JP7411814B2 - 傾斜角揺動ヘッドの工具交換機構及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は工作機械の工具交換分野に関し、特に傾斜角揺動ヘッドの補間工具交換機構及び方法に関する。
ブリスク等の微細加工プロセスにおいて、ブレードの形状を加工するために、ブリスク用マシニングセンタの工具と加工されるワークとの間にはある程度の回転があり、この回転はワークと工具における複数の次元での相対運動が協働して形成される。
ブリスクをより良好に加工するために、工具を取り付ける揺動ヘッドと工作機械の直線軸との間に一定の夾角が設けられ、工具交換機構及び方法により、揺動ヘッドの工具交換を行う必要がある。
本発明は、工具を迅速且つ容易に交換することができ、且つ構造がシンプルで、安定性が高く、メンテナンスが容易である傾斜角揺動ヘッドの補間工具交換機構及び方法を提供する。
ベッド、スライドテーブル、コラム、ラム、揺動ヘッド及び工具マガジンを含む傾斜角揺動ヘッドの補間工具交換機構であって、前記揺動ヘッドは工作機械のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動させることができ、前記揺動ヘッドの軸線とＢ軸との間の夾角は３０°～６０°であり、前記工具マガジンに工具が取り付けられ、前記揺動ヘッドはそれ自体の軸線方向に沿って移動し且つ工具を交換することができる。
さらに、前記工具マガジンにカッターヘッドが設けられ、前記カッターヘッドの軸線は工作機械のＺ軸と平行であり、前記カッターヘッドに工具が取り付けられ、前記工具のシャンクは前記工具マガジンの外側に向く。
さらに、前記スライドテーブルは前記ベッドの一方の側に設置され、前記工具マガジンは前記ベッドの他方の側に設置され、前記コラムは前記スライドテーブルに設置され、前記ラムは前記コラムの前記工具マガジンに向かう側に設置され、前記揺動ヘッドは前記ラムに設置され、前記スライドテーブルは工作機械のＺ軸に沿って移動させることができ、前記コラムは工作機械のＹ軸に沿って移動させることができ、前記ラムは工作機械のＸ軸に沿って移動させることができる。
上記傾斜角揺動ヘッドの補間工具交換方法であって、以下のステップを含む。
Ｓ１では、前記コラムは工具を取り付けようとする揺動ヘッドを前記工具マガジンから離れた一端までＹ軸に沿って移動させる。
Ｓ２では、前記工具マガジンを回転させ、前記スライドテーブルはＺ軸に沿って移動し、前記揺動ヘッドはＢ軸の周囲を回転し、前記ラムはＸ軸に沿って移動し、前記揺動ヘッドの軸線と工具とを同軸にする。
Ｓ３では、前記ラムはＸ軸に沿って工具の方向へ移動し、同時に前記コラムはＹ軸に沿って工具の方向へ移動し、前記ラムの移動速度と前記コラムの移動速度との比は、前記揺動ヘッドの軸線とＹ軸との間の夾角の正接の値である。
Ｓ４では、前記揺動ヘッドは前記工具マガジンから工具を把持し、前記スライドテーブルはＺ軸に沿って移動し、前記工具を前記工具マガジンから離脱させる。
上記傾斜角揺動ヘッドの補間工具交換方法であって、以下のステップを含む。
Ｓ１では、工具が取り付けられた揺動ヘッドはＢ軸の周囲を回転し、前記揺動ヘッドと工作機械のＸ軸とが同一平面にあるようにする。
Ｓ２では、前記工具マガジンを回転させて、前記工具マガジンの工具ホルダとカッターヘッド軸との間の接続線と前記揺動ヘッドの軸線とを互いに平行にする。
Ｓ３では、前記スライドテーブルは工作機械のＺ軸に沿って移動し、前記揺動ヘッドが、前記工具ホルダの取り付け口が設けられた側にあるようにして、前記ラムは工作機械のＸ軸に沿って移動し、前記コラムは工作機械のＹ軸に沿って移動し、前記揺動ヘッドにある工具を前記工具マガジンにある工具ホルダの取り付け口に位置合わせする。
Ｓ４では、前記スライドテーブルは工作機械のＺ軸方向に沿って前記取り付け口に移動し、前記工具を前記工具ホルダに入れる。
Ｓ５では、前記ラムはＸ軸に沿って前記工具から離れる方向へ移動し、同時に前記コラムはＹ軸に沿って前記工具から離れる方向へ移動し、前記ラムの移動速度と前記コラムの移動速度との比は、前記揺動ヘッドの軸線とＹ軸との間の夾角の正接の値であり、前記工具を前記揺動ヘッドから離脱させる。
本発明は、マニピュレータ等の複雑な装置を使用する必要がなく、工作機械の直線軸の相互協働によって工具を迅速且つ容易に交換することができ、且つ構造がシンプルで、安定性が高く、メンテナンスが容易である、傾斜角揺動ヘッドの補間工具交換機構及び方法を提供する。
本発明の実施例又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下に実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に紹介し、以下に示された図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労力を要することなく、これらの図面に基づいて他の関連する図面を取得できることは自明である。
本発明の実施例の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、以下に本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例における技術的解決手段を明確、且つ完全に説明するが、明らかな点として、説明される実施例は本発明の一部の実施例であり、全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労力を要することなく取得した全ての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
図１に示すように、ベッド１、スライドテーブル２、コラム３、ラム４、揺動ヘッド５及び工具マガジン６を含む傾斜角揺動ヘッドの補間工具交換機構であって、スライドテーブル２はベッド１の一方の側に設置され、工具マガジン６はベッド１の他方の側に設置され、コラム３はスライドテーブル２に設置され、ラム４はコラムの工具マガジン６に向かう側に設置され、揺動ヘッド５はラム４に設置され、スライドテーブル２は工作機械のＺ軸に沿って移動させることができ、コラム３は工作機械のＹ軸に沿って移動させることができ、ラム４は工作機械のＸ軸に沿って移動させることができ、ラム４の軸線はＢ軸であり、Ｂ軸とＹ軸は互いに平行であり、揺動ヘッド５はＢ軸の周囲を回転する。スライドテーブル２、コラム３及びラム４は揺動ヘッド５を工作機械のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動させることができ、揺動ヘッド５の軸線とＢ軸との間の夾角は３０°～６０°であり、揺動ヘッド５はその軸線方向に沿って移動し且つ工具を交換することができる。
スイングヘッド５の軸線とＹ軸との間に夾角が存在し、スイングヘッドはコラム３のＹ軸方向における移動と他の方向における移動との協働によってそれ自体の軸方向に沿った移動を実現し、本実施例において、工具を交換する時、スイングヘッドとＸ軸は同一平面にあり、Ｙ軸とＸ軸方向との協働移動によってそれ自体の軸方向に沿った移動を実現することができ、工具マガジンにおける工具の方向をスイングヘッド５の軸線方向と同一に設定し、且つスイングヘッドを工具と同軸の位置に移動させ、すなわちスイングヘッド５の移動によって工具の補間交換を実現することができる。
さらに、揺動ヘッド５の軸線とＹ軸との間の角度は４５°とすることが最適な選択である。４５°揺動ヘッドは、工具交換動作における占有する移動空間が小さく、運動干渉が小さく、他の部材と相互に影響することを防ぐ。
揺動ヘッド５のその軸線方向に沿った移動は２つの軸の移動の協働により得られるため、揺動ヘッド５の軸線とＹ軸との間の角度を４５°に設定することで、２つの軸の移動の平衡を図り、２つの軸の移動速度を等しくし、移動距離を同じにすることができ、これによりベッドの構造設計がより平衡の取れたものとなり、工具交換動作をより制御しやすくする。
さらに、工具マガジン６にカッターヘッドが設けられ、カッターヘッドの軸線は工作機械のＺ軸と平行であり、カッターヘッドに工具７が取り付けられ、工具７のシャンクは工具マガジン６の外側に向く。
工具マガジン６の外縁に工具ホルダ８が設けられ、工具ホルダ８の側面に取り付け口が設けられ、工具７のシャンクに係止溝が設けられ、工具７は係止溝を介して工具マガジン６の径方向に沿って工具ホルダ８の取り付け口内に取り付けられる。工具ホルダ８に固定された工具７は径方向の力を受けることができ、揺動ヘッドはそれ自体の軸線方向を工具マガジン６の径方向と重ね合わせ、且つそれ自体の軸線方向に沿って工具７の位置まで移動し、シャンクを把持してから、工具ホルダ８の側面へ移動し、工具７を工具マガジン６から離脱させる。
揺動ヘッドに工具がない状態で、傾斜角揺動ヘッドの補間工具交換方法は、以下のステップを含む。
図２に示すように、コラムはＹ軸に沿って工具マガジンから離れた一端まで移動し、スライドテーブルをＺ軸に沿って移動させる過程において、揺動ヘッドが工具マガジンに接触することを防ぐ。
工具マガジンを回転させ、工具の角度を調整し、スライドテーブルはＺ軸に沿って移動し、揺動ヘッドはＢ軸の周囲を回転し、ラムはＸ軸に沿って移動して、揺動ヘッドと工具を同軸にし、Ｂ軸はラムの軸線であり、本実施例において、揺動ヘッドのラムに接続される一端は揺動ヘッドの工具に接続される一端より高く、この時の揺動ヘッドと工具の位置は図３に示すとおりである。
図４に示すように、ラムはＸ軸に沿って工具の方向へ移動し、同時にコラムはＹ軸に沿って工具の方向へ移動し、ラムの移動速度とコラムの移動速度との比は、揺動ヘッドの軸線とＺ軸との間の夾角の正接の値であり、本実施例において、揺動ヘッドとＹ軸との間の夾角は４５°であり、ラムの移動速度はコラムの移動速度に等しい。
揺動ヘッドは工具を把持し、図５に示すように、スライドテーブルはＺ軸に沿って移動し、工具を工具マガジンから離脱させる。
揺動ヘッドに工具がある状態で、傾斜角揺動ヘッドの補間工具交換方法は、以下のステップを含む。
図６に示すように、揺動ヘッドはＢ軸の周囲を回転し、スイングヘッドと工作機械のＸ軸が同一平面にあるようにして、本実施例において、揺動ヘッドのラムに接続される一端は揺動ヘッドの工具に接続される一端より高い。
工具マガジンを回転させて、工具マガジンの工具ホルダとカッターヘッドの中心との間の接続線と揺動ヘッドの軸線とを互いに平行にして、この時に工具ホルダには工具がなく、且つ取り付け対象の工具の位置にある。
スライドテーブルは工作機械のＺ軸に沿って移動し、揺動ヘッドが、取り付け対象の工具ホルダの取り付け口が設けられた側にあるようにして、前記ラムは工作機械のＸ軸に沿って移動し、コラムは工作機械のＹ軸に沿って移動し、揺動ヘッドにある工具を工具マガジンの工具ホルダの取り付け口に位置合わせし、この時の揺動ヘッドと工具マガジンの位置は図７に示すとおりである。
図８に示すように、スライドテーブルは工作機械のＺ軸方向に沿って取り付け口に移動し、工具を工具ホルダに入れる。
図９に示すように、ラムはＸ軸に沿って工具から離れる方向へ移動し、同時にコラムはＹ軸に沿って工具から離れる方向へ移動し、ラムの移動速度とコラムの移動速度との比は、揺動ヘッドの軸線とＹ軸との間の夾角の正接の値であり、工具を揺動ヘッドから離脱させ、本実施例において、揺動ヘッドとＹ軸との間の夾角は４５°であり、ラムの移動速度はコラムの移動速度に等しい。
最後に説明すべきことは、以上の各実施例は本発明の技術的解決手段を説明するためのものに過ぎず、それを制限するものではない。前記各実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者は以下のことを理解すべきである。それは依然として前記各実施例に記載の技術的解決手段を修正し、あるいはそのうち一部又は全部の技術的特徴を等価置換することができる。これらの修正又は置換は、対応する技術的解決手段の本質を本発明の各実施例の技術的解決手段の範囲から逸脱させるものではない。
１ ベッド
２ スライドテーブル
３ コラム
４ ラム
５ 揺動ヘッド
６ 工具マガジン
７ 工具
８ 工具ホルダ
２ スライドテーブル
３ コラム
４ ラム
５ 揺動ヘッド
６ 工具マガジン
７ 工具
８ 工具ホルダ
Claims (4)
- ベッド（１）、スライドテーブル（２）、コラム（３）、ラム（４）、揺動ヘッド（５）及び工具マガジン（６）を含む傾斜角揺動ヘッドの工具交換機構であって、前記揺動ヘッド（５）は工作機械のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動させることができ、前記揺動ヘッド（５）の軸線とラム（４）の軸線との間の夾角は３０°～６０°であり、前記工具マガジン（６）に工具（７）が取り付けられ、前記揺動ヘッド（５）はそれ自体の軸線方向に沿って移動し且つ工具を交換することができ、
前記スライドテーブル（２）は前記ベッド（１）の一方の側に設置され、前記工具マガジン（６）は前記ベッド（１）の他方の側に設置され、前記コラム（３）は前記スライドテーブル（２）に設置され、前記ラム（４）は前記コラム（３）の前記工具マガジン（６）に向かう側に設置され、前記揺動ヘッド（５）は前記ラム（４）に設置され、前記スライドテーブル（２）はＺ軸に沿って移動させることができ、前記コラム（３）は工作機械のＹ軸に沿って移動させることができ、前記ラム（４）は工作機械のＸ軸に沿って移動させることができることを特徴とする、傾斜角揺動ヘッドの工具交換機構。 - 前記工具マガジン（６）にカッターヘッドが設けられ、前記工具マガジン（６）の軸線はスライドテーブル（２）の移動方向と平行であり、前記カッターヘッドに工具（７）が取り付けられ、前記工具（７）のシャンクは前記工具マガジン（６）の半径方向の外側に向くことを特徴とする、請求項１に記載の傾斜角揺動ヘッドの工具交換機構。
- 請求項１または２に記載の傾斜角揺動ヘッドの工具交換機構の交換方法であって、
前記コラムは工具を取り付けようとする揺動ヘッドを前記工具マガジンから離れた一端までＹ軸に沿って移動させるステップ（Ｓ１）と、
前記工具マガジンを回転させ、前記スライドテーブルはＺ軸に沿って移動し、前記揺動ヘッドはラム（４）の軸線の周囲を回転し、前記ラムはＸ軸に沿って移動し、前記揺動ヘッドの軸線と工具とを同軸にするステップ（Ｓ２）と、
前記ラムはＸ軸に沿って工具の方向へ移動し、同時に前記コラムはＹ軸に沿って工具の方向へ移動し、前記ラムの移動速度と前記コラムの移動速度との比は、前記揺動ヘッドの軸線とＹ軸との間の夾角の正接の値であるステップ（Ｓ３）と、
前記揺動ヘッドは前記工具マガジンから工具を把持し、前記スライドテーブルはＺ軸に沿って移動し、前記工具を前記工具マガジンから離脱させるステップ（Ｓ４）と、を含むことを特徴とする交換方法。 - 請求項１または２に記載の傾斜角揺動ヘッドの工具交換機構の交換方法であって、
工具が取り付けられた揺動ヘッドはラム（４）の軸線の周囲を回転し、前記揺動ヘッドと工作機械のＸ軸とが同一平面にあるようにするステップ（Ｓ１）と、
前記工具マガジンを回転させて、前記工具マガジンの工具ホルダとカッターヘッド軸との間の接続線と前記揺動ヘッドの軸線とを互いに平行にするステップ（Ｓ２）と、
前記スライドテーブルはＺ軸に沿って移動し、前記揺動ヘッドが、前記工具ホルダの取り付け口が設けられた側にあるようにして、前記ラムは工作機械のＸ軸に沿って移動し、前記コラムは工作機械のＹ軸に沿って移動し、前記揺動ヘッドにある工具を前記工具マガジンにある工具ホルダの取り付け口に位置合わせするステップ（Ｓ３）と、
前記スライドテーブルはＺ軸方向に沿って前記取り付け口に移動し、前記工具を前記工具ホルダに入れるステップ（Ｓ４）と、
前記ラムはＸ軸に沿って前記工具から離れる方向へ移動し、同時に前記コラムはＹ軸に沿って前記工具から離れる方向へ移動し、前記ラムの移動速度と前記コラムの移動速度との比は、前記揺動ヘッドの軸線とＹ軸との間の夾角の正接の値であり、前記工具を前記揺動ヘッドから離脱させるステップ（Ｓ５）と、を含むことを特徴とする交換方法。
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