JP5956010B1 - 工具装着方法及びチェーン式工具マガジン並びに工具自動交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チェーン式工具マガジンにおける中空軸に対する工具ポットの着脱を行い、工具ポットに対する工具の着脱を行う工具装着方法及びチェーン式工具マガジンを提供する。【解決手段】工作機械における工具装着部への工具装着方法であって、エンドレスチェーン３における内リンクプレート５と外リンクプレート７とを枢支連結した中空軸９の中空部１１に対して軸方向に着脱自在な工具ポット１５を、前記中空軸９の前記中空部１１から離脱した後、この工具ポット１５に着脱自在に備えられた工具１３を上記工具ポット１５から離脱し、この離脱した工具１３の装着部４７を、工作機械に備えた工具装着部ＳＰへ装着する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばマシニングセンタなどのごとき工作機械の主軸などのごとき工具装着部に対して工具を装着する工具装着方法及び複数の工具を着脱自在に備えたチェーン式工具マガジン及び工具自動交換装置に係り、さらに詳細には、例えば工具自動交換装置（ＡＴＣ）などを用いて工具の交換を行う場合、工具の交換を容易に行うことができる工具装着方法及びチェーン式工具マガジン及び工具自動交換装置に関する。

各種の工作機械においては、複数の工具を着脱交換自在に備えた工具マガジンと、工作機械の主軸などの工具装着部との間に備えたＡＴＣによって工具交換が自動的に行われている。前記工具マガジンには種々の構成の工具マガジンがあるが、より多くの工具を着脱交換自在に支持する構成として、チェーン式工具マガジンが提案されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００３−２７５９３４号公報 特開２００１−３８５５９号公報

前記特許文献１には、ツールポット分離型チェーンが記載されている。このツールポット分離型チェーンは、チェーンの走行平面内において、チェーンの移送方向に対して直交する外方向に開口した開口部を、リンクプレートに備えた構成である。そして、前記開口部に対して、外方向からツールポットを着脱する構成である（特許文献１の図２参照）。したがって、ツールポット分離型チェーンにおいては、チェーン部分と前記開口部部分とを備えることとなり、チェーンの全体的構成における幅寸法が大きくなり易いという問題がある。さらに、前記開口部側が内側になるようにチェーンを湾曲する場合、湾曲した案内部材を必要とするものであり、構成が複雑化し易いという問題がある（同、図３の符号１５参照）。

また、前記特許文献２に記載された工具ポット分離型チェーンにおいては、並行に備えられた案内レールと工具ポット飛び出し防止レールとの間をチェーンが走行する構成であり、かつ上記チェーンに保持された工具ポットは、外方向から着脱する構成である。したがって、構成が複雑であるという問題がある。

ところで、前記特許文献１の図６，７には、チェーンのリンクプレートを枢支連結した中空リンク内にツールポットを備えた構成が記載されている。この構成によれば、図６に示されているように、チェーンの湾曲部に案内部材が不要であると共に内側、外側への湾曲が自在であり、構成の簡素化及び省スペース化を図ることができるものである。

しかし、上記構成においては、中空リンク内に備えられたツールポットに対して工具を着脱する構成であるから、ツールポットと工具とが例えばテーパ嵌合したような場合や、ツールポットに備えたボールプランジャなどのごとき係止部材による工具の係止状態が強固な場合には、工具の取り外しが難しくなるという問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、工作機械における工具装着部への工具装着方法であって、エンドレスチェーンにおける内リンクプレートと外リンクプレートとを枢支連結した中空軸の中空部に対して軸方向に着脱自在な工具ポットを、前記中空軸の前記中空部から離脱した後、この工具ポットに着脱自在に備えられた工具を上記工具ポットから離脱し、この離脱した工具の装着部を、工作機械に備えた工具装着部へ装着することを特徴とするものである。

また、前記工具装着方法において、前記中空軸からの工具ポットの離脱は、前記エンドレスチェーンに対して接近離反自在かつ前記中空軸の軸方向に移動自在に備えられた第１アームによって行い、前記工具ポットからの工具の離脱は、前記工作機械における工具装着部に対応した位置と前記工具ポットの待機位置との間を往復動自在なＡＴＣアームによって行うことを特徴とするものである。

また、複数の工具を着脱自在なチェーン式工具マガジンであって、内リンクプレートと外リンクプレートとを枢支連結した中空軸を備え、工具を着脱自在に備えた工具ポットを嵌合離脱自在な中空部を前記中空軸に備え、前記工具ポット又は前記中空軸に備えた係止部材を係止自在な係止部を前記中空部又は前記工具ポットに備え、前記中空軸から前記工具ポットを離脱するための第１アームによって保持される保持凹部を前記工具ポットに備えていることを特徴とするものである。

また、前記チェーン式工具マガジンにおいて、前記中空軸の前記中空部は、ストレートの深穴に形成してあることを特徴とするものである。

本発明によれば、チェーンにおける内リンクプレートと外リンクプレートは中空軸によって枢支連結してあり、この中空軸の中空部に対して軸方向に着脱自在な工具ポットに工具を着脱自在に備えた構成であるから、チェーン式工具マガジンの構成の簡素化を図ることができると共に省スペース化を図ることができる。また、中空軸の中空部から工具ポットを離脱した後に、この工具ポットから工具を離脱し、その後に工作機械の工具装着部へ工具を装着するものであるから、チェーン式工具マガジンから工具を取り外して、工作機械への装着を容易に行い得るものである。

本発明の実施形態に係るチェーン式工具マガジン及び工具ポットの構成を示す断面説明図である。 エンドレスチェーンに備えた中空軸から工具ポットを離脱し、かつこの工具ポットから工具ホルダを取り外して、工作機械の工具装着部へ装着する工程の説明図である。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係るチェーン式工具マガジン１は、一般的なチェーン式工具マガジンと同様にエンドレスチェーン３を備えている。このエンドレスチェーン３は、一対の内リンクプレート５と一対の外リンクプレート７とを、中空軸９によって枢支連結することによってエンドレスに構成してある。すなわち、前記内リンクプレート５の両端側と前記外リンクプレート７の両端側は、中空軸９を介して互に相対的に回動可能に連結してある。

前記中空軸９には、当該中空軸９の軸心と平行な中空部１１が形成してある。この中空部１１は上端部付近から下端部付近に亘って直径が等しいストレートの深穴（中空部１１の直径にほぼ等しい深さ、又は直径以上の深さの穴）であって、この中空部１１には、適宜の工具を備えた工具ホルダ１３を着脱交換自在に備えた工具ポット１５が着脱交換自在に嵌合（嵌入）してある。より詳細には、前記工具ポット１５には、前記中空軸９における前記深穴としての中空部１１の内周面１７と全長に亘って嵌合するストレート軸部１９を長く備えている。そして、このストレート軸部１９の下端部側には、例えばボールプランジャなどのごとき係止部材２１を備えている。

前記係止部材２１は、前記ストレート軸部１９の周方向に等間隔に複数備えられている。そして、前記係止部材２１は、ストレート軸部１９内に内装したコイルスプリングなどのごとき弾性部材２３によって常に外方向（放射外方向）へ突出するように付勢されている。なお、前記ストレート軸部１９には、前記係止部材２１が外部へ抜け出ないようにストッパ（図示省略）が備えられている。そして、前記中空軸９における中空部１１の内周面１７の下端部側には、前記係止部材２１を係止自在な係止部の１例としての段差部２５が内周面１７の全周に亘って形成してある。

上記構成から理解されるように、工具ポット１５の前記ストレート軸部１９を、中空軸９の中空部１１内へ上方向から挿入し、係止部材２１が段差部２５に対応した位置に達すると、弾性部材２５の蓄勢力によって係止部材２１がストレート軸部１９の外周面から突出されて、段差部（係止部）２５に係止されることになる。すなわち、中空軸９の中空部１１から工具ポット１５が安易に抜け出ることが防止されるものである。

また、上記構成により、工具ポット１５は、係止部材２１の部分を支点として中空軸９に対して傾斜する傾向にある場合であっても、中空軸９の中空部１１は深穴に形成してあり、かつこの深穴に嵌入した工具ポット１５のストレート軸部１９は、全長に亘って中空部１１の内周面１７と摺接するものであるから、中空軸９に対する工具ポット１５の傾斜は効果的に抑制されるものである。

ところで、前記係止部材２１の１例としてのボールプランジャと、係止部の１例としての段差部２５の関係は相対的なものである。したがって、中空軸９の周方向の複数箇所に、係止部材２１を中空部１１の内周面１７から突出自在に備える。そして、工具ポット１５におけるストレート軸部１９の外周面に、係止部として、係止部材２１を係止自在な周溝を備えた構成とすることも可能である。すなわち係止部材２１と係止部は、中空軸９又はストレート軸部１９のどちらに備えてもよいものである。

前記工具ポット１５の上端部には、環状の係合凹部２７が上端面側に開口して形成してあり、この係合凹部２７の内側には、上端面側へ突出した筒状部２９が備えられている。この筒状部２９の周方向の複数箇所には、例えばボールなどのごとき係止部材３１が内外方向（放射方向）へ移動自在かつ筒状部２９から外部へ一部が突出自在に備えられている。そして、前記ストレート軸部１９の軸心部に備えた収容穴３３内には、前記係止部材３１を放射外方向へ押圧するために、上部にテーパ面を備えた押圧部材３５が上下動自在に収容されている。

さらに、前記収容穴３３の底部側に上下動可能に備えたスプリング座３７と前記押圧部材３５との間には、コイルスプリングなどのごとき弾性部材３９が弾装してある。そして、前記スプリング座３７の上下位置を調節して、前記弾性部材３９の上方向への付勢力を調節するために、前記ストレート軸部１９には、前記スプリング座３７の上下位置を調節するための調節ねじ４１が上下に調節自在に螺合してある。なお、前記係止部材３１が嵌合された穴はテーパ状に形成してあって、係止部材３１が筒状部２９から外方向へ抜け出ないように規制されているものである。

さらに、前記工具ポット１５における上部には、前記中空軸９の上面に当接自在な大径部４３が形成してある。この大径部４３の外周面には、前記中空軸９に対して工具ポット１５を軸方向（上下方向）を着脱する際に使用する第１アームＲＡ（図２参照）によって保持される保持凹部４５が備えられている。

前記第１アームＲＡは、次のごとき機能を備えていればよいものであって、例えばロボットハンドや自動工具交換装置におけるＡＴＣアーム等を利用することができる。すなわち、第１アームＲＡは、工具ポット１５の着脱交換を行うための工具ポット着脱交換位置に位置決めされた中空軸９に対して工具ポット１５の着脱を行う機能を備えている。また、第１アームは、工作機械における主軸などの工具装着部ＳＰ（図２参照）に対して工具交換を行うＡＴＣアームＡＡ（図２参照）が予め設定された所定位置（待機位置）に位置決めされたときに、この所定位置のＡＴＣアームＡＡに保持された工具ホルダ１３を、第１アームＲＡに保持した工具ポット１５に相対的に着脱する機能を備えている。

すなわち、第１アームＲＡは、工具ポット着脱交換位置に位置決めされた中空軸９に対して工具ポット１５を着脱する機能と、所定位置に位置決めされたＡＴＣアームＡＡとの間において、工具ポット１５に対する工具ホルダ１３の着脱を行う機能とを備えているものである。すなわち、第１アームＲＡは、エンドレスチェーン３に対して接近離反自在かつエンドレスチェーン３に備えた中空軸９の軸方向に移動自在である。さらに、ＡＴＣアームＡＡとの間において工具ホルダ１３の交換を行う待機位置へ移動位置決め自在である。

さらに詳細に説明すると、前記ＡＴＣアームＡＡは、既によく知られているように、工作機械における工具装着部ＳＰに対して工具の着脱交換を行うために、工作機械の上記工具装着部ＳＰに対応した位置に位置決め自在である。また、前記ＡＴＣアームＡＡは、工具マガジンに対して工具の着脱交換を行うために、工具マガジンに対応した位置に位置決め自在である。

また、工具マガジンに対して工具の着脱交換を行う中間アーム（前記第１アームＲＡに相当）があって、この中間アームを介して工具マガジンに対して工具交換を間接的に行う構成の場合には、前記ＡＴＣアームＡＡは、前記中間アームと工具交換を行う待機位置と、前記工具装着部に対応した位置とに位置決め自在なものである。

すなわち、本実施形態においては、前記中空軸９から工具ポット１５を離脱した後に、この工具ポット１５に保持されている工具ホルダ１３を、前記工具ホルダ１３から離脱して、工作機械における工具装着部ＳＰへ装着するものである。したがって、ＡＴＣアームＡＡは、前記第１アームＲＡに保持された工具ポット１５から工具ホルダ１３を離脱するために、工具ポット１５の待機位置（前記所定位置）と工作機械の工具装着部ＳＰに対応した位置との間を往復動自在なものである。前記工具ポット１５の待機位置は、前記第１アームＲＡによって中空軸９から離脱した工具ポット１５から、前記ＡＴＣアームＡＡが工具ホルダ１３を離脱するための位置である。

ところで、前記工具ポット１５に対して前記工具ホルダ１３の着脱を行うために、工具ホルダ１３の基端部には、図１に示すように、前記工具ポット１５における前記係合凹部２７に対して嵌合離脱自在な装着部としての環状係合部４７が備えられている。この環状係合部４７の外周面は僅かなテーパ面に形成されており、前記係合凹部２７に嵌合するときには、テーパ嵌合を呈することになる。また、前記環状係合部４７の内周面には、前記筒状部２９に備えた係止部材３１によって係止されるテーパ状の係止段部４９が全周に亘って形成してある。

したがって、図１に示すように、工具ホルダ１３の環状係合部４７が工具ポット１５の係合凹部２７に嵌合した状態においては、環状係合部４７の外周面と係合凹部２７の内周面とがテーパ嵌合の態様となる。また、弾性部材３９の付勢力によって上方向へ押圧付勢されている押圧部材３５のテーパ面によって外方向へ移動された係止部材３１が係止段部４９を係止する。したがって、工具ホルダ１３は工具ポット１５に固定された状態にある。

前記工具ポット１５から工具ホルダ１３を離脱するには、図１において、工具ポット１５に対して工具ホルダ１３を上方向に引き抜くものである。この際、弾性部材３９の付勢力に抗して係止部材３１を筒状部２９の内方向へ押圧する必要がある。したがって、工具ポット１５から工具ホルダ１３を引き抜くには大きな力を要するものである。

ところで、前記中空軸９の中空部１１から工具ポット１５を引き抜き離脱するときには、弾性部材２３の付勢力に抗して係止部材２１を工具ポット１５のストレート軸部１９内へ没入すればよいものである。しかも、ストレート軸部１９と中空軸９の中空部１１との嵌合は、ストレートの穴である中空部１１にストレート軸部１９を嵌合した構成であるから、中空軸９からの工具ポット１５の離脱は容易に行い得るものである。この際、前述した第１アームＲＡによって工具ポット１５の保持凹部４５を保持して、中空軸９から工具ポット１５を離脱する場合、中空軸９の軸心に平行に移動すればよいものであるから、工具ポット１５の離脱を容易に行い得るものである。

既に理解されるように、前記中空軸９の中空部１１と工具ポット１５のストレート軸部１９は、ストレートで全長に亘って嵌合するので、例えば人手によって中空軸９から工具ポット１５を離脱するとき、工具ポット１５を傾斜することなく離脱できる。したがって、隣接した工具ポット１５が互に干渉するようなことがなく、前記中空軸９のピッチをより小さくすることが可能である。よって、より多くの中空軸９を備えることができるものである。

また前記構成においては、中空軸９の長いストレートの穴である中空部１１に、工具ポット１５における長いストレート軸部１９を嵌合した構成であるから、中空軸９の軸心に対して工具ポット１５の軸心が傾斜することを抑制でき、中空軸９と工具ポット１５の位置的関係が常に正確に維持できるものである。さらに、前記構成により、係止部材２１の付勢力は比較的小さくてよいことになる。したがって、人手によっての着脱を容易に行い得るものである。また、前述したごとき第１アームＲＡによって、中空軸９に対して工具ポット１５の着脱を行う場合であっても正確に容易に着脱することができるものである。

前記工具ホルダ１３には、自動工具交換装置におけるＡＴＣアームＡＡによって自動交換される一般的な工具と同様に、ＡＴＣアームＡＡによって保持されるアーム係合部５１が備えられている。すなわち、工具ポット１５に対する工具ホルダ１３の着脱及び工作機械における主軸などの工具装着部ＳＰに対する工具ホルダ１３の着脱はＡＴＣアームＡＡによって行われるものである。したがって、第１アームＲＡによって中空軸９から工具ポット１５を離脱した場合には、第１アームＲＡに保持されている工具ポット１５に対して、ＡＴＣアームＡＡによって工具ホルダ１３の着脱を行うものである。

以上のごとき説明から理解されるように、本実施形態によれば、エンドレスチェーン３において内リンクプレート５と外リンクプレート７とを枢支連結した中空軸９の中空部１１に対する工具ポット１５の着脱を前記中空部１１の軸心に平行な方向に行う。そして、中空部１１から離脱した工具ポット１５に対する工具ホルダ１３の着脱は、前記中空軸９から離れた位置において行う。したがって、工具ポット１５と工具ホルダ１３との嵌合が強固な場合であっても、エンドレスチェーン３の内外のリンク５，７や中空軸９に悪影響を付与することなく、工具ポット１５に対して工具ホルダ１３の着脱を行い得るものである。

また、エンドレスチェーン３に対して接近離反する方向へ移動自在かつ中空軸９の軸心と平行な方向へ移動自在に備えられた第１アームＲＡによって、中空軸９から工具ポット１５を離脱する。そして、上記第１アームＲＡによって保持されて待機した状態にある待機位置の工具ポット１５に対応した位置と、工作機械の工具装着部ＳＰに対応した位置との間を往復動自在なＡＴＣアームＡＡによって、前記工具ポット１５に保持されている工具ホルダ１３を保持して、工具ポット１５から工具ホルダ１３の離脱を行うものである。

したがって、工具ポット１５に対する工具ホルダ１３の嵌合が強固な場合であっても、工具ポット１５からの工具ホルダ１３の離脱を容易に行い得るものである。

また、チェーン式工具マガジンにおいて、エンドレスチェーン３は、内リンクプレート５と外リンクプレート７とを枢支連結した中空軸９における中空部１１に係止部２５を備えた構成であるから、チェーン式工具マガジンの構成の簡素化を図ることができるものである。

なお、本発明は、前述したごとき実施形態のみに限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態で実施し得るものである。すなわち、前記実施形態においては、エンドレスチェーン３における中空軸９に対して工具ポット１５を上下方向に着脱する場合について説明した。しかし、前記中空軸９に対して工具ポット１５を着脱する方向は水平方向又は斜め上下方向とすることも可能である。

１ チェーン式工具マガジン
３ エンドレスチェーン
５ 内リンクプレート
７ 外リンクプレート
９ 中空軸
１１ 中空部（穴）
１３ 工具ホルダ
１５ 工具ポット
１９ ストレート軸部
２１ 係止部材
２５ 段差部（係止部）
２７ 係合凹部
３１ 係止部材
３５ 押圧部材
４５ 保持凹部
４７ 環状係合部
４９ 係止段部

Claims (5)

1. 工作機械における工具装着部への工具装着方法であって、エンドレスチェーンにおける内リンクプレートと外リンクプレートとを枢支連結した中空軸の中空部に対して軸方向に着脱自在な工具ポットを、前記中空軸の前記中空部から離脱した後、この工具ポットに着脱自在に備えられた工具を上記工具ポットから離脱し、この離脱した工具の装着部を、工作機械に備えた工具装着部へ装着することを特徴とする工具装着方法。
2. 請求項１に記載の工具装着方法において、前記中空軸からの工具ポットの離脱は、前記エンドレスチェーンに対して接近離反自在かつ前記中空軸の軸方向に移動自在に備えられた第１アームによって行い、前記工具ポットからの工具の離脱は、前記工作機械における工具装着部に対応した位置と前記工具ポットの待機位置との間を往復動自在なＡＴＣアームによって行うことを特徴とする工具装着方法。
3. 複数の工具を着脱自在なチェーン式工具マガジンであって、内リンクプレートと外リンクプレートとを枢支連結した中空軸を備え、工具を着脱自在に備えた工具ポットを嵌合離脱自在な中空部を前記中空軸に備え、前記工具ポット又は前記中空軸に備えた係止部材を係止自在な係止部を前記中空部又は前記工具ポットに備え、前記中空軸から前記工具ポットを離脱するための第１アームによって保持される保持凹部を前記工具ポットに備えていることを特徴とするチェーン式工具マガジン。
4. 請求項３に記載のチェーン式工具マガジンにおいて、前記中空軸の前記中空部は、ストレートの深穴に形成してあることを特徴とするチェーン式工具マガジン。
5. 工作機械における工具装着部への工具の着脱交換を行う工具自動交換装置であって、エンドレスチェーンにおける内リンクプレートと外リンクプレートとを枢支連結した中空軸の中空部に対して軸方向に着脱自在な工具ポットを、前記中空軸の前記中空部に対して着脱する第１アームと、この工具ポットに着脱自在に備えられた工具を、前記工具ポットに対して着脱すると共に、工作機械の工具装着部に対して前記工具を着脱する第２アームと、を備えていることを特徴とする工具自動交換装置。

Images