JP2022131648A - 工具マガジン及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】把持アームの数を多くし、且つ工具マガジンの大型化を抑制できる工具マガジン及び工具マガジンを備える工作機械を提供する。【解決手段】工具マガジンは、工具を把持する複数の把持アームをレールに沿って移動させる工具マガジンにおいて、前記レールは、互いに対向する二つの第一直線部と、前記第一直線部に直交する方向において互いに対向する二つの第二直線部と、前記第一直線部及び第二直線部の端部を連結する曲線状の曲線部とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、工具マガジン及び工作機械に関する。

従来、工作機械は、上下移動可能な主軸ヘッドと、工具マガジンとを備える（例えば特許文献１参照）。工具マガジンは、無端状に連結した複数の移動体を備える。各移動体は、工具を保持する複数の把持アームを保持する。工具マガジンは、主軸ヘッドの周りを囲む環状のレールに沿って複数の移動体を移動させ、所定の把持アームを主軸ヘッドの下方に配置する。主軸ヘッドは下降し、前記把持アームが把持する工具を主軸に装着する。

工作機械は、ワークをテーブル上に保持し、モータの駆動による工具を装着した主軸ヘッドの回転により、フライス加工、ねじ立て等種々の加工を行う。主軸ヘッドに装着する工具は、ワークの加工の種類により交換する必要がある。

特開２０１３－１５４４３６号公報

加工部品のモジュール化や、加工工程の集約傾向に伴い、一のワークに使用する工具本数が増加し、工具を保持する把持アーム数が増加する。このため、把持アームを保持する移動体の総数が増加し、又は移動体の全長が長くなり、工具マガジンは大型化する。

本開示の目的は、把持アームの数を多くし、且つ工具マガジンの大型化を抑制できる工具マガジン及び工具マガジンを備える工作機械を提供することである。

本開示の一態様に係る工具マガジンは、工具を把持する複数の把持アームをレールに沿って移動させる工具マガジンにおいて、前記レールは、互いに対向する二つの第一直線部と、前記第一直線部に直交する方向において互いに対向する二つの第二直線部と、前記第一直線部及び第二直線部の端部を連結する曲線状の曲線部とを有する。

本開示の一実施形態においては、レール形状を、第一直線部及び第二直線部と、曲線部とを有する角丸長方形状にすることにより、同一の全長・全幅を有する長円形状又は楕円形状等に比べてレールの周長（移動経路距離）が長くなる。故に、工具マガジンの大型化を抑制し、移動経路内に配する把持アームの数を多くすることができる。

本開示の一態様に係る工具マガジンは、前記レールは前記工具を装着する主軸を囲み、前記第一直線部は前記主軸の軸方向に直交する方向に延びており、前記第一直線部に位置する前記把持アームが保持する前記工具を前記主軸に装着する。

本開示の一実施形態においては、工具の交換位置となるレールの第一直線部が、主軸の軸方向に直交する方向に沿って配される。把持アームは、第一直線部に沿って移動するため、工具の装着時における把持アームの姿勢を主軸に対し真っ直ぐに維持することができ、把持アームの把持する工具が主軸に円滑に装着される。

本開示の一態様に係る工具マガジンは、複数の前記把持アームは、前記レールに沿って移動する移動体の下面に所定間隔を隔てて一列に並べてあり、前記第一直線部の長さは、前記移動体における両端の前記把持アーム間の間隔の２倍以上である。

本開示の一実施形態においては、第一直線部の長さが、移動体における両端の把持アーム間の間隔の２倍以上である。故に、一つの移動体に複数の把持アームを所定間隔を隔てて一列に取り付けた場合、移動体は、その一部が曲線部に重なることなく、各把持アームを第一直線部中央の交換位置に位置させることができる。複数の把持アームのいずれにおいても、工具の装着時における把持アームの姿勢を主軸に対し真っ直ぐに維持することができる。

本開示の一態様に係る工具マガジンは、前記把持アームは、一端に工具を把持する把持部を有する一対の支持桿と、前記支持桿の他端の間に設けられる付勢部材とを備え、前記付勢部材は、各支持桿の把持部が接近する方向に各支持桿を付勢する。

本開示の一実施形態においては、一対の支持桿からなる把持アームは、支持桿の他端の間に付勢部材を備え、付勢部材の付勢力によって工具を把持する。故に、支持桿の長手方向に直交する方向において、把持部内に付勢部材を設けるよりも、把持部の長さを短くすることができる。その結果把持アームの幅を短くすることができるので、レールに配される把持アームの数をより多くすることができる。

本開示の一態様に係る工具マガジンは、上述のいずれかに記載の工具マガジンと、工具を装着する主軸とを備え、前記レールは前記主軸を囲む。

本開示の一実施形態においては、上述の工具マガジンと同様な作用効果を生じる。

本開示の一態様に係る工具マガジン及び工作機械にあっては、把持アームの数を多くし、且つ工具マガジンの大型化を抑制できる。

工作機械の斜視図である。 工作機械の正面図である。 工作機械のチェーン部等を省略した右側面図である。 レール部の略示斜視図である。 レール部を移動する工具マガジンの略示斜視図である。 図５に示すＶＩ－ＶＩ線を切断線とした断面図である。 移動体及び把持アームの略示斜視図である。 基板の略示平面図である。 把持アームの斜視図である。 工作機械の略示部分拡大平面図である。 レール形状及び周長について説明するための説明図である。

以下本発明を実施の形態に係る工作機械を示す図面に基づき説明する。以下の説明では、図に示す上下前後左右を使用する。

図１の如く、工作機械１００は、基台１０、主軸ヘッド２０、工具マガジン３０等を備える。

基台１０は矩形であり、前後に延びる。ワーク保持部１１は、基台１０の上部前側に設ける。ワーク保持部１１は加工対象であるワークを保持する。ワーク保持部１１は、上下に延びたＣ軸周りに回転可能である。支持台１２は基台１０上部の後側に設ける。支持台１２上面に、Ｘ軸方向移動装置１４が設けてある。Ｘ軸方向移動装置１４は、左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。Ｙ軸方向移動装置１５は、Ｘ軸方向移動装置１４の上部に設ける。Ｙ軸方向移動装置１５は、コラム１３を前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持する。Ｚ軸方向移動装置１６は、コラム１３の前面に設ける。Ｚ軸方向移動装置１６は、主軸ヘッド２０を上下方向（Ｚ軸方向）に移動する。

主軸ヘッド２０は、上下に延びる主軸２１を備える。主軸２１は軸回りに回転する。主軸２１の下端部は工具を装着する。主軸モータ２２は主軸ヘッド２０の上端部に設ける。主軸２１及び工具は、主軸モータ２２の回転で回転する。回転した工具はワーク保持部１１で保持したワークを加工する。

図４～図７を用いて工具マガジン３０の説明をする。工具マガジン３０は、レール部３１、チェーン部３２、及びマガジン駆動部３３を備える。工具マガジン３０は、マガジン駆動部３３の駆動により、チェーン部３２をレール部３１に沿って移動させる。

レール部３１は、二つの支持梁３１１、レール台３１２、及びレール３１３を備える。支持梁３１１は、直角三角形状をなす板状の構造部材である。支持梁３１１の斜辺は上側配置してある。支持梁３１１の斜辺は、前方に向かうに従って下降するように傾斜する。支持梁３１１は、コラム１３の左右に片持ちに固定してある。支持梁３１１は、コラム１３の左右に固定した部分から主軸ヘッド２０の両側部分まで延びる。支持梁３１１の上側端面は、前方下方から後方上方へ、水平面から略３０度傾斜する。

レール台３１２は、平面視角丸長方形（矩形）であり、前後に延びる。レール台３１２は、支持梁３１１の斜辺に固定され、コラム１３及び主軸２１の周りを囲む。レール台３１２は、水平面から略３０度傾斜する。レール台３１２の前方下端部の中央部に、工具と主軸２１との位置を整合させる位置決め機構３１４を設けてある。レール台３１２の下端部の中央部が、工具の交換位置に位置する。

レール３１３はレール台３１２上部に設け、無端状の軌道を形成する。レール３１３は、平面視角丸長方形であり、略矩形状の断面を有する。レール３１３は、互いに対向する二つの第一直線部３１３ａと、互いに対向する二つの第二直線部３１３ｂとを有し、第一直線部３１３ａ及び第二直線部３１３ｂの端部を曲線部３１３ｃが連結する。二つの第一直線部３１３ａは夫々、主軸ヘッド２０の前後に設け、左右方向に直線状に延びる。二つの第二直線部３１３ｂは夫々、主軸ヘッド２０の左右に設け、前後方向、即ち左右方向に直交する方向に直線状に延びる。レール台３１２及びレール３１３は、第一直線部３１３ａが主軸２１の軸方向に直交する方向に平行し、且つ第一直線部３１３ａの長手方向中心と主軸２１の軸心とが一致するよう配置してある。

取付台３１５は、レール台３１２の後部内側に設ける。取付台３１５の上側にマガジン駆動部３３が取り付けてある。マガジン駆動部３３は、モータ３３１及びギア３３２を備える。ギア３３２の軸心は、支持梁３１１の斜辺に略直角である。ギア３３２は、チェーン部３２に噛合する。モータ３３１が回転し、チェーン部３２及び複数の把持アーム３６が回転する。

レール３１３に沿ってチェーン部３２が設けてある。チェーン部３２は、複数の移動体３４、複数のリンク３５及び複数の把持アーム３６を備える。リンク３５は、細長い略長方形の板状である。即ち、リンク３５は直線状に延びる。リンク３５は、隣り合う移動体３４を連結する。複数の移動体３４及びリンク３５は無端状のチェーンを形成する。

図６及び図７の如く、移動体３４は、基板３４１、二つの内側ローラ３４２、二つの外側ローラ３４３、二つのベアリング３４４及び二つの連結軸体３４５を備える。基板３４１は、左右方向に延びる平面視略矩形の板状である。二つの内側ローラ３４２は、基板３４１の下面後長辺部に設けてある。二つの内側ローラ３４２は、長手方向、即ち左右方向に沿って一列に並ぶ。二つの外側ローラ３４３は、基板３４１の下面前長辺部に設けてある。二つの外側ローラ３４３は、長手方向に沿って一列に並ぶ。内側ローラ３４２及び外側ローラ３４３の回転軸は、基板３４１に直角である。

二つの連結軸体３４５は、基板３４１の上面両端部に設ける。二つの連結軸体３４５は、左右方向に沿って一列に並ぶ。連結軸体３４５の軸心は、基板３４１の上面に直角である。図５の如く、リンク３５の長手方向における両端部は夫々、連結軸体３４５を介して隣り合う移動体３４に回転可能に連結してある。連結軸体３４５の周りに、ベアリング３４４が回転可能に設けてある。ベアリング３４４の回転軸は、基板３４１の上面に直角である。二つの把持アーム３６は、基板３４１の下面両端部に取り付けてある。二つの把持アーム３６は、基板３４１の左右方向に所定間隔を隔てて一列に並ぶ。

図８の如く、Ａ点は内側ローラ３４２の軸心を示し、Ｂ点は外側ローラ３４３の軸心を示し、Ｃ点は連結軸体３４５の軸心を示す。Ａ点二箇所の前後方向の位置は一致する。Ｂ点二箇所の前後方向の位置は一致する。Ｃ点二箇所の前後方向の位置は一致する。内側ローラ３４２の軸心間の距離Ｌ１は、外側ローラ３４３の軸心間の距離Ｌ２よりも短い。

また、後述するように、把持アーム３６は、工具ホルダを把持する下部先端がアーム枢軸３６８の軸心回りに揺動することにより工具を交換する。一の移動体３４において、上述したアーム枢軸３６８の軸心方向、内側ローラ３４２の軸心間を結ぶ直線方向、外側ローラ３４３の軸心間を結ぶ直線方向及び連結軸体３４５間の軸心間を結ぶ直線方向は全て平行である。

レール３１３の上側に、基板３４１の下面を配置する。内側ローラ３４２は、レール３１３の内周側面に回転可能に接触する。外側ローラ３４３は、レール３１３の外周側面に回転可能に接触する。基板３４１のベアリング３４４がギア３３２と噛合し、ギア３３２の回転に連動して移動体３４がレール３１３に沿って移動する。ベアリング３４４は、ギア３３２と噛み合い回転することで、摩擦・摩耗を低減する。ギア３３２との噛合部品としてベアリング３４４を用いるため、ピンを用いる場合に比べて径を大きくし、より大きな荷重を受けることができる。径の小さいピンを使用する場合、多数のピンが必要となるが、ベアリング３４４を用いることによって部品点数を抑制できるので、製造コストの低減につながる。また、内側ローラ３４２の軸心間の距離Ｌ１を外側ローラ３４３の軸心間の距離Ｌ２よりも短くしてあることで、レール３１３の直線部分及び曲線部分で生じる、各ローラとレール３１３とのがたつきを抑える。

以下の説明では、前側の第一直線部３１３ａに位置する把持アーム３６を例とし、図に示す上下前後左右を使用する。図７及び図９の如く、把持アーム３６は、前述した基板３４１に取り付ける取付板３６１を備える。取付板３６１の下部に延伸部３６２が設けてある。延伸部３６２は上下方向に延び、下端部は後方に折れ曲がる。延伸部３６２の上下方向中途部に、把持アーム３６と主軸ヘッド２０との位置を整合させるための位置決めピン３６３が設けてある。

延伸部３６２の下端の左右両側面に、後述する支持桿３６９の揺動を案内する二つの案内板３６５が夫々固定してある。二つの案内板３６５は、互いに対向する。側面視において、案内板３６５は、上端部を要として下方に広がる略三角形状をなす。案内板３６５の上端部には、後述するアーム枢軸３６８を挿入するアーム軸孔３６６が設けてある。

両案内板３６５の間に、略上下方向に延びる支持板３６７が設けてある。支持板３６７の上部の左右後側に、二つのカムフォロワ３６４が設けてある。支持板３６７の下端部は、後方に突出するよう湾曲している。下端部の後縁部分は、前側に向けてくぼんだ平面視円弧状をなす。支持板３６７の上端部にアーム枢軸３６８を固定してある。アーム枢軸３６８の両端部は、各案内板３６５のアーム軸孔３６６に揺動可能に挿入してある。なお把持アーム３６は、アーム枢軸３６８がレール３１３の軌道に沿うよう、移動体３４に取り付けてある。

支持板３６７の下端部の左右両側面に、夫々溝Ｘが形成されている。溝Ｘは前後方向に延びる。各溝Ｘに、第一支持桿３６９ａ及び第二支持桿３６９ｂが挿入されている。第一支持桿３６９ａ及び第二支持桿３６９ｂは、一対の支持桿３６９を構成する。第一支持桿３６９ａ及び第二支持桿３６９ｂは前後方向に延びる。第一支持桿３６９ａ及び第二支持桿３６９ｂの前部は、溝Ｘよりも前側に突出する。第一支持桿３６９ａ及び第二支持桿３６９ｂの後部は、溝Ｘよりも後側に突出する。第一支持桿３６９ａの前後方向中途部は、上下方向を軸方向とした枢軸３６９ｃを介して、支持板３６７の後方に連結する。第二支持桿３６９ｂの前後方向中途部は、上下方向を軸方向とした枢軸３６９ｄを介して、支持板３６７の後方に連結する。

第一支持桿３６９ａにおける枢軸３６９ｃよりも後側の部分は、支持板３６７の円弧状に沿って左側に突出するように湾曲する。第二支持桿３６９ｂにおける枢軸３６９ｄよりも後側の部分は、支持板３６７の円弧状に沿って右側に突出するように湾曲する。第一支持桿３６９ａ及び第二支持桿３６９ｂの後端部の各先端（一端）部に、円筒状の把持部３６９ｅが設けてある。各把持部３６９ｅは、左右方向、即ち前記アーム枢軸３６８と同方向を軸方向とする。

各把持部３６９ｅから、軸方向に把持ピン３６９ｆが突出する。両把持ピン３６９ｆは、先端面が互いに対向する。把持ピン３６９ｆの先端面は、外向きに突出した曲面状をなす。把持ピン３６９ｆは、工具ホルダを把持する。工具ホルダは上下方向を軸方向とした筒状をなし、工具は工具ホルダに嵌合している。工具ホルダの外周に溝が形成してある。両把持ピン３６９ｆの間に工具ホルダを挿入した場合、把持ピン３６９ｆは前記溝に係止し、工具ホルダ及び工具を把持する。

第一支持桿３６９ａ及び第二支持桿３６９ｂの各前端（他端）部に、バネ座３６９ｇが設けてある。二つのバネ座３６９ｇは円板状をなし、左右方向に対向する。二つのバネ座３６９ｇの間に押しばね３６９ｈが設けてある。押しばね３６９ｈは、二つのバネ座３６９ｇを、二つのバネ座３６９ｇが左右方向にて相互に離れるように付勢し、両把持ピン３６９ｆを、両把持ピン３６９ｆの先端面が相互に接近する方向に付勢する。押しばね３６９ｈは付勢部材の一例であり、押しばね３６９ｈに代えて、ゴムを使用してもよい。

前述したように、第一支持桿３６９ａ及び第二支持桿３６９ｂは、後端部に把持ピン３６９ｆを、前端部に押しばね３６９ｈを備える。把持部３６９ｅの内部に押しばね３６９ｈを設け、該押しばね３６９ｈが把持ピン３６９ｆを付勢する場合に比べて、把持部３６９ｅの長さを短くできる。両把持ピン３６９ｆの先端面間の寸法を低減することなく、把持アーム３６の移動方向における寸法を小さくできる。

図１０及び図４を用いて第一直線部３１３ａの長さ、把持アーム３６間の所定間隔、及びリンク３５の長さについて説明する。移動体３４に並べた二つの把持アーム３６間の間隔Ｌ３は、リンク３５の長さＬ４よりも短い。間隔Ｌ３は、隣り合う把持アーム３６の移動方向における中心部間の間隔とする。リンク３５の長さＬ４は、リンク３５の両端部における連結軸体３４５の軸心間の長さとする。

間隔Ｌ３とリンク３５の長さＬ４とが同じである場合を考える。より多くの把持アーム３６を連結するために間隔Ｌ３を小さくすると、第一直線部３１３ａ又は第二直線部３１３ｂと曲線部３１３ｃとの連結部付近で隣り合う移動体３４が最接近する際に、隣り合う把持アーム３６同士が干渉する。本実施形態においては、間隔Ｌ３をリンク３５の長さＬ４よりも短くし、工具マガジン３０の大型化を抑制し、且つ把持アーム３６同士の干渉を抑制し、チェーン部３２の保持する把持アームの数を多くできる。

また、レール３１３における第一直線部３１３ａの長さＬ５は、移動体３４における両端の把持アーム３６間の間隔Ｌ６の２倍以上である。図１０では、移動体３４は二つの把持アーム３６を備え、間隔Ｌ３＝間隔Ｌ６である。把持アーム３６は、移動方向に整列した状態でレール３１３に沿って移動し、工具を主軸２１下方の交換位置に割り出す。交換位置は、主軸２１の軸方向に直交する方向に延びる前側の第一直線部３１３ａの中央、即ち前側の第一直線部３１３ａの左右方向中央に位置する。主軸２１が下降した場合、主軸２１は交換位置に位置する工具ホルダ及び工具を装着する。Ｌ５≧Ｌ６×２であれば、移動体３４におけるいずれの把持アーム３６が交換位置に位置する場合でも移動体３４の一部が曲線部３１３ｃに重ならず、主軸２１に対し移動体３４の姿勢を真っ直ぐに維持できる。故に、装着対象となる工具を把持する把持アーム３６と、主軸２１とが正対し、円滑に工具を装着できる。

なお一の移動体３４における把持アーム３６の数は三つ以上でもよい。この場合、移動体３４の左右方向の寸法が大きくなるので、ギア３３２のピッチに合わせて、三つ以上のベアリング３４４を設けてもよい。

図１１の上側に、角丸長方形状を有する本実施の形態のレールを示す。図１１の下側に、長円形状を有する比較例のレールを示す。レールの全長及び全幅が同じ場合、実施例の方が比較例よりもレールの周長（移動経路距離）が長くなる。具体的な数値を当てはめて計算した例で説明する。レールの全長を１０５５ｍｍ、全幅を６１２ｍｍとする。計算によれば、比較例では周長が２８０７ｍｍに対し、実施例では周長が２９５０ｍｍとなる。長円形状等に比べて角丸長方形状のレールを使用することで、レールの大型化を抑制し、周長を大きくでき、工具マガジン３０の備える把持アーム３６の数を多くできる。

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

１００ 工作機械
２１ 主軸
３０ 工具マガジン
３１３ レール
３１３a 第一直線部
３１３ｂ 第二直線部
３１３ｃ 曲線部
３４ 移動体
３５ リンク
３６ 把持アーム
３６９ 支持桿
３６９ｅ 把持部
３６９ｈ 押しばね（付勢部材）

Claims (5)

1. 工具を把持する複数の把持アームをレールに沿って移動させる工具マガジンにおいて、
   前記レールは、互いに対向する二つの第一直線部と、前記第一直線部に直交する方向において互いに対向する二つの第二直線部と、前記第一直線部及び第二直線部の端部を連結する曲線状の曲線部とを有する
   工具マガジン。
2. 前記レールは前記工具を装着する主軸を囲み、
   前記第一直線部は前記主軸の軸方向に直交する方向に延びており、
   前記第一直線部に位置する前記把持アームが保持する前記工具を前記主軸に装着する
   請求項１に記載の工具マガジン。
3. 複数の前記把持アームは、前記レールに沿って移動する移動体の下面に所定間隔を隔てて一列に並べてあり、
   前記第一直線部の長さは、前記移動体における両端の前記把持アーム間の間隔の２倍以上である
   請求項１又は請求項２に記載の工具マガジン。
4. 前記把持アームは、一端に工具を把持する把持部を有する一対の支持桿と、前記支持桿の他端の間に設けられる付勢部材とを備え、
   前記付勢部材は、各支持桿の把持部が接近する方向に各支持桿を付勢する
   請求項１から請求項３のいずれか１項記載の工具マガジン。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の工具マガジンと、
   工具を装着する主軸と
   を備え、
   前記レールは前記主軸を囲む
   工作機械。

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