特許 7324006 工作機械及び工具の交換方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-01

(45)【発行日】2023-08-09

(54)【発明の名称】工作機械及び工具の交換方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 3/157 20060101AFI20230802BHJP

   B23Q 11/08 20060101ALI20230802BHJP

   B23Q 1/01 20060101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

B23Q3/157 M

B23Q11/08 Z

B23Q1/01 H

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019007527

(22)【出願日】2019-01-21

(65)【公開番号】P2020116656

(43)【公開日】2020-08-06

【審査請求日】2021-12-16

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年１１月１日～１１月６日ＪＩＭＴＯＦ２０１８で公開

(73)【特許権者】

【識別番号】391003668

【氏名又は名称】トーヨーエイテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】荒井 成玄

(72)【発明者】

【氏名】大西 宏征

(72)【発明者】

【氏名】青木 省二

【審査官】増山 慎也

(56)【参考文献】

【文献】特公昭４７－０１４８７１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特公昭４７－０１４８７０（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開昭４９－０２６８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１２６９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２８３１６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ ３／１５７

Ｂ２４Ｂ ４５／００

Ｂ２３Ｑ １１／０８

Ｂ２３Ｑ １／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベッドと、
上記ベッドに対してＸ軸方向及びＺ軸方向にスライド移動可能な主軸台と、
自動工具交換装置と、
上記主軸台に設けられ、上記ベッドに対して水平に配置されて工具を回転可能に支持す
る主軸を備えた加工部と、
制御部とを備え、
上記Ｘ軸方向は、上記主軸の軸方向に垂直な水平方向であり、Ｚ軸は、上記主軸の軸方向であり、
上記自動工具交換装置は、
上記主軸台とは独立して設けられ、箱型のケーシングで覆われた自動工具交換装置本
体と、
上記ケーシングの内部に設けられ、上記自動工具交換装置本体に対してＸ軸方向にス
ライド移動可能なマガジン台と、
上記マガジン台に設けられ、複数の工具を脱着可能に保持し、回転可能且つ該マガジ
ン台に対してＺ軸方向にスライド移動可能なマガジンと、
上記自動工具交換装置本体に対し、上記主軸と平行なアーム回動軸を中心に回動可能
に設けられた１つのアームと、
上記アームの長手方向の異なる位置に設けられ、それぞれ工具を把持可能な第１ハン
ド及び第２ハンドとを有し、
上記制御部によって上記第１ハンド及び第２ハンドの一方が、上記主軸から第１工具
を掴んで取り外し、上記第１ハンド及び第２ハンドの他方が、上記第１工具とは別の第２
工具を上記第１工具が取り外された上記主軸に取り付けるように構成されており、
上記箱型のケーシングには、上記主軸台側に、上記制御部によって上記アームの回転動
作に合わせて開閉可能なシャッターが設けられている
ことを特徴とする工作機械。

【請求項2】

工作機械の制御部によって、
複数の工具を主軸台側に開閉可能なシャッターを有するケーシング内のマガジンに準備
し、
上記マガジンが主軸の軸方向に垂直な水平方向であるＸ軸方向及び／又は上記主軸の軸方向であるＺ軸方向に移動し、
上記ケーシング内のアームの第１ハンド及び第２ハンドの一方が、上記マガジンにある
第２工具を掴み、
上記シャッターを開き、
上記アームを回動させてアームの上記第１ハンド及び第２ハンドの他方で、ケーシング
外の主軸から第１工具を掴んで取り外し、
上記アームを上記Ｘ軸方向及びＺ軸方向にスライド移動させずに、ケーシング外の主軸
台をＸ軸方向及び／又はＺ軸方向にスライド移動させ、上記主軸を上記第１ハンド及び第
２ハンドの一方に近付け、
上記第１ハンド及び第２ハンドの一方が、上記第２工具を上記第１工具が取り外された
上記主軸に取り付け、
上記アームを回動させて、上記アームの上記第１ハンド及び第２ハンドの他方に掴んだ
第１工具を上記マガジンに戻し、
上記シャッターを閉じる
ことを特徴とする工具の交換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工具ホルダーや砥石を交換する自動工具交換装置を有する工作機械及び工具の交換方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、工具ホルダーや砥石を交換する自動工具交換装置として、２アーム方式、１アーム方式、マガジンダイレクト方式等の複数の方式が知られている（例えば、特許文献１～３）。例えば、これらの方式は、２アーム方式は工具交換時間が短く、１アーム方式は狭い空間に設置しやすく、マガジンダイレクト方式は安価である、というそれぞれの特徴がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－３５１５６０号公報

【文献】特開平０６-３３９８３１号公報

【文献】特開２０１２－１４８３８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の２アーム方式は、費用が高く、アームを揺動させるための広い空間が必要であるという問題がある。１アーム方式は、サイクル時間が長いという問題がある。マガジンダイレクト方式は、マガジンの位置など機械の動作範囲に制限がかかるという問題がある。

【0005】

一方、横形の内面研削盤は、ドレッサ、インプロセスゲージ、ローダ等で機内の空間が狭く、また、切り粉、砥粒の飛散が多いため、今まで、上記２アーム方式、１アーム方式、マガジンダイレクト方式等は採用されていない。

【0006】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、短い工具交換時間で、通常よりも狭い空間において自動で工具を交換できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、この発明では、１つのアームで２つの工具を掴めるようにした。

【0008】

具体的には、第１の発明では、回動可能な１つのアームと、
上記アームの長手方向の異なる位置に設けられ、それぞれ工具を把持可能な第１ハンド及び第２ハンドとを有し、
上記第１ハンド及び第２ハンドの一方が、主軸から第１工具を掴んで取り外し、上記第１ハンド及び第２ハンドの他方が、上記第１工具とは別の第２工具を上記第１工具が取り外された上記主軸に取り付けるように構成されている。

【0009】

上記の構成によると、１つのアームに２つのハンドを設けたので、アームを何度も回動させなくても、主軸の工具を自動で交換できる。このため、狭い空間且つ短い工具交換時間で、自動で工具を交換できる。

【0010】

第２の発明では、第１の発明において、
上記主軸と上記アームを回動可能に支持するアーム回動軸とは平行である。

【0011】

上記の構成によると、特に機内の空間が狭く、切り粉、砥粒の飛散が多い横形の内面研削盤であっても、短い工具交換時間で、通常よりも狭い空間において自動で工具を交換できるというメリットがある。

【0012】

第３の発明では、
ベッドと、
上記ベッドに対してスライド移動可能な主軸台と、
自動工具交換装置と、
上記主軸台に設けられ、工具を回転可能に支持する主軸を備えた加工部とを備え、
上記自動工具交換装置は、
自動工具交換装置本体と、
上記自動工具交換装置本体に対してスライド移動可能なマガジン台と、
上記マガジン台に設けられ、複数の工具を脱着可能に保持し、回転可能且つ該マガジン台に対してスライド移動可能なマガジンと、
上記自動工具交換装置本体に回動可能に設けられた１つのアームと、
上記アームの長手方向の異なる位置に設けられ、それぞれ工具を把持可能な第１ハンド及び第２ハンドとを有し、
上記第１ハンド及び第２ハンドの一方が、主軸から第１工具を掴んで取り外し、上記第１ハンド及び第２ハンドの他方が、上記第１工具とは別の第２工具を上記第１工具が取り外された上記主軸に取り付けるように構成されている。

【0013】

上記の構成によると、工作機械に、１つのアームに２つのハンドを有する自動工具交換装置を設けたので、アームを何度も回動させなくても、主軸の工具を自動で交換できる。このため、狭い空間且つ短い工具交換時間で、自動で工具を交換できる。

【0014】

第４の発明では、第３の発明において、
上記主軸は、上記ベッドに対して水平に配置され、
上記主軸と上記アームを回動可能に支持するアーム回動軸とは平行である。

【0015】

上記の構成によると、特に機内の空間が狭く、切り粉、砥粒の飛散が多い横形の内面研削盤であっても、短い工具交換時間で、通常よりも狭い空間において自動で工具を交換できるというメリットがある。

【0016】

第５の発明では、
複数の工具をマガジンに準備し、
アームの第１ハンド及び第２ハンドの一方が、上記マガジンにある第２工具を掴み、
上記アームを回動させてアームの上記第１ハンド及び第２ハンドの他方で、主軸から第１工具を掴んで取り外し、
上記第１ハンド及び第２ハンドの一方が、上記第２工具を上記第１工具が取り外された上記主軸に取り付け、
上記アームを回動させて、上記アームの上記第１ハンド及び第２ハンドの他方に掴んだ第１工具を上記マガジンに戻す。

【0017】

上記の構成によると、１つのアームに２つのハンドを設けたので、アームを何度も回動させなくても、２つのハンドを有する１つのアームを利用することで、狭いスペースで、主軸の工具を極めて効率よく自動で交換できる。

【発明の効果】

【0018】

以上説明したように、本発明によれば、短い工具交換時間で、通常よりも狭い空間において自動で工具を交換できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態に係る自動工具交換装置を有する内面研削盤を示す斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係る自動工具交換装置を有する内面研削盤を示す平面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る自動工具交換装置を有する内面研削盤を示す正面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る内面研削盤を用いた工具交換方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0021】

図１～図３は、本発明の実施形態の自動工具交換装置１０を含む内面研削盤１を示す。この内面研削盤１は、設置面に載置固定されるベッド２と、このベッド２に対してＸ軸方向及びＺ軸方向にスライド移動可能な主軸台３とを備えている。自動工具交換装置１０を含め内面研削盤１の全体がＣＰＵなどの制御部３０によって制御されるように構成されている。

【0022】

そして、内面研削盤１には、主軸台３に設けた工具５０を自動で交換するための自動工具交換装置１０が設けられている。自動工具交換装置１０には、主軸台３とは独立して設けた自動工具交換装置本体４が設けられている。自動工具交換装置本体４は、例えば、図示しない箱型のケーシングで覆われており、主軸台３側に開閉可能なシャッターが設けられている。このケーシング内には、自動工具交換装置本体４に対してＸ軸方向にスライド移動可能なマガジン台５が設けられている。

【0023】

上記主軸台３には、工具５０を回転可能に支持する主軸６ａを備えた加工部６が設けられている。具体的には、工具５０は、軸状のクイル８の先端に固定されており、そのクイル８が主軸用モータ６ｂの主軸６ａに回転一体に保持されるようになっている。主軸６ａは、ベッド２に対して水平に配置されている。そして、主軸台３が油圧駆動等により、ベッド２に対してＸ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれスライド移動可能となっていることから、結果として工具５０がＸ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれスライド移動可能となっている。

【0024】

上記マガジン台５には、複数の工具５０をクイル８と一体で脱着可能に保持し、回転可能な円板状のマガジン７が設けられている。マガジン７は、マガジン回転軸７ａ（Ｆ軸）を中心にマガジン用モータ７ｂによって回転可能に構成されている。そして、マガジン７は、マガジン支持部７ｃが油圧駆動等によりマガジン台５に対してＺ軸方向にスライド移動可能なことから、結果としてマガジン回転軸７ａを中心に回転移動可能且つＸ軸方向及びＺ軸方向にスライド移動可能となっている。

【0025】

自動工具交換装置１０は、自動工具交換装置本体４に回動可能に設けられた１つのアーム１１と、このアーム１１の長手方向の異なる位置に設けられ、それぞれ工具５０をクイル８ごと把持可能な第１ハンド１２及び第２ハンド１３とを有する。アーム１１は、アーム用モータ１１ｂのアーム回転軸１１ａ（Ｉ軸）を中心に回動可能に構成されている。そして、本実施形態では、主軸６ａとアーム１１を回動可能に支持するアーム回動軸１１ａとは平行である。

【0026】

第１ハンド１２及び第２ハンド１３は、例えばエアシリンダ１１ｃを伸縮させて開閉することで工具５０を把持及び解放可能なハンドロック式で構成されており、それらの一方が、主軸６ａから第１工具５０ａを掴んで取り外し、他方が、第１工具５０ａとは別の第２工具５０ｂを第１工具５０ａが取り外された主軸６ａに取り付けるように構成されている。この動作については、詳しくは後述する。なお、詳細な説明は省略するが、各動作は、それぞれの動作に対応して設けたセンサによって所定の位置で動作を正確に行うように制御部３０で制御されるように予めプログラムされている。

【0027】

－工具の交換方法－
次に、本実施形態に係る工具５０の交換方法について説明する。

【0028】

まず準備段階として、使用予定の複数の工具５０をクイル８ごとマガジン７に取り付けておく。初期段階では、主軸６ａに研削作業が終わった第１工具５０ａが取り付けられているものとする。以下の作業は、全て制御部３０によって予めプログラムされた制御手順に沿って自動で行われる。

【0029】

次いで、図４に示すように、研削加工中にステップＳ０１において、アーム１１の第２ハンド１３によってマガジン７にあった第２工具５０ｂを掴んで待機しておく。このため、この動作は、工具交換時間に含まれない。

【0030】

次いで、ステップＳ０２でシャッターを開く。

【0031】

次いで、ステップＳ０３において、アーム１１を回動させて加工部６の位置まで移動させる。

【0032】

次いで、ステップＳ０４において、アーム１１の第１ハンド１２で、主軸６ａから第１工具５０ａを掴んで取り外す。

【0033】

次いで、ステップＳ０５において、主軸台３をスライド移動させて主軸６ａを第２ハンド１３に近付け、第２工具５０ｂを第１工具５０ａが取り外された主軸６ａに取り付ける。

【0034】

次いで、ステップＳ０６において、アーム１１を回動させて、元にあった待機位置に戻し、シャッターを閉じる。加工機は、ここから、加工作業に入る。このため、工具交換時間が短くなる。

【0035】

次いで、ステップＳ０７において、マガジン台５をスライド移動させてアーム１１の第１ハンド１２に掴んだ第１工具５０ａを取り外してマガジン７に回収する。

【0036】

次いで、ステップＳ０８において、マガジン７をマガジン回転軸７ａを中心に回転させた後、マガジン台５をスライド移動させて次に使用する第２工具５０ｂを第２ハンド１３に再び把持させてアーム１１を待機位置に待機させ、終了する。この動作を工具５０を交換する度に制御部３０によって自動で行う。

【0037】

このように、本実施形態では、１つのアーム１１に２つのハンド１２，１３を設けたので、アーム１１を何度も回動させなくても、狭いスペースで、主軸の工具５０を極めて効率よく自動で交換できる。

【0038】

また、本実施形態のように、機内の空間が狭く、切り粉、砥粒の飛散が多い横形の内面研削盤１であっても、短い工具交換時間で、通常よりも狭い空間において自動で工具５０を交換できるという効果が顕著に発揮される。

【0039】

しかも、主軸６ａにおける工具５０の把持及び解放の工程において、アーム１１側を動かすのではなく、主軸台３側をＸ軸方向及びＺ軸方向に動かすようにしているので、従来よりある移動精度の高いクロスフィードを利用でき、部品点数が減ると共に、精密な位置制御を容易に行うことができる。

【0040】

したがって、本実施形態に係る自動工具交換装置１０によると、短い工具交換時間で、通常よりも狭い空間において自動で工具５０を交換できる。

【0041】

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0042】

すなわち、上記実施形態では、内面研削盤１は、主軸６ａが水平な、いわゆる横置き型内面研削盤であるが、主軸６ａが鉛直ないわゆる立形内面研削盤であってもよい。立形内面研削盤では、第１ハンド１２及び第２ハンド１３は、バネクランプで構成してもよい。また、本実施形態では、内面研削盤１に自動工具交換装置１０を設ける例を示したが、外面研削盤に自動工具交換装置１０を設けてもよい。

【0043】

さらに、上記実施形態では、第２ハンド１３に第２工具５０ｂを把持させた状態で待機させているが、第１ハンド１２に第２工具５０ｂを把持させて待機させておき、第２ハンド１３で主軸６ａの第１工具５０ａを回収するように構成してもよい。

【0044】

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

【符号の説明】

【0045】

１ 内面研削盤
２ ベッド
３ 主軸台
４ 自動工具交換装置本体
５ マガジン台
６ 加工部
６ａ 主軸
６ｂ 主軸用モータ
７ マガジン
７ａ マガジン回転軸
７ｂ マガジン用モータ
８ クイル
１０ 自動工具交換装置
１１ アーム
１１ａ アーム回動軸
１１ｂ アーム用モータ
１１ｃ エアシリンダ
１２ 第１ハンド
１３ 第２ハンド
３０ 制御部
５０ 工具
５０ａ 第１工具
５０ｂ 第２工具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】