(57)【要約】【課題】高価な工具ホルダを必要とすることなく工具の交換を可能とし、操作者の安全を確保しつつ、切屑による影響を低減する仕組みを提供する。【解決手段】複数の工具を格納する工具格納装置であって、工具を格納する複数の工具格納部と、各工具格納部の内部に設けられ、前記工具の柄の前記工具格納装置における水平方向を位置決めする位置決め部材と、各工具格納部の内部に設けられ、前記工具の先端部を当接させて垂直方向に保持する先端保持部材と、前記複数の工具格納部を覆うカバー部材とを備え、前記先端保持部材は、複数の前記先端保持部材を嵌め合わせて、長さの異なる複数の前記工具の上端部を揃えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の工具を格納する工具格納装置であって、
前記工具を格納する複数の工具格納部と、
各工具格納部の内部に設けられ、前記工具の柄の前記工具格納装置における水平方向を位置決めする位置決め部材と、
各工具格納部の内部に設けられ、前記工具の先端部を当接させて垂直方向に保持する先端保持部材と、
前記複数の工具格納部を覆うカバー部材と
を備え、
前記先端保持部材は、複数の前記先端保持部材を嵌め合わせて、長さの異なる複数の前記工具の上端部を揃えることを特徴とする工具格納装置。
【請求項２】
前記工具格納部は、前記位置決め部材を着脱するための溝を備え、前記位置決め部材を前記溝に嵌め合わせることで組み付けることを特徴とする請求項１に記載の工具格納装置。
【請求項３】
前記位置決め部材は、圧入により前記工具格納部に組み付けられることを特徴とする請求項１に記載の工具格納装置。
【請求項４】
前記工具格納部は、前記位置決め部材を装着するための雌ねじ部を備え、
前記位置決め部材は、外周に雄ねじ部を備え、前記雌ねじ部及び前記雄ねじ部によって前記工具格納装置に組み付けられることを特徴とする請求項１に記載の工具格納装置。
【請求項５】
前記位置決め部材は、外周に吸着部材を備え、該吸着部材を介して前記工具格納部に組み付けられることを特徴とする請求項１に記載の工具格納装置。
【請求項６】
前記位置決め部材は、前記工具格納部へ前記工具を挿入するための穴が形成され、当該穴径を変更することにより各工具の柄の大きさに対応することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の工具格納装置。
【請求項７】
前記先端保持部材は、上部に凸部を有し、下部に凹部を有する形状であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の工具格納装置。
【請求項８】
前記先端保持部材は、前記凸部の外周に雄ねじ部を備え、前記凹部の内周に雌ねじ部を備えることにより、他の先端保持部材と重ね合わせられることを特徴とする請求項７に記載の工具格納装置。
【請求項９】
前記先端保持部材は、前記凸部の先端に吸着盤を備えることにより、他の先端保持部材と重ね合わせられることを特徴とする請求項７に記載の工具格納装置。
【請求項１０】
前記工具格納部を覆う前記カバー部材は弾性力を有し、付勢力により前記工具格納部を覆うことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の工具格納装置。
【請求項１１】
工作機であって、
取り付けられた工具を回転させる主軸と、
前記主軸に取り付けられた工具によって工作が行われるワークを取り付けるテーブルと、
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の工具格納装置を保持する保持手段と、
前記工具格納装置に格納された複数の工具の何れかを主軸に取り付けて前記ワークに対して工作を実行する制御手段と
を備えることを特徴とする工作機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具を交換して加工できる工具交換機能を持つ工作機械に関し、特に工作機械の工具格納装置、及び工作機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は、無人運転で効率良く加工を進めて行くことが求められ、そのための一つとして工具の自動工具交換機能が採用されている。加工開始から所望の形状へ加工する過程においては、さまざまな種類の工具が使用されるため多数の工具を収納することが求められる。また、工具の交換は工作機械の主軸と工具が適正に装着されることによって、被加工の加工精度が維持される。そのため、主軸と工具の嵌め合わせ部に切屑などの異物が付着しなようにすることが求められる。
【０００３】
特許文献１には、工具を自動で交換する自動工具交換装置が提案されている。これは、主軸近傍に複数の工具ホルダを収容するタレットが設けられ、主軸の回転によりタレットを回転させ、所望の工具ホルダを選択する。そして、主軸と工具ホルダを嵌め合わせる主軸のテーパ部と工具ホルダのテーパ部をクーラント液により洗浄し、その後、グリッパが工具ホルダを主軸に嵌め合わせて装着させるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術には以下に記載する問題がある。例えば、自動工具交換装置は、工具交換に高価な工具ホルダを使用している。工具ホルダに工具の柄を装着する際は、人手で行うため装着量にばらつきが出てしまい、装着量が少ない場合は加工中に工具抜けが発生し加工が失敗してしまう虞がある。また、工具ホルダをタレットに装着する際は、工具の刃先がむき出しになっているため、人手で装着する際にけがの原因となる。装着の際には装置に付着した切屑が工具ホルダのテーパ部に付着し、加工中にもテーパ部に切屑が付着し、その防止策としてクーラントを使用して切屑を除去しているが、切屑を除去するためには高圧にした液体を噴射する必要があり、高価なポンプが必要になる。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、高価な工具ホルダを必要とすることなく工具の交換を可能とし、操作者の安全を確保しつつ、切屑による影響を低減する仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明は、複数の工具を格納する工具格納装置であって、前記工具を格納する複数の工具格納部と、各工具格納部の内部に設けられ、前記工具の柄の前記工具格納装置における水平方向を位置決めする位置決め部材と、各工具格納部の内部に設けられ、前記工具の先端部を当接させて垂直方向に保持する先端保持部材と、前記複数の工具格納部を覆うカバー部材とを備え、前記先端保持部材は、複数の前記先端保持部材を嵌め合わせて、長さの異なる複数の前記工具の上端部を揃えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、工作機であって、取り付けられた工具を回転させる主軸と、前記主軸に取り付けられた工具によって工作が行われるワークを取り付けるテーブルと、上記工具格納装置を保持する保持手段と、前記工具格納装置に格納された複数の工具の何れかを主軸に取り付けて前記ワークに対して工作を実行する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高価な工具ホルダを必要とすることなく工具の交換を可能とし、操作者の安全を確保しつつ、切屑による影響を低減する仕組みを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る工作機械及び工具マガジンの斜視図。
【図２】第１の実施形態に係る工具マガジンの概観図。
【図３】第１の実施形態に係る工具マガジンのカバーを取り外した概観図。
【図４】第１の実施形態に係る先端保持部材の断面図。
【図５】第１の実施形態に係る工具マガジンの概観図。
【図６】第１の実施形態に係る工具マガジンの概観図。
【図７】第１の実施形態に係る工具交換時の断面図。
【図８】第１の実施形態に係る工具交換時の断面図。
【図９】他の実施形態に係る工具マガジンの断面図。
【図１０】他の実施形態に係る工具マガジンの断面図。
【図１１】他の実施形態に係る工具マガジンの断面図。
【図１２】他の実施形態に係る工具マガジンの断面図。
【図１３】他の実施形態に係る工具マガジンの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念及び下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００１２】
＜第１の実施形態＞
＜工作機械の構成＞
図１を参照して、本発明の実施形態に係る工作機械１の構成について説明する。図１は工具１０を備えていない状態である。本実施形態における工作機械１は、枠体１１と、枠体１１を構成する載置面に対して垂直に設けられた一対の側壁に架橋された２本一対のＸ軸シャフト２２からなる。Ｘ軸シャフト２２は、主軸５０を工作機械１の載置面に対して水平方向に案内する。
【００１３】
Ｘ軸シャフト２２に平行な方向を本発明の実施形態におけるＸ軸とし、工作機械１の載置面に対して水平方向で、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に対して垂直な方向をＺ軸と呼ぶ。不図示のＸ軸駆動モータはＸ軸シャフト２２に平行に設けられたＸ軸駆動軸２３を駆動させ、一対のＸ軸シャフト２２及びＸ軸駆動軸２３に組みつけられたＸ軸スライダ２０が移動する。Ｘ軸スライダ２０の移動に伴いＸ軸スライダ２０に組みつけられた主軸５０は、工作機械１の載置面に対して水平方向に移動する。
【００１４】
Ｙ軸シャフト２７はＸ軸に対して垂直に設けられ、不図示のＹ軸駆動モータはＹ軸シャフト２７に平行に設けられたＹ軸駆動軸２９を駆動させる。これにより、一対のＹ軸シャフト２７及びＹ軸駆動軸２９に組みつけられたＹ軸スライダ２５が移動する。Ｙ軸シャフト２７と平行して、一対のマガジンシャフト６７設けられ、マガジン保持部材６９がマガジンシャフト６７に組付けられ、Ｙ軸スライダ２５と連結し、Ｙ軸の移動に伴って移動する。マガジン保持部材をＹ軸スライダと連結することによって、余分な駆動手段を無くしている。
【００１５】
マガジン保持部材６９には、工具マガジン３０が組付けられる。工具マガジン３０は、隔壁によって工具１０の加工によるワーク３の切粉が入り込まないようにすることが好ましい。工具１０は、交換を行いながら加工するため工具マガジン３０に複数設置されている。
【００１６】
不図示のＺ軸駆動モータの駆動力が駆動軸及び連結部によって伝わり、主軸５０は、Ｚ軸スライダ２４に沿って、工作機械１の載置面に対して垂直方向に移動する。Ｘ軸駆動モータやＺ軸駆動モータは駆動力によって主軸５０と連結する部材により主軸５０を移動させる移動手段として機能する。これによって、主軸は三次元上２軸方向へ移動可能となっている。
【００１７】
枠体１１には底から下方に突出して床面に当接する複数本の脚部５が設けられる。載置場所において、工作機械１は、これら脚部５によって枠体１１の底部に組みつけられた作業台（テーブル）２と作業台２に固定する加工対象であるワークに対して安定した工作動作を得る。
【００１８】
工作機械１の工具マガジン３０の移動経路上には被衝突部材５７が設けられている。工作機械１には先端保持部材４０に接触させ上下移動させる上下移動部材６２と、上下移動させる上下駆動手段６４が設けられている。
【００１９】
＜工具マガジン＞
次に、図２乃至図６を参照して、本実施形態に係る工具格納装置である工具マガジン３０について説明する。図２乃至図６は、工具マガジン３０の拡大図である。工具マガジン３０は、マガジンカバー（カバー部材）３５により保護されており、ワークの切屑等の混入を防止することができる。また、工具マガジン３０は、各々異なる長さ、形状の工具１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が工具挿入口９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）に挿入され内部で保持され工具１０の垂直方向に伸びている上端部の高さが複数の工具で略一致している。
【００２０】
工具マガジン３０内に設置された工具１０の垂直方向高さの略一致は、図４に示すように、複数の先端保持部材４０を工具１０の全長に応じて嵌め合わせることで略一致させている。図４の例では、３つの先端保持部材４０が重ねあわされた状態である。先端保持部材４０は、上部に凸部を有し、下部に凹部を有する。また、複数の先端保持部材４０を嵌め合わせることにより各工具の全長に対応するため、各工具の全長に応じて何種類も先端保持部材４０を用意する必要がなく１種類で済ますことができる。また、先端保持部材４０には、図２に示すように、工具の先端部が当接される。図２の例では、比較的長い工具１０ａには、１つの先端保持部材４０が使用され、比較的短い工具１０ｂ、１０ｃには複数の先端保持部材４０が使用されている様子を示す。このように、工具の全長に合わせて、使用する先端保持部材の個数を変更することで、各工具の上端部、つまり、柄の部分の高さを工具マガジン３０内で合わせるように調整している。
【００２１】
図６に示すように、マガジンカバー３５には突起部３７が設けられ、カバー突起部３７が押されるとマガジンカバー３５が開き、工具挿入口９から工具１０の挿入が可能となる。マガジンカバー３５は弾性力を有し、付勢力により工具格納部を覆っている。したがって、カバー突起部３７を押すことで容易に開閉可能な状態になっている。このような構成とすることで、ワーク等の切屑が工具マガジン３０内部に入り込むことを防ぐとともに、容易に工具マガジン３０内に格納された工具を取り出すことができる。
【００２２】
図３は、マガジンカバー３５を取り外した図である。工具マガジン３０には位置決め部材４５が組付けられ工具１０の水平方向の位置決めを行う。位置決め部材４５は、その突起部と、図５に示す工具マガジン３０の溝部が嵌め合うことで組付けられている。また、位置決め部材４５には、工具を挿入するための穴が形成される。したがって、位置決め部材４５の穴径を変更することにより、さまざまな柄の大きさの工具に対応することができる。また、位置決め部材４５のみの変更なので工具マガジン全体を変更するよりもコストが安く済む。
【００２３】
図１に示すように、工具マガジン３０を工作機械１のマガジン保持部材６９に設置する際は、工具１０が工具マガジン３０によって覆われているので、工具１０の刃先によってけがをすることなく安全に設置できる。また、工具１０の柄が切屑による影響を受けないので精度良く交換ができる。
【００２４】
＜工具交換時の動作＞
次に、図７及び図８を参照して、工具交換時の動作について説明する。以下の動作は、工作機１に設けられた不図示の制御部によって統括的に制御される。図１の状態から加工プログラムにより工具１０の把持が指示されると、Ｘ軸駆動モータ、Ｙ軸駆動モータ、及びＺ軸駆動モータを駆動させる。Ｘ軸スライダ２０に案内され主軸５０を移動する。主軸５０は、把持機構５５に工具１０を把持し回転させることで、作業台２に固定されたワークに対して加工を行うものである。加工プログラムにより工具１０の把持が指示されると、予め定められた動作で主軸５０と工具マガジン３０に挿入された工具１０の同軸が一致する。
【００２５】
このとき、工具マガジン３０の突起部３７が、図１に示す被衝突部材５７の傾斜部５９と当接し、マガジンカバー３５が開かれる。次に、主軸５０に設けられた把持機構５５が開き、図７に示すように主軸５０が工具マガジン３０の垂直方向の予め定められた位置へ移動する。図８に示すように、上下移動部材６２が上下駆動手段６４により予め定められた位置へ移動し、先端保持部材４０を介して工具１０を主軸５０の内部へ挿入する。
【００２６】
挿入された位置で把持機構５５を閉じ工具１０を掴み、主軸５０がプログラムで指示された加工位置に移動し工具１０の把持を完了し、加工動作を始める。このとき、主軸５０が動作し、工具マガジン３０から工具１０を把持する場合を説明したが、可動アームなどが、工具マガジン３０から工具１０を取り出し一定高さの位置に保持して主軸５０が取りにくる場合なども応用可能である。自動交換機構としては、主軸５０が担う場合と、他の簡単な工具受け渡し具が所定高さに工具上端部を保持する場合が考えられる。
【００２７】
把持機構や駆動機構は、ラック、ピニオン機構、ねじ機構をウォームホイル機構、カム機構などに伝達して各移動体に動作をさせる公知の機構を用いることができる。把持機構としては、３爪チャック、４爪チャック、コレットチャックなど、工具をクランプ・アンクランプするチャックや把持機構であれば各種変更が可能である。油圧式や空圧式などの方式も用いることができる。
【００２８】
＜その他の実施形態＞
本発明は上記実施形態に限らず様々な変形が可能である。例えば、図９に示すように、位置決め部材８５を圧入により工具マガジン３０を設置してもよい。これにより、工具マガジン３０の溝部を削減することができ、工具格納部や位置決め部材８５の製造を容易にすることができる。また、図１０に示すように、位置決め部材８８の外周に雄ねじ部を設け、工具マガジンの工具挿入口の内部に位置決め部材３８を装着するための雌ねじ部を設けてもよい。これにより、工具マガジン３０のカバー３５が組みついた状態でも工具の挿入方向から位置決め部材を着脱可能にしている。また、図１１に示すように、位置決め部材９１の外周に吸着部材を設け、工具マガジン３０に設置している。工具マガジン３０のカバー３５が組みついた状態でも工具の挿入方向から位置決め部材を着脱可能にしてもよい。
【００２９】
また、図１２に示すように、先端保持部材７５の凸部の外周に雄ねじを設け、凹部の内周に雌ねじを設けて重ね合わせるように構成してもよい。ねじ部を設けることによって、複数の先端保持部材７５を重ね合わせる際の着脱が容易になり、重ね合わせた際の安定度を向上させることができる。また、図１３に示すように、先端保持部材７８の凸部の先端に吸着盤を設けて重ね合わせてもよい。吸着盤を設けることによって、重ね合わせの着脱を容易にすることができる。尚、今回説明した実施例はこの形態に限定されるものではなくさまざまな形態が考えられる。
【００３０】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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