JP7239501B2 - 工具交換装置、このような工具交換装置を備えた工作機械、および関連する方法 - Google Patents

Description

本発明は、工具交換装置であって、それぞれ１つの工具を収容するための少なくとも２つの工具ホルダと、工具ホルダを工作機械のフレームおよび／または工具交換装置のフレームに対して作業位置に移動させることができる駆動装置と、が設けられている工具交換装置に関する。

本発明はさらに、このような工具交換装置を備えた工作機械、および工具交換装置を使用して工作機械における工具を交換するための方法に関する。

このような工具交換装置、工作機械、および工具を交換するための方法も、従来技術から様々な実施形態で既に知られている。特に、高精度の加工では、工具のロックの可能性が特に重要である。従来技術から既知の工具交換装置では、モータによって駆動される駆動装置が使用されており、このような駆動装置を用いて工具ホルダを所望の位置に調整することができる。工具ホルダの所望の位置が得られると、工具ホルダは、別の駆動装置によって送られるロックエレメントを用いて、取られた位置にロックされ、次いでワークピースの加工を行うことができる。したがって、それぞれ固有の駆動部を有している、駆動装置およびロック装置を準備することが必要であり、このことには比較的大きなコストがかかる。

ゆえに、本発明の課題は、作業位置に工具ホルダを位置決めするため、および作業位置に工具ホルダをロックするためにかかるコストを減らすことができる、冒頭に述べた形式の工具交換装置、工作機械、および方法を提供することである。

この課題は、工具交換装置に向けられた独立請求項に記載の手段および特徴を備えた、冒頭に述べた形式の工具交換装置によって解決される。特に、冒頭に述べた形式の工具交換装置においてこの課題を解決するために、駆動装置は、少なくとも１つのロックエレメントと、少なくとも２つの工具ホルダに少なくとも間接的に結合された少なくとも１つの対応エレメントとを有しており、工具ホルダが、ロックエレメントと対応エレメントとの間の相対的な調整運動によって、作業位置に位置決めされ、かつ作業位置にロックされることが提案される。工具ホルダは、ロックエレメントと対応エレメントとが互いにロック位置に配置されている場合に、ロックされる。

したがって、本発明の核となる思想は、工具ホルダをロックするために必要な調整運動であって、ロックエレメントおよび／または対応エレメントによって互いに対して実施される調整運動が、作業位置への工具ホルダの位置決めのために使用されるように、工具交換装置を構成することである。言い換えれば、工具交換装置は、ロックによって作業位置への工具ホルダの位置決めを行うように構成されている。

したがって、本発明に係る工具交換装置では、工具ホルダの作業位置への工具ホルダの調整のための別体の駆動部を省くことができる。これは好適である。なぜなら、これによって、一方では必要な構造空間を減らし、他方では工具ホルダの調整およびロックのための所要エネルギを減らすことができるからである。

ロックエレメントおよび対応エレメントは、ロックエレメントのロック位置へのロックエレメントの、対応エレメントに対して実施される調整運動が、対応エレメントの位置決め運動に変換可能であるように、好ましくは機械的に共働することができる。この位置決め運動によって、工具ホルダは作業位置に達することができ、最終的に対応エレメントにおけるロック位置にあるロックエレメントを用いて固定することができる。このとき、対応エレメントは、力伝達エレメントとして働くことができ、この力伝達エレメントを介して、ロックエレメントの駆動力を、作業位置への工具ホルダの位置決めのために作業位置に伝達することができる。

しかしながらまた、ロックエレメントおよび対応エレメントは、ロックエレメントにおけるロック位置への対応エレメントの、ロックエレメントに対して実施される調整運動が、対応エレメントの位置決め運動に変換可能であり、この位置決め運動によって工具ホルダが作業位置に位置決め可能であるように、好ましくは機械的に共働することも可能である。

好ましくは、ロックエレメントおよび対応エレメントは、ロックエレメントまたは対応エレメントの直線的な調整が、対応エレメントの回転位置決め運動を生じさせるように、機械的に共働することもできる。ロックエレメントの直線的な調整は、ロック位置へのロックエレメントの、対応エレメントに対して実施される調整運動によって行われる。対応エレメントの直線的な調整は、ロック位置への対応エレメントの、ロックエレメントに対して実施される調整運動によって行われる。対応エレメントの回転位置決め運動は、作業位置に対応する位置へと行うことができる。このようにして、工具交換装置を、例えば工作機械における工具リボルバで使用することができる。これに関連して、対応エレメントが工具交換装置のベース体に回転可能に支持されていると好適であることがある。

ロックエレメントによって少なくとも２つの工具ホルダに、かつ／または少なくとも２つの工具ホルダが形成されていてよい工具ヘッドに伝達可能な位置決め運動は、直線運動または回転運動であってよい。回転位置決め運動は、工具ヘッドの回転軸周りに行うことができる。このとき、工具ホルダは、回転軸周りの閉じた軌道に沿って環状に延びていてよい。

調整のためにロックエレメントによって実施可能な調整運動は、好ましくは直線運動であるが、場合によっては回転運動であってもよい。

工具ホルダの位置決め運動へのロックエレメントの調整運動の変換は、少なくとも１つの対応エレメントが、少なくとも１つのロックエレメントに対応して形成された歯形異形材またはクロー異形材を有していると、構造的に比較的簡単な形式で得ることができる。歯形異形材またはクロー異形材は、対応エレメントの歯形異形材またはクロー異形材へのロックエレメントの係合が、対応エレメントの回転を生じさせるように、ロックエレメントに対応して形成されていてよい。

対応エレメントの回転へのロックエレメントの調整運動の変換は、対応エレメントが軸方向において位置固定のままであると、つまりロックエレメントの送りによって軸方向に変位されるのではなく単に回転されると、十分に損失なしに行うことができる。したがって、ロックエレメントおよび対応エレメントは、調整運動である第１の運動を位置決め運動である第２の運動に変換することができる、一種の伝動装置段を形成している。さらに、対応エレメントは、工具ホルダのうちの１つの工具ホルダがその作業位置を取り、かつロックエレメントがそのロック位置を取ると、この伝動装置段を用いてロックされる。

特に好ましくは、ロックエレメントおよび対応エレメントは、対応する歯形異形材またはクロー異形材を有している。好ましくは、歯形異形材またはクロー異形材の歯またはクロー突起は、対応エレメントの回転軸周りに均等に分配配置されている。

工具ホルダは、工具ホルダと対応エレメントとの間の相対運動が阻止され、ひいては排除されるように、対応エレメントに結合されていてよい。言い換えれば、工具ホルダと対応エレメントとは互いに回動不能に結合されていてよいと云うことができる。このように構成されていると、対応エレメントの、ロックエレメントによって生じた運動を、工具ホルダに確実に伝達することができる。

工具交換装置は、工具ヘッドを有することができる。この工具ヘッドには、少なくとも２つの工具ホルダが配置または形成されていてよい。さらに、工具ヘッドを、工具交換装置のフレームおよび／またはベース体に対して移動させること、特に回転させることが可能である。

工具交換装置の一実施形態では、ロックエレメントがフレームまたはベース体に配置されており、対応エレメントが例えば既に上述した可動の工具ヘッドに配置されていることが提案されてよい。また、ロックエレメントが例えば既に上述した可動の工具ヘッドに配置されており、対応エレメントがフレームに配置されていることも可能である。

工具交換装置の特に好適な実施形態では、ロックエレメントが、軸方向で固定された、好ましくは工具交換装置のベース体に対して回動固定のまたは回動不能のクローエレメントとして形成されており、対応エレメントが、該対応エレメントの回転軸に関して軸方向に変位可能な回転可能な対応クローエレメントとして形成されていることが提案される。このとき、ロックエレメントと対応エレメントとは、それぞれ、対応エレメントの回転軸に対して斜めに位置している少なくとも１つのクロー側面を有している。両クローエレメントのクロー側面は、互いに対応するように形成されていて、かつ対応エレメントの回転軸に対して斜めに位置している係合面を有することができ、これによって、対応エレメントの、ロックエレメントにおけるロック位置への対応エレメントの調整によって、クロー側面およびその係合面を介して駆動力を対応エレメントに伝達することができる。

クローエレメントとして形成されたロックエレメントおよび対応クローエレメントとして形成された対応エレメントは、ロック位置において一種のクローカップリングを形成する。

さらに、工具交換装置が調節装置を有していると好適であることがある。このような調節装置によって、調節力を、少なくとも間接的に、好ましくは対応エレメントを介して、工具ホルダに伝達することができる。調節力は、工具ヘッドに、特に既に記載した形式の工具ヘッドに伝達することができ、この工具ヘッドには工具ホルダが同様に形成されていてよい。

調節装置は、工具ホルダを調節力によって自動的に作業位置から中間位置または休止位置に移動させるように構成されていてよい。このとき、対応エレメントは、調節力によって、作業位置に対応する位置から係合位置に移動することができる。これは、特に調節装置が対応エレメントに作用する場合である。この係合位置において対応エレメントは、ロックエレメントを新たに対応エレメントとの係合状態にもたらすことができるように配置されていてよく、またはその逆であってもよい。これによって次いで、少なくとも２つの工具ホルダのうちの他方の工具ホルダを、ロックエレメントを用いて作業位置に調整することができる。このように構成されていると、ロックエレメントによる対応エレメントのロックが解消されかつ対応エレメントが解放される工具交換装置、または非ロック状態になるや否や対応エレメントが調節装置を用いて自動的に係合位置に達する工具交換装置が得られる。

これによって、対応エレメントは、自動的に１つの位置から係合位置に達することができ、この係合位置においては、工具ホルダのうちのいずれもがもはや作業位置に配置されておらず、対応エレメントの新たな係合および新たな操作が、作業位置への工具ホルダのうちの少なくとも１つの工具ホルダの位置決めのために、ロックエレメントを用いて可能である。

調節力の大きさは、ロックエレメントと対応エレメントとの相互の相対位置に依存していてよい。このとき、調節力は、ロック位置にあるロックエレメントにおいて、工具ホルダの、例えば既に上述した位置決め運動の方向に作用することができる。ロックエレメントがそのロック位置に配置されており、かつ工具ホルダのうちの少なくとも１つの工具ホルダがその作業位置に配置されている場合に、調節力が最大値を取ると、特に好適であることがある。このように構成されていると、ロックエレメントが対応エレメントを再び解放するや否や、対応エレメントを工具ホルダと一緒に、位置決め運動の方向に作用する調節力に基づいて、十分な調節力でさらに移動させることができることを保証することができる。

さらに、調節力は、相前後して連続する相対位置において、工具ホルダの、特に対応エレメントの位置決め運動の方向および逆の方向に交互に作用し、かつ方向付けられていてよい。このように構成されていると、ロックエレメントに対して、対応エレメントおよび工具ホルダを、特定の中間位置または係合位置へと自動的に位置決めすることができ、または引き続き位置決めのために調節装置を使用することができる。相前後して連続する２つの相対位置に関して互いに逆向きの調節力ベクトルに基づいて、調節装置は、中間位置において工具ホルダをセンタリングし、かつ／または係合位置において対応エレメントをセンタリングすることができ、この係合位置において、ロックエレメントは、さらなる操作ステップにおいて新たに対応エレメントと係合することができる。特に好ましくは、調節力は、係合位置にある対応エレメントで最小値を有することができる。対応エレメントを係合位置に確実に保持するために、調節装置は、好ましくは半径方向の、対応エレメントに作用する保持力を生じさせるように構成されていると、さらに好適であることがある。この保持力は、対応エレメントが係合位置に配置されている場合に、最大値を取ることができる。

調節装置は、工具交換装置のフレームまたはベース体と、少なくとも２つの工具ホルダを備えた対応エレメントとの間に配置されているかまたは構成されていてよい。特に好ましくは、調節装置は、磁力式の調節装置として形成されていてよい。永久磁石を備えた磁力式の調節装置では、調節装置へのエネルギ供給を省くことができる。調節装置が磁力式の調節装置として形成されていると、調節装置は、調節力を生じさせるために、対応エレメントに対して位置固定の少なくとも１つの磁石と、対応エレメントに配置された少なくとも１つの対応磁石とを有していてよい。特に、ロックエレメントがもはや対応エレメントとの係合状態にない場合に、少なくとも１つの磁石および少なくとも１つの対応磁石を用いて、対応エレメントを係合位置にもたらすことができる。

工具交換装置の特に好適な実施形態では、磁力式の調節装置は、複数の、好ましくは４つの個々の磁石を有していてよく、これらの磁石は、相応の極性方向で均等に分配されて、特に対応エレメントの回転軸の周りに、保持リングに配置されている。対応エレメント自体は、同数の相応に配置された対応磁石を備えていてよい。使用位置にある対応エレメントでは、磁石と対応磁石とは、相互の引付けによって、上記した調節力および／または保持力を生じさせることができ、かつ対応エレメントを自動的に係合位置に移動させることができ、この係合位置において、対応エレメントは、ロックエレメントの新たな係合を提供し、これによって工具ホルダを新たに位置決めすることができる。

磁石の数および対応磁石の数が、工具交換装置の個々の工具ホルダの数または整数倍に相当していると、特に好適であることがある。これにより対応エレメントは、それぞれの工具ホルダのための磁力式の調節装置を用いて、固有の係合位置に移動することができ、この係合位置では、例えば工具ホルダは作業位置に配置されていない。

ばね作動式の調節装置または玉係止機構を備えた調節装置も、調節装置として利用することができる。

ロックエレメントを調整するために、駆動装置（Antriebsvorrichtung）は駆動部（Antrieb）を有することができる。この駆動部は、好ましくは電気式、空気力式、または液圧式、または電磁式であってもよい。

駆動装置が、工具送りを生じさせるための工作機械の駆動装置であると、特に好適であることがある。このように構成されていると、駆動装置は二つの機能を引き受けることができ、また工具交換運動をも生じさせることができる。

上述した課題は、工具交換装置に向けられた請求項のいずれか１項記載の工具交換装置を備えた工作機械によっても解決される。

この文脈では、工作機械は駆動装置を有しており、該駆動装置が、工具送りと、ロックエレメントと対応エレメントとの間の相対的な調整運動とを生ぜしめるように構成されていると、好適であることがある。このように構成されていると、工具交換工程のための追加的な駆動部を省くことができる。好ましくは、工具送りはワークピース回転と同期化されており、これによって例えば非円形のワークピースを製造することができる。調整運動と工具送りとが互いに平行に方向付けられていて、例えば同一の直線に沿って延びていると、好適である。

調整作動と送り作動との間で切換えができるようにするために、工作機械は、特にロックプランジャを備えたロック装置を有していてよい。このロック装置を用いて、工具交換装置のロックエレメントは、少なくとも工具交換中に、工作機械のフレームに対してかつ／または対応エレメントに対して固定可能であってよい。

上記の課題を解決するために、工具交換装置、特に工具交換装置に向けられた請求項のいずれか１項記載の工具交換装置を使用して工具を交換するための方法であって、工具交換装置の、工具を保持する工具ホルダを、工具交換装置のロックエレメントと対応エレメントとの間の相対的な調整運動によって、作業位置に位置決めする方法も提案される。このようにすると、特に、高精度で作業を行う工作機械において必要なロックエレメントは、二つの機能を引き受けることができ、かつ工具ホルダのロックのみならず、作業位置への工具ホルダの位置決めをも行うことができる。

この場合、工具ホルダを位置決めするために、ロックエレメントを、対応エレメントをロックするロック位置に移動させることができる。しかしならまた、対応エレメントを、工具ホルダの位置決めのために、ロック位置にロックエレメントに対して移動させることも可能である。このとき、調整運動を、対応エレメントの位置決め運動に変換することができる。そしてロックエレメントおよび／または対応エレメントがロック位置に達した場合に、工具ホルダのうちの１つの工具ホルダをその作業位置に固定するか、または工具ホルダはその作業位置にあることができる。

工具ホルダは、ロック位置からのロックエレメントおよび／または対応エレメントの解除後に、作業位置から中間位置に調整することができる。さらに、解放された、つまりもはやロックされていない対応エレメントは、作業位置に対応する位置から係合位置に移動することができ、この係合位置において対応エレメントおよび工具ホルダの新たなロックが可能である。移動および新たなロックは、ロックエレメントおよび／または対応エレメントがロック位置から解除された後で、好ましくは自動的に行うことができる。工具ホルダおよび／または対応エレメントの自動的な調整は、調節装置を用いて行うことができる。このとき、例えば請求項９から１２までのいずれか１項においてより正確に記載された調節装置を使用することができる。

工具ホルダがその作業位置に移動させられると、工具によって、ワークピースの切削加工を、例えば旋削加工またはフライス加工および／または研磨加工を実施することができる。これは、特に緊締状態において非円形の旋削部材を製造するために、ワークピース回転に対して同期化されていてよい。切削加工は、工具交換の前に実施することも可能である。

次に、図面を参照しながら本発明の一実施形態について詳説する。図面は、部分的に大きく概略化されて示されている。

複数の工具ホルダを有する工具交換装置を備えた本発明に係る工作機械の斜視図である。 図１に示した工具交換装置の斜視図である。 図１および図２に示した工具交換装置の斜視図であって、ここでは図１および図２に示した工具ヘッド用の保持皿を備えた工具交換装置の対応エレメントを認識することができる。 図１～図３に示した工具交換装置の側面図であって、（対応）クロー異形材を備えた対応エレメントと、対応エレメントと共働するロックエレメントであって、対応エレメントのクロー異形材に対応して形成されたクロー異形材を備えたロックエレメントとを認識することができる。 図４中のＡ－Ａ線に沿った工具交換装置の横断面図である。 図６ｂ中のＢ－Ｂ線に沿った、ロック位置にあるロックエレメントを備えた工具交換装置の横断面図である。 係合状態にあるクロー異形材を備えた、先行する図面に示した工具交換装置の、図６ａに対応する側面図である。 図７ｂ中のＣ－Ｃ線に沿った工具交換装置の横断面図である。 図７ａに対応する、工具交換装置の側面図であって、ここでは、ロックエレメントが、対応エレメントのクロー異形材との係合状態ではないその出発位置に示されている。 図８ａおよび図８ｂは、先行する図面に示した工具交換装置の横断面図および側面図であって、ここでは、対応エレメントが調節装置の作用に基づいてその係合位置を取っており、この係合位置において、対応エレメントは、ロックエレメントが工具ホルダのさらなる位置決めのために対応エレメントのクロー異形材との係合状態に新たに達することができるように、ロックエレメントに対して配置されている。 図９ａおよび図９ｂは、先行する図面に示した工具交換装置の横断面図および側面図であって、図９ｂでは、ロックエレメントが、ロック位置への途中の中間位置に示されており、対応エレメントが、工具ホルダのうちの１つの工具ホルダがロックされる作業位置への途中の対応する中間位置に示されている。 図１０ａおよび図１０ｂは、先行する図面に示した工具交換装置の横断面図および側面図であって、対応エレメントが、工具ホルダのうちの１つの工具ホルダの作業位置に対応する位置に完全に達しており、かつロックエレメントがそのロック位置に完全に達している状態を示している。 工作機械の駆動装置を使用した工具交換工程を具体的に示す、本発明に係る工具交換装置を備えた本発明に係る工作機械の側面図である。 工作機械の駆動装置を使用した工具交換工程を具体的に示す、本発明に係る工具交換装置を備えた本発明に係る工作機械の側面図である。 工作機械の駆動装置を使用した工具交換工程を具体的に示す、本発明に係る工具交換装置を備えた本発明に係る工作機械の側面図である。 工作機械の駆動装置を使用した工具交換工程を具体的に示す、本発明に係る工具交換装置を備えた本発明に係る工作機械の側面図である。 工作機械の駆動装置を使用した工具交換工程を具体的に示す、本発明に係る工具交換装置を備えた本発明に係る工作機械の側面図である。 工作機械の駆動装置を使用した工具交換工程を具体的に示す、本発明に係る工具交換装置を備えた本発明に係る工作機械の側面図である。

すべての図には、全体を符号１で指した工具交換装置が示されている。工具交換装置１は、少なくとも部分的に図１および図１１～図１６に示した工作機械１８において使用される。残りの図２～図１０ｂには、工具交換装置１が異なった見方で示されている。

工具交換装置１には、工具ヘッド２３が装着されている。工具ヘッド２３には、互いに９０°ずらされて配置された全部で４つの工具ホルダ２が形成されている。それぞれの工具ホルダ２には、それぞれ１つの工具３が配置されている。工具交換装置１は駆動装置４を有しており、この駆動装置４によって工具ホルダ２は、工作機械１８のフレーム５に対して、かつ工具交換装置１のベース体５ａに対しても、作業位置に移動される。作業位置は、図１において、符号６で示した破線によって明瞭にされている。

駆動装置４は、ロックエレメント７および対応エレメント８を含んでいる。工具ホルダ２を備えた工具ヘッド２３は、対応エレメント８に結合されている。ロックエレメント７と対応エレメント８とは、工具ヘッド２３における全部で４つの工具ホルダ２が相前後して作業位置６へと位置決めされ、そこでロックエレメント７によって固定されることができるように、機械的に共働する。工具ホルダ２の位置決めは、図に示した実施形態では、対応エレメント８を、例えば図１０ａ中に符号９で示したそのロック位置に、ロックエレメント７に対して移動させることによって行われる。

ロックエレメント７は、この調整中に、対応エレメント８の、そのロック位置９への直線的な調整運動（この調整運動は、図９ｂおよび図１０ｂ中に矢印２２によって示されている）が、矢印２１（図９ａおよび図９ｂ）の方向における対応エレメント８の位置決め運動を生じさせるように、対応エレメント８と機械的に共働する。

このとき、対応エレメント８は、工具ホルダ２の作業位置６に対応する位置または相対位置を取る。対応エレメント８の、この対応する位置または相対位置は、図６ａおよび図６ｂならびに図１０ａおよび図１０ｂ中で認識することができる。

ロックエレメント７および対応エレメント８を用いて、工具ヘッド２３における工具ホルダ２に伝達可能な位置決め運動２１は、工具ヘッド２３および対応エレメント８の回転軸Ｒの周りに行われる回転運動である。対応エレメント８によって実施可能な調整運動２２は、工具ヘッド２３および対応エレメント８の回転軸Ｒの方向の、軸方向で固定されたロックエレメント７に対して行われる直線運動である。

対応エレメント８は、クロー異形材１０を有している。ロックエレメント７は、対応するクロー異形材１０を有している。このようにして、ロックエレメント７のクロー異形材１０への対応エレメント８の係合時に、対応エレメント８の回転を生じさせることができる。このとき、ロックエレメント７は、工具交換装置１のベース体５ａにおけるその支持部１９に基づいて、軸方向で位置固定のままであり、つまり回転軸Ｒに関して軸方向で固定されている。これは、図２～図１０ｂおよび特に図１１～図１６に示されている、ロックエレメント７の様々な位置の比較時に、明らかになる。

工具ホルダ２は、工具ホルダ２と対応エレメント８との間の相対運動が阻止されるように、工具ヘッド２３を介して対応エレメント８に結合されている。工具ホルダ２は、工具ヘッド２３を介して、対応エレメント８に回動不能に結合されている。

特に図３および図４に示されているように、対応エレメント８は、使用位置での工具ヘッド２３に対応配置されたその端部に、保持皿１１を有している。この保持皿１１を介して工具ヘッド２３は、使用位置で対応エレメント８に固定されている。保持皿１１を介して、ロックエレメント７から対応エレメント８に伝達されたトルクは、最終的に、工具ヘッド２３、および工具ヘッド２３に形成された工具ホルダ２に伝達されることができ、これによって工具ホルダ２を相前後して、その所望の作業位置６に移動させることができる。保持皿１１は、対応エレメント８における工具ヘッド２３を快適に固定する働きをする。回転可能に支持された対応エレメント８における工具ヘッド２３の固定によって、工具交換装置１の工具ヘッド２３は、工作機械１８のフレーム５に対して、また工具交換装置１のベース体５ａに対しても回転可能である。

ロックエレメント７は、ベース体５ａに配置されている。対応エレメント８は、可動の工具ヘッド２３を備えた側に配置されている。ベース体５ａは、図面中に認識可能な外側の保持部５ｂを有している。この保持部５ｂは、ガラスゲージ（図示せず）を固定する働きをし、このガラスゲージによって、工作機械１８のフレーム５に対するベース体５ａの移動を監視することができる。

工作機械１８の相応の対応部分にベース体５ａを固定するために、環状のフランジ５ｃが作用する。

対応エレメント８は、対応クローエレメント１２であり、この対応クローエレメント１２には、既に上述したクロー異形材１０のうちの１つのクロー異形材が形成されている。ロックエレメント７は、回転軸Ｒに関してかつ対応エレメント８に対して軸方向で固定されたクローエレメント１３として形成されており、このクローエレメント１３自体は、既に上述した別のクロー異形材１０を有しており、さらにベース体５ａに対して回動不能である。クローエレメント１３として形成されたロックエレメント７の機能は、軸方向で固定されたクロージョーの機能に似ており、このクロージョーは、交換工程中に回転軸Ｒに関して軸方向に変位されないのに対して、対応クローエレメント１２として形成された対応エレメント８は、軸方向に変位可能なクロースリーブに似ている。したがって、本実施形態では、対応エレメント８は、交換工程中に、少なくとも交換工程中に不動のロックエレメント７に対して変位される。

ロックエレメント７および対応エレメント８は、そのクロー異形材１０のクロー側面１５に互いに適合する係合面１４を有している。係合面１４およびクロー側面１５は、回転軸Ｒに対して斜めに方向付けられている。係合面１４の傾斜位置を介して、対応エレメント８の駆動力の向きを変えることができ、対応エレメント８の軸方向における調整運動２２を、対応エレメント８の回転位置決め運動２１に変換することができる。係合面１４およびクロー側面１５はその傾斜位置によって、位置決め運動２１の回転方向を設定する。

ロックエレメント７および対応エレメント８は、全体として、クロー側面１５を備えたそれぞれ４つのクロー突起１５ａを有している。クロー突起１５ａおよびクロー側面１５は、対応エレメント８の回転軸Ｒ周りに、互いに９０°だけずらされて配置されている。これによってロックエレメント７は、対応エレメント８を４つの異なった位置に移動させ、そこで固定することができる。クロー突起１５ａおよびクロー側面１５の配置形態は、工具ホルダ２の配置形態に相当している。さらに、ロックエレメント７に設けられた斜めのクロー側面１５の数は、対応エレメント８に設けられた斜めのクロー側面１５の数と同じであり、また工具ホルダ２の数とも同じである。さらに、４つのクロー突起１５ａがロックエレメント７に形成されており、４つの（対応）クロー突起１５ａが対応エレメント８に形成されている。

さらに、工具交換装置１は調節装置１６を有している。この調節装置１６は、対応エレメント８がロックエレメント７から解放されている場合に、対応エレメント８を自動的にさらに移動させる働きをする。これには、対応エレメント８におけるロックエレメント７の新たな係合を、作業位置６への次の工具ホルダ２の位置決めのために、かつ最終的に対応エレメント８および位置決めされた工具ホルダ２のロックのために可能にするという目的がある。

この目的のために、調節装置１６は、対応エレメント８を介して工具ヘッド２３および工具ホルダ２に伝達することができる調節力を生じさせるように構成されている。調節力は、４つの工具ホルダ２のそれぞれおよび特に対応エレメント８を、ロック位置９から移動された対応エレメント８において、自動的に作業位置６から中間位置に移動させるために使用される。この中間位置では、対応エレメント８は、係合位置１７においてロックエレメント７に対して配置されている。

係合位置１７は、図８ａ中に破線で示した線によって示されている。この係合位置１７では、対応エレメント８を、図９ａおよび図９ｂで認識できるように、軸方向での調整によって、新たにロックエレメント７との係合状態にもたらすことができ、これによって作業位置６への工具ホルダ２のうちの次の工具ホルダの位置決めを行うことができる（図６ａおよび図６ｂならびに図１０ａおよび図１０ｂ参照）。

調節装置１６によってもたらされる調節力の大きさは、ロックエレメント７に対する対応エレメント８の相対位置に依存している。したがって、調節力は、ロックエレメント７に対する対応エレメント８の、作業位置６に対応する相対位置において、つまり対応エレメント８がロックエレメント７によって固定されている場合に（図６ａおよび図６ｂならびに図１０ａおよび図１０ｂ参照）、最大値を取る。このようにして、工具ホルダ２を、最終的に対応エレメント８をも、工具ホルダ２の、矢印２１で示した位置決め運動の方向にさらに移動させるために生じる調節力が、対応エレメント８を、工具ホルダ２と一緒に、ロックエレメント７による解放後に、係合位置１７へとさらに移動させるために十分であることを保証することができる。

上述した調節力は、ロックエレメント７に対する対応エレメント８の、相前後して連続する相対位置において、工具ホルダ２の位置決め運動２１の方向および逆の方向に交互に作用し、係合位置１７において値ゼロを取る。その結果、ロックエレメント７から解放された対応エレメント８は、調節装置１６の調節力によって安定した中間位置を取ることになる。図８ａには、対応エレメント８および調節装置１６が、相前後して連続する２つの相対位置の間のこのような中間位置に示されている。この中間位置は、既に上述した係合位置１７に相当している。

係合位置１７において調節装置１６は、保持力をもたらし、この保持力によって対応エレメント８は、ロックエレメント７の新たな係合のためのその係合位置１７に保持される。対応エレメント８がこの係合位置１７から移動させられるどちらの方向においても同様に、調節装置１６は、係合位置１７の方向および逆の方向に作用する調節力を自動的にもたらす。

調節装置１６は、工具交換装置１のベース体５ａと、ベース体５ａに対して回転可能な対応エレメント８との間に形成されている。調節装置１６は、磁力式の調節装置であり、かつ対応エレメント８の回転軸Ｒの周りに均等に分配配置された４つの磁石２０ａを備えた保持リング２０を有している。対応エレメント８は、２つの支持部１９を介して、工具交換装置１のベース体５ａに回転可能に支持されている。したがって、工具交換装置１のベース体５ａは、ハウジングとも呼ぶことができる。

磁石２０ａを備えた保持リング２０は、使用位置にある対応エレメント８を外側で取り囲んでおり、かつ工具交換装置１のベース体５ａに固定されている。対応エレメント８には、対応エレメント８の回転軸Ｒの周りに均等に分配されて４つの対応磁石２０ｂが配置されており、これらの対応磁石２０ｂは、保持リング２０における磁石２０ａに対応配置されており、同様に磁力式の調節装置１６の一部である。磁石２０ａおよび対応磁石２０ｂは、その極性に関して、ロックエレメント７に対する対応エレメント８の、図８ａに示した係合位置１７において、磁石２０ａと対応磁石２０ｂとが互いに引き付け合うように、つまりこの係合位置１７における対応エレメント８の安定した位置のために作用するように配置されている。係合位置１７では、磁石２０ａおよび対応磁石２０ｂは、その相互の引付けおよび極性に基づいて、半径方向に作用する保持力を形成する。

対応エレメント８を位置固定の保持リング２０に対して回転させることによって、磁石２０ａおよび対応磁石２０ｂが、図８に示した相対位置から互いに変位されると、磁石２０ａおよび対応磁石２０ｂは、係合位置１７の方向に作用する調節力を形成する。この調節力は、少なくとも接線方向の成分を有しており、対応エレメント８によって、対応エレメント８の位置決めのために、ロックエレメント７への対応エレメント８の軸方向における送り（Zustellung）を通して克服されねばならない。

磁石２０ａおよび対応磁石２０ｂによってもたらされる調節力は、対応エレメント８によってもたらされる力、つまりクロー状のロックエレメント７およびクロー状の対応エレメント８のクロー側面１５を介して位置決め力に変換される力よりも小さい。これによって、調節装置１６の調節力を、対応エレメント８を用いて克服することができ、かつ対応エレメント８をさらに回転させることができ、次の工具ホルダ２を作業位置６に調整することができる。したがって、対応エレメント８は、回転スライダと呼ぶことができ、この回転スライダによって、対応エレメント８の軸方向における調節運動を、対応エレメント８の回転位置決め運動２１に変換することができる。

工具ヘッド２３における４つの工具ホルダ２には、それぞれ１つの磁石２０ａおよび１つの対応磁石２０ｂが対応配置されている。したがって、調節装置１６は、全部で４つの磁石２０ａおよび４つの磁石２０ｂを有しており、これらの磁石２０ａ，２０ｂはそれぞれ、対応エレメント８の回転軸Ｒの周りに互いに９０°だけずらされて分配されている。

駆動装置４は、ロックエレメント７を軸方向で調整するための駆動部を含んでいる。この駆動部は、工作機械１８の駆動装置４の一部であり、高い周波数の往復動を備えた電磁式の駆動装置４として形成されてよい。

したがって、工作機械１８は、ロックエレメント７と対応エレメント８との間の工具送りおよび調整運動２２を生じさせるように構成された駆動装置４を有している。ゆえに、工具交換のための調整運動のための別体の駆動装置は不要である。

さらに、工作機械１８は、ロックプランジャ２５を備えたロック装置２４を有している。ロック装置２４およびロックプランジャ２５を用いて、工具交換装置１のロックエレメント７を、少なくとも工具交換中に工作機械１８のフレーム５に対して固定することができる。そのために、ロックプランジャ２５は、ロックエレメント７における相応の切欠き２６内に押し込まれる。例えば図１３に図示されたこの位置において、ロックプランジャ２５はロックエレメント７をしっかりと保持し、かつ工作機械１８の駆動装置４の相応の送り運動時に対応エレメント８をロックエレメント７から解除する働きをし、これによって上に詳しく記載した工具交換を実施することができる。

駆動装置４の、高周波数で振動する送り運動時に、ロックエレメント７からの対応エレメント８の望ましくない解除を阻止するために、圧縮ばね２７が設けられており、この圧縮ばね２７は、ロックエレメント７を対応エレメント８におけるそのロック位置に保持する。

図１１には、作動モード時の工作機械１８が示されている。作動モードでは、ロックプランジャ２５は解除され、ロックエレメント７は、工作機械１８の駆動装置４によって自由に可動である。作動モードでは、駆動装置４は、工具３が配置されている工具ヘッド２３のための送り駆動部として働く。

図１２では、工具ヘッド２３は、図１１と比較して引き戻されている。いまやロックエレメント７は、ロックプランジャ２５をロックエレメント７の切欠き２６内に押し込むことができるように、ロック装置２４に対して配置されている。ロックプランジャ２５はそのために、空気力式にかつ／または液圧式に移動される。

図１３では、ロックプランジャ２５は、切欠き２６内に走入されている。これによって、ロックエレメント７は、ロックプランジャ２５および工作機械１８のフレーム５に対して固定される。工作機械１８はいまや工具交換モードにある。工作機械１８の駆動装置４は、いまや工具交換駆動部として働く。

図１４では、工具ヘッド２３は、駆動装置４を用いて前方に向かって変位されている。ロックエレメント７は、ロックプランジャ２５によって固定されているので、対応エレメント８およびロックエレメント７は、駆動装置４によって生じる直線的な調整運動２２によって互いに分離される。対応エレメント８がロックエレメント７から完全に分離されるや否や、調節装置１６は対応エレメント８をロックエレメント７に対して係合位置１７に回転させることができ、かつ工具交換を導入することができる。

図１５では、対応エレメント８を備えた工具ヘッド２３は、駆動装置４によって再びその後方の位置に移動されている。クロー側面１５における係合面１４を介して、工具ヘッド２３の直線的な戻り運動が、位置決め運動２１に変換され、工具３が交換されている。

図１６では、ロックプランジャ２５は、ロックエレメント７の切欠き２６から引き戻されている。ロックエレメント７は、ばね２７によって再び対応エレメント８に押圧される。対応エレメント８は、ロックエレメント７によってロックされる。工具交換は終了している。工作機械１８は再び作動モードにあり、工作機械１８の駆動装置４は、送り運動を生じさせるために使用することができる。

上記した工具交換装置１によって、後で記載する、工作機械１８において工具３を交換するための方法を実施することができる。

このとき、工具交換装置１の対応エレメント８を、ロックエレメント７におけるロック位置９にもたらすことによって、工具交換装置１の、工具３を保持する工具ホルダ２が、作業位置６に位置決めされる。工具ホルダ２の位置決めのために、対応エレメント８はロックエレメント７内に係合し、かつロックエレメント７に対して移動される。

既に上記したように、工具ホルダ２と対応エレメント８とは互いに回動不能に結合されている。一般的に云えることでもあるが、工具ホルダ２と対応エレメント８とは、工具ホルダ２と対応エレメント８との間の相対運動が排除されるように互いに結合されている。対応エレメント８が、ロックエレメント７におけるそのロック位置９に達するや否や、工具ホルダ２は作業位置６に達し、ロックエレメント７によって作業位置６に固定される。対応エレメント８がそのロック位置９（図６ａおよび図６ｂ、図１０ａおよび図１０ｂ、ならびに図１４）から再び解除されるや否や、工具ホルダ２は作業位置６から自動的に離反移動され、対応エレメント８は係合位置１７に調整される。これは、既に上記した調節装置１６を用いて行われる。工具ホルダ２は、位置決め時に、閉じた環状の軌道に沿って移動する。したがって、工具ホルダ２が同じ作業位置６に新たに達する前に、軌道の完全な一回転が必要である。

本発明は、工作機械１８において使用される、いわゆる工具交換装置１の領域における改善に関する。ここでは、工具ホルダ２の作業位置６への工具ホルダ２の位置決めを、工具交換装置１の駆動装置４のロックエレメント７を用いて行うことが提案されている。ロックエレメント７の調整運動２２が工具ホルダ２の位置決め運動２１に変換されることによって、工具３の使用のために必要なロック位置９への、ロックエレメント７の調整運動２２が、作業位置６への工具ホルダ２の位置決めのために使用される。

１ 工具交換装置
２ 工具ホルダ
３ 工具
４ 駆動装置
５ フレーム
５ａ １のベース体
５ｂ 保持部
５ｃ フランジ
６ 作業位置
７ ロックエレメント
７ａ ７におけるガイドエレメント
８ 対応エレメント
９ ロック位置
１０ クロー異形材
１１ 保持皿
１２ 対応クローエレメント
１３ クローエレメント
１４ 係合面
１５ クロー側面
１５ａ ７および８におけるクロー突起
１６ 調節装置
１７ 係合位置
１８ 工作機械
１９ 支持部
２０ 保持リング
２０ａ 磁石
２０ｂ 対応磁石
２１ 位置決め運動
２２ 調整運動
２３ 工具ヘッド
２４ ロック装置
２５ ロックプランジャ
２６ 切欠き
２７ 圧縮ばね
Ｒ ８の回転軸

Claims (19)

1. 工具交換装置（１）であって、それぞれ１つの工具（３）を収容するための、少なくとも２つの工具ホルダ（２）と、駆動装置（４）とが設けられている、工具交換装置（１）において、
   前記駆動装置（４）は、少なくとも１つのロックエレメント（７）と、前記少なくとも２つの工具ホルダ（２）に少なくとも間接的に結合された少なくとも１つの対応エレメント（８）と、直線的な調整運動（２２）を生じさせるための駆動部とを有しており、
   前記駆動装置（４）によって、前記対応エレメント（８）の、回転軸（Ｒ）の周りに行われる回転位置決め運動（２１）によって、前記工具ホルダ（２）は当該工具交換装置（１）のフレーム（５）および／またはベース体（５ａ）に対して相対的に作業位置（６）に移動可能であり、
   前記ロックエレメント（７）および前記対応エレメント（８）は、前記回転軸（Ｒ）の方向に生じる、前記駆動部により生じる前記直線的な調整運動（２２）によって互いに相対的に調整可能であり、
   前記対応エレメント（８）および前記ロックエレメント（７）は、前記直線的な調整運動（２２）が、前記回転位置決め運動（２１）に変換されるように、共働し、これにより、前記工具ホルダ（２）は、前記ロックエレメント（７）と前記対応エレメント（８）との間の相対的な前記直線的な調整運動（２２）によって、前記作業位置（６）に位置決めされ、かつ前記作業位置（６）においてロックされることを特徴とする、工具交換装置（１）。
2. 前記ロックエレメント（７）および前記対応エレメント（８）は、ロック位置（９）への前記ロックエレメント（７）の、前記対応エレメント（８）に対して相対的に実施される調整運動（２２）が、かつ／または前記ロックエレメント（７）におけるロック位置（９）への前記対応エレメント（８）の、前記ロックエレメント（７）に対して相対的に実施される調整運動（２２）が、前記対応エレメント（８）の前記位置決め運動（２１）に変換され、該位置決め運動（２１）によって前記工具ホルダ（２）が前記作業位置（６）に位置決め可能であるように、共働する、請求項１記載の工具交換装置（１）。
3. 前記対応エレメント（８）の前記位置決め運動（２１）が、工具ヘッド（２３）の回転軸を中心にした回転運動である、請求項１または２記載の工具交換装置（１）。
4. 前記少なくとも１つの対応エレメント（８）は、前記少なくとも１つのロックエレメント（７）に対応して形成された歯形異形材および／またはクロー異形材（１０）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の工具交換装置（１）。
5. 前記工具ホルダ（２）は、前記工具ホルダ（２）と前記対応エレメント（８）との間の相対運動が阻止されるように、前記対応エレメント（８）に結合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の工具交換装置（１）。
6. 当該工具交換装置（１）は、工具ヘッド（２３）を有しており、該工具ヘッド（２３）に、前記少なくとも２つの工具ホルダ（２）が配置または形成されており、かつ工具ヘッド（２３）が、当該工具交換装置（１）の前記フレーム（５）および／または前記ベース体（５ａ）に対して相対的に移動可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の工具交換装置（１）。
7. 前記ロックエレメント（７）は、前記フレーム（５）および／または前記ベース体（５ａ）に配置されており、前記対応エレメント（８）は、可動の工具ヘッド（２３）または前記可動の工具ヘッド（２３）に配置されている、または、
   前記ロックエレメント（７）は、可動の工具ヘッド（２３）または前記可動の工具ヘッド（２３）に配置されており、前記対応エレメント（８）は、前記フレーム（５）に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の工具交換装置（１）。
8. 前記ロックエレメント（７）は、前記対応エレメント（８）に関して、軸方向で固定されたクローエレメント（１３）として形成されており、前記対応エレメント（８）は、該対応エレメント（８）の回転軸（Ｒ）に関して回転可能な、かつ前記対応エレメント（８）に対して軸方向に変位可能な対応クローエレメント（１２）として形成されており、それぞれ、前記対応エレメント（８）の前記回転軸（Ｒ）に対して斜めに位置している少なくとも１つのクロー側面（１５）を有しており、前記クロー側面（１５）は、互いに対応するように形成されており、これによって前記調整運動（２２）は、前記クロー側面（１５）を介して、前記対応エレメント（８）の回転位置決め運動（２１）に伝達可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の工具交換装置（１）。
9. 当該工具交換装置（１）は調節装置（１６）を有しており、該調節装置（１６）によって、調節力を、少なくとも間接的に前記工具ホルダ（２）に伝達可能であり、ロックされていない前記対応エレメント（８）は、前記工具ホルダ（２）と一緒に前記調節力を用いて自動的に、前記作業位置（６）から係合位置（１７）に位置決め可能またはさらに移動可能であり、該係合位置（１７）において前記ロックエレメント（７）は、新たに前記対応エレメント（８）との係合状態にすることができる、請求項１から８までのいずれか１項記載の工具交換装置（１）。
10. 前記調節力の大きさが、前記ロックエレメント（７）と前記対応エレメント（８）との相互の相対位置に依存している、請求項９記載の工具交換装置（１）。
11. 前記調節力は、係合位置（１７）にある前記対応エレメント（８）において最小値を取り、それ以外では、前記工具ホルダ（２）の位置決め運動（２１）の方向または逆の方向に作用する、請求項９または１０記載の工具交換装置（１）。
12. 前記調節装置（１６）は、当該工具交換装置（１）の前記フレーム（５）または前記ベース体（５ａ）と前記対応エレメント（８）との間に配置されており、かつ／または磁力式の調節装置（１６）として形成されている、請求項９から１１までのいずれか１項記載の工具交換装置（１）。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項記載の工具交換装置（１）を備えた工作機械（１８）。
14. 当該工作機械（１８）は駆動装置（４）を有しており、
    当該工作機械（１８）は、ロック装置（２４）を有しており、該ロック装置（２４）を用いて、前記工具交換装置（１）の前記ロックエレメント（７）は、少なくとも工具交換中に、当該工作機械（１８）のフレーム（５）に対して相対的に固定可能である、請求項１３記載の工作機械（１８）。
15. 工具交換装置（１）を使用して工具（３）を交換するための方法であって、
    前記工具交換装置（１）には、
    それぞれ１つの工具（３）を収容するための、少なくとも２つの工具ホルダ（２）と、
    少なくとも１つのロックエレメント（７）と、前記少なくとも２つの工具ホルダ（２）に少なくとも間接的に結合された少なくとも１つの対応エレメント（８）と、直線的な調整運動（２２）を生じさせるための駆動部とを有する駆動装置（４）と
    が設けられている、方法において、
    前記駆動装置（４）によって、前記対応エレメント（８）の、回転軸（Ｒ）の周りに行われる回転位置決め運動（２１）によって、前記工具ホルダ（２）が前記工具交換装置（１）のフレーム（５）および／またはベース体（５ａ）に対して相対的に作業位置（６）に移動され、
    さらに、前記ロックエレメント（７）および前記対応エレメント（８）は、前記回転軸（Ｒ）の方向に生じる、前記駆動部により生じる前記直線的な調整運動（２２）によって互いに相対的に調整され、
    前記対応エレメント（８）および前記ロックエレメント（７）は、前記直線的な調整運動（２２）が、前記回転位置決め運動（２１）に変換されるように、共働し、これにより、前記工具（３）を保持する工具ホルダ（２）のうちの１つを、前記ロックエレメント（７）と前記対応エレメント（８）との間の相対的な前記直線的な調整運動（２２）によって、作業位置（６）に位置決めする、ことを特徴とする方法。
16. 前記ロックエレメント（７）を、前記工具ホルダ（２）を位置決めするために、前記対応エレメント（８）をロックするロック位置（９）に移動させ、かつ／または、前記対応エレメント（８）を、前記工具ホルダ（２）の位置決めのために、ロック位置（９）に移動させ、前記調整運動（２２）を、前記対応エレメント（８）の位置決め運動（２１）に変換する、
    請求項１５記載の方法。
17. 前記ロックエレメント（７）または前記対応エレメント（８）が前記ロック位置（９）から解除された後で、前記工具ホルダ（２）を、前記作業位置（６）から中間位置または係合位置（１７）に調整する、請求項１６記載の方法。
18. 前記工具ホルダ（２）を、調節装置（１６）を用いて、前記作業位置（６）から中間位置または係合位置（１７）に調整する、請求項１５から１７までのいずれか１項記載の方法。
19. 前記工具の交換前および／または交換後に、前記駆動装置によって、工具送りを、切削加工中に実施する、請求項１５から１８までのいずれか１項記載の方法。

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