(57)【要約】【課題】低速主軸仕様と高速主軸仕様の変更等に伴う主軸ユニットの交換を、加工ヘッドごとの交換、大掛かりな自動アタッチメント交換装置を必要とせず、簡便に、効率よく行えるようにすること。【解決手段】サドル１６の軸送りの軸線と同一軸線上の交換位置とこの交換位置より離れた待機位置との間に往復動可能な可動台２３を設ける。可動台２３にサドル１６の軸送り方向と同方向に整列配置されて各々主軸ユニット１００を着脱可能に保持する複数個の主軸ユニット保持部３１、３２を設け、サドル１６の軸送りによって加工ヘッド１８が前記交換位置に位置している可動台２３上の複数個の主軸ユニット保持部３１、３２のうちの一つの直上位置に位置し、ラム１７の軸送りによって加工ヘッド１８と主軸ユニット保持部３１あるいは３２との間に主軸ユニット１００の受け渡しを行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に軸送りされるサドルと、前記サドルに設けられて垂直方向に軸送りされるラムと、前記ラムに設けられ主軸モータ内蔵の主軸ユニットを垂直軸方向の抜き差しによって着脱交換可能に保持する加工ヘッドとを有する工作機械の主軸ユニット交換装置であって、
前記サドルの軸送りの軸線と同一軸線上の交換位置と前記交換位置より離れた待機位置との間に往復動可能な可動台を有し、
前記可動台に前記サドルの軸送り方向と同方向に整列配置されて各々主軸ユニットを着脱可能に保持する複数個の主軸ユニット保持部が設けられ、
前記サドルの軸送りによって前記加工ヘッドが前記交換位置に位置している可動台上の複数個の主軸ユニット保持部のうちの一つの直上位置に位置し、ラムの軸送りによって前記加工ヘッドと前記主軸ユニット保持部との間に主軸ユニットの受け渡しが行われる工作機械の主軸ユニット交換装置。
【請求項２】
前記主軸ユニット保持部は、主軸ユニットに設けられている。工具クランプ用のコレットチャックによって着脱可能にクランプされるクランプ部を有する請求項１記載の工作機械の主軸ユニット交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械の主軸ユニット交換装置に関し、特に、門形マシニングセンタ等の工作機械の加工ヘッドに対して主軸ユニットを着脱交換する主軸ユニット交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
門形マシニングセンタ等の工作機械において、水平方向に軸送りされるサドルに設けられたラムの下端に、５面加工ヘッド、アングルヘッド等の各種加工ヘッドがアタッチメントとして着脱交換可能に取り付けられるものがある。この種の工作機械の付属装置として、加工ヘッドをラム下端に自動交換する自動アタッチメント交換装置（ＡＣＣ）が知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
ラムに交換可能に取り付けられる加工ヘッド（アタッチメント）には、ラムに装備された主軸駆動用の主軸モータによらずに、高速回転のために、主軸を直結駆動するビルトインモータを内蔵した加工ヘッドがある（たとえば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３０９６３６号公報
【特許文献２】
特開平９−１３６２３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の工作機械では、加工内容に応じて適切な加工ヘッドを自動アタッチメント交換装置によって自動交換することができるが、ラム下端に取り付けられる加工ヘッドは、比較的大型の重量物であるため、自動アタッチメント交換装置が大掛かりで、高価なものになり、占有面積も大きくなる。
【０００６】
また、従来の工作機械では、低速回転用の加工ヘッドはラム搭載の主軸モータによって主軸回転駆動を行い、高速回転用の加工ヘッドはラム搭載の主軸モータを使用せずに内蔵のビルトインモータによって主軸回転駆動を行うようになっているから、低速主軸仕様と高速主軸仕様の変更でも、加工ヘッドごと交換しなくてはならず、自動化のためには、このことだけでも、大掛かりな自動アタッチメント交換装置が必要になり、コストパーフォマンスが悪い。
【０００７】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、低速主軸仕様と高速主軸仕様の変更等に伴う主軸ユニットの交換を、加工ヘッドごとの交換、大掛かりな自動アタッチメント交換装置を必要とせず、簡便に、効率よく行う工作機械の主軸ユニット交換装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による工作機械の主軸ユニット交換装置は、水平方向に軸送りされるサドルと、前記サドルに設けられて垂直方向に軸送りされるラムと、前記ラムに設けられ主軸モータ内蔵の主軸ユニットを垂直軸方向の抜き差しによって着脱交換可能に保持する加工ヘッドとを有する工作機械の主軸ユニット交換装置であって、前記サドルの軸送りの軸線と同一軸線上の交換位置と前記交換位置より離れた待機位置との間に往復動可能な可動台を有し、前記可動台に前記サドルの軸送り方向と同方向に整列配置されて各々主軸ユニットを着脱可能に保持する複数個の主軸ユニット保持部が設けられ、前記サドルの軸送りによって前記加工ヘッドが前記交換位置に位置している可動台上の複数個の主軸ユニット保持部のうちの一つの直上位置に位置し、ラムの軸送りによって前記加工ヘッドと前記主軸ユニット保持部との間に主軸ユニットの受け渡しが行われる。
【０００９】
この発明による工作機械の主軸ユニット交換装置では、ラム、サドルの軸送りによって加工ヘッドと主軸ユニット保持部との間に主軸ユニットの受け渡しが行われ、主軸ユニットの交換が行われる。
【００１０】
この発明による工作機械の主軸ユニット交換装置は、更に、前記主軸ユニット保持部に、工具クランプ用のコレットチャックによって着脱可能にクランプされるクランプ部が設けられている。
【００１１】
この構造によれば、主軸ユニット保持部にセットされた主軸ユニットは、工具クランプ用のコレットチャックによってクランプ部を掴み、このクランプによって主軸ユニット保持部に安定状態で保持される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
図１〜図６はこの発明による工作機械の主軸ユニット交換装置を門形マシニングセンタに適用した一つの実施形態を示している。
【００１３】
門形マシニングセンタ１０は、固定配置のベッド１１上に、Ｘ軸方向に軸送りされる往復動テーブル１２を有する。ベッド１１の両側にはコラム１３、１４が設けられている。コラム１３と１４との間にクロスレール部材１５が水平に掛け渡されている。
【００１４】
クロスレール部材１５にはＹ軸方向に軸送りされるサドル１６が往復動可能に設けられている。サドル１６にはＺ軸方向（垂直方向）に軸送りされるラム１７が取り付けられている。ラム１７の下端部には加工ヘッド１８が設けられている。
【００１５】
加工ヘッド１８は、交換可能仕様でない固定型のものであってよく、ビルドインモータ等の主軸モータ内蔵の主軸ユニット１００を垂直軸方向の抜き差しによって着脱交換可能に保持する。加工ヘッド１８と主軸ユニット１００には、図示していないが、主軸ユニット１００の加工ヘッド１７に対する抜き差し着脱によって自動的に係脱し、加工ヘッド１８より主軸ユニット１００へ、電力供給、油圧供給、冷却・潤滑液供給を行う各カプラが設けられている。
【００１６】
主軸モータ内蔵の主軸ユニット１００の使用では、ラム１７側に主軸モータや伝動系を設ける必要がない。
【００１７】
自動主軸ユニット交換装置（ＡＳＣ）２０は、ベッド１１の一側方、一方のコラム１３の近傍に設置されている。主軸ユニット交換装置２０は固定配置の基台２１に互いに平行な２本の水平ガイドレール２２を有する。水平ガイドレール２２はＸ軸に対して傾斜した方向に延在している（図３参照）。
【００１８】
水平ガイドレール２２上にはＡＳＣ可動台２３が移動可能に設けられている。ＡＳＣ可動台２３は、図３において実線で示されていてる待機位置と、仮想線で示されていてる交換位置との間に往復動する。基台２１に電動モータ２４によって駆動される無端チェーン２５が設けられている。無端チェーン２５はＡＳＣ可動台２３と連結され、ＡＳＣ可動台２３を待機位置と交換位置との間に走行駆動する。ＡＳＣ可動台２３を交換位置にロックするソレノイド駆動のロックピン２９が設けられている（図２参照）。
【００１９】
ＡＳＣ可動台２３は、水平下板２６、柱体２７、水平上板２８等による立体構造になっており、水平上板２８上に二つの主軸ユニット保持具３１、３２が取り付けられている。
【００２０】
主軸ユニット保持具３１、３２は、サドル１６の軸送り方向（Ｙ軸方向）と同方向に互いに所定間隔をおいて整列配置されている。主軸ユニット保持具３１、３２は、ＡＳＣ可動台２３が交換位置に位置している状態では、図３に示されているように、主軸ユニット保持具３１と３２の配列中心軸線Ｙａｓｃがサドル１６の軸送り中心軸線Ｙｍｃに合致する。すなわち、主軸ユニット保持具３１と３２は、サドル１６の軸送り方向の延長線上にある。
【００２１】
主軸ユニット保持具３１は、底板３４上に相対向する一対の立板３３を有し、低速主軸ユニット１００Ａを、下向き姿勢で、垂直方向の抜き差しによって一対の立板３３の間に着脱可能に保持する。底板３４には低速主軸ユニット１００Ａに設けられている工具クランプ用のコレットチャック１０１Ａによって着脱可能にクランプされるクランプ突起部３５が固定されている。
【００２２】
主軸ユニット保持具３１は、円筒カップ部材３６と円筒カップ部材３６の上部開口端に取り付けられた保持リング３７と有し、低速主軸ユニット１００Ａより高速主軸ユニット１００Ｂを、下向き姿勢で、垂直方向の抜き差しによって円筒カップ部材３６内に着脱可能に保持する。円筒カップ部材３６の底部には高速主軸ユニット１００Ｂに設けられている工具クランプ用のコレットチャック１０１Ｂによって着脱可能にクランプされるクランプ突起部３８が固定されている。
【００２３】
なお、低速主軸ユニット１００Ａ、高速主軸ユニット１００Ｂの何れのコレットチャック１０１Ａ、１０１Ｂも、内蔵皿ばね（図示省略）のばね力によってクランプ状態になり、油圧供給によってアンクランプ状態になる通常のフェールセーフタイプのものである。
【００２４】
つぎに、図７を参照して自動主軸ユニット交換装置２０の動作を説明する。ここでは、加工ヘッド１８に取り付けられている低速主軸ユニット１００Ａを高速主軸ユニット１００Ｂに交換する場合について説明する。
（１）まず、ＡＳＣ可動台２３が待機位置より交換位置に前進移動する。
（２）次に、サドル１６のＹ軸移動によって加工ヘッド１８が主軸ユニット保持具３１の真上位置、すなわち交換位置Ａの真上位置に移動する。そして、ラム１７のＺ軸移動（降下移動）によって加工ヘッド１８がＺ軸待機位置に降下移動する。
（３）次に、主軸ユニット保持具３１の工具クランプ用コレットチャック１０１Ａをアンクランプ状態にする。
（４）次に、ラム１７のＺ軸移動（降下移動）によって加工ヘッド１８がＺ軸交換位置まで降下する。これにより、加工ヘッド１８に装着されている低速主軸ユニット１００Ａが、主軸ユニット保持具３１に係合し、主軸ユニット保持具３１によって下向き垂直姿勢のまま保持される。
（５）次に、主軸ユニット保持具３１の工具クランプ用コレットチャック１０１Ａをクランプ状態にする。これにより、低速主軸ユニット１００Ａが主軸ユニット保持具３１のクランプ突起部３５をクランプする。この結果、低速主軸ユニット１００Ａに主軸ユニット保持具３１に固定（ロック）される。
（６）次に、主軸ユニット運転をオフし、加工ヘッド１８の主軸ユニットクランパ（図示省略）をアンクランプ状態にする。
（７）次に、ラム１７のＺ軸移動（上昇移動）によって加工ヘッド１８がＺ軸上限位置まで上昇する。この上昇移動により、主軸ユニット保持具３１にロック状態の低速主軸ユニット１００Ａは加工ヘッド１８より抜け出し離脱する。これで、低速主軸ユニット１００Ａの取り外しが完了する。
（８）次に、サドル１６のＹ軸移動によって加工ヘッド１８が主軸ユニット保持具３２の真上位置、すなわち交換位置Ｂの真上位置に移動する。そして、ラム１７のＺ軸移動（降下移動）によって加工ヘッド１８がＺ軸待機位置に降下移動する。
（９）次に、ラム１７のＺ軸移動（降下移動）によって加工ヘッド１８がＺ軸交換位置まで降下する。これにより、主軸ユニット保持具３１に保持されている高速主軸ユニット１００Ｂが加工ヘッド１８に差し込まれる。
（１０）次に、加工ヘッド１８の主軸ユニットクランパ（図示省略）をクランプ状態にし、主軸ユニット運転をオンし、高速主軸ユニット１００Ｂの工具クランプ用コレットチャック１０１Ａをアンクランプ状態にする。
（１１）次に、ラム１７のＺ軸移動（上昇移動）によって加工ヘッド１８がＺ軸上限位置まで上昇する。この上昇移動により、高速主軸ユニット１００Ｂは加工ヘッド１８に装着された状態で上昇し、主軸ユニット保持具３２より抜け出し離脱する。これで、高速主軸ユニット１００Ｂの取り付けが完了する。
（１２）次に、サドル１６のＹ軸移動によって加工ヘッド１８が主軸ユニット保持具３２の真上位置より離れたＹ軸待機位置に移動する。
（１３）最後に、ＡＳＣ可動台２３が交換位置より待機位置に後退移動する。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による工作機械の主軸ユニット交換装置によれば、低速主軸仕様と高速主軸仕様の変更等に伴う主軸ユニットの交換が、加工ヘッドごとの交換、大掛かりな自動アタッチメント交換装置を必要とせず、簡便に、効率よく行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による工作機械の主軸ユニット交換装置を門形マシニングセンタに適用した一つの実施形態を示す全体構成である。
【図２】一つの実施形態による主軸ユニット交換装置の要部を示す斜視図である。
【図３】一つの実施形態による主軸ユニット交換装置の要部を示す平面図である。
【図４】一つの実施形態による主軸ユニット交換装置の要部を示す正面図である。
【図５】一つの実施形態による主軸ユニット交換装置の低速主軸ユニット用の主軸ユニット保持具を示す正面図である。
【図６】一つの実施形態による主軸ユニット交換装置の高速主軸ユニット用の主軸ユニット保持具を示す正面図である。
【図７】一つの実施形態による主軸ユニット交換装置の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  門形マシニングセンタ
１２  往復動テーブル
１３、１４  コラム
１５  クロスレール部材
１６  サドル
１７  ラム
１８  加工ヘッド
２０  自動主軸ユニット交換装置
２２  水平ガイドレール
２３  ＡＳＣ可動台
２４  電動モータ
２５  無端チェーン
３１、３２  主軸ユニット保持具
３５、３８  クランプ突起部
１００  主軸ユニット
１００Ａ  低速主軸ユニット
１００Ｂ  高速主軸ユニット
【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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