JP4363233B2 - 工作機械の工具交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の工具交換装置に関する。

ワークに対して各種の加工を単一の装置で複合的になし得るマシニングセンタ（ＭＣ）等の多機能工作機械は、工具が装着された主軸を回転自在に支持する主軸ヘッドを、当該主軸の軸線方向に往復移動させることによりワークに対して加工を行うようになっている。このような工作機械は主軸に装着された工具を自動的に交換する工具交換装置を備えており、前記工具交換装置により加工が終了した工具を次の加工に用いる工具と交換する。

前記工具交換装置は、複数の工具把持部を有し割り出し回転可能な工具マガジンを備えている。そして、加工領域から交換領域に移動された主軸に対して前記工具マガジンを割り出し回転させることにより、前記工具把持部に把持された工具ホルダを主軸に装着すると共に、主軸に装着された工具ホルダを取り外すようになっている。
前記工作機械では、加工時に多量の切屑や切削油等が発生する。前記切屑や切削油等が工具マガジン内に入り込むと、工具交換装置の動作に支障を来たすおそれがある。そこで、上記工作機械では、前記工具マガジンの全体をマガジンカバーで覆い、当該工具マガジン内に切屑等が進入することを防止している。
実公平４−２２９１０号公報

前記マガジンカバーは、工具把持部に把持される工具ホルダ及び工具の通過を許容する開口を有している。前記開口は、工具把持部に把持された工具ホルダによって塞がれるため、前記工具把持部に工具ホルダが把持されている場合には、当該開口を通じて切屑等がマガジンカバー内に進入することはない。しかし、工具把持部に工具ホルダが把持されていない状態では、その工具把持部に対応する開口を通してマガジンカバー（工具マガジン）内に切屑等が入り込んでしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、工具ホルダを把持していない工具把持部に対応する開口を通じて工具マガジン内に切屑が進入することを防止することができる工作機械の工具交換装置を提供することである。

本発明は、工具保持部を有する主軸と、前記主軸を回転自在に支持し前記主軸の軸線方向に往復移動可能な主軸ヘッドとを備えた工作機械が備える工具交換装置であって、回転割り出し可能に設けられた工具マガジンと、前記工具マガジンの外周に放射状に配置され、その先端に工具を着脱可能に把持する工具把持部を有する複数の工具把持部材と、前記工具マガジン及び複数の前記工具把持部材を包囲するように設けられ、前記工具把持部に把持される工具を避けるために複数の前記工具把持部に各々対応して形成された複数の開口部を有するマガジンカバーと、複数の前記開口部を各々塞ぐように前記マガジンカバーに着脱可能に設けられる保護カバーとを備えることを特徴とする。前記保護カバーは、複数の工具把持部のうち工具が把持されていない工具把持部に対応する開口部に装着される。

前記保護カバーは弾性変形可能な板状部材から構成し、その一端部をマガジンカバーの開口の周縁部のうち工具マガジンの回転中心側の部分に固定すると共に、他端部を前記マガジンカバーから離間可能な自由端とすると良い。
さらに、前記保護カバーに係合部を設け、前記保護カバーをマガジンカバーに取り付けられたときに前記係合部が工具把持部に係合するように構成すると、前記保護カバーを装着するための特別な構造を設けなくても済む。

本発明の工具交換装置は、マガジンカバーの開口のうち、工具を把持していない工具把持部に対応する開口を保護カバーで塞ぐことができる。このため、加工時に発生する切屑等が工具マガジンの内部に入り込むことを防止できる。また、万一、保護カバーが取り付けられている開口部に対応する工具把持部に工具が装着され、前記工具が保護カバーに当接した場合には、前記保護カバーは回動したり撓んだり、或いは外れたりする。従って、保護カバーに対する工具の衝撃が和らげられるため、工具や保護カバーの破損、変形を極力防止できる。

以下、本発明の第１の実施例について図１ないし図４を参照しながら説明する。まず、図１及び図２は本実施例に係る工作機械１を示している。図１に示すように、前記工作機械１は、切削屑の飛散を防止するためのスプラッシュガード２の内側に、ワーク（図示せず）を保持するテーブル４、工作機械本体５、ドリルやタップなどの工具６を交換するための工具交換装置７などを配置して構成されている。

前記スプラッシュガード２には、工作機械１の運転状況等を表示するための表示部８、工作機械１に指令を与えたり条件を入力したりするためのボタン類やフロッピー（登録商標）ディスクドライブなどを備えた操作パネル９、ワークの入出やメンテナンスのためのワーク交換口１０、点検ハッチ１１などが設けられている。
図２に示すように、工作機械本体５は、コラム１２に固定されたＺ軸用サーボモータ（以下、Ｚ軸モータとする）１３、前記Ｚ軸モータ１３によってボールねじ１４が回転されることにより前記コラム１２内を上下動する主軸ヘッド１５、フレーム１６を介して前記コラム１２に固定されたマガジン支持台１７を中心に構成されている。

前記主軸ヘッド１５は、工具保持部（図示せず）を有する主軸１８、前記主軸１８を回転駆動する主軸モータ１９、一対の第１のカム体２０、第２のカム体２１、前記工具保持部に保持された工具ホルダ２２を脱着可能に保持するクランプ・アンクランプ機構（図示せず）等を備えている。前記工具ホルダ２２の下端部に前記工具６が嵌着されている。
工具交換装置７は、工具マガジン２３、マガジンモータ２４等を備えて構成されている。工具マガジン２３は、前記マガジン支持台１７に支持され斜め左下方に指向する軸線ａ周りに回転するマガジンベース２５、前記マガジンベース２５の外周部に放射状に設けられた複数、例えば１０個のグリップアーム２６（工具把持部材に相当）から構成されている。前記マガジンベース２５の外周部には所定の角度毎に１０個のクレビス２７が設けられ、前記クレビス２７に前記グリップアーム２６が揺動軸２６ａを介して揺動自在に支持されている。前記グリップアーム２６の自由端（外周側端部）には二股状の工具把持部２８が設けられている。

前記工具把持部２８は、工具ホルダ２２の外周部に周設されたＶ字状の把持溝２２ａを挟持可能な寸法に設定されており、その先端部に設けられた一対のフィンガー２９が前記把持溝２２ａに係合するようになっている。各フィンガー２９は、工具把持部２８の先端に設けられた孔に付勢ばね（いずれも図示せず）と共に収容されている。一対のフィンガー２９は、軸線が一致するように配列されており、前記付勢ばねにより対向するフィンガー２９に向かって付勢されている。

このような構成により、工具把持部２８内に把持溝２２ａが位置する状態で挿入された工具ホルダ２２は、一対のフィンガー２９の先端が前記把持溝２２ａに係合することにより、グリップアーム２６に把持される。
尚、工具把持部２８の基部には、前記工具把持部２８内に突出する位置決めキー（図示せず）が設けられており、工具ホルダ２２の把持溝２２ａには位置決めキーに対応するキー溝（図示せず）が設けられている。これら位置決めキー及びキー溝により工具把持部２８に把持された工具ホルダ２２は位置決めされる。

また、グリップアーム２６の反自由端には孔部（図示せず）が設けられており、前記孔部内に鋼球３０が圧縮コイルばね（図示せず）と共に収容されている。前記鋼球３０の一部はグリップアーム２６の反自由端から突出しており、マガジンベース２５の軸線ａ周りに設けられた案内面３１に当接している。
前記マガジンベース２５は、前記マガジンモータ２４により回転されるようになっている。マガジンモータ２４には回転軸及びベベルギヤを介してバベルカム（いずれも図示せず）が連結されている。マガジンベース２５は、前記グリップアーム２６の配設位置に対応して設けられた１０個のローラ形状のカムフォロア（図示せず）を有しており、前記バベルカムのカム溝に前記カムフォロアが順次嵌合することにより間欠的な割り出し回転が付与されるようになっている。

前記第１のカム体２０は主軸ヘッド１５の底面に固定されている。また、前記カム体２１は、主軸ヘッド１５の垂直面であって前記工具マガジン２３と対向する面に圧縮コイルばね（図示せず）を介して設けられている。前記カム体２０，２１はそれぞれカム面２０ａ，２１ａを有している。これに対して、前記グリップアーム２６は第１及び第２のカムフォロア３２，３３を有している。前記第１のカムフォロア３２は工具把持部２８の先端部の外側面にそれぞれ１個ずつ設けられており、主軸ヘッド１５の所定の昇降領域内で第１のカム体２０のカム面２０ａに当接する。また、第２のカムフォロア３３は、グリップアーム２６の揺動軸２６ａ近傍に設けられており、主軸ヘッド１５の所定の昇降領域内でカム体２１のカム面２１ａに当接する。

上記構成により、前記主軸ヘッド１５の昇降移動に伴う第１及び第２のカム体２０，２１及び第１及び第２のカムフォロア３２，３３の協働作用により、前記グリップアーム２６は揺動軸２６ａを中心として所定の揺動運動を行う。そして、第２のカム体２１が圧縮コイルばねを介して主軸ヘッド１５に取り付けられていることにより、前記第２のカム体２１のカム面２１ａに第２のカムフォロア３３が当接するとき、第１のカムフォロア３２は第１のカム体２０のカム面２０ａに向かって押圧された状態で該カム面２０ａに当接する。

さて、各グリップアーム２６の側面のうち主軸ヘッド１５と対向しない面にはマガジンカバー３４がねじ３５により固定されている。前記マガジンカバー３４は、グリップアーム２６に沿って屈曲する形状をなし、前記グリップアーム２６よりも大きな面積を有している。そして、主軸ヘッド１５が工具交換領域に位置し且つマガジンベース２５が回転割り出し可能な状態にあるとき、マガジンカバー３４は全体として円錐台形をなし、これらマガジンカバー３４によって工具マガジン２３は覆われるようになっている。

各マガジンカバー３４は、合成樹脂製で、主軸ヘッド１５側の端部にはグリップアーム２６に把持される工具ホルダ２２及び工具ホルダ２２が保持する工具６を避ける開口部３６が形成されている。そして、前記マガジンカバー３４のうち工具交換動作に関与しないグリップアーム２６に取り付けられたマガジンカバー３４には、前記開口３６を塞ぐ保護カバー３７が取り付けられている。尚、「工具交換動作に関与しないグリップアーム２６」とは、工具把持部２８に工具を把持しておらず、且つ、主軸１８から工具６を取り外して把持することもないグリップアーム２６を意味する。

図３及び図４に示すように、前記保護カバー３７は、弾性変形可能な板状部材から構成され、長手方向の一端部が前記ねじ３５によりマガジンカバー３４に固定されている。つまり、マガジンカバー３４及び保護カバー３７は、共通のねじ３５によりグリップアーム２６に固定されている。前記保護カバー３７の長手方向他端部には、グリップアーム２６の工具把持部２８の先端部に係止される折曲部３７ａが設けられている。

このように、本実施例では、マガジンカバー３４だけでなく、前記マガジンカバー３４の開口３６を塞ぐ保護カバー３７を設けたので、ワークに対する加工時に切屑や切削油等が飛散しても、それら切屑や切削油が工具マガジン２３内に入り込むことを極力防止できる。しかも、前記保護カバー３７は着脱可能であり、工具交換動作に関与しないグリップアーム２６に対応する開口３６のみを保護カバー３７で塞ぐようにした。従って、前記保護カバー３７が工具交換動作の障害になることはない。

ところで、工具交換動作は予め設定された加工プログラムに従って行われる。加工プログラムは、工具交換タイミングや次の加工に使用する工具６、工具交換のためのモータ駆動量（マガジンベース２５の回転角度）等を指示するためのものであり、一連の加工動作を実行するに際して作業者がキー入力する。
このとき、カムフォロア３２，３３は各カム面２０ａ，２１ａに当接しており、グリップアーム２６の工具把持部２８及びマガジンカバー３４は、主軸１８から離間した位置にある。

工具交換動作の実行が開始されると、ワークに対する加工を施すために原点よりも下方に位置していた主軸ヘッド１５は、原点よりも所定距離だけ上昇した交換位置に移動される。すると、カム面２０ａ、２１ａとカムフォロア３２，３３とのカム作用によりグリップアーム２６が矢印Ａ方向に揺動し、グリップアーム２６の工具把持部２８及びマガジンカバー３４は主軸１８に近接した近接位置に移動する。これにより、主軸１８に装着されている工具ホルダ２２の把持溝２２ａにグリップアーム２６のフィンガー２９が係合し前記工具ホルダ２２がグリップアーム２６に把持される。

そして、この位置から主軸１８の工具保持部に保持されている工具ホルダ２２の抜き取りが開始される。即ち、主軸ヘッド１５が交換位置に至る直前でクランプ・アンクランプ機構は工具ホルダ２２に対するアンクランプ動作を終了する。このため、主軸１８が保持していた工具ホルダ２２はグリップアーム２６の工具把持部２８内に残されたまま主軸ヘッド１５は更に上昇する。これにより、主軸１８からグリップアーム２６へ工具ホルダ２２が受け渡される。

従って、工具交換動作を実行するグリップアーム２６に対応する開口３６に誤って保護カバー３７が取り付けられている場合には、グリップアーム２６に受け渡された工具ホルダ２２及び当該ホルダ２２が保持する工具６が保護カバー３７に当たってしまう。
ところが、前記保護カバー３７は、前記工具６や工具ホルダ２２に押圧されて弾性変形し他端部がマガジンカバー３４から離間することにより、工具６及び工具ホルダ２２の衝撃を和らげることができる。このため、保護カバー３７や工具６、工具ホルダ２２が破損したり変形したりすることを極力防止できる。

図５及び図６は本発明の第２の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。
第２の実施例では、保護カバー３７に代えて保護カバー４１が用いられている。前記保護カバー４１は、マガジンカバー３４の開口部３６の周縁部のうちマガジンベース３４の回転中心側の部分に、蝶番４２を介して回動可能に取り付けられている。保護カバー４１の先端部にはマガジンカバー３４の外周部に係止される折曲部４１ａが設けられている。前記蝶番４２にはねじりばね（図示せず）が取り付けられており、前記ねじりばねのばね力により保護カバー４１は前記開口３６を閉鎖する方向に付勢されている。

上記構成においても、工具交換動作に関与しないグリップアーム２６に対応する開口３６を塞ぐべく前記保護カバー４１をマガジンカバー３４に取り付けておくことにより、ワークに対する加工時に飛散する切屑や切削油が工具マガジン２３内に進入することを防止できる。
また、保護カバー４１が取り付けられているマガジンカバー３４に対応するグリップアーム２６が誤って割り出された場合は次のようになる。つまり、工具６や工具ホルダ２２によって押圧されることにより、前記保護カバー４１はねじりばねの付勢力に抗して回動し、開口３６を開放する。このため、工具６や工具ホルダ２２が開口３６を通過することが許容される。従って、本実施例においても、工具６や工具ホルダ２２、保護カバー４１が破損したり変形したりすることを極力防止できる。

図７ないし図９は本発明の第３の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。第３の実施例は、工具交換の際にマガジンベース５３の全体が揺動する構成の工具交換装置５１に適用したものである。詳しい説明及び図示は省略するが、前記工具交換装置５１の工具マガジン５２は、外周部に所定の間隔をおいて固定された複数のグリップアーム２６を有するマガジンベース５３を備えている。本実施例に係るグリップアーム２６は、自身が揺動しない点を除くと、第１及び第２の実施例に係るグリップアーム２６の構成と同じである。

一方、前記マガジンベース５３は、グリップアーム２６の割り出し動作のために所定の軸線周りに回転自在に構成されていると共に、主軸ヘッドの上下動に伴いカム機構によって前記軸線を直交する揺動軸を中心に揺動される。これにより、割り出されたグリップアーム２６が主軸に近接する近接位置と離間する離間位置との間を変位するように構成されている。また、マガジンカバー５４はグリップアーム２６毎に分割されておらず、工具マガジン５２の全体を覆うように構成されている。前記マガジンカバー５４は、その外周部に各グリップアーム２６の工具把持部２８に対応する開口部５５を有しており、工具交換動作に関与しないグリップアームに対応する開口部５５は、着脱可能な保護カバー５６により塞がれている。

前記保護カバー５６は板状をなし、その一端部にマガジンカバー５４の外周縁に係止される折曲部５７を有している。また、保護カバー５６をマガジンカバー５４に取付ける際に該マガジンカバー５４に接触する面には、開口部５５を通してグリップアーム２６の工具把持部２８内に進入し、フィンガー２９の先端に係合する一対の係合突部５８（図９にのみ示す）が設けられている。

前記保護カバー５６は、他端部３５をねじに押し当てた状態で前記折曲部５７をマガジンカバー５４の外周縁に係止させると共に、前記係合突部５８をフィンガー２９の先端に係合させることによりマガジンカバー５４に取り付けられる。
従って、本実施例においても、工具交換動作に関与しないグリップアーム２６に対応する開口５５を塞ぐべく前記保護カバー５６をマガジンカバー５４に取り付けておくことにより、ワークに対する加工時に飛散する切屑や切削油が工具マガジン５２内に進入することを防止できる。

また、本実施例では、保護カバー５６が取り付けられている開口部５５に対応するグリップアーム２６が誤って割り出された場合には次のようになる。すなわち、工具６や工具ホルダ２２によって押圧されると、保護カバー５６とマガジンカバー５４及びグリップアーム２６との係合が外れて前記保護カバー５６がマガジンカバー５４から外れる。これにより、保護カバー５６に対する工具６や工具ホルダ２２の衝撃が和らげられ工具６や工具ホルダ２２、保護カバー５６の破損を防止できる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。
第２実施例においては、蝶番４２に設けたねじりばねに代えて磁石を用いても良い。このような構成では、保護カバー４１が取り付けられている開口部３６に対応するグリップアーム２６が誤って割り出された場合には、前記保護カバー４１は磁石の吸引力に抗して回動する。

工具マガジンの全体が揺動し、グリップアームが揺動しないタイプの工具交換装置に、第１及び第２の実施例の保護カバーを適用しても良い。また、各グリップアームが揺動するタイプの工具交換装置に第３の実施例の保護カバーを適用しても良い。

本発明の第１の実施例を示すものであり、工作機械の全体構成を示す斜視図 主軸ヘッド及び工具交換装置の周辺部分の一部縦断側面図 保護カバーが取付けられた状態で示すマガジンカバー及びグリップアームの斜視図 保護カバーが撓んだ状態を示す図３相当図 本発明の第２の実施例を示す図３相当図 図４相当図 本発明の第３の実施例を示す図１相当図 図３相当図 図４相当図

図面中、１は工作機械、６は工具、７，５１は工具交換装置、１５は主軸ヘッド、１８は主軸、２２は工具ホルダ、２３，５２は工具マガジン、２６はグリップアーム（工具把持部材）、２８は工具把持部、３４，５４はマガジンカバー、３６，５５は開口、３７，４１，５６は保護カバー、５８は係合突部（係合部）を示す。

Claims (5)

1. 工具保持部を有する主軸と、前記主軸を回転自在に支持し前記主軸の軸線方向に往復移動可能な主軸ヘッドとを備えた工作機械の工具交換装置において、
   回転割り出し可能に設けられた工具マガジンと、
   前記工具マガジンの外周に放射状に配置され、その先端に工具を着脱可能に把持する工具把持部を有する複数の工具把持部材と、
   前記工具マガジン及び複数の前記工具把持部材を包囲するように設けられ、前記工具把持部に把持される工具を避けるために複数の前記工具把持部に各々対応して形成された複数の開口部を有するマガジンカバーと、
   複数の前記開口部を各々塞ぐように前記マガジンカバーに着脱可能に設けられる保護カバーとを備えることを特徴とする工作機械の工具交換装置。
2. 工具把持部材は、主軸の軸線と略直交する揺動軸を中心に揺動することにより主軸から退避した退避位置と前記主軸に近接する近接位置との間を揺動可能に構成され、保護カバーは、前記工具把持部材が揺動して前記近接位置に変位することに伴い、前記開口部を開放するように回動可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の工作機械の工具交換装置。
3. 工具把持部材は、当該工具把持部材に設けられたカムフォロアと主軸ヘッドに設けられ前記主軸ヘッドの往復移動に基づいて前記カムフォロアと当接するカム体との協働により揺動されるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の工作機械の工具交換装置。
4. 保護カバーは弾性変形可能な板状部材から構成され、その一端部はマガジンカバーの開口の周縁部のうち工具マガジンの回転中心側の部分に固定されていると共に他端部は前記マガジンカバーから離間可能な自由端とされていることを特徴とする請求項１記載の工作機械の工具交換装置。
5. 保護カバーは、マガジンカバーに取り付けられたときに工具把持部に係合する係合部を有することを特徴とする請求項１記載の工作機械の工具交換装置。

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