JP4714625B2

JP4714625B2 - 切削装置

Info

Publication number: JP4714625B2
Application number: JP2006110118A
Authority: JP
Inventors: 亮林; 克行村中; 大典飯島
Original assignee: 株式会社ナノ
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-04-12
Also published as: JP2007283409A

Description

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Ｙ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Ｚ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

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。
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。
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。
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。