(57)【要約】【課題】加工に用い得る工具の数を増加させ得る工具ユニットおよび工作機械を提供する。【解決手段】工具ユニット２４は、工作機械１０の主軸１２に着脱可能に装着される工具ユニット２４であって、主軸１２によって回転される回転軸４８を有するとともに、主軸１２によって保持されるホルダ４２と、複数の工具１４を保持するとともに、回転軸４８の回転力を伝達可能な所定位置に複数の工具１４のうちのいずれかが位置するようにホルダ４２に対して旋回可能なレボルバ６２と、所定位置に位置する工具１４への回転軸４８の回転力の伝達および遮断を切り替えるクラッチ機構５０とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸頭に備えられた主軸に着脱可能に装着される工具ユニットであって、
前記主軸によって回転される回転軸を有するとともに、前記主軸によって保持されるホルダと、
複数の工具を保持するとともに、前記回転軸の回転力を伝達可能な所定位置に前記複数の工具のうちのいずれかが位置するように前記ホルダに対して旋回可能なレボルバと、
前記所定位置に位置する前記工具への前記回転軸の回転力の伝達および遮断を切り替えるクラッチ機構と
を備える、工具ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の工具ユニットにおいて、
前記所定位置は、前記回転軸と同軸上の位置であり、
前記クラッチ機構は、前記回転軸の端部に設けられているとともに前記工具を吸着する吸着機構である、工具ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の工具ユニットにおいて、
前記吸着機構には、電磁石が備えられている、工具ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の工具ユニットにおいて、
前記主軸頭に対する前記レボルバの位置を固定する固定部材を更に備える、工具ユニット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の工具ユニットにおいて、
前記レボルバを旋回させるモータと、
前記主軸頭から前記モータに電力を供給するために、前記主軸頭の供給端子と接触する入力端子と
を更に備える、工具ユニット。
【請求項６】
請求項４に記載の工具ユニットにおいて、
前記レボルバを旋回させるモータと、
前記主軸頭から前記モータに電力を供給するために、前記主軸頭の供給端子と接触する入力端子とを更に備え、
前記入力端子が前記固定部材として機能する、工具ユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の工具ユニットを備える、工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具ユニットおよび工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の工具を把持するツールマガジンが備えられた工作機械が提案されている（特許文献１）。特許文献１によれば、ツールマガジンに把持された複数の工具のうちのいずれかを適宜選択して用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５３−１８８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、１台の工作機械で使用し得る工具の数をより増大させることが待望されている。
【０００５】
本発明の目的は、加工に用い得る工具の数を増加させ得る工具ユニットおよび工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、工作機械の主軸頭に備えられた主軸に着脱可能に装着される工具ユニットであって、前記主軸によって回転される回転軸を有するとともに、前記主軸によって保持されるホルダと、複数の工具を保持するとともに、前記回転軸の回転力を伝達可能な所定位置に前記複数の工具のうちのいずれかが位置するように前記ホルダに対して旋回可能なレボルバと、前記所定位置に位置する前記工具への前記回転軸の回転力の伝達および遮断を切り替えるクラッチ機構とを備える。
【０００７】
本発明の第２の態様は、工作機械であり、上記のような工具ユニットを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加工に用い得る工具の数を増加させ得る工具ユニットおよび工作機械を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による工具ユニットが備えられた工作機械を示す斜視図である。
【図２】一実施形態による工作機械の一部を示す図である。
【図３】一実施形態による工作機械の一部を示す図である。
【図４】一実施形態の変形例による工作機械の一部を示す図である。
【図５】一実施形態の変形例による工作機械の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明による工具ユニットおよび工作機械について、好適な実施形態をあげ、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００１１】
［一実施形態］
一実施形態による工具ユニットおよび工作機械について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態による工具ユニットが備えられた工作機械を示す斜視図である。
【００１２】
工作機械１０の主軸１２には、工具ユニット２４が着脱可能に装着される。工作機械１０は、工具ユニット２４に備えられた複数の工具１４のうちのいずれかによって不図示の加工対象物（ワーク）を加工する。
【００１３】
工作機械１０には、主軸１２が備えられた主軸頭１６と、主軸頭１６を上下方向に移動させるコラム１８と、加工対象物を支持するテーブル２０と、テーブル２０を第１の方向および第２の方向に移動させるテーブル駆動部２２とが備えられている。第１の方向と第２の方向とは互いに直交している。第１の方向はＹ方向であり、第２の方向はＸ方向である。また、Ｙ方向およびＸ方向に直交する方向をＺ方向とする。重力が働く方向である下方向は−Ｚ方向であり、上方向は＋Ｚ方向である。主軸１２の回転軸は、Ｚ方向に対して平行である。主軸１２のＺ方向への移動と、テーブル２０のＸ方向およびＹ方向への移動とによって、工作機械１０は、加工対象物に対して３次元の加工を行うことができる。
【００１４】
工作機械１０には、自動交換装置２６が更に備えられている。自動交換装置２６は、主軸１２に装着される工具ユニット２４を交換し得る。自動交換装置２６には、ツールマガジン２８が備えられている。ツールマガジン２８に備えられた複数の収納部２９には、複数の工具ユニット２４がそれぞれ収納され得る。図１においては、簡略化のため、複数の収納部２９の各々に収納された工具ユニット２４の図示が省略されている。
【００１５】
テーブル２０は、主軸１２の下方に配されている。テーブル２０の上面には、複数のロック溝３０が形成されている。各々のロック溝３０は、Ｘ方向に直線状に延在している。ロック溝３０は、Ｙ方向において所定の間隔をあけて配されている。加工対象物は、不図示のワーク固定治具を介してテーブル２０に固定されるようにしてもよい。ワーク固定治具は、ロック溝３０を用いてテーブル２０の上面に固定され得る。
【００１６】
テーブル駆動部２２は、ベッド３２に支持されている。テーブル駆動部２２は、Ｙ軸スライド部３４、サドル３６およびＸ軸スライド部３８を有する。サドル３６は、Ｙ軸スライド部３４を介してベッド３２に対してＹ方向に移動可能に支持されている。テーブル２０は、Ｘ軸スライド部３８を介してサドル３６に対してＸ方向に移動可能に支持されている。
【００１７】
サドル３６には、ベッド３２に対してサドル３６をＹ方向に移動させる不図示のＹ軸用の移動機構が接続されている。テーブル２０には、サドル３６に対してテーブル２０をＸ方向に移動させる不図示のＸ軸用の移動機構が接続されている。Ｙ軸用の移動機構およびＸ軸用の移動機構の各々は、例えば、サーボモータの回転運動を直進運動に変換してサドル３６およびテーブル２０に伝達する機構である。各々の移動機構は、例えばボールネジおよびナット等を有する。Ｙ軸用の移動機構およびＸ軸用の移動機構は、周知のものを用い得る。
【００１８】
工作機械１０には、スプラッシュガード４０が備えられている。スプラッシュガード４０は、工作機械１０の加工領域を囲っている。スプラッシュガード４０は、加工によって発生した切粉、切屑等の切削片および切削液が周囲に飛散することを防止するためのものである。加工領域には、主軸１２、主軸頭１６、コラム１８、テーブル２０およびテーブル駆動部２２の他に、加工時に工具１４に向けて切削液を吐出する不図示のノズルが設けられている。こうして、本実施形態による工作機械１０が構成されている。
【００１９】
図２および図３は、本実施形態による工作機械の一部を示す図である。図２には、工具ユニット２４が主軸１２に装着される前の状態が示されている。図３には、工具ユニット２４が主軸１２に装着され、工具１４が回転軸４８に装着された状態が示されている。
【００２０】
工具ユニット２４には、ホルダ（保持部材）４２が備えられている。ホルダ４２は、環状部材４４と、環状部材４４の一方の主面側に備えられた突出部４６と、環状部材４４の他方の主面側に備えられた回転軸４８とを有する。突出部４６は、主軸１２の下端部に形成された装着穴１２ａに挿入される。環状部材４４は、主軸１２の下端部に備えられたグリップ（把持部）４９によって把持される。ホルダ４２は、主軸１２によって回転される。
【００２１】
工具ユニット２４には、クラッチ機構５０が更に備えられている。クラッチ機構５０は、回転軸４８の下端部に備えられている。クラッチ機構５０は、所定位置に位置する工具１４への回転軸４８の回転力の伝達および遮断を切り替える。所定位置は、回転軸４８と同軸上の位置である。クラッチ機構５０は、例えば、工具１４を吸着する吸着機構である。かかる吸着機構には、例えば電磁石５２が備えられている。
【００２２】
電磁石５２には、電磁石５２に電力を供給するためのスリップリング５４ａ、５４ｂが備えられている。スリップリング５４ａ、５４ｂには、ブラシ５６ａ、５６ｂがそれぞれ接触する。ブラシ５６ａ、５６ｂは、スリップリング５４ａ、５４ｂを介して電磁石５２に電力を供給する。ブラシ５６ａ、５６ｂは、不図示の部材を介して、後述するハウジング６４の内壁に固定されている。ブラシ５６ａ、５６ｂには、不図示の配線が接続されている。かかる配線は、後述する固定部材５８に備えられた後述する入力端子６０を介して工作機械１０に接続されている。かかる配線を介して、工作機械１０側から電磁石５２に電力が供給される。
【００２３】
電磁石５２に電力が供給されると、所定位置に位置している工具１４が吸着機構によって吸着され、当該工具１４が回転軸４８に固定される（図３参照）。電磁石５２に電力が供給されないようにすると、工具１４が吸着機構によって吸着されない状態となり、吸着機構によって吸着されていた工具１４が重力によって落下し、後述する工具ホルダ（工具保持部材）６６によって当該工具１４が保持される（図２参照）。
【００２４】
工具ユニット２４には、ハウジング（ケーシング）６４が更に備えられている。ハウジング６４は、回転軸４８およびクラッチ機構５０を囲うように形成されている。ハウジング６４は、回転軸４８を回転可能に支持している。また、ハウジング６４は、回転軸４８をＺ方向、すなわち、軸方向に移動不能に支持している。
【００２５】
工具ユニット２４には、レボルバ（旋回板、旋回機構）６２が更に備えられている。レボルバ６２は、円盤状部材６５と、円盤状部材６５の一方の主面側に形成された歯車６８と、円盤状部材６５の他方の主面側に形成された複数の工具ホルダ６６とを有する。円盤状部材６５の主面の法線方向は、回転軸４８に対して斜めの方向、すなわち、Ｚ方向に対して斜めの方向である。歯車６８とレボルバ６２とは、一体的に形成されている。ハウジング６４は、レボルバ６２を旋回自在に支持する。工具ホルダ６６の数は、例えば３つとすることができるが、これに限定されるものではない。複数の工具ホルダ６６は、複数の工具１４の各々を保持する。工具１４としては、例えば、ヘール工具、ドリル、エンドミル、フライス等が挙げられる。工具ホルダ６６は全体として円筒状に形成されている。工具１４が回転軸４８に装着されていない状態においては、工具１４は工具ホルダ６６によって保持される。工具１４が工具ホルダ６６から脱落するのを防止すべく、工具ホルダ６６の最小内径は、工具１４の最大外径より小さく設定されている。後述する歯車７０が歯車６８に噛み合わさる。歯車７０を回転させることにより、レボルバ６２をハウジング６４に対して旋回させ得る。レボルバ６２を旋回させることによって、回転軸４８の回転力を伝達可能な所定位置に複数の工具１４のうちのいずれかを位置させ得る。所定位置は、上述したように、回転軸４８と同軸上の位置である。
【００２６】
工具ユニット２４には、固定部材５８が更に備えられている。固定部材５８は、ハウジング６４に接続されている。固定部材５８は、主軸１２に対するハウジング６４およびレボルバ６２の位置を固定する。固定部材５８内には、モータ７２が備えられている。モータ７２の回転軸には、歯車７０が備えられている。歯車７０は、上述したように、レボルバ６２に備えられた歯車６８と噛み合わさる。モータ７２の回転軸を回転させることによって、歯車７０を回転させ、ひいては、レボルバ６２を旋回させることができる。
【００２７】
主軸頭１６に固定されたアーム７４が、固定部材５８に隣接する箇所まで延在している。固定部材５８には、主軸頭１６側から供給される電力を受け取るための入力端子６０が備えられている。アーム７４には、工具ユニット２４側に電力を供給するための供給端子７６が備えられている。入力端子６０は例えばプラグであり、供給端子７６は例えばレセプタクルである。主軸１２に工具ユニット２４が装着されると、入力端子６０と供給端子７６とが接続され、固定部材５８がアーム７４を介して主軸頭１６に固定される。このように、入力端子６０は、固定部材５８として機能し得る。入力端子６０には、不図示の複数の電極が備えられている。供給端子７６にも、不図示の複数の電極が備えられている。入力端子６０に備えられた複数の端子の各々と、供給端子７６に備えられた複数の端子の各々とが互いに接続される。モータ７２および電磁石５２に対する電力の供給が、供給端子７６および入力端子６０を介して行われる。固定部材５８によってハウジング６４が固定されるため、主軸１２によって工具１４が回転された際に、ハウジング６４およびレボルバ６２が回転してしまうのを防止し得る。
【００２８】
本実施形態による工作機械１０の動作について以下に説明する。
【００２９】
加工対象物に対して第１の加工を行ための第１の工具１４が備えられた第１の工具ユニット２４が複数の工具ユニット２４のうちから選択される。かかる選択は、工作機械１０に備えられた不図示の制御部によって行われる。制御部は、自動交換装置２６を適宜制御することにより、第１の工具ユニット２４を主軸１２に装着する。
【００３０】
必要に応じて、制御部は、モータ７２を駆動することにより、レボルバ６２を旋回させる。これにより、第１の工具１４が、回転軸４８と同軸上に位置する。
【００３１】
制御部は、電磁石５２に電力を供給することにより、電磁石５２によって第１の工具１４を吸着する。こうして、第１の工具１４が回転軸４８に装着された状態となる。制御部は、第１の工具１４を用いて加工対象物に対しての所定の加工を行う。こうして、第１の工具１４を用いた第１の加工が加工対象物に対して行われる。第１の加工が完了すると、制御部は、電磁石５２に電力を供給しないようにする。これにより、第１の工具１４が電磁石５２によって吸着されなくなり、第１の工具１４は重力により落下する。落下した第１の工具１４は、工具ホルダ６６によって保持される。
【００３２】
第１の加工が完了した後には、加工対象物に対して第２の加工が行われる。第２の加工を行うための第２の工具１４が第１の工具ユニット２４に備えられている場合には、制御部は、制御部は、モータ７２を駆動することにより、レボルバ６２を旋回させることにより、第２の工具１４を回転軸４８と同軸上に位置させる。第２の加工を行うための第２の工具１４が第１の工具ユニット２４とは異なる第２の工具ユニット２４に備えられている場合には、制御部は、以下のような処理を行う。すなわち、制御部は、自動交換装置２６を適宜制御することにより、第１の工具ユニット２４を主軸１２から取り外し、第２の工具ユニット２４を主軸１２に装着する。そして、必要に応じて、制御部は、モータ７２を駆動することにより、レボルバ６２を旋回させ、第２の工具１４を回転軸４８と同軸上に位置させる。この後、制御部は、上記と同様にして、第２の工具１４を回転軸４８に装着し、第２の工具１４を用いた第２の加工を加工対象物に対して行う。こうして、第２の工具１４を用いた第２の加工が加工対象物に対して行われる。第２の加工が完了すると、制御部は、電磁石５２に電力を供給しないようにする。これにより、第２の工具１４が電磁石５２によって吸着されなくなり、第２の工具１４は重力により落下する。落下した第２の工具１４は、工具ホルダ６６によって保持される。
【００３３】
この後、上記と同様にして、工具１４を用いた加工が加工対象物に対して順次行われ、加工対象物に対する加工が完了する。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、複数の工具１４を保持するとともに、回転軸４８の回転力を伝達可能な所定位置に複数の工具１４のうちのいずれかが位置するようにホルダ４２に対して旋回可能なレボルバ６２が工具ユニット２４に備えられている。本実施形態によれば、複数の工具１４がそれぞれ備えられた複数の工具ユニット２４がツールマガジン２８の複数の収納部２９にそれぞれ収納されるため、１台の工作機械１０で用い得る工具１４の数を著しく増大させることができる。１台の工作機械１０で用い得る工具１４の数を著しく増大させ得るため、加工対象物を加工する際に別個の工作機械１０が用いられるのを抑制し得る。別個の工作機械１０が用いられるのを抑制し得るため、本実施形態によれば、加工精度の低下を抑制することができる。また、本実施形態によれば、１台の工作機械１０で用い得る工具１４の数を著しく増大させ得るため、工場に備えられる工作機械１０の台数を少なくすることができる。このため、本実施形態によれば、設備投資の低減に寄与することができ、ひいては、製造コストの低減および収益の増加に寄与することができる。また、工具ユニット２４の単位で複数の工具１４を管理することができるため、工具１４の寿命管理を容易化することができる。
【００３５】
（変形例）
本実施形態の変形例による工具ユニットおよび工作機械について図面を用いて説明する。図４および図５は、本変形例による工作機械の一部を示す図である。図４には、工具ユニット２４が主軸１２に装着される前の状態が示されている。図５には、工具ユニット２４が主軸１２に装着され、工具１４が回転軸４８に装着された状態が示されている。
【００３６】
本変形例は、アーム７４内にモータ７２が備えられているものである。
【００３７】
固定部材５８には、歯車７０と、歯車８０とが備えられている。歯車７０は、回転軸７８の一端に接続されており、歯車８０は、回転軸７８の他端に接続されている。歯車８０は、モータ７２の回転軸に接続された歯車８２に噛み合う。モータ７２の回転軸を回転させることにより、歯車８２、８０、７０、６８が回転し、レボルバ６２が旋回する。
【００３８】
電磁石５２に対する電力の供給は、供給端子７６および入力端子６０を介して行われる。
【００３９】
このように、アーム７４内にモータ７２を備えるようにしてもよい。本変形例のようにモータ７２をアーム７４内に備えるようにした場合にも、レボルバ６２を旋回させることが可能である。
【００４０】
［変形実施形態］
本発明についての好適な実施形態を上述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。
【００４１】
例えば、上記実施形態では、入力端子６０が固定部材５８として機能し得る場合、すなわち、入力端子６０を用いて固定部材５８をアーム７４に固定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。入力端子６０とは別個の不図示の部材によって、固定部材５８をアーム７４に固定するようにしてもよい。
【００４２】
上記実施形態をまとめると以下のようになる。
【００４３】
工具ユニット（２４）は、工作機械（１０）の主軸頭（１６）に備えられた主軸（１２）に着脱可能に装着される工具ユニット（２４）であって、主軸（１２）によって回転される回転軸（４８）を有するとともに、主軸（１２）によって保持されるホルダ（４２）と、複数の工具（１４）を保持するとともに、回転軸（４８）の回転力を伝達可能な所定位置に複数の工具（１４）のうちのいずれかが位置するようにホルダ（４２）に対して旋回可能なレボルバ（６２）と、所定位置に位置する工具（１４）への回転軸（４８）の回転力の伝達および遮断を切り替えるクラッチ機構（５０）とを備える。
【００４４】
このような構成によれば、複数の工具（１４）を保持するとともに、回転軸（４８）の回転力を伝達可能な所定位置に複数の工具（１４）のうちのいずれかが位置するように旋回可能なレボルバ（６２）が工具ユニット（２４）に備えられている。このような構成によれば、複数の工具（１４）がそれぞれ備えられた複数の工具ユニット（２４）がツールマガジン（２８）の複数の収納部（２９）にそれぞれ収納されるため、１台の工作機械（１０）で用い得る工具（１４）の数を著しく増大させることができる。１台の工作機械（１０）で用い得る工具（１４）の数を著しく増大させ得るため、加工対象物を加工する際に別個の工作機械（１０）が用いられるのを抑制し得る。別個の工作機械（１０）が用いられるのを抑制し得るため、このような構成によれば、加工精度の低下を抑制することができる。また、このような構成によれば、１台の工作機械（１０）で用い得る工具（１４）の数を著しく増大させ得るため、工場に備えられる工作機械（１０）の台数を少なくすることができる。このため、このような構成によれば、設備投資の低減に寄与することができ、ひいては、製造コストの低減および収益の増加に寄与することができる。また、このような構成によれば、工具ユニット（２４）の単位で複数の工具（１４）を管理することができるため、工具（１４）の寿命管理を容易化することができる。
【００４５】
所定位置は、回転軸（４８）と同軸上の位置であり、クラッチ機構（５０）は、回転軸（４８）の端部に設けられているとともに工具（１４）を吸着する吸着機構であるようにしてもよい。このような構成によれば、回転軸（４８）に工具（１４）を良好に装着することができる。
【００４６】
吸着機構には、電磁石（５２）が備えられているようにしてもよい。このような構成によれば、回転軸（４８）に工具（１４）を良好に吸着することができる。
【００４７】
主軸頭（１６）に対するレボルバ（６２）の位置を固定する固定部材（５８）を更に備えるようにしてもよい。このような構成によれば、回転軸（４８）が回転した際にレボルバ（６２）が回転してしまうのを防止することができる。
【００４８】
レボルバ（６２）を旋回させるモータ（７２）と、主軸頭（１６）からモータ（７２）に電力を供給するために、主軸頭（１６）の供給端子（７６）と接触する入力端子（６０）とを更に備えるようにしてもよい。このような構成によれば、レボルバ（６２）をモータ（７２）を用いて旋回させることができる。
【００４９】
レボルバ（６２）を旋回させるモータ（７２）と、主軸頭（１６）からモータ（７２）に電力を供給するために、主軸頭（１６）の供給端子（７６）と接触する入力端子（６０）とを更に備え、入力端子（６０）が固定部材（５８）として機能するようにしてもよい。このような構成によれば、入力端子（６０）が固定部材（５８）として機能し得るため、省スペース化を実現しつつ、回転軸（４８）が回転した際にレボルバ（６２）が回転してしまうのを防止することができる。
【００５０】
工作機械（１０）は、上記のような工具ユニット（２４）を備える。
【符号の説明】
【００５１】
１０…工作機械                            １２…主軸
１２ａ…装着穴                            １４…工具
１６…主軸頭                              １８…コラム
２０…テーブル                            ２２…テーブル駆動部
２４…工具ユニット                        ２６…自動交換装置
２８…ツールマガジン                      ２９…収納部
３０…ロック溝                            ３２…ベッド
３４…Ｙ軸スライド部                      ３６…サドル
３８…Ｘ軸スライド部                      ４０…スプラッシュガード
４２…ホルダ                              ４４…環状部材
４６…突出部                              ４８…回転軸
４９…グリップ                            ５０…クラッチ機構
５２…電磁石                              ５４ａ、５４ｂ…スリップリング
５６ａ、５６ｂ…ブラシ                    ５８…固定部材
６０…入力端子                            ６２…レボルバ
６４…ハウジング                          ６５…円盤状部材
６６…工具ホルダ                          ６８、７０、８０、８２…歯車
７２…モータ                              ７４…アーム
７６…供給端子                            ７８…回転軸
【図１】
2020062736.tif 000003
【図２】
2020062736.tif 000004
【図３】
2020062736.tif 000005
【図４】
2020062736.tif 000006
【図５】
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