JP3761545B2 - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の自動工具交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工具交換を行った場合、工作機械の主軸に工具ホルダが正確に装着されることによって、被加工物の加工精度が維持される。しかしながら、主軸と工具ホルダとの接合部に切粉等の異物が付着していて、工具ホルダが正確に主軸に装着されない場合があり、加工精度に悪影響を及ぼす場合がある。そのため、工具交換時等において、主軸と工具ホルダの接合部である主軸テーパ穴の接合面及び／又は工具ホルダの接合面をエア等の流体によって切粉等を除去し清掃する方法が取られている。
【０００３】
工具ホルダのテーパ部と嵌合する主軸側のテーパ部にエアノズルを開口させておき、工具ホルダを主軸側テーパ部から離脱させる際、又は新工具を主軸に装着する際に、加圧エア源から主軸側に設けられたエア孔及びエアノズルを介して加圧エアを工具ホルダと主軸テーパ穴の各接合面に供給して、工具ホルダ及び主軸側の嵌合面のテーパ部に付着した切粉等をエアで除去し清掃するようにしたものが知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
又、工具交換と同様な動作を行って、工具交換アームでブラシ等の清掃具を把持して主軸のテーパ穴にこの清掃具を嵌合させて、主軸のテーパ穴を清掃するようにしたものも知られている（特許文献４）。
さらに、工具ホルダを、エア通路及び主軸のテーパ穴との装着面にエア噴出口を備えた工具ホルダとし、工具交換動作を行う交換アームには工具把持部がツイン形で設けられ、工具交換時には、交換アームの２つの工具把持部で、主軸に装着されている工具ホルダとマガジンポットに装着されている工具ホルダを把持し、この工具把持部で工具ホルダを把持した際、交換アームに設けられているエア通路と工具ホルダのエア通路を連結しエアを供給し、工具ホルダの抜き取りが開始されると、エアが主軸テーパ穴と工具ホルダのテーパ部間の間隙から噴出し塵埃を吹き飛ばし、清掃する。同様にマガジンポットも清掃される。その後、新たな工具ホルダ主軸に装着する際にも、同様に清掃がなされるようにしたものも知られている（特許文献５）。
また、自動工具交換装置として、主軸の回転を減速機構を介して工具を保持するタレットに伝達し、タレットを回転させて工具を選択する工具割出し手段を備え、また、主軸頭の上下動作によって、工具ホルダを主軸のテーパ部に嵌合させるようにしたものが知られている（特許文献６）。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭５２−４９５７９号公報
【特許文献２】
特公昭４７−４６７０５号公報
【特許文献３】
特許第２５０３１７０号公報
【特許文献４】
特開平９−２９５７７号公報
【特許文献５】
特許第３２０３５９８号公報
【特許文献６】
特許第２５３５４７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
工具交換時にエアを用いて、主軸と工具ホルダの嵌合部である、主軸テーパ穴及び工具ホルダのテーパ部を清掃する方法は上述したようによく知られている。しかし、特許文献１〜３に記載されているような清掃方法は、主軸にエア通路を設けて、該エア通路を介して設けた主軸テーパ穴に噴出させる必要があり、主軸にエア通路を加工しなければならず、主軸の製造が困難となるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献４に記載されたような特別な清掃具を設ける場合には、このような清掃具を新たに作成する必要があると共に、工具交換時に清掃具と主軸テーパ穴との嵌合、清掃動作を行い、その後、新たな工具と清掃具とを交換するという操作が必要となり、一連の工具交換動作に対応する清掃動作を必要とし、その分、工具交換に時間を要し作業効率を悪くする。
【０００７】
さらに、特許文献５に記載されているような、工具ホルダにエア通路を設けて、工具交換時にこのエア通路を介して主軸テーパ穴と工具ホルダのテーパ部間のギャップにエアを噴出させて切粉等を吹き飛ばし清掃する方法では、工具ホルダにエア通路等を設けねばならず、工具ホルダを高価なものにする。また、既存の工具ホルダにはこのエア通路が設けられていないので、既存の工具ホルダには適用ができない。
【０００８】
そこで、本発明は、前述した特許文献６に記載された主軸の回転によって工具選択を行う工具割出し手段を備える工具交換装置に適用し、主軸における工具ホルダとの接合面を簡単な構成で清掃できる自動工具交換装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主軸回転を用いて工具選択を行う工具割出し手段を有する自動工具交換装置において、該自動工具交換装置に主軸の工具ホルダと接合する面へ主軸外部から流体を吐出する手段を付加し、自動工具交換動作中の工具選択時に、前記流体吐出手段により流体を吐出して主軸の工具ホルダと接合する面の清掃を行うようにした。自動工具交換動作中には主軸が回転駆動されるから流体を吐出する手段から吐出した流体は、主軸の工具ホルダと接合する面の全周にわたって当たり清掃することになる。
また、前記工具割出し手段で工具を備えていない個所を選択して、主軸外部から主軸へ流体を吐出すると共に主軸回転を行い、主軸の洗浄を行うようにもした。さらに、主軸に装着されようとする前記工具ホルダの状態に対して該工具ホルダの主軸と接合する面に向けて流体を吐出する流体吐出手段を含むものとし、工具ホルダの主軸との接合面に対しても清掃するようにした。また、主軸に装着された工具ホルダまでの距離を測定する距離センサを前記流体吐出手段と共に設け、該流体吐出手段には、前記距離センサで距離を測定する工具ホルダの面に流体を吐出し清掃する流体吐出手段をも含むようにした。これにより清掃された工具ホルダ面を計測するから、正確な計測ができ、主軸に工具ホルダが正確に装着されているか否かを正確に検出することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の自動工具交換装置の一実施形態の要部説明図である。この実施形態は、前述した特許文献６に記載された自動工具交換装置に流体吐出手段としてのマニホールド４とノズル部５及び該流体吐出手段のマニホールド４にクーラント液等の流体を供給する管７を付加している点で相違するだけで、他は特許文献６に記載された自動工具交換装置と同一である。まず、この自動工具交換装置のすでに公知の部分について、その概要を説明する。
【００１１】
この実施形態の自動工具交換装置は、腕部材１１、外周に複数のグリッパ２ｂを有し該グリッパ２ｂで工具ホルダ１ａを保持するタレット２、該タレット２の背面に固定されたクランク１２、主軸頭に固定された第１、第２のカムＣｓ，ＣＬ、第１のカムＣｓに協働してタレット２をスイングさせるクランク１２に設けられたスイングローラ１２ａ、クランク１２と回転軸１３で連結されたリフトスライダ１４、該リフトスライダ１４に連結されたリフトリンク１５、該リフトリンク１５にピン１６で取り付けられた回転軸１７を中心に回動する２つの腕部材１８ａ，１８ｂを有するリフトレバー１８、該リフトレバー１８の腕部材１８ｂに設けられた第２のカムＣＬと係合するリフトローラ１８ｃ、さらに、タレット２には、主軸３に設けられた主軸ギア３ｂと噛み合うタレットギア２ａ、タレットギア２ａの回転を減速してタレット２に伝達し回転させる減速装置９等で構成されている。また、このタレット２、タレットギア２ａ、減速装置９で工具割出し手段を構成している。
【００１２】
工具交換指令に基づいて、主軸頭１０が上動して、Ｚ軸の原点位置に停止し、該位置で主軸のオリエンテーションが実施され、オリエンテーション終了後、さらに主軸頭１０は上昇し、この上昇動作により、スイングローラ１２ａと第１のカムＣｓによって、タレット２は反時計回りにスイング動作をして、主軸３に装着されている工具１の工具ホルダ１ａの溝にタレット２の外周に配置されたグリッパ２ｂが係合する。さらに、主軸頭１０が上動して、図１に示すように、工具ホルダ１ａを主軸３から抜き取る。主軸頭１０の上昇動作終了時、主軸ギア３ｂとタレットギア２ａが係合し、この状態で主軸３が回転して、所望の工具１の割出が実行される。すなわち、主軸回転により、主軸ギア３ｂが回転し、該主軸ギア３ｂと噛み合うタレットギア２ａが回転し、この回転が減速装置９で減速されてタレット２を回転させて、所望の工具（工具ホルダ）１を得るためのタレット位置が割り出される。図１は、この所望の工具ホルダ１ａを割り出した状態をも示している。こうして、所望の工具ホルダ１ａが選択された後、主軸頭１０が下降動作を行うことにより、主軸ギア３ｂとタレットギア２ａのかみ合いが解かれ、工具ホルダ１ａが主軸テーパ穴３ａに装着され、グリッパ２ｂが工具ホルダ１ａから退避する。この主軸頭１０の下降動作により、前述した主軸頭１０の上動動作とは逆の順序で各動作が行われる。
【００１３】
以上は、従来の自動工具交換装置の構成と工具交換動作である（より詳細については特許文献６参照）。本発明は、さらに流体吐出手段を設けて、この工具交換時に、工具ホルダ１ａと主軸３の嵌合部である主軸テーパ穴３ａを洗浄するようにしたものである。図１に示す実施形態では、主軸頭１０に取り付けた流体吐出手段を構成するノズル部５を有するマニホールド４を設け、ノズル部５から管７によって供給されるクーラント液を主軸テーパ穴３ａの工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂとの接合面に吐出し、該接合面を清掃すると共に、工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂもこのノズル部５から吐出されるクーラント液で洗浄するようにしたものである。
【００１４】
図２は、主軸３の先端とマニホールド４及びノズル部５の側面図である。また、図３は、図２における下方から見た底面図である。この実施形態においては、マニホールド４のノズル部５には、工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂと接合する主軸テーパ穴３ａの接合面を洗浄するための１対の主軸テーパ穴洗浄ノズル５ｃ，５ｃ、２面拘束ツーリングの使用にも対応できるように、主軸端面を洗浄するための一対の主軸端面洗浄ノズル５ｂ，５ｂ、さらに、主軸３に装着された工具ホルダ１ａの姿勢を検出する距離センサ６、該距離センサ６で測定する工具ホルダ１ａの検出面を洗浄するための一対の工具ホルダ検出面洗浄ノズル５ａ，５ａ、また、工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂを洗浄するための一対の工具ホルダ洗浄ノズル５ｄ，５ｄを備えている。
【００１５】
各ノズル５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄには、管７を介して供給されるクーラント液の流路孔８が接続され、各ノズルにクーラント液が供給されるようになっている。図２，図３に示すように、主軸テーパ穴洗浄ノズル５ｃ，５ｃから吐出されたクーラント液は、主軸テーパ穴３ａの工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂと接合する面に当たるように該ノズル５ｃ，５ｃの向きが設定されている。また、主軸端面洗浄ノズル５ｂ，５ｂは、工具ホルダ１ａの端面が接合する主軸３の端面に吐出したクーラント液が当たるようにノズルの向きが形成されている。
【００１６】
工具ホルダ洗浄ノズル５ｄ，５ｄの向きは、図４に示すように、工具ホルダ１ｂが主軸３から抜き取られた状態、及び、工具ホルダ１ｂを主軸３のテーパ孔３ａに挿入嵌合させる直前の状態で、工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂに吐出したクーリング液が当たるようにされている。
【００１７】
そこで、工具交換指令により、主軸頭１０が上昇し、前述したように、主軸３の位置決め・Ｚ軸原点への移動がなされ、さらに主軸頭１０が上昇して、タレット２の外周に配置されたグリッパ２ｂが主軸３に装着されている工具ホルダ１ａを保持し、工具ホルダ１ａをアンクランプして工具ホルダ１ａを引き抜き、さらに、主軸ギア３ｂとタレットギア２ａが噛み合う状態にする。そして次に主軸３に装着する工具ホルダ１ａを選択するために主軸３を回転させて工具割出作業を開始するとともに、クーラント液の吐出を開始する。
【００１８】
主軸３の回転により主軸ギア３ｂ、タレットギア２ａ及び減速装置９を介してタレット２は回転を開始する。主軸３の回転に対してタレット２は、減速されて回転するものであるから、工具選択がタレット２の工具選択最小単位の回転で工具が選択されたとしても、主軸３の回転は１回転以上となる。そして、主軸３の回転と同時にクーラント液が各ノズルから吐出されることになるから、主軸テーパ穴洗浄ノズル５ｃ，５ｃ及び主軸端面洗浄ノズル５ｂ，５ｂから吐出されるクーラント液は、主軸テーパ穴３ａのテーパ面及び主軸端面の全周に当たり洗浄、清掃することになる。
【００１９】
また、工具選択のために主軸３が回転されると同時にクーラント液が各ノズルに供給されるから、主軸３から抜かれた工具ホルダ１ａ、及び選択された工具ホルダ１ａを主軸テーパ穴３ａに挿入する前の工具ホルダ１ａの状態では、図４に示すようにクーラント液がこれら工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂに向けて吐出され、該テーパ部１ｂを洗浄、清掃することになる。すなわち、工具ホルダ１ａは、タレット２に格納する前と、主軸３に装着する前にクーラント液でそのテーパ部１ｂが洗浄され、切粉等が取り除かれることになる。
【００２０】
工具１が割り出されると、主軸３の回転を停止し、主軸頭１０を下降させて、主軸ギア３ｂとタレットギア２ａが噛み合いを解き、さらに、工具ホルダ１ａを主軸テーパ穴３ａに挿入し嵌合させて、工具ホルダ１ａをクランプする。この時点でクーラント液の供給を停止する。その後、グリッパ２ｂが工具ホルダ１ａから退避して工具交換動作は終了する。
【００２１】
以上のように、新たな工具１を選択し主軸３に装着する前の工具選択のために主軸３を回転させることを利用して、主軸テーパ穴３ａの工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂとの接合面及び工具ホルダ１ａの端面と接合する主軸端面に対して全周にわたって、クーラント液を吐出し、これらの面を洗浄する。また、工具ホルダ１ａを主軸３から抜き取るとき、工具ホルダ１ａを主軸３に装着するときの工具交換の動作中に工具ホルダ１ａのテーパ面に対してクーラント液を吐出することによって、この工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂを洗浄する。
【００２２】
その結果、主軸３と工具ホルダ１ａの接合面である主軸テーパ穴３ａ、及び工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂの面は切粉等の異物がクーラント液で除去され洗浄、清掃された後に主軸３と工具ホルダ１ａは嵌合されることになるから、正確に装着されることになる。
さらに、工具ホルダ１ａが主軸３に装着されるとき（及び抜き取られるとき）、工具ホルダ検出面洗浄ノズル５ａ，５ａから吐出されたクーリング液によって、距離センサ６によって距離が測定される工具ホルダ１ａの面も洗浄されることになる。そのため、工具ホルダ１ａを主軸３に装着した後、主軸３を１回転させ、距離センサ６で、該距離センサ６と工具ホルダ１ａの検出面間の距離を正確に測定するとき、測定検出面が洗浄されているから切粉等が付着しておらず、正確な測定が可能となる。これにより、工具ホルダ１ａが主軸テーパ穴３ａに正確に嵌合しているかを検出することができる。工具ホルダ１ａと主軸テーパ穴３ａとの接合が正常でないと、距離センサ６で測定される工具ホルダ１ａまでの距離は、主軸３の回転によって変動することになり、この変動値によって、工具ホルダ１ａが主軸３に正確に装着されているかを判別することができる。
【００２３】
上述した実施形態では、工具を交換する際に、主軸３と工具ホルダ１ａの接合面である主軸３のテーパ穴３ａ、工具ホルダ１ａのテーパ部１ｂをクーラント液で洗浄、清掃したが、タレット２に工具が装着されていない個所を選択し、工具交換動作をさせることによって、主軸３のテーパ穴３ａには工具ホルダ１ａが装着されない状態を形成し、主軸３を高速で回転させると共に、クーラント液を主軸テーパ穴洗浄ノズル５ｃ、主軸端面洗浄ノズル５ｂから吐出させることによって、主軸テーパ穴、及び主軸端面を洗浄、清掃するようにしてもよい。この場合、主軸が高速に回転されることによってクーラント液と主軸間の大きな速度差が生じこの速度差によって、高い洗浄効果が得られる。
なお、上述した各実施形態では、主軸テーパ穴３ａや工具ホルダ１ａを洗浄、清掃する手段としてクーラント液を用いたが、クーラント液に代えて、他の流体や加圧空気を用いてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、主軸回転を用いて工具選択を行う工具割出し手段を有する自動工具交換装置において、主軸近傍に流体吐出手段を設け、工具選択時に回転する主軸の工具ホルダが接合する面に流体を吐出しするようにしたから、工具ホルダが接合する面全体に吐出された流体が当たり、該面に付着している切粉等の異物を除去し洗浄、清掃する。単に流体吐出手段を設けるだけでよく、簡単で安価な構成で、効率のよい主軸と工具ホルダの接合面の洗浄、清掃ができる。
また、主軸に工具ホルダを装着せずに主軸を高速に回転させると共に、主軸の工具ホルダが接合する面に流体を流体吐出手段から吐出させ、吐出流体と主軸の速度差により、主軸の工具ホルダが接合する面を効率よく洗浄し、高い洗浄効果を得ることができる。
さらに、装着される工具ホルダの主軸との接合面に対しても流体吐出手段から流体を吐出させて、この接合面をも洗浄することができ、主軸と工具ホルダの接合面がより確実に洗浄、清掃されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動工具交換装置の一実施形態の要部説明図である。
【図２】同実施形態における主軸の先端とマニホールド及びノズル部の側面図である。
【図３】図２において下方から見た底面図である。
【図４】同実施形態において工具ホルダのテーパ部を洗浄する状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 工具
１ａ 工具ホルダ
１ｂ テーパ部
２ タレット
２ａ タレットギア
２ｂ グリッパ
３ 主軸
３ａ 主軸テーパ穴
３ｂ 主軸ギア
４ マニホールド
５ ノズル部
５ａ 工具ホルダ検出面洗浄ノズル
５ｂ 主軸端面洗浄ノズル
５ｃ 主軸テーパ穴洗浄ノズル
５ｄ 工具ホルダ洗浄ノズル
６ 距離センサ
９ 減速装置
１０ 主軸頭

Claims (4)

1. 主軸回転を用いて工具選択を行う工具割出し手段を有する自動工具交換装置において、主軸の工具ホルダと接合する面へ主軸外部から流体を吐出する手段を備え、自動工具交換動作中の工具選択時に、前記流体吐出手段により流体を吐出して主軸の工具ホルダと接合する面の清掃を行うことを特徴とした工作機械の自動工具交換装置。
2. 前記工具割出し手段で工具を備えていない個所を選択して、主軸外部から主軸へ流体を吐出すると共に主軸回転を行い、主軸の洗浄を行うことを特徴とした請求項１に記載の自動工具交換装置。
3. 前記流体吐出手段には、主軸に装着されようとする前記工具ホルダの状態に対して該工具ホルダの主軸と接合する面に向けて流体を吐出する流体吐出手段を含む請求項１に記載の工作機械の自動工具交換装置。
4. 主軸に装着された工具ホルダまでの距離を測定する距離センサを前記流体吐出手段と共に設け、該流体吐出手段は、前記距離センサで距離を測定する工具ホルダの面に流体を吐出し清掃する流体吐出手段をも含む請求項１乃至３の内何れか１項に記載の工作機械の自動工具交換装置。

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