JP6393584B2 - 工具ポット - Google Patents

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Description

この発明は、マシニングセンタ等の工作機械において、工具を自動的に交換する装置に用いられる工具ポットに関する。
マシニングセンタ等の工作機械では、ワークの加工に必要な工具の数が多い場合、工作機械とは別に工具マガジン等のストッカーを設置して、工作機械とストッカーとの間で工具の受け渡しを行うようにしている。ストッカーである工具マガジン内での工具の保持に際しては、工具を着脱自在に収容保持する工具ポットが用いられている（例えば、下記の特許文献１参照）。
工具ポットは、同一形態のものが多数使用されることから、一般に、製造コストが安い樹脂成形品によって構成され、大量生産が行われている。但し、樹脂成形品よりなる工具ポットの場合、例えば取付軸が挿通される部分や鋼製ボールを保持する部分等の強度が不足することから、これらの部分に金属製の補強部材を埋め込んだものが提案されている。
特開２００２−１２６９６１号公報
樹脂製工具ポットへの金属製補強部材の埋め込みは、一般にインサート成形によって行われている。
インサート成形の場合、常温よりも高い温度で成形が行われた後、常温まで冷却されるが、冷却の際、樹脂と金属の線膨張係数の違いにより、樹脂製のポット本体の内部に熱応力が発生し、この熱応力により、使用時にポット本体に亀裂やひび割れ等が生じやすくなるおそれがあった。
この発明の目的は、樹脂製ポット本体にインサート成形によって金属製補強部材が埋め込まれている工具ポットであって、ポット本体に熱応力に起因する亀裂やひび割れが生じるおそれのないものを提供することにある。
この発明による工具ポットは、樹脂製のポット本体と、インサート成形によりポット本体に埋め込まれている金属製の補強部材とを備えている工具ポットにおいて、補強部材が、インサート成形後の冷却時にポット本体の熱収縮を妨げないように弾性変形しうる形状となされているものである（請求項１）。
この発明の工具ポットにあっては、インサート成形後の冷却時に、樹脂製のポット本体および金属製の補強部材が熱収縮しようとするが、補強部材が弾性変形することによって、ポット本体の熱収縮が妨げられるのが回避され、ひいては熱応力の発生が抑えられる。
この発明による工具ポットの好適な態様においては、補強部材が、所要箇所に肉抜き部を形成することによって、上記形状となされている（請求項２）。
上記態様の工具ポットでは、補強部材の所要箇所に形成された肉抜き部によって、ポット本体内での熱応力の発生が抑えられ、また、補強部材に要求される強度に及ぼす影響も抑えられる。
この発明による上記態様の工具ポットにおいて、補強部材が、ポット本体における取付軸挿通部を含んだ部分に埋め込まれている補強プレートを備えており、補強プレートに、肉抜き孔が取付軸挿通部を避けて形成されている場合がある（請求項３）。
上記の工具ポットの場合、補強部材の補強プレートに、肉抜き孔が、取付軸挿通部を避けて形成されており、それによってポット本体の熱収縮を妨げないように弾性変形しうる形状となされているので、補強部材の加工が容易であり、また、ポット本体の取付軸挿通部を補強する上で要求される強度も損なわれることがない。
この発明の工具ポットによれば、金属製の補強部材によって強度が高められる上、使用時に樹脂製のポット本体に亀裂やひび割れが生じるのが回避される。
工具ポットを備えた自動工具交換装置の底面図である。 図１のII−II線に沿う拡大垂直断面図である。 図１のIII−III線に沿う拡大垂直断面図である。 この発明による工具ポットの斜視図である。 同工具ポットの縦断面図である。 同工具ポットの補強部材の斜視図である。 同工具ポットの最終製品形態を示す縦断面図である。
次に、この発明の実施形態を、図１〜図７を参照して説明する。
図１〜図３は、工具ポットを備えたマシニングセンタの自動工具交換装置を示すものであり、図４〜図７は、この発明による工具ポットの詳細を示すものである。
なお、以下の説明において、図１の上側を「前」、同下側を「後」といい、図１の左右を「左右」というものとする。
図１〜図３に示す自動工具交換装置は、マシニングセンタの主軸頭に垂直軸線周りに回転自在に支持された主軸(1)に対して工具(T)を自動的に交換するものであって、水平状のチェーン式工具マガジン(2)と、垂直軸線周りに回転自在かつ昇降自在となされ主軸(1)と工具マガジン(2)との間で工具(T)を交換する工具交換アーム(3)とを備えている。
工具交換アーム(3)の両端部に、工具(T)を把持するグリッパ(4)が設けられている。
工具マガジン(2)は、垂直軸線周りに回転自在となされた前後１対のスプロケット(5)と、両スプロケット(5)に掛け渡された無端状チェーン(6)と、チェーン(6)にその長さ方向に間隔をおいて取り付けられかつ工具(T)を下向きに保持する複数の工具ポット(7)とよりなる。
図２および図３に示すように、各工具ポット(7)は、その上端部が水平ピン(8)によってチェーン(6)に固定されたブラケット(9)に枢着されることにより、揺動自在となされている。各工具ポット(7)の下端部に、断面Ｌ形の係合部(712)が設けられている。
また、上記の自動工具交換装置は、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)の前後両側の各２つの工具ポット(7)を、工具交換アーム(3)の旋回軌跡(O)上に位置する干渉位置（図１，２に実線で示す位置）と、同旋回軌跡(O)上から退避する退避位置（図１，２に鎖線で示す位置）との間で揺動させる揺動装置(10)と、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)を固定する固定装置(11)とを備えている。
揺動装置(10)は、工具受け渡し位置(P)の前後両側に配されかつ工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)の揺動中心を中心として回転自在となされた２つの回転部材(12)と、回転部材(12)を回転させるエアシリンダ(13)と、各回転部材(12)に取り付けられかつ工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)の前後両側の各２つの工具ポット(7)の係合部(712)に係合する可動係合板(14)とで構成されている。
固定装置(11)は、前記２つの回転部材(12)と、前記エアシリンダ(13)と、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)の係合部(712)と係合するように固定状に設けられた固定係合板(15)と、両回転部材(12)間に渡し止められかつ工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)を把持する把持部材(16)とで構成されている。
上記の自動工具交換装置において、主軸(1)での加工中に、次工具(T)を保持した工具ポット(7)が工具受け渡し位置(P)に割り出されると、エアシリンダ(13)のピストンロッド(131)が進出させられて両回転部材(12)が図２，３に矢印で示す時計方向に回転する。
すると、工具受け渡し位置(P)の前後両側の各２つの工具ポット(7)の係合部(712)に係合している可動係合板(14)も同方向に移動し、これら４つの工具ポット(7)が、各工具ポット(7)に保持される工具(T)を工具交換アーム(3)の旋回軌跡(O)上から退避した退避位置まで揺動させられる（図２参照）。
また、これと同時に、把持部材(16)も同方向に移動し、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)が、把持部材(16)によって固定される（図３参照）。
そして、主軸(1)に取り付けられている工具(T)による加工が終了すると、主軸(1)が工具交換位置に移動した後、工具交換アーム(3)が待機位置から工具把持位置まで９０度回転させられ、一方のグリッパ(4)により主軸(1)の使用済み工具(T)が把持され、他方のグリッパ(4)により工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)の次工具(T)が把持される。
次いで、工具交換アーム(3)が下降し、使用済み工具(T)が主軸(1)から、次工具(T)が工具ポット(7)からそれぞれ引き抜かれる。次いで、工具交換アーム(3)が１８０度回転させられてから再び上昇し、次工具(T)が主軸(1)へ、使用済み工具(T)が工具ポット(7)へそれぞれ差し込まれる。工具交換アーム(3)は、その後９０度回転させられて待機位置に戻る。こうして、工具交換が終了する。
工具交換が終了すると、エアシリンダ(13)のピストンロッド(131)が退入することにより、両回転部材(12)が図２，３の反時計方向に回転させられる。すると、可動係合板(14)が垂直状態に戻り、工具受け渡し位置(P)の前後両側の各２つの工具ポット(7)は干渉位置まで右方に揺動させられる。これと同時に、把持部材(16)も図２，３の反時計方向に移動させられて工具ポット(7)から離れ、工具受け渡し位置(P)に割り出されている工具ポット(7)の固定が解除される。
図４および図５に詳しく示すように、この発明による工具ポット(7)は、上記自動工具交換装置に適用されるものであって、樹脂製のポット本体(71)と、インサート成形によりポット本体(71)に埋め込まれている金属製の補強部材(72)とを備えている。
ポット本体(71)は、略角柱状のものであって、その内部に垂直軸線方向にのびる貫通孔(711)が形成されている。貫通孔(711)の下側部分は、工具(T)のシャンク（図示略）が挿入される大径の挿入孔部(711a)によって構成されている。貫通孔(711)の上側部分は、シャンクの先端部を保持する小径の保持孔部(711b)によって構成されている。
ポット本体(71)左側面の下端部に、先端が上向きに折れ曲がった断面Ｌ形の係合部(712)が設けられている。
ポット本体(71)の上端面は、貫通孔(711)の上端開口を含む左側約３分の２の部分が、左方に向かって下り勾配の傾斜面となされている。
図６に示すように、補強部材(72)は、水平状の補強リング(721)と、前後１対の垂直状の補強プレート(722)とよりなる。
補強リング(721)は、その内周面がポット本体(71)の保持孔部(711b)に露出するように、ポット本体(71)に埋め込まれている。補強リング(721)外周面の前後両側には、垂直接合面（図示略）が形成されている。
１対の補強プレート(722)は、これらの片面の左下部が、補強リング(721)の前後２つの垂直接合面に溶接等によって予め接合されている。両補強プレート(722)は、インサート成形により、ポット本体(71)の上側部分に完全に埋め込まれており、保持孔部(711b)を挟んで前後に向かい合うように配されている。各補強プレート(722)の上縁は、その一部が、ポット本体(71)上端の傾斜面と平行になるように傾斜させられている。
インサート成形された工具ポット(7)は、所要の後加工が施されることによって、図７に示す最終製品形態となされる。
すなわち、工具ポット(7)における補強リング(721)に対応する高さ中間位置に、工具ポット(7)外面から保持孔部(711b)に向かってラジアル方向にのびる複数のボール収容孔(73)が、周方向等間隔おきに貫通状に形成されている。各ボール保持孔(73)には、シャンクの先端部を保持するための鋼製ボール(75)と、ボール(75)をその一部が保持孔部(711b)内に突出するように付勢するスプリング(76)とが挿入されているとともに、ボール(75)およびスプリング(76)をボール保持孔(73)内に保持するための押えネジ(77)がねじ嵌められている。
また、工具ポット(7)の上端部に、保持孔部(711b)を避けて１対の補強プレート(722)の右上部を貫通するように前後方向にのびる水平ピン挿通孔(74)が貫通状に形成されている。水平ピン挿通孔(74)には、工具ポット(7)をブラケット(9)に枢着するための水平ピン(8)が挿通されている。
補強部材(72)の前後各補強プレート(722)には、肉抜き孔(722a)が、水平ピン挿通孔(74)を避けて形成されている。より詳しくは、保持孔部(711b)を挟んで前後に向かう合う１対の補強プレート(722)の左上部に、それぞれ肉抜き孔(722a)が形成されている。肉抜き孔(722a)は、四角形をしているが、その上縁は、補強プレート(722)上縁の傾斜部と平行になるように傾斜させられている。
本来、肉抜き孔(722a)が形成されている辺りは、ポット本体(71)および補強部材(72)をインサート成形後に常温まで冷却する際、ポット本体(71)に熱応力が発生し易い箇所である。この実施形態の工具ポット(7)では、補強部材(72)の１対の補強プレート(722)における上記部分に、肉抜き孔(722a)が形成されている。そのため、各補強プレート(722)における肉抜き孔(722a)の周囲の部分が弾性変形しやすく、ポット本体(71)の熱収縮を妨げることがないので、それによって熱応力の発生が抑制される。また、肉抜き孔(722a)は、両補強プレート(722)において、水平ピン(8)が挿通されない箇所にそれぞれ形成されているので、補強プレート(722)による水平ピン挿通部を補強する機能が損なわれることもない。さらに、肉抜き孔(722a)は、各補強プレート(722)にプレス加工等によって容易に形成することができる。
なお、この発明は、上記実施形態に示したものに限定されず、様々な形態の工具ポットに適用可能である。
また、上記実施形態では、補強部材に肉抜き孔が形成されることにより、ポット本体の熱応力の発生が抑えられているが、肉抜き孔以外の構成、例えば凹部や切欠部よりなる肉抜き部を補強部材の所要箇所に形成するようにしても構わない。
(7)：工具ポット
(71)：ポット本体
(72)：補強部材
(721)：補強リング
(722)：補強プレート
(722a)：肉抜き孔
(8)：水平ピン（取付軸）

Claims (5)

  1. 樹脂製のポット本体と、インサート成形によりポット本体に埋め込まれている金属製の補強部材とを備えている工具ポットにおいて、
    ポット本体は、軸線方向にのびる貫通孔を有しており、貫通孔の一端側部分が、工具のシャンクが挿入される挿入孔部によって構成されているとともに、貫通孔の他端側部分が、シャンクの先端部を保持する保持孔部によって構成されており、
    補強部材が、保持孔部を挟んで向かい合うようにポット本体に完全に埋め込まれている１対の金属製の補強プレートを備えており、
    各補強プレートに、熱応力発生抑制用肉抜き孔が形成され、熱応力発生抑制用肉抜き孔の周囲の部分が、インサート成形後の冷却時にポット本体の熱収縮を妨げないように弾性変形しうるようになされていることを特徴とする、工具ポット。
  2. ポット本体に、保持孔部を避けて１対の補強プレートを貫通するように取付軸が挿通されており、各補強プレートの熱応力発生抑制用肉抜き孔が、取付軸が貫通させられる部分を避けて形成されていることを特徴とする、請求項１記載の工具ポット。
  3. 補強部材が、内周面が保持孔部に露出するようにポット本体に埋め込まれかつ１対の補強部材の対向面の一部に接合されている金属製の補強リングをさらに備えており、
    補強リングおよび１対の補強プレートにおける補強リングとの接合部に、シャンクの先端部を保持するボールが収容される複数のボール収容孔が、補強リングの周方向に間隔をおいて貫通状に形成されており、
    熱応力発生抑制用肉抜き孔が、補強リングとの接合部を避けて、各補強プレートに形成されている、請求項２記載の工具ポット。
  4. 熱応力発生抑制用肉抜き孔が、各補強プレートにおいて、両補強プレートの向かい合う方向から見た時に保持孔部と重なる位置に形成されていることを特徴とする、請求項３記載の工具ポット。
  5. 熱応力発生抑制用肉抜き孔が、各補強プレートにおける所要のコーナー部に近接して形成されており、熱応力発生抑制用肉抜き孔の形状は、上記コーナー部を構成する各補強プレートの交差する２つの辺とそれぞれ平行にのびる２つの交差する辺を有する四角形となされていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の工具ポット。
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