JPH0744404Y2 - 加工機における工具挿着構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、切削加工あるいは研削加工等を行なう加工
機における工具の取付け構造で、特に工具交換作業の自
動化を可能とする工具挿着構造に関するものである。

従来の技術 工具架台に着脱可能に取り付けた工具ホルダを、軸線方
向に進退可能に設けられた一対のスピンドルの先端間で
挾圧保持するとともに、このスピンドルにより回転駆動
してワークの加工を行なう従来の装置としては、例えば
特開昭61−30309号公報に記載されたものがある。

これは、自動車のディファレンシャルギヤケースの内面
切削加工やナックルサスペンションの内幅加工等に適し
た内面加工装置で、カッタホルダに回転自在に保持した
カッタを、同一軸線上に進退可能に対向配置された一対
のスピンドルの先端間で挾圧保持するとともにこのカッ
タを回転駆動し、また、このカッタを保持したカッタホ
ルダを180度反転可能に支持して、カッタの両面を使用
できるように構成して、工具交換の頻度を低減できるよ
うにしている。

しかし、前述した内面加工を行なうのに適した従来の装
置の場合には、工具架台にカッタが固定されているた
め、異なる種類のワークを加工する時には、その都度、
カッタ交換を作業者が行なっており、多大な時間と手間
を要し、また装置の稼働率を低くする原因ともなってい
る。

また、切削加工を行なう場合には、右側面加工用と左側
面加工用の各工具をそれぞれについて荒加工用と仕上げ
加工用とを準備し、加工位置および加工の種類に応じて
工具を交換して使用するのが一般的であり、したがっ
て、工具交換の回数が多くなるという問題があった。

この問題に対しては、前述の特開昭61−30309号公報に
記載された装置においては、カッタホルダに回転自在に
取り付けるカッタとして、その一側面に荒加工用カッタ
を、他側面に仕上げ加工用カッタをそれぞれ形成する等
により、１個のカッタの両面を使用するようにして、カ
ッタホルダの交換頻度の低減およびカッタの長寿命化を
図っている。

考案が解決しようとする課題 しかし、前述した装置においては、工具を両面使用する
ために、この工具を180度反転させる機構として、ラッ
クアンドピニオン機構が用いられており、それに伴ない
工具の着脱をワーク側から行なわざるを得ず、工具の着
脱作業がさらに繁雑なものとなっている。

また、特にデファレンシャルギヤケース等の内面を加工
する装置等の場合には、工具を着脱する際に、ワークに
接触させないように工具をワークから回避させながら挿
着したり外したりする必要があるため、工具の装着経路
が複雑となるという問題があり、これが工具の交換作業
の自動化の障害となっている。

この考案は、上記の事情に鑑みなされたもので、形状の
異なる種類のワークに対しても工具交換を容易に行なえ
るようにするとともに、工具交換作業の自動化を可能と
することを目的としている。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための手段としてこの考案は、先端
に工具を取付けた工具ホルダを、一方向に往復動自在な
工具架台に着脱可能に取付けるとともに、その工具架台
の移動方向と平行に進退するスピンドルで前記工具を挟
持しかつ回転させて加工を行なう加工機において、前記
工具架台に、この工具架台を挟んでワークの反対側とな
る方向から工具を貫通させて保持する保持孔を形成する
とともに、その保持孔の奥側と手前側との二箇所に嵌合
受部を形成し、この奥側嵌合受部の内径を手前側嵌合受
部の内径より小径とするとともに両嵌合受部の中間部分
を大径中空部とし、さらに前記工具には、前記各嵌合受
部にそれぞれ密着嵌合する嵌合フランジ部を軸線方向に
互いに離隔した二箇所に形成したことを特徴としてい
る。

作用 上記のように構成することにより、先端に工具が取付け
られた工具ホルダを工具架台に挿着する際には、工具ホ
ルダを、工具架台を挟んでワークの反対側となる方向か
ら工具架台の保持孔に嵌挿し、その先端に取付けられた
工具が工具架台を貫通してワークに臨むように保持す
る。この工具ホルダの嵌挿時には、この工具ホルダの二
箇所に形成された嵌合フランジ部のうちの先端側嵌合フ
ランジ部が、この先端側嵌合フランジ部の外径より若干
大径に形成されている工具架台の保持孔の手前側嵌合受
部の内側を通過した後は、この工具架台の手前側嵌合受
部に、工具ホルダの後端側フランジ部が係合するまでの
間は、保持孔の中間部の内径が、各嵌合受部の内径より
大きく、かつ工具ホルダの中間部の外径が各嵌合フラン
ジ部の外径より小さいことから、挿入した工具の傾斜可
能な角度が大きくなる。したがって、挿着経路の設定自
由度が増し、ワークとの接触を容易に回避させることが
できる。そして、先端側嵌合フランジ部を奥側嵌合受部
に、また後端側嵌合フランジ部を手前側嵌合受部にそれ
ぞれ嵌合させる。このとき、工具ホルダの挿入位置がス
ピンドルの軸方向に若干ずれていた場合には、工具挿入
時に工具架台が移動して位置調整が行なわれる。工具ホ
ルダが工具架台に完全に嵌合すると、スピンドルが前進
して工具を保持する。このとき、工具の位置がスピンド
ルの軸線方向にずれている場合には、スピンドルに押動
されて、工具を取付けた工具ホルダが工具架台と一体に
移動して位置調整が行なわれる。そして、所定の位置に
保持された工具はスピンドルによって回転駆動されて加
工を行なう。

また、工具ホルダを外す時には、スピンドルを後退させ
て挟持状態を解除した後、工具ホルダを上方に引き抜い
て外すが、この外す際にも工具ホルダの先端側嵌合フラ
ンジ部が、工具架台の奥側嵌合受部から離脱した後は、
工具ホルダの引き抜き経路を挿着時と同様に設定できる
ため、ワークと接触させることなく容易に外すことがで
きる。

実施例 以下、この考案の加工機における工具挿着構造を、切削
加工機に適用した一実施例を第１図ないし第４図に基づ
いて説明する。

加工機１は、工具を自動交換して各種の切削加工を行な
うもので、各種のカッタ2aを下端にそれぞれ取り付けた
複数のカッタホルダ２を収容した工具マガジン３と、カ
ッタ2aを取り付けたカッタホルダ２を挿着して切削加工
を行なう加工ユニット４と、この加工ユニット４に挿着
されているカッタホルダ２と工具マガジン３に収容され
ているカッタホルダ２との交換を行なう工具交換用ロボ
ット５とから構成されており、水平に設けられた設備治
具６上にそれぞれ設置されるとともに、この設備治具６
内には加工ユニット４の駆動系および工具交換用ロボッ
トの動作を制御する制御装置（図示せず）を備えてい
る。また加工ユニット４の中央には、ワークＷを所定の
位置に固定するワーク固定治具6aが設けられている。

また工具マガジン３には、複数のカッタホルダ２が収容
されており、各カッタホルダ２の下部には、例えば、両
側をそれぞれ荒加工用または仕上げ加工用のカッタとし
たもの、あるいは一側を荒加工用カッタに他側を仕上げ
加工用カッタにしたもの、さらに荒加工用カッタまたは
仕上げ加工用カッタを一側に形成したもの等がある。

そして、複数種類のカッタ2aが、それぞれの外周に形成
された環状溝をカッタホルダ２の下端部に支持されて、
回転可能に保持されている。各カッタ2aの中心にはスプ
ライン孔が設けられている。また、各カッタホルダ２の
中間部には、加工ユニット４側に設けられている一対の
ガイドバー7,7によって水平方向に摺動可能に支持され
た円筒状の工具架台4aに嵌挿する嵌挿部2cが形成されて
いる。

前記嵌挿部2cは、工具架台4a内に嵌挿する部分が、上下
２段の円形フランジ部2d,2eを備えており、下段のフラ
ンジ部2eの直径が上段のフランジ部2dの直径より若干小
径に形成され、また上段のフランジ部2dには段部が同心
円状に形成されている。一方、加工架台4aの内側には、
上下２段の嵌合受部4c,4dが突出形成されており、前記
カッタホルダ２の嵌挿部2cが嵌挿された際に、下段のフ
ランジ部2eと下段の嵌合受部4dが、また上段のフランジ
部2dと上段の嵌合受部4cとがそれぞれ隙間なく嵌合する
とともに、上段のフランジ部2dの同心円状に形成された
段部の外周側部分が工具架台4aの上部端面に係合して、
工具架台4aに対するカッタホルダ２の高さ方向の位置決
めが行なわれるようになっている。

また、工具交換用ロボット５は垂直多関節型ロボット
で、腕部5aの先端の手首部には、カッタホルダ２の上端
の円筒状の被把持部2bの外径部に嵌合させて把持する把
持部5bが、180度反転用モータ5cを介して設けられてい
る。また把持部5bには、被把持部2bの軸に、図示してい
ないアクチュエータにより直角方向移動可能に設けたク
ランプピン5eにより、把持部5bに被把持部2bを固定する
ようになっている。そして、この工具交換用ロボット５
は、制御装置に搭載されたプログラムに従って加工工程
を行なう加工ユニット４に同期して、工具交換を行なう
ように制御され、また、工具交換時の動作経路の教示に
ついては、ワーク形状、工具形状等の条件に応じて最適
な経路をティーチングプレイバック方式で直接教示でき
るようになっている。

また、工具交換用ロボット５の把持部5bがカッタホルダ
２を把持する際の位置決めは、把持部5bに設けられた位
置決めピン4bをカッタホルダ２の上段フランジ部2dの上
面の位置決め孔に係合させて行なうとともに、カッタホ
ルダ２と加工ユニット４側の工具架台4aとの位置決め
は、工具架台4aの上端に突設された位置決めピン4bを、
カッタホルダ２の上段フランジ部2dの下面の位置決め孔
に係合させて行なうようになっており、また、カッタホ
ルダ２を180度反転させた際にも位置決めできるよう
に、位置決めピン4bを係合させる位置決め孔（図示せ
ず）も形成されている。

また、加工ユニット４は、同軸線上に対向配置された一
対のスピンドル8,8と、このスピンドル８を駆動するモ
ータ９とを有している。また、各スピンドル８は、それ
ぞれガイドレール10上を軸線方向にスライド可能に設け
られるとともに、それぞれのチャック部には、先端側の
外周部にスプライン溝が形成されたスプライン軸11がそ
れぞれチャックされており、カッタホルダ２を工具架台
4aに嵌挿した際には、このカッタホルダ２の下端に回転
自在に設けられたカッタ2aは、その回転中心となるスプ
ライン孔が、スピンドル８の軸線上に配置される。した
がって、カッタホルダ２を工具架台4aに完全に嵌挿した
状態で両スピンドル8,8を前進させると、各スピンドル
８の先端のスプライン軸11の各先端がカッタ2aのスプラ
イン孔に挿入されてスプライン係合するとともに、この
カッタ2aがスプライン軸8,8に両側から挾持され、スピ
ンドル８の回転を伝達されて回転駆動されるようになっ
ている。

以下、この実施例の作用を説明する。

ワークＷを所定の姿勢でワーク固定治具6a上にセットし
た後、先ず、ワーク加工順序に従って使用する各工具の
挿着時あるいは交換時の動作経路を、工具交換用ロボッ
ト５に対してティーチングする。

このティーチングは、ティーチングボックス（図示せ
ず）を用いて行なわれ、ワークＷの形状に合せて、工具
交換用ロボット５に把持されたカッタホルダ２がワーク
Ｗと干渉しない軌跡を描いて目的の位置まで達するよう
にその動作経路を教示するもので、例えば、新たに工具
を挿着する際には、工具マガジン３に収容された複数の
カッタホルダ２の中から、所定のカッタ2aを取り付けた
カッタホルダ２を選択し、把持部5bに把持させた後、ワ
ークＷ等と干渉しない経路を通って、加工ユニット４の
工具架台4aに嵌挿して工具挿着を完了するまでの間の動
作経路を順に教示する。

このとき、カッタホルダ２を上方より工具架台4aに挿入
すると、カッタホルダ２の両嵌合フランジ部のうちの下
段の嵌合フランジ部2eが、この下段の嵌合フランジ部2e
の外径より若干大径に形成されている工具架台4aの上段
の嵌合受部4cの内側を通過した後は、この工具架台の上
段の嵌合受部4cに上段のフランジ部2dが係合するまでの
間は、工具架台4aの内径が各嵌合受部4c,4dの内径より
大きく、またカッタホルダ２の嵌挿部2cの外径が、両嵌
合フランジ部2d,2eの外径より小さいことから、工具架
台4aに挿入したカッタホルダ２を傾向可能な角度が大き
くなり、したがって挿着経路の設定自由度が増し、ワー
クＷとの接触を容易に回避させて動作経路をティーチン
グすることができる。

そして、下段のフランジ部2eを下段の嵌合受部4dに、ま
た上段のフランジ部2dを上段の嵌合受部4cにそれぞれ嵌
合させる。このとき、カッタホルダ２の挿入位置がスピ
ンドル８の軸方向に若干ずれていた場合には、このカッ
タホルダ２の挿入時に工具架台4aが移動して位置決め誤
差が修正される。カッタホルダ２が工具架台4aに完全に
嵌合すると、一対のスピンドル8,8が互いに接近する方
向に前進してそれぞれの先端間でカッタホルダ２の下端
に設けられているカッタ2aを挾圧保持する。このとき、
カッタホルダ２の位置がスピンドル８の軸線方向にずれ
ている場合には、先に接触する一方のスピンドル８に押
動されて、カッタホルダ２が工具架台4aと一体に移動し
て位置調整される。そして、位置決めされたカッタホル
ダ２はスピンドル８によって回転駆動され、ワークＷの
加工を行なう。

また、工具交換等のためカッタホルダ２を外す際の動作
経路のティーチングは、先ず両スピンドル8,8を後退さ
せて挾圧保持状態を解除した後、カッタホルダ２を上方
に引き抜いて外すが、この外す際にもカッタホルダ２の
下段のフランジ部2eが、工具架台4aの下段の嵌合受部4d
から離脱した後は、カッタホルダ２の経路を挿着時の逆
コースに設定できるため、ワークＷと接触させることな
く容易に外すことができる。

また加工時において、一側に荒加工用、他側に仕上げ加
工用のカッタを形成した両面カッタを使用中に、荒加工
用から仕上げ加工用カッタに変更する際には、挿着され
ているカッタホルダ２の上端の被把持部2bを工具交換用
ロボット５の把持部5bで把持し、位置決めピン4bとの係
合が解除されるまで一定量引き上げた状態で、ロボット
５の180度反転用モータ5cを作動させて反転させた後、
カッタホルダ２を再び下降させて位置決めピン4bに係合
させて位置決めする。そしてスピンドル8,8で挾圧保持
するとともに回転駆動して加工を行なう。

また、工具を交換する場合には、工具交換用ロボット５
がティーチングされた動作経路をトレースして、先ず挿
着されているカッタホルダ２を、工具架台4aから引き抜
き、引き抜いたカッタホルダ２を工具マガジン３の所定
位置に収容した後、工具マガジン３内から新たなカッタ
ホルダ２を把持し、再び定められた動作経路を経由して
ワークＷ等と干渉することなく加工ユニット４まで搬送
した後、工具架台4aに嵌挿して工具が自動的に交換さ
れ、交換されたカッタ2aによって次の加工が行なわれ
る。

このように、この実施例の加工機１においては、カッタ
ホルダ２の上下２段のフランジ部2d,2eが、加工ユニッ
ト４側の円筒状の工具架台4aに隙間なく嵌合する構造と
するとともに、この工具架台4aがガイドバー7,7にガイ
ドされて摺動するようにしたので、カッタ2aの傾きを防
止してスピンドル８に対する垂直度を保持し、加工精度
の安定を図ることができる。また、カッタホルダ２を嵌
挿した工具架台4aがスピンドル８の軸線方向に摺動自在
であるため、摩耗したカッタ2aを再使用する際等の工具
取付け位置の調整が不要となる等の効果を有する。また
工具交換する際の工具の選択に制約が少ないため、使用
する工具の汎用化が図れる。

なお、この実施例においては、カッタホルダ２の工具架
台4aへの位置決めを位置決めピン4bによって行なった
が、２段嵌合する部分の形状を矩形等とすることにより
位置決めできるようにしてもよい。

考案の効果 以上、説明したようにこの考案の加工機における工具挿
着構造においては、工具架台をスピンドルの軸線方向に
移動可能に設け、工具を挿着するこの工具架台の保持孔
に奥側と手前側との二箇所に嵌合受部を、その奥側の内
径が手前側より小径となるように形成するとともに、こ
の工具架台に取り付ける工具には、前記工具架台の各嵌
合受部にそれぞれ隙間なく嵌合する嵌合フランジ部を互
いに離隔させて形成し、この工具を工具架台に形成され
た保持孔に、工具架台を挟んでワークの反対側となる方
向から工具を貫通させて保持する構造としたので、工具
の着脱時における工具移動経路の設定自由度が大きくな
り、特に工具ホルダをワーク反対側から着脱するため、
工具交換作業の自動化が容易となるとともに、工具架台
が移動自在なため、工具着脱時の位置決め誤差を吸収す
ることができる。また、工具ホルダの着脱交換を手作業
で行なう場合にも、短時間に正確かつ容易に行なうこと
ができ、加工機の稼働率を大幅に向上することができ
る。さらに、工具の極端な小型化が要求されないことか
ら工具寿命を延長でき、工具交換の頻度を低減すること
ができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの考案の一実施例を示すもの
で、第１図は加工機の正面図、第２図は第１図のII−II
線断面図、第３図はカッタホルダを工具架台に嵌挿した
状態を示す要部断面正面図、第４図は第１図のIV−IV線
拡大断面図である。 １……加工機、２……カッタホルダ、2a……カッタ、2d
……上段の嵌合フランジ部、2e……下段の嵌合フランジ
部、３……工具マガジン、４……加工ユニット、4a……
工具架台、4b……位置決めピン、4c……上段の嵌合受
部、4d……下段の嵌合受部、５……工具交換用ロボッ
ト、5b……把持部、5c……180度反転用モータ、6a……
ワーク固定治具、７……ガイドバー、８……スピンド
ル、９……モータ、10……ガイドレール、11……スプラ
イン軸、Ｗ……ワーク。

フロントページの続き (72)考案者 飯尾 治 静岡県浜北市根堅788番地 遠州クロス株 式会社内 (72)考案者 松本 英夫 静岡県浜北市根堅788番地 遠州クロス株 式会社内 (72)考案者 柴崎 正行 静岡県浜北市根堅788番地 遠州クロス株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−30309（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−241008（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−176012（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−26414（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−8705（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−36140（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−169208（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】先端に工具を取付けた工具ホルダを、一方
   向に往復動自在な工具架台に着脱可能に取付けるととも
   に、その工具架台の移動方向と平行に進退するスピンド
   ルで前記工具を挟持しかつ回転させて加工を行なう加工
   機において、 前記工具架台に、この工具架台を挟んでワークの反対側
   となる方向から工具を貫通させて保持する保持孔を形成
   するとともに、その保持孔の奥側と手前側との二箇所に
   嵌合受部を形成し、この奥側嵌合受部の内径を手前側嵌
   合受部の内径より小径とするとともに両嵌合受部の中間
   部分を大径中空部とし、さらに前記工具には、前記各嵌
   合受部にそれぞれ密着嵌合する嵌合フランジ部を軸線方
   向に互いに離隔した二箇所に形成したことを特徴とする
   加工機における工具挿着構造。