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自動工具交換装置 - 特開2008−23661 | j-tokkyo
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【発明の名称】 自動工具交換装置
【発明者】 【氏名】藤村 宜孝

【氏名】田中 雄一郎

【要約】 【課題】簡素な構成にすると共に工具交換時間を短縮することができる自動工具交換装置を提供する。

【構成】特殊工具収納マガジン71に収納されたラインバー31及び計測用工具32,33の基端側に対向すると共に、Y軸方向に延設する開閉軸が移動体55に支持される第1シャッタ61と、特殊工具収納マガジン71に収納されたラインバー31及び計測用工具32,33の先端側に対向すると共に、Z軸方向に延設する開閉軸が特殊工具収納マガジン71に支持される第2シャッタ81及び第3シャッタ82とを備え、シャッタ61,81,82を特殊工具収納マガジン71の移動と共に開閉させるようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
着脱可能に支持した軸状の工具を駆動回転させて被加工物を加工する主軸と、
前記工具を前記主軸の軸線と平行なZ軸方向で、且つ、主軸装着時と同じ向きに収納すると共に、筒状に形成されてその軸線がZ軸方向に延設する工具収納マガジンと、
前記工具収納マガジンをZ軸方向に対して直交するX軸方向に移動可能に支持するX軸方向移動手段と、
前記X軸方向移動手段をZ軸方向に移動可能に支持するZ軸方向移動手段と、
前記工具収納マガジンに収納された前記工具の基端側に対向すると共に、X軸方向及びZ軸方向に対して直交するY軸方向に延設する開閉軸が前記Z軸方向移動手段に支持される基端側シャッタと、
前記工具収納マガジンに収納された前記工具の先端側に対向し、且つ、前記基端側シャッタに対しこの開閉軸とは反対側に隣接して配置されると共に、Z軸方向に延設する開閉軸が前記工具収納マガジンに支持される先端側シャッタと、
前記X軸方向移動手段の駆動力により前記基端側シャッタを開閉可能にする基端側シャッタ開閉手段と、
前記X軸方向移動手段の駆動に連動して前記先端側シャッタを開閉可能にする先端側シャッタ開閉手段とを備える
ことを特徴とする自動工具交換装置。
【請求項2】
請求項1に記載の自動工具交換装置において
前記基端側シャッタ開閉手段は、
前記基端側シャッタの背面に回転可能に設けられるローラと、
前記工具収納マガジンに設けられると共に、X軸方向に延設し、且つ、前記ローラが転動する溝部を有する溝部材とから構成される
ことを特徴とする自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、工具収納マガジンに収納される切削加工用工具を、加工機の主軸との間で自動的に交換する自動工具交換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、ワーク(被加工物)が、複数の隔壁を貫通するクランクシャフトやカムシャフトが配置される多気筒エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッド、同じく伝動軸が配置されるミッションケース等である場合には、ワークに複数の孔を同一軸線上に加工する必要がある。このように、複数の孔をワークにおける同一軸線上で、且つ、一度に精度良く加工できるものとしてラインボーリング加工が知られている。
【0003】
ラインボーリング加工では、複数の孔に中ぐり加工を行うラインボーリングバー等の切削加工用工具を使用し、この切削加工用工具の周面に複数の刃具を装着することによって、例えば、ワークに予め形成された互いに整列する複数の下孔に対して、同時に荒加工または仕上げ加工を行うことができる。従来のラインボーリング加工においては、ラインボーリング加工を専用に行う加工機に切削加工用工具を装着して加工を行うか、または、マシニングセンタ等の汎用の加工機に切削加工用工具を装着して加工を行うようにしていた。
【0004】
しかしながら、ワークの大きさや、加工する孔の内径の大きさによっては、切削加工用工具が長尺で、且つ、大径をなす重量物になることから、従来のラインボーリング加工において、切削加工用工具の交換を行う場合には、作業者に大きな負担がかかっていた。
【0005】
そこで、近年、切削加工用工具を収納する工具収納マガジンと、加工機の主軸との間で、切削加工用工具を自動的に交換する自動工具交換装置が提供されるようになった。このような、従来の自動工具交換装置は、例えば、特許文献1に開示されている。
【0006】
【特許文献1】特開2003−200329号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上述した従来の自動工具交換装置においては、切り屑や切削油等が加工領域から外部に飛散しないようにスプラッシュガードが設けられており、工具交換位置はこのスプラッシュガードの上方に配置されている。これにより、工具交換位置と加工位置との間の距離が大きくなり、主軸の移動量が増えてしまう。
【0008】
また、工具交換位置に対向するスプラッシュガードには、工具交換時に主軸を通過させるためのシャッタが開閉可能に設けられている。このシャッタの開閉動作は切削加工用工具の移動動作に連動して自動開閉するようになっている。つまり、主軸を工具交換位置に移動させる場合には、先ず、切削加工用工具を工具交換位置に移動させなくてはならず、切削加工用工具と主軸とを同時に工具交換位置に移動させることができない。
【0009】
更に、工具収納マガジンと工具交換位置との間には、切削加工用工具を移送させるための複雑な移送機構が設けられている。これにより、工具収納マガジンと移送機構との間における工具移載機構も複雑になっている。
【0010】
この結果、従来の自動工具交換装置においては、切削加工用工具の交換時間が長くなってしまうという問題があった。また、各機構の構成が複雑であるため交換動作を高速で行うことは困難であった。
【0011】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、簡素な構成にすると共に工具交換時間を短縮することができる自動工具交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決する第1の発明に係る自動工具交換装置は、
着脱可能に支持した軸状の工具を駆動回転させて被加工物を加工する主軸と、
前記工具を前記主軸の軸線と平行なZ軸方向で、且つ、主軸装着時と同じ向きに収納すると共に、筒状に形成されてその軸線がZ軸方向に延設する工具収納マガジンと、
前記工具収納マガジンをZ軸方向に対して直交するX軸方向に移動可能に支持するX軸方向移動手段と、
前記X軸方向移動手段をZ軸方向に移動可能に支持するZ軸方向移動手段と、
前記工具収納マガジンに収納された前記工具の基端側に対向すると共に、X軸方向及びZ軸方向に対して直交するY軸方向に延設する開閉軸が前記Z軸方向移動手段に支持される基端側シャッタと、
前記工具収納マガジンに収納された前記工具の先端側に対向し、且つ、前記基端側シャッタに対しこの開閉軸とは反対側に隣接して配置されると共に、Z軸方向に延設する開閉軸が前記工具収納マガジンに支持される先端側シャッタと、
前記X軸方向移動手段の駆動力により前記基端側シャッタを開閉可能にする基端側シャッタ開閉手段と、
前記X軸方向移動手段の駆動に連動して前記先端側シャッタを開閉可能にする先端側シャッタ開閉手段とを備える
ことを特徴とする。
【0013】
上記課題を解決する第2の発明に係る自動工具交換装置は、
第1の発明に係る自動工具交換装置において、
前記基端側シャッタ開閉手段は、
前記基端側シャッタの背面に回転可能に設けられるローラと、
前記工具収納マガジンに設けられると共に、X軸方向に延設し、且つ、前記ローラが転動する溝部を有する溝部材とから構成される
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
従って、本発明に係る自動工具交換装置によれば、工具を収納した状態で工具収納マガジン自体を移動させ、当該工具を主軸に着脱できるようにしたので、装置の構成を簡素にすることができる。更に、基端側シャッタ及び先端側シャッタを工具収納マガジンに開閉可能に設けることにより、工具収納マガジンの移動量が低減され、工具交換時間の短縮を図ることができる。そして、基端側のシャッタの駆動源を工具収納マガジンの駆動源と共有することにより、工具収納マガジンの移動と共に、基端側シャッタの開閉を行うことができるので、工具交換時間の短縮を図れるだけでなく、小力効果も得ることができる。また、先端側シャッタ開閉手段を工具収納マガジンに設けることにより、工具収納マガジンの移動と共に、先端側シャッタの開閉を行うことができるので、工具交換時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明に係る自動工具交換装置について図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の斜視図、図2は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の正面図、図3は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の平面図、図4は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の右側面図、図5は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の左側面斜視図、図6は計測用工具の側断面図、図7は移動後のラインバーの様子を示した図、図8は主軸装着時のラインバーの様子を示した図、図9は加工位置に配置されたときのラインバーの様子を示した図、図10は加工中のラインバーの様子を示した図、図11は待機中の計測用工具の様子を示した図、図12は移動後の計測用工具の様子を示した図、図13は主軸装着時の計測用工具の様子を示した図、図14は支持部材から離間したときの計測用工具の様子を示した図、図15は計測位置に配置されたときの計測用工具の様子を示した状態の図、図16は計測中の計測用工具の様子を示した図、図17は工具投入時のサイクル線図である。
【0016】
図1に示すように、工作機械1は機械本体2と自動工具交換装置3とから構成されている。そして、機械本体2及び自動工具交換装置3は機械用カバー4及び装置用カバー5で覆われている。
【0017】
機械本体2にはベッド11が設けられている。ベッド11上には左右方向(以下、X軸方向と記す)に延設するガイド12が設けられており、このガイド12にはコラム13が往復移動可能に支持されている。コラム13の前面には上下方向(以下、Y軸方向と記す)に延設するガイド14が設けられており、このガイド14にはヘッドストック15が昇降可能に支持されている。ヘッドストック15には水平軸回りに回転駆動する主軸16が支持されており、この主軸16は図示しない駆動装置に接続されている。
【0018】
また、ベッド11上には前後方向(以下、Z軸方向と記す)に延設するガイド17が設けられており、このガイド17には第1テーブル18が往復移動可能に支持されている。第1テーブル18には鉛直軸回りに割出回転可能に支持される第2テーブル19が設けられており、この第2テーブル19上には、例えば、多気筒エンジンのシリンダブロックとしてのワーク(被加工物)Wが着脱可能に取り付けられる。
【0019】
更に、ベッド11の側部には自動工具交換機構20が設けられている。自動工具交換機構20は図示しない一般工具収納マガジン及び旋回式アーム等から構成されている。一般工具収納マガジンには、ドリルやフライスカッタ等の所謂ショートツールといわれる切削加工用工具(以下、工具と記す)21が各種収納されている。従って、周知のように、自動工具交換機構20は、旋回式アームを駆動させることにより、一般工具収納マガジンと主軸16との間で、各種の工具21を自動交換することができる。
【0020】
なお、X軸方向とY軸方向とは水平面内で直交するものであり、Z軸方向はこれらX軸方向及びY軸方向に直交するものである。即ち、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は、直行3軸を形成している。
【0021】
一方、自動工具交換装置3内には、下方から順に、ラインボーリングバー(以下、ラインバーと記す)31及び計測用工具32,33が配置されている(図2参照)。これらはその軸線がZ軸方向と平行で、且つ、主軸装着時と同じ向きになるように収納されている。
【0022】
ラインバー31は、所謂、ロングツールといわれる切削加工用工具であって、ワークWにおける同一軸線上に形成される複数の孔からなる孔部Waに、ラインボーリング加工を行うものであり、その周面には軸方向に所定間隔で複数の刃具が装着されている。また、詳細は後述するが、計測用工具32は、ラインバー31によりラインボーリング加工されたワークWの孔部Waに挿入されることで、孔部Waの内径寸法を計測するものである。一方、計測用工具33は、ドリル等の工具21によりラインボーリング加工以外、例えば、穴あけ加工されたワークWの孔に挿入されることで、当該孔の内径寸法を計測するものであり、計測用工具32よりも短軸に形成されている。
【0023】
即ち、詳細は後述するが、自動工具交換装置3を駆動させることにより、機械本体2の主軸16との間で、収納したラインバー31及び計測用工32,33が自動交換されるようになっている。
【0024】
従って、工作機械1は、自動工具交換機構20及び自動工具交換装置3を備えることにより、同一の主軸16に各種切削加工用工具である工具21またはラインバー31を着脱可能にして、ドリルやフライスカッタ等の工具21による通常のマシニングセンタによる穴あけ加工や平面加工等の切削加工を行う一方、ラインバー31によるラインボーリング加工を行うことができる。即ち、工作機械1は、工具21またはラインバー31を使い分けながら多岐に亘る切削加工を行うことができる。更に、それぞれの切削加工後に形成されたワークWの孔部Waまたは孔は、自動工具交換装置3により主軸16に装着された計測用工具32または計測用工具33により、その内径寸法が計測されるようになっている。
【0025】
次に、図1乃至6を用いて自動工具交換装置3を説明する。
【0026】
図1乃至5に示すように、自動工具交換装置3にはラインバー31及び計測用工具32,33を吊り下げ支持する吊り下げ構造体41が設けられている。吊り下げ構造体41は、4本の立設する支柱部材42a,42b,42c,42dと、隣接する支柱部材42a,42b,42c,42dの上端間を連結する上梁部材43a,43b,43c,43dと、隣接する支柱部材42a,42b,42c,42dの長手方向略中間部間を連結する中間梁部材44a,44b,44cとから構成されている。
【0027】
43b,43dの下面には板状の支持板51が設けられている。支持板51の下面におけるZ軸方向前端にはZ軸方向移動用モータ52が設けられており、このZ軸方向移動用モータ52の出力軸にはボールねじ軸53が接続されている。また、支持板51の下面におけるX軸方向両側にはZ軸方向に延設するレール部材54が設けられている。
【0028】
支持板51の下方には枠状の移動体55が配置されている。移動体55の上面には、ボールねじ軸53と螺合するボールナット部材56と、レール部材54と摺動可能に係合する摺動部材57とが設けられている。一方、移動体55の下面におけるZ軸方向両側にはX軸方向に延設するレール部材58が設けられている。また、移動体55のX軸方向外端にはX軸方向移動用モータ59が設けられており、このX軸方向移動用モータ59の出力軸には移動体55内の空間に貫通するボールねじ軸60が接続されている。
【0029】
移動体51の下方には、筒状に形成されてその軸線がZ軸方向に延設する特殊工具収納マガジン71が配置されている。特殊工具収納マガジン71は、ラインバー31及び計測用工具32,33を収納するものであって、X軸方向内側に配置される内壁72と、この内壁72ようも外側に配置される外壁73と、内壁72の下端と外壁73の下端とを接続する底板74とを備えている。内壁72の上端には板状の上板75が設けられる一方、外壁73の上端には板状の支持板76が設けられている。支持板76の上面には、レール部材58と摺動可能に係合する摺動部材77と、ボールねじ軸60と螺合するボールナット部材78とが設けられている。
【0030】
なお、Z軸方向移動用モータ52、ボールねじ軸53、レール部材54、ボールナット部材56、摺動部材57等はZ軸方向移動手段を構成するものである。また、レール部材58、X軸方向移動用モータ59、ボールねじ軸60、摺動部材77、ボールナット部材78等はX軸方向移動手段を構成するものである。
【0031】
従って、Z軸方向移動用モータ52を駆動させると、ボールねじ軸53が回転してボールナット部材56が当該ボールねじ軸53上を移動する。これにより、摺動部材57がレール部材54に沿って摺動するので、移動体55をZ軸方向に往復移動させることができる。即ち、特殊工具収納マガジン71をZ軸方向に往復移動させることができる。また、X軸方向移動用モータ59を駆動させると、ボールねじ軸60が回転してボールナット部材78が当該ボールねじ軸60上を移動する。これにより、摺動部材77がレール部材58に沿って摺動するので、特殊工具収納マガジン71をX軸方向に往復移動させることができる。
【0032】
内壁72のZ軸方向両側には、第1シャッタ(基端側シャッタ)61及びカバー部材62が当該内壁72と面一になるように配置されている。第1シャッタ61は、ラインバー31及び計測用工具32,33の基端側に対向するように配置されている。また、第1シャッタ61はL字形をなす支持部材63を介して移動体55のZ軸方向後端に支持されており、支持部材63の長辺部63aに図示しないY軸方向に延設する開閉軸を介して開閉可能に取り付けられている。一方、カバー部材62はブラケット65を介して移動体55のZ軸方向前端に支持されている。
【0033】
第1シャッタ61の背面における上端及び下端の近傍にはローラ64が回転可能に支持される一方、底板74及び支持板76のZ軸方向後端には各ローラ64に対向するように溝部材79が支持されている。溝部材79はX軸方向に延設しており、その先端はZ軸方向前方側に向けて傾斜するように形成されている。そして、溝部材79には、当該溝部材79の形状に沿うように、Z軸方向前方側に向けて傾斜する傾斜溝79aと、X軸方向に延設する直線溝79bとが連続して形成されている。各ローラ64はこの傾斜溝79a及び直線溝79b内に配置されて転動するようになっている。なお、ローラ64及び溝部材79等は基端側シャッタ開閉手段を構成するものである。
【0034】
従って、X軸方向移動用モータを駆動させると、溝部材79は特殊工具収納マガジン71と共にX軸方向に往復移動される。これにより、各ローラ64が傾斜溝79a及び直線溝79b内を往復転動するので、第1シャッタ61の開閉動作を行うことができる。なお、第1シャッタ61の開扉時においては、溝部材79はその先端部を第1シャッタ61の背面に押圧しながらX軸方向内側に移動することになるので、傾斜溝79a内及び直線溝79b内におけるローラ64の転動をスムーズに行うことができる。
【0035】
内壁72には、第1シャッタ61に対し当該第1シャッタの開閉軸とは反対側に隣接するように、且つ、上下に並設けられた第2シャッタ(先端側シャッタ)81及び第3シャッタ(先端側シャッタ)82が設けられている。第2シャッタ81は、計測用工具32,33の先端側に対向するように配置されると共に、その上辺側を図示しないZ軸方向に延設する開閉軸を介して内壁72に開閉可能に支持されている。一方、第3シャッタ82は、ラインバー31の先端側に対向するように配置されると共に、その上辺側を図示しないZ軸方向に延設する開閉軸を介して内壁72に開閉可能に支持されている。
【0036】
第2シャッタ81の背面には回動部材83が設けられており、この回動部材83に対向する外壁73の外面には第2シャッタ用エアシリンダ(先端側シャッタ開閉手段)84がブラケット85を介して支持されている。第2シャッタ用エアシリンダ84は、外壁73を貫通すると共に、特殊工具収納マガジン71内をラインバー31及び計測用工具32,33と干渉することなく、計測用工具33と略同一高さになるように配置されている。そして、第2シャッタ用エアシリンダ84のロッド部84aは図示しない回動軸を介して回動部材83の先端に支持されている。
【0037】
一方、第3シャッタ82の前面には回動部材86が設けられており、この回動部材86に対向する外壁73の外面には第3シャッタ用エアシリンダ(先端側シャッタ開閉手段)87がブラケット88を介して支持されている。第3シャッタ用エアシリンダ87は、外壁73を貫通すると共に、特殊工具収納マガジン71内をラインバー31及び計測用工具32,33と干渉することなく、計測用工具32と略同一高さになるように配置されている。そして、第3シャッタ用エアシリンダ87のロッド部87aは図示しない回動軸を介して回動部材86の先端に支持されている。
【0038】
なお、第2シャッタ81は第2シャッタ用エアシリンダ84のロッド部84aが短縮したときに閉扉状態となる一方、第3シャッタ82は第3シャッタ用エアシリンダ87のロッド部87aが伸長したときに閉扉状態となっている。
【0039】
従って、第2シャッタ用エアシリンダ84のロッド部84aを伸長させると、回動部材83が上方に回動し、第2シャッタ81を開扉することができると共に、第2シャッタ用エアシリンダ84のロッド部84aを短縮させると、回動部材83が下方に回動し、第2シャッタ81を閉扉することができる。一方、第3シャッタ用エアシリンダ87のロッド部87aを短縮させると、回動部材86が上方に回動し、第3シャッタ82を開扉することができると共に、第3シャッタ用エアシリンダ87のロッド部87aを伸長させると、回動部材86が下方に回動し、第3シャッタ82を閉扉することができる。
【0040】
そして、上述したように、特殊工具収納マガジン71内には、ラインバー31及び計測用工具32,33が収納されており、ラインバー31は底板74に支持される保持部材91上に保持されると共に、計測用工具32,33は外壁73に支持される保持部材92,93上に保持されている。
【0041】
ここで、図6に示すように、計測用工具32,33の基端にはエア供給口34,35が設けられる一方、その先端にはエアマイクロメータ36,37が装着されている。エア供給口34,35は計測用工具32,33の主軸装着時に主軸16内の図示しないエア回路と連通されており、このエア回路は図示しないエア供給装置に接続されている。また、エア供給口34,35は計測用工具32,33の軸方向に延設するエア供給路32a,33aと連通しており、このエア供給路32a,33aはエアマイクロメータ36,37の径方向に延設するノズル部36a,37aと連通している。即ち、計測用工具32,33が主軸16に装着されると、エア供給装置から供給されたエアはエア供給口34,35から流入し、エア供給路32a,33aを介してノズル部36a,37aから吹き出すようになっている。
【0042】
従って、切削加工後のワークWの孔部Wa及び孔に計測用工具32,33を挿入したときのエア流量(計測値)と、図示しないマスターゲージに計測用工具32,33を挿入したとき、即ち、マスターチェック時のエア流量(基準値)とを、エアマイクロメータ36,37により計測し、これらを比較することによりワークWの孔部Wa及び孔の内径寸法が所定寸法範囲内であるか否かを検査することができる。つまり、計測値が基準値よりも大きいときには、孔部Wa及び孔の内径寸法は所定寸法範囲よりも小さいと判定される一方、計測値が基準値よりも小さいときには、孔部Wa及び孔の内径寸法は所定寸法範囲よりも大きいと判定されるようになっている。なお、エア流量を計測するのではなく、エア圧を計測するようにしても構わない。
【0043】
次に、工作機械1の工具交換動作及び計測動作について図7乃至図16を用いて説明する。
【0044】
先ず、図3に示すように、第1テーブル18は待機位置T1に配置されており、第2テーブル19上にはワークWが取り付けられる。また、主軸16はX軸方向においてワークWの孔部Waと対向するような待機位置S1に配置されている。なお、待機位置M1に配置される特殊工具収納マガジン71には、ワークWの孔部Waにラインボーリング加工を行うラインバー31と、ラインボーリング加工後の孔部Waを計測する計測用工具32と、工具21による切削加工(例えば、穴あけ加工)に対応した計測用工具33とが、作業者Pにより収納されている。
【0045】
次いで、図7に示すように、コラム13をX軸方向に移動させると共に、ヘッドストック15をY軸方向上方側に移動させることにより、主軸16を待機位置S1からラインバー交換位置S2に移動させる。同時に、X軸方向移動用モータ59を駆動し、特殊工具収納マガジン71を待機位置M1から工具準備位置M2に移動させる。従って、主軸16の軸線とラインバー31の軸線とが一致される。
【0046】
ここで、特殊工具収納マガジン71がX軸方向内側に移動すると同時に、当該特殊工具収納マガジン71に支持される溝部材79もX軸方向内側に移動する。従って、第1シャッタ61は、特殊工具収納マガジン71の移動と共に、その背面が溝部材79の先端に押圧され、開扉することになる。このとき、ローラ64は傾斜溝79a内から直線溝79b内に転動することになるが、ローラ64が傾斜溝79a内を転動しているときには第1シャッタ61の開扉動作が行われるようになっており、ローラ64が直線溝79b内を転動するときには第1シャッタ61は開扉状態のままとなっている。
【0047】
また、特殊工具交換マガジン71がX軸方向内側に移動すると同時に、第2シャッタ用エアシリンダ84が連動してそのロッド部84aを伸長し、第2シャッタ81が開扉されると共に、第3シャッタ用エアシリンダ87が連動してそのロッド87aを短縮し、第3シャッタ82が開扉されることになる。
【0048】
なお、第1シャッタ61は移動体55に固定されているためX軸方向内側に移動することなく開扉する一方、溝部材79は特殊工具収納マガジン71と共にX軸方向内側に移動するものの、特殊工具収納マガジン71の上端及び下端に支持されることにより、特殊工具収納マガジン71の工具準備位置M2への移動時においては、第1シャッタ61及び溝部材79は主軸16と接触することはない。
【0049】
次いで、図8に示すように、Z軸方向移動用モータ52を駆動し、移動体55をZ軸方向後方側に移動させる。これにより、特殊工具収納マガジン71は工具準備位置M2から工具交換位置M3に移動され、ラインバー31が主軸16に装着される。
【0050】
次いで、主軸16にラインバー31が装着されると、ラインバー31が保持部材91から離間する程度に、ヘッドストック15をY軸方向上方側に若干移動させる。そして、Z軸方向移動用モータ52を駆動し、移動体55をZ軸方向前方側に移動させることにより、特殊工具収納マガジン71を工具交換位置M3から工具準備位置M2に移動させる。
【0051】
その後、図9に示すように、X軸方向移動用モータ59を駆動し、特殊工具収納マガジン71を工具準備位置M2から待機位置M1に移動させる。同時に、コラム13をX軸方向に移動させると共に、ヘッドストック15をY軸方向下方側に移動させることにより、主軸16をラインバー交換位置S2から加工位置S3に移動させる。そして、主軸16は駆動装置により駆動回転される。
【0052】
ここで、特殊工具収納マガジン71がX軸方向外側に移動すると同時に、当該特殊工具収納マガジン71に支持される溝部材79もX軸方向外側に移動する。従って、第1シャッタ61の背面から溝部材79の押圧力が解除され、第1シャッタ61は閉扉されることになる。このとき、ローラ64は直線溝79b内から傾斜溝79a内に転動することになるが、ローラ64が直線溝79b内を転動しているときには第1シャッタ61は開扉状態となっており、ローラ64が傾斜溝79a内を転動するときには第1シャッタ61の閉扉動作が行われるようになっている。
【0053】
また、特殊工具交換マガジン71がX軸方向外側に移動すると同時に、第2シャッタ用エアシリンダ84が連動してそのロッド部84aを短縮し、第2シャッタ81が閉扉されると共に、第3シャッタ用エアシリンダ87が連動してそのロッド87aを伸長し、第3シャッタ82が閉扉されることになる。
【0054】
次いで、図10に示すように、第1テーブル18を待機位置T1から加工位置T2に移動させ、ラインバー31をワークWの孔部Waに挿入させる。そして、第1テーブル18をZ軸方向に移動制御すると共に、主軸16の回転速度を制御することにより、ワークWの孔部waをラインボーリング加工することができる。
【0055】
上述したように、ラインボーリング加工が終了した後には、計測用工具32を用いてワークWの孔部Waの内径寸法を計測して仕上げ加工の合否の判定を行う。このとき、ラインバー31から計測用工具32に工具交換を行うことになるが、上述した取付動作の説明から、ラインバー31を主軸16から取り外して特殊工具収納マガジン71に戻す動作は十分に理解できることから、ラインバー31の取外し動作の説明は省略する。よって、下記に説明する通り、計測用工具32の取付動作を説明する。
【0056】
先ず、図11に示すように、第1テーブル18は待機位置T1に移動されており、第2テーブル19上にはラインボーリング加工後のワークWがそのまま取り付けられている。また、主軸16は待機位置S1に配置されており、待機位置M1に配置される特殊工具収納マガジン71には上述した通り計測用工具32が収納されたままとなっている。
【0057】
次いで、図12に示すように、コラム13をX軸方向に移動させると共に、ヘッドストック15をY軸方向上方側に移動させることにより、主軸16を待機位置S1から計測用工具交換位置S4に移動させる。同時に、X軸方向移動用モータ59を駆動し、特殊工具収納マガジン71を待機位置M1から工具準備位置M2に移動させる。従って、主軸16の軸線と計測用工具32の軸線とが一致される。
【0058】
このとき、特殊工具収納マガジン71の移動と共に溝部材79も移動し、第1シャッタ61の背面が溝部材79の先端に押圧され、第1シャッタ61は開扉される。また、第2シャッタ用エアシリンダ84のロッド部84aが伸長し、第2シャッタ81は開扉されると共に、第3シャッタ用エアシリンダ87のロッド87aが短縮し、第3シャッタ82は開扉される。
【0059】
次いで、図13に示すように、Z軸方向移動用モータ52を駆動し、移動体55をZ軸方向後方側に移動させる。これにより、特殊工具収納マガジン71は工具準備位置M2から工具交換位置M3に移動され、計測用工具32が主軸16に装着されると共に、エア供給口34がエア回路と接続される。
【0060】
次いで、図14に示すように、Z軸方向移動用モータ52を駆動し、移動体55をZ軸方向前方側に移動させることにより、特殊工具収納マガジン71を工具交換位置M3から工具準備位置M2に移動させる。これにより、計測用工具32は支持部材92から離間される。
【0061】
次いで、図15に示すように、X軸方向移動用モータ59を駆動し、特殊工具収納マガジン71を工具準備位置M2から待機位置M1に移動させる。同時に、コラム13をX軸方向に移動させると共に、ヘッドストック15をY軸方向下方側に移動させることにより、主軸16を計測用工具交換位置S4から計測位置S5に移動させる。
【0062】
このとき、特殊工具収納マガジン71の移動と共に溝部材79も移動し、第1シャッタ61の背面から溝部材79の押圧力が解除され、第1シャッタ61は閉扉される。また、第2シャッタ用エアシリンダ84のロッド部84aが短縮し、第2シャッタ81は閉扉されると共に、第3シャッタ用エアシリンダ87のロッド87aが伸長し、第3シャッタ82は閉扉される。
【0063】
次いで、図16に示すように、第1テーブル18を待機位置T1から計測位置T3に移動させ、計測用工具32をワークWの孔部Waに挿入させる。このように、計測用工具32がワークWの孔部Waに挿入されると、エア供給装置から供給されたエアは、エア供給口34を介してエア供給路32aに流入した後、ノズル部36aから吹き出される。これにより、エアマイクロメータ36によりワークWの孔部Waとの間のエア流量(計測値)が計測される。そして、ワークWの孔部Waによる計測値と、マスターチェック時の基準値とを比較し、ワークWの孔部Waの内径寸法が所定寸法範囲内であるか否かが検査される。
【0064】
即ち、図17に示すように、本発明に係る自動工具交換装置においては、5つの工程を行うことにより工具交換を行うことができる。工程1では、特殊工具収納マガジン71の待機位置M1から工具準備位置M2への移動、シャッタ61,81,82の開扉動作、及び主軸16の待機位置S1からラインバー交換位置S2または計測用工具交換位置S4への移動が行われる。工程2では、特殊工具収納マガジン71の工具準備位置M2から工具交換位置M3への移動が行われる。工程3では、主軸16に対するラインバー31または計測用工具32,33の装着が行われる。工程4では、特殊工具収納マガジン71の工具交換位置M3から工具準備位置M2への移動が行われる。工程5では、特殊工具収納マガジン71の工具準備位置M2から待機位置M1への移動、シャッタ61,81,82の閉扉動作、及び主軸16のラインバー交換位置S2また計測用工具交換位置S4から加工位置S3または計測位置S5への移動が行われる。従って、工程1,5において3つの動作を同時に行うことができ、工具交換時間が短縮される。
【0065】
なお、この検査時において、ワークWの孔部Waの内径寸法が所定寸法範囲外と判定された場合には、別のラインバーを用いて再ラインボーリング加工を行うか、あるいは、そのワークWの使用を中止するようにする。
【0066】
また、工具21を用いて切削加工を行った場合には、計測用工具33を用いて計測することになる。この計測用工具33の計測動作については、上述した計測用工具32の計測動作と同一であるため説明は省略する。
【0067】
従って、本発明に係る自動工具交換装置によれば、ラインバー31及び計測用工具32,33を収納した状態で特殊工具収納マガジン71自体を移動させ、ラインバー31及び計測用工具32,33を主軸16に対する工具交換位置M3に移動できるようにしたので、自動工具交換装置3の構成を簡素にすることができる。
【0068】
更に、ラインバー31及び計測用工具32,33の取り出し及び取り入れを行うための特殊工具収納マガジン71の開口部に、3つに分割したシャッタ61,81,82を開閉可能に設けることにより、特殊工具収納マガジン71の機械本体2内への侵入量を少なくすることができるので、移動量が低減され工具交換時間の短縮を図ることができる。しかも、分割したことによりシャッタ61,81,82の開閉時に受ける抵抗が少なくなり、開閉速度の高速化を図ることができる。
【0069】
そして、第1シャッタ61の駆動源を特殊工具収納マガジン71の駆動源であるX軸方向移動用モータ59と共有することにより、特殊工具収納マガジン71の移動と共に、第1シャッタ61の開閉を行うことができるので、工具交換時間の短縮を図れるだけでなく、小力効果も得ることができる。また、シャッタ81,82を特殊工具収納マガジン71に設けるだけでなく、その駆動源となるシャッタ用エアシリンダ84,87も特殊工具収納マガジンに設けることにより、特殊工具収納マガジン71の移動と共に、シャッタ81,82の開閉を行うことができるので、工具交換時間の短縮を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0070】
本発明は、高い寸法精度が要求される孔の内径計測を行う内径非接触計測装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0071】
【図1】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の斜視図である。
【図2】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の正面図である。
【図3】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の平面図である。
【図4】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の右側面図である。
【図5】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の左側面斜視図である。
【図6】計測用工具の側断面図である。
【図7】移動後のラインバーの様子を示した図である。
【図8】主軸装着時のラインバーの様子を示した図である。
【図9】加工位置に配置されたときのラインバーの様子を示した図である。
【図10】加工中のラインバーの様子を示した図である。
【図11】待機中の計測用工具の様子を示した図である。
【図12】移動後の計測用工具の様子を示した図である。
【図13】主軸装着時の計測用工具の様子を示した図である。
【図14】支持部材から離間したときの計測用工具の様子を示した図である。
【図15】計測位置に配置されたときの計測用工具の様子を示した状態の図である。
【図16】計測中の計測用工具の様子を示した図である。
【図17】工具投入時のサイクル線図である。
【符号の説明】
【0072】
1 工作機械
2 機械本体
3 自動工具交換装置
4 機械用カバー
5 装置用カバー
11 ヘッド
12 ガイド
13 コラム
14 ガイド
15 ヘッドストック
16 主軸
17 ガイド
18 第1テーブル
19 第2テーブル
20 自動工具交換機構
21 工具
31 ラインバー
32,33 計測用工具
32a,33a エア供給路
34,35 エア供給口
36,37 エアマイクロメータ
36a,37a ノズル部
41 吊り下げ機構
42a〜42d 支柱部材
43a〜43d 上梁部材
44a〜44c 中間梁部材
51 支持板
52 Z軸方向移動用モータ
53 ボールねじ軸
54 レール部材
55 移動体
56 ボールナット部材
57 摺動部材
58 レール部材
59 X軸方向移動用モータ
60 ボールねじ軸
61 第1シャッタ
62 カバー部材
63 支持部材
63a 長辺部
64 ローラ
65 ブラケット
71 特殊工具収納マガジン
72 内壁
73 外壁
74 底板
75 上板
76 支持板
77 摺動部材
78 ボールナット部材
79 溝部材
79a 傾斜溝
79b 直線溝
81 第2シャッタ
82 第3シャッタ
83,86 回動部材
84 第2シャッタ用エアシリンダ
85,88 ブラケット
87 第3シャッタ用エアシリンダ
84a,87a ロッド部
91〜93 保持部材
W ワーク
Wa 孔部
【出願人】 【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】 平成18年7月21日(2006.7.21)
【代理人】 【識別番号】100078499
【弁理士】
【氏名又は名称】光石 俊郎

【識別番号】100074480
【弁理士】
【氏名又は名称】光石 忠敬

【識別番号】100102945
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 康幸

【識別番号】100120673
【弁理士】
【氏名又は名称】松元 洋


【公開番号】 特開2008−23661(P2008−23661A)
【公開日】 平成20年2月7日(2008.2.7)
【出願番号】 特願2006−199399(P2006−199399)