JP5398216B2

JP5398216B2 - 工具マガジン

Info

Publication number: JP5398216B2
Application number: JP2008254273A
Authority: JP
Inventors: 靖仁渡辺; 亨近藤
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010082747A

Description

本発明は、工作機械に隣接して配置され、複数の工具を収納する工具マガジンに関するものである。

複数の工具を収納する工具マガジンには、工具マガジンの工具格納位置と工具交換位置との間で工具を搬送する工具搬送装置を具備したものがある。工具搬送装置を具備した工具マガジンの従来の一例として、特許文献１で開示されているものがある。特許文献１の段落番号［００１８］〜［００２０］には工具搬送装置の説明が記載されており、特に、段落番号［００２０］には、「Ｘ軸移動部５６は、工具マガジン４の指定された工具収納部２０に工具６を出し入れするために、工具キャリア１２をＸ軸方向に移動させるもので、工具キャリア１２を着脱可能に保持するクランプ部を内蔵し、Ｙフレーム部４４にＸ軸方向に敷設されたガイドレール５７ａ、５７ｂに摺動自在に係合している。このガイドレール５７ａ、５７ｂと平行にボールねじ６０が配設され、このボールねじ６０に螺合するボールナット６２は、Ｘ軸移動部５６に固定されている。ボールねじ６０を回転駆動するＸ軸用のサーボモータ６４は、Ｙフレーム部４４に取り付けられており、タイミングベルト６６を介してボールねじ６０に回転を伝達するようになっている。」と記載されている。また、段落番号［００２１］には、工具搬送装置の作用の説明として、「・・・工具キャリア１２を移動させ、工具６の返却、取り出しを行うことができる。例えば、図１において、中継位置Ｐ3で中継装置１４から工具搬送装置１６に渡された工具キャリア１２は、Ｐ７で示す工具返却位置まで移動する。ここで工具を返却してから、工具搬送装置１６は、空の工具キャリア１２をＰ８で示す位置まで移動させてから、指令された工具を取り出し、さらに中継位置Ｐ3まで移動させて工具キャリア１２を中継装置１４に工具ごと渡すようになっている」と記載されている。

特開２００１−１０５２６６号公報

しかしながら、特許文献１で開示されている工具搬送装置１６では、Ｘ軸移動部５６がガイドレール５７ａ、５７ｂと平行に配設されたボールねじ６０にガイドされながら、工具の軸方向であるＸ軸方向に移動するようになっている。このため、工具長さの長い工具を工具マガジンに格納できるようにした場合には、直動ガイドとしてのボールねじ６０を長くしなければならず、工具マガジンの背面側にボールねじ６０の長さ相当のスペースを確保しなければならないという問題があった。また、縦方向の剛性を高めるために、縦方向に長い取り付け板を具備しているため、工具マガジンの高さが高くなるという問題もあった。

本発明は、工具搬送装置の剛性を低下させることなく、工具軸線方向の長さを短くし、もって全体の構造をコンパクトにすることができる工具マガジンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、複数の工具を収納する工具マガジンにおいて、前記工具を収納する工具収納部と、前記工具を把持して前記工具収納部と工具交換位置との間で前記工具を搬送し、把持した工具の軸線方向の移動機構が前記工具の軸線方向と直交するレールガイド機構によりガイドされるパンタグラフ機構でなるキャリッジを有する工具搬送装置と、を具備し、前記リンク機構は、前記工具の軸線方向に伸縮可能なパンタグラフと、該パンタグラフを伸縮させる駆動手段とで構成され、前記レールガイド機構は、前記パンタグラフの両端において一対のリンク先端の接離移動をガイドする工具マガジンが提供される。

また、本発明によれば、前記工具収納部は、パネルに形成された複数の工具受容孔を有する第１の工具収納部と、前記パネルの周辺部に形成された複数の工具受容くぼみ部を有する第２の工具収納部とを有し、前記第２の工具収納部が、前記第１の工具収納部の後方に段違いに設けられている工具マガジンが提供される。

以上の如く、本発明の工具マガジンによれば、リンク機構でなるキャリッジで工具を軸線方向に移動するので、キャリッジの剛性を低下させることなく伸縮でき、収縮時のキャリッジの工具軸線方向の長さを短くすることができ、工具マガジンをコンパクトにすることができる。

特に、リンク機構をパンタグラフとそのパンタグラフの関節を直動する駆動手段とで構成すると、いわゆる倍速倍尺移動機構となり、上記のキャリッジの工具軸線方向の長さが短くなり、工具マガジンをコンパクトにすることができるという効果が顕著になる。また、パンタグラフはリンク数が多いので剛性を高くすることができ、工具の収納及び収納された工具の取り出しを確実に行うことができる。

また、工具収納部が、第１の工具収納部と、第１の工具収納部より後方に位置する第２の工具収納部とを有しているため、第２の工具収納部に収納された工具のＶ溝を有するフランジ部は、第１の工具収納部に収納された工具のフランジ部より後方に位置するものとなる。このため、第２の工具収納部には、第１の工具収納部に収納される工具よりも工具長さの長い工具を保持することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１〜４は、本発明に係る工具マガジンの実施の形態を示す。本発明の工具マガジンは、工具を収納する工具収納部を有する工具ラックと、工具を把持して工具収納部と工具交換位置との間で工具を搬送し、把持した工具の軸線方向の移動機構がリンク機構でなるキャリッジを有する工具搬送装置と、を具備している。以下において、工具ラックと、工具搬送装置を順に説明する。

内部に多数の工具Ｔを収納した工具マガジン１１は、工作機械に隣接させて配置され、工具マガジン１１の外部に設けられた工具交換装置５５を介して工作機械に工具Ｔを取り付け、かつ、工作機械から工具Ｔを取り出す。本実施の形態の工具Ｔは、切刃部ＴＥと工具ホルダＴＨとを有し、工具ホルダＴＨは、環状のＶ溝５７の形成されたフランジ部Ｆとテーパ状のシャンク部Ｓを有する。工具マガジン１１は、基台１３の水平上面に立設された工具ラック１５と工具搬送装置２５を具備し、工具交換装置５５は、工具交換アーム５５ａを具備している。本実施の形態では、工具交換アーム５５ａは、工具マガジン１１の工具交換位置Ｐと工作機械の主軸（図示せず）との間で工具を交換する。

工具ラック１５は、第１の工具収納部を形成するラック本体部１７、及び第２の工具収納部を形成する一対のサイドラック部１９、２１並びに上ラック部２３を具備している。ラック本体部１７は、基台１３の上面に垂直に立設された平板状の部材より成る。本明細書では、ラック本体部１７が形成する鉛直平面をＸＹ平面とし、水平方向にＸ軸、鉛直方向にＹ軸、ＸＹ平面に対して垂直な方向にＺ軸を定義する。工具Ｔの中心軸線がＺ軸と平行となるように工具Ｔは工具ラック１５に収納され、収納された工具Ｔのシャンク部Ｓの側を工具マガジン１１の後方と定義する。

サイドラック部１９、２１は基台１３の上面に垂直に立設された平板状の部材より成り、ラック本体部１７に対してＺ軸方向に所定距離を以て後方に、つまり工具搬送装置２５側に寄せてオフセット配置されている。本実施の形態では、サイドラック部１９、２１は、側壁１９ａ、２１ａによってラック本体部１７の側縁部に連結されており、これによってラック本体部１７及びサイドラック部１９、２１がしっかりと基台１３の上面に立設されるようになっている。

上ラック部２３はラック本体部１７に対して平行な平板状の部材より成り、工具ラック１５の上部で水平に延設され、かつ、ラック本体部１７に対してＺ軸に沿って所定距離を以て後方にオフセット配置されている。図示する実施の形態では、上ラック部２３は、Ｌ字形のアングル部材の垂直部分より成り、該アングル部材の水平部分２３ａによって、サイドラック部１９、２１の側壁１９ａ、２１ａの上端部分に連結されている。

図示する実施の形態では、第２の工具収納部を形成するサイドラック部１９、２１及び上ラック部２３は、ラック本体部１７からＺ軸に沿って後方にオフセットされ、かつ、概ね同一平面内に配置されているが、用途に応じて両者は必ずしも同一平面内に配置されていなくともよい。また、第２の工具収納部は、ラック本体部１７の下方に設けられてもよい。

ラック本体部１７には、工具ＴをＺ軸方向に通過させるためのマトリックス状に配列された複数の工具受容孔が形成されている。一例として図示する実施の形態では、ラック本体部１７の工具受容孔は、１０行７列のマトリックス状に配列された第１の工具受容孔１７ａと、最上段の第１の工具受容孔１７ａの更に上側に横１行に配列された４つの第２の工具受容孔１７ｂとを含む。第１の工具受容孔１７ａには、比較的直径が小さく、かつ、短い工具Ｔ1が保持される。第２の工具受容孔１７ｂには、工具Ｔ1に比較して直径が大きな工具Ｔ2が保持されるようになっている。

第１と第２の工具受容孔１７ａ、１７ｂは、上側内縁部が、収納される工具の直径よりも大きな直径を有した円弧状に形成されている。上側及び下側内縁部は、必ずしも円弧状ではなく、例えば矩形、五角形その他の多角形としてもよい。第１及び第２の工具受容孔１７ａ、１７ｂは、工具受容孔に保持する工具Ｔを通過可能とする寸法、形状を与える上側及び下側内縁部を具備していればよい。

ラック本体部１７の工具受容孔１７ａ、１７ｂの下側内縁部の周囲には、１つの工具受容孔当たり、４個の駒部材５９が取り付けられる。駒部材５９の環状の凸部５９ａとフランジ部ＦのＶ溝５７とが係合することによって、工具Ｔは中心軸線が水平で互いに平行になるようにラック本体部１７に保持される。４個の駒部材５９のうち、下方の２個の駒部材はどちらか１個だけでもよい。つまり、駒部材５９は、１つの工具受容孔当たり、少なくとも３個あればよい。また、工具受容孔１７ａ、１７ｂの下側内縁部の中央には、キー６１が設けられ、フランジ部Ｆに形成されたキー溝（図示せず）と係合して、工具Ｔの回転方向の位置決めをしている。尚、駒部材５９に代えて、Ｖ溝５７と係合する円弧状の凸部を有する半環状部材を工具受容孔１７ａ、１７ｂの下側に取り付けてもよいし、工具受容孔１７ａ、１７ｂの下側内縁部の断面形状をＶ溝５７と係合する半円弧状の凸形状に形成して、ラック本体部１７に直接工具Ｔを保持するようにしてもよい。

第２の工具収納部を形成するサイドラック部１９、２１の各々には、縦１列に配列された８個の工具受容くぼみ部１９ｂ、２１ｂが形成されている。サイドラック部１９、２１には、工具ＴをＸ軸方向に移動させて工具受容くぼみ部１９ｂ、２１ｂ内に導入可能なように、側部に工具Ｔのフランジ部Ｆの直径より若干大きな切り欠き幅を有する切欠１９ｃ、２１ｃが設けられている。サイドラック部１９、２１の工具受容くぼみ部１９ｂ、２１ｂは、ラック本体部１７の第１及び第２の工具受容孔１７ａ、１７ｂと同様に、下側内縁部の周囲には、４個の駒部材５９が取り付けられ、工具を保持可能になっている。サイドラック部１９、２１の工具受容くぼみ部１９ｂ、２１ｂには、工具Ｔ1、Ｔ2に比較して直径が大きくかつ／又は長い工具Ｔ3又はＴ4が保持される。

本実施の形態では、サイドラック部１９、２１の工具受容くぼみ部１９ｂ、２１ｂは、切欠１９ｃ、２１ｃを通してＸ軸方向に工具Ｔを導入するようになっているので、ラック本体部１７の第１及び第２の工具受容孔１７ａ、１７ｂのように、工具Ｔの直径よりも大きな直径の上側内縁部を有する必要はない。

また、第２の工具収納部を形成する上ラック部２３には、横１列に配列された１１個の工具受容くぼみ部２３ｂが形成されている。工具受容くぼみ部２３ｂは、収納する工具Ｔのフランジ部Ｆの直径より若干大きな切り欠き幅を有し、上方に開いた円弧状の切欠にて形成されている。この工具受容くぼみ部２３ｂの下側内縁部の周囲には、４個の駒部材５９が取り付けられ、工具Ｔを保持する。上ラック部２３の工具受容くぼみ部２３ｂには、工具Ｔ3よりは直径が小さいが、工具Ｔ1、Ｔ2に比較して直径が大きい工具や長い工具Ｔ5又はＴ6が保持される。

本実施の形態では、収納する長い工具Ｔ3、Ｔ4、Ｔ5又はＴ6の最長工具の約半分の寸法を所定の工具長さと決めている。所定の工具長さ以下で、かつ、工具受容孔１７ａ、１７ｂを通過可能な直径の工具を短い工具Ｔ1又はＴ2とし、所定の長さを越える長い工具をＴ3、Ｔ4、Ｔ5又はＴ6としている。そして、ラック本体部１７とサイドラック部１９、２１又は上ラック部２３とのＺ軸方向のオフセット量は、所定の長さより若干長い寸法としている。

次に、工具搬送装置２５について説明する。工具搬送装置２５は、工具ラック１５と工具交換装置５５との間で工具を搬送するものであり、工具を係脱可能に把持するキャリッジ３５と、キャリッジ３５をＸＹ平面内で移動するためのキャリッジ移動手段として、Ｘ軸方向に延設された上、下レール２７、２９、上、下レール２７、２９の間にＹ軸方向に延設された動力伝達部材３３、及び上、下レール２７、２９に沿ってＸ軸方向に往復動可能に設けられた移動支柱３１とを具備している。キャリッジ３５は、移動支柱３１に沿ってＹ軸方向に往復動可能に取付けられている。

上、下レール２７、２９内には、例えばボールねじ（図示せず）が延設されており、移動支柱３１の上下端部には、該ボールねじと係合するナット（図示せず）が取付けられている。上、下レール２７、２９の前記ボールねじは、動力伝達部材３３の端部に設けられた歯車（図示せず）に係合し、該動力伝達部材３３をモータ（図示せず）で回転することによって、上、下レール２７、２９のボールねじは同期して回転するようになっている。これによって、移動支柱３１は、上、下レール２７、２９に沿ってＸ軸方向に往復動可能となっている。

次に、キャリッジ３５について説明する。本発明のキャリッジ３５は、工具Ｔの軸線方向である前後方向（Ｚ方向）に伸縮可能で、前後方向に直交する上下方向（Ｙ方向、工具の半径方向）に上下動するパンタグラフ（平行リンク）７０を具備している。パンタグラフ７０自体は、回動自在の複数の関節部７４を有する一対のアーム７１，７２がヒンジ接続されて平行リンクをなすものであり、倍速倍尺移動機構として知られている公知の構造である。個々のアーム７１，７２は、複数のリンク要素７３がジョイント部７４で回動自在に連結されており、一対のアーム７１，７２はヒンジ部７５で回動自在に組み合わされている。

本実施の形態のパンタグラフ７０は、後端がブラケット８１及びスライダ８２を介してベース７７に取り付けられ、前端がブラケット８３及びスライダ８２を介して工具把持手段９０を有する移動プレート７８に取り付けられている。このため、ベース７７と移動プレート７８は、パンタグラフ７０の両端で対向して配置されている。ベース７７は前後方向に動かないが、移動プレート７８は、パンタグラフ７０の伸縮に伴って前後方向に移動できるようになっている。

キャリッジ３５は、さらに、パンタグラフ７０の上側（一側）において前後方向にパンタグラフ７０を直動させる駆動機構を有し、パンタグラフの下側の両端において一対のリンク先端の接離移動をガイドするリニアガイド機構を有している。駆動機構は、ボールねじとボールねじに螺合するナットとを具備した本実施の形態の機構の他、エアシリンダ、油圧シリンダなどを採用することもできる。

図５に示すように、本実施の形態では、駆動機構としてボールねじ８５とボールねじ８５に螺合するナット８６とを具備したボールねじ機構が適用され、リニアガイド機構としてレール８７とレール８７上をスライドするスライダ８２とを具備したレールガイド機構が適用されている。駆動機構のボールねじ８５は、一端がキャリッジ３５のベース７７に軸受を介して回転支持され、他端が自由端となっており、工具Ｔの前後方向に延びている。ボールねじ８５に螺合するナット８６は、パンタグラフ７０の上側に位置する関節部７４にナットブラケット８６ａによって取り付けられている。ボールねじ８５は、ベース７７に設けられたモータ８８で駆動されるようになっている。モータ８８の駆動軸にはプーリ８９ａが備わっており、プーリ８９ａの回転がベルト８９ｃを介してボールねじ８５のプーリ８９ｂに伝動されることで、端部が軸受に支持されたボールねじ８５が回動するようになっている。

リニアガイド機構としての一対のレールガイド機構は、パンタグラフ７０の前端及び後端で、パンタグラフ７０の下側に位置するリンク７３の先端が、パンタグラフ７０の伸縮に伴って上下動することをガイドする。リンク７３先端には、スライダ８２が連結されており、スライダ８２がベース７７及び移動プレート７８に設けられたリニアレール８７上をＹ方向にスライドするようになっている。

なお、本実施の形態において、駆動機構をパンタグラフ７０の上側に配置しているが、パンタグラフ７０の下側に配置することもできる。また、駆動軸機構の駆動源としてモータ８８が使用されているが、これには限らず、他のアクチュエータを使用することができる。駆動源にサーボモータ８８を使用した場合には、正確な位置制御及び衝撃の少ない速度制御を行える点で有利である。

パンタグラフ７０の伸縮に伴って前後方向に移動する移動プレート７８は、工具Ｔのテーパ部にテーパ嵌合する工具把持手段９０を有している。工具把持手段９０は、工具Ｔのシャンク部（テーパ部）Ｓに面接触して、工具Ｔを拘束するテーパ面を有するテーパ穴９１と、テーパ穴９１に工具Ｔを所定の力で引き込むドローバー（図示せず）と、ドローバーを駆動するアクチュエータ（図示せず）と、を具備している。本実施の形態では、移動プレート７８は、ナット８６の移動速度の３倍の速度で、ナット８６の移動距離の３倍の距離を移動する３倍速３倍尺移動機構を構成している。

以上のように、本実施の形態の工具マガジン１１によれば、工具Ｔの前後方向（軸線方向）に伸縮するパンタグラフ７０を有するキャリッジ３５を具備しているから、キャリッジ３５の構造をコンパクトにすることができ、工具マガジン１１が配置される工作機械の周辺を省スペース化することができる。また、パンタグラフ７０は、ボールねじ機構により前後方向に駆動され、レールガイド機構によりパンタグラフ７０の端部における一方のリンク７３先端が他方のリンク７３先端に近づく方向と離れる方向にガイドされるから、パンタグラフ７０が前後方向に伸縮したときに、工具把持手段９０で把持された工具Ｔが、前後方向に直交する平面内で動くことを抑制することができる。これにより、工具Ｔの収納及び収納された工具の取り出しを確実に行うことができる。

また、工具マガジン１１は、第１の工具収納部と、第１の工具収納部より後方に位置する第２の工具収納部とを有する工具ラック１５を具備しているから、第２の工具収納部には、第１の工具収納部に収納される工具Ｔよりも工具長さの長い工具Ｔを保持することができる。これにより、工具マガジン１１が占有するスペースを大きくすることなく、工具長さの短い工具と長い工具Ｔを収容することができる。

また、伸縮機構にパンタグラフ７０を適用したキャリッジ３５と、第１の工具収納部より後方に位置する第２の工具収納部を有する工具ラック１５との相乗効果により、工具マガジン１１の前後方向の長さＤ（図４）を極力短くすることができ、工場内の省スペース化にもたらすことができる。

なお、本発明のキャリッジは、上記実施の形態のような段違いマトリックス形の工具マガジンにのみ用いられるものではなく、通常の一平面でなるマトリックス形の工具マガジン及び複数の工具が円板内や無端チェーンで連結された工具ポットに装着されて周回する他の形式の工具マガジンにおいて、工具を把持して工具の軸線方向に工具を移動させる必要のある場合に用いることができる。

本発明の好ましい実施の形態による工具マガジンの正面図である。図１のＡ部の拡大図である。図２のIII −III 断面図である。図１の工具マガジンの側面図である。パンタグラフを有するキャリッジの断面図である。図５のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。

符号の説明

１１工具マガジン
１５工具ラック
１７ラック本体部
１９，２１サイドラック
２３上ラック
２５工具搬送装置
３５キャリッジ
７０パンタグラフ
７７ベース
７８移動プレート
８２スライダ
８５ボールねじ
８６ナット
８７レール
９０工具把持手段

Claims

複数の工具を収納する工具マガジンにおいて、
前記工具を収納する工具収納部と、
前記工具を把持して、前記工具収納部と工具交換位置との間で前記工具を搬送し、把持した前記工具の軸線方向の移動機構が前記工具の軸線方向と直交するレールガイド機構によりガイドされるリンク機構でなるキャリッジを有する工具搬送装置と、
を具備し、
前記リンク機構は、前記工具の軸線方向に伸縮可能なパンタグラフと、該パンタグラフを伸縮させる駆動手段とで構成され、前記レールガイド機構は、前記パンタグラフの両端において一対のリンク先端の接離移動をガイドすることを特徴とした工具マガジン。
前記工具収納部は、パネルに形成された複数の工具受容孔を有する第１の工具収納部と、前記パネルの周辺部に形成された複数の工具受容くぼみ部を有する第２の工具収納部とを有し、前記第２の工具収納部が、前記第１の工具収納部の後方に段違いに設けられている請求項１に記載の工具マガジン。