JP2003089028A - 回転動力付き工具ユニットの自動着脱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マシニングセンター等での回転動力付き工具
ユニットの着脱の完全自動化と動力線接続箇所の保全 【解決手段】 回転動力付き工具ユニット10の自動着脱
装置20は、電力・流体供給源へ接続したままの回転動力
付き工具ユニットが待機位置・工具交換位置・加工位置
間を移動するのを許す長さのケーブル17が結合されてい
る回転動力付き工具ユニットを着脱可能に把持する工具
把持部29を先端に備え、該工具ユニットを待機位置と工
作機械の主軸と同軸線の工具交換位置との間を移動し得
る工具交換腕28と工具交換腕を水平案内手段23に沿って
移動させる駆動手段24とから構成されている。更に、自
動着脱装置に対しては、待機位置にある工具ユニットを
把持した工具把持部を主軸頭の作動空間から遮断する開
閉可能の扉82が設けられた固定カバー８が具備されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械におけ
る回転動力付きの工具ユニットの自動着脱装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術においては、刃物把持部を備
えた回転自在の回転軸、回転軸駆動モータ及び装着シャ
ンク部を備え、高速回転が可能で、高速加工が実現でき
る工作機械に着脱自在の回転動力付き工具ユニットは、
動力線の電源への接続・取外しを伴う工作機械に対する
着脱交換が作業者の手作業により行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の工具ユニット
は、回転軸駆動モータの動力線が外部電源へ接続されて
使用されるので、通常の自動工臭交換装置の工具マガジ
ンに搭載しても、他の回転工具のように自動着脱を行う
ことができず、作業者の手作業により、動力線の電源へ
の接続・取外し及び工具ユニットの工作機械の主軸に対
し着脱交換が行われている。

【０００４】従って、回転動力付き工具ユニット使用の
場合には、マシニングセンター等での着脱の完全自動化
ができず、又、マシニングセンター等での工具交換の完
全自動化においては、上記の工具ユニットの使用は不可
能である。結局、作業効率が悪く、生産性の低下が問題
となる。

【０００５】又、工具ユニットの使用の都度、動力線の
電源への接続・取外しが必要となり、動力線の接続箇所
に対する切削屑・冷却液等による汚染が避られない。汚
染を避けるためには、接続の都度、接続箇所の払拭が必
要となり、更なる作業効率の低下を招く。又、払拭を行
っても、非接続時の汚染による接続箇所の損傷は避られ
ない。この発明は、上記の工具ユニットを使用した上で
のマシニングセンター等での工具交換の完全自動化と動
力線接続箇所の保全を図ったものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の回転動力付き
工具ユニットの自動着脱装置は、刃物把持部、装着シャ
ンク部及び工具交換腕の把持爪係合用フランジ部並びに
刃物把持部を回転駆動する内蔵モータを備え、且つ流体
噴出孔を備えていると共に、内蔵モータへの電力線及び
流体噴出孔への流体供給管を内蔵し、電力・流体供給源
への結合部に対し接続し得るケーブルが結合されている
工具ユニットを工作機械の主軸に着脱する工具ユニット
自動着脱装置である。

【０００７】そして、工具ユニットを着脱可能に把持す
る工具把持部を先端に備え、該工具ユニットを待機位置
と工作機械の主軸と同軸線の工具交換位置との間を直線
移動し得る工具交換腕と工具交換腕を移動させる駆動手
段とから構成されており、前記ケーブルは前記電力・流
体供給源へ接続したままの前記工具ユニットが待機位置
・工具交換位置・加工位置間を移動するのを許す長さで
ある。更に、待機位置にある工具ユニットを把持した工
具把持部を主軸頭の作動空間から遮断する開閉可能の扉
が設けられた固定カバーが具備されている。

【０００８】自動着脱装置においては、先ず、駆動手段
の作動により工具交換腕は後退して、工具把持部は待機
位置にある。工作機械の主軸頭は、後退位置にあって、
工具把持部と略同高に位置させてある。作業者は、所望
の工具ユニットを待機位置にある工具交換腕の工具把持
部に把持させ、ケーブルを供給源に結合しておく。駆動
手段により工具交換腕の工具把持部は、工具ユニットを
把持したまま工具交換位置にまで移動し、工具把持部に
把持された工具ユニットは、主軸と同一軸線となる。

【０００９】主軸頭の移動及び工具交換腕の移動によ
り、主軸頭の主軸に工具ユニットが装着されると共に、
工具把持部は待機位置に戻る。ケーブルを介して電源か
ら供給される電力により工具ユニットのモータは駆動さ
れ、刃物把持部に把持された刃物は高速回転し、主軸頭
の移動、工作物の移動により工作物に対し高速回転する
刃物により高速加工が行なわれる。その際、ケーブルの
供給管を介して供給される流体が工具ユニットの噴出孔
から加工箇所に噴射される。

【００１０】上記の高速加工が終了すると、工具ユニッ
トのモータの駆動が停止され、工具ユニットの装着時と
逆の主軸頭・工具交換腕の作動により、工具ユニットは
主軸頭の主軸から取り外され、待機位置まで戻る。上記
作動中の工具ユニットの移動において、工具ユニットと
共に一端が移動し、他端が固定箇所の供給源に結合され
たままのケーブルは、必要な長さがあるので、工具ユニ
ットの移動の障害とはならない。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態における回
転動力付き工具ユニットの自動着脱装置を図面に従って
説明する。回転動力付き工具ユニットの自動着脱装置を
具備させるマシニングセンタＣは通常の任意の形式のも
のでよい。

【００１２】図１及び図２に例示されたマシニングセン
タＣにおいては、ベッド１上にＺ軸線方向（図１で紙面
に垂直方向・図２で上下方向）に案内に沿って図示しな
い駆動手段で送られ得るコラム５と、コラム５の前方
（図２で下方）においてＸ軸線方向に案内に沿って送り
モータ３により送り機構を介して送られ得る工作物（パ
レット取付けの工作物）搭載用のテーブル４とが設けら
れている。

【００１３】コラム５には、Ｚ軸線方向に進退し得るＺ
軸線方向の主軸６を備えた主軸頭がＹ軸線方向（図１で
上下方向・図２で紙面に垂直方向）に送られ得るように
設けられていると共に、主軸頭の上方にＺ軸線を中心に
割出し回転可能で両端に工具把持爪７１を備えた工具交
換腕７が設けられている。

【００１４】コラム５の側方（図１では左方）には、Ｘ
軸線方向の姿勢で貯蔵した多数の工具ＴをＸ軸線回りに
長円形軌道で割出し旋回移動するような工具マガジンＭ
が設置されている。又、工具マガジンＭの工具出入ステ
ーションと待機位置にある主軸頭との間には、工具Ｔを
その両者間で搬送すると共に、工具ＴをＸ軸線方向の姿
勢とＺ軸線方向姿勢とに方向変換する工具搬送装置Ｄが
設けられている。

【００１５】更に、テーブル４の前方（図２で下方）に
は、テーブル４上の工作物を交換するパレットチェンジ
ャＥが設置されている。そして、マシニングセンタＣに
は、テーブル４及び主軸頭を中心に工作物加工空間を覆
うカバー、少なくとも一側方（図１の例ではコラム５の
左方）は直立したカバー面をもつ固定カバー８が設置さ
れている。

【００１６】なお、後述の回転動力付き工具ユニットの
自動着脱装置設置の場合においては、固定カバー８の直
立カバー面には、待機状態の工具交換腕２８（後述）の
把持爪２９に把持された工具ユニット１０が収納され得
る小室部８１が形成される。そして、小室部８１の外側
壁には工具交換腕２８の把持爪２９が出入し得る窓８３
が開口し、小室部８１の内側には小室部８１を主軸頭側
空間と遮断する開閉可能のスライド扉８２が（図３で紙
面に垂直方向・図４で上下方向にスライドする）が設け
られている。

【００１７】窓８３は、工具交換腕２８（後述）の把持
爪２９のＸ軸線方向先端面に設けられ、把持爪２９と共
にＸ軸線方向に移動する蓋８４（図７参照）により内側
から閉じられるようになっている（図６、図７及び図８
参照）。

【００１８】上記のマシニングセンタＣにおいては、工
具マガジンＭの割出し旋回、工具搬送装置Ｄの工具方向
変換移送、主軸頭の上下動、主軸の進退及び工具交換腕
７の割出し回転により、主軸に装着された工具Ｔは、工
具マガジンＭに貯蔵された所望の工具Ｔと交換される。
交換された工具Ｔは、コラム５のＺ軸線方向の送り、主
軸の回転・前進後退、テーブル４のＸ軸線方向の送りを
制御することにより、テーブル４上に搭載されたパレッ
ト取付けの工作物に対して所望の加工を行う。

【００１９】このように次々に交換される工具Ｔによる
所望の加工が完了すると、コラム５及び主軸頭、即ち主
軸は待機位置に復帰し、テーブル４も中心位置に復帰し
て、テーブル４上に搭載された加工済みの工作物と未加
工の工作物との交換がパレットチェンジャＥにより行わ
れる。上記のマシニングセンタＣの作用は、マシニング
センタＣの普通の作用である。

【００２０】次に、図３乃至図８に従って、この発明の
実施の形態における回転動力付き工具ユニットの自動着
脱装置について説明する。先ず、工具交換の対象となる
回転動力付きの工具ユニット１０は、モータを内蔵し、
該モータにより回転駆動される主軸１２を備えている。
該主軸１２は、先端に刃物把持部１１を備え、工具本体
１３に回転可能に支持されている。工具ユニット１０
は、工具本体１３と装着シャンク部１４とその中間に形
成された把持爪係合用フランジ部１５とから形成され、
先端にプラグ１６が取付けられたケーブル１７が結合さ
れている。

【００２１】ケーブル１７には、動力線１７ａ、クーラ
ント供給管１７ｂ及びユニット冷却用流体供給管１７ｃ
が内蔵され、動力線１７ａは内蔵モータに、クーラント
供給管１７ｂは工具本体１３の先に開口したクーラント
噴出孔に、ユニット冷却用流体供給管１７ｃは工具本体
１３の内部に形成された冷却用溝に夫々結合されてい
る。

【００２２】ケーブル１７の先端にはプラグ１６が取り
付けられており、該プラグ１６は、固定カバー８に設け
られた結合部９の電源コンセント及びクーラント供給口
及びユニット冷却用流体供給口に動力線１７ａ、クーラ
ント供給管１７ｂ及びユニット冷却用用流体供給管１７
ｃを着脱可能に結合され得るようになっている。

【００２３】そして、ケーブル１７の長さは、プラグ１
６が固定カバー８に設けられた結合部９の電源コンセン
ト及びクーラント供給口に結合された状態において、主
軸頭が必要可動範囲で三次元的に拘束されずに移動し得
る長さである。

【００２４】回転動力付き工具ユニット１０の自動着脱
装置２０においては、支持台２１は、所定の位置になる
ように適宜の手段を介してベッド１に取り付られてい
る。図示の例では、ベット１の一端側（図１で左端側）
に立設されたコラム２２の上端に、Ｘ軸線方向に伸びた
支持台２１がＴ字状になるよう取り付けられている。

【００２５】支持台２１には、その略全長に亘るＸ軸線
方向の案内レール２３と流体圧シリンダ２４、即ちシリ
ンダ本体２５とが平行に取り付けられ、案内レール２３
にはそれに沿って滑動し得るスライダ２６が係合されて
いる。流体圧シリンダ２４のピストン棒２７は、コラム
５、即ち主軸頭の方に（図１で右方に）進退可能に突出
している。

【００２６】Ｘ軸線方向に伸びた工具交換腕２８の先端
部（図１で右端）は、ピストン棒２７の先端にフローテ
ィングジョイントを介して取り付けられていると共に、
工具把持爪２９を備えており、同じく後端部（図１で右
端）は、スライダ２６に取り付けられている。把持爪２
９のＸ軸線方向先端面には、固定カバー８の窓８３を閉
じる蓋８４が設けられている。

【００２７】ピストン棒２７とスライダ２６と工具交換
腕２８との関係は、ピストン棒２７が最伸長位置・最退
縮位置にあるときスライダ２６が最前進位置（図１で案
内レール２３の右端）最後退位置（図１で案内レール２
３の左端）になる関係である。又、コラム２２は、工具
交換腕２８がマシニングセンタＣのコラム５上で待機位
置にある主軸頭と略同高となり、後述する工具交換が可
能となるような高さである。

【００２８】高速加工が必要な場合、適用する工具ユニ
ット１０が自動着脱装置２０に用意される。先ず、自動
着脱装置２０においては、流体圧シリンダ２４の作動に
よりピストン棒２７は、後退位置（最後退位置より適宜
前進した位置）にある。即ち、工具把持爪２９は、窓８
３から蓋８４と共に小室部８１に突入した待機位置にあ
り、スライド扉８２は、閉じられた状態にある。

【００２９】図３及び図４に示すように、作業者は、所
望の工具ユニット１０の把持爪係合用フランジ部１５を
待機位置にある工具交換腕２８の工具把持爪２９に把持
させ、ケーブル１７のプラグ１６をマシニングセンタＭ
の固定カバー８の結合部９に結合しておく。マシニング
センタＭのコラム３も後退位置にあって、主軸頭、即ち
主軸４は、適宜の高さにセットされたコラム２２上の工
具交換腕２８の工具把持爪２９と略同高に位置させてあ
る。

【００３０】この状態で、通常の工具マガジンＭの工具
Ｔによる加工が行われていても、その加工におけるクー
ラントや切削屑はスライド扉８２が閉められた固定カバ
ー８により遮断されて小室部８１にある工具ユニット１
０及び自動着脱装置２０の方に飛散しないので。工具ユ
ニット１０及び自動着脱装置２０は汚染されない。従っ
て、工具Ｔによる加工時に、自動着脱装置２０の待機中
の工具ユニット１０、特に装着シャンク部１４の汚染が
防止され、主軸４への装着における払拭が不要となる。

【００３１】以下の作動は、図示しない数値制御装置の
制御指令に基づいて行われる。先ず、マシニングセンタ
Ｃの固定カバー８のスライド扉８３が開かれる。そし
て、シリンダ本体２５に対して所望方向に圧力流体が給
排され、即ち流体圧シリンダ２４が作動してピストン棒
２７が伸長すると、スライダ２６が案内レール２３に沿
ってＸ軸線方向に前進する。

【００３２】即ち、工具交換腕２８の工具把持爪２９
は、工具ユニット１０を把持したまま固定カバー８の小
室部８１から主軸頭側の空間に入り、工具交換位置にま
で前進する。すると、工具把持爪２９に把持された工具
ユニット１０は、マシニングセンタＭの主軸４先端の前
に同一軸線関係に位置する。そこで、コラム５が図示し
ない駆動手段でＺ軸線方向に前進すると、主軸４も一体
的に前進し、図５及び図６に示すように、主軸４の先端
に工具ユニット１０の装着シャンク部１２が嵌着され、
工具ユニット１０は主軸４に装着される。

【００３３】その後、コラム５において、主軸頭、即ち
主軸６がＹ軸線方向に下降し、工具ユニット１０が工具
把持爪２９から離れてから、シリンダ本体２５に対して
所望方向に圧力流体が給排され、即ち流体圧シリンダ２
４が作動してピストン棒２７が退縮すると、スライダ２
６が案内レール２３に沿って最後退位置にまでＸ軸線方
向に後退する。

【００３４】即ち、図７及び図８に示すように、主軸４
に装着された工具ユニット１０が離れた工具交換腕２８
の工具把持爪２９は、固定カバー８の小室部８１及び窓
８３を通過して固定カバー８の外方まで後退し、工具把
持爪２９のＸ軸線方向先端面（図で右側面）に取り付け
られた蓋８４が窓８３を内側から閉じる（スライド扉８
２は、ケーブル１７のために開いたままである）。

【００３５】ケーブル１７の動力線１７ａを介して電源
から供給される電力により工具ユニット１０のモータは
駆動され、刃物把持部１１に把持された刃物は高速回転
する。 図示しない主軸頭のＹ軸線方向の移動、テーブ
ル５のＸ軸線方向の移動及びコラム５のＺ軸線方向の前
進の制御された所望の組合せで、テーブル５上の図示し
ない工作物に対し高速回転する刃物により高速加工が行
われる。

【００３６】その際、ケーブル１７の供給管１７ｂを介
してクーラント供給源から供給されるクーラントが工具
本体１３の先に開口したクーラント噴出孔から加工箇所
に噴射される。クーラントや切削屑は蓋８４が閉められ
た固定カバー８により遮断されて固定カバー８の外方に
ある自動着脱装置２０の方に飛散しないので、自動着脱
装置２０は汚染されない。従って自動着脱装置２０の保
守・払拭の頻度が少なくなる。又、ケーブル１７の冷却
用流体供給管１７ｃを介して供給された冷却用流体（例
えば空気）が工具本体内部の冷却用溝に供給される。そ
の冷却用流体は、モータの駆動によって発生した熱及び
軸受の発熱を冷却し、工具本体に設けられた排出用隙間
から外部に放出される。

【００３７】上記の高速加工が終了すると、工具ユニッ
ト１０のモータの駆動及びクーラントの供給が停止さ
れ、上記と逆の作動が行われる。コラム５は工具交換位
置までＺ軸線方向に後退し、主軸４はＹ軸線方向に下降
する。そして、工具交換腕２８の工具把持爪２９は、窓
８３から小室部８１に突入し、蓋８４と共に小室部８１
を通過して工具交換位置までＸ軸線方向の前進する。

【００３８】工具把持爪２９の下方位置にある主軸頭、
即ち主軸４は、コラム５においてＹ軸線方向に上昇し、
工具ユニット１０の把持爪係合用フランジ部１５は、工
具交換腕２８の工具把持爪２９に把持される。そして、
コラム５、即ち主軸４が待機位置までＺ軸線方向に所定
位置まで後退することにより、主軸４の先端は、工具ユ
ニット１０の装着シャンク部１２から離れ、工具ユニッ
ト１０は主軸４から取り外される。

【００３９】次いで、シリンダ本体２５に対して所望方
向に圧力流体が給排され、即ち流体圧シリンダ２４が作
動してピストン棒２７が退縮すると、スライダ２６が案
内レール２３に沿ってＸ軸線方向に後退する。即ち、工
具交換腕２８の工具把持爪２９は、工具ユニット１０を
把持したまま固定カバー８の小室部８１にまで後退し待
機状態となる。そして、スライド扉８２は閉じられる。
その後の工具ユニット１０の取外し又は交換は必要に応
じ適宜行われる。

【００４０】上記作動中の工具ユニット１０の移動にお
いて、工具ユニット１０と共に一端が移動し、他端が固
定箇所の結合部９にプラグ１６で結合されたままのケー
ブル１７は、必要な長さがあるので、工具ユニット１０
の移動の障害とはならない。

【００４１】

【発明の効果】この発明の回転動力付き工具ユニットの
自動着脱装置によれば、通常のマシニングセンタ等にお
いて、通常の工具以外の高速加工が可能な回転動力付き
工具ユニットをマシニングセンタ等の主軸へ着脱する作
動が、作業者の手作動を要しないで、回転動力のケーブ
ルの固定側電源への接続・取外しが不要のまま、通常の
自動工具交換装置と同様に全く自動的に行われ得る。従
って、作業効率が向上する。

【００４２】工具ユニットの使用の都度における回転動
力のケーブルの固定側電源への接続・取外しが不要のた
め、接続の都度、接続箇所の払拭が不要となり作業効率
が向上し、払拭なしにケーブルの接続箇所に対する切削
屑・冷却液等による汚染が避けられると共に、着脱によ
る接続箇所の損傷も避けられる。

【００４３】更に、加工箇所へのクーラント等の流体の
噴射が工具ユニットの噴出孔から行われ、その流体の供
給は、回転動力のケーブルに併設された流体供給管によ
り行われるので、装置として簡便となる。

【００４４】又、工具ユニットの待機位置と主軸頭の作
動空間との間が、待機位置の工具ユニットを把持した工
具把持部が収納される小室部又は工具把持部単独が通過
し得る窓が開閉可能の扉で主軸頭の作動空間から遮断さ
れるので、待機中の工具ユニットの装着シャンク部に対
する他の工具の加工中の切削屑・冷却液等による汚染及
び待機中の工具把持部単独に対する工具ユニットの加工
中の切削屑・冷却液等による汚染が避けられるので、工
具ユニットの主軸に対する装着に支障がなく、作業者の
払拭も不要となり、作業効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態におけるマシニングセン
タの正面図である。

【図２】この発明の実施の形態におけるマシニングセン
タの平面図である。

【図３】この発明の実施の形態における回転動力付き工
具ユニットの自動着脱装置の待機状態の正面図である。

【図４】この発明の実施の形態における回転動力付き工
具ユニットの自動着脱装置の待機状態の平面図である。

【図５】この発明の実施の形態における回転動力付き工
具ユニットの自動着脱装置の工具装着作動状態の正面図
である。

【図６】この発明の実施の形態における回転動力付き工
具ユニットの自動着脱装置の工具装着作動状態の平面図
である。

【図７】この発明の実施の形態における回転動力付き工
具ユニットの自動着脱装置の工具装着完了（加工開始）
状態の正面図である。

【図８】この発明の実施の形態における回転動力付き工
具ユニットの自動着脱装置の工具装着完了（加工開始）
状態の平面図である。

【符号の説明】

Ｃ マシニングセンタ Ｍ 工具マガジン Ｄ 工具搬送装置 Ｔ 工具 Ｅ パレットチェンジャ １ ベッド ３ 送りモータ ４ テーブル ５ コラム ６ 主軸 ７ 工具交換腕 ７１ 工具把持爪 ８ 固定カバー ８１ 小室部 ８２ スライド扉 ８３ 窓 ８４ 蓋 １０ 工具ユニット １１ 刃物把持部 １２ 主軸 １３ 工具本体 １４ 装着シャンク部 １５ 把持爪係合用フランジ部 １６ プラグ １７ ケーブル １７ａ 動力線 １７ｂ クーラント供給管 １７ｃ 冷却用流体供給管 ２０ 自動着脱装置 ２１ 支持台 ２２ コラム ２３ 案内レール ２４ 流体圧シリンダ ２５ シリンダ本体 ２６ スライダ ２７ ピストン棒 ２８ 工具交換腕 ２９ 工具把持爪

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１０月２９日（２００１．１０．
２９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 刃物把持部、装着シャンク部及び工具交
   換腕の把持爪係合用フランジ部並びに刃物把持部を回転
   駆動する内蔵モータを備えていると共に、内蔵モータへ
   の電力の供給手段であり、固定側の供給源への結合部に
   対し接続し得るケーブルが結合されている工具ユニット
   専用の自動着脱装置であり、工具ユニットを着脱可能に
   把持する工具把持部を備え、工具ユニットを待機位置と
   工作機械の主軸と同軸線の工具交換位置との間を移動し
   得る工具交換腕及び工具交換腕を移動する駆動手段から
   構成され、前記ケーブルは供給源へ接続したままの工具
   ユニットが待機位置と工具交換位置と加工位置との間を
   移動するのを許す長さである回転動力付き工具ユニット
   の自動着脱装置。
2. 【請求項２】 工具交換腕は、駆動手段により直線移動
   される移動部材と一体で、且つ先端に工具把持部を備え
   ている請求項１に記載の回転動力付き工具ユニットの自
   動着脱装置。
3. 【請求項３】 待機位置にある工具ユニットを把持した
   工具把持部を主軸頭の作動空間から遮断する開閉可能の
   扉が設けられた固定カバーが具備されている請求項１又
   は請求項２に記載の回転動力付き工具ユニットの自動着
   脱装置。
4. 【請求項４】 工具ユニットは、流体噴出孔を備え、ケ
   ーブルには流体噴出孔に流体を供給する供給管が併設さ
   れ、供給源は流体供給源も含む請求項１乃至請求項３の
   いずれかに記載の回転動力付き工具ユニットの自動着脱
   装置。