JP7256802B2 - 工作機械の工具マガジンモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、工作機械の自動工具交換システムの工具マガジンに係わり、より詳細には、一つ以上のマガジンディスクが備えられる工作機械の工具マガジンモジュールに関する。
工作機械の中でも、特にマシニングセンタ（ＭＣ；Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ）は、自動工具交換装置（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｏｏｌ ｃｈａｎｇｅｒ：ＡＴＣ）が取り付けられ必要に応じて工具を交換し、穴あけ、穿孔、ねじ切りおよび面取りなどの加工を機械一台でできる一種の万能工作機械である。加工が制御装置によって数値制御されており、必要な設計データを入力することにより自動プログラミング装置が加工順序を定めたＮＣテープを作り、それにより機械加工が自動的に行われるようになっている。
上述の自動工具交換装置は、複数の工具が取り付けられた工具マガジンを備え、工具マガジンの工具を交換位置まで移動させた後、工具交換システムを用いて主軸にある工具と交換する方式である。
工具収容システムの工具マガジンは、構造によってドラムマガジン、チェーンマガジン、ディスクマガジンおよびリングマガジンなどに区分される。
チェーンタイプの工具マガジンは、工具の数を増やすことには有利であるが、工具交換に必要な時間（Ｃｈｉｐ－ｔｏ－Ｃｈｉｐ）が長くなる短所と設置空間が大きくなる短所がある。これに比べて、ディスクタイプは、多数の工具を取り付けるには限定的であるが、工具交換時間を最小化できるという長所がある。
自動工具交換装置において工具の交換が行われるためには、工具マガジンと主軸との間で工具を移動させて交換するメカニズムが必要である。上述したメカニズムは、作業時に求められる条件や周辺環境などに応じて工具マガジンの回転運動、主軸の移動による結合（Ｐｉｃｋ ｕｐ方式）あるいはツインアームやロボットなどによって構成できる。
自動工具交換装置の取り付け位置は、工作機械において作業者の接近性と動線および設置面積などに大きい影響を及ぼすので、工作機械の設計において大変重要な要素であり、これは、主軸の上部あるいはカラム（ｃｏｌｕｍｎ）の上部や側面ないしは場合によって、工作機械の本体とは分離した分離型で構成されたりもする。自動工具交換装置の付着位置と同様に工具マガジンの形状も本体の構造、工具マガジンの収納能力（取り付け工具数量）、設置空間などの影響を受け、基本的には円筒、円錐、楕円および長方形など様々な形態が可能である。
すなわち、それぞれの工作機械ごとに適用される自動工具交換装置の構造や取付箇所が多様であるため、自動工具交換装置のコンセプトも同様にさまざまである。これは、それぞれの工作機械において標準化された自動工具交換システムが直ちに適用されるのではなく、装備に合わせて特化したシステムが備えられることを意味する。このような過程で工具マガジンそれぞれの構造設計および製作に多くのコストと努力が求められるのが現状である。
このような背景技術の説明は、本発明の理解のためである。これに関する従来技術としてはＫＲ１０－１５８６５０１（Ｂ）がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、工具マガジンのうちディスクタイプの工具マガジンの構造をモジュール化することにより、ユーザの多様な要求への対応が容易であり、工具マガジンの開発および製作に必要なコストを節減することができ、一つの工具マガジンを様々なタイプの工具交換システムに適用できる標準化されたシステムを適用することにより、コンパクトな構造と短い工具交換時間を最大に活用してディスクマガジンの効率を最大化できる工作機械の工具マガジンモジュールを提供することにある。
本発明による工作機械の工具マガジンモジュールは、回転力を提供する駆動部に連結されて回転する回転軸と、原板形状であり、中央部が回転軸に連結されて回転し、工具が縁に沿って取り付けられ、複数が回転軸上に積層されて取り付けられた複数のマガジンベースと、マガジンベースの一側方から上下方向および前後方向に移動することにより、任意のマガジンベースと工具交換ユニットとの間で工具が相互交換されるようにする移送系と、を含むことを特徴とする。
工具は、マガジンベースに対して垂直に取り付けられることにより、隣り合う工具同士が密着設置されることを特徴とする。
マガジンベースは、中空が形成されたリング形状であり、中空には回転軸が挿入されて回転可能に連結され、回転軸には回転軸からマガジンベースまで放射状に連結される支持部が形成されてマガジンベースの回転が支持されることを特徴とする。
マガジンベースは、複数のマガジンベースに貫通挿入されてマガジンベースを回転する回転軸が備えられ、駆動部には駆動部の駆動時に回転する駆動軸が備えられ、駆動軸と回転軸は、連結されることにより駆動部の駆動時複数のマガジンベースが同時に回転されることを特徴とする。
マガジンベースには、積層されたマガジンベースの外側または周辺で上下方向に延びて複数が積層されたマガジンベースを囲んで支持するフレームが形成されることを特徴とする。
フレームには、積層されたマガジンベースの間に位置して回転軸と交差する方向に回転軸に向かって延びる横フレームが備えられ、延びた横フレームに回転軸が貫通挿入されることにより、駆動部の駆動時に回転軸が横フレームに支持されてセンタが維持された状態で回転することを特徴とする。
回転軸と横フレームとの間にはベアリング部が備えられ、横フレームに挿入された回転軸の回転が可能になることを特徴とする。
フレームの下方には支持板が備えられ、支持板には駆動部が回転時にセンタを維持するように設置され、駆動部は、複数のマガジンベースに貫通設置された回転軸と垂直に連結され、所定個数以上のマガジンベースが積層される場合には横フレームに別の回転軸がセンタを維持するように垂直に貫通設置されて連結されることにより、駆動部の駆動時に複数のマガジンベースが垂直に積層された状態でセンタを維持し回転することを特徴とする。
フレームの外側には工具交換ユニットが位置し、工具交換ユニットの外側には工作機械が位置し、工具交換ユニットおよび工作機械は、いずれもフレームに取り付けられてマガジンベースと連結されることを特徴とする。
マガジンベースの１／２以上が工作機械の内部に挿入されて結合されることを特徴とする。
マガジンベースの下方には受け板が備えられ、工具交換時に落下する残余切削油を受けることを特徴とする。
本発明による工作機械の工具マガジンモジュールによれば、自動工具交換装置がツインアーム方式またはピックアップ方式のうちいずれの形態を実現しても別途設計変更することなく適用できる長所がある。特に、ツインアーム方式の場合、単にマガジンベースの個数を増減する方式だけでも従来のディスクマガジンの短所である限定的な工具収容能力を改善できる効果がある。したがって、マガジンベースの開発および製作コストを節減しながらも製品の多様性を維持することができ、工作機械の大きさおよび形態に応じて積層数を変更するだけでいかなる工作機械にも容易に適用できる長所がある。
本発明による工作機械の工具マガジンモジュールを示す図である。（第１実施例） 図１の側面図である。 本発明による工作機械の工具マガジンモジュールを示す図である。（第２実施例） 図３の側面図である。
図１は、本発明の第１実施例による工作機械の工具マガジンモジュールを示す図であり、図２は、図１の側面図であり、図３は本発明の第２実施例による工作機械の工具マガジンモジュールを示す図であり、図４は図３の側面図である。
本発明の第１実施例は、ツインアーム方式（Ｔｗｉｎ－ａｒｍ Ｔｙｐｅ）の自動工具交換装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ）を例に挙げて説明したものであり、第２実施例は、ピックアップ方式（Ｐｉｃｋ Ｕｐ Ｔｙｐｅ）の工具交換装置を例に挙げて説明したものである。本発明では別途設計変更をしなくともツインアーム方式とピックアップ方式がいずれも適用可能であることが示されている。本発明ではツインアーム方式を用いるが、工具マガジンを複数積層して用いる部分が主な概念であり、その部分に焦点を合わせて図示して説明する。
図１及び図２に示すように、本発明の好ましい一実施形態による工作機械の工具マガジンモジュールは、回転力を提供する駆動部１００に連結されて回転する回転軸３１０と、原板形状であり中央部が回転軸３１０に連結されて回転し、工具７００が縁に沿って取り付けられ、複数が回転軸３１０上に積層されて取り付けられた複数のマガジンベース３００と、マガジンベース３００の一側方から上下方向および前後方向に移動することにより、任意のマガジンベース３００と工具交換ユニット８００との間で工具７００が相互交換されるようにする移送系６００と、を含む。
本発明のマガジンベース３００は、原板形状であり、中央部が回転軸３１０に連結されて回転する。回転軸３１０は回転力を提供する駆動部１００に連結されて回転するものであり、詳細な内容は後述する。上記した駆動部１００は通常のモータであり得る。特に、マガジンベース３００は中空が形成されたリング形状に形成され、中空には回転軸３１０が挿入されて回転可能に連結される。回転軸３１０には回転軸３１０からマガジンベース３００まで放射状に連結される支持部３５０が形成されてマガジンベース３００の回転時に回転が支持されてより安定的に回転できるようになる。
マガジンベース３００には工具７００が取り付けられるが、工具７００は、マガジンベース３００の縁に沿って取り付けされ、特に垂直に取り付けられることにより、隣り合う工具７００どうしが密着設置される。したがって、従来の原板形状のマガジンベースに工具が放射状に設置される場合とは異なり、垂直に設置されることにより、より多数の工具を取り付けられる長所がある。また、このような工具７００が取り付けられたマガジンベース３００が同じ形態で構成され、複数が積層されることにより、より多数の工具７００の取り付けが可能になる。また、マガジンベース３００の層数に対する制約がなく位置を区別せずガジンベース３００を容易に追加または減少して積層できる長所がある。
特に、マガジンベース３００は駆動部１００の駆動時に回転するが、マガジンベース３００は複数のマガジンベース３００に貫通挿入されてマガジンベース３００を回転する回転軸３１０が備えられ、駆動部１００には駆動部１００の駆動時に回転する駆動軸１１０が備えられ、駆動軸１１０と回転軸３１０は連結されることにより、駆動部１００の駆動時に複数のマガジンベース３００が同時に回転することができる。また、マガジンベース３００の下方には受け板５７０が備えられ、工具７００の交換時に落下する残余切削油を受けることによって上位層のマガジンベース３００から落下するオイルが下位層のマガジンベース３００に影響を及ぼさないため異物によって汚染されない最適状態の工具７００を維持することができる。
マガジンベース３００には、マガジンベース３００の外側または周辺で上下方向に延びることにより、複数が積層されたマガジンベース３００を囲んで支持するフレーム５００が形成される。すなわち、フレーム５００に複数のマガジンベース３００が積層されて設置される。フレーム５００は、複数のバー形状のリンクが連結されて形成される。このようなフレーム５００の外側には、独立して構成された工具交換ユニット８００が位置し、工具交換ユニット８００の外側には、工作機械９００が位置し、工具交換ユニット８００および工作機械９００はいずれもフレーム５００に取り付けられたマガジンベース３００と連結され、マガジンベース３００に備えられた工具７００を工具交換ユニット８００によって工作機械９００に供給できる。
この時、マガジンベース３００の１／２以上が工作機械９００の内部に挿入されて結合されることにより、工具交換ユニット８００の工具７００交換が容易になる長所がある。また、生産過程において工具マガジンモジュールと工作機械９００および工具交換ユニット８００が相互独立して組み立てられる長所がある。
フレーム５００の下方には支持板５５０が備えられ、支持板５５０には、駆動部１００が回転時にセンタを維持するように設置される。駆動部１００の駆動軸１１０は、複数のマガジンベース３００に貫通設置された回転軸３１０と垂直に連結される。したがって、駆動部１００の回転時に駆動軸１１０が回転し、駆動軸１１０により一体に形成された回転軸３１０が回転することにより、マガジンベース３００が回転する。
移送系６００は、フレーム５００の一側に備えられ、マガジンベース３００の一側方から上下方向および前後方向に移動することにより、任意のマガジンベース３００と工具交換ユニット８００との間で工具７００が相互交換されるようにする。
本発明の第１実施例に示す図１及び図２では、マガジンベース３００が３層で積層される場合を例として図示した。このような場合、駆動部１００の駆動軸１１０と駆動軸１１０と垂直に連結されて形成される回転軸３１０のセンタおよび垂直状態を維持しながら回転することに無理があり得る。したがって、本発明では、フレーム５００の下方から２個のマガジンベース３００と残りの一つのマガジンベース３００との間に横フレーム５１０を備えて回転軸３１０を支持する。横フレーム５１０は上下方向に形成されたフレーム５００で回転軸３１０と交差する方向に回転軸３１０に向かって延びる。延びた横フレーム５１０に別の回転軸３３０が貫通挿入される。この時、回転軸３３０と横フレーム５１０との間にはベアリング部５３０が備えられ、横フレーム５１０に挿入された回転軸３３０の回転が可能になる。
したがって、駆動部１００の駆動時に駆動軸１１０が回転し、駆動軸１１０の回転により回転軸３１０が回転するが、所定個数以上のマガジンベース３００が積層される場合には横フレーム５１０に別の回転軸３３０がセンタを維持するように垂直に貫通設置されて連結されることにより、駆動部１００の駆動時に複数のマガジンベース３００が垂直に積層された状態でセンタを維持しながら回転するものである。したがって、マガジンベース３００が、引き続きフレーム５００が積層されても間々に横フレーム５１０が備えられ、駆動部１００の駆動軸１１０から形成された回転中心を引き続き維持しながらも回転軸（３１０，３３０）を支持することにより、マガジンベース３００がより安定的に回転することができる。
図３及び図４に示す本発明の第２実施例は、ピックアップタイプの工具交換方式を有するマガジンベース３００が備えられた場合を示すものである。第１実施例と同様に、マガジンベース３００に工具７００が取り付けられ、マガジンベース３００の外側にフレーム５００が形成される。ただし、第２実施例では、工具７００が取り付けられたマガジンベース３００が単層で構成されて工作機械９００に１／２程度が挿入される構成を有する。また、マガジンベース３００がフレーム５００と結合され、工作機械９００のマシンベッド４００と直接結着されることにより、ピックアップ方式の自動工具交換システムを構成する。このようなピックアップ方式の場合にはフレーム５００の一側に切削油や異物などを受ける受け板５７０が備えられる。
したがって、上述した本発明の工作機械の工具マガジンモジュールによれば、自動工具交換装置がツインアーム方式またはピックアップ方式のうちいずれの形態を実現しても別途設計変更することなく適用できる長所がある。特に、ツインアーム方式の場合、単にマガジンベースの個数を増減する方式だけでも従来のディスクマガジンの短所である限定的な工具収容能力を改善できる効果がある。したがって、マガジンベースの開発および製作コストを節減しながらも製品の多様性を維持することができ、工作機械の大きさおよび形態に応じて積層数を変更するだけでいかなる工作機械にも容易に適用できる長所がある。
本発明を実施例で説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、多様に改良および変更が可能である。
１００ 駆動部
１１０ 駆動軸
３００ マガジンベース
３１０、３３０ 回転軸
３５０ 支持部
４００ マシンベッド
５００ フレーム
５１０ 横フレーム
５３０ ベアリング部
５５０ 支持板
５７０ 受け板
６００ 移送系
７００ 工具
８００ 工具交換ユニット
９００ 工作機械

Claims (6)

  1. 回転力を提供する駆動部に連結されて回転する回転軸と、
    原板形状であり、中央部が回転軸に連結されて回転し、工具が縁に沿って取り付けられ、複数が回転軸上に積層されて取り付けられた複数のマガジンベースと、
    マガジンベースの一側方から上下方向および前後方向に移動することにより、任意のマガジンベースと工具交換ユニットとの間で工具が相互交換されるようにする移送系と、
    積層されたマガジンベースの外側または周辺で上下方向に延びて複数が積層されたマガジンベースを囲んで支持するフレームと、を含み、
    移送系は、マガジンベースとフレームの間のフレームの内側に設けられ、
    フレームの外側には工具交換ユニットが位置し、工具交換ユニットの外側には工作機械が位置し、工具交換ユニットおよび工作機械は、いずれもフレームに取り付けられてマガジンベースと連結され、
    フレームには、積層されたマガジンベースの間に位置して回転軸と交差する方向に回転軸に向かって延びる横フレームが備えられ、延びた横フレームに回転軸が貫通挿入されることにより、駆動部の駆動時に回転軸が横フレームに支持されてセンタが維持された状態で回転し、
    フレームの下方には支持板が備えられ、支持板には駆動部が回転時にセンタを維持するように設置され、駆動部は複数のマガジンベースに垂直に貫通設置された回転軸と連結され、
    所定個数以上のマガジンベースが積層される場合、別の回転軸が前記横フレームに貫通挿入され、ベアリング部により回転可能に支持され、
    回転軸と別の回転軸が軸連結されることにより、駆動部の駆動時に複数のマガジンベースが垂直に積層された状態でセンタを維持しながら回転し、
    所定個数以上のマガジンベースが積層されない場合、回転軸と別の回転軸が軸連結されないことを特徴とする工作機械の工具マガジンモジュール。
  2. 工具は、マガジンベースに対して垂直に取り付けられることにより、隣り合う工具同士が密着設置されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具マガジンモジュール。
  3. マガジンベースは、中空が形成されたリング形状であり、中空には回転軸が挿入されて回転可能に連結され、回転軸には回転軸からマガジンベースまで放射状に連結される支持部が形成されてマガジンベースの回転が支持されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具マガジンモジュール。
  4. マガジンベースは、複数のマガジンベースに貫通挿入されてマガジンベースを回転する回転軸が備えられ、駆動部には駆動部の駆動時に回転する駆動軸が備えられ、駆動軸と回転軸は連結されることにより、駆動部の駆動時に複数のマガジンベースが同時に回転することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具マガジンモジュール。
  5. マガジンベースの１／２以上が工作機械の内部に挿入されて結合されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具マガジンモジュール。
  6. マガジンベースの下方には受け板が備えられ、工具交換時に落下する残余切削油を受けることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具マガジンモジュール。
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