JP7049236B2 - 工具交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、工具交換装置に関する。

ワークを加工する際、製品によっては、ワークには複数の形状の穴が必要なため、単一の工具では加工することができず、穴の形状に応じて複数の工具が用いられる。数値制御加工機の場合、主軸に把持する工具を取り換えて加工を行っている。その際、加工に用いる工具を工作機械の近傍に一時的に保管しておき、必要な時に工作機械の主軸に取り付けるため、工作機械には、工具交換装置が備わっている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４９３９２７０号公報

従来の工具交換装置は工具が案内部の中心軸線に対して平行に配置されているため、工具交換装置の幅が広くなってしまい、工作機械の横に置くためには広いスペースが必要になるという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、従来よりも幅を狭くすることができる工具交換装置を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明は、
工具の基端部を保持する複数の工具保持部と、
前記工具保持部を環状に移動自在に案内する環状の案内部と、
前記案内部の第１ 位置で前記工具保持部から工具を取り出し可能な工具交換アームと、
を備える工具交換装置であって、
前記工具の先端は前記案内部の内側に位置するように前記案内部は前記工具保持部を保持し、
前記工具保持部は、前記案内部による環状の移動軌跡上において、前記移動軌跡の接線に対して垂直に延びる基準線に対し、前記工具の中心軸線が前記案内部の周方向に傾斜するように前記工具を保持しており、
前記工具交換装置は、
前記工具保持部に保持された前記工具と、工作機械に取り付けられた前記工具とを交換する工具交換アームと、
回転軸を中心にして前記工具交換アームを回転駆動させる回転駆動機構と、
前記第１位置に位置する前記工具を所定角度に傾斜させる工具傾斜機構と、
を備え、
前記第１位置に位置し前記工具傾斜機構で傾斜させられる前の状態の前記工具は、前記工作機械の工具回転軸に取り付けられる工具に対して平行となるように配置されており、
前記回転駆動機構の前記回転軸は、前記工作機械の工具回転軸に対して所定角度で傾いて配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、工具の先端が案内部の内側に位置しているため、工具が案内部の中心軸線に対して平行に配置された従来品よりも幅の狭い工具交換装置を提供することができる。特に、工具が先端に向かって先細り形状である場合には、工具の先端を案内部の内側に配置させることにより、工具の基端を案内部の内側に配置する場合と比較して、工具を含めた工具交換装置全体としての径方向の大きさもコンパクトに構成することができる。

また、案内部の中心よりも下方の位置で工具保持部に保持された工具が水平となる位置を第１位置として、工作機械に工具を取り付ける位置とし、案内部の下方部分であって、工具が垂直姿勢となる位置（略垂直姿勢となる位置も含む）で工具を入れ替えることにより、案内部への工具の入れ替えも容易とすることができる。

また、本発明は、
前記工具保持部に保持された前記工具と、工作機械に取り付けられた前記工具とを交換する工具交換アームと、
回転軸を中心にして前記工具交換アームを回転駆動させる回転駆動機構と、
前記第１位置に位置する前記工具を所定角度に傾斜させる工具傾斜機構と、
を備え、
前記第１位置に位置し前記工具傾斜機構で傾斜させられる前の前記工具は、前記工作機械の工具回転軸に取り付けられる工具に対して平行となるように配置されており、
前記回転駆動機構の前記回転軸は、前記工作機械の工具回転軸に対して所定角度で傾いて配置されている。

かかる構成によれば、第1位置で工具を工具傾斜機構で所定角度に傾斜させた後、回転駆動機構で工具交換アームを回転駆動させて工具保持部に保持された工具を把持して、工作機械の工具回転軸に取り付け、または工具回転軸から取り外した工具を、工具交換アームを回転駆動させて、工具保持部に保持させることができる。

［３］また、本発明においては、前記工具保持部は円環状とすることができる。

［４］また、本発明の工作機械は、前記工作機械の側方に配置された工具交換装置と、ワークを保持するワーク保持部と、前記工具を取り付け可能な工具回転軸と、で構成することができる。

［５］また、本発明の工作機械は、前記工具回転軸を軸方向に進退自在な進退機構と、前記工具回転軸を上下に昇降自在な昇降機構と、前記工具回転軸を左右に移動自在な左右移動機構と、を備え、前記工具交換装置は、前記工具回転軸の左右方向の一方に配置されていることが好ましい。

本発明の工具交換装置の実施形態を模式的に示す説明図。 本実施形態の工具交換装置を模式的に示す斜視図。 本実施形態の工具交換装置の工具交換位置を示す拡大図。 本実施形態の工具交換アームを示す拡大図。 本実施形態の工具交換動作を示す説明図。 本実施形態の工具交換動作を示す説明図。 本実施形態の工具交換動作を示す説明図。 本実施形態の工具交換装置を備える工作機械を示す説明図。

図１～８を参照して、本発明の実施形態の工具交換装置を説明する。本実施形態の工具交換装置１は、工具２の基端部２ａを保持する複数の工具保持部３と、工具保持部３を環状に移動自在に案内する環状の案内部４と、案内部４の第１位置４ａ（図１の最も右端に位置する工具の１つ下で水平姿勢の工具が存在する位置）で工具保持部３から工具２を取り出し可能な工具交換アーム５と、備える。

工具２の先端２ｂは案内部４の内側に位置するように案内部４は複数の工具保持部３を保持している。工具保持部３は、案内部４による環状の移動軌跡上において、移動軌跡の接線に対して垂直に延びる基準線に対し、工具２の中心軸線が案内部４の周方向に傾斜するように工具２を保持している。

また、工具交換装置１は、工具保持部３に保持された工具２と、工作機械１００に取り付けられた工具２とを交換する工具交換アーム５と、回転軸６ａを中心にして工具交換アーム５を回転駆動させる回転駆動機構６と、第１位置４ａに位置する工具２を所定角度に傾斜させる工具傾斜機構７と、を備える。

第１位置４ａに位置し工具傾斜機構７で傾斜させられる前の状態の工具２は、工作機械１００の工具回転軸１０２に取り付けられる工具２に対して平行となるように配置されており、回転駆動機構６の回転軸６ａは、工作機械１００の工具回転軸１０２に対して所定角度で傾いて配置されている。

工具保持部３は円環状である。円環状の場合、工具保持部３の、案内部４による環状の移動軌跡も円形状となり、このとき、案内部４による環状の移動軌跡上において、移動軌跡の接線に対して垂直に延びる基準線は、径方向に延びる線と一致することとなる。

図８を参照して、工作機械１００は、ワーク２００を保持するワーク保持部１０４と、工具２を取り付け可能な工具回転軸１０２と、工具回転軸１０２を軸方向に進退自在な進退機構１０６と、工具回転軸１０２を上下に昇降自在な昇降機構１０８と、工具回転軸１０２を左右に移動自在な左右移動機構１１０と、を備える。工具交換装置１は、工作機械１００の側方であって工具回転軸１０２の左右方向の一方に配置されている。

図５～図７を参照して、本実施形態の工具交換装置１を用いた工具２の交換作業を説明する。まず、図５Ａに示すように、工具交換装置１は、工具交換アーム５の先端に設けられた第１と第２の把持部５ａ、５ｂのうちの第１把持部５ａに第２番（＃２）の工具を把持し、工作機械には第１番（＃１）の工具が取り付けられた状態を前提に説明する。第１把持部５ａと第２把持部５ｂは、周方向外向きに開口するＣ字形状に構成されている。

図５Ａに示すように、工作機械１００の左右移動機構１１０で工具回転軸１０２を横に移動させて工具交換装置１の第１位置４ａに隣接する回転軸６ａに近づける。次に、図５Ｂに示すように、工作機械１００と工具交換装置１との間に設けられたシャッター装置９を開く。そして、図５Ｃに示すように、工作機械１００に装着された第１番（＃１）の工具２を、回転駆動機構６の回転軸６ａを回転させることにより第２把持部５ｂで把持する。

そして、図５Ｄに示すように、更に回転軸６ａを旋回させて第２番（＃２）の工具２を工作機械１００の工具回転軸１０２に取り付ける。なお、工作機械１００への工具２の脱着時には、工作機械１００の進退機構１０６を作動させて工具回転軸１０２を前後方向に進退させて脱着してもよい。

そして、図５Ｅに示すように、第１把持部５ａをシャッター装置９よりも工具交換装置１側へ旋回させた後、図５Ｆに示すように、シャッター装置９を閉じて、工作機械１００の加工粉が工具交換装置１に飛ぶことを防いでいる。

次いで、図６Ａに示すように、第１位置４ａに待機する第３番（＃３）の工具２を第１把持部５ａで把持する工程を説明する。図６Ｂに示すように、回転軸６ａを回転させて、第１把持部５ａの開口部を第３番（＃３）の工具２よりも下方に位置させる。そして、図６Ｃに示すように、工具傾斜機構７で第３番（＃３）の工具２を傾斜させて第３番（＃３）の工具２が第１把持部５ａの旋回軌跡上に位置させる。

そして、図６Ｄに示すように第１把持部５ａで第３番（＃３）の工具２を把持させる。回転駆動機構６の回転軸６ａは軸線方向に進退自在に構成されており、第３番（＃３）の工具２を第１把持部５ａが把持した後に、回転軸６ａを工具２の先端２ｂの方向に移動させることにより、工具２を工具保持部３から取り外すことができる。このとき、第１把持部５ａは先端方向に延びるほど回転軸６ａに近づくように構成されたカム機構が回転駆動機構６に設けられている。

そして、図６Ｅに示すように、回転軸６ａを更に回転させて、第１番（＃１）の工具２を工具保持部３に保持させる。そして、図７Ａに示すように、回転軸６ａを更に回転させて第２把持部５ｂから第１番（＃１）の工具２から離脱させる。そして、図７Ｂに示すように、工具傾斜機構７による傾斜を元の状態に戻し、第１番（＃１）の工具２を第２把持部５ｂの旋回軌跡上から離脱させる。

そして、図７Ｃに示すように、先端に第１把持部５ａ及び第２把持部５ｂを備える工具交換アーム５を初期位置に移動させる。そして、図７Ｄに示すように、工具保持部３を案内部４に沿って移動させ、次に利用される第４番（＃４）の工具２を第１位置４ａに配置させる。

本実施形態によれば、工具２の先端２ｂが案内部４の内側に位置しているため、工具２が案内部４の中心軸線に対して平行に配置された従来品よりも幅の狭い工具交換装置１を提供することができる。

特に、工具２が先端２ｂに向かって先細り形状である場合には、工具２の先端２ｂを案内部４の内側に配置させることにより、工具２の基端部２ａを案内部４の内側に配置する場合と比較して、工具２を含めた工具交換装置１全体としての径方向の大きさもコンパクトに構成することができる。

また、本実施形態においては、案内部４の中心よりも下方の位置であって、且つ工具保持部３に保持された工具２が水平となる位置を第１位置４ａとして、この第１位置４ａを工作機械１００に工具２を取り付ける位置とし、案内部４の下方部分であって、工具２が垂直姿勢となる第２位置４ｂ（略垂直姿勢となる位置も含む）で工具２を入れ替える位置としている。

これにより、第１位置４ａを案内部４の中心よりも下方に位置させることで第２位置４ｂを上方に位置させることができ、工具２の交換作業者が膝を折り曲げて屈むことなく、案内部４への工具２の入れ替えを行うことができ、工具２の交換作業も容易とすることができる。

なお、本実施形態においては、案内部４の形状として真円形状を用いて説明したが、案内部４の形状としては真円形状に限らず、例えば、長円形状や楕円形状などのオーバル形状であってもよい。

１ 工具交換装置
２ 工具
２ａ 基端部
２ｂ 先端
３ 工具保持部
４ 案内部
４ａ 第１位置
４ｂ 第２位置
５ 工具交換アーム
５ａ 第１把持部
５ｂ 第２把持部
６ 回転駆動機構
６ａ 回転軸
７ 工具傾斜機構
８ 支持枠体
９ シャッター装置
１００ 工作機械
１０２ 工具回転軸
１０４ ワーク保持部
１０６ 進退機構
１０８ 昇降装置
１１０ 左右移動機構
２００ ワーク

Claims (4)

1. 工具の基端部を保持する複数の工具保持部と、
   前記工具保持部を環状に移動自在に案内する環状の案内部と、
   前記案内部の第１位置で前記工具保持部から工具を取り出し可能な工具交換アームと、
   を備える工具交換装置であって、
   前記工具の先端は前記案内部の内側に位置するように前記案内部は前記工具保持部を保持し、
   前記工具保持部は、前記案内部による環状の移動軌跡上において、前記移動軌跡の接線に対して垂直に延びる基準線に対し、前記工具の中心軸線が前記案内部の周方向に傾斜するように前記工具を保持しており、
   前記工具交換装置は、
   前記工具保持部に保持された前記工具と、工作機械に取り付けられた前記工具とを交換する工具交換アームと、
   回転軸を中心にして前記工具交換アームを回転駆動させる回転駆動機構と、
   前記第１位置に位置する前記工具を所定角度に傾斜させる工具傾斜機構と、
   を備え、
   前記第１位置に位置し前記工具傾斜機構で傾斜させられる前の状態の前記工具は、前記工作機械の工具回転軸に取り付けられる工具に対して平行となるように配置されており、
   前記回転駆動機構の前記回転軸は、前記工作機械の工具回転軸に対して所定角度で傾いて配置されていることを特徴とする工具交換装置。
2. 請求項１に記載の工具交換装置であって、
   前記工具保持部は円環状であることを特徴とする工具交換装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の工具交換装置を側方に備えた工作機械であって、
   ワークを保持するワーク保持部と、
   前記工具を取り付け可能な工具回転軸と、
   を備えることを特徴とする工作機械。
4. 請求項３に記載の工作機械であって、
   前記工具回転軸を軸方向に進退自在な進退機構と、
   前記工具回転軸を上下に昇降自在な昇降機構と、
   前記工具回転軸を左右に移動自在な左右移動機構と、
   を備え、
   前記工具交換装置は、前記工具回転軸の左右方向の一方に配置されていることを特徴とする工作機械。

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