(57)【要約】【課題】工作機械の刃物台に搭載された回転工具駆動装置の小型化と軽量化を図る。【解決手段】軸心に挿通したロッド１５の軸方向の進退動作により先端に装着された工具の固定及び固定解除を行う工具主軸１１と、工具主軸１１に装着された工具の交換を行う工具交換装置とを備えた工作機械において、ロッド１５を進退させるシリンダユニット２が工具交換装置側の、工具交換位置に位置決めされた工具主軸１１の後端とシリンダユニット２のピストンロッド２１の先端とが対向する位置関係となる定位置に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心に挿通したロッドの軸方向の進退動作により先端に装着された工具の固定及び固定解除を行う工具主軸と、工具マガジンに保持された工具と前記工具主軸の先端に装着された工具との交換を行う工具交換装置とを備えた工作機械において、
前記ロッドを進退させるシリンダユニットが前記工具交換装置側の、工具交換位置に位置決めされた前記工具主軸の後端と前記シリンダ装置のピストンロッドの先端とが対向する位置関係となる定位置に設けられている、工作機械。
【請求項２】
前記ロッドが前記工具主軸の先端から後退する方向に移動して工具を固定するプルロッドであり、前記工具主軸が当該主軸を回転駆動するビルトインモータの回転子軸であり、工具主軸が前記プルロッドを前記後退する方向に付勢するバネを備え、前記ピストンロッドの先端が前記プルロッドの後端を押動して工具の固定を解除する、請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
前記工具交換装置のフレーム又はシリンダユニットのハウジングと工具主軸のハウジングとが、前記工具交換位置への工具主軸の軸直角方向の進入及び退避移動により係脱される、凹凸の係合対を備えている、請求項１又は２記載の工作機械。
【請求項４】
工作機械が、ワーク主軸と直交する軸回りに旋回する前記工具主軸を備えた２主軸対向複合旋盤である、請求項１、２又は３記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ドリルやフライスなどの回転工具を装着可能な工具取付軸（以下、「工具主軸」という。）及び当該工具主軸と工具マガジンとの間で工具の交換を行う工具交換装置を備えた工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転工具でワークを加工するための回転工具駆動装置を搭載した刃物台を備えた複合旋盤と呼ばれる旋盤は、公知である。この種の旋盤は、回転工具駆動装置の工具主軸に装着するための多数の工具を保持する工具マガジンと、当該工具マガジンと工具主軸との間で工具を交換する工具交換装置を備えており、ワークの旋削加工に加えて、フライスを用いた平面加工、エンドミルを用いた溝加工、ドリルを用いた孔開け加工などが可能である。
【０００３】
回転工具駆動装置には、工具を取り付ける工具主軸と、工具主軸を回転駆動する工具モータと、工具主軸に装着された工具の固定と固定解除を行うシリンダ装置とが必要である。工具主軸に取り付けられる工具の固定は、工具主軸の軸心に挿通した、通常はプルロッドと呼ばれるロッドの軸方向移動によって行われている。すなわち、工具主軸の先端に設けた嵌合孔に挿入されたシャンクの先端をプルロッドの先端に引っかけて引き込むことにより工具を固定し、シリンダ装置でプルロッドを工具側に押し出すことによって固定を解除する。
【０００４】
図５は、上記の構造を備えた回転工具駆動装置の一例を示した図である。工具主軸１１は、軸受１３、１３で軸支され、ビルトインモータ３で回転駆動されている。工具主軸１１は、軸心に貫通孔を備え、この貫通孔に先端に係止具１４を形成したプルロッド１５が挿通されている。プルロッド１５は、クランプバネ１６で縮退方向に付勢されている。工具主軸１１の先端の嵌合孔１７に嵌挿された工具のシャンクをプルロッド１５で引き込むことにより、当該工具が固定される。プルロッド１５の後端側にはシリンダ室２３が設けられ、そのピストン２４でプルロッド１５を押し出すことにより、工具の固定が解除される。
【０００５】
刃物台に上記のような構造の回転工具駆動装置を搭載した場合、当該刃物台と工作機械本体との間に、工具モータ３を回転駆動する電源ケーブルの他に、シリンダ室２３に油圧を供給する油圧配管と、プルロッド１５の前進移動端と後退移動端とを検出して工具の固定及び固定解除を確認するための２個のセンサの信号ケーブルを接続しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
工作機械には、同じ寸法の機械で、より大きなワークの加工を可能にしたい。換言すれば、同じ能力の機械をより小型化したいという要求と、より高速で加工を行いたいという要求がある。複合旋盤においてこれらの要求を満たすためには、刃物台に搭載される回転工具駆動装置の小型化と軽量化とが望まれる。
【０００７】
この発明は、刃物台に搭載された工具主軸と当該工具主軸に装着される工具を交換する工具交換装置を備えた工作機械において、回転工具駆動装置の小型化と軽量化を実現することができる工作機械を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、工具主軸の後端側に工具主軸ユニット１と一体的に設けられていたシリンダユニット２を工具主軸ユニット１から分離して工具交換装置４６（４６Ｌ、４６Ｒ）側に固定的に設け、工具主軸ユニット１を搭載した刃物台５が工具交換位置Ｐに移動したときに、工具主軸１１の後端と、シリンダユニットのピストンロッド２１の先端とが同一軸線上で対向して位置するようにシリンダユニット２（２Ｌ、２Ｒ）を配置することにより、上記課題を解決している。
【０００９】
この発明の工作機械は、軸心に挿通したロッド１５の軸方向の進退動作により先端に装着された工具の固定及び固定解除を行う工具主軸１１と、工具マガジン４５（４５Ｌ、４５Ｒ）に保持された工具６ｍと工具主軸１１の先端に装着された工具６ｗとの交換を行う工具交換装置４６（４６Ｌ、４６Ｒ）とを備えた工作機械において、ロッド１５を進退させるシリンダユニット２（２Ｌ、２Ｒ）が工具交換装置４６側の、工具交換位置Ｐに位置決めされた工具主軸１１の後端とシリンダユニット２のピストンロッド２１の先端とが対向する位置関係となる定位置に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
工具を回転駆動する工具モータ３の回転子軸を工具主軸１１とした工具主軸ユニット１では、モータの構造上、工具主軸１１の長さが長くなり、工具を固定するバネを工具主軸１１に内蔵することが可能になる。この場合、シリンダユニット２のピストンロッド２１でロッド１５の後端１５ｅを押動及びその解除を行うことで、工具の固定及び固定解除が行われるので、分離して定位置に設置したシリンダユニット２で工具主軸１１の工具の固定及び固定解除を簡単な構造で行うことができる。
【００１１】
工具を固定する側にロッド１５を付勢するバネ１６を設けた工具主軸ユニット１と、このバネ１６の付勢力に抗してロッド１５を工具の固定解除方向に押動するシリンダユニット２とを分離して、シリンダユニット２を工具交換装置４６に設けたこの発明の工作機械では、バネ１６の付勢力に抗して工具主軸１１を押すピストンロッド２１の反力が工具交換装置４６のフレーム４８に作用し、ピストンロッド２１の押圧力が刃物台５に作用することとなる。そのため工具交換装置の支持剛性を高くする必要があり、工具交換時に刃物台５の送りねじに作用する力が大きくなるという問題が生ずる。
【００１２】
この問題は、工具交換装置４６のフレーム４８又はシリンダユニット２のハウジング２２と工具主軸のハウジング１２とに工具主軸１１の軸直角方向の進入及び退避移動により係脱される凹凸の係合対１９、２９を設ける構造によって解決することができる。
【００１３】
工具主軸ユニット１がワーク主軸の軸線と直交する方向の軸回りに旋回可能にして刃物台５に搭載されている２主軸対向複合旋盤では、図３に示すように、一方の主軸４Ｌに把持されたワークｗＬの先端と、他方の主軸又は当該他方の主軸に把持されたワークｗＲの先端との間に工具主軸１１をワーク主軸４と平行にした工具主軸ユニット１を挿入して加工を行う場合がある。
【００１４】
このような工作機械においては、工具主軸ユニット１からシリンダユニット２を分離した分だけ加工可能なワークｗ（ｗＬ、ｗＲ）の長さが増大する。換言すれば、同じ寸法のワークをより小型の機械で加工することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の工作機械は、工具主軸１１に装着される工具の固定や固定解除を行うシリンダユニット２を工具主軸ユニット１から分離して工具交換装置側の定位置に別置することで、刃物台に搭載されるユニットをコンパクトにすることを可能にしたものである。
【００１６】
シリンダユニット２を工具主軸ユニット１から分離することで刃物台５に搭載される工具主軸関連の装置がコンパクトになり、刃物台が軽量化でき、刃物台送りモータの小型化を図ることができる。特に、刃物台５に搭載される装置の工具主軸方向の寸法（図３のＡ寸法）が小さくなるので、ワーク主軸を対向型に配置した工作機械では、機械サイズを小さくしつつ、加工ワークサイズ、加工レイアウトの幅を広げることができる。
【００１７】
更に、シリンダユニット２への油圧配管と、工具の固定及び固定解除を確認する２個の確認センサ３１、３２が可動部への接続から固定部への接続に変わることで、組立性、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】工具主軸ユニットとシリンダユニットの断面図
【図２】２主軸対向旋盤の一例を示す正面図
【図３】加工可能寸法を示す説明図
【図４】工具主軸ユニットとシリンダユニットの嵌合構造の例を示す図２の主軸軸線方向から見た図
【図５】従来装置の要部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、工具主軸ユニット１と、工具主軸ユニット１から分離されて工具交換装置側に搭載されるシリンダユニット２とを示した断面図である。工具主軸ユニット１は、内蔵（ビルトイン）された工具モータ３を備えている。工具モータ３の回転子軸１１が工具主軸となっている。工具主軸１１は、工具主軸ユニットのハウジング１２に軸受１３、１３で軸支されている。工具主軸１１は、軸心に貫通孔を備え、この貫通孔に先端に係止具１４を形成したプルロッド１５が挿通されている。プルロッド１５は、工具主軸１１とプルロッド１５との間に形成された細長い円筒状の空間に積層した多数の皿バネなどからなるクランプバネ１６で縮退方向（工具のシャンクを引き込む方向）に付勢されている。工具主軸１１の先端には、工具のシャンクと嵌合する嵌合孔１７が設けられ、プルロッド１５の先端の係止具１４がこの嵌合孔の底部に臨んでいる。プルロッド１５の後端１５ｅは、ハウジング１２の後端（反工具側）に設けた開口１８に臨んでいる。
【００２０】
シリンダユニット２のシリンダハウジング２２は、円環状のシリンダ室２３を備えており、このシリンダ室に円環状のピストン２４が嵌装されている。ピストン２４の軸心に設けたピストンロッド２１は、ピストン２４と一体で、その先端はシリンダハウジングに設けた開口２８に臨んでいる。シリンダのヘッドエンド側の流体室２５に油圧が供給されると、ピストンロッド２１はシリンダハウジングの開口２８から突出する方向に移動する。シリンダユニット２には、ピストンロッド２１の突出方向の移動端を検出するセンサ３１と、シリンダユニット２側に向けて移動してきたプルロッド１５の後端１５ｅの後退移動端を検出するセンサ３２と、流体室２５の油圧力が開放されたときにピストンロッド２１を後退端に復帰させる復帰バネ２６が設けられている。
【００２１】
図２は、この発明に係る２主軸対向旋盤を示した正面図である。図の２主軸対向旋盤は、対向する２本の主軸４Ｌ、４Ｒと、主軸軸線の上下に配置された刃物台５、７を備えている。主軸軸線の上方に配置した刃物台５に工具主軸ユニット１が工具主軸１１と直交する図の紙面直角方向（Ｙ軸方向）回りに旋回可能に搭載されている。下方の刃物台７は、主軸軸線と平行な軸回りに割出回転するタレット８を備えたタレット刃物台である。
【００２２】
対向するそれぞれの主軸４Ｌ、４Ｒは、それぞれの主軸台４１Ｌ、４１Ｒに軸支され、同期ベルト４２Ｌ、４２Ｒを介してそれぞれの主軸モータ４３Ｌ、４３Ｒで回転駆動されている。主軸台の一方４１Ｌはベッドに固定で、他方４１Ｒは主軸送りモータ４４により主軸軸線方向（Ｚ軸方向）に移動可能である。
【００２３】
工具主軸１１に装着される工具を収容する工具マガジン４５（４５Ｌ、４５Ｒ）は、左右の主軸台４１（４１Ｌ、４１Ｒ）の上方の位置に配置され、それぞれの工具マガジン４５の内側に工具交換装置４６（４６Ｌ、４６Ｒ）が配置されている。各工具交換装置は、昇降及び鉛直軸回りに１８０度旋回する工具交換腕４７（４７Ｌ、４７Ｒ）を備えている。シリンダユニット２（２Ｒ、２Ｌ）は、各工具交換装置４６のフレーム４８（４８Ｌ、４８Ｒ）の上方に固定的に装着されている。
【００２４】
工具交換腕４７は、両端に工具把持具を備えており、工具マガジン４５の下端で下方に向けられた工具６ｍと、工具交換腕４７の旋回中心を挟んで、当該工具６ｍと対称な位置に移動してきた工具主軸１１の工具６ｗとを工具交換腕４７の昇降動作と１８０度旋回動作とによって交換する。シリンダユニット２は、この工具交換位置に位置決めされた工具主軸１１の端がピストンロッド２１の先端２１ｆと同一軸線上で対向する位置に設置される。
【００２５】
工具主軸ハウジング１２とシリンダハウジング２２とには、刃物台５のＺ軸方向の移動によって嵌脱される凹係合部１９と凸係合部２９とが形成されている。図４は、図２の矢印Ｂ方向から見た工具主軸ハウジング１２とシリンダハウジング２２の形状を示した図である。
【００２６】
工具交換時に刃物台５がまずＸ軸方向に移動し、次いでＺ軸方向に移動することによって、工具交換位置に位置決めされると、そのＺ軸方向の移動時に凹係合部１９と凸係合部２９とが嵌合して、シリンダユニット２と工具主軸ユニット１とのＸ軸方向（工具主軸の軸線方向）の相対移動を阻止する。
【００２７】
すなわち、この状態でシリンダユニットの流体室２５に流体圧を供給して、ピストンロッド２１の先端でプルロッド１５の後端１５ｅを押動すれば、そのときにシリンダユニット２及び工具主軸ユニット１に作用する反力は、凹凸の係合部１９、２９の嵌合によって受け止められるので、プルロッド１５を押動して工具を解除する際の大きな反力が工具交換装置のフレーム４８や刃物台５の送りねじに作用するのを防止することができる。
【００２８】
以上の説明から理解されるように、この発明では、工具交換時に工具主軸に装着されている工具の固定を解除するためのシリンダユニット２が工具交換装置４６側の定位置に装着され、刃物台５には、工具主軸ユニット１のみが搭載されるので、工具主軸ユニットを搭載した刃物台の重量を軽減することができ、移動する刃物台に油圧ホースや信号ケーブルを接続する必要がなくなる。
【００２９】
特に工具主軸ユニットを主軸軸線と直交する軸回りに旋回自在にして刃物台に搭載した２主軸対向旋盤においては、機械のＺ軸方向の寸法の低減と、当該寸法の低減に伴う機械剛性の向上を図ることができるという効果がある。
【符号の説明】
【００３０】
１  工具主軸ユニット
２（２Ｌ、２Ｒ）  シリンダユニット
３  工具モータ
４（４Ｌ、４Ｒ）  ワーク主軸
５  刃物台
６ｍ、６ｗ  工具
１１  工具主軸
１２  ハウジング
１５  ロッド
１６  バネ
１９  凹係合部
２１  ピストンロッド
２２  ハウジング
２９  凸係合部
４５（４５Ｌ、４５Ｒ）  工具マガジン
４６（４６Ｌ、４６Ｒ）  工具交換装置
４８  フレーム
Ｐ  工具交換位置
ｗ（ｗＬ、ｗＲ）  ワーク
【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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