(57)【要約】【課題】部品の磨耗及び騒音を低減した工具交換装置を提供する。【解決手段】工具を装着した主軸（１１）を回転可能に支持する主軸装置（１０）と、主軸装置（１０）を昇降可能に支持するコラム（５）と、コラム（５）に支持部材（４）を介して回転可能に支持された工具マガジン（３０）と、工具マガジン（３０）の停止位置を決める位置決め機構（４０）とを備える。位置決め機構（４０）は、工具マガジン（３０）に形成された凹部（４１ｃ）と、支持部材（４）に設けられ、凹部（４１ｃ）に対して挿入移動可能なシャフト（５２）と、シャフト（５２）を常には凹部（４１ｃ）から離れるように付勢する付勢手段（５３）と、工具マガジン（３０）の回転後、主軸（１１）が下降する際、付勢手段（５３）によって付勢されたシャフト（５２）を凹部（４１ｃ）に挿入する駆動手段（４４、５６）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を装着した主軸を回転可能に支持する主軸装置と、該主軸装置を昇降可能に支持するコラムと、該コラムに支持部材を介して回転可能に支持された工具マガジンと、該工具マガジンの停止位置を決める位置決め機構とを備えた工具交換装置において、
前記位置決め機構は、
前記工具マガジンに形成された凹部と、
前記支持部材に設けられ、前記凹部に対して挿入移動可能なシャフトと、
前記シャフトを常には前記凹部から離れるように付勢する付勢手段と、
前記工具マガジンの回転後、前記主軸が下降する際、前記付勢手段によって付勢されたシャフトを前記凹部に挿入する駆動手段とを備えたことを特徴とする
工具交換装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記シャフトと前記主軸装置とに設けたカム機構で構成したことを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
【請求項３】
前記工具マガジンを駆動するモータを更に備え、
前記位置決め機構は、前記付勢手段と前記シャフトを移動可能に収容するケースを有し、
前記支持部材は、前記モータと前記ケースとを収納し且つ前記ケースの一部を外部へ突出させる開口を設けた収納部を有し、
前記開口と対向するケースの周囲にシール部材を設け、
前記収納部を前記シール部材と前記ケースとで密閉したことを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
【請求項４】
前記ケースは前記モータの下側に位置決めされたことを特徴とする請求項３に記載の工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の工具を交換する工具交換装置に関し、詳細には、工具マガジンの位置決め機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
工具交換装置は、周方向に所定のピッチで工具を保持する回転可能なマガジンを有する。工具交換装置は、工具の位置を割り出すため、マガジンと同期して回転可能な円形板を有する。マガジンは、案内溝と、案内溝の中に配置されたバネと、バネに固定されたボールを有する。円形板は、工具のピッチと一致して形成された位置決め溝を有する。ボールが位置決め溝に嵌ることにより、工具の位置が割り出しされる。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−４５８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ボールは、バネによって円形板に常に付勢されている。このため、ボール及び円形板の磨耗が激しく、また、騒音が発生する。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、部品の磨耗及び騒音を低減した工具交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、符号を付して本発明を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施の形態に限定するものでない。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、次の要素を含む工具交換装置である。工具交換装置は、工具を装着した主軸（１１）を回転可能に支持する主軸装置（１０）と、主軸装置（１０）を昇降可能に支持するコラム（５）と、コラム（５）に支持部材（４）を介して回転可能に支持された工具マガジン（３０）と、工具マガジン（３０）の停止位置を決める位置決め機構（４０）とを備える。位置決め機構（４０）は、工具マガジン（３０）に形成された凹部（４１ｃ）と、支持部材（４）に設けられ、凹部（４１ｃ）に対して挿入移動可能なシャフト（５２）と、シャフト（５２）を常には凹部（４１ｃ）から離れるように付勢する付勢手段（５３）と、工具マガジン（３０）の回転後、主軸（１１）が下降する際、付勢手段（５３）によって付勢されたシャフト（５２）を凹部（４１ｃ）に挿入する駆動手段（４４、５６）とを備える。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、駆動手段は、シャフト（５２）と主軸装置（１０）とに設けたカム機構（４４、５６）で構成した。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、工具マガジン（３０）を駆動するモータ（３５）を更に備える。位置決め機構（４０）は、付勢手段（５３）とシャフト（５２）を移動可能に収容するケース（５１）を有する。支持部材（４）は、モータ（３５）とケース（５１）とを収納し且つケース（５１）の一部を外部へ突出させる開口（４ｂ）を設けた収納部（４ａ）を有する。開口（４ｂ）と対向するケース（５１）の周囲にシール部材（５４）を設け、収納部（４ａ）をシール部材（５４）とケース（５１）とで密閉した。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、ケース（５１）及びシャフト（５２）は工具マガジン（３０）を駆動するモータ（３５）の下側に位置決めされた。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、工具を主軸に把持、非把持する僅かな期間以外、シャフトは凹部から離れている。これにより、騒音が減少し、シャフトと凹部の磨耗を防ぐ。    
【００１２】
また、この発明は、工具マガジンを駆動するモータの負荷トルクを軽減し、工具マガジンの高速回転を達成する。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、駆動手段は、工具マガジンへシャフトを移動させるので、凹部へのシャフトの挿入を達成する。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、シール部材はシャフトのケースと共に収容部の開口を密閉し、開口から収容部内に加工による切屑、切削液が入るのを防ぐ。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、加工により発生する切粉や切削液が収容部内に入っても、工具マガジンのモータに掛かることが無いので、工具マガジンのモータが保護される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１に示すように、工作機械１は、ベース（不図示）の上部に立設したコラム５と、コラム５の前面に沿って昇降可能な主軸装置１０とを設けている。主軸装置１０は、下部に主軸１１を回転可能に支持している。工作機械１は、更に、コラム５を直交するＸ方向とＹ方向とに移動させるＸＹ軸移動装置（図示略）と、主軸１１を上下方向Ｚに移動させるＺ軸移動装置２０と、工具ホルダ２を保持する工具マガジン３０と、工具ホルダ２の位置を割り出す位置決め機構としての割り出し機構４０を有する。工具マガジン３０及び割り出し機構４０は本発明の工具交換装置に該当する。
【００１８】
主軸装置１０は、工具ホルダ２が取り付けられる主軸１１と、主軸を収容する主軸ヘッド１２と、主軸ヘッド１２に取り付けられた主軸モータ１３とを有する。主軸ヘッド１２は、内部に工具ホルダ２の上端（図１においてテーパ部分）を把持するドローバー機構（不図示）を収納している。主軸ヘッド１２は、内部に前記ドローバー機構と係合離脱可能なＬ形のクランクレバー１４を有する。クランクレバー１４は、一端にカム板１７を有する。クランクレバー１４は、主軸ヘッド１２に固着された引っ張りバネ（不図示）によって常には、図１において時計回りに付勢されており、クランクレバー１４の他端は、通常、前記ドローバー機構と離れている。
【００１９】
主軸ヘッド１２の工具マガジン３０と対向する位置に、後述するグリップアーム３３に設けられたローラー３３ｃ、３３ｄとそれぞれ係合可能なカム板４３、４４を備えている。
【００２０】
カム板４３は、図５においてカム板４４の紙面の裏側に配置されている。図１に示すように、カム板４３は、上下方向Ｚ対して傾斜する傾斜面４３ａを有する。傾斜面４３ａは主軸１１の上昇方向Ｚに向かって低くなる（図５において、主軸ヘッド１２に近づく）。
駆動手段としてのカム板４４は、図１において、下方に上下方向Ｚ対して傾斜する傾斜面４４ａを有する。傾斜面４４ａは、主軸１１の下降方向Ｚに向かって低くなる（図５において、主軸ヘッド１２に近づく）。カム板４４は、傾斜面４４ａと連続した平坦部４４ｂを有する。
【００２１】
Ｚ軸移動装置２０は、主軸ヘッド１２に固定されたナット２１を有する。Ｚ軸移動装置２０は、ナット２１に螺合する回転可能なボールネジ２２を有する。ボールネジ２２は、コラム５の前面に配置されている。ボールネジ２２の上端に不図示のカップリングを介してボールネジ２２を回転するように駆動するＺ軸モータ２５を有する。Ｚ軸モータ２５は、モータベース２３に固定されている。モータベース２３は、回転可能に取り付けられたローラー２４を有する。モータベース２３は、ボールネジ２２を支持すると共にコラム５に固定されている。カム従動体としてのローラー２４はカム板１７と係合する。クランクレバー１４は、ローラー２４と係合することによって図１において反時計回りに回動し、クランクレバー１４の他端が前記ドローバー機構と係合し、工具ホルダ２の把持を解除する。図２に示すように、工具マガジン３０は支持部材としてのサドル４を介在してフレーム３（図１参照）に固定される。フレーム３は、板状に形成されコラム５に固定されている。サドル４は、下端前方に、円柱状に形成され且つ後述するマガジンモータ３５を収納するモータ収納部４ａを有する。工具マガジン３０は、円筒状のマガジンベース３１と、マガジンベース３１の周面に所定の中心角で配置された支持台３２とを有する。工具マガジン３０は、支持台３２に回動可能に取り付けられたグリップアーム３３を有する。グリップアーム３３は、工具ホルダ２を把持可能なグリップ３３ａを有する。グリップアーム３３は、支持台３２から主軸ヘッド１２側に突出する突出部３３ｂを有し、突出部３３ｂは、回転可能なローラー３３ｃを支持する。グリップアーム３３は、グリップ３３ａと突出部３３ｂとの間に、回転可能なローラー３３ｄを支持している。主軸装置１０が図６に示す位置から図１に示す位置まで上昇すると、カム板４３の傾斜面４３ａとローラー３３ｃとが係合して、グリップアーム３３を図１に示す位置まで回動させる。主軸装置１０が図１に示す位置から図６に示す位置まで下降すると、ローラー３３ｄとカム板４４の傾斜面４４ａとが係合して、グリップアーム３３を図６に示す位置まで回動させる。
【００２２】
工具マガジン３０は、マガジンベース３１を回転可能に支持する支持軸３４と、支持軸３４を回転するように駆動するマガジンモータ３５とを有する。工具マガジン３０は、支持軸３４と同心に配置される共に支持軸３４とマガジンベース３１とに連結された減速機構としての遊星歯車機構３６を有する。この遊星歯車機構３６は玉軸受け３７を介在してマガジンケース３８に支持されている。遊星歯車機構３６は支持軸３４の回転を減速してマガジンベース３１に伝達する。マガジンモータ３５は間座３９に設置される。間座３９はサドル４のモータ収納部４ａの前端及びマガジンケース３８に取り付けられる。モータ収納部４ａは、後述するシャフト機構５０も収納し、その後端は、ほぼ密閉されており、シャフト機構５０を外部へ突出させるための開口４ｂを有する。
【００２３】
割り出し機構４０は、遊星歯車機構３６に固定された円形の割り出し板４１と、主軸ヘッド１２に固定されたカム板４４（図１参照）と、間座３９に固定されたシャフト機構５０とを有する。シャフト機構５０は、マガジンモータ３５の下側に位置決めされている。この配置により、切削液がモータ収納部４ａの開口４ｂからモータ収納部４a内に入っても、切削液がマガジンモータ３５にかかることが無いので、マガジンモータ３５の故障を防ぐことができる。
【００２４】
図３（Ｂ）に示すように、割り出し板４１は、中央に支持軸３４が貫通する円形孔４１ａを有する。割り出し板４１は、円形孔４１ａを形成する内周と外周との間に取り付け用の孔４１ｂを有する。割り出し板４１は、所定の中心角で配置された円形の凹部４１ｃを有する。この凹部４１ｃは、割り出し板４１の平面部から窪んでいる。凹部４１ｃは円周から中心に向かって平面部に対して傾斜する円錐形の傾斜面を有する（図７参照）。
【００２５】
図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示すように、シャフト機構５０は、間座３９に取り付けられた中空のシャフトケース５１と、シャフトケース５１内に往復動可能なシャフト５２を有する。シャフト機構５０は、シャフトケース５１の周面に配置されたシール部材としてのＯリング５４と、シャフトケース５１を横切って貫通するピン５５を有する。シャフト機構５０は、シャフト５２に回転可能に取り付けられた駆動手段及びカム従動体としてのローラー５６を有する。図４（Ｂ）に示すように、シャフト機構５０は、割り出し板４１から離れるようにシャフト５２を付勢する付勢手段としてのバネ５３を有する。シャフト機構５０はシャフトケース５１とシャフト５２との間に配置されたメカニカルシール５７を有する。
【００２６】
シャフトケース５１は、内部にシャフト５２を収容する内部空間５１ａを有する。シャフトケース５１は、長手方向の両端に貫通孔５１ｂ、５１ｃを有する。この貫通孔５１ｂ、５１ｃは内部空間５１ａと連通する。シャフトケース５１は、ローラー５６が配置された側の周面に環状の周溝５１ｄを有する。周溝５１ｄはシャフトケース５１の周りを一周するように延びる。
【００２７】
シャフト５２は、割り出し板４１の凹部４１ｃに挿入される第１のシャフト部５２ａと、カム板４３と係合する第２のシャフト部５２ｂとを有する。第１のシャフト部５２ａの端は、シャフト５２の長手方向に対して斜めに延びるガイドテーパー５２ｃを有する。第２のシャフト部５２ｂは、第１のシャフト部５２ａよりも大きな径を有する。第１のシャフト部５２ａと第２のシャフト部５２ｂは、境界で段差部５２ｄを有する。
【００２８】
バネ５３は段差部５２ｄとシャフトケース５１の端壁との間に配置される。バネ５３は圧縮コイルバネで構成し、第１のシャフト部５２ａの周りに配置されている。バネ５３は割り出し板４１から離れるようにシャフト５２を付勢する。第２のシャフト部５２ｂは、ブラケット５２ｅを介在してローラー５６が回転可能に取り付けられている。第２のシャフト部５２ｂは、長手方向に延びるガイド孔５２ｆを有する。
【００２９】
ローラー５６は、主軸装置１０が上昇して工具マガジン３０が回転可能な位置になると、カム板４４の傾斜面４４ａと係合し、図７に示すように、シャフト５２はバネ５３によって付勢されて割り出し板４１の凹部４１ｃから離れる。主軸装置１０を図１に示す位置から下降させると、工具ホルダ２のテーパ部分が主軸１１に装着される直前からローラー５６がカム板４４の平坦部４４ｂと係合する。
【００３０】
Ｏリング５４はシャフトケース５１の周溝５１ｄに嵌め込まれる。このＯリング５４は、シャフトケース５１と共にモータ収納部４ａに設けられた開口４ｂを外部から密閉し、モータ収納部４ａ内へ加工によって発生する切屑や、切削液が入るのを防ぐ。
【００３１】
ピン５５は、第２のシャフト部５２ｂのガイド孔５２ｆを貫通して、シャフト５２の移動を規制する。よって、シャフト５２はガイド孔５２ｆの長さの範囲でシャフトケース５１に対して移動可能である。メカニカルシール５７は、シャフトケース５１の内部空間５１ａを外部から密閉し、貫通孔５１ｂから内部空間５１ａへ加工により発生する切粉屑や切削液が入るのを防ぐ。
【００３２】
次に、工作機械１の動作を説明する。
【００３３】
主軸モータ１３が駆動して主軸１１を回転し、工具が対象物を加工する。このとき、図６に示すように、ローラー５６とカム板４４の平坦部４４ｂは、係合していないため、シャフト５２はバネ５３によって付勢されて割り出し板４１の凹部４１ｃから離れている。
【００３４】
図１に示すように、工具ホルダ２を交換する際、Ｚ軸モータ２５を駆動してボールネジ２２を回転させると、ネジ作用によりナット２１が上下方向Ｚに上昇する。ナット２１の上昇に伴って主軸装置１０も上昇する。このとき、カム板１７とローラー２４とは相対移動し、ローラー２４は板カム１７のカム面を転がる。このカム作用により、クランクレバー１４は反時計方向へ回転する。これにより、ドローバー機構は、工具ホルダ２の把持を解除する。このとき、グリップアーム３３のローラー３３ｃがカム板４３の傾斜面４３ａと係合し、グリップアーム３３を主軸１１の下端へ回動し、グリップアーム３３のグリップ３３ａが工具ホルダ２を把持する。従って、図１に示すように工具ホルダ２が主軸１１から抜けてもグリップ３３ａが工具ホルダ２を把持しているため、工具ホルダ２が落下することはない。
【００３５】
同時に、シャフト機構５０のローラー５６は、カム板４４の平坦部４４ｂを通過した後、斜面４４ａと係合する。図７に示すように、このカム作用により、シャフト５２はバネ５３によって付勢されて割り出し板４１の凹部４１ｃから離れている。従って、工具マガジン３０が回転可能となる。このため、部品の磨耗及び騒音が発生することはない。
【００３６】
図１に示すように、マガジンモータ３５を駆動して支持軸３４を回転する。遊星歯車機構３６は支持軸３４の回転を減速してマガジンベース３１に伝達する。マガジンベース３１が回転し、グリップアーム３３は所定の工具ホルダ２を主軸ヘッド１２の下に位置決めする。
【００３７】
図１に示す状態から、Ｚ軸モータ２５を駆動してボールネジ２２を逆回転する。ネジ作用により、ナット２１が主軸装置１０と共に上下方向Ｚに下降する。シャフト機構５０のローラー５６は、カム板４４の傾斜面４４を通過した後平坦部４４ｂと係合する。
【００３８】
このとき、図８に示すように、シャフト５２はバネ５３に抗して割り出し板４１へ向けて移動する。シャフト５２の先端が所定の工具ホルダ２に対応する凹部４１ｃに嵌り、所定の工具ホルダ２の回転位置を割り出す。ここで、シャフト５２の先端と凹部４１ｃとが位置ずれしていても、シャフト５２のガイドテーパー５２ｃと凹部４１ｃの傾斜面とがシャフト５２を凹部４１ｃの中心に案内する。
【００３９】
工具ホルダ２は主軸１１の中に入り、カム板１７とローラー２４とは相対移動し、ローラー２４は板カム１７との係合が解除される。クランクレバー１４は、図示しない引っ張りバネによって時計方向へ回動する。これにより、ドローバー機構は、工具ホルダ２を把持する。また、グリップアーム３３のローラー３３ｄがカム板４４の傾斜面４４ａと係合し、グリップアーム３３を時計回りに回動させ、グリップアーム３３のグリップ３３ａが工具ホルダ２を離す（図６に示す状態）。このとき、シャフト機構５０のローラー５６は、カム板４４の平坦部４４ｂを通過し、シャフト５２はバネ５３によって付勢されて割り出し板４１の凹部４１ｃから離れる。
【００４０】
以上の工具交換装置によれば、工具ホルダ２を主軸１１に把持、非把持する僅かな期間（ローラー５６がカム板４４の平坦部４４ｂと係合しているとき）以外、シャフト５２は凹部４１ｃから離れている。これにより、騒音が減少し、シャフト５２と凹部４１ｃの磨耗を防ぐ。
【００４１】
また、この構成は、工具マガジン３０を駆動するマガジンモータ３５の負荷トルクを軽減し、工具マガジン３０の高速回転を達成する。
【００４２】
カム機構としてローラー５６及びカム板４４は、割り出し板４１へシャフト５２を移動させるので、凹部４１ｃへのシャフト５２の挿入が可能になる。
【００４３】
Ｏリング５４は、シャフトケース５１と共にモータ収納部４ａの開口４ｂを密閉し、開口４ｂからモータ収納部４ａ内に加工による切屑、切削液が入るのを防ぐ。
【００４４】
シャフト機構５０は、マガジンモータ３５の下側に位置決めされているので、切削液がモータ収納部４ａ内に入っても、マガジンモータ３５に掛かることが無いので、マガジンモータ３５が保護される。
【００４５】
尚、本発明は、グリップアーム３３を個々に回動させる構成となっているが、工具マガジン３０自身を回動させる構成でもよい。
【００４６】
また、カム機構として、シャフト側にカムを形成し、主軸装置１０側にカムに従動するローラーを設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、工具マガジン３０を傾斜させているが、傾斜させなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる工作機械の立面図である。
【図２】図１に示す工具交換装置の立面図であり、一部が破断されている。
【図３】（Ａ）は図２に示すシャフト機構の斜視図であり、（Ｂ）は図２に示す割り出し板の斜視図である。
【図４】（Ａ）は図２に示すシャフト機構の側面図であり、（Ｂ）は同シャフト機構の断面図である。
【図５】工具交換時の工作機械の立面図である。
【図６】工具交換時の工作機械の立面図である。
【図７】工具マガジン及び割り出し機構の一部断面図であり、シャフトと凹部とは離れている。
【図８】工具マガジン及び割り出し機構の一部断面図であり、シャフトは凹部に挿入されている。
【符号の説明】
【００４９】
１  工作機械
２  工具ホルダ
３  フレーム
４  サドル
４ａ  モータ収容部
４ｂ  開口
５  コラム
１０  主軸装置
１１  主軸
１２  主軸ヘッド
１３  主軸モータ
１４  クランクレバー
１７  カム板
２０  Ｚ軸移動装置
２１  ナット
２２  ボールネジ
２３  モータベース
２４  ローラー
２５  Ｚ軸モータ
３０  工具マガジン
３１  マガジンベース
３２  支持台
３３  グリップアーム
３４  支持軸
３５  マガジンモータ
３６  遊星歯車機構
３７  玉軸受け
３８  マガジンケース
３９  間座
４０  割り出し機構
４１  割り出し板
４１ｃ  凹部
４３  カム板
４４  カム板
５０  シャフト機構
５１  シャフトケース
５２  シャフト
５３  バネ
５４  Ｏリング
５５  ピン
５６  ローラー
【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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