JP7037295B2

JP7037295B2 - 工具保持アーム及び工作機械

Info

Publication number: JP7037295B2
Application number: JP2017148479A
Authority: JP
Inventors: 京平下坂; 邦彦宇野
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2022-03-16
Anticipated expiration: 2037-07-31
Also published as: JP2019025606A

Description

本発明は、工具を保持する工具保持アーム及び該工具保持アームを備える工作機械に関する。

工作機械は、工具を装着する主軸と、工具を収容する工具マガジンとを備える。工具マガジンは、工具を保持する複数の工具保持アームを有する。工具保持アームは、アームと、該アームの先端部に取り付けた二つのプランジャとを備える。プランジャは、ピンと、該ピンを付勢するばねとを備える。各プランジャのピンは互いに対向し、ばねは二つのピンを互いに向けて付勢する。二つのピンの間に工具を挿入し、プランジャは工具を保持する（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５－４２４２９号公報

プランジャへの工具挿入時に、ばねの付勢力に抗してピンは移動する。ピンの移動時に生じる摩擦力が大きい場合、工具挿入の為に要する力は大きくなる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、工具挿入時に要する力を低減することができる工具保持アーム及び工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る工具保持アームは、アームと、該アームの端部に枢軸を介して中途部が回転可能に連結した二つの回転棒と、該二つの回転棒における一端部の間に配置してあり、各一端部を離間する方向に付勢する付勢部材とを備え、前記二つの回転棒の間において、前記回転棒の他端部よりも内側に前記枢軸が配置してあり、前記他端部の間に工具を保持する。

本発明においては、二つの回転棒の一端部の間に付勢部材を配置し、他端部の間で工具を保持する。二つの回転棒の間において、回転棒の他端部よりも内側に枢軸を配置することによって、回転棒の他端部よりも外側に枢軸を配置する場合に比べて、前記他端部に大きなモーメントが回転棒に作用する。

本発明に係る工具保持アームは、前記二つの回転棒の中途部はそれぞれ互いに向けて突出し、前記枢軸は前記中途部の突出した部分に連結する。

本発明においては、二つの回転棒の中途部はそれぞれ互いに向けて突出する。枢軸は、突出した部分に連結し、前記他端部よりも内側に位置する。

本発明に係る工具保持アームは、前記枢軸を複数備え、前記二つの回転棒は夫々異なる前記枢軸に連結している。

本発明においては、二つの回転棒は夫々異なる枢軸に連結し、枢軸付近の構成が簡素になる。

本発明に係る工具保持アームの前記枢軸は単数である。

本発明においては、枢軸の増加を抑制し、部品数の増加を抑制できる。

本発明に係る工具保持アームの前記付勢部材は単数である。

本発明においては、付勢部材の増加を抑制し、部品数の増加を抑制できる。

本発明に係る工作機械は、工具を装着する主軸と、前述したいずれかの工具保持アームとを備える。

本発明においては、二つの回転棒の間において、回転棒の他端部よりも内側に枢軸を配置することによって、回転棒の他端部よりも外側に枢軸を配置する場合に比べて、前記他端部に大きなモーメントが回転棒に作用する。

本発明に係る工具保持アーム及び工作機械にあっては、二つの回転棒の一端部の間に付勢部材を配置し、他端部の間で工具を保持する。二つの回転棒の間において、回転棒の他端部よりも内側に枢軸を配置することによって、回転棒の他端部よりも外側に枢軸を配置するか又は前記他端部と同じ位置に配する場合に比べて、前記他端部に大きなモーメントが回転棒に作用する。そのため、工具挿入時に要する力を低減することができる。

工作機械を略示する斜視図である。工作機械を略示する右側面図である。工具保持アームを略示する斜視図である。工具保持アームの略示分解斜視図である。工具保持アームの略示分解平面図である。工具保持アームの略示分解正面図である。工具ホルダを保持した工具保持アームの略示斜視図である。回転棒に作用するモーメントを説明する模式図である。回転棒に作用するモーメントを説明する模式図である。構成を一部変更した工具保持アームの下端部の一例を示す斜視図である。構成を一部変更した工具保持アームの下端部の他例を上側から視認した斜視図である。構成を一部変更した工具保持アームの下端部の他例を下側から視認した斜視図である。

以下本発明を実施の形態に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。以下の説明では、図に示す上下前後左右を使用する。図１は工作機械を略示する斜視図、図２は工作機械を略示する右側面図である。

工作機械は、基台１、Ｙ方向移動装置２、Ｘ方向移動装置３、立柱５、Ｚ方向移動装置６、主軸ヘッド１０、工具交換装置７、制御装置８等を備える。Ｘ方向は左右方向に対応し、Ｙ方向は前後方向に対応する。基台１は床面上に固定してある。基台１はＹ方向移動装置２、Ｘ方向移動装置３、立柱５を支持する。Ｘ方向移動装置３はＹ方向移動装置２の上に配置してある。Ｘ方向移動装置３にワーク台４が設けてある。ワーク台４はワークを保持する。

Ｙ方向移動装置２の後側に立柱５が配置してある。立柱５の前部にＺ方向移動装置６が設けてある。Ｚ方向移動装置６は主軸ヘッド１０を上下方向に移動する。主軸ヘッド１０は主軸（図示略）を支持する。立柱５から前方に連結板９が突出する。連結板９の先端部に工具交換装置７が設けてある。工具交換装置７は主軸ヘッド１０の前側に位置する。工具交換装置７は主軸に装着する工具を交換する。工具交換装置７は前傾姿勢の円盤形をなし、複数の工具保持アーム１１（図３参照）を収納する。工具交換装置７は軸回りに回転可能である。立柱５の後部に制御装置８が設けてある。

図３は工具保持アーム１１を略示する斜視図、図４は工具保持アーム１１の略示分解斜視図、図５は工具保持アーム１１の略示分解平面図、図６は工具保持アーム１１の略示分解正面図である。図３～図６において、工具保持アーム１１は工具交換装置７の下端部に配置してあるものとして、前後上下左右を使用する。図４～図６において、視認容易化の為、枢軸１５ｆ、１６ｆはユニット支持部１４の右隣及び左隣に配置してある。

工具保持アーム１１は、アーム１２と、回転軸１３とを備える。アーム１２は前傾姿勢で上下方向に延びる。回転軸１３は左右に延び、アーム１２の上端部に設けてある。アーム１２は回転軸１３回りに回転可能である。

図６に示すように、アーム１２の下部前面に前後に延びた仕切り板１２ａが設けてある。仕切り板１２ａはアーム１２の左右方向中央部に配置してある。仕切り板１２ａの左右面夫々に、後述する付勢部材１７、１８を受ける受け部１２ｃ、１２ｂが設けてある。左面の受け部１２ｃは円盤形をなし、左側に突出する。右面の受け部１２ｂは円盤形をなし、右側に突出する。

アーム１２の下端部にＵ形のユニット支持部１４が設けてある。ユニット支持部１４の両端部は後方に延びる。ユニット支持部１４の両端部は左右に並ぶ。ユニット支持部１４の左側面に前後に延びた挿入溝１４ａが形成してある。挿入溝１４ａの上側に上下に貫通した貫通孔１４ｂが設けてある。

挿入溝１４ａは把持ピンユニット１５を支持する。把持ピンユニット１５は、回転棒１５ａ、把持ピン１５ｄ、受け部１５ｅ、枢軸１５ｆを備える。回転棒１５ａは前後に延びる。回転棒１５ａの中途部は右側に屈曲し、突出部１５ｂを形成する。突出部１５ｂには、上下に貫通した貫通孔１５ｃが設けてある。回転棒１５ａの後端部には右側に突出した把持ピン１５ｄが設けてある。把持ピン１５ｄは左右方向を回転軸方向として回転する。貫通孔１５ｃの中心は把持ピン１５ｄの先端よりも右側に位置する。回転棒１５ａの前端部には付勢部材１７を受ける受け部１５ｅが設けてある。受け部１５ｅは円盤形をなし、右側に突出する。

回転棒１５ａは挿入溝１４ａに挿入し、回転棒１５ａの貫通孔１５ｃと挿入溝１４ａの貫通孔１４ｂとは同軸的に配置する。各貫通孔１４ｂ、１５ｃに枢軸１５ｆが挿入する。回転棒１５ａは枢軸１５ｆを中心にして回転可能である。回転棒１５ａの受け部１５ｅと仕切り板１２ａの左面の受け部１２ｃとの間に付勢部材１７は保持してある。付勢部材１７は回転棒１５ａの前端部を左側に付勢する。付勢部材１７は、例えばばね又はゴムである。

ユニット支持部１４の右側面に前後に延びた挿入溝１４ｃが形成してある。挿入溝１４ｃの上側に上下に貫通した貫通孔１４ｄが設けてある。挿入溝１４ｃは把持ピンユニット１６を支持する。把持ピンユニット１６は、回転棒１６ａ、把持ピン１６ｄ、受け部１６ｅ、枢軸１６ｆを備える。回転棒１６ａは前後に延びる。回転棒１６ａの中途部は左側に屈曲し、突出部１６ｂを形成する。突出部１６ｂには、上下に貫通した貫通孔１６ｃが形成してある。回転棒１６ａの後端部には左側に突出した把持ピン１６ｄが設けてある。把持ピン１６ｄは左右方向を回転軸方向として回転する。貫通孔１６ｃの中心は把持ピン１６ｄの先端よりも左側に位置する。回転棒１６ａの前端部には付勢部材１８を受ける受け部１６ｅが設けてある。受け部１６ｅは円盤形をなし、左側に突出する。

回転棒１６ａは挿入溝１４ｃに挿入し、回転棒１６ａの貫通孔１６ｃと挿入溝１４ｃの貫通孔１４ｄとは同軸的に配置する。各貫通孔１４ｄ、１６ｃに枢軸１６ｆが挿入する。左側の枢軸１５ｆは左側の把持ピン１５ｄの先端よりも右側に位置する。右側の枢軸１６ｆは右側の把持ピン１６ｄの先端よりも左側に位置する。即ち、二つの回転棒１５ａ、１６ａの間において、枢軸１５ｆ、１６ｆは把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも内側に位置する。回転棒１５ａ、１６ａは枢軸１５ｆ、１６ｆを中心にして回転可能である。回転棒１６ａの受け部１６ｅと仕切り板１２ａの右面の受け部１２ｂとの間に付勢部材１８は保持してある。付勢部材１８は回転棒１６ａの前端部を右側に付勢する。

図７は工具ホルダ２０を保持した工具保持アーム１１の略示斜視図である。工具ホルダ２０に工具が取り付けてある。工具ホルダ２０は円錐状をなす。工具ホルダ２０の外周面に環状の溝が形成してある。例えば、作業者は工具ホルダ２０を左右の回転棒１５ａ、１６ａの間に挿入する。把持ピン１５ｄ、１６ｄは溝に接触し、回転棒１５ａ、１６ａは付勢部材１７、１８の付勢力に抗して枢軸１５ｆ、１６ｆ回りに回転する。把持ピン１５ｄ、１６ｄは付勢部材１７、１８の復元力によって工具ホルダ２０を保持する。

図８及び図９は回転棒１５ａ、１６ａに作用するモーメントを説明する模式図である。図８は、実施の形態に係る工具保持アーム１１とは異なり、二つの回転棒１５ａ、１６ａの間において、枢軸１５ｆ、１６ｆは把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも外側に位置するか又は把持ピン１５ｄ、１６ｄと同じ位置にある工具保持アーム１１を示す。

図８に示す如く、工具ホルダ２０を回転棒１５ａ、１６ａの間に挿入した場合、把持ピン１５ｄと工具ホルダ２０は接触する。把持ピン１５ｄとの接点における工具ホルダ２０の接線Ｌｒに直角な力Ｆ１が把持ピン１５ｄに作用する。把持ピン１５ｄ及び工具ホルダ２０の接点と枢軸１５ｆの中心を結ぶ線分をＬ１とする。力Ｆ１は、線分Ｌ１に沿う力Ｆ３と、該力Ｆ３に直角な力Ｆ２とに分けることができる。力Ｆ２は把持ピン１５ｄを工具ホルダ２０から離す向きの力である。力Ｆ２と線分Ｌ１の距離との積は把持ピン１５ｄを工具ホルダ２０から離す向きのモーメント、即ち回転棒１５ａの回転モーメントである。なお把持ピン１６ｄと工具ホルダ２０との接点においても、把持ピン１５ｄと同様に力Ｆ１～力Ｆ３が把持ピン１６ｄに作用する。

図９は、実施の形態に係る工具保持アーム１１を示す。即ち、二つの回転棒１５ａ、１６ａの間において、枢軸１５ｆ、１６ｆは把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも内側に位置する。図９に示す如く、把持ピン１５ｄと工具ホルダ２０の接線Ｌｓに直角な力Ｆ１、即ち図８の力Ｆ１と同じ大きさの力が把持ピン１５ｄに作用すると仮定する。把持ピン１５ｄ及び工具ホルダ２０の接点と枢軸１５ｆの中心を結ぶ線分をＬ２とする。力Ｆ１は、線分Ｌ２に沿う力Ｆ５と、該力Ｆ５に直角な力Ｆ４とに分けることができる。力Ｆ４は把持ピン１５ｄを工具ホルダ２０から離す向きの力である。力Ｆ４と線分Ｌ２の距離との積は把持ピン１５ｄを工具ホルダ２０から離す向きのモーメントである。なお把持ピン１６ｄと工具ホルダ２０との接点においても、把持ピン１５ｄと同様に力Ｆ１、Ｆ４、Ｆ５が把持ピン１６ｄに作用する。

力Ｆ４は力Ｆ２よりも大きく、力Ｆ５は力Ｆ３よりも小さい。線分Ｌ１と線分Ｌ２との距離が等しい場合、力Ｆ４によるモーメントは、力Ｆ２によるモーメントよりも大きくなる。二つの回転棒１５ａ、１６ａの間において、枢軸１５ｆ、１６ｆが把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも内側に位置する場合、枢軸１５ｆ、１６ｆが把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも外側に位置する場合に比べて、より大きなモーメントが把持ピン１５ｄ、１６ｄに作用する。

力Ｆ２によるモーメントによって、把持ピン１５ｄ、１６ｄが工具ホルダ２０から離れる方向に回転する場合、回転棒１５ａ、１６ａが回転するには、力Ｆ２と同じ大きさの力を生じる力、即ち力Ｆ１よりも小さい力Ｆｓが把持ピン１５ｄ、１６ｄに作用すれば足りる（図９参照）。二つの回転棒１５ａ、１６ａの間において、枢軸１５ｆ、１６ｆが把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも内側に位置する場合、枢軸１５ｆ、１６ｆが把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも外側に位置するか又は把持ピン１５ｄ、１６ｄと同じ位置にある場合に比べて、小さい力で回転棒１５ａ、１６ａは回転することができる。

実施の形態に係る工具保持アーム１１及び工作機械にあっては、二つの回転棒１５ａ、１６ａの一端部の間に付勢部材１７、１８を配置し、回転棒１５ａ、１６ａの他端部に位置する把持ピン１５ｄ、１６ｄの間で工具を保持する。二つの回転棒１５ａ、１６ａの間において、把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも内側に枢軸１５ｆ、１６ｆを配置することによって、把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも外側に枢軸１５ｆ、１６ｆを配置するか又は把持ピン１５ｄ、１６ｄと同じ位置に配する場合に比べて、把持ピン１５ｄ、１６ｄに大きなモーメントが回転棒１５ａ、１６ａに作用する。そのため、工具挿入時に要する力を低減することができる。

二つの回転棒１５ａ、１６ａの中途部はそれぞれ互いに向けて突出した突出部１５ｂ、１６ｂを有する。枢軸１５ｆ、１６ｆは突出部１５ｂ、１６ｂに連結するので、把持ピン１５ｄ、１６ｄよりも内側に位置する。二つの回転棒１５ａ、１６ａは夫々異なる枢軸１５ｆ、１６ｆに連結するので、枢軸１５ｆ、１６ｆ付近の構成が簡素になる。

図１０は構成を一部変更した工具保持アーム１１の下端部の一例を示す斜視図である。図１０に示すように、各回転棒１５ａ、１６ａの前端部の間に単数の付勢部材２１を配置してもよい。付勢部材２１が単数なので、付勢部材２１の増加を抑制し、部品数の増加を抑制できる。

図１１は構成を一部変更した工具保持アーム１１の下端部の他例を上側から視認した斜視図、図１２は構成を一部変更した工具保持アーム１１の下端部の他例を下側から視認した斜視図である。各回転棒１５Ａ、１６Ａは直線的な形状をなし、各回転棒１５Ａ、１６Ａの中途部に互いに向けて突出した突出部１５Ｂ、１６Ｂが設けてある。単数の枢軸１９が、二つの突出部１５Ｂ、１６Ｂの先端部を回転可能に連結する。枢軸１９が単数なので、枢軸１９の増加を抑制し、部品数の増加を抑制できる。

７工具交換装置
１０主軸ヘッド
１１工具保持アーム
１２アーム
１５ａ、１６ａ、１５Ａ、１６Ａ回転棒
１５ｆ、１６ｆ、１９、枢軸
１５ｄ、１６ｄ把持ピン
１７、１８、２１付勢部材

Claims

アームと、
該アームの端部に枢軸を介して中途部が回転可能に連結した二つの回転棒と、
該二つの回転棒における一端部の間に配置してあり、各一端部を離間する方向に付勢する付勢部材と
を備え、
前記二つの回転棒の間において、前記回転棒の他端部における工具と接する部分よりも内側に前記枢軸の中心が配置してあり、
前記他端部の間に工具を保持し、
前記アームの端部に前記回転棒を支持する支持部が設けてあり、
前記支持部に形成した溝に前記回転棒を挿入してある
工具保持アーム。
前記二つの回転棒の中途部はそれぞれ互いに向けて突出し、
前記枢軸は前記中途部の突出した部分に連結する
請求項１に記載の工具保持アーム。
前記枢軸を複数備え、
前記二つの回転棒は夫々異なる前記枢軸に連結している
請求項１又は２に記載の工具保持アーム。
前記付勢部材は単数である
請求項１から３のいずれか一つに記載の工具保持アーム。
工具を装着する主軸と、
請求項１から４のいずれか一つに記載の工具保持アームと
を備える工作機械。