JP7643975B2 - Holder unit and machine tool - Google Patents
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Description
本明細書は、タレットに着脱可能なホルダユニットと、当該ホルダユニットを有する工作機械を開示する。 This specification discloses a holder unit that can be attached to a turret and a machine tool having the holder unit.
従来から、タレットを有した旋盤、いわゆるターニングセンタが知られている。タレットは、周方向に間隔を開けて複数の工具を保持する。そして、タレットが、所定の割り出し軸回りに回転することで、切削加工に用いる工具を切り替えることができる。ただし、一つのタレットで保持できる工具の数は、限りがあるため、加工内容によっては、途中で、タレットに取り付ける工具を交換する必要がある。 Conventionally, lathes with turrets, so-called turning centers, have been known. The turret holds multiple tools spaced apart in the circumferential direction. The turret rotates around a specified index axis, allowing the tool used for cutting to be switched. However, since there is a limit to the number of tools that can be held by one turret, depending on the type of processing, it may be necessary to change the tools attached to the turret midway through the process.
ここで、工作機械では、さらなる自動化、省人化が求められており、タレットに取り付ける工具の交換についても自動的に行うことが求められている。しかし、タレットに取り付ける工具を自動で交換するためには、専用のタレットが必要であり、タレットの大型化や価格の上昇といった問題を招く。 In machine tools, there is a demand for further automation and labor savings, including automatic replacement of tools attached to turrets. However, in order to automatically replace tools attached to turrets, a dedicated turret is required, which leads to problems such as larger turrets and higher prices.
そこで、一部では、ロボットを用いて、汎用的なタレットに、工具を自動で着脱する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、六軸関節ロボットと、ロボット工具交換ハンドと、を備えたロボットを用いて工具交換を行う技術が開示されている。また、タレットには、回転工具を回転させるための回転工具用モータが内蔵されている。特許文献2には、ロボットを用いて工具を交換する際に、この回転工具用モータの動力を利用して、工具をタレットにクランプまたはアンクランプする技術が開示されている。 Some have proposed a technology that uses a robot to automatically attach and detach tools to a general-purpose turret. For example, Patent Document 1 discloses a technology for changing tools using a robot equipped with a six-axis joint robot and a robotic tool changing hand. The turret also has a built-in rotating tool motor for rotating the rotating tool. Patent Document 2 discloses a technology for clamping or unclamping a tool to the turret using the power of the rotating tool motor when changing tools using a robot.
しかし、特許文献1では、工具のクランプ/アンクランプの切り替えを可能にするために、工具交換ハンドに、工具を把持するグリッパや、六角レンチ、これらを動かすアクチュエータ等を設けている。換言すれば、特許文献1では、工具交換のために専用の構造を有したハンドを用意しなければならず、ロボットの大型化を招くとともに、ロボットの汎用性が低下する。また、特許文献2では、汎用的なロボットを用いて工具交換できるが、回転工具用モータの動力を用いて、クランプ/アンクランプの切り替えを行っている。そのため、特許文献2の技術では、回転工具を利用できない。つまり、従来、汎用的なタレットおよびハンド機構を用いて、工具を自動交換することは難しかった。 However, in Patent Document 1, in order to enable the tool to be clamped/unclamped, the tool changing hand is provided with a gripper for holding the tool, a hexagonal wrench, an actuator for moving these, and the like. In other words, in Patent Document 1, a hand with a dedicated structure must be prepared for tool changing, which leads to an increase in the size of the robot and reduces the versatility of the robot. In addition, in Patent Document 2, although a general-purpose robot can be used for tool changing, clamping/unclamping is performed using the power of a rotating tool motor. Therefore, the technology in Patent Document 2 cannot use rotating tools. In other words, it has been difficult to automatically change tools using a general-purpose turret and hand mechanism in the past.
そこで、本明細書では、汎用的なタレットおよびハンド機構を用いて、工具を自動交換できるホルダユニットおよび工作機械を開示する。 Therefore, this specification discloses a holder unit and machine tool that can automatically change tools using a general-purpose turret and hand mechanism.
本明細書で開示するホルダユニットは、タレットの工具取付部に着脱可能な中継ブロックと、工具を保持するとともに、中継ブロックに着脱可能なツールホルダと、を備え、前記中継ブロックは、前記ツールホルダの一部が挿入される挿入穴を有し、前記ツールホルダは、前記挿入穴に挿入可能であり、前記挿入穴の一部と係合するクランプ状態と、前記挿入穴内において進退可能なアンクランプ状態と、に変化する連結部と、前記連結部が前記挿入穴内に挿入された状態で外部に露出する位置に設けられた把持部であって、把持圧力を受けた際に前記連結部をアンクランプ状態に変化させる把持部と、を備えることを特徴とする。 The holder unit disclosed in this specification comprises an intermediate block that is detachable from a tool mounting portion of a turret, and a tool holder that holds a tool and is detachable from the intermediate block, the intermediate block having an insertion hole into which a part of the tool holder is inserted, the tool holder being insertable into the insertion hole, a connecting part that changes between a clamped state in which the tool holder engages with a part of the insertion hole and an unclamped state in which the tool holder can move forward and backward within the insertion hole, and a gripping part that is provided in a position where the connecting part is exposed to the outside when the connecting part is inserted into the insertion hole, and that changes the connecting part to the unclamped state when gripping pressure is applied.
この場合、前記ツールホルダは、さらに、一対の揺動レバーであって、少なくとも一部が前記挿入穴に挿入されて、前記連結部として機能する、一対の揺動レバーと、前記一対の揺動レバーの前記連結部を互いに離れる方向に付勢する付勢部材と、を備え、前記連結部は、前記挿入穴の内周面に向かって突出し、前記挿入穴の内周面に形成された係合凹部に係合する係合突起を有し、前記把持部は、前記揺動レバーに機械的に繋がり、外部空間に突出する突起であって、押圧されることで前記挿入部を互いに近づく方向に揺動させる突起であってもよい。 In this case, the tool holder further includes a pair of oscillating levers, at least a portion of which is inserted into the insertion hole and functions as the connecting portion, and a biasing member that biases the connecting portion of the pair of oscillating levers in a direction away from each other, the connecting portion having an engagement protrusion that protrudes toward the inner circumferential surface of the insertion hole and engages with an engagement recess formed in the inner circumferential surface of the insertion hole, and the gripping portion is a protrusion that is mechanically connected to the oscillating lever and protrudes into external space, and may be a protrusion that, when pressed, causes the insertion portions to swing in a direction toward each other.
また、前記挿入穴の内周面は、奥側に進むにつれて穴が拡大するような勾配面を有し、前記揺動レバーを前記挿入穴の内周面に押し付ける前記付勢部材の付勢力の一部が、前記揺動レバーを奥側に引き込む引き込み力に変換されてもよい。 The inner circumferential surface of the insertion hole may have a slope such that the hole widens as it advances toward the back, and a portion of the biasing force of the biasing member that presses the rocking lever against the inner circumferential surface of the insertion hole may be converted into a pulling force that pulls the rocking lever toward the back.
また、前記中継ブロックは、前記タレットに対して固定の固定部と、前記タレットに内蔵された回転工具用モータの回転力を受けて、前記固定部に対して回転する回転部と、を有し、前記ツールホルダは、前記回転部と回転方向に係合する回転伝達部を有し、前記回転部とともに回転してもよい。 The relay block may have a fixed part that is fixed to the turret and a rotating part that rotates relative to the fixed part upon receiving the rotational force of a motor for a rotary tool built into the turret, and the tool holder may have a rotation transmission part that engages with the rotating part in the rotational direction and rotates together with the rotating part.
この場合、前記ツールホルダは、前記回転部の回転軸の周囲に設けられた複数の錘取付部を有し、前記錘取付部には、前記ツールホルダの重量バランスを調整するための調整錘が選択的に取り付けられてもよい。 In this case, the tool holder has a plurality of weight mounting parts provided around the rotation axis of the rotating part, and an adjustment weight for adjusting the weight balance of the tool holder may be selectively attached to the weight mounting parts.
また、前記中継ブロックは、前記タレットの取付部に、螺合締結されてもよい。 The relay block may also be screwed to the mounting portion of the turret.
本明細書で開示する工作機械は、複数の工具取付部を有するタレットと、複数の工具取付部の一つに着脱可能であるとともに、挿入穴が形成された中継ブロックと、工具待機部で保管される複数のツールホルダであって、それぞれが、工具を保持するとともに中継ブロックに着脱可能な、複数のツールホルダと、前記ツールホルダを把持するハンド機構と、前記ハンド機構を移動させる移動機構と、前記ハンド機構および前記移動機構の駆動を制御するコントローラと、を備え、前記ツールホルダは、前記挿入穴に挿入可能であり、前記挿入穴の一部と係合するクランプ状態と、前記挿入穴内において進退可能なアンクランプ状態と、に変化する連結部と、前記連結部が前記挿入穴内に挿入された状態で外部に露出する位置に設けられた把持部であって、把持圧力を受けた際に前記連結部をアンクランプ状態に変化させる把持部と、を備え、前記コントローラは、前記工具を交換するために、前記ハンド機構に対して前記把持部の把持を指示するとともに、前記移動機構に対して、前記ハンド機構ごと前記ツールホルダを、前記中継ブロックと前記工具待機部との間で移動させることを指示する、ことを特徴とする。 The machine tool disclosed in this specification includes a turret having a plurality of tool attachment parts, a relay block that is detachable from one of the plurality of tool attachment parts and has an insertion hole formed therein, a plurality of tool holders stored in a tool waiting section, each of which holds a tool and is detachable from the relay block, a hand mechanism that holds the tool holder, a moving mechanism that moves the hand mechanism, and a controller that controls the operation of the hand mechanism and the moving mechanism, and the tool holder is insertable into the insertion hole and engages with a portion of the insertion hole. a connecting part that changes between a clamped state in which the tool holder can be moved forward and backward within the insertion hole and an unclamped state in which the tool holder can be moved forward and backward within the insertion hole; and a gripping part that is provided in a position where the connecting part is exposed to the outside when inserted into the insertion hole and that changes the connecting part to the unclamped state when gripping pressure is applied; and the controller instructs the hand mechanism to grip the gripping part in order to replace the tool, and instructs the moving mechanism to move the tool holder together with the hand mechanism between the relay block and the tool waiting part.
本明細書で開示する技術によれば、汎用的なタレットおよびハンド機構を用いて、タレットに取り付ける工具を自動的に交換できる。 The technology disclosed in this specification allows tools attached to the turret to be automatically replaced using a general-purpose turret and hand mechanism.
以下、図面を参照して工作機械10の構成について説明する。図1は、工作機械10の概略構成図である。なお、以下の説明では、ワーク42の回転軸Rwと平行な方向をZ軸、刃物台16のZ軸と直交する移動方向と平行な方向をX軸、X軸およびZ軸に直交する方向をY軸と呼ぶ。
The configuration of the
この工作機械10は、主軸台14によって保持されたワーク42を、刃物台16によって保持された工具40で切削加工する金属加工機である。より具体的には、工作機械10は、NC制御されるとともに、複数の工具40を保持するタレット18を備えたターニングセンタである。また、後に詳説するように、刃物台16の内部には、回転工具を回転させる回転工具用モータ44が内蔵されている。そのため、工作機械10は、回転するワーク42に工具40を押し当てて切削する旋削加工と、ワーク42に回転する工具40を押し当てて切削する転削加工と、の双方を行うことができる。また、後に詳説するように、一部の工具40は、ホルダユニット60を介してタレット18に保持されている。
This
工作機械10は、カバー(図示せず)で覆われた加工室12を有している。この加工室12には、主軸24と、心押台(図示せず)と、刃物台16と、ロボット20と、工具待機部38と、が設置されている。主軸24は、主軸台14の一部であり、ワーク42を取り付けるための部材、例えば、チャック26やコレット等が設けられている。主軸台14には、この主軸24をワーク42とともに回転させる主軸モータ(図示せず)が内蔵されている。主軸モータが駆動することで、ワーク42は、Z軸方向に延びるワーク回転軸Rwを中心として回転する。
The
心押台は、Z軸方向に、チャック26と対向して配置されており、チャック26で保持されたワーク42の他端を支える。心押台は、ワーク42に対して接離できるように、Z軸方向に移動可能となっている。なお、心押台に替えて、または、加えて、対向主軸を設けてもよい。対向主軸は、主軸台14とZ軸方向に対向して配置される主軸装置で、別のワーク42を回転可能に保持する主軸装置である。
The tailstock is disposed opposite the
刃物台16は、工具40を保持する。ここで保持される工具40は、バイト等の旋削工具でもよいし、エンドミル等の回転工具でもよい。刃物台16は、その全体が、Z軸方向、すなわち、ワーク42の軸と平行な方向に移動可能となっている。また、刃物台16は、その全体がX軸方向、すなわち、ワーク42の径方向にも進退できるようになっている。なお、X軸は、工作機械10の正面からみて、奥側に進むにつれ上方に進むように、水平方向に対して傾いている。刃物台16が、Z軸方向およびX軸方向に移動することで、タレット18で保持された工具40が移動し、これにより、切り込み量や切り込み位置が調整される。
The
刃物台16のZ軸方向の一端には、複数の工具40を保持可能なタレット18が設けられている。タレット18は、Z軸方向視で多角形をしており、Z軸に平行な割り出し軸Rdを中心として旋回可能となっている。タレット18には、複数の工具取付部28が、周方向に等間隔に配置されている。工具取付部28は、工具を取り付ける部位である。かかる工具取付部28は、例えば、タレット18のZ軸方向端面または周面に形成され、工具ホルダの一部が挿入される穴または溝を有する。タレット18は、割り出し軸Rdを中心として旋回することで、各工具40のワーク42に対する姿勢を切り替え、ひいては、切削に用いる工具40を切り替える。
At one end of the tool rest 16 in the Z-axis direction, a
本例では、一部の工具40は、ホルダユニット60を介してタレット18に装着される。図2は、ホルダユニット60周辺の分解拡大図である。ホルダユニット60は、図2に示すように、工具取付部28に取り付けられる中継ブロック62と、工具40を保持するツールホルダ64と、に大別されるが、これについては、後に詳説する。
In this example, some of the
再び、図1を参照し、工作機械10の構成を説明する。加工室12には、さらに、ロボット20が設けられている。本例において、ロボット20は、複数のリンク30が、関節32を介して一列に連結されたシリアルマニピュレータ、または、多関節ロボットである。図1の例では、このロボット20を加工室12の壁面に設置しているが、ロボット20は、中継ブロック62および工具待機部38の双方にアクセスできるのであれば、その設置場所や構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、ロボット20は、加工室12の天面や、刃物台16、主軸台14、心押台等に取り付けられてもよい。
Referring again to FIG. 1, the configuration of the
ロボット20の末端には、対象物に対して所定の作業を実行するエンドエフェクタ34が取り付けられている。このエンドエフェクタ34は、ロボット20に固着されていてもよいし、状況に応じて交換できるように、ロボット20に対して着脱可能であってもよい。本例では、ロボット20は、エンドエフェクタ34として、物品を把持するハンド機構36を有している。このハンド機構36は、互いに接近または離間する方向に移動する一対のアームを有した汎用的なハンド機構である。工具40を交換する際には、当該ハンド機構36でツールホルダ64を把持し、ツールホルダ64ごと工具40を移動させる。ロボット20は、このハンド機構36、ひいては、ハンド機構36で把持されたツールホルダ64の位置および姿勢を変更する移動機構として機能する。
Attached to the end of the
工具待機部38は、1以上の工具40が保管される部位である。工具40は、ツールホルダ64に取り付けられた状態で保管されている。また、工具待機部38には、後述する挿入穴74と同様の構成の穴が形成されており、この穴にツールホルダ64が挿し込まれている。図1の例では、工具待機部38は、加工室12の壁面に設定されているが、工具待機部38は、ロボット20がアクセス可能な位置であれば、その場所は限定されない。したがって、工具待機部38は、加工室12の内部に替えて、または、加えて、加工室12の外部に設けられてもよい。また、工具待機部38で保管可能な工具40の数も、適宜、変更されてもよい。
The
コントローラ22は、工作機械10の各部の駆動を制御する。コントローラ22は、物理的には、各種演算を実行するプロセッサ22aと、プログラムおよびデータを記憶するメモリ22bと、を有したコンピュータである。この「コンピュータ」には、コンピュータシステムを一つの集積回路に組み込んだマイクロコントローラーも含まれる。また、コントローラ22は、数値制御装置として機能するコンピュータでもよい。数値制御装置は、加工プログラムを解析して、工作機械10を操作するために、工作物に対する工具経路、加工に必要な作業の工程などを、数値と符号で構成した数値情報で指令する。こうしたコントローラ22は、ワーク42の加工のために、主軸台14や、刃物台16、タレット18等の駆動を制御する。また、後に詳説するように、コントローラ22は、工具40を自動で交換するために、ロボット20およびハンド機構36の駆動も制御するが、これについて後述する。
The
次に、ホルダユニット60の構成について図2~図4を参照して詳説する。図2は、ホルダユニット60周辺の分解拡大図であり、図3は、ホルダユニット60周辺の拡大図である。また、図4は、中継ブロック62の断面図であり、図5は、ツールホルダ64の断面図である。
Next, the configuration of the
ホルダユニット60は、工具40をタレット18に取り付けるための部材であり、汎用的なハンド機構36を利用した自動工具交換を可能にするための部材である。ここで、工作機械10では、ワーク42の加工状況やワーク42の種類に応じて、切削に用いる工具40を交換する必要がある。省人化のためには、こうした工具40の交換を自動で行うことが望まれる。既述した通り、ターニングセンタでは、タレット18を回転させることで、切削に用いる工具40を変更することができる。しかし、一つのタレット18に取り付け可能な工具40の数は、限られている。また、回転工具は、複数の工具取付部28のうち特定の工具取付部28にしか装着できない。その結果、従来の工作機械10では、自動で切り替え可能な工具の数、特に、回転工具の数が不十分な場合が多い。
The
そこで、一部では、ロボットおよびハンド機構を用いて工具40を自動交換する技術が提案されている。しかし、従来技術では、この工具40の自動交換を実現するために、タレット18やハンド機構を、特別な構成にする必要があった。本例では、汎用的なタレットおよびハンド機構36を用いて、工具40の自動交換を可能にするために、ホルダユニット60を設けている。
Therefore, some have proposed a technique for automatically changing the
ホルダユニット60は、上述した通り、また、図2、図3に示す通り、タレット18に取り付けられる中継ブロック62と、中継ブロック62に取り付けられるツールホルダ64と、に大別される。
As described above and as shown in Figures 2 and 3, the
中継ブロック62は、タレット18に設けられた汎用的な機構を用いて、タレット18に取り付けられる。すなわち、通常、タレット18の工具取付部28には、工具40を取り付けるために穴や溝、ネジ穴等が形成されており、従来、工具40は、こうした汎用的な穴や溝、ネジ穴を利用して、タレット18に取り付けられる。本例の場合、工具取付部28には、工具ホルダの一部が挿し込まれる連結穴28aと、工具ホルダを螺合締結するためのネジ穴28bが形成されている。中継ブロック62は、その一部が、連結穴28aに挿入された状態で、工具取付部28にボルト28cにより螺合締結される。この中継ブロック62の取り付け作業は、ワーク42の切削加工の開始前に、オペレータの手作業により行われる。
The
中継ブロック62の端面には、挿入穴74が形成されている。挿入穴74は、ツールホルダ64の一部が挿し込まれる穴である。この挿入穴74の内周面は、奥側に進むにつれて穴の長径が拡大するように勾配が付けられている。また、挿入穴74の内周面には、後述する係合突起90が係合する係合凹部76(図4参照)が形成されている。さらに、中継ブロック62の端面には、後述する回転伝達ピン92が挿入されるピン穴78が形成されている。このピン穴78は、挿入穴74と平行な方向に延びている。
An
さらに、本例の中継ブロック62は、さらに、回転工具用モータ44の動力を、ツールホルダ64に伝達するための伝達機構を有している。すなわち、刃物台16には、回転工具を回転させるための回転工具用モータ44が内蔵されている。一方、回転工具用の工具取付部28には、伝達軸46が設けられており、回転工具用モータ44の動力が、ベベルギア48を介してこの伝達軸46に伝達される。
The
中継ブロック62には、タレット18の内部の伝達軸46に、機械的に連結される伝達軸70が設けられている。タレット18内部の伝達軸46の末端、および、中継ブロック62内部の伝達軸70の基端、の一方には、キー突起51aが、他方には、当該キー突起51aが嵌まり込むキー溝51bが形成されている。そして、キー突起51aがキー溝51bに嵌まり込むことで、伝達軸46の回転が、伝達軸70に伝達される。
The
伝達軸70の回転は、ベベルギア71により、その回転方向を90度変換して、回転軸72に伝達される。つまり、本例の場合、中継ブロック62のうち、伝達軸70および回転軸72が、タレット18に対して回転可能な回転部68として機能し、その他の部分がタレット18に対して固定の固定部66として機能する。回転軸72の先端面には、上述した挿入穴74およびピン穴78が形成されており、回転軸72が回転することで、挿入穴74、ひいては、挿入穴74に挿入されたツールホルダ64も回転する。
The rotation of the
ツールホルダ64は、工具40を保持する部材である。このツールホルダ64は、中継ブロック62に対して着脱可能となっている。具体的に説明すると、ツールホルダ64は、略円筒形のホルダ本体80と、ホルダ本体80に対して揺動可能な一対の揺動アーム82と、を有している。ホルダ本体80の一端には、工具40が固定される。
The
二つの揺動アーム82は、ホルダ本体80の径方向に間隔を開けて、対向配置されている。各揺動アーム82は、ホルダ本体80に固着された揺動軸84を中心として揺動可能となっている。一対の揺動アーム82は、揺動することで、互いに接近または離間する。また、揺動アーム82の一部は、ホルダ本体80の外側に突出している。この突出部分は、中継ブロック62の挿入穴74に挿入される連結部86として機能する。
The two
ここで、連結部86が挿入穴74に挿入された状態で、一対の揺動アーム82が互いに離れる方向に揺動することで、揺動アーム82は、挿入穴74と係合し、連結部86の挿入穴74からの離脱が防止される。一対の揺動アーム82が互いに近づく方向に揺動すると、揺動アーム82と挿入穴74との係合が解除され、連結部86の挿入穴74からの離脱が可能となる。以下では、一対の揺動アーム82が互いに離れる方向に揺動した状態を「クランプ状態」と呼び、互いに近づく方向に揺動した状態を「アンクランプ状態」と呼ぶ。また、以下の説明では、一方の揺動アーム82が、他方の揺動アーム82に近づく方向を「揺動方向内側Si」と呼び、一方の揺動アーム82が、他方の揺動アーム82から離れる方向を「揺動方向外側So」と呼ぶ。
Here, when the pair of
クランプ状態において、揺動アーム82の揺動方向外側So端面は、挿入穴74の内周面に沿う勾配面となっている。また、揺動アーム82の先端(ホルダ本体80と反対側の端部)には、揺動方向外側Soに突出する係合突起90(図6参照)が設けられている。クランプ状態において、この係合突起90は、挿入穴74の係合凹部76に嵌まり込んで係合する。さらに、二つの揺動アーム82には、スプリング88が掛け渡されている。このスプリング88は、二つの揺動アーム82を互いに離れる方向(すなわち揺動方向外側So)に付勢し、一対の揺動アーム82をクランプ状態に維持する。
In the clamped state, the end face of the
ツールホルダ64には、更に、一対の把持部94も設けられている。把持部94は、ハンド機構36によって把持される部位であり、揺動アーム82に機械的に連結された部位である。図6は、把持部94がハンド機構36によって把持された状態を示す図である。この把持部94は、連結部86を挿入穴74に挿入した場合でも外部に露出する位置に設けられている。本例において、把持部94は、揺動アーム82から揺動方向外側Soに突出する突起であり、ホルダ本体80の壁面を貫通して、ツールホルダ64の外部空間に露出する突起である。把持部94に把持圧力が印加されると、揺動アーム82は、スプリング88の付勢力に抗して揺動方向内側Siに揺動し、アンクランプ状態になる。
The
次に、こうしたホルダユニット60を利用した工具40の自動交換の流れについて説明する。上述した通り、ホルダユニット60のうち、中継ブロック62は、予め、オペレータの手作業により、タレット18に螺合締結されている。また、複数の工具40それぞれは、ツールホルダ64に固定されており、複数のツールホルダ64は、工具待機部38または中継ブロック62に取り付けられている。
Next, the flow of automatic replacement of
中継ブロック62から工具40を取り外す場合、コントローラ22は、ロボット20およびハンド機構36を駆動して、中継ブロック62に取り付けられたツールホルダ64をハンド機構36で把持する。このとき、ハンド機構36が、ツールホルダ64の把持部94を挟持できるように、コントローラ22は、ロボット20の姿勢を調整する。把持部94に把持圧力が付与されることで、揺動アーム82が、揺動方向内側Siに揺動し、アンクランプ状態に変化する。これにより、ツールホルダ64の連結部86と、中継ブロック62の挿入穴74と、の係合関係が解除される。この状態になれば、コントローラ22は、ハンド機構36を、挿入穴74から離れる方向に移動させ、連結部86を挿入穴74から離脱させる。そして、これにより、ツールホルダ64、ひいては、当該ツールホルダ64に固定された工具40が、中継ブロック62から取り外される。取り外されたツールホルダ64は、工具待機部38に搬送され、当該工具待機部38に保管される。
When removing the
次に、工具待機部38に保管された工具40を、中継ブロック62に取り付ける場合の流れについて説明する。この場合、コントローラ22は、ロボット20を駆動して、ハンド機構36を工具待機部38の近傍まで移動させ、工具待機部38で保管されているツールホルダ64をハンド機構36で把持する。このとき、ハンド機構36が、ツールホルダ64の把持部94を挟持できるように、コントローラ22は、ロボット20の姿勢を調整する。これにより、ツールホルダ64はアンクランプ状態となる。コントローラ22は、ロボット20を駆動し、アンクランプ状態のツールホルダ64の連結部86を挿入穴74に挿入する。このとき、ツールホルダ64に設けられた回転伝達ピン92が、中継ブロック62に形成されたピン穴78に挿し込まれるように、ツールホルダ64の傾きを調整する。連結部86のほぼ全てが挿入穴74に受け入れられれば、コントローラ22は、ハンド機構36によるツールホルダ64の把持を解除する。これにより、一対の揺動アーム82は、スプリング88の付勢力により、互いに離れる方向に揺動し、揺動アーム82が挿入穴74の内周面に当接する。ここで、挿入穴74の内周面には、末広がりの勾配が設けられているため、スプリング88の付勢力により、揺動アーム82が挿入穴74の内周面に押し付けられると、当該押し付け力の一部は、軸方向奥側の力に変換される。その結果、揺動アーム82ひいてはツールホルダ64は、挿入穴74の奥側に自然と引き込まれていく。そして、最終的に、揺動アーム82の先端に設けられた係合突起90が、係合凹部76に嵌まり込むことで、ツールホルダ64の挿入穴74からの離脱が防止される。また、回転伝達ピン92がピン穴78に挿し込まれていることで、伝達軸70(すなわち回転部68)の回転がツールホルダ64ひいては工具40にも伝達される。この状態になれば、ツールホルダ64の中継ブロック62への取り付け、ひいては、工具40の交換作業が完了となる。
Next, the flow of attaching the
以上の説明で明らかな通り、本例では、汎用的なタレット18に、特別な構成の中継ブロック62を取り付け、さらに、汎用的な工具40を、特別な構成のツールホルダ64に取り付けておくことで、汎用的なハンド機構36を用いて、工具40を自動で交換できる。なお、これまで説明した構成は一例であり、中継ブロック62は、ツールホルダ64の一部が挿入される挿入穴74を有し、ツールホルダ64は、挿入穴74に挿入可能でクランプ状態/アンクランプ状態に切り替わる連結部86、および、把持圧力を受けた際に連結部86をアンクランプ状態に変化させる把持部94を有するのであれば、その他の構成は適宜変更されてもよい。
As is clear from the above description, in this example, a
例えば、上述の説明では、回転軸72の回転を工具40に伝達するために、ツールホルダ64に回転伝達ピン92を設けているが、中継ブロック62の回転部68と回転方向に係合できるのであれば、回転伝達ピン92に替えて、または、加えて、別の係合部を設けてもよい。例えば、図7に示すように、挿入穴74の断面形状を、非円形とし、揺動アーム82の回転方向寸法を、挿入穴74の回転方向寸法とほぼ同じにしてもよい。この場合、揺動アーム82が、回転部68の回転をツールホルダ64に伝達する回転伝達部材として機能する。
For example, in the above description, the
また、ツールホルダ64は、当該ツールホルダ64の重量バランスを調整するための調整錘を、選択的に取り付け可能な複数の錘取付部96を備えてもよい。錘取付部の構成は、特に限定されないが、例えば、図5、図6に示すように、錘取付部96は、工具40の周囲に形成された複数のネジ穴でもよい。この場合、ネジ穴に螺合されるボルトが調整錘98として、機能する。また、専用の錘取付部を設けるのではなく、錘を粘着テープ等で貼り付けて重量バランスを調整してもよい。
The
また、本例では、回転工具を取り扱い可能とするために、中継ブロック62に回転部68を設けているが、中継ブロック62は、少なくとも挿入穴74を有するのであれば、回転部68を有さなくてもよい。さらに、本例では、多関節アーム型のロボット20を用いて、ハンド機構36を移動させているが、ハンド機構36を移動させることができるのであれば、ロボット20の構成は、適宜、変更されてもよい。また、ロボット20に替えて、直動ローダ等を用いてハンド機構36を移動させてもよい。また、ハンド機構36を移動させず、タレット18および工具待機部38を移動させる構成としてもよい。
In this example, the
10 工作機械、12 加工室、14 主軸台、16 刃物台、18 タレット、20 ロボット、22 コントローラ、24 主軸、26 チャック、28 工具取付部、28a 連結穴、28b ネジ穴、28c ボルト、30 リンク、32 関節、34 エンドエフェクタ、36 ハンド機構、38 工具待機部、40 工具、42 ワーク、44 回転工具用モータ、46,70 伝達軸、48,71 ベベルギア、60 ホルダユニット、62 中継ブロック、64 ツールホルダ、66 固定部、68 回転部、72 回転軸、74 挿入穴、76 係合凹部、78 ピン穴、80 ホルダ本体、82 揺動アーム、84 揺動軸、86 連結部、88 スプリング、90 係合突起、92 回転伝達ピン、94 把持部、96 錘取付部、98 調整錘、Rd 割り出し軸、Rw ワーク回転軸。
10 Machine tool, 12 Machining chamber, 14 Headstock, 16 Tool rest, 18 Turret, 20 Robot, 22 Controller, 24 Spindle, 26 Chuck, 28 Tool attachment portion, 28a Connection hole, 28b Screw hole, 28c Bolt, 30 Link, 32 Joint, 34 End effector, 36 Hand mechanism, 38 Tool standby portion, 40 Tool, 42 Work, 44 Rotary tool motor, 46, 70 Transmission shaft, 48, 71 Bevel gear, 60 Holder unit, 62 Relay block, 64 Tool holder, 66 Fixed portion, 68 Rotating portion, 72 Rotating shaft, 74 Insertion hole, 76 Engagement recess, 78 Pin hole, 80 Holder body, 82 Swing arm, 84 Swing shaft, 86 Connection portion, 88 Spring, 90 Engagement protrusion, 92 Rotation transmission pin, 94 gripping portion, 96 weight mounting portion, 98 adjustment weight, Rd indexing axis, Rw workpiece rotation axis.
Claims (7)
工具を保持するとともに、中継ブロックに着脱可能なツールホルダと、
を備え、前記中継ブロックは、前記ツールホルダの一部が挿入される挿入穴を有し、
前記ツールホルダは、
前記挿入穴に挿入可能であり、前記挿入穴の一部と係合するクランプ状態と、前記挿入穴内において進退可能なアンクランプ状態と、に変化する連結部と、
前記連結部が前記挿入穴内に挿入された状態で外部に露出する位置に設けられ、一対のアームを有したハンド機構により把持される把持部であって、把持圧力を受けた際に前記連結部をアンクランプ状態に変化させる把持部と、
を備えることを特徴とするホルダユニット。 A detachable relay block for the tool mounting part of the turret;
a tool holder that holds a tool and is detachable from the relay block;
the relay block has an insertion hole into which a part of the tool holder is inserted,
The tool holder comprises:
a connecting portion that can be inserted into the insertion hole and that changes between a clamped state in which the connecting portion engages with a part of the insertion hole and an unclamped state in which the connecting portion can advance and retreat within the insertion hole;
a gripping portion provided at a position where the connecting portion is exposed to the outside when the connecting portion is inserted into the insertion hole , and gripped by a hand mechanism having a pair of arms , the gripping portion changing the connecting portion to an unclamped state when receiving a gripping pressure;
A holder unit comprising:
前記ツールホルダは、さらに、
一対の揺動レバーであって、少なくとも一部が前記挿入穴に挿入されて、前記連結部として機能する、一対の揺動レバーと、
前記一対の揺動レバーの前記連結部を互いに離れる方向に付勢する付勢部材と、
を備え、前記連結部は、前記挿入穴の内周面に向かって突出し、前記挿入穴の内周面に形成された係合凹部に係合する係合突起を有し、
前記把持部は、前記揺動レバーに機械的に繋がり、外部空間に突出する突起であって、押圧されることで前記一対の揺動レバーを互いに近づく方向に揺動させる突起である、
ことを特徴とするホルダユニット。 2. The holder unit according to claim 1,
The tool holder further comprises:
A pair of rocking levers, at least a portion of which is inserted into the insertion hole and functions as the connecting portion;
a biasing member that biases the connecting portions of the pair of rocking levers in directions away from each other;
the connecting portion has an engagement protrusion that protrudes toward an inner circumferential surface of the insertion hole and engages with an engagement recess formed on the inner circumferential surface of the insertion hole,
The grip portion is a protrusion that is mechanically connected to the rocking lever and protrudes into an external space, and is a protrusion that rocks the pair of rocking levers in directions toward each other when pressed.
A holder unit characterized by:
前記挿入穴の内周面は、奥側に進むにつれて穴が拡大するような勾配面を有し、
前記揺動レバーを前記挿入穴の内周面に押し付ける前記付勢部材の付勢力の一部が、前記揺動レバーを奥側に引き込む引き込み力に変換される、
ことを特徴とするホルダユニット。 3. The holder unit according to claim 2,
The inner peripheral surface of the insertion hole has a sloped surface such that the hole becomes larger as it advances toward the back side,
A part of the biasing force of the biasing member that presses the rocking lever against the inner circumferential surface of the insertion hole is converted into a pulling force that pulls the rocking lever toward the rear side.
A holder unit characterized by:
前記中継ブロックは、
前記タレットに対して固定の固定部と、
前記タレットに内蔵された回転工具用モータの回転力を受けて、前記固定部に対して回転する回転部と、
を有し、前記ツールホルダは、前記回転部と回転方向に係合する回転伝達部を有し、前記回転部とともに回転する、
ことを特徴とするホルダユニット。 4. The holder unit according to claim 1,
The relay block includes:
A fixed portion fixed to the turret;
a rotating part that receives a rotational force of a rotary tool motor built in the turret and rotates relative to the fixed part;
The tool holder has a rotation transmission part that engages with the rotating part in a rotational direction and rotates together with the rotating part.
A holder unit characterized by:
前記ツールホルダは、前記回転部の回転軸の周囲に設けられた複数の錘取付部を有し、
前記錘取付部には、前記ツールホルダの重量バランスを調整するための調整錘が選択的に取り付けられる、
ことを特徴とするホルダユニット。 5. The holder unit according to claim 4,
the tool holder has a plurality of weight attachment portions provided around a rotation axis of the rotating portion,
An adjustment weight for adjusting the weight balance of the tool holder is selectively attached to the weight attachment portion.
A holder unit characterized by:
前記中継ブロックは、前記タレットの取付部に、螺合締結される、ことを特徴とするホルダユニット。 6. The holder unit according to claim 1,
The holder unit according to claim 1, wherein the relay block is screwed to a mounting portion of the turret.
複数の工具取付部の一つに着脱可能であるとともに、挿入穴が形成された中継ブロックと、
工具待機部で保管される複数のツールホルダであって、それぞれが、工具を保持するとともに中継ブロックに着脱可能な、複数のツールホルダと、
前記ツールホルダを把持するハンド機構と、
前記ハンド機構を移動させる移動機構と、
前記ハンド機構および前記移動機構の駆動を制御するコントローラと、
を備え、前記ツールホルダは、
前記挿入穴に挿入可能であり、前記挿入穴の一部と係合するクランプ状態と、前記挿入穴内において進退可能なアンクランプ状態と、に変化する連結部と、
前記連結部が前記挿入穴内に挿入された状態で外部に露出する位置に設けられた把持部であって、把持圧力を受けた際に前記連結部をアンクランプ状態に変化させる把持部と、
を備え、前記コントローラは、前記工具を交換するために、前記ハンド機構に対して前記把持部の把持を指示するとともに、前記移動機構に対して、前記ハンド機構ごと前記ツールホルダを、前記中継ブロックと前記工具待機部との間で移動させることを指示する、
ことを特徴とする工作機械。 a turret having a plurality of tool mounting portions;
a relay block that is detachably attached to one of the tool attachment portions and has an insertion hole formed therein;
a plurality of tool holders stored in the tool standby unit, each of which holds a tool and is detachably attached to the relay block;
a hand mechanism that holds the tool holder;
a moving mechanism that moves the hand mechanism;
a controller for controlling the driving of the hand mechanism and the moving mechanism;
The tool holder comprises:
a connecting portion that can be inserted into the insertion hole and that changes between a clamped state in which the connecting portion engages with a part of the insertion hole and an unclamped state in which the connecting portion can advance and retreat within the insertion hole;
a gripping portion provided at a position exposed to the outside when the connecting portion is inserted into the insertion hole, the gripping portion changing the connecting portion to an unclamped state when receiving a gripping pressure;
wherein the controller instructs the hand mechanism to grip the gripping portion in order to replace the tool, and instructs the moving mechanism to move the tool holder together with the hand mechanism between the relay block and the tool standby unit.
A machine tool characterized by:
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