JP3837454B2 - 工作機械の工具収納装置 - Google Patents

Description

本発明は工作機械の分野に係り、特に最良の条件の下で高速工作機械の工具の交換と収納とを可能とする改良された工作機械の工具収納装置に関する。
高速機械加工は、一般に、滑筒の中に取り付けられた電動スピンドルの動力軸によって回転駆動される工具によって行なわれ、滑筒自体は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸に沿って平行移動するように可動に取り付けられている。
従来の工作機械は次の４つの主要な作業ポスト、すなわち、
−電動スピンドルの動力軸によって回転駆動され、加工片に加工を施す工具を有する、本来の意味の加工ポストと、
−上記加工ポストの工作機械本体側にあって、特に滑筒のＸ、Ｙ、Ｚに沿った電動スピンドルの平行移動を可能にするとともに、工具支持軸を回転駆動する電動スピンドルへの駆動力供給を行う一式の手段からなる駆動ポストと、
−上記加工片の種々の加工工程を実行するために、予め作成された指令プログラムに基づいて駆動ポストを制御する制御ポストと、
−上記加工片の種々の加工工程の際に使用される工具を加工領域の近くに収納するための工具の収容容器と、
を含んでいる。
従来の加工片の機械加工の構成は、加工形状に応じて継続的に施される加工工程からなる工作範囲によって決められ、これによって以下の諸点が決まる。
−使用機械（フライス盤、旋盤等）
−使用工具（フライス、ドリル、バイト等）
−使用工具の変位
−工具に対する加工片の位置決め。
高速工作機械による加工片の加工は、機械加工プログラムに基づいて行われ、このプログラムは、予め作成されたプログラムに従って種々の工具によって加工を施す加工工程を定める機械加工技術部によって作成される。
この種の加工においては、機械加工工程が変更された時に、使用する工具の収納と交換とを可能とするために、工作機械の近辺に、工作機械の滑筒に関連づけられた工具収容容器が存在する必要がある。また、ある種の加工工程においては、大きな直径の工具を必要とするので、加工片に要求される広範な加工に応えるためには、その工具収容容器は、大きな寸法の工具を収納可能であることが不可欠である。
高速工作機械は、生産性を阻害する作業の遅延を避けるために、迅速な工具の交換が可能でなければならない。したがって、この収容容器の目的は、終了した加工工程の工具と、予め作成されたプログラムにしたがって次の加工工程に使用される工具との収納を可能とするハウジングを、瞬時に滑筒の利用に供することである。
それらの工具は、それぞれ全ての工具に標準の１つの工具支持器の中に１つずつ固定されている。また、この工具支持器は、この種の工具支持器を受けとることができる滑筒の中に嵌め込まれた電動スピンドルの所に来て、そこに収まり、そのようにして唯１つの工具のみの使用が可能になる。この工具支持器は、電動スピンドルに対する工具の軸方向および半径方向の位置極めを可能とする複数の参照面を有している。それらの参照面によって、あらゆる加工、特にプログラムの進展に不可欠な工具の位置が確実に参照できるようになる。これらの参照面に僅かな欠陥が存在し、そ欠陥が迅速に検出されなかったときには、不良加工、したがって単数または複数の不良な加工片が生じることになるであろう。したがって、それらの面は如何なる場合にも何らかの衝撃あるいは引っ掻きによって曲げられたり損傷を与えられたりすることがあってはならない。したがって、それらの面は、加工に起因する汚染、すなわち切り屑に起因する汚染や、オイルの吹き付けや衝撃に対して保護する必要があるが、この保護は、滑筒に近い個所であるために実現困難である。その上、その保護が損傷して、削り屑が通過するようになった場合にも、削り屑が工具収納個所に蓄積されないことが非常に重要である。
滑筒に近いことの他の１つの不都合は、明らかな安全上の理由から、機械運転中に操作員が収納装置内の工具に近付くことができないことである。
フランス公開公報第２５２９１２７号に記載され、図示された装置が公知である。この装置はひとつの収容容器の内部で回転することができるメリーゴーランド型の工具支持器からなり、上記収容容器はそのような収容容器を使用する工作機械のスピンドル、工具、および工具支持器領域への自由なアクセスを可能にするために回転する部分を持っている。しかしながら、高速機械加工においては、動作時間の遅れまたは付随的な時間遅れを完全に除去できないまでも最小限にする必要があるが、この装置は複数の不都合を有しているので、高速機械加工に応用することは不可能である。この装置の固定収容容器の開閉はメリーゴーランドの回転に無関係であり、このことは、追加の操作時間を要するのみならず、追加の構成要素（モータ）が必要になることを意味する。更に、メリーゴーランドの回転を可能にしているのは、それに直接接触して駆動するスピンドルの回転であり、このため、メリーゴーランドの回転を可能にするためには、メリーゴーランドとスピンドルとは必然的に接触していなければならず、メリーゴーランドの回転に先立って、収容容器とスピンドルとは互いに近傍に位置している必要がある。これは、追加の遅れ時間が生じることを意味する。
上記事実に鑑み、本出願人は、高速加工によって惹き起こされる問題を解決しながら、工作機械の工具の収納方法を改善することを目的とする研究を行なった。
この目的を達成するために、滑筒の近傍に設けられた工作機械の工具の収納装置は、
−開口を有し、工作機械の骨組みに組み合わされた固定の収容容器と、
−滑筒の軸に平行な軸に沿ってモータによって回転駆動され、工具収納部と固定収容容器のシール維持部とからなる、固定収容容器の中で回転するタレットと、
の組合せからなる新規な概念に基づいている。
このように、収容容器はタレットの回転運動により、
−開口を通して空のハウジングを滑筒に提供し、
−開口を通して工具支持器の中にある工具を含むハウジングを滑筒の利用に提供し、あるいは、
−加工によって生じるあらゆる射出物から収容物を保護するために、収容容器の開口を閉じてシールする、
ことが可能である。
この特徴のもう１つの利点は、工具の収容と把持とにタレットを用い、タレットの周囲の収容容器をシールする点にある。工具および工具支持器を保護するために、他の装置を追加する必要はない。更に、滑筒によって工具の装填および取出しが行われるので、工具交換に際して機械を停止しないで済む。
本発明の好ましい１つの実施の態様によれば、上記タレットは、
−適当な角度間隔をおいて設けられた工具把持手段を周囲に有する、工具収納部である、円筒形部と、
−収容容器をシールするために、固定の収容容器に設けられた上記開口の形状、寸法に適合した形状、寸法を有する、タレットに固定され、タレットと共に回転する、収容容器のシール維持部である、フラップ形成部と、
の２つの部分からなる。
このようにして、タレットがモータの回転に応じて上記把持手段を隔てている角度方向の間隔に等しいステップだけ回転する毎に、収容容器の開口に面して円筒形部の上に設けられた新しい把持手段が現出する。同様に、タレットが予め定められた角度回転すると、収容容器の開口をシールするために、上記フラップ形成部が、収容容器に設けられた開口に面して現出する。
本発明の好ましい１つの実施の態様によれば、タレットがその中を回転する上記収容容器に設けられた開口は、滑筒の横にあって滑筒の側方に位置する。
上記タレットは望ましくは上記フラップ形成部に沿って部分的に切断された冠状をなし、切断された部分以外の円筒形部の周辺には上記把持手段を設ける。それ故、冠の円筒形部が開口に面しているときには、把持手段が収容容器から突出し、収容容器の外に位置する上記空または工具が装填された把持手段へ、滑筒が直接接近できるようになり、冠の切断された部分が開口に面しているときは、フラップが自ら開口の形状に適合して収容容器をシールする。
このようにして、把持手段はタレットの回転角度にしたがって、工具と共に、あるいは工具無しに、収容容器から突出するので、工作機械の滑筒に工具を装填したり工具を取り外したりすることができるようになり、あるいは、機械加工工程間には収容容器はフラップで閉じられるので、後述のように、整備班が適当に設けられたドアから収容容器の内容物を変更することが可能となる。
本発明はまた、タレットの円筒形部の周囲に設ける把持手段の実施の態様にも関し、把持手段は、
−一方の端が、工具がタレットの回転軸に平行な軸上で収容されるところの工具支持器を取り囲むように予め形成された２つのアームで形成されたクランプ装置と、
−工具支持器を位置させるクランプ装置のアームによって形成される円と同軸な半円形の支持架と、
の組合せからなることを特徴とする。
この組合せの主な利点は、回転の際に生じるタレットの接線方向の加速度は、クランプ装置のアームによってだけではなく、支持架によっても受け持たせられるので、クランプ装置の寸法を小さくすることができるという点にある。更に、工具は３点（各アーム上の１点と支持架上の１点）で把持されるので、工具の座りがよくなる。最後に、工具がクランプ装置によって把持され、滑筒がＺ軸に沿って後退して解放される際には、支持架が工具を保持するので、クランプ装置の荷重を軽減することができる。
本発明の装置による工具の交換は、以下に示すように極めて簡単である。工具による機械加工工程が終了すると、滑筒はタレットの軸と同じ高さまで移動し、タレットは回転して収容容器が開けられ、交換する工具を受け入れる空のスペースが現出する。そこで、滑筒は支持架およびクランプ装置のアームの予め形成された端によって形成される円と同軸となるように、クランプ装置に向かって横方向に移動し、その結果工具は支持架の中とクランプ装置の中に嵌まり、そこに緊密に把持され、工具が嵌め込まれていた電動スピンドルからは開放され、電動スピンドルは後退可能になる。滑筒が後退すると、タレットは第２の回転を実行して、次の加工工程に使用される工具を滑筒と同軸になるように導く。滑筒が前進すると、滑筒は工具支持器を電動スピンドルの中に押し込み、滑筒が横方向に後退すると、工具はクランプ装置から解放される。この操作が行なわれると、タレットは第３の回転を実行し、収容容器を閉じるためにフラップを開口に面して位置させ、工作機械は第２の工具に対応する加工工程を開始する。
本発明の基本的な概念を以上最も基本的な形で記載したが、その他の詳細および特徴は、付図を参照しながら、例示であって限定するものではないところの、本発明による工作機械の工具の収納装置の実施の態様を示す以下の記載を読むことにより一層明らかとなるであろう。図において、
図１は、工具収納装置が設けられている工作機械全体の斜視図であり、
図２は、工具収納装置の斜視図であり、
図３ａは、工具収納装置の把持手段の斜視図であり、
図３ｂは、工具と係合している状態を示す図３ａの把持手段の斜視図であり、
図４ａ、４ｂ、４ｃは、収容容器の中での、滑筒による工具の収納方法を示す上面図である。
図１に示すように、参照記号Ｍで示す高速型の工作機械は、
−駆動ポストＰ１と、
−加工ポストＰ２と、
−制御ポストＰ３と、
−工具収納ポストＰ４と、
の４つの作業ポストからなる。
工具収容容器からなる工具収納ポストＰ４は、左右に対称な位置の一方に配置することが可能であり、滑筒がＸ、Ｙ、Ｚの３軸に沿って可動である限りは、機械Ｍの右側、左側のどちらの側にも設置することができる。また、上側にも設置することができる。
図２に示すように、工具収納ポストＰ４の工具の収容容器は、工具１００およびそれが納められている工具支持器１１０を含み、本来の意味の加工ポストＰ２の近くにあり、工具は、滑筒３００に嵌め込まれ、加工しようとする加工片（図には示されていない）を整形するために電動スピンドル２００の駆動軸によって回転駆動される。本発明による工具の収容容器は、
−機械Ｍの骨組みに結合され、矩形の横の開口４１０が設けられた平行６面体の収容容器４００（破線で示す）と、
−収容容器４００の中で滑筒３００の軸Ｚに平行な軸Ｚ’に沿ってモータによって回転駆動され、工具１００を収容する円筒形部５１０と横の開口４１０の個所における収容容器４００のシールを保つためのフラップ形成部５２０とからなるタレット５００と、
の組合せからなる。
タレット５００は、収容容器４００の横の開口４１０の寸法よりも僅かに大きい寸法のフラップを取り付けるフラップ形成部５２０に沿って部分的に切断された冠状をなす。冠の他の部分である円筒形部５１０の周囲には、工具の寸法に応じて適当な角度間隔をおいて設置される工具１００の把持手段６００を設ける。
タレット５００の回転軸Ｚ’は、有利には、タレット５００の予め定められた回転角においては工具１００の把持手段６００が横の開口４１０を通して収容容器４００の外に突出し、タレット５００の予め定められた他の１つの回転角においてはフラップ形成部５２０がシールする開口の前に位置するように、収容容器４００の対称軸に対して機械Ｍの滑筒３００の方向に向けてずらされている。収容容器４００をシールし、加工に起因する射出物から工具１００等を最良の条件で保護するために、フラップ形成部５２０には、フラップ形成部５２０が収容容器の閉鎖位置で収容容器４００の矩形の開口４１０に面しているとき、収容容器４００とフラップ形成部５２０との間に位置するシール部材であるフラップ５２１を設ける。収容容器の閉、開および滑筒３００への工具１００の供給は、予め作成されたプログラムによって制御されるタレット５００の回転角に対応して行われる。加工に起因する射出物に対する保護に関連して、削り屑が収容容器４００の内部に堆積するのを防止するのに、タレット５００の回転運動が有利に作用するであろう。
本発明の特に有利な１つの特徴によれば、上記タレット５００の円筒形部５１０は、１つの把持手段６００が他の複数の把持手段６００が置かれている周囲の半径よりも小さい半径の所に位置できる少なくとも１つの扇形部分と、滑筒３００が上記１つの把持手段６００に達することができるように該扇形部分に設けた切込み５１１とからなる。このような配置を採用することにより、大きな直径の工具をタレットの上に収容することが可能となる。このようにしない場合には、大きな直径の工具は占有体積が大きく収容容器４００が存在するために、タレットの周囲に工具を収容することは不可能である。切込み５１１を設けることにより、機械加工の範囲拡張の可能性が増し、機械の柔軟性を最適化することができる。
本発明の特に有利な１つの特徴によれば、収容容器４００に、工具交換中は閉鎖したままにし、機械加工実行中には工具を出し入れするために工具に近づくことができる、後部扉（図示しない）を設ける。
図３ａは、タレット５００の周囲に設ける把持手段６００の１つを示す。この把持手段６００は、２つのアーム６１０、６２０で形成されたクランプ装置と、タレット５００に固定された半円形の支持架とからなる。２つのアーム６１０および６２０はタレット５００に固定されたそれぞれ２つの軸６１１および６２１に回動可能に取り付けられている。軸６１１および６２１からタレット５００の外方に向かっている側では、２つのアームの先端６１０ａ、６２０ａは工具支持器１１０を取り囲むように予め形成され、他方の側の先端６１０ｂ、６２０ｂは、休止位置で２つのアームの一定の間隔が保たれ、工具支持器１１０が把持手段６００の中に導入されたときには、それの締付けを可能にするばね６４０によって互いに連結されている。
図３ｂに示すように、工具支持器１１０は、底部から拡張していって円筒形状となる円錐の一部から成り、工具支持器１１０を受けるアーム６１０、６２０の先端の内側の形状は、工具支持器１１０の形状と適合するように円形をしている。本発明の特に有利な１つの特徴によれば、クランプ装置６００の各アーム６１０、６２０は、工具支持器１１０の上のクランプ装置のより良い掴みを可能とするためと、参照面上の引掻き傷を避けるために、工具支持器１１０とクランプ装置の間の接触領域にプラスチック材料で作られた保護部材６１２、６２２を有する。クランプ装置６００のアーム６１０、６２０の予め形成された先端６１０ａ、６２０ａによって形成される円と同軸の半円形の支持架６３０の縁は、対応するＶ字形の断面形状を有する工具支持器１１０の肩の中に挿入できるように逆Ｖ字形の断面形状を有している。このＶ字形の断面形状の利点は、タレット５００に対する工具１００の工具支持器１１０を介してのセンタリングが可能になるという点と、工具１００と工具支持器１１０とが収納されていた電動スピンドル２００から、工具１００と工具支持器１１０とを解放するために滑筒３００が後退するときに、工具支持器１１０を停止させておくことができるという点である。この組合せの他の１つの利点は、支持架の存在がタレット５００の角度方向の加速度の一部を支えることができ、このため、クランプ装置を過度に大きな寸法にすることが避けられることである。
図４ａ、４ｂ、４ｃは、工具１００の収納方法を、収納装置Ｐ４上の電動スピンドル２００及び工具支持器１１０と共に示す。
本明細書の冒頭に述べたように、軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って滑筒３００が可動であるので、収容容器は滑筒３００の回りのどのような場所にでも設置することができるが、収容容器が開いた状態にあるときに収容されている工具の軸を滑筒３００の最大行程以下の距離に置くことと、タレット５００の軸Ｚ’が滑筒３００の軸Ｚに平行になるようにすることとを考慮して設置する。
このように、図４ａに示すように、工具支持器１１０のシリンダがクランプ装置のアーム６１０、６２０に面し、Ｖ字形の肩が半円形の支持架６１０に面するように、滑筒３００がタレット５００の軸の高さに来る。タレット５００は、横の開口４１０の前のフラップ５２０を解放し、収容するべき工具１００の前に空の把持手段６００を現出するように回転を開始する。図４ｂに示す次の過程は、滑筒３００を、横方向に矢印Ａに沿って収容容器４００の開口４１０に向けて、支持架６３０およびクランプ装置のアーム６１０、６２０の予め形成された先端６１０ａ、６２０ａによって形成される円と同軸になるまで、移動させることからなり、その結果、工具支持器１１０と工具１００とは把持手段６００と係合するようになる。そこで、工具支持器１１０は電動スピンドル２００から開放されて、電動スピンドル２００が後退（第４ｃ図を見よ）すると、滑筒３００は把持手段６００の中に留まっている工具支持器１１０を解放する。タレット５００は第２の回転を開始し、引き込んだ滑筒３００と同軸に新しい工具支持器１１０の中に納められている新しい工具１００を提供するようになる。そこで、滑筒３００は、工具支持器１１０が電動スピンドル２００の中に嵌め込まれるまで前進し、ついで工具支持器１１０と、したがって工具１００とを、把持手段６００から解放するために横方向に後退する。タレット５００は第３の回転に駆動され、最初の位置に戻る。第３の回転は、収容容器４００を閉じるように、フラップを開口４１０に面して位置させる。そこで、工作機械Ｍは加工操作を継続することができる。
以上記載され、図示された工作機械の工具の収納装置は、限定のためよりも寧ろ開示のためになされたものであることを理解するべきである。もちろん、種々の手直し、修正および改良を、最も広い局面および精神で理解される本発明の枠を逸脱することなく以上記載された例に加えることは可能であろう。例えば、支持架の中の工具の存在を検出する検知システムは１つの工具およびその工具支持器と既に係合している把持手段にさらにもう１つの工具が置かれないようにするために利用され得るであろう。
図面のより良い理解を可能にするために、参照記号の表がその説明とともに以下に挙げられる。

Claims (11)

1. 開口（４１０）を有し、工作機械（Ｍ）の骨組みに組み合わされた固定の収容容器（４００）と、
   滑筒（３００）の軸（Ｚ）に平行な軸（Ｚ’）に沿ってモータによって回転駆動され、工具収納部（５１０）と、上記収容容器（４００）をシールするシール維持部（５２０）とを有する、上記収容容器（４００）の中で回転するタレット（５００）と、
   からなることを特徴とする、滑筒（３００）の近傍に設けられた工作機械の工具収納装置。
2. 上記タレット（５００）は、
   適当な角度間隔をおいて設けられた工具（１００）の把持手段（６００）を周囲に有する円筒形部（５１０）からなる上記工具収納部（５１０）と、
   上記タレット（５００）に固定され、上記収容容器（４００）に設けられた上記開口（４１０）の形状、寸法に適合した形状、寸法を有する、上記タレット（５００）と共に回転するフラップ形成部（５２０）からなる上記シール維持部（５２０）と、
   からなることを特徴とする、請求の範囲第１項記載の工作機械の工具収納装置。
3. 上記タレット（５００）がその中で回転する上記収容容器（４１０）に設けられた上記開口（４１０）は、上記滑筒（３００）の横にあって、上記滑筒（３００）の側方に位置することを特徴とする、請求の範囲第１項記載の工作機械の工具収納装置。
4. 上記タレット（５００）は、上記シール維持部（５２０）に沿って部分的に切断された冠状をなし、切断された部分以外の円筒形部にある上記工具収納部（５１０）の周辺に把持手段（６００）を設けることを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記載の工作機械の工具収納装置。
5. 一方の先端（６１０ａ，６２０ａ）が、工具（１００）が上記タレット（５００）の回転軸に平行な軸上で収容されるところの工具支持器（１１０）を取り囲むように予め形成された２つのアーム（６１０，６２０）で形成されたクランプ装置と、
   上記工具支持器（１１０）を位置させるクランプ装置のアームによって形成される円と同軸な半円形の支持架（６３０）と、
   からなる把持手段（６００）を有することを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記載の工作機械の工具収納装置。
6. 上記タレット（５００）の上記シール維持部（５２０）は、上記シール維持部（５２０）が上記開口（４１０）の位置に位置したとき、上記シール維持部（５２０）と上記収容容器（４１０）とに接するシール部材であるフラップ（５２１）を有することを特徴とする、請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の工作機械の工具収納装置。
7. 上記タレット（５００）の予め定められた回転角度においては、工具の把持手段（６００）が上記開口（４１０）を通って上記収容容器（４００）の外に突出し、上記タレット（５００）の予め定められた他の１つの回転角度においては、上記シール維持部（５２０）が上記開口（４１０）の位置に位置するように、上記タレット（５００）の上記回転軸（Ｚ’）は、上記収容容器（４００）の対称軸に対して上記滑筒（３００）の方向に向けてずらされいることを特徴とする、請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項記載の工作機械の工具収納装置。
8. 上記タレット（５００）の上記工具収納部（５１０）は、１つの工具の把持手段（６００）が他の複数の工具の把持手段（６００）が置かれている周囲の半径よりも小さい半径の所に位置できる少なくとも１つの扇形部分を有しており、上記滑筒（３００）が上記把持手段（６００）に達することができるように上記扇形部分に１つの切込み（５１１）を設けたことを特徴とする、請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項または第５項記載の工作機械の工具収納装置。
9. 上記クランプ装置の２つの上記アーム（６１０，６２０）は、上記タレット（５００）の上記工具収納部または円筒形部（５１０）にそれぞれ固定された上記タレット（５００）の軸に平行な軸（６１１，６２１）にそれぞれ回動可能に取り付けられ、予め整形された上記先端（６１０ａ，６２０ａ）と反対の側の先端（６１０ｂ，６２０ｂ）には、上記アーム（６１０，６２０）の最低の間隔を保ち、工具支持器（１１０）が上記先端（６１０ａ，６２０ａ）の間に導入されたときには、工具支持器（１１０）の締付けを可能とするばね（６４０）によって保持されていることを特徴とする、請求の範囲第５項記載の工作機械の工具収納装置。
10. ２つの上記アーム（６１０，６２０）は、予め形成された上記先端（６１０ａ，６２０ａ）の、上記工具（１００）が収容された上記工具支持器（１１０）が接触する部分に、プラスッチク製の保護部材（６１２，６２２）を有することを特徴とする、請求の範囲第５項記載の工作機械の工具収納装置。
11. 上記収容容器（４００）は、工作機械が工具交換段階にないときにのみ開く後部扉を有することを特徴とする、請求の範囲第１項から第１０項のいずれか１つに記載の工作機械の工具収納装置。

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