JP2015223670A - 自動工具交換装置付きドリルタップマシン - Google Patents

Abstract

【課題】複数の工具交換が自動で行え、しかも比較的狭い場所に水平設置も可能な自動工具交換装置付きドリルタップマシンを提供する。【解決手段】第１のモータ２４によって回転駆動され、第２のモータ３２によって進退移動する主軸１８の先部に工具ホルダ１５を固定又は解放する保持手段１６を設けた電動加工装置（ドリルタップマシン）の外側ケーシング１１の前側に支持部材３３を設け、この支持部材３３に、主軸１８の軸心を中心として半径方向に移動して、工具ホルダ１５の把持及び把持解放を行う複数の工具交換機構４０を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、ドリル又はタップ等の工具を自動的に取り替えて孔加工又はねじ加工を行う自動工具交換装置付きドリルタップマシンに関する。

例えば、特許文献１に示すように、電動シリンダの回転軸の先部にチャックを取付け、このチャックにドリルやタップを装着し、ねじ孔加工を行う電動加工装置は広く知られまた使用されている。ところが、特許文献１記載の電動加工装置を用いてねじ孔（雌ねじ）加工を行う場合、最初はチャックに所定径のドリルを装着して孔加工を行い、次にドリルをチャックから外してタップをチャックに取付けてねじ切り加工を行う必要があり、極めて手間であった。

そこで、複数の電動加工装置を用意して、ドリル加工とタップ加工を分けて行うことも行われているが、ワーク又は電動加工装置を動かす必要があり、位置合わせが手間であるという問題があった。
そこで、特許文献２に記載のように、複数の刃物（ドリル、タップ等をいう）の付いたチャックを並べておき、必要に応じて刃物を選択することも行われている（通常、ＡＴＣと呼ばれている）。

特開２００３−１３６３１４号公報 特開２０１０−４２４５８号公報

しかしながら、特許文献２記載の自動工具交換装置付きの工作機械は、平面板に複数の工具を並べるもので、かなり大型の装置となり、自動車や家電製品の組立ラインの一部に使用することは困難であった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来の簡易取付け型の電動加工装置を更に発展させ、複数の工具交換が自動で行え、しかも設置性（取付け易さ）がよく比較的狭い場所での水平設置も可能な自動工具交換装置付きドリルタップマシンを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシンは、外側ケーシングと、
前記外側ケーシング内に前後動可能に配置された筒状ケーシングと、
前記筒状ケーシング内に第１のベアリング群を介して回転自在に配置され、前側に工具ホルダを取付け可能な保持手段が形成され、後側には第１のスプラインが形成された主軸と、
前記外側ケーシングの後部に第２のベアリング群を介して回転自由に配置され、前部には前記第１のスプラインに噛合する第２のスプラインを備え、後部には動力伝達手段を備えた駆動軸と、
前記駆動軸を回転駆動する第１のモータと、
前記主軸及び前記駆動軸に平行に配置され、前記外側ケーシングに第３のベアリング群を介して回転自由に設けられた雄ねじ及び該雄ねじに螺合する雌ねじと、
前記雌ねじと前記筒状ケーシングの後部とを連結する連結金具と、
前記雄ねじを回転駆動する第２のモータと、
前記外側ケーシングの前側に取付けられ、前記主軸の軸心に対して直交する取付け面を有する支持部材と、
前記支持部材の取付け面に装着され、前記主軸の軸心に向かって前記工具ホルダを第１のシリンダによって半径方向に進退移動し、第２のシリンダによって半径方向内側に取付けられた前記工具ホルダの把持及び把持解放をそれぞれ行う複数の工具交換機構とを有し、しかも前記雄ねじと前記雌ねじにはボールねじ機構が使用されている。

また、本発明に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシンにおいて、前記支持部材は正面視して半径方向内側領域が欠損した半円形状又は円弧角が１８０度未満の扇形形状となって、しかも、前記半円形状又は前記扇形形状の中心は、前記主軸の軸心に一致するのが好ましい。

本発明に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシンにおいて、前記工具ホルダは、前部に工具チャックを、後部に前記主軸のテーパ孔に係合するテーパ部と該テーパ部の基部に形成された膨径部とを有し、前記保持手段は前記膨径部を挟持するクランプ機構と、該クランプ機構によって挟持した前記膨径部を後方に付勢するスプリングと、該スプリングに対向して前記クランプ機構の動作を解除する第３のシリンダとを有するのが好ましい。

そして、本発明に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシンにおいて、前記スプリングは前記主軸に内蔵されて、前記第３のシリンダは前記主軸を横方向に貫通するピンをリング状ロッドで押圧することによって、前記クランプ機構の動作を解除するのが好ましい。

本発明に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシンは、固定状態にある外側ケーシングに対して、筒状ケーシングが前後動し、この動きはボールねじ機構を介して第２のモータによって制御され。主軸の回転は噛合する第１、第２のスプラインを通じて、第１のモータによって駆動されるので、回転駆動系がコンパクトになる。
そして、外側ケーシングの前側（先部）には、主軸の軸心に対して直交する取付け面を有する支持部材が設けられ、この支持部材の取付け面に装着され、半径方向に進退して工具ホルダの把持及び把持解放をそれぞれ行う複数の工具交換機構を有するので、複数の工具（刃物）の自動交換ができる。

特に、本発明に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシンにおいて、支持部材が正面視して半径方向内側領域が欠損した半円形状又は円弧角が１８０度未満の扇形形状となって、しかも、半円形状又は扇形形状の中心を、主軸の軸心に一致するようにした場合は、外側ケーシングをそのまま平面状の載置面（その他の取付け部材）に取付けることができ、従来の環状の支持部材を用いる場合より狭いスペースにこの自動工具交換装置付きドリルタップマシンを取付けることができる。

また、本発明に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシンにおいて、保持手段が工具ホルダの膨径部を挟持するクランプ機構と、クランプ機構によって挟持した膨径部を後方に付勢するスプリングと、スプリングに対向してクランプ機構の動作を解除する第３のシリンダとを有する場合は、常時は、スプリングでクランプ機構の動作を行っているので、仮に停電となった場合でも、工具ホルダが外れるという心配がない。

そして、本発明に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシンにおいて、スプリングが主軸に内蔵されて、第３のシリンダが主軸を横方向に貫通するピンをリング状ロッドで押圧することによって、クランプ機構の動作を解除するようにした場合は、この自動工具交換装置付きドリルタップマシンの分解、組立が容易となる。

本発明の一実施の形態に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシンの側断面図である。 同自動工具交換装置付きドリルタップマシンの部分側断面図である。 （Ａ）は同自動工具交換装置付きドリルタップマシンの工具交換機構の正面図、（Ｂ）は同左側面図、（Ｃ）は同一部省略右側面図、（Ｄ）は同一部省略平面図である。 同自動工具交換装置付きドリルタップマシンの一部省略背面図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。図１〜図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る自動工具交換装置付きドリルタップマシン１０は、
１）外側ケーシング１１と、
２）外側ケーシング１１内に前後動可能に配置された筒状ケーシング１２と、
３）筒状ケーシング１２内に第１のベアリング群の一例であるベアリング１３、１４を介して回転自在に配置され、前側（先部）に工具ホルダ１５を取付け可能な保持手段１６が形成され、後側には第１のスプラインの一例であるスプライン孔１７が形成された一部中空の主軸１８と、
４）外側ケーシング１１の後部に第２のベアリング群の一例であるベアリング１９、２０を介して回転自由に配置され、前部にはスプライン孔１７に噛合する第２のスプラインの一例であるスプライン軸２１を備え、更に後部には動力伝達手段の一例であるプーリ２２を備えた駆動軸２３と、
５）駆動軸２３を回転駆動する第１のモータ（サーボモータ）２４と、
６）主軸１８及び駆動軸２３に平行に配置され、外側ケーシング１１に第３のベアリング群の一例であるベアリング２６、２７を介して回転自由に設けられた雄ねじ２８及び雄ねじ２８に螺合する雌ねじ２９を備えたボールねじ機構３０と、
７）雌ねじ２９を筒状ケーシング１２の後部に連結する連結金具３１と、
８）雄ねじ２８を回転駆動する第２のモータ（サーボモータ）３２と、
９）外側ケーシング１１の先側（前側）に取付けられ、主軸１８の軸心に対して直交する取付け面を有する正面視して半円形状の支持部材３３（図２には図示せず）と、
１０）支持部材３３の取付け面に装着されガイド部材３４に沿って、第１のシリンダ３５によって主軸１８の軸心に向かって半径方向に進退移動するスライド部材３７、スライド部材３７の半径方向内側端に工具ホルダ１５を把持及び把持解放する第２のシリンダ３９をそれぞれ備えた複数の工具交換機構４０とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。

外側ケーシング１１は、例えば、アルミニウム、アルミ合金ダイキャスト、鋳物、マグネシウム合金ダイキャスト等からなって、主軸１８を回転可能に支持する筒状ケーシング１２を前後動可能に支持する領域４２と、筒状ケーシング１２を前後動するボールねじ機構３０を収納する領域４３とを有する。

図１、図２に示すように、主軸１８の先部（全部）はテーパ孔４４ａとなって、工具ホルダ１５の後部に設けられたテーパ部４４が嵌入する。工具ホルダ１５の後端（即ち、基部）に形成された膨径部４５を挟持する複数の開閉する掛止爪を備えたクランプ機構４６が主軸１８内に設けられ、主軸１８の先部に取付けられる工具ホルダ１５を固定する。工具ホルダ１５には先部に、ドリル又はタップ等の切削工具３８ｄが交換可能に取付けられるチャック（工具チャック）４７が設けられている。

主軸１８の後部には、内側にスプライン孔１７を有する管軸４８（主軸１８の後半分を形成している）が設けられ、スプライン孔１７には駆動軸２３の前側に形成されたスプライン軸２１が嵌入している。管軸４８は第４のベアリング群の一例であるベアリング５０、５１に支持されている。また、スプライン軸２１の後部にはプーリ２２を備えている。
これによって、駆動軸２３から主軸１８に回転動力を与え、しかも、駆動軸２３を基準にして主軸１８が前後動できる構造となっている。管軸４８は筒状ケーシング１２に連結され、更に筒状ケーシング１２は連結金具３１を介して雌ねじ２８に連結されている。

図２に示すように、筒状ケーシング１２の後側には前後方向に２つのピストン５３、５４を有するエアシリンダ（第３のシリンダの一例）５５が設けられている。このエアシリンダ５５の内筒（リング状ロッド）５５ａが出力軸を構成し、エアシリンダ５５を作動して内筒５５ａが前進する場合は、クランプ機構４６の操作軸５６の中間位置に貫通して設けられ、しかも主軸１８を横方向に貫通するピン５７を、前方に押圧できる構造となっている。図２において、５５ｃ、５５ｄはそれぞれエアシリンダ５５の吸気口、排気口を示す。

操作軸５６の先部には、膨径部４５を挟持するクランプ機構４６が設けられ、操作軸５６を前方に押すとクランプ機構４６による膨径部４５の掴持が解除し、主軸１８に内蔵された複数枚重ねた皿バネ（スプリングの一例）５７ａで操作軸５６を後方に押して、膨径部４５の掴持及び後方引っ張りを行うようになっている。これによって、工具ホルダ１５をクランプ中にエア源が切れても、皿バネ５７によって工具ホルダ１５を主軸１８の先部にクランプ保持する。以上に説明したクランプ機構４６、皿ばね５７ａ、及びエアシリンダ５５を有して、工具ホルダ１５の把持及び把持解放を行う保持手段１６が構成される。

外側ケーシング１１には、前後をベアリング２６、２７によって支持された雄ねじ２８が設けられ、これに雌ねじ２９が螺合している。雄ねじ２８と雌ねじ２９の螺合にはボールが使用され、これによって、摩擦係数の極めて少ないボールねじ機構３０を形成している。図４に示すように、雄ねじ２８の後部には、プーリ６０、ベルト６１、プーリ６２を介して第２のモータ３２が連結され、雄ねじ２８を所定角度回転させて、筒状ケーシング１２及び主軸１８を前後動する。

なお、プーリ２２には、ベルト６３、プーリ６４を介して第１のモータ２４から回転動力を与え、主軸１８を正転又は逆転させる。そして、第１のモータ２４、第２のモータ３２は支持部材６６を介して外側ケーシング１１に固定されている。
筒状ケーシング１２の下部には、取付け部材６７を介して、前後左右にスライド部材６８が設けられ、直下に配置されたスライドレール６９、７０上を前後方向に移動できる。これによって、筒状ケーシング１２の前後動を確保している。

次に、図３（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、正面視して半径方向内側領域が欠損した半円形状の支持部材３３に取付けられている工具交換機構４０について説明する。この実施の形態においては、５の工具交換機構４０が設けられているが、最低限２つであってもよい。なお、複数の工具交換機構４０が同時に作動しないようにインターロック回路が設けられている。
全ての工具交換機構４０は、主軸１８の先側に工具ホルダ１５を取付け又は取り外すものであるので、それぞれの軸心は主軸１８の軸心と直交する。この実施の形態において、支持部材３３に複数本のリニアレールからなるガイド部材３４が放射状に等間隔で取付けられ、このガイド部材３４に沿ってスライド部材３７が摺動移動可能に設けられている。

このスライド部材３７の片側には、第１のシリンダ３５が調整機構７４を介して設けられ、スライド部材３７が主軸１８の軸心に向けて進退移動する。なお、調整機構７４は第１のシリンダ３５が伸びた場合の、スライド部材３７の位置を調整するものである。この場合スライド部材３７の半径方向内側には、半円形の突出保持部７５が設けられ、工具ホルダ１５の中間位置に設けられたリング溝７６にこの突出保持部７５が嵌入して、工具ホルダ１５の片側半分を支持できる構造となっている。

突出保持部７５の外側には、押さえ爪７７が設けられ、リング溝７６に嵌入した突出保持部７５を保持する。リング溝７６を突出保持部７５に把持する荷重は重ね合わせた皿ばね７８によって形成され、把持を解除する場合は、第２のシリンダ７９を操作することによって行う。これによって、事故等でエア源の供給に支障がある場合は、皿ばね７８で押さえ爪７７を保持し、リング溝７６からスライド部材３７が外れないようにしている。

続いて、この自動工具交換装置付きドリルタップマシン１０の使用方法及び動作について説明する。
まず、所定位置にこの自動工具交換装置付きドリルタップマシン１０を取付ける。この場合、外側ケーシング１１に取付けられた支持部材３３は、この自動工具交換装置付きドリルタップマシン１０の底板材７９を基準にして上側に半円形状であるので、工具交換機構４０を支持部材３３上に並べて取付けることができる。半円形状の支持部材３３の中心は、主軸１８の軸心に一致している。

この場合、この自動工具交換装置付きドリルタップマシン１０をＸＹテーブルの上に取付けると、二次元上を自動工具交換装置付きドリルタップマシン１０を移動させることができる。この自動工具交換装置付きドリルタップマシン１０を所定の位置に設置した後、工具ホルダ１５のチャック４７に使用する刃物（ドリル、タップ）を取付ける。第１のシリンダ３５を縮め、第２のシリンダ３９を伸ばした状態（即ち、工具交換機構４０の先側に設けられた突出保持部７５が半径方向外側にあって、半円形の突出保持部７５が開いた状態）で、突出保持部７５に工具ホルダ１５を装着する。

この後、第２のシリンダ３９を縮めて、皿バネ５７によって押さえ爪７７を作動させ、工具ホルダ１５を突出保持部７５に固定する。
この状態で、最初に使用する工具を、工具ホルダ１５と共に、第１のシリンダ３５を伸ばして、主軸１８の軸心まで移動させる。なお、この時点では筒状ケーシング１２は、外側ケーシング１１の後ろ側待機位置にある。

次に、第２のモータ３２を所定方向に回転させて、雄ねじ２８を回転駆動し、筒状ケーシング１２を前進させ、主軸１８の先部にあるテーパ孔４４ａに工具ホルダ１５のテーパ部４４を嵌入させる。この時、エアシリンダ５５を作動させて、クランプ機構４６を開き、工具ホルダ１５の膨径部４５を把持しないようになっている。
これによって、クランプ機構４６に膨径部４５が嵌入するので、エアシリンダ５５を解除し、皿ばね５７ａによって、クランプ機構４６を作動させて工具ホルダ１５を主軸１８の先部に固定する。

次に、第１のモータ２４を回転させて、駆動軸２３を介して主軸１８を回転させ、更に第２のモータ３２を回転させて、対象物に孔加工又はねじ切り加工を行う。この場合、下孔は一つの工具交換機構４０に設けられたドリルで形成し、次に別の工具交換機構４０に設けられたタップでねじ加工することもできる。なお、これらの制御は、予めプログラムされた手順に基づいて行う。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
この実施の形態では、スプリングとして多数枚重ねた皿ばねを用いているが、コイルばねを使用することも可能である。また、シリンダとしてエアシリンダを用いるのが好ましいが、油圧シリンダであってもよい。
更に、支持部材は前記実施の形態では半円形状であったが、円弧角が１８０度未満の扇形形状、矩形、その他の多角形であっても本発明は適用される。

１０：自動工具交換装置付きドリルタップマシン、１１：外側ケーシング、１２：筒状ケーシング、１３、１４：ベアリング、１５：工具ホルダ、１６：保持手段、１７：スプライン孔、１８：主軸、１９、２０：ベアリング、２１：スプライン軸、２２：プーリ、２３：駆動軸、２４：第１のモータ、２６、２７：ベアリング、２８：雄ねじ、２９：雌ねじ、３０：ボールねじ機構、３１：連結金具、３２：第２のモータ、３３：支持部材、３４：ガイド部材、３５：第１のシリンダ、３７：スライド部材、３８ｄ：切削工具、３９：第２のシリンダ、４０：工具交換機構、４２、４３：領域、４４：テーパ部、４４ａ：テーパ孔、４５：膨径部、４６：クランプ機構、４７：チャック、４８：管軸、５０、５１：ベアリング、５３、５４：ピストン、５５：エアシリンダ、５５ａ：内筒、５５ｃ：吸気口、５５ｄ：排気口、５６：操作軸、５７：ピン、５７ａ：皿バネ、６０：プーリ、６１：ベルト、６２：プーリ、６３：ベルト、６４：プーリ、６６：支持部材、６７：取付け部材、６８：スライド部材、６９、７０：スライドレール、７４：調整機構、７５：突出保持部、７６：リング溝、７７：押さえ爪、７８：皿ばね、７９：底板材

Claims (4)

1. 外側ケーシングと、
   前記外側ケーシング内に前後動可能に配置された筒状ケーシングと、
   前記筒状ケーシング内に第１のベアリング群を介して回転自在に配置され、前側に工具ホルダを取付け可能な保持手段が形成され、後側には第１のスプラインが形成された主軸と、
   前記外側ケーシングの後部に第２のベアリング群を介して回転自由に配置され、前部には前記第１のスプラインに噛合する第２のスプラインを備え、後部には動力伝達手段を備えた駆動軸と、
   前記駆動軸を回転駆動する第１のモータと、
   前記主軸及び前記駆動軸に平行に配置され、前記外側ケーシングに第３のベアリング群を介して回転自由に設けられた雄ねじ及び該雄ねじに螺合する雌ねじと、
   前記雌ねじと前記筒状ケーシングの後部とを連結する連結金具と、
   前記雄ねじを回転駆動する第２のモータと、
   前記外側ケーシングの前側に取付けられ、前記主軸の軸心に対して直交する取付け面を有する支持部材と、
   前記支持部材の取付け面に装着され、前記主軸の軸心に向かって前記工具ホルダを第１のシリンダによって半径方向に進退移動し、第２のシリンダによって半径方向内側に取付けられた前記工具ホルダの把持及び把持解放をそれぞれ行う複数の工具交換機構とを有し、しかも前記雄ねじと前記雌ねじにはボールねじ機構が使用されている自動工具交換装置付きドリルタップマシン。
2. 請求項１記載の自動工具交換装置付きドリルタップマシンにおいて、前記支持部材は正面視して半径方向内側領域が欠損した半円形状又は円弧角が１８０度未満の扇形形状となって、しかも、前記半円形状又は前記扇形形状の中心は、前記主軸の軸心に一致する自動工具交換装置付きドリルタップマシン。
3. 請求項１又は２記載の自動工具交換装置付きドリルタップマシンにおいて、前記工具ホルダは、前部に工具チャックを、後部に前記主軸のテーパ孔に係合するテーパ部と該テーパ部の基部に形成された膨径部とを有し、前記保持手段は前記膨径部を挟持するクランプ機構と、該クランプ機構によって挟持した前記膨径部を後方に付勢するスプリングと、該スプリングに対向して前記クランプ機構の動作を解除する第３のシリンダとを有する自動工具交換装置付きドリルタップマシン。
4. 請求項３記載の自動工具交換装置付きドリルタップマシンにおいて、前記スプリングは前記主軸に内蔵されて、前記第３のシリンダは前記主軸を横方向に貫通するピンをリング状ロッドで押圧することによって、前記クランプ機構の動作を解除する自動工具交換装置付きドリルタップマシン。

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