JP2015202539A - 工具マガジンの回動動作中に工具マガジンとマガジン駆動用モータとの連結が維持される工具交換装置 - Google Patents

工具マガジンの回動動作中に工具マガジンとマガジン駆動用モータとの連結が維持される工具交換装置 Download PDF

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Abstract

【課題】工具マガジンが主軸頭から離反した位置にある場合にも、工具マガジンとマガジン駆動モータとの連結を維持することにより、工具交換動作時以外にも工具マガジンの旋回を可能とする工具交換装置を提供すること。
【解決手段】工具交換装置において、工具マガジンが主軸頭への接近位置と離反位置との間において常時工具マガジン動力伝達部とマガジン駆動モータ側動力伝達部が噛合する。これにより、工具マガジンが主軸頭から離反した位置にある場合にも、工具マガジンとマガジン駆動モータの連結を維持することにより、工具交換動作時以外にも工具マガジンの旋回が可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械で使用する工具を自動的に交換することが可能な工具交換装置に関する。
工作機械の主軸に取り付けられる工具を自動的に交換する工具交換装置が従来から用いられている。この工具交換装置には、作業に必要な複数の工具が予めセットされており、工具マガジンを旋回動作させて工具を割り出して主軸への着脱を行い、工作機械の主軸に取り付ける工具を、加工状態に応じて指定された工具に自動的に交換するように構成されている。
図６及び図７は、従来の工具交換装置を示した図であり、工具マガジンが主軸頭に対して接近・離反する方向に回動動作可能とされている。
このような工具交換装置では、加工時に工具マガジン全体を主軸頭近傍から移動することが可能であるため、加工領域を広く取ることができる。また、工具マガジンが移動不可能な場合に比べて主軸頭を大きくできるため、主軸の剛性を高めることが可能となる。
特許文献１には、工具マガジンの旋回駆動を主軸モータを使用して行う方式の工具交換装置において、工具マガジンを主軸頭に対して接近・離反する方向に回動動作可能とすることにより、加工領域を広く確保することを図る技術が開示されている。
特許第２５８９４７６号公報
従来、工具マガジンを主軸頭に対して接近・離反する方向に回動動作可能とすることにより、加工領域を広く確保したり、主軸の剛性を高めたりすることを可能とするものがあった。
しかし、これらの従来技術及び特許文献１に開示されている技術は、工具交換位置である主軸頭に接近した位置にある場合のみ、工具マガジンとマガジン駆動モータとが連結される。このため、工具マガジンの旋回動作は工具交換動作時以外に行うことはできなかった。
そこで本発明は、工具マガジンが主軸頭から離反した位置にある場合にも、工具マガジンとマガジン駆動モータとの連結を維持することにより、工具交換動作時以外にも工具マガジンの旋回を可能とする工具交換装置を提供することを目的とする。
本願の請求項１に係る発明では、主軸を回転自在に支持する主軸頭と、周上に工具を保持する複数のグリップを備えた工具マガジンと、該工具マガジンを工具を割り出すために旋回動作させるための旋回軸と、該工具マガジンを前記主軸頭へ接近及び離反する方向に回動動作させるための回動軸と、該工具マガジンを旋回動作させるためのマガジン駆動モータと、を備えた工作機械の工具交換装置において、前記工具マガジンは工具マガジン動力伝達部を備え、前記マガジン駆動モータはマガジン駆動モータ動力伝達部を備え、前記工具マガジンは前記主軸頭への接近位置と離反位置との間において常時前記工具マガジン動力伝達部と前記マガジン駆動モータ側動力伝達部が噛合することを特徴とする工作機械の工具交換装置が提供される。
請求項１に係る発明では、工具マガジンが主軸頭から離反した位置にある場合にも、工具マガジンとマガジン駆動モータの連結を維持することにより、工具交換動作時以外にも工具マガジンの旋回が可能となる。
また、工具交換時以外にも工具マガジンの旋回動作が可能となり、工具交換時以外にもタレットの揺動による切粉の振り落とし機能やマガジン駆動モータ負荷トルク監視による工具重量の偏りの検出を行うことが可能となる。
本願の請求項２に係る発明では、前記工具マガジンを回動させても、前記工具マガジンと前記マガジン駆動モータとの相対位置が略同一であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具交換装置が提供される。
請求項２に係る発明では、工具マガジンを回動させても工具マガジンとマガジン駆動モータの相対位置が固定されているため、工具マガジンとマガジン駆動モータの連結が常に維持され、工具交換動作時以外にも工具マガジンの動作が可能となる。
本願の請求項３に係る発明では、前記マガジン駆動モータは工作機械の非可動部に固定され、前記マガジン駆動モータ動力伝達部は、前記マガジン駆動モータの軸に固定されたマガジン駆動モータ側ギアを備え、前記工具マガジン動力伝達部は、前記工具マガジンに固定されると共に、前記マガジン駆動モータ側ギアと噛合する歯面を備えた工具マガジン側ギアを備え、前記工具マガジンの旋回軸を含む平面で切断した前記工具マガジン側ギアの歯面の断面形状は、前記工具マガジンの回動動作の支点を中心とした円弧であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具交換装置が提供される。
請求項３に係る発明では、工具マガジンを回動させても、工具マガジンとマガジン駆動モータとの連結が常に維持されるため、工具交換動作時以外にも工具マガジンの動作が可能となる。
本発明により、工具マガジンが主軸頭から離反した位置にある場合にも、工具マガジンとマガジン駆動モータとの連結を維持することにより、工具交換動作時以外にも工具マガジンの旋回を可能とする工具交換装置を提供することができる。
本発明の実施形態の工具交換装置を側面から見た概略図である。 本発明の実施形態の工具交換装置を斜め方向から見た概略図である。 本発明の変形例を示した図である。 本発明のさらに別の変形例を示した図である。 変形例における工具マガジン側ギアを側面から見た図である。 従来の工具交換装置を備えた工作機械を正面から見た概略図である。 従来の工具交換装置を備えた工作機械を側面から見た概略図である。 従来の工具交換装置において、工具マガジンが主軸頭に対して接近・離反する方向に回動した状態を側面から見た概略図である。
以下、まずは従来技術について説明する。
図６は、従来の工具交換装置を備えた工作機械を正面から見たときの概略図である。１は工具マガジンであり、その周上に複数のグリップ３を備えている。グリップ３はそれぞれ工具２を把持可能とされている。また、工具マガジン１は旋回動作が可能とされており、図中の４の位置である工具交換位置４に割り出して工具交換を行っている。
また、図７は従来の工具交換装置を備えた工作機械を側面から見た概略図である。５はマガジン支持部であり、このマガジン支持部５に主軸頭８と主軸７が取り付けられ、主軸７の先端部にはグリップ３が取り付けられて、グリップ３が工具を把持するようになっている。また、マガジン支持部５の主軸頭８と主軸７が取り付けられている箇所とは別の箇所には、マガジン駆動モータ９が取り付けられており、マガジン駆動モータ９の先端部にはマガジン駆動モータ側ギア１１が設けられている。
次に、１は工具マガジンであり、マガジン支持部５に支点６で軸支されている。工具マガジン１は、工具マガジン側ギア１０、マガジンシャフト１２を備えている。工具マガジン側ギア１０はマガジンシャフト１２に対して、旋回軸１３を軸に回転可能とされており、マガジン駆動モータ側ギア１１と工具マガジン側ギア１０が噛み合っているときには、マガジン駆動モータ９からの動力がマガジン駆動モータ側ギア１１、工具マガジン側ギア１０を通じて伝達されて工具マガジン１が旋回動作される。
図８は、従来の工具交換装置において、工具マガジンが主軸頭８に対して接近・離反する方向に回動した状態を側面から見た概略図であり、図８（ａ）が接近位置、図８（ｂ）が離反位置を示している。
工具交換時には、工具マガジン１が支点６を中心に回動して主軸頭８へ接近する方向へ回動動作し、図８（ａ）の接近位置の状態となる。この位置において、主軸７に装着されている工具２をグリップ３が把持し、工具交換が可能な状態となる。また、この接近位置のときには、工具マガジン側ギア１０とマガジン駆動モータ側ギア１１とが噛み合って、マガジン駆動モータ９による工具マガジン１の旋回動作が可能な状態となる。
工具交換時以外には、図８（ｂ）に示されているように、工具マガジン１は支点６を中心に主軸頭８から離反する位置に移動する。このように工具マガジン１と接近位置と離反位置との間で回動可能な状態とすることによって、加工領域を広く取ることができる。また、主軸頭８を大きくすることができて、剛性の高い構造とすることができる。
しかし、このような方式の工具交換装置においては、図８（ｂ）に示されているように、工具交換時以外の離反位置においては工具マガジン側ギア１０とマガジン駆動モータ側ギア１１の噛み合いがはずれて、マガジン駆動モータ９の駆動力を工具マガジン１に伝達して旋回動作させることはできない。そのため、工具交換時以外に工具マガジンを動作させることによる、切粉の振り落とし機能や工具重量の偏り検出機能を持たせることができなかった。
本発明は、これらの課題を踏まえてなされたものである。以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。図１及び図２は、本発明の実施形態の工具交換装置を示したものであり、図１は側面から見たときの概略図であり、図２は斜め方向から見たときの概略図であり、それぞれ図１（ａ）及び図２（ａ）は接近位置、図１（ｂ）及び図２（ｂ）は離反位置を示している。本実施形態の工具マガジン１は、従来技術と同様に、支点６を軸に回動可能とするようにマガジン支持部５に軸支されている。工具マガジン１には工具マガジン側ギア１０及びマガジンシャフト１２が同心に設けられている。工具マガジン１とマガジン駆動モータ９以外の部分については、従来技術と同様であるため同じ符号として説明を省略する。
本実施形態においては、特に図２に示されているように、工具マガジン１の一部を構成し、支点６を軸に回動する回動部材２０にマガジン駆動モータ９が固定されている。また、マガジン駆動モータ９における、マガジン駆動モータ側ギア１１の延びる方向が、工具マガジン１の旋回軸１３と略平行になるように構成されており、工具マガジン側ギア１０の外周においてマガジン駆動モータ側ギア１１と噛み合うように構成されている。このとき、工具マガジン１の旋回軸１３とマガジン駆動モータ側ギア１１の延びる方向が略平行となるように構成されているため、工具マガジン１がいずれの旋回位置にあっても、工具マガジン１とマガジン駆動モータ９との相対位置がほぼ変化せず、工具マガジン側ギア１０とマガジン駆動モータ側ギア１１の連結が維持されて、マガジン駆動モータ９が工具マガジン１と一体となって回動動作を行う。このため、工具交換時である接近位置以外の箇所に位置しているときにもマガジン駆動モータ９と工具マガジン１との連結が維持されて、工具マガジン１の旋回動作が可能となる。
図３は、本実施形態の変形例を示している。先の実施形態においては、マガジン駆動モータ９は、工具マガジン１の主軸頭８側に位置していたが、本変形例においては、図３に示されているようにマガジン駆動モータ９が工具マガジン１の主軸頭８と反対側に位置している。マガジン駆動モータ９には、マガジン駆動モータのロータ１４とマガジン駆動モータのステータ１５が備えられており、マガジン駆動モータのロータ１４が工具マガジン１の旋回部が噛み合うように構成されている。本変形例においては、マガジン駆動モータ９の駆動力が直接工具マガジン１に伝達されているが、本変形例のさらなる変形例としては、マガジン駆動モータ９と工具マガジン１との間に減速機構を備えるようにすることも可能である。
図４は、別の実施形態を示した図である。本実施形態においては、マガジン駆動モータ９は工作機械の非可動部に固定されており、マガジン駆動モータ９におけるマガジン駆動モータ側ギア１１の延びる方向が、主軸頭８や主軸７が延びる方向と略直角方向になるように配置されている。工具マガジン１側には、工具マガジン１の旋回軸１３と同心になるように工具マガジン側ギア１０が設けられており、マガジン駆動モータ側ギア１１と工具マガジン側ギア１０が噛み合うように構成されている。
図５は工具マガジン側ギア１０を側面から見た図である。図５に示されているように、工具マガジン側ギア１０の歯面１６の断面の曲線は、支点６を中心とする円弧とされている。このため、工具マガジン１が回動動作を行ったとしても、工具マガジン側ギア１０の円弧状の歯面１６のいずれかの箇所で、マガジン駆動モータ側１１と工具マガジン側ギア１０の円弧状の歯面１６が噛み合うこととなり、工具マガジン１が回動動作を行った場合にもギアの連結が維持される。これにより、工具交換時以外にも工具マガジン１の動作が可能となる。
本実施形態では、工具マガジン側ギア１０の形状を変更しているが、工具マガジン側ギア１０の形状を変更する代わりに、マガジン駆動モータ側ギア１１の形状を変更して、工具マガジン側ギア１０とマガジン駆動モータ側ギア１１の連結を維持するようにすることもできる。また、工具マガジン１が接近位置以外の箇所にある場合にも噛み合ってギアの連結が維持されるような形状の工具マガジン側ギア１０、マガジン駆動モータ側ギア１１を用いてもよい。
本発明の実施形態は、マガジン駆動モータ９と工具マガジン１が一体となって回動動作するものと、工具マガジン側ギア１０とマガジン駆動モータ側のギア１１との噛み合いが維持される構造として説明したが、これらの実施形態に限られるものではない。一例として、工具マガジン１とマガジン駆動モータ９との連結に自由継手を用いたり、ギアの代わりにローラ等を用いたり、工具マガジン１とマガジン駆動モータ９との間にベルトやチェーンを用いて動力伝達することも可能である。
１ 工具マガジン
２ 工具
３ グリップ
４ 工具交換位置
５ マガジン支持部
６ 支点
７ 主軸
８ 主軸頭
９ マガジン駆動モータ
１０ 工具マガジン側ギア
１１ マガジン駆動モータ側ギア
１２ マガジンシャフト
１３ 旋回軸
１４ マガジン駆動モータのロータ
１５ マガジン駆動モータのステータ
１６ 工具マガジン側ギアの歯面
２０ 回動部材
本願の請求項１に係る発明では、主軸を回転自在に支持する主軸頭と、周上に工具を保持する複数のグリップを備えた工具マガジンと、該工具マガジンを工具を割り出すために旋回動作させるための旋回軸と、該工具マガジンを前記主軸頭へ接近及び離反する方向に回動動作させるための回動軸と、該工具マガジンを旋回動作させるためのマガジン駆動モータと、を備えた工作機械の工具交換装置において、前記工具マガジンは工具マガジン動力伝達部を備え、前記マガジン駆動モータはマガジン駆動モータ動力伝達部を備え、前記工具マガジンは前記主軸頭への接近位置と離反位置との間において常時前記工具マガジン動力伝達部と前記マガジン駆動モータ側動力伝達部が噛合し、前記マガジン駆動モータは工作機械の非可動部に固定され、前記マガジン駆動モータ動力伝達部は、前記マガジン駆動モータの軸に固定されたマガジン駆動モータ側ギアを備え、前記工具マガジン動力伝達部は、前記工具マガジンに固定されると共に、前記マガジン駆動モータ側ギアと噛合する歯面を備えた工具マガジン側ギアを備え、前記工具マガジンの旋回軸を含む平面で切断した前記工具マガジン側ギアの歯面の断面形状は、前記工具マガジンの回動動作の支点を中心とした円弧であることを特徴とする工作機械の工具交換装置が提供される。
請求項１に係る発明では、工具マガジンが主軸頭から離反した位置にある場合にも、工具マガジンとマガジン駆動モータの連結を維持することにより、工具交換動作時以外にも工具マガジンの旋回が可能となる。
また、工具交換時以外にも工具マガジンの旋回動作が可能となり、工具交換時以外にもタレットの揺動による切粉の振り落とし機能やマガジン駆動モータ負荷トルク監視による工具重量の偏りの検出を行うことが可能となる。
さらに、工具マガジンを回動させても、工具マガジンとマガジン駆動モータとの連結が常に維持されるため、工具交換動作時以外にも工具マガジンの動作が可能となる。

Claims (3)

  1. 主軸を回転自在に支持する主軸頭と、
    周上に工具を保持する複数のグリップを備えた工具マガジンと、
    該工具マガジンを工具を割り出すために旋回動作させるための旋回軸と、
    該工具マガジンを前記主軸頭へ接近及び離反する方向に回動動作させるための回動軸と、
    該工具マガジンを旋回動作させるためのマガジン駆動モータと、を備えた工作機械の工具交換装置において、
    前記工具マガジンは工具マガジン動力伝達部を備え、
    前記マガジン駆動モータはマガジン駆動モータ動力伝達部を備え、
    前記工具マガジンは前記主軸頭への接近位置と離反位置との間において常時前記工具マガジン動力伝達部と前記マガジン駆動モータ側動力伝達部が噛合することを特徴とする工作機械の工具交換装置。
  2. 前記工具マガジンを回動させても、前記工具マガジンと前記マガジン駆動モータとの相対位置が略同一であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具交換装置。
  3. 前記マガジン駆動モータは工作機械の非可動部に固定され、
    前記マガジン駆動モータ動力伝達部は、前記マガジン駆動モータの軸に固定されたマガジン駆動モータ側ギアを備え、
    前記工具マガジン動力伝達部は、前記工具マガジンに固定されると共に、前記マガジン駆動モータ側ギアと噛合する歯面を備えた工具マガジン側ギアを備え、
    前記工具マガジンの旋回軸を含む平面で切断した前記工具マガジン側ギアの歯面の断面形状は、前記工具マガジンの回動動作の支点を中心とした円弧であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具交換装置。
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