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