JP2009291928A - 工具ポット - Google Patents

Abstract

【課題】工具ポットへの工具着脱時の衝撃と振動を抑制して工作機械を一時停止させることなく精度良く切削加工を行える。
【解決手段】工具ポット１は、工具２を格納可能な工具ポット本体３の基部に軸部６を進退可能に設けた。軸部６はシリンダ９によって前進作動し、クランプバネ７の付勢力によって後退作動する。工具ポット本体の内部に設けたコレット爪１３は軸部に連動して進退可能であり、コレット爪の回動基部に工具を開放させる方向にコレット爪を付勢するコレット開閉スプリング１５を備えた。工具ポット本体の内周面に段差を有するガイド部４を形成し、コレット爪の後退時に爪部１３ｂがガイド部に当接して閉じて、コレット開閉スプリングの付勢力に抗して工具を把持する。コレット爪が前進すると爪部１３ｂがガイド部から外れることでコレット開閉スプリングの付勢力によって工具を開放させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動工具交換装置等において工具交換する際に、工具を装着したり取り出したりする工具ポットに関する。

従来、工作機械における自動工具交換装置では、必要に応じて工具マガジンとマシニングセンタの主軸との間で工具を自動交換する際、例えば工具マガジンに配列した複数の格納工具ポットのいずれかから所望の工具を自動工具交換装置の工具交換アームを用いて取り出し、工具マガジンと主軸の間に設けた待機工具ポットに一旦収納する。そして、工具チェンジャーを用いて工具を待機工具ポットから主軸に取り付ける。主軸から工具を工具マガジンに格納する場合には逆の動作で同様な操作を行う。

このような自動工具交換装置に用いられる格納工具ポットや待機工具ポット等の工具ポットの一例として特許文献１に記載されたものがある。この工具ポットでは、工具ポットの内奥部に弾性部材によって進退可能なボールプランジャが設けられている。そして、工具交換アームや工具チェンジャーで把持した工具を工具ポットに格納する際、工具のテーパシャンク部を工具ポットに挿入すると、テーパシャンク部のプルスタッドでボールプランジャを押すことで、ボールプランジャのボールが弾性部材の付勢力に抗して後退することでプルスタッドがボールプランジャを乗り越える。その後、弾性部材の付勢力でボールが工具ポットの径方向内側に復帰してプルスタッドを弾性的に係合保持することになる。
そして、工具ポットから工具を取り出す際には、工具交換アームや工具チェンジャーで工具を把持して引き抜くことで、プルスタッドはボールプランジャの付勢力に打ち勝ってボールプランジャを後退させて工具を工具ポットから離脱させることになる。

ところで、近年、工作機械と工具の性能が向上して、高速で重切削を行うことが可能となり、これにつれて加工時間が短くなり、切削加工効率の向上が促進されている。工作機械における生産性を向上させるためには、工具によるワークの切削時間だけでなく工具やワークの交換を含む非切削時間の短縮も重要な要素になる。
特に、工具交換はその非切削時間に占める割合が大きく、過去にも工具交換動作を高速化または簡略化すべく多くの工具交換方式が提案され、実用化されてきた。
特開２００２−３５５７２９号公報

ところで、工具交換動作の高速化に伴い、工具ポットに対して工具を装着及び取り出しする際の動作端でボールプランジャの付勢力に打ち勝つことで発生する衝撃も大きくなっていた。また、主軸への工具交換動作を終了した後も、使用済み工具の工具マガジンへの返却動作や次に使用予定の工具の動作準備は加工と並行して行われるため、工具ポットへの着脱動作端で発生する衝撃に起因する振動は少なからず主軸やパレットに装着した工具やワークの取り付け精度、引いてはワークの加工精度や品位に悪影響を与えていた。
特に、上述した自動工具交換装置における主軸と工具マガジンとの間の待機工具ポットは主軸を含む工作機械本体に極めて近く、また主軸と工具マガジンの双方からの工具受け入れや取り出し動作を担う部位であり、この位置での工具の着脱の際の衝撃は工作機械本体に振動を引き起こすために、加工精度や製品品位への悪影響が大きい不具合があった。
そのため、工具を待機工具ポットに着脱する際に工作機械によるワークの切削加工を一時的に中止させる処理も行われている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、工具ポットへの工具の着脱時の衝撃と振動を抑制して工作機械を一時停止させることなく切削加工を行えると共に加工精度への悪影響を防止するようにした工具ポットを提供することを目的とする。

本発明による工具ポットは、工具を着脱可能に保持する工具ポットにおいて、工具の基端部を格納可能な工具ポット本体と、工具ポット本体の基部に進退可能に設けた軸部と、該軸部を作動させるシリンダと、軸部に連動して工具ポット本体内部を進退可能とされていて後退及び前進位置で工具を把持及び開放させる係脱部材と、工具を開放させる方向に係脱部材を付勢する弾性部材とを備え、軸部の後退位置で弾性部材の付勢力に抗して係脱部材で工具を把持させ、軸部の前進位置で弾性部材の付勢力によって係脱部材で工具を開放させるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、工具ポットに工具を格納させる際、工具ポット本体内に工具を挿入させることで軸部を後退させ、軸部の後退に連動して係脱部材が後退し、軸部が後退位置まで後退すると弾性部材の付勢力に抗して係脱部材で工具を把持させる。そして、工具ポットから工具を取り出す際、軸部を前進位置まで前進させると係脱部材も連動して前進し、前進位置で弾性部材の付勢力が作用して係脱部材から工具を開放させることができる。

また、工具ポットの内周面にはガイド部が形成され、係脱部材の後退時に係脱部材の爪部がガイド部に当接することで工具を把持させ、係脱部材の爪部がガイド部から外れることで工具を開放させるようにしたことを特徴とする。
工具を工具ポット本体内に挿入した際、係脱部材の後退時に爪部が工具ポット本体の内周面のガイド部に当接して弾性部材の付勢力に抗して係脱部材を閉鎖作動させて爪部で工具を把持し、係脱部材の前進時に爪部がガイド部を外れることで弾性部材の付勢力によって係脱部材を開いて工具を開放する。

また、工具ポットの内周面には工具を清掃するエアノズルを設けてもよい。
工具ポット本体への工具の挿入または離脱時にエアノズルによって工具の基端部を清掃することで工具の基端部に付着する異物を除去できて主軸への装着を高精度で行える。
また、軸部は付勢部材によって工具ポット本体から離間する方向に付勢されており、工具ポットに工具を収納する際、工具で軸部を押動することで係脱部材を後退させて工具を把持させるようにしてもよい。
これにより、工具ポット本体内へ工具を格納する際に、工具で軸部を押すことで軸部を後退させ、これに連動して係脱部材が後退することによって工具を係脱部材で把持できる。これによって確実に工具ポットに衝撃を与えることなく工具の把持を行える。

本発明による工具ポットによれば、工具を工具ポット本体に格納する際に工具で軸部を押すことで軸部と共に係脱部材を後退させて工具を把持し、工具を工具ポット本体から離脱させる際に軸部を前進させることで係脱部材を前進させて工具を開放させることができるから、従来の工具ポットのように工具ポット本体の内部に設けたボールプランジャを付勢部材の付勢力に抗して強制的に工具を挿脱して把持及び開放させることがなく、係脱部材の把持及び開放動作によって衝撃を与えることなく工具を工具ポットから着脱させることができる。そのため、切削加工時に主軸を含む工作機械に振動を生じさせることがなく且つ工具の着脱時に加工を一時停止させずに精度よく切削加工できて生産性の向上に寄与する。

以下、本発明の実施の形態による工具ポットについて添付図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態による工具ポットに工具が把持されていない状態を示す縦断面図、図２は同じく工具が把持された状態を示す縦断面図、図３は図１のコレット爪の拡大図、図４はコレット開閉スプリングの拡大図、図５は図２に示す工具ポットのＡ−Ａ線断面で示すコレットの断面図である。
図１に示す実施形態による工具ポット１は、工作機械、例えばマシニングセンタにおいて各種工具を格納する格納工具ポット（以下、これを格納ポットという）を設けたチェーン式またはマトリクス型の工具マガジンとマシニングセンタの主軸との間に配設されている。
なお、図１及び図２に示す工具ポット１の中心軸線Ｏ方向において工具２を挿脱する側を開口側、その反対側を基部側といい、開口側への移動を前進、基部側への移動を後退というものとする。

そして、工具マガジンのいずれかの格納ポットから所望の工具２を工具交換アームで取り出して、中継位置で工具ポット１（これを待機工具ポットという）に一旦格納する。その後、工具チェンジャーで工具ポット１から工具２を取り出して主軸に装着するようになっている。
なお、工具２は図示しない切刃部を含む工具本体２ａとその基端側に順次設けた凹溝部２ｂとテーパシャンク部２ｃとプルスタッド２ｄとを備えている。
また、主軸に装着してワークの切削加工を行った後、この工具を工具マガジンに格納するためには、工具チェンジャーで主軸から工具２を取り出して工具ポット１に一旦格納する。そして、工具ポット１から工具交換アームで工具を取り出し、工具マガジンの所定の格納ポットに格納することになる。

このように工具交換に際して、工具を着脱操作する実施形態による待機用の工具ポット１について図１乃至図３に基づいて説明する。工具ポット１は、略角筒形状の外周面と略円筒状内周面とを有する工具ポット本体３を有している。図１及び図２において、工具ポット本体３の内周面は例えば比較的大径をなす工具進入用の開口側内周面３ａと基部側の比較的小径をなす基部側内周面３ｂとを有しており、両内周面３ａ、３ｂは同軸で互いに外部に開放されている。開口側内周面３ａと基部側内周面３ｂとの境界は全周に亘って段差を形成するガイド部４とされている。
図に示す例では、工具２のテーパシャンク部２ｃとプルスタッド２ｄが工具ポット本体３内に格納可能な基端部を構成する。

基部側内周面３ｂの後端には軸部６が進退可能に挿入されている。軸部６は基部側内周面３ｂに進退可能に嵌挿された本体部６ａと、本体部６ａの後端側で拡径して形成されたフランジ部６ｂと、本体部６ａの先端側に突出していて拡径頭部６ｃを先端に備えた中央軸６ｄとで構成されている。軸部６のフランジ部６ｂと工具ポット本体３の後面３ｃとの間には付勢部材として例えばコイルスプリング状のクランプバネ７が圧縮状態で装着されている。
また、軸部６にはフランジ部６ｂから本体部６ａにかけて中心軸線Ｏ上に凹陥部８が形成され、この凹陥部８内にはエアシリンダ９のロッド１０が嵌合されており、ロッド１０は例えば固着ボルト１１等によって軸部６に固定されている。そして、エアシリンダ９がＯＮの場合にはロッド１０が突出して軸部６をクランプバネ７の付勢力に抗して工具ポット本体３の基部側内周面３ｂ内で前進させ（図１参照）、ＯＦＦの場合にはエアシリンダ９内のエアが開放され、クランプバネ７の付勢力を越える荷重がかかるとロッド１０が収縮して軸部６が基部側内周面３ｂ内を後退することになる（図２参照）。
そのため、軸部６は工具ポット本体３の基部側内周面３ｂに沿って図１に示す前進位置と図２に示す後退位置とを選択的に取り得るように構成されている。

そして、工具ポット本体３の基部側内周面３ｂにおいて、軸部６の中央軸６ｄ及び頭部６ｃとの間には、複数、例えば一対のコレット爪１３、１３を備えたコレット１４が開閉可能に装着されている。
各コレット爪１３は、図３及び図５に示すように、軸部６の本体部６ａ及び頭部６ｃの間に揺動可能に装着された肉厚の回動基部１３ａと、工具ポット本体３のガイド部４付近に設けられた肉厚の爪部１３ｂと、回動基部１３ａ及び爪部１３ｂを連結する、例えば図４に示す断面円弧状の連結部１３ｃとで形成されている。回動基部１３ａは軸部６の頭部６ｃ及び本体部６ａの間で中心軸線Ｏに近づく方向と遠ざかる方向とに揺動可能なように基部側内周面３ｂとの間に間隙が形成されている。
そして、一対のコレット爪１３、１３の回動基部１３ａ、１３ａには２条の凹溝１２、１２が形成され、各凹溝１２には弾性部材として例えばリング状に形成されたコレット開閉スプリング１５が装着されている。コレット開閉スプリング１５は例えばコイルスプリングをリング状に連結したものである（図４参照）。各コレット爪１３は、軸部６の中央軸６ｄ及び頭部６ｃとの間に保持された回動基部１３ａによって揺動することで開閉可能とされている。

そして、軸部６が前進位置にある場合には図１に示すように、コレット爪１３，１３は、爪部１３ｂ、１３ｂがガイド部４より開口側内周面３ａ側に位置することでコレット開閉スプリング１５の収縮力によって互いに開いて、工具２のプルスタッド２ｄを開放した状態にある。また、軸部６が後退位置にある場合には図２に示すように、コレット爪１３，１３は、爪部１３ｂ、１３ｂがガイド部４の基部側内周面３ｂ側に位置することでコレット開閉スプリング１５の収縮力に抗して互いに閉じて、工具２のプルスタッド２ｄを挟持した状態にある。
また、工具ポット本体３の側面には内外周面を貫通してエアノズル１７が装着され、例えば開口側内周面３ａにエアノズル１７の吐出口１７ａが開口している。エアノズル１７の基部はチューブ１８を介して図示しないエア供給装置に接続されている。そのため、工具ポット本体３に工具２を着脱する際に、エアノズル１７からエアを工具ポット本体３内に噴射することで工具２のテーパシャンク部２ｃに付着した切粉やゴミ等の異物を吹き飛ばして清掃できる。

本実施形態による工具ポット１は上述の構成を備えており、次に工具の着脱動作について説明する。
先ず、中継位置に設けた工具ポット１に、工具交換アームまたは工具チェンジャーによって保持された工具２を格納する場合について説明する。工具交換アームまたは工具チェンジャーによって工具２の凹溝部２ｂを把持して工具ポット１に格納するために工具２の基端部であるプルスタッド２ｄ及びテーパシャンク部２ｃを工具ポット本体３の開口側内周面３ａから挿入する。
このとき、エアシリンダ９は突出位置にあるため軸部６は基部側内周面３ｂの前進位置にあり（図１参照）、そのためコレット１４の各コレット爪１３，１３は爪部１３ｂ、１３ｂがガイド部４から開口側内周面３ａに位置するためにコレット開閉スプリング１５で回動基部１３ａ、１３ａが圧縮され、コレット爪１３，１３は開放状態にある。

この状態で、工具ポット本体３の開口側内周面３ａの開口部に設けたテーパ面に沿って工具２を挿入する。このとき、エアシリンダ９をエア開放状態にすることで、クランプバネ７の付勢力によって軸部６が後退位置に移動する。軸６の後退に連動して各コレット爪１３、１３の回動基部１３ａ、１３ａが頭部６ｃで押され、各コレット爪１３、１３も後退する。
そして、後退位置でコレット爪１３，１３の爪部１３ｂ、１３ｂがガイド部４でガイドされてコレット開閉スプリング１５の付勢力に抗して互いに閉鎖方向に回動して工具２のプルスタッド２ｄを挟持する。これによって、工具２はテーパシャンク部２ｃ及びプルスタッド２ｄがスムーズに工具ポット本体３内に格納されて固定保持される。しかも、工具２の格納に際して、従来技術のようにボールプランジャのボールに衝突することもなく衝撃を与えないでスムーズに格納保持される（図２参照）。
なお、工具ポット本体３に工具２を格納する際、エアノズル１７からエアを工具ポット本体３内に噴射することで工具２のテーパシャンク部２ｃに付着した切粉やゴミ等の異物を吹き飛ばして清掃できる。

次に、中継位置の工具ポット１に格納され保持された工具２を工具交換アームまたは工具チェンジャーによって引き出す場合、工具交換アームまたは工具チェンジャーによって工具２の凹溝部２ｂを把持する。そして、エアシリンダ９が図示しない制御装置によってＯＮし、ロッド１０が突出する。これと一体に軸部６が後退位置から工具ポット本体３の基部側内周面３ｂに沿って前進位置に移動するため、工具２のプルスタッド２ｄを保持するコレット爪１３，１３も連動して前進し、爪部１３ｂ、１３ｂがガイド部４を越えて開口側内周面３ａ内に突出する。
すると、コレット爪１３，１３はコレット開閉スプリング１５の付勢力が働いて爪部１３ｂ、１３ｂが開口側内周面３ａに回動して開くため、プルスタッド２ｄは開放された状態になる（図１参照）。
この状態で、工具交換アームまたは工具チェンジャーによって工具２を中心軸線Ｏ方向に引き出すことで工具２は工具ポット本体３から離脱する。しかも、工具２の取り出しに際して、従来技術のようにボールプランジャのボールに衝突することもなく、衝撃を与えないでスムーズに引き出される。
このとき、エアノズル１７からエアを工具ポット本体３内に噴射することで工具２に付着した切粉やゴミ等の異物を除去でき、主軸に装着する際に取り付け精度を確保できる。

上述のように本実施形態による工具ポット１によれば、従来の工具ポットのように工具ポット１本体内に設けたボールプランジャを付勢部材の付勢力に抗して工具２の基端部を挿脱させて把持及び離脱させることがなく、コレット爪１３、１３の閉鎖及び開放動作によって衝撃を与えることなく工具２を工具ポット１から引き出し及び装着させることができる。そのため、切削加工時に主軸を含む工作機械に振動を生じさせることがなく且つ工具２の着脱時に加工を一時停止させずに継続して、精度よく切削加工できて生産性の向上に寄与する。

なお、本実施形態において、コレット開閉スプリング１５は２本設けたが、１本または３本以上でもよい。また、コレット１４として一対のコレット爪１３、１３を対向配置したが、コレット爪１３は３本以上でもよく、軸部６の中央軸６ｄの周囲に配列されていればよい。
また、上述の実施の形態では、工具ポット本体３の後面３ｃと軸部６のフランジ部６ｂとの間に付勢部材としてコイルスプリング７を設けてシリンダ９のＯＮ時にロッド１０を前進作動させるようにしたが、これに代えて軸部６のフランジ部６ｂとシリンダ９との間にコイルスプリング７を設けると共にシリンダ９のＯＮ時にロッド１０を後退作動させるようにしてもよい。
また、本発明による工具ポットは、待機工具ポット１だけでなく工具マガジンに保持された格納待機ポットや他の工具ポットにも適用できる。

本発明の実施形態による工具ポットを示すもので、工具ポットに工具が把持されていない状態を示す縦断面である。 工具が工具ポットで把持された状態を示す図１と同様な縦断面図である。 図１に示す工具ポットのコレット部分の拡大図である。 コレット開閉スプリングの拡大図である。 図２に示す工具ポットのＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ 工具ポット
２ 工具
２ｃ テーパシャンク部
２ｄ プルスタッド
３ 工具ポット本体
４ ガイド部
６ 軸部
７ コイルスプリング
９ シリンダ
１３ コレット爪
１５ コレット開閉スプリング

Claims (4)

1. 工具を着脱可能に保持する工具ポットにおいて、
   工具の基端部を格納可能な工具ポット本体と、該工具ポット本体の基部に進退可能に設けた軸部と、該軸部を作動させるシリンダと、前記軸部に連動して工具ポット本体内部を進退可能とされていて後退及び前進位置で前記工具を把持及び開放させる係脱部材と、工具を開放させる方向に前記係脱部材を付勢する弾性部材とを備え、
   前記軸部の後退位置で前記弾性部材の付勢力に抗して前記係脱部材で工具を把持させ、前記軸部の前進位置で前記弾性部材の付勢力によって前記係脱部材で工具を開放させるようにしたことを特徴とする工具ポット。
2. 前記工具ポットの内周面にはガイド部が形成され、前記係脱部材の後退時に該係脱部材の爪部が前記ガイド部に当接することで前記工具を把持させ、前記係脱部材の前進時に前記爪部がガイド部から外れることで前記工具を開放させるようにした請求項１に記載された工具ポット。
3. 前記工具ポットの内周面には工具を清掃するエアノズルを設けた請求項１または２に記載された工具ポット。
4. 前記軸部は付勢部材によって工具ポット本体から離間する方向に付勢されており、前記工具ポットに工具を収納する際、該工具で前記軸部を押動することで前記係脱部材を後退させて工具を把持させるようにした請求項１乃至３のいずれかに記載された工具ポット。

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