JP3727121B2 - 工作機械の自動工具交換装置における工具マガジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械の自動工具交換装置における工具マガジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術の工作機械の自動工具交換装置における工具マガジンにおいては、工具の保持手段として、開口した複数のポットが列設され、各ポットに工具が嵌装されているか、開閉枢動する把持爪対が列設され、各把持爪対により工具が把持されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の技術の工具マガジンは、工具の貯蔵保持において、ポット嵌装は、多種の刃部の長さ寸法の工具に対しシャンク部の軸方向位置を揃えるのには、その対応手段をポットに具備させる必要があり、刃部がポット内に入るので、付着した切削屑の問題も生じる。開閉枢動する把持爪対の場合には、その構造が複雑となり、駆動手段も必要であり、装置も少なくとも半形方向の寸法も小さくできず、把持爪対の問隔、即ち貯蔵ピッチが大きくなり、工具の貯蔵数において不利である。
この発明は、簡単な構造で、工具の刃部の長さ寸法または、付着した切粉等の問題にも関係なく、駆動手段も不必要の上、小形化される工具マガジンを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の工作機械の自動工具交換装置における工具マガジンは、弾性金属棒がＵ字形又はＶ字形に屈曲して形成され、その両脚部の先端部が、実質的に同方向に直角に曲げられ、更に工具の係合凹部に係合するように円弧状に湾曲されて把持爪部を形成し、対向した両把持爪部の先端部は外開きに屈曲され工具の係合凹部を半径方向に出入させる開口部となっている工具把持部材と、該工具把持部材の両脚部が埋め込まれる深さと両脚部が外広がりにたわみ得る幅とをもち、工具把持部材の両脚部が嵌挿される凹部が形成された工具マガジン本体と、工具把持部材の両脚部が嵌挿された状態の凹部を上から蔽い工具把持部材を保持する保持手段とから構成されている。
【０００５】
工具交換において使用済工具を工具マガジンに戻す場合には、主軸又は交換腕は、使用済工具を受入れる空の工具把持部材の把持爪部の開口部に使用済工具の係合凹部が対向するように移動位置決めされ、次いで、使用済工具は、主軸又は交換腕により把持爪部に向って進められ把持爪部の開口部に接触して押圧される。すると、開口部は、係合凹部に押拡げられ、工具把持部材の両脚部が外開きのたわむと共にねじれも加わり、把持爪部も外開きにたわむ。その後、使用済工具の係合凹部は、円弧状湾曲した把持爪部に抱かれた状態となり、工具把持部材の両脚部のたわみやねじれ及び把持爪部のたわみは、弾性的に戻され、そのばね力により、把持爪部は工具Ｔの係合凹部に係合してそこを強固に把持する。それから、主軸又は交換腕は、工具を開放した後、工具マガジンから離れる。
【０００６】
次に工具交換において新しい工具を工具マガジンから取出す場合には、主軸又は交換腕は、新しい工具に向って移動し、それを把持する。次いで、主軸又は交換腕の移動により把持爪部に把持されている状態から把持爪部の先端開口部の方に引出され、把持爪部の開口部に接触して押圧される。すると、開口部は、工具の係合凹部に押拡げられ、工具把持部材の両脚部が外開きのたわむと共にねじれも加わり、把持爪部も外開きにたわむ。その後、新しい工具の係合凹部は、把持爪部から離れる。工具把持部材の両脚部のたわみやねじれ及び把持爪部のたわみは、弾性的に戻される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
先ず、この発明の実施の形態における工具マガジンが適用された工作機械の自動工具交換装置を図面に従って説明する。なお、以下の説明における上下左右方向は、図１における方向であり、左右方向をＸ軸線方向、前後方向をＹ軸線方向、上下方向をＺ軸線方向とする。
【０００８】
自動工具交換装置を具備した工作機械の機枠１上には、左右往復台２がＸ軸線方向に、左右往復台２上には上下往復台３がＹ軸線方向に、上下往復台３の前面にはモータにより回転駆動される上下方向の主軸４を備えた主軸頭５が上下方向（Ｚ軸線方向）に夫々滑動自在に設けられ、図示しない駆動制御装置により夫々送り制御されるようになっている。
【０００９】
従って、主軸４の下端に装着され、回転駆動される工具Ｔは、左右往復台２、上下往復台３及び主軸頭５が各送り方向に送られることにより三次元に送られ、テーブル上の工作物に対し加工を行う。
工作機械の機枠１の前面には、工具マガジン１０が装着されている。具体的には、工作機械の機枠１の前面に水平方向に案内１１が形成されると共に、水平方向に上下の長溝孔１２，１３が機枠１の壁部を貫通して形成されている。
【００１０】
次に、工具マガジン１０について説明する。
案内１１には、工具マガジン１０のシャトル板１４とシャトル板１５とが並んで、個々に滑動自在に取り付けられている。
機枠１内には、図示しない空気圧制御装置により制御される空気圧シリンダ１６，１７が、長溝孔１２，１３に対応した位置に上下になって水平方向に設けられ、そのピストン棒１８，１９の作動方向は対向している。そして、シャトル板１４とシャトル板１５との夫々の背面から長溝孔１２，１３を通して機枠１内に突出した突出部には、ピストン棒１８，１９に結合されている。
【００１１】
工作機械の左右往復台２の左右方向の送りによる主軸４の作業可動範囲に略該当する間隔をあけ、その左右に待機位置にあるシャトル板１４とシャトル板１５とが位置し、シャトル板１４，１５の長さは、主軸４の作業可動範囲に略該当する間隔と同一である。そして、その間隔がシャトル板１４（１５）の工具交換位置となる。
シャトル板１４，１５の前面には、シャンクＳを上にし刃部Ｅを下にして工具Ｔを把持する複数の工具把持部材３０が左右方向に、且つ工具把持部材３０に把持された工具同士が干渉しない間隔で列設されている。
【００１２】
各工具把持部材３０は、鋼棒をＵ字形に屈曲して形成され、その両脚部３１はシャトル板１４，１５の前面に形成され、鋼棒の直径を深さとするＵ字形溝２０に埋め込まれるように嵌着され、Ｕ字形溝２０は、後述する開口部３３，３３の外開き変形に際しての両脚部３１の外開き変形を多少許すゆとりをもっている。又、Ｕ字形溝２０は、Ｖ字形溝でもよい。
【００１３】
工具把持部材３０の両脚部３１，３１の上端部は、シャトル板１４，１５の上側縁から突出し、前方に向うように直角に曲げられ、把持爪部３２，３２を形成している。把持爪部３２，３２は、工具ＴのシャンクＳの前端に形成された環状溝Ｐに係合するように円弧状に湾曲され、工具Ｔの押込み嵌着の便のために、先端部が外開きに屈曲され、開口部３３，３３となっている。
【００１４】
シャトル板１４，１５の前面には、Ｕ字形溝２０に嵌着されている工具把持部材３０を押え保持するように保持板３４が取り付けられ、保持板３４の上端縁は櫛歯状となり、歯部は工具把持部材３０の両脚部間に位置し、その先端は把持爪部３２，３２間になるよう折り曲げられている。
工具把持部材３０に工具Ｔが把持されて、待機位置にあるシャトル板１４，１５を少なくとも工具ＴのシャンクＳを含めて外方から保護する保護カバー２１，２１が機枠１の前面に取り付けられている。
【００１５】
工具把持部材３０は、鋼棒製で弾性をもつているため、工具Ｔの環状溝Ｐに係合した把持爪部３２，３２が弾性的に締まることにより工具Ｔを把持し、工具把持部材３０に対する工具Ｔの着脱は、工具Ｔを把持爪部３２，３２の先端の開口部３３に対して半径方向に移動させることにより、把持爪部３２，３２が弾性的に開かれて行われる。
【００１６】
上記の工作機械の自動工具交換装置の操作・作動について説明する。
工作機械の加工中には、工具マガジン１０において、工具Ｔを保持するシャトル板１４，１５は、夫々左右の待機位置にあり、保護カバー２１，２１に蔽われた状態にある。加工が完了すると、主軸４の回転は停止されると共に、主軸頭５は原位置に復位する。
【００１７】
主軸４に装着されている使用済の工具Ｔと工具マガジン１０に貯蔵されている次の加工に使用する所望の新しい工具Ｔとの交換、即ち自動工具交換に際しては、先ず、使用済の工具Ｔを受入り貯蔵する方のシャトル板１４に結合された空気圧シリンダ１６が作動され、そのピストン棒１８が突出状態になる。即ちシャトル板１４は、待機位置から案内１１に案内されて中央の工具交換位置に滑動移動する。
【００１８】
そして、原位置にある主軸頭５は、主軸４に装着された使用済の工具Ｔを受入れる空の工具把持部材３０の把持爪部３２，３２の開口部３３，３３に使用済工具Ｔの環状溝Ｐが対向するようにＸ軸線方向及びＺ軸線方向に移動位置決めされ、次いで、Ｙ軸線方向に移動され、使用済工具Ｔは、把持爪部３２，３２に向って進められ把持爪部３２，３２の開口部３３，３３に接触して押圧される。
【００１９】
すると、環状溝Ｐの溝底径より狭い間隔の開口部３３，３３は、環状溝Ｐに押拡げられ、工具把持部材３０の両脚部が外開きのたわむと共にねじれも加わり、把持爪部３２，３２も外開きのたわむ。次いで、使用済の工具Ｔの環状溝Ｐは、円弧状に湾曲した把持爪３２，３２に抱かれた状態となり、工具把持部材３０の両脚部のたわみやねじれ及び把持爪部３２，３２のたわみは、弾性的に戻り、そのばね力により、把持爪部３２，３２は工具Ｔの環状溝Ｐに係合してそこを強固に把持する。それから、主軸４が工具ＴのシャンクＳを開放した後、主軸頭５は、Ｚ軸線方向に上方に移動され、且つＹ軸線方向に手前に移動されて原位置に復位する。
【００２０】
所望の新しい工具Ｔを保持している方のシャトル板が使用済の工具Ｔを受入り貯蔵したシャトル板１４と同一の場合は、シャトル板１４はそのまま工具交換位置に留まる。両者が異なる場合には、空気圧シリンダ１６が作動してそのピストン棒１８が退縮状態になり、シャトル板１４は、案内１１に案内されて中央の工具交換位置から保護カバー２１に蔽われた待機位置に復位する。それと共に、新しい工具Ｔを貯蔵する他のシャトル板１５に結合された空気圧シリンダ１７が作動され、そのピストン棒１９が突出状態になり、シャトル板１５は、待機位置から案内１１に案内されて中央の工具交換位置に滑動移動する。（以下の説明では新しい工具Ｔを貯蔵するのはシャトル板１５とする。）
【００２１】
次に原位置にある主軸頭５は、主軸４が新しい工具Ｔとが同軸線上になるようにＸ軸線方向及びＹ軸線方向に移動位置決めされ、次いで、主軸４に該工具に嵌挿されるように主軸頭５がＺ軸線方向に下降され、主軸４が新しい工具ＴのシャンクＳを把持する。それから、主軸頭５がＹ軸線方向に手前に移動されると、主軸４に装着された工具Ｔは、把持爪部３２，３２に把持されている状態から把持爪部３２，３２の先端開口部３３，３３の方に引出され、把持爪部３２，３２の開口部３３，３３に接触して押圧される。
【００２２】
すると、環状溝Ｐの溝底径より狭い間隔の開口部３３，３３は、環状溝Ｐにより押拡げられ、工具把持部材３０の両脚部が外開きにたわみ、且つねじれ、把持爪部３２，３２が外開きにたわむ。その後、新しい工具Ｔの環状溝Ｐは、把持爪部３２，３２から離れる。工具把持部材３０の両脚部３１，３１のたわみやねじれ及び把持爪部３２，３２の曲げの弾性的に戻され、把持爪部３２，３２は狭くなる。
そして、主軸頭５は、Ｚ軸線方向に上昇して原位置に復位すると共に、空気圧シリンダ１７が作動され、そのピストン棒１９が退縮状態になり、シャトル板１５は、中央の工具交換位置から保護カバー２１に蔽われた待機位置に復位する。
【００２３】
次いで、主軸頭５は、現在位置から図示しない数値制御装置の所定のプログラムに従って送られて新しい工具による加工が行われる。その際、待機位置にあるシャトル板１４，１５及びそれらに保持されている貯蔵工具の少なくともシャンクＳは、保護カバー２１，２１により切削液及び切粉等から保護される。
上記の実施の態様は、工具マガジンが固定形式であり、交換腕がない形式に自動工具交換装置であるが、工具マガジンが可動形式であっても、交換腕が具備されていても、上記の工具貯蔵保持構成の工具マガジンは適用し得る。
【００２４】
【発明の効果】
この発明による工作機械の自動工具交換装置における工具マガジンにおいては、工具貯蔵保持手段が、工具マガジン本体に取り付られた単なる弾性金属棒で形成された工具把持部材であり、その弾性たわみを利用して工具の把持・解放を行い、別の開閉機構を要しないのであるから、その構造は極めて簡単であり、故障も少なく、コストも低い。
しかも、工具把持部材の把持爪部だけが工具の半径方向の大きさであるので、上記の簡単な構造と相俟って工具マガジンの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の態様における工作機械の自動工具交換装置の正面部分図。
【図２】この発明の実施の態様における工作機械の自動工具交換装置の側面図。
【図３】この発明の実施の態様における自動工具交換装置の工具マガジンの工具把持部材の正面図。
【図４】この発明の実施の態様における自動工具交換装置の工具マガジンの工具把持部材の側面図。
【図５】この発明の実施の態様における自動工具交換装置の工具マガジンの工具把持部材の平面図。
【図６】この発明の実施の態様における自動工具交換装置の工具マガジンのシャトル板の正面図及び側面図。
【図７】この発明の実施の態様における自動工具交換装置の工具マガジンの保持板の正面図及び側面図。
【符号の説明】
１ 機枠
２ 左右往復台
３ 上下往復台
４ 主軸
５ 主軸頭
１０ 工具マガジン
１１ 案内
１２，１３ 長溝孔
１４，１５ シャトル板
１６，１７ 空気圧シリンダ
１８，１９ ピストン棒
２０ Ｕ字形溝
２１ 保護カバー
３０ 工具把持部材
３１ 両脚部
３２ 把持爪部
３３ 開口部
３４ 保持板
Ｔ 工具
Ｓ シャンク
Ｐ 環状溝

Claims (4)

1. 弾性金属棒がＵ字形又はＶ字形に屈曲して形成される両脚部と、該両脚部の両先端部が、実質的に同方向に直角に曲げられて形成される把持爪部を備える工具把持部材と、該工具把持部材の両脚部が嵌挿される凹部が形成された工具マガジン本体とから構成された工作機械の自動工具交換装置における工具マガジン。
2. 工具把持部材の両脚部が嵌挿される工具マガジン本体の凹部は、工具把持部材の両脚部が埋め込まれる深さと両脚部が外広がりに撓み得る幅とを有する請求項１に記載の工作機械の自動工具交換装置における工具マガジン。
3. 工具把持部材の把持爪部は、工具の係合凹部に係合するように円弧状に湾曲され、対向した両把持爪部の先端部は外開きに屈曲され、工具の係合凹部を半径方向に出入させる開口となっている請求項１又は請求項２に記載の工作機械の自動工具交換装置における工具マガジン。
4. 工具把持部材の両脚部が嵌挿された工具マガジン本体の凹部を上から蔽い工具把持部材を保持する保持手段を備えた請求項１、請求項２又は請求項３に記載の工作機械の自動工具交換装置における工具マガジン。

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