JP5474205B2 - 工具差替え装置、工具マガジンおよび工作機械 - Google Patents
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Description
本発明は、工具マガジンに工具を収納し工具マガジンから工具を取り出す工具差替え装置、その工具差替え装置を有する工具マガジンおよび工作機械に関する。
工具マガジンに工具を収納し工具マガジンから工具を取り出す装置として、従来、以下の特許文献1に記載の装置が知られている。この特許文献1には、脱着レバーを操作して工具マガジンのポットに工具を差し込みおよびポットから工具を引き抜くようにした工具脱着装置が記載されている。
しかしながら、特許文献1記載の工具脱着装置では、ポットの近傍で工具の引き抜きおよび差し込み作業を行うため、作業領域に他の工具が存在しており、作業性が悪く、危険である。
また、特許文献2または3記載のリング式工具マガジンの工具を差替える構造簡単な工具差替え装置は、実現が難しかった。
しかしながら、特許文献1記載の工具脱着装置では、ポットの近傍で工具の引き抜きおよび差し込み作業を行うため、作業領域に他の工具が存在しており、作業性が悪く、危険である。
また、特許文献2または3記載のリング式工具マガジンの工具を差替える構造簡単な工具差替え装置は、実現が難しかった。
本発明は、周縁に保持溝が形成された工具を、工具マガジンに設けられた複数の工具収納部に、工具軸線が略水平方向となるように収納し、工具収納部から取り外す工具差替え装置であって、工具軸線と略平行な方向にスライド可能に設けられたスライダと、前記スライダに移動可能に取り付けられ、前記工具の保持溝に係合する係合部を有するホルダと、前記スライダに回転可能に設けられたハンドル手段と、前記ハンドル手段の1方向の回転動作により、前記ホルダを前記工具の保持溝へ係合する位置と前記工具から離間する退避位置との間で進退させる第1動作、および前記工具の軸線方向に沿って前記ホルダを進退させる第2動作を連続して行わせるホルダ動作機構とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、周縁に保持溝が形成された工具を、工具マガジンに設けられた複数の工具収納部に、工具軸線が略水平方向となるように収納し、工具収納部から取り外す工具差替え装置であって、工具軸線と略平行な方向にスライド可能に設けられたスライダと、前記スライダに移動可能に取り付けられ、前記工具の保持溝に係合する係合部を有するホルダと、前記スライダに対し前記ホルダを移動させる移動手段とを備え、前記移動手段は、前記工具の軸線と略平行に延在する軸線回りに回転力を付与するハンドル部と、前記ハンドル部の第1の回転動作に応じて、前記工具の軸線にほぼ直交する面内で前記ホルダを移動させる第1のカム機構と、前記第1の回転動作に連続する前記ハンドル部の第2の回転動作に応じて、前記工具の軸線方向に沿って前記ホルダを移動させる第2のカム機構とを有することを特徴とする。
また、本発明は、上記工具差替え装置と、前記工具収納部は基部に回転支持された環状部材の外周部に沿って複数の工具ポットが配置されて構成され、前記環状部材を回転させて所望の工具ポットを工作機械の主軸との間で工具の交換を行う工具交換位置と前記工具差替え装置で工具の差替えを行う工具差替え位置とに割出す駆動手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、上記工具差替え装置と、前記工具収納部に収納された工具を移動させる駆動手段を有する工具マガジンとを備えた工作機械であって、前記ホルダが前記工具収納部から退避した退避位置にあるか否かを検出する検出手段と、前記検出手段により前記ホルダが退避位置にあると検出されると、前記工具収納部の移動を許容し、前記ホルダが退避位置にないと検出されると、前記工具収納部の移動を禁止するように前記駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、周縁に保持溝が形成された工具を、工具マガジンに設けられた複数の工具収納部に、工具軸線が略水平方向となるように収納し、工具収納部から取り外す工具差替え装置であって、工具軸線と略平行な方向にスライド可能に設けられたスライダと、前記スライダに移動可能に取り付けられ、前記工具の保持溝に係合する係合部を有するホルダと、前記スライダに対し前記ホルダを移動させる移動手段とを備え、前記移動手段は、前記工具の軸線と略平行に延在する軸線回りに回転力を付与するハンドル部と、前記ハンドル部の第1の回転動作に応じて、前記工具の軸線にほぼ直交する面内で前記ホルダを移動させる第1のカム機構と、前記第1の回転動作に連続する前記ハンドル部の第2の回転動作に応じて、前記工具の軸線方向に沿って前記ホルダを移動させる第2のカム機構とを有することを特徴とする。
また、本発明は、上記工具差替え装置と、前記工具収納部は基部に回転支持された環状部材の外周部に沿って複数の工具ポットが配置されて構成され、前記環状部材を回転させて所望の工具ポットを工作機械の主軸との間で工具の交換を行う工具交換位置と前記工具差替え装置で工具の差替えを行う工具差替え位置とに割出す駆動手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、上記工具差替え装置と、前記工具収納部に収納された工具を移動させる駆動手段を有する工具マガジンとを備えた工作機械であって、前記ホルダが前記工具収納部から退避した退避位置にあるか否かを検出する検出手段と、前記検出手段により前記ホルダが退避位置にあると検出されると、前記工具収納部の移動を許容し、前記ホルダが退避位置にないと検出されると、前記工具収納部の移動を禁止するように前記駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態に係る工具差替え装置の構成を示す分解斜視図である。
図2は、図1の工具差替え装置の組立状態における要部断面図である。
図3は、図2のIII−III線断面図である。
図4は、図3のIV−IV線断面図である。
図5は、図1のベースフレームの側面図である。
図6は、図1のスライダに設けられた円筒カムの展開図である。
図7は、本発明の実施の形態に係る工作機械の概略構成を示す図である。
図2は、図1の工具差替え装置の組立状態における要部断面図である。
図3は、図2のIII−III線断面図である。
図4は、図3のIV−IV線断面図である。
図5は、図1のベースフレームの側面図である。
図6は、図1のスライダに設けられた円筒カムの展開図である。
図7は、本発明の実施の形態に係る工作機械の概略構成を示す図である。
以下、図1〜図7を参照して、本発明による工具差替え装置の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る工具差替え装置1の構成を示す分解斜視図である。この工具差替え装置1は、図3に示すように工具マガジン300の工具ポット302に工具10を収納し工具ポット302から工具10を取り出すために用いられる。図1に示すように、本実施の形態に係る工具差替え装置1は、ベースフレーム100と、ベースフレーム100にスライド可能に搭載されたスライダ200とを有する。なお、便宜上、図示のように前後左右方向および上下方向を定義し、以下、この定義に従い各部の構成を説明する。
ベースフレーム100は、前後方向に延設されたベースプレート110と、ベースプレート110上を前後方向に延在する左右一対のレール120と、ベースプレート110の後端部上面から上方に立設された支持プレート130と、支持プレート130の後端面から前方に延在する円柱形状のシャフト140とを有し、シャフト140は支持プレート130に片持ち支持されている。なお、ベースプレート110は、支持アーム150等を介して基台(不図示)に固定され、ベースフレーム100の右方に工具マガジン300が配置される(図3参照)。
スライダ200は、水平方向に延在し、ベースフレーム100のレール120に沿って前後方向にスライドするスライド板210と、スライド板210の前端に固定され、鉛直方向に延在する前板220と、スライド板210の上面、左側面および後面を覆うカバー230と、前板220を貫通してスライド板210の上方を後方に延在する円筒形状のアーム240と、アーム240の後端部に設けられたカム板250とを有する。アーム240の前端部には、レバーハンドル260が取り付けられ、前板220の前方にてレバーハンドル260を回動操作することにより、アーム240が回転する。
スライダ200をベースフレーム100に取り付ける場合には、アーム240の内側にベースフレーム100のシャフト140が挿入され、ベースプレート110上にスライド板210がスライド可能に搭載される。図2は、このようにして組み立てられた工具差替え装置1の要部断面図(組立状態における図1のII−II線断面図)であり、スライダ200を最も後方にスライドさせた状態を示している。アーム240の内側には円筒形状の円筒カム270が挿入され、円筒カム270の内側にシャフト140が挿入されている。円筒カム270の後端部は、アーム240の後端面およびカバー230の後面よりも後方に突出し、その突出部は、後面カバー231から後方に突出する円筒形状の筒体232の内側に収容されている。
円筒カム270の前端部は、アーム240の前端部に固定され、円筒カム270の後端部は、筒体232の後端部に固定され、円筒カム270とアーム240と筒体232とは一体化されている。円筒カム270は、アーム240および筒体232と一体にシャフト140の周面上を周方向および軸方向に移動可能である。
図3は、図2のIII−III線断面図である。スライダ200の右側方には工具マガジシ300が設置されている。工具マガジン300は、鉛直面内において環状のマガジン本体301を有する。マガジン本体301には工具収納用の複数の工具ポット302が形成され、各工具ポット302には水平方向(前後方向)に工具10が収容されている。マガジン本体301は、ベルト、チェーン、歯車等を介してモータ等のアクチュエータに接続され、工具10の交換位置に合わせて回転割出し可能となっている。工具マガジン300の更に詳細な構成は、前記特許文献2または3に記載されているので、ここでは省略する。
工具マガジン300の周囲はマガジンカバー310によって覆われている。マガジンカバー310の一部には凹空間311が設けられ、この凹空間311に、マガジン本体310に近接してスライダ200がスライド可能に配置されている。スライダ200を前方にスライドさせると、スライダ200は工具マガジン300から離間して、スライダ200の側方空間が開放する。これによりカム板250のホルダ部252に工具10を容易に着脱することが可能となる。
図2,3に示すようにシャフト240の後端部には、その外周面の一部から径方向外側に向けてレバー部241が突設され、レバー部241の先端部に、後方に向けてカムフォロワ242が突設されている。レバー部241と後部カバー231との間には後部カバー231の前面に沿って移動可能にカム板250が介装されている。カム板250は、板部251と、板部251の端面から突出するホルダ部252とを有し、ホルダ部252に、工具10を保持するためのU字状の凸部253が設けられている。
図4は、図3のIV−IV線断面図である。工具10の長手方向(図では前後方向)中央部には、円筒形状のフランジ部11が設けられ、フランジ部11の周縁には、全周にわたって保持溝12が設けられている。保持溝12は、カム板250のホルダ部251の凸部253に係合可能であり、これにより工具10をホルダ部251に保持できる。フランジ部11の前側には、例えばワークを切削加工するためのドリル部13が形成され、フランジ部11の後側には、円錐台形状のテーパシャンク部14が形成されている。テーパシャンク部14の端面にはプルスタッド15が固設され、テーパシャンク部14とプルスタッド15の頭部15aとの間に凹部16が形成されている。
工具ポット302には、テーパシャンク部14に対応してテーパ状の収容部303が設けられ、収容部303の後方に周方向複数のボール304が配置されている。ボール304は径方向外側に配置されたばね305によって弾性支持されている。このため、ばね305の弾性力に抗して工具10を後方に押し込むことで、プルスタッド15の頭部15aがボール304を乗り越え、凹部16にボール304が配置される。これにより工具10が工具ポット302に収納され、固定される(収納状態)。この状態から、ばね305の弾性力に抗して工具10を前方に引っ張ることで、プルスタッド15の頭部15aがボール304を乗り越え、工具10が工具ポット302から引き抜かれる(引き抜き状態)。
図3に示すように後部カバー231の前面には、一対のガイド232が取り付けられ、一対のガイド232の内側に板部251がスライド可能に挟持されている。ガイド232は右斜め上方に傾斜して取り付けられ、カム板250は、凸部253が右斜め上方に向けて開口するように傾斜して配置されている。このため、凸部253に工具10を収容すると、凸部253に工具10の重力が作用し、工具10を安定して保持できる。
カム板250の板部251にはカム溝256が形成され、カム溝256にはレバー部241のカムフォロワ242が係合している。レバー部241の回動中心からカム溝253までの距離hは、レバー部241が図のR1方向に所定量θ1回動するまでは、距離hが徐々に小さくなり、その後、レバー部241が所定量θ2回動する範囲では、距離hが一定となっている。
このため、シャフト240の回転によりアーム部241が回転すると、その回転動作に伴いカム板250はガイド232に沿って工具10に向けて進退する。このときのカム板250の進退量は、レバー部241の回動位置に応じて定まる。すなわち、カムフォロワ242のカム溝253の端部254からの移動量が所定量θ1以内であれば、カム板250は進退し、所定量θ1を超えると、進退しない。図3は、カム板250のホルダ部252が工具マガジン300から離間した状態を示しており、この離間状態からレバー部241がR1方向に所定量θ1回動すると、ホルダ部252が工具10の保持溝12に係合する。この係合状態は、レバー部241の回動量が所定量θ2増加しても維持される。以上の構成において、カム板250(カム溝256)とレバー部241のカムフォロワ242が第1のカム機構を構成する。
図5は、図1のベースフレーム100の側面図(右方から見た図)である。シャフト140の前端部の外周面にはリング160が嵌合固定されている。リング160の右面には、スライダ200の円筒カム270のカム溝280に係合するカムフォロワ161が突設されている。
図6は、カム溝280の構成を示す円筒カム270の展開図である。カム溝280は、円筒カム270の前端部に周方向に直線状に形成された第1カム溝281と、第1カム溝281に連なって斜め後方(周方向かつ後方)に直線状に形成された第2カム溝282と、第2カム溝282に連なって後方に直線状に形成された第3カム溝283とを有する。円筒カム270の中心軸線を基準とした第1カム溝281の一端部284から他端部285までの角度は、上述のθ1に等しく、第2カム溝282の一端部285から他端部286までの角度は、上述のθ2に等しい。以上の構成において、円筒カム270(カム溝280)とリング160のカムフォロワ161が第2のカム機構を構成する。
次に、本実施の形態に係る工具差替え装置1の動作を説明する。以下では、図3に示すようにスライダ200がベースフレーム100の後端部に位置し、かつ、図1に示すようにレバーハンドル260が鉛直上方のホームポジションにある状態を初期状態とする。まず、初期状態から工具マガジン300に収納された工具10、つまり収納状態にある工具10を引き抜く引き抜き動作について説明する。初期状態では、図3に示すように第1のカム機構のカムフォロワ242はカム溝256の端部254に位置し、ホルダ部252は後端位置かつ工具10から離間した離間位置にある。このとき、第2のカム機構のカムフォロワ161は第1カム溝281の端部284に位置している。
この状態からレバーハンドル260を図1のR1方向に所定量θ1だけ回動操作すると、第1のカム機構のカムフォロワ242がカム溝256に沿ってA1方向に移動する。これにより、カム板250が工具10に接近し、ホルダ部252が工具10の保持溝12に係合する。このとき、第2のカム機構のカムフォロワ161は円筒カム270の第1カム溝281に沿って相対移動するため、ホルダ部252は前後方向に移動しない。これにより、ホルダ部252の前後方向の位置を一定として、すなわちホルダ部252を後端位置に維持したまま、工具10の軸線に対して直交する面内で、ホルダ部252を工具10に向けて進出させることができ、ホルダ部252と工具10とを容易かつ確実に係合状態とすることができる。
この回動操作に続けて、レバーハンドル260をR1方向に所定量θ2だけ回動操作すると、第2のカム機構のカムフォロワ161は円筒カム270の第2カム溝282に沿って後方に相対移動する。これにより、円筒カム270とともにスライダ200が前進し、ホルダ部252が前進して中間位置となる。その結果、工具ポット302から工具10が引き抜かれ、工具10を引き抜き状態とすることができる。この場合、スライダ200を前方に引張操作することなく、レバーハンドル260の回転操作により工具10を引き抜くことができるため、ばね力に抗した工具10の引き抜き作業が容易である。この工具10の引き抜き作業は、レバーハンドル260の回転操作の往路で行われる。
その後、スライダ200の前板220の前面に設けられた取っ手221(図1)を把持し、スライダ200を前方にスライドさせる。これにより第2のカム機構のカムフォロワ161が円筒カム270の第3カム溝283に沿って後方に相対移動し、ホルダ部252は前進位置まで前進する。このとき、カムフォロワ161とカム溝283との係合によってレバーハンドル260の回転が阻止され、レバーハンドル260から手を離してもレバーハンドル260は所定の回動位置(図1の260a)に保持される。
スライダ200を最も前方にスライドさせた後、作業員はホルダ部252から手動で工具10を取り外し、別の工具10をホルダ部252に取付ける。この場合、工具マガジン300から離れた位置で工具10の交換作業を行うことができるため、クレーンを使うこともでき、作業性がよく、また安全に行うことができる。
次に、工具10を工具マガジン300に収納する収納動作について説明する。収納動作は引き抜き動作と逆の手順で行われる。すなわち、まず、新しい工具10をホルダ部252に係合するように載せる。そして、取っ手221を把持してスライダ200を後方に押し込み、スライダ200を後端の収納作業位置まで後退させる。このとき、レバーハンドル260は所定の回動位置260aに保持されたまま、第2のカム機構のカムフォロワ161は円筒カム270の第3カム溝283に沿って相対移動し、カム板250のホルダ部252は中間位置まで後退する。
その後、レバーハンドル260を図3のR2方向に所定量θ2だけ回転操作すると、第2のカム機構のカムフォロワ161が第2カム溝282に沿って相対移動し、ホルダ部252が後端位置まで後退する。これにより工具10が工具ポット302に押し込まれ、工具マガジン300に収納固定される。この回転操作に続けて、レバーハンドル260を図3のR2方向に所定量θ1だけ回転操作すると、第1のカム機構のカム板250が工具マガジン300の側方(図3のA2方向)に移動し、ホルダ部252が工具マガジン300から離れた退避位置に退避する。この工具10の収納作業は、レバーハンドル260の回転操作の復路で行われる。以上で、収納動作が終了する。
このように本実施の形態によると、ベースプレート100にスライダ200を前後方向にスライド可能に設けるとともに、スライダ200に工具10の保持溝12に係合するカム板250を移動可能に取り付けた。そして、レバーハンドル260の所定量θ1の回動操作により、第1のカム機構を介してカム板250のホルダ部252を工具10の軸線に直交する面内で進退移動させ、さらにレバーハンドル260の所定量θ2の回動操作により、第2のカム機構を介してホルダ部252を工具10の軸線に沿って前進および後退させるようにした。これによりホルダ部252が工具10の保持溝12に係合し、工具10を工具ポット302に押し込み、工具ポット302から引き抜くことができる。この場合、レバーハンドル260のR1方向への回動操作により、工具ポット302からの工具10の引き抜きおよび工具マガジン300の前方への工具10の移動が可能となり、レバーハンドル260のR2方向への回動操作により、工具マガジン300に向けた工具10の後方への移動および工具ポット302への工具10の収納が可能となるので、工具10の収納および引き抜き作業が容易である。また、レバーハンドルをR1方向に回転操作した際は、工具マガジン300から離れた前進位置までホルダ部252が移動するため、手動での工具10の交換作業を容易に行うことができる。
以上では、工具差替え装置1について説明したが、工具差替え装置1と工具マガジン300とを含む工作機械5を例えば次のように構成することができる。
図7は、本発明の実施の形態に係る工作機械5の概略構成を示す図である。図7において、工具差替え装置1にはホルダ部252が退避位置にあるか否かを検出する検出器が設けられている。検出手段としての検出器2は、例えばレバーハンドル260が初期状態(図1)にあるか否かを検出するとともに機械的に施錠するロック手段261を用いることができる。ロック手段261からの信号は、制御手段としての制御装置3に入力される。制御装置3は、CPUを含んで構成され、制御装置3では、ロック手段261からの信号に基づき、ホルダ部252が退避位置にあるか否かを判定する。ホルダ部252が退避位置にあると判定すると、制御装置3は、工具マガジン300の駆動用のアクチュエータ4に動作許可信号を出力する。これによりアクチュエータ4の駆動が許可される。一方、ホルダ部252が退避位置にないと判定すると、制御装置3は、アクチュエータ4に動作禁止信号を出力する。これによりアクチュエータ4の駆動が禁止される。なお、駆動手段としてのアクチュエータ4は電気モータ等を用いることができる。
このようにホルダ部252が退避位置にない場合に工具マガジン300の動作を禁止することで、工具マガジン300の駆動指令を誤って入力した場合に、工具マガジン300の回転により工具10がカム板250に干渉することを防ぐことができ、工作機械5の安全性が高まる。
スライダ200が最も後退していることを検出するリミットスイッチおよびホルダ部252が退避位置にあることを検出するリミットスイッチを用いることで同様のインタロック制御を行うことはできる。しかし、レバーハンドル260が初期状態にあることは、二つのカム機構の原理からして必ずスライダ200は最後退し、かつ、ホルダ252は退避位置にある。従って、レバーハンドル260の初期状態を検出するとともに機械的に施錠するロック手段261を用いることは、ロック手段261が施錠しないと工具マガジン300が駆動されず、工具マガジン300が停止しないとロック手段261が解錠されないというインタロック機能が、一つのロック手段261だけで達成されるという効果がある。
なお、以上では、カム板250とカムフォロワ242とにより第1のカム機構を構成し、円筒カム270とカムフォロワ161とにより第2のカム機構を構成したが、ハンドル部としてのレバーハンドル260の回転動作(第1の回転動作)により第1のカム機構を動作させるとともに、これに連続したレバーハンドル260の回転動作(第2の回転動作)により第2のカム機構を動作させ、工具10の軸線に直交する面内および工具10の軸線に沿ってホルダ部252を移動するのであれば、移動手段の構成はこれに限らない。例えば、レバーハンドル260の連続した1方向の回転動作を、ホルダ部252の工具軸線と直交する方向の進退動作および工具軸線と平行な方向の進退動作の一連動作に変換可能な歯車機構やリンク機構を用いてもよい。ここで、連続した回転動作とは、同一方向に連続して行われる回転動作を意味し、第1の回転動作と第2の回転動作の前後は問わない。つまり、第1の回転動作の後に第2の回転動作が行われる場合と、第1の回転動作の前に第2の回転動作が行われる場合の両方を含む。
上記実施の形態では、カム板250に工具10の保持溝12に係合するホルダ部252(係合部)を設けるようにしたが、ホルダの構成はこれに限らない。工具軸線と略平行な方向にスライダ200をスライド可能に設けるのであれば、ベースフレーム100(基部)の構成はいかなるものでもよい。工具収納部としての工具ポット302の形状もいかなるものでもよい。
以上では、リング式の工具マガジン300に工具差替え装置を適用する例を説明したが、他のチェーン式やマトリックス式の工具マガジンにも本発明の工具差替え装置を同様に適用できる。
図1は、本発明の実施の形態に係る工具差替え装置1の構成を示す分解斜視図である。この工具差替え装置1は、図3に示すように工具マガジン300の工具ポット302に工具10を収納し工具ポット302から工具10を取り出すために用いられる。図1に示すように、本実施の形態に係る工具差替え装置1は、ベースフレーム100と、ベースフレーム100にスライド可能に搭載されたスライダ200とを有する。なお、便宜上、図示のように前後左右方向および上下方向を定義し、以下、この定義に従い各部の構成を説明する。
ベースフレーム100は、前後方向に延設されたベースプレート110と、ベースプレート110上を前後方向に延在する左右一対のレール120と、ベースプレート110の後端部上面から上方に立設された支持プレート130と、支持プレート130の後端面から前方に延在する円柱形状のシャフト140とを有し、シャフト140は支持プレート130に片持ち支持されている。なお、ベースプレート110は、支持アーム150等を介して基台(不図示)に固定され、ベースフレーム100の右方に工具マガジン300が配置される(図3参照)。
スライダ200は、水平方向に延在し、ベースフレーム100のレール120に沿って前後方向にスライドするスライド板210と、スライド板210の前端に固定され、鉛直方向に延在する前板220と、スライド板210の上面、左側面および後面を覆うカバー230と、前板220を貫通してスライド板210の上方を後方に延在する円筒形状のアーム240と、アーム240の後端部に設けられたカム板250とを有する。アーム240の前端部には、レバーハンドル260が取り付けられ、前板220の前方にてレバーハンドル260を回動操作することにより、アーム240が回転する。
スライダ200をベースフレーム100に取り付ける場合には、アーム240の内側にベースフレーム100のシャフト140が挿入され、ベースプレート110上にスライド板210がスライド可能に搭載される。図2は、このようにして組み立てられた工具差替え装置1の要部断面図(組立状態における図1のII−II線断面図)であり、スライダ200を最も後方にスライドさせた状態を示している。アーム240の内側には円筒形状の円筒カム270が挿入され、円筒カム270の内側にシャフト140が挿入されている。円筒カム270の後端部は、アーム240の後端面およびカバー230の後面よりも後方に突出し、その突出部は、後面カバー231から後方に突出する円筒形状の筒体232の内側に収容されている。
円筒カム270の前端部は、アーム240の前端部に固定され、円筒カム270の後端部は、筒体232の後端部に固定され、円筒カム270とアーム240と筒体232とは一体化されている。円筒カム270は、アーム240および筒体232と一体にシャフト140の周面上を周方向および軸方向に移動可能である。
図3は、図2のIII−III線断面図である。スライダ200の右側方には工具マガジシ300が設置されている。工具マガジン300は、鉛直面内において環状のマガジン本体301を有する。マガジン本体301には工具収納用の複数の工具ポット302が形成され、各工具ポット302には水平方向(前後方向)に工具10が収容されている。マガジン本体301は、ベルト、チェーン、歯車等を介してモータ等のアクチュエータに接続され、工具10の交換位置に合わせて回転割出し可能となっている。工具マガジン300の更に詳細な構成は、前記特許文献2または3に記載されているので、ここでは省略する。
工具マガジン300の周囲はマガジンカバー310によって覆われている。マガジンカバー310の一部には凹空間311が設けられ、この凹空間311に、マガジン本体310に近接してスライダ200がスライド可能に配置されている。スライダ200を前方にスライドさせると、スライダ200は工具マガジン300から離間して、スライダ200の側方空間が開放する。これによりカム板250のホルダ部252に工具10を容易に着脱することが可能となる。
図2,3に示すようにシャフト240の後端部には、その外周面の一部から径方向外側に向けてレバー部241が突設され、レバー部241の先端部に、後方に向けてカムフォロワ242が突設されている。レバー部241と後部カバー231との間には後部カバー231の前面に沿って移動可能にカム板250が介装されている。カム板250は、板部251と、板部251の端面から突出するホルダ部252とを有し、ホルダ部252に、工具10を保持するためのU字状の凸部253が設けられている。
図4は、図3のIV−IV線断面図である。工具10の長手方向(図では前後方向)中央部には、円筒形状のフランジ部11が設けられ、フランジ部11の周縁には、全周にわたって保持溝12が設けられている。保持溝12は、カム板250のホルダ部251の凸部253に係合可能であり、これにより工具10をホルダ部251に保持できる。フランジ部11の前側には、例えばワークを切削加工するためのドリル部13が形成され、フランジ部11の後側には、円錐台形状のテーパシャンク部14が形成されている。テーパシャンク部14の端面にはプルスタッド15が固設され、テーパシャンク部14とプルスタッド15の頭部15aとの間に凹部16が形成されている。
工具ポット302には、テーパシャンク部14に対応してテーパ状の収容部303が設けられ、収容部303の後方に周方向複数のボール304が配置されている。ボール304は径方向外側に配置されたばね305によって弾性支持されている。このため、ばね305の弾性力に抗して工具10を後方に押し込むことで、プルスタッド15の頭部15aがボール304を乗り越え、凹部16にボール304が配置される。これにより工具10が工具ポット302に収納され、固定される(収納状態)。この状態から、ばね305の弾性力に抗して工具10を前方に引っ張ることで、プルスタッド15の頭部15aがボール304を乗り越え、工具10が工具ポット302から引き抜かれる(引き抜き状態)。
図3に示すように後部カバー231の前面には、一対のガイド232が取り付けられ、一対のガイド232の内側に板部251がスライド可能に挟持されている。ガイド232は右斜め上方に傾斜して取り付けられ、カム板250は、凸部253が右斜め上方に向けて開口するように傾斜して配置されている。このため、凸部253に工具10を収容すると、凸部253に工具10の重力が作用し、工具10を安定して保持できる。
カム板250の板部251にはカム溝256が形成され、カム溝256にはレバー部241のカムフォロワ242が係合している。レバー部241の回動中心からカム溝253までの距離hは、レバー部241が図のR1方向に所定量θ1回動するまでは、距離hが徐々に小さくなり、その後、レバー部241が所定量θ2回動する範囲では、距離hが一定となっている。
このため、シャフト240の回転によりアーム部241が回転すると、その回転動作に伴いカム板250はガイド232に沿って工具10に向けて進退する。このときのカム板250の進退量は、レバー部241の回動位置に応じて定まる。すなわち、カムフォロワ242のカム溝253の端部254からの移動量が所定量θ1以内であれば、カム板250は進退し、所定量θ1を超えると、進退しない。図3は、カム板250のホルダ部252が工具マガジン300から離間した状態を示しており、この離間状態からレバー部241がR1方向に所定量θ1回動すると、ホルダ部252が工具10の保持溝12に係合する。この係合状態は、レバー部241の回動量が所定量θ2増加しても維持される。以上の構成において、カム板250(カム溝256)とレバー部241のカムフォロワ242が第1のカム機構を構成する。
図5は、図1のベースフレーム100の側面図(右方から見た図)である。シャフト140の前端部の外周面にはリング160が嵌合固定されている。リング160の右面には、スライダ200の円筒カム270のカム溝280に係合するカムフォロワ161が突設されている。
図6は、カム溝280の構成を示す円筒カム270の展開図である。カム溝280は、円筒カム270の前端部に周方向に直線状に形成された第1カム溝281と、第1カム溝281に連なって斜め後方(周方向かつ後方)に直線状に形成された第2カム溝282と、第2カム溝282に連なって後方に直線状に形成された第3カム溝283とを有する。円筒カム270の中心軸線を基準とした第1カム溝281の一端部284から他端部285までの角度は、上述のθ1に等しく、第2カム溝282の一端部285から他端部286までの角度は、上述のθ2に等しい。以上の構成において、円筒カム270(カム溝280)とリング160のカムフォロワ161が第2のカム機構を構成する。
次に、本実施の形態に係る工具差替え装置1の動作を説明する。以下では、図3に示すようにスライダ200がベースフレーム100の後端部に位置し、かつ、図1に示すようにレバーハンドル260が鉛直上方のホームポジションにある状態を初期状態とする。まず、初期状態から工具マガジン300に収納された工具10、つまり収納状態にある工具10を引き抜く引き抜き動作について説明する。初期状態では、図3に示すように第1のカム機構のカムフォロワ242はカム溝256の端部254に位置し、ホルダ部252は後端位置かつ工具10から離間した離間位置にある。このとき、第2のカム機構のカムフォロワ161は第1カム溝281の端部284に位置している。
この状態からレバーハンドル260を図1のR1方向に所定量θ1だけ回動操作すると、第1のカム機構のカムフォロワ242がカム溝256に沿ってA1方向に移動する。これにより、カム板250が工具10に接近し、ホルダ部252が工具10の保持溝12に係合する。このとき、第2のカム機構のカムフォロワ161は円筒カム270の第1カム溝281に沿って相対移動するため、ホルダ部252は前後方向に移動しない。これにより、ホルダ部252の前後方向の位置を一定として、すなわちホルダ部252を後端位置に維持したまま、工具10の軸線に対して直交する面内で、ホルダ部252を工具10に向けて進出させることができ、ホルダ部252と工具10とを容易かつ確実に係合状態とすることができる。
この回動操作に続けて、レバーハンドル260をR1方向に所定量θ2だけ回動操作すると、第2のカム機構のカムフォロワ161は円筒カム270の第2カム溝282に沿って後方に相対移動する。これにより、円筒カム270とともにスライダ200が前進し、ホルダ部252が前進して中間位置となる。その結果、工具ポット302から工具10が引き抜かれ、工具10を引き抜き状態とすることができる。この場合、スライダ200を前方に引張操作することなく、レバーハンドル260の回転操作により工具10を引き抜くことができるため、ばね力に抗した工具10の引き抜き作業が容易である。この工具10の引き抜き作業は、レバーハンドル260の回転操作の往路で行われる。
その後、スライダ200の前板220の前面に設けられた取っ手221(図1)を把持し、スライダ200を前方にスライドさせる。これにより第2のカム機構のカムフォロワ161が円筒カム270の第3カム溝283に沿って後方に相対移動し、ホルダ部252は前進位置まで前進する。このとき、カムフォロワ161とカム溝283との係合によってレバーハンドル260の回転が阻止され、レバーハンドル260から手を離してもレバーハンドル260は所定の回動位置(図1の260a)に保持される。
スライダ200を最も前方にスライドさせた後、作業員はホルダ部252から手動で工具10を取り外し、別の工具10をホルダ部252に取付ける。この場合、工具マガジン300から離れた位置で工具10の交換作業を行うことができるため、クレーンを使うこともでき、作業性がよく、また安全に行うことができる。
次に、工具10を工具マガジン300に収納する収納動作について説明する。収納動作は引き抜き動作と逆の手順で行われる。すなわち、まず、新しい工具10をホルダ部252に係合するように載せる。そして、取っ手221を把持してスライダ200を後方に押し込み、スライダ200を後端の収納作業位置まで後退させる。このとき、レバーハンドル260は所定の回動位置260aに保持されたまま、第2のカム機構のカムフォロワ161は円筒カム270の第3カム溝283に沿って相対移動し、カム板250のホルダ部252は中間位置まで後退する。
その後、レバーハンドル260を図3のR2方向に所定量θ2だけ回転操作すると、第2のカム機構のカムフォロワ161が第2カム溝282に沿って相対移動し、ホルダ部252が後端位置まで後退する。これにより工具10が工具ポット302に押し込まれ、工具マガジン300に収納固定される。この回転操作に続けて、レバーハンドル260を図3のR2方向に所定量θ1だけ回転操作すると、第1のカム機構のカム板250が工具マガジン300の側方(図3のA2方向)に移動し、ホルダ部252が工具マガジン300から離れた退避位置に退避する。この工具10の収納作業は、レバーハンドル260の回転操作の復路で行われる。以上で、収納動作が終了する。
このように本実施の形態によると、ベースプレート100にスライダ200を前後方向にスライド可能に設けるとともに、スライダ200に工具10の保持溝12に係合するカム板250を移動可能に取り付けた。そして、レバーハンドル260の所定量θ1の回動操作により、第1のカム機構を介してカム板250のホルダ部252を工具10の軸線に直交する面内で進退移動させ、さらにレバーハンドル260の所定量θ2の回動操作により、第2のカム機構を介してホルダ部252を工具10の軸線に沿って前進および後退させるようにした。これによりホルダ部252が工具10の保持溝12に係合し、工具10を工具ポット302に押し込み、工具ポット302から引き抜くことができる。この場合、レバーハンドル260のR1方向への回動操作により、工具ポット302からの工具10の引き抜きおよび工具マガジン300の前方への工具10の移動が可能となり、レバーハンドル260のR2方向への回動操作により、工具マガジン300に向けた工具10の後方への移動および工具ポット302への工具10の収納が可能となるので、工具10の収納および引き抜き作業が容易である。また、レバーハンドルをR1方向に回転操作した際は、工具マガジン300から離れた前進位置までホルダ部252が移動するため、手動での工具10の交換作業を容易に行うことができる。
以上では、工具差替え装置1について説明したが、工具差替え装置1と工具マガジン300とを含む工作機械5を例えば次のように構成することができる。
図7は、本発明の実施の形態に係る工作機械5の概略構成を示す図である。図7において、工具差替え装置1にはホルダ部252が退避位置にあるか否かを検出する検出器が設けられている。検出手段としての検出器2は、例えばレバーハンドル260が初期状態(図1)にあるか否かを検出するとともに機械的に施錠するロック手段261を用いることができる。ロック手段261からの信号は、制御手段としての制御装置3に入力される。制御装置3は、CPUを含んで構成され、制御装置3では、ロック手段261からの信号に基づき、ホルダ部252が退避位置にあるか否かを判定する。ホルダ部252が退避位置にあると判定すると、制御装置3は、工具マガジン300の駆動用のアクチュエータ4に動作許可信号を出力する。これによりアクチュエータ4の駆動が許可される。一方、ホルダ部252が退避位置にないと判定すると、制御装置3は、アクチュエータ4に動作禁止信号を出力する。これによりアクチュエータ4の駆動が禁止される。なお、駆動手段としてのアクチュエータ4は電気モータ等を用いることができる。
このようにホルダ部252が退避位置にない場合に工具マガジン300の動作を禁止することで、工具マガジン300の駆動指令を誤って入力した場合に、工具マガジン300の回転により工具10がカム板250に干渉することを防ぐことができ、工作機械5の安全性が高まる。
スライダ200が最も後退していることを検出するリミットスイッチおよびホルダ部252が退避位置にあることを検出するリミットスイッチを用いることで同様のインタロック制御を行うことはできる。しかし、レバーハンドル260が初期状態にあることは、二つのカム機構の原理からして必ずスライダ200は最後退し、かつ、ホルダ252は退避位置にある。従って、レバーハンドル260の初期状態を検出するとともに機械的に施錠するロック手段261を用いることは、ロック手段261が施錠しないと工具マガジン300が駆動されず、工具マガジン300が停止しないとロック手段261が解錠されないというインタロック機能が、一つのロック手段261だけで達成されるという効果がある。
なお、以上では、カム板250とカムフォロワ242とにより第1のカム機構を構成し、円筒カム270とカムフォロワ161とにより第2のカム機構を構成したが、ハンドル部としてのレバーハンドル260の回転動作(第1の回転動作)により第1のカム機構を動作させるとともに、これに連続したレバーハンドル260の回転動作(第2の回転動作)により第2のカム機構を動作させ、工具10の軸線に直交する面内および工具10の軸線に沿ってホルダ部252を移動するのであれば、移動手段の構成はこれに限らない。例えば、レバーハンドル260の連続した1方向の回転動作を、ホルダ部252の工具軸線と直交する方向の進退動作および工具軸線と平行な方向の進退動作の一連動作に変換可能な歯車機構やリンク機構を用いてもよい。ここで、連続した回転動作とは、同一方向に連続して行われる回転動作を意味し、第1の回転動作と第2の回転動作の前後は問わない。つまり、第1の回転動作の後に第2の回転動作が行われる場合と、第1の回転動作の前に第2の回転動作が行われる場合の両方を含む。
上記実施の形態では、カム板250に工具10の保持溝12に係合するホルダ部252(係合部)を設けるようにしたが、ホルダの構成はこれに限らない。工具軸線と略平行な方向にスライダ200をスライド可能に設けるのであれば、ベースフレーム100(基部)の構成はいかなるものでもよい。工具収納部としての工具ポット302の形状もいかなるものでもよい。
以上では、リング式の工具マガジン300に工具差替え装置を適用する例を説明したが、他のチェーン式やマトリックス式の工具マガジンにも本発明の工具差替え装置を同様に適用できる。
1 工具差替え装置
3 制御装置
4 アクチュエータ
10 工具
100 ベースフレーム
161 カムフォロワ
200 スライダ
242 カムフォロワ
250 カム板
252 ホルダ部
260 レバーハンドル
270 円筒カム
300 工具マガジン
302 工具ポット
3 制御装置
4 アクチュエータ
10 工具
100 ベースフレーム
161 カムフォロワ
200 スライダ
242 カムフォロワ
250 カム板
252 ホルダ部
260 レバーハンドル
270 円筒カム
300 工具マガジン
302 工具ポット
Claims (6)
- 周縁に保持溝が形成された工具を、工具マガジンに設けられた複数の工具収納部に、工具軸線が略水平方向となるように収納し、工具収納部から取り外す工具差替え装置であって、
工具軸線と略平行な方向にスライド可能に設けられたスライダと、
前記スライダに移動可能に取り付けられ、前記工具の保持溝に係合する係合部を有するホルダと、
前記スライダに回転可能に設けられたハンドル手段と、
前記ハンドル手段の1方向の回転動作により、前記ホルダを前記工具の保持溝へ係合する位置と前記工具から離間する退避位置との間で進退させる第1動作、および前記工具の軸線方向に沿って前記ホルダを進退させる第2動作を連続して行わせるホルダ動作機構と、
を備えることを特徴とする工具差替え装置。 - 周縁に保持溝が形成された工具を、工具マガジンに設けられた複数の工具収納部に、工具軸線が略水平方向となるように収納し、工具収納部から取り外す工具差替え装置であって、
工具軸線と略平行な方向にスライド可能に設けられたスライダと、
前記スライダに移動可能に取り付けられ、前記工具の保持溝に係合する係合部を有するホルダと、
前記スライダに対し前記ホルダを移動させる移動手段とを備え、
前記移動手段は、
前記工具の軸線と略平行に延在する軸線回りに回転力を付与するハンドル部と、
前記ハンドル部の第1の回転動作に応じて、前記工具の軸線にほぼ直交する面内で前記ホルダを移動させる第1のカム機構と、
前記第1の回転動作に連続する前記ハンドル部の第2の回転動作に応じて、前記工具の軸線方向に沿って前記ホルダを移動させる第2のカム機構とを有することを特徴とする工具差替え装置。 - 請求項2に記載の工具差替え装置において、
前記第1のカム機構は、前記第1の回転動作の往路で前記ホルダを前記工具の軸線に略直交する面内で前記工具収納部に向けて接近させ、その後、前記第2のカム機構は、前記第2の回転動作の往路で前記ホルダを前記工具の軸線方向に沿って前記工具収納部から離間させ、前記第2のカム機構は、前記第2の回転動作の復路で前記ホルダを前記工具の軸線方向に沿って前記工具収納部に向けて接近させ、その後、前記第1の回転動作の復路で前記ホルダを前記工具の軸線に略直交する面内で前記工具収納部から離間させる工具差替え装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の工具差替え装置と、
前記工具収納部は基部に回転支持された環状部材の外周部に沿って複数の工具ポットが配置されて構成され、前記環状部材を回転させて所望の工具ポットを工作機械の主軸との間で工具の交換を行う工具交換位置と前記工具差替え装置で工具の差替えを行う工具差替え位置とに割出す駆動手段と、
を備えることを特徴とする工具マガジン。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の工具差替え装置と、前記工具収納部に収納された工具を移動させる駆動手段を有する工具マガジンとを備えた工作機械であって、
前記ホルダが前記工具収納部から退避した退避位置にあるか否かを検出する検出手段と、
前記検出手段により前記ホルダが退避位置にあると検出されると、前記工具収納部の移動を許容し、前記ホルダが退避位置にないと検出されると、前記工具収納部の移動を禁止するように前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする工作機械。 - 請求項5に記載の工作機械において、
前記検出手段は、前記工具差替え装置の前記ハンドル部がホームポジションである前記ホルダが前記工具収納部に接近し、かつ、前記工具収納部から退避した位置にあることを検出するとともに、前記ハンドル部が回転動作しないように施錠するロック手段で成り、前記制御手段は、前記ロック手段により前記ハンドル部がホームポジションにあることを検出しないと前記工具マガジンの前記駆動手段が動作せず、前記駆動手段の動作が停止しないと前記ロック手段が解錠しないようにインタロックを掛けるように構成された工作機械。
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