WO2014034231A1 - 工作機械 - Google Patents

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WO2014034231A1
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attachment
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tool unit
cylinder
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Inventor
粂　隆行
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三菱重工業株式会社
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/107—Retention by laterally-acting detents, e.g. pins, screws, wedges; Retention by loose elements, e.g. balls
    • B23B31/1071—Retention by balls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
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    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/24—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/30—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using fluid-pressure means in the chuck
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B2231/04—Adapters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/02—Use of a particular power source
    • B23B2270/025—Hydraulics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/08—Clamping mechanisms; Provisions for clamping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T279/00—Chucks or sockets
    • Y10T279/12—Chucks or sockets with fluid-pressure actuator
    • Y10T279/1274—Radially reciprocating jaws
    • Y10T279/1291—Fluid pressure moves jaws via mechanical connection

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool.
  • Patent Document 1 In machine tools, the workpiece is machined by a program or the like, and the tool to be machined is appropriately changed depending on the machining site and machining stage.
  • Patent Document 2 As a technique related to tool change in a machine tool, for example, there are Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • Patent Document 1 has an inner peripheral surface of a holding hole in which a tool in a clamping device for clamping a tool is inserted and the outer periphery of the tool is held, and the inner peripheral surface of the holding hole in the clamping device and the tool are rotated by the rotation of the tool. It is a tool changer arranged so that a wedge member bites between the outer peripheral surface. According to this, a tool suitable for high-speed rotation having a smooth surface without a keyway or the like on the outer peripheral surface can be automatically replaced. In other words, in a tool that automatically replaces a tool with a good rotation balance that is detachably attached to the main shaft of a high-speed machine, it is suitable for high-speed rotation, can be made simple and compact.
  • Patent Document 2 is a technique related to a control device for a device that easily combines a drawbar and a tool, and rotationally drives a tool to a fixed drawbar by rotating a tool gripping portion that grips the tool. It is the tool attachment / detachment rotation control device which controls a section. According to this, since the tool is rotated and screw-coupled to the drawbar to which the rotation drive unit is fixed, and the rotation drive unit is appropriately controlled by the tool attaching / detaching rotation control device, the drawbar and the tool are coupled. Is extremely easy.
  • a machine tool capable of machining a narrow portion an operator manually changes a tool used for machining while performing automatic machining by a program. This is because, in order to enable processing of the narrow portion, size restrictions are imposed on the parts and parts in the machine tool for processing the narrow portion. That is, in a machine tool capable of processing a narrow portion, it is necessary to particularly reduce the size of the tool changing mechanism. However, even if a tool change mechanism in a conventional machine tool is simply reduced in size, it cannot be employed in a machine tool for narrow portion machining.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to reduce the size of a tool and a spindle around a simple mechanism for exchanging tools in a machine tool.
  • a machine tool for solving the above-mentioned problems is a machine tool in which a tool unit having a tool for processing is mounted on a main shaft via an attachment, and the attachment is a cylinder fixed to the main shaft. And a piston part that is slidably held by the cylinder part, the cylinder part has a plurality of spheres that can project in the radial direction of the cylinder part, and the piston part is the cylinder A contact surface for projecting the spherical body in the radial direction of the cylinder portion when sliding to one side with respect to the portion, the tool unit has a projecting slope projecting in the radial direction of the tool unit, The projecting slope is pressed against the spherical body projecting in the radial direction of the cylinder part by sliding to one side of the piston part, thereby being coupled to the attachment. And butterflies.
  • the steel ball in the radial direction of the cylinder portion is located at a position corresponding to the steel ball when the piston slides to the other side.
  • the tool unit has a position corresponding to the steel ball when the piston portion slides to the other side with respect to the cylinder portion.
  • the spherical body is movable in the radial direction of the cylinder portion, and the tool unit is released from the spherical body and can be detached from the attachment.
  • the attachment has an elastic body so that a force for sliding the piston part to one side acts, and the piston part slides to the other side.
  • a fluid supply space to which a fluid is supplied so that a force to act is applied, and when the fluid is supplied to the fluid supply space, the piston portion slides to the other side by the pressure of the fluid, and the fluid supply space
  • the fluid slides to one side due to elastic deformation of the elastic body.
  • a machine tool according to a fourth aspect of the present invention for solving the above-described problems is characterized by further comprising a tool unit holding device for assisting in attaching and detaching the tool unit and conveying the tool unit.
  • the tool unit is coupled to the attachment by pressing the spherical body of the cylinder unit against the projecting slope of the tool unit by sliding to one side of the piston unit.
  • a tool unit having a predetermined coupling force and an attachment can be coupled by a simple mechanism.
  • the screw connection is not employed, the length of the screw connection portion and the screw diameter for generating a predetermined connection force are not required, so that the tool unit and the attachment can be reduced in size.
  • the tool unit and attachment can be attached simply by sliding the piston part to one side with respect to the cylinder part, reducing the installation time without the need to rotate the member like screw connection. can do.
  • the tool unit can be detached from the attachment by simply sliding the piston part to the other side with respect to the cylinder part. It is possible to release the tool unit and the attachment. Also, since the tool unit and attachment can be detached simply by sliding the piston part to the other side with respect to the cylinder part, the removal time is shortened without the work of rotating the member like screw connection. can do.
  • the piston unit can be slid to one side or the other side by supplying and discharging the fluid to and from the fluid supply space.
  • the tool unit can be attached to and detached from the attachment automatically by assisting the attachment and detachment of the tool unit with respect to the attachment and transporting the tool unit with the tool unit holding device. Tools can be changed automatically.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the periphery of a tool in a machine tool according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a machine tool according to Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the clamp mechanism of the tool in the machine tool which concerns on Example 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the clamp mechanism of the tool in the machine tool which concerns on Example 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the clamp mechanism of the tool in the machine tool which concerns on Example 1.
  • FIG. 1 is a front view showing a tool unit holding device in a machine tool according to Embodiment 1.
  • the machine tool is a portal processing machine capable of processing a narrow portion.
  • a bed 1 a table 2, a column 3, a cross rail 4, a saddle 5,
  • the ram 6 includes a ram 6, a main shaft 7 built in the ram 6, and a tool unit 9 attached to the main shaft 7 via an attachment 8.
  • the bed 1 is installed horizontally under the floor, and the table 2 and the column 3 are installed on the bed 1.
  • the table 2 is a table on which a workpiece (not shown) is placed, and can move in one direction on the bed 1.
  • the cross rail 4 is installed in a gate-shaped column 3 installed vertically, and is movable in the vertical direction with respect to the column 3.
  • a saddle 5 is installed on the cross rail 4 and is movable and rotatable in the axial direction with respect to the cross rail 4 in order to change the processing position and processing direction of the workpiece.
  • the ram 6 is gripped by the saddle 5 and is slidable in the axial direction with respect to the saddle 5.
  • the main shaft 7 is gripped by the ram 6 and can be rotated by a driving device (not shown).
  • the tool unit 9 is configured such that the tool 10 can be attached to and detached from the attachment 8. As shown in FIG. 1, the tool unit 9 is assembled to the tool holder 20 via a spacer 30. And a tool clamp member 40 to be attached. The tool unit 9 is coupled to the attachment 8 at the tool clamp member 40. A concave groove 21 is provided in the tool holder 20 so that the tool unit 9 can be easily attached to and detached from the attachment 8 (details will be described later).
  • the attachment 8 is for attaching the tool unit 9 to the main shaft 7, and as shown in FIG. 1, the cylinder 50 fixed to the main shaft 7, the cylinder head 60 fixed to the cylinder 50, the cylinder 50, and And a piston 70 slidably supported by the cylinder head 60.
  • the disc spring 80 since the disc spring 80 is installed between the cylinder head 60 and the piston 70, a predetermined force due to elastic deformation of the disc spring 80 always acts on the piston 70. That is, the piston 70 is always in a load state in which it tries to move to one side (the right side in FIG. 1) where the cylinder 50 is installed in the axial direction.
  • the force acting on the piston 70 is not limited to the force caused by the elastic deformation of the disc spring 80 of this embodiment.
  • an elastic body such as urethane rubber
  • force due to elastic deformation of urethane rubber or the like may be applied to the piston 70, and a hydraulic space is formed by forming a sealed space between the cylinder head 60 and the piston 70.
  • hydraulic pressure or the like may be applied to the piston 70 by pouring fluid such as.
  • a coil spring or the like may be installed on one side of the piston 70 where the cylinder 50 is installed, and the piston 70 may be pulled to one side by elastic deformation of the coil spring or the like.
  • the pressure oil chamber 100 in a sealed space is formed.
  • the hydraulic pressure can be applied to the piston 70 by supplying hydraulic oil from the oil supply port 51 formed in the cylinder 50 to the pressure oil chamber 100 through the oil supply passage 52.
  • the cylinder 50 is further formed with an air supply port 53.
  • the air supply passage 54 formed in the cylinder 50 and the air holes 62 formed in the cylinder head 60 see FIGS. 3 to 6.
  • dust or the like between the cylinder head 60 in the attachment 8 and the tool clamp member 40 in the tool unit 9 can be blown away.
  • the cylinder head 60 is provided with a circular hole 61, and the circular hole 61 is provided with a steel ball 110.
  • a plurality of circular holes 61 are provided on the circumference of the cylinder head 60, and one steel ball 110 is provided in each circular hole 61 so as not to fall out.
  • the steel ball 110 is held so as to be slightly movable only in the radial direction of the cylinder head 60, and is held so as not to be able to move in the axial direction and the circumferential direction of the cylinder head 60.
  • the piston 70 has a contact surface 71 for applying a load to the steel ball 110 and a relief hole 72 for allowing the steel ball 110 to move in the radial direction of the cylinder head 60.
  • the escape hole 72 is located at a position corresponding to the steel ball 110 when the piston 70 slides to the other side where the tool unit 9 is attached in the axial direction.
  • the steel ball 110 held in the circular hole 61 of the cylinder head 60 is attached to the contact surface 71 of the piston 70 as shown in FIG. 3.
  • the tool clamp member 40 is in contact with the projecting slope 41 projecting obliquely in the radial direction. That is, the steel ball 110 is pressed against the projecting slope 41 of the tool clamp member 40 by the contact surface 71 of the piston 70 and the circular hole 61 of the cylinder head 60. Therefore, the tool unit 9 having the tool clamp member 40 cannot be detached from the attachment 8 having the steel ball 110.
  • a plurality of contact points between the attachment 8 and the tool unit 9 are provided. That is, the cylinder head 60 in the attachment 8 and the tool clamp member 40 in the tool unit 9 are in contact with each other via the steel ball 110 and in direct contact with each other at the contact right-angle surface 42 and the contact slope 43 of the tool clamp member 40. Yes.
  • the contact angle 42 of the tool clamp member 40 is brought into contact with the cylinder head 60, whereby the mounting angle of the tool unit 9 with respect to the attachment 8 can be determined accurately and easily. Further, the rigidity in the axial direction of the tool 10 when machining a workpiece (not shown) with the tool 10 can be increased.
  • the contact angle 43 of the tool clamp member 40 is brought into contact with the cylinder head 60, whereby the mounting angle of the tool unit 9 with respect to the attachment 8 can be determined more accurately and easily.
  • the rigidity in the radial direction of the tool 10 as well as the axial direction of the tool 10 when machining a workpiece (not shown) with the tool 10 can be increased.
  • the contact surface 71 of the piston 70 may be formed with a slope that protrudes in the radial direction as it approaches the tool unit 9 (a slope that causes the contact surface 71 to be lowered to the left in FIG. 3).
  • the piston 70 moves to one side (the right side in FIG. 3) where the cylinder 50 is installed in the axial direction by the force of elastic deformation of the disc spring 80.
  • the pressing force by which the contact surface 71 of the piston 70 presses the steel ball 110 against the protruding slope 41 of the tool clamp member 40 increases. Therefore, the coupling force between the tool unit 9 and the attachment 8 can be increased.
  • the pressing force by which the contact surface 71 of the piston 70 presses the steel ball 110 against the projecting slope 41 of the tool clamp member 40 also increases depending on the type of the disc spring 80 installed between the cylinder head 60 and the piston 70. Can be made.
  • the projecting inclined surface 41 of the tool clamp member 40 is moved to the circular hole 61 of the cylinder head 60 in the attachment 8 by moving the tool unit 9 to the opposite side of the attachment 8.
  • the provided steel ball 110 can be pushed away. Therefore, a part of the steel ball 110 fits into the escape hole 72 of the piston 70, and the tool unit 9 can be detached from the attachment 8 (see FIG. 5).
  • the contact slope 43 of the tool clamp member 40 is provided in the circular hole 61 of the cylinder head 60 in the attachment 8 by moving the tool unit 9 toward the attachment 8 side.
  • the steel ball 110 can be pushed away. Therefore, a part of the steel ball 110 fits into the escape hole 72 of the piston 70, and the tool unit 9 can be attached to the attachment 8 (see FIG. 6).
  • the attachment 8 and the tool unit 9 are attached and detached using the unclamping device 120 and the tool unit holding device 130.
  • the unclamping device 120 is a device that supplies hydraulic oil and air necessary for removing the tool unit 9 from the attachment 8, and is connected to the oil supply port 51 of the cylinder 50 to supply hydraulic oil. 121, an air supply port 122 for supplying air by being connected to the air supply port 53 of the cylinder 50, and a carriage 123 for moving.
  • the tool unit holding device 130 is a device that supports the tool unit 9 removed from the attachment 8, and as shown in FIGS. 7 and 8, a U-shaped claw portion 131 that fits into the concave groove 21 of the tool holder 20.
  • the tool support apparatus 140 which supports some tools 10 in the tool unit 9.
  • a tool exchange space (not shown) for exchanging the tool unit 9 is provided in the movable region of the attachment 8, and the attachment 8 is moved to the tool exchange position in the tool exchange space to replace the tool unit 9 ( Installation and removal).
  • the unclamping device 120 and the tool unit holding device 130 are brought close to the spindle 7 located at the tool changing position in the tool changing space, and oil supply and air supply are performed by the unclamping device 120.
  • the tool unit 9 can be detached from the attachment 8.
  • the oil supply port 121 of the unclamping device 120 placed close to the attachment 8 is connected to the oil supply port 51 of the cylinder 50 in the attachment 8, and the air supply port 122 of the unclamping device 120 is connected to the air supply port 53 of the cylinder 50 in the attachment 8.
  • the escape hole 72 of the piston 70 becomes a position corresponding to the steel ball 110 provided in the circular hole 61 of the cylinder head 60 as shown in FIG. 4. .
  • the tool unit 9 is detached from the attachment 8 by the tool unit holding device 130.
  • the projecting slope 41 of the tool clamp member 40 pushes away the steel ball 110 provided in the circular hole 61 of the cylinder head 60 in the attachment 8, so that the steel ball 110 fits in the escape hole 72 of the piston 70 (see FIG. 5). ). Therefore, since there is no thing (steel ball 110) which presses the tool unit 9 to the attachment 8, it can be made to detach
  • the tool unit 9 and the tool unit holding device 130 detached from the attachment 8 are moved to a retreat space (not shown), and the new tool unit 9 and the tool unit holding device 130 are located at the tool changing position in the tool changing space. 8 close.
  • One tool unit 9 and one tool unit holding device 130 correspond to one tool 10. That is, as a machine tool, various tools 10 adapted to various processes, various tool units 9 assembled to the various tools 10, and various tool unit holding devices 130 for holding the various tool units 9 are used. And have.
  • the various tool units 9 and the tool unit holding device 130 are arranged in a retreat space (not shown).
  • the tool unit holding device 130 is moved in a direction approaching the attachment 8. Since the steel ball 110 provided in the circular hole 61 of the cylinder head 60 is fitted in the escape hole 72 of the piston 70 (see FIG. 5), the tool unit 9 can be moved to the mounting position on the attachment 8 (see FIG. 6). ).
  • the escape hole 72 of the piston 70 becomes a position not corresponding to the steel ball 110 provided in the circular hole 61 of the cylinder head 60. That is, the steel ball 110 pushed out from the escape hole 72 of the piston 70 is supported by the contact surface 71 of the piston 70 and is pressed against the protruding slope 41 of the tool clamp member 40 in the tool unit 9. Therefore, the tool unit 9 is pushed toward the attachment 8 by the steel ball 110, and the attachment of the tool unit 9 to the attachment 8 is completed.
  • the present invention is suitable as a machine tool because the tool unit and the attachment can be downsized and the tool can be automatically changed, and is particularly suitable as a machine tool for narrow part machining.
  • Tool unit 10 Tool 20 Tool holder 21 Groove 30 of tool holder Spacer 40 Tool clamp member 41 Projecting slope 42 of tool clamp member Contact of tool clamp member Right angle surface 43 Contact slope 50 of the tool clamp member Cylinder 51 Cylinder oil supply port 52 Cylinder oil supply passage 53 Cylinder air supply port 54 Cylinder air supply passage 60 Cylinder head 61 Cylinder head circular hole 62 Cylinder head air hole 70 Piston 71 Piston contact surface 72 Piston relief hole 80 Belleville spring 90 Seal member 100 Pressure oil chamber 110 Steel ball 120 Unclamp device 130 Tool unit holding device 140 Tool support device

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

工具ユニット（９）がアタッチメント（８）を介して主軸に装着される工作機械であって、前記アタッチメント（８）は、前記主軸（７）に固定されるシリンダ部（６０）と、前記シリンダ部（６０）に摺動可能に把持されるピストン部（７０）とを有し、前記シリンダ部（６０）は、当該シリンダ部（６０）の径方向へ突出可能な複数の球体（１１０）を有し、前記ピストン部（７０）は、前記シリンダ部（６０）に対して一方側へ摺動すると前記球体（１１０）を前記シリンダ部（６０）の径方向へ突出させる当付面（７１）を有し、前記工具ユニット（９）は、当該工具ユニット（９）の径方向へ突出する突出斜面（４１）を有し、前記ピストン部（７０）の一方側への摺動により突出された前記球体（１１０）に前記突出斜面（４１）が押し当てられることにより、前記アタッチメント（８）に結合されて成る。

Description

工作機械
　本発明は、工作機械に関する。
　工作機械においては、プログラム等によってワークに対して加工を施すと共に、加工部位や加工段階等によって加工に供する工具を適宜交換する。工作機械における工具交換に関する技術としては、例えば、特許文献１および特許文献２がある。
　特許文献１は、工具をクランプするクランプ装置における工具が挿入されて工具の外周が保持される保持穴の内周面を有し、工具の回転によりクランプ装置における保持穴の内周面と工具の外周面との間にくさび部材が食い込むように配置された工具交換装置である。これによれば、外周面にキー溝等がない滑らかな面を有する高速回転に適した工具を自動交換することができる。つまり、高速機械の主軸に着脱可能に取付けられる回転バランスの良い工具を主に自動で交換するものにおいて、高速回転に適し、構造簡単でかつコンパクトすることができる。
　特許文献２は、ドローバと工具との結合を容易に実施する装置のための制御装置に関する技術であり、工具を把持する工具把持部を回転させて固定されたドローバに工具をネジ結合させる回転駆動部を制御する工具着脱回転制御装置である。これによれば、回転駆動部が固定されたドローバに対して工具を回転させてネジ結合させると共に、当該回転駆動部が工具着脱回転制御装置によって適切に制御されるため、ドローバと工具との結合が極めて容易となる。
特開平１０－０８０８３６号公報 特開２００１－０４７３３６号公報
　しかし、特許文献１および特許文献２に係る工具のクランプにおいては、工具側および主軸側にネジ部を設けてネジ結合させていることから、工具側と主軸側との結合力を確保するためにはネジの径を小さくし、ネジの長さを短くすることができない。つまり、工具および主軸周りを小型化することが難しい。また、工具の自動交換を実現しているが、ネジ結合の着脱には工具等を回転させることにより時間を要するので、工作機械としての稼働率を向上させることが難しい。
　また、狭小部を加工可能な工作機械においては、プログラムによる自動加工を行う一方で、加工に供する工具の交換をオペレータが手動で行っている。これは、狭小部の加工を可能にするために、狭小部加工用の工作機械における部位や部品などには大きさの制限が課せられるからである。つまり、狭小部を加工可能な工作機械においては、工具交換の機構を特に小型化する必要がある。しかし、従来の工作機械における工具交換の機構を単純に小型化しても、狭小部加工用の工作機械に採用することはできない。
　本発明は、上記のような問題を鑑みなされたもので、工作機械における工具交換を簡易な機構とし、工具および主軸周りを小型化することを目的とする。
　上記課題を解決する第一の発明に係る工作機械は、加工に供する工具を有する工具ユニットがアタッチメントを介して主軸に装着される工作機械であって、前記アタッチメントは、前記主軸に固定されるシリンダ部と、前記シリンダ部に摺動可能に把持されるピストン部とを有し、前記シリンダ部は、当該シリンダ部の径方向へ突出可能な複数の球体を有し、前記ピストン部は、前記シリンダ部に対して一方側へ摺動すると前記球体を前記シリンダ部の径方向へ突出させる当付面を有し、前記工具ユニットは、当該工具ユニットの径方向へ突出する突出斜面を有し、前記ピストン部の一方側への摺動により前記シリンダ部の径方向へ突出された前記球体に前記突出斜面が押し当てられることにより、前記アタッチメントに結合されることを特徴とする。
　上記課題を解決する第二の発明に係る工作機械は、前記ピストン部は、当該ピストンが他方側へ摺動した際に前記鋼球に対応する位置に、前記シリンダ部の径方向における前記鋼球の移動を可能にするための逃がし穴を有し、前記工具ユニットは、前記ピストン部が前記シリンダ部に対して他方側へ摺動すると、前記逃がし穴が前記鋼球に対応する位置となって前記球体が前記シリンダ部の径方向へ移動可能な状態になり、当該工具ユニットが前記球体から解放されて前記アタッチメントから離脱可能な状態となることを特徴とする。
　上記課題を解決する第三の発明に係る工作機械は、前記アタッチメントは、前記ピストン部を一方側へ摺動させる力が作用するように弾性体を有し、前記ピストン部を他方側へ摺動させる力が作用するように流体が供給される流体供給空間を有し、前記ピストン部は、前記流体供給空間に前記流体を供給すると前記流体の圧力によって他方側へ摺動し、前記流体供給空間から前記流体を排出すると前記弾性体の弾性変形によって一方側へ摺動することを特徴とする。
　上記課題を解決する第四の発明に係る工作機械は、更に、前記工具ユニットの着脱の補助および搬送を行う工具ユニット保持装置を備えたことを特徴とする。
　第一の発明に係る工作機械によれば、ピストン部の一方側への摺動により、工具ユニットの突出斜面にシリンダ部の球体が押し当てられることにより、工具ユニットがアタッチメントに結合されるので、簡易な機構により所定の結合力を有する工具ユニットとアタッチメントとを結合させることができる。更に、ネジ結合を採用しないことにより、所定の結合力を生じるためのネジ結合部の長さおよびネジ径を必要としないので、工具ユニットおよびアタッチメントを小型化することができる。また、ピストン部をシリンダ部に対して一方側へ摺動させるだけで工具ユニットとアタッチメントとの装着を行うことができるので、ネジ結合のように部材を回転させる作業を伴わず、装着時間を短縮することができる。
　第二の発明に係る工作機械によれば、ピストン部をシリンダ部に対して他方側へ摺動させるだけで工具ユニットがアタッチメントから離脱可能な状態となるので、簡易な機構により所定の結合力から解放させて、工具ユニットとアタッチメントとを離脱させることができる。また、ピストン部をシリンダ部に対して他方側へ摺動させるだけで工具ユニットとアタッチメントとの離脱を行うことができるので、ネジ結合のように部材を回転させる作業を伴わず、離脱時間を短縮することができる。
　第三の発明に係る工作機械によれば、流体供給空間への流体の供給および排出によって、ピストン部を一方側または他方側へ摺動させることができるので、工具ユニットとアタッチメントとの着脱の機構を簡易な構造とすることができ、アタッチメントに対する工具ユニットの着脱を容易にすることができる。
　第四の発明に係る工作機械によれば、アタッチメントに対する工具ユニットの着脱の補助および工具ユニットの搬送を工具ユニット保持装置によって行うことにより、アタッチメントに対する工具ユニットの着脱を自動で行うことができるので、工具を自動交換することができる。
実施例１に係る工作機械における工具周りを示す縦断面図である。 実施例１に係る工作機械を示す斜視図である。 実施例１に係る工作機械における工具のクランプ機構を示す説明図である。 実施例１に係る工作機械における工具のクランプ機構を示す説明図である。 実施例１に係る工作機械における工具のクランプ機構を示す説明図である。 実施例１に係る工作機械における工具のクランプ機構を示す説明図である。 実施例１に係る工作機械における工具交換を示す説明図である。 実施例１に係る工作機械における工具ユニット保持装置を示す正面図である。
　以下に、本発明に係る工作機械の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることは言うまでもない。
　まず、本発明に係る工作機械について、図１乃至図８を参照して説明する。
　本実施例に係る工作機械は、狭小部を加工可能な門形加工機であり、図２に示すように、ベッド１と、テーブル２と、コラム３と、クロスレール４と、サドル５と、ラム６と、ラム６に内蔵された主軸７と、主軸７にアタッチメント８を介して装着された工具ユニット９とを有している。
　ベッド１は床下に水平に設置され、ベッド１上にはテーブル２およびコラム３が設置されている。テーブル２は図示しないワークを載せる台であり、ベッド１上において一方向に移動可能である。クロスレール４は、垂直に設置された門形のコラム３に設置され、コラム３に対して垂直方向に移動可能である。クロスレール４にはサドル５が設置され、ワークの加工位置および加工方向を変更するためにクロスレール４に対して軸方向に移動可能かつ回動可能である。ラム６はサドル５に把持され、サドル５に対して軸方向に摺動可能である。主軸７はラム６に把持され、図示しない駆動装置によって回転可能である。
　工具ユニット９は、工具１０をアタッチメント８に着脱可能にしたものであり、図１に示すように、工具１０と、工具１０を把持する工具ホルダ２０と、工具ホルダ２０にスペーサ３０を介して組付けられる工具クランプ部材４０とを有する。工具ユニット９は、工具クランプ部材４０においてアタッチメント８と結合する。容易に工具ユニット９をアタッチメント８に着脱できる（詳細については後述する）ように、工具ホルダ２０には凹溝２１を設けている。
　アタッチメント８は、主軸７に工具ユニット９を装着させるためのものであり、図１に示すように、主軸７に固定されるシリンダ５０と、シリンダ５０に固定されるシリンダヘッド６０と、シリンダ５０およびシリンダヘッド６０に摺動可能に支持されるピストン７０とを有している。本実施例では、シリンダヘッド６０とピストン７０との間に皿バネ８０を設置しているので、ピストン７０には常に皿バネ８０の弾性変形による所定の力が作用している。つまり、ピストン７０は常に軸方向におけるシリンダ５０を設置した一方側（図１における右方側）へ移動しようとする負荷状態にある。
　もちろん、ピストン７０に作用させる力は、本実施例の皿バネ８０の弾性変形による力に限定されない。例えば、ウレタンゴム等の弾性体を設置することによりウレタンゴム等の弾性変形による力をピストン７０に作用させても良く、シリンダヘッド６０とピストン７０との間に密閉空間を形成して油圧用オイル等の流体を流し込むことにより油圧等をピストン７０に作用させても良い。また、コイルスプリング等をピストン７０のシリンダ５０を設置した一方側に設置し、コイルスプリング等の弾性変形によってピストン７０を一方側へ引っ張るようにしても良い。
　また、シリンダ５０とピストン７０との間にシール部材９０を設置したことにより、密閉された空間の圧油室１００を形成している。シリンダ５０に形成した給油口５１から給油通路５２を介して圧油室１００へ油圧用オイルを供給することによりピストン７０に油圧を作用させることができる。
　シリンダ５０には、更に給気口５３を形成している。アタッチメント８と工具ユニット９との着脱の際に給気口５３から空気を供給すると、シリンダ５０に形成した給気通路５４およびシリンダヘッド６０に形成した通気孔６２（図３乃至図６参照）を介して、密接するアタッチメント８におけるシリンダヘッド６０と工具ユニット９における工具クランプ部材４０との間の塵等を吹き飛ばすことができる。
　図３乃至図６に示すように、シリンダヘッド６０には円孔６１が設けられ、円孔６１には鋼球１１０が備えられている。円孔６１はシリンダヘッド６０の円周上に複数設けられ、各円孔６１に一つずつ鋼球１１０が抜け落ちないように備えられている。鋼球１１０は、シリンダヘッド６０の径方向のみに僅かに移動できるように保持され、シリンダヘッド６０の軸方向および周方向には移動できないように保持されている。
　ピストン７０は、鋼球１１０に当て付けて負荷を与えるための当付面７１と、シリンダヘッド６０の径方向における鋼球１１０の移動を可能にするための逃がし穴７２とを有する。逃がし穴７２は、ピストン７０が軸方向における工具ユニット９を取付ける他方側へ摺動した際に、鋼球１１０に対応する位置にある。
　主軸７にアタッチメント８を介して工具ユニット９が装着されている状態においては、図３に示すように、シリンダヘッド６０の円孔６１に保持された鋼球１１０は、ピストン７０の当付面７１および工具クランプ部材４０の径方向へ斜めに突出する突出斜面４１に接している。つまり、ピストン７０の当付面７１およびシリンダヘッド６０の円孔６１によって、鋼球１１０は工具クランプ部材４０の突出斜面４１に押付けられた状態にある。よって、工具クランプ部材４０を有する工具ユニット９は鋼球１１０を有するアタッチメント８から外れない。
　また、アタッチメント８と工具ユニット９との結合を安定させるため、アタッチメント８と工具ユニット９との接触箇所を複数設けている。つまり、アタッチメント８におけるシリンダヘッド６０と工具ユニット９における工具クランプ部材４０とは、鋼球１１０を介して接触すると共に、工具クランプ部材４０の接触直角面４２および接触斜面４３において直接的に接触している。
　工具クランプ部材４０の接触直角面４２をシリンダヘッド６０に接触させることにより、アタッチメント８に対する工具ユニット９の取付け角度が正確かつ容易に決めることができる。また、工具１０によって図示しないワークを加工する際の工具１０の軸方向における剛性を高めることができる。
　工具クランプ部材４０の接触斜面４３をシリンダヘッド６０に接触させることにより、アタッチメント８に対する工具ユニット９の取付け角度を更に正確かつ容易に決めることができる。また、工具１０によって図示しないワークを加工する際の工具１０の軸方向だけでなく、工具１０の径方向における剛性を高めることができる。
　なお、アタッチメント８と工具ユニット９との着脱の際には、シリンダヘッド６０に設けた通気孔６２から空気を噴射させることで、接触直角面４２および接触斜面４３近傍の塵等は吹き飛ぶので、接触直角面４２および接触斜面４３において塵等を噛み込まない。よって、アタッチメント８と工具ユニット９との結合をより安定させることができる。
　もちろん、アタッチメント８および工具ユニット９の構造は、本実施例に限定されない。例えば、ピストン７０の当付面７１を工具ユニット９に近づくほどに径方向に突出する斜面（図３において当付面７１が左下がりとなるような斜面）で形成しても良い。ピストン７０の当付面７１を斜面で形成することにより、ピストン７０が皿バネ８０の弾性変形による力によって軸方向におけるシリンダ５０を設置した一方側（図３における右方側）へ移動するに伴い、ピストン７０の当付面７１が鋼球１１０を工具クランプ部材４０の突出斜面４１に押付ける押圧力が増大する。よって、工具ユニット９とアタッチメント８との結合力を増加させることができる。また、ピストン７０の当付面７１が鋼球１１０を工具クランプ部材４０の突出斜面４１に押付ける押圧力は、シリンダヘッド６０とピストン７０との間に設置する皿バネ８０の種類等によっても増大させることができる。
　アタッチメント８と工具ユニット９との着脱においては、シリンダ５０とピストン７０との間に設けた圧油室１００に油圧用オイルを注入し、皿バネ８０の弾性変形による力よりも強い油圧をピストン７０に作用させる。ピストン７０は、油圧によって軸方向における工具ユニット９を取付ける他方側へ摺動し、ピストン７０の当付面７１に設けた逃がし穴７２は、鋼球１１０に対応する位置となる（図４参照）。
　アタッチメント８に対して工具ユニット９を離脱させる場合には、工具ユニット９をアタッチメント８の反対側へ移動させることにより、工具クランプ部材４０の突出斜面４１がアタッチメント８におけるシリンダヘッド６０の円孔６１に備えた鋼球１１０を押し退けさせることができる。よって、鋼球１１０の一部がピストン７０の逃がし穴７２に嵌り、アタッチメント８に対して工具ユニット９を離脱させることができる（図５参照）。
　アタッチメント８に対して工具ユニット９を装着させる場合には、工具ユニット９をアタッチメント８側へ移動させることにより、工具クランプ部材４０の接触斜面４３がアタッチメント８におけるシリンダヘッド６０の円孔６１に備えた鋼球１１０を押し退けさせることができる。よって、鋼球１１０の一部がピストン７０の逃がし穴７２に嵌り、アタッチメント８に対して工具ユニット９を装着させることができる（図６参照）。
　本実施例の工作機械においては、アンクランプ装置１２０および工具ユニット保持装置１３０を用いてアタッチメント８と工具ユニット９との着脱を行う。
　アンクランプ装置１２０とは、アタッチメント８から工具ユニット９を取外す際に必要となる油圧用オイルおよび空気を供給する装置であり、シリンダ５０の給油口５１に連結して油圧用オイルを供給する給油口１２１と、シリンダ５０の給気口５３に連結して空気を供給する給気口１２２と、移動するための台車１２３とを有する。
　工具ユニット保持装置１３０とは、アタッチメント８から取り外した工具ユニット９を支え持つ装置であり、図７および図８に示すように、工具ホルダ２０の凹溝２１に嵌合するＵ字形の爪部１３１と、工具ユニット９を保持する際の位相を合わせるキー１３２と、工具ユニット９を保持しているかを確認する近接センサ１３３と、移動するための台車１３４とを有している。なお、工具ユニット９の保持を安定させるために、工具ユニット９における工具１０の一部を支える工具支持装置１４０を設けることが好ましい。
　次に、本実施例に係る工作機械における工具の自動交換について、図１乃至図７を参照して説明する。
　本実施例の工作機械では、工具ユニット９の交換を行う図示しない工具交換スペースをアタッチメント８の可動領域内に設け、アタッチメント８を工具交換スペースの工具交換位置に移動させて工具ユニット９の交換（取付けおよび取外し）を行う。
　まず、図７に示すように、工具交換スペースの工具交換位置に位置した主軸７に対してアンクランプ装置１２０および工具ユニット保持装置１３０を近接させ、アンクランプ装置１２０によって給油および給気を行うことにより、アタッチメント８から工具ユニット９を離脱可能な状態とする。
　アタッチメント８に近接させたアンクランプ装置１２０の給油口１２１をアタッチメント８におけるシリンダ５０の給油口５１に連結させ、アンクランプ装置１２０の給気口１２２をアタッチメント８におけるシリンダ５０の給気口５３に連結させる。
　アンクランプ装置１２０からアタッチメント８における圧油室１００に油圧用オイルが供給されると、油圧が生じる。この油圧はアタッチメント８におけるピストン７０に押圧力として伝わり、油圧が皿バネ８０の弾性変形による力を超えるまで油圧用オイルが圧油室１００に供給される。つまり、アンクランプ装置１２０から供給される油圧用オイルの油圧によって、ピストン７０には皿バネ８０の弾性変形による力よりも強い圧力が作用し、ピストン７０はシリンダ５０およびシリンダヘッド６０に沿って工具ユニット９を取付ける他方側へ移動する。
　ピストン７０がシリンダ５０およびシリンダヘッド６０に対して移動することで、図４に示すようにピストン７０の逃がし穴７２が、シリンダヘッド６０の円孔６１に備えた鋼球１１０に対応する位置となる。
　次に、工具ユニット保持装置１３０によってアタッチメント８から工具ユニット９を離脱させる。
　工具ユニット保持装置１３０をアタッチメント８から離れる方向へ移動させると、工具ユニット保持装置１３０のＵ字形の爪部４１が工具ユニット９における工具ホルダ２０の凹溝２１に引っ掛かっているので、工具ユニット９をアタッチメント８から離脱させることができる。
　このとき、工具クランプ部材４０の突出斜面４１が、アタッチメント８におけるシリンダヘッド６０の円孔６１に備えた鋼球１１０を押し退けることにより、鋼球１１０はピストン７０の逃がし穴７２に嵌る（図５参照）。よって、工具ユニット９をアタッチメント８に押さえるもの（鋼球１１０）がなくなるので、離脱させることができる。
　次に、アタッチメント８から離脱させた工具ユニット９および工具ユニット保持装置１３０を図示しない退避スペースへ移動させ、新たな工具ユニット９および工具ユニット保持装置１３０を工具交換スペースの工具交換位置に位置したアタッチメント８に近接させる。
　一つの工具１０に対して一つの工具ユニット９および一つの工具ユニット保持装置１３０が対応するようになっている。つまり、工作機械としては、種々の加工に適応する種々の工具１０と、種々の工具１０に組付けられた種々の工具ユニット９と、種々の工具ユニット９を保持する種々の工具ユニット保持装置１３０とを有している。図示しない退避スペースには、それら種々の工具ユニット９および工具ユニット保持装置１３０が並べられている。
　次に、新たな工具ユニット保持装置１３０が保持する新たな工具ユニット９をアタッチメント８へ装着させる。
　工具ユニット保持装置１３０をアタッチメント８へ近づく方向へ移動させる。シリンダヘッド６０の円孔６１に備えた鋼球１１０はピストン７０の逃がし穴７２に嵌った状態（図５参照）なので、工具ユニット９をアタッチメント８における装着位置まで移動させることができる（図６参照）。
　このとき、アンクランプ装置１２０から空気を供給する。供給された空気は、通気孔６２から噴射され、工具ユニット９における工具クランプ部材４０の接触直角面４２および接触斜面４３に噴き付けられる。よって、工具クランプ部材４０の接触直角面４２および接触斜面４３を空気洗浄することができる。工具クランプ部材４０とシリンダヘッド６０は塵などを挟むことなく密着されるので、工具ユニット９とアタッチメント８との密着度が向上される。また、工具ユニット９とアタッチメント８を正確な取付け方向で取付けることができる。
　次に、アンクランプ装置１２０の給油を停止し、アタッチメント８における圧油室１００の油圧用オイルを排出する。圧油室の油圧用オイルがなくなることで、ピストン７０に作用する油圧がなくなる。よって、ピストン７０には皿バネ８０の弾性変形による力だけが作用するので、ピストン７０はシリンダ５０を設置した一方側へ移動する（図３参照）。
　ピストン７０がシリンダ５０に対して移動することで、ピストン７０の逃がし穴７２がシリンダヘッド６０の円孔６１に備えた鋼球１１０に対応しない位置となる。つまり、ピストン７０の逃がし穴７２から押し出された鋼球１１０は、ピストン７０の当付面７１に支えられ、工具ユニット９における工具クランプ部材４０の突出斜面４１に押さえ付けられる。よって、工具ユニット９は鋼球１１０によってアタッチメント８側へ押され、工具ユニット９のアタッチメント８への装着が完了される。
　本発明は、工具ユニットおよびアタッチメントを小型化し、工具の自動交換を行うことができるので、工作機械として好適であり、特に狭小部加工用の工作機械として好適である。
１     ベッド
２     テーブル
３     コラム
４     クロスレール
５     サドル
６     ラム
７     主軸
８     アタッチメント
９     工具ユニット
１０   工具
２０   工具ホルダ
２１   工具ホルダの凹溝
３０   スペーサ
４０   工具クランプ部材
４１   工具クランプ部材の突出斜面
４２   工具クランプ部材の接触直角面
４３   工具クランプ部材の接触斜面
５０   シリンダ
５１   シリンダの給油口
５２   シリンダの給油通路
５３   シリンダの給気口
５４   シリンダの給気通路
６０   シリンダヘッド
６１   シリンダヘッドの円孔
６２   シリンダヘッドの通気孔
７０   ピストン
７１   ピストンの当付面
７２   ピストンの逃がし穴
８０   皿バネ
９０   シール部材
１００ 圧油室
１１０ 鋼球
１２０ アンクランプ装置
１３０ 工具ユニット保持装置
１４０ 工具支持装置

Claims (4)

  1. 　加工に供する工具を有する工具ユニットがアタッチメントを介して主軸に装着される工作機械であって、
    　前記アタッチメントは、前記主軸に固定されるシリンダ部と、前記シリンダ部に摺動可能に把持されるピストン部とを有し、
    　前記シリンダ部は、当該シリンダ部の径方向へ突出可能な複数の球体を有し、
    　前記ピストン部は、前記シリンダ部に対して一方側へ摺動すると前記球体を前記シリンダ部の径方向へ突出させる当付面を有し、
    　前記工具ユニットは、当該工具ユニットの径方向へ突出する突出斜面を有し、前記ピストン部の一方側への摺動により前記シリンダ部の径方向へ突出された前記球体に前記突出斜面が押し当てられることにより、前記アタッチメントに結合される
    　ことを特徴とする工作機械。
  2. 　前記ピストン部は、当該ピストンが他方側へ摺動した際に前記鋼球に対応する位置に、前記シリンダ部の径方向における前記鋼球の移動を可能にするための逃がし穴を有し、
    　前記工具ユニットは、前記ピストン部が前記シリンダ部に対して他方側へ摺動すると、前記逃がし穴が前記鋼球に対応する位置となって前記球体が前記シリンダ部の径方向へ移動可能な状態になり、当該工具ユニットが前記球体から解放されて前記アタッチメントから離脱可能な状態となることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
  3. 　前記アタッチメントは、前記ピストン部を一方側へ摺動させる力が作用するように弾性体を有し、前記ピストン部を他方側へ摺動させる力が作用するように流体が供給される流体供給空間を有し、
    　前記ピストン部は、前記流体供給空間に前記流体を供給すると前記流体の圧力によって他方側へ摺動し、前記流体供給空間から前記流体を排出すると前記弾性体の弾性変形によって一方側へ摺動する
    　ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
  4. 　更に、前記工具ユニットの着脱の補助および搬送を行う工具ユニット保持装置を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の工作機械。
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