(57)【要約】【課題】構成を簡素化して部品点数を低減し、組付作業を容易に行いコストの低減を図ることができる工作機械における工具交換装置を提供することにある。【解決手段】ベッド１１の上部にコラム１２を装着する。コラム１２の上部に主軸台１３を上下方向の往復動可能に装着する。コラム１２の側面に工具交換装置２１を装着する。工具交換装置２１と主軸ヘッド１４との間に工具交換アーム４４を装着し、該交換アーム４４を工具交換高さＨ１において、旋回可能に装着する。工具マガジン２２と工具交換アーム４４との間に工具移動機構２４を装着し、工具ホルダ３１を工具ポット２９とともに割出し位置Ｐ１と工具交換位置Ｐ２との間で移動する。主軸台１３の昇降動作を利用して、工具交換位置Ｐ２において工具ホルダ３１に対する工具ポット２９の脱着を行い、かつ主軸位置Ｐ３において主軸ヘッド１４に対する工具１５の脱着を行う。【選択図】　　　図２
2004090173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドの後側上面にコラムを立設し、このコラム前面に主軸ヘッドを有する主軸台をＺ軸方向の往復動可能に装着し、前記ベッドの上面にワークを支持する支持テーブルを装設し、前記主軸ヘッドに取り外し可能に装着した工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、
前記コラムの側部に多数の工具を収納した工具マガジンを装着し、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとの間に工具の二つの把持部を有する工具交換アームを工具交換高さにおいて、垂直軸線の周りで旋回可能に装着し、前記工具マガジンと工具交換アームとの間に工具を移動する工具移動機構を設け、前記主軸台には工具交換位置に保持された工具交換アームの一方の把持部に把持された新工具の工具ポットを、該主軸台の昇降動作を利用して昇降する工具ポット昇降機構を設けたことを特徴とする工作機械における工具交換装置。
【請求項２】
請求項１において、前記工具移動機構は、工具マガジンの工具割出位置と、前記工具交換アームの工具交換位置との間で工具を把持した工具ポットをアクチュエータにより引き出しと引き込みするようにした工作機械における工具交換装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記工具交換アームが工具交換位置に旋回移動することにより、一方の把持部により主軸ヘッドに保持されている加工済工具を把持し、他方の把持部により工具交換位置に保持されている新工具を把持し、この状態で主軸台の上昇動作を利用して工具交換アームの一方の把持部に把持されている加工済工具を主軸ヘッドから上方に分離するとともに、他の把持部に把持されている新工具を、工具ポットを上方に移動することにより分離し、その後、前記工具交換アームを旋回させて、新工具と加工済工具の位置を反転切り換えした後に、主軸台を下降させて主軸ヘッドに新工具を装着すると同時に、工具ポットに加工済工具を係合するように構成されている工作機械における工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の工作機械として、ベッドの後側上面にコラムを立設し、このコラムの前面に主軸ヘッドを有する主軸台を上下（Ｚ軸）方向の往復動可能に装着し、前記ベッドの上面に左右（Ｘ軸）方向及び前後（Ｙ軸）方向にそれぞれ独立して往復動可能なワークの支持テーブルを装着したものが提案されている。そして、前記支持テーブルの上面にワークを載置し、前記主軸ヘッドに装着した工具によりワークを加工するようになっている。
【０００３】
又、前記コラムの上部側面には前記主軸ヘッドに装着した工具がワークの加工済により交換する場合に、新しい工具と加工済工具を交換するための工具交換装置が装着されている。この工具交換装置は、主軸ヘッドの下端部に装着された加工済工具と、新工具を収納するための工具マガジンとの間に工具取り出し機構を設け、工具交換アームを上下方向の往復動可能に、かつ垂直軸線の周りで旋回可能に装着している。そして、両工具の工具交換に際し、工具マガジン側から工具交換位置に移送された新工具と、前記主軸ヘッドの下端部に装着された加工済工具とを前記工具交換アームを待機位置から交換位置へ旋回させて両端に形成された把持部により把持する。その後、工具交換アームを下方に移動して、主軸ヘッドから加工済工具を抜き取り、工具ポットから新しい工具を抜き取って所定高さ位置に工具交換アームを停止させる。さらに、前記工具交換アームを旋回させて、新工具を前記主軸ヘッドの下方に移動するとともに、加工済工具を工具交換位置に保持された工具ポットの下方に移動停止する。この状態で前記工具交換アームを上方へ移動させて、新工具を主軸ヘッドの下端部に取り付け、加工済工具を工具ポットに係合する。次に、工具交換アームを下方に移動し、最後に、この工具交換アームを工具交換位置から待機位置へ旋回移動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の工作機械の工具交換装置は、工具の一対の把持部を有する工具交換アームを、旋回動作させるとともに、昇降動作させるための機構を１つのケーシング内に収容しているので、工具交換アームユニットの構成が複雑となってコストの低減を図ることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、構成を簡素化して部品点数を低減し、組付作業を容易に行いコストの低減を図ることができる工作機械における工具交換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ベッドの後側上面にコラムを立設し、このコラム前面に主軸ヘッドを有する主軸台をＺ軸方向の往復動可能に装着し、前記ベッドの上面にワークを支持する支持テーブルを装設し、前記主軸ヘッドに取り外し可能に装着した工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、前記コラムの側部に多数の工具を収納した工具マガジンを装着し、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとの間に工具の二つの把持部を有する工具交換アームを工具交換高さにおいて、垂直軸線の周りで旋回可能に装着し、前記工具マガジンと工具交換アームとの間に工具を移動する工具移動機構を設け、前記主軸台には工具交換位置に保持された工具交換アームの一方の把持部に把持された新工具の工具ポットを、該主軸台の昇降動作を利用して昇降する工具ポット昇降機構を設けたことを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記工具移動機構は、工具マガジンの工具割出位置と、前記工具交換アームの工具交換位置との間で工具を把持した工具ポットをアクチュエータにより引き出しと引き込みするようにしたことを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記工具交換アームが工具交換位置に旋回移動することにより、一方の把持部により主軸ヘッドに保持されている加工済工具を把持し、他方の把持部により工具交換位置に保持されている新工具を把持し、この状態で主軸台の上昇動作を利用して工具交換アームの一方の把持部に把持されている加工済工具を主軸ヘッドから上方に分離するとともに、他の把持部に把持されている新工具を、工具ポットを上方に移動することにより分離し、その後、前記工具交換アームを旋回させて、新工具と加工済工具の位置を反転切り換えした後に、主軸台を下降させて主軸ヘッドに新工具を装着すると同時に、工具ポットに加工済工具を係合するように構成されていることを要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した工作機械の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００１０】
図１は工作機械の正面図、図２は工作機械の左側面図を示す。図１，２から明らかなようにベッド１１の上面にはコラム１２が立設されている。このコラム１２の上部には主軸台１３が装着され、主軸台１３の下部には主軸ヘッド１４が装着されている。この主軸ヘッド１４にはワークの加工を行う工具１５を保持した工具ホルダ３１が図示しない工具チャックによって脱着可能に装着されている。前記主軸台１３はコラム１２に対しＺ軸案内レール１６によって上下方向の往復動可能に装着され、コラム１２の上面にはＺ軸駆動モータ１７が装着されている。そして、Ｚ軸駆動モータ１７が数値制御により作動されると、図示しないボールねじとボールねじナットよりなるＺ軸送り機構によって主軸台１３を上下（Ｚ軸）方向に往復動するようになっている。
【００１１】
前記ベッド１１の上面には前記工具１５によって加工されるワークの支持テーブル１８が装設されている。この支持テーブル１８はＸ軸方向（図１の正面において左右方向）及びＹ軸方向（図１の正面において紙面直交方向）にそれぞれ独立して往復動されるようになっている。
【００１２】
次に、前記コラム１２に対し主軸台１３及び主軸ヘッド１４と対応して設けられた工具交換装置２１について説明する。
この工具交換装置２１は概略的に見て所定位置において工具１５を保持する複数の工具ホルダ３１を収納するための工具マガジン２２と、前記主軸ヘッド１４と対応して所定位置に装着された工具交換アーム４４とを備えている。又、工具交換装置２１は、工具マガジン２２と、工具交換アーム４４との間に設けられ、かつ工具ホルダ３１を工具割出位置と工具交換位置との間で移動するための工具移動機構２４とにより構成されている。
【００１３】
前記工具マガジン２２は、前記コラム１２の側壁面に片持ち支持されたブラケット２５を介して支持された取付基板２６と、この取付基板２６に対し支持軸２７により旋回可能に取付けられた工具ポット保持テーブル２８とを備えている。この工具ポット保持テーブル２８には工具１５を把持した工具ホルダ３１を係合するための係合凹部２８ａが複数箇所に所定のピッチで設けられている。前記取付基板２６の上面には下向きに割付用モータ３０が取り付けられ、図示しないがピニオンとラックの機構により前記工具ポット保持テーブル２８を間欠的に旋回動作して、工具１５を把持した工具ホルダ３１を所定の割出し位置Ｐ１に割出しするようになっている。前記工具ホルダ３１には、図５に示すように環状溝２９ａが形成され、この環状溝２９ａによって前記工具ポット保持テーブル２８の係合凹部２８ａに半径方向外側から取り外し可能に係合されている。工具ポット２９には後述するシリンダ６１の係合部６３の凹部６３ａに係合される係合突起２９ｂが設けられ、工具１５を割出し位置Ｐ１から工具交換位置Ｐ２へ移動するための係合部を形成している。工具ホルダ３１には工具１５を後述する工具交換アーム４４の第１把持部４４ａ又は第２把持部４４ｂによって把持する環状溝３１ａが形成されている。
【００１４】
次に、前記工具交換アーム４４について説明すると、前記コラム１２の側壁面にはブラケット４１を介して固定支持筒４２が上下方向に取り付けられ、この固定支持筒４２の内部には上下方向に回転軸４３が貫通支持されている。この回転軸４３の下端部には工具交換アーム４４が垂直軸線の周りで水平方向に回動されるようになっている。この工具交換アーム４４の両端部には新工具１５を把持する第１把持部４４ａと、加工済工具１５を把持する第２把持部４４ｂが形成されている。前記コラム１２の上部には前記回転軸４３を回動するための旋回用モータ４５と減速機４６が設けられている。そして、前記旋回用モータ４５が作動されると、回転軸４３を介して工具交換アーム４４の第１把持部４４ａ及び第２把持部４４ｂが待機位置（図４の実線）から工具交換位置Ｐ２（図３参照）と主軸位置Ｐ３に旋回されるようにしている。
【００１５】
次に、前記工具移動機構２４について説明する。
前記コラム１２の側壁面には案内レール５１が上下方向に敷設され、この案内レール５１にはリニヤガイド５２を介して昇降体５３が上下方向の往復動可能に装着されている。この昇降体５３には工具ホルダ３１を保持した工具ポット２９を割出し位置Ｐ１と、工具交換位置Ｐ２との間で案内移動するための工具案内機構５４が取り付けられている。この工具案内機構５４は左右一対の側板５５，５６と、前記側板５５，５６の前後両端部を互いに連結するための連結板５７，５８と、側板５５，５６の内側面の下端部寄りに互いに対向して設けられた案内レール５９，６０とを備えている。図６に示すように両案内レール５９，６０が前記工具ポット２９の環状溝２９ａに係合されることによって工具ポット２９を案内移動するようにしている。
【００１６】
前記連結板５７の外側面にはシリンダ６１が固定され、該シリンダ６１のピストンロッド６２には前記工具ポット２９の係合突起２９ｂに係合可能な係合部６３が連結されている。そして、シリンダ６１のピストンロッド６２を前進することにより前記工具マガジン２２側の工具ポット２９を新工具１５とともに割出し位置Ｐ１から工具交換位置Ｐ２へ移動し、後退することにより工具交換位置Ｐ２から加工済工具１５を把持した工具ポット２９を割出し位置Ｐ１へ移動するようにしている。前記連結板５８にはアジャストボルト６４が螺合され、係合部６３の前進位置、つまり工具ポット２９の位置を工具交換位置Ｐ２に調整するようにしている。なお、アジャストボルト６４はナット６５によって連結板５８に固定されている。
【００１７】
前記主軸台１３の側壁面には取付板７１がボルトによって取り付けられ、この取付板７１には昇降用アーム７２が片持ち支持されている。この昇降用アーム７２の先端部はリニヤガイド５２の上端部に取り付けられたブラケット７３に高さ調節可能に取り付けられたアジャストボルト７４の下面に当接されている。そして、前記主軸台１３が往復動されると、昇降体５３、工具案内機構５４及びシリンダ６１がリニヤガイド５２に沿って昇降動作されるようになっている。前記工具案内機構５４の高さ位置は、図５に示すように前記案内レール５９，６０が前記工具ポット保持テーブル２８の係合凹部２８ａと同じ高さ位置となったとき、図示しないストッパにより位置規制されるようになっている。昇降用アーム７２は案内レール５９，６０が最下限位置に移動停止された後も、ワークの加工作業のため下降される主軸台１３とともに下方に移動可能である。
【００１８】
この実施形態では、前記工具案内機構５４、取付板７１、昇降用アーム７２、ブラケット７３及びアジャストボルト７４等により工具交換位置Ｐ２にある工具ポット２９を単独で昇降するための工具ポット昇降機構を構成している。
【００１９】
前記工具交換装置２１の動作について図７のフローチャートを中心に説明する。
主軸ヘッド１４に装着された工具１５によって、支持テーブル１８上のワークが長時間加工され、工具１５が摩耗してその交換時期が来たとき、工具交換が行われる。この工具交換のスタート時点では、工具移動機構２４の工具案内機構５４は図２に鎖線で示し、かつ図５に示すように最下限位置に保持され、案内レール５９，６０が工具ポット保持テーブル２８と同じ高さ位置に保持されている。
【００２０】
最初に、図７のステップＳ１に示すように主軸台１３及び加工済工具１５が駆動機構によって上昇され、工具１５が工具交換高さＨ１に上昇される。このため、工具交換アーム４４の第１及び第２把持部４４ａ，４４ｂの工具交換高さＨ１に工具１５の工具ホルダ３１の環状溝３１ａが対向する。
【００２１】
ステップＳ２では、工具マガジン２２の割付用モータ３０によって新工具１５が割出し位置Ｐ１へ移動される。このとき工具ポット２９の係合突起２９ｂが図５に示すように係合部６３の凹部６３ａに係合される。
【００２２】
次のステップＳ３では、シリンダ６１の前進動作によって新工具１５を保持した工具ポット２９が案内レール５９，６０によって案内されつつ割出し位置Ｐ１から工具交換位置Ｐ２へ移動される。次のステップＳ４では、待機位置に保持されていた工具交換アーム４４が旋回用モータ４５によって旋回動作される。これによって、工具交換アーム４４の第１把持部４４ａが前記工具交換位置Ｐ２に移動され、ステップＳ５で示すように工具交換位置Ｐ２に保持されていた新工具１５のホルダ３１の環状溝３１ａに第１把持部４４ａが係合されて工具ホルダ３１が把持される。一方、工具交換アーム４４の第２把持部４４ｂが主軸ヘッド１４の中心軸線、つまり工具脱着を行う主軸位置Ｐ３に移動され、ステップＳ６で示すように、加工済工具１５のホルダ３１の環状溝３１ａに第２把持部４４ｂが係合されて工具ホルダ３１が把持される。
【００２３】
次に、ステップＳ７において、Ｚ軸駆動モータ１７が起動されて主軸台１３とともに主軸ヘッド１４が前記工具交換高さＨ１から所定距離だけ上方に変移した工具分離高さＨ２に上昇される。これによって昇降用アーム７２によって工具移動機構２４が上昇され、その工具案内機構５４に保持されていた工具ポット２９が上昇されて、ステップＳ８で示すように新工具１５のホルダ３１から工具ポット２９が上方へ分離される。この動作と同時に、ステップＳ９で示すように第２把持部４４ｂに把持されていた加工済工具１５のホルダ３１から主軸ヘッド１４が上方に分離され、主軸ヘッド１４から加工済工具１５が分離されることになる。
【００２４】
次に、ステップＳ１０で示すように、旋回用モータ４５が起動されて工具交換アーム４４が図３において反時計周り方向へ１８０度旋回動作されて停止される。この動作によりステップＳ１１で示すように、新工具１５が主軸位置Ｐ３へ移動され、これと同時に、加工済工具１５が主軸位置Ｐ３から工具交換位置Ｐ２へ移動される。
【００２５】
さらに、ステップＳ１３において、駆動モータ１７が起動されて、主軸台１３及び工具移動機構２４が前記工具分離高さＨ２から工具交換高さＨ１へ下降動作される。この動作によってステップＳ１４で示すように加工済工具１５のホルダ３１に工具ポット２９が係合されるとともに、ステップＳ１５において新工具１５のホルダ３１に主軸ヘッド１４が係合される。又、ステップＳ１６において、シリンダ６１により加工済工具１５を保持した工具ポット２９が工具交換位置Ｐ２から割出し位置Ｐ１へ移動される。
【００２６】
その後、ステップＳ１７において、旋回用モータ４５が作動されて工具交換アーム４４が反対方向に所定角度だけ旋回動作され待機位置に復帰される。
このようにして、工具１５の交換作業が行われる。
【００２７】
上記実施形態の工作機械によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）上記実施形態では、工具移動機構２４の工具ポット２９を把持する工具案内機構５４を、主軸台１３の昇降動作を利用して上下方向の位置切り換え可能に構成し、工具交換アーム４４は工具交換高さＨ１に保持したまま主軸台１３を昇降動作させることにより工具１５の交換を行うようにした。このため工具交換アーム４４は旋回機構のみとなり構造を簡素化でき、製造及び組付作業を容易に行いコストの低減を図ることができる。
【００２８】
（２）上記実施形態では、工具移動機構２４によって工具マガジン２２の工具割出し位置Ｐ１と、工具交換アーム４４側の工具交換位置Ｐ２との間で工具１５を移動すようにした。このため工具マガジン２２をコラム１２の側方に装着することができる。
【００２９】
（３）上記実施形態では、昇降用アーム７２が固定支持筒４２を迂回するように支持されている。このため、昇降用アーム７２の配置スペースを最小限にすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明の工作機械における工具交換装置は、構成を簡素化して部品点数を低減し、組付作業を容易に行いコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の工作機械の工具交換装置を具体化した一実施形態を示す正面図。
【図２】工作機械の左側面図。
【図３】工具交換装置の拡大平面図。
【図４】工具交換装置の斜視図。
【図５】工具割出し位置付近の拡大断面図。
【図６】工具案内機構の拡大横断面図。
【図７】工具交換動作を示すフローチャート。
【符号の説明】Ｈ１…工具交換高さ、Ｈ２…工具分離高さ、Ｐ２…工具交換位置、１１…ベッド、１２…コラム、１３…主軸台、１４…主軸ヘッド、１５…新工具，加工済工具，工具、１８…支持テーブル、２２…工具マガジン、２４…工具移動機構、２９…工具ポット、４４…工具交換アーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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