JP4714625B2 - 切削装置 - Google Patents

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本発明は、転削や旋削等の各種切削加工に使用される切削装置に関する。
従来、1つのワークに対して、旋盤加工とフライス盤加工が必要な場合には、別の装置により加工が行われていた(例えば、特許文献1及び2参照)。
しかしながら、迅速な加工が必要とされるような場合に、装置を変えて加工していたのでは時間がかかるという問題があった。
特公昭37−016789号公報 特開昭47−021786号公報
そこで、本発明は、1つの装置で、転削及び旋削を始めとする各種切削加工が可能な装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討の結果、次の通り解決手段を見出した。
即ち、本発明の切削装置は、請求項1に記載の通り、基台上の一端側には、マシニングセンタの主軸と、切削工具を収容する工具マガジンと、ワークを移動させるワーク移動手段とを有し、前記主軸の両側に前記工具マガジンと前記ワーク移動手段とを配置し、
前記基台上の他端側には、ワークを保持するワークホルダと、前記切削工具を移動させる切削工具移動手段とを有し、前記ワークホルダを前記主軸に対向する側に配置し、
前記ワーク移動手段にはワーク取付手段を、前記切削工具移動手段には切削工具取付手段をそれぞれ備え、
前記主軸の方向をZ軸、前記基台の平面と平行な面で前記主軸と垂直な方向をX軸、前記基台の平面に垂直な方向をY軸としたとき、
前記ワーク取付手段が、前記ワーク移動手段の電動Z軸スライダの長手方向を軸として回転自在に保持された回転アームで構成され、
前記切削工具取付手段が、前記切削工具移動手段の電動Z軸スライダの長手方向を軸として回転自在に保持された回転アームで構成され、
前記ワーク取付手段の前記回転アームの両端部、及び前記切削工具取付手段の前記回転アームの両端部には、ツールシャンクの溝部に嵌合する爪を設け、
前記工具マガジンに収容される前記切削工具は前記ツールシャンクで保持され、前記主軸では前記ツールシャンクで保持された前記切削工具が取り付けられ、前記ワークホルダでは前記ツールシャンクを介して前記ワークを保持することを特徴とする。
また、請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の切削装置において、前記ワークホルダは、プルスタッド式ツールシャンクのロック機構を備えることを特徴とする。
また、請求項3に記載の本発明は、請求項1又は2に記載の切削装置において、前記工具マガジンが、Z軸方向の回転軸を有する円筒体に、切削工具を保持する前記ツールシャンクを収容する保持部を、回転方向に複数隣接して設けて構成され、前記回転軸はモータにより駆動することを特徴とする。
また、請求項4に記載の本発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の切削装置において、前記ワークホルダを、電動X軸ステージと電動Z軸ステージに設けて前記基台上をX軸方向及びZ軸方向に移動させ、前記主軸を、電動ステージ上に設けて前記基台上をY軸方向に移動させたことを特徴とする。
本発明の切削装置によれば、主軸に固定されるツールシャンクを、ワークホルダにも接続することができるので、ツールシャンクにワークを保持するだけで、1つの装置で、旋盤やフライス加工が可能となる。また、ワークホルダへのツールシャンクの固定は、プルスタッド式のロック機構により行うことにしたので、ワークの固定を確実に行うことができる。
また、工具マガジンの保持部は、切削工具の保持部側から収容できるように構成し、主軸と工具マガジンとを隣接配置したので、工具マガジンから取り出された工具は、180度回転せずに主軸に取り付けることができる。
本発明の切削装置は、ワークホルダをツールシャンクが保持できる構成としたものである。これにより、主軸に切削工具を取り付け、ワークホルダにワークを取り付ければ、ワークを固定した状態での切削加工が可能となる。また、主軸とワークホルダのツールシャンクを入れ替えれば、ワークの旋削が可能となる。
ワークホルダの構造は、ツールシャンクを保持できる構造であれば特に制限はなく、例えば、クランプ式等保持構造も使用できる。
また、ツールシャンクの構造については、JIS等に定められる構造を採用することができる。
ここで、ワークホルダ等の構造について、図1のマシニングセンタの主軸を例に挙げて説明する。図示したマシニングセンタの主軸1には、プルスタッド式クランプ軸2が設けられる。プルスタッド式クランプ軸2は、軸部材2aと、その端部に形成された有底円筒状の保持部2bとを備えており、保持部2bの内周面には、その一部が突出するように鋼球2cが設けられている。また、軸部材2aは、スプリング3を介して主軸本体側に固定され、保持部2bが切削工具取付側に付勢される。
ツールシャンク4は、その一端側に設けられたプルスタッド5の端部周面に形成された凹部を、プルスタッド式クランプ軸2の鋼球2cと係合させることができるロック機構により固定される。
ツールシャンク4は、図2にその拡大断面図を示すように、両端部から軸方向に有底孔6,7が形成されている。その外形は、両端から中央に向かい上方向にテーパ部が形成され、中央両側には断面略台形状の凸部8,9が周方向に形成され、一方の凸部9に隣接して設けられた凹部9aが、図1に示した主軸1の爪10と係合されることになる。
一方の有底孔6には、その開口側に向かって広がるように形成された中空円錐形状のコレット11が挿入され、このコレット11とともに有底孔6に切削工具12が挿入され、更に、挿入された切削工具12には、底部開口部を備えた筒状のナット13が挿通される。尚、ナット13の内周面には爪13aが形成され、コレット11の開口部側の端部に形成された凹部11aと係合される。
また、もう一方の有底孔7には、プルスタッド5が上記説明した通り、固定される。
上記ツールシャンク4は、図3で示されるワークホルダ14にも保持される。図示したワークホルダ14は、ツールシャンク4を保持するために主軸1と同様にプルスタッド式ツールシャンクのロック機構(15a〜c及び16)を備える。また、ワーク17は、ツールシャンク4に、主軸1に対する切削工具12と同様にして固定される。
以上のワークホルダ等の構成により、図1に示した主軸1に切削工具12を保持し、図3に示したワークホルダ14にワーク17を保持する組み合わせと、図4に示す主軸1にワーク17を保持し、図5に示すワークホルダ14に切削工具12を保持する組み合わせとが可能となる。
また、本発明の切削装置には、複数の切削工具を保持するために、所定の回転軸の周りを回転するように構成された複数の保持部を備えた工具マガジンと、工具マガジンと主軸間において切削工具を移動させるための切削工具移動手段と、主軸及び工具マガジンに切削工具を脱着するための切削工具取付手段とを備え、工具マガジンの保持部は、切削工具の保持部側から収容できるように構成し、主軸と工具マガジンとを隣接配置することが好ましい。
切削工具移動手段は、取り出された切削工具を180度回転させることなく、主軸に取り付けることができるためである。この結果、切削工具を移動させるための空間を少なくすることができるからである。
また、切削工具取付手段は、主軸及び工具マガジンへの切削工具の脱着ができるものであれば特に制限はないが、例えば、ドリル、エンドミル、円筒軸を持つバイト、軸付砥石等を使用することができる。
また、切削工具移動手段についても、工具マガジンと主軸との間で切削工具を移動することができるものであれば特に制限はないが、例えば、電動で駆動されるスライダ等を使用することができる。
また、本発明の切削装置は、ワークをワークホルダの方向に移動させるためのワーク移動手段と、ワークホルダにワークを脱着するためのワーク取付手段とを備え、ワーク移動手段をワークホルダと対向する側であって、主軸を挟んで工具マガジンと反対側に配置することが好ましい。ツールシャンクに保持されたワークを180度回転することなくワークホルダに取り付けることができ、この結果、ワークを移動するための空間を少なくできるからである。
ワーク移動手段は、保持されたワークをワークホルダ方向に移動させることができるものであれば特に制限はなく、例えば、上記切削工具移動手段と同じ構造とすることができる。
また、ワーク取付手段も、ワークホルダにワークを脱着できるものであれば特に制限はなく、例えば、上記切削工具移動手段と同じ構造とすることができる。
また、更に、工具マガジンと同じようにワーク保持部を備えたワークマガジンを備えるようにすれば、ワークも無人で迅速に交換することができる。
更に、上記した主軸、工具マガジンの回転軸及びワークホルダの軸方向を揃える、より好ましくは平行にすれば、装置全体を非常にコンパクトなものとすることができる。
本発明の切削装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
図6に示す本切削装置は、基台18上の一端側に、主軸1と、主軸1の両側に工具マガジン19とワーク移動手段20とを配置した。また、基台18上の他端側に、主軸1の軸方向に対向する側にワークホルダ14を配置し、ワークホルダ14に隣接して切削工具移動手段21を配置した。尚、以下において、説明の便宜上、基台18の主軸1方向をZ軸、基台18の平面と平行な面方向で主軸1と垂直方向をX軸、基台18に垂直方向を軸として記述する。
主軸1は、モータで駆動し、ツールシャンク4を介して切削工具12やワーク17を回転できるようにした。また、主軸1には、ツールシャンク4を保持できるようにプルスタッド式クランプ軸2を設け、その軸方向をワークホルダ側14に向けて配置した。尚、主軸1は、基台18に立設されたY軸方向に移動自在の電動ステージ22上に設けた。
ワークホルダ14は、円筒体として構成し、ツールシャンク4を保持できるようにプルスタッド式クランプ軸2を設け、その軸方向を主軸1側に向けて配置した。尚、ワークホルダ14は、基台18上をX軸方向及び軸方向に移動自在となるように電動X軸ステージ23上に電動Z軸ステージ24を設け、その上に配置した。
主軸1及びワークホルダ14のプルスタッド式クランプ軸2は同一構造とし、ツールシャンク4を共通化した。尚、ツールシャンク4の構造は、図2に示した構造とし、外形のテーパ角度を7/24とした。
工具マガジン19は、Z軸方向の回転軸を有する円筒体に、切削工具12を収容するために有底孔として形成された保持部19aを、回転方向に複数隣接して設けることにより構成し、回転軸はモータにより駆動するようにした。切削工具12は、図示されるように、保持部側から保持部19aに収容されるようにした。
切削工具移動手段21は、工具マガジン19から切削工具12を取り出して、主軸1へと移動させるため、或いは、その逆の動作を行うためのものである。X軸方向へ移動自在の電動X軸スライダ21aと、Z軸方向へ移動自在とする電動Z軸スライダ21bとから構成した。
切削工具取付手段25は、切削工具移動手段21の電動Z軸スライダ21aの長手方向を軸として、その周りに回転自在に保持された回転アーム25a(図7に示す)を設けることにより構成した。回転アーム25aの両端部には、それぞれ、上記実施の形態で説明したツールシャンク4の中央両側の凸部8、9間に形成される溝部に嵌合できるように開閉自在の爪25bを設けるようにし、工具マガジン19及び主軸1に対して切削工具12を脱着できるようにした。
ワーク移動手段20は、保持されたワーク17を、ワークホルダ14へと移動させるため、或いは、その逆の動作を行うためのものである。Z軸方向へ移動自在の電動Z軸スライダ20aと、X軸方向へ移動自在の電動X軸スライダ20bとから構成した。
ワーク取付手段27は、切削工具取付手段21と同様にして構成し、ワークホルダ14に対してワーク17を脱着できるようにした。
上記切削装置において、ツールシャンク4に保持されたワーク17は、ワーク取付手段27に保持されたままワーク移動手段20によりワークホルダ14側に移動し、ワーク取付手段27の回転アーム27aを回転して、ワークホルダ14のプルスタッド式クランプ軸2と、ツールシャンク4の軸とを揃え、更に、ワーク移動手段20の電動Z軸スライダ20aを移動して、ワークホルダ14に固定した。
また、工具マガジン19の保持部19aに、ツールシャンク4を介して保持された切削工具12は、工具マガジン19の保持部19aと切削工具取付手段21の高さを、工具マガジン19又は切削工具取付手段25を回転させることにより揃え、切削工具取付手段25の電動Z軸スライダ25aを移動させて、切削工具取付手段25によりツールシャンク4を保持し、切削工具移動手段21により切削工具12を主軸1側に移動し、更に、Z軸電動スライダ21aを移動して主軸1に切削工具12を取り付けることによりワーク17の加工を行うことができる。
本発明の切削装置は、旋盤、マイクロ旋盤、フライス盤、マイクロフライス盤などの各種切削加工を組み合わせて使用する場合に利用可能である。
本発明の一実施の形態のマシニングセンタ主軸断面図(切削工具保持状態) 同ツールシャンクの拡大断面図(ワーク保持状態) 本発明の一実施の形態のワークホルダの断面図 本発明の一実施の形態のマシニングセンタ主軸断面図(ワーク保持状態) 本発明の一実施の形態のワークホルダ断面図(切削工具保持状態) 本発明の一実施例の切削装置の斜視図 本発明の一実施例のワーク取付手段の斜視図(ツールシャンク保持状態)
1 主軸
2 プルスタッド式クランプ軸
2a 軸部材
2b 保持部
2c 鋼球
3 スプリング
4 ツールシャンク
5 プルスタッド
6 有底孔(ツールシャンク)
7 有底孔(ツールシャンク)
8 凸部(ツールシャンク)
9 凸部(ツールシャンク)
10 爪(主軸)
11 コレット
11a コレット凹部
12 切削工具
13 ナット
13a 爪(ナット)
14 ワークホルダ
15a 軸部材
15b 保持部
15c 鋼球
16 スプリング
17 ワーク
18 基台
19 工具マガジン
19a 保持部
20 ワーク移動手段
20a 電動Z軸スライダ
20b 電動X軸スライダ
21 切削工具移動手段
21a 電動Z軸スライダ
21b 電動X軸スライダ
22 電動ステージ
23 電動X軸ステージ
24 電動Z軸ステージ
25 切削工具取付手段
25a 回転アーム
25b 爪(切削工具取付手段)
27 ワーク取付手段

Claims (4)

  1. 基台上の一端側には、マシニングセンタの主軸と、切削工具を収容する工具マガジンと、ワークを移動させるワーク移動手段とを有し、前記主軸の両側に前記工具マガジンと前記ワーク移動手段とを配置し、
    前記基台上の他端側には、ワークを保持するワークホルダと、前記切削工具を移動させる切削工具移動手段とを有し、前記ワークホルダを前記主軸に対向する側に配置し、
    前記ワーク移動手段にはワーク取付手段を、前記切削工具移動手段には切削工具取付手段をそれぞれ備え、
    前記主軸の方向をZ軸、前記基台の平面と平行な面で前記主軸と垂直な方向をX軸、前記基台の平面に垂直な方向をY軸としたとき、
    前記ワーク取付手段が、前記ワーク移動手段の電動Z軸スライダの長手方向を軸として回転自在に保持された回転アームで構成され、
    前記切削工具取付手段が、前記切削工具移動手段の電動Z軸スライダの長手方向を軸として回転自在に保持された回転アームで構成され、
    前記ワーク取付手段の前記回転アームの両端部、及び前記切削工具取付手段の前記回転アームの両端部には、ツールシャンクの溝部に嵌合する爪を設け、
    前記工具マガジンに収容される前記切削工具は前記ツールシャンクで保持され、前記主軸では前記ツールシャンクで保持された前記切削工具が取り付けられ、前記ワークホルダでは前記ツールシャンクを介して前記ワークを保持することを特徴とする切削装置。
  2. 前記ワークホルダは、プルスタッド式ツールシャンクのロック機構を備えることを特徴とする請求項1に記載の切削装置。
  3. 前記工具マガジンが、Z軸方向の回転軸を有する円筒体に、切削工具を保持する前記ツールシャンクを収容する保持部を、回転方向に複数隣接して設けて構成され、前記回転軸はモータにより駆動することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の切削装置。
  4. 前記ワークホルダを、電動X軸ステージと電動Z軸ステージに設けて前記基台上をX軸方向及びZ軸方向に移動させ、前記主軸を、電動ステージ上に設けて前記基台上をY軸方向に移動させたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の切削装置。
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