JP5255948B2 - 工具マガジン、自動工具交換装置および工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工具マガジン、自動工具交換装置および工作機械に関する。

ワーク（被加工物）の加工を行う加工装置として、加工装置のスピンドルに取り付けられるツールシャンクを自動で交換するためのＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏl Ｃｈａｎｇｅｒ、自動工具交換装置）を備える加工装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の加工装置では、ＡＴＣは、ツールシャンクを保持する工具マガジンを備えている。この工具マガジンは、優れたバネ特性を有する材質からなる一枚部材によって形成されている。また、この工具マガジンには、ツールシャンクを保持するための撓み保持部（板バネ部）が一体で形成されている。

特開２００６−１２３１６７号公報

特許文献１に記載の工具マガジンには、ツールシャンクを保持するための板バネ部が一体で形成されているため、工具マガジンの形状が複雑になる。したがって、工具マガジンの加工が複雑になり、工具マガジンのコストが嵩む。

そこで、本発明の課題は、コストを削減することが可能な工具マガジンを提供することにある。また、本発明の課題は、かかる工具マガジンを備える自動工具交換装置および工作機械を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、工具またはワークが固定される工具ホルダを保持する複数の工具保持部を備え、所定の回転駆動機構に連結されて回転する工具マガジンにおいて、複数の工具保持部は、工具マガジンの回転中心を中心として略円環状に配置され、工具保持部には、工具ホルダが配置される配置溝が工具マガジンの径方向外側端から回転中心に向かって窪むように形成され、工具保持部は、配置溝に配置される工具ホルダを保持するための２個の保持用磁石を備え、２個の保持用磁石は、配置溝の、回転中心側に配置されるとともに、工具マガジンの径方向と工具マガジンの軸方向とに直交する方向で所定の隙間をあけた状態で配置されていることを特徴とする。

本発明の工具マガジンでは、工具保持部が工具ホルダを保持するための保持用磁石を備えている。そのため、工具マガジンの形状を簡略化しても配置溝に配置される工具ホルダを保持することができる。したがって、本発明では、工具マガジンの複雑な加工を不要とすることが可能となり、工具マガジンのコストを削減することが可能になる。

また、本発明では、保持用磁石は、配置溝の、回転中心側に配置されているため、保持用磁石によって回転中心側に向かって工具ホルダが吸引される。したがって、工具マガジンの回転時に工具ホルダに遠心力が生じても、工具ホルダを確実に保持することが可能になる。

さらに、本発明では、２個の保持用磁石は、工具マガジンの径方向と工具マガジンの軸方向とに直交する方向で所定の隙間をあけた状態で配置されているため、隙間をあけた状態で配置される２個の保持用磁石によって、工具ホルダを２箇所で吸着することが可能となり、工具保持部で保持される工具ホルダのずれを防止することが可能なる。したがって、工具マガジンで工具ホルダを適切に保持することが可能になる。

本発明において、工具ホルダには、回転止め用のキー溝が形成され、工具保持部は、２個の保持用磁石の間に形成されキー溝に係合する回転止め突起を備えることが好ましい。このように構成すると、工具保持部で保持される工具ホルダの回転を防止することが可能となり、工具マガジンで工具ホルダを適切に保持することが可能になる。

本発明において、工具ホルダは、保持用磁石に吸着される略円柱状の吸着部を備え、吸着部には、径方向内側に向かって窪む略円環状の凹部が形成され、工具保持部は、工具マガジンの径方向と工具マガジンの軸方向とに直交する方向の両側から凹部に係合する２個の係合突起を備えることが好ましい。このように構成すると、工具保持部で保持される工具ホルダの、工具マガジンの径方向と工具マガジンの軸方向とに直交する方向でのずれ、および、工具マガジンの軸方向でのずれを防止することが可能となり、工具マガジンで工具ホルダを適切に保持することが可能になる。

本発明の工具マガジンは、工具マガジンを回転駆動する回転駆動機構を備える自動工具交換装置に用いることができる。この自動工具交換装置では、工具マガジンのコストを削減することが可能になるため、自動工具交換装置のコストを削減することが可能になる。また、この自動工具交換装置は、工具ホルダが取り付けられる主軸を備える工作機械に用いることができる。この工作機械では、工具マガジンのコストを削減することが可能になるため、工作機械のコストを削減することが可能になる。

以上のように、本発明の工具マガジン、自動工具交換装置および工作機械では、コストを削減することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（工作機械および自動工具交換装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる工作機械１の正面図である。図２は、図１に示す自動工具交換装置８の、カバー１４を取り外した状態を示す正面図である。

本形態の工作機械１は、たとえば、ワーク２の表面の切削等を行う旋盤、フライス盤、研削盤あるいはマシニングセンタ等である。また、本形態の工作機械１は、卓上への設置が可能な小型のものである。

この工作機械１は、図１に示すように、ワーク２を加工する工具３が固定される工具ホルダ４と、工具ホルダ４が取り付けられる主軸（回転軸）５と、ワーク２を固定するチャック部材６と、チャック部材６が載置されるテーブル７とを備えている。また、工作機械１は、主軸５に取り付けられる工具３を自動で交換するための自動工具交換装置（ＡＴＣ）８を備えている。本形態では、主軸５に取り付けられる工具３は工具ホルダ４ごと交換される。

主軸５は、工具ホルダ４を保持・解放するためのチャック機構を備えている。この主軸５は、回転駆動機構に連結されており、ワーク２の加工時に回転する。また、主軸５は、たとえば、図１の左右方向へ主軸５を移動させる左右移動機構、および、上下方向へ主軸５を移動させる上下移動機構に連結されており、ワーク２の加工時等に、図１の左右方向および上下方向へ移動可能となっている。

テーブル７は、たとえば、図１の紙面垂直方向へテーブル７を移動させる前後移動機構に連結されており、ワーク２の加工時等に、チャック部材６とともに前後方向へ移動可能となっている。

ＡＴＣ８は、複数の工具ホルダ４を保持する工具マガジン１１を備えている。工具マガジン１１は、回転駆動機構１２に連結されており、上下方向を軸方向として回転可能となっている。また、工具マガジン１１は、図２の左右方向へ工具マガジン１１を移動させる移動機構１３に連結されており、回転駆動機構１２とともに、図２の左右方向へ移動可能となっている。ＡＴＣ８の上側部分は、図１に示すように、カバー１４で覆われている。

回転駆動機構１２は、工具マガジン１１を回転させるための駆動モータおよび駆動モータの動力を工具マガジン１１に伝達するための動力伝達機構等を備えている。移動機構１３は、工具マガジン１１を左右方向へ移動させるための駆動モータ、エアシリンダ等の駆動源１５、駆動源１５の動力を工具マガジン１１に伝達するための動力伝達機構および工具マガジン１１を左右方向へ案内するためのガイド機構等を備えている。

（工具ホルダの構成）
図３（Ａ）は、図１に示す工具ホルダ４の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ方向から工具ホルダ４を示す側面図である。

工具ホルダ４は、たとえば、ＪＩＳＢ６３３９で規定されるツールシャンク１７とプルスタッド１８とから構成されている。図３（Ｂ）に示すように、プルスタッド１８は、ツールシャンク１７の上端に固定されている。また、工具３は、ツールシャンク１７の下端側に固定されている。

本形態のツールシャンク１７は、たとえば、呼び番号「ＢＴ−１５」または「ＢＴ−１０」あるいは「ＢＴ−５」によって特定される小型のものである。なお、ツールシャンク１７はその他の呼び番号で特定されるものであっても良い。

図３（Ｂ）に示すように、ツールシャンク１７の上下方向の略中心部分は、他の部分に比べて外径の大きな略円柱状に形成されている。この外径の大きくなった部分は、工具マガジン１１を構成する後述の保持用磁石２２に吸着される吸着部１７ａとなっている。上下方向における吸着部１７ａの中心には、径方向内側に向かって窪む略円環状の凹部１７ｂが形成されている。凹部１７ｂの、上下方向の両側に形成される側面は、径方向外側に向かうにしたがって上下方向外側に広がる傾斜面１７ｃとなっている。

また、吸着部１７ａには、主軸５に取り付けられる工具ホルダ４の回転を防止するための回転止め用のキー溝１７ｄが形成されている。このキー溝１７ｄは、図３（Ａ）に示すように、１８０°ピッチで２箇所に形成されている。また、キー溝１７ｄは、吸着部１７ａの上端から下端側に向かって形成されている。なお、工具ホルダ４によっては、キー溝１７ｄが形成されない場合もある。

（工具マガジンの構成）
図４は、図２のＦ−Ｆ方向から工具マガジン１１を示す平面図である。図５は、図４のＧ−Ｇ方向から工具マガジン１１を示す側面図である。図６は、図４に示す磁石固定部材２３およびガイド部材２４の構成を説明するための平面図である。図７は、図６のＨ−Ｈ方向から磁石固定部材２３およびガイド部材２４の構成を説明するための図である。

工具マガジン１１は、略円板状に形成されたベース板２１を備えている。図４に示すように、ベース板２１の径方向の中心には、回転駆動機構１２が連結される連結孔２１ａが上下方向に貫通するように形成されている。連結孔２１ａの中心は、工具マガジン１１の回転中心Ｏとなっている。また、ベース板２１には、工具ホルダ４が配置される複数の配置溝２１ｂが形成されている。この配置溝２１ｂは、ベース板２１の径方向外側端（すなわち、工具マガジン１１の径方向外側端）から回転中心Ｏに向かって窪むように形成されている。また、配置溝２１ｂは、上下方向から見たときの形状が略Ｕ形状になるように形成されている。本形態では、同形状の６個の配置溝２１ｂが略等角度ピッチでベース板２１に形成されている。

また、工具マガジン１１は、配置溝２１ｂに配置される工具ホルダ４を保持するための保持用磁石２２（以下、「磁石２２」とする。）と、磁石２２が固定される磁石固定部材２３と、工具ホルダ４を磁石２２に向かって案内するガイド部材２４とを備えている。本形態では、各配置溝２１ｂに対応するように、２個の磁石２２と、１個の磁石固定部材２３と、２個のガイド部材２４とが配置されている。

また、本形態では、１本の配置溝２１ｂと、２個の磁石２２と、１個の磁石固定部材２３と、２個のガイド部材２４とによって、１個の工具ホルダ４を保持する工具保持部２５が構成されている。すなわち、本形態の工具マガジン１１は、６個の工具保持部２５を備えており、６個の工具ホルダ４の保持が可能となっている。６個の工具保持部２５は、図４に示すように、回転中心Ｏを中心として略円環状に配置されている。

磁石２２は、永久磁石であり、扁平な直方体状に形成されている。本形態では、後述のように、２個の磁石２２に１個の工具ホルダ４が吸着されており、磁石２２は、工具マガジン１１の回転時に工具ホルダ４に生じる遠心力よりも２個の磁石２２による工具ホルダ４の吸着力が大きくなるような磁力を有している。

磁石固定部材２３は、ベース板２１に固定される直方体状の固定部２３ａと、工具ホルダ４のキー溝１７ｄに係合する回転止め突起２３ｂとを備えている。

固定部２３ａは、配置溝２１ｂの径方向内側端よりも径方向内側で、ベース板２１に固定されている（図４参照）。具体的には、ベース板２１の径方向に直交する平面と磁石２２の固定面（磁石固定面）２３ｃとが略平行になるとともに、磁石固定面２３ｃが径方向外側に向くように、固定部２３ａがベース板２１の上面に固定されている。また、磁石２２が、配置溝２１ｂの径方向内側部分に配置されるように（すなわち、磁石２２が、配置溝２１ｂの、回転中心Ｏ側に配置されるように）、固定部２３ａが固定されている。さらに、配置溝２１ｂの径方向内側端から配置溝２１ｂに向かって回転止め突起２３ｂが突出するように、固定部２３ａが固定されている。

回転止め突起２３ｂは、２個の磁石固定面２３ｃの間に形成されている。すなわち、回転止め突起２３ｂは、２個の磁石２２の間に形成されており、２個の磁石２２は、ベース板２１の軸方向（すなわち、図４の紙面垂直方向）とベース板２１の径方向とに直交する方向Ｘ（以下、この方向を「第１方向Ｘ」とする。）で所定の隙間をあけた状態で配置されている。また、磁石２２は、回転止め突起２３ｂとの間にわずかな隙間をあけた状態で、または、回転止め突起２３ｂに当接した状態で、磁石固定面２３ｃに固定されている。

回転止め突起２３ｂの幅は、キー溝１７ｄの幅よりもわずかに狭くなっている。また、本形態では、回転止め突起２３ｂの下端部分は、回転止め突起２３ｂの上端部分よりも径方向外側に突出している。

ガイド部材２４は、ベース板２１に固定される直方体状の固定部２４ａと、工具ホルダ４の凹部１７ｂに係合する係合突起２４ｂとを備えている。

固定部２４ａは、図４に示すように、第１方向Ｘにおける配置溝２１ｂの端部よりも第１方向Ｘの外側で、ベース板２１に固定されている。具体的には、第１方向Ｘにおける配置溝２１ｂの端部から配置溝２１ｂに向かって係合突起２４ｂが突出するように、ベース板２１の上面に固定部２４ａが固定されている。また、係合突起２４ｂの先端（図７の左右方向の内側端）の間隔が、工具ホルダ４の、凹部１７ｂが形成された部分の外径よりも若干、広くなるように、固定部２４ａが固定されている。

係合突起２４ｂの下面は、第１方向Ｘにおける配置溝２１ｂの内側に向かうにしたがって上方向に傾斜する傾斜面２４ｃとなっている。傾斜面２４ｃの傾斜角度は、工具ホルダ４の傾斜面１７ｃの傾斜角度とほぼ等しくなっている。係合突起２４ｂの先端の厚さは、工具ホルダ４の凹部１７ｂの底面の幅（上下方向の幅）よりもわずかに狭くなっている。

本形態では、２個の磁石２２によって１個の工具ホルダ４が吸着されて、工具保持部２５に工具ホルダ４が保持される。工具保持部２５に工具ホルダ４が保持されている状態では、吸着部１７ａの外周面におけるキー溝１７ｄの縁の近傍部分が２個の磁石２２に吸着されている（図４参照）。また、工具ホルダ４のキー溝１７ｄに回転止め突起２３ｂが係合している。さらに、図５に示すように、第１方向Ｘの両側から工具ホルダ４の凹部１７ｂにガイド部材２４の係合突起２４ｂが係合している。

（工具の交換動作）
工作機械１では、以下のように、主軸５に取り付けられる工具３の交換が行われる。

工具３の交換前の工具マガジン１１では、少なくとも１個以上の工具保持部２５で工具ホルダ４が保持されていない状態となっている。すなわち、少なくとも１個以上の工具保持部２５が空いた状態となっている。

工具３の交換時には、移動機構１３が駆動して、工具マガジン１１が主軸５側へ移動する。また、空いている工具保持部２５の配置溝２１ｂの径方向外側端が主軸５側に向くように、回転駆動機構１２が駆動して、工具マガジン１１が回転する。

一方、主軸５側では、主軸５に保持されている工具ホルダ４の吸着部１７ａが工具マガジン１１の工具保持部２５の高さに合うように、上下駆動機構が駆動して、主軸５が移動する。また、工具ホルダ４の凹部１７ｂが係合突起２４ｂに案内されて、吸着部１７ａが磁石２２に吸着されるように、左右移動機構が駆動して、主軸５が工具マガジン１１側に移動する。吸着部１７ａが磁石２２に吸着されると、主軸５は、チャック機構を解放状態にして、工具ホルダ４を解放した後、上下駆動機構によって上昇する。主軸５が上昇すると、主軸５から工具ホルダ４が外れる。

その後、主軸５に取り付けられる工具３が固定されている工具ホルダ４が主軸５側を向くように、工具マガジン１１が回転する。また、この工具ホルダ４の上方から主軸５が下降して、チャック機構で工具ホルダ４を保持する。その後、主軸５は、工具保持部２５から工具ホルダ４が外れるように、工具マガジン１１から離れる方向へ移動し、工具保持部２５から工具ホルダ４が外れると、主軸５に取り付けられる工具３の交換が終了する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、工具保持部２５が工具ホルダ４を保持するための磁石２２を備えている。そのため、ベース板２１等の形状を簡略化しても配置溝２１ｂに配置される工具ホルダ４を保持することができる。したがって、本形態では、工具マガジン１１を構成するベース板２１等の複雑な加工が不要となり、工具マガジン１１のコストを削減することができる。

本形態では、磁石２２は、配置溝２１ｂの径方向内側部分に配置されている。そのため、磁石２２によって回転中心Ｏ側に向かって工具ホルダ４が吸引される。したがって、工具マガジン１１が回転した際に工具ホルダ４に遠心力が生じても、工具ホルダ４を確実に保持することができる。

本形態では、工具保持部２５に保持されている工具ホルダ４は、第１方向Ｘで所定の隙間をあけた状態で配置される２個の磁石２２に吸着されている。また、本形態では、工具保持部２５に保持されている工具ホルダ４の凹部１７ｂに第１方向Ｘの両側からガイド部材２４の係合突起２４ｂが係合している。そのため、工具保持部２５で保持される工具ホルダ４の第１方向Ｘでのずれを防止することができる。

また、工具保持部２５に保持されている工具ホルダ４の凹部１７ｂに第１方向Ｘの両側からガイド部材２４の係合突起２４ｂが係合しているため、工具保持部２５で保持される工具ホルダ４の上下方向でのずれを防止することができる。さらに、本形態では、工具保持部２５に保持されている工具ホルダ４のキー溝１７ｄに、回転止め突起２３ｂが係合しているため、工具保持部４で保持される工具ホルダ４の回転を防止することができる。

したがって、本形態では、工具保持部２５に保持される工具ホルダ４を正しい姿勢で保持するができる。その結果、主軸５に取り付けられる工具３の交換を適切に行うことができる。

（他の実施の形態）
上述した形態では、工具保持部２５のそれぞれが２個の磁石２２を備えているが、工具保持部２５が備える磁石２２の数は１個でも良いし、３個以上であっても良い。工具保持部２５が１個の磁石２２を備えている場合には、たとえば、回転止め突起２３ｂが形成されていない磁石固定部材２３の磁石固定面の中心部分に磁石２２を固定すれば良い。また、上述した形態では、磁石２２は永久磁石であるが、磁石２２は電磁石であっても良い。さらに、上述した形態では、２個の磁石２２が配置溝２１ｂの径方向内側部分に配置されているが、２個の磁石２２は配置溝２１ｂの第１方向Ｘの両端部分に配置されても良い。

上述した形態では、工具保持部２５で保持される工具ホルダ４は磁石２２に吸着されている。すなわち、工具ホルダ４は磁石２２に接触している。この他にもたとえば、工具ホルダ４と磁石２２とが非接触の状態で、磁石２２に工具ホルダ４が吸引されて、工具保持部２５に工具ホルダ４が保持されても良い。

上述した形態では、工具マガジン１１は、６個の工具保持部２５を備えているが、工具マガジン１１が備える工具保持部２５の数は、２個以上であれば良い。また、上述した形態では、工具マガジン１１は、上下方向を軸方向として回転可能になっているが、工具マガジン１１は、水平方向または水平方向に対して所定の角度だけ傾斜した方向を軸方向として回転可能になっていても良い。また、上述した形態では、工具ホルダ４に工具３が保持されているが、工具ホルダ４に棒状のワーク２が保持されても良い。

本発明の実施の形態にかかる工作機械の正面図である。 図１に示す自動工具交換装置の、カバーを取り外した状態を示す正面図である。 （Ａ）は、図１に示す工具ホルダの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ方向から工具ホルダを示す側面図である。 図２のＦ−Ｆ方向から工具マガジンを示す平面図である。 図４のＧ−Ｇ方向から工具マガジンを示す側面図である。 図４に示す磁石固定部材およびガイド部材の構成を説明するための平面図である。 図６のＨ−Ｈ方向から磁石固定部材およびガイド部材の構成を説明するための図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ ワーク
３ 工具
４ 工具ホルダ
５ 主軸
８ ＡＴＣ（自動工具交換装置）
１１ 工具マガジン
１２ 回転駆動機構
１７ａ 吸着部
１７ｂ 凹部
１７ｄ キー溝
２１ｂ 配置溝
２２ 磁石（保持用磁石）
２３ｂ 回転止め突起
２４ｂ 係合突起
２５ 工具保持部
Ｏ 回転中心

Claims (5)

1. 工具またはワークが固定される工具ホルダを保持する複数の工具保持部を備え、所定の回転駆動機構に連結されて回転する工具マガジンにおいて、
   複数の前記工具保持部は、前記工具マガジンの回転中心を中心として略円環状に配置され、
   前記工具保持部には、前記工具ホルダが配置される配置溝が前記工具マガジンの径方向外側端から前記回転中心に向かって窪むように形成され、
   前記工具保持部は、前記配置溝に配置される前記工具ホルダを保持するための２個の保持用磁石を備え、
   ２個の前記保持用磁石は、前記配置溝の、前記回転中心側に配置されるとともに、前記工具マガジンの径方向と前記工具マガジンの軸方向とに直交する方向で所定の隙間をあけた状態で配置されていることを特徴とする工具マガジン。
2. 前記工具ホルダには、回転止め用のキー溝が形成され、
   前記工具保持部は、２個の前記保持用磁石の間に形成され前記キー溝に係合する回転止め突起を備えることを特徴とする請求項１記載の工具マガジン。
3. 前記工具ホルダは、前記保持用磁石に吸着される略円柱状の吸着部を備え、
   前記吸着部には、径方向内側に向かって窪む略円環状の凹部が形成され、
   前記工具保持部は、前記工具マガジンの径方向と前記工具マガジンの軸方向とに直交する方向の両側から前記凹部に係合する２個の係合突起を備えることを特徴とする請求項１または２記載の工具マガジン。
4. 請求項１から３いずれかに記載の工具マガジンと、前記工具マガジンを回転駆動する回転駆動機構とを備えることを特徴とする自動工具交換装置。
5. 請求項４記載の自動工具交換装置と、前記工具ホルダが取り付けられる主軸とを備えることを特徴とする工作機械。

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