JP2016068211A - 工作機械の工具交換方法及びツールマガジン - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械の主軸とツールマガジンに保持された工具とを直接着脱交換する工具交換方法及びツールマガジンを提供する。【解決手段】工作機械の工具交換方法であって、回転自在なツールマガジン１に備えた内側ツールホルダ２７又は外側ツールホルダ３５に保持された所望の工具２５を、工具交換位置Ａにおいて、主軸４３に保持し、前記主軸４３を、ツールホルダ２７，３５における工具保持部の開口方向へ移動してツールホルダ２７，３５から工具２５を取り外す。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばマシニングセンタ等のごとき工作機械の工具交換方法及び交換される複数の工具を着脱交換自在に備えるツールマガジンに係り、さらに詳細には、工作機械に備えた主軸とツールマガジンとの間において工具交換を直接行うことのできる工具交換方法及びツールマガジンに関する。

例えば、マシニングセンタ等の工作機械においては、複数の工具を着脱交換自在に保持したツールマガジンを備えている。そして、工作機械の主軸と前記ツールマガジンとの間において工具の交換を行うために、工具マガジンの工具を取り出して主軸に取り付けると共に、主軸の工具を取り外して工具マガジンに戻す作用をなす工具交換アームを備えた構成が一般的である。

上記構成においては、工具交換アームを備えるために、構成が複雑になると共に、１本の工具における加工時間が短い場合には、工具交換に時間を要することになるので、工具マガジンと主軸との間において工具交換を直接行う構成が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００８−１０５１７３号公報 特開２００９−２４８２２５号公報

前記特許文献１，２の記載の構成は、水平に回転自在な円板状の工具マガジンに、複数の工具を周方向に配置して着脱交換自在に備えた構成である。そして、工作機械における主軸を、前記工具マガジンの上方位置の工具交換位置に位置決めし、前記主軸を上下動することによって、工具交換位置に位置決めされた工具を直接交換する構成である。

上記構成によれば、工具マガジンと主軸との間において工具の交換が直接行われるものである。したがって、工具交換アームが不要となり、構成の簡素化を図ることができる。しかし、より多くの工具を円板状の工具マガジンに備えようとすると、工具マガジンの径が大径となり、全体的構成が大型になり易い、という問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、工作機械の工具交換方法であって、
（ａ）回転自在なツールマガジンに備えた内側ツールホルダ又は外側ツールホルダに保持された所望の工具を工具交換位置に位置決めする工程、
（ｂ）前記ツールマガジンに対して接近離反する方向及び前記ツールマガジンの径方向へ相対的に移動自在な工作機械の主軸を、前記工具交換位置に位置決めされた工具と対向した位置に位置決めする工程、
（ｃ）前記主軸を、対向した前記工具に対して相対的に接近移動して、当該主軸に前記工具を保持する工程、
（ｄ）前記工具が前記内側ツールホルダに保持された工具であるときには、前記主軸を、内側ツールホルダにおける工具保持部の開口方向へ移動して内側ツールホルダから工具を取り外し、前記工具が前記外側ツールホルダに保持された工具であるときには、前記主軸を、外側ツールホルダにおける工具保持部の開口方向へ移動して外側ツールホルダから工具を取り外す工程、
の各工程を備えていることを特徴とするものである。

また、工作機械における主軸に対して着脱交換する複数の工具を着脱交換自在に備えるツールマガジンであって、外方向又は内方向へ開口した複数の工具保持部を円形状に配置して備えた内側ツールホルダと、内方向又は外方向へ開口した複数の工具保持部を円形状に配置して備えた外側ツールホルダとを、回転位置決め自在な回転体に備えていることを特徴とするものである。

また、前記ツールマガジンにおいて、外側ツールホルダの内側に内側ツールホルダが配置してあり、前記外側ツールホルダにおける複数の工具保持部と内側ツールホルダの複数の工具保持部は、前記ツールホルダの周方向に互い違いに配置してあることを特徴とするものである。

また、前記ツールマガジンにおいて、前記外側ツールホルダと内側ツールホルダは段違いに配置してあることを特徴とするものである。

本発明によれば、複数の工具保持部を円形状に配置して備えた内外のツールホルダを複重に備えているので、回転自在なツールマガジンにより多くの工具を備えることができるものである。また、ツールホルダを複重に備えていることにより、工具数が多いにも拘らず、ツールマガジンの全体的構成を小径にでき、慣性モーメントを小さくできるものである。よって、ツールマガジンを高加減速で高速回転することができ、工具交換をより迅速に行うことができるものである。

本発明の実施形態に係るツールマガジンの斜視説明図である。 ツールマガジンの平面説明図である。 ツールマガジンの断面説明図である。 内側ツールホルダと外側ツールホルダとの配置関係を示す平面説明図である。 ツールマガジンと主軸との間の工具交換の工程説明図である。 ツールマガジンと主軸との間の工具交換の工程説明図である。 ツールマガジンと主軸との間の工具交換の工程説明図である。 ツールマガジンと主軸との間の工具交換の工程説明図である。 ツールマガジンと主軸との間の工具交換の工程説明図である。 ツールマガジンと主軸との間の工具交換の工程説明図である。 ツールマガジンと主軸との間の工具交換の工程説明図である。 ツールマガジンと主軸との間の工具交換の工程説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、水平に旋回（回転）自在な円板状のツールマガジンに、複数の工具を円形状に配置し、かつ工具交換を行うために、主軸を前記ツールマガジンの上方位置に位置決めし、上下動することによって、ツールマガジンと主軸との間において工具交換を直接行う構成の工作機械は、例えば前記特許文献１，２に記載されているように、既に公知であるから、工作機械の全体的な構成の説明は省略して、ツールマガジンの構成について説明することとする。

図１を参照するに、例えばマシニングセンタなどのごとき工作機械に使用するツールマガジン１は、工作機械における機体（図示省略）に固定したベースフレーム３を備えている。このベースフレーム３には支柱５が立設してあると共に、当該支柱５を中心として旋回（回転）自在な旋回部材としての回転ギア７がベアリング９を介して水平に回転自在に備えられている。そして、前記回転ギア７を回転するために、前記支柱５の上部には水平なモータブラケット１１の基端部が一体的に固定してあり、このモータブラケット１１の先端側には、サーボモータ１３が装着してある。このサーボモータ１３の出力軸に備えた出力ギア１５は前記回転ギア７に噛合してある。なお、前記ベースフレーム３にサーボモータ１３を装着して、サーボモータ１３と旋回部材とを直結した構成とすることも可能である。

前記回転ギア７には、放射外方向へ延伸した複数の支持アーム１７を備えた回転体（回転部材）としてのリング部材１９（図３参照）が一体的に固定してある。前記各支持アーム１７の先端側は、図１，３に示すように、前記サーボモータ１３よりも高く形成してある。そして、前記各支持アーム１７の先端側には、内側リング部材２１と外側リング部材２３が一体的に備えられている。前記内側リング部材２１と外側リング部材２３は段違いに備えられている。なお、本実施形態においては、内側リング部材２１よりも外側リング部材２３を高く構成してあるが、逆に、外側リング部材２３よりも内側リング部材２１を高く構成することも可能である。

前記内側リング部材２１には、例えばドリルなどのごとき適宜の工具２５を着脱交換自在に支持する複数の内側ツールホルダ２７が周方向に適宜間隔に備えられている。上記内側ツールホルダ２７には、前記工具２５を支持するために工具保持部としての工具支持凹部２９（図４参照）が備えられている。そして、上記工具支持凹部２９に対して工具２５を放射方向（径方向）に着脱交換するために、前記工具支持凹部２９には放射内方向へ開口した開口部３１が形成してあり、この開口部３１には、工具２５の脱落を防止するために、例えばボールプランジャなどのごとき脱落防止機構３３が備えられている。

前記外側リング部材２３には、工具２５を着脱交換自在に支持する複数の外側ツールホルダ３５が周方向に適宜間隔に備えられている。この外側ツールホルダ３５には、前記内側ツールホルダ２７と同様に、工具２５を支持するための工具保持部としての工具支持凹部３７が備えられている。そして、前記工具支持凹部３７に対して工具２５を放射方向に着脱交換するために、前記工具支持凹部３７には放射外方向へ開口した開口部３９が形成してあり、この開口部３９には、内側ツールホルダ２７同様に脱落防止機構（ボールプランジャ）４１が備えられている。

回転体（回転部材）としての前記リング部材１９に備えた前記内側ツールホルダ２７と外側ツールホルダ３５は、図２，４に示すように、前記リング部材２１，２３の周方向に互い違い（千鳥足状）に配置してある。したがって、内外の工具２５を放射方向に直線的に配置する場合に比較して、外側リング部材２３の径をより小径にすることができ、ツールマガジン１のコンパクト化を図ることができるものである。なお、内側ツールホルダ２７と外側ツールホルダ３５は、同一位相に配置することも可能である。

以上のごとき構成において、制御装置（図示省略）の制御の下に、前記サーボモータ１３の回転を制御することにより、内側のツールホルダ２７及び外側のツールホルダ３５を前記サーボモータ１３から離反した位置の工具交換位置Ａ（図５参照）にそれぞれ割出し位置決めすることができるものである。また、工作機械に備えた主軸４３を、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動して、前記工具交換位置Ａに対応した位置に位置決めして、前記内外のツールホルダ２７，３５と主軸４３との間において工具２５の着脱交換を直接行うことができるものである。なお、前記主軸４３は、上下動自在な上下スライダの下部に備えたモータ（図示省略）によって水平な旋回軸Ｓを中心として回動されるモータブラケットＭＢに備えられている。

さて、前記主軸４３に装着してある使用済みの工具２５をツールマガジン１に戻すには、前記主軸４３に工具２５を装着することによって空になった内側のツールホルダ２７又は外側のツールホルダ３５を工具交換位置Ａに位置決めする。また、工作機械における主軸４３を、前記内側のツールホルダ２７又は外側のツールホルダ３５に対応した位置に位置決めする（図５参照）。そして、前記主軸４３に保持された工具２５の保持部を、戻すべきツールホルダ３５（２７）と同一高さに位置決めする（図６参照）。

その後、前記主軸４３を、ツールマガジン１に対して放射内方向又は放射外方向に移動して、前記工具２５を、空のツールホルダ３５（２７）に装着する（図７参照）。次に、主軸４３による工具２５の保持を解放し、主軸４３を、空のツールホルダ３５（２７）に装着した工具２５から当該工具２５の軸方向に離反する（図８参照）。次に、前記工具交換位置Ａに対応した位置において、前記主軸４３を、内側のツールホルダ２７又は外側のツールホルダ３５に対応した位置に予め位置決めする（図９参照）。

この場合、次に主軸４３に装着する工具２５が前述した空のツールホルダ３５（２７）と同じ外側ツールホルダ３５又は内側ツールホルダ２７に属する場合には、主軸４３を放射方向に移動することなく、前記離反した位置に待機した状態に保持する。なお、次に主軸４３に装着する工具２５が前述した空のツールホルダ３５（２７）が属する外側ツールホルダ３５又は内側ツールホルダ２７と異なる場合には、主軸４３に次に装着する工具が保持されている内側又は外側のツールホルダ２７，３５に対応するように、主軸４３を、放射内方向又は放射外方向に移動位置決めする（図９参照）。

そして、主軸４３に対して次に装着すべき工具２５を保持したツールホルダ２７（３５）を、前記主軸４３に対応する工具交換位置Ａに割り出し位置決めする。その後、主軸４３を装着すべき工具２５方向へ移動し、主軸４３に工具２５を直接装着する（図１０参照）。そして、ツールホルダ２７（３５）から工具２５を取り外すために、前記主軸４３を放射内方向又は放射外方向に移動する（図１１参照）。その後、前記主軸４３を、工具２５の軸方向に移動することにより、主軸４３に対して工具２５の着脱交換が行われるものである（図１２参照）。

以上のごとき説明より理解されるように、本実施形態においては、主軸４３はツールマガジン１の内側上方において、ツールマガジン１に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動して、ツールマガジン１に備えられている工具２５の着脱交換を直接行うものである。この場合、ツールマガジン１の径方向に複重に備えた内側ツールホルダ２７は、外側ツールホルダ３５より低く備えられているので、工具２５の着脱交換時に、モータブラケットＭＢが、交換すべき工具２５に隣接して備えられている工具２５と干渉するようなことはないものである。

なお、主軸４３がツールマガジン１の外側上方においてＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動する構成の場合には、外側ツールホルダ３５よりも内側ツールホルダ２７を高く構成すればよいものである。

ところで、本発明は、前述したごとき実施形態に限ることなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態で実施可能なものである。すなわち、内側ツールホルダ２７と外側ツールホルダ３５とを段違いに備えた場合について説明した。しかし、内側ツールホルダ２７と外側ツールホルダ３５とを同一高さに備えることも可能である。

また、前記説明においては、内側ツールホルダ２７の開口部３１は放射内方向に開口し、外側ツールホルダ３５の開口部３９は放射外方向に開口した構成の場合について例示した。しかし、内側ツールホルダ２７の開口部３１は内側に限ることなく、放射外方向に開口してもよいものである。また外側ツールホルダ３５の開口部３９も、外側に限ることなく内側に開口してもよいものである。さらに、内側ツールホルダ２７と外側ツールホルダ３５とを、ツールマガジン１の径方向に二重に配置した場合について例示したが、ツールホルダは二重構成に限ることなく三重以上に配置することも可能なものである。

また、前記主軸４３は、ツールマガジン１に対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動位置決め自在であるから、工具交換位置Ａは１箇所に限ることなく、ツールマガジン１に対して主軸４３が相対的に移動位置決め自在な所望の複数箇所とすることも可能なものである。さらには、ツールマガジン１を、Ｘ，Ｙ軸方向の所望方向へ移動位置決め可能な構成とすることも可能である。この場合、主軸４３のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動と、ツールマガジン１の旋回位置決め及びＸ，Ｙ軸の所望方向への移動位置決めとを同時的に行うことが可能である。したがって、主軸４３に対する工具交換をより迅速に行うことが可能なものである。

１ ツールマガジン
１９ リング部材（回転体、回転部材）
２１ 内側リング部材
２３ 外側リング部材
２５ 工具
２７ 内側ツールホルダ
２９ 工具支持凹部（工具保持部）
３１ 開口部
３５ 外側ツールホルダ
３７ 工具支持凹部
３９ 開口部
４３ 主軸
Ａ 工具交換位置

Claims (4)

1. 工作機械の工具交換方法であって、
   （ａ）回転自在なツールマガジンに備えた内側ツールホルダ又は外側ツールホルダに保持された所望の工具を工具交換位置に位置決めする工程、
   （ｂ）前記ツールマガジンに対して接近離反する方向及び前記ツールマガジンの径方向へ相対的に移動自在な工作機械の主軸を、前記工具交換位置に位置決めされた工具と対向した位置に位置決めする工程、
   （ｃ）前記主軸を、対向した前記工具に対して相対的に接近移動して、当該主軸に前記工具を保持する工程、
   （ｄ）前記工具が前記内側ツールホルダに保持された工具であるときには、前記主軸を、内側ツールホルダにおける工具保持部の開口方向へ移動して内側ツールホルダから工具を取り外し、前記工具が前記外側ツールホルダに保持された工具であるときには、前記主軸を、外側ツールホルダにおける工具保持部の開口方向へ移動して外側ツールホルダから工具を取り外す工程、
   の各工程を備えていることを特徴とする工作機械の工具交換方法。
2. 工作機械における主軸に対して着脱交換する複数の工具を着脱交換自在に備えるツールマガジンであって、外方向又は内方向へ開口した複数の工具保持部を円形状に配置して備えた内側ツールホルダと、内方向又は外方向へ開口した複数の工具保持部を円形状に配置して備えた外側ツールホルダとを、回転位置決め自在な回転体に備えていることを特徴とするツールマガジン。
3. 請求項２に記載のツールマガジンにおいて、外側ツールホルダの内側に内側ツールホルダが配置してあり、前記外側ツールホルダにおける複数の工具保持部と内側ツールホルダの複数の工具保持部は、前記ツールホルダの周方向に互い違いに配置してあることを特徴とするツールマガジン。
4. 請求項３に記載のツールマガジンにおいて、前記外側ツールホルダと内側ツールホルダは段違いに配置してあることを特徴とするツールマガジン。