JP2011240424A - 精密ロール旋盤の自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型のプラスチックシートを成型するロール金型の超精密加工を機械を停止することなくバイトなどの工具を全自動で交換できるようにする。
【解決手段】本発明の自動工具交換装置は、水平面上を旋回する旋回軸を有しかつ昇降可能な旋回アーム６１とバイトホルダ４２を着脱自在に把持するハンド部７２と旋回アーム６１を旋回させる旋回駆動部と旋回アーム６１を昇降させる昇降駆動部とを有する交換装置６２と、旋回軸から一定の距離を保って複数の置き台が周方向に配列され、各置き台にバイトホルダ４２が着脱自在に保持されるバイトホルダストッカー６０と、刃物台３０に取り付けられ、バイトホルダ４２の固定および固定解除をクランプ軸７４の回転によって行うクランプ機構を有するホルダベース６４と、クランプ軸７４を回転させてバイトホルダのクランプ／アンクランプを操作する操作部を有するクランプ軸操作装置６６と、から構成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、精密ロール旋盤の自動工具交換装置に係り、特に、光学フィルム成型用金型ロールの超精密加工を実施するロール旋盤で利用される自動工具交換装置に関する。

薄型ＴＶ等に使われる液晶パネルは、自発光ができないため、バックライトユニットを光源として背後から光を透過している。この種のバックライトユニットには、プリズムシートや拡散シート等表面に微細なパターンを付加したプラスチックシートが必須部品として使われている。これらのシートは、押出成形機から押し出されたシートを、表面にパターンを加工されたロール金型の間に通すことで成形されている。

近年、ロール旋盤による超精密加工が進歩し、液晶パネルに使用されるプリズムシートや拡散シートなどの成形に用いるロール金型の超精密加工が実現されている。

この種の超精密加工を行うロール旋盤では、超精密加工を実現するために、従来のロール旋盤ではあまり問題にならなかった様々な問題を解決する必要がある。

ロールの超精密加工では、ロールの表面に数百μｍ〜数十μｍの微細な凹凸形状パターンを無数に切削加工することになるが、１本のロールについて加工を終了するまでに長時間を要するという問題がある。例えば、長いロールの場合、軸方向に１本の横溝を加工するのに約１分程度の時間がかかる。しかし、プラスチックシート用のロールの場合は、その溝や凹凸一つ一つが微細なため、ロール全体では膨大な数の溝や凹凸を加工しなければならない点に大きな特徴がある。ロール全体では、長手方向の溝を仮に３万本とすると、１本のロールにすべての溝を中断なく加工して３００００分、つまり５００時間、３週間かかることになる。

そこで、本出願人は、刃物台をロールの長手方向に高速で直線移動させるためのリニアモータ駆動のエアスライド装置を設けた精密ロール旋盤を提案している（特許文献１、２）。この精密ロール旋盤では、バイトの送りを高速化することができるので、ロール１本の加工に要する加工時間の大幅な短縮を実現することができる。このような精密ロール旋盤での加工時間を短縮させるためには、途中で加工を中断させないことが前提になる。

最近では、液晶パネルの大画面化、高効率化のために成形されるシートの幅広化が求められ、加工するロール金型も大型になってきている。例えば、２メートルもの長さのプリズムシート用ロール金型を加工することもめずらしくない。

もともとロールの表面は、無電解ニッケルメッキでコーティングされて硬いためにバイトの長寿命化が求められているが、このような大きなロールともなると、加工面積が増大し、従来のバイトでは、かかる大面積の加工を１本で賄うだけの性能がなく、途中でバイトを交換する必要がある。従来の精密ロール旋盤では、機械を停止してから、手動で工具を交換している。

他方、旋盤関連の加工機械では、旋盤にマシニングセンタの機能を複合させた複合加工機に自動工具交換装置を備えたものが従来から知られている（例えば、特許文献３〜５）。

特開２００９−１０７０６６号公報 特願２００９−１０７０６７号公報 特開平０６−３２０３７５号公報 特開２０００−１２６９５３号公報 特開２００２−２７３６０２号公報

バイト等の工具を手動で交換するときには、発熱源のモータ等を停止させ、機械を取り囲むカバーを開いて作業員が出入りすることになるので、機械周囲の温度環境に変化が生じる。超精密ロール加工の場合、温度環境の変化によりベッドなどの構造物にごく僅かな熱変形が発生しても、加工精度にとっては悪影響となる。

また、工具交換を完了するまでに機械が冷え切ってしまうため、もとの加工中の状態に復帰させるためには、ならし運転をする必要があるが、このならし運転は長時間行わなければならない。

他方、精密ロール旋盤に自動工具交換装置を設け、温度環境が変化しないように工具交換を自動化することが考えられる。

ところが、旋盤関連の加工機械に設置される従来の自動工具交換装置は、複数の工具を割り出すことのできるタレットによって工具を交換するものであって、ロール加工だけでなく、多様な種類の加工を行える大型で重量のあるタレットを備えた複合加工機を対象にしたものであった。

これに対して、プラスチックシート成型用ロール加工専用の旋盤、とりわけ、特許文献１、２に開示されているような刃物台をリニアモータで駆動して高速に送る精密ロール旋盤では、刃物台を高速化のためにできるだけ軽量化する必要があり、従来からある複合加工機用の自動工具交換装置を適用することはできなかった。このため、工具を交換するときには、機械を止めて、手動で工具交換を行わなければならず、加工の復帰までに復帰に長い時間がかかり、加工効率低下の大きな原因となっていた。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、刃物台を高速に送る精密ロール旋盤において、バイトなどの工具を全自動で交換できるようにして、大型のプラスチックシートを成型するロール金型の超精密加工を機械を停止することなく、高効率の加工の実現に寄与するロール旋盤の自動工具交換装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、ベッド上にロールを回転可能に支持する主軸台と心押台が設置され、ベッド上に搭載された刃物台を備えた精密ロール旋盤に設置される自動工具交換装置であって、水平面上を旋回する旋回軸を有しかつ昇降可能な旋回アームと、前記旋回アームの先端に取り付けられ、バイトホルダを着脱自在に把持するハンド部と、前記旋回アームを旋回させる旋回駆動部と、前記旋回アームを昇降させる昇降駆動部と、を有する交換装置と、前記旋回軸から一定の距離を保って複数の置き台が周方向に配列され、前記各置き台にバイトホルダが着脱自在に保持されるバイトホルダストッカーと、前記刃物台に取り付けられ、前記バイトホルダの固定および固定解除をクランプ軸の回転によって行うクランプ機構を有するホルダベースと、前記クランプ軸を回転させてバイトホルダのクランプ／アンクランプを操作する操作部を有するクランプ軸操作装置と、を具備したことを特徴とするものである。

また、本発明は、ベッド上にロールを回転可能に支持する主軸台と心押台が設置され、ベッド上に搭載された刃物台を備えた精密ロール旋盤に設置される自動工具交換装置であって、前記ロールの長手方向と平行にその平行度を調整可能なレール受けと、前記レール受けに支持され空気静圧案内を有するガイドレールと、前記ガイドレール上をエアによる浮揚状態で走行し、ダイヤモンドバイトを保持する刃物台と、前記刃物台を駆動するリニアモータと、を有する高速移動刃物台と、水平面上を旋回する旋回軸を有しかつ昇降可能な旋回アームと、前記旋回アームの先端に取り付けられ、バイトホルダを着脱自在に把持するハンド部と、前記旋回アームを旋回させる旋回駆動部と、前記旋回アームを昇降させる昇降駆動部と、を有する交換装置と、前記旋回軸から一定の距離を保って複数の置き台が周方向に配列され、前記各置き台にバイトホルダが着脱自在に保持されるバイトホルダストッカーと、前記刃物台に取り付けられ、前記バイトホルダの固定および固定解除をクランプ軸の回転によって行うクランプ機構を有するホルダベースと、前記クランプ軸を回転させてバイトホルダのクランプ／アンクランプを操作する操作部を有するクランプ軸操作装置と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、刃物台を高速に送る精密ロール旋盤において、バイトなどの工具を全自動で交換できるようにして、大型のプラスチックシートを成型するロール金型の超精密加工を機械を停止することなく、高効率の加工の実現に寄与することができる。

本発明による自動工具交換装置が適用される精密ロール旋盤を示す斜視図である。 同精密ロール旋盤の正面図である。 同精密ロール旋盤で刃物台が走行するガイドレールを支持する送りテーブルを示す正面図である。 同精密ロール旋盤の刃物台を示す断面図である。 本発明による自動工具交換装置の各部の配置を示す平面図である。 本発明による自動工具交換装置の交換装置を示す一部破断側面図である。 本発明による自動工具交換装置で用いられるホルダベースとバイトホルダを示す側面図である。 図７におけるVIII-VIII断面図。 本発明による自動工具交換装置において、ホルダベースの内蔵する偏心カム機構の動作を説明する図。 本発明による自動工具交換装置のクランプ軸操作装置の構成を示す断面図である。

以下、本発明によるロール旋盤の自動工具交換装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１、図２は、本発明の自動工具交換装置が適用される超精密ロール旋盤を示す。この図1、図２において、参照番号１０は、ベッドを示す。このベッド１０の上には、主軸台１２、心押台１４が配置されている。ワークはロール形状のロールＷであり、主軸台１２と心押台１４とで回転自在に支持されている。
主軸台１２は、ベッド１０の長手方向の一端部に配置されている。この主軸台１２は、主軸１８と、この主軸１８の先端に取り付けられたチャック１８ａと、主軸１８を駆動するサーボモータ２０を含む。主軸１８は主軸台１２の本体に内蔵されている図示しない静圧軸受により支持されている。この静圧軸受は油静圧軸受あるいは空気静圧軸受であってもよい。また、ころがり軸受であってもよい。チャック１８ａは、４つの爪によりロールＷの軸を把持し、主軸１８の回転をロールＷに伝達する。

この主軸台１２では、主軸１８を駆動するサーボモータ２０は、主軸１８を直接駆動するビルトイン型のサーボモータとして構成されている。主軸１８の回転量は、エンコーダにより検出される。このエンコーダの検出信号をフィードバックして主軸１８の位置制御および速度制御を行うことにより、主軸台１２にはロールＷの円周方向の割出しを行う割出し軸（Ｃ軸）としての機能と、主軸１８を一定の回転数（数百回転まで）で連続回転させる機能が付加されている。

次に、心押台１４は、主軸台１２に対向するようにベッド１０上に配置されている。ベッド１０の上面には案内面１９が設けられており、この案内面１９に沿って心押台１４は移動可能に設置されている。図２に示すように、心押台１４は、従来の心押軸の代わりに自由に回転する主軸２７を備えており、この主軸２７に取り付けたチャックでロールＷの軸を回転自在に支持する。

ベッド１０には、その両側にそれぞれ第１サドル２１と第２サドル２２が設置されている。これら第１サドル２１と第２サドル２２はベッド１０上で所定の間隔を隔てた位置に固定されている。第１サドル２１の上には、第１送りテーブル２３が設置されている。同様に、第２サドル２２の上には、第２送りテーブル２４が設置されている。なお、第１送りテーブル２３、第２送りテーブル２４を送る駆動機構としてはリニアモータが用いられている。

この超精密ロール旋盤では、切込軸であるＸ軸は、第１送りテーブル２３の送りを制御するＸ1軸と、第２送りテーブル２４の送りを制御するＸ2軸とから構成されている。切込軸であるＸ1軸、Ｘ2軸は、独立して位置制御を行えるように、それぞれＸ1軸サーボ機構、Ｘ2軸サーボ機構を備えている。そして、制御軸としては、Ｘ1軸、Ｘ2軸の他、主軸台１２にはＣ軸が設けられ、さらに以下に詳細に説明するように、刃物台を送るＺ軸が設けられている。ＮＣ装置は、これら各軸について数値制御を行う。

この超精密ロール旋盤では、次のような高速移動可能な刃物台３０が設置されている。この刃物台３０はロールＷの長手方向に高速で直線移動し、ロールＷの軸方向に溝を高効率で加工するための刃物台である。刃物台３０はリニアモータにより駆動されて空気静圧案内に沿って浮揚状態で高速で走行できるようになっている。

図１において、高速刃物台機構は、刃物台３０と、ガイドレール３２と、レール受け３３を含む。
レール受け３３は、第１送りテーブル２３と第２送りテーブル２４にまたがるようにして架設されている。この実施形態では、レール受け３３の両端部は、それぞれ次のようなピボットを用いて支持されている。

図３において、第１送りテーブル２３には、第１のピボット４８が取り付けられており、レール受け３３の一端側は、この第１ピボット４８を介して支持されている。第２送りテーブル２４には、第２のピボット４９が取り付けられ、レール受け３３の他端側は、この第２ピボット４９を介して支持されている。

次に、図４において、レール受け３３にはガイドレール３２が嵌合する溝３４が長手方向に形成されている。ガイドレール３２は、水平部３２ａと垂直部３２ｂとがＴ字に交差するＴ字断面をもつレールである。ガイドレール３２の垂直部３２ｂは、レール受け３３に着脱自在に嵌合し、固定ボルト３５により固定されている。この固定ボルト３５は、締め込みを加減することでガイドレール３２の真直度の修正も併せて行うことができる。ガイドレール３２は、様々なサイズにロールＷの加工に対応することができる十分な長さを有している。刃物台３０は、水平部３２ａを両側から抱き込むように嵌合している。また、ガイドレール３２の水平部３２ａの上面では、中央にリニアモータの固定子を構成する磁石３６がレール長手方向に配列されている。

ガイドレール３２では、水平部３２ａの上下面および側面には、刃物台３０の滑動面３７ａ、３７ｂ、３７ｃが形成されている。刃物台３０には、静圧空気軸受３８ａ、３８ｂ、３８ｃが設けられている。これらの静圧空気軸受３８ａ、３８ｂ、３８ｃからは滑動面３７ａ、３７ｂ、３７ｃに向けてエアが噴出されることで滑動面３７ａ、３７ｂ、３７ｃと静圧空気軸受３８ａ、３８ｂ、３８ｃとの間に軸受隙間が形成される。

リニアモータの可動子を構成するコイル４０は、磁石３６と対向するように、刃物台３０の下部に冷却ブロック４１を介して担持されている。冷却ブロック４１には、冷却水が供給されるようになっており、コイル４０の過熱を抑制している。以上のようなリニアモータは、エアスライダ４１を移動させ、その位置、速度制御をするＺ軸の駆動機構を構成している。

刃物台３０には、ホルダベース６４を介してバイトホルダ４２が取り付けられ、このバイトホルダ４２には、バイト４３が固定されている。このバイト４３の先端には、刃具として、超精密加工用のダイヤモンドチップが保持されている。

全体の構成について
次に、以上のように構成される超精密ロール旋盤で利用される自動工具交換装置の概要を図５を参照しながら説明する。この自動工具交換装置は、図１において、自動工具交換装置用の設置テーブル４４の上に設置されるものである。
本実施形態の自動工具交換装置は、複数のバイトホルダ４２が整列して保管されているホルダストッカー６０と、このホルダストッカー６０と刃物台３０の間を旋回する旋回アーム６１を備えた交換装置６２と、刃物台３０に取り付けられたホルダベース６４と、このホルダベース６４に取り付けられたバイトホルダ４２をクランプする操作あるいはアンクランプする操作をするクランプ軸操作装置６６と、を主要な構成要素としている。

図５において、ホルダストッカー６０はストッカー台７０を備えており、このストッカー台７０の上面には、バイトホルダ４２を保持する複数の置き台７１が同心円上に等間隔で配置されている。これら置き台７１には、バイトが固定されているバイトホルダ４２が着脱自在にセットされている（以下では、バイトホルダ４２を必要に応じて＃１、＃２、＃３、＃４と番号を添えて区別する場合がある）。 交換装置６２の旋回アーム６１の先端には、バイトホルダ４２を把持するハンド部７２が設けられている。旋回アーム６１は、ハンド部７２でバイトホルダ４２を把持して、ホルダストッカー６０と、刃物台３０上のホルダベース６４の間を搬送することができる。旋回アーム６１の動作は、旋回動作と昇降動作とを組み合わせた動作である。図５に示されるように、ストッカー台７０では、各置き台７１は、旋回アーム６１の旋回半径と同じ半径の円上に周方向に等間隔で配列されている。なお、この実施形態のホルダストッカー６０では、バイトホルダ４２はストッカー台７１上に同心円上に配置しているが、その他の構成としては、例えば、ストッカー台７１の替わりに、回転位置を割り出せる円盤の上に複数のバイトホルダ４２を設置したり、チェーンで駆動し複数の置き台７１を移動させるストッカーとして構成することも可能である。

刃物台３０に取り付けられているホルダベース６４には、バイトホルダ４２の固定および固定解除を行えるクランプ機構が内蔵されている。

クランプ軸操作装置６６は、ホルダベース６４を操作する回転スパナ軸７６を操作部として備えており、この回転スパナ軸７６を図５に示す待機位置から刃物台３０に向かって前進させるとともに、この回転スパナ軸７６でホルダベース６４を操作してバイトホルダ４２のクランプ／アンクランプを操作する装置である。

以下、自動工具交換装置の各構成装置について、より詳細に説明する。
交換装置
図６は、交換装置６２の構成を示す図である。

図６において、交換装置６２では、旋回アーム６１を昇降させるための駆動機構として昇降用シリンダ８５が鉛直な姿勢で取り付けられている。この昇降用シリンダ８５のピストンロッドの先端には、モータ台７９が連結されている。このモータ台７９の下面には旋回アーム６１を旋回させるサーボモータ８０が取り付けらされている。サーボモータ８０の回転軸には、継手部材８１を介して旋回アーム６１の基端部が連結されており、旋回アーム６１はサーボモータ８０に直接駆動されて水平面上を旋回することができる。

図６に示すように、旋回アーム６１の先端に設けられたハンド部７２は、開閉する一対の爪８６ａ、８６ｂを備えており、アクチュエータ８７で爪８６ａ、８６ｂを閉じてバイトホルダ４２を把持し、爪８６ａ、８６ｂを開くことでバイトホルダ４２を離すことができるようになっている。

ホルダベース
次に、図７は、刃物台３０のホルダベース６４に固定されているバイトホルダ４２を示し、図８はVIII−VIII断面を示す。
ホルダベース６４は、クランプ軸７４と、Ｔ形クランプ部材９１とを主な構成部品としている。バイト４３を保持するバイトホルダ４２は、着脱ブロック９０と一体構造とされており、この着脱ブロック９０を介してホルダベース６４に対して脱着される。

バイトホルダ４２の着脱ブロック９０の背面側には、Ｔ溝９２が形成されており、Ｔ形クランプ部材９１は、このＴ溝９２に遊嵌する縦断面Ｔ字形の部材である。ホルダーベース６４と着脱ブロック９０の相対する面には、それぞれ円弧状の溝が上下方向に形成されており、ホルダベース６４側の溝には、円柱状の位置決め基準片９４ａ、９４ｂが固定されている。

図８に示すように、Ｔ形クランプ部材９１と、クランプ軸７４とは、次のような偏心カム機構によって連結されている。
すなわち、Ｔ形クランプ部材９１の後尾部には丸穴９５が形成されている。クランプ軸７４は、Ｔ形クランプ部材９１の丸穴９５を通ってホルダベース６４の幅方向の延びるように回転自在に挿着されている。そして、クランプ軸７４には、偏心円筒カム９６が一体的に設けられており、この偏心円筒カム９６は、丸穴９５の周面を摺動するようになっている。したがって、クランプ軸７４が回転して図９（ａ）に示す位置に偏心円筒カム９６があるときがアンクランプの位置で、図９（ｂ）に示す位置に偏心円筒カム９６が移動すると、Ｔ形クランプ部材９１は引き込まれ、バイトホルダ４２はホルダベース６４に強固にクランプされることになる。

図８に示すように、このようなクランプ軸７４を回転させるために、クランプ軸７４の先端には、ボルトの頭として例えば、６角形の頭部９８が設けられている。この頭部９８には、クランプ軸操作装置６６の回転スパナ軸７６の先端に取り付けられているソケット９９が嵌合するようになっている(図１０参照)。

なお、図７において、クランプ軸７４には、クランプ位置およびアンクランプ位置を検知するために、頭部９８に隣接して検出片１００が取り付けられている。参照番号１０２は、ホルダベース６４の側面に固定されたストッパを示す。クランプ軸７４を時計回りに回転させると、検出片１００が図７において二点鎖線で示す位置にくると、図９(ｂ)に示したように、バイトホルダ４２はクランプの状態に切り替わる。クランプ軸７４を図７において反時計回りに回転させると、検出片１００がストッパ１０２に当接して回転が止まる。この位置では、図９（ａ）に示したように、バイトホルダ４２はアンクランプされた状態になっている。このとき、近接スイッチからなるクランプ・アンクランプ検知センサ１０４ａ、１０４ｂのうち、アンクランプ検知センサ１０４ｂがオンになるので、アンクランプしたことを検知することができる。なお、クランプ・アンクランプ検知センサ１０４は、次に、説明するクランプ軸操作装置６６の検知ロッド１０６の先端に取り付けられている。

クランプ軸操作装置
次に、図１０を参照しながら、クランプ軸操作装置６６について詳細に説明する。
図１０において、シリンダ台１１０には、回転スパナ軸７６を軸方向に前進、後退させる前後シリンダ１１４が設置されており、この前後シリンダ１１４のピストンロッドは移動板１１２と連結されている。

機台１１３の上には、回転スパナ軸７６を回転駆動するスパナ回転モータ１１６が設置されている。この実施形態では、回転スパナ軸７６には、ボールスプライン軸が用いられている。この回転スパナ軸７６は、支持部７７を貫通して前方に延びている。この場合、支持部７７には、回転スパナ軸７６を構成しているボールスプライン軸に嵌合する回転ブッシュ１１８が組み込まれている。この回転ブッシュ１１８は、支持部７７において回転自在に支承されている。回転スパナ軸７６と回転ブッシュ１１８とはスプライン結合しているため、回転スパナ軸７６は回転ブッシュ１１８を挿通して軸方向に摺動可能であり、回転ブッシュ１１８が回転すると、回転スパナ軸７６も共に回転するようになっている。スパナ回転モータ１１６は減速機１１９を介して歯車１２１と連結され、回転ブッシュ１１８には歯車１２２が連結さられている。これら歯車１２１、１２２は噛み合っており、スパナ回転モータ１１６の回転トルクを回転ブッシュ１１８に伝動する歯車機構を構成している。回転スパナ軸７６の先端部にはソケット９９が取り付けられており、前述したように、このソケット９９は、クランプ軸７４の頭部９８に着脱自在に嵌合し、回転スパナ軸７６から回転トルクをクランプ軸７４に伝えることができる。

他方、回転スパナ軸７６の後端部には、スプライン軸の部分とは異なってその表面が平滑な継手部１１９が形成されている。この継手部１１９は、移動板１１２に摺動かつ回転可能に貫通しており、末端には抜け止めとなるナット１２０が締結されている。そして、移動板１１２をばね受けにして継手部１２４にはスプリング１２５が装着されており、回転スパナ軸７６は、このスプリング１２５の弾性力で前進方向に付勢されている。

このような回転スパナ軸７６と平行に延びように、クランプ状態およびアンクランプ状態を検知するための検知ロッド１０６が移動板１１２に支持されている。この検知ロッド１０６の先端には、クランプしたこと検知するセンサ１０４ａとアンクランプしたことを検知するセンサ１０４ｂが取り付けられている（図７参照）。

本実施形態による自動工具交換装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
ロール旋盤で行う超精密本加工としては、例えば、ロールＷの全面に亘って微細な溝を軸方向に加工する例を挙げて説明する。この場合、図１、２において、刃物台３０を高速で移動させてロールＷの表面に微細な溝を１本ずつ加工する。そして、１本の溝の加工が終了すると、Ｃ軸による主軸１８の制御で次の溝の加工位置を割り出してから、刃物台３０を高速で移動させて次の溝をロールＷに加工する。これを繰り返して、ロールＷ全体に溝を加工する。

ところで、ロールＷ全体にわたって微細な溝を１本、１本、軸方向に加工する場合、加工範囲が広くなる上に、溝の本数は膨大な数になる。

この問題点に対しては、刃物台３０の走行を次のように高速化して加工の高効率を図っている。

すなわち、高速刃物台として、ガイドレール３２の空気静圧軸受に沿ってリニアモータ駆動により高速で走行するエアスライダを刃物台３０として利用しているため、従来のロール旋盤のように、刃物台の載った往復台を送って溝を加工する場合と較べると、送り速度に格段の違いが生じる。

このような高速刃物台によるロール加工を長時間続けていくと、バイトの刃先が摩耗し、刃物台３０からバイトホルダごと交換する必要が出てくる場合がある。

そこで、本実施形態による自動工具交換装置では、次のようにして工具交換を行う。
まず、一連の工具交換動作の概要を図５、図６を参照しながら説明する。

工具交換を行うときには、刃物台３０をガイドレール３２の端まで移動させ、所定の工具交換位置に位置決めする。その後、クランプ軸操作装置６６が前進して、刃物台３０のホルダベース６４からバイトホルダ４２をアンクランプする。その後、クランプ軸操作装置６６は前進した位置で待機する。回転スパナ軸７６はクランプ軸７４に結合した状態を維持している。

他方、それまで待機していた交換装置６２では、旋回アーム６１が刃物台３０に向かってバイトホルダ４２の直上まで旋回する。その後、旋回アーム６１はバイトホルダ４２を把持するため下降し、ハンド部７２でバイトホルダ４２を掴む。旋回アーム６１は上昇しながら、バイトホルダ４２をホルダベース６４から取り外し、旋回してホルダストッカー６０上の空の置き台７１の直上までバイトホルダー４２を移送する。その後、旋回アーム６１は、下降して空の置き台７１にバイトホルダー４２をセットする。

次に、旋回アーム６１は、ホルダストッカー６０に保管されている次に使用するバイトホルダ４２の直上まで旋回してから、下降してそのバイトホル４２を把持する。その後、上昇、旋回動作、下降動作を経て、ハンド部７２でバイトホルダ４２を掴んだまま、刃物台３０のホルダベース６４にバイトホルダ４２を装着する。それが完了したら、旋回アーム６１は上昇、旋回を経て待機位置に戻ることになる。

その後、回転スパナ軸７６でクランプ軸７４を回してバイトホルダ４２をホルダベース６４に対して固定する。クランプが完了したらクランプ軸操作装置６６は待機位置に後退する。こうして、一連の工具交換動作が終了することになる。

以上のような自動工具交換の一連の動作では、バイトホルダ４２を安全かつ確実にホルダベース６４にクランプ、アンクランプすることが何にも増して重要となる。そこで、クランプ軸操作装置６６の作用効果について図７乃至図１０を参照して詳細に説明する。

アンクランプ動作
図１０において、クランプ軸操作装置６６が前進して、その回転スパナ軸７６がクランプ軸７４に結合する。クランプ軸７４の頭部９８に、回転スパナ軸７６のソケット９９が当たると、スプリング１２５が圧縮されるので、クッションとなって過大な押し付け力はクランプ軸７４にかからないようになっている。

また、ソケット９９と、クランプ軸７４の頭部９８との位相が合っていない場合には、スプリング１２５の弾性力でソケット９９がクランプ軸７４の頭部９８に押し付けられる。ごくゆっくりと回転スパナ軸７６を回すことで、位相が合ったところでソケット９９が頭部９８に嵌るので、クランプ軸７４と回転スパナ軸７６とを確実にしかも安全に結合させることができる。

図７、図８において、回転スパナ軸７６で時計回りにクランプ軸７４を回すと、偏心円筒カム９６が図９(ａ)に示す位置まで回り、Ｔ字クランプ部材９１は偏心円筒カム９６によって拘束された状態から開放される。この結果、バイトホルダ４２の着脱ブロック９０はアンクランプされて、バイトホルダ４２を着脱ブロック９０ごとホルダベース６４から取り出し可能な状態になる。

このとき、クランプ軸７４の検知腕１００はストッパ１０２に当たるので、クランプ操作軸７４はこれ以上回転しなくなる。同時に、トルクリミッタが効いて、これ以上クランプ軸７４には過大なトルクが掛からないようになっている。したがって、クランプ軸７４を回し過ぎて、再びＴ字クランプ部材９１でバイトホルダ４２をクランプしてしまうようなことを確実に回避することができる。

また、アンクランプしたときは、検知ロッド１０６の先端にあるアンクランプ検知センサ１０４ｂに検出片１００が対向するので、アンクランプ検知センサ１０４ｂがオンする結果、アンクランプしたことを電気的に検出することもできる。

クランプ動作
回転スパナ軸７６でクランプ操作軸７４を反時計回りに回すと、偏心円筒カム９６が図９(ｂ)に示す位置まで回り、Ｔ字クランプ部材９１はクランプ位置に引き込まれる。この結果、バイトホルダ４２の着脱ブロック９０はＴ軸クランプ部材９１によって強い力でクランプされるので、バイトホルダ４２はホルダベース６４にしっかりと固定される。クランプしたときは、検知ロッド１０６の先端にあるクランプ検知センサ１０４ａに検出片１００が対向するので、クランプ検知センサ１０４ａがオンする結果、クランプしたことを電気的に検出することができる。

また、バイトホルダ４２がクランプされてトルクが所定値に上昇すると図示しないトルクリミッタが作動して、スパナ回転モータ１１６を停止させるようになっている。

以上のようにして、本実施形態の自動工具交換装置では、刃物台３０のバイトホルダ４２の交換を安全かつ確実に行えるので、加工面積が非常に大きくなる長いロールであっても、同じ種類のバイトを装着したバイトホルダ４２を複数用意すれば、適宜交換しながら加工を効率良く行い１本のロールを最初から最後まで機械を停止することなく加工することができる。

とりわけ、工具の交換作業をするためにロール旋盤の運転を停止して、作業員が、機械を取り囲むカバーに出入りする必要がなくなるので、環境温度に変動を生じさせることなく工具交換を行うことを実現できる。また、従来のように工具交換後に、ロール旋盤のならし運転をしなければならないようなことはなくなるため、交換後に直ちに加工を再開して刃物台の高速走行性能を十二分に活用した高効率の加工を行うことができる。

以上は、同じ加工工程の途中で工具を交換する場合であるが、これとは異なり、図５においてホルダストッカー６０に用意されているバイトホルダ４２では、例えば、＃１バイトホルダ４２には、粗加工用の丸バイトを装着し、＃２バイトホルダ４２、＃３バイトホルダ４２にはＶ溝を加工するＶバイトを装着し、＃４バイトホルダ４２には仕上げ加工用のバイトを装着するというように、異なる種類のバイトを装着するようにしてもよい。

また、＃２バイトホルダ４２、＃３バイトホルダ４２では、同じくＶ溝を加工するバイトであっても、＃２バイトホルダ４２にはロールの軸方向に溝を加工する方向に刃先の向けてバイトを取り付け、＃３バイトホルダ４２にはロールの円周方向に溝を加工する方向に刃先を向けでバイトを取り付けるようにすることも可能である。

ロールの加工工程の違いに応じてバイトホルダ４２を用意することによって、加工工程が変わる段階でバイトを交換しながら、機械を停止することなく、ロールの様々な種類の加工を自動で進めることができる。

ところで、自動工具交換装置の機構的な面からは、次のような利点もある。

まず、本実施形態のように、刃物台３０には１つのバイトホルダ４２だけを取り付けるだけにして、ホルダベース６４には簡易なクランプ機構を設けるにとどめ、別途クランプ軸操作装置６６を設け、刃物台３０の外からクランプ、アンクランプの操作を行うようにしている。

このように、工具交換のときに必須になるクランプ、アンクランプ機構を外付けにしている構造のために、刃物台３０には必要最小限の構成のホルダベース６４を設けるだけで済み、刃物台３０の重量増加を最小限に抑えることができる。これにより、高速刃物台本来の高速性を阻害することなく、メリットである高速性能を十二分に活用した加工効率と工具交換とを両立させ、加工効率向上の相乗的な効果を得ることができる。

以上、本発明による自動工具交換装置について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、高速刃物台を備えた精密ロール旋盤だけでなく、刃物台を往復台に載せて送る通常のロール旋盤にも適用可能なことはもちろんである。

１０…ベッド、１２…主軸台、１４…心押台、３０…刃物台、４２…バイトホルダ、４３…バイト、６０…ホルダストッカー、６４…ホルダベース、６６…クランプ軸操作装置、６１…旋回アーム、７４…クランプ軸、７６…回転スパナ軸、９０…着脱ブロック、９１…Ｔ形クランプ部材、９６…偏心円筒カム、９９…ソケット

Claims (8)

1. ベッド上にロールを回転可能に支持する主軸台と心押台が設置され、ベッド上に搭載された刃物台を備えた精密ロール旋盤に設置される自動工具交換装置であって、
   水平面上を旋回する旋回軸を有しかつ昇降可能な旋回アームと、前記旋回アームの先端に取り付けられ、バイトホルダを着脱自在に把持するハンド部と、前記旋回アームを旋回させる旋回駆動部と、前記旋回アームを昇降させる昇降駆動部と、を有する交換装置と、
   前記旋回軸から一定の距離を保って複数の置き台が周方向に配列され、前記各置き台にバイトホルダが着脱自在に保持されるバイトホルダストッカーと、
   前記刃物台に取り付けられ、前記バイトホルダの固定および固定解除をクランプ軸の回転によって行うクランプ機構を有するホルダベースと、
   前記クランプ軸を回転させてバイトホルダのクランプ／アンクランプを操作する操作部を有するクランプ軸操作装置と、
   を具備したことを特徴とする自動工具交換装置。
2. 前記ホルダーベースは、
   前記バイトホルダを所定の位置に位置決めする位置決め基準片と、
   前記バイトホルダに背面に形成されたＴ溝に遊嵌するＴ字形のクランプ部材と、
   前記クランプ部材と前記クランプ軸を連結し、クランプ軸の回転をクランプ部材を引き込み拘束するクランプ動作およびクランプ部材を拘束から解除するアンクランプの動作に転換する偏心カム機構と、備えることを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
3. 前記クランプ軸操作装置の操作部は、
   前記クランプ軸の頭部に着脱自在に嵌合するソケットを有しボールスプライン軸からなる回転スパナ軸と、
   前記回転スパナ軸を回転させるスパナ軸回転機構と、
   前記回転スパナ軸を軸方向に前後動させる直線移動機構と、
   前記回転スパナ軸のボールスプライン軸が軸方向に移動可能に嵌合し、前記スパナ軸回転機構から回転トルクを伝達される回転筒と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
4. 前記クランプ軸操作装置の直線移動機構はシリンダを駆動源とし、前記シリンダのピストンロッドの先端には、前記回転スパナ軸を支持する移動板が連結され、前記回転スパナ軸の後端部は前記移動板に軸方向に移動可能に遊嵌するともに、前記回転スパナ軸を前進する方向に付勢するスプリングが前記移動板をバネ受けとして装着されたことを特徴とする請求項３に記載の自動工具交換装置。
5. 前記クランプ軸操作装置は、さらに、前記クランプ軸の回転位置を検知することにより、前記バイトホルダのクランプ状態およびアンクランプ状態をそれぞれ検知するクランプ・アンクランプ検知手段を有することを特徴とする請求項３に記載の自動工具交換装置。
6. 前記クランプ軸操作装置のスパナ軸回転機構は、一定値以上のトルクが前記回転スパナ軸に加わるのを防止するトルクリミッタを有することを特徴とする請求項３に記載の自動工具交換装置。
7. 前記バイトホルダストッカーには、それぞれ異なる種類のバイトが装着された複数のバイトホルダが保管されることを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
8. ベッド上にロールを回転可能に支持する主軸台と心押台が設置され、ベッド上に搭載された刃物台を備えた精密ロール旋盤に設置される自動工具交換装置であって、
   前記ロールの長手方向と平行にその平行度を調整可能なレール受けと、前記レール受けに支持され空気静圧案内を有するガイドレールと、前記ガイドレール上をエアによる浮揚状態で走行し、ダイヤモンドバイトを保持する刃物台と、前記刃物台を駆動するリニアモータと、を有する高速移動刃物台と、
   水平面上を旋回する旋回軸を有しかつ昇降可能な旋回アームと、前記旋回アームの先端に取り付けられ、バイトホルダを着脱自在に把持するハンド部と、前記旋回アームを旋回させる旋回駆動部と、前記旋回アームを昇降させる昇降駆動部と、を有する交換装置と、
   前記旋回軸から一定の距離を保って複数の置き台が周方向に配列され、前記各置き台にバイトホルダが着脱自在に保持されるバイトホルダストッカーと、
   前記刃物台に取り付けられ、前記バイトホルダの固定および固定解除をクランプ軸の回転によって行うクランプ機構を有するホルダベースと、
   前記クランプ軸を回転させてバイトホルダのクランプ／アンクランプを操作する操作部を有するクランプ軸操作装置と、
   を備えたことを特徴とする自動工具交換装置。

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