带工具库机床的制作方法

本公开的发明涉及带工具库机床。

背景技术：

数控自动化的车床(nc车床)、加工中心等机床需要根据工作物(工件)的加工作业而更换工具。在这些机床中，为了无需工作人员通过手动交换工具，采用了自动地交换工具的工具交换装置。在该工具交换装置中，具备将加工所需的多个工具保持为可交换的状态的工具库。

例如，专利文献1的机床的自动工具交换装置(相当于本申请的工具交换装置)具备：主轴(相当于本申请的主轴装置)，其能够可释放地把持工具；以及工具库，其具有将工具以可交换的状态支承的多个工具支架(相当于本申请的工具座)。

主轴相对于机床设置为，旋转轴线与机床的铅垂方向成为平行。另外，工具库具有以旋转平面相对于机床成为水平的方式设置的工具支承轮(相当于本申请的旋转圆盘)，主轴的旋转轴线方向与工具支承轮的旋转轴线方向相互平行。

另外，工具以其一部分被把持于工具支架并且工具的旋转轴线与工具支承轮的旋转平面正交的方式，沿工具支承轮的周向以等间隔配置。自动工具交换装置使该工具支承轮旋转，从所配置的多个工具之中选择用于加工的工具，与正在被把持于主轴的工具交换。

专利文献1：日本特开2003－211336号公报

由于专利文献1的机床的自动工具交换装置配置为，工具库的工具支承轮的旋转平面相对于机床成为水平(工具支承轮成为水平)，所以需要在机床的水平方向确保工具支承轮的空间。另外，若加工作业复杂，使用的工具增多，则工具支架也增多，需要增大工具支承轮的直径，并增长配置工具支架的工具支承轮的圆周。由此，为了将工具支承轮收纳于机床的内侧，需要增大机床的宽度，难以减小配置机床所需的空间。

另外，在专利文献1的机床的自动工具交换装置中，为了缩小用于工具支承轮的旋转的空间，若设置为工具支承轮的旋转平面成为垂直(工具支承轮纵向设置)，则工具配置为旋转轴线与水平方向成为平行。此时，工具的一部分从工具支架沿水平方向突出，无法缩小机床的宽度。因此，在这种情况下，机床的宽度也增大，难以减小配置机床所需的空间。

技术实现要素：

本公开的发明是鉴于这种问题点而完成的，课题在于提供一种带工具库机床，在该带工具库机床中，能够缩小机床的宽度，从而减小配置机床所需的空间。

为了解决上述课题，本公开的第一发明是如下带工具库机床，该带工具库机床具备：主轴装置，对具有被把持部和加工部的工具的上述被把持部以可装卸的方式进行把持，具有使所把持的上述工具旋转的旋转主轴；工具库，保持多个上述工具，将所保持的多个上述工具之一分度至规定的位置；以及工具交换装置，对从多个上述工具之中分度出的一个上述工具与被把持于上述旋转主轴的上述工具进行交换，其中，上述工具库具备：旋转圆盘，其绕与上述旋转主轴的旋转轴线亦即主轴旋转轴线正交的轴线即圆盘旋转轴线旋转；多个工具座，把持上述工具的上述被把持部，沿上述旋转圆盘的周向空开间隔地配置，并被设置为在把持有上述工具的状态下上述加工部位于上述旋转圆盘的径向的外侧；以及分度装置，使上述旋转圆盘绕上述圆盘旋转轴线旋转，将多个上述工具座之中的一个上述工具座分度至规定的位置。

接下来，本公开的第二发明是如下带工具库机床，即，在上述第一发明的带工具库机床中，上述工具库各自的上述工具座以各个上述工具的旋转轴线亦即各个工具旋转轴线相对于从上述旋转圆盘的旋转中心连结上述工具座的配置于上述旋转圆盘的位置而成的假想放射线沿上述旋转圆盘的一方的旋转方向倾斜的方式设置于上述旋转圆盘。

根据本公开的第一发明，能够缩小机床的宽度，从而缩小配置机床所需的空间。

根据本公开的第二发明，当使工具库旋转，从而被把持于工具座的工具的旋转轴线方向与机床的水平方向成为平行时，能够使工具座在机床的铅垂方向上的位置，比经过工具库的旋转圆盘的中心的水平线更向上方一侧或者下方一侧错开。由此，当工作人员对工具座或者工具进行交换、调整等作业时，能够使成为作业的对象的工具座的位置位于适于作业的位置。

附图说明

图1是说明带工具库机床的整体结构的立体图。

图2是说明配置于工具库的工具座与引导部件的关系的分解立体图。

图3是说明工具座向旋转圆盘(工具库)的安装方法的示意图。

图4是说明工具座与工具的关系的分解立体图。

图5是说明工具相对于工具座的把持的方法的示意图。

图6是说明选择工具单元和主轴装置向交换待机位置的移动的图。

图7是说明选择工具单元的工具与主轴装置的工具的交换顺序的图。

图8是比较工具相对于现有的机床的工具库的安装状态和本申请的安装状态的图。

图9是说明工具库的工具的工具交换位置与工具/工具座的维护位置的图。

图10是比较现有的维护位置与本申请的维护位置的图。

附图标记说明：

1…机床；101…机座；102…柱；103…y轴导轨；104…z轴工作台；105…托盘；107…y轴滑鞍；108…主轴装置；108a…旋转主轴；109…x轴导轨；110…z轴导轨；111…滚珠丝杠；200…分度装置；201…支承台；202…带减速器马达；210…工具库；211…旋转圆盘；212a…上板；212b…下板；300…工具交换装置；301…交换臂；301a、301b…钩；302…臂用驱动装置；303…引导部件；303b…上引导件；303c…下引导件；304…座支架；304a…切口部；304b…保持叉；304c…下板；305…座滑块；305a…螺母板；305b…座把持部；305c…突起部；306…马达；307…滚珠丝杠；308…工具座移动装置；400、400a、400b…工具单元；400s…选择工具单元；410、410a、410b…工具；411…加工部；412…钩槽；413…凸缘部；414…被把持部；415…锁止孔；420…工具座；421…插入孔；422…把持槽；423…被保持部；424…座被把持部；426…工具把持部；427…把持孔；bl…球；br…托架；cp…旋转中心；jk…圆盘旋转轴线；kj…假想放射线；pa…工具交换位置；pb…维护位置；pth…库保持位置；psh…加工位置；ptc、psc…交换待机位置；rl…主轴旋转轴线；stp…限位器；spg1…板簧；spg2…压缩弹簧；spl…滑阀；tl…工具；m1…马达；m2…马达；m3…马达；h1、h2…高度；wd…工具插入窗；400z…工具单元；410z…工具；δθ…角度。

具体实施方式

以下，使用图1～图10说明本申请的带工具库机床的实施方式的例子。此外，在记载有x轴、y轴和z轴的图中，x轴、y轴以及z轴相互正交。另外，z轴与主轴装置108的旋转主轴108a的旋转轴线(主轴旋转轴线rl)平行，y轴与设置于使用带工具库机床1(以下简单地称为机床1)的场所时机床1的上下方向平行。另外，在机床1中，将x轴方向称为“右”，将相对于x轴方向相反的方向称为“左”，将y轴方向称为“上”，将y轴方向的相反方向称为“下”。另外，将z轴方向称为“前”，将z轴方向的相反方向称为“后”。

[带工具库机床的整体结构(图1)]

如图1所示，机床1(例如加工中心)具有机座101、柱102和支承台201。在机座101设置有柱102、支承台201、x轴导轨109和z轴导轨110。

x轴导轨109沿x轴方向延伸配置，设置有通过马达m1等能够向x轴方向移动的柱102。柱102在前表面具有y轴导轨103。y轴导轨103沿y轴方向延伸配置，设置有通过马达m2等能够向y轴方向移动的y轴滑鞍107。

在y轴滑鞍107，以旋转所把持的工具的旋转主轴108a的轴线即主轴旋转轴线rl与z轴方向成为平行的方式设置有主轴装置108。在柱102的前表面形成有沿y轴方向延伸配置的收容主轴装置108的一部分的开口，以便主轴装置108能够沿y轴方向移动。在该开口设置有追随于主轴装置108的y轴方向的移动的例如波纹状的覆盖部，以使切屑、切削油等不会从外部向柱102的内部进入。此外，主轴装置108设置有与后述工具座420同样的对工具进行把持的机构。据此，主轴装置108能够相对于机座101在xy平面内移动。

z轴导轨110是沿z轴方向延伸配置的一对导轨，设置有能够向z轴方向移动的z轴工作台104。在z轴工作台104的下表面的左右端的每一侧，分别设置有与马达m3同轴设置的滚珠丝杠111进行螺纹接合的滚珠螺母113。由此，z轴工作台104能够通过马达m3沿z轴方向移动。

在z轴工作台104的上表面载置、固定有可交换的托盘105。另外，图示省略，在机座101中的z轴工作台104的前方设置有托盘交换器。托盘105的交换通过调换托盘交换器交换z轴工作台104上的托盘105与位于托盘交换器的待机位置的托盘来进行。

图示省略，z轴工作台104通过马达等使托盘105绕y轴线相对于机座101旋转。据此，也能使固定于托盘105上的加工对象物(工件)(图示省略)相对于机座101沿z轴方向移动，并使其绕y轴线旋转。

如图1所示，支承台201具有分度装置200和工具交换装置300。分度装置200具有工具库210和带减速器马达202，在隔着支承台201与柱102相反一侧，工具库210的旋转圆盘211设置为位于机座101的外缘。工具库210具有旋转圆盘211、多个工具座420、上板212a和下板212b。

支承台201例如通过焊接等将多个铁板相连而设置。在支承台201安装有上板212a、下板212b、带减速器马达202、托架br和工具座移动装置308。图示省略，旋转圆盘211经由使用了轴承等的旋转支承装置支承于支承台201。旋转圆盘211以能够旋转的方式连结于设置于支承台201的带减速器马达202的输出轴即旋转轴。旋转圆盘211相对于支承台201绕圆盘旋转轴线jk旋转。在旋转圆盘211，座支架304被螺栓等紧固并沿旋转圆盘211的周向间隔(例如以15度的角度间隔)地配置。另外，工具单元400由工具410和把持工具410的工具座420构成。

工具单元400(工具410、工具座420)被保持于座支架304，沿旋转圆盘211的周向空开间隔配置有多个(参照图9、图10)。工具单元400分别设置为，在将工具410可装卸地把持的状态，加工部411(参照图4)位于旋转圆盘211的径向的外侧。此外，在图1中，为了使说明简单，仅记载了被分度至后述工具交换位置pa的一个工具单元400。

上板212a和下板212b分别以隔着配置于旋转圆盘211的工具单元400与旋转圆盘211对置的方式设置于支承台201。另外，上板212a和下板212b彼此隔着带减速器马达202的旋转轴在上下方向以规定的距离(工具单元400能够通过的程度的距离)分离地设置于支承台201。由此，在上板212a与下板212b之间沿z轴方向能够形成缝隙。

从左方(相对于x轴方向相反的方向)观察时，工具交换位置pa位于上板212a与下板212b之间的缝隙的位置，并且是工具库210中的工具交换装置300侧的工具座420(工具单元400)所分度的位置。另外，维护位置pb位于工具库210中的与工具交换位置pa相反一侧，并且是工具座420(工具单元400)所分度的位置。

分度装置200通过带减速器马达202使旋转圆盘211绕圆盘旋转轴线jk旋转，从多个工具座420(工具单元400)之中，将对用于加工的工具进行把持的工具座420(工具单元400)分度至规定的位置(工具交换位置pa)。被分度出的工具单元400在工具交换位置pa通过工具交换装置300从工具库210向引导部件303移动。

另外，当工作人员进行工具410、工具座420(工具单元400)的交换/调整等维护作业时，分度装置200使旋转圆盘211旋转，将进行作业的工具单元400向维护位置pb分度。由此，工作人员能够从上板212a与下板212b之间的缝隙相对于座支架304装卸工具单元400，进行工具单元400的维护作业。

工具交换装置300具有交换臂301、臂用驱动装置302、引导部件303和工具座移动装置308。交换臂301具有被嵌入到设置于后述工具410的钩槽412(参照图4、图5)的钩301a、301b。臂用驱动装置302经由托架br支承于支承台201。臂用驱动装置302具有使交换臂301绕旋转轴线旋转的驱动单元(例如马达)和沿旋转轴线方向移动的直动机构(例如齿轮齿条机构等)。由此，臂用驱动装置302能够使交换臂301向z轴方向移动并且使其绕z轴方向的轴线旋转。

[工具单元和引导部件的详细构造(图2～图5)]

使用图2～图5说明工具单元400和引导部件303的详细构造。此外，为了便于说明，在图2中，省略了相对于旋转圆盘211紧固座支架304的螺栓、螺母等紧固部件和后述工具插入窗wd(参照图9、图10)的记载。

如图2所示，在与工具交换位置pa对置的支承台201的位置设置有引导部件303和具有滚珠丝杠307和马达306的工具座移动装置308。引导部件303具有沿x轴方向延伸并且在上下方向对置的一对平面状部件。一对中的上侧的平面状部件是上引导件303b，一对中的下侧的平面状部件是下引导件303c。引导部件303的工具交换位置pa侧开放，上引导件303b和下引导件303c设置为，工具座420能够通过，并以能够引导移动的程度的高度相互平行。

引导部件303例如由金属等形成，图示省略，通过螺栓、螺母等紧固部件或者焊接等固定于托架br，从而支承于支承台201。

座滑块305具有：螺母板305a，其设置有内螺纹，该内螺纹供设置于滚珠丝杠307的外周的外螺纹嵌入；以及座把持部305b，其供工具座420的座被把持部424嵌入而对其进行把持。座把持部305b以一侧能够嵌入座被把持部424的方式开放，在另一侧设置有螺母板305a。

滚珠丝杠307的轴向沿x轴方向设置。另外，滚珠丝杠307的工具交换位置pa侧的端部经由螺母板305a与座滑块305连接，另一侧的端部与马达306的旋转轴以成为同轴的方式连接。由此，座滑块305能够沿引导部件303在库保持位置pth与交换待机位置ptc之间移动。此外，工具座移动装置308不限定于滚珠丝杠307和螺母板305a的结构，例如可以是齿轮齿条机构等直动机构。

另外，在座把持部305b的前端设置有突起部305c，该突起部305c朝向供座被把持部424嵌入的空间的内侧突出。工具座420通过突起部305c嵌入把持槽422而被把持于座滑块305。此外，为了允许沿工具库210的周向移动的工具座420在工具交换位置pa的通过，座把持部305b的内侧的宽度设定为比座被把持部424的宽度大。另外，因相同理由，把持槽422的z轴方向的宽度等被设定为突起部305c能够沿周向通过。

若滚珠丝杠307旋转，座滑块305沿x轴方向移动，则在座把持部305b把持有座被把持部424的工具座420(工具单元400)朝向交换待机位置ptc移动。

图3是说明工具座420保持于座支架304的状态的剖面的示意图。在旋转圆盘211通过螺栓blt1固定有座支架304。座支架304具有一方开放的“コ”字型形状，由切口部304a、保持叉304b和下板304c构成。工具座420通过被保持部423嵌入座支架304的“コ”字型形状而保持于座支架304。由此，对工具座420各自从旋转圆盘211沿径向脱出进行限制。

在螺栓blt1的前端一侧固定有限位器stp。通过限位器stp和上板212a以及下板212b(参照图1、图2)限制了工具座420向x轴方向的移动。在保持叉304b通过螺栓blt2固定有板簧spg1。板簧spg1的从切口部304a弯曲的部分向下方突出，从而板簧spg1通过弹簧的作用力将工具座420朝向下板304c按压。

如图2、图4以及图5所示，工具单元400具有工具座420和工具410。工具座420由被保持部423、座被把持部424和工具把持部426构成。工具410由加工加工对象物(工件)的加工部411、凸缘部413以及被把持部414构成。在凸缘部413沿周向设置有供交换臂301的钩301a、301b(参照图1)嵌入的钩槽412。

图4是说明工具座420与工具410的关系的分解立体图。图5是用于说明工具座420把持工具410的方法的图，并且是一部分示出剖面的示意图。如图4、图5所示，在被把持部414的两处位置设置有锁止孔415。

如图5所示，工具座420具有球bl、压缩弹簧spg2和滑阀spl。滑阀spl设置于工具座420的内部，一侧的端部经由压缩弹簧spg2与工具座420的座被把持部424一侧连接。另外，在滑阀spl的另一侧的端部形成有圆锥面。通过压缩弹簧spg2的作用力，滑阀spl沿z轴方向移动，各个球bl的滑阀spl侧的面分别与滑阀spl的圆锥面抵接，并且各个球bl的与滑阀spl侧相反一侧的面分别与把持孔427的内侧的面抵接。

若将工具410的被把持部414向把持孔427嵌入，则按压与被把持部414的内侧的面抵接的各个球bl所抵接的各个圆锥面，克服压缩弹簧spg2的作用力，使滑阀spl沿z轴方向的相反方向移动。若进一步将被把持部414向把持孔427嵌入，则各个球bl分别嵌入锁止孔415，从而工具410被把持于工具座420(被锁止)。

工作人员使用图5所示的工具tl将工具410从工具座420取下。具体而言，工作人员将工具tl的前端从插入孔421向其中放入，将前端钩挂于在滑阀spl形成的环状槽rs。接下来，工作人员使工具tl的前端向与z轴方向相反的方向移动，解除针对各个球bl的作用力，从各个锁止孔415将球bl分别拆下来解除锁止。由此，工作人员将工具410从工具座420拆下，进行工具的交换/调整等作业。

对于分度装置200(参照图1)对工具单元400进行的分度，具体而言，通过带减速器马达202使旋转圆盘211旋转，使从保持于在旋转圆盘211配置有多个的座支架304的多个工具单元400之中选择出的工具单元400，移动(分度)至工具交换位置pa。分度至工具交换位置pa的工具单元400成为座被把持部424嵌入座把持部305b并且通过座支架304能够移动的状态。

[工具库的工具与主轴装置的工具的交换(图6、图7)]

使用图6和图7，说明工具库210的工具410与主轴装置108的工具410的交换顺序。

如图6所示，分度装置200使旋转圆盘211旋转，将作为选择出的工具单元400的选择工具单元400s(把持有用于加工作业的工具410的工具单元400)移动至工具交换位置pa。接下来，工具交换装置300通过工具座移动装置308使选择工具单元400s从库保持位置pth向交换待机位置ptc移动。另外，与此同时，驱动马达m1，使主轴装置108从加工位置psh向交换待机位置psc移动。

接下来，如图6、图7所示，工具交换装置300使交换臂301绕旋转轴线逆时针旋转90度，分别在选择工具单元400s的工具410a的钩槽412(参照图4)嵌入钩301b，在主轴装置108的工具410b的钩槽412嵌入钩301b。

接下来，如图7所示，工具交换装置300使交换臂301向z轴方向(向前方)移动，分别从选择工具单元400s的工具座420拉拔工具410a，从主轴装置108拉拔工具410b，并使交换臂301绕旋转轴线逆时针旋转180度。由此，工具410b移动至交换待机位置ptc，工具410a移动至交换待机位置psc，实现工具410a与工具410b的交换。

接下来，如图6、图7所示，工具交换装置300使交换臂301向z轴方向(向后方)移动，分别在选择工具单元400s嵌入工具410b，在主轴装置108嵌入工具410a。工具交换装置300使交换臂301旋转90度(绕z轴线的顺时针)，结束工具的交换。

[机床的工具库中的工具的安装状态(图8)]

在图8中，工具单元400z是对工具库应用了现有的安装方法时的工具单元。另外，工具单元400是对工具库应用了本申请的实施方式的安装方法的工具单元。

在现有的安装方法中，由于工具单元400z在机座101的x轴方向伸出长度δl，所以无法缩小机床的宽度。另一方面，在本申请的情况下，由于工具单元400的工具410z在机座101的x轴方向不会伸出，所以能够缩小机床1的宽度，从而缩小机床1的配置所需的空间。

[工具交换位置、工具和工具座的维护位置(图9、图10)]

如图9、图10所示，配置于工具库210的各个工具座420(工具单元400)以作为各个工具410的旋转轴线的各个工具旋转轴线相对于从旋转圆盘211的旋转中心cp连结工具座420的配置于旋转圆盘211的位置而成的假想放射线沿旋转圆盘211的一方的旋转方向倾斜的方式设置于旋转圆盘211。此外，在图9、图10中，工具库210以旋转中心cp为中心，从左方(与x轴方向相反的方向)观察，绕逆时针旋转。另外，为了便于说明，工具交换装置300等省略图示。

在旋转圆盘211，且在配置有工具座420(工具单元400)的各个位置，以与各个工具座420的插入孔421连通的方式分别设置有工具插入窗wd(参照图4、图5)。工作人员能够从工具插入窗wd将工具tl的前端放入，从工具座420将工具410拆下。

在图9所示的工具交换位置pa，工具单元400a以工具410a的工具旋转轴线tla相对于从旋转圆盘211的旋转中心cp连结工具座420的配置于旋转圆盘211的位置而成的假想放射线kj沿旋转圆盘211的顺时针旋转方向以角度δθ倾斜的方式设置于旋转圆盘211。

另外，在图9所示的维护位置pb，工具单元400b以工具410b的工具旋转轴线tlb相对于从旋转圆盘211的旋转中心cp连结工具座420的配置于旋转圆盘211的位置而成的假想放射线kj沿旋转圆盘211的顺时针旋转方向以角度δθ倾斜的方式设置于旋转圆盘211。

此外，角度δθ以如下方式被决定为，作为被把持于工具座420的工具410的旋转轴线的工具旋转轴线tla、tlb分别在工具交换位置pa和维护位置pb各自与z轴方向的轴线成为平行(水平)。例如，在本实施方式的例子中，角度δθ是15度。通过工具旋转轴线tlb在维护位置pb与z轴方向的轴线成为平行，由此，从工具座420将工具410拆下时，工具410难以落下。

在图10中，高度h2是未应用本实施方式的工具库210时工具的工具旋转轴线tlb相对于机床1成为水平时的高度(通过旋转圆盘211(工具库210)的旋转中心cp的水平线hl的高度)。高度h1是应用了本实施方式的工具库210时工具的工具旋转轴线tlb相对于机床1成为水平时的高度。通过沿旋转圆盘211的顺时针旋转方向以角度δθ倾斜，从而能够在维护位置pb与z轴方向的轴线成为平行。通过该工具旋转轴线的倾斜，能够使高度h1比高度h2低(高度h1＜高度h2)。能够使工具座420在机床1的铅垂方向上的位置比通过工具库210的旋转圆盘211的旋转中心cp的水平线更向下方一侧错开。由此，当工作人员对工具座420或者工具410进行交换、调整等作业时，能够使成为作业的对象的工具座420的位置(具体而言，工具插入窗wd的位置)位于适于作业的位置。

[本申请的效果]

如以上说明那样，根据本公开的发明的带工具库机床，能够缩小机床的宽度，从而缩小机床的配置所需的空间。另外，当使工具库旋转，从而被把持于工具座的工具的旋转轴线方向与机床的水平方向成为平行时，能够使工具座在机床的铅垂方向上的位置，比通过工具库的旋转圆盘的中心的水平线更向上方一侧或者下方一侧错开。由此，当工作人员对工具座或者工具进行交换、调整等作业时，能够使成为作业的对象的工具座的位置位于适于作业的位置。

本公开的带工具库机床不限定于在本实施方式中已说明的结构、构造等，能够在不变更本发明的主旨的范围进行各种变更、追加、删除。特别是配置于工具库的工具座的数量不限定于图9、图10所示的数量，可根据加工作业/工具的大小等变更。

在本实施方式中已说明的沿旋转圆盘211的顺时针旋转方向的角度δθ是一个例子，不限定于此，能够适当选择。

针对在本实施方式中已说明的机床1，虽然例示出加工中心，但不限定于此，能够应用于在加工作业中需要自动交换多个工具的机床。