WO2020059107A1 - 芯出し治具 - Google Patents

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WO2020059107A1
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centering
tool
phase
centering jig
jig
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PCT/JP2018/034987
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Inventor
水田賢治
近藤展弘
Original Assignee
株式会社Fuji
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
    • B23Q3/157Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling of rotary tools
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/18Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for positioning only

Definitions

  • the present invention is directed to centering for aligning a work tool holding unit on a work device that performs a predetermined operation with a held tool and a replacement tool gripper on an automatic tool changer that stores a plurality of tools. About jigs.
  • ATC automatic tool changer
  • the centering of the ATC arm moves to a position where the ATC arm and the main shaft substantially coincide with each other, an axis gauge is mounted on the main shaft, and a ring gauge is mounted on a tool holding portion of the ATC arm.
  • the main shaft is pulsed in the X-axis direction or the Y-axis direction, so that the main shaft side gauge hole formed in the shaft gauge and the ATC arm side gauge hole formed in the ring gauge can be inserted simultaneously.
  • An adjustment is made for the gauge axis.
  • the position after adjustment (the position of the spindle) is stored in the NC device as a tool change position after centering.
  • Patent Literature 1 discloses a centering jig for improving workability. Specifically, it is a centering jig provided with a fiber sensor (light emitting / receiving sensor), and is held by an ATC arm. At the time of centering, the main shaft is moved, inspection light is emitted from the fiber sensor to the holding center of the ATC arm, and a change in the amount of received light is confirmed by an amplifier outside the apparatus. Then, the centering of the main shaft and the ATC arm is performed based on the coordinates of the main shaft at the time when the light receiving amount changes.
  • a centering jig provided with a fiber sensor (light emitting / receiving sensor), and is held by an ATC arm. At the time of centering, the main shaft is moved, inspection light is emitted from the fiber sensor to the holding center of the ATC arm, and a change in the amount of received light is confirmed by an amplifier outside the apparatus. Then, the centering of the main shaft and the ATC arm is performed based on the coordinates
  • the inspection light from the fiber sensor is applied to the end face of the spindle, first the spindle moves along the first straight line, and two points on the circle of the tool mounting portion opened to the spindle. Is recorded. Since a sudden change in the amount of received light can be known from the display of the amplifier, the coordinates of two points are recorded based on the change.
  • the main axis moves along a second straight line that is orthogonal to the first straight line, and the coordinates of two points at which the amount of received light greatly changes are recorded in the same manner, and the coordinates of the automatic tool changer are determined based on the obtained coordinates.
  • the ATC arm is centered on the main shaft. In such a conventional example, it is necessary to operate the movement of the main shaft so that the required coordinates can be obtained correctly, but it is difficult to adjust the movement because the space must be moved.
  • an object of the present invention is to provide a centering jig for performing centering by mechanical alignment in order to solve such a problem.
  • the centering jig includes a working tool holding unit on the working device side that performs a predetermined operation using a held tool, and a replacement tool gripping unit that transfers a tool stored in a tool storage unit.
  • Circular alignment positioning for centering mounted on the work tool holding part with rotation restricted, and centered on the central axis on a contact surface perpendicular to the central axis
  • a hole and a first centering jig having a phase positioning hole formed at a position radially away from the centering positioning hole; and the replacement tool holding portion gripped by the replacement tool gripping portion with rotation restricted.
  • the centering shaft member that can be inserted into the positioning hole and the phase shaft member that can be inserted into the phase positioning hole project parallel to each other and move in the axial direction, and are urged in the projecting direction.
  • a second centering jig which is biased.
  • the first centering jig is attached to the work tool holding portion of the work device that performs a predetermined work with the held tool, and the exchange tool gripping portion of the tool storage portion that stores a plurality of tools.
  • the centering jig is mounted on the centering jig, and the centering is performed by inserting the centering shaft member into the centering positioning hole by a moving operation on the working device side.
  • the phase adjustment is performed by inserting the phase shaft member. According to such a configuration, the insertion of each shaft member into each positioning hole directly results in centering and phase alignment, so that it is extremely easy for an operator to make a determination.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the machining center.
  • FIG. 1 shows the internal structure of the machining center with the machine body cover removed.
  • the machining center 1 is mounted on a movable bed provided with wheels, and mounted on a base 2 so as to be movable in the front-rear direction.
  • the machining center 1 will be described with the longitudinal direction of the machine body as the Y-axis direction, the width direction as the X-axis direction, and the vertical direction as the Z-axis direction.
  • the machining center 1 is provided with a spindle head 11 for holding a tool for processing a workpiece at a front portion.
  • the spindle head 11 has a spindle chuck 12 to which a tool such as a drill, a reamer, and boring can be attached and detached, and a spindle motor 13 for rotating a tool held by the spindle chuck 12 is provided.
  • a chuck device 15 that rotatably holds a work is provided below the spindle head 11.
  • the rotation axis of the spindle head 11 for rotating the tool is in the vertical Z-axis direction
  • the rotation axis of the chuck device 15 is in the horizontal Y-axis direction
  • both rotation axes are orthogonal to each other.
  • the chuck device 15 is a collet chuck mounted so as to protrude toward the front of the machine body, and is configured to transfer a work to and from a work transfer device moving outside. Then, the work held by the chuck device 15 is subjected to predetermined processing by the tool of the spindle head 11.
  • the machining center 1 is provided with an automatic tool changer 16 so that a corresponding tool can be selected at the time of machining, and a tool magazine storing a plurality of tools at a height between the chuck device 15 and the spindle head 11 is provided. Have been.
  • a machining drive device for executing machining on the tool includes a Z-axis drive mechanism for moving the tool held by the spindle head 11 in the Z-axis direction, an X-axis drive mechanism for moving the tool in the X-axis direction, and A Y-axis drive mechanism for moving in the Y-axis direction is provided.
  • the Y-axis drive mechanism has a Y-axis slide 21 mounted movably in the Y-axis direction on the automatic tool changer 16.
  • the X-axis drive mechanism has an X-axis slide 22 in the X-axis direction with respect to the Y-axis slide 21. It is mounted movably.
  • a Z-axis slide 23 is mounted movably in the Z-axis direction with respect to the X-axis slide, and the spindle head 11 is mounted on the Z-axis slide 23.
  • the Y-axis slide 21, the X-axis slide 22, and the Z-axis slide 23 are mounted so as to be movable in each direction by a guide rail and a guide block being slidably fitted.
  • a nut fixed to each slide is screwed to a screw shaft connected to a rotation shaft of a servomotor. Then, the rotation is converted into a linear motion by the drive control of each servomotor, and the Y-axis slide 21, the X-axis slide 22, and the Z-axis slide 23 move by a predetermined amount in each direction.
  • a control device 17 is mounted at the rear of the machining center 1 so as to control driving of the spindle head 11, a machining drive device, and motors of the automatic tool changer 16.
  • FIG. 2 is a perspective view of the internal structure of the automatic tool changer 16 as viewed from above, and shows a state where the front end protrudes from the opened door 26.
  • the automatic tool changing device 16 is incorporated in a box-shaped magazine main body 25.
  • the magazine body 25 is provided with a pair of opening / closing doors 26 at the opening on the side of the spindle chuck 12 so as to be normally closed as shown in FIG. 1 and opened as shown in FIG. 2 when changing tools. It has become.
  • a tool 10x to be used is selected by a feeding operation inside the main body, and is sent out of the magazine main body 25 in conjunction with the opening operation of the opening / closing door 26. .
  • the tool 10x sent to the tool change position P is held by the empty spindle head 11.
  • FIG. 3 is a side view showing the centering jig of the present embodiment used for centering and phase alignment.
  • FIG. 4 is a diagram showing surfaces of the first centering jig and the second centering jig which are superimposed on each other.
  • FIGS. 5 to 7 are cross-sectional views showing stepwise a centering step and a phase matching step using the first centering jig and the second centering jig.
  • the centering jig 5 of the present embodiment is centered by fitting a first centering jig 5A attached to the spindle chuck 12 and a second centering jig 5B gripped by the automatic tool changer 16. And the phase matching can be confirmed.
  • a clamp head 32 and a positioning plate 33 are fixed to a main body block 31 having a truncated cone shape adapted to the shape of the holding portion of the spindle chuck 12.
  • the main body block 31 is provided with a tap in a through hole passing through the center, and male screw portions formed on each of the clamp head 32 and the positioning plate 33 are screwed into the main body block 31 to be integrated.
  • the first centering jig 5A shown in FIG. 4 is a lower surface of the positioning plate 33, and has a contact surface 34 orthogonal to the central axis O1.
  • a centering positioning hole 35 is formed at the center of the contact surface 34, and two phase positioning holes 36 are formed at positions radially away from the center thereof.
  • the circular centering positioning hole 35 is formed so that the center of the circle overlaps the central axis O1.
  • the two phase positioning holes 36 are holes of the same size formed at positions separated by 180 ° on the same circumference centered on the central axis O1.
  • key grooves 37 are formed at two positions shifted from the phase positioning holes 36 by 90 °, and the drive keys 121 formed on the spindle chuck 12 side indicated by dashed lines are fitted therein.
  • the centering jig 5 ⁇ / b> A is configured to rotate integrally with the spindle chuck 12.
  • the second centering jig 5B is attached to the automatic tool changing device 16 like the tool 10x at the tool changing position P shown in FIG.
  • an endless roller chain 27 is wound around a pair of sprockets so as to form an oval, and a plurality of tool holders 28 are attached to the roller chain 27 at regular intervals.
  • a plurality of tools T are gripped by the tool holders 28 and arranged in order in the vicinity of each other in an oval circumferential direction.
  • the tool 10x to be used is sent in the circumferential direction, and moves to the tool changing position P and is positioned in conjunction with the opening operation of the opening / closing door 26 as described above.
  • the tool holder 28 has a pair of gripping claws 281 that sandwich the neck of the tool 10 as shown by a dashed line in FIG. 4, and the tool 10 gripped in the horizontal direction by the gripping claws 281 It is held in a suspended posture so as to face the direction.
  • the second centering jig 5 ⁇ / b> B has a grip block 41 having a neck portion similar to that of the tool 10, and is connected to the support block 42 by four guide rods 43.
  • the grip block 41 and the support block 42 are substantially disc-shaped blocks having a predetermined thickness, and have through holes 411 and 421 formed at central positions, respectively.
  • Four guide rods 43 are screwed at equal intervals at four locations around the guide rods.
  • the gripping block 41 has a circumferential groove 412 (neck portion) that is gripped by the gripping claw 281 of the tool holder 28 and a key groove 413 into which the drive key 282 of the tool holder 28 enters.
  • the cover plate 45 is fixed to the support block 42 by four bolts 44, and the through hole 421 is closed from the opposite side of the grip block 41.
  • the guide rod 43 has a male screw portion at one end screwed to the grip block 41 and a bolt 44 screwed to a female screw portion at the other end to be integrally formed as a whole.
  • a cylindrical centering rod 46 is inserted into the grip block 41 and the support block 42 which are arranged at intervals in the direction of the central axis O2 so as to slide in the through holes 411 and 421 of both. I have.
  • the center axis O2 of the centering rod 46 coincides with the axis of the tool 10.
  • the centering rod 46 has a centering protrusion 51 protruding from the grip block 41, and an extrusion hole 461 for inserting a coil spring 47 for pushing is formed on the other end side.
  • the centering projection 51 is for performing centering by inserting the centering projection 51 into the centering positioning hole 35 of the first centering jig 5A.
  • the centering protrusion 51 is slightly (about 1 mm) smaller than the centering portion 511 in order to guide the centering portion 511 corresponding to the hole diameter of the centering positioning hole 35 and the centering positioning hole 35. It is formed in a two-stage shape with an introduction portion 512 having a reduced diameter. Furthermore, a tapered surface is formed in a circumferential shape at the tip and the step of the centering projection 51 and at the opening of the centering positioning hole 35.
  • a fixing pin 48 protruding from the cover plate 44 is inserted into an extrusion hole 461 formed on the other end side of the centering rod 46, and a coil spring is provided between the fixing pin 48 and the side of the extrusion hole 461. 47 are incorporated.
  • the second centering jig 5B is provided with a movable block 53 movable along the central axis O2 between the grip block 41 and the support block 42.
  • the moving block 53 is a disk having a predetermined thickness.
  • a center hole 531 through which the centering rod 46 passes is formed at a center position, and a guide hole 532 around which the guide rod 43 penetrates and slides is formed. Have been.
  • a phase positioning pin 54 is fixed to the moving block 53 so as to protrude toward the grip block 41.
  • the phase positioning pins 54 are inserted into the two phase positioning holes 36 formed in the first centering jig 5A.
  • two phase positioning pins 54 are provided in accordance with the number of phase positioning holes 36, but at least one phase positioning pin 54 is sufficient.
  • the moving block 53 is always biased toward the grip block 41 and pressed against the grip block 41 by a coil spring 55 incorporated around the guide rod 43 between the support block 42 and the support block 42. Therefore, in the second centering jig 5b, the centering projection 51 and the phase positioning pin 54 that pass through the through holes 411 and 414 of the grip block 41 project from the contact surface 415 (FIGS. 3 and 3). 7).
  • the centering operation using the centering jig 5 will be described.
  • the main body block 31 having a truncated cone shape fits into the spindle chuck 12 side, and the center thereof is moved.
  • the axis O1 is superimposed on the center of the main axis.
  • the key groove 37 of the positioning plate 33 is fitted into the drive key 121 of the spindle chuck 12, and the position of the phase positioning hole 36 with respect to the spindle chuck 12 is uniquely specified.
  • the second centering jig 5B is attached to the empty tool holder 28 located at the tool change position P, like the tool 10x shown in FIG.
  • the center axis O2 of the second centering jig 5B is overlapped with the gripping center of the tool by the circumferential groove 412 of the gripping block 41 being gripped by the gripping claw 281.
  • the key groove 413 of the grip block 41 is fitted to the drive key 282 of the tool holder 28, the position of the phase positioning pin 54 protruding from the grip block 41 is uniquely specified.
  • the centering adjustment by both jigs is performed by operating the machining center 1. That is, the second centering jig 5B attached to the tool holder 28 is at a fixed position, and the first centering jig 51 is fitted to the second centering jig 51 by moving the shaft head 11 in three axial directions. First, as shown in FIG. 3, the first centering jig 5A is moved above the second centering jig 5B, and then, as shown by the arrow in FIG. And the contact surface 415 of the grip block 41 are overlapped.
  • FIG. 3 shows a case where the center axes O1 and O2 of both jigs are coincident. However, since the jigs are moved to a position where they are almost coincident with each other, the state shown in FIG. At this time, since the first centering jig 5A descends until the contact surfaces 34 and 415 of both jigs overlap, the centering protrusion 51 protruding from the contact surface 415 of the second centering jig 5B and the phase centering jig 5A. The positioning pin 54 is pushed in. That is, although the centering projection 51 and the phase positioning pin 54 are projected from the contact surface 415 by the coil springs 47 and 55 (see FIG. 7), the coil springs 47 and 55 are compressed and the tip ends are not shown. 5, it is retracted into the through holes 411 and 414.
  • the first centering jig 5A is moved on the XY plane in order to match the central axes O1 and O2.
  • the operation is performed in a state where the contact surfaces 34 and 415 are in sliding contact with each other, and the centering projection 51 is inserted into the moving centering positioning hole 35. Since the centering rod 46 is urged by the coil spring 47, the upper part is released by the centering positioning hole 35 aligned, and the pushed centering projection 51 enters.
  • the small-diameter introduction portion 512 is guided by the taper at the tip and enters the centering positioning hole 35, and further, while the centering portion 511 is guided by the taper of the step portion, the centering positioning hole 35 is guided. Fit inside. Therefore, as shown in FIG. 6, the centering projection 51 is fitted into the centering positioning hole 35, and the center axes O1 and O2 coincide with each other, thereby completing centering. At this time, the annular line 462 of the shallow groove formed in the centering rod 46 enters the moving block 53, so that the operator can confirm the completion of centering.
  • a turning operation is further performed on the first centering jig 5A as shown by an arrow in FIG.
  • the first centering jig 5A is rotated by the drive key 121 and the key groove 37, and the phase positioning hole 36 moves on the same circumference. Since the phase positioning pins 54 are on the same circumference on the side of the second centering jig 5B, the phase alignment is completed by moving and entering the phase positioning holes 36. At this time, the operator can confirm the completion of the alignment from the state where the moving block 53 is in contact with the grip block 41.
  • Centering can be performed by fitting.
  • the positional relationship between the centering jig 5B and the centering projection 51 of the second centering jig 5B is easy to understand.
  • Work can be performed easily.
  • the introduction part 512 having a tapered tip at the tip is easy to enter the centering positioning hole 35, and the centering work is easily performed at the point where the centering part 511 is guided and fitted.
  • the rotation angle of the first centering jig 5A is adjusted, thereby positioning the phase on the second centering jig 5B side.
  • Phase adjustment can be performed only by inserting the pin 54 into the phase positioning hole 36.
  • centering and phase adjustment can be performed continuously and easily.
  • the insertion of the centering protrusion 51 into the centering positioning hole 35 and the insertion of the phase positioning pin 54 into the phase positioning hole 36 directly result in centering and phase alignment. Is very easy.
  • the automatic tool changer 16 that moves the entire structure in which the plurality of tool holders 28 are attached to the roller chain 27 and arranges the target tool at the tool change position P has been described.
  • the dispensing jig can also be used with other automatic tool changers.
  • a tool magazine in which a plurality of tool holders are provided at a predetermined pitch on an endless annular chain, and a tool change arm receives a target tool from the tool magazine and transfers the tool to a spindle chuck.
  • the present invention can also be implemented by using an apparatus.

Abstract

保持した工具により所定の作業を実行する作業装置側の作業工具保持部と、工具収納部に収納された工具の受渡しを行う交換工具把持部との芯出しを行うための芯出し治具であって、回転を制限した状態で前記作業工具保持部に取り付けられ、中心軸に直交する当て面に、前記中心軸上に中心を重ねた円形の芯出し用位置決め穴および、前記芯出し用位置決め穴から径方向に離れた位置に位相用位置決め穴が形成された第1芯出し治具と、回転を制限した状態で前記交換工具把持部に把持され、前記芯出し用位置決め穴に挿入可能な芯出し用軸部材および前記位相用位置決め穴に挿入可能な位相用軸部材が、それぞれ平行になって軸線方向に移動可能な状態で突き出し、その突き出し方向に付勢部材によって付勢された第2芯出し治具とを有する。

Description

芯出し治具
 本発明は、保持した工具により所定の作業を実行する作業装置側の作業工具保持部と、複数の工具を収納した自動工具交換装置側の交換工具把持部との芯出しを行うための芯出し治具に関する。
 自動工具交換装置(ATC)を備える工作機械では、ATCアームの工具把持中心と主軸中心とを一致させる芯出しが必要である。ATCアームの芯出しは、ATCアームと主軸とがおおむね一致する位置に移動し、主軸には軸ゲージが装着され、ATCアームの工具把持部にはリングゲージが装着される。その後、主軸がX軸方向又はY軸方向へパルス送りされ、軸ゲージに形成された主軸側ゲージ穴と、リングゲージに形成されたATCアーム側ゲージ穴とに同時に挿入することができるように、ゲージ軸について調整が行われる。そして、調整後の位置(主軸の位置)が芯出し後の工具交換位置としてNC装置に記憶される。
 ところが前述した芯出しは、作業者が機内に入って行うものであるため作業性が良くない。そこで、下記特許文献1には作業性を向上させることを目的とした芯出し治具が開示されている。具体的には、ファイバセンサ(投受光センサ)が設けられた芯出し治具であり、ATCアームによって把持される。芯出し時には主軸の移動が行われ、ファイバセンサからATCアームの把持中心に対して検査光が照射され、その受光量についての変化が機外のアンプによって確認される。そして、受光量が変化した時点の主軸の座標に基づき主軸とATCアームとの芯出しが行われる。
特開2013-46945号公報
 しかし、ファイバセンサを使用した従来例は、アンプの表示を読みながら行うものであるため、主軸とATCアームとの芯出し作業に煩わしさがあった。具体的には、従来例の芯出しではファイバセンサからの検査光が主軸端面に照射され、先ず主軸が第1直線に沿って移動し、その主軸に開口した工具装着部の円上の2点が記録される。アンプの表示から受光量の急激な変化が分かるため、その変化を基に2点の座標が記録される。次に、第1直線に直交する第2直線に沿って主軸が移動し、同じように受光量が大きく変化する2点の座標が記録され、得られた各座標を基に自動工具交換装置のATCアームを主軸に対して芯出しが行われる。こうした従来例は、必要とする座標が正しく得られるように、主軸の移動を操作しなければならないが、空間を移動させなければならないため調整が難しかった。
 そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、機械的な位置合わせにより芯出しを行う芯出し治具を提供することを目的とする。
 本発明の一態様における芯出し治具は、保持した工具により所定の作業を実行する作業装置側の作業工具保持部と、工具収納部に収納された工具の受渡しを行う交換工具把持部との芯出しを行うためのものであって、回転を制限した状態で前記作業工具保持部に取り付けられ、中心軸に直交する当て面に、前記中心軸上に中心を重ねた円形の芯出し用位置決め穴および、前記芯出し用位置決め穴から径方向に離れた位置に位相用位置決め穴が形成された第1芯出し治具と、回転を制限した状態で前記交換工具把持部に把持され、前記芯出し用位置決め穴に挿入可能な芯出し用軸部材および前記位相用位置決め穴に挿入可能な位相用軸部材が、それぞれ平行になって軸線方向に移動可能な状態で突き出し、その突き出し方向に付勢部材によって付勢された第2芯出し治具とを有する。
 前記構成によれば、保持した工具により所定の作業を実行する作業装置側の作業工具保持部に第1芯出し治具が取り付けられ、複数の工具を収納した工具収納部側の交換工具把持部に第2芯出し治具が取り付けられ、作業装置側の移動操作により、芯出し用位置決め穴に対して芯出し用軸部材が挿入されることによって心出しが行われ、位相用位置決め穴に対して位相用軸部材が挿入されることによって位相合わせが行われる。そして、このような構成によれば、各々の軸部材が各位置決め孔に挿入することが、そのまま芯出しや位相合わせの結果となるため、作業者による判断が極めて容易である。
マシニングセンタの一例を示した斜視図である。 自動工具交換装置を上方から見た斜視図である。 芯出し治具の一実施形態を示した側面図である。 第1芯出し治具および第2芯出し治具の重ね合わせる面を示した図である。 第1芯出し治具および第2芯出し治具による重ね合わせ工程を示した断面図である。 第1芯出し治具および第2芯出し治具による芯出し工程を示した断面図である。 第1芯出し治具および第2芯出し治具による位相合わせ工程を示した断面図である。
 次に、本発明に係る芯出し治具の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、マシニングセンタに組み込まれた自動工具交換装置に使用する芯出し治具を例に挙げて説明する。そこで先ず、マシニングセンタについて簡単に説明する。図1は、マシニングセンタの一例を示す斜視図であり、同図において、機体カバーを取り外した状態のマシニングセンタの内部構造が示されている。マシニングセンタ1は、車輪を備える可動ベッド上に組み付けられ、前後方向に移動可能な状態でベース2の上に搭載されている。なお、このマシニングセンタ1については、機体の前後方向をY軸方向、幅方向をX軸方向、上下方向をZ軸方向として説明する。
 マシニングセンタ1は、ワークに対して加工を行う工具を保持する主軸ヘッド11が前部に設けられている。主軸ヘッド11は、ドリルやリーマ、ボーリング等の工具の着脱可能な主軸チャック12を有し、その主軸チャック12に保持された工具を回転させる主軸用モータ13が設けられている。一方、主軸ヘッド11の下方には、ワークを回転可能に把持するチャック装置15が設けられている。工具を回転させる主軸ヘッド11の回転軸は、鉛直なZ軸方向であり、チャック装置15の回転軸は水平のY軸方向であって、両回転軸は直交している。
 チャック装置15は、機体前方側に突き出すようにして取り付けられたコレットチャックであり、外側を移動するワーク搬送装置との間でワークの受渡しが行われるようになっている。そして、チャック装置15に把持されたワークに対し、主軸ヘッド11の工具によって所定の加工が行われる。マシニングセンタ1には、加工に際して該当する工具を選択できるように自動工具交換装置16が構成されており、チャック装置15と主軸ヘッド11との間の高さに複数の工具を収納したツールマガジンが設けられている。
 工具に対して加工を実行させるための加工駆動装置は、主軸ヘッド11に保持した工具をZ軸方向に移動させるためのZ軸駆動機構、X軸方向に移動させるためのX軸駆動機構、そしてY軸方向に移動させるためのY軸駆動機構が設けられている。Y軸駆動機構は、Y軸スライド21が自動工具交換装置16上にY軸方向に移動自在に搭載され、X軸駆動機構は、Y軸スライド21に対してX軸スライド22がX軸方向に移動自在に搭載されている。更に、Z軸駆動機構は、X軸スライドに対してZ軸スライド23がZ軸方向に移動自在に搭載され、そのZ軸スライド23に主軸ヘッド11が搭載されている。
 Y軸スライド21、X軸スライド22及びZ軸スライド23は、いずれもガイドレールとガイドブロックとが摺動自在に嵌め合わされることにより、各方向に移動可能な状態で搭載されている。各駆動機構は、サーボモータの回転軸に連結されたネジ軸に、各スライドに固定されたナットが螺合している。そして、各サーボモータの駆動制御により、回転が直線運動に変換され、Y軸スライド21、X軸スライド22及びZ軸スライド23が各方向に所定量移動することとなる。また、マシニングセンタ1の後部には制御装置17が搭載され、主軸ヘッド11や加工駆動装置、あるいは自動工具交換装置16の各モータなどの駆動制御が行われるようになっている。
 ここで、図2は、自動工具交換装置16の内部構造を上方から見た斜視図であり、開いた開閉扉26から前端部が飛び出した状態が示されている。自動工具交換装置16は、箱型のマガジン本体25の内部に組み込まれている。そのマガジン本体25には、主軸チャック12側の開口部に一対の開閉扉26が設けられ、通常は図1に示すように閉じられ、工具の交換の際に図2に示すように開けられるようになっている。自動工具交換装置16に取り付けられた複数の工具10は、本体内部での送り動作によって使用される工具10xが選択され、開閉扉26の開動作に連動してマガジン本体25の外側へと送り出される。そして、工具交換位置Pへと送り出された工具10xは、空の主軸ヘッド11によって保持されることとなる。
 続いて、マシニングセンタ1では、工具の自動交換が適切に行われるように、主軸チャック12と工具10xとの間における、Z軸に平行な中心軸を一致させるための芯出しと、ドライブキーとキー溝とを噛み合わせるための位相合わせとが行われる。図3は、その芯出しおよび位相合わせに使用される本実施形態の芯出し治具を示した側面図である。また、図4は、第1芯出し治具および第2芯出し治具について、重ね合わせる互いの面を示した図である。そして、図5乃至図7は、第1芯出し治具および第2芯出し治具による芯出し工程および位相合わせ工程を段階的に示した断面図である。
 本実施形態の芯出し治具5は、主軸チャック12側に取り付ける第1芯出し治具5Aと、自動工具交換装置16に把持される第2芯出し治具5Bとの嵌め合わせにより、芯出しと位相合わせが確認できるように構成されている。先ず、第1芯出し治具5Aは、主軸チャック12の保持部形状に合わせた円錐台形状の本体ブロック31に、クランプヘッド32と位置決めプレート33が固定されている。本体ブロック31は、中心を通した貫通孔にはタップが切られ、そこにクランプヘッド32と位置決めプレート33の各々に形成された雄ねじ部がねじ込まれて一体になっている。
 図4に示す第1芯出し治具5Aは、位置決めプレート33の下面であり、中心軸O1に直交する当て面34が形成されている。当て面34には、中心位置に芯出し用位置決め穴35が形成され、その中心から径方向に離れた位置に2つの位相用位置決め穴36が形成されている。円形の芯出し用位置決め穴35は、中心軸O1に円の中心が重なるように形成されている。2つの位相用位置決め穴36は、中心軸O1を中心にした同一円周上に180°離れた位置に形成された同じ大きさの穴である。更に、位置決めプレート33には、位相用位置決め穴36と90°ずれた位置の2箇所にキー溝37が形成され、一点鎖線で示す主軸チャック12側に形成されたドライブキー121が嵌り込み、第1芯出し治具5Aが主軸チャック12と一体になって回転するよう構成されている。
 次に、第2芯出し治具5Bは、図2に示す工具交換位置Pの工具10xと同じく自動工具交換装置16に取り付けられる。その自動工具交換装置16は、一対のスプロケットに無端のローラチェーン27が長円形になるように掛け渡され、そのローラチェーン27に対し複数のツールホルダ28が一定の間隔で取り付けられている。自動工具交換装置16では複数の工具Tが各ツールホルダ28に把持され、互いに近接して長円形の周方向に順番に並べられる。そして、使用対象となる工具10xが周方向に送られ、前述したように開閉扉26の開動作に連動して工具交換位置Pへと移動して位置決めされる。
 ツールホルダ28は、図4において一点鎖線で示すように、工具10の首部を挟み込む一対の把持爪281を有し、その把持爪281によって水平方向に掴まれた工具10は、その回転軸が鉛直方向を向くように吊下げ姿勢で保持される。第2芯出し治具5Bは、そうした工具10と同様な首部が形成された把持ブロック41を有し、支持ブロック42と4本のガイドロッド43によって連結されている。把持ブロック41と支持ブロック42とは、所定の厚さを有する略円盤形状をしたブロック体であり、中心位置にそれぞれ貫通孔411,421が形成されている。そして、その周りの4箇所において等間隔に4本のガイドロッド43がネジ止めされている。
 把持ブロック41は、その外側面にツールホルダ28の把持爪281が掴む円周溝412(首部)と、ツールホルダ28のドライブキー282が入り込むキー溝413が形成されている。一方、支持ブロック42には、4本のボルト44によって蓋板45が固定され、貫通孔421が把持ブロック41の反対側から塞がれている。また、ガイドロッド43は、一端側の雄ネジ部が把持ブロック41に螺合し、他端の雌ネジ部にボルト44が螺合して全体が一体に構成されている。
 中心軸O2の方向に間隔をあけて配置された把持ブロック41と支持ブロック42には、両者の貫通孔411,421内を摺動するように、円柱形状の芯出し用ロッド46が挿入されている。第2芯出し治具5Bは、ツールホルダ28に把持された場合、芯出し用ロッド46の中心軸O2が工具10の軸心に一致するようになっている。その芯出し用ロッド46は、把持ブロック41から突き出される芯出し用突部51が形成され、他端側には押し出し用のコイルバネ47を挿入する押出し穴461が形成されている。
 芯出し用突部51は、第1芯出し治具5Aの芯出し用位置決め穴35に挿入することで芯出しを実行するためのものである。芯出し用突部51は、芯出し用位置決め穴35の穴径に対応した芯出し部511と、芯出し用位置決め穴35への進入を導くため、芯出し部511より僅か(1mm程度)に径を小さくした導入部512との2段形状で形成されている。更に、芯出し用突部51の先端部および段差部、そして芯出し用位置決め穴35の開口部には円周状にテーパ面が形成されている。一方、芯出し用ロッド46の他端側に形成された押出し穴461には、蓋板44に突き立てられた固定ピン48が挿入され、その固定ピン48と押出し穴461側面との間にコイルバネ47が組み込まれている。
 第2芯出し治具5Bは、把持ブロック41と支持ブロック42との間に、中心軸O2に沿って移動可能な移動ブロック53が設けられている。移動ブロック53は、所定の厚さを有する円盤であり、中心位置に芯出し用ロッド46が通る中心孔531が形成され、その周りにはガイドロッド43が貫通して摺接するガイド孔532が形成されている。そして、移動ブロック53には把持ブロック41側に突き立てられるようにして位相用位置決めピン54が固定されている。
 位相用位置決めピン54は、第1芯出し治具5Aに形成された2つの位相用位置決め穴36に挿入されるものである。本実施形態では、図3などに示すように位相用位置決めピン54が位相用位置決め穴36の数に合わせて2本設けられているが、少なくとも1本あればよい。そして、移動ブロック53は、支持ブロック42との間にあって、ガイドロッド43の周りに組み込まれたコイルバネ55により、把持ブロック41側に常時付勢されて把持ブロック41に押し当てられている。よって、第2芯出し治具5bは、把持ブロック41の貫通孔411,414をそれぞれ通った芯出し用突部51と位相用位置決めピン54が当て面415から突き出されている(図3,図7参照)。
 続いて、芯出し治具5を使用した芯出し作業について説明する。先ず、第1芯出し治具5Aが主軸チャック12に下側から挿入され、クランプヘッド32が掴まれて引き上げられると、円錐台形状の本体ブロック31が主軸チャック12側に嵌まり込み、その中心軸O1が主軸中心に重ねられる。また、このとき位置決めプレート33のキー溝37が主軸チャック12のドライブキー121に嵌め合されており、主軸チャック12に対して位相用位置決め穴36の位置が一義的に特定される。
 次に、第2芯出し治具5Bは、図2に示す工具10xのように、工具交換位置Pの位置にある空のツールホルダ28に取り付けられる。このとき、第2芯出し治具5Bは、把持ブロック41の円周溝412が把持爪281によって把持されることにより、その中心軸O2が工具の把持中心に重ねられる。また、把持ブロック41のキー溝413がツールホルダ28のドライブキー282に嵌め合されることにより、その把持ブロック41から突き出す位相用位置決めピン54の位置が一義的に特定される。
 そして、第1芯出し治具5Aおよび第2芯出し治具5Bの取り付けが終了した後は、マシニングセンタ1の操作によって両治具による芯出し調整が行われる。すなわち、ツールホルダ28に取り付けられた第2芯出し治具5Bは定位置にあり、それに対して第1芯出し治具51が軸ヘッド11の3軸方向の移動により嵌め合わせが行われる。先ず、図3に示すように第2芯出し治具5Bの上方に第1芯出し治具5Aの移動が行われ、その後、図5の矢印で示すように下降し、プレート33の当て面34と把持ブロック41の当て面415とが重ねられる。
 図3では両治具の中心軸O1,O2が一致している場合を示しているが、おおむね一致させる位置に移動させるため、ずれている場合には図4に示すような状態となる。このとき、両治具の当て面34,415が重なるまで第1芯出し治具5Aが下降するため、第2芯出し治具5Bの当て面415から突き出した芯出し用突部51と位相用位置決めピン54が押し込まれる。すなわち、芯出し用突部51と位相用位置決めピン54は、コイルバネ47,55によって当て面415から突き出されているが(図7参照)、コイルばね47,55が押し縮められ、先端部が図5に示すように貫通孔411,414内に後退させられる。
 次に、図6に示すように中心軸O1,O2を一致させるため、第1芯出し治具5AにおけるXY平面上での移動が行われる。当て面34,415が互いに摺接した状態で操作が行われ、移動する芯出し用位置決め穴35に芯出し用突部51が入れられるようにする。コイルバネ47によって芯出し用ロッド46が付勢されているため、位置が合わせられた芯出し用位置決め穴35によって上方が解放され、押し上げられた芯出し用突部51が入り込む。
 その際、先ず径の小さい導入部512が、先端のテーパによって案内され、芯出し用位置決め穴35内に入り込み、さらに芯出し部511が段差部分のテーパによって案内されながら、芯出し用位置決め穴35内に嵌り込む。従って、図6に示すように、芯出し用突部51が芯出し用位置決め穴35内に嵌り込み、中心軸O1,O2が一致して芯出しが完了する。なお、このとき芯出し用ロッド46に形成された浅い溝の環状ライン462が移動ブロック53内に入ることにより、作業者は芯出しの完了を確認することができる。
 芯出し治具5では更に、図7の矢印で示すように第1芯出し治具5Aに旋回動作が行われる。主軸チャック12が回転することにより、ドライブキー121とキー溝37によって第1芯出し治具5Aが供廻りし、位相用位置決め穴36が同一円周上を移動することとなる。位相用位置決めピン54は第2芯出し治具5B側の同じ円周上にあるため、移動して位相用位置決め穴36に入り込むことにより位相合わせが完了する。このとき作業者は、移動ブロック53が把持ブロック41に接している状態から位置合わせの完了を確認することができる。また、この状態でも芯出し用ロッド46の環状ライン462が見えないことにより、再度芯出しの完了が確実であることが確認できる。そして、芯出しおよび位相合わせによる調整後の主軸ヘッド11の位置などが工具交換情報として制御装置17に記憶される。
 よって、本実施形態によれば、第1芯出し治具5Aと第2芯出し治具5Bを、それぞれ主軸チャック12やツールホルダ28に取り付けた後、目視で確認しながら図6に示すように嵌め合わすことにより芯出しを行うことができる。作業者は、芯出し治具5Aの芯出し用位置決め穴35を見ることができるわけではないが、第2芯出し治具5Bの芯出し用突部51との位置関係は分かり易く、芯出し作業を容易に行うことができる。特に、先端にテーパの付いた導入部512が芯出し用位置決め穴35内に入り込み易く、それに案内されて芯出し部511が嵌り込む点でも芯出し作業が行い易くなっている。
 更に、本実施形態によれば、中心軸O1,O2を一致させた芯出し後に、第1芯出し治具5Aの回転角を調整することにより、第2芯出し治具5B側の位相用位置決めピン54を位相用位置決め穴36に挿入させるだけで位相合わせも行うことができる。このように、本実施形態の芯出し治具5では、芯出しと位相合わせとを連続して、しかも簡単に行うことができる。そして、芯出し用位置決め穴35に対する芯出し用突部51の挿入および、位相用位置決め穴36に対する位相用位置決めピン54の挿入が、そのまま芯出しや位相合わせの結果となるため、作業者による判断が極めて容易である。
 以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
 前記実施形態では、ローラチェーン27に複数のツールホルダ28が取り付けられた構造全体が移動し、対象となる工具を工具交換位置Pへ配置させる自動工具交換装置16を示したが、本発明の芯出し治具は、その他の自動工具交換装置であっても対応可能である。例えば、複数のツールホルダが無端の環状チェーンに所定ピッチで設けられたツールマガジンであって、そのツールマガジンから工具交換アームが対象となる工具を受け取り、主軸チャックに当該工具を受け渡しする自動工具交換装置などでも実施可能である。
1…マシニングセンタ 5…芯出し治具 5A…第1芯出し治具 5B…第2芯出し治具 11…主軸ヘッド 12…主軸チャック 16…自動工具交換装置 28…ツールホルダ 31…本体ブロック 32…クランプヘッド 33…位置決めプレート 35…芯出し用位置決め穴 36…位相用位置決め 37…キー溝 41…把持ブロック 42…支持ブロック 43…ガイドロッド 46…芯出し用ロッド 51…芯出し用突部 53…移動ブロック 54…位相用位置決めピン 55…コイルバネ
 
 

Claims (4)

  1.  保持した工具により所定の作業を実行する作業装置側の作業工具保持部と、工具収納部に収納された工具の受渡しを行う交換工具把持部との芯出しを行うための芯出し治具であって、
     回転を制限した状態で前記作業工具保持部に取り付けられ、中心軸に直交する当て面に、前記中心軸上に中心を重ねた円形の芯出し用位置決め穴および、前記芯出し用位置決め穴から径方向に離れた位置に位相用位置決め穴が形成された第1芯出し治具と、
     回転を制限した状態で前記交換工具把持部に把持され、前記芯出し用位置決め穴に挿入可能な芯出し用軸部材および前記位相用位置決め穴に挿入可能な位相用軸部材が、それぞれ平行になって軸線方向に移動可能な状態で突き出し、その突き出し方向に付勢部材によって付勢された第2芯出し治具と、
    を有する芯出し治具。
  2.  前記第2芯出し治具は、前記交換工具把持部により把持される把持部材がガイドロッドを介して支持部材と一体に形成され、
     前記芯出し用軸部材は、前記把持部材に形成された芯出し用貫通孔を通って前記支持部材により摺動支持され、その軸部材本体の端面に前記把持部から突出して前記芯出し用位置決め穴に挿入可能な芯出し突部が形成されたものであり、
     前記位相用軸部材は、前記ガイドロッドを摺動する摺動体に、前記把持部材に形成された位相用貫通孔を通るピン部材が固定されたものであり、
     前記付勢部材は、支持部材に対して支えられ、前記芯出し用軸部材を把持部材側に付勢する芯出し用付勢部材および、前記位相用軸部材を把持部材側に付勢する位相用付勢部材である請求項1に記載の芯出し治具。
  3.  前記第2芯出し治具を構成する前記位相用部材のピン部材は1本であり、前記第1芯出し治具を構成する位相用位置決め穴は180°の間隔をあけて2つ形成された請求項2に記載の芯出し治具。
  4.  前記第1芯出し治具は、前記作業工具保持部のキーに対応したキー溝が形成され、前記第2芯出し治具は、前記交換工具把持部のキーに対応したキー溝が形成された請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の芯出し治具。
     
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