JP4276071B2 - 工作機械用の工具交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、工具テーパの広い端部においてリング溝に係合するように形成された脚を有する、少なくとも２つの舌状グリッパと、モータによって回転の周りに回転可能であって、このモータの対向する両側にグリッパが口を外側に向けて対称に取り付けられているキャリアと、キャリアを動かすための駆動部を備えたキャリアのための支持構造とから構成されている、工作機械のための工具交換装置に関する。

工具交換システムは、一般に現代のプログラム制御式工作機械において使用され、工作機械の工具マガジンと垂直または水平工作主軸との間で工具を移転するために役立っている。所定の交換位置に位置する選択された工具を受け入れることができるようにするため、舌状グリッパを含む工具交換装置の一定の構成部分は、グリッパがその舌状部によってマガジンの交換位置にある工具テーパのこの目的のために形成されたリング溝を横方向に掴むことができるように、所定のトラックの上を移動する。工具は取り外し移動によってマガジンから取り出され、工具交換装置の回転または旋回運動によって、この工具の工作主軸への変更が行われる位置へ運ばれる。「使用済み」工具を工作主軸から工具マガジンにおける開放空間へ変更する過程は、逆の機能順序で実施される。

特許文献ＤＥ３５３１１６０Ａは、工具テーパのフランジに横方向に接近されるグリッパを有する工作機械用の工具交換装置を開示しており、このグリッパは、対向方向に移動可能な２本の脚を有し、脚は工具テーパを取り囲んだ後に、ある装置によってロック可能であって、工具テーパがグリッパの中で引き出されることを防止することができる。連結リンクが工作機械の上に準備されており、これは、グリッパが工具保持固定具の前面に移動すると、工具テーパ上のフランジの領域からロック・エレメントを軸方向に押し出す。

特許文献ＤＥ４２１５６９７Ａは、工具マガジンと工作主軸の工具受取り位置との間に移動可能に形成された交換装置アームの上に配設されたグリッパを有する、工作機械用の別の工具交換装置を開示している。交換装置アームは横に並んで配置された２つのグリッパを支え、これらのグリッパは、初期位置では工具を保持するために主軸の軸に平行に配設されている。これら２つのグリッパはスイベル装置を介して交換装置のアームに連結され、両グリッパ間の連結線の方向に主軸の軸に平行にかつこれに対して同期して移動させることができる。

さらにまた、特許文献ＤＥ３７１７２０１Ａは、工具テーパの溝と明確にかみ合うための２つの可動ジョーを含む、工作機械用の工具のためのグリッパを開示している。グリッパの脚が工具テーパの厚くなった端部の上の溝と明確にかみ合うようにするために、グリッパは可動操作エレメントを含み、このエレメントは脚をそれぞれ、工具テーパを導入するために延長位置に、また確実に工具テーパを把握するために閉位置に動かす。この操作エレメントは、工作機械の定置止め具によって操作される。さらにまたグリッパは、２本のグリッパ脚と同軸に配置された２つの固定されたジョーを備え、２つのジョーはグリッパ脚の端部の先に突出している。両脚は次第に中央溝が形成された１つの共通の半円形保持固定具に変化する。グリッパ当り可動グリッパ脚と追加の固定脚とを使用することは、技術的に高価であり、誤動作の可能性をもたらす。

工具を産業規模で製造するための現代のフライス削りおよび中繰りセンタでは、単一工具による本質的な作業時間は秒台の範囲内であることが多い。工具は各切削工程の後に交換されて、各工具交換は数秒間を要するので、結果としては、全動作時間と対応する工具交換回数に必要な時間間隔との間の比率は比較的不利なものとなり、これは当然工作機械の生産収率に影響を及ぼす。工具交換時間と動作時間とのこの比率は、チップが多く生じることから強力主軸、例えばいわゆる高速主軸が使用される場合には、さらに不利となる。

本発明の目的は、技術的に簡単な手段を使用することによって工具の交換に必要な時間間隔をさらに短縮することである。

この目的は、本発明によれば、工具交換装置の舌状グリッパの少なくとも１本の脚が突出する保持フィンガに延びていることによって達成される。

新しい工具交換装置において使用される舌状グリッパの本発明による実施例によって、工具テーパの上にリング溝を有する舌状グリッパを係合するため、および工具テーパをその主軸保持固定具から解放するために要する時間間隔は、工具テーパを締め付けるコレット・チャックを従来のグリッパによる場合よりも少し早く解放することができるという事実によって短縮される。これまでは、工具テーパをその円錐形主軸保持固定具に締め付けるコレット・チャックを、舌状グリッパが工具テーパにおけるリング溝に完全に係合された後にのみ、解放することができた。したがって、工具テーパの解放が実行されたことで、舌状グリッパとテーパのリング溝との確実な係合が保証されなかったので、コレット・チャックを直ちに解放することは不可能であった。本発明によって、２つのグリッパ脚の少なくとも１本を突出する保持フィンガにまで延長することによって、リング溝の断面に適合する輪郭を有するこの保持フィンガが、横方向の掴み移動中に既に工具テーパのリング溝の中に滑動し、この個所で工具テーパはなおも堅く締め付けられ、こうして工具テーパを円錐形主軸保持固定具の中に確保するという目的が達成される。これによって、コレット・チャックの早目の解放が可能になるとともに、グリッパはなお工具に向かって移動されており、すなわちコレット・チャックの解放と舌状グリッパによる掴みの両過程が少なくとも部分的に重複し、これが両過程に必要な時間の短縮につながる。工具交換過程当りの時間節約は比較的小さく、数分の１秒から１〜２秒までの範囲に過ぎないが、産業規模製造のためには短時間切削における機械の可能な削り時間の延長は注目すべきものであり、これは舌状脚延長の技術的に非常に簡単な方策によって達成される。

本発明による工具交換装置のさらなる利点と詳細は、図面を参照して行う下記の実施例の説明に見ることができ、これらの図面には、本発明によって形成された工具交換装置を有する工作機械が模式的に図示されている。

工具交換装置が機械の上で工作主軸または工具交換装置のいずれかの直線移動によって実行され、グリッパが工具テーパの受入れまたは保持溝の中に横方向に押し込まれた場合には、突出保持フィンガが直線方式でグリッパ脚の１本に形成される。

また、グリッパの工具テーパの溝との係合がグリッパの回転移動の終端において実施されるという可能性もある。この場合には、グリッパの１本の脚に形成された突出保持フィンガは、円形状に湾曲した移動トラックの終端におけるフィンガが、取付けが完了する前に工具テーパの受入れ溝と係合するように、曲線の形状、好ましくは円形曲線の形状を呈する。この場合でも、工作主軸に統合されたコレット・チャックは、工具付きの工具テーパが、グリッパの次の完全係合までテーパ溝と係合している保持フィンガによって保持されているので、早まって解放される可能性がある。このような交換過程では、グリッパの少なくとも１本の脚が、それぞれ上記の保持フィンガのように、それぞれのグリッパ脚の前面に延びて同じ確保保持機能を有する湾曲した保持エレメントに次第に変化する場合には、同様な安全効果が達成される。適当に、この保持セグメントが円形セグメントの形をなし、キャリアに取り付けられている。

工具交換中に本発明によって達成される工具交換装置の確保効果はまた、剛体の脚すなわち対向方向に動くことができない脚を有するグリッパにおいても得られる。この場合には、それぞれ保持フィンガと保持セグメントとの間の移転位置に確保ホルダを設け、またグリッパの内部空間を設けることが適当であり、グリッパの内部空間は突出したばね偏向式の保持部材を含むべきであり、この保持部材はグリッパが工具テーパの溝と例えばばね偏向式の回避によって係合することを可能にし、係合が行われた後にはばね効果によって上述の確保位置に戻る。

共通のキャリアの上に直径方向に対として対向する４つのグリッパを有する工具交換装置は、さらに加速された工具の交換を可能にし、これによって、交換されるべき工具をスタンバイ位置に保持することができ、工具を交換または取り替える度に９０°の回転移動のみが必要である。

本発明による工具交換装置のさらなる特徴と利点は、図面を参照して行う実施例の下記の説明から理解することができる。

図１に模式的に示す工作機械は、二方向矢印（座標軸ｚ）の方向に移動する工作台２のキャリアとして高度に剛性の台座１を含む、産業規模製造用に設計された水平切削センタである。そのうえにこの機械は、二方向矢印（座標軸ｘ）の方向に移動する基部３を含み、基部の２本の垂直ピラー４、５は上部クロス・ヘッド（図示せず）によって堅く連結されている。両ピラー間の間隙には二方向矢印（座標軸ｙ）の方向に移動可能なキャリッジ６が配設され、このキャリッジは前部カバー７を含み、水平工作主軸９の主軸ヘッド８を支えている。

図１は、工作機械の図示された基本構成部分に隣接した工具交換装置１０をしており、これは定置下部構造１１とキャリア１３のための支持構造１２とを有する。図示するように、支持構造１２は、例えば圧力媒体シリンダ（図示せず）によって縦軸１５の方向に伸縮可能な入れ子式の伸縮アーム１４を含む。この入れ子式アーム１４の自由端には、プレート構造の形をなすキャリア１３が横断方向に取り付けられ、キャリアはその対向する両側に各々舌状のグリッパ１６を有し、図面には右側のグリッパのみが示されている。各グリッパ１６は２本の対向する脚１７、１８を含み、そのうちの少なくとも１本の脚１７は係合するためにフレキシブルに支持されており、標準化された工具テーパ１９の外側カラー２２におけるリング溝２３を掴むと、僅かな開放移動を実施することができる。この脚１７は、工具テーパ１９を確実に保持するために、その保持位置においてロック可能である。図面においては下側になる脚１８は、突出保持フィンガ２０にまで延びている。この保持フィンガ２０は、工具テーパのカラーにおけるリング溝の断面に適合する輪郭を示す。

実施例の一例として上に述べた機械では、工具の交換は下記のように実施される。図示された中繰り工具による切削過程の後に、基部３はｘ座標の方向に移動し、同時に垂直キャリッジ６はｙ座標の方向に移動し、これは、工作主軸の中心軸が水平平面内にあり、この平面にグリッパ１６の中心軸も位置していることを意味する。移動する基部３が水平移動する直前に、グリッパ１６の延長した保持フィンガ２０は、工具テーパ１９の外側カラー２２の中に形成されたリング溝２３と係合する。この保持フィンガ２０は剛性であるから、工具テーパ１９は安全に保留され、この係合によるロックからは免れるので、グリッパ１６の２本の脚１７、１８の完全係合の直後または前に、工作主軸８の内部に配置されたコレット・チャックの解放過程を実施することができる。上部脚１７はアンロックされた状態で工具テーパ１９が舌状グリッパ１６によって掴まれ、上部脚１７がその掴み位置にロックによって固定されるとすぐに、コレット・チャックによって先に解放された工具テーパ１９を主軸の内側の円錐形保持固定具から引き出すために、入れ子式アーム１４の収縮移動が続く。次に、新しい工具を装備したグリッパが先のグリッパ１６の移転位置に到達するように、キャリア１３を軸１５の周りに１８０°回転させる。これに相応して、工作主軸８の保持固定具の中に工具テーパ付きの新しい工具が挿入され、またコレット・チャックによる工具テーパのその保持固定具における締付けを、早い時点で、すなわち基部３を移動することによる水平引き外し移動の始めに実施することができる。これは、工具テーパ１９付きの新しい工具も、保持フィンガ２０の多少延長された係合部によってリング溝２３の中に維持されることになるからである。

本発明による工具交換装置の図２から４までに示す他の実施例は、図１に示された機械の使用のために設計されたものである。しかし、図２から４までに示す工具交換装置を、他の工作機械および切削センタにおいても使用することができる。次の説明では、図１の工具交換装置に対応する構成部分は同じ参照番号によって指示されている。図２から４までに示す実施例では、マガジンから工具交換装置へ、および工具交換装置から工作主軸への工具の移転はその都度、縦軸１５の周りにキャリア１３を回転移動させることによって実施され、図１の実施例におけるように工作主軸８の並進直線移動によるものではない。

図２の実施例は、図１を参照して上に説明した工具交換装置に広く対応している。２つのグリッパの形成は異なっており、半径方向外側のグリッパ脚２５において延長された剛性の保持フィンガ２７を示し、この保持フィンガはその円形に湾曲した内側表面の上に同じく円形に湾曲した案内ブラケット２８を支える。この案内ブラケット２８の曲率半径は、回転軸１５の周りのフライト円に適合しているので、この案内ブラケット２８は、キャリア１４の回転移動中に衝突のない工具テーパ１９のカラー２２におけるリング溝と係合する。保持フィンガ２７の確保効果は、図１に示す実施例の直線保持フィンガ２０のそれに相当する。図１の実施例と比較してグリッパ２６の別の相違は、両グリッパ脚２４、２５が剛性であり、すなわち対向方向に不可動であり、これは構造的に単純化されたことを意味する。問題とするグリッパ２６に掴まれた工具テーパ１９の位置を確保するために、この実施例では確保ホルダ２９が半径方向に内側の各脚２４に備えられ、この確保ホルダはここでは突出したばね偏向式のローラによって構成され、このローラは挿入過程ではばねの張力に対抗して押し戻され、工具テーパが完全にグリッパの中に位置付けられるとすぐに、その突出した図示の位置に自動的に戻る。不完全な係合の場合には工作機械を停止させるために、この確保ホルダ２９を、電気スイッチを介して機械のプログラム式制御装置と緊急停止装置にそれぞれ接続することができる。図示されたローラの代りに、ばね張力に対して可動の傾斜部などの適当なエレメントを確保ホルダ２９として使用することもできる。

図１および２の実施例の延長保持フィンガ２０および２７それぞれの代りに、図３の実施例は、グリッパ当り１つの湾曲した保持セグメント３０を含み、保持セグメントは半径方向内側のグリッパ脚３１の連続部を形成し、キャリア１３の上に取り付けられている。この実施例ではさらに、両グリッパ脚１７および３１が互いに対向して固定されている。各保持セグメント３０の上には案内ブラケット３１が置かれ、これは各係合過程において工具テーパ１９のカラー２２におけるリング溝２３と係合し、工具テーパ１９がグリッパ１７によって完全に掴まれる前に、延長フィンガ２０、２７と同様に案内および保持機能を果たす。

図４に示す工具交換装置は、キャリア１３の上に取り付けられて直径方向に対となって対向している、例えば互いに直角にずれている全部で４つのグリッパを設けている点のみが、図３の実施例とは異なっている。図に見ることができるように、４つのグリッパ１７の構造的形成は上記の図３の実施例に相当する。

上述の工具交換装置は、さまざまな工作機械に使用することができ、各機械に適合させるために構造的および機能的変更を行うことが可能である。上に述べた交換装置実施例の１つの単一特性を他の工具交換装置で使用することができることの他に、すなわち、説明図に示した詳細のその他の組合せ、例えば保持フィンガ２７を図４の実施例の２つまたは４つ全部のグリッパに設けることが可能である。

本発明は、上に説明した図示の実施例に限定されるものではない。反対に、本発明によって形成された工具交換装置を、極めて短い交換時間が重要となる非常にさまざまな形式の工作機械に使用することができる。これらにはまた、例えば工具の交換に必要な移動が工具交換装置によって実施される工作機械も含まれる。

本発明による工具交換装置を備えた工作機械の概略斜視図である。 工具交換装置のさらなる実施例の斜視図である。 工具交換装置のさらなる実施例の斜視図である。 工具交換装置のさらなる実施例の斜視図である。

Claims (3)

1. 工作機械用の工具交換装置において、
   少なくとも２つの舌状グリッパ（１６）であって、その脚（１７、１８）が対向方向に移動可能であって工具テーパの広い端部においてリング溝（２３）と係合するためにロック可能であるように形成された、舌状グリッパ（１６）と、
   中心軸（１５）の周りに回転可能なキャリア（１３）であって、その対向する側にはグリッパ（１６）が軸対称に取り付けられており、グリッパの口は外側に向いている、キャリア（１３）と、
   工作主軸の軸に平行な中心軸においてキャリア（１３）を移動させるための駆動部を含む、キャリアのための支持構造（１１、１２）と
   を含む工具交換装置であって、
   グリッパ（１６）の少なくとも１本の脚（１８）が突出した保持フィンガ（２０）にまで延在しており、突出保持フィンガ（２７）が、少なくともその半径方向内側域において湾曲し、湾曲した保持案内ブラケットを含むことを特徴とする工具交換装置。
2. 工作機械用の工具交換装置において、
   少なくとも２つの舌状グリッパ（３３）であって、その脚（１７、３２）が対向方向に移動可能であって工具テーパの広い端部においてリング溝（２３）と係合するためにロック可能であるように形成された、舌状グリッパ（３３）と、
   中心軸（１５）の周りに回転可能なキャリア（１３）であって、その対向する側にはグリッパ（３３）が軸対称に取り付けられており、グリッパの口は外側に向いている、キャリア（１３）と、
   工作主軸の軸に平行な中心軸においてキャリア（１３）を移動させるための駆動部を含む、キャリア（１３）のための支持構造（１１、１２）と
   を含む工具交換装置であって、
   グリッパ（３３）の一方の脚（３２）が次第に湾曲保持セグメント（３０）に変わり、湾曲保持セグメントはその湾曲表面上に案内ブラケットを支えることを特徴とする、工具交換装置。
3. グリッパ（３３）の保持セグメント（３０）が共通のキャリア（１３）の上に取り付けられていることを特徴とする、請求項２に記載の工具交換装置。

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