搬入出し、カッタヘッド
の主軸へ脱着することができるため、カッタの交換作業
が短時間で能率よく行え、これによって生産性の向上が
図れると共に、人手を介さずにカッタの交換が行えるた
め、安全性も向上する。

【００１４】またワークの搬入出と、カッタの交換作業
を１基のローダで兼用できるため、別個に設ける場合に
比べて設置スペースや、設備費の低減が図れると共に、
ワーク搬入出とカッタの交換作業が互いに干渉すること
がないため、制御も容易となる。

【００１５】さらにローダの高さが低くできることによ
って、ローダを支持する架台の剛性が増すため、重量の
重いカッタの搬入出が可能になると共に、搬入出速度も
速くできるため、カッタ交換時間の短縮が図れるように
なる。

【００１６】上記目的を達成するため請求項２記載の発
明は、工作機械の近傍に、加工するワークの種類に応じ
て予め用意された複数のカッタを格納するカッタマガジ
ンを設置したものである。

【００１７】上記構成により、使用するカッタや使用済
カッタの出し入れが短時間で容易に行えると共に、予め
カッタの格納場所などのデータを制御手段へ入力してお
くことにより、ワーク加工時ワークの種類などのデータ
を入力するだけで、ワークの種類に適合したカッタをカ
ッタマガジンより選択して工作機械へ搬入できるため、
カッタ交換精度が向上すると共に、ワークの種類に適合
しないカッタが搬入されて不良品が発生したり、カッタ
が破損するなどの不具合も解消することができる。

【００１８】上記目的を達成するため請求項３記載の発
明は、ローダに、カッタ保持手段をＸ軸方向へシフトさ
せるシフト手段を設けたものである。

【００１９】上記構成により、カッタヘッドの主軸の中
心位置に搬入されたカッタを主軸方向へシフトさせて、
主軸にカッタを装着したり、使用済カッタを主軸より取
外す作業が確実に行えるようになる。

【００２０】上記目的を達成するため請求項４記載の発
明は、カッタ保持手段をカッタをクランプする一対のカ
ッタクランプ爪と、このカッタクランプ爪を開閉するク
ランプシリンダより構成したものである。

【００２１】上記構成により、交換するカッタを確実に
保持することができるため、搬送中にカッタが落下する
などの虞がないと共に、主軸とカッタの芯合せが確実に
行えるため、カッタを精度よく主軸へ取付けることがで
きる。

【００２２】上記目的を達成するため請求項５記載の発
明は、ワーク保持手段を、ワークを吊り上げる複数の爪
体により形成したものである。

【００２３】上記構成により、ワークを下方より引掛け
るだけでワークを保持することができると共に、ワーク
の種類が変っても適用できるため、汎用性も高い。

【００２４】上記目的を達成するため請求項６記載の発
明は、ワーク保持手段を、ワークをクランプする複数の
爪体と、これら爪体を開閉するクランプシリンダより形
成したものである。

【００２５】上記構成により、爪体によりワークを確実
にクランプすることができるため、ワーク搬送中にワー
クが落下するなどの虞がないと共に、チャックとワーク
の芯合せが精度よく行えるため、ワークの脱着時間を短
縮することができる。

【００２６】上記目的を達成するため請求項７記載の発
明は、カッタを、外周面に複数のチップを有する円盤状
のカッタ本体と、このカッタ本体の中心部に設けられた
テーパシャンクより形成したものである。

【００２７】上記構成により、主軸に対しカッタが精度
よく取付けられるため、加工精度の向上が図れると共
に、テーパシャンクの一端にクランプ溝を形成すれば、
カッタクランプ爪によりカッタのクランプが容易確実に
行えるようになる。

【００２８】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して詳述する。図１は全体的な平面図、図２は右側面
図、図３は要部の拡大正面図である。

【００２９】これら図において１はカムシャフト加工機
などの工作機械で、ベッド１ａ上に一対のワークヘッド
２が接離方向に移動自在に載置されており、これらワー
クヘッド２の対向面には、ワーク３の両端をクランプす
るチャック４が回転自在に設けられている。上記ワーク
ヘッド２の近傍には、ワーク３の長手方向（Ｘ軸方向）
へ移動自在にＸ軸スライド１ｂがベッド１ａ上に載置さ
れており、このＸ軸スライド１ｂ上に、Ｘ軸と直交する
Ｙ軸方向に移動自在にＹ軸スライド１ｃが設けられてい
る。そしてこのＹ軸スライド１ｃ上にカッタヘッド５が
設置されている。

【００３０】上記カッタヘッド５には、主軸モータ６に
より回転される主軸５ａがＸ軸方向に設けられていて、
この主軸５ａの一端側にカッタ７が着脱自在に取付けら
れている。上記カッタ７は円盤状のカッタ本体７ａの外
周面に、多数のチップ７ｂが円周方向に間隔を存して着
脱自在に取付けられていると共に、カッタ本体７ａの中
心部には、テーパシャンク７ｃがキー７ｄによりキー止
めされている。上記テーパシャンク７ｃの小径側の端部
には、プルスタッド７ｅが形成されていて、このプルス
タッド７ｅ側より、上記主軸５ａの端面に形成されたテ
ーパ状の取付け孔５ｂへテーパシャンク７ｃを嵌挿する
ことにより、主軸５ａに対してカッタ７が精度よく取付
けられるようになっており、テーパシャンク７ｃの大径
側の端部には、ワーク３の搬入出とカッタ７の交換を行
うローダ８に設けられたカッタ保持手段１８のカッタク
ランプ爪１８ａがクランプするクランプ溝７ｆが形成さ
れている。

【００３１】上記ローダ８は、チャック４に両端がクラ
ンプされたワーク３の上方を通るように横杆９ａが横架
された架台９を有している。上記横杆９ａの一端は、床
面より立設された支柱９ｂの上端に、そして他端は工作
機械１のベッド１ａに下端が固着された支柱９ｃの上端
にＹ軸方向に支持されていると共に、上記横杆９ａの上
面にはガイドレール９ｄが、そして横杆９ａの下方には
ガイド杆９ｅが布設されていて、これらガイドレール９
ｄ及びガイド杆９ｅに、走行体１０がＹ軸方向に移動自
在に支承されている。上記横杆９ａの上方には、走行体
１０に固着されたナット部材１１ｂに螺合するボールね
じ軸１１がＹ軸方向に設けられている。

【００３２】上記ボールねじ軸１１は、横杆９ａ上に固
着された軸受け１１ａに両端側が回転自在に支承されて
いると共に、ボールねじ軸１１の一端側にはモータより
なるＹ軸駆動手段１２が接続されていて、このＹ軸駆動
手段１２によりボールねじ軸１１を正逆回転することに
より、走行体１０をＹ軸方向へ往復動できるようになっ
ている。

【００３３】上記走行体１０には上下方向（Ｚ軸方向）
に摺動自在に一対のガイド杆１４が支承されている。各
ガイド杆１４の上端間と下端間は連結杆１４ａで互い連
結されていると共に、下側の連結杆１４ａには、走行体
１０に直立するように支持された流体シリンダよりなる
Ｚ軸駆動手段１５のピストン杆１５ａ先端が接続されて
いて、このＺ軸駆動手段１５により下側の連結杆１４ａ
に取付けられた支持部材１６が上下動できるようになっ
ている。そして上記支持部材１６の下面にワーク保持手
段１７と、カッタ保持手段１８が取付けられている。上
記ワーク保持手段１７は、カッタ保持手段１８と干渉し
ないように支持部材１６の一端側に設けられていて、ワ
ーク３の両端側を吊り上げるためのほぼＪ字形をなす一
対の爪体１７ａを有している。

【００３４】またカッタ保持手段１８は、ガイド杆１４
のほぼ直下に設けられた一対のカッタクランプ爪１８ａ
と、これらカッタクランプ爪１８ａを開閉するクランプ
シリンダ１８ｂ及びカッタクランプ爪１８ａをＸ軸方向
へシフトさせるシフトシリンダよりなるシフト手段１８
ｃより構成されている。上記カッタクランプ爪１８ａは
対向する面に、テーパシャンク７ｃの大径部に形成され
たクランプ溝７ｆをクランプする半円状の切欠き１８ｄ
が形成されている。

【００３５】一方上記工作機械１の後方には、複数のカ
ッタ７を格納したカッタマガジン２０が設置されてい
る。上記カッタマガジン２０はラック状に形成されてい
て、加工するワーク３の種類に応じて予め複数種類が用
意されており、テーパシャンク７ｃの軸心がＸ軸と平行
するようにカッタマガジン２０内に格納されており、ク
ランプしやすいように、クランプ溝７ｆが走行体１０側
へ向けられていると共に、カッタ７を取出しまたは格納
する際、他のカッタ７とカッタクランプ爪１８ａが干渉
しないように、図示しないスライド手段や回転手段によ
り取出しまたは格納するカッタ７のラックがスライドま
たは回転されるようになっている。

【００３６】次に上記構成されたカッタ自動交換装置の
作用を説明すると、加工するワーク３の種類などのデー
タを図示しない制御手段へ入力すると、制御手段は予め
登録されているデータからワーク３の種類に応じたカッ
タ７を選択し、ローダ８のＹ軸駆動手段１２及びＺ軸駆
動手段１５へ制御信号を出力する。これによってカッタ
マガジン２０の上方に待機していたカッタ保持手段１８
がＺ軸駆動手段１５により下降され、またＹ軸駆動手段
１２により走行体１０がＹ軸方向へ移動されて、カッタ
クランプ爪１８ａが使用するカッタ７の位置に割出され
る。

【００３７】そしてクランプシリンダ１８ｂによりカッ
タクランプ爪１８ａが開放された状態で、シフト手段１
８ｃによりカッタクランプ爪１８ａがカッタ７側へシフ
トされ、カッタクランプ爪１８ａがカッタ７のクランプ
溝７ｆをクランプする。その後カッタクランプ爪１８ａ
が元の位置へシフトされた後、Ｚ軸駆動手段１５により
搬送高さまでカッタ７が上昇されると、Ｙ軸駆動手段１
２がボールねじ軸１１を回転させるため、走行体１０は
カッタヘッド５の上方へと移動される。走行体１０がカ
ッタヘッド５の上方へ停止されると、Ｚ軸駆動手段１５
によりテーパシャンク７ｃの中心が主軸５ａの中心に一
致する位置までカッタ７が下降される。

【００３８】そしてこの状態でシフト手段１８ｃがカッ
タクランプ爪１８ａを主軸５ａ方向へシフトさせるた
め、テーパシャンク７ｃがプルスタッド７ｄ側より主軸
５ａの取付け孔５ｂに嵌挿され、主軸５ａにカッタ７が
固定される。カッタ７の取付けが完了すると、カッタク
ランプ爪１８ａは搬送高さまで上昇された後、Ｙ軸駆動
手段１２により走行体１０がワーク搬入出位置まで移動
され、この位置でＺ軸駆動手段１５によりワーク保持手
段１７が下降されて、次に加工するワーク３が爪体１７
ａにより保持され、チャック４の上方へ搬送される。そ
してチャック４がワーク３の両端をクランプできる位置
までワーク３が下降されてチャック４によりワーク３の
両端がクランプされると、ワーク保持手段１７がワーク
搬入出位置まで移動され、次のワーク３の搬入出時まで
その位置で待機する。

【００３９】以上のようにしてカッタ７の装着及びワー
ク３の搬入が完了すると、カッタヘッド５がＹ軸及びＸ
軸方向へ移動されて、カッタ７がワーク３の加工位置に
割出され、ワーク３及びカッタ７がともに回転されてワ
ーク３の加工が開始される。そしてワーク３の全ての加
工個所の加工が完了すると、ワーク搬入出位置に待機し
ていた走行体１０がワーク３の直上へ移動されて、加工
の完了したワーク３が搬出され、次に加工するワーク３
が再び搬入されて、新たなワーク３の加工が再開され
る。

【００４０】以下上記動作を繰返すことにより、所定数
のワーク３の加工を行うもので、所定数のワーク３の加
工が完了して、次に別の種類のワーク３を加工する場合
は、カッタ７の交換を行う。カッタ７の交換に当って
は、まずワーク搬入出位置に待機していた走行体１０が
使用済カッタ７の直上まで移動されて、主軸５ａよりカ
ッタ７が取外され、カッタマガジン２０の上方まで移動
されて、元の位置に使用済カッタ７が格納される。

【００４１】その後次に使用するカッタ７の位置にカッ
タクランプ爪１８ａが割出されて、次に使用するカッタ
７がカッタマガジン２０より取出され、主軸５ａの上方
へと移動される。以後は上記と同様な動作で主軸５ａに
カッタ７が装着された後、ワーク３が搬入されて、新た
な種類のワーク３の加工が開始されるもので、カッタ７
の交換と、ワーク３の搬入出が人手を介さず、全て自動
的に行えるようになる。

【００４２】なお図示しないがローダ８のカッタ保持手
段１８には、エアノズルが設けられていて、主軸５ａに
カッタ７を装着する際、このエアノズルよりエアが主軸
５ａに向けて噴出され、前の加工で主軸５ａに付着した
切粉などが吹き飛されるようになっており、これによっ
て主軸５ａとテーパシャンク７ｃの間に切粉などが入り
込んで装着不良を起すなどの不具合を解消している。

【００４３】また上記実施の形態では、ワーク保持手段
１７をほぼＪ字形に形成された複数の爪体１７ａにより
形成したが、クランプシリンダにより開閉される複数の
爪体１７ａにより形成して、これら爪体１７ａによりワ
ーク３をクランプするようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態になるカッタ自動交換装
置が設けられた工作機械の平面図である。

【図２】図１のＡ方向からの矢視図である。

【図３】図１のＢ方向からの矢視図である。

【図４】この発明の実施の形態になるカッタ自動交換装
置により交換するカッタの正面図である。

【符号の説明】

１…工作機械 ２…ワークヘッド ３…ワーク ４…チャック ５…カッタヘッド ５ａ…主軸 ６…主軸モータ ７…カッタ ７ａ…カッタ本体 ７ｂ…チップ ７ｃ…テーパシャンク ８…ローダ １７…ワーク保持手段 １７ａ…爪体 １８…カッタ保持手段 １８ａ…カッタクランプ爪 １８ｂ…クランプシリンダ １８ｃ…シフト手段 ２０…カッタマガジン

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工すべき軸状のワーク（３）の両端を
   チャック（４）によりクランプして回転させる一対のワ
   ークヘッド（２）と、上記ワーク（３）の長手方向（Ｘ
   軸方向）及び接離方向（Ｙ軸方向）へ移動自在に設けら
   れ、かつ主軸モータ（６）により回転される外刃式カッ
   タ（７）により上記ワーク（３）をミーリング加工する
   カッタヘッド（５）とを有する工作機械（１）におい
   て、上記工作機械（１）の上方にＹ軸方向及び上下方向
   （Ｚ軸方向）へ移動自在に設けられ、かつ上記工作機械
   （１）へ搬入出するワーク（３）を保持するワーク保持
   手段（１７）を有するローダ（８）と、上記ローダ
   （８）に設けられ、かつ上記カッタヘッド（５）の主軸
   （５ａ）に脱着するカッタ（７）を保持するカッタ保持
   手段（１８）と、ワーク（３）の搬入出動作及びカッタ
   （７）の脱着動作を制御する制御手段とを具備したこと
   を特徴とする工作機械のカッタ自動交換装置。
2. 【請求項２】 工作機械（１）の近傍に、加工するワー
   ク（３）の種類に応じて予め用意された複数のカッタ
   （７）を格納するカッタマガジン（２０）を設置してな
   る請求項１記載の工作機械のカッタ自動交換装置。
3. 【請求項３】 ローダ（８）に、カッタ保持手段（１
   ８）をＸ軸方向へシフトさせるシフト手段（１８ｃ）を
   設けてなる請求項１または２記載の工作機械のカッタ自
   動交換装置。
4. 【請求項４】 カッタ保持手段（１８）を、カッタ
   （７）をクランプする一対のカッタクランプ爪（１８
   ａ）と、このカッタクランプ爪（１８ａ）を開閉するク
   ランプシリンダ（１８ｂ）より構成してなる請求項１な
   いし３項の何れか１項記載の工作機械のカッタ自動交換
   装置。
5. 【請求項５】 ワーク保持手段（１７）を、ワーク
   （３）を吊り上げる複数の爪体（１７ａ）により形成し
   てなる請求項１ないし４項の何れか１項記載の工作機械
   のカッタ自動交換装置。
6. 【請求項６】 ワーク保持手段（１７）を、ワーク
   （３）をクランプする複数の爪体（１７ａ）と、これら
   爪体（１７ａ）を開閉するクランプシリンダより形成し
   てなる請求項１ないし４項の何れか１項記載の工作機械
   のカッタ自動交換装置。
7. 【請求項７】 カッタ（７）を、外周面に複数のチップ
   （７ｂ）を有する円盤状のカッタ本体（７ａ）と、この
   カッタ本体（７ａ）の中心部に設けられたテーパシャン
   ク（７ｃ）より形成してなる請求項１ないし４項の何れ
   か１項記載の工作機械のカッタ自動交換装置。