JP3233444U - 工具マガジン及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】把持部に強い外力が加わった場合にその外力を逃がすことができる工具マガジン及び工作機械を提供する。【解決手段】工具マガジン２０は、コラム５に一軸線を中心に回転割出可能に設けられる。工具交換装置１５は主軸ヘッドの移動に伴い、工具マガジン２０の外周に沿って設けられる複数のグリップアーム３０のうち主軸９に対応する位置に割り出されたグリップアーム３０を主軸９側に移動させ、主軸９における工具の着脱を行う。工具マガジン２０は、７本の柱部２５と７個の空間２６を備える。７本の柱部２５は、一軸線を中心とする回転中心２１部と外周部２２の間に渡設される。７個の空間２６は、互いに隣り合う柱部２５同士の間に設けられる。工具マガジン２０を一軸線の一端側から見た場合に、７本の柱部２５が占める面積よりも、７個の空間２６が占める面積の方が大きい。【選択図】図１

Description

本考案は、工具マガジン及び工作機械に関する。

特許文献１が開示する工具交換装置は、工具マガジンを備える。工具マガジンは、工作機械に一軸線を中心に回転可能に設け、且つ外周に複数の把持部を有する。

特開２０１５−１０４７６６号公報

加工中に発生する切り屑と切削液の飛沫が把持部に付着すると、把持部の動作性能が低下する場合がある。把持部の動作性能が低下した状態で工具交換を無理に行うと、把持部に強い外力が加わり把持部が損傷する可能性があった。

本考案の目的は、把持部に強い外力が加わった場合にその外力を逃がすことができる工具マガジン及び工作機械を提供することである。

請求項１の工具マガジンは、主軸と、前記主軸を支持する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドを移動可能に支持するコラムとを備えた工作機械に一軸線を中心に回転可能に設け、且つ外周に複数の把持部を有する工具マガジンにおいて、回転中心部と外周部の間に設けた複数の柱部と、互いに隣り合う前記柱部同士の間に設けられた空間とを備え、前記複数の柱部が占める面積よりも、前記空間が占める面積の方が大きいことを特徴とする。故に工具マガジンは、工具の保持に必要な剛性を担保し、且つ強い外力が加わった場合には変形可能なまでに剛性を下げることができる。例えば加工中に発生する切り屑や切削液の飛沫が把持部に付着すると、把持部の移動性能が低下する。その状態で工具交換時にて把持部に強い外力が加わった場合、工具マガジンはしなって変形することで、その外力を逃がすことができる。工具マガジンは空間を多く備えることで軽量化と費用削減も期待できる。なお、空間部は、工具マガジンを貫通してもよく、貫通していなくてもよい。

請求項２の工具マガジンの前記柱部の前記回転中心部と接続する一端側の幅は、前記一端とは反対側の他端側の幅よりも太くてもよい。工具マガジンは回転中心部を中心に回転可能に設けるので、回転中心部にかかる負荷が大きい。柱部の回転中心部と接続する一端側の幅が太くなっているので、回転中心部を安定して支持できる。

請求項３の工具マガジンの前記空間の前記回転中心部側は、互いに隣り合う前記柱部の前記回転中心部側の一端部同士の間に位置してもよい。故に工具マガジンは空間をより大きく設けることができるので、剛性を効果的に下げることができる。

請求項４の工具マガジンの前記柱部は、前記一軸線の両端側に突出するリブが設けられてもよい。故に工具マガジンは柱部の剛性を向上できる。

請求項５の工具マガジンの前記柱部の本数は、前記把持部の数の公約数であってもよい。柱部の本数は把持部の数の公約数なので、一つの把持部から一本の柱部が受ける外力の解析結果に基づき本数分の柱部にかかる外力を容易に算出できる。

請求項６の工作機械は、請求項１から５の何れか一に記載の工具マガジンを備えたことを特徴とする。故に工作機械は請求項１から５の何れか一に記載の効果を得ることができる。

工作機械１の正面図である。 主軸ヘッド７周囲の右側面図である。 主軸ヘッド７周囲の右側面図である。 グリップアーム３０とその周辺の右側面図である。 工具マガジン２０の正面図である。 図５のＩ−Ｉ線における矢視方向断面斜視図である。

本考案の実施形態を説明する。本実施形態は図中に示す矢印の向きで工作機械１の左右、前後、上下を説明する。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は夫々、工作機械１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。工具交換装置１５の向きもこれに倣う。

工作機械１の構成を説明する。図１、図２に示すように、工作機械１は基台２、コラム５、主軸ヘッド７、主軸９、制御箱６、作業台１０、工具交換装置１５等を備える。基台２は略直方体状の鉄製土台であり前後方向に延びる。コラム５は基台２上面後側に設ける。主軸ヘッド７（図２参照）はコラム５前面に沿って昇降可能である。主軸９は主軸ヘッド７内部に回転可能に設ける。主軸９は下向きに開口する装着穴（図示略）を備える。装着穴は主軸ヘッド７下部に位置する。工具４は工具ホルダ３に固定する。工具ホルダ３は主軸９の装着穴に着脱自在に装着する。主軸ヘッド７は内部に把持機構（図示略）を備える。把持機構は装着穴に装着した工具４を把持する。把持機構は、主軸ヘッド７の昇降に応じて把持を解除する。本実施形態は以下説明において、工具４と工具ホルダ３を纏めて工具４と呼ぶ。主軸９は主軸ヘッド７に設けた主軸モータ（図示略）の駆動で回転する。工具４は主軸９と一体して回転する。

制御箱６は数値制御装置（図示略）を格納する。数値制御装置は工作機械１の動作を制御する。作業台１０は基台２上面略中央に設け主軸ヘッド７下方に位置する。作業台１０はＸ軸とＹ軸の２軸に移動可能である。被削材（図示略）は作業台１０上面にジグ（図示略）で固定する。工作機械１は作業台１０と主軸ヘッド７を相対的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動し被削材に工具４を接触させて被削材に切削加工を施す。

工具交換装置１５は工具マガジン２０と複数のグリップアーム３０（本考案の把持部の一例）を備える。工具マガジン２０は円盤状でありアルミ合金製である。なお、工具マガジン２０の具体的構造は後述する。工具マガジン２０は略円形状の正面をやや下方に傾けた状態で一対のフレーム８でコラム５に支持する。工具マガジン２０は背面中心部に軸部２０１を備える。軸部２０１はコラム５側に突出する。コラム５は一対のフレーム８と支持台１８を備える。一対のフレーム８はコラム５前面上部の左右両側から前方に延びる。支持台１８は一対のフレーム８の先端部に固定する。支持台１８は前面に軸支部１９を備える。軸支部１９は軸部２０１を回転可能に軸支する。支持台１８は上部にマガジンモータ１００を固定する。マガジンモータ１００の駆動軸は減速機（図示略）を介して軸部２０１と連結する。減速機はマガジンモータ１００の回転力を減速して軸部２０１に伝達する。

複数のグリップアーム３０は工具マガジン２０の外周に沿って放射状に設ける。グリップアーム３０の本数は２８本である。グリップアーム３０は工具４を着脱自在に保持する。工具マガジン２０は背面外周部に沿って複数の支点台７０を等間隔に設ける。複数のグリップ案内８０は複数の支点台７０よりも内周側の工具マガジン２０に設ける。なお、図２〜図４では工具交換位置の支点台７０とグリップ案内８０のみ図示する。

複数の支点台７０は、複数のグリップアーム３０の夫々の位置に対応して配置する。支点台７０は対応するグリップアーム３０をコラム５との間で揺動可能に支持する。グリップ案内８０は案内面８１を備える。案内面８１は工具マガジン２０側からコラム５側に側面視円弧状に延びる。案内面８１は、グリップアーム３０のローラ３９を案内する。案内面８１は工具マガジン２０側に溝部８２を備える。溝部８２は側面視略半円状でありローラ３９が嵌る。

工具マガジン２０は軸部２０１中心に正面視右回り又は左回りに回転する。工具交換装置１５は工具マガジン２０を回転することによって、所定の工具４を工具交換位置に位置決めする。工具交換位置は工具マガジン２０の最下部位置である。工具交換装置１５は工具交換動作で、主軸９に装着する工具４と工具交換位置にある工具とを入れ替え交換する。

グリップアーム３０の構造を説明する。図４に示すように、グリップアーム３０は、軸部３１、アーム本体３２、工具保持部３３、後方突出部３４、連結腕３５、コイルばね３６、ローラ３７〜３９等を備える。軸部３１は左右方向に延びる。支点台７０は軸部３１を回転可能に支持する。アーム本体３２は軸部３１からコラム５側に向けて延びる。アーム本体３２の外側面、即ちコラム５側に向く面とは反対側の面に、板状のカバー３０１（図１参照、図２〜図３では省略）を設ける。アーム本体３２のコラム側中間部はローラ３７を回転可能に支持する。工具保持部３３はアーム本体３２先端部に設け、且つ平面視略Ｕ字状である。工具保持部３３は工具４を着脱可能に把持する。

後方突出部３４は軸部３１から工具マガジン２０背面側に突出する。後方突出部３４のコラム５側に向く面はローラ３８を回転可能に支持する。連結腕３５の一端部は、軸部３５１を介して後方突出部３４の後端部と回動可能に連結する。連結腕３５は工具マガジン２０の背面側に延びる。コイルばね３６は軸部３１と連結腕３５の他端部との間に設ける。コイルばね３６は、連結腕３５の他端部を軸部３１から離間する方向に常時付勢する。連結腕３５の他端部はローラ３９を回転可能に支持する。ローラ３９はグリップ案内８０の案内面８１を摺動することによって、グリップアーム３０の揺動が安定する。

グリップアーム３０の動作を説明する。図２，図３に示すように、主軸ヘッド７の昇降により、ローラ３７はＤＰカム１１のカム面を摺動する。ＤＰカム１１は、主軸ヘッド７前面の右端部に沿って固定する。ＤＰカム１１のカム面は直線部１１Ａと傾斜部１１Ｂを備える。直線部１１Ａはカム面上部から下方に直線状に延びる。傾斜部１１Ｂは直線部１１Ａ下部から斜め後方に傾斜しながら下方に延びる。ローラ３８は浮動カム１２のカム面を摺動する。浮動カム１２は、主軸ヘッド７前面の左右方向中央部に固定する。浮動カム１２のカム面は、中間部が前方に突出する。浮動カム１２のカム面の中間部から上方は後方に緩やかに傾斜する。浮動カム１２のカム面の中間部から下方は後方に緩やかに傾斜する。

ローラ３７がＤＰカム１１のカム面の傾斜部１１Ｂを下から上へ、又は上から下へ摺動することで、グリップアーム３０は支点台７０を中心に揺動する。工具保持部３３は近接位置と退避位置の間を移動する。近接位置は工具保持部３３が主軸９に近接する位置、退避位置は工具保持部３３が主軸９から前方に離間する位置である。工具保持部３３が近接位置に在るとき、ローラ３９はガイド面８１の溝部８２に嵌る。故にグリップアーム３０はその姿勢を保持する。ローラ３７がＤＰカム１１のカム面を摺動する際、浮動カム１２はローラ３７とＤＰカム１１が離れないようにグリップアーム３０の動きを規制する。

工具交換動作を説明する。図３に示すように、主軸ヘッド７は工具マガジン２０が回転可能な位置であるＡＴＣ原点へ上昇を開始する。工具交換位置に在るグリップアーム３０のローラ３７は、ＤＰカム１１のカム面を直線部１１Ａ、傾斜部１１Ｂの順に摺動する。傾斜部１１Ｂを摺動することにより、ローラ３７はコラム５側に移動する。故にグリップアーム３０は支点台７０を中心に右側面視反時計回りに揺動する。グリップ案内８０の案内面８１はローラ３９を案内する。工具保持部３３は主軸９に向けて移動し、主軸９に装着した工具４を把持する。主軸ヘッド７内部の把持機構は工具４の把持を解除することによって、工具４は主軸９から取り外し可能となる。図２に示すように、工具保持部３３が工具４を把持した状態で、主軸ヘッド７は更に上昇することによって、工具４は主軸９から抜ける。ローラ３７はＤＰカム１１の傾斜部１１Ｂから下方に離れる。その後、主軸ヘッド７はＡＴＣ原点で停止する。

工具マガジン２０は旋回し、次工具を工具交換位置に位置決めをする。次工具は、次に主軸９に装着する工具である。工具交換位置に在るグリップアーム３０の工具保持部３３は次工具を把持する。次工具は、主軸９の装着穴の下方に位置する。

主軸ヘッド７はＡＴＣ原点から下降を開始する。図２に示すように、工具４は主軸９の装着穴に進入する。把持機構は工具４を把持するので、工具４は主軸９から取り外し不能となる。主軸ヘッド７は更に下降する。図３に示すように、工具交換位置に在るグリップアーム３０のローラ３７は、ＤＰカム１１の傾斜部１１Ｂを下から上に摺動する。グリップアーム３０は支点台７０を中心に右側面視時計回りに揺動する。このとき、ローラ３９は溝部８２から外れ、ガイド面８１に沿って前方に案内される。ローラ３７はＤＰカム１１の傾斜部１１Ｂから直線部１１Ａを下から上へ摺動する。ローラ３７は直線部１１Ａに接触した状態なので、工具保持部３３が退避位置に移動した状態で、グリップアーム３０はその姿勢を保持する。主軸ヘッド７は更に下降して目標位置で停止し、工具交換動作は終了する。

工具マガジン２０の具体的構造を説明する。図５，図６に示すように、工具マガジン２０は、回転中心部２１、外周部２２、７本の柱部２５、７つの空間２６を備える。回転中心部２１は正面視略環状である。外周部２２は、回転中心部２１と同軸で且つ回転中心部２１よりも大径の正面視略環状である。外周部２２は、一つの外側溝部２２１と、２８個の内側溝部２２２を備える。外側溝部２２１は、外周部２２前面の外縁部に沿うように設けた窪みであり、且つ正面視略環状に形成する。外側溝部２２１は、２８個の正面視長円状の凹部４１を周方向に等間隔に備える。凹部４１は外側溝部２２１の周方向に沿うように位置し、凹状に窪んだ溝である。凹部４１は両端部に固定穴４１１，４１２を備える。固定穴４１１，４１２は凹部４１を前後方向に貫通する。工具マガジン２０背面側において、支点台７０は、周方向に隣り合う一組の凹部４１，４１の固定穴４１１と４１２に対してネジ（図示略）で固定する。

２８個の内側溝部２２２は、外周部２２前面の外側溝部２２１よりも径方向内側において周方向に並んで位置する。互いに隣り合う内側溝部２２２同士の間は壁部２２３で夫々区画する。内側溝部２２２は正面視略矩形状である。内側溝部２２２は内側に正面視長円状の凹部４２を備える。凹部４２は工具マガジン２０の径方向に沿うように位置し、凹状に窪んだ溝である。凹部４２は両端部に固定穴４２１，４２２を備える。固定穴４２１，４２２は凹部４２を前後方向に貫通する。工具マガジン２０背面側において、グリップ案内８０は案内面８１をグリップアーム３０側に向けた状態で、凹部４２の固定穴４２１と４２２に対してネジ（図示略）で固定する。

７本の柱部２５は、回転中心部２１の外周縁と外周部２２の内周縁とを接続し、且つ周方向に等間隔に配置する。７本の柱部２５は回転中心部２１から外周部２２側に向けて放射状に延びる。柱部２５の本数はグリップアーム３０の本数の公約数なので、7本の柱部２５の夫々は、２８本のグリップアーム３０のうち何れかのグリップアーム３０の位置に対応する。柱部２５は正面視細長の板状で、且つ外周部２２側から回転中心部２１側に向かって幅が太くなる。回転中心部２１側において、互いに隣り合う一対の柱部２５の一端部同士は近接する。柱部２５は、長さ方向に直交する幅方向の両端部にリブ２５１を夫々備える。リブ２５１は工具マガジン２０の軸線の両端側に突出する。故に柱部２５の長さ方向に直交する断面は略Ｈ状である。

７つの空間２６は、周方向に互いに隣り合う柱部２５同士の間に夫々配置する。空間２６は正面視略三角形状である。空間２６は１つの頂点を回転中心部２１側、２つの頂点を外周部２２側に向けて配置する。上記構造を有する工具マガジン２０を正面から見た場合、７本の柱部２５が占める面積よりも、７つの空間２６が占める面積の方が大きい。空間２６の回転中心部２１側は、互いに隣り合う柱部２５の回転中心部２１側の一端部同士の間に位置する。故に空間２６の回転中心部２１側の頂点が回転中心部２１に接しているので空間２６の面積が最も大きくなる。

工作機械１による被削材加工中、切り屑と切削液の飛沫が発生する。切り屑と切削液の飛沫がグリップアーム３０のローラ３９、グリップ案内８０等に付着すると、摺動抵抗が増加する。摺動抵抗が増加すると、グリップアーム３０を揺動させる為に必要な力が増大する。このとき、ＤＰカム１１と浮動カム１２を摺動することによってグリップアーム３０に大きな力が加わる。その大きな力はグリップアーム３０から支点台７０を介して工具マガジン２０に伝わる。

上記の通り、工具マガジン２０は回転中心部２１と外周部２２の間を７本の柱部２５で接続することによって、周方向に隣り合う柱部２５の間に空間２６を夫々配置する。そして、工具マガジン２０を正面において、７本の柱部２５が占める面積よりも、７つの空間２６が占める面積の方を大きくしている。つまり、空間２６を多く設けることで、工具マガジン２０の剛性を下げている。さらに、工具マガジン２０は、回転中心部２１と外周部２２の間を７本の柱部２５で周方向に等間隔に接続するので、工具４の安定保持に必要な剛性をバランスよく担保できる。これにより、工具マガジン２０は、工具４の保持に必要な剛性を担保しつつ強い外力が加わった場合には変形可能なまでに剛性を下げることができる。

従って、工具交換動作中に工具マガジン２０に強い外力が加わった場合、外力の強さに応じて工具マガジン２０はしなって変形することで、その外力を逃がすことができる。よって、工具マガジン２０は、グリップアーム３０に強い力が加わることによる損傷を防止できる。

工具マガジン２０は一軸線を中心に回転割出可能に設けられるので、回転中心部２１にかかる負荷が他部位に比べて比較的大きい。本実施形態では、柱部２５の回転中心部２１と接続する一端側の幅が他端側に比べて太くなっているので、回転中心部２１を安定して支持できる。

略三角形状の空間２６の頂点部である回転中心部２１側は、互いに隣り合う柱部２５の回転中心部２１側の一端部同士の間に位置する。これにより、空間２６をより大きくとることができるので、本実施形態は工具マガジン２０の剛性を効果的に下げることができる。

柱部２５の長さ方向に直交する方向の両端部には、一軸線の両端側に突出するリブ２５１が設けられる。故に工具マガジン２０は柱部２５の剛性を向上できるので、工具４の保持に必要な剛性を担保できる。

工具マガジン２０は空間２６を多く設けるので、工具マガジン２０の軽量化及びコストダウンも期待できる。

以上説明したように、本実施形態の工具マガジン２０は、工具交換装置１５の工具マガジンであり、コラム５に一軸線を中心に回転割出可能に設けられる。コラム５は、工作機械１の主軸９を回転可能に支持する主軸ヘッド７を移動可能に支持する。工具交換装置１５は、主軸ヘッド７の移動に伴い、工具マガジン２０の外周に沿って設けられる複数のグリップアーム３０のうち主軸９に対応する位置に割り出されたグリップアーム３０を主軸９側に移動させ、主軸９における工具４の着脱を行う。工具マガジン２０は、７本の柱部２５と７個の空間２６を備える。７本の柱部２５は、一軸線を中心とする回転中心２１部と外周部２２の間に設ける。７個の空間２６は、互いに隣り合う柱部２５同士の間に設けられる。そして、工具マガジン２０を一軸線の一端側から見た場合に、７本の柱部２５が占める面積よりも、７個の空間２６が占める面積の方が大きい。これにより、工具マガジン２０は、工具４の保持に必要な剛性を担保しつつ強い外力が加わった場合には変形可能なまでに剛性を下げることができる。

本考案は上記実施形態に限らず各種変形が可能である。工具交換装置１５は、主軸ヘッド７の昇降により、工具マガジン２０のグリップアーム３０を揺動させて主軸９に装着する工具を交換するものであるが、これ以外の方式で工具交換を行ってもよく、例えば工具マガジンを主軸側に移動させて把持部が把持する工具を主軸に装着する方式でもよい。

工具マガジン２０の柱部２５は７本であるが、本数はこれより多くても少なくてもよいが、グリップアーム３０の数の公約数であってもよい。本実施形態のグリップアーム３０は２８本、柱部２５は７本なので、グリップアーム３０の本数の公約数である。故に本実施形態は、一本のグリップアーム３０から一本の柱部２５が受ける外力の解析結果に基づき、本数分の柱部２５にかかる外力を容易に算出できる。これにより、本実施形態は工具マガジン２０に必要な剛性を導出できる。

柱部２５の断面は略Ｈ状であるが、前面側又は背面側にのみ突出する形状であってもよい。柱部２５のリブは省略してもよい。柱部２５の回転中心部２１側の幅は、外周部２２側の幅よりも大きくなった略台形状であるが、幅が均一である略長方形状であってもよい。柱部２５の形状は上記実施形態に限らず、例えば、途中で湾曲、屈曲していてもよい。

上記実施形態では、工具４が工具ホルダ３に固定され、該工具ホルダ３が主軸９に装着されるが、工具４が主軸９に直接装着されてもよい。

１ 工作機械
３ 工具ホルダ
４ 工具
５ コラム
７ 主軸ヘッド
９ 主軸
１５ 工具交換装置
２０ 工具マガジン
２１ 回転中心部
２２ 外周部
２５ 柱部
２６ 空間
３０ グリップアーム
２５１ リブ

Claims (6)

1. 主軸と、前記主軸を支持する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドを移動可能に支持するコラムとを備えた工作機械に一軸線を中心に回転可能に設け、且つ外周に複数の把持部を有する工具マガジンにおいて、
   回転中心部と外周部の間に設けた複数の柱部と、
   互いに隣り合う前記柱部同士の間に設けられた空間と
   を備え、
   前記複数の柱部が占める面積よりも、前記空間が占める面積の方が大きいこと
   を特徴とする工具マガジン。
2. 前記柱部の前記回転中心部と接続する一端側の幅は、前記一端とは反対側の他端側の幅よりも太いこと
   を特徴とする請求項１に記載の工具マガジン。
3. 前記空間の前記回転中心部側は、互いに隣り合う前記柱部の前記回転中心部側の一端部同士の間に位置すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の工具マガジン。
4. 前記柱部は、前記一軸線の両端側に突出するリブが設けられたこと
   を特徴とする請求項１から３の何れか一に記載の工具マガジン。
5. 前記柱部の本数は、前記把持部の数の公約数であること
   を特徴とする請求項１から４の何れか一に記載の工具マガジン。
6. 請求項１から５の何れか一に記載の工具マガジンを備えたこと
   を特徴とする工作機械。

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