JPH08118121A - 自動工具交換装置付ドリリングセンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】丸物工作物加工用ドリリングセンタの工具マガ
ジン内の工具を主軸位置に回転割出しする際に隣接する
工具と工作物または主軸台との干渉を最小限に抑える。 【構成】工作物を水平な主軸上で回転割出し可能に保持
すると共に主軸軸線と直交する垂直な軸線の回りを旋回
割出し可能な工作物主軸台５と、回転駆動される工具を
保持する主軸を備え水平面内で互いに直交する軸線方向
にそれぞれ移動制御される工具主軸頭３と、工具主軸頭
３の上部に搭載され少なくとも１個の工具を前記主軸位
置に回転割出しするための割出し装置と、前記工具を工
具ガマジン内に保持するための工具保持体と、主軸位置
に前記工具が回転割出しされたとき前記工具の保持を解
除する工具保持解除機構とからなる工具マガジン４とで
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動工具交換装置付ド
リリングセンタに関する。更に詳しくは、工具主軸頭の
上部に搭載された工具マガジンの工具を前記工具主軸頭
の主軸との間で直接交換し、工作物主軸台の主軸チャッ
クに回転割出し可能に保持された工作物を前記主軸と直
交する垂直な軸線の回りを旋回割出ししつつ工具主軸頭
の移動制御により加工を行う自動工具交換装置付ドリリ
ングセンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、主軸端と工具マガジンとの間
で工具を直接交換する方式の自動工具交換装置付工作機
械として、例えば特公昭４６−３９３９９号公報および
特公昭４７−１８２７３号公報が知られている。前者の
工具マガジンは、クイル方式と称されるもので、主軸位
置に割出された工具マガジン上の工具をクイルの主軸軸
線方向の移動により、主軸端に装着または離脱させるも
のである。

【０００３】後者の工具マガジンは、無端チェーンに複
数個の工具保持体を備え、この工具保持体に複数の工具
をそれぞれ軸受を介して回転自在に軸承されており、主
軸位置に割出された工具マガジン上の工具は、主軸の軸
方向の移動により主軸端に装着されると、工具保持体に
軸承された状態で主軸を回転させて加工を行うものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、前者のク
イル方式の場合は、クイルの主軸軸線方向の移動量を大
きくするにはクイルの剛性が低いため、クイルの移動量
が制限される難点を有する。後者の場合は、工具保持体
の軸受部が発熱するため高速回転下での使用が困難であ
り、さらに両者の場合においても工具マガジンの構造が
大形化するため、これを主軸頭に搭載して使用すると振
動等の影響を受けて加工精度に悪影響を及ぼすこととな
り、丸物等を加工する小型の工作機械に使用するには適
したものではなかった。本発明は前記のような技術背景
で発明されたものであり、次の目的を達成する。

【０００５】本発明の目的は、工具マガジン内の工具を
主軸位置に回転割出しする際に隣接する工具と工作物ま
たは主軸台との干渉を最小限に抑えることができ、特に
丸物工作物加工用小型工作機械用として好適な工具マガ
ジンを搭載した自動工具交換装置付ドリリングセンタを
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に次のような手段を取る。

【０００７】請求項１の発明に係る自動工具交換装置付
ドリリングセンタは、工作物を水平な主軸上で回転割出
し可能に保持すると共に前記主軸軸線と直交する垂直な
軸線の回りを旋回割出し可能な工作物主軸台と、回転駆
動される工具を保持する主軸を備え水平面内で互いに直
交する軸線方向にそれぞれ移動制御される工具主軸頭
と、前記工具主軸頭の上部に搭載された工具マガジンと
からなり、前記工具マガジンは、該工具マガジンの少な
くとも１個の工具を前記主軸位置に回転割出しするため
の割出し装置と、前記工具を前記工具マガジン内に保持
するための工具保持体と、前記主軸位置に前記工具が回
転割出しされたとき前記工具保持体の保持を解除する工
具保持解除機構とで構成されていることを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明に係る自動工具交換装置付
ドリリングセンタは、前記工具マガジンは、該工具マガ
ジンを囲んで固定されたフレームを備えてなり、前記フ
レームは、前記各工具が挿通可能な挿通孔を有し前記工
具マガジン内の工具が前記主軸位置に回転割出された
際、前記工具保持体及び前記工具の工具保持体との係合
部が加工領域に対し隔離されることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明における自動工具交換装置付ドリリング
センタは、工具主軸頭の上部に搭載された工具マガジン
の少なくとも１個の工具を主軸位置に回転割出ししたと
き、工具保持解除機構により前記工具保持体の保持を解
除し、前記主軸に装着された工具（ドリル、リーマ、タ
ップなど）により丸物工作物の孔加工を行うことができ
る。

【００１０】工作物主軸台に保持された工作物は、主軸
上で回転割出し可能に、かつ主軸軸線と直交する垂直な
軸線の回りで旋回割出しされる。工具マガジン内のフレ
ームは、工具マガジン内の工具が前記主軸位置に回転割
出した際、前記工具保持体及び前記工具の工具保持体と
の係合部を加工領域に対し隔離する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す小型工作機械（以下ド
リリングセンタと称する）に工具マガジンを付属した状
態を示す正面図、図２は前記ドリリングセンタの平面
図、図３は前記ドリリングセンタの工具マガジンを取外
した状態を示す側面図である。

【００１２】図１〜図３において、１は丸物工作物等を
加工するドリリングセンタ、２はベッド、主軸頭３はベ
ッド２上に載置され水平面内で互いに直交する軸線方
向、すなわちサーボモータ３６により制御されるＸ軸ボ
ールネジ３７およびサーボモータ３８により制御される
Ｚ軸ボールネジ３９により移動制御される主軸頭、４は
主軸頭の上部に搭載された工具マガジン、主軸頭５はベ
ッド２上に載置されシリンダ４０により周知の割出し機
構を介してＢ軸上を旋回割出し可能に支持された主軸台
である。

【００１３】さらに詳しくは図２に示すように、主軸台
５には、先端に工作物を把持するチャク６を備えた主軸
（図示せず）が水平方向に回転割出し可能に軸承され、
この主軸は、図示する位置（Ｚ軸と平行な位置）からこ
れと直交する位置（Ｘ軸と平行な位置）との間、ならび
にこの中間にＢ軸上を割出すことができる。

【００１４】なお、この場合、図２に図示される主軸チ
ャック６の上部に、図示はしないが主軸軸線と平行に走
行する門型の天井走行型のロボットを設けて丸物工作物
（以下ワークと称する）を主軸チャック６に対し、搬出
・入することにより量産が可能となり、生産性を向上さ
せることができる。

【００１５】このように構成された工作機械の作用につ
き以下説明する。主軸台５のチャック６に図示しない門
型の天井走行型のロボットにより工作物（例えば丸物ワ
ーク）を把持させる。ここで、加工の一例を示すと、工
具マガジン４により所定の工具Ｔ１を主軸位置に割出
し、主軸台５のチャック６の図示しない駆動源（サーボ
モータ）によるＣ軸制御と主軸頭３のＸ軸制御により工
作物の正面に横孔加工を実行することができる。次に主
軸台５をＢ軸制御により直角に旋回割出ししたのち主軸
頭３のＺ軸制御により工作物の正面に孔加工を実行する
ことができる。

【００１６】次に、主軸頭３の上部に搭載される工具マ
ガジンにつき、図４〜図６を基に説明する。図４は主軸
頭の上部に搭載された工具マガジンの断面図、図５は工
具マガジンの工具が主軸位置に割出された状態を示す主
軸頭の正面図であり、図６は工具マガジンカバーの上面
から見たゼネバ機構の説明図である。

【００１７】図４に示すように工具マガジン４の一部を
構成するフレーム７は、平面状の多角形の天板８とこの
天板８の周囲より下方に設けられた多角錐の一部をなす
スカート部９からなり、フレーム７は本実施例では１０
角形に形成されている。このスカート部９各面の下部内
側には図５に示すような工具を保持する一対の把持爪１
０ａ、１０ｂからなる工具保持体１０が１０組取付けら
れている。

【００１８】フレーム７はクーラント、切屑等から工具
及び主軸の把持部、マガジンをカバーするための防塵カ
バーの役割も果たしている。この工具保持体１０は、ス
カート部９の底部よりそれぞれ下方に突出した状態とな
っている。この把持爪１０ａ、１０ｂは、この略中央部
をピンＰ１、Ｐ２を介して揺動可能に軸支され、把持爪
１０ａ、１０ｂの上方端部は互いに離間して間隙部を形
成し、この端部の対向面に形成された穴部に圧縮バネ１
１を装着して間隙部を開く方向に押圧付勢している。従
って、工具Ｔ１、Ｔ２を含む他の工具Ｔは、把持爪１０
ａ、１０ｂにより圧縮バネ１１の押圧力により図７に示
す工具の溝ＴＭ（工具保持体との係合部）が弾力的に把
持される。

【００１９】把持爪１０ａ、１０ｂは、こを軸支するピ
ンＰ１、Ｐ２側の対接部にＵ字形凹部１２が形成され、
この凹部１２に対し図５に示す紙面に直交する方向よ
り、先端がテーパ状のピンＴＰを図示しないバネを介し
て弾力的に押圧付勢するロック部材１３により把持爪１
０ａ、１０ｂの把持状態を維持し、何等かの衝撃等によ
る不用意な開放を防止している（図４参照）。

【００２０】フレーム７はこの天板８の中心部に固定さ
れた軸受ホルダＢＨ内の軸受Ｂ１、Ｂ２を介して軸１４
に旋回自在に軸承されている。この場合、軸１４は、主
軸軸線を含む垂直な平面に対し鋭角αをなす平面内にあ
って、更にこの平面内で前記主軸軸線に対し鋭角βをな
して主軸前端側に傾斜している。具体的には、軸１４
は、主軸軸線に直交する垂直軸線に対し鋭角βが２５°
主軸前端側に傾斜すると共に主軸軸線を含む垂直な平面
に対しサーボモータ３６側に鋭角αが１５°の傾斜を有
した状態で保持されている。

【００２１】このように軸１４に３次元方向の傾斜を得
るために、この軸１４を支持する構造体Ｓ（図５参照）
は次のように構成されている。図４および図５に示すよ
うに、主軸頭３の頂部に載置されたベース１５の傾斜上
面には一対のリニアガイドレール１６ａ、１６ｂが固定
され、このリニアガイドレール１６ａ、１６ｂには移動
台１８の底部に固定された一対のリニアガイドレール１
７ａ、１７ｂが摺動可能に案内係合している。

【００２２】この移動台１８は、シリンダ１９により主
軸軸線と平行に進退移動可能となっており、その前後移
動端はその側面下部より突設したドッグＤＧを近接スイ
ッチ３５（片側のみ図示）により検知している。移動台
１８の傾斜上面には前記軸１４のフランジ２０が固定さ
れている。図４および図６に示すように前記天板８の中
央部裏面にはゼネバカム２１が固定され、このゼネバカ
ム２１は油圧モータＯＭにより回転駆動される駆動カム
２２の割出しピン２３ａによる割出し動作により工具マ
ガジン４内の工具Ｔを主軸位置に高速割出しすることが
できる。このように、ゼネバカム２１の割出し位置は近
接スイッチ３０により検出することができる。

【００２３】使用工具を主軸位置に旋回割出しした際、
スカート部９の各面は主軸先端において主軸軸線に対し
直交する面となる。このように、主軸頭３上部に前述し
た傾斜状態で支持することにより、工具マガジン４内の
所定の工具Ｔ１が旋回割出される際に、この工具Ｔ１に
隣接する工具に対しワークまたは主軸台５との干渉を最
小限に抑えることができる。

【００２４】一方、主軸頭３の前面には工具保持解除機
構ＢＲが設けられ、この工具保持解除機構ＢＲは、主軸
頭３の前面上部に固定された油圧シリンダ２４と、この
油圧シリンダ２４のロッド２５に取付けられ両端に一対
のカムフォロア２６ａ、２６ｂを備えた水平な作動杆２
７とで構成される。このように構成された工具保持解除
機構ＢＲは、移動台１８が図４に示す右端に移動して工
具Ｔ１を工具主軸に挿入した後、シリンダ２４の作動に
より作動杆２７を下降させると、一対のカムフォロア２
６ａ、２６ｂは、把持爪１０ａ、１０ｂの上端面取り部
に当接する。

【００２５】この面取り角部はカムフォロア２６ａ、２
６ｂの間隔より大きく形成されているため、把持爪１０
ａ、１０ｂの上端部の間隙を圧縮バネ１１の付勢力に抗
して押し縮める。この動作の前に、移動台１８による右
端への移動により図４に示すロック部材１３の主軸頭３
側突出部１３ａと主軸頭３の前端面３ａが当接して、把
持爪１０ａ、１０ｂを開放することができる。この把持
爪１０ａ、１０ｂが開放した状態は一方の把持爪１０ｂ
の側面に固定された検出片２８を近接スイッチ２９によ
り検知し、この検出信号を主軸起動の条件とすることが
できる。

【００２６】次に、図７〜図８により工具マガジン４の
カバーにつき説明する。すなわち、図７は主軸部のカバ
ーを示す断面図であり、図８は主軸部のカバーを示す正
面図である。図に示すように、マガジンの外周を包むよ
うにフレーム７は構成されており、スカート部９の各面
（１０面）の下端には凹んだ段差を形成した工具カバー
３１が延長して取り付けられている。

【００２７】この工具カバー３１には工具Ｔの装着部が
挿通可能な挿通穴Ｈ１、Ｈ２…が形成されている。従っ
て、所定の工具Ｔ１が主軸頭先端ＳＥの位置に割出され
ると挿通穴Ｈ１は、主軸軸線上に正確に割出され工具の
溝ＴＭ及び工具保持体１０を外側の加工領域より隔離
し、加工の際に生ずる切粉やクーラントの侵入を防止す
ることができる。このように、主軸頭先端ＳＥは、常に
工具カバー３１により覆われておりこの状態で工具Ｔを
着脱することができる。

【００２８】また、工具マガジン４の底部は固定カバー
４１により覆われている。なお、前記実施例ではスカー
ト部９の下部に工具カバー３１を取り付けて設けたが、
この工具カバー３１はスカート部９と一体に形成しても
良い。このため、スカート部９と工具カバー３１とは機
能的に重複するものであり名称で区別したのは便宜的な
ものである。

【００２９】以上のように構成することにより、自動工
具交換装置付きドリリングセンタの主軸台５を９０°割
出しし、丸物ワークの側面に孔加工を施す際の干渉を最
小限に抑える事が可能となる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、工具
マガジン内の工具を主軸位置に回転割出しする際に隣接
する工具と工作物または主軸台との干渉を最小限に抑え
ることができる。また、工具マガジンを小形化すること
により加工精度への影響をなくすとともに直接交換によ
り工具交換時間の短縮が可能となり、生産性の向上に寄
与することができる。

【００３１】さらに、工具交換時ならびにワーク加工時
に主軸先端部がマガジンカバーの一部により保護され、
加工精度が保証されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施例を示すドリリング
センタに工具マガジンを付属した状態を示す正面図であ
る。

【図２】図２は前記ドリリングセンタの平面図である。

【図３】図３は前記ドリリングセンタの工具マガジンを
取外した状態を示す側面図である。

【図４】図４は主軸頭の上部に搭載された工具マガジン
の断面図である。

【図５】図５は工具マガジンの工具が主軸位置に割出さ
れた状態を示す主軸頭の正面図である。

【図６】図６は工具マガジンフレームの上面から見たゼ
ネバ機構の説明図である。

【図７】図７は主軸部のカバーを示す断面図である。

【図８】図８は主軸部のカバーを示す正面図である。

【符号の説明】

１…ドリリングセンタ ２…ベッド ３…主軸頭 ４…工具マガジン ５…主軸台 ６…チャック ７…フレーム ８…天板 ９…スカート部 １０ａ，１０ｂ…把持爪 １１…圧縮バネ １３…ロック部材 １４…軸 １５…ベース １６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ…リニアガイドレール １８…移動台 １９…シリンダ ２１…ゼネバカム ２２…駆動カム ２３ａ…割出しピン ２４…油圧シリンダ ２６ａ，２６ｂ…カムフォロア ２７…作動杆 ２８…検出片 ２９，３０…近接スイッチ ３１ｂ…工具カバー ３５…近接スイッチ ３７…Ｘ軸ボールネジ ３８…サーボモータ ３９…Ｚ軸ボールネジ ４０…シリンダ Ｂ１，Ｂ２…軸受 ＢＨ…軸受ホルダ ＤＧ…ドッグ Ｈ１，Ｈ２…挿通孔 ＯＭ…油圧モータ Ｐ１，Ｐ２…ピン ＳＥ…主軸頭先端 Ｔ，Ｔ１，Ｔ２…工具 ＴＰ…ピン

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１１月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作物を水平な主軸上で回転割出し可能に
   保持すると共に前記主軸軸線と直交する垂直な軸線の回
   りを旋回割出し可能な工作物主軸台と、 回転駆動される工具を保持する主軸を備え水平面内で互
   いに直交する軸線方向にそれぞれ移動制御される工具主
   軸頭と、 前記工具主軸頭の上部に搭載された工具マガジンとから
   なり、 前記工具マガジンは、該工具マガジンの少なくとも１個
   の工具を前記主軸位置に回転割出しするための割出し装
   置と、 前記工具を前記工具マガジン内に保持するための工具保
   持体と、 前記主軸位置に前記工具が回転割出しされたとき前記工
   具保持体の保持を解除する工具保持解除機構とで構成さ
   れていることを特徴とする自動工具交換装置付ドリリン
   グセンタ。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記工具マガジンは、該工具マガジンを囲んで固定され
   たフレームを備えてなり、前記フレームは、前記各工具
   が挿通可能な挿通孔を有し前記工具マガジン内の工具が
   前記主軸位置に回転割出された際、前記工具保持体及び
   前記工具の工具保持体との係合部が加工領域に対し隔離
   されることを特徴とする自動工具交換装置付ドリリング
   センタ。