JP2021194766A - 工作機械ツールマガジン - Google Patents

Abstract

【課題】ツールテーブルのスムーズな転動を正確に制御し作動時間を節減し、ツール交換作業の効率を効果的に高めることができる工作機械ツールマガジンを提供する。【解決手段】工作機械ツールマガジンはベース１０、ツールテーブル２０、複数のツールカバー３０、モーター５１、ブレーキ構造５２、カム５３、角度センサー５７、コントロールターミナル５８を有し、ツールテーブルはベースに設置し、各ツールカバーは軸受４０を通してツールテーブルの周縁に環状に設置し、モーターはカムを作動させ、各軸受がカムの輪郭５３１に沿って順番に作動し、ツールテーブルを連動して連続転動を行わせ、角度センサーは駆動軸５４の一端或いはツールテーブルの転動中心に設置され、角度センサーはツールテーブル転動時の転動角度を感知し、コントロールターミナルは転動角度がツール交換指令に符合すると判断すると、ブレーキ構造にモーターの運転を停止させる。【選択図】図３

Description

本発明は工作機械ツールマガジン関連領域に関し、特にツールテーブルのスムーズな転動を正確に制御できる工作機械ツールマガジンに関する。

従来の加工機のツールマガジンに設置されるツールテーブル駆動構造は、ツール交換機構及びツールマガジンにより構成される。
ツールマガジンには、転動テーブル及び旋回ツールテーブルが設置され、転動テーブルと旋回ツールテーブルは連接する。
旋回ツールテーブルを転動させる動力源は、一般モーターとサーボモーターに分けられる。

旋回ツールテーブルを転動させる動力源が一般モーターである時、転動テーブルにはローラーが設置される。
一般モーターの回転軸には、カムが連結され、電流が一般モーターのコイルに流れると、一般モーターはカムの転動を駆動し、転動テーブルのローラーは、カムの輪郭に沿って作動し、旋回ツールテーブルの作動を連動する。
一般モーターの停止を制御すると、コイルへの電流流入は直ちに停止される。
しかし、旋回運動の慣性があるため、一般モーターの回転軸が直ちに停止することは難しく、この回転軸の転動がいくらか続くことにより、旋回ツールテーブルは一時的な揺れを生じ、適当な位置に停止できなくなってしまう。
これに対応し、旋回ツールテーブルを適当な位置に停止させるため、カムの輪郭両端には空転設計が設置されている。
これにより一般モーターの停止後、ローラーはカムの輪郭の影響を受け、旋回ツールテーブルはカムの空転部分において転動を停止される。
また、カムの空転設計により、旋回ツールテーブルは静止と転動状態の間で変換する間歇運動を生じる。

しかし、間歇運動により、進行方向への旋回ツールテーブルの回転がスムーズでなくなり、しかも旋回ツールテーブルの転動速度を速くすることができない。
交換する必要があるツールの間隔距離が比較的離れている時、ツール交換作業の時間が長くなり、ツール交換効率が低下してしまう。

一般モーターがカムの転動を連動し、旋回ツールテーブルが間歇運動を生じるという欠点を改善し、サーボモーターにより旋回ツールテーブルの転動をコントロールできるようにするため、サーボモーター内にエンコーダーを設置する。
エンコーダーは、旋回ツールテーブルの転動角度を取得でき、サーボモーターは、エンコーダーが取得した転動角度に基づき、旋回ツールテーブルの転動或いは停止を判断する。

しかし、旋回ツールテーブルとサーボモーター間の動力伝達ルート上には多くの部品があるが、長期間の使用により、各部品間に摩耗が生じ、エンコーダーが測定する転動角度に誤差が生じ、サーボモーターが旋回ツールテーブルを正確に制御できないという状況が生まれ、 これによりツール交換作業にエラーが生じる。
しかも、サーボモーターは高額で、サーボモーターが損壊すると、莫大な修理費用と時間がかかってしまい、これが工作機械全体のコストを拡大させている。

前記先行技術には、旋回ツールテーブルとサーボモーター間の動力伝達ルート上の部品間に、長期の使用で摩耗が生じ、エンコーダーが測定する転動角度に誤差が生まれ、サーボモーターが旋回ツールテーブルを正確に制御できず、ツール交換作業にエラーが生じ、しかもサーボモーターは高額なため、工作機械全体のコストを拡大させているという欠点がある。

本発明は角度センサーを通してツールテーブルの転動角度を正確に測定し、ブレーキ構造はツールテーブルを必要な角度に正確に停止させられ、ツール交換作業の効率を効果的に向上させられる工作機械ツールマガジンに関する。

本発明による工作機械ツールマガジンは、ベース、ツールテーブル、複数のツールカバー、駆動装置を有する。
該ツールテーブルは、ベースに設置される。
該複数のツールカバーは、それぞれ軸受を通してツールテーブルの周縁に環状に設置され、各ツールカバーには、加工ツールを挿入して設置する。
該駆動装置は、モーター、ブレーキ構造、カム、角度センサー及びコントロールターミナルを有する。
ブレーキ構造は、モーター内に設置され、モーターはカムを作動させ、各軸受とカムの輪郭は接触し、各軸受がカムの輪郭に沿って順番に作動するため、ツールテーブルを連動して間歇しない連続転動を行わせることができる。
角度センサーは、駆動軸の一端或いはツールテーブルの転動中心に設置され、角度センサーは、ツールテーブル転動時の転動角度を感知し、コントロールターミナルは、転動角度及びツール交換指令を受け取る。
コントロールターミナルが、転動角度がツール交換指令に符合すると判断すると、コントロールターミナルは、ブレーキ構造を操作し、モーターの運転を停止させ、これによりツールテーブルは転動を停止し、ツール交換作業を行う。

上述のように、本発明は角度センサーを通してツールテーブルの転動角度を正確に検知でき、これによりコントロールターミナルはブレーキ構造を制御し、ブレーキ構造により、モーターを制御し、適当なタイミングでツールテーブルの転動を停止させ、迅速かつ正確にツールの交換作業を行うことができ、しかもツールテーブルの予期せぬ転動事故の発生を回避できる。

さらに、本発明は、角度センサーを駆動軸の一端或いはツールテーブルの転動中心に取り付けるため、転動角度の検知の正確性への、各部品の磨損の影響を回避でき、角度センサーの測定の正確性を効果的に向上させられる。

この他、本発明の構造組成はサーボモーター同様の制御効果を達成でき、サーボモーターに置換でき、こうして製造コスト及び後々のメンテナンスコストを低下させられる。

また、本発明は各軸受がカムの輪郭に沿って順番に作動するため、ツールテーブルを連動して間歇しない連続転動を行わせることができ、これによりツールテーブルの運転はスムーズとなり、作動時間を節約でき、旋回ツールテーブルの転動がスムーズでなく転動速度が遅いという従来の構造における間歇運動が引き起こす問題を改善でき、こうしてツール交換作業の効率を効果的に高めることができる。

本発明第一実施形態の外観模式図である。 本発明第一実施形態の分解模式図である。 本発明第一実施形態の局部断面模式図である。 本発明第一実施形態の作動模式図である。 本発明第一実施形態によるブレーキ構造の分解模式図である。 本発明第二実施形態の模式図である。 本発明第二実施形態の局部拡大模式図である。 本発明第三実施形態の局部断面模式図である。

（一実施形態）
実施形態における各種物件は、取り上げた説明の比率、サイズ、変形量、或いは移動量に適したもので、実際の物件の比率に基づくものではないことを、ここに明記する。

図１〜図８に示す通り、本発明による工作機械ツールマガジンは、ベース１０、ツールテーブル２０、複数のツールカバー３０を有する。
ベース１０は、工作機械（図示なし）に取り付けられる。
ベース１０は概ね円盤状を呈し、ベース１０は、第一側面１１及び第二側面１２を有する。
ベース１０の第二側面１２で、かつベース１０の中心位置には、取り付け部１３を突出状に設置する。
ベース１０には、収容設置部１４を貫通状に設置し、収容設置部１４は、取り付け部１３の片側に位置する。

ツールテーブル２０は、中心位置に中心軸２１を有し、ツールテーブル２０は中心軸２１を通して、ベース１０の取り付け部１３に取り付けられる。

複数のツールカバー３０は、ツールテーブル２０の周縁に環状に設置され、本発明実施形態において、各ツールカバー３０は等間隔角度で、ツールテーブル２０の周縁に設置される。
各ツールカバー３０には、加工ツール（図示なし）を挿入して設置する。

複数の軸受４０は、ツールテーブル２０に環状に設置され、本発明実施形態において、各軸受４０は、等間隔角度でツールテーブル２０に設置される。
各軸受４０は、各ツールカバー３０に対応し、各軸受４０は各ツールカバー３０と中心軸２１間に環状に設置される。

駆動装置５０は、モーター５１、ブレーキ構造５２、カム５３、駆動軸５４、第一歯車５５、第二歯車５６、角度センサー５７及びコントロールターミナル５８を有する。
ブレーキ構造５２は、モーター５１内に設置され、モーター５１及びカム５３は、ベース１０に設置される。
モーター５１は、ベース１０の第一側面１１に設置され、カム５３は、ベース１０の収容設置部１４に設置される。
第一歯車５５は、モーター５１の回転軸に嵌めて設置され、第二歯車５６とカム５３は、駆動軸５４に嵌めて設置される。
第一歯車５５と第二歯車５６は相互に噛み合い、モーター５１は第一歯車５５を通して第二歯車５６に噛み合う。
これにより、駆動軸５４はカム５３を連動し駆動軸５４の軸方向を巡って転動させる。
本発明実施形態において、モーター５１は減速モーターである。

ブレーキ構造５２は、モーター５１の回転軸に嵌めて設置され、ブレーキ構造５２は、底台５２１、電磁ユニット５２２、ブレーキパッド５２３、導磁圧板５２４、複数の圧力バネ５２５、軸スリーブ５２６、複数のボルト５２７、複数の圧力調整部材５２８、複数の空隙調整部材５２９を有する。
底台５２１は、モーター５１の回転軸の軸方向に沿って設置し、導磁圧板５２４と電磁ユニット５２２は、各ボルト５２７を通して、底台５２１と螺合して設置される。
各圧力調整部材５２８及び各空隙調整部材５２９は、各ボルト５２７において螺合して設置され、しかも各圧力調整部材５２８は、各圧力バネ５２５と電磁ユニット５２２の間に設置される。
各空隙調整部材５２９は、電磁ユニット５２２の両側面に螺合して設置される。

ブレーキパッド５２３とモーター５１の回転軸間には、軸スリーブ５２６を設置し、ブレーキパッド５２３は、軸スリーブ５２６の外縁にスライドするように設置される。
本発明実施形態において、軸スリーブ５２６の外縁は、概ね矩形状を呈し、軸スリーブ５２６の中心には、円孔を設置し、モーター５１の回転軸は、円孔中に通して設置される。

さらに、電磁ユニット５２２は、電磁導線５２２ａ及び電磁コイル５２２ｂを有する。
電磁ユニット５２２の電磁導線５２２ａに通電すると、電磁コイル５２２ｂは磁場を生じ、導磁圧板５２４は、電磁ユニット５２２の電磁コイル５２２ｂにより吸引される。
これにより、導磁圧板５２４は、ブレーキパッド５２３から離れ、モーター５１は、カム５３を作動させることができる。
導磁圧板５２４は各圧力バネ５２５を押さえ付け、各圧力バネ５２５を圧縮状態とする。

電磁ユニット５２２の電磁導線５２２ａの電源が断たれると、電磁コイル５２２ｂの磁場は消失し、導磁圧板５２４は電磁コイル５２２ｂの磁力に吸引されなくなる。
各圧力バネ５２５の伸長力により、導磁圧板５２４を押し、ブレーキパッド５２３と摩擦させ、モーター５１の回転軸は、ブレーキパッド５２３に制限され転動を停止する。

モーター５１はカム５３を作動させ、各軸受４０とカム５３の輪郭５３１は接触し、各軸受４０はカム５３の輪郭５３１に従い順番に作動し、ツールテーブル２０を連動して間歇ではない連続転動を行わせる。
本発明実施形態において、カム５３は等速円柱形カムで、カム５３の輪郭５３１は、カム５３の周縁に設置される。
カム５３の輪郭５３１は曲線凹槽で、各軸受４０は、輪郭５３１中に位置する。

さらに、角度センサー５７は、ツールテーブル２０転動時の転動角度を感知し、角度センサー５７は、ツールテーブル２０とカム５３間の動力伝達ルート上に設置され、角度センサー５７は、駆動軸５４の一端或いはツールテーブル２０に設置される。
図２、図３、図６及び図７に示す通り、本発明第一及び第二実施形態において、角度センサー５７は、駆動軸５４の一端に設置され、カム５３は、第二歯車５６と角度センサー５７間に設置される。
図８に示す通り、本発明第三実施形態において、角度センサー５７は、ツールテーブル２０に設置される。

角度センサー５７はエンコーダー或いはインダクティブセンサーで、図２及び図３に示す通り、本発明第一及び第三実施形態において、角度センサー５７はエンコーダーである。

図６及び図７に示す通り、本発明の第二実施形態において、角度センサー５７は、インダクティブセンサーである。
角度センサー５７は、感知ブロック５７１及び感知モジュール５７２を有し、感知ブロック５７１は、駆動軸５４の一端に嵌めて設置される。
感知ブロック５７１と感知モジュール５７２は、間隔を開けて設置し、感知ブロック５７１の外周縁は、概ね弧状曲線を呈する。
感知ブロック５７１外周縁の弧状曲線展開軌跡はインボリリュート曲線で、感知モジュール５７２の感知端は、感知ブロック５７１の外周縁へ向かい、感知ブロック５７１の外周縁上の異なる位置と感知モジュール５７２の感知端距離は異なる。
感知モジュール５７２は、感知ブロック５７１の外周縁との間の距離を検知でき、距離信号を産生する。
コントロールターミナル５８は、距離信号を受信し、かつ距離信号の転換処理を行い、ツールテーブル２０の転動角度を取得する。

本実施形態において、感知モジュール５７２の感知端は、感知ブロック５７１の外周縁へと光線を投射する。
感知モジュール５７２は、光線により、感知ブロック５７１の外周縁との間の距離を検知でき、感知モジュール５７２は、距離信号を電圧ボルト値としてコントロールターミナル５８へと出力する。
感知モジュール５７２の電圧変化は１ボルトから３０ボルトで、コントロールターミナル５８は、異なる距離が対応する電圧値を保存し、感知ブロック５７１の外周縁は、電圧ボルトにより３６０区間に分割される。
例えば、感知ブロック５７１が３６０度一回転すると１ツール位置である。
１ボルトは、ツールテーブル２０の転動角度が０度であることを示し、２６．２５ボルトは、ツールテーブル２０の転動角度が３１５度であることを示す。
上記は例に過ぎず、本発明はこれに限定されない。

コントロールターミナル５８は、モーター５１に接続し、コントロールターミナル５８はコンピューターであるが、本発明はコントロールターミナル５８の形態を限定しない。
コントロールターミナル５８には、各ツールカバー３０に対応し、ツールテーブル２０に相対して設置される位置角度を保存する。

駆動装置５０がツールテーブル２０の転動を制御する過程において、角度センサー５７は、ツールテーブル２０のその時の転動角度を間断なく連続して感知し、角度センサー５７は、転動角度をコントロールターミナル５８へと持続して伝送し続ける。
コントロールターミナル５８がツール交換指令を受け取ると、これからツール交換作業を行い、ツールカバー３０上からツールを取り出す必要があるということを示している。
ツール交換指令は、交換を行おうとするツールが位置する、その内の１個のツールカバー３０に対し、コントロールターミナル５８は、ツールが位置するツールカバー３０に基づき、対応する位置角度を読み取り、読み取った位置角度とその時受け取った転動角度を比較して判断する。
コントロールターミナル５８が、転動角度がツール交換指令に符合すると判断すると、コントロールターミナル５８は、ブレーキ構造５２を操作し、ブレーキ構造５２によりモーター５１を制御して運転を停止させ、ツールテーブル２０の転動を停止させ、ツール交換作業を行う。

交換しようとするツールが位置するツールカバー３０位置と、その時のツールテーブル２０の転動角度の間隔が比較的離れている時には、ツールテーブル２０は間歇連続転動を行わない。
よって、迅速かつ効果的に必要な転動角度まで転動させられ、しかもブレーキ構造５２を通して、ツールテーブル２０の転動を正確に停止させられ、ツールの交換作業を迅速に行うことができる。

上記に明らかなように、本発明は以下の効果を達成できる。
・ 本発明は角度センサー５７を通して、ツールテーブル２０の転動角度を正確に検知可能で、これによりコントロールターミナル５８はブレーキ構造５２を正確に制御でき、モーター５１は適当な時にツールテーブル２０の転動を停止させられ、迅速かつ正確にツールの交換作業を行うことができる。
・ 本発明は角度センサー５７を駆動軸５４の一端に設置することで、転動角度の検知の正確性への、各部品の磨損の影響を回避でき、角度センサー５７の測定の正確性を効果的に高められ、しかも簡単に取り付けできるという効果をも達成することができる。
・ ツールテーブル２０とカム５３間の動力伝達ルート上の各部品は長期間の使用により磨損が生じ、角度センサー５７が測定する転動角度に誤差が生まれるため、角度センサー５７をツールテーブル２０の中心に取り付け、転動角度の検知の正確性への、各部品の磨損の影響を回避でき、角度センサー５７の測定の正確性を効果的に高められる。
・ 本発明はモーター５１内にブレーキ構造５２を設置し、ツールテーブル２０の正確な位置における停止を確保し、予期せぬ転動事故の発生を回避できる。
・ 本発明の構造組成はサーボモーター同様の制御効果を達成でき、こうして製造コスト及び後々のメンテナンスコストを低下させられる。
・ 本発明は各軸受４０がカム５３の輪郭５３１に沿って順番に作動するため、ツールテーブル２０を連動して間歇しない連続転動を行わせることができ、これによりツールテーブル２０の運転はスムーズとなり、作動時間を節約でき、こうしてツール交換作業の効率を効果的に高めることができる。

前述した本発明の実施形態は本発明を限定するものではなく、よって、本発明により保護される範囲は後述される特許請求の範囲を基準とする。

１０ ベース、
１１ 第一側面、
１２ 第二側面、
１３ 取り付け部、
１４ 収容設置部、
２０ ツールテーブル、
２１ 中心軸、
３０ ツールカバー、
４０ 軸受、
５０ 駆動装置、
５１ モーター、
５２ ブレーキ構造、
５２１ 底台、
５２２ 電磁ユニット、
５２２ａ 電磁導線、
５２２ｂ 電磁コイル、
５２３ ブレーキパッド、
５２４ 導磁圧板、
５２５ 圧力バネ、
５２６ 軸スリーブ、
５２７ ボルト、
５２８ 圧力調整部材、
５２９ 空隙調整部材、
５２３ ブレーキパッド、
５３ カム、
５３１ 輪郭、
５４ 駆動軸、
５５ 第一歯車、
５６ 第二歯車、
５７ 角度センサー、
５７１ 感知ブロック、
５７２ 感知モジュール、
５８ コントロールターミナル。

Claims (10)

1. 工作機械ツールマガジンであって、ベース、ツールテーブル、複数のツールカバー、複数の軸受、駆動装置を有し、
   前記ツールテーブルは、前記ベースに設置され、
   前記複数のツールカバーは、前記ツールテーブルの周縁に環状に設置され、
   各前記ツールカバーには、加工ツールを挿入して設置し、
   前記複数の軸受は、前記ツールテーブルに環状に設置され、各軸受は、各ツールカバーに対応し、
   前記駆動装置は、モーター、ブレーキ構造、カム、駆動軸、角度センサー、コントロールターミナルを有し、前記ブレーキ構造は、前記モーター内に設置され、前記モーターは前記駆動軸に前記カムを連動させ、前記駆動軸の軸方向を巡り転動させ、各前記軸受と前記カムの輪郭は接触し、各前記軸受は前記カムの輪郭に従い順番に作動し、前記ツールテーブルを連動して間歇しない連続転動を行わせ、
   前記角度センサーは、前記駆動軸の一端或いは前記ツールテーブルの転動中心に設置され、前記角度センサーは、前記ツールテーブル転動時の転動角度を感知し、前記コントロールターミナルは前記転動角度及びツール交換指令を受け取り、前記コントロールターミナルが、前記転動角度が前記ツール交換指令に符合すると判断すると、前記コントロールターミナルは前記ブレーキ構造を操作し前記モーターの運転を停止させ、これにより前記ツールテーブルは転動を停止し、ツール交換作業を行う
   ことを特徴とする、
   工作機械ツールマガジン。
2. 前記コントロールターミナルには、各前記ツールカバーに対応し、前記ツールテーブルに設置される位置角度を保存し、前記ツール交換指令は、交換を行おうとするツールが位置する、その内の１個のツールカバーに対し、前記コントロールターミナルは、前記ツールカバーに基づき、対応する前記位置角度を読み取り、読み取った前記位置角度と前記転動角度を比較して判断する
   ことを特徴とする、
   請求項１に記載の工作機械ツールマガジン。
3. 前記ブレーキ構造は、前記モーターの回転軸に嵌めて設置され、前記ブレーキ構造は、電磁ユニット、ブレーキパッド、導磁圧板、複数の圧力バネを有し、
   前記電磁ユニットに通電すると、前記導磁圧板は前記電磁ユニットに吸引され、前記導磁圧板は前記ブレーキパッドから離れ、前記モーターは前記カムを作動させ、前記導磁圧板は各前記圧力バネを押さえ、各前記圧力バネに圧縮状態を呈させ、
   前記電磁ユニットの電源が断たれると、各前記圧力バネは前記導磁圧板を押し、前記ブレーキパッドと摩擦を生じ、前記モーターの回転軸は前記ブレーキパッドに押さえられ、転動を停止する
   ことを特徴とする、
   請求項１に記載の工作機械ツールマガジン。
4. 前記ブレーキ構造は、底台、軸スリーブ、複数のボルト、複数の圧力調整部材、複数の空隙調整部材を有し、
   前記底台は、前記モーターの回転軸の軸方向に沿って設置し、各前記ボルトは前記底台、前記導磁圧板、前記電磁ユニットに通して設置され、各前記圧力調整部材及び各前記空隙調整部材は各前記ボルトにより螺合して設置され、かつ各前記圧力バネ及び前記電磁ユニット間に設置され、前記ブレーキパッドと前記モーターの回転軸間には前記軸スリーブを設置し、前記ブレーキパッドは前記軸スリーブの外縁にスライドするように設置される
   ことを特徴とする、
   請求項３に記載の工作機械ツールマガジン。
5. 前記駆動装置は第一歯車及び第二歯車を有し、前記第一歯車は、前記モーターの回転軸に嵌めて設置され、前記第二歯車と前記カムは前記駆動軸に嵌めて設置され、前記第一歯車と前記第二歯車は相互に噛み合う
   ことを特徴とする、
   請求項１に記載の工作機械ツールマガジン。
6. 前記モーター及び前記カムは、前記ベースに設置される
   ことを特徴とする、
   請求項５に記載の工作機械ツールマガジン。
7. 前記角度センサーは、エンコーダーである
   ことを特徴とする、
   請求項１に記載の工作機械ツールマガジン。
8. 前記角度センサーは、インダクティブセンサーで、前記角度センサーは、感知ブロック及び感知モジュールを有し、
   前記感知ブロックと前記感知モジュールは、間隔を開けて設置し、前記感知ブロックの外周縁は、概ね弧状曲線を呈し、前記感知モジュールは、前記感知ブロックの外周縁間との距離を検知でき、距離信号を産生し、
   前記コントロールターミナルは前記距離信号を転換処理し、前記ツールテーブルの転動角度を取得する
   ことを特徴とする、
   請求項１に記載の工作機械ツールマガジン。
9. 前記ツールテーブルの中心位置に中心軸を有し、前記ツールテーブルは前記中心軸を通して前記ベースに取り付けられ、各前記軸受は、各前記ツールカバーと前記中心軸間に環状に設置される
   ことを特徴とする、
   請求項１に記載の工作機械ツールマガジン。
10. 前記カムは、等速円柱形カムで、前記カムの輪郭は、前記カムの周縁に設置され、前記カムの輪郭は曲線凹槽である
    ことを特徴とする、
    請求項１に記載の工作機械ツールマガジン。

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