JP7501404B2 - Tool magazines and machine tools - Google Patents
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Description
本発明は、工具マガジン及び工作機械に関する。 The present invention relates to a tool magazine and a machine tool.
従来、工作機械は、上下移動可能な主軸ヘッドと、工具マガジンとを備える(例えば特許文献1参照)。工具マガジンは、無端状に連結した複数の移動体を備える。各移動体は、工具を保持する複数の把持アームを保持する。工具マガジンは、主軸ヘッドの周りを囲む環状のレールに沿って複数の移動体を移動させ、所定の把持アームを主軸ヘッドの下方に配置する。主軸ヘッドは下降し、前記把持アームが把持する工具を主軸に装着する。 Conventionally, machine tools are equipped with a spindle head that can move up and down, and a tool magazine (see, for example, Patent Document 1). The tool magazine has multiple movable bodies connected in an endless manner. Each movable body holds multiple gripping arms that hold tools. The tool magazine moves the multiple movable bodies along a circular rail that surrounds the spindle head, and positions a predetermined gripping arm below the spindle head. The spindle head descends, and the tool held by the gripping arm is attached to the spindle.
工作機械は、ワークをテーブル上に保持し、モータの駆動による工具を装着した主軸ヘッドの回転により、フライス加工、ねじ立て等種々の加工を行う。主軸ヘッドに装着する工具は、ワークの加工の種類により交換する必要がある。 Machine tools hold a workpiece on a table and perform various processes such as milling and tapping by rotating the spindle head, which has tools attached, driven by a motor. The tools attached to the spindle head need to be changed depending on the type of machining being performed on the workpiece.
加工部品のモジュール化や、加工工程の集約傾向に伴い、一のワークに使用する工具本数が増加し、工具を保持する把持アーム数が増加する。このため、把持アームを保持する移動体の総数が増加し、又は移動体の全長が長くなり、工具マガジンは大型化する。 As machining parts become more modular and machining processes become more consolidated, the number of tools used for one workpiece increases, and the number of gripping arms that hold the tools also increases. This causes the total number of moving bodies that hold the gripping arms to increase, or the overall length of the moving bodies to increase, resulting in larger tool magazines.
本開示の目的は、把持アームの数を多くし、且つ工具マガジンの大型化を抑制できる工具マガジン及び工具マガジンを備える工作機械を提供することである。 The objective of this disclosure is to provide a tool magazine and a machine tool equipped with a tool magazine that can increase the number of gripping arms while preventing the tool magazine from becoming too large.
本開示の一態様に係る工具マガジンは、直線状のリンクを介して無端状に連結した複数の移動体がレールに沿って移動する工具マガジンおいて、前記移動体には、工具を把持する複数の把持アームが所定間隔を隔てて一列に並べてあり、前記所定間隔は前記リンクの長さよりも短い。 A tool magazine according to one aspect of the present disclosure is a tool magazine in which multiple moving bodies connected endlessly via linear links move along a rail, and the moving bodies have multiple gripping arms for gripping tools arranged in a row at a predetermined interval, the predetermined interval being shorter than the length of the links.
本開示の一実施形態においては、工具マガジンの各移動体により保持される把持アーム間の所定間隔は、移動体同士を把持アームの並び方向に連結するリンクの長さよりも短い。故に、移動体内における把持アーム間の間隔を小さくするとともに、移動経路上で隣り合う移動体における把持アーム間の干渉を防止することができる。移動体における把持アームの並び方向の寸法の増大を抑制し、工具マガジンの備える把持アームの数を多くすることができる。 In one embodiment of the present disclosure, the predetermined distance between the gripping arms held by each moving body of the tool magazine is shorter than the length of the link connecting the moving bodies in the arrangement direction of the gripping arms. This makes it possible to reduce the distance between the gripping arms within the moving body and prevent interference between the gripping arms of adjacent moving bodies on the movement path. This makes it possible to suppress an increase in the dimension of the gripping arms of the moving body in the arrangement direction and to increase the number of gripping arms provided in the tool magazine.
本開示の一態様に係る工具マガジンは、前記レールは、互いに対向する二つの第一直線部と、前記第一直線部に直交する方向において互いに対向する二つの第二直線部と、前記第一直線部及び第二直線部の端部を連結する曲線状の曲線部とを有する。 In one embodiment of the tool magazine disclosed herein, the rail has two first straight sections that face each other, two second straight sections that face each other in a direction perpendicular to the first straight sections, and a curved section that connects the ends of the first and second straight sections.
本開示の一実施形態においては、レール形状を角部が曲線状に形成された角丸長方形状にすることにより、同一の全長・全幅を有する長円形状又は楕円形状等に比べてレールの周長(移動経路距離)が長くなる。故に、工具マガジンの大型化を抑制し、レールを移動する移動体、及び移動体の把持アームの数を多くすることができる。把持アーム間の間隔がリンクの長さよりも短いので、移動体同士が第一直線部又は第二直線部と、曲線部との連結部付近で最接近する場合においても、隣り合う把持アーム同士が干渉することなく円滑に循環することができる。 In one embodiment of the present disclosure, the rail is shaped like a rounded rectangle with curved corners, which makes the circumference of the rail (travel path distance) longer than an oval or elliptical shape with the same overall length and width. This prevents the tool magazine from becoming too large, and allows for a greater number of moving bodies that move along the rail and a greater number of gripping arms for the moving bodies. Because the distance between the gripping arms is shorter than the length of the link, even when the moving bodies are closest to each other near the connection between the first straight section or the second straight section and the curved section, the adjacent gripping arms can circulate smoothly without interfering with each other.
本開示の一態様に係る工具マガジンは、前記把持アームは、一端に工具を把持する把持部を有する一対の支持桿と、前記支持桿の他端の間に設けられる付勢部材とを備え、前記付勢部材は、各支持桿の把持部が接近する方向に各支持桿を付勢する。 In one embodiment of the tool magazine disclosed herein, the gripping arm includes a pair of support rods having gripping portions at one end for gripping a tool, and a biasing member provided between the other ends of the support rods, and the biasing member biases each support rod in a direction in which the gripping portions of each support rod approach each other.
本開示の一実施形態においては、一対の支持桿からなる把持アームは、支持桿の他端の間に付勢部材を備え、付勢部材の付勢力によって工具を把持する。故に、支持桿の長手方向に直交する方向において、把持部内に付勢部材を設けるよりも、把持部の長さを短くすることができる。その結果把持アームの幅を短くすることができるので、レールに配される把持アームの数をより多くすることができる。 In one embodiment of the present disclosure, a gripping arm consisting of a pair of support rods has a biasing member between the other ends of the support rods, and grips a tool by the biasing force of the biasing member. Therefore, the length of the gripping section can be made shorter in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the support rods than if a biasing member were provided inside the gripping section. As a result, the width of the gripping arm can be made shorter, and therefore a greater number of gripping arms can be arranged on the rail.
本開示の一態様に係る工作機械は、上述のいずれかに記載の工具マガジンと、工具を装着する主軸とを備え、前記レールは前記主軸を囲む。 A machine tool according to one aspect of the present disclosure includes a tool magazine as described above and a spindle on which tools are attached, and the rail surrounds the spindle.
本開示の一実施形態においては、上述の工具マガジンと同様な作用効果を生じる。 In one embodiment of the present disclosure, the same effect as the tool magazine described above is achieved.
本開示の一態様に係る工具マガジン及び工作機械にあっては、把持アームの数を多くし、且つ工具マガジンの大型化を抑制できる。 In the tool magazine and machine tool according to one aspect of the present disclosure, the number of gripping arms can be increased while preventing the tool magazine from becoming too large.
以下本発明を実施の形態に係る工作機械を示す図面に基づき説明する。以下の説明では、図に示す上下前後左右を使用する。 The present invention will be described below with reference to the drawings showing a machine tool according to an embodiment of the invention. In the following description, the directions up, down, front, back, left and right shown in the drawings will be used.
図1の如く、工作機械100は、基台10、主軸ヘッド20、工具マガジン30等を備える。
As shown in FIG. 1, the
基台10は矩形であり、前後に延びる。ワーク保持部11は、基台10の上部前側に設ける。ワーク保持部11は加工対象であるワークを保持する。ワーク保持部11は、上下に延びたC軸周りに回転可能である。支持台12は基台10上部の後側に設ける。支持台12上面に、X軸方向移動装置14が設けてある。X軸方向移動装置14は、左右方向(X軸方向)に移動可能である。Y軸方向移動装置15は、X軸方向移動装置14の上部に設ける。Y軸方向移動装置15は、コラム13を前後方向(Y軸方向)に移動可能に支持する。Z軸方向移動装置16は、コラム13の前面に設ける。Z軸方向移動装置16は、主軸ヘッド20を上下方向(Z軸方向)に移動する。
The
主軸ヘッド20は、上下に延びる主軸21を備える。主軸21は軸回りに回転する。主軸21の下端部は工具を装着する。主軸モータ22は主軸ヘッド20の上端部に設ける。主軸21及び工具は、主軸モータ22の回転で回転する。回転した工具はワーク保持部11で保持したワークを加工する。
The
図4~図7を用いて工具マガジン30の説明をする。工具マガジン30は、レール部31、チェーン部32、及びマガジン駆動部33を備える。工具マガジン30は、マガジン駆動部33の駆動により、チェーン部32をレール部31に沿って移動させる。
The
レール部31は、二つの支持梁311、レール台312、及びレール313を備える。支持梁311は、直角三角形状をなす板状の構造部材である。支持梁311の斜辺は上側配置してある。支持梁311の斜辺は、前方に向かうに従って下降するように傾斜する。支持梁311は、コラム13の左右に片持ちに固定してある。支持梁311は、コラム13の左右に固定した部分から主軸ヘッド20の両側部分まで延びる。支持梁311の上側端面は、前方下方から後方上方へ、水平面から略30度傾斜する。
The
レール台312は、平面視角丸長方形(矩形)であり、前後に延びる。レール台312は、支持梁311の斜辺に固定され、コラム13及び主軸21の周りを囲む。レール台312は、水平面から略30度傾斜する。レール台312の前方下端部の中央部に、工具と主軸21との位置を整合させる位置決め機構314を設けてある。レール台312の下端部の中央部が、工具の交換位置に位置する。
The
レール313はレール台312上部に設け、無端状の軌道を形成する。レール313は、平面視角丸長方形であり、略矩形状の断面を有する。レール313は、互いに対向する二つの第一直線部313aと、互いに対向する二つの第二直線部313bとを有し、第一直線部313a及び第二直線部313bの端部を曲線部313cが連結する。二つの第一直線部313aは夫々、主軸ヘッド20の前後に設け、左右方向に直線状に延びる。二つの第二直線部313bは夫々、主軸ヘッド20の左右に設け、前後方向、即ち左右方向に直交する方向に直線状に延びる。レール台312及びレール313は、第一直線部313aが主軸21の軸方向に直交する方向に平行し、且つ第一直線部313aの長手方向中心と主軸21の軸心とが一致するよう配置してある。
The
取付台315は、レール台312の後部内側に設ける。取付台315の上側にマガジン駆動部33が取り付けてある。マガジン駆動部33は、モータ331及びギア332を備える。ギア332の軸心は、支持梁311の斜辺に略直角である。ギア332は、チェーン部32に噛合する。モータ331が回転し、チェーン部32及び複数の把持アーム36が回転する。
The mounting
レール313に沿ってチェーン部32が設けてある。チェーン部32は、複数の移動体34、複数のリンク35及び複数の把持アーム36を備える。リンク35は、細長い略長方形の板状である。即ち、リンク35は直線状に延びる。リンク35は、隣り合う移動体34を連結する。複数の移動体34及びリンク35は無端状のチェーンを形成する。
A
図6及び図7の如く、移動体34は、基板341、二つの内側ローラ342、二つの外側ローラ343、二つのベアリング344及び二つの連結軸体345を備える。基板341は、左右方向に延びる平面視略矩形の板状である。二つの内側ローラ342は、基板341の下面後長辺部に設けてある。二つの内側ローラ342は、長手方向、即ち左右方向に沿って一列に並ぶ。二つの外側ローラ343は、基板341の下面前長辺部に設けてある。二つの外側ローラ343は、長手方向に沿って一列に並ぶ。内側ローラ342及び外側ローラ343の回転軸は、基板341に直角である。
6 and 7, the moving
二つの連結軸体345は、基板341の上面両端部に設ける。二つの連結軸体345は、左右方向に沿って一列に並ぶ。連結軸体345の軸心は、基板341の上面に直角である。図5の如く、リンク35の長手方向における両端部は夫々、連結軸体345を介して隣り合う移動体34に回転可能に連結してある。連結軸体345の周りに、ベアリング344が回転可能に設けてある。ベアリング344の回転軸は、基板341の上面に直角である。二つの把持アーム36は、基板341の下面両端部に取り付けてある。二つの把持アーム36は、基板341の左右方向に所定間隔を隔てて一列に並ぶ。
Two connecting
図8の如く、A点は内側ローラ342の軸心を示し、B点は外側ローラ343の軸心を示し、C点は連結軸体345の軸心を示す。A点二箇所の前後方向の位置は一致する。B点二箇所の前後方向の位置は一致する。C点二箇所の前後方向の位置は一致する。内側ローラ342の軸心間の距離L1は、外側ローラ343の軸心間の距離L2よりも短い。
As shown in FIG. 8, point A indicates the axis of the
また、後述するように、把持アーム36は、工具ホルダを把持する下部先端がアーム枢軸368の軸心回りに揺動することにより工具を交換する。一の移動体34において、上述したアーム枢軸368の軸心方向、内側ローラ342の軸心間を結ぶ直線方向、外側ローラ343の軸心間を結ぶ直線方向及び連結軸体345間の軸心間を結ぶ直線方向は全て平行である。
As described below, the
レール313の上側に、基板341の下面を配置する。内側ローラ342は、レール313の内周側面に回転可能に接触する。外側ローラ343は、レール313の外周側面に回転可能に接触する。基板341のベアリング344がギア332と噛合し、ギア332の回転に連動して移動体34がレール313に沿って移動する。ベアリング344は、ギア332と噛み合い回転することで、摩擦・摩耗を低減する。ギア332との噛合部品としてベアリング344を用いるため、ピンを用いる場合に比べて径を大きくし、より大きな荷重を受けることができる。径の小さいピンを使用する場合、多数のピンが必要となるが、ベアリング344を用いることによって部品点数を抑制できるので、製造コストの低減につながる。また、内側ローラ342の軸心間の距離L1を外側ローラ343の軸心間の距離L2よりも短くしてあることで、レール313の直線部分及び曲線部分で生じる、各ローラとレール313とのがたつきを抑える。
The lower surface of the
以下の説明では、前側の第一直線部313aに位置する把持アーム36を例とし、図に示す上下前後左右を使用する。図7及び図9の如く、把持アーム36は、前述した基板341に取り付ける取付板361を備える。取付板361の下部に延伸部362が設けてある。延伸部362は上下方向に延び、下端部は後方に折れ曲がる。延伸部362の上下方向中途部に、把持アーム36と主軸ヘッド20との位置を整合させるための位置決めピン363が設けてある。
In the following explanation, the
延伸部362の下端の左右両側面に、後述する支持桿369の揺動を案内する二つの案内板365が夫々固定してある。二つの案内板365は、互いに対向する。側面視において、案内板365は、上端部を要として下方に広がる略三角形状をなす。案内板365の上端部には、後述するアーム枢軸368を挿入するアーム軸孔366が設けてある。
Two
両案内板365の間に、略上下方向に延びる支持板367が設けてある。支持板367の上部の左右後側に、二つのカムフォロワ364が設けてある。支持板367の下端部は、後方に突出するよう湾曲している。下端部の後縁部分は、前側に向けてくぼんだ平面視円弧状をなす。支持板367の上端部にアーム枢軸368を固定してある。アーム枢軸368の両端部は、各案内板365のアーム軸孔366に揺動可能に挿入してある。なお把持アーム36は、アーム枢軸368がレール313の軌道に沿うよう、移動体34に取り付けてある。
Between the two
支持板367の下端部の左右両側面に、夫々溝Xが形成されている。溝Xは前後方向に延びる。各溝Xに、第一支持桿369a及び第二支持桿369bが挿入されている。第一支持桿369a及び第二支持桿369bは、一対の支持桿369を構成する。第一支持桿369a及び第二支持桿369bは前後方向に延びる。第一支持桿369a及び第二支持桿369bの前部は、溝Xよりも前側に突出する。第一支持桿369a及び第二支持桿369bの後部は、溝Xよりも後側に突出する。第一支持桿369aの前後方向中途部は、上下方向を軸方向とした枢軸369cを介して、支持板367の後方に連結する。第二支持桿369bの前後方向中途部は、上下方向を軸方向とした枢軸369dを介して、支持板367の後方に連結する。
A groove X is formed on each of the left and right side surfaces of the lower end of the
第一支持桿369aにおける枢軸369cよりも後側の部分は、支持板367の円弧状に沿って左側に突出するように湾曲する。第二支持桿369bにおける枢軸369dよりも後側の部分は、支持板367の円弧状に沿って右側に突出するように湾曲する。第一支持桿369a及び第二支持桿369bの後端部の各先端(一端)部に、円筒状の把持部369eが設けてある。各把持部369eは、左右方向、即ち前記アーム枢軸368と同方向を軸方向とする。
The portion of the
各把持部369eから、軸方向に把持ピン369fが突出する。両把持ピン369fは、先端面が互いに対向する。把持ピン369fの先端面は、外向きに突出した曲面状をなす。把持ピン369fは、工具ホルダを把持する。工具ホルダは上下方向を軸方向とした筒状をなし、工具は工具ホルダに嵌合している。工具ホルダの外周に溝が形成してある。両把持ピン369fの間に工具ホルダを挿入した場合、把持ピン369fは前記溝に係止し、工具ホルダ及び工具を把持する。
A
第一支持桿369a及び第二支持桿369bの各前端(他端)部に、バネ座369gが設けてある。二つのバネ座369gは円板状をなし、左右方向に対向する。二つのバネ座369gの間に押しばね369hが設けてある。押しばね369hは、二つのバネ座369gを、二つのバネ座369gが左右方向にて相互に離れるように付勢し、両把持ピン369fを、両把持ピン369fの先端面が相互に接近する方向に付勢する。押しばね369hは付勢部材の一例であり、押しばね369hに代えて、ゴムを使用してもよい。
A
前述したように、第一支持桿369a及び第二支持桿369bは、後端部に把持ピン369fを、前端部に押しばね369hを備える。把持部369eの内部に押しばね369hを設け、該押しばね369hが把持ピン369fを付勢する場合に比べて、把持部369eの長さを短くできる。両把持ピン369fの先端面間の寸法を低減することなく、把持アーム36の移動方向における寸法を小さくできる。
As described above, the
図10及び図4を用いて第一直線部313aの長さ、把持アーム36間の所定間隔、及びリンク35の長さについて説明する。移動体34に並べた二つの把持アーム36間の間隔L3は、リンク35の長さL4よりも短い。間隔L3は、隣り合う把持アーム36の移動方向における中心部間の間隔とする。リンク35の長さL4は、リンク35の両端部における連結軸体345の軸心間の長さとする。
The length of the first straight portion 313a, the predetermined distance between the gripping
間隔L3とリンク35の長さL4とが同じである場合を考える。より多くの把持アーム36を連結するために間隔L3を小さくすると、第一直線部313a又は第二直線部313bと曲線部313cとの連結部付近で隣り合う移動体34が最接近する際に、隣り合う把持アーム36同士が干渉する。本実施形態においては、間隔L3をリンク35の長さL4よりも短くし、工具マガジン30の大型化を抑制し、且つ把持アーム36同士の干渉を抑制し、チェーン部32の保持する把持アームの数を多くできる。
Consider a case where the interval L3 and the length L4 of the
また、レール313における第一直線部313aの長さL5は、移動体34における両端の把持アーム36間の間隔L6の2倍以上である。図10では、移動体34は二つの把持アーム36を備え、間隔L3=間隔L6である。把持アーム36は、移動方向に整列した状態でレール313に沿って移動し、工具を主軸21下方の交換位置に割り出す。交換位置は、主軸21の軸方向に直交する方向に延びる前側の第一直線部313aの中央、即ち前側の第一直線部313aの左右方向中央に位置する。主軸21が下降した場合、主軸21は交換位置に位置する工具ホルダ及び工具を装着する。L5≧L6×2であれば、移動体34におけるいずれの把持アーム36が交換位置に位置する場合でも移動体34の一部が曲線部313cに重ならず、主軸21に対し移動体34の姿勢を真っ直ぐに維持できる。故に、装着対象となる工具を把持する把持アーム36と、主軸21とが正対し、円滑に工具を装着できる。
In addition, the length L5 of the first straight portion 313a of the
なお一の移動体34における把持アーム36の数は三つ以上でもよい。この場合、移動体34の左右方向の寸法が大きくなるので、ギア332のピッチに合わせて、三つ以上のベアリング344を設けてもよい。
The number of
図11の上側に、角丸長方形状を有する本実施の形態のレールを示す。図11の下側に、長円形状を有する比較例のレールを示す。レールの全長及び全幅が同じ場合、実施例の方が比較例よりもレールの周長(移動経路距離)が長くなる。具体的な数値を当てはめて計算した例で説明する。レールの全長を1055mm、全幅を612mmとする。計算によれば、比較例では周長が2807mmに対し、実施例では周長が2950mmとなる。長円形状等に比べて角丸長方形状のレールを使用することで、レールの大型化を抑制し、周長を大きくでき、工具マガジン30の備える把持アーム36の数を多くできる。
The upper side of FIG. 11 shows the rail of this embodiment, which has a rounded rectangular shape. The lower side of FIG. 11 shows the rail of the comparative example, which has an oval shape. When the overall length and overall width of the rail are the same, the circumference (travel path distance) of the rail in the embodiment is longer than that of the comparative example. An example calculated by applying specific numerical values will be described. The overall length of the rail is 1055 mm, and the overall width is 612 mm. According to the calculation, the circumference of the comparative example is 2807 mm, while the circumference of the embodiment is 2950 mm. By using a rail with rounded rectangular corners rather than an oval shape, etc., it is possible to prevent the rail from becoming large, increase the circumference, and increase the number of
今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered limiting. The technical features described in each embodiment can be combined with each other, and the scope of the present invention is intended to include all modifications within the scope of the claims and equivalents to the scope of the claims.
100 工作機械
21 主軸
30 工具マガジン
313 レール
313a 第一直線部
313b 第二直線部
313c 曲線部
34 移動体
35 リンク
36 把持アーム
369 支持桿
369e 把持部
369h 押しばね(付勢部材)
100
Claims (4)
前記移動体には、工具を把持する複数の把持アームが一列に並べてあり、
同一の前記移動体において隣り合う前記把持アーム間の移動方向における中心部間の間隔は前記リンクの長さよりも短い
工具マガジン。 In a tool magazine, a plurality of movable bodies are connected endlessly via linear links and move along a rail,
The movable body has a plurality of gripping arms arranged in a line for gripping tools,
A tool magazine , wherein a distance between centers of adjacent gripping arms in the moving direction of the same moving body is shorter than a length of the link.
請求項1に記載の工具マガジン。 2. The tool magazine according to claim 1, wherein the rail has two first straight portions opposed to each other, two second straight portions opposed to each other in a direction perpendicular to the first straight portions, and a curved portion connecting ends of the first straight portions and the second straight portions.
前記付勢部材は、各支持桿の把持部が接近する方向に各支持桿を付勢する
請求項1又は請求項2に記載の工具マガジン。 The gripping arm includes a pair of support rods each having a gripping portion at one end for gripping a tool, and a biasing member provided between the other ends of the support rods,
The tool magazine according to claim 1 or 2, wherein the biasing member biases each of the support rods in a direction in which the gripping portions of the support rods approach each other.
工具を装着する主軸と、
を備え、
前記レールは前記主軸を囲む
工作機械。 A tool magazine according to any one of claims 1 to 3;
A spindle on which tools are attached;
Equipped with
The rail surrounds the spindle of the machine tool.
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