JP2005288555A - 工具交換装置を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 標準径のフランジを備えた工具と、標準径と異なる径のフランジを備えた工具との双方を自動交換可能な工具交換装置を備えた工作機械を提供する。
【解決手段】 工作機械１０の主軸１２に工具を取付けるための工具交換装置２０は、回転可能な円盤状の工具マガジン２２を有する。工具マガジン２２は、工具マガジン２２の外周縁に沿って配置される複数のグリッパ２４ａ及び２４ｂを有する。グリッパ２４ａは、標準径のフランジ及びテーパシャンクを備えた工具３０を把持し、一方グリッパ２４ｂは、工具３０と同寸法のテーパシャンクを有するが標準径より大きい径のフランジを備えた工具４０を把持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、相異なるフランジ径を有する複数種類の工具を自動交換可能な工具交換装置を備えた工作機械に関する。本発明の工具とは、工具ホルダに切刃部を取付けたもの又は切刃部と工具ホルダとを一体的に形成したものをいう。

マシニングセンタ、中ぐり盤、フライス盤、旋盤等の工作機械において使用される自動工具交換装置は、工具のフランジ部を交換アーム等で把持して工具マガジンに収納するタイプのものが一般的であり、１つのフランジ径の工具しか扱えないものが多い。例えば特許文献１には、フランジ径は互いに同一である標準工具及び大径工具の双方を扱うことができる自動工具交換装置を備えた工作機械が開示されている。この工具交換装置は、工具マガジンにおいて２種類の工具の収納場所の配置を適正化することによって、工具交換の迅速化及び工具マガジンのスペース効率を高めることを目的とするものであるが、上述のように２種類の工具のフランジ径は互いに等しい。

また特許文献２には、大径工具用主軸及び小径工具用主軸の各々と工具マガジンとの間での工具交換を行うアーム式自動工具交換装置を備えた工作機械が開示されている。この工作機械は、フランジ径が等しくかつ装着部の大きさが互いに異なる２種類の工具をそれぞれ装着可能な２つの主軸を備え、それらの主軸の各々と工具マガジンとの間で共通のアーム式自動工具交換装置による工具交換を可能にするものである。

特開昭６２−４８４３９号公報 特開平６−３３９８３１号公報

上述のように、特許文献１に記載の自動工具交換装置は、１つの工具交換装置で大径工具及び標準径工具の双方を扱うことができるが、双方の工具のフランジ径は互いに等しく、異なるフランジ径の工具を扱うものではない。従って、フランジ径の大小による使い分けのメリットを有することができない。例えば、２面拘束タイプの長尺工具、大径工具、大重量工具、異形工具等の大型工具は、主軸に装着されるとき、フランジ径が大きいと工具の支持剛性が高く、大きな切削抵抗に耐えられ、好都合である。他の標準サイズの工具は、比較的フランジ径が小さく収納効率の高い方がよい。しかしその場合は大径工具用の他の工作機械を必要とする。１つの工作機械で、小フランジ径の工具を用いた一般の加工と大フランジ径の工具を用いた重切削等とを併用できれば非常に効率的であるが、特許文献１に記載されるような工作機械では、そのような使い分けはできない。

また特許文献２に記載のアーム式自動工具交換装置も、２つの主軸を備えることによって装着部の大きさが異なる２種類の工具を扱うことができるが、それらの工具を１つのアームで移動させる構造であるために、２種類の工具のフランジ径はやはり互いに等しくなければならず、従って異なるフランジ径の工具を扱うものではない。よって特許文献２に記載されるような工作機械も、上述の使い分けはできない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、標準寸法のフランジ径を備えた工具と、その工具と装着部の形状は同一であるがフランジ径が異なる工具との双方を交換可能なアームレスの工具交換装置を備え、双方の工具を１つの主軸で使用可能な工作機械を提供することである。アームレスの工具交換装置とは、主軸と工具マガジンとの間でＸ、Ｙ、Ｚ軸等の相対移動を利用して、交換アームを用いずに直接的に工具の授受を行う工具交換装置のことである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工具を装着した主軸とワークを載置したテーブルとの間で相対移動を行い、前記主軸と工具マガジンとの間で工具交換を行ってワークを加工する工具交換装置を備えた工作機械であって、前記工具交換装置は、前記相対移動を利用して前記主軸と工具マガジンとの間で直接的に工具の授受を行うアームレス工具交換装置であり、前記工具マガジンは、第１のフランジ径の第１タイプの工具を把持可能な第１のグリッパと、前記第１のフランジ径とは異なる第２のフランジ径を有し、前記第１タイプの工具と同一寸法のシャンク部を有する第２タイプの工具を把持可能な第２のグリッパとを少なくとも具備することを特徴とした工具交換装置を備えた工作機械を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工具交換装置を備えた工作機械において、前記工具マガジンは、前記第１のグリッパ及び前記第２のグリッパを着脱可能に設けた工具交換装置を備えた工作機械を提供する。

本発明に係る工作機械によれば、シャンク部の形状は同一であるがフランジ径が互いに異なる複数種の工具を同一主軸にて使用可能である。従って、１つのみの主軸を備えた工作機械においても、標準サイズの工具、大型工具等、加工の種類に応じて最適なフランジ径の工具を採用でき、それらの工具を適宜交換することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る工作機械１０の概略正面図である。工作機械１０の主軸１２に所要の工具を取付けるための工具交換装置２０は、図示されるようなアームレス型の自動工具交換装置すなわちＡＴＣ（Automatic Tool Changer）である。アームレスＡＴＣ２０は、好ましくは、回転可能な円盤状の工具マガジン２２を有する。工具マガジン２２は、所定規格の工具を保持可能な少なくとも１つのグリッパ２４ａと、グリッパ２４ａに把持される工具とはフランジ径が異なる工具を保持可能な少なくとも１つのグリッパ２４ｂとを有する。グリッパ２４ａ及び２４ｂは例えば、いずれも工具マガジン２２の外周縁に沿って配置される。工具交換のときは、図１において、主軸１２が最下部の空のグリッパの近くまで上方に移動して使用後の工具を工具マガジン２２の最下部のグリッパ２４ａ又は２４ｂが直接受け取り、その後工具マガジン２２が回転して次に使用される工具すなわち他のグリッパ２４ａ又は２４ｂを最下部に移動させて、他のグリッパ２４ａ又は２４ｂから工具が主軸１２に渡される。

グリッパ２４ａは、例えば図２（ａ）に示される２面拘束工具のドイツ規格であるＤＩＮ規格ＨＳＫ−Ａ５０のような標準径（φ５０）のフランジ３２及びテーパシャンク（すなわち主軸１２への装着部）３４を備えた標準径工具３０のフランジ３２を把持し、一方グリッパ２４ｂは、例えば図２（ｂ）に示されるＤＩＮ規格ＨＳＫ−Ｂ６３のような、上述のＨＳＫ−Ａ５０と同寸法のテーパシャンク４４を有するが標準径より大きい径（φ６３）のフランジ４２を備えた大型工具４０のフランジ４２を把持するように構成される。より詳細にはグリッパ２４ａ及び２４ｂは、例えば図３に示されるように、略Ｕ字形の把持部２６ａ及び２６ｂをそれぞれ有する。また工具３０及び４０のフランジ３２及び４２は、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるようなＶ溝３６及び４６をそれぞれ有することが好ましく、それらのＶ溝３６及び４６に把持部２６ａ及び２６ｂが係合することによって工具３０及び４０は確実に把持される。

工具４０のような標準径より大きいフランジ径を備えた工具を使用することは、工具がいわゆる２面拘束工具である場合に有効である。なお２面拘束工具とは、工作機械の主軸１２に取付けられるときに、フランジ３２又は４２の端面３２ａ又は４２ａと主軸１２の前端面とが当接し、さらにテーパシャンク３４又は４４のテーパ面と主軸１２に設けられたテーパ穴の内面とが密着する工具をいう。
大きい径のフランジを有する工具４０は、フランジ端面４２ａと主軸１２の前端面との接触面積を、工具３０の場合より大きくすることができる。従って、工具と主軸との接合状態が安定し、加工時の工具の振れや剛性低下が抑制される。工具間でフランジ径が異なってもテーパシャンクの大きさが同一であることにより、１つの主軸を備えた工作機械において、例えば、高い剛性が要求される例えば大型工具による加工には工具４０を用い、一般の加工は工具３０を用いるという使い分けを容易に行うことができる。なおアームレス式のＡＴＣにおいて工具３０及び４０は、加工後は常に元のグリッパに戻されるので、工具３０と工具４０とが混同することはない。

図３の実施形態では、工具マガジン２２はグリッパ２４ａ及び２４ｂの２種類のグリッパをそれぞれ９つ及び２つ有するが、それぞれ他の個数であってもよい。また工具マガジン２２は、ＤＩＮ規格に従う、テーパシャンクが同寸法でフランジ径が異なる他の工具（例えばＨＳＫ−Ｂ８０、ＨＳＫ−Ｂ１００等）のためのグリッパをさらに有してもよい。さらに、各グリッパは工具マガジン２２から着脱可能な構造であって、所要の加工内容に適したフランジ径の工具を把持可能な任意のグリッパに交換する（例えばＨＳＫ−Ｂ６３用のグリッパを取外してその場所にＨＳＫ−Ｂ８０用のグリッパを取付ける）ことも可能である。

またグリッパ２４ａ及び２４ｂは、工具マガジン２２上にランダムに配置されてもよいが、図１及び図３に示されるように、それぞれのグリッパに把持される工具のテーパシャンクの中心軸が全て同一円周上に位置するように配置されることが好ましい。後者の配置により、円盤状の工具マガジン２２の回転によって、各グリッパに把持された各工具を工具交換時に所定の工具交換位置に移動させることができ、工具交換時間が短縮される。

工具マガジンは円盤状に限らず、長円形の周回軌道を有するチェーンタイプでもよい。また、主軸の上方に配置されている必要はなく、コラムの側方でも、テーブル上面でも、主軸が移動可能な領域ならどこに設けられていてもよい。さらに本実施形態では横形主軸の場合を例示したが、立形主軸の工作機械にも適用できる。また本発明は、ＤＩＮ規格以外の他の規格の２面拘束工具にも適用可能である。

本発明に係る工作機械の概略正面図である。 （ａ）図１の工作機械に使用可能な標準径の工具の図であり、（ｂ）（ａ）の工具とフランジ径が異なる工具の図である。 グリッパを有する工具マガジンの拡大図である。

符号の説明

１０…工作機械
１２…主軸
２０…工具交換装置
２２…工具マガジン
２４ａ、２４ｂ…グリッパ
２６ａ、２６ｂ…把持部
３０、４０…工具

Claims (2)

1. 工具を装着した主軸とワークを載置したテーブルとの間で相対移動を行い、前記主軸と工具マガジンとの間で工具交換を行ってワークを加工する工具交換装置を備えた工作機械であって、
   前記工具交換装置は、前記相対移動を利用して前記主軸と工具マガジンとの間で直接的に工具の授受を行うアームレス工具交換装置であり、
   前記工具マガジンは、第１のフランジ径の第１タイプの工具を把持可能な第１のグリッパと、前記第１のフランジ径とは異なる第２のフランジ径を有し、前記第１タイプの工具と同一寸法のシャンク部を有する第２タイプの工具を把持可能な第２のグリッパとを少なくとも具備することを特徴とした工具交換装置を備えた工作機械。
2. 前記工具マガジンは、前記第１のグリッパ及び前記第２のグリッパを着脱可能に設けた請求項１に記載の工具交換装置を備えた工作機械。

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