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JP2018192570A - 工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガントリーローダ等を用いて自動的に上方からワークを交換することが容易な工作機械を提供すること。【解決手段】工具マガジン４０は、主軸３０に取り付けられた工具２により被加工物を加工している状態の加工位置と、主軸３０に取り付けられた工具２を交換する工具交換位置と、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部２０に対する被加工物の載置及び取外しの障害とならない退避位置との間で移動可能である。被加工物は、自動ワーク搬送装置によって、ワーク載置部２０に対して上方から載置され、又は、ワーク載置部２０から上方へ取外される。工具マガジン４０を退避位置へ移動させる工具マガジン退避部４１３、１７５と、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部２０に対する被加工物の載置及び取外しの動作と、工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行う制御装置６０と、を備える工作機械１である。【選択図】図４

Description

本発明は、工具マガジンを回動動作させて工具を主軸に対して接近、離反させて工具の着脱を行う工作機械に関する。
従来より、工作機械の主軸に取り付けられる工具を自動的に交換可能な工作機械が知られている。このような工作機械においては、工具マガジンにおいて放射状に配置された複数の工具把持部に、被加工物に対する加工作業に必要な工具が予めセットされており、工作機械の主軸に取り付けられた工具が、被加工物の加工状態に応じて指定された工具に自動的に交換される（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５−０５４３７０号公報
上述の従来の工作機械としては、工具マガジンが主軸の前面或いは側面に配置されている構成が知られている。被加工物であるワークは、工作機械の前面或いは側面に形成されたカバー部材の開口部を通して、工作機械においてワークが載置されるワーク載置部に載置される。この構成では、主軸への工具の受け渡しを行う際の動作を小さくでき、工具交換時間を短くすることが可能である。
このように工作機械の前面或いは側面に形成されたカバー部材の開口部を通して、工作機械においてワークが載置されるワーク載置部に載置されるのではなく、例えば、工作機械の上方からワークを搬送して、工具マガジンの下方に配置されたワーク載置部にワークを配置させる構成が考えられる。この場合、従来の工作機械においては、工具マガジンに把持されている工具の先端と、工具マガジンに対向して配置されている工作機械のカバー部材との間の距離は短い。このため、工作機械のワーク載置部にワークを載置したり、ワーク載置部に載置されたワークを交換したりするためのスペースは小さく、ガントリーローダ等を用いて自動的にワークを交換することは難しかった。
本発明は、ガントリーローダ等を用いて自動的に上方からワークを交換することが容易な工作機械を提供することを目的とする。
本発明に係る工作機械（例えば、後述のマシニングセンタ１）は、工具（例えば、後述の工具２）を把持可能であり放射状に配置された複数の工具把持部（例えば、後述の工具把持部）を有する工具マガジン（例えば、後述の工具マガジン４０）と、自動ワーク搬送装置によって、前記工具により加工される被加工物が載置及び取外しされるワーク載置部（例えば、後述のワーク載置部２０）と、前記工具が取り付けられ、前記ワーク載置部の被加工物に対して加工を行う主軸（例えば、後述の主軸３０）と、を備える工作機械であって、前記工具マガジンは、前記主軸に取り付けられた前記工具により被加工物を加工している状態の加工位置と、前記主軸に取り付けられた前記工具を交換する工具交換位置と、前記自動ワーク搬送装置による前記ワーク載置部に対する被加工物の載置及び取外しの障害とならない退避位置との間で移動可能であり、被加工物は、前記自動ワーク搬送装置によって、前記ワーク載置部に対して上方から載置され、又は、前記ワーク載置部から上方へ取外され、前記工作機械は、前記工具マガジンを前記退避位置へ移動させる工具マガジン退避部（例えば、後述の回転カム１７５、エアシリンダ１７１、カムフォロワ４１３）と、前記自動ワーク搬送装置による前記ワーク載置部に対する被加工物の載置及び取外しの動作と、工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行う制御装置（例えば、後述の制御装置６０）と、を備える。
また、水平方向において前記工具マガジンに対向する位置に配置された壁部により構成されるカバー部材（例えば、後述のカバー部材Ｃ）を備え、前記工具マガジン退避部は、前記壁部と前記工具マガジンとの間を前記自動ワーク搬送装置が上下方向へ通過可能な空間を確保可能に、前記工具マガジンを退避させてもよい。
また、前記工具マガジンは、マガジン軸部を中心として回動可能であり、前記工具マガジン退避部は、前記マガジン軸部と平行な退避部軸部を中心に回転可能な回転カム（例えば、後述の回転カム１７５）と、前記回転カムのカム面（例えば、後述のカム面１７７）に追従し前記工具マガジン上に支点を有するカムフォロワ（例えば、後述のカムフォロワ４１３）と、を有してもよい。
また、前記回転カムのカム面は、前記回転カムの前記退避部軸部を中心としてカム面に沿って進むにつれて、前記退避部軸部からの距離が徐々に短くなる曲面を有してもよい。
また、前記工具マガジン退避部は、前記回転カムを回転させるためのエアシリンダ（例えば、後述のエアシリンダ１７１）を備えてもよい。
本発明によれば、ガントリーローダ等を用いて自動的に上方からワークを交換することが容易な工作機械を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の工具マガジン４０が動作位置にある状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の工具マガジン４０が工具着脱位置にある状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の工具マガジン４０が動作位置にある状態のときの回転カム１７５及びカムフォロワ４１３の位置関係を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の工具マガジン４０が退避位置にある状態のときの回転カム１７５及びカムフォロワ４１３の位置関係を示す側面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１を示す斜視図である。
本実施形態に係る工作機械は、マシニングセンタ１により構成される。
マシニングセンタ１は、図１に示すように、機械本体部１０と、ワーク載置部２０と、主軸３０と、工具マガジン４０と、工具マガジン退避部（後述のエアシリンダ１７１、回転カム１７５、カムフォロワ４１３）と、制御装置６０と、を備えている。
工具マガジン４０は、円盤形状を有しており、機械本体部１０に対して回動可能且つ、揺動可能に支持されている。工具マガジン４０は、複数の工具把持部４３（図２Ａ等参照）を有している。複数の工具把持部４３は、工具マガジン４０の周方向へ所定の間隔で配置されており、即ち、工具マガジン４０において放射状に配置されている。複数の工具把持部４３は、工具２（図２Ａ等参照）を１つずつ把持可能である。
水平方向における工具マガジン４０の前方（図１における右下方向）であって、工具マガジン４０に対向する位置には、壁部により構成されるカバー部材Ｃ（図３等参照）が配置されている。なお、図１、図２Ａ、図２Ｂにおいては、説明の便宜上、カバー部材Ｃの図示を省略している。
ワーク載置部２０には、ワークが載置される。主軸３０には、工具マガジン４０に把持されている工具２を着脱可能である。工具２が取り付けられた主軸３０は、ワーク載置部２０に載置されたワークに対して加工を行う。ワークは、ガントリーローダ等により構成された自動ワーク搬送装置（不図示）によって、ワーク載置部２０に対して上方から、カバー部材Ｃ（図４等参照）と工具マガジン４０との間の空間（距離ｄ２を有する空間）を通して、ワーク載置部２０に載置されるか、又は、ワーク載置部２０に対して上方へ取外される。工具マガジン退避部（後述のエアシリンダ１７１、回転カム１７５、カムフォロワ４１３）は、自動ワーク搬送装置（不図示）が、ワーク載置部２０に対して上方からワークを載置し、又は、ワーク載置部２０に対して上方へワークを取外すときに、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部２０に対するワークの載置及び取外しの障害とならない退避位置へ、工具マガジン４０を移動させる。
制御装置６０はＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭとを備えている。ＣＰＵは、バスを介して、ＲＯＭに格納されたシステムプログラムを読み出し、このシステムプログラムに従って、また、各部に設けられたセンサ（不図示）からの信号が、ＣＰＵへと入力されることによって、後述のエアシリンダ１７１等を制御して、回転カム１７５等を駆動する。ＲＡＭには、一時的な計算データや表示データが格納される。
例えば、制御装置６０は、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部２０に対するワークの載置及び取外しの動作と、工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行い、後述のように、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部２０に対するワークの載置及び取外しの障害とならない退避位置に工具マガジン４０が位置しているときに、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部２０に対するワークの載置及び取外しを行わせる。
次に、工具マガジン４０及び工具マガジン４０を支持する構成について、以下詳細に説明する。図２Ａは、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の工具マガジン４０が動作位置にある状態を示す側面図である。図２Ｂは、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の工具マガジン４０が工具着脱位置にある状態を示す側面図である。図３は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の工具マガジン４０が動作位置にある状態のときの回転カム１７５及びカムフォロワ４１３の位置関係を示す側面図である。図４は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の工具マガジン４０が退避位置にある状態のときの回転カム１７５及びカムフォロワ４１３の位置関係を示す側面図である。
工具マガジン４０は、工具マガジン本体部４１を有しており、工具マガジン本体部４１には、付勢ばね４１４と、被支持部４１１と、カムフォロワ４１２、４１３とが設けられている。被支持部４１１は、左右方向（図２Ａにおける紙面の表側と裏側とを結ぶ方向）に延びる回動軸であるマガジン軸部１５１によって、機械本体部１０に対して回動可能に支持されている。付勢ばね４１４は、引張りばねにより構成されており、一端部が工具マガジン４０の被支持部４１１よりも下側の部分に固定され、他端部が機械本体部１０（図１参照）に対して固定されている。付勢ばね４１４の付勢力によって後述のカムフォロワ４１２がカム１８のカム面１８１、１８２に当接するか、又は、後述のカムフォロワ４１３が回転カム１７５のカム面１７７に当接する状態とされる。
カムフォロワ４１２は、工具マガジン本体部４１の後面（図２Ａにおける右側の面）から後方向（図２Ａにおける右方向）へ延びている。カムフォロワ４１２の延出端部は、カム１８に当接することにより、カム１８のカム面１８１、１８２に追従する。図２Ａに示すように、カム１８の上部のカム面１８１は、前方向（図２Ａの左方向）へ最も突出する平坦面を有し、カム１８の下部のカム面１８２は、カム面１８１よりも後方向（図２Ａの右方向）へ後退した平坦面を有し、中間部は、カム１８の上部のカム面１８１と、カム１８の下部のカム面１８２とを結ぶ傾斜面を有している。
これらのカム１８及びカムフォロワ４１２の構成により、カムフォロワ４１２がカム１８の上部のカム面１８１に追従しているときには、図２Ａに示すように、主軸３０に取り付けられた工具２によりワークを加工している状態の加工位置にある。また、カムフォロワ４１２がカム１８の下部カム面１８２に追従しているときには、図２Ｂに示すように、主軸３０に取り付けられた工具２を交換する工具交換位置にある。即ち、カムフォロワ４１２によるカム１８のカム面１８１、１８２への追従により、工具マガジン４０は、マガジン軸部１５１を中心として回動し、図２Ａに示す加工位置と、図２Ｂに示す工具交換位置との間を移動する。
工具マガジン退避部は、回転カム１７５と、カムフォロワ４１３と、エアシリンダ１７１とを有している。エアシリンダ１７１は、機械本体部１０（図１等参照）に固定されている。図４等に示すように、エアシリンダ１７１のピストン（不図示）に固定され、ピストンと一体で移動するエアシリンダ１７１の出力軸１７２は、エアシリンダ１７１の下端部から下方向へ延びており、ピストンの上下移動に伴い、ピストンと一体的に上下方向へ移動する。出力軸１７２の下端部は、後述の回転カム１７５の被駆動部１７８に当接しており、出力軸１７２が上下することにより、回転カム１７５が回転する。
回転カム１７５は、カム部１７６と、被駆動部１７８とを有している。カム部１７６は、図３等に示すように、楕円を２つの焦点を通る直線と当該直線に直交し当該楕円の中心を通る直線とで切った４分割した当該楕円の一つのような形状を有している。
被駆動部１７８は、図３等に示すように、４分割した楕円の形状を有するカム部１７６の当該分割線（直線状の部分）を延長するようにカム部１７６から延びている。カム部１７６と被駆動部１７８とは一体的に接続されており、カム部１７６と被駆動部１７８との接続部分は、マガジン軸部１５１と平行に延びる回転軸である退避部軸部１５３によって、機械本体部１０に対して回転可能に支持されている。従って回転カム１７５は、退避部軸部１５３によって退避部軸部１５３を中心して回転可能である。また、回転カム１７５のカム面１７７は、退避部軸部１５３を中心としてカム面１７７に沿って進むにつれて、退避部軸部１５３からカム面１７７までの距離が徐々に短くなる（これとは逆の方向にカム面１７７に沿って進むと、退避部軸部１５３からカム面１７７までの距離が徐々に長くなる）ような曲面を有している。
カムフォロワ４１３は、工具マガジン本体部４１に固定されて設けられており、図４に示すように、回転カム１７５のカム面１７７に当接可能である。即ち、カムフォロワ４１３は、回転カム１７５のカム面１７７に追従しており、工具マガジン４０上に支点を有する。
これらの回転カム１７５のカム面１７７及びカムフォロワ４１３の構成により、工具マガジン４０は、マガジン軸部１５１を中心として回動し、カムフォロワ４１３がカム面１７７の先端近傍の部分に追従しているときには、工具マガジン４０は、図４に示すように、カバー部材Ｃの壁部と工具マガジン４０との間を自動ワーク搬送装置が上下方向へ通過可能な空間を確保可能に、工具マガジン４０を退避させる退避位置にある。カムフォロワ４１３がカム面１７７の基端部（被駆動部１７８に接続されているカム部１７６の部分）近傍の部分に追従しているときには、工具マガジン４０は、図３に示すように、工具マガジン４０において工具２が把持され、且つ、主軸３０に取り付けられた工具２によりワークを加工している状態の加工位置にある。即ち、カムフォロワ４１３によるカム面１７７への追従により、工具マガジン４０は、マガジン軸部１５１を中心として回動し、図４に示す退避位置と、図２Ａ及び図３に示す加工位置との間を移動する。
次に、工具マガジン４０の動作について説明する。
先ず、工具マガジン４０は、図２Ａに示すように、カムフォロワ４１２がカム１８の上部に追従しているときには、主軸３０に取り付けられた工具２によりワークを加工している状態の加工位置にある。この状態から、図２Ｂに示すように、工具マガジン４０の下側の部分を後方（図２Ａにおける右方向）へ引っ張るように付勢する付勢ばね４１４の付勢力により、カムフォロワ４１２がカム１８の下部に当接して追従し、工具マガジン４０がマガジン軸部１５１を中心として回動して、主軸３０が上方へ移動し、主軸３０に取り付けられた工具２を交換する工具交換位置となる。
このように、工具マガジン４０が加工位置や工具交換位置にあるときには、工具マガジン４０の上部に位置している工具２が、カバー部材Ｃの壁部に接近した位置関係にあるため、図３に示すように、カバー部材Ｃの壁部と工具２の先端との間の距離ｄ１は短くなっており、従って、カバー部材Ｃの壁部と工具マガジン４０との間の空間は狭くなっている。このとき、制御装置６０による制御により、エアシリンダ１７１は駆動されず、図３に示す状態で固定されている。
次に、ワークをワーク載置部２０へ載置するか、又は、ワーク載置部２０に載置されたワークを取り外す際には、制御装置６０による制御により、エアシリンダ１７１を駆動させて、回転カム１７５を時計回りに回転させる。これにより、カムフォロワ４１３は、回転カム１７５のカム面１７７に当接し、カム面１７７に沿ってカム面１７７に対して相対的に移動し、回転カム１７５のカム部１７６の先端部に当接した状態となる。これにより、工具マガジン４０は、図４に示すように、工具マガジン４０の直径方向が垂直に位置し、カバー部材Ｃの壁部と工具２の先端との間の距離ｄ２は長くなっており、従って、カバー部材Ｃの壁部と工具マガジン４０との間の空間は広くなっている。このとき、制御装置６０による制御により、工具マガジン４０に同期して、自動ワーク搬送装置を駆動させて、ワークをワーク載置部２０へ搬送して載置するか、ワーク載置部２０に載置されているワークを取り外す。
以上のように、本実施形態によれば、工作機械としてのマシニングセンタ１は、工具２を把持可能であり放射状に配置された複数の工具把持部４３を有する工具マガジン４０と、自動ワーク搬送装置によって、工具２により加工されるワークが載置及び取外しされるワーク載置部２０と、工具２が取り付けられ、ワーク載置部２０のワークに対して加工を行う主軸３０と、を備える。
工具マガジン４０は、主軸３０に取り付けられた工具２によりワークを加工している状態の加工位置と、主軸３０に取り付けられた工具２を交換する工具交換位置と、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部２０に対するワークの載置及び取外しの障害とならない退避位置との間で移動可能である。
ワークは、自動ワーク搬送装置によって、ワーク載置部２０に対して上方から載置され、又は、ワーク載置部２０から上方へ取外される。
そしてマシニングセンタ１は、工具マガジン４０を退避位置へ移動させる工具マガジン退避部としての回転カム１７５と、カムフォロワ４１３と、エアシリンダ１７１と、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部２０に対するワークの載置及び取外しの動作と、工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行う制御装置６０と、を備える。
これにより、工具マガジン４０が退避位置にあるときに、工具マガジン４０は、自動ワーク搬送装置によるワーク載置部２０に対するワークの載置及び取外しの障害とならない位置にある。このため、ワークを、例えば、ガントリーローダ等により構成される自動ワーク搬送装置によって、ワーク載置部２０の上方からワーク載置部２０に対して、容易に、ワーク載置部２０へ載置したり、ワークを載置部に載置されているワークを取り外したりすることが可能となる。
この結果、マシニングセンタ１へのワークの載置、取り外しを自動化する場合に、マシニングセンタ１の前面や側面からワークを載置、取り外しする場合と比較して、マシニングセンタ１の上方からワーク載置部２０に対してワークを着脱するため、例えば、複数のマシニングセンタ１の上方において複数のマシニングセンタ１に跨がるように、ワーク載置部２０を配置させることが可能となり、マシニングセンタ１を含むシステム全体の設置面積を小さくすることが可能となる。
また、マシニングセンタ１は、水平方向において工具マガジン４０に対向する位置に配置された壁部により構成されるカバー部材Ｃを備えている。工具マガジン退避部（エアシリンダ１７１、回転カム１７５、カムフォロワ４１３）は、カバー部材Ｃの壁部と工具マガジン４０との間を自動ワーク搬送装置が上下方向へ通過可能な空間を確保可能に、工具マガジン４０を退避させる。
これにより、工具マガジン４０に把持されている工具２の先端と、工具マガジン４０に対向して配置されているマシニングセンタ１のカバー部材Ｃとの間の距離が長くなる。このため、ガントリーローダ等により構成される自動ワーク搬送装置が、工具マガジン４０に把持されている工具２の先端と、工具マガジン４０に対向して配置されているマシニングセンタ１のカバー部材Ｃとの間を、容易に通過することが可能となり、自動ワーク搬送装置によって、ワーク載置部２０へ載置したり、ワーク載置部２０に載置されているワークを取り外したりすることが可能となる。
また、工具マガジン４０は、マガジン軸部１５１を中心として回動可能であり、工具マガジン退避部は、マガジン軸部１５１と平行な退避部軸部１５３を中心に回転可能な回転カム１７５と、回転カム１７５のカム面１７７に追従し工具マガジン４０上に支点を有するカムフォロワ４１３と、を有する。これにより、例えば、エアシリンダ１７１によって工具マガジン４０を回動させる場合と比較して、工具マガジン４０を回動させる際の衝撃を小さくすることが可能となる。
また、回転カム１７５のカム面１７７は、回転カム１７５の退避部軸部１５３を中心としてカム面１７７に沿って進むにつれて、退避部軸部１５３からの距離が徐々に短くなる曲面を有する。これにより、工具マガジン４０が退避位置と加工位置との間で移動する際に、エアシリンダ１７１によって直接工具マガジン４０を移動させる場合と比較して、工具マガジン４０の移動速度を滑らかに変化させることが可能となる。
また、工具マガジン退避部は、回転カム１７５を回転させるためのエアシリンダ１７１を備える。これにより、エアシリンダ１７１の駆動により、回転カム１７５を適切な回転角度へ回転させることが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば、本発明における各部の構成は、上記実施形態における各部の構成に限定されない。即ち、本発明における工具マガジン、ワーク載置部、主軸、工具マガジン退避部、制御装置、等の構成は、本実施形態における工具マガジン４０、ワーク載置部２０、主軸３０、回転カム１７５と、カムフォロワ４１３と、エアシリンダ１７１、制御装置６０、等の構成に限定されない。
１……マシニングセンタ（工作機械）
２……工具
２０……ワーク載置部
３０……主軸
４０……工具マガジン
４３……工具把持部
６０……制御装置
１５１……マガジン軸部
１７５……回転カム（工具マガジン退避部）
１７７……カム面
１７１……エアシリンダ（工具マガジン退避部）
４１３……カムフォロワ（工具マガジン退避部）
Ｃ……カバー部材（壁部）

Claims (5)

  1. 工具を把持可能であり放射状に配置された複数の工具把持部を有する工具マガジンと、
    自動ワーク搬送装置によって、前記工具により加工される被加工物が載置及び取外しされるワーク載置部と、
    前記工具が取り付けられ、前記ワーク載置部の被加工物に対して加工を行う主軸と、を備える工作機械であって、
    前記工具マガジンは、前記主軸に取り付けられた前記工具により被加工物を加工している状態の加工位置と、前記主軸に取り付けられた前記工具を交換する工具交換位置と、前記自動ワーク搬送装置による前記ワーク載置部に対する被加工物の載置及び取外しの障害とならない退避位置との間で移動可能であり、
    被加工物は、前記自動ワーク搬送装置によって、前記ワーク載置部に対して上方から載置され、又は、前記ワーク載置部から上方へ取外され、
    前記工作機械は、前記工具マガジンを前記退避位置へ移動させる工具マガジン退避部と、
    前記自動ワーク搬送装置による前記ワーク載置部に対する被加工物の載置及び取外しの動作と、前記工具マガジン退避部の動作とを同期させる制御を行う制御装置と、を備える工作機械。
  2. 水平方向において前記工具マガジンに対向する位置に配置された壁部により構成されるカバー部材を備え、
    前記工具マガジン退避部は、前記壁部と前記工具マガジンとの間を前記自動ワーク搬送装置が上下方向へ通過可能な空間を確保可能に、前記工具マガジンを退避させる請求項１に記載の工作機械。
  3. 前記工具マガジンは、マガジン軸部を中心として回動可能であり、
    前記工具マガジン退避部は、前記マガジン軸部と平行な退避部軸部を中心に回転可能な回転カムと、前記回転カムのカム面に追従し前記工具マガジン上に支点を有するカムフォロワと、を有する請求項１又は請求項２に記載の工作機械。
  4. 前記回転カムのカム面は、前記回転カムの前記退避部軸部を中心としてカム面に沿って進むにつれて、前記退避部軸部からの距離が徐々に短くなる曲面を有する請求項３に記載の工作機械。
  5. 前記工具マガジン退避部は、前記回転カムを回転させるためのエアシリンダを備える請求項３又は請求項４に記載の工作機械。
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