JP5149031B2

JP5149031B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP5149031B2
Application number: JP2008035063A
Authority: JP
Inventors: 睦吉田
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: JP2009190143A; CN101508028B; DE102009008848A1; CN101508028A; ITMI20090124A1; IT1392699B1; US20090209398A1; US8206276B2

Description

本発明は、機械本体に対して移動可能に備えられた主軸台を有する工作機械に関するものである。

従来、一般的な工作機械の１つとして、機械本体となるクロスレール等に主軸台をＸ軸方向へ移動可能に設けるとともに、さらに当該主軸台をＺ軸方向へ移動可能に設けてなるもの（尚、主軸の軸線はＺ軸と平行）が知られている。そして、このような工作機械において、深穴内径旋削加工を可能とすべく、Ｚ軸と平行に工具を取付可能な工具取付部を有する工具台を主軸台の側面で該主軸台とは独立してＺ軸方向へ移動可能に設けたもの（たとえば特許文献１）も考案されている。

特開２００７−９６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の工作機械では、主軸台の主軸や工具台の工具取付部への工具の着脱を手作業で行わなければならないため、工具の着脱作業、すなわち工具の交換作業が非常に煩わしいという問題がある。また、主軸と工具台の工具取付部とで夫々別途専用の工具交換装置を設置するとなると、工具交換装置の設置のために広いスペースが必要となり、工作機械を設置可能なスペースが限定される上、工具交換装置をも含めた装置全体としてのコストが高騰する等といった問題が生じる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、主軸及び工具台の工具取付部に対する工具の交換に手間がかからない上、コストパフォーマンスにも優れた工作機械を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、先端に工具を取り付けて回転可能な主軸を有する主軸台を、前記主軸の軸線方向とは異なる方向へ移動可能に設置するとともに、前記主軸台に、先端に前記主軸と同じ向きに工具を取り付け可能な工具取付部を有する工具台を、前記主軸の軸線方向へ移動可能に取り付けてなる工作機械であって、回転軸を中心として回転することによって、先端を所定の工具交換位置に位置させた前記主軸に装着する工具を交換する工具交換手段を、その回転軸が前記主軸および前記工具取付部の移動軸と同じ平面内に配置されるように設け、前記主軸台の前記主軸の軸線方向とは異なる主軸台移動方向への移動及び前記工具台の前記主軸の軸線方向への移動により前記工具取付部の先端を前記工具交換位置に位置させると、前記工具交換手段が、前記主軸に対する交換動作と同一の交換動作にて前記工具取付部に装着する工具を交換することにより、前記主軸台移動方向から前記工具取付部に装着する工具を交換することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記主軸台を左右方向となるＸ軸方向及び上下方向となるＺ軸方向へ移動可能とするとともに、前記主軸の軸線をＺ軸と平行とした工作機械において、前記工具台を、前記工具台に取り付けた工具と前記主軸に取り付けた工具とがＸ−Ｚ平面で同一面にあるように設置するとともにＺ軸方向へのみ移動可能に設け、前記主軸台のＸ軸方向への移動及び前記工具台のＺ軸方向への移動によって、前記工具台の前記工具交換位置への移動を可能とし、Ｘ軸方向から前記工具取付部に装着する工具を交換することを特徴とする。

本発明によれば、工具交換手段によって、主軸台及び工具台に装着する工具の交換を可能としている。したがって、主軸台と工具台との２つの工具取付部を有しているにも拘わらず、それらに対する工具交換を非常に迅速に行うことができ、交換作業の容易化に加え、作業効率の向上等を図ることができる。また、１つの工具交換手段によって主軸台と工具台との両者の工具交換を可能としているため、工具交換手段の設置スペース等を最小限に抑えることができ、必要以上の工作機械の大型化、高コスト化を防止することができる。さらに、主軸台及び工具台の工具交換を同一の交換動作で行うことができるため、工具交換手段の構造及び交換動作に係る制御をシンプルなものとすることができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、工具台を、工具台に取り付けた工具と主軸に取り付けた工具とがＸ−Ｚ面で同一面にあるように、且つ、Ｚ軸方向へのみ移動可能に設けているため、工具台に対する工具交換の際には、主軸台のＸ軸方向への移動及び工具台のＺ軸方向への移動のみで工具台を交換位置へ位置させることができ、交換位置への位置決め制御を簡素化することができる。

以下、本発明の一実施形態となる工作機械について、図面にもとづき詳細に説明する。

図１は、工作機械１の外観を示した斜視説明図であり、図２は、工作機械１のＹ−Ｚ平面を示した説明図である。尚、図１におけるＸ軸方向を左右方向、Ｙ軸方向を前後方向、Ｚ軸方向を上下方向とする。
工作機械１は、ベッド２と、ワークＷを載置可能なテーブル３と、主軸台４を有するコラム５と、工具交換のための交換アーム（工具交換手段）６とを備えてなるものであって、テーブル３は、ベッド２上の前方位置において、Ｚ軸と平行な軸周りで旋回可能に設置されている。また、コラム５は、ベッド２上の後方位置に設けられている。そして、コラム５の前面には、左右方向へ長いクロスレール７が上下方向へ移動可能に取り付けられており、当該クロスレール７の前面に、主軸台４が左右方向へ移動可能に設けられている。

主軸台４には、Ｚ軸と平行な軸周りで回転可能な主軸８が下方へ突出するように設けられており、当該主軸８に旋削ホルダや回転工具を装着することにより、テーブル３上に載置されたワークＷに対して旋削加工やマシニング加工を実施することができる。また、主軸台４の右側面には、主軸８と同じ向きに工具を取付可能な工具取付部１０を備えた工具台９が、主軸台４とは独立して上下方向へ移動可能に設置されている。該工具台９は、ワークＷに対して深穴内径加工を実施することができるように、主軸台４よりもかなり小型（特に径方向、すなわちＸ−Ｙ面での断面積が小さくなるよう）に形成されている。

さらに、ベッド２上であって主軸台４の右方には、主軸８及び工具取付部１０に装着する工具を交換するための交換アーム６が、Ｚ軸と平行な軸周りで回転可能、且つ、上下方向へ移動可能に設置されている。交換アーム６は、中心軸から一対の把持部を相反方向へ突設してなるもので、上下方向への移動により主軸８等への工具の着脱を行うとともに、回転移動により抜き取った工具と装着のために準備した工具との交換を行うようになっている。このように、交換アーム６の回転軸を、図示したように主軸８や工具取付部１０と同じＸ−Ｚ平面にすることで、交換アーム６のアーム長を短くすることができ、全体としてコンパクト化することができる上、工具の交換動作の高速化といった点でも好ましい。尚、１１は、複数の工具を収納可能な工具マガジン（工具交換手段）であって、ベッド２上でコラム５の側方に設置されている。

ここで、工作機械１におけるワークＷに対する加工、及び工具の交換動作について、図２〜図４にもとづき説明する。図３は、主軸８に対する工具交換を前方から示した説明図であって、図４は、工具台９に対する工具交換を前方から示した説明図である。
まず、ワークＷに対して主軸８による加工を実施したい場合には、ワークＷの上方において、主軸台４をＸ軸方向へ、クロスレール７をＺ軸方向へ移動させながら主軸８を回転させて加工を行う。また、ワークＷに対して工具台９による深穴内径加工を行いたい場合には、図２に示す如く、クロスレール７を上方へ移動させて主軸台４をワークＷに干渉しない位置とした後、主軸台４をＸ軸方向へ移動させて工具台９をワークＷの上方に位置させ、工具台９のみを上下方向へ移動させながらワークＷを回転させて内径旋削加工を行う。

一方、主軸８に装着する工具を交換したい場合には、主軸台４を右方へ移動させ、主軸８を交換アーム６の回転軌跡上となる交換位置（所定の移動位置）に位置させる。また、工具台９は、工具の交換動作に干渉しないように、上方へ退避させる。そして、当該状態において、交換アーム６を回転させて上昇させ、主軸８に装着されている工具Ｔ１を一方の把持部に把持させた後、交換アーム６を下降させて工具Ｔ１を抜き取る。それから、交換アーム６を１８０度回転させた後に上昇させることにより、他方の把持部に把持されている工具Ｔ２を主軸８に装着する。その後、交換アーム６を逆回転させ図１に示す状態に戻せば、主軸８における交換動作は完了となる。

また、工具取付部１０に装着する工具を交換したい場合には、主軸台４を右方へ移動させ、工具取付部１０を交換アーム６の回転軌跡上となる交換位置に位置させる。そして、上記主軸８に対する交換動作同様、交換アーム６を回転動作及び昇降動作させて、工具取付部１０への工具Ｔ３、Ｔ４の着脱及び交換を行えばよい。
尚、交換アーム６は、特開２０００−３５４９２９号公報に記載されているような方法にて、工具マガジン１１との間で工具の受け渡しを行う。また、クロスレール７や主軸台４の移動、工具台９の移動、主軸８の回転動作、及び交換アーム６の回転動作等は、図示しないＮＣ装置により制御されている。

以上のような構成を有する工作機械１によれば、ベッド２上の右方に設置した交換アーム６によって、主軸８及び工具台９の両方に装着する工具の交換を可能としている。したがって、主軸８と工具台９との２つの工具取付部を有しているにも拘わらず、それらに対する工具交換を非常に迅速に行うことができ、交換作業の容易化に加え、作業効率の向上等を図ることができる。また、主軸台４が設置されたベッド２上に交換アーム６及び工具マガジン１１を設けているため、別途独立した装置として構成された工具交換装置をベッド２に隣接設置する場合と比較して、工作機械１の更なる小型化を図ることができるし、工場内等への設置作業を簡略化することができる。

さらに、１つの交換アーム６により主軸８と工具台９とにおける工具交換を可能としているため、交換アーム６の設置スペース等を最小限に抑えることができ、必要以上の工作機械１の大型化、高コスト化を防止することができる。さらにまた、主軸８に取り付けた工具と工具台９に取り付けた工具とがＸ−Ｚ面で同一面にあるように、且つ、Ｚ軸方向へのみ移動可能に工具台９を設けているため、工具取付部１０に対する工具交換の際には、主軸台４のＸ軸方向への移動及び工具台９のＺ軸方向への移動のみで工具取付部１０を交換位置へ位置させることができ、交換位置への位置決め制御を簡素化することができる。加えて、交換アーム６による同一の交換動作にて主軸８及び工具取付部１０の両工具取付部に対する工具交換を行うことができるため、交換アーム６の構造及び交換動作をシンプルにすることができる。

なお、本発明にかかる工作機械の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、主軸台、工具台、及び交換アーム等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態の工作機械にあっては、ベッド上に交換アーム及び工具マガジンを設けているが、ベッドと一体的に構成するのではなく、交換アームや工具マガジンをベッド、コラム、及び主軸台等からなる本機とは別途独立した工具交換装置とし、当該工具交換装置を本機の側方に隣接設置して工作機械を構成するようにしてもよい。さらに、交換アームをＸ軸方向やＹ軸方向へ移動可能とし、工具交換動作がＸ軸方向やＹ軸方向への移動を含むように構成しても何ら問題はない。
また、工具台の工具取付部は、主軸台の主軸と同様にＺ軸と平行な軸周りで回転可能な主軸としても良く、その場合は主軸台の主軸の軸線と工具台の主軸の軸線とがＸ−Ｚ面で同一面にあるように設ければ良い。
さらに、主軸台に工具台を設置するにあたり、Ｚ軸方向だけではなく、Ｙ軸方向等、その他の方向へも移動可能に設置することは当然可能である。加えて、工作機械の加工に係る構成も上記実施形態のものに何ら限定されることはなく、テーブルを前後方向へ移動可能に設けたり、主軸をＸ軸を中心として旋回可能としたり等してもよいことは言うまでもない。

工作機械の外観を示した斜視説明図である。工作機械のＹ−Ｚ平面を示した説明図である。主軸に対する工具交換を前方から示した説明図である。工具取付部に対する工具交換を前方から示した説明図である。

符号の説明

１・・工作機械、２・・ベッド、３・・テーブル、４・・主軸台、５・・コラム、６・・交換アーム、７・・クロスレール、８・・主軸、９・・工具台、１０・・工具取付部、１１・・工具マガジン。

Claims

先端に工具を取り付けて回転可能な主軸を有する主軸台を、前記主軸の軸線方向とは異なる方向へ移動可能に設置するとともに、前記主軸台に、先端に前記主軸と同じ向きに工具を取り付け可能な工具取付部を有する工具台を、前記主軸の軸線方向へ移動可能に取り付けてなる工作機械であって、
回転軸を中心として回転することによって、先端を所定の工具交換位置に位置させた前記主軸に装着する工具を交換する工具交換手段を、その回転軸が前記主軸および前記工具取付部の移動軸と同じ平面内に配置されるように設け、
前記主軸台の前記主軸の軸線方向とは異なる主軸台移動方向への移動及び前記工具台の前記主軸の軸線方向への移動により前記工具取付部の先端を前記工具交換位置に位置させると、前記工具交換手段が、前記主軸に対する交換動作と同一の交換動作にて前記工具取付部に装着する工具を交換することにより、前記主軸台移動方向から前記工具取付部に装着する工具を交換することを特徴とする工作機械。
前記主軸台を左右方向となるＸ軸方向及び上下方向となるＺ軸方向へ移動可能とするとともに、前記主軸の軸線をＺ軸と平行とした工作機械において、
前記工具台を、前記工具台に取り付けた工具と前記主軸に取り付けた工具とがＸ−Ｚ平面で同一面にあるように設置するとともにＺ軸方向へのみ移動可能に設け、
前記主軸台のＸ軸方向への移動及び前記工具台のＺ軸方向への移動によって、前記工具台の前記工具交換位置への移動を可能とし、Ｘ軸方向から前記工具取付部に装着する工具を交換することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。