JP4731653B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機械加工スピンドルと、補助装置（auxiliary unit）を前記機械加工スピンドルに挿入する装置と、多数の工具を提供する工具マガジンと、前記工具マガジンと機械加工スピドルとの間で工具を搬送するために機械加工スピンドル用工具を保持する少なくとも１個の工具把持具を含む工具交換装置とを含む工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、前述のタイプの周知の工作機械においては、機械加工スピンドルに挿入可能な高速スピンドルあるいは研磨ヘッドが必要に応じて、補助装置として使用される。このようにして、ある機械工作作業に対する速度範囲を増加し、工作機械の適用範囲を広げることが可能である。しかしながら、高速スピンドルあるいはその他の補助装置に対して、一般に機械加工スピンドルに対して使用されるものとは相違する工具保持固定具が必要とされる。従来の工作機械においては、補助装置での工具の交換はしたがって手作業であるいは個別の交換装置によって実行されることが多い。このことは構成や管理に関して時間がかかり、あるいは必要費用が増加する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はそれぞれ必要とされる工具を機械加工スピンドルに完全自動で供給出来るようにし、また補助装置が簡単かつ迅速に機械加工スピンドルに挿入できるようにする、前述のタイプの工作機械を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的は特許請求の範囲の請求項１に記載の工作機械によって達成される。
【０００５】
本発明の効果的な実施例が特許請求の範囲の従属項に記載されている。
【０００６】
本発明による工作機械の最も重要な利点は、機械加工のために、機械加工スピンドルに種々の工具を提供出来るのみならず、機械加工スピンドルに挿入した補助装置に対して複数の工具を提供可能で、かつ共通の工具交換装置によって自動的に交換可能であることである。補助装置において工具を自動的に交換するのに、何ら高価な余分の駆動要素および制御要素が必要とされない。このように、手作業を必要とすることなく完全自動の機械加工を実行することが出来る。
【０００７】
工具交換装置は機械加工スピンドル用の工具を保持する対角方向に対向した２個の工具把持具と該把持具に対して９０度それぞれずらされた、補助装置用工具を保持する別の２個の工具把持具とを含む四重把持装置を含む。四重把持装置を９０度単に回転させることにより、工具交換装置は機械加工スピンドルに工具を供給する二重把持具として、あるいは補助装置に工具を供給する二重把持具として使用可能である。それぞれ対向した対の把持具によって、機械加工スピンドルにおいて従来使用されてきた工具は把持具配置を１８０度回転させることにより事前に工具マガジンから取り出された新しい工具と交換することが出来る。このように、機械加工スピンドル並びに機械加工スピンドルに挿入された補助装置において、調整の必要性が少なくて迅速な工具交換が可能とされる。
【０００８】
補助装置は、例えば高速スピンドル、研磨ヘッドあるいは当該工作機械の適用範囲を広げうるようにするいずれかの他の組み立て装置でもよい。
【０００９】
工具は一般に対応するクランプコーン（clamping cones）によって特殊な工具保持固定具に保持される。機械加工スピンドル用の工具保持固定具は一般に補助装置用工具の保持固定具よりも大型であるので、それぞれの工具保持固定具用の対応する工具把持具もサイズが異なる。
【００１０】
構造に簡単な実施例においては、工具把持具はリニア駆動装置（linear drive）によって工具マガジンのフレーム上で水平方向に移動可能な支持体に配置されており、モータによって垂直軸線の周りを回転可能である。前記支持体の水平移動と工具把持具の回転とは電気、油圧あるいは空気作動駆動装置によって実行可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に示す工作機械は、モータによってＹ方向に移動可能な滑りテーブル（table sled）３であって、垂直軸の周りを回転可能な工作物テーブル４を含む滑りテーブル３がその上に配置されている水平方向の案内レール２を含む機械ベッド（machine bed）１を有している。前記機械ベッド１には、モータによって駆動されるねじを切ったスピンドル９および１０を介してＺ方向に垂直に移動可能な横断支持体（transverse support）８をその上で案内する垂直案内レール６および７を含む主フレーム５が配置されている。モータによって駆動されるねじを切ったスピンドル１３を介してＸ方向に水平方向に移動可能な機械加工装置１４を案内する水平方向案内レール１１および１２が横断支持体８の前側に設けられている。機械加工装置１４用案内レール１１および１２並びに横断支持体８用の案内レール６および７、および滑りテーブル３用の案内レール２はそれぞれ汚れないよう２種類のカバーシート１５、１６、１７によって被覆されている。
【００１２】
横断支持体８上で案内される水平方向に移動可能な機械加工装置１４は、垂直面に対して４５度傾斜し、斜め方向下方に向いている正面壁１９を含む支持体ハウジング１８であって、前記正面壁１９に対して垂直の枢軸の周りで枢動可能なフライス加工ヘッド（milling head）２０が装着されている支持体ハウジング１８を含む。枢動可能のフライス加工ヘッド２０において、枢軸に対して４５度以内の角度で配置される機械加工スピンドル２１が支持され、該スピンドルは図１に示す垂直での機械加工位置と、枢動可能のフライス加工ヘッド２０の対応する回転によってとる水平方向の機械加工位置との間で枢動可能でもよい。
【００１３】
チェインホッパとして形成され、フレーム２２とその上側で循環するリンクチェイン２４とを含み、モータによって駆動され、トング状の工具ホルダ２５を含む工具マガジン２３が機械ベッド１において横方向に配置されている。
【００１４】
前記フレーム２２の上側には更に、高速スピンドル２８を保持しかつ挿入する装置２７が配置されている。該装置２７は、上方に突出したクランプコーン３１によって高速スピンドル２８が保持されている案内アーム２９上で水平方向に移動可能な把持アーム３０を含む。この把持アーム３０を水平方向に移動されることによって、高速スピンドル２８は交換位置へ移動した機械加工スピンドル２１の下方の取り替え位置へ移動可能である。機械加工装置１４をＺ方向に垂直方向に移動させることによって、クランプコーン３１を含む高速スピンドル２８は機械加工スピンドル２１に挿入し、対応するクランプ手段によってそこで固定させることが可能である。
【００１５】
更に、モータによってＸ方向に移動可能なオフセット支持体（offset support）３３を含む工具交換手段３２がフレーム２２に横方向に配置され、図２から図４までに詳細に示す、垂直軸線の周りで回転可能な工具交換装置３４が前記支持体３３に配置される。
【００１６】
特に図２から判るように、支持体３３は、図示実施例においてフレーム２２に横方向に配置された収納部（accommodation）３６に装着されたレール３５上で案内される。前記支持体３３の水平移動は、油圧、電気あるいは空気式駆動装置として形成しうるリニア駆動装置３７によって実行される。支持体３３の前端に、駆動装置（図示せず）によって垂直軸線の周りで回転可能な工具交換装置が配置されている。フレーム２２の上側にはトング状の工具ホルダ２５を含むリンクチェイン２４が配置されている。これらは機械加工スピンドル２１の工具と、高速スピンドル２８の工具とのための種々のサイズの工具保持固定具３８を保持するように設けられている。点線４０で示す最大寸法の工具は上方に垂直方向に突出しているクランプコーン３９を備えた工具保持固定具３８中に挿入可能である。しかしながら、クランプコーンが直接形成された工具もまた工具保持固定具３８によって保持可能である。リンクチェイン２４は適当な歯車装置あるいはスプロケットチェインを介して作動モータ４１によって駆動される。作動モータ４１に対応して指令することにより、それぞれの機械加工プログラムに対応した所望の工具は、図３と図４とに詳細に示す四重の把持装置４２を含む工具交換装置３４が支持体３３が対応して水平移動することにより工具あるいは工具保持固定具３８と係合しうるようになる所定の交換位置へ移動可能である。
【００１７】
詳細には図示していない把持キャッチ（gripper catch）を解放する２個の作動釦４３、４４が四重把持装置４２の上側に配置されている。作動釦４３、４４は工具交換装置３４が工具マガジン中へ挿入されるとフレーム２２に装着された作動アーム４６の底側にある楔状の作動要素４５によって作動可能である。
【００１８】
図３に示すように、工具交換装置３４はその上側に四重把持装置４２が配置されている二次直径（quadratic diameter）を有するポスト４７を含む。支持ポスト４７の底側において、タペット４８が設けられており、該タペットを介して支持ポスト４７が支持体３３に回転可能に支持されている。図４に示すように、四重把持装置４２は、機械加工スピンドル２１あるいは工具保持固定具中に挿入可能な工具を着脱するために設けられた２個の対角方向に対向した工具把持具４９、５０を含む。これも対角方向に対向し、高速スピンドルあるいはそれらの工具保持固定具中へ挿入可能な工具を着脱するよう作用する別の２個の工具把持具５１、５２が前記工具把持具４９、５０に対して９０度の偏位角で配置されている。高速スピンドル２８は機械加工スピンドルの場合よりも小さな工具あるいは工具保持固定具を受け取るようにされているので、前記の２個の別の工具把持具５１、５２も相応に寸法が小さくされている。
【００１９】
四重把持装置４２の上側において、２個の作動釦４３、４４が配置されており、該釦を押し下げることにより、工具把持具のキャッチが、例えばばねによって内側に予め負荷された工具を交換するために解放される。
【００２０】
図１に示す工作機械において、工具の交換は以下のように行われる。
【００２１】
前記機械加工スピンドル２１において工具を交換するには、必要な工具を収納した所望の工具保持固定具２５が所定の交換位置まで移動するよう所定の機械加工プログラムに従って工具マガジン２３が動かされる。次いで、工具マガジンまで導かれた工具把持具４９が工具保持固定具３８と係合するまで工具交換装置３４を含む支持体３３が図２に示す待機位置から工具マガジン２３の方向に動かされる。その後、工具マガジン２３から取り出された工具を含む工具交換装置３４が、空の工具把持具５０が機械加工スピンドル２１に位置した工具を取り上げうるように、工具マガジンから離れる方向に向けられた支持体３３の動きにより取り上げ位置（take-over position）まで移動された機械加工スピンドル２１の下方に動かされる。次いで機械加工装置１４は、機械加工スピンドル２１内の周知の工具クランプが解放された後、Ｚ方向に上方に動かされる。１８０度だけ工具交換装置３４がその後回転することにより、新しい工具が機械加工スピンドルの下方に動かされる。前記機械加工スピンドルは次いで、Ｚ方向に動かされ、工具クランプが再び作動する。支持体３３を移動させることにより、先の工具が次いで工具マガジン２３に配置され、工具交換装置３４は支持体３３を相応に移動させることにより待機位置まで戻される。
【００２２】
工具交換装置３４が別の工具把持具５１および５２が使用されるように９０度だけ先ず回転されて、前記装置２７によって機械加工スピンドル２１中へ先に挿入されていた高速スピンドル２８における工具の交換が対応して行われる。
【００２３】
本発明は詳細に説明し、図面に示した実施例に限定されない。従って、工具交換手段を有する工具マガジンはまた別の設計の工作機械に対しても使用可能である。更に、機械加工スピンドルの工具や補助装置の工具に対して異なる把持具をそれぞれの工作機械の設計に対応して異なる方向に配置させることも可能である。工具交換装置全体でなく、四重把持装置のみを回転可能に形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による工作機械の概路図である。
【図２】図１に示す工作機械において工具交換装置を含む工具マガジンの一部の概略側面図である。
【図３】図２に示す工具交換装置の概略側面図である。
【図４】図３に示す工具交換装置の概略平面図である。
【符号の説明】
２１ 機械加工スピンドル
２２ フレーム
２３ 工具マガジン
２５ 工具ホルダ
２７ 高速スピンドル保持装置
２８ 高速スピンドル
３０ 把持アーム
３３ 支持体
３４ 工具交換装置
３７ リニア駆動装置
３８ 工具保持固定具
４２ 四重把持装置
４３、４４ 作動釦
４９、５０ 把持具
５１、５２ 把持具

Claims (5)

1. 機械加工スピンドル（２１）と、
   前記機械加工スピンドル（２１）中へ補助装置（２８）を挿入する装置（２７）と、
   多数の工具を提供する工具マガジン（２３）と、
   前記工具マガジン（２３）と前記機械加工スピンドル（２１）における交換位置との間で前記工具を移動する工具交換装置（３４）とを含む工作機械において、
   前記工具交換装置（３４）が前記機械加工スピンドル（２１）のための２個の対向した工具把持具（４９、５０）と前記把持具に対してそれぞれ９０度ずれた前記補助装置（２８）のための別の２個の工具把持具（５１、５２）とを備えた四重把持装置（４２）を含み、
   前記工具把持具（４９、５０）と別の工具把持具（５１、５２）とが異なるサイズの工具保持固定具（３８）を保持するように形成され、かつ前記四重把持装置（４２）が支持体（３３）上に回転可能に設けられ、さらに支持体（３３）は、前記工具マガジン（２３）のフレーム（２２）上をリニア駆動装置（３７）により水平方向に移動可能に配置され、また
   前記補助装置（２８）を挿入する装置（２７）は工具マガジン（２３）に配置されていることを特徴とする工作機械。
2. 前記工具交換装置（３４）が支持体（３３）に担持され、モータによって回転可能であることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記補助装置（２８）が高速スピンドルであることを特徴とする、請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記挿入する装置（２７）が前記補助装置（２８）を保持するためにモータによって案内アーム（２９）上を移動可能である把持アーム（３０）を含むことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の工作機械。
5. 前記工具交換装置（３４）が解放可能な作動釦（４３、４４）を含むことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の工作機械。

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