JP2017052023A - 工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】長尺工具であっても機械全体を大型化させることなく、かつ簡単な構造で交換できる工具交換装置を備えた工作機械を提供する。【解決手段】工具保持部８は、２本のボーリングバーＴを、その軸線Ｔａが主軸軸線２ａと平行となるように保持し、工具交換機構９は、前記ボーリングバーＴを、工具交換位置Ｄに位置する前記主軸２の軸線２ａ及び工具保持部８に位置する前記ボーリングバーＴの軸線Ｔａを含む平面Ｃ上において少なくとも円弧移動させることにより工具保持位置Ｅから前記工具交換位置Ｄに移動させる円弧移動機構１２を有する。【選択図】図１３

Description

本発明は、工具保持部に保持された工具と主軸に把持された工具とを交換する工具交換装置を備えた工作機械に関し、特に長尺工具の交換に好適の工具交換装置に関する。
例えばボーリングバー等の長尺工具の工具交換に適した従来の工具交換装置として、複数本のボーリングバーを収容すると共に、各ボーリングバーを直線移動させて所定高さの工具交換位置に割り出し可能に構成されたボーリングバーマガジンを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
また、主軸管にスリーブを軸方向移動可能に配設し、該スリーブにより平行リンク機構を介して工具を支持し、平行リンク機構を駆動するシリンダ機構と、スリーブを軸方向に駆動するシリンダ機構とを設け、さらにスリーブを軸回りに回転させる駆動機構を設けた工具交換装置がある（例えば特許文献２参照）。
実用新案登録第３１６５１５８号公報 特開平８−１４６８号公報
前記特許文献１に記載の従来装置におけるボーリングバーマガジンは、長尺のボーリングバーを、その軸線が主軸の軸線に直交するように、つまり機械正面視で幅方向に延びるように収容する構造を有するため、機械全体が幅方向に大型化するという問題がある。
前記特許文献２に記載の従来装置は、複雑な動作により工具を主軸に着脱するようになっているため、構造が複雑になるという問題がある。
本発明は、長尺工具であっても、機械全体を大型化させることなく、かつ簡単な構造で交換できる工具交換装置を備えた工作機械を提供することを課題としている。
請求項１の発明は、複数の工具を保持する工具保持部と、該工具保持部に保持された工具と主軸に把持された工具とを交換する工具交換機構とを有する工具交換装置を備えた工作機械において、
前記工具保持部は、複数本の工具を、その軸線が前記主軸の軸線と平行となるように保持し、前記工具交換機構は、前記工具を、前記工具交換機構と前記主軸の相対的な移動により前記各工具に応じて異なる工具交換位置に位置させた前記主軸の軸線及び工具保持部に位置する前記工具の軸線を含む平面上において少なくとも円弧移動させることにより、工具保持位置から前記主軸の軸線と同軸をなす工具交換位置に移動させる円弧移動機構を有することを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の工作機械において、
前記工具保持部は、前記主軸の側方に位置することを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１に記載の工作機械において、
前記工具交換機構は、さらに前記工具を、前記円弧移動の少なくとも前において前記工具の軸線方向に直線移動させる直線移動機構を有することを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の工作機械において、
前記工具は、長尺の穴加工を行うためのボーリングバーであることを特徴としている。
請求項1の発明によれば、複数本の工具を、その軸線が前記主軸の軸線と平行となるように保持したので、長尺工具であっても、主軸軸線と直交するように保持した場合に比較して、主軸軸線方向視における機械全体の幅寸法を小型化することができる。
また、前記工具を、主軸の軸線及び前記工具の軸線を含む平面上において円弧移動させることにより工具保持位置から主軸軸線と同軸をなす工具交換位置に移動させるようにしたので、スリーブを軸線方向に駆動すると共に回転駆動する場合に比較して、構造を簡素化できる。
請求項２の発明によれば、工具保持部を前記主軸の側方に位置するように配置したので、この点からも主軸軸線方向視における機械全体の幅寸法を小型化することができる。
請求項３の発明によれば、前記円弧移動機構に加えて前記工具を軸線方向に直線移動させる直線移動機構を設けたので、請求項４の発明におけるボーリングバーのような長尺の工具であっても、その一部が主軸の工具把持部と幅方向視で重なるように、機械奥側に配置でき、機械手前側に他の機構を配設するスペースを確保できると共に、機械全体を主軸軸線方向においても小型化することができる。
即ち、工具交換にあたっては、前記円弧移動に先立って、直線移動機構により工具を前記重なりが解消するよう直線移動させ、その後に前記円弧移動機構により工具を円弧移動させることで、工具の一部が主軸の工具把持部と重なるように配置した場合でも支障なく工具交換を行うことができる。
また、前記直線移動機構を、工具を前記円弧移動の後においても直線移動させるように構成した場合は、主軸の工具把持部に工具を把持させる際に、工具のテーパシャンク部と主軸のテーパ穴部との干渉を回避でき、工具交換をより一層容易確実に実行できる。
本発明の実施例１に係る工具交換装置を備えた工作機械の正面側から見た正面斜視図である。 前記工具交換装置を機械正面側から見た正面斜視図である。 前記工具交換装置を機械側面側から見た側面斜視図である。 前記工具交換装置を主軸軸線と直交する方向から見た側面図である。 前記工具交換装置の平面図である。 前記工具交換装置を機械奥側から主軸軸線方向に見た背面図である。 工具交換における準備工程を示す正面斜視図である。 工具交換におけるシャッタ開工程を示す正面斜視図である。 工具交換における工具前進移動工程を示す正面斜視図である。 工具交換における工具円弧移動工程を示す正面斜視図である。 工具交換における工具後退移動工程を示す正面斜視図である。 工具交換における工具引き抜き工程を示す正面斜視図である。 工具交換における準備工程を示す平面図である。 工具交換における工具前進移動工程を示す平面図である。 工具交換における工具円弧移動工程を示す平面図である。 工具交換における工具後退移動工程を示す平面図である。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図１６は本発明の実施例１に係る工具交換装置を備えた工作機械を説明するための図である。なお、本実施例において、前，後、左，右とは、特記なき限り、それぞれ機械正面から見て手前側，奥側、左側，右側を意味する。
図において、１は例えばシリンダブロックにシリンダボアをボーリング加工する工作機械である。この工作機械１では、主軸２は、その軸線２ａを水平に向けて、左右方向(X軸方向)及び上下方向（Y軸方向）に移動可能に、かつ回転駆動可能にベッド３上に配設されている。４ａ,４ｂは加工に伴う切屑が機械後部の駆動機構側に飛散するのを防止する左右方向カバー，上下方向カバーである。この左右方向カバー４ａ，上下方向カバー４ｂは、複数の短冊状プレートそれぞれ縦向き，横向きに互いに重なり合うように、かつスライド可能に配置された構造を有し、主軸２のX軸方向,Ｙ軸方向移動に伴って伸縮するように構成されている。
なお、図示していないが前記ベッド３の前記主軸２の前側には、ワークが搭載されるワークテーブルが前記主軸２の軸線２ａ方向（Z軸方向）に移動可能に配設されている。
また、前記ベッド３の左側部には収容空間Ａを構成する隔壁５が立設されている。この隔壁５は前記収容空間Ａと加工領域Ｂとの境界をなす側板５ａと、該側板５ａの前端に続いて幅方向斜め前方に折り曲げられた前板５ｂとを有する。そして前記隔壁５には、ボーリングバーＴの出入り口となる開口５ｃが前板５ｂ及び側板５ａに渡るように形成されている。この開口５ｃは上下方向にスライド可能に配置されたシャッタ６により開閉される。
前記収容空間Ａ内上部にボーリングバーＴ等のいわゆるロングツールの工具交換を行う工具交換装置７が配設されている。なお、前記収容空間Ａ内下部にはボーリングバーに比較して短い工具の交換を行う従来公知のいわゆるダブルアームタイプの工具交換装置１８が配設されている。
前記工具交換装置７は、前記ベッド３の左側部に立設されたマガジンベース３ａの前縁に取付ブラケット７ａを介して固定されている。この工具交換装置７は、複数本（本実施例では２本）のボーリングバーＴを保持する工具保持部８と、該工具保持部８に保持されたボーリングバーＴと主軸２に把持されたボーリングバーＴ′とを交換する工具交換機構９とを有する。なお、具体的には、先ず主軸２に把持されているボーリングバーＴ′を前記工具保持部８の一方の空いている方の保持爪機構１１に保持させ、続いて該工具保持部８の他方の保持爪機構１１に保持されている別のボーリングバーＴを主軸２に把持させることとなる。
前記工具保持部８は、矩形枠状の平板からなリ、縦向きに、かつ主軸２の軸線２ａと平行に配置された保持プレート１０と、該保持プレート１０の奥側に配設された前記上，下２組の保持爪機構１１，１１とを有する。該各保持爪機構１１は、上，下一対の保持爪１１ａ，１１ｂを有し、上側の保持爪１１ａは油圧により上下方向に移動するよう駆動され、ボーリングバーＴのテーパシャンク部に形成された保持溝Tｇを下側の保持爪１１ｂとで強固に挟持可能となっている。このような構成からなる前記工具保持部８は、前記ボーリングバーＴを、その軸線Ｔａが前記主軸２の軸線２ａと平行となるように、かつ前記主軸２の左側方に位置するように保持する。
前記工具交換機構９は、円弧移動機構１２と直線移動機構１３とを有する。前記円弧移動機構１２は、前記ボーリングバーＴを、工具交換位置Ｄに位置する前記主軸２の軸線２ａ及び工具保持部８に保持されて工具保持位置Ｅに位置しているボーリングバーＴの軸線Ｔａを含む平面Ｃ上において円弧移動させることにより工具保持位置Ｅから前記主軸２の軸線２ａと同軸をなす位置に移動させる（図８参照）。
前記直線移動機構１３は、前記ボーリングバーＴを、前記円弧移動の前,後において該ボーリングバーＴの軸線Ｔａ方向に直線移動させる（図９，図１０，図１４，図１６参照）。
なお、前記工具交換位置Ｄは、例えば上側のボーリングバーＴを主軸２に装着する場合は、この上側のボーリングバーＴと同じＹ軸方向高さ位置で、かつ円弧移動機構１２による円弧移動完了後と同じＸ軸方向位置に設定される。
前記直線移動機構１３は、前記主軸２の軸線２ａ方向に延びる支持ブラケット１４により前記取付ブラケット７ａにボルト締め固定されている。前記支持ブラケット１４の内側面には、上，下のガイドレール１４ａ，１４ａが前記軸線２ａと平行に延びるように配設されている。このガイドレール１４ａ，１４ａにより支持プレート１５が前記軸線２ａ方向にスライド可能に支持されている。この支持プレート１５には、該支持プレート１５を直線移動させるボールネジ機構１６が連結されている。このボールネジ機構１６は、前記支持ブラケット１４に固定された駆動モータ１６ａにより前記支持プレート１５の裏面に固定されたナット部材１５ｃに螺挿されたボールネジ１６ｂを回転駆動することにより前記支持プレート１５を直線移動させる。
前記円弧移動機構１２は、前記支持プレート１５と保持プレート１０とを平行リンク機構により連結した構造を有する。この平行リンク機構は、前記支持プレート１５に固定された上，下の軸受１５ｂ，１５ｂにより回転可能に支持された支持側軸１５ａと保持プレート１０に固定された上，下の軸受１０ｂ，１０ｂにより回転可能に支持された保持側軸１０ａとを上，下のリンクアーム１７，１７で連結固定したものである。そして前記支持側軸１５ａをシリンダ機構等で回転駆動することにより、前記保持プレート１５が前記平面Ｃに沿って移動する。
本実施例１に係る工具交換装置７における工具交換動作、具体的には工具保持部８の上側の保持爪機構１１に保持されたボーリングバーＴを主軸２の工具把持部２ｂに把持させる場合の動作を説明する。
前記主軸２が工具交換位置Ｄに移動する。この工具交換位置Ｄは、前記上側のボーリングバーＴと同じY軸方向高さで、かつ前記円弧移動した際のボーリングバーＴと同じX軸方向位置に設定されている。なお、この状態では、ボーリングバーＴは、幅方向視で、そのテーパシャンク部Ｔｂが主軸２の前端部と重なるように位置している（図１３参照）。
シャッタ６が上方にスライドして隔壁５の開口５ｃが開かれる（図８参照）。
直線移動機構１３の駆動モータ１６ａの回転により支持プレート１５が保持プレート１０ひいてはボーリングバーＴを、幅方向視で、そのテーパシャンク部Ｔｂが主軸２の前端部から前記円弧移動に支障のない位置まで矢印ａ１方向に前進移動させる。このときボーリングバーＴは前記隔壁５の開口５ｃから前方に突出する（図９，図１４参照）。
続いて円弧移動機構１２がリンクアーム１７を回動させることにより、ボーリングバーＴは、その軸線Ｔａが主軸軸線２ａと平行な状態を保ったままで前記平面Ｃ上を円弧をなすように矢印ａ２方向に移動し、リンクアーム１７が９０度回動した時点でボーリングバーＴの軸線Ｔａが主軸２の軸線２ａと一致する（図１０，図１５参照）。
さらに前記直線移動機構１３の駆動モータ１６ａの前記と逆方向の回転により支持プレート１５が保持プレート１０ひいてはボーリングバーＴを矢印ａ３方向に後退させ、そのテーパシャンク部Ｔｂが主軸２の工具把持部２ａのテーパ穴に挿入され、内蔵する引き込み機構により該工具保持部２ａにクランプされる（図１１，図１６参照）。
続いて保持爪機構１１の保持爪１１ａによるクランプが解除され、主軸２がX軸方向に移動することによりボーリングバーＴが保持部８から矢印ａ４方向に引き抜かれる（図１２参照）。
本実施例１に係る工具交換装置７によれば、ボーリングバーＴを、その軸線Ｔａが前記主軸２の軸線２ａと平行となるように、かつ前記主軸２の左側方に位置するように保持したので、ボーリングバーＴのような長尺工具であっても、主軸軸線２ａと直交するように保持した場合に比較して、主軸軸線２ａ方向視における機械全体の幅寸法（X軸方向寸法）を小型化することができる。
また、前記ボーリングバーＴを、主軸２の軸線２ａ及び前記ボーリングバーＴの軸線Ｔａを含む平面Ｃ上において円弧移動させることにより工具保持位置Ｅから主軸軸線２ａと同軸をなす工具交換位置Ｄに移動させるようにしたので、ボーリングバーＴをリンク機構だけで幅方向に移動させることができ、構造を簡素化できる。
また、前記円弧移動機構１２に加えて前記ボーリングバーＴを軸線Ｔａ方向に直線移動させる直線移動機構１３を設けたので、ボーリングバーＴのテーパシャンク部Ｔｂが主軸２の工具把持部２ａと幅方向視で重なるように、つまり機械奥側に配置でき、機械全体を主軸軸線２ａ方向においても小型化することができると共に、大型ワークがワークテーブル上に載置されている際にワークテーブルが移動したとしても、ワークとの干渉が生じ得ない。
具体的には、工具交換にあたって、前記円弧移動の前において、直線移動機構１３によりボーリングバーＴを前記重なりが解消すると共に円弧移動に支障のない位置まで前進移動させ、その後に前記円弧移動機構１２により工具を円弧移動させることで、ボーリングバーＴが主軸２に干渉するのを回避でき、工具交換が可能となる。
また、前記直線移動機構１３により、ボーリングバーＴを前記円弧移動の後において後退移動させるように構成したので、ボーリングバーＴのテーパシャンク部Ｔｂを主軸２の工具把持部２ａのテーパ穴に、相互の干渉を回避して確実に挿入でき、工具交換をより一層容易確実に実行できる。
２ 主軸
２ａ 主軸軸線
７ 工具交換装置
８ 工具保持部
９ 工具交換機構
１２ 円弧移動機構
１３ 直線移動機構
Ｃ 平面
Ｄ 工具交換位置
Ｅ 工具保持位置
Ｔ ボーリングバー(工具)
Ｔａ 工具軸線

Claims (4)

  1. 複数の工具を保持する工具保持部と、該工具保持部に保持された工具と主軸に把持された工具とを交換する工具交換機構とを有する工具交換装置を備えた工作機械において、
    前記工具保持部は、複数本の工具を、その軸線が前記主軸の軸線と平行となるように保持し、
    前記工具交換機構は、前記工具を、前記工具交換機構と前記主軸の相対的な移動により前記各工具に応じて異なる工具交換位置に位置させた前記主軸の軸線及び工具保持部に位置する前記工具の軸線を含む平面上において少なくとも円弧移動させることにより、工具保持位置から前記主軸の軸線と同軸をなす工具交換位置に移動させる円弧移動機構を有する
    ことを特徴とする工作機械。
  2. 請求項１に記載の工作機械において、
    前記工具保持部は、前記主軸の側方に位置する
    ことを特徴とする工作機械
  3. 請求項１に記載の工作機械において、
    前記工具交換機構は、さらに前記工具を、前記円弧移動の少なくとも前において前記工具の軸線方向に直線移動させる直線移動機構を有する
    ことを特徴とする工作機械。
  4. 請求項１ないし３の何れかに記載の工作機械において、
    前記工具は、長尺の穴加工を行うためのボーリングバーである
    ことを特徴とする工作機械。
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