JP2000210828A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工テーブル上にセット可能な工具の個数を
多くする。 【解決手段】 本発明の自動工具交換装置は、少なくと
もＺ軸方向に移動可能に設けられたスピンドル１１の先
端部に工具９を着脱するものにおいて、少なくともＺ軸
方向に移動可能に設けられ外径がスピンドル１１よりも
小さく且つ先端部に工具９を着脱することが可能なピッ
クアップ１２を備え、ワークを載置する加工テーブル３
を備え、この加工テーブル３上に設けられ複数の工具９
を収容する工具カセット８を備え、そして、加工テーブ
ル３以外の部分であるベース２の上に設けられ工具９を
一時的に収容するためのものであると共にその周囲にス
ピンドル１１のＺ軸方向移動用スペースを有するポット
２８を備えたところに特徴を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば工作機械の
スピンドルの先端部にドリル等の工具を着脱する自動工
具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の自動工具交換装置の一例とし
て、特公平２−２９４５６号公報に記載された装置があ
る。この公報の装置は、スピンドルをＺ軸方向に移動可
能に設けると共に、外径がスピンドルよりも小さく且つ
先端部に工具を着脱することが可能なピックアップをＺ
軸方向に移動可能に設け、更に、ワークを載置固定する
加工テーブルをＸＹ軸方向へ移動可能に設けて構成され
ている。そして、加工テーブルの一端部に設けた工具テ
ーブルの上に、複数の工具を収容する工具カセットと、
工具を一時的に収容するためのものであると共にその周
囲にスピンドルのＺ軸方向移動用スペースを有するポッ
トとを配設している。また、上記ポットとして、２個の
ポットが並べて配設されている。

【０００３】上記構成の場合、ピックアップにより、工
具カセットに収容されている工具の中から所望の工具を
取り出して、その工具を一方のポットに収容する。そし
て、スピンドルにそれまで取り付けられていた工具を外
して他方のポットに収容する。この後、一方のポットに
収容されている工具をスピンドルに取り付ける。また、
ピックアップにより、他方のポットに収容されている工
具を把持して工具カセットに戻す。これにより、スピン
ドルに取り付ける工具の交換作業が完了するように構成
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成の場合、
加工テーブル（の工具テーブル）の上に、工具カセット
とポットを一緒に配設する構成である。また、ポットに
は、スピンドルのＺ軸方向移動用スペースを設けなけれ
ばならないため、ポットの配設スペースはかなり大きく
なってしまう。このため、工具カセットの配設スペース
がかなり小さくなる傾向にあり、その結果、加工テーブ
ル（の工具テーブル）の上にセット可能な工具の個数が
少なくなってしまうという欠点があった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、加工テーブル上
にセット可能な工具の個数を多くすることができる自動
工具交換装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の自動工具交換装
置は、少なくともＺ軸方向に移動可能に設けられたスピ
ンドルの先端部に工具を着脱する自動工具交換装置にお
いて、少なくともＺ軸方向に移動可能に設けられ外径が
前記スピンドルよりも小さく且つ先端部に工具を着脱す
ることが可能なピックアップと、ワークを載置する加工
テーブルと、この加工テーブル上に設けられ複数の工具
を収容する工具カセットと、前記加工テーブル以外の部
分の上に設けられ工具を一時的に収容するためのもので
あると共にその周囲に前記スピンドルのＺ軸方向移動用
スペースを有するポットとを備えたところに特徴を有す
る。

【０００７】上記構成によれば、ポットを加工テーブル
以外の部分の上に設けるように構成したので、加工テー
ブルの上における工具カセットの配設スペースを大きく
することができる。このため、加工テーブルの上にセッ
ト可能な工具の個数を多くすることができる。

【０００８】また、上記構成の場合、前記スピンドルと
前記ピックアップを、Ｘ軸またはＹ軸方向に一体的に移
動可能に設けると共に、前記ポットをベースに設けるこ
とが好ましい。更に、前記ポットを、前記スピンドルと
前記ピックアップとの間の距離だけ離れて設けられた２
個のポットから構成すると共に、これら２個のポット
を、これら２個のポットの真ん中を中心として、その回
りに回転させることにより、前記２個のポットの位置を
交換する回転機構を備えることがより一層好ましい構成
である。更にまた、前記スピンドルと前記ピックアップ
を、Ｘ軸またはＹ軸方向に対して斜めに配置することが
好ましい構成である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を例えばプリント基
板穴明機に適用した一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。まず、図１は本実施例のプリント基板穴明
機の上面図であり、図２は上記プリント基板穴明機の正
面図である。これら図１及び図２に示すように、プリン
ト基板穴明機１のベース２の上には、加工テーブル３が
Ｘ軸方向（図１中上下方向）へ移動可能に設けられてい
る。

【００１０】この場合、加工テーブル３は、ベース２に
配設された２本のガイドレール４によりＸ軸方向に移動
可能に支持されていると共に、Ｘ軸モータ５によってボ
ールねじ６を介してＸ軸方向に移動駆動されるように構
成されている。上記Ｘ軸モータ５は例えばサーボモータ
で構成されている。上記加工テーブル３の上に、図示し
ないワークが着脱可能に載置固定されるように構成され
ている。そして、加工テーブル３の図１中下端部には、
工具トレイ７が一体的に設けられている。この工具トレ
イ７の上面は、図２及び図３に示すように、加工テーブ
ル３の上面よりも低くなるように構成されている。

【００１１】上記工具トレイ７の上面には、複数個の工
具カセット８が載置されて固定されている。これによ
り、工具カセット８は、加工テーブル３の上に設けられ
る構成となっている。上記各工具カセット８には、図３
に示すように、複数（例えば５０個）の工具９が収容可
能に構成されている。尚、工具９は例えばドリル等の工
具である。

【００１２】一方、ベース２の上面における図１中上部
には、ベース凸部１０がＹ軸方向（図１中左右方向）に
沿って延びるように突設されている。このベース凸部１
０には、スピンドル１１とピックアップ１２とがＹ軸方
向へ一体的に移動可能に設けられている。具体的には、
図２にも示すように、ベース凸部１０に、Ｙ軸可動部材
１３が２本のガイドレール１４、１４を介してＹ軸方向
へ移動可能に支持されている。このＹ軸可動部材１３
は、Ｙ軸モータ１５によってボールねじ１６を介してＹ
軸方向に移動駆動されるように構成されている。上記Ｙ
軸モータ１５は例えばサーボモータで構成されている。

【００１３】そして、Ｙ軸可動部材１３には、Ｚ軸可動
部材１７が２本のガイドレール１８、１８を介してＺ軸
方向へ移動可能に支持されている。このＺ軸可動部材１
７は、Ｚ軸モータ１９によってボールねじ２０を介して
Ｚ軸方向に移動駆動されるように構成されている。上記
Ｚ軸モータ１９は例えばサーボモータにより構成されて
いる。

【００１４】また、Ｚ軸可動部材１７には、図３にも示
すように、スピンドル１１がスピンドルブラケット２１
を介して回転可能に設けられている。これにより、スピ
ンドル１１は、Ｚ軸可動部材１７と一体にＺ軸方向へ移
動するように構成されている。上記スピンドル１１は、
例えばスピンドル１１内に内蔵されたスピンドルモータ
（図示しない）により回転駆動されるように構成されて
いる。また、スピンドル１１の先端部（下端部）には、
スピンドルチャック２２が設けられており、このスピン
ドルチャック２２によって工具９を着脱可能に把持でき
る構成となっている。

【００１５】更に、上記スピンドルブラケット２１に
は、ピックアップ１２がＺ軸方向へ移動可能に設けられ
ている。上記ピックアップ１２は、ピックアップフレー
ム２３と、クランプシリンダ２４と、把持爪２５とを備
えて構成されている。この構成の場合、ピックアップフ
レーム２３が、スピンドルブラケット２１にガイドレー
ル２６を介してＺ軸方向へ移動可能に支持されていると
共に、スピンドルブラケット２１に設けられたピックア
ップシリンダ２７によってＺ軸方向に移動駆動されるよ
うに構成されている。また、クランプシリンダ２４によ
り把持爪２５を駆動することによって、工具９を把持す
る、または、工具９の把持を解除するように構成されて
いる。

【００１６】上述した構成により、スピンドル１１とピ
ックアップ１２は、Ｚ軸可動部材１７と一体にＺ軸方向
へ移動するように構成されている。尚、ピックアップ１
２は、スピンドル１１及びＺ軸可動部材１７に対して、
単独でＺ軸方向へ移動することが可能なように構成され
ている。また、スピンドル１１とピックアップ１２とＺ
軸可動部材１７は、前記Ｙ軸可動部材１３と一体にＹ軸
方向へ移動するように構成されている。

【００１７】ここで、スピンドル１１とピックアップ１
２は、図５に示すように、Ｘ軸またはＹ軸方向に対して
斜めに配置されている。具体的には、スピンドル１１と
ピックアップ１２との間の距離のＸ軸成分がａとなると
共に、上記距離のＹ軸成分がｂとなるように配置されて
いる。

【００１８】一方、図１に示すように、ベース２の上面
の左端部におけるほぼ中央部には、例えば２個のポット
２８、２８が配設されている。これらポット２８は、工
具９を一時的に収容するためのものである。上記２個の
ポット２８は、図６に示すように、スピンドル１１とピ
ックアップ１２との間の距離と同じ距離だけ離れるよう
に設けられている。そして、２個のポット２８は、回転
機構２９によって、該２個のポット２８の真ん中を中心
として、その回りに回転されるように構成されている。

【００１９】上記回転機構２９は、図７に示すように、
ベース２に取り付け固定されたフレーム３０と、このフ
レーム３０に軸受３１を介して回転可能に支持されたポ
ットシャフト３２と、このポットシャフト３２を正転反
転駆動する反転シリンダ３３とから構成されている。そ
して、上記ポットシャフト３２の上端部に形成された横
棒状部３２ａの上面の両端部に、前記２個のポット２８
が突設されている。この構成の場合、反転シリンダ３３
によりポットシャフト３２を１８０度正転させると、上
記２個のポット２８の位置が交換される構成となってい
る。また、この交換状態で、反転シリンダ３３によりポ
ットシャフト３２を１８０度反転させると、上記２個の
ポット２８の位置が再び交換される（元に戻る）構成と
なっている。

【００２０】更に、回転機構２９の反転シリンダ３３が
停止した状態では、ポットシャフト３２の横棒状部３２
ａ（即ち、２個のポット２８）がＸ軸またはＹ軸方向に
対して斜めに配置されるように構成されている。この斜
めの角度は、前記したスピンドル１１とピックアップ１
２の斜めの角度と同じであり、２個のポット２８の間の
距離のＸ軸成分がａとなると共に、上記距離のＹ軸成分
がｂとなるように配置されている。更に、ベース２上に
置ける上記回転機構２９の配置位置は、スピンドル１１
とピックアップ１２を回転機構２９の真上に移動させた
ときに、スピンドル１１とピックアップ１２が２個のポ
ット２８の各真上に位置するように設定されている。

【００２１】そして、スピンドル１１とピックアップ１
２を２個のポット２８の各真上に位置させた状態で、ス
ピンドル１１とピックアップ１２をＺ軸方向に下降させ
ることにより、図４に示すように、スピンドル１１とピ
ックアップ１２にそれぞれ把持されている工具９を２個
のポット２８に収容することができる構成、または、２
個のポット２８に収容されている工具９をスピンドル１
１とピックアップ１２にそれぞれ把持することができる
構成となっている。この構成の場合、ポット２８の周囲
にスピンドル１１のＺ軸方向移動用スペースが設けられ
る構成となっている。

【００２２】また、スピンドル１１とピックアップ１２
を２個のポット２８の各真上に位置させた状態で、ピッ
クアップ１２だけをＺ軸方向に下降させることにより、
ピックアップ１２に把持されている工具９をピックアッ
プ１２に対応するポット２８に収容することができる構
成、または、ピックアップ１２に対応するポット２８に
収容されている工具９をピックアップ１２に把持するこ
とができる構成となっている。

【００２３】次に、上記構成の作用、具体的には、スピ
ンドル１１に取り付けられている工具９を自動的に交換
する動作について説明する。まず、図３に示すように、
Ｘ軸モータ５を駆動して加工テーブル３をＸ軸方向に移
動させると共に、Ｙ軸モータ１５を駆動してＹ軸可動部
材１３ひいてはピックアップ１２をＹ軸方向に移動させ
ることにより、ピックアップ１２を、工具カセット８に
収容されている工具９の中の交換したい工具９の真上に
位置させる。

【００２４】続いて、ピックアップシリンダ２７を駆動
してピックアップ１２をＺ軸方向に下降させると共に、
クランプシリンダ２４を駆動することにより、上記交換
したい工具９をピックアップ１２に把持する。そして、
ピックアップシリンダ２７を駆動してピックアップ１２
をＺ軸方向に上昇させる。

【００２５】この後、Ｙ軸モータ１５を駆動して、スピ
ンドル１１とピックアップ１２をＹ軸方向に移動させる
ことにより、スピンドル１１とピックアップ１２を２個
のポット２８の各真上に位置させる。そして、この状態
で、Ｚ軸モータ１９を駆動してスピンドル１１とピック
アップ１２をＺ軸方向に下降させることにより、図４に
示すように、スピンドル１１とピックアップ１２にそれ
ぞれ把持されている工具９を２個のポット２８に収容す
る。

【００２６】続いて、Ｚ軸モータ１９を駆動してスピン
ドル１１とピックアップ１２をＺ軸方向に上昇させた
後、回転機構２９の反転シリンダ３３を駆動してポット
シャフト３２を１８０度正転（または反転）させると、
上記２個のポット２８の位置が交換される。これによ
り、交換したい工具９の真上にスピンドル１１が位置す
ると共に、スピンドル１１にそれまで取り付けられてい
た工具９の真上にピックアップ１２が位置するようにな
る。

【００２７】この状態で、Ｚ軸モータ１９を駆動してス
ピンドル１１とピックアップ１２をＺ軸方向に下降させ
ることにより、２個のポット２８に収容されている工具
９をスピンドル１１とピックアップ１２にそれぞれ把持
する。これにより、スピンドル１１に交換したい工具９
が装着される。その後、Ｚ軸モータ１９を駆動してスピ
ンドル１１とビックアップ１２とを上昇させる。次い
で、Ｙ軸モータ１５を駆動して、ピックアップ１２をＹ
軸方向に移動させると共に、Ｘ軸モータ５を駆動して加
工テーブル３をＸ軸方向に移動させることにより、ピッ
クアップ１２を工具カセット８における工具９が収容さ
れていない部位（即ち、スピンドル１１にそれまで取り
付けられていた工具９を収容すべき部位）の真上に位置
させる。

【００２８】この状態で、ピックアップシリンダ２７を
駆動してピックアップ１２をＺ軸方向に下降させると共
に、クランプシリンダ２４を駆動することにより、ピッ
クアップ１２に把持されていた工具９を工具カセット８
に収容する。そして、ピックアップシリンダ２７を駆動
してピックアップ１２をＺ軸方向に上昇させる。これに
より、工具９の自動交換動作が完了するようになってい
る。

【００２９】このような構成の本実施例によれば、２個
のポット２８を加工テーブル３以外の部分、具体的には
ベース２の上に設けるように構成したので、加工テーブ
ル３の上における工具カセット８の配設スペースである
工具トレイ７の全面に工具カセット８を収容することが
できる。この構成の場合、工具カセット８の配設スペー
スが広くなり、加工テーブル３の上にセット可能な工具
９の個数を多くすることができる。

【００３０】また、上記実施例の場合、スピンドル１１
とピックアップ１２をＹ軸方向に一体的に移動可能に設
け、ポット２８をベース２に設けるように構成した。こ
の構成によれば、ポット２８をベース２に設けているの
で、ポット２８の配設位置の設計自由度が高くなる。

【００３１】更に、上記実施例では、ポット２８を、ス
ピンドル１１とピックアップ１２との間の距離だけ離れ
て設けられた２個のポット２８、２８から構成すると共
に、これら２個のポット２８を、これら２個のポット２
８の真ん中を中心として、その回りに回転させることに
より、２個のポット２８の位置を交換する回転機構２９
を備えるように構成した。この構成によれば、回転機構
２９がない構成（または従来構成）に比べて、工具交換
に要する時間を短縮することができる。というのは、ス
ピンドル１１とピックアップ１２を上下動させる回数、
並びに、スピンドル１１とピックアップ１２をＹ軸方向
へ移動させる回数（または加工テーブル３をＸ軸または
Ｙ軸方向へ移動させる回数）を低減させることができる
ためである。

【００３２】また、上記実施例においては、スピンドル
１１とピックアップ１２を、Ｘ軸またはＹ軸方向に対し
て斜めに配置するように構成した。この構成によれば、
スピンドル１１とピックアップ１２をＹ軸方向へ移動さ
せる移動距離と、加工テーブル３をＸ軸方向へ移動させ
る移動距離とを最も少なくする、即ち、最適化すること
ができる。

【００３３】尚、上記実施例では、２個のポット２８を
回転させて位置を交換するように構成したが、交換時間
を短縮する必要がなければ、２個のポット２８を回転さ
せない構成としても良い。また、ポット２８の個数も、
２個に限定されるものではなく、１個、または、３個以
上設けるように構成しても良い。

【００３４】更に、上記実施例では、スピンドル１１と
ピックアップ１２をＹ軸方向に一体的に移動可能に設け
ると共に、加工テーブル３をＸ軸方向に移動可能に設け
たが、これに代えて、スピンドル１１とピックアップ１
２をＸ軸方向に一体的に移動可能に設けると共に、加工
テーブル３をＹ軸方向に移動可能に設けるように構成し
ても良い。

【００３５】また、スピンドル１１とピックアップ１２
をＹ軸方向に移動させることを止めて（即ち、スピンド
ル１１とピックアップ１２はＺ軸方向だけに移動可能に
構成して）、加工テーブルをＸ軸及びＹ軸方向に移動可
能に設ける構成としても良い。この構成において、例え
ばサブテーブルに対して加工テーブルをＸ軸方向に移動
可能に設けると共に、上記サブテーブルをＹ軸方向に移
動可能に設けた場合、ポットはサブテーブルの上に配設
するように構成すれば良い。即ち、ポットは、加工テー
ブル以外の部分の上に設けるように構成すれば良い。

【００３６】更にまた、上記実施例では、本発明の自動
工具交換装置をプリント基板穴明機１に適用したが、こ
れに限られるものではなく、スピンドルを備えた他の工
作機械に適用しても良い。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、少なくともＺ軸方向に移動可能に設けられ外径がス
ピンドルよりも小さく且つ先端部に工具を着脱すること
が可能なピックアップを備えると共に、ワークを載置す
る加工テーブルを備え、この加工テーブル上に設けられ
複数の工具を収容する工具カセットを備え、そして、前
記加工テーブル以外の部分の上に設けられ工具を一時的
に収容するためのものであると共にその周囲に前記スピ
ンドルのＺ軸方向移動用スペースを有するポットを備え
るように構成したので、加工テーブルの上における工具
カセットの配設スペースを大きくすることができて、加
工テーブルの上にセット可能な工具の個数を多くするこ
とができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すプリント基板穴明機の
上面図

【図２】プリント基板穴明機の正面図

【図３】スピンドルとピックアップと工具カセットとポ
ット周辺の正面図

【図４】スピンドルとピックアップからポットへ工具を
収容するときの動作を示す図３相当図

【図５】スピンドルとピックアップ周辺の上面図

【図６】ポットと回転機構の上面図

【図７】ポットと回転機構の縦断面図

【符号の説明】

１はプリント基板穴明機、２はベース、３は加工テーブ
ル、５はＸ軸モータ、７は工具トレイ、８は工具カセッ
ト、９は工具、１０はベース凸部、１１はスピンドル、
１２はピックアップ、１３はＹ軸可動部材、１５はＹ軸
モータ、１７はＺ軸可動部材、１９はＺ軸モータ、２１
はスピンドルブラケット、２２はスピンドルチャック、
２７はピックアップシリンダ、２８はポット、２９は回
転機構、３０はフレーム、３１は軸受、３２はポットシ
ャフト、３３は反転シリンダを示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともＺ軸方向に移動可能に設けら
   れたスピンドルの先端部に工具を着脱する自動工具交換
   装置において、 少なくともＺ軸方向に移動可能に設けられ、外径が前記
   スピンドルよりも小さく且つ先端部に工具を着脱するこ
   とが可能なピックアップと、 ワークを載置する加工テーブルと、 この加工テーブル上に設けられ、複数の工具を収容する
   工具カセットと、 前記加工テーブル以外の部分の上に設けられ、工具を一
   時的に収容するためのものであると共に、その周囲に前
   記スピンドルのＺ軸方向移動用スペースを有するポット
   とを備えたことを特徴とする自動工具交換装置。
2. 【請求項２】 前記スピンドルと前記ピックアップは、
   Ｘ軸またはＹ軸方向に一体的に移動可能に設けられてい
   ると共に、 前記ポットは、ベースに設けられていることを特徴とす
   る請求項１記載の自動工具交換装置。
3. 【請求項３】 前記ポットを、前記スピンドルと前記ピ
   ックアップとの間の距離だけ離れて設けられた２個のポ
   ットから構成すると共に、 前記２個のポットを、これら２個のポットの真ん中を中
   心として、その回りに回転させることにより、前記２個
   のポットの位置を交換する回転機構を備えたことを特徴
   とする請求項２記載の自動工具交換装置。
4. 【請求項４】 前記スピンドルと前記ピックアップは、
   Ｘ軸またはＹ軸方向に対して斜めに配置されていること
   を特徴とする請求項３記載の自動工具交換装置。