JP5374771B2

JP5374771B2 - 工作機械および工具ホルダ

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Publication number: JP5374771B2
Application number: JP2009257150A
Authority: JP
Inventors: 一也藤岡; 洋平新海; 克仁宮原; 薫安松谷
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-11-10
Also published as: CN201863032U; US20110107573A1; US20140331463A1; US8814769B2; US9333608B2; DE102010043667A1; JP2011101916A

Description

この発明は、一般的には、工作機械および工具ホルダに関し、より特定的には、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する工作機械、およびそのような工作機械に用いられる工具ホルダに関する。

従来の工作機械に関して、たとえば、実開昭６２−１０４８３３号公報には、切削工具の位置を正確に設定することを目的とした、工作機械におけるバイトホルダの位置決め装置が開示されている（特許文献１）。

特許文献１に開示されたバイトホルダの位置決め装置として、たとえば、ターニングセンタの主軸ヘッドが想定されている。主軸ヘッドは、保持筒と、保持筒内に回転自在に支持される主軸とを有する。主軸は中空であり、その中心孔には、バイトホルダの主係合部を引き込む主チャックが進退自在に取り付けられている。保持筒には、４つの孔が形成されており、各孔内には、主チャックと同様の機構を有し、バイトホルダの補助係合部を引き込む補助チャックが取り付けられている。

実開昭６２−１０４８３３号公報

工作機械に搭載される自動工具交換装置（ＡＴＣ：Auto Tool Changer）として、両端にそれぞれ把持部が設けられたダブルアームを用い、主軸に装着された工具ホルダを別の工具ホルダに交換する、いわゆるダブルアーム方式のものが知られている。このダブルアーム方式の自動工具交換装置では、ダブルアームの一連の旋回、スライド運動によって、主軸に装着された工具ホルダと、待機する別の工具ホルダとを同時に入れ替えるため、短時間で工具交換を完了させることができる。

一方、上述の特許文献１に開示されたバイトホルダの位置決め装置においては、バイトホルダを主軸ヘッドに対して強固に結合させて、強力な切削力に耐え得るように、主軸とバイトホルダとが主係合部と主チャックとにより結合するだけでなく、保持筒とバイトホルダとが複数の補助係合部と補助チャックとにより結合する。

しかしながら、特許文献１に開示されたバイトホルダの位置決め装置では、補助係合部が、正方形に形成されたバイトホルダの四隅に設けられ、補助チャックが、各補助係合部に対応する位置に設けられている。このようなバイトホルダの位置決め装置を備える工作機械にダブルアーム方式の自動工具交換装置を適用しようとすると、工具交換時、旋回運動に伴って保持筒の端面上を移動するダブルアームが、補助係合部と補助チャックとの結合部分に干渉してしまう。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、旋削加工時の負荷に耐え得るだけの十分なクランプ力が得られ、かつ、短時間での工具交換を可能とする工作機械、およびそのような工作機械に用いられる工具ホルダを提供することである。

この発明に従った工作機械は、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。工作機械は、回転可能に設けられる主軸と、主軸を回転可能に支持するハウジング部材と、主軸に設けられる主クランプ部と、ハウジング部材に設けられる補助クランプ部と、アーム部材とを備える。主クランプ部は、固定工具および回転工具の装着時に工具ホルダをクランプする。補助クランプ部は、固定工具の装着時に主クランプ部とともに工具ホルダをクランプする。アーム部材は、工具ホルダを把持可能な第１把持部および第２把持部を有する。アーム部材は、第１把持部と第２把持部との間の中心位置に配置される中心軸を中心に旋回運動するとともに、その中心軸の軸方向にスライド運動することによって、主軸に装着され、第１把持部に把持された工具ホルダを、第２把持部に把持された別の工具ホルダに交換する。補助クランプ部は、工具ホルダの交換時に運動するアーム部材と干渉しない位置に配置される。

このように構成された工作機械によれば、固定工具の装着時に、工具ホルダを、回転側の主軸に設けられた主クランプ部によってクランプするだけでなく、主軸を支持する側のハウジング部材に設けられた補助クランプ部によってクランプする。これにより、固定工具を用いた旋削加工時、工具に過大な負荷が作用するにもかかわらず、その負荷に耐え得るだけの十分なクランプ力により工具ホルダを保持することができる。また、補助クランプ部を、工具ホルダの交換時に運動するアーム部材と干渉しない位置に配置することにより、アーム部材の一連の旋回、スライド運動により、主軸に装着された工具ホルダと別の工具ホルダとを入れ替える、いわゆるダブルアーム方式で工具交換を行なうことが可能となる。これにより、工具交換に要する時間を短縮することができる。

また、主軸の回転軸方向から見た場合に、ハウジング部材上には、工具ホルダの交換時にアーム部材が旋回する旋回領域がある。好ましくは、補助クランプ部は、旋回領域から外れた位置に配置される。このように構成された工作機械によれば、旋回領域内を旋回するアーム部材と、補助クランプ部との干渉を回避することができる。

また好ましくは、補助クランプ部は、主軸の回転軸に対して、アーム部材の旋回中心の反対側に配置される。このように構成された工作機械によれば、主軸の回転軸に対して一方の側に配置されるアーム部材と、他方の側に配置される補助クランプ部との干渉を回避することができる。

また好ましくは、補助クランプ部は、嵌合部を有する。嵌合部には、工具ホルダの引き込み方向に沿って直径が変化するテーパ面が形成される。嵌合部は、クランプ時にテーパ面を面接触させた状態で工具ホルダと嵌合する。このように構成された工作機械によれば、補助クランプ部にテーパ面が形成された嵌合部を設けることにより、旋削加工時の負荷を嵌合部で受けることができる。これにより、主軸に対して旋削加工時の負荷が過大に作用することを抑制できる。

また、補助クランプ部は、ハウジング部材から加工エリアに向けて開口する孔が形成される本体部と、その孔内部に配置され、工具ホルダを保持するクランプ機構部とを有する。好ましくは、工作機械は、補助クランプ部によって工具ホルダをクランプしない時に孔の開口を塞ぐように設けられ、本体部に着脱可能に取り付けられる蓋部材をさらに備える。このように構成された工作機械によれば、補助クランプ部によって工具ホルダをクランプしない時には本体部に蓋部材を取り付けることによって、加工時に生じる異物が、クランプ機構部が配置された孔内部に侵入することを防止できる。これにより、クランプ機構部を適切に保護することができる。

この発明に従った工具ホルダは、旋削機能とミーリング機能とを有する工作機械に用いられ、旋削加工時に工作機械の主軸に装着される。工具ホルダは、自動工具交換装置により交換可能である。工具ホルダは、テーパ部と、主引き込み部と、少なくとも１つの補助引き込み部と、ブロック部材とを備える。テーパ部には、所定軸の軸線に沿って直径が変化するテーパ面が形成される。主引き込み部は、所定軸の軸線上に設けられ、工作機械の主軸側から所定軸の軸線方向に沿った引っ張り力を受ける。少なくとも１つの補助引き込み部は、所定軸からその半径方向に離間して位置決めされ、工作機械の主軸側から主引き込み部と平行方向の引っ張り力を受ける。ブロック部材は、所定軸からその半径方向に離間した位置に、旋削加工用のバイトが着脱可能に取り付けられるバイト取り付け部を有する。ブロック部材には、テーパ部および主引き込み部と、補助引き込み部とが連設される。所定軸の軸周りに、バイト取り付け部が設けられた位相位置を中心として１８０°の角度に渡る第１範囲と、その反対側で１８０°の角度に渡る第２範囲とを規定した場合に、全ての補助引き込み部が、第１範囲および第２範囲のいずれか一方に配置される。

このように構成された工具ホルダによれば、所定軸の軸周りの第１範囲および第２範囲のいずれか一方に全ての補助引き込み部を配置することによって、第１範囲および第２範囲のいずれか他方を自動工具交換装置により工具交換を実施するための領域として利用することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、旋削加工時の負荷に耐え得るだけの十分なクランプ力が得られ、かつ、短時間での工具交換を可能とする工作機械、およびその工作機械に用いられる工具ホルダを提供することができる。

この発明の実施の形態における工作機械を示す斜視図である。図１中の工作機械に設けられた主軸周りの構造を示す断面図である。図２中の主軸周りにおいて、固定工具を装着した状態を示す断面図である。図２中の主軸周りにおいて、回転工具を装着した状態を示す断面図である。工具交換時の第１状態を示す、自動工具交換装置の周辺の正面図である。工具交換時の第２状態を示す、自動工具交換装置の周辺の正面図である。図５および図６中の矢印ＶＩＩに示す方向から見た、自動工具交換装置の周辺を示す図である。図１中の工作機械に用いられる旋削加工用の工具ホルダを示す斜視図である。図８中の矢印ＩＸに示す方向から見た工具ホルダを示す図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（工作機械の構造の説明）
図１は、この発明の実施の形態における工作機械を示す斜視図である。図１を参照して、本実施の形態における工作機械１０は、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。工作機械１０は、ミーリング機能を備えた旋盤である。工作機械１０は、垂直軸を中心とするテーブルの回転運動と，固定工具であるバイトの送り運動とによって、テーブルに保持された加工物（ワーク）を切削する立旋盤である。

まず、本実施の形態における工作機械１０の全体構造について説明する。工作機械１０は、その主要な構成として、ベッド２１０と、コラム２２０と、クロスレール２３０と、サドル２４０と、ラム２５０と、テーブル２６０とを有する。

ベッド２１０は、コラム２２０やテーブル２６０などを支持するためのベース部材であり、工場などの据付け面に設置される。ベッド２１０には、コラム２２０が取り付けられている。コラム２２０は、ベッド２１０の上面から立ち上がるようにベッド２１０に立設されている。コラム２２０には、クロスレール２３０が取り付けられている。クロスレール２３０は、コラム２２０に対して、矢印２０２に示す軸方向（ＺＢ軸方向）にスライド移動可能に設けられている。

クロスレール２３０には、サドル２４０が取り付けられている。サドル２４０は、クロスレール２３０に対して、矢印２０１に示す軸方向（Ｘ軸方向）にスライド移動可能に設けられている。サドル２４０には、ラム２５０が取り付けられている。ラム２５０は、サドル２４０に対して、矢印２０３に示す軸方向（Ｚ軸方向）にスライド移動可能に設けられている。ラム２５０は、後述する主軸２１を搭載し、その主軸２１には、固定工具を保持するための工具ホルダ５０や、回転工具を保持するための図示しない工具ホルダ５０´が着脱自在に装着される。

コラム２２０、クロスレール２３０、サドル２４０およびラム２５０には、各部品のスライド移動を可能とするための送り機構や案内機構、サーボモータなどが適宜、設けられている。

クロスレール２３０の移動軸であるＺＢ軸と、ラム２５０の移動軸であるＺ軸は、互いに平行であり、鉛直方向に沿って延びる。サドル２４０の移動軸であるＸ軸は、ＺＢ軸およびＺ軸に直交し、平行方向に沿って延びる。すなわち、本実施の形態における工作機械１０においては、クロスレール２３０、ラム２５０およびサドル２４０の各部位のスライド移動が組み合わさることにより、工具ホルダ５０，５０´に取り付けられた工具によるワークの加工位置がＸ−Ｚ平面において自在に移動する。

なお、本発明における工作機械は、上記形態に限定されることなく、さらにＸ軸およびＺ軸に直交するＹ軸方向にスライド移動可能な構造体を有して構成されてもよい。この場合、工具ホルダに取り付けられた工具によるワークの加工位置は３次元的に移動する。

テーブル２６０は、鉛直方向に延びる中心軸１０３を中心に、モータ駆動により回転可能に設けられている。テーブル２６０上には、チャックや各種の治具を用いて、ワークが保持される。固定工具を用いた旋削加工時、テーブル２６０の回転とともにワークが中心軸１０３を中心に回転する。この回転するワークに固定工具を接近させることによって、旋削加工を行なう。一方、回転工具を用いたミーリング加工時には、基本的にテーブル２６０を静止した状態にする。テーブル２６０上に固定されたワークに回転工具を接近させることによって、ミーリング加工を行なう。

続いて、工作機械１０の主軸構造と、工具ホルダのクランプ構造とについて説明する。図２は、図１中の工作機械に設けられた主軸周りの構造を示す断面図である。図３は、図２中の主軸周りにおいて、固定工具を装着した状態を示す断面図である。図４は、図２中の主軸周りにおいて、回転工具を装着した状態を示す断面図である。

図２から図４を参照して、工作機械１０は、その主要な構成として、主軸２１と、主軸ハウジング２６と、主クランプ部３１と、補助クランプ部４１とをさらに有する。

主軸２１は、中心軸１０１の軸方向に延びる円筒形状を有する。主軸２１は、鉛直方向に延びる中心軸１０１を中心に、モータ駆動により回転可能に設けられている。すなわち、主軸２１は、中心軸１０１を中心に回転する回転体である。主軸２１には、その端面に開口するテーパ面２２が形成されている。テーパ面２２は、中心軸１０１に直交する平面により切断された場合の直径が、中心軸１０１の軸方向において主軸端面に近づくほど大きくなるように形成されている。

主軸ハウジング２６は、複数の部品が組み合わさって構成されており、全体として中心軸１０１の軸方向に延びる円筒形状を有する。主軸ハウジング２６は、主軸２１の外周上を覆うように配置されている。言い換えれば、主軸ハウジング２６の内側には、主軸２１が配置されている。主軸２１は、主軸２１の外周面および主軸ハウジング２６の内周面の間に設けられたベアリング２３によって、主軸ハウジング２６に回転可能に支持されている。すなわち、主軸ハウジング２６は、回転体である主軸２１を支持する側の支持部材であり、かつ、回転しない固定部材である。

主クランプ部３１は、主軸２１の内部に設けられている。主クランプ部３１は、中心軸１０１の軸線上に配置されている。主クランプ部３１は、主軸端面から見てテーパ面２２の奥側に配置されている。主クランプ部３１は、旋削加工時に固定工具を保持するための工具ホルダ５０（図３を参照）を主軸２１に保持し、また、ミーリング加工時に回転工具を保持するための工具ホルダ５０´（図４を参照）を主軸２１に保持する機能を有する。

主クランプ部３１の構造についてより具体的に説明すると、主クランプ部３１は、コレット３２およびコレット開閉部材３３を有して構成されている。

コレット３２は、工具ホルダ５０，５０´に設けられたプルスタッドボルト５１に係止可能な爪形状を有し、中心軸１０１を中心とする中空の筒状に配置されている。コレット開閉部材３３は、主軸２１の内部において中心軸１０１の軸方向に移動可能に設けられている。コレット開閉部材３３は、その先端がコレット３２の内側に収まるように配置されている。油圧やバネ力、空圧などを利用した図示しない駆動装置により、コレット開閉部材３３を中心軸１０１の軸方向に沿って進退させることによって、コレット３２が縮径、拡径する。

コレット３２の縮径に伴って、工具ホルダ５０，５０´のプルスタッドボルト５１がコレット３２に把持されつつ中心軸１０１の軸方向に引き込まれ、工具ホルダ５０が主軸２１に対してクランプされる。また、コレット３２の拡径に伴って、工具ホルダ５０，５０´のプルスタッドボルト５１がコレット３２から解放され、工具ホルダ５０が主軸２１からアンクランプされる。

補助クランプ部４１は、主軸ハウジング２６に設けられている。補助クランプ部４１は、中心軸１０１からその半径方向に距離を隔てた中心軸１０２の軸線上に配置されている。主軸ハウジング２６には、その端面に開口する有底の凹部２７が形成されており、補助クランプ部４１は凹部２７に取り付けられている。補助クランプ部４１は、中心軸１０１，１０２の軸方向において、主軸２１の端面から突出するように設けられている。補助クランプ部４１は、旋削加工時に固定工具を保持するための工具ホルダ５０（図３を参照）を主軸ハウジング２６に保持する機能を有する。補助クランプ部４１は、主軸ハウジング２６に対して工具ホルダ５０の位置決めをするだけでなく、工具ホルダ５０をクランプし、主軸ハウジング２６に固定する機能を有する。一方、図４中に示すように、ミーリング加工時、補助クランプ部４１は、回転工具を保持するための工具ホルダ５０´のクランプには用いられない。

補助クランプ部４１の構造についてより具体的に説明すると、補助クランプ部４１は、コレット４６と、コレット開閉部材４７と、嵌合部または本体部として補助クランプ本体４３とを有して構成されている。コレット４６およびコレット開閉部材４７により、工具ホルダ５０を保持するためのクランプ機構部が構成されている。

補助クランプ本体４３は、中空の筒形状を有する孔４２が形成されている。孔４２は、主軸ハウジング２６から、スプラッシュガードにより区画形成され、ワークの加工が行なわれる加工エリア（後述する図７中の加工エリア８２）に向けて開口する。補助クランプ本体４３は、主軸ハウジング２６の端面から突出する形態により凹部２７に嵌合されている。コレット４６は、孔４２の内部に配置されている。コレット４６は、工具ホルダ５０に設けられたプルスタッドボルト５６を引き込み可能な爪形状を有し、中心軸１０２を中心とする中空の筒状に配置されている。コレット開閉部材４７は、その先端がコレット４６の内側に収まるように配置されている。コレット開閉部材４７は、凹部２７の内部において中心軸１０２の軸方向に移動可能に設けられている。

中心軸１０２の軸方向におけるコレット開閉部材４７の前後には、油圧室４８および油圧室４９が形成されている。油圧室４８に油が供給されることにより、コレット開閉部材４７が主軸後方へと移動し、コレット４６が縮径する。油圧室４９に油が供給されることにより、コレット開閉部材４７が主軸前方へと移動し、コレット４６が拡径する。コレット４６の縮径に伴って、工具ホルダ５０のプルスタッドボルト５６がコレット４６に把持されつつ中心軸１０２の軸方向に引き込まれ、工具ホルダ５０が主軸ハウジング２６に対してクランプされる。また、コレット４６の拡径に伴って、工具ホルダ５０のプルスタッドボルト５６がコレット４６から解放され、工具ホルダ５０が主軸ハウジング２６からアンクランプされる。

旋削加工を行なう場合、固定工具であるバイトには過大な切削負荷が作用し、たとえば、３００００Ｎ以上の最大切削力が作用する。これに対して、本実施の形態における工作機械１０においては、固定工具の装着時に、工具ホルダ５０を、回転側の主軸２１に設けられた主クランプ部３１によってクランプするだけでなく、主軸２１を支持する側の主軸ハウジング２６に設けられた補助クランプ部４１によってクランプする。これにより、旋削加工時、バイトに過大な負荷が作用するにもかかわらず、その負荷に耐え得るだけの十分なクランプ力により工具ホルダ５０を保持することができる。

図３を参照して、さらに本実施の形態における工作機械１０においては、補助クランプ本体４３にテーパ面４５が形成されている。テーパ面４５は、中心軸１０２に直交する平面により切断された場合の直径が、工具ホルダ５０の引き込み方向に沿って変化するように形成されている。より具体的には、テーパ面４５は、中心軸１０２に直交する平面により切断された場合の直径が、中心軸１０２の軸方向において主軸ハウジング２６の端面に近づくほど大きくなるように形成されている。工具ホルダ５０のクランプ時、補助クランプ本体４３は、テーパ面４５を面接触させた状態で工具ホルダ５０の基部５７と嵌合する。

このような構成によれば、旋削加工時の負荷を補助クランプ本体４３のテーパ部分で受けることができる。これにより、主軸２１に対して旋削加工時の負荷が過大に作用することを抑制できる。

図４を参照して、さらに本実施の形態における工作機械１０は、蓋部材としての補助クランプ蓋８１を有する。補助クランプ蓋８１は、補助クランプ本体４３に対して着脱自在に取り付けられる。補助クランプ蓋８１が補助クランプ本体４３に取り付けられた状態で、補助クランプ本体４３に形成された孔４２の開口が塞がれる。

補助クランプ蓋８１は、後述する自動工具交換装置７０を用いることによって自動的に着脱可能なように設けられている。その構造についてより具体的に説明すると、補助クランプ蓋８１は、プルスタッドボルト８８および基部８５を有して構成されている。プルスタッドボルト８８は、後述する工具ホルダ５０のプルスタッドボルト５６に対応する部位であり、コレット４６によって引き込まれる。基部８５は、後述する工具ホルダ５０の基部５７に対応する部位である。基部８５には、工具ホルダ５０のテーパ面５７ａに対応して、テーパ面４５と面接触するテーパ面８７が形成されている。基部８５には、略Ｖ字断面を有し、自動工具交換装置７０に設けられたダブルアーム７１の把持部７２，７３（図７を参照のこと）が嵌合する溝８６がさらに形成されている。

既に説明したように、ミーリング加工時には、補助クランプ部４１が回転工具を保持するための工具ホルダ５０´のクランプには用いられない。この場合に、補助クランプ蓋８１によって孔４２の開口を塞ぐことによって、ミーリング加工に伴うワークの切粉や切削油などが、補助クランプ本体４３の内部に侵入することを防止できる。これにより、コレット４６およびコレット開閉部材４７からなる補助クランプ部４１のクランプ機構部を適切に保護することができる。

なお、ホーニング加工用の回転工具を装着する場合など、補助クランプ部４１に形成された孔４２に回転工具側から延出するピンを挿入し、回転工具の回り止めを行なう場合がある。この場合には、補助クランプ蓋８１を補助クランプ本体４３に取り付ける必要はない。

続いて、工作機械１０に設けられる自動工具交換装置およびその周辺機器の構造について説明する。図１を参照して、工作機械１０は、その主要な構成として、自動工具交換装置７０および工具マガジン６０をさらに有する。

工具マガジン６０は、旋削加工もしくはミーリング加工に使用される複数の工具ホルダ５０，５０´を収納する機能を有する。複数の工具ホルダ５０，５０´は、無端環状のチェーンに等間隔に設けられた複数の工具ポット６１に保持された状態で、工具マガジン６０に収納されている。無端環状のチェーンをモータ駆動により周回させることによって、所定の工具ポット６１を後述するシフタ６２の位置に移動させる。

図５は、工具交換時の第１状態を示す、自動工具交換装置の周辺の正面図である。図６は、工具交換時の第２状態を示す、自動工具交換装置の周辺の正面図である。図５および図６中には、代表的に、旋削加工用の工具ホルダ５０Ａを別の工具ホルダ５０Ｂに交換する時の状態が示されている。

図１、図５および図６を参照して、自動工具交換装置７０は、主軸２１に装着された工具ホルダ５０，５０´を、工具マガジン６０に準備された別の工具ホルダ５０，５０´に自動的に交換する機能を有する。自動工具交換装置７０は、シフタ６２、ダブルアーム７１および駆動装置７６を有する。

シフタ６２は、たとえば、エアシリンダ等の駆動装置と、その駆動装置によって駆動されるポット把持部６３とから構成されている。ポット把持部６３は、工具ポット６１を把持可能である。ポット把持部６３は、駆動装置に駆動されることによって、工具交換位置と、工具マガジン６０における割り出し位置との間で往復移動する。

ダブルアーム７１は、工具ホルダ５０，５０´を把持可能な把持部７２および把持部７３を有する。ダブルアーム７１は、把持部７２と把持部７３との間で一方向に延びて形成されている。ダブルアーム７１は、把持部７２と把持部７３との間の中心位置に配置される中心軸１０６を中心に回転可能に、かつ、中心軸１０６の軸方向にスライド移動可能に設けられている。本実施の形態では、中心軸１０６が鉛直方向に延びる。すなわち、ダブルアーム７１は、水平面内で旋回しつつ、鉛直方向にスライド移動する。駆動装置７６は、油圧シリンダやモータなどから構成されており、ダブルアーム７１に所定のタイミングで旋回運動、スライド運動を行なわせる。

図７は、図５および図６中の矢印ＶＩＩに示す方向から見た、自動工具交換装置の周辺を示す図である。図５から図７を参照して、旋削加工用の工具ホルダ５０Ａを別の工具ホルダ５０Ｂに交換する工程について説明する。

工具交換のため、主軸２１を加工エリア８２内の工具交換位置まで移動させる。加工エリア８２と加工外エリア８３とを遮蔽するＡＴＣシャッター８０を開いた状態で、ダブルアーム７１を時計周りに９０°旋回させる。このとき、把持部７２が、主軸２１に装着された工具ホルダ５０Ａを把持するとともに、把持部７３が、シフタ６２において工具ポット６１に保持された工具ホルダ５０Ｂを把持する。工具ホルダ５０Ａが把持部７２により把持されたタイミングで、主クランプ部３１および補助クランプ部４１による工具ホルダ５０Ａのクランプを解除する。

ダブルアーム７１を中心軸１０６の軸方向にスライド移動させつつ、中心軸１０６を中心に旋回させる。これにより、把持部７２に装着された工具ホルダ５０Ａを加工外エリア８３の工具交換位置に向かわせ、把持部７３に装着された工具ホルダ５０Ｂを加工エリア８２の工具交換位置に向かわせる。工具ホルダ５０Ａ，５０Ｂが各エリアの工具交換位置に近づいたら、ダブルアーム７１を中心軸１０１の軸方向にスライド移動させる。これにより、把持部７２に装着された工具ホルダ５０Ａを工具ポット６１に挿入し、把持部７３に装着された工具ホルダ５０Ｂを主軸２１の内部に挿入する。主クランプ部３１および補助クランプ部４１により、工具ホルダ５０Ｂをクランプする。ダブルアーム７１を反転させ、図５中に示す元の待機位置に戻す。

なお、上記では、旋削加工用の工具ホルダ５０を交換する工程について説明したが、ミーリング加工用の工具ホルダ５０´を交換する場合も、工具ホルダ５０´のクランプ、アンクランプを主クランプ部３１のみで行なう点を除いて、工具ホルダ５０を交換する場合と同様である。

図７を参照して、本実施の形態における工作機械１０においては、補助クランプ部４１が、工具交換時に旋回、スライド運動するダブルアーム７１と干渉しない位置に設けられている。主軸２１の回転中心である中心軸１０１の軸方向から見た場合に、主軸ハウジング２６上には、工具交換時にダブルアーム７１が旋回する旋回領域１２１がある。旋回領域１２１は、中心軸１０６を中心に移動するダブルアーム７１の先端の軌跡の内側に存在する。補助クランプ部４１は、その旋回領域１２１の外側の位置に設けられている。補助クランプ部４１は、主軸２１の回転中心である中心軸１０１に対して、ダブルアーム７１の回転中心である中心軸１０６の反対側に設けられている。

補助クランプ部４１は、補助クランプ部４１が配置される中心軸１０２が、主軸２１の回転中心である中心軸１０１とダブルアーム７１の回転中心である中心軸１０６とを結ぶ線上に配置されるように設けられている。補助クランプ部４１は、旋回領域１２１から外れた位置にあれば、中心軸１０２が中心軸１０１と中心軸１０６とを結ぶ線上からずれて配置されるように設けられてもよい。

このような構成により、本実施の形態における工作機械１０においては、ダブルアーム７１の一連の旋回、スライド運動によって、主軸２１に装着された工具ホルダ５０と別の工具ホルダ５０とを入れ替える、いわゆるダブルアーム方式で工具交換を行なうことが可能となる。

以上に説明した、この発明の実施の形態における工作機械１０の基本的な構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における工作機械１０は、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。工作機械１０は、回転可能に設けられる主軸２１と、主軸２１を回転可能に支持するハウジング部材としての主軸ハウジング２６と、主軸２１に設けられる主クランプ部３１と、主軸ハウジング２６に設けられる補助クランプ部４１と、アーム部材としてのダブルアーム７１とを備える。

主クランプ部３１は、固定工具および回転工具の装着時に工具ホルダ５０，５０´をクランプする。補助クランプ部４１は、固定工具の装着時に主クランプ部３１とともに工具ホルダ５０をクランプする。ダブルアーム７１は、工具ホルダ５０，５０´を把持可能な第１把持部としての把持部７２および第２把持部としての把持部７３を有する。ダブルアーム７１は、把持部７２と把持部７３との間の中心位置に配置される中心軸１０６を中心に旋回運動するとともに、その中心軸１０６の軸方向にスライド運動することによって、主軸２１に装着され、把持部７２に把持された工具ホルダ５０，５０´を、把持部７３に把持された別の工具ホルダ５０，５０´に交換する。補助クランプ部４１は、工具ホルダ５０の交換時に運動するダブルアーム７１と干渉しない位置に配置される。

なお、本実施の形態では、主軸ハウジング２６に１つの補助クランプ部４１を設けたが、複数の補助クランプ部４１を設けてもよい。この場合にも、全ての補助クランプ部４１が、旋回領域１２１から外れた位置であってダブルアーム７１と干渉しない位置に配置される。

また、本実施の形態では、ミーリング機能を備えた立旋盤に本発明を適用したが、これに限られることはなく、たとえば、工具主軸を備えた旋盤や回転テーブルを備えたマシニングセンタなどの複合加工機に本発明を適用することもできる。

（工具ホルダの構造の説明）
図１中の工作機械１０に用いられる、旋削加工時に固定工具を保持するための工具ホルダ５０の構造について詳細に説明する。

図８は、図１中の工作機械に用いられる旋削加工用の工具ホルダを示す斜視図である。図９は、図８中の矢印ＩＸに示す方向から見た工具ホルダを示す図である。

図３、図８および図９を参照して、工具ホルダ５０は、旋削加工時、固定工具であるバイト５５を主軸２１に装着するためのホルダである。工具ホルダ５０は、その主要な構成として、シャンク部５２と、プルスタッドボルト５１と、工具ブロック５８と、プルスタッドボルト５６と、基部５７とを有して構成されている。

シャンク部５２には、中心軸１１１に直交する平面により切断した場合の直径が、中心軸１１１の軸方向に沿って変化するテーパ面５２ａが形成されている。工具ホルダ５０が主軸２１に装着された状態で、テーパ面５２ａは、主軸側のテーパ面２２と面接触し、主軸２１から伝達される回転トルクを受ける。シャンク部５２には、略Ｖ字断面を有し、中心軸１１１を中心に周回する溝５３が形成されている。先に説明した自動工具交換装置７０による工具交換時、ダブルアーム７１の把持部７２，７３が溝５３に嵌合する。

プルスタッドボルト５１は、シャンク部５２に接続されている。プルスタッドボルト５１は、中心軸１１１の軸線上に設けられている。プルスタッドボルト５１は、中心軸１１１の軸線に沿って柱状に延びるように形成されている。主軸２１に対する工具ホルダ５０の装着時、プルスタッドボルト５１は、コレット３２に係止された状態で、主軸２１側から中心軸１０１の軸線方向に沿った引っ張り力を受ける。

プルスタッドボルト５６は、中心軸１１１からその半径方向に距離を隔てた中心軸１１２の軸線上に設けられている。プルスタッドボルト５６は、中心軸１１２の軸線に沿って柱状に延びるように形成されている。プルスタッドボルト５６と溝５３とは、中心軸１１１および中心軸１１２の軸方向において互いに重なる位置に設けられている。プルスタッドボルト５１は、中心軸１１１および中心軸１１２の軸方向において、プルスタッドボルト５６よりも突出する位置に設けられている。主軸２１に対する工具ホルダ５０の装着時、プルスタッドボルト５６は、コレット４６に係止された状態で、主軸２１側から中心軸１１２の軸線方向に沿った引っ張り力、つまりプルスタッドボルト５６と平行方向の引っ張り力を受ける。

基部５７は、プルスタッドボルト５６よりも大径の円盤形状を有し、中心軸１１２の軸方向においてプルスタッドボルト５６と並んで設けられている。基部５７は、プルスタッドボルト５６と一体に形成されている。基部５７には、中心軸１１２に直交する平面により切断した場合の直径が、中心軸１１２の軸方向に沿って変化するテーパ面５７ａが形成されている。工具ホルダ５０が主軸２１に装着された状態で、テーパ面５７ａは、補助クランプ本体４３に形成されたテーパ面４５と面接触する。

工具ブロック５８は、全体として、略直方体形状を有する。工具ブロック５８には、シャンク部５２およびプルスタッドボルト５１が連設され、さらに基部５７を介してプルスタッドボルト５６が連接されている。このような構成により、シャンク部５２およびプルスタッドボルト５１と、プルスタッドボルト５６とが、工具ブロック５８によって一体に設けられている。

工具ブロック５８は、中心軸１１１の軸方向から見た場合に、中心軸１１１を中心とする半径方向の一方向と、その方向から１８０°ずれた反対方向とに延びるように形成されている。工具ブロック５８には、中心軸１１１からその半径方向に距離を隔てた位置に、バイト取り付け溝５４が形成されている。バイト取り付け溝５４は、固定工具であるバイト５５を挿入可能な溝形状に形成されている。

中心軸１１１の軸周りに、バイト取り付け溝５４が設けられた位相位置を中心として１８０°の角度に渡る範囲１３１Ｐと、その反対側で１８０°の角度に渡る範囲１３１Ｑとを規定する。バイト取り付け溝５４が設けられた位相位置は、中心軸１１１の軸周りにおけるバイト取り付け溝５４の中心の位相位置であり、本実施の形態では、図９中に示す平面視において、工具ブロック５８の側面上におけるバイト取り付け溝５４の開口の中心位置に相当する。本実施の形態における工具ホルダ５０においては、プルスタッドボルト５６が、範囲１３１Ｐおよび範囲１３１Ｑのいずれか一方としての範囲１３１Ｐに配置されている。

なお、プルスタッドボルト５６は、バイト取り付け溝５４が設けられる側の範囲１３１Ｐではなく、その反対側の範囲１３１Ｑに設けられてもよい。

また、本実施の形態では、主軸ハウジング２６に１つの補助クランプ部４１が設けられる構造に対応して、工具ホルダ５０に１つのプルスタッドボルト５６を設けたが、主軸ハウジング２６に複数の補助クランプ部４１が設けられる場合には、各補助クランプ部４１に対応した位置にプルスタッドボルト５６を設ければよい。この場合、全てのプルスタッドボルト５６が、範囲１３１Ｐおよび範囲１３１Ｑのいずれか一方に配置されればよい。

このような構成によれば、プルスタッドボルト５６が設けられる数にかかわらず、全てのプルスタッドボルト５６を範囲１３１Ｐおよび範囲１３１Ｑのいずれか一方の領域に収めることによって、範囲１３１Ｐおよび範囲１３１Ｑのいずれか他方の領域を自動工具交換装置７０により工具交換を実施するための領域として利用することができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態における工具ホルダ５０の基本的な構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における工具ホルダ５０は、旋削機能とミーリング機能とを有する工作機械１０に用いられ、旋削加工時に工作機械１０の主軸２１に装着される。工具ホルダ５０は、自動工具交換装置７０により交換可能である。工具ホルダ５０は、テーパ部としてのシャンク部５２と、主引き込み部としてのプルスタッドボルト５１と、少なくとも１つの補助引き込み部としてのプルスタッドボルト５６と、ブロック部材としての工具ブロック５８とを備える。

シャンク部５２には、所定軸としての中心軸１１１の軸線に沿って直径が変化するテーパ面５２ａが形成される。プルスタッドボルト５１は、中心軸１１１の軸線上に設けられ、工作機械１０の主軸側から中心軸１１１の軸線方向に沿った引っ張り力を受ける。少なくとも１つのプルスタッドボルト５６は、中心軸１１１からその半径方向に離間して位置決めされ、工作機械１０の主軸側からプルスタッドボルト５１と平行方向の引っ張り力を受ける。工具ブロック５８は、中心軸１１１からその半径方向に離間した位置に、旋削加工用のバイト５５が着脱可能に取り付けられるバイト取り付け部としてのバイト取り付け溝５４を有する。工具ブロック５８には、シャンク部５２およびプルスタッドボルト５１と、プルスタッドボルト５６とが連設される。中心軸１１１の軸周りに、バイト取り付け溝５４が設けられた位相位置を中心として１８０°の角度に渡る第１範囲としての範囲１３１Ｐと、その反対側で１８０°の角度に渡る第２範囲としての範囲１３１Ｑとを規定した場合に、全てのプルスタッドボルト５６が、範囲１３１Ｐおよび範囲１３１Ｑのいずれか一方としての範囲１３１Ｐに配置される。

なお、本実施の形態では、図８および図９中に、テーパ面５２ａの傾きが７／２４である一般的なツールシャンクを示したが、本発明は、ツールシャンクの規格については特に限定がなく、たとえば、テーパ面の傾きが１／１０である各種の２面拘束ツールシャンクが用いられてもよい。

このように構成された、この発明の実施の形態における工作機械１０および工具ホルダ５０によれば、補助クランプ部４１を備えるツールクランプ機構を採用することにより、旋削加工時の負荷に耐え得るだけの十分なクランプ力で工具ホルダ５０を工作機械１０の主軸側に保持することができる。また、工具交換時に運動するダブルアーム７１と、補助クランプ部４１との干渉を避ける構造により、ダブルアーム方式で工具交換を行なうことが可能となる。これにより、短時間で工具交換を行なうことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、主に、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する工作機械に適用される。

１０工作機械、２１主軸、２２テーパ面、２３ベアリング、２６主軸ハウジング、２７凹部、３１主クランプ部、３２コレット、３３コレット開閉部材、４１補助クランプ部、４２孔、４３補助クランプ本体、４５テーパ面、４６コレット、４７コレット開閉部材、４８，４９油圧室、５０，５０´，５０Ａ，５０Ｂ工具ホルダ、５１，５６プルスタッドボルト、５２シャンク部、５２ａテーパ面、５３溝、５４バイト取り付け溝、５７基部、５７ａテーパ面、５８工具ブロック、６０工具マガジン、６１工具ポット、６２シフタ、７０自動工具交換装置、７１ダブルアーム、７２，７３把持部、７６駆動装置、８０ＡＴＣシャッター、８１補助クランプ蓋、８２加工エリア、８３加工外エリア、８５基部、８６溝、８７テーパ面、８８プルスタッドボルト、１０１，１０２，１１１，１１２中心軸、１２１旋回領域、１３１Ｐ，１３１Ｑ範囲、２１０ベッド、２２０コラム、２３０クロスレール、２４０サドル、２５０ラム、２６０テーブル。

Claims

固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する工作機械であって、
回転可能に設けられる主軸と、
前記主軸を回転可能に支持するハウジング部材と、
前記主軸に設けられ、固定工具および回転工具の装着時に工具ホルダをクランプする主クランプ部と、
前記ハウジング部材に設けられ、固定工具の装着時に前記主クランプ部とともに工具ホルダをクランプする補助クランプ部と、
工具ホルダを把持可能な第１把持部および第２把持部を有し、前記第１把持部と前記第２把持部との間の中心位置に配置される中心軸を中心に旋回運動するとともに、その中心軸の軸方向にスライド運動することによって、前記主軸に装着され、前記第１把持部に把持された工具ホルダを、前記第２把持部に把持された別の工具ホルダに交換するアーム部材とを備え、
前記補助クランプ部は、工具ホルダの交換時に運動する前記アーム部材と干渉しない位置に配置される、工作機械。
前記主軸の回転軸方向から見た場合に、前記ハウジング部材上には、工具ホルダの交換時に前記アーム部材が旋回する旋回領域があり、
前記補助クランプ部は、前記旋回領域から外れた位置に配置される、請求項１に記載の工作機械。
前記補助クランプ部は、前記主軸の回転軸に対して、前記アーム部材の旋回中心の反対側に配置される、請求項１または２に記載の工作機械。
前記補助クランプ部は、工具ホルダの引き込み方向に沿って直径が変化するテーパ面が形成され、クランプ時に前記テーパ面を面接触させた状態で工具ホルダと嵌合する嵌合部を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械。
前記補助クランプ部は、前記ハウジング部材から加工エリアに向けて開口する孔が形成される本体部と、前記孔内部に配置され、工具ホルダを保持するクランプ機構部とを有し、
前記補助クランプ部によって工具ホルダをクランプしない時に前記孔の開口を塞ぐように設けられ、前記本体部に着脱可能に取り付けられる蓋部材をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の工作機械。
旋削機能とミーリング機能とを有する工作機械に用いられ、旋削加工時に工作機械の主軸に装着され、自動工具交換装置により交換可能な工具ホルダであって、
所定軸の軸線に沿って直径が変化するテーパ面が形成されるテーパ部と、
前記所定軸の軸線上に設けられ、工作機械の主軸側から前記所定軸の軸線方向に沿った引っ張り力を受ける主引き込み部と、
前記所定軸からその半径方向に離間して位置決めされ、工作機械の主軸側から前記主引き込み部と平行方向の引っ張り力を受ける、少なくとも１つの補助引き込み部と、
前記所定軸からその半径方向に離間した位置に、旋削加工用のバイトが着脱可能に取り付けられるバイト取り付け部を有し、前記テーパ部および前記主引き込み部と、前記補助引き込み部とが連設されるブロック部材とを備え、
前記所定軸の軸周りに、前記バイト取り付け部が設けられた位相位置を中心として１８０°の角度に渡る第１範囲と、その反対側で１８０°の角度に渡る第２範囲とを規定した場合に、全ての前記補助引き込み部が、前記第１範囲および前記第２範囲のいずれか一方に配置される、工具ホルダ。