(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平軸線周りで回転可能な主軸を前側に有するコラムの上方に、水平に保持された複数本の工具を旋回させ、工具と主軸との軸線が平行で且つ前側となる待機位置に割り出す工具マガジンと、前記待機位置の工具を工具マガジンの外側に位置する受渡位置に移送する移送機構と、受渡位置の工具を主軸上の工具と交換する交換アームとを備えてなる工具交換装置が設置されたマシニングセンタにおいて、
前記工具交換装置を前記コラムの移動空間の上方でコラムから切り離して支持する支持ベースを備え、
前記工具マガジンに、工具の一部を収容する複数のポットと、転動体を介して前記ポットを水平姿勢に保持した状態で水平な環状経路に沿って案内するとともに前記待機位置に前記ポットの取出口を形成された案内部材と、前記ポットを駆動する駆動手段とを備えて、各ポットに収納された工具を水平姿勢で水平旋回させて前記待機位置に割り出し可能とし、
前記移送機構に、前記待機位置の取出口と待機位置の工具の軸線上前方に位置する受渡位置との間を直線且つ水平移動可能で、前記取出口で前記案内部材から前記ポットを受け取り水平姿勢に保持する保持部を設けられたシフタを備えて、前記待機位置のポットを工具マガジンの外側へ水平に取り出して前記受渡位置に直線的に水平移送可能とした
ことを特徴とするマシニングセンタ。
【請求項２】
駆動手段が環状経路と同一の軸線周りで回動する割出円板を備え、割出円板の外周にポットの一部が半径方向に係脱可能な切欠部を設けた請求項１記載のマシニングセンタ。
【請求項３】
シフタに移送中のポットを係止する係止部材を設け、取出口には係止部材をポットから解除する解除部材を設けた請求項１又は２記載のマシニングセンタ。
【請求項４】
ポットを受渡位置に位置決めする手段を備えた請求項１〜３の何れか１項記載のマシニングセンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コラムの上方に工具交換装置が設置されたマシニングセンタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のマシニングセンタとして、従来、実開平１−１４９２３２号公報又は実公平７−３０２６０号公報に開示された技術が知られている。前者のマシニングセンタにおいては、移動コラムの上方に設けられた固定フレーム上に工具マガジンが設置され、移動コラムの上部に交換アームが取り付けられている。工具マガジンにおいては、工具が水平に保持され、チェーンによって水平面内で割り出される。待機位置に割り出された工具は移送手段により受渡位置に降下され、ここで交換アームによって主軸上の工具と交換される。後者のマシニングセンタでは、工具がコラム上方の工具マガジンに水平に保持され、マガジンプレートの回動によって垂直面内で待機位置に割り出され、移送手段により待機位置から受渡位置に降下され、交換アームによって主軸上の工具と交換される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者のマシニングセンタによると、移送手段が工具を工具マガジンの下方へ取り降ろすため、移送手段の昇降ストロークだけマシニングセンタ全体の高さが高くなる。また、工具がチェーンによって回動されるので、割り出しに大きな力を必要とし、マガジン駆動モータが大型になる問題があった。しかも、交換アームがコラム上に設けられているので、コラム全体の重量が増し、高速移動に不利でもあった。後者の場合は、工具の移送方向が上下で、工具の割出方向も垂直面内に設定されているため、機械の全高がより高くなる問題点があった。また、マガジンプレートによる割出方式であるから、チェーンの場合と同様、マガジン駆動モータが大型になるという不都合もあった。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、工具交換装置を薄型に構成して、機械の全高を低くすることができるマシニングセンタを提供することにある。本発明の別の課題は、工具マガジンにおけるモータ等の割出駆動源を小型化できるマシニングセンタを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、水平軸線周りで回転可能な主軸を前側に有するコラムの上方に、水平に保持された複数本の工具を旋回させ、工具と主軸との軸線が平行で且つ前側となる待機位置に割り出す工具マガジンと、前記待機位置の工具を工具マガジンの外側に位置する受渡位置に移送する移送機構と、受渡位置の工具を主軸上の工具と交換する交換アームとを備えてなる工具交換装置が設置されたマシニングセンタにおいて、前記工具交換装置を前記コラムの移動空間の上方でコラムから切り離して支持する支持ベースを備え、前記工具マガジンに、工具の一部を収容する複数のポットと、転動体を介して前記ポットを水平姿勢に保持した状態で水平な環状経路に沿って案内するとともに前記待機位置に前記ポットの取出口を形成された案内部材と、前記ポットを駆動する駆動手段とを備えて、各ポットに収納された工具を水平姿勢で水平旋回させて前記待機位置に割り出し可能とし、前記移送機構に、前記待機位置の取出口と待機位置の工具の軸線上前方に位置する受渡位置との間を直線且つ水平移動可能で、前記取出口で前記案内部材から前記ポットを受け取り水平姿勢に保持する保持部を設けられたシフタを備えて、前記待機位置のポットを工具マガジンの外側へ水平に取り出して前記受渡位置に直線的に水平移送可能としたことを特徴とする。
【０００６】
ここで、駆動手段としてはチェーンも使用可能であるが、チェーンは伸びによって割出精度が低下しやすく、また、大きな駆動力の大型の駆動手段を必要とする。本発明では、工具を小型の駆動手段で高精度割出できるように、駆動手段が環状経路と同一の軸線周りで回動する割出円板を備え、割出円板の外周にポットの一部が半径方向に係脱可能な切欠部が設けられる（請求項２）。
【０００７】
また、工具の移送中にポットを定位置に保持するために、シフタには移送中のポットを係止する係止部材が設けられ、取出口にはこの係止部材をポットから解除する解除部材が設けられる（請求項３）。
【０００８】
さらに、移送機構には、受渡位置で交換アームが工具を確実に授受できるように、ポットを受渡位置に位置決めする手段が設けられる（請求項４）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１及び図２に従いマシニングセンタの全体的な構成について説明する。このマシニングセンタにおいては、ベッド１上にコラム２が前後左右に移動可能に載置され、コラム２の上方に工具交換装置３が設置されている。コラム２は主軸ヘッド４を昇降可能に備え、ヘッド４に主軸５がモータ６により水平軸線周りで回転可能に設けられている。コラム２の後側でベッド１には２本の支柱７が立設され、支柱７の上端に工具交換装置３の支持ベース８が水平に固定されている。工具交換装置３は工具マガジン９、移送機構１０、及び交換アーム１１を備え、装置全体が支持ベース８によりコラム２の移動空間の上方でコラム２から切り離された状態で支持されている。また、工具交換装置３は、マシニングセンタの全高を低くするために、交換アーム１１の下端とコラム２の上端との間隔が例えば１０ｍｍとなるように、コラム２に対し極めて近接する位置に設置されている。
【００１０】
次に、図３〜図６に従い工具交換装置３の構成並びに作用について説明する。図３に示すように、支持ベース８に固定された支持台１３には垂直軸１４が立設され、その上端に締着部材１５を介しマガジン本体１２が固定されている。マガジン本体１２には環状のレール１６が下方に突設され、このレール１６に複数のポット１７が吊持され、各ポット１７に工具１８が水平に保持されている。ポット１７には、工具１８のシャンク部１９を収容する孔２０と、レール１６の周面に対向する内外一対の吊下腕２１と、複数の転動体２２とが設けられている。レール１６は内周面、外周面及び下面に転動体２２が嵌合する水平な案内溝２３を備え、ポット１７を転動体２２を介し水平姿勢に保持して水平な環状経路に沿って案内する案内部材を構成している。
【００１１】
図５及び図６に示すように、この実施形態のポット１７には転動体２２が５個設けられている。ポット１７の外側の吊下腕２１に支持された２個の転動体２２Ａはレール１６の外周側の案内溝２３Ａに嵌合し、内側の吊下腕２１に支持された１個の転動体２２Ｂは内周側の案内溝２３Ｂに嵌合し、これら３個の転動体２２Ａ，２２Ｂがポット１７を上下方向の定位置に保持し、かつ両持ち状態で水平姿勢に確実に保持している。また、各吊下腕２１の間でポット１７の上面に支持された２個の転動体２２Ｃはレール１６の下面の案内溝２３Ｃに嵌合し、ポット１７をマガジン径方向の定位置に保持している。従って、工具１８を水平姿勢で水平面内で割り出す際の偏荷重対策を万全にでき、摺動案内方式と比較しはるかに小さな摩擦力のもとでポット１７を転動案内して、工具１８を円滑に割り出すことができる。
【００１２】
図３及び図５に示すように、ポット１７の駆動手段は、マガジン本体１２の上部に設置されたモータ２５と、前記環状経路と同一の軸線周りで回動する割出円板２６と、モータ２５の回転を割出円板２６に伝える歯車機構２７とから構成されている。割出円板２６は垂直軸１４の下端にベアリング２８を介して回動可能に支持され、その外周にはポット１７の下面に突設した係合ピン２９が半径方向に係脱可能な切欠部３０が設けられている。そして、工具マガジン９は複数本の工具１８をポット１７により水平姿勢に保持し、ポット１７を割出円板２６により転動体２２を介し円滑に水平旋回させて、待機位置Ａに順次割り出すようになっている。待機位置Ａは工具マガジン９において、コラム２が工具交換位置に移動したとき（図１参照）の主軸５の真上に設定され、レール１６には待機位置Ａと対応する箇所にポット１７の取出口３１が切欠形成されている。なお、割出円板２６による駆動方式は、チェーン方式と比較して駆動力が小さくて済み、しかもポット１７が転動案内されるため、割出駆動源として小型のモータ２５を使用でき、工具交換装置３の薄型化を図ることができる。
【００１３】
待機位置Ａの上方には移送機構１０の支持フレーム３３が工具マガジン９の前方へ突出するように配置され、基端の足部３４にてボルト３５でマガジン９の上面に固定されている。フレーム３３の前後の垂直板３２間には２本のロッド３７が水平かつ相平行状に取り付けられ、ロッド３７にはポット１７を移送するシフタ３８が取出口３１とそれより軸線方向前方の受渡位置Ｂとの間で直線移動可能に支持されている。シフタ３８はレール１６と略同一の断面形状で形成され、その前面、背面及び下面には保持溝３９が刻設されている。シフタ３８が取出口３１に配置されたときには、各部の保持溝３９がレール１６の対応部位の各案内溝２３と整合され（図４参照）、転動体２２が案内溝２３から保持溝３９に移載され、ポット１７が転動体２２を介しシフタ３８に水平に保持される。
【００１４】
支持フレーム３３の上板３３ａにはロッドレスシリンダ３６が水平に取り付けられている。シフタ３８の上面には連結片４０が突設され、この連結片４０はピン４１を介しロッドレスシリンダ３６のスライダ４２に連結されている。そして、移送機構１０は、ロッドレスシリンダ３６によりシフタ３８を前後に駆動し、シフタ３８の前進時に、待機位置Ａのポット１７を工具マガジン９の外側へ水平に取り出して、受渡位置Ｂに移送し、シフタ３８の後退時には、ポット１７を受渡位置Ｂから待機位置Ａに移送するように構成されている。なお、支持フレーム３３の基端側の垂直板３２には、シフタ３８を取出口３１の定位置に停止させるストッパ４３が設けられている。
【００１５】
図４に示すように、シフタ３８の背面には係止部材４５がブラケット４６を介し軸４７により回動可能に取り付けられ、その下端には一対の係止片４８が突設されている。シフタ３８によるポット１７の移送中には、係止部材４５がねじりバネ４９により作用位置（図３の鎖線位置）に配置され、係止片４８がポット１７の内側の吊下腕２１に幅方向両側から係止され、ポット１７がシフタ３８の定位置に保持され、転動体２２の保持溝３９からの脱落が防止される。また、ストッパ４３の下側で垂直板３２には解除ボルト５０が前方へ突設され、シフタ３８が取出口３１に復帰したときに、解除ボルト５０が係止部材４５をねじりバネ４９に抗して非作用位置（図３の実線位置）に回動し、係止片４８を吊下腕２１から解除して、待機位置Ａにおいてポット１７をマガジン９の割出方向に移動できるようになっている。この場合、係止部材４５はシフタ３８の移動を利用してねじりバネ４９及びボルト５０によって係脱されるので、別途電動アクチュエータ等の高価な駆動手段が不要となる。
【００１６】
一方、ポット１７の外側の吊下腕２１には位置決めピン５２が突設され、支持フレーム３３の先端側の垂直板３２には位置決めピン５２が挿入可能なブッシュ５３が取着され、支持ベース８の前端部上面にはポット１７の係合ピン２９が嵌合可能な位置決めブロック５４が固着されている。そして、これらの部材５２〜５４によりポット１７をシフタ３８の移動に伴って自動的に受渡位置Ｂに位置決めする手段が構成されている。図１R>１に示すように、交換アーム１１は支持ベース８の下側に固定された支持体５６に水平軸線の周りで旋回可能でかつ軸方向移動可能に支持され、周知の旋回及び抜差動作により受渡位置Ｂの工具１８を主軸５上の工具と交換できるようになっている。５５は交換アーム１１の旋回用モータである。
【００１７】
なお、以上では本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に例示するように各部の構成を変更して実施することもできる。
（１） 図５において、レール１６の内周側の転動体２２Ｂを２個に増やしたり、外周側の転動体２２Ａを１個に減らしたりするなど、転動体２２の個数を適宜変更すること。
（２） シフタ３８をロッド付のエアシリンダやモータで駆動すること。
（３） 交換アームをコラムの頂部に設けること。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、工具交換装置が工具を水平姿勢で水平に旋回して割り出し、その工具を受渡位置に直線的に水平移送して交換するので、工具交換装置を薄型に構成できて、マシニングセンタの全高を低くすることができる。また、移送機構が工具を工具マガジンから水平方向に離れた受渡位置に取り出し、そこで交換アームに引き渡すので、交換アームが工具を工具マガジンから直接取り出す場合とは異なり、工具マガジンの工具保持ピッチを小さくする場合でも、旋回時に交換アームがマガジン上の工具と干渉するおそれがなく、限られた大きさの工具マガジンに多数本の工具を保持することができる。
さらに、支持ベースが工具交換装置をコラムの移動空間の上方でコラムから切り離して支持するので、コラムの全体重量を軽くして、加工時にコラムを高速で移動させることができる。
加えて、マガジンにポットを水平姿勢で転動案内する案内部材を設けるとともに、移送機構のシフタにもポットを水平姿勢に保持する保持部を設けたので、工具をポットに突出保持して割り出す方式であっても、工具の割出動作を小さな駆動力で円滑に行うことができ、その結果、モータ等の割出駆動源を小型化することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、ポットを割出円板で駆動するので、工具をチェーンと比較して小さな駆動力で高精度に割り出すことができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、シフタに移送中のポットを係止する係止部材を設けたので、ポットをシフタの定位置に保持して、転動体の脱落を確実に防止することができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、ポットを受渡位置に位置決めする手段を設けたので、受渡位置で交換アームが工具を確実に授受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すマシニングセンタの正面図である。
【図２】同マシニングセンタの右側面図である。
【図３】同マシニングセンタの工具交換装置を示す図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図３のＹ−Ｙ線断面図である。
【図５】図３の工具交換装置においてポットの配列形態を示す平面図である。
【図６】転動体の機能を説明する図１の要部拡大図である。
【符号の説明】
１・・ベッド、２・・コラム、３・・工具交換装置、４・・主軸ヘッド、５・・主軸、７・・支柱、８・・支持ベース、９・・工具マガジン、１０・・移送機構、１１・・交換アーム、１２・・マガジン本体、１６・・レール、１７・・ポット、１８・・工具、２２・・転動体、２３・・案内溝、２６・・割出円板、２９・・係合ピン、３０・・切欠部、３１・・取出口、３６・・ロッドレスシリンダ、３７・・ロッド、３８・・シフタ、３９・・保持溝、４５・・係止部材、５０・・解除ボルト、５２・・位置決めピン、５３・・ブッシュ、５４・・位置決めブロック、Ａ・・待機位置、Ｂ・・受渡位置。
【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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