JP3567239B2 - 心出しおよび締付けのための手段と工具との結合 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば機械加工のような材料の処理用工具のための固定機構に関し、該固定機構は工具、そのフレームおよび機械工具のフレーム内の工具保持部材の組合わせを含んで成る。
本発明の固定機構は、機械加工の材料として木材、プラスチック、金属等の、たとえばフライス削り、リーマ通し、穴あけ、丸削りのようなチッピングによる機械加工を含む広範囲の技術に適用できる。固定機構は、様々な種類の製造のためのロボット技術に、または部品の移送および処理のための器具のようなその他の自動装置で、さらに空気圧縮工具でのつかみ部材等の交換に用いることができる。異なった種類の操作に要する前記の工具の交換は、様々な操作を実行するために必要である。
加えて、上記工具の固定機構は、切断、押抜き、成型および成形工作に、特にいわゆる板機械加工センターにおける金属板の機械加工に使用するのに利点がある。この種の機械加工において、工具の固定の方向は、機械加工刃端または成形刃端が機械加工力を金属板に向けるように線形運動方向、通常金属板の主方向に垂直な方向であり、金属板が工具とその相手部材、すなわちクッションとの間に配置される。本発明の固定機構は、実際の機械工具および相手部材、すなわちクッションの両方を機械工具のフレーム内の工具保持部材に固定するのに用いることができる。
従来技術では、工具を固定するのに、いわゆるコニックフィット（円錐すり合わせ）、すなわちモースコニックフィットを用いるのが一般的であり、それによって工具フレームと工具保持部材がそれぞれの軸方向で固定運動によって互いに連結され、脱着も軸方向に対応する様式で達成される。特に、コニックフィットは、接続面が軸方向の力のもと、お互いに容易に締付けられすぎる傾向にあるという欠点がある。このため、現在用いられている多くのシステムは、締付けられたコニック面を工具の交換に際して、開放するための特別の脱着機構を含む。その結果、工具据え付けに要求される固定機構の費用が増加するとともに、固定機構が比較的複雑となり、そのため実際の機械加工操作の間、特に工具の交換の間に、障害が起こりやすい。
従来技術について、さらに完全な曲面とのインタフェイスを用いる工具固定機構を開示するDE−4218142,EP−22796およびDE−4223158を参照されたい。
本発明の目的は、改善された工具固定機構を提供することであり、広い範囲の応用分野で従来技術を改善することでもある。これらの目的を達成するために本発明の工具固定機構は、工具フレームと工具保持部材との間の機械加工力を伝えるために、工具フレーム中、および機械加工工具のフレーム内に工具保持部材中の接続面の少なくとも１つが、主に装着方向に延び、曲面として形成され、そして工具フレームに連接する第１接触面と工具保持部材中の第２接触面が固定機構の操作位置でお互いに接触して配置されるよう調整されていることを主に特徴とする。上記解決法を用いて、非常に簡便で確実な固定機構が達成される。工具とそのフレームとは、曲面で定義される非常に簡単な移動によって工具保持部材に位置され、そこで接続面が実質的にお互いに接触して位置し、そして接触面は装着方向に実質的に垂直な方向に延び、最終装着段階で、工具と工具フレームおよび工具保持部材間で装着方向に機械加工力を伝え、そして／または装着方向に実質的に垂直な方向に摩擦接触によって機械加工力を伝える。
本発明の固定機構の幾つかの有利な実施の形態が添付された従属項に提示されている。
下記の記載において、本発明は添付された図面に示され、本発明の固定機構の幾つかの有利な実施の形態を例示する一連の図を参照して開示される。
図1aは、第１の実施の形態に従う工具の部品を別々に工具を固定する初期の段階において装着方向から見た断面図である。
図1bは、工具とそのフレームを機械工具のフレーム内の工具保持部材に連接して装着する段階を示す、装着方向での断面図である。
図1cは、固定機構の機能位置における工具、工具フレームおよび機械工具のフレーム内の工具保持部材の装着方向での断面図である。
図1dは、工具および工具フレームを上記断面図中、脱着する段階を示す。
図2a−ｄは、図１−ｄに示される段階に対応する固定機構の別の実施の形態を示す。
図3a−ｃは、本発明の第３の実施の形態に従う図１−ｄに示される重要な段階を示す。
図１を参照して、固定機構は、主要部分として、工具１、工具１を固定する工具フレーム２、ブッシュ様の工具保持部材３および締付金具3aとから成る。この実施の形態では、工具１は切断、穴あけ、成型または成形等の刃のための相手部材として用いるクッションまたはそれに類するものである。
工具フレーム２中の接続要素４は、円筒形状を有するインレイである。前記要素４は、実質的に装着方向へ延び、装着方向（矢印Ａ）で直線をなす第１接続面５と、さらに第１接続面と続き装着方向に対して実質的に垂直である第１接触面６（すなわち底面）とから成る。本実施の形態では、第１接触面６は、第１接続面５の接続要素４の底部に面する一端から固定機構の中心線Ｋに向けて延びる環状様のフランジ部分であり、図1cに示されるように、工具フレーム２および保持部材３の両方の中央開口部KR2およびKR3は、寸法が等しく同心状であるため、保持部材３の内部で付加的な部品の装着方向でのいかなる移動も可能となる。
図１に例示された第１の実施の形態では、曲線接続面（特に球面）は、工具保持部材３と連接する接続面７であり、環状様の第２接触面（すなわち表側の表面）から装着方向（Ａ）に垂直な方向に延び、好ましくは装着方向での工具保持部材３の外側表面の一部を形成する。図1cを特に参照して、工具フレーム２は、第２接続面７を工具保持部材３の端部で取り囲むように配置され、第１接触面６および第２接触面８は互いに接触している。
本発明によれば、曲線面すなわち第２接続面７を、曲線面の曲率半径ｒと工具保持部材３の装着方向での中心線Ｋ上に位置する中心Ｋと、接触面（すなわち本実施の形態では第２接触面８）との距離が次式を満たすように設計することには利点がある。
r²＝D²＋d²
式中、ｒは曲率半径、Ｄは装着方向Ａに垂直な第２接触面８の半径、ｄは装着方向Ａでの曲率半径の中心と第２接触面との間の距離を表す。
その結果、曲線第２接続面７が装着方向Ａで第２接触面８の外側端から、第２接触面から距離ｅで延び、ｅは実質的にｅ＝２＊ｄである。式中、ｄは装着方向での曲率半径の中心と、第２の接触面８との間の距離を表す。
固定機構を適合性よく機能させるためには、接続要素４のインレイの直径Ｈは実質的にＨ＝２＊ｒであり、好ましくはＨ＝２＊ｒ＋Δ（式中、Δは用いられるはめあいであり、ｒは前記曲率半径である）である。
少なくとも第２接続面７による工具保持部材３の断面形状と、工具フレーム２内の接続要素４の断面形状との両方は、装着方向Ａに対して垂直な方向で、円形状である。用いられるはめあいΔは、工具の用途に従って、すきまばめ、締りばめまたは中間ばめであり得る。
図1bは、工具１およびフレーム２の工具保持部材３への装着を示し、工具フレーム２は装着方向Ａに関して傾いた位置に移動される。すなわち、工具保持部材３の一端が第２接続面７を通り、工具フレーム２をフレーム２と固定された締付金具3a（たとえばグルーブノーズジョイント10a,10b）で工具保持部材３の方へよせる。棒状締付金具3aは、このようにして、グルーブノーズジョイント10a,10bを固定するために接触面８を通るようにされる。工具フレーム２は、球曲面を形成する接続面７のまわりを図1cに示す位置まで回転させることができ、そこで装着方向への力を受けるべく第１接触面６および第２接触面８は、互いに接触し向き合う。締付金具3aは、接触面６および８間に圧力をかけ、装着方向に垂直な方向の負荷（たとえば、ねじれ）を摩擦接触によって伝えることができる。すなわち、
F_R＝μ＊FK
（式中、F_Rは半径方向の力、μは接触面６および接触面８間に有効に働く摩擦係数、そしてFkは締付金具3aの張力を表す。）
図1dに示すように、工具フレーム２は、締付金具3aの推進力Fkによって逆に脱着される。本実施の形態では、接続要素４のインレイの装着方向での深さＳ（すなわち、第１接触面６と工具フレーム２の環状様端面９との間の距離）は実質的に２＊ｄであることに注目すべきである。ここで、ｄは装着方向での曲率半径ｒの中心Ｋと第２接触面８との間の距離である。
締付金具3aは、工具フレーム２の外周を囲む２つ以上の金具であり、それらの端部に設けられ工具フレーム２に向かって半径方向に延びるノーズ10bを含む。溝10aが工具13のフレーム２の外表面に設けられ、フレーム２を取り囲み、装着要素として機能し、２つの半径方向面11aおよび11bを有し、各々は工具の装着の間、固定されたとき（図1a−ｃ中、11aおよび12a）、脱着の間（図1d中、11bおよび12b）、各ノーズ10bの対応する半径方向面12aおよび12bと協働する。
代わりに、図２を参照して、本発明の固定機構は、装着方向に垂直な方向から見て、曲線面が工具フレーム２の外表面に形成され、それは実質的に装着方向に関して、球面であり、そこでは工具保持部材中の接続要素４は、対応するインレイである。当然のことながら、両方の接続面を少なくとも部分的に曲線状にすることも可能である。
図２の実施の形態では、工具フレーム２は工具固定要素2aと、それの第１面に固定された工具１とから成る。板様固定要素2aの第２面は、部分的に第１接触面６を形成し、それに対して接続面要素2bが固定され、かつその装着方向の表面は曲線状の接続面７を形成する。接続面要素2bは、第１接触面６に関して中央に配置され、接続面要素2bは第１接触面によって環状様に取り囲まれている。装着方向に装着要素13は接触面要素から延びて、実質的に装着方向にある中央アーム13aとその自由端にある継ぎ要素13bとから成る。
工具保持部材３には、その一端に端面が第２接触面８を形成するフランジ様の継ぎ部材が設けられる。工具保持部材３は、ブッシュのようであり、装着方向においてブッシィング穴内で移動自在に締付金具3aが配置され、工具保持部材３のブッシィング形状の内部穴から案内効果を受ける。締付金具3aの自由端は、開口溝システム14を備え、図2aに示されるように装着要素13のアーム13aを収容するために開口部14aが装着方向に配置される。そこで締付金具3aは外側の位置にあり、開口溝システム14の一端は、装着方向で第２接触面８の外側に突出し、フレーム２の装着要素13は、継ぎ要素13bが溝要素14bの内部に位置されるように、開口溝システム14に関してたとえば、側方から装着することができる。溝要素14bは、装着方向に垂直に、端部で半径方向面12a,12bを含む。このようにして、図2bによれば、工具１はフレーム２とともに工具保持部材３に引き付けられ、接続面要素2bが保持部材３のブッシィング形状部の内部に配置され、保持体の端部近傍の内面がそのようにして第２接続面５を形成する。継ぎ要素13bの第１半径方向面11aは、装着段階で溝要素14の第１半径方向面12aと接触状態にある。装着は、工具１に関して提示された様式で行われ、図2cに示すような状況となり、そこでは示された固定において、締付金具3aは上方に向けての力Fkによって動かされ、接触面６および８は互いに接する。工具１は、図2dに示す様式で保持部材から脱着され、要素13の第２半径方向面11bおよび要素14の第２半径方向面12bが互いに接し、そして装着方向に有効な締付金具3aの力が実質的に装着方向Ａで締付金具3aのブッシィング形状部から接触面要素２を開放する。
図３を参照して、フレーム２は、締付金具3aにある一連の開口部3b内部で半径方向に配置されたボール機構15等によって、締付金具3aに固定される。開始段階および開放段階では、図3aおよび図3cに示すように、ボール（15a）類は、保持部材のブッシィング穴の中のインレイ16に位置することができ、半径方向外方に移動して装着要素13の継ぎ要素13bが装着方向でボール15aを通過することを可能にする。保持部材３のブッシィング穴では、締付金具3aを形成するブッシィング状管が装着方向に移動自在に配置される。フレーム２の装着は、図3aに従えばアーム要素13aおよび継ぎ要素13bを含めて装着要素13を装着方向Ａで締付金具3aの管形状体内部に挿入することによって開始される。ここでボール15aはインレイ16と連接しており、管形状体の内面の平面で最外部の位置にある。締付金具3aが保持部材３に対して、図3bに示すように、上方に移動するとき、図１および図２に関して前記で説明した様式に対応するようにフレーム２をロックしそして力Fkを与えるためにボール15aは、装着方向に垂直な方向において内部に位置され、保持部材３の内部穴の表面によって継ぎ要素13bの半径方向面11aと強制的に連接される。図3cに示すように、締付金具3aの表側面3c（図２では半径方向面12bに対応する）を用いて、第２半径方向面11bを形成する接続面要素2bの接触面６を押して、フレーム２は脱着される。保持部材３内の接続面５は、締付金具が自在に移動する保持部材３のブィシィング穴を超える直径を有する接続要素４中に形成される。その結果、図３に示す実施の形態では、開口溝システム14（図２）に対応する構造は、図２の固定構造の代わりに、締付金具3aの移動に従って半径方向で調整されるように形成される。

Claims (12)

1. 機械加工のような材料を処理するための工具の固定機構であって、工具（１）と、そのフレーム（２）と、機械工具のフレーム内の工具保持部材（３）との組合わせを含んで成り、工具フレーム（２）および工具保持部材（３）は、主に装着方向に延び、装着方向に対して垂直な方向で円形状を有し、相互に接触して配置される同心状の接続面（5,7）を含み、工具フレーム（２）は第１接触面（６）を含み、工具保持部材（３）は第２接触面（８）を含み、工具フレーム（２）と工具保持部材（３）との間の機械力を伝達するために、該第１接触面（６）および第２接触面（８）は実質的に装着方向に垂直な方向に配向され、固定機構の操作位置でお互いに接するように位置する固定機構において、前記接続面（5,7）の少なくとも１つは、装着方向に関して球面として形成されることを特徴とする固定機構。
2. 前記接続面（5,7）および接触面（6,8）は、工具フレーム（２）中および工具保持部材（３）中の両者において、それらの端部で接続されていることを特徴とする請求項１記載の固定機構。
3. 球面として形成される接続面（７）は、工具保持部材（３）の外側表面に形成され、第２接触面（８）の外端から延び、工具フレーム（２）中の接続要素（４）は、インレイであることを特徴とする請求項１記載の固定機構。
4. 球面として形成される接続面（７）は、工具フレーム（２）の外側表面に形成され、工具保持部材（３）中の接続要素（４）は、インレイであることを特徴とする請求項１記載の固定機構。
5. 第一に球面として形成される接続面（７）の曲率半径の長さ、第二に該曲率半径の中心（Ｋ）と接触面との間の距離は次式を満たす：
   r²＝D²＋d²
   （式中、ｒは曲率半径であり、Ｄは装着方向（Ａ）に垂直な接触面（6,8）の半径であり、ｄは装着方向（Ａ）での曲率半径の中心と接触面（6,8）との間の距離である）
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固定機構。
6. 接続要素（４）のインレイの直径（Ｈ）は、２＊ｒ（式中、ｒは前記曲率半径である）であることを特徴とする請求項３または４記載の固定機構。
7. 接続要素（４）のインレイの直径（Ｈ）は、２＊ｒ＋Δ（式中、ｒは前記曲率半径であり、Δは、たとえばすきまばめ、締まりばめ、または中間ばめのような、はめあいである）であることを特徴とする請求項３または４記載の固定機構。
8. 球面として形成される接続面（７）は、装着方向（Ａ）で第１接触面（６）から実質的に距離（ｅ）だけ延び、ｅ＝２＊ｄ（式中、ｄは装着方向（Ａ）での曲率半径の中心から第１接触面（６）までの距離である）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固定機構。
9. 前記接続要素（４）は、円筒形状を備えるインレイであり、装着方向（Ａ）における第２接触面（８）からの深さが２＊ｄである（式中、ｄは装着方向（Ａ）における曲率半径（ｒ）の中心（Ｋ）と第２接触面（８）との間の距離である）ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固定機構。
10. 前記工具フレーム（２）は、
    工具（１）が固定される固定要素（2a）と、
    工具（１）の固定位置に対して固定要素（2a）の反対側に位置し、球面として形成される接続面（5,7）を有する接続面要素（2b）であって、接触面（6,8）が該接続面要素（2b）を取り囲むように固定要素中に位置される、接続面要素（2b）と、
    前記工具保持部材（３）内に位置し、工具保持部材（３）に対して移動自在である固定手段（3a）の開口溝配置（14）と協働して配置される装着要素（13）とを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の固定機構。
11. 前記装着要素（13）は、接続面要素（2b）から突出し、アーム要素（13a）および継ぎ要素（13b）を含むことを特徴とする請求項10記載の固定装置。
12. 機械加工のような材料を処理するための工具の固定機構であって、工具（１）と、そのフレーム（２）と、機械工具のフレーム内の工具保持部材（３）との組合わせを含んで成り、工具フレーム（２）および工具保持部材（３）は、主に装着方向に延びる接続面（5,7）を含み、工具フレーム（２）は第１接触面（６）を含み、工具保持部材（３）は第２接触面（８）を含み、工具フレーム（２）と工具保持部材（３）との間の機械力を伝達するために、該第１接触面（６）および第２接触面（８）は実質的に装着方向に垂直な方向に配向され、固定機構の操作位置でお互いに接するように位置する固定機構において、
    前記接続面（5,7）の少なくとも１つは、球面として形成され、
    第一に球面として形成される接続面（７）の曲率半径の長さ、第二に該曲率半径の中心（Ｋ）と接触面との間の距離は次式を満たす：
    r²＝D²＋d²
    （式中、ｒは曲率半径であり、Ｄは装着方向（Ａ）に垂直な接触面（6,8）の半径であり、ｄは装着方向（Ａ）での曲率半径の中心と接触面（6,8）との間の距離である）
    ことを特徴とする固定機構。

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