(57)【要約】【課題】  工具ホルダを着脱する際に工具把持部材の各部で磨耗が生じることを極力防止した工作機械の工具交換装置を提供する。【解決手段】  グリップアーム３６のアーム本体４１の端部にホルダ把持部４５を設ける。ホルダ把持部４５は、アーム本体４１に一体的に設けられたホルダ受け部４６、ホルダ受け部４６に回動可能に支持された一対の把持アーム４８、把持アーム４８の一端部に設けられた把持ローラ５１、把持アーム４８の他端部に介装された圧縮コイルばね５０を備えた構成されている。圧縮コイルばね５０により、把持アーム４８は把持ローラ５１が近接する方向に付勢される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具ホルダを着脱可能に保持する主軸と、前記主軸を回転自在に支持し前記主軸の軸線方向に往復することにより工具交換領域と加工領域との間を移動可能な主軸ヘッドとを備えた工作機械に設けられ前記主軸ヘッドが前記工具交換領域に位置するときに前記主軸との間で前記工具ホルダを受け渡す工具把持部材を備えた工具交換装置において、
前記工具把持部材は、把持部材本体と、前記把持部材本体の端部に設けられ前記工具ホルダを把持するホルダ把持部とを備えて構成され、
前記ホルダ把持部は、前記把持部材本体に支持され前記主軸の軸線方向に延びる回動軸を中心に回動可能な一対のアーム部材と、前記一対のアーム部材の先端部に設けられ前記工具ホルダの把持溝に係合する一対のローラ部材、前記一対のアーム部材間に掛け渡され前記一対のアーム部材を前記ローラ部材が近接する方向に付勢するばね部材を有し、前記把持部材本体と前記アーム部材との間に前記工具ホルダが挟持されるように構成されていることを特徴とする工作機械の工具交換装置。
【請求項２】
割り出し回転可能に設けられ、その外周に前記工具把持部材を放射状に複数配置してなる工具マガジンと、
主軸の軸線方向に主軸ヘッドを往復移動させる駆動機構と、
前記主軸ヘッドに設けられたカム体及び前記工具把持部材に設けられ前記主軸ヘッドの往復移動に基づき前記カム体と当接するカムフォロアからなるカム機構とを備え、
前記工具把持部材は、割り出されたときに、前記カム機構のカム作用により前記主軸の軸線と略直交する揺動軸を中心に揺動されて主軸から退避した退避位置と前記主軸に近接する近接位置との間を変位可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の工作機械の工具交換装置。
【請求項３】
ローラ部材は、その外周面が円弧面状に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の工作機械の工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に設けられ主軸に装着された工具ホルダを別の工具と交換する工作機械の工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークに対して各種の加工を単一の装置で複合的になし得るマシニングセンタ（ＭＣ）等の多機能工作機械は、工具ホルダを介して工具を保持する主軸を回転自在に支持する主軸ヘッドを、当該主軸の軸線方向に往復移動させることによりワークに対して加工を行うようになっている。このような工作機械は主軸に装着された工具ホルダを自動的に交換する工具交換装置を備えており、前記工具交換装置により加工が終了した工具は次の加工に用いられる工具と交換される。
【０００３】
前記工具交換装置は、工具ホルダを把持する複数の工具把持部材としてのグリップアームを揺動自在に且つ回転割り出し可能に有する工具マガジンを備えている。前記工具交換装置により、主軸ヘッドが加工領域から交換領域に移動されたとき、前記主軸と割り出されたグリップアームとの間で工具ホルダの受け渡しが行われる。従って、前記グリップアームには、工具ホルダに対する十分な把持力を確保しつつ、容易に工具ホルダの差し込み作業や抜き取り作業性を行うことができる構成が要求される。
【０００４】
図６はグリップアームの従来例の構成を示している。図６に示すように、グリップアーム１の両端部のうちの一方は二股状に分かれたホルダ把持部２とされている。前記ホルダ把持部２の先端には対向方向に貫通する孔部３が設けられており、前記孔部３の内部にフィンガー４及び付勢ばね５が収容されている。付勢ばね５の一端部はホルダ把持部２の外側面に取り付けられたばね押え６に固定され、他端部はフィンガー４に連結されている。これにより、フィンガー４は付勢ばね５によって孔部３から突出し他方のフィンガー４に向かう方向に付勢される。尚、前記フィンガー４は抜け止め状態で孔部３内に収容されている。
【０００５】
上記構成により、ホルダ把持部２内に工具ホルダが配置されると、フィンガー４の先端部は前記工具ホルダの把持溝７（図６中、二点鎖線で示す）に押し当てられて係合する。従って、前記工具ホルダはホルダ把持部２内から落下することはない。このとき、前記工具ホルダのキー溝７ａは、ホルダ把持部２の基部に設けられた位置決めキー８に係合するようになっている。
【特許文献１】特公平７−８０１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記構成のグリップアーム１に対して工具ホルダが装着される場合は、フィンガー４の間に工具ホルダが矢印Ａで示す方向に差し込まれる。一方、グリップアーム１から工具ホルダを取り外す場合は、フィンガー４の間から反矢印Ａ方向に工具ホルダが引き出される。このように、フィンガー４の間を矢印Ａ方向及び反矢印Ａ方向に工具ホルダを通過させると、フィンガー４は孔部３の内面に圧接されながら孔部３内を矢印Ｂ方向に移動する。特に、ホルダ把持部２から工具ホルダを取り外すときは、フィンガー４は符号Ｃ１で示す部分に強く圧接され、ホルダ把持部２に工具ホルダを取り付けるときは、フィンガー４は符号Ｃ２で示す部分に強く圧接される。
【０００７】
このため、符号Ｃ１及びＣ２で示す部分においてフィンガー４及びホルダ把持部２の一方或いは双方が磨耗し、グリップアーム１の寿命低下、工作機械の工具交換動作の信頼性の低下を招くという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、工具ホルダを着脱する際に工具把持部材の各部で磨耗が生じることを極力防止した工作機械の工具交換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、工具ホルダを着脱可能に保持する主軸と、前記主軸を回転自在に支持し前記主軸の軸線方向に往復することにより工具交換領域と加工領域との間を移動可能な主軸ヘッドとを備えた工作機械に設けられ前記主軸ヘッドが前記工具交換領域に位置するときに前記主軸との間で前記工具ホルダを受け渡す工具把持部材を備えた工具交換装置であって、前記工具把持部材を、把持部材本体と、前記把持部材本体の端部に設けられ前記工具ホルダを把持するホルダ把持部とを備えて構成すると共に、前記ホルダ把持部を、前記把持部材本体に支持され前記主軸の軸線方向に延びる回動軸を中心に回動可能な一対のアーム部材と、前記一対のアーム部材の先端部に設けられ前記工具ホルダの把持溝に係合する一対のローラ部材、前記一対のアーム部材間に掛け渡され前記一対のアーム部材を前記ローラ部材が近接する方向に付勢するばね部材を有し、前記把持部材本体と前記アーム部材との間に前記工具ホルダが挟持されるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
前記工具把持部材のホルダ把持部に工具ホルダが差し込まれると、ばね部材の付勢力に抗してアーム部材が押し広げられる。このとき、ローラ部材は工具ホルダの把持溝に係合しつつ、工具ホルダのホルダ把持部内への挿入に伴い把持溝に沿って回転する。そして、工具ホルダは、ホルダ把持部内に完全に挿入されることにより、把持部材本体とアーム部材とによって挟持される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の工作機械の工具交換装置によれば、ホルダ把持部に工具ホルダを差し込む際、及び取り外す際のいずれにおいても、工具把持部材の各部で磨耗が生じることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の第１の実施例について図１ないし図４を参照しながら説明する。まず、本実施例に係る工作機械の構成について説明する。図１に示すように、工作機械１１は切削屑の飛散を防止するためのスプラッシュガード１２の内側に、ワーク（図示せず）を保持するテーブル１４、工作機械本体１５、ドリルやタップなどの工具１６を交換するための工具交換装置１７などを配置して構成されている。
【００１２】
前記スプラッシュガード１２には、工作機械１１の運転状況等を表示するための表示部１８、工作機械１１に指令を与えたり条件を入力したりするためのボタン類やフロッピー（登録商標）ディスクドライブなどを備えた操作パネル１９、ワークの入出やメンテナンスのためのワーク交換口２０、点検ハッチ２１などが設けられている。
図２に示すように、工作機械本体１５は、コラム２２に固定されたＺ軸用サーボモータ（以下、Ｚ軸モータとする）２３、前記Ｚ軸モータ２３（駆動機構に相当）によってボールねじ２４が回転されることにより前記コラム２２内を上下動する主軸ヘッド２５、フレーム２６を介して前記コラム２２に固定されたマガジン支持台２７を中心に構成されている。
【００１３】
前記主軸ヘッド２５は、工具保持部（図示せず）を有する主軸２８、前記主軸２８を回転駆動する主軸モータ２９、一対の第１のカム体３０、第２のカム体３１、前記工具保持部に保持された工具ホルダ３２を脱着可能に保持するクランプ・アンクランプ機構（図示せず）等を備えている。前記工具ホルダ３２の下端部に前記工具１６が嵌着されている。
工具交換装置１７は、工具マガジン３３、マガジンモータ３４等を備えて構成されている。工具マガジン３３は、前記マガジン支持台２７に支持され斜め左下方に指向する軸線ａ周りに回転するマガジンベース３５、前記マガジンベース３５の外周部に放射状に設けられた複数、例えば１０個のグリップアーム３６（工具把持部材に相当）から構成されている。前記マガジンベース３５の外周部には所定の角度毎に１０個のクレビス３７が設けられ、前記クレビス３７に前記グリップアーム３６が揺動軸３６ａを介して揺動自在に支持されている。
【００１４】
各グリップアーム３６の側面のうち主軸ヘッド２５との対向面の反対側面にはマガジンカバー３８（図１にのみ示す）が固定されている。前記マガジンカバー３８は、グリップアーム３６に沿って屈曲する形状をなし、前記グリップアーム３６よりも大きな面積を有している。そして、主軸ヘッド２５が工具交換領域に位置し且つマガジンベース３５が回転割り出し可能な状態にあるとき、マガジンカバー３８は全体として円錐台形をなし、これらマガジンカバー３８によって工具マガジン３３は覆われるようになっている。
【００１５】
前記マガジンベース３５は、前記マガジンモータ３４により回転されるようになっている。マガジンモータ３４には回転軸及びベベルギヤを介してバベルカム（いずれも図示せず）が連結されている。マガジンベース３５は、前記グリップアーム３６の配設位置に対応して設けられた１０個のローラ形状のカムフォロア（図示せず）を有している。そして、前記バベルカムのカム溝に前記カムフォロアが順次嵌合することにより間欠的な割り出し回転がマガジンベース３５に付与される。
【００１６】
前記第１のカム体３０は主軸ヘッド２５の底面に固定されている。また、前記カム体３１は、主軸ヘッド２５の垂直面であって前記工具マガジン３３と対向する面に圧縮コイルばね（図示せず）を介して設けられている。前記カム体３０，３１はそれぞれカム面３０ａ，３１ａを有している。これに対して、前記グリップアーム３６は第１及び第２のカムフォロア３９，４０を有している。前記第１のカムフォロア３９は工具把持部２８の先端部の外側面にそれぞれ１個ずつ設けられており（図３参照）、主軸ヘッド２５の所定の昇降領域内で第１のカム体３０のカム面２０ａに当接する。また、第２のカムフォロア４０は、グリップアーム３６の揺動軸３６ａ近傍に設けられており、主軸ヘッド２５の所定の昇降領域内でカム体３１のカム面３１ａに当接する。
上記構成により、前記主軸ヘッド２５の昇降移動に伴う第１及び第２のカム体３０，３１及び第１及び第２のカムフォロア３９，４０の協働作用により、前記グリップアーム３６は揺動軸３６ａを中心として矢印Ｄで示す方向の所定の揺動運動を行う。
【００１７】
次に、グリップアーム３６の構成について図３及び図４を参照しながら説明する。
前記グリップアーム３６のアーム本体４１（把持部材本体に相当）は、その両端部のうちマガジンベース３５側（内周側）の端部に孔部（図示せず）を有しており、その孔部に鋼球４２が圧縮コイルばね（図示せず）と共に収容されている。前記鋼球４２の一部はグアーム本体４１の端面から突出しており、マガジンベース３５の軸線ａ周りに設けられた案内面４３に当接している。
【００１８】
前記揺動軸３６ａは、アーム本体４１の長手方向中央部よりもマガジンベース３５側に寄せて設けられている。
前記アーム本体４１のうち揺動軸３６ａよりも反マガジンベース３５側（外周側）の部分は、その長手方向中央付近で折曲しており、前記折曲部４４よりも先の部分がホルダ把持部４５とされている。具体的には、アーム本体４１のうち折曲部４４よりも先の部分には二股状に構成されたホルダ受け部４６が設けられている。ホルダ受け部４６の内側面には円弧面状のホルダ支持面４７が設けられている。前記ホルダ支持面４７は工具ホルダ３２を支持可能な形状及び寸法に設定されている。
【００１９】
また、ホルダ受け部４６の基部には一対の把持アーム４８（アーム部材に相当）が回動軸４９を介して支持されている。前記把持アーム４８は、ホルダ受け部４６のうち反主軸ヘッド２５側の面に配置されており、その長手方向中央付近が回動中心となるように構成されている。前記把持アーム４８のマガジンベース３５側の端部は折曲部４４付近に位置しており、その間には圧縮コイルばね５０が介装されている。
【００２０】
前記把持アーム４８の反マガジンベース３５側の端部は、ホルダ受け部４８の先端よりも突出しており、その突出部分に把持ローラ５１（ローラ部材に相当）が回転自在に支持されている。前記把持ローラ５１の回転軸５１ａは、ホルダ把持部４５に把持される工具ホルダ３２の軸線と略平行になるように設定されている。また、前記把持ローラ５１の厚み方向中心はホルダ受け部４６の厚み方向中心と略一致するように設定されている。前記圧縮コイルばね５０により、両把持アーム４８は前記ローラ５１近づく方向に付勢される。
【００２１】
前記ローラ５１は、工具ホルダ３２の外周部に周設された把持溝３２ａに係合可能な寸法に設定されている。特に、本実施例では、ローラ５１の外周面の断面形状は把持溝３２ａの形状に対応する台形状に構成されている。また、前記圧縮コイルばね５０の寸法及びばね定数は、工具ホルダ３２の把持溝３２ａに係合したローラ５１を当該把持溝３２ａに強く押し当てることができるように設定されている。このような構成により、ホルダ把持部４５に装着された工具ホルダ３２は、ホルダ支持面４７、把持アーム４８、把持ローラ５１によって確実に把持される。
尚、ホルダ受け部４６の基部中央には、ホルダ支持面４７から突出する位置決めキー５２が固定されている。工具ホルダ３２の把持溝３２ａには前記位置決めキー５２に対応するキー溝（図示せず）が設けられており、これら位置決めキー５２及びキー溝により工具ホルダ３２は位置決めされる。
【００２２】
さて、上記工作機械では、予め設定された加工プログラムに従い、次のように工具交換動作が実行される。加工プログラムは、工具交換タイミングや次の加工に使用する工具１６、工具交換のためのモータ駆動量（マガジンベース３５の回転角度）等を指示するためのものであり、一連の加工動作を実行するに際して作業者がキー入力する。尚、工具交換動作が開始される前の状態では、カムフォロア３９，４０はそれぞれカム面３０ａ，３１ａに当接しており、グリップアーム３６のホルダ把持部４５は主軸２８から離間した位置にある。
【００２３】
工具交換動作の実行が開始されると、ワークに対する加工を施すために原点よりも下方に位置していた主軸ヘッド２５は、原点よりも所定距離だけ上昇した交換位置に移動される。すると、カム面３０ａ、３１ａとカムフォロア３９，４０とのカム作用によりグリップアーム３６が揺動し、グリップアーム３６のホルダ把持部４５は主軸２８から離間した離間位置から主軸２８に近接した近接位置に移動する。これにより、主軸２８に装着されている工具ホルダ３２は、その把持溝３２ａにグリップアーム３６の把持ローラ５１を係合させながらホルダ受け部４６内に挿入される。これにより、工具ホルダ３２は、その把持溝３２ａに把持ローラ５１が係合した状態でホルダ支持面４７及び把持アーム４８に挟持される。
【００２４】
次に、主軸２８の工具保持部に保持されている工具ホルダ３２の抜き取りが開始される。まず、主軸ヘッド２５が交換位置に至る直前でクランプ・アンクランプ機構は工具ホルダ３２に対するアンクランプ動作を終了する。そして、主軸ヘッド２５が更に上昇することにより、主軸２８が保持していた工具ホルダ３２はグリップアーム３６のホルダ把持部４５内に残され、主軸２８からグリップアーム３６への工具ホルダ３２の受け渡しが完了する。
【００２５】
この状態で、マガジンモータ３４が駆動されマガジンベース３５の回転割り出しがなされると、次に使用される工具１６を保持した別のグリップアーム３６が主軸ヘッド２５の主軸２８の真下に移動する。そして、主軸ヘッド２５が下降することにより、新たに割り出されたグリップアーム３６が把持する工具ホルダ３２が主軸２８の工具保持部内に挿入される。一方、主軸ヘッド２５の下降に伴いグリップアーム３６のカムフォロア３９，４０は再び対応するカム面３０ａ，３１ａに当接する。これにより、グリップアーム３６は揺動軸３６ａを中心に揺動を開始する。また、これと同時に、主軸ヘッド２５のクランク・アンクランプ機構等により主軸２８の工具保持部に挿入された工具ホルダ３２の挟持が開始される。そして、主軸ヘッド２５が更に下降すると、主軸２８の工具保持部に工具ホルダ３２が完全に挟持されると共に、グリップアーム３６は前記工具保持部に挟持された工具ホルダ３２から完全に離脱する。
【００２６】
このように、本実施例では、アーム本体４１に一対の把持アーム４８を回動可能に設け、前記把持アーム４８の先端部に工具ホルダ３２の把持溝３２ａに係合する把持ローラ５１を設けた。そして、ホルダ把持部４５に工具ホルダ３２が差し込まれるとき、或いは、ホルダ把持部４５から工具ホルダ３２が取り外されるときは、ばね５０の付勢力に抗して前記把持アーム４８が押し広げられて把持ローラ５１が離間することにより当該ローラ５１間を前記工具ホルダ３２が通過するようにした。従って、従来の工具交換装置と異なり、工具ホルダ３２の着脱時に把持ローラ５１や把持アーム４８等の部材が特定の部位に強く押し当てられることがないため、ホルダ把持部４５に磨耗が生じることを抑えることができる。
【００２７】
また、把持ローラ５１の間を工具ホルダ３２が通過するとき、前記ローラ５１は把持溝３２ａに係合しつつ回転する。従って、工具ホルダの通過に伴いフィンガーが把持溝を修道していた従来の工具交換装置と異なり、把持ローラ５１自身の磨耗も抑えることができる。
更に、本実施例では、把持アーム４８間をばね５０で連結し、前記ばね５０により把持ローラ５１の付勢力を得るように構成した。従って、グリップアームに付勢ばねを内蔵していた従来の工具交換装置に比べて、ばね５０の設置スペースの制約がなく、ばね５０の設計上の自由度が増す。このため、ばね５０の大きさやばね定数を適宜の値に設定することにより、工具ホルダ３２の十分な把持力を確保しつつ、工具交換動作性の優れたグリップアーム２６の構成を実現できる。
また、前記ばね５０は、グリップアーム２６を横切るように設けられているため、前記把持アーム４８による工具ホルダ３２の十分な把持力を確保するために前記ばね５０を大きくしても、グリップアーム２６が大形化することがない。
【００２８】
図５は本発明の第２の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。即ち、この第２の実施例では、把持ローラ５１の外周面が円弧面状に構成されている。このような構成によれば、前記把持ローラ５１が工具ホルダ３２の把持溝３２ａに係合したときに、前記把持ローラ５１と把持溝３２ａとの接触面積が小さくなる。このため、把持ローラ５１の磨耗を一層抑えることができる。
【００２９】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。
各グリップアームが揺動するのではなく、マガジンベースの全体が一体的に揺動することにより各グリップアームが近接位置と離間位置との間を変位するように構成しても良い。
【００３０】
グリップアームの回動中心よりも把持ローラ側にばね部材（引っ張りコイルばね）を取付けても良い。
グリップアームは、カム機構以外の機構によって揺動されるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例を示すものであり、工作機械の全体構成を示す斜視図
【図２】主軸ヘッド及び工具交換装置の周辺部分の一部縦断側面図
【図３】グリップアームの平面図
【図４】工具ホルダが装着された状態で示すグリップアームのホルダ把持部周辺部分の拡大側面図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図４相当図
【図６】グリップアームの従来構成を示す平面図
【符号の説明】
【００３２】
図面中、１１は工作機械、１５は工作機械本体、１７は工具交換装置、２３はＺ軸モータ（駆動機構）、２５は主軸ヘッド、２８は主軸、３０，３１はカム体、３２は工具ホルダ、３３は工具マガジン、３６はグリップアーム（工具把持部材）、３９，４０はカムフォロア、４１はアーム本体（把持部材本体）、４５はホルダ把持部、４８は把持アーム（アーム部材）、５０は圧縮コイルばね（ばね部材）、５１は把持ローラ（ローラ部材）を示す。
【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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