JPH0757456B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複数の工具ホルダーを有するマガジンを備え
た工作機械に関する。

従来の技術 特公昭59−35741号公報に記載の工作機械においては、
架台上にコラムが固定されているとともに回転テーブル
が配設されている。回転テーブルには２つの加工物をク
ランプし得るようになっている。コラムには垂直方向に
移動可能な支持体が支承されており、そこにスピンドル
ストックが取りつけられており、管状のスピンドルがモ
ータにより駆動される。スピンドルの内部にはクランプ
ロッドが配設されており、その操作によって工具ホルダ
をクランプする。マガジンの複数の工具ホルダがスピン
ドル軸線のまわりに分配されており、各工具ホルダは固
有の駆動装置を備えており、駆動装置は工具ホルダをス
ピンドル軸線と同心の位置及びスピンドル軸線の外方の
位置に動かし、工具ホルダは所属の工具の加工工程中、
スピンドル軸線と同心位置にあって工具と係合しつづけ
ている。しかも、工具ホルダが共通の支持体にリンク機
構によって保持される。スピンドルストックの加工運動
の間スピンドルストックの管部分に対して相対的な固定
位置に支持体の管部分を保持するための装置が設けられ
ており、工具交換の際支持体の管部分とスピンドルスト
ックの管部分との間のスピンドル軸線に対して平行な相
対的移動を行わせるための装置が設けられている。スピ
ンドルが工具交換位置からスピンドル軸線の方向におい
て工作物上に送り出された位置にある限り、支持体が弾
性クランプ装置によってスピンドルヘッドのストッパに
当接する状態に保持される。支持体が工具交換位置に達
した際に支持体の一部分が高い位置にあるストッパに当
接し、支持体がスピントルの戻り行程の間工具の解釈の
ために停止する。

このような特公昭59−35741号公報に記載の工作機械
は、Ｃ形断面を有する保持部に工具のフランジを収容す
る構成になっている。また、両者の間に玉軸受を配置す
ることもできる。しかし、工具のフランジが平板であ
り、保持部の断面は矩形状である。また、フランジと保
持部の間に摩擦力を作用させる技術思想は、開示されて
いない。

他方、別の工作機械においては、その都度選ばれた工具
ホルダーを、グリッパを有するアームによりマガジンか
ら取出して、回転中の受容部の作業位置内に導入するこ
とを可能にしており、この場合、工具ホルダーがグリッ
パ内に回転可能に保持され、しかもその作業位置におい
ても該グリッパ内に残留されており、更にこの場合、工
具ホルダーを回転中の受容部内に導入する際に、グリッ
パの保持部と工具ホルダーとの間の摩擦接続状態が強化
されるように構成されている。このような形式のグリッ
パは、特開昭60−114438号公報及びドイツ連邦共和国特
許第3339619号明細書により公知となっている。

上述した形式のグリッパは、例えばドイツ連邦共和国特
許出願公開第2945770号明細書に記載されているよう
に、フライス加工センター及び中ぐり加工センターのよ
うな数値制御式の加工センターに用いるのに適してい
る。

公知の加工センターの場合には、工具の緊締された工具
ホルダーが、主軸台（ヘッドストック）を中心にして相
対回動不能にタレット状に配置されたマガジンから、ア
ームを用いて取出される。

工具ホルダーの緊締取付け後にアームを離反させ、かつ
次の工具交換に際して再びアームを接近させるのに用す
る工具交換時間を短縮するため、公知の加工センターに
おいては工具ホルダーを回動可能にアーム内に支承する
措置がとられているので、このアームは工具の作業中に
も工具ホルダーの周辺に残留する。このような公知の配
置形式では、工具ホルダーが転がり軸受によりアーム内
で容易に回動しうるように保持されている。

この公知例の場合、工具ホルダーを主軸台に相対回動可
能に結合するため、工具ホルダーに向けようとする主軸
台の端面には、主軸の軸線に対して斜めに配置され主軸
に弾性的に支承された連行ピンが設けられている。更
に、回動可能に支承された工具ホルダーにおける反対側
の端面には、連行ピンを形状接続式に受容するのに適し
た単数または複数の溝が切られている。

新たに１つの工具ホルダーを緊締するためには、工具ホ
ルダーのアームが下方から主軸台に対し同軸的に調整さ
れる。この場合、主軸台は工具ホルダーに向って移動す
るが、その際には主軸台と工具ホルダーとがいずれも機
能停止状態にある。ところで、連行ピンは必ずしも常に
単数または複数の溝内に正確に嵌合するのではなく、そ
の他の場合には工具ホルダーの平滑な端面上に載着され
る。従って公知の加工センターにおいては、主軸台と工
具ホルダーとが更に引続き移動せしめられるので、載着
された連行ピンはばねの力によって主軸には回動運動が
与えられ、連行ピンはばねの負荷軽減により工具ホルダ
ーに設けられた単数または複数の溝の１つに補捉され
る。斯くして、この工具ホルダーは完全に主軸内に引込
まれ、そこで液圧方式によってロックされる。

然しながら、このような方式が採用されるためには、一
般に専門用語で溝ブロックと称される連行ピンを、主軸
の回動運動に際し工具ホルダーの平らな端面に沿って実
質的に滑動させ、所属の溝内に「位置せしめる」ことが
前提とされる。即ち、換言するならば、溝ブロックと工
具ホルダーにおけるその対応面との間に生ずる摩擦力
を、転がり軸受内で生ずる摩擦力より大きくすることが
必要とされる。

しかし、溝ブロックと工具ホルダーにおけるその対応面
との間の摩擦力を過度に大きくすると、溝ブロックが摩
擦力で対応面上に載着し、工具ホルダーの回動可能な内
位部分がこの位置で共に回動せしめられ、ひいては溝ブ
ロックの溝内への滑入が抑制されるか或いは完全に阻止
される恐れが生ずる。

この問題を解決するための既に公知となっている或る１
つの措置によれば、工具ホルダーが所定の角度位置で主
軸台の回転中の部に接近せしめられるようになってお
り、この回転中の受容部もやはり規定の角度位置を与え
られている。この場合、両者の角度位置に溝ブロックと
溝とが合致するように互いに整合されていなければなら
ず、従って所謂クラッチ回転数を有する前述の探り運動
は不要ならしめられる。しかし、この方式においても、
アーム内における工具ホルダーを常に正確な角度位置に
保持しておかねばならず、更に主軸の制御を、主軸が所
定の角度位置に保持されるように補完しなければならな
いという欠点を免れ得ない。

工作機械に課されるこのような付加的要件を回避するた
め、前述したドイツ連邦共和国特許第3339619号明細書
によれば、工具ホルダーを回転中の受容部内に導入する
際に保持部を工具ホルダーとの間の摩擦接続状態を強化
するようなブレーキ手段を設けることが提案されてい
る。この場合のブレーキ手段としては、工具ホルダーの
軸線に対して同軸的なブレーキディスクが設けられてお
り、このブレーキディスクは一方の周範囲で工具ホルダ
ー又は保持部に相対回動不能に結合されており、他方の
周範囲では工具ホルダーに摩擦接触をする。この場合、
ブレーキディスクは、ピボット軸受の下に配置されてお
り、保持部は、工具ホルダーを下から作業位置に持ち上
げ、その際にブレーキディスクを介して工具ホルダーに
係合する。

従って、この公知の工具ホルダーにおいては前述の形式
のブレーキディスクを備えていなければならず、そのよ
うなピポット軸受、例えば玉軸受または転がり軸受を利
用出来ることが前提とされる。つまり換言すれば、この
ブレーキディスクは制御手段を作用させる間にケージを
玉軸受または転がり軸受の内レースに結合させる。

然しながら、一般の工作機械使用者は、規格化された普
通の工具ホルダー、例えばドイツ工場規格DIN228又は国
際標準化機構ISO等の規定によるモールステーパを備え
た工具ホルダーを利用しうることを望んでいる。

発明が解決しようとする問題点 そこで本発明の課題とするところは、冒頭に述べた形式
のグリッパに改良を加えて、規格化された工具ホルダー
を用いた場合にも、工具ホルダーを回転する受容部内に
導入する間に工具ホルダーと保持部との間の摩擦接続状
態が強化されるようにすることにある。

問題点を解決するための手段 上記の課題を解決すべく、本発明は、複数の工具ホルダ
ー（30）を有するマガジンを設け、選ばれた工具ホルダ
ー（30）を、グリッパ（10）を設けたアーム（11）によ
りマガジンから取出し、回転中の受容部（43）の作業位
置に導入することを可能にしており、工具ホルダー（3
0）がグリッパ（10）内に回転可能に保持され、しかも
工具ホルダー（30）は作業位置においてもグリッパ（1
0）内に残留されるようになっており、工具ホルダー（3
0）が、テーパ面（32）を備えた環状肩（35）を有する
規格化された工具ホルダー（30）として構成されてお
り、保持部（12）が工具ホルダー（30）のための開口部
（20）を備えていて、その開口部（20）がテーパ面（3
9）を有しており、これら２つのテーパ面（32,39）が同
一の勾配を示しており、工具ホルダー（30）が回転中の
受容部（43）内に導入される際に、工具ホルダー（30）
に回転力を与えながら工具ホルダー（30）を保持部（1
2）に押しつけることにより工具ホルダー（30）と保持
部（12）との間の摩擦力を増加させるブレーキ手段を受
容部（43）に設け、ブレーキ手段が、摩擦力を利用して
受容部（43）側の溝ブロックと工具ホルダー（30）側の
連行溝（46）とを係合させることにより工具ホルダー
（30）を所定の角度位置で受容部（43）に設定し、他
方、作業位置で、工具ホルダー（30）のテーパ面（32）
が保持部（12）のテーパ面（39）からエアギャップ（4
5）の分だけ持上げるように、駆動手段を受容部（43）
に関連して設ける構成になっている工作機械を要旨とし
ている。

発明の効果 本発明の課題がこのような構成によって完全に解決され
る理由は、公知のグリッパに関して既に述べたのと同じ
作用が規格化された工具ホルダーにおいても生じ、グリ
ッパの保持部が工具ホルダーの規格化された幾何学形状
に適合せしめせれていることに基いて、工具ホルダーを
修正する必要がないことにある。

このような規格化された工具ホルダーにおいて共通する
点は、少なくともその下面に下向きに収斂する上位のテ
ーパ面を備えた環状肩を有していることである。

本発明においては、ブレーキ手段が、摩擦力を利用して
受容部側の溝ブロックを工具ホルダー側の連行溝に適合
させることにより工具ホルダーを所定の角度位置で受容
部に設定する構成になっている。

本発明において使用するブレーキ手段は引張装置などと
組み合わせることができる。そうすれば、工具ホルダー
が回転中の受容部内に導入される際に、工具ホルダーの
テーパ面が保持部のテーパ面に摩擦接触をし、かつグリ
ッパの保持部と工具ホルダーとの間で摩擦を増加させる
際に、回転に抗して工具ホルダに摩擦力を付与して、迅
速に所定の角度位置で工具ホルダーを受容部に設定する
事ができる。

一方、作業位置で、工具ホルダーのテーパ面を保持部の
テーパ面からエアギャップの分だけ持上げるように受容
部を構成したので、工具ホルダのテーパ面と保持部のテ
ーパ面とは、工具ホルダの受容開口部に設定する際に、
軸方向に互いに離れ、ワークの加工中、工具ホルダは自
由に回転できる。

前述の公知のグリッパの設けられているピボット軸受
は、本発明の場合、工具ホルダーがその作業位置でグリ
ッパの保持部からエアギャップ分だけ持上げられ、従っ
て作業位置における工具ホルダーと保持部に対して相対
的に任意の回転数で摩擦なしに回転させうることにより
代替される。このエアギャップの存在により摩擦値はゼ
ロになるので、本発明の工作機械によるグリッパを用い
るならば、極めて高い回転数、例えば毎分当り数万回の
回転数で回転するような工具ホルダーを特に効果的に取
扱うことが出来る。

特に研削加工、研摩加工および高速フライス加工におけ
るような使用例では、公知の玉軸受または転がり軸受を
用いることに問題がある。何故ならば、このように極め
て高い回転数の場合、ピボット軸受の残留摩擦抵抗は仮
にそれが小さな値であったとしても顕著に作用するから
である。

本発明は、前述したような状態に基いて、加工センター
の全く新しい使用領域を開いている。この場合、工具の
交換時間が短いことによりグリッパは工具の作業中に工
具ホルダーの周辺に残存しているので、公知のグリッパ
を単に規格化された通常の工具ホルダーに適合せしめる
という措置をはるかに凌駕している。

実施例 本発明の有利な実施例においては、受容部にストッパが
配置されており、このストッパは、保持部が工具ホルダ
ーの導入に際して作業位置に達する直前にストッパに当
接するように、需要部な軸方向で位置ぎめされており、
受容部が工具ホルダーのための引張装置を有している。

このような措置がとられることにより、大抵の工作奇怪
で用いられる通常の緊締手段を手を加えずにそのまま使
用出来るという利点が生じ、この場合、例えば皿ばね組
のような蓄力装置を利用して、作業位置の直前まで回転
中の受容部内に導入されていた工具ホルダーを大きな力
で最終的な作業位置に引込み、そこでコレット又は拡開
ロッド等を用いて錠止することが出来る。

本発明による別の実施例では、工具ホルダーの導入時
に、保持部が工具ホルダーをその作業位置にまで持上げ
るように構成されており、回転する受容部内における工
具ホルダーの錠止後に保持部を降下させる手段が設けら
れている。

この措置の利点は、回転する受容部内における工具ホル
ダーの錠止が工具ホルダーの軸方向引込み運動と結びつ
いていないか、或いは充分には結びついていないような
工作機械の場合にも本発明を応用出来ることにある。

更に本発明の別の実施例では、少なくとも１つのテーパ
面に摩擦ライニングが施されている。

図示例 次に、添付図面に示した実施例につき本発明を詳細に説
明する。

第１図に符号10で全体的に示されている工作機械のグリ
ッパは、工具ホルダーを用いることにより、工作機械の
主軸台から隔てられたマガジン位置から、主軸と整合さ
れる作業位置に移動させることが出来る。このグリッパ
10は１本のアーム11を有しており、アーム11の下端部は
ほぼ水平な保持部12に移行している。アーム11と保持部
12とは、第１図および第２図に示された範囲において１
つの鉛直平面で分割されており、従ってアーム11の区分
11a乃至11bと保持部12の区分12a乃至12bは、工具ホルダ
ーを挿入するために、第２図の平面で相互離反方向に旋
回可能である。

保持部区分12aには、錠止部材13が鉛直軸14を中心にば
ね15の力に抗して旋回しうるように配置されている。第
２図に示されているように保持部12が閉じられた状態で
は、錠止部材13が保持部区分12bに設けられた対応突起
の背後に係合している。閉じられた状態にある保持部12
のセンタリングを行なうためには、保持部区分12aに形
成された対応差込み孔内に嵌合するピン16が保持部区分
12bに設けられている。

保持部12には受容開口部20が設けられており、その詳細
は第３図および第４図に関連して後述する。更にこの保
持部12はセンタリング孔21を有しており、工具ホルダー
における所定の角度位置を保証するため、このセンタリ
ング孔21内には工具ホルダーに配属された対応センタリ
ングピンを係合させることが出来る。

第１図に符号25で略示された作用結合は、保持部12を高
さ方向で、つまり主軸台の軸線方向で移動させることの
出来る調節装置26に接続されている。

次に第３図および第４図について本発明によるグリッパ
10の作用形式を述べる。

第３図には、例えばドイツ工業規格DIN228又は国際標準
化機構ISOの規格により構成された通常の工具ホルダー3
0が示されている。この種の規格化された工具ホルダー3
0に共通する点は、テーパ状の上位区分と下位の工具と
の間に周方向に延びる環状肩35が設けられていることで
ある。この環状肩35の下方には、上位のテーパ面32と中
央の円筒面33と下位のテーパ面34とにより制限される旋
削部が設けられており、この旋削部の断面は台形状を呈
している。上位のテーパ面32は、下方に向って収斂して
いる。

グリッパ10の保持部12に形成された受容開口部20には、
環状肩35に対応する台形状の内側環状肩38が設けられて
おり、この内側環状肩38は、上位のテーパ面39と円筒面
40と下位のテーパ面41とによって制限されている。受容
開口部20に設けられたこの内側環状肩38の曲率半径と高
さ寸法とは、工具ホルダー30が受容開口部20内に挿入さ
れた際に、この工具ホルダー30が半径方向および鉛直方
向の遊びをもって受容開口部20内で運動しうるように設
計されている。この場合、少なくとも工具ホルダー30の
上位のテーパ面32と受容開口部20の上位のテーパ面39と
の各傾斜角度は互いに等しくされている。

第３図には、工具ホルダー30がマガジン位置にあって、
工作機械の回転する受容部43内に導入される間に受容開
口部20内に坐着している状態が示されている。この位置
においては、工具ホルダー30の上位のテーパ面32が工具
ホルダー30の重量に等しい力で受容開口部20の上位のテ
ーパ面39上に載着されている。従って、工具ホルダー30
と保持部12との間には両方の上位のテーパ面32,39の表
面特性に応じた摩擦接続状態が生ぜしめられる。この摩
擦接続の強さは、溝ブロックと工具ホルダー30に形成さ
れた環状肩35の上位端面44との間に生ずる摩擦力より大
きいので、溝ブロックは環状肩35に設けられた所定の連
行溝46内に遅滞なく収容される。

回転する受容部43内に収容された工具ホルダー30がその
作業位置にもたらされると、環状肩35の上位のテーパ面
32が受容開口部20の上位のテーパ面39から持上げられ、
その箇所には第４図に示されたようなエアギャップ45が
生ぜしめられる。従ってその作業保持部12に対して機械
的に結合されておらず、極めて高い回転数が与えられた
場合ですら、主軸台の回転する受容部43内で摩擦なしに
回転することが出来る。

工具ホルダー30を保持部12から持上げておくためには、
第４図に示されたように位置固定された鉛直方向ストッ
パ49を設けることが可能であり、この鉛直方向ストッパ
49の位置状態は、保持部12が作業位置に達する直前に鉛
直方向ストッパ49が当接し、工具ホルダー30が回転中の
受容部43の適宜な緊締手段により作業位置内に少し上向
きに持上げられて、エアギャップ45が生ぜしめられるよ
うに設計されている。

工具ホルダー30を保持部12から持上げるための上記の措
置に対して二者択一的に、或いはこれを補助すべく付加
的に、既に第１図に関連して述べた如く、保持部12の調
節装置26により工具ホルダー30の作業位置にまで持上
げ、次いで工具ホルダー30を回転中の受容部43内で錠止
してから保持部12を若干降下させる措置をとることも可
能である。この場合もエアギャップ45が生ぜしめられ
る。

更に本発明の目的達成を支援するため、環状肩35の上位
のテーパ面32と受容開口部20の上位のテーパ面39のいず
れか一方に摩擦ライニング50を施して、工具ホルダー30
と保持部12との間の摩擦力が第３図に示された位置で最
大の値をとるようにすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるグリッパの１つの実施例を示す側
面図であって、第２図のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当
する図である。 第２図は第１図による実施例の平面図であって、第１図
のII−II線に沿った断面図に相当し、更にその一部を破
断して示した図である。 第３図は本発明における工具ホルダーの緊締プロセスを
明確にすべく第１図によるグリッパの一部を拡大して示
した図である。 第４図は第１図によるグリッパの一部を拡大して示した
ものであるが、第３図とはその緊締プロセス段階の異な
る図である。 10……グリッパ 11……アーム 11a,11b……アーム区分 12……保持部 12a,12b……保持部区分 13……錠止部材 14……鉛直軸 15……ばね 16……ピン 20……受容開口部 21……センタリング孔 25……作用結合部 26……調節装置 30,30′……工具ホルダー 32……環状肩の上位のテーパ面 33……円筒面 34……下位のテーパ面 35……環状肩 38……内側環状肩 39……受容開口部の上位のテーパ面 40……円筒面 41……下位のテーパ面 43……受容部 44……環状肩の上位端面 45……エアギャップ 46……連行溝 49……鉛直方向ストッパ 50……摩擦ライニング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルドルフ・ハニンガー ドイツ連邦共和国 デー7201 ザイティン ゲン，オベレ・ハウプトストラッセ ７ (56)参考文献 特開 昭59−88236（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−114438（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−35741（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の工具ホルダー（30）を有するマガジ
   ンを設け、選ばれた工具ホルダー（30）を、グリッパ
   （10）を設けたアーム（11）によりマガジンから取出
   し、回転中の受容部（43）の作業位置に導入することを
   可能にしており、工具ホルダー（30）がグリッパ（10）
   内に回転可能に保持され、しかも工具ホルダー（30）は
   作業位置においてもグリッパ（10）内に残留されるよう
   になっており、工具ホルダー（30）が、テーパ面（32）
   を備えた環状肩（35）を有する規格化された工具ホルダ
   ー（30）として構成されており、保持部（12）が工具ホ
   ルダー（30）のための開口部（20）を備えていて、その
   開口部（20）がテーパ面（39）を有しており、これら２
   つのテーパ面（32,39）が同一の勾配を示しており、工
   具ホルダー（30）が回転中の受容部（43）内に導入され
   る際に、工具ホルダー（30）に回転力を与えながら工具
   ホルダー（30）を保持部（12）に押しつけることにより
   工具ホルダー（30）と保持部（12）との間の摩擦力を増
   加させるブレーキ手段を受容部（43）に設け、ブレーキ
   手段が、摩擦力を利用して受容部（43）側の溝ブロック
   と工具ホルダー（30）側の連行溝（46）とを係合させる
   ことにより工具ホルダー（30）を所定の角度位置で受容
   部（43）に設定し、他方、作業位置で、工具ホルダー
   （30）のテーパ面（32）が保持部（12）のテーパ面（3
   9）からエアギャップ（45）の分だけ持上げるように、
   駆動手段を受容部（43）に関連して設ける構成になって
   いる工作機械。
2. 【請求項２】受容部（43）にストッパ（49）が配置され
   ており、このストッパ（49）が、受容部（43）の軸方向
   で見て次のように、即ち、保持部（12）が工具ホルダー
   （30）の導入に際し作業位置に達する直前にストッパ
   （49）に当接するように、位置ぎめされており、受容部
   （43）が工具ホルダー（30）のための引張装置を有して
   いることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項に記載
   の工作機械。
3. 【請求項３】工具ホルダー（30）の導入時に、保持部
   （12）が工具ホルダー（30）をその作業位置にまで持上
   げるようになっており、回転中の受容部（43）内におけ
   る工具ホルダー（30）の錠止後に保持部（12）を降下さ
   せる手段（25,26）が設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項に記載の工作機械。
4. 【請求項４】前述の２つのテーパ面（32、39）のうち少
   なくとも１つのテーパ面（32,39）に、摩擦ライニング
   （50）が施されていることを特徴とする前記特許請求の
   範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の工作機械。