KR101841830B1 - 공작 기계 - Google Patents

Abstract

주축 헤드에 회전 가능하게 지지된 주축과, 주축의 축선 방향으로 인입된 공구를 척하는 척 장치와, 척 장치에 장착되는 공구를 보유 지지하는 공구 보유 지지부(61, 62)와, 공구 보유 지지부를 주축의 도달 가능 위치까지 이동시키는 선회 아암(60)을 갖는 공작 기계이며, 지지 기구(80)를 개재하여 공구 보유 지지부(61, 62)를 선회 아암(60)에 지지하고, 지지 기구(80)는, 공구의 축선(Z)과 교차 방향(L, W)으로 변위 가능하게 지지하는 변위 추종 기구(88)를 갖는다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}

본 발명은 공작 기계에 관한 것이며, 특히 고속 회전을 기초로 고정밀도 절삭을 행하기 위한 공작 기계에 관한 것이다.

종래, 머시닝 센터 등의 공작 기계에서는, 주축 헤드에 지지된 주축의 선단에 각종 절삭 공구를 장착하고, 주축을 회전시킴으로써 워크의 절삭 가공을 행하고 있다.

절삭 공구는 워크에 대한 가공 내용에 따라 다양한 것이 선택된다. 다양한 형상의 공구를 동일한 주축의 선단에 장착하기 위하여, BT 규격 등의 공통화된 홀더가 사용된다.

이와 같은 공통화된 홀더에 각 공구를 고정하고, 한쪽 주축에는 홀더에 대응한 척 장치를 설치해 둠으로써, 공구의 형상과 무관하게 주축에 장착할 수 있다.

또한, 머시닝 센터 등의 공작 기계에서는, 자동 공구 교환 장치가 이용된다. 이들 자동 공구 교환 장치에서는, 선회 아암 등으로 공구를 핸들링할 때에 공통화된 홀더를 파지함으로써, 공구의 형상과 무관하게 확실한 조작을 행할 수 있다(문헌 1: 일본 특허 공개 제2009-39792호 공보 참조).

한편, 최근에는 주축 회전의 고속화 및 고정밀도화의 요구에 따르기 위해, 홀더를 사용하지 않고 공구를 주축에 장착하는 공작 기계가 사용되고 있다.

예를 들어, 일부의 공작 기계에서는, 주축의 지지에 에어 베어링이 사용되고, 매분 수만 내지 십수만 회전에 달하는 고속 회전화가 도모되고 있다(문헌 2: 일본 특허 공개(평) 09-257037호 공보 참조).

여기서, 전술한 바와 같은 고속 회전형의 공작 기계에서는, 홀더를 개재하여 공구를 장착하는 구조가 문제된다. 예를 들어, 홀더에 공구를 고정할 때에 축심 정밀도가 충분하지 않으면, 고속 회전 시의 흔들림이 커져, 공기 정압 베어링에 의한 회전 지지에 적합하지 않다. 또한, 고속 회전형의 공작 기계는, 미세 형상의 고정밀도 가공에 다용되지만, 홀더를 사용함으로써 기계적인 소형화에 적합하지 않다.

이와 같은 배경으로부터, 공구의 장착에 홀더를 사용하지 않고, 공구의 스트레이트 생크 부분을 주축에 직접 고정하는 구성이 사용되고 있다.

예를 들어, 공구를 주축에 직접 고정하는 공작 기계로서, 공구를 수축 끼워맞춤에 의해 고정하는 것이 개발되고 있다(문헌 3: 일본 특허 공개 제2004-237408호 공보 참조).

한편, 공구를 주축에 직접 고정하는 구성으로서, 공구의 회전 지지와, 주축으로부터의 회전 전달을 분리함으로써, 주축과 공구의 직접적인 연결 부분에서는 주로 회전 전달만을 행하도록 한 공작 기계도 제안되고 있다(문헌 4: 일본 특허 공개 제2009-248224호 공보 참조).

이 공작 기계에서는, 주축의 선단에, 주축 헤드에 연결된 공기 정압 베어링을 증설하고, 공구의 스트레이트 생크 부분을 회전 가능하게 지지한다. 그리고, 공구의 단부의 테이퍼 형상을 주축에 진공 흡착함으로써, 공구와 주축을 연결하고 있다.

전술한 문헌 3과 같은 수축 끼워맞춤 방식에서는, 공구를 주축에 직접 고정하면서, 높은 축선 정밀도를 확보할 수 있다. 그러나, 공구의 탈착 때마다 수축 끼워맞춤을 행할 필요가 있어, 승온 및 냉각에 시간이 필요하다. 그 때문에, 공구의 교환 때마다 장시간에 걸쳐 주축에 의한 가공이 정지되어, 작업 효율이 저하된다는 문제가 있다.

전술한 문헌 4와 같은 방식에서는, 추가적인 지지 구조가 필요하고, 주축의 선단에 큰 스페이스를 점유해 버려, 가공 상의 제약이 증대되는 것 이외에, 설치에 있어서도 제약을 받는다는 문제가 있다.

또한, 홀더를 사용하지 않고, 공구를 주축에 직접 고정하는 방식의 공통된 문제로서, 공통화된 홀더를 파지하는 종래형의 자동 공구 교환 장치를 이용할 수 없다. 이 때문에, 예를 들어 주축을 공구 스토커까지 이동시켜 공구를 척시키거나, 혹은 작업자에 의한 수동 공구 교환이 필요해져, 주축의 가동 정지 시간이 길어져, 작업의 효율화에 적합하지 않은 것이었다.

즉, 종래의 문헌 3, 문헌 4에 기재된 기술에 대하여, 공구를 주축에 직접 고정할 수 있음과 함께 주축 부분의 구조가 간소한 공작 기계가 요구되고 있었다.

또한, 공구를 주축에 직접 고정할 수 있음과 함께 공구 교환 시의 주축의 가동 정지 시간을 단축할 수 있는 공작 기계가 요구되고 있었다.

본원 발명자 등은, 이와 같은 요구에 대하여, 예의 연구한 결과, 상술한 요망을 충족하는 기술을 개발하기에 이르러, 일본 특허 출원 제2014-246055로서 특허 출원하고 있다.

전술한 본원 발명자들에 의한 특허 출원에 있어서는, 전술한 구조 간소화의 요구에 대하여, 다음의 구성을 채용하고 있다.

주축 헤드에 회전 가능하게 지지된 주축과, 상기 주축의 선단에 설치된 척 장치와, 상기 척 장치에 척되는 공구를 갖는 공작 기계이며, 상기 척 장치는, 상기 공구를 삽입 가능한 원통 형상의 콜릿 부재와, 상기 주축의 단부면에 개구되고 또한 상기 콜릿 부재를 수용 가능한 척 구멍과, 상기 콜릿 부재의 외주와 상기 척 구멍의 내주 사이에 형성되고 또한 상기 척 구멍의 개구로부터 안측을 향하여 상기 주축의 중심축선에 근접하는 테이퍼면을 갖는 교축 기구와, 상기 콜릿 부재를 상기 척 구멍의 개구로부터 안측으로 인입하는 인입 기구를 갖는다.

이와 같은 공작 기계에서는, 콜릿 부재, 척 구멍, 교축 기구 및 인입 기구에 의해, 공구를 주축의 축선 방향으로 인입하면서 전체 둘레로부터 체결하여 클램프할 수 있어, 공구를 주축에 직접 고정할 수 있음과 함께, 주축의 선단측에 돌출된 기구 등은 없어, 주축 부분의 구조를 간소한 것으로 할 수 있다.

이 공작 기계에 있어서는, 전술한 정지 시간 단축의 요구에 대하여, 다음 구성을 더 채용하고 있다.

전술한 공작 기계에 있어서, 주축의 선단의 도달 범위 밖에 설치되고 또한 공구를 수납 가능한 공구 스토커와, 상기 공구 스토커에 수납된 상기 공구를 상기 주축에 장착시키는 공구 핸들러를 갖는 구성으로 한다.

이와 같은 공작 기계에서는, 공구 핸들러에 의해, 공구 스토커에 수납된 공구를 파지하여, 주축에 장착시킬 수 있다. 이로 인해, 공구 핸들러에 의해 공구의 탈착이 행하여지는 시간을 제외하고 주축을 구속하지 않아, 공구 교환 시의 주축의 가동 정지 시간을 단축할 수 있다.

또한, 공구 스토커는, 주축의 선단의 도달 범위 밖에 설치할 수 있어, 주축의 동작에 간섭하지 않으면서, 또한 주축의 동작 범위를 좁히지도 않는다.

또한, 전술한 공작 기계에 있어서, 상기 공구 핸들러는, 상기 공구를 보유 지지 가능한 공구 보유 지지부와, 상기 공구 보유 지지부를 상기 공구 스토커로부터 상기 주축의 도달 가능 위치까지 이동시키는 보유 지지부 이동 기구를 갖는 구성으로 한다.

이와 같은 공작 기계에서는, 공구 스토커에 수용된 공구를 공구 보유 지지부로 보유 지지하고, 보유 지지부 이동 기구로 공구 보유 지지부를 주축 근방으로 이동시켜, 공구를 주축에 장착할 수 있다. 한편, 주축에 장착된 공구를 공구 보유 지지부에 회수하고, 보유 지지부 이동 기구로 공구 보유 지지부를 공구 스토커로 이동시킴으로써, 공구 스토커로 공구를 되돌릴 수 있다.

따라서, 공구 스토커가 주축의 선단의 도달 범위 밖에 설치되어 있어도, 공구 핸들러에 의해, 주축에의 공구의 탈착을 확실하게 행할 수 있다.

그러나, 전술한 본원 발명자에 의한 공작 기계와 같은 척 장치, 공구 핸들러 및 공구 스토커를 사용하는 데 있어서는, 이하와 같은 문제가 있는 것을 알 수 있다.

즉, 공구 핸들러에 있어서는, 공구 보유 지지부로 공구를 견고하게 보유 지지하고, 보유 지지부 이동 기구에 의해 공구 교환 위치, 즉 주축의 도달 가능 위치까지 공구 보유 지지부를 이동시킨다. 공구 교환에 있어서는, 주축을 공구 보유 지지부에 근접시켜, 보유 지지되어 있는 공구를 척 장치의 콜릿 부재에 삽입하고, 교축 기구로 조여 척한다.

이때, 공구 보유 지지부가 소정의 공구 교환 위치에 배치되었다고 해도, 보유 지지된 공구의 축심과, 근접하는 척 장치의 축심 사이에는 미소한 코어 어긋남을 피할 수 없다.

이와 같은 코어 어긋남이 있으면, 공구와 콜릿 부재 사이에 편중된 미끄럼 이동이 발생하여, 척 장치로서의 공구의 보유 지지 정밀도가 저하된다. 그 결과, 주축에 척된 공구에 있어서, 회전에 수반하는 흔들림이 커진다는 문제가 있다.

또한, 콜릿 부재와 공구의 코어 어긋남이 큰 경우에는 콜릿 부재에의 공구의 삽입을 원활하게 행할 수 없게 되어, 공구 교환 시의 동작 불량을 발생시킬 가능성이 있다.

또한, 전술한 코어 어긋남의 문제 이외, 전술한 척 장치에 있어서는, 그 구조 상, 콜릿 부재에 절분 등의 이물이 인입하면, 이들 이물을 공구의 클램프 시에 혼입되어 버려, 공구의 보유 지지 정밀도를 확보할 수 없게 되어, 공구의 회전에 수반하는 흔들림이 커지는 경우도 있었다.

이와 같은 척 장치에 있어서의 문제는, 전술한 본원 발명자들에 의한 특허 출원과 같은, 콜릿 부재, 척 구멍, 교축 기구 및 인입 기구를 사용한 척 장치에 한하지 않고, 공구를 주축에 직접 고정할 수 있도록 하기 위하여, 공구가 주축의 축선 방향으로 인입되어 장착되는 척 장치에 공통되는 문제이며, 그 해결이 요구되고 있었다.

본 발명의 목적은, 공구를 주축의 축선 방향으로 인입하여 장착할 수 있음과 함께, 공구와 콜릿 부재 사이의 편중된 미끄럼 이동을 저감시킬 수 있는 공작 기계를 제공하는 데 있다.

본 발명의 공작 기계는, 주축 헤드에 회전 가능하게 지지된 주축과, 상기 주축에 장착되는 공구와, 상기 주축의 선단에 설치되고 또한 상기 주축의 축선 방향으로 인입된 상기 공구를 척하는 척 장치와, 상기 척 장치에 장착되는 상기 공구를 보유 지지하는 공구 보유 지지부와, 상기 공구 보유 지지부를 상기 주축의 도달 가능 위치까지 이동시키는 보유 지지부 이동 기구를 갖는 공작 기계이며,

상기 공구 보유 지지부를 상기 보유 지지부 이동 기구에 지지하는 지지 기구를 갖고,

상기 지지 기구는, 상기 공구 보유 지지부를 상기 보유 지지부 이동 기구에 대하여 상기 공구의 축선과 교차 방향으로 변위 가능하게 지지하는 변위 추종 기구를 갖는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에서는, 공구 보유 지지부에 공구를 주축의 축선 방향으로 보유 지지한 상태에서, 보유 지지부 이동 기구에 의해 공구 보유 지지부를 이동시켜, 주축이 도달 가능한 공구 장착 위치에 공구를 배치한다. 또한, 주축을 이동시켜, 척을 공구 장착 위치에 배치하고, 공구에 대향시킨다. 그리고, 척 장치와 공구 보유 지지부를 상대 이동시켜, 공구를 척 장치에 삽입하고, 척시킨다.

이때, 본 발명에서는, 지지 기구에 의해 공구 보유 지지부를 보유 지지부 이동 기구에 지지하고, 이 지지 기구에 변위 추종 기구를 설치하였기 때문에, 공구 보유 지지부는 보유 지지부 이동 기구에 대하여 공구의 축선과 교차 방향으로 변위 가능하다. 이로 인해, 척 장치에 공구를 삽입할 때에, 공구 보유 지지부에 보유 지지된 공구의 축심과, 척 장치의 축심 사이에 코어 어긋남이 발생했다고 해도, 공구 보유 지지부를 척 장치의 축선 위치에 추종하여 변위시킬 수 있어, 공구와 콜릿 부재 사이의 미끄럼 이동을 저감 내지 해소할 수 있다.

한편, 공구를 척 장치로부터 제거할 때에는, 장착 시와 마찬가지로 척 장치 및 공구 보유 지지부를 공구 장착 위치에 배치하고, 척 장치에 척되어 있는 공구를 공구 보유 지지부로 보유 지지한다. 그리고, 척 장치를 공구 보유 지지부로부터 이격시키고, 공구를 척 장치로부터 축방향으로 뽑아 내어, 공구 보유 지지부만으로 보유 지지시켜 회수한다.

이 경우에도, 척 장치로부터 뽑아 낼 때에도 코어 어긋남에 의한 미끄럼 이동이 발생할 가능성이 있지만, 전술한 장착 시와 마찬가지로, 지지 기구 및 그의 변위 추종 기구에 의해 코어 어긋남에 추종할 수 있어, 공구와 콜릿 부재 사이의 미끄럼 이동을 저감 내지 해소할 수 있다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 변위 추종 기구는, 상기 공구의 축선 방향과 교차하고 또한 서로 교차하는 2방향으로 탄성 변형되는 부분을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 탄성 변형되는 부분으로서는, 탄성 재료로 형성된 판재를 2방향으로 배치한 구조를 이용할 수 있고, 예를 들어 평면 대략 L자 형상으로 절곡 형성된 금속제 브래킷 등을 이용할 수 있다.

이와 같은 본 발명에서는, 간단한 구조를 사용하여 변위 추종 기구를 형성할 수 있음과 함께, 변위 추종 기구로서 충분한 기능을 얻을 수 있다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 지지 기구는, 상기 공구 보유 지지부의 상기 보유 지지부 이동 기구에 대한 위치를 상기 공구의 축선과 교차 방향으로 조정 가능한 위치 조정 기구를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 상기 공구 보유 지지부의 상기 보유 지지부 이동 기구에 대한 위치를 상기 공구의 축선과 교차 방향으로 조정함으로써, 공구 보유 지지부에 보유 지지된 공구의 축심과, 척 장치의 축심 사이에 발생하는 정상적인 코어 어긋남을 저감 내지 해소할 수 있다.

이와 같은 조정에 의해, 전술한 변위 추종 기구에 의한 코어 어긋남에의 추종을 경감시켜, 공구와 콜릿 부재 사이의 미끄럼 이동을 더 저감 내지 해소할 수 있다.

또한, 위치 조정 기구에 있어서의 조정으로서는, 평행 이동에 의한 코어 어긋남 대응 외에, 회동에 의한 공구 축심에 대한 기울기 조정을 포함할 수 있다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 위치 조정 기구는, 상기 공구의 축선 방향과 교차하고 또한 서로 교차하는 2방향으로 위치 조정 가능한 부분을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 위치 조정 가능한 부분으로서는, 2부재를 나사 고정하는 부분을 이용할 수 있고, 예를 들어 전술한 브래킷을 나사 고정하는 부분 등을 이용할 수 있다. 이와 같은 나사 고정 부분을 느슨하게 하여, 위치를 조정한 후, 다시 나사를 체결함으로써, 위치 조정을 행할 수 있다.

이와 같은 본 발명에서는, 간단한 구조를 사용하여 위치 조정 기구를 형성할 수 있음과 함께, 위치 조정 기구로서 충분한 기능을 얻을 수 있다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 척 장치는, 상기 공구를 삽입 가능한 원통 형상의 콜릿 부재와, 상기 주축의 단부면에 개구되고 또한 상기 콜릿 부재를 수용 가능한 척 구멍과, 상기 콜릿 부재의 외주와 상기 척 구멍의 내주 사이에 형성되고 또한 상기 척 구멍의 개구로부터 안측을 향하여 상기 주축의 중심축선에 근접하는 테이퍼면을 갖는 교축 기구와, 상기 콜릿 부재를 상기 척 구멍의 개구로부터 안측으로 인입하는 인입 기구를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 주축의 선단에 설치된 척 장치에 의해 공구와 주축이 직접 고정된다.

척 장치에 있어서는, 콜릿 부재가 인입 기구에 의해 척 구멍의 안측으로 인입됨으로써, 교축 기구에 의해 콜릿 부재가 조여져, 콜릿 부재에 삽입되어 있는 공구가 체결되어 고정(클램프)된다.

이때, 콜릿 부재에 의한 체결 고정이기 때문에, 공구의 생크 부분이 스트레이트라도 확실하게 고정할 수 있다.

또한, 콜릿 부재에 의한 클램프에서는, 인입 기구에 의해 콜릿 부재를 주축의 중심축선을 따라 인입하고, 교축 기구로 교축으로써 공구를 체결한다. 따라서, 회전식의 외통에 의한 콜릿 부재의 체결 등과 같이, 콜릿 부재에 회전 방향의 변형이나 축심 방향의 치우침을 발생시키지 않고, 고정밀도의 고정을 행할 수 있다.

한편, 인입 기구의 인입력에 저항하여 콜릿 부재를 주축 선단측으로 인출하고, 교축 기구에 의한 교축으로부터 콜릿 부재를 해방함으로써, 콜릿 부재에 의한 공구의 클램프를 해제하여, 주축으로부터 공구를 제거할 수 있다.

이와 같은 클램프의 해제에 있어서는, 인입 기구의 인입력을 해제하는 별도의 기구를 사용해도 되고, 인입 기구의 인입력에 저항하여 콜릿 부재를 이동시키는 별도의 구동 기구를 사용해도 된다. 예를 들어, 주축의 중심으로 통과된 쿨런트 구멍을 통하여 가압 에어를 공급하거나 하여 콜릿 부재를 구동할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는, 콜릿 부재, 척 구멍, 교축 기구 및 인입 기구에 의해, 공구를 주축의 축선 방향으로 인입하면서 전체 둘레로부터 체결하여 클램프할 수 있어, 공구를 주축에 직접 고정할 수 있음과 함께, 주축의 선단측에 돌출된 기구 등은 없어, 주축 부분의 구조를 간소한 것으로 할 수 있다.

또한, 척 장치로서는, 주축의 선단에 직접 형성되는 것, 즉 주축 자체에 직접 척 구멍을 형성하고, 이 척 구멍에 콜릿 부재를 수용하는 구조로 해도 된다. 한편, 척 구멍을 갖는 슬리브 부재를 사용하여, 콜릿 부재를 슬리브 부재에 수용하고, 척 장치로서 패키지화해 두고, 이 척 장치를 주축에 고정하도록 해도 된다. 이와 같은 척 장치의 패키지로서는, 교축 기구 내지 인입 기구까지를 일괄하여 패키지화해 두어도 된다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 교축 기구는, 상기 콜릿 부재의 외주에 형성되고 또한 상기 주축의 선단측이 넓어진 외측 원추면과, 상기 척 구멍의 내주에 형성되고 또한 상기 외측 원추면에 밀접 가능한 내측 원추면을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 콜릿 부재의 외측 원추면과, 척 구멍의 내측 원추면에 의해 콜릿 부재가 척 구멍의 안측으로 인입되었을 때에 콜릿 부재를 조일 수 있어, 교축 기구로서 적합한 구성으로 할 수 있다.

또한, 교축 기구로서는, 원추면에 한하지 않고, 콜릿 부재의 외주면 혹은 척 구멍의 내측면에, 둘레 방향으로 균등 배치되고 또한 주축 축선 방향으로 연장되는 복수의 돌조를 형성하고, 그 표면을 척 구멍의 안측이 주축 중심축선에 근접하는 경사면으로 하고, 이들 경사면을 교축 기구로 해도 된다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 인입 기구는, 상기 주축에 대하여 상기 콜릿 부재를 상기 주축의 선단측과는 반대측에 가압하는 인입용 탄성 부재를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 인입용 탄성 부재의 탄성을 이용하여 인입력을 얻을 수 있고, 별도의 동력을 필요로 하지 않아, 구조의 간략화에도 유효하다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 인입용 탄성 부재는 상기 주축의 축선 방향으로 겹쳐진 복수의 접시 스프링인 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 복수의 접시 스프링에 의해 인입용 탄성력을 얻을 수 있고, 접시 스프링의 매수 혹은 접시 스프링의 종류의 선택에 의해 인입력의 설정도 용이하다. 또한, 복수의 접시 스프링은 중심축에 삽입 관통시킴으로써 정렬시킬 수 있고, 고속 회전했을 때에도 흔들림 등을 발생시키는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 고속 회전하는 주축에 설치한 경우에도 문제를 발생시키지 않는다.

또한, 인입용 탄성 부재는 복수의 접시 스프링에 한하지 않고, 코일 스프링 그 밖의 탄성 부재이어도 되고, 체적 압축하는 소재 등이어도 된다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 주축은, 에어 베어링을 개재하여 상기 주축 헤드에 지지되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 주축을 주축 헤드에 에어 베어링으로 지지하는 고정밀도로 고속 회전하는 공작 기계로 할 수 있고, 전술한 본 발명에 기초하는 척 장치에 의한 유효성을 최대한 발휘할 수 있다.

단, 주축을 주축 헤드에 회전 가능하게 지지하는 구조로서는, 에어 베어링에 한하지 않고, 소기의 정밀도 및 회전 속도가 얻어지면, 다른 베어링이어도 된다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 주축의 선단의 도달 범위 밖에 설치되고 또한 상기 공구를 수납 가능한 공구 스토커와, 상기 공구 보유 지지부 및 상기 보유 지지부 이동 기구를 포함하고, 상기 공구 스토커에 수납된 상기 공구를 상기 주축에 장착시키는 공구 핸들러를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 공구 핸들러에 의해 공구 스토커에 수납된 공구를 파지하여, 주축에 장착시킬 수 있다. 이로 인해, 공구 핸들러에 의해 공구의 탈착이 행하여지는 시간을 제외하고 주축을 구속하지 않아, 공구 교환 시의 주축의 가동 정지 시간을 단축할 수 있다.

또한, 공구 스토커는, 주축의 선단의 도달 범위 밖에 설치할 수 있어, 주축의 동작에 간섭하지 않으면서, 또한 주축의 동작 범위를 좁히지도 않는다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 공구 보유 지지부는, 상기 공구를 끼움 지지하는 한 쌍의 공구 끼움 지지 부재를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 공구를 보유 지지할 때에 한 쌍의 공구 끼움 지지 부재로 끼움 지지하기 때문에, 공구의 생크가 스트레이트라도, 또한 생크의 직경 치수가 변동되어도, 확실한 보유 지지를 행할 수 있다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 공구 보유 지지부는, 상기 주축에 장착해야 할 상기 공구를 보유 지지하는 공급측 보유 지지부와, 상기 주축으로부터 회수한 상기 공구를 보유 지지하는 회수측 보유 지지부를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 공구 핸들러의 보유 지지부 이동 기구에 의해 공급측 보유 지지부를 공구 스토커에 근접시키고, 이어서 주축에 장착하는 공구를 공급측 보유 지지부에 보유 지지시킨다. 이 상태에서, 보유 지지부 이동 기구에 의해 회수측 보유 지지부를 주축에 근접시켜, 주축에 장착되어 있던 공구를 회수측 보유 지지부에 보유 지지시킨다.

계속해서, 주축의 이동 또는 보유 지지부 이동 기구의 이동에 의해 주축을 공급측 보유 지지부에 근접시켜, 새로운 공구를 주축에 장착시킨다. 그리고, 보유 지지부 이동 기구를 주축으로부터 이격시켜, 주축에 있어서는 가동을 재개시킨다. 주축의 가동 재개와 병행하여, 보유 지지부 이동 기구의 이동에 의해 회수측 보유 지지부를 공구 스토커에 근접시켜, 주축으로부터 분리된 공구를 공구 스토커로 되돌린다.

이와 같이, 공구 핸들러의 공구 보유 지지부로서, 공급측 보유 지지부와 회수측 보유 지지부를 사용함으로써 공구 스토커와 주축 사이의 신구 공구의 수수를 보유 지지부 이동 기구의 1회의 이동으로 행할 수 있다.

또한, 공급측 보유 지지부 및 회수측 보유 지지부는, 보유 지지부 이동 기구에 이동 가능하게 설치해도 되고, 회수측 보유 지지부를 주축에 정면 대향시키고, 구 공구를 회수한 뒤, 공급측 보유 지지부가 주축에 정면 대향하는 위치로 이동시켜, 새 공구를 장착하거나 함으로써, 주축을 움직이게 하지 않고, 공구의 탈착을 연속하여 행할 수 있다.

또한, 공급측 보유 지지부 및 회수측 보유 지지부를 보유 지지부 이동 기구의 이동 방향으로 배열함으로써, 보유 지지부 이동 기구를 약간 이동시킴으로써, 공급측 보유 지지부 및 회수측 보유 지지부가 교대로 주축과 정면에 대향하도록 구성해도 된다. 이와 같은 구성으로 해도, 주축을 움직이게 하지 않고, 공구의 탈착을 연속하여 행할 수 있다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 보유 지지부 이동 기구는, 상기 주축의 선단의 도달 범위 밖에 회동 중심을 가짐과 함께, 선단이 상기 공구 스토커의 위치부터 상기 주축의 도달 가능 위치까지 선회 가능한 선회 아암인 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 보유 지지부 이동 기구가 회동을 행하기 때문에, 직선 이동에 비하여 미끄럼 이동 부분을 저감시킬 수 있어, 미끄럼 이동 부분에 있어서의 절삭 칩에 의한 문제 등을 미연에 피할 수 있다.

또한, 보유 지지부 이동 기구의 이동은, 직선 이동이어도 된다. 예를 들어, 주축을 포함하는 공작 기계의 주요 부분을 방진 케이스로 덮고, 공구 스토커 및 공구 핸들러의 주요 부분을 방진 케이스의 외부에 설치하는 경우, 방진 케이스에는 보유 지지부 이동 기구의 공구 보유 지지부측을 드나들게 하는 도어 등이 필요하게 되지만, 직선 이동하는 구성이면 도어 등을 최소한의 크기로 할 수 있다.

본 발명의 공작 기계에 있어서, 상기 공구 스토커와 상기 공구 보유 지지부 사이에서 상기 공구를 이동 탑재하는 공구 이동 탑재 기구를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는, 공구 핸들러의 공구 보유 지지부가 공구 스토커와의 사이에서 공구를 자력으로 수수할 수 없는 경우, 혹은 공구 핸들러의 보유 지지부 이동 기구가 그 공구 보유 지지부를 공구 스토커에 충분히 근접되지 않는 경우에도 공구 이동 탑재 기구에 의해 공구의 수수를 확실하게 행할 수 있다.

이와 같은 공구 이동 탑재 기구로서는, 기존의 스칼라 로봇 그 밖의 로봇 아암 등을 적절히 이용할 수 있다.

본 발명의 공작 기계에 의하면, 주축의 선단에 설치된 척 장치에 의해 공구와 주축을 직접 고정할 수 있다. 그리고, 변위 추종 기구를 갖는 지지 기구로 공구 보유 지지부를 보유 지지부 이동 기구에 지지함으로써, 공구 교환 시에, 공구 보유 지지부에 보유 지지된 공구의 축심과, 척 장치의 축심 사이에 코어 어긋남이 발생했다고 해도, 공구 보유 지지부를 척 장치의 축선 위치에 추종하여 변위시킬 수 있어, 공구와 콜릿 부재 사이의 미끄럼 이동을 저감 내지 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 공작 기계를 도시하는 정면도.
도 2는 상기 실시 형태의 공작 기계를 도시하는 평면도.
도 3은 상기 실시 형태의 공작 기계를 도시하는 측면도.
도 4는 상기 실시 형태의 주축 부분을 도시하는 단면도.
도 5는 상기 실시 형태의 척 장치를 도시하는 단면도.
도 6은 상기 실시 형태의 공구 스토커 및 공구 핸들러를 도시하는 정면도.
도 7은 상기 실시 형태의 공구 스토커 및 공구 핸들러를 도시하는 평면도.
도 8은 상기 실시 형태의 공구 스토커 및 공구 핸들러를 도시하는 측면도.
도 9는 상기 실시 형태의 공구 보유 지지부를 도시하는 정면도.
도 10은 상기 실시 형태의 공구 보유 지지부를 도시하는 평면도.
도 11은 상기 실시 형태의 공구 보유 지지부의 지지 기구를 도시하는 후방면 상방으로부터의 확대 사시도.
도 12는 상기 실시 형태의 공구 보유 지지부의 지지 기구를 도시하는 전방면 상방으로부터의 확대 분해 사시도.
도 13은 상기 실시 형태의 공구 보유 지지부의 지지 기구를 도시하는 후방면 상방으로부터의 확대 분해 사시도.

〔공작 기계(10)의 구성〕

도 1 내지 도 10의 각 도면에는 본 발명의 일 실시 형태가 도시되어 있다.

도 1, 도 2, 도 3에 있어서, 본 실시 형태의 공작 기계(10)는 주축(20)에 장착된 스트레이트 생크의 공구(1)에 의해, 워크에 대한 고속·고정밀도의 절삭 가공을 행하는 것이다.

공작 기계(10)는 기초 바닥면 위에 설치된 베드(11)를 갖고, 베드(11)의 상면에는 테이블(12)이 설치되어 있다. 테이블(12)은 상면에 가공 대상의 워크가 고정된다.

베드(11)를 걸치도록, 문형의 컬럼(13)이 설치되어 있다. 컬럼(13) 위에는 크로스바(14)가 설치되고, 크로스바(14)에는 새들(15)이 설치되어 있다.

새들(15)에는 주축 헤드(16)가 설치되고, 전술한 주축(20)은 주축 헤드(16)로부터 하향으로 설치되고, 테이블(12)에 고정된 워크를 절삭하는 것이 가능하다.

여기서, 테이블(12)은 베드(11)에 대하여 X축 방향(도 1 및 도 2의 좌우 방향)으로 이동 가능하다. 또한, 새들(15)은 크로스바(14)를 따라 Y축 방향(도 2의 세로 방향 및 도 3의 좌우 방향)으로 이동 가능하고, 주축 헤드(16)는 새들(15)에 대하여 Z축 방향(도 1 및 도 3의 세로 방향)으로 이동 가능하다.

이들 각 축의 이동에 의해 주축(20) 및 공구(1)는 워크에 대하여 삼차원의 상대 이동이 가능하고, 이에 의해 워크에 임의의 입체 형상을 절삭 가공할 수 있다.

주축 헤드(16)에 설치되는 주축(20)은 주축 어셈블리(30)로서 패키지화되어 있다.

도 4에 있어서, 주축 어셈블리(30)는 대략 원통 형상의 어셈블리 케이스(31)를 갖고, 그 내부에 주축(20), 주축(20)을 중심축선 C 둘레로 회전 가능하게 지지하는 에어 베어링(32), 에어 베어링(32)에 가압 에어를 공급하는 에어 공급 경로(33), 주축(20)을 중심축선 C 둘레로 회전 구동하는 구동 모터(34)를 구비하고 있다.

주축(20)은 주축 본체(21)를 갖고, 주축 본체(21)의 코어부에는, 주축(20)의 중심축선 C를 따라 주축 본체(21)를 관통하는 중심 구멍(22)이 형성되어 있다.

주축(20)의 선단에는 공구(1)를 장착하기 위한 척 장치(40)를 갖는다.

주축 어셈블리(30)는 주축(20)의 선단과는 반대측(이하 기단부측이라고 함)에 푸시 실린더(35)를 구비하고 있다. 푸시 실린더(35)에는 푸시 로드(36)가 접속되고, 푸시 로드(36)는 주축(20)의 중심 구멍(22)에 삽입 관통되어, 그 선단은 척 장치(40)까지 도달하고 있다.

도 5에 있어서, 척 장치(40)는 주축(20)의 선단에 고정되는 슬리브 부재(41)를 갖고, 슬리브 부재(41)의 선단측으로부터 기단측을 향하여 척 구멍(42)이 형성되어 있다. 척 구멍(42)에는 콜릿 부재(43)가 수용되어 있다.

콜릿 부재(43)는 통 형상으로 되고, 선단측으로부터 공구(1)를 삽입하는 것이 가능하다. 콜릿 부재(43)에는 선단측부터 도중 위치까지 슬롯(44)이 복수 형성되어 있다. 이 슬롯(44)에 의해 콜릿 부재(43)의 선단측(공구(1)가 삽입되는 부분)은, 탄성 변형되어 직경 확장 또는 직경 축소될 수 있다.

콜릿 부재(43)의 선단측의 외주면은, 선단을 향하여 외경이 점증되도록 형성되고, 이에 의해 선단을 향하여 직경 확장되는 외측 원추면(431)이 형성되어 있다.

슬리브 부재(41)의 선단측에서는, 척 구멍(42)의 내주면이 선단을 향하여 내경이 점증되도록 형성되고, 이에 의해 선단을 향하여 직경 확장되는 내측 원추면(421)이 형성되어 있다.

이들 외측 원추면(431)과 내측 원추면(421)은, 콜릿 부재(43)를 척 구멍(42)의 내부에 삽입함으로써 밀착 가능하다. 그리고, 밀착된 상태로부터 또한 척 구멍(42)의 안측으로 콜릿 부재(43)를 압입함으로써, 내측 원추면(421)에 의해 외측 원추면(431)이 조여져, 콜릿 부재(43)의 선단측은 직경 축소되도록 변형된다.

이들 외측 원추면(431) 및 내측 원추면(421)에 의해 교축 기구(45)가 형성되고, 이 교축 기구(45)로 콜릿 부재(43)의 선단측을 직경 축소시킴으로써, 콜릿 부재(43)의 선단으로부터 삽입된 공구(1)의 스트레이트 생크 부분을 체결 고정할 수 있다.

전술한 콜릿 부재(43)의 기단부측은, 슬리브 부재(41)로부터 노출되어 있고, 단부에는 콜릿 너트(46)가 나사 결합되어 있다. 콜릿 부재(43)의 슬리브 부재(41)로부터 노출된 부분에는 다수의 접시 스프링(47)이 적층 상태로 삽입 관통되어 있다.

이들 접시 스프링(47)은 슬리브 부재(41)와 콜릿 너트(46) 사이에 끼워 넣어져, 그 탄성 반발력에 의해, 슬리브 부재(41)에 대하여 콜릿 너트(46) 및 콜릿 부재(43)를 기단부측으로 가압하고 있다.

이들 접시 스프링(47) 및 콜릿 너트(46)에 의해 인입 기구(48)가 형성되고, 이 인입 기구(48)에 의해 콜릿 부재(43)는 항상 척 구멍(42)의 안측을 향하여 인입되고, 콜릿 부재(43)의 선단은 항상 직경 축소되는 상태로 유지된다.

따라서, 콜릿 부재(43)의 선단으로부터 공구(1)의 스트레이트 생크 부분이 삽입되어 있으면, 인입 기구(48)에 의해 공구(1)의 체결 고정 상태가 유지된다.

도 4로 되돌아가, 척 장치(40)는 주축 본체(21)의 선단측으로부터 중심 구멍(22)의 내부에 삽입되어, 슬리브 부재(41)의 플랜지 부분을 주축 본체(21)의 단부면에 고정하고 있다. 척 장치(40)의 기단부측은, 콜릿 부재(43)의 단부가 푸시 로드(36)의 선단에 얼마 안되는 간격으로 대향 배치되어 있다.

여기서, 푸시 실린더(35)로 푸시 로드(36)를 선단측으로 진출시킴으로써, 푸시 로드(36)로 콜릿 부재(43)가 밀려, 콜릿 부재(43)는 인입 기구(48)의 인입력에 저항하여 선단측으로 이동한다. 이와 같은 이동에 의해 콜릿 부재(43)의 외측 원추면(431)은 척 구멍(42)의 내측 원추면(421)으로부터 이격되어, 교축 기구(45)에 의한 콜릿 부재(43)의 선단측의 교축이 해제된다. 그 결과, 콜릿 부재(43)의 선단측에서의 공구(1)의 체결 고정이 해제되어, 공구(1)는 척 장치(40)로부터 발출 가능해진다.

이와 같이, 척 장치(40)에 있어서는, 푸시 실린더(35)로 푸시 로드(36)를 선단측으로 진출시킴으로써, 공구(1)의 체결 고정이 해제되고, 푸시 로드(36)를 되돌림으로써, 인입 기구(48) 및 교축 기구(45)가 다시 유효화되어, 공구(1)를 체결 고정할 수 있다.

척 장치(40)가 체결 고정의 해제 상태에 있을 때에 공구(1)를 탈착하기 위하여, 공작 기계(10)에는 자동 공구 교환 장치(50)가 설치되어 있다.

도 1, 도 2, 도 3에 있어서, 자동 공구 교환 장치(50)는 기초 바닥면 위에 베드(11)에 인접하여 설치된 지지대(51)를 갖고, 지지대(51)의 상면에는 공구 스토커(52) 및 공구 핸들러(53)가 설치되어 있다.

도 6, 도 7, 도 8에 확대하여 도시한 바와 같이, 공구 스토커(52)는 직사각형 판상의 본체의 상면에 다수의 공구 수용 구멍(521)을 갖는다. 공구 수용 구멍(521)으로서는, 예를 들어 세로 10, 가로 10의 총 100개가 된다.

공구 핸들러(53)는 보유 지지부 이동 기구인 선회 아암(60)을 갖는다.

선회 아암(60)은 기단부를 선회 모터(63)에 지지되어 선회 가능하고, 선단측은 원호 형상의 궤적(도 7 참조)을 따라 이동 가능하다.

선회 아암(60)의 회동 중심, 즉 선회 모터(63)의 회동축은, 전술한 공작 기계(10)의 주축(20)의 선단의 도달 범위 밖에 설치되어 있다.

선회 아암(60)의 선단은, 공구 스토커(52)의 근방에 배치 가능(도 7의 실선 상태)함과 함께, 선회함으로써 공작 기계(10)의 주축(20)의 도달 가능 위치에 배치 가능(도 7의 쇄선 상태, 도 2도 참조)하다.

선회 아암(60)의 선단에는, 공구 보유 지지부인 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62)가 설치되어 있다.

도 9 및 도 10에 있어서, 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62)는 각각 한 쌍의 레버(611, 612) 및 레버(621, 622)를 갖고, 이들에 의해 공구(1)의 스트레이트 생크 부분을 사이에 두고 보유 지지 가능하다.

회수측 보유 지지부(61)는 주축(20)을 근접시켜, 공구(1)를 레버(611, 612) 사이에 배치한 상태에서, 이 공구(1)를 끼움 지지할 수 있다.

이 상태에서, 척 장치(40)의 체결 고정을 해제하고, 주축(20)을 상승시키면, 공구(1)가 척 장치(40)로부터 발취되어, 회수측 보유 지지부(61)에 보유 지지된다.

이에 의해, 주축(20)에 장착되어 있던 공구(1)를 회수측 보유 지지부(61)에 회수할 수 있다.

공급측 보유 지지부(62)는 공구(1)를 보유 지지한 상태에서 주축(20)의 하방에 배치된다. 척 장치(40)의 체결 고정을 해제한 상태에서, 주축(20)을 하강시켜, 공급측 보유 지지부(62)에 보유 지지된 공구(1)를 척 장치(40)에 삽입시킨다.

이 상태에서, 척 장치(40)의 체결 고정을 유효하게 하고, 주축(20)을 상승시키면, 공구(1)가 공급측 보유 지지부(62)로부터 발취된다.

이에 의해, 공급측 보유 지지부(62)로부터의 새로운 공구(1)를 주축(20)에 장착할 수 있다.

도 6, 도 7, 도 8로 되돌아가, 선회 아암(60)은 선회에 의해 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62)를 공구 스토커(52)에 인접한 상태로 배치 가능하다.

인접하여 배치된 회수측 보유 지지부(61)로부터의 공구(1)를 공구 스토커(52)로 되돌리고, 새로운 공구(1)를 공구 스토커(52)로부터 공급측 보유 지지부(62)로 재적재하기 위하여, 공구 이동 탑재 기구로서 스칼라 로봇(70)이 설치되어 있다.

스칼라 로봇(70)은 수평으로 선회 가능한 제1 아암(71), 제2 아암(72), 제3 아암(73)을 순차적으로 연결한 것이다. 제2 아암(72)과 제3 아암(73)은, 회동축에 있어서 수직 방향의 변위도 가능하다.

제3 아암(73)의 선단에는 공구(1)를 보유 지지하기 위한 적재 이동용 보유 지지부(74)가 설치되어 있다.

적재 이동용 보유 지지부(74)는 한 쌍의 레버(741, 742)를 갖고, 이들에 의해 공구(1)의 스트레이트 생크 부분을 사이에 두고 보유 지지 가능하다.

스칼라 로봇(70)은 도 6과 같이, 제1 아암(71), 제2 아암(72), 제3 아암(73)을 작동시켜 적재 이동용 보유 지지부(74)를 회수측 보유 지지부(61)의 바로 위에 배치하고, 적재 이동용 보유 지지부(74)를 하강시켜, 회수측 보유 지지부(61)로 보유 지지되어 있는 공구(1)를 적재 이동용 보유 지지부(74)로 보유 지지할 수 있다. 그리고, 적재 이동용 보유 지지부(74)를 공구 스토커(52)로 이동시킴으로써, 보유 지지한 공구(1)를 공구 스토커(52)로 되돌릴 수 있다.

한편, 스칼라 로봇(70)은 공구 스토커(52)에 수용되어 있는 공구(1)의 어느 하나를, 적재 이동용 보유 지지부(74)로 보유 지지하고, 각 아암을 작동시켜 공급측 보유 지지부(62)까지 이동하여, 공급측 보유 지지부(62)에 공구(1)를 보유 지지시킬 수 있다.

이들에 의해, 스칼라 로봇(70)은 공구 스토커(52)와 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62) 사이에서, 공구(1)의 재적재를 행할 수 있다.

〔공작 기계(10)의 동작〕

이와 같은 본 실시 형태의 공작 기계(10)에 있어서는, 다음과 같은 동작을 행한다.

통상의 가동 시에 있어서, 공작 기계(10)는, 주축(20)에 장착된 공구(1)에 의해, 테이블(12)에 고정된 워크에 대한 절삭 가공을 행한다.

공구(1)를 교환할 때에는, 공구 스토커(52)에 수용된 공구(1) 중 어느 하나를 스칼라 로봇(70)으로 선택하고, 선회 아암(60)의 공급측 보유 지지부(62)에 보유 지지시킨다. 이 상태에서는, 주축(20)은 워크의 가공을 계속하고 있어도 된다.

이어서, 선회 아암(60)을 선회시켜 그 선단을 테이블(12) 위에 배치한다. 이 상태에서, 주축(20)에 의한 가공을 정지하고, 주축(20)을 선회 아암(60)의 선단의 상방에 배치한다. 그리고, 척 장치(40)를 해제하고, 현재 장착되어 있는 공구(1)를 회수측 보유 지지부(61)에 인도한다.

계속해서, 주축(20)을 변위시켜 공급측 보유 지지부(62)의 상방으로 이동시켜 공급측 보유 지지부(62)로부터 새로운 공구(1)를 수취하고, 척 장치(40)에 의한 체결 고정을 유효하게 한다.

이에 의해, 주축(20)에는 새로운 공구(1)가 장착되고, 선회 아암(60)이 테이블(12) 위로부터 퇴거되는 대로, 워크의 가공을 재개할 수 있다.

선회 아암(60)의 선단이 공구 스토커(52) 근방으로 되돌아온 후, 스칼라 로봇(70)이 회수측 보유 지지부(61)에 보유 지지한 공구(1)를 인취하여, 공구 스토커(52)로 되돌린다.

〔공작 기계(10)의 효과〕

이와 같은 본 실시 형태의 공작 기계(10)에 의하면, 이하와 같은 효과가 얻어진다.

즉, 본 실시 형태에서는, 주축(20)의 선단에 설치된 척 장치(40)에 의해, 공구(1)와 주축(20)이 직접 고정된다.

척 장치(40)에 있어서는, 콜릿 부재(43)가 인입 기구(48)에 의해 척 구멍(42)의 안측으로 인입됨으로써, 교축 기구(45)에 의해 콜릿 부재(43)가 조여져, 콜릿 부재(43)에 삽입되어 있는 공구(1)가 클램프된다.

이와 같이, 공구(1)의 클램프가 콜릿 부재(43)에 의한 체결 고정이기 때문에, 공구(1)의 생크 부분이 스트레이트라도 확실하게 고정할 수 있다.

또한, 콜릿 부재(43)에 의한 클램프 시에는, 인입 기구(48)에 의해 콜릿 부재(43)를 주축(20)의 중심축선 C를 따라 인입하고, 교축 기구(45)로 교축으로써, 공구(1)를 체결한다. 따라서, 회전식의 외통에 의한 콜릿 부재(43)의 체결 등과 같이, 콜릿 부재(43)에 회전 방향의 변형이나 축심 방향의 치우침을 발생시키지 않고, 고정밀도의 고정을 행할 수 있다.

한편, 인입 기구(48)의 인입력에 저항하여 콜릿 부재(43)를 주축(20)의 선단측으로 인출하고, 교축 기구(45)에 의한 교축으로부터 콜릿 부재(43)를 해방함으로써, 콜릿 부재(43)에 의한 공구(1)의 클램프를 해제하고, 주축(20)으로부터 공구를 제거할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 콜릿 부재(43), 척 구멍(42), 교축 기구(45) 및 인입 기구(48)에 의해, 공구(1)를 주축(20)의 축선 방향으로 인입하면서 전체 둘레로부터 체결하여 클램프할 수 있어, 공구(1)를 주축(20)에 직접 고정할 수 있음과 함께, 주축(20)의 선단측에 돌출된 기구 등은 없어, 주축 부분의 구조를 간소한 것으로 할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 콜릿 부재(43)의 외측 원추면(431)과, 척 구멍(42)의 내측 원추면(421)에 의해, 콜릿 부재(43)가 척 구멍(42)의 안측으로 인입되었을 때에 콜릿 부재(43)를 조일 수 있어, 교축 기구(45)로서 적합한 구성으로 할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 인입 기구(48)로서 인입용 탄성 부재인 복수의 접시 스프링(47)을 사용하여, 그 탄성을 이용하여 인입력을 얻을 수 있고, 별도의 동력을 필요로 하지 않아, 구조의 간략화에도 유효하다.

또한, 접시 스프링(47)의 매수 혹은 접시 스프링의 종류의 선택에 따라 인입력의 설정도 용이하다. 또한, 복수의 접시 스프링(47)은 중심축에 삽입 관통시킴으로써 정렬시킬 수 있고, 고속 회전했을 때에도 흔들림 등을 발생시키는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 고속 회전하는 주축에 설치한 경우에도 문제를 발생시키지 않는다.

본 실시 형태에서는, 주축(20)을 주축 헤드(16)에 에어 베어링(32)으로 지지했기 때문에, 고정밀도로 고속 회전하는 공작 기계(10)로 할 수 있어, 전술한 척 장치(40)에 의한 유효성을 최대한 발휘할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 자동 공구 교환 장치(50)를 설치함과 함께, 공구 핸들러(53)에 의해, 공구 스토커(52)에 수납된 공구(1)를 파지하여, 주축(20)에 장착시킬 수 있다. 이로 인해, 공구 핸들러(53)에 의해 공구(1)의 탈착이 행하여지는 시간을 제외하고 주축(20)을 구속하지 않아, 공구 교환 시의 주축(20)의 가동 정지 시간을 단축할 수 있다.

또한, 공구 스토커(52)는 테이블(12)의 측방 등, 주축(20)의 선단의 도달 범위 밖에 설치할 수 있어, 주축(20)의 동작에 간섭하지 않으면서, 또한 주축(20)의 동작 범위를 좁히지도 않는다.

본 실시 형태에서는, 공구 스토커(52)에 수용된 공구(1)를 공급측 보유 지지부(62)로 보유 지지하고, 선회 아암(60)으로 테이블(12) 위의 주축(20) 근방으로 이동시켜, 공구(1)를 주축(20)에 장착할 수 있다. 한편, 주축(20)에 장착된 공구(1)를 테이블(12) 위에서 회수측 보유 지지부(61)에 회수하고, 선회 아암(60)으로 이동시킴으로써, 공구 스토커(52)로 공구를 되돌릴 수 있다.

따라서, 공구 스토커(52)가 주축(20)의 선단의 도달 범위 밖에 설치되어 있어도, 공구 핸들러(53)에 의해, 주축(20)으로의 공구(1)의 탈착을 확실하게 행할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 공구(1)를 보유 지지할 때에 한 쌍의 공구 끼움 지지 부재(레버(611 내지 622, 741, 742))로 끼움 지지하기 때문에, 공구(1)의 생크가 스트레이트라도, 또한 생크의 직경 치수가 변동되어도, 확실한 보유 지지를 행할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 보유 지지부 이동 기구로서 선회 아암(60)을 사용하여, 회동을 행하는 구성이기 때문에, 직선 이동에 비하여 미끄럼 이동 부분을 저감시킬 수 있어, 미끄럼 이동 부분에 있어서의 절삭 칩에 의한 문제 등을 미연에 피할 수 있다.

〔지지 기구(80)〕

전술한 본 실시 형태의 공작 기계(10)에 있어서는, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 선회 아암(60)에 공구 보유 지지부인 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62)를 설치하고 있다.

그리고, 이들 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62)를 선회 아암(60)에 지지하기 위하여, 본 발명에 기초하는 지지 기구(80)가 사용되고 있다.

도 11, 도 12 및 도 13에도 도시한 바와 같이, 지지 기구(80)는 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62) 각각에 대응하여 설치되어 있다. 회수측 보유 지지부(61)를 지지하는 지지 기구(80A)와, 공급측 보유 지지부(62)를 지지하는 지지 기구(80B)는, 좌우가 반대인 대칭형으로 형성되어 있으나, 각각의 구성은 동일하다.

또한, 도 9 내지 도 13에 있어서, 선회 아암(60)의 길이 방향 L, 선회 아암(60)의 폭 방향 W, 보유 지지하는 공구(1)를 축방향 Z로 한다. 이들 각 방향 L, W, Z는 서로 직교하고 있으며, 지지 기구(80)에 있어서, 선회 아암(60)의 선회 동작은 폭 방향 W의 이동이 된다.

도 9 및 도 10에 있어서, 지지 기구(80)는 선회 아암(60)의 상면과 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)의 하면 사이에 개재 장착되는 조정판(81)을 갖는다.

조정판(81)은 평면 직사각형이고 소정 두께의 금속제 판재로 구성되고, 선회 아암(60)의 상면을 따라 고정되어 있다.

도 10, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 조정판(81)에는, 그 양쪽 측연부를 따라 상하면을 관통하는 관통 구멍(811)이 형성되어 있다. 관통 구멍(811)에는 각각 볼트(812)가 삽입 관통되어, 선회 아암(60)의 상면에 형성된 나사 구멍(813)(도 12 참조)에 비틀어 넣어진다. 이 볼트(812)를 체결함으로써, 조정판(81)은 선회 아암(60)에 체결 고정된다.

관통 구멍(811)은 조정판(81)의 양쪽 측연부를 따라 연장하는 긴 구멍으로 되어 있다. 그리고, 조정판(81)은 관통 구멍(811)이 연장되는 방향이, 선회 아암(60)의 폭 방향 W를 따라 배치되어 있다.

이로 인해, 체결용 볼트(812)를 느슨하게 함으로써, 이 볼트(812)를 관통 구멍(811) 내에서 상대 이동시켜, 조정판(81)의 고정 위치를 선회 아암(60)의 폭 방향 W로 변위시킬 수 있다.

도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 지지 기구(80)는 조정판(81)과 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)를 접속하는 브래킷(82)을 갖는다.

도 12 및 도 13에도 도시한 바와 같이, 브래킷(82)은 금속제의 판재를 절곡하여 평면 대략 L자 형상으로 형성한 것이다.

브래킷(82)은 중간에 절곡부(820)를 갖고, 이 절곡부(820)의 한쪽이 제1 부분(821)으로 되고, 다른 쪽이 제2 부분(822)으로 되어 있다.

제1 부분(821)은, 조정판(81)의 후방면을 따라 배치되고, 선회 아암(60)의 길이 방향 L로 연장되어 있고, 선단부가 볼트(823)로 조정판(81)에 고정되어 있다.

제2 부분(822)은 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)의 측면을 따라 배치되고, 선회 아암(60)의 폭 방향 W로 연장되어 있고, 선단부가 볼트(824)로 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)에 고정되어 있다.

제1 부분(821)은 볼트(823)로 조정판(81)에 고정된 부분과, 절곡부(820) 사이의 부분이, 소정 길이 이격되어 있다. 이 부분이 탄성 변형됨으로써, 제1 부분(821)은 조정판(81)에 대하여, 절곡부(820) 및 제2 부분(822)을 선회 아암(60)의 폭 방향 W로 변위 가능하다.

제2 부분(822)은 볼트(824)로 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)에 고정된 부분과, 절곡부(820) 사이의 부분이, 소정 길이 이격되어 있다. 이 부분이 탄성 변형됨으로써, 제2 부분(822)은 절곡부(820) 내지 조정판(81)에 대하여, 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)를 선회 아암(60)의 길이 방향 L로 변위 가능하다.

지지 기구(80)는 제1 부분(821)이 폭 방향 W로 변위 가능하고, 제2 부분(822)이 길이 방향 L로 변위 가능하다. 따라서, 지지 기구(80)에 있어서는, 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)에 있어서의 공구(1)의 지지축선(Z 방향)과, 전술한 척 장치(40)에 있어서의 공구(1)의 지지축선 사이에, 폭 방향 W 및 길이 방향 L의 어긋남이 있었다고 해도, 이 어긋남을 제1 부분(821) 및 제2 부분(822)의 탄성 변형에 의해 흡수할 수 있다.

본 실시 형태의 지지 기구(80)에 있어서는, 탄성 변형되는 제1 부분(821) 및 제2 부분(822)을 갖는 브래킷(82)에 의해 변위 추종 기구(88)가 구성되어 있다.

그런데, 브래킷(82)의 제1 부분(821)에 있어서는, 볼트(823)를 삽입 관통하는 구멍이 볼트(823)의 축부보다 크게 형성되어, 볼트(823)를 느슨하게 함으로써, 브래킷(82)과 조정판(81)의 고정 위치를 선회 아암(60)의 길이 방향 L로 조정 가능하다.

볼트(823)를 느슨하게 한 상태에서는, 브래킷(82)을 조정판(81)에 대하여 선회 아암(60)의 폭 방향 W를 따른 축 둘레로 회동시킬 수 있고, 이에 의해 브래킷(82)과 조정판(81) 기울기를 조정하는 것이 가능하다. 또한, 브래킷(82)의 제2 부분(822)에 있어서는, 볼트(824)를 삽입 관통하는 구멍이 볼트(824)의 축부보다 크게 형성되어, 볼트(824)를 느슨하게 함으로써, 브래킷(82)과 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)의 고정 위치를 선회 아암(60)의 폭 방향 W로 조정 가능하다.

볼트(824)를 느슨하게 한 상태에서는, 브래킷(82)을 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)에 대하여 선회 아암(60)의 길이 방향 L을 따른 축 둘레로 회동시킬 수 있고, 이에 의해 브래킷(82)과 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)의 기울기를 조정하는 것이 가능하다.

또한, 전술한 바와 같이, 조정판(81)은 관통 구멍(811)에 통과되는 볼트(812)를 느슨하게 함으로써, 선회 아암(60)에 대한 고정 위치를 폭 방향 W로 조정 가능하다.

따라서, 이들 볼트(823, 824, 812)를 느슨하게 한 상태에서는, 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62)는 선회 아암(60)에 대한 고정 위치를 폭 방향 W 및 길이 방향 L로 각각 조정 가능하다.

아울러, 볼트(823, 824, 812)를 느슨하게 한 상태에서는, 선회 아암(60)의 폭 방향 W를 따른 축 둘레, 선회 아암(60)의 길이 방향 L을 따른 축 둘레, 공구(1)의 지지축선인 Z 방향을 따른 축 둘레라는 3축에 대하여 기울기를 조정하는 것이 가능하다.

본 실시 형태의 지지 기구(80)에 있어서는, 이들 조정판(81), 브래킷(82) 및 볼트(823, 824, 812)에 의해 위치 조정 기구(89)가 구성되어 있다.

〔지지 기구(80)의 효과〕

이와 같은 본 실시 형태의 지지 기구(80)에 의하면, 이하와 같은 효과가 얻어진다.

즉, 본 실시 형태에서는, 지지 기구(80)를 개재하여, 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62)를 각각 선회 아암(60)에 고정할 수 있다.

이때, 지지 기구(80)에는 변위 추종 기구(88)가 구성되어 있기 때문에, 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)에 있어서의 공구(1)의 지지축선(Z 방향)과, 전술한 척 장치(40)에 있어서의 공구(1)의 지지축선 사이에 코어 어긋남이 있다고 해도, 이 코어 어긋남을 흡수할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 변위 추종 기구(88)를, 탄성 변형되는 제1 부분(821) 및 제2 부분(822)을 갖는 브래킷(82)에 의해 구성했기 때문에, 구조가 간단함과 함께, 척 장치(40)에 지지된 공구(1)에, 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)를 원활하게 추종시킬 수 있다.

이로 인해, 척 장치(40)에의 공구(1)의 착탈에 있어서, 공구(1)와 콜릿 부재(43) 사이에 편중된 미끄럼 이동이 발생하지 않게 되어, 척 장치(40)에서의 공구(1)의 보유 지지 정밀도가 저하되는 것을 해소할 수 있다.

또한, 지지 기구(80)에는, 위치 조정 기구(89)가 구성되어 있기 때문에, 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)에 있어서의 공구(1)의 지지축선과, 전술한 척 장치(40)에 있어서의 공구(1)의 지지축선 사이의 코어 어긋남이 없어지도록, 상호의 위치를 조정할 수 있다.

즉, 코어 어긋남이 항상 발생하는 경우 등, 위치 조정 기구(89)에 의해 위치 조정함으로써, 상태화된 코어 어긋남을 해소할 수 있다. 그리고, 전술한 변위 추종 기구(88)에 의한 추종을, 공구(1)의 교환마다의 우발적인 코어 어긋남으로의 추종 정도로 억제할 수도 있어, 항상 원활한 공구(1)의 교환을 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 위치 조정 기구(89)에서는, W 방향 및 L 방향의 평행 이동에 의한 위치 조정 외에, W 방향 및 L 방향 각각을 축으로 하는 2축 둘레의 회동에 의해, 선회 아암(60)에 대한 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)의 기울기를 조정하는 것이 가능하여, 공구(1)의 지지축선(Z 방향)과, 척 장치(40)에 있어서의 공구(1)의 지지축선을 고정밀도로 정렬시킬 수 있다.

〔다른 실시 형태〕

또한, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형 등은 본 발명에 포함되는 것이다.

상기 실시 형태에서는, 브래킷(82)을 개재하여 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)를 조정판(81)에 지지하고, 이 브래킷(82)의 탄성 변형을 이용하여 변위 추종 기구(88)를 구성했지만, 예를 들어 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)를, 그 사방으로부터 코일 스프링 등으로 현수하여, 폭 방향 W 및 길이 방향 L로 변위 가능하게 지지해도 된다. 또한, 기계적인 부재의 탄성 변형에 한하지 않고, 유체압이나, 자력을 이용한 반발력에 의해 하중을 지지하면서 변위를 흡수하는 것 등이어도 된다.

상기 실시 형태에서는, 조정판(81)을 개재하여 회수측 보유 지지부(61) 혹은 공급측 보유 지지부(62)를 선회 아암(60)에 지지했지만, 예를 들어 조정판(81)을 사용하지 않고, 브래킷(82)을 선회 아암(60)에 직접 접속해도 된다. 이 경우, 조정판(81)에 의한 폭 방향 W의 조정 여유를 얻지 못하게 되므로, 그만큼 브래킷(82)에 있어서의 조정 여유를 확대하는 등, 위치 조정 기구(89)로서의 조정 기능이 얻어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 실시 형태에서는, 지지 기구(80)에, 변위 추종 기구(88) 및 위치 조정 기구(89) 양쪽을 구성했지만, 위치 조정 기구(89)는 생략해도 된다.

상기 실시 형태에서는, 직사각형 판상의 공구 스토커(52)를 사용하고, 공구 핸들러(53)에 있어서는, 선회 아암(60)과의 공구(1)의 수수에 스칼라 로봇(70)을 사용하고 있었다(도 7 등 참조).

이에 대하여, 원판 형상의 공구 스토커를 사용해도 되고, 공구 핸들러(53)와 공구 스토커 사이의 공구(1)의 재적재에, 공구 스토커로부터 공구(1)를 상승시키는 리프트 기구를 사용해도 된다.

상기 실시 형태의 척 장치(40)에 있어서, 공구(1)의 클램프 해제에 있어서는, 인입 기구(48)의 인입력을 해제하는 별도의 기구를 사용해도 되고, 인입 기구(48)의 인입력에 저항하여 콜릿 부재(43)를 이동시키는 별도의 구동 기구를 사용해도 된다. 예를 들어, 주축(20)의 중심 구멍(22)에 통과된 쿨런트 구멍을 통하여 가압 에어를 공급하거나 하여, 콜릿 부재(43)를 구동할 수 있다.

또한, 콜릿 부재(43)의 내면에 절삭 칩이 부착되어 있으면, 공구(1)의 설치 정밀도를 저하시키는 경우가 있다. 이로 인해, 공구(1)의 장착에 앞서, 콜릿 부재(43)의 내면에 가압 에어의 분사를 행하여, 절삭 칩의 제거를 행하도록 해도 된다.

교축 기구(45)로서는, 원추면에 한하지 않고, 콜릿 부재(43)의 외주면 혹은 척 구멍(42)의 내측면에, 둘레 방향으로 균등 배치되고 또한 주축(20)의 중심축선 C 방향으로 연장되는 복수의 돌조를 형성하고, 그 표면을 척 구멍(42)의 안측일 수록 중심축선 C에 근접하는 경사면으로 하고, 이들 경사면을 교축 기구로 해도 된다.

인입 기구(48)로서는, 인입용 탄성 부재는 복수의 접시 스프링(47)에 한하지 않고, 코일 스프링 그 밖의 탄성 부재이어도 되고, 체적 압축하는 소재 등이어도 된다.

주축(20)을 주축 헤드(16)에 회전 가능하게 지지하는 구조로서는, 에어 베어링(32)에 한하지 않고, 소기의 정밀도 및 회전 속도가 얻어지면, 다른 베어링이어도 된다.

상기 실시 형태에서는, 척 장치(40)를 패키지화하여, 척 구멍(42)을 갖는 슬리브 부재(41)에 콜릿 부재(43)를 수용하고, 교축 기구(45) 및 인입 기구(48)까지 더 포함하도록 했다. 이에 대하여, 교축 기구(45) 혹은 인입 기구(48)는 패키지로부터 분리하여 주축 어셈블리(30)에 구성해도 되고, 혹은 척 장치(40)를 패키지화하지 않고, 주축 본체(21)에 직접 척 구멍(42)을 형성하고, 여기에 콜릿 부재(43)를 수용하는 구성으로 해도 된다.

회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62)는 선회 아암(60)에 고정하는 것이 아니고, 선회 아암(60) 위에서 이동 가능하게 설치해도 된다. 주축(20)으로부터 공구(1)를 분리한 후, 선회 아암(60) 위에서 회수측 보유 지지부(61) 및 공급측 보유 지지부(62)가 교체되도록 이동시킴으로써, 주축(20)을 이동시키지 않고 새로운 공구(1)의 장착을 행할 수 있다.

보유 지지부 이동 기구로서는, 선회 아암(60)과 같은 회동에 한하지 않고, 직선 이동이어도 된다.

예를 들어, 주축(20)을 포함하는 공작 기계(10)의 주요 부분을 방진 케이스로 덮고, 공구 스토커(52) 및 공구 핸들러(53)의 주요 부분을 방진 케이스의 외부에 설치하는 경우, 방진 케이스에는 보유 지지부 이동 기구의 공구 보유 지지부를 드나들게 하는 도어 등이 필요하게 되지만, 직선 이동하는 구성이면 도어 등을 최소한의 크기로 할 수 있다.

Claims (4)

1. 주축 헤드에 회전 가능하게 지지된 주축과, 상기 주축에 장착되는 공구와, 상기 주축의 선단에 설치되고 또한 상기 주축의 축선 방향으로 인입된 상기 공구를 척하는 척 장치와, 상기 척 장치에 장착되는 상기 공구를 보유 지지하는 공구 보유 지지부와, 상기 공구 보유 지지부를 상기 주축의 도달 가능 위치까지 이동시키는 보유 지지부 이동 기구를 갖는 공작 기계이며,
   상기 공구 보유 지지부를 상기 보유 지지부 이동 기구에 지지하는 지지 기구를 갖고,
   상기 지지 기구는, 상기 공구 보유 지지부를 상기 보유 지지부 이동 기구에 대하여 상기 공구의 축선과 교차 방향으로 변위 가능하게 지지하는 변위 추종 기구를 갖고,
   상기 변위 추종 기구는, 상기 공구의 축선 방향과 교차하고 또한 서로 교차하는 2방향으로 탄성 변형되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 지지 기구는, 상기 공구 보유 지지부의 상기 보유 지지부 이동 기구에 대한 위치를 상기 공구의 축선과 교차 방향으로 조정 가능한 위치 조정 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
4. 제3항에 있어서, 상기 위치 조정 기구는, 상기 공구의 축선 방향과 교차하고 또한 서로 교차하는 2방향으로 위치 조정 가능한 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계.

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