IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ DMG森精機株式会社の特許一覧

<>
  • 特許-バーフィーダ及び工作機械 図1
  • 特許-バーフィーダ及び工作機械 図2
  • 特許-バーフィーダ及び工作機械 図3
  • 特許-バーフィーダ及び工作機械 図4
  • 特許-バーフィーダ及び工作機械 図5
  • 特許-バーフィーダ及び工作機械 図6
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-19
(45)【発行日】2022-07-27
(54)【発明の名称】バーフィーダ及び工作機械
(51)【国際特許分類】
   B23B 13/00 20060101AFI20220720BHJP
   B23B 13/02 20060101ALI20220720BHJP
   B23B 13/04 20060101ALI20220720BHJP
   B23B 13/10 20060101ALI20220720BHJP
   B23Q 7/04 20060101ALI20220720BHJP
【FI】
B23B13/00 Z
B23B13/02 B
B23B13/04
B23B13/10
B23Q7/04 A
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2021573870
(86)(22)【出願日】2021-04-30
(86)【国際出願番号】 JP2021017258
【審査請求日】2022-01-11
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000146847
【氏名又は名称】DMG森精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002745
【氏名又は名称】弁理士法人河崎特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮原 克仁
(72)【発明者】
【氏名】日永 健斗
【審査官】永田 和彦
(56)【参考文献】
【文献】特開平11-156602(JP,A)
【文献】特開2021-53713(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2008/0271304(US,A1)
【文献】特開2020-78847(JP,A)
【文献】特開昭54-26579(JP,A)
【文献】特開2011-73117(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23B 13/00-13/12,
B23Q 7/00-7/18,
B25J 1/00-21/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一端に保持機構を備えた中空の主軸に他端から棒状のワークを押し込むバーフィーダであって、
前記主軸が設置された加工室に隣接配置され前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室に、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置されているバーフィーダ。
【請求項2】
前記棒状のワークを複数本収容可能なワークストッカーと、
前記棒状のワークを前記主軸に向けて移動可能に支持するワーク支持部と、
前記ワークストッカーから前記棒状のワークを取り出して前記ワーク支持部に案内するワークフィーダと、
前記ワーク支持部に支持された前記棒状のワークを前記主軸に押し込むワーク押込み機構と、
を備えている請求項1記載のバーフィーダ。
【請求項3】
前記加工室がワークを保持する第1主軸と、前記第1主軸と対向するように配置された第2主軸と、前記ワークを加工する工具主軸とを備えた複合加工機の加工室であり、前記棒状のワークを前記第2主軸に押し込むように構成されている請求項1または2記載のバーフィーダ。
【請求項4】
一端に備えた保持機構によりワークを保持する中空の主軸が設置された加工室と、前記加工室に隣接配置された作業室とを含み、
前記作業に、前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構と、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置された請求項1または2記載のバーフィーダと、を備えている工作機械。
【請求項5】
前記バーフィーダにより押込まれる前記棒状のワークの押込み経路に前記加工室と前記作業室とを連通または遮断するシャッターを備えている請求項4記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バーフィーダ及び工作機械に関し、特に複合加工機や旋盤などのNC工作機械(Numerically Controlled Machine Tools)に好適なバーフィーダ及び工作機械に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、前端にチャックを有する中空の主軸に後端から材料を押し込む材料押込手段と、前記材料押込手段に対して材料を個別に供給する材料供給手段とを有し、前記材料供給手段により供給された材料を前記材料押込手段によって前記主軸に押し込み供給する材料供給装置が提案されている。
【0003】
詳述すると、前記材料供給装置は、前記材料押込手段の先端に、材料を保持する保持手段を設け、前記材料供給手段が、前記保持手段に保持させるように材料を移動させる材料移動手段を有し、材料を前記保持手段に保持した状態で前記主軸に供給するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2011-73117号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このような材料供給装置(以下では「バーフィーダ」と記す。)を用いれば、長尺の棒状のワークであっても工作機械に自動供給することができるようになり、飛躍的に加工効率を上げることができる。
【0006】
しかし、従来のバーフィーダは、工作機械に配された中空の主軸に後端から材料を押し込むために工作機械の側方に設置する単独の装置として構成されていたため、工作機械の側方にバーフィーダを設置すると、バーフィーダの設置空間の近傍空間が利用できず、設備の空間利用効率を上げるという観点で改良が望まれていた。
【0007】
本発明は、工作機械の周辺空間の利用効率を高めて限られた空間で多機能化を図ることができるバーフィーダ及び工作機械を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的を達成するため、本発明によるバーフィーダの特徴構成は、一端に保持機構を備えた中空の主軸に他端から棒状のワークを押し込むバーフィーダであって、前記主軸が設置された加工室に隣接配置され前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室に、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置されている点にある。
【0009】
また、本発明による工作機械の特徴構成は、一端に備えた保持機構によりワークを保持する中空の主軸が設置された加工室と、前記加工室に隣接配置された作業室とを含み、前記加工室に、前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構と、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置された上述の特徴構成を備えたバーフィーダと、を備えている点にある。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、工作機械の周辺空間の利用効率を高めて限られた空間で多機能化を図ることができるバーフィーダ及び工作機械を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1図1は、工作機械の一例である複合加工機の説明図である。
図2図2は、工作機械に隣接設置された作業室にバーフィーダを備えた状態を示す説明図である。
図3図3は、バーフィーダの要部であるワークストッカー、ワーク支持部、ワークフィーダの側面視の説明図である。
図4図4は、バーフィーダの要部であるワークストッカー、ワーク支持部、ワークフィーダの正面視の説明図である。
図5図5は、バーフィーダの要部であるワーク押込み機構の一部を切欠いた正面視の説明図である。
図6図6は、作業室に設置された作業機構とバーフィーダとの配置関係を示す側面視の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
[基本的実施態様]
以下に本発明によるバーフィーダ及び工作機械の基本的実施態様を説明する。
バーフィーダの第一の特徴構成は、一端に保持機構を備えた中空の主軸に他端から棒状のワークを押し込むバーフィーダであって、前記主軸が設置された加工室に隣接配置され前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室に、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置されている点にある。
【0013】
作業室に備えた作業機構である搬送機構によって、加工に要する物品、例えば作業室に備えたテーブル上に載置された加工前のワークや、加工に必要な工具や測定具などが加工室に搬送され、加工後のワークや使用後の工具や測定具などが加工室から作業室のテーブルに搬送される。そのような作業室の空間において、上面視または正面視で作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置にバーフィーダが配置されることで、バーフィーダの設置空間として作業室を有効活用することができるようになる。
【0014】
同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記棒状のワークを複数本収容可能なワークストッカーと、前記棒状のワークを前記主軸に向けて移動可能に支持するワーク支持部と、前記ワークストッカーから前記棒状のワークを取り出して前記ワーク支持部に案内するワークフィーダと、前記ワーク支持部に支持された前記棒状のワークを前記主軸に押し込むワーク押込み機構と、を備えている点にある。
【0015】
作業室に配置された作業機構と干渉しない空間領域にワークストッカー、ワーク支持部、ワークフィーダ、ワーク押込み機構が其々配置される。そして、ワークストッカーに収容された複数本の棒状のワークの一つ一つが、ワークフィーダに案内されてワーク支持部に受け止められ、ワーク支持部に支持された状態で、棒状のワークがワーク押込み機構により工作機械の主軸に向けて押し込まれる。
【0016】
同第三の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、前記加工室がワークを保持する第1主軸と、前記第1主軸と対向するように配置された第2主軸と、前記ワークを加工する工具主軸とを備えた複合加工機の加工室であり、前記棒状のワークを前記第2主軸に押し込むように構成されている点にある。
【0017】
工作機械が複合加工機である場合、工具マガジンなどの大型の作業機構が配された第1主軸側に隣接する空間に比較して、第2主軸側に隣接する空間の方が空間を利用するための自由度が高い。そこで、第2主軸を中空の主軸とすることにより、全体として納まりがよく、空間利用効率が高い状態でバーフィーダを設置することができる。
【0018】
本発明による工作機械の第一の特徴構成は、一端に備えた保持機構によりワークを保持する中空の主軸が設置された加工室と、前記加工室に隣接配置された作業室とを含み、前記作業室に、前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構と、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置された上述の第一または第二の特徴構成を備えたバーフィーダと、を備えている点にある。
【0019】
工作機械の加工室に隣接した作業室に、搬送機構を含む作業機構を設置するとともに、上面視または正面視で作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置にバーフィーダを設置することで、空間利用効率の高い工作機械を実現できる。
【0020】
本発明による工作機械の第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記バーフィーダにより押込まれる前記棒状のワークの押込み経路に前記加工室と前記作業室とを連通または遮断するシャッターを備えている点にある。
【0021】
棒状のワークを加工室に押し込んだ後にシャッターを閉めることにより、ワークの加工工程で飛散するクーラントミストや切屑が作業室に進入することを防止することができる。
【0022】
[具体的実施態様]
以下に本発明によるバーフィーダ及び工作機械の具体的実施態様を説明する。
図1には、本発明が適用される工作機械の基本構造が例示されている。
【0023】
工作機械100は、ベッド110に設置されたコラム120に沿って、図示する紙面上で、上下及び左右方向に移動可能な工具主軸130と、ワークWsを保持する第1主軸140と、第1主軸140に対向配置され、左右方向に移動可能な第2主軸150と、第1主軸140と第2主軸150との間で工具主軸130に対向するように配置され、上下及び左右方向に移動可能な第2刃物台160と、それらによる加工空間を被覆するカバー体180を備えた5軸複合加工機で構成されている。つまり、カバー体180で仕切られた内部空間が加工室PRとなる。
【0024】
第1主軸140のフレーム正面に工具マガジン170が設けられ、工具主軸130には工具Tが取り付けられている。当該工具Tは、工具マガジン170に収容された複数の工具Tから何れかの工具Tが選択されて、自動工具交換装置(図示せず)を介して取り付けられる。
【0025】
カバー体180の外側に操作盤200が設置され、操作盤200にNCプログラム記憶部210、NC装置220などが通信ケーブルを介して接続されている。NC装置220には、工作機械100の工具主軸130、第1主軸140、第2主軸150、第2刃物台160などをサーボ駆動するための工作機械サーボ制御部230が接続されている。
【0026】
工具主軸130や第2刃物台160の近傍にはクーラントノズルが配されており、被加工材であるワークWsの加工時には、第1主軸140または第2主軸150に保持されたワークWsの加工部位に向けてクーラントが噴出される。その際に発生して加工空間に漂うミスト状のクーラントを空気と共に回収するミストコレクタ190がカバー体180の上面に配されている。なお、図1には示していないが、カバー体180の正面には開閉可能な扉が設けられている。
【0027】
NC装置220によりNCプログラムが実行されることにより工作機械サーボ制御部230が駆動される。工作機械サーボ制御部230により工具主軸130が上下及び左右方向に移動制御され、第2主軸150が左右方向に移動制御され、第2刃物台160が上下左右方向に移動制御される。また、工作機械サーボ制御部230により、工具主軸130に保持された工具T、第2刃物台160に保持された工具、第1主軸140、第2主軸150が回転制御される。
【0028】
第1主軸140の先端に備えた保持機構で保持されたチップ状のワークWsや後述する棒状のワークWrが、工具主軸130に保持された工具T或いは第2刃物台160で保持された工具で切削加工され、次に第2主軸150の先端に備えた保持機構で持ち替えられたワークWs,Wrが工具主軸130に保持された工具或いは第2刃物台160で保持された工具で切削加工される。保持機構として、公知のチャック機構などが用いられる。また、第1主軸140および第2主軸150の双方でワークWs,Wrが保持された状態で工具主軸130に保持された工具或いは第2刃物台160で保持された工具で切削加工される場合もある。
【0029】
第2主軸150は中空に形成され、断面が円形の棒状のワークWr(以下では、チップ状のワークWsとの混同を避けるため「棒状ワークWr」と記す。)が第2主軸150の右端から左方に挿通可能に構成されている。
図2には工作機械100の右側方に隣接して加工室PRとの間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室300が設置された状態が示されている。作業室300は安全管理のために周囲にカバー体380が設置されている。
【0030】
作業室300には、加工前のチップ状のワークWsと、加工後のワークWs´が収容されるワーク載置台340が設けられている。ワーク載置台340の上方空間には、先端にワークWsを挟持するためのハンドHが取り付けられた多関節ロボット330が設けられ、多関節ロボット330の支持部320が水平案内板310に沿って矢印で示すように水平方向に移動可能に取り付けられている。多関節ロボット330が、加工室PRとの間で物品を移動させる搬送機構として機能し、ワーク載置台340と多関節ロボット330とが作業機構として機能する。
【0031】
工作機械100のカバー体180と作業室300のカバー体380の対向壁部には加工空間を仕切るシャッター350が設けられ、多関節ロボット330によるワーク載置台340に載置されたチップ状のワークWsの工作機械100への自動搬入と、加工済みのワークWs´の工作機械100からワーク載置台340への自動搬出時に開放され、ワークWsの工作機械100での加工時に閉止される。なお、加工済みの棒状ワークWrを工作機械100からワーク載置台340へ搬出する際に多関節ロボット330を用いることができることは言うまでもない。
【0032】
ベッド110の下方には加工室PR内で滴下するクーラントを回収するクーラント回収槽101が設置され、機械加工に伴って発生する切屑がクーラントとともにクーラント回収槽101に回収されるように構成されている。クーラント回収槽101の底部にはチップコンベア102が配設され、クーラント回収槽101に回収された切屑はチップコンベア102により機外に搬出されて回収容器103に回収される。チップコンベア102の吐出し側端部及び回収容器103は、作業室300の下方空間に配置されている。
【0033】
作業室300には、上面視または正面視で作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置にバーフィーダ400が配置されている。
図3から図5には、バーフィーダ400の要部の詳細が示されている。バーフィーダ400は、棒状ワークWrを複数本収容可能なワークストッカー410と、棒状ワークWrを第2主軸150に向けて移動可能に支持するワーク支持部420と、ワークストッカー410から棒状ワークWrを取り出してワーク支持部420に案内するワークフィーダ430と、ワーク支持部420に支持された棒状ワークWrを第2主軸150の中空部に押し込むワーク押込み機構440とを備えている。
【0034】
図3及び図4に示すように、ワークストッカー410は、上端に開口が形成され、下端に開閉機構411を備えた略直方体形状に構成され、断面が円形の棒状ワークWrが水平姿勢で上下方向に複数本収容されている。開閉機構411は、一対のヒンジ付きの扉で構成され、電磁ソレノイドで開閉制御可能に構成されている。開閉機構により扉が閉じられている姿勢で、上端の開口から棒状ワークWrが投入され、予め設定された所定数の棒状ワークWrが収容される。
【0035】
ワークストッカー410に収容された棒状ワークWrは、開閉機構411を解放してワークストッカー410の下方に配されたワークフィーダ430に落下供給され、ワークフィーダ430を介してワーク支持部420に送られる。
【0036】
ワークフィーダ430は、一対の支持軸431,432の間を巻回した無端ベルト433を備えている。無端ベルト433には棒状ワークWrを受け止める爪部434が所定間隔で取り付けられている。上方の支持軸432の一端に減速ギヤ機構436が取り付けられ、駆動機構であるモータ435の動力が減速ギヤ機構436を介して支持軸432に伝達される。
【0037】
無端ベルト433の搬送面は水平に対して所定の角度だけ傾斜しており、ワークストッカー410から落下供給された複数の棒状ワークWrを爪部434で受け止めながら、下方に備えたワーク支持部420に向けて順次搬送する。
【0038】
ワークフィーダ430を介してワーク支持部420の上部まで搬送された棒状ワークWrは、水平姿勢を保持した状態でワーク支持部420に落下供給される。ワーク支持部420は、断面がV字状の溝を備えた水平姿勢の案内部材で、先端側が第2主軸150の中空部に向けて配置されている。
【0039】
図5に示すように、ワーク支持部420に支持された棒状ワークWrは、後端側がワーク押込み機構440により押圧されて第2主軸150の中空部に押し込まれる。ワーク押込み機構440は、駆動機構であるモータ441に原則機構を介して駆動連結されたボールねじ442と、ボールねじ442に螺合したプッシャ本体443を備えている。
【0040】
プッシャ本体443の下方に棒状ワークWrの端部を押圧する押圧アーム444が延出形成され、プッシャ本体443の上方に案内軸445に摺動する軸受け部材446が設けられている。ボールねじ442の正回転に伴って押圧アーム444の姿勢を保持した状態でプッシャ本体443が直動し、それに伴って押圧アーム444が棒状ワークWrを第2主軸150に向けて押込み搬送する。なお、ボールねじ442及び案内軸445の両端部は固定部材を介して所期の位置に位置決め固定されている。
【0041】
棒状ワークWrが第2主軸150の中空部に押し込まれ、第2主軸150の保持部150で保持されると、ボールねじ442の逆回転に伴ってプッシャ本体443が棒状ワークWrを押圧する前の待機位置に戻る。なお、保持部150は第2主軸150の軸心周りに120°間隔で配置した3本の爪が径方向に沿って移動可能に構成され、拡径側に移動すると把持対象物である棒状ワークWrが開放され、縮径側に移動すると把持対象物である棒状ワークWrが固定される。
【0042】
例えば、棒状ワークWrが第2主軸150に固定されると、第2主軸150が第1主軸140側に進出移動して、シャッター350が閉じられる。第1主軸140の保持部で棒状ワークWrの先端が保持され、第2主軸150の保持部を開放した後に第2主軸150が後退移動し、その後、工具主軸130または第2刃物台160に備えた工具で加工作業が開始される。所期の加工が終了すると、その都度棒状ワークWrから加工済みの部位が切断されて、多関節ロボット330のハンドによりワーク載置台340に搬出される。
【0043】
図6に示すように、作業室300に設置されたバーフィーダ400は、ワーク載置台340や多関節ロボット330という作業機構に対して、上面視または正面視で少なくとも一部が重畳する位置に配置されている。工作機械100の加工室PRに隣接した作業室300に設置された搬送機構を含む作業機構とは物理的に干渉しない空間にバーフィーダ400を設置することで、空間利用効率の高い工作機械を実現できる。
【0044】
図2に戻って、作業室300に設置されたバーフィーダ400や多関節ロボット330などに対する制御構成について説明する。操作盤200には上述したNCプログラム記憶部210、NC装置220、工作機械サーボ制御部230に加えて、多関節ロボット330を制御するロボット制御装置240、ロボットサーブ制御部250、バーフィーダ400が上述した手順で作動するように制御するフィーダ制御装置260、フィーダサーボ制御部270を備えている。
【0045】
シャッター350の開閉及び多関節ロボット330の作動は、NCプログラム記憶部210に格納されたNCプログラムを実行するロボット制御装置230によってサーボ制御されるロボットサーボ制御部250により駆動される。さらにバーフィーダ400の作動は、NCプログラム記憶部210に格納されたNCプログラムを実行するフィーダ制御装置260によってサーボ制御されるフィーダサーボ制御部250により駆動される。
【0046】
上述した実施形態では、加工空間の右側部に作業室300を連接した例を説明したが、作業室300の連接位置はこの態様に限るものではない。例えば、カバー体180の左側部に作業室300を連接し、作業室に上述したワークフィーダ430を設置してもよい。この場合には、一端に保持機構を備えた中空の主軸が第1主軸140となる。
【0047】
上述した実施形態では、ワーク押込み機構440が専用のプッシャで構成された例を説明したが、プッシャに代えて多関節ロボット330を用いて棒状ワークWを押し込んでもよいし、多関節ロボット330のハンドで棒状ワークWを把持して中空の主軸に押し込むように構成してもよい。
【0048】
上述した作業室300に設置されたワーク載置台340や多関節ロボット330と、バーフィーダ400の各機構を構成する主要部は、作業室を構成する共通の支持フレームに取り付けられているが、空間に余裕がある場合には、個々の支持フレームを設けてもよい。
【0049】
作業室300として、多関節ロボットなどの搬送機構を備えた自動ワーク搬送ステーション以外に、加工に必要なワークや治具などを所要の状態に準備するための作業機構を備えた段取りステーション、加工後のワークに付着した切屑を除去し、バリを除去する後処理のための作業機構を備えた後処理ステーションやバリ取りステーション、計測機器を備えた計測ステーションなどもバーフィーダ400の設置空間として適用することができることは言うまでもない。
【0050】
上述した実施形態では、工作機械100として5軸複合加工機を用いた例を説明したが、本発明が適用可能な工作機械は、5軸複合加工機以外に旋盤などの他の工作機械100にも適用可能である。
【0051】
以上、本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【0052】
以上に説明したように、工作機械の周辺空間の利用効率を高めて限られた空間で多機能化を図ることができるバーフィーダが実現できる。
【符号の説明】
【0053】
100:工作機械
130:工具主軸
140:第1主軸
150:第2主軸
160:第2刃物台(タレット)
180:カバー体
200:操作盤
210:NCプログラム記憶部
220:NC装置
230:工作機械サーボ制御部
240:ロボット制御部
250:ロボットサーボ制御部
260:フィーダ制御装置
270:フィーダサーボ制御部
300:作業室
330:多関節ロボット
340:ワーク載置台
350:シャッター
400:バーフィーダ
410:ワークストッカー
420:ワーク支持部
430:ワークフィーダ
440:ワーク押込み機構
T,T´:工具
Ws:チップ状のワーク
Wr:棒状のワーク
【要約】
一端に保持機構を備えた中空の主軸に他端から棒状のワークを押し込むバーフィーダであって、前記主軸が設置された加工室に隣接配置され前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室に、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置されている。
図1
図2
図3
図4
図5
図6