(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元的に移動及び位置決めができる主軸頭（１）に、スピンドル（２）に内蔵したドローバー（３）を押し出すためのアンクランプアーム（４）を備え、ツール交換の際には、アンクランプアーム（４）の先端が、ＡＴＣアーム（５）と連動して回転するＡＴＣ用アンクランプカム（６）に接してツール（８）の自動交換を行う自動ツール交換位置（Ａ）と、固定式の手動交換用アンクランプカム（７）に前記アンクランプアーム（４）の先端を直接押し付けてアンクランプアーム（４）を揺動させ、ツール（８）をアンクランプする手動ツール交換位置（Ｍ）とへ、主軸頭（１）を選択移動可能であり、前記手動交換用アンクランプカム（７）が、前記ＡＴＣ用アンクランプカム（６）の真下に設置されており、前記主軸頭（１）を自動ツール交換位置（Ａ）から真下に移動させると、前記アンクランプアーム（４）の先端に設けられたローラフォロワ（２９）が、前記手動交換用アンクランプカム（７）に、隙間を持って相対することを特徴とする手動ツール交換機能付きマシニングセンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸頭のツールを、人の手によっても簡便に交換できるようにしたマシニングセンタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタは、ツールマガジンに多数のツールを備えており、自動工具交換装置（以後、ＡＴＣと称する）によって自動的にツール交換を行いながら、様々な切削加工を連続して行えることが最大の特徴である。より高速で正確なＡＴＣを求める客先の要望に応えるために、最近のＡＴＣは、ツールマガジンと主軸頭のツールをつかんで差し換えるＡＴＣアームの動作と、主軸頭のツールのアンクランプ動作を、カムやリンク等のメカ的な機構により連動させるものが主流となっている。例えば本出願人が以前に特許出願している特願平９−１２２１５７もこのタイプである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そうしたマシニングセンタでは、高速且つ正確なＡＴＣによるツール交換が実現した反面、オペレーターが主軸頭に装着されたツールを手で直接交換できないという作業性の問題が生じることとなった。加工中にツールが破損した時でも、ＡＴＣを起動し、いったんそのツールをツールマガジンに戻した後、ツールマガジンの設置場所までオペレーターが行ってツールを交換しなければならず、非常に手間と時間を要している。さらに、ツールマガジンが機械の最上部や機械の最上部中央に設置されている場合などには、ツールを差し換えるために脚立を持って来たり、オペレーターが機械の中に入ったりせねばならなかった。
【０００４】
本発明は以上に述べたような実情に鑑み、高速ＡＴＣを搭載したマシニングセンタにおいて、オペレーターが主軸頭のツールを手で直接交換できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、請求項１記載の発明による手動ツール交換機能付きマシニングセンタは、三次元的に移動及び位置決めができる主軸頭に、スピンドルに内蔵したドローバーを押し出すためのアンクランプアームを備え、ツール交換の際には、アンクランプアームの先端が、ＡＴＣアームと連動して回転するＡＴＣ用アンクランプカムに接してツールの自動交換を行う自動ツール交換位置と、固定式の手動交換用アンクランプカムに前記アンクランプアームの先端を直接押し付けてアンクランプアームを揺動させ、ツールをアンクランプする手動ツール交換位置とへ、主軸頭を選択移動可能であり、前記手動交換用アンクランプカムが、前記ＡＴＣ用アンクランプカムの真下に設置されており、前記主軸頭を自動ツール交換位置から真下に移動させると、前記アンクランプアームの先端に設けられたローラフォロワが、前記手動交換用アンクランプカムに、隙間を持って相対することを特徴とする。このマシニングセンタでは、主軸頭を手動ツール交換位置に移動させることでツールがアンクランプされ、オペレーターが主軸頭のツールを手で直接交換できる。このアンクランプのために、特別な駆動源を必要としない。
【０００６】
また、一般のマシニングセンタにおいてＡＴＣは上部に設置されており、手動交換用アンクランプカムをＡＴＣ用アンクランプカムの真下に設けることで、自動ツール交換位置と手動ツール交換位置との間の距離が最短となり、移動に要する時間を短くすることができる。また、ＡＴＣよりも低い場所に位置するため、オペレーターが手でツール交換しやすく、作業性が向上する。
【０００７】
この手動ツール交換機能をより簡便に利用できるようにするためには、手動ツール交換のための専用の操作部と、その操作に基づいて一連の動作を行う手動ツール交換のための専用のプログラムを有することが好ましい。専用の操作部とプログラムは、最も簡単な例としては、手動ツール交換の起動スイッチを操作盤等にひとつ設け、このスイッチを押すと、主軸頭が手動ツール交換位置に移動してツールがアンクランプされるようにしただけでも良いが、ツールマガジン、ＡＴＣと組み合わせて、ツールマガジンのツールの入れ換えを、この手動ツール交換機能を利用して行えるようにもできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず図１に基づいて本マシニングセンタの全体的な構成を説明する。ここでは、ＡＴＣ１０とツールマガジン１１がコラム１２と別置きとなった横型マシニングセンタの場合を示しており、ベッド１３上にＸ軸（左右方向）のスライドユニット１４を備え、そのスライダー１５上にコラム１２を横向きに取り付けてある。コラム１２にはＹ軸（上下方向）のスライドユニット１６が構成されており、そのスライダー１７にはＺ軸（前後方向）のスライドユニット１８が構成してあって、そのスライダー１９に主軸頭１を取り付けてある。各スライドユニットは、ボールネジをサーボモータで回転させてスライダーを移動させるもので、これにより主軸頭１は前後左右、及び上下に、高速且つ高精度な移動と位置決めが可能となっている。
【０００９】
主軸頭１は、図２に示すように、ケーシング２０内にツール８をクランプして回転するスピンドル２を有する。スピンドル２は、カップリング２１を介してスピンドルモータ２２に直結されている。スピンドル２には、ツール８末端のプルスタッド２３をつかみ、皿バネ２４の力で後方に引っ張り込むドローバー３を、前後に摺動可能な状態で内蔵している。ドローバー３には受動ピン２５が貫通しており、受動ピン２５の両端はスピンドル２に設けた前後方向の長穴を通してスピンドル２から突出している。ケーシング２０にはＬ字形のアンクランプアーム４がシャフト２６で揺動可能に軸支してある。アンクランプアーム４の短い方の腕２７は、受動ピン２５の後ろ側でスピンドル２を跨いでおり、長い方の腕２８はケーシング２０の外側に後方に向かって伸びている。長い方の腕２８の先端にはローラフォロワ２９を軸支してあり、このローラフォロワ２９をケーシング２０側に向かって押してアンクランプアーム４を揺動させると、受動ピン２５を介してドローバー３が前方に押し出され、ツール８がアンクランプされる。なお、本実施形態では両持ちピン付きローラフォロワ２９を用いているが、片持ちピン付きカムフォロワも同様に使用できる。
【００１０】
ベッド１３の右側にはブラケット３０が立設してあり、ブラケット３０上にはＡＴＣ１０とツールマガジン１１を設置してある。ＡＴＣ１０はＡＴＣアーム５とＡＴＣ用アンクランプカム６を備え、内部にはその両者を連動して動作させるための複合カムを備える。主軸頭１を自動ツール交換位置Ａに移動させると、アンクランプアーム４のローラフォロワ２９がＡＴＣ用アンクランプカム６に近接し、この状態で複合カムをモータで起動させると、ＡＴＣ用アンクランプカム６が回転してアンクランプアーム４を揺動させ、ツール８のクランプ・アンクランプ動作を行うと同時に、ＡＴＣアーム５が主軸頭１とツールマガジン１１のツール８をつかんで前後進及び回転し、ツール８の交換が瞬時に行われる。複合カムは、例えば特開昭６０−２１３４５４号公報、特開昭６１−１８２７４１号公報、特公平５−３７７８４号公報などに記載してある公知の手段による。またツールマガジン１１は、多数のツールポットが取り付けられたチェーン式のコンベア３２をサーボモータで駆動し、任意のツール８をＡＴＣアーム５で把持する位置に割り出すものである。
【００１１】
ここからが本発明の要部であるが、ＡＴＣ用アンクランプカム６の真下には、先端を斜めに削いだ棒状の手動交換用アンクランプカム７を、ブラケット３０に固定してある。主軸頭１を自動ツール交換位置Ａから真下に移動させると、図２に示すように、アンクランプアーム４のローラフォロワ２９が、手動交換用アンクランプカム７の傾斜面に、隙間を持って相対する状態となる。この位置から主軸頭１をさらに右に移動させると、ローラフォロワ２９が手動交換用アンクランプカム７に押されてアンクランプアーム４が揺動し、ドローバー３を前方に押し出してツール８をアンクランプする。この時の主軸頭１の位置が手動ツール交換位置Ｍであり、この状態でオペレーターが手で直接主軸頭１のツール８を交換できる。主軸頭１を左に移動させれば、ツール８はひとりでにクランプされる。
【００１２】
例えば操作盤（図示省略）上に手動ツール交換の起動スイッチを設けておき、加工中にツールが折れたりした時にその起動スイッチを押すと、主軸頭１は任意の位置から、アンクランプアーム４のローラフォロワ２９が手動交換用アンクランプカム７に接する手前の位置に位置決めした後、主軸頭１をゆっくり右に動かして手動ツール交換位置Ｍに移動するようにプログラミングしておけば、手動ツール交換機能を簡便に利用できる。
【００１３】
以下の構成によれば、ツールマガジン１１のツール８の入れ換えを、手動ツール交換機能を利用して手際良く行うことができる。まず、操作盤上に図３に示すような手動ツール交換専用の操作部９を設ける。操作部９には、手動ツール交換入・切スイッチ３４と、ツール選択スイッチ３５、起動スイッチ３６、戻しスイッチ３７を設置する。操作部９は操作のしやすい機械の前面側に設けてあれば良く、設置場所は特に限定しない。
【００１４】
これを利用する時の手順を述べると、まず手順１として手動ツール交換入・切スイッチ３４を「入」にする。すると本操作部９の操作が有効となり、操作盤上のＡＴＣ用のスイッチ操作が無効になる。手順２として、ツール選択スイッチ３５で交換したいツール番号を入力すると、ツールマガジン１１のコンベア３２が動いて、その番号のツール８がＡＴＣアーム５の把持位置に割り出される。手順３として起動スイッチ３６を押すと、主軸頭１が自動ツール交換位置Ａに移動し、ＡＴＣ１０が起動してツール交換を行い、選択した番号のツール８が主軸頭１にクランプされた後、主軸頭１が真下に移動し、手動ツール交換位置Ｍの真横で停止する。手順４として起動スイッチ３６をもう一度押すと、主軸頭１は右に移動して手動ツール交換位置Ｍで停止する。この状態で主軸頭１のツール８はアンクランプされており、オペレーターが手でツール８を差し換える。手順５として戻しスイッチ３７を押すと、主軸頭１は左に移動して自動ツール交換位置Ａの真下で停止し、ツール８は自動的にクランプされる。手順２〜５を繰り返すことで、ツールマガジン１１の全てのツール８を手際良く入れ替えることができる。
【００１５】
本発明は以上に述べた実施形態に限定されるものではない。手動ツール交換位置Ｍは、交換のしやすい位置に自由に設定すれば良い。また、単に手動でのツール交換ができれば良いのであれば、主軸頭の選択移動制御により、ＡＴＣ用アンクランプカムを回転させずに手動交換用のアンクランプカムとして用いることもできる。スライドユニットの配置形態も自由であり、立型や門型のマシニングセンタにも本発明を適用できる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、主軸頭のツールをオペレーターが手で直接交換することができて便利である。特にツールマガジンが、手の届かないような高い位置にある場合に、本発明は極めて有効である。また、ツールの外径や長さ、重量等の制約によりＡＴＣを利用できないツールであっても、手で直接主軸頭に取り付けて加工が行える。手動ツール交換時のアンクランプは、主軸頭の移動のみでなされるので、特別な駆動源を必要としない。
【００１７】
また、自動ツール交換位置と手動ツール交換位置との間の距離が最短となり、移動に要する時間を短くすることができる。特に手動ツール交換機能を利用してツールマガジンの全てのツールを入れ替える際には、主軸頭が自動ツール交換位置と手動ツール交換位置の間を何度も往復するので、本発明により作業時間を顕著に短縮できる。また、ＡＴＣよりも低い場所に位置するため、オペレーターが手でツール交換しやすく、作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の手動ツール交換機能付きマシニングセンタの正面図である。
【図２】  本発明の手動ツール交換機能付きマシニングセンタの、一部を断面にして示す平面図である。
【図３】  手動ツール交換のための専用の操作部の正面図である。
【符号の説明】
１  主軸頭
２  スピンドル
３  ドローバー
４  アンクランプアーム
５  ＡＴＣアーム
６  ＡＴＣ用アンクランプカム
７  手動交換用アンクランプカム
８  ツール
９  操作部
Ａ  自動ツール交換位置
Ｍ  手動ツール交換位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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