JPH0112617B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は工具機械に関するものであつて、更
に詳細には、自動工具交換装置（ATC）を備え
た工作機械において、工具の回転割出し可能な工
具マガジンを主軸ヘツドとは独立してフレーム上
に移動自在に配設し、主軸ヘツドの第１段階の復
動により工具マガジンに取付けた把持部材が主軸
先端の工具を把持し、主軸ヘツドの第２段階の復
動により主軸の工具に対する挾持を解除し、更に
主軸ヘツドの第３段階の復動により主軸から工具
を完全に離脱させ、次いで工具マガジンを回転割
出しした後、主軸ヘツドに先とは逆の段階的な往
動動作を行わせて一連の工具交換シーケンスを達
成するようにしたものである。

従来技術 被加工物にねじ切りや孔開け等の加工を多機能
に行い得るように構成したマシニングセンタ
（MC）等の工作機械では、タツプやドリル等の
工具を予め所定の収納個所に多数格納しておき、
所望の工具を適時選択してこれを使用の終了した
工具と自動的に交換する装置（ATC）が一般に
配設されている。この自動工具交換装置としては
種々の型式のものが提案されているが、比較的簡
単な型式のものとしては、例えば特開昭58−
51046号公報に開示される工作機械の如く、多数
の工具を放射状に配設した円盤型の工具マガジン
を主軸ヘツドに回転自在に取付け、前記主軸ヘツ
ドがその加工動作領域（加工のために主軸ヘツド
が通常的に往復昇降する領域）より上方に位置す
る自動交換領域に到来したときのみ、前記工具マ
ガジンが主軸ヘツドに対してスライドし得るよう
にした構成が知られている。そしてこの工作機械
では、工具工換に際し、前記自動交換領域におい
て工具マガジンに対し主軸ヘツドをスライドさせ
つつ上昇させることにより使用済みの工具を主軸
先端から抜き取り、次いで前記工具マガジンを回
転割出しして所望の工具を前記主軸の直下に到来
させて軸線を整列一致させ、その後主軸ヘツドを
降下させることによつて新たな工具の装着を行う
ようになつている。しかしこのように構成した工
作機械では、主軸ヘツドが前記加工動作領域にお
いて被加工物に加工を行うべく下降し始めると、
この領域において工具マガジンは主軸ヘツドと一
体的に下降するため、被加工物の形態によつて
は、前記工具マガジンに装着されて半径方向に延
出する工具が加工中の被加工物と干渉する重大な
欠点があつた。

また一般に工作機械における自動工具交換装置
（ATC）は極めて複雑な機構となつており、この
ため故障が頻発したり、製造コストが嵩む等の欠
点も指摘されている。

目 的 本発明は、多数の工具を放射状に配設した円盤
型の工具マガジンを回転させて所望の工具を割出
すようにした従来技術に係る自動工具交換装置を
備える工作機械に内在している前述した欠点に鑑
み、これを好適に解決するべく提案されたもので
あつて、主軸ヘツドが被加工物の切削加工のため
に下降しても、工具マガジンはフレーム上の定位
置に保持されるようにして、当該工具マガジンか
ら延出する工具が加工中に被加工物と干渉するこ
とを防止することを目的としている。また前記自
動交換領域において主軸ヘツドを往復動作させる
ことにより、各種連繋機構が作動して工具の把
持、工具のプルスタツドに対する挾持の解放およ
び主軸からの工具の抜き取り、並びに新たに割出
された工具の主軸ヘツドへの装着等の一連の自動
交換動作を簡便に行い得る機構を提供して、製造
コストおよび故障の低減を併せて実現することを
目的としている。

解決手段 本発明に係る工作機械では、工具マガジンを回
転自在に枢支する工具支持台を、主軸ヘツドから
独立して工作機械本体のフレームに主軸の軸線方
向に移動し得るよう取付け、前記工具マガジンは
円周方向に多数の工具を放射状に保持して所望の
工具を回転割出し可能にすると共に、回転割出し
された工具は主軸ヘツドに回転自在に支持した主
軸の先端にその軸線を整列させて到来するよう構
成し、更に前記自動交換領域において主軸ヘツド
の復動によりカム動作して前記工具支持台を主軸
ヘツドと一体的に昇降させる第１のカムおよびク
ランク機構を設けて、これにより工具マガジンに
配設した工具把持具の開閉動作を行わせ、また前
記第１のカムおよびクランク機構のカム動作によ
り主軸ヘツドおよび工具支持台が一体的に復動す
る際に、前記主軸ヘツドに組込んだ第２のカムお
よびクランク機構がカム動作することにより主軸
中に設けた工具挾持部材が付勢されて、主軸先端
に取付けた工具に対する挾持を解除するよう構成
されている。このように構成したことによつて、
前記加工動作領域において主軸ヘツドが下降し被
加工物の加工を行うに際し、工具マガジンはフレ
ーム上の安位置に支持されているため前記被加工
物と干渉することがなく、しかも前記自動交換領
域において主軸ヘツドを昇降動作させるだけで、
簡単な構成でありながら確実に工具の自動交換を
達成し得るものである。

実施例 次に本発明に係る工作機械の詳細につき、好適
な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下
詳細に説明する。第１図は本発明に係る工作機械
の主要構成部材の配置を概略的に図示した設明
図、第２図は本願に係る工作機械の内部構造の詳
細を示す縦断面図、第３図は同じく工作機械の一
部切欠側面図、第４図は第２図の一部平面図であ
つて、内部構造を観察し得るように部分的に断面
表示したものである。

第１図は、本発明に係る工作機械１０の概略構
造を示すものであつて、この工作機械１０は、工
具装着部５２を一端に設けた主軸２６を回転自在
に支持する主軸ヘツド１８を、フレーム１６に対
し往復昇降可能に支持して被加工物に所要の加工
を施し得るようになつている。前記工具装着部５
２には、工具２０を着脱自在に挾持する工具挾持
部材６６が設けられている。複数個の工具把持具
９６を放射状に配置した工具マガジン２２が、工
具支持台２４に回転割出し自在に枢支され、この
工具支持台２４は、前記主軸ヘツド１８とは独立
してフレーム１６に昇降自在に支持されている。
また後述する如く、工具把持具９６を付勢して主
軸２６の先端に設けた工具２０に対する把持およ
び解放を行う第１のカムおよびクランク機構１６
２，２８並びに工具挾持部材６６を作動させて、
主軸２６からの工具２０の解放および抜き取りを
行う第２のカムおよびクランク機構１８８，３０
が配設されている。

次に本発明に係る工具機械の主要な構成につ
き、第２図〜第７図を参照して更に詳細に設明す
る。第１図〜第４図に示す如く、工作機械１０に
おける基台１２に直立配置したコラム１４の前面
には、箱型中空ケーシングからなる剛固なフレー
ム１６が水平に配設固定されており、このフレー
ム１６中に主軸ヘツド１８（主軸２６を回転自在
に支持している）が昇降可能に配設されている。
すなわち第３図および第４図に示すように、コラ
ム１４の前面に対向的に直立配置した一対の長尺
柱部材３２，３２の各長手方向垂直端面に、ねじ
３４を介してガイドレール３６が夫々垂直に固着
され、主軸ヘツド１８の後部に所定間隔離問させ
て上下一対ずつ配設した左右一組の摺動こま３
８，３８を、前記ガイドレール３６，３６に摺動
自在に密着嵌合させることによつて、該主軸ヘツ
ド１８には垂直方向における安定した昇降が確保
されるようになつている。

また前記一対の長尺柱部材３２，３２の頂部間
には、支持板３９が水平に橋架されてボルト固定
され、ロータリーエンコーダ４２を内蔵したAC
サーボモータ４０が前記支持板３９上に直立配置
されている。前記サーボモータ４０の垂直回転軸
４１の先端には、カツプリング４３を介してボー
ルねじ４４が固着され、このボールねじ４４は第
４図から判明するように、前記一対のガイドレー
ル３６，３６の中間において垂直下方に延在して
いる。更に第２図および第４図に示す如く、主軸
ヘツド１８の背面突出部には、ボルト４８を介し
てナツト４６が水平に固定され、このナツト４６
に前記ボールねじ４４が挿通螺合されている。そ
して前記ACサーボモータ４０を回転駆動するこ
とによつて、ボールねじ４４は所定の方向に回転
して前記ナツト４６にバツクラツシユのない直線
運動を与え、主軸ヘツド１８は所定のストローク
だけ垂直方向に自在に昇降し得るようになつてい
る。すなわち前記ACサーボモータ４０，ボール
ねじ４４およびこれに螺合させたナツト４６は、
主軸ヘツド１８の往復駆動機構を構成するもので
ある。なお主軸ヘツド１８の昇降ストロークは、
後にも言及する如く、主軸ヘツド１８が被加工
物に向け通常的に反復昇降して加工を行う加工動
作領域Ａと、この領域より上方レベルに位置し
て、主軸２６に対する工具２０の一連の着脱交換
動作が行われる自動交換領域Ｂとに大別される。
そして前記自動交換領域Ｂ中を主軸ヘツド１８が
復動上昇する過程において、一連の工具交換動作
を行わせるための３つの変節点が現われる（後
述）。ちなみに第１図〜第３図に示す主軸ヘツド
１８は、被加工物に対する通常の加工を終了して
加工動作領域Ａの上限（自動交換領域Ｂの下限）
にまで上昇し、次の加工指令または工具交換指令
の何れかを待機している状態にある。

前記主軸ヘツド１８の下部には、第２図に示す
如く、中空円筒状の主軸２６が軸受５０に挿通さ
れて回転自在に軸承され、この主軸２６はその下
端部に工具装着部５２を有すると共にその上端部
において、前記主軸ヘツド１８の頂部に直立配置
したモータ５６および減速機５８の出力軸６０に
カツプリング５４を介して接続されている。

前記工具装着部５２は、第２図に示すように、
テーパーシヤンクからなるアーバー６２を備える
工具２０を着脱自在に装着するものであつて、前
記アーバ６２の密着挿通を許容する裁頭円錐状の
開口部として形成されている。なお工具２０のア
ーバ後端部にはプルスタツド６４が設けられてお
り、前記中空主軸２６中に摺動自在に挿通した工
具挾持部材６６によつて前記プルスタツド６４を
挾持することにより、工具２０を主軸２６に固定
するようになつている。すなわちこの工具挾持部
材６６は、前記プルスタツド６４のネツク部を複
数のボール６８により囲繞するように構成した公
知のコレツトからなり、当該工具挾持部材６６が
主軸２６の中空部を軸線方向に摺動することによ
つて、前記プルスタツド６４のクランプおよび解
除を行い得る構造になつている。

第２図に示す如く、主軸２６の中空部内におけ
る所定高さ位置にはプラグ７０が上下摺動自在に
挿入されると共に、このプラグ７０に穿設した縦
孔中にドローバー７６の上端部が挿通固定されて
主軸２０の中心軸線に沿つて垂下し、また当該ド
ローバー７６の下端部は前記工具挾持部材６６の
頂部に接続されている。主軸２６におけるプラグ
７０の配設位置には、第２図から僅かに判明する
ように長円形のスロツト７４，７４が対向的に穿
設され、前記プラグ７０に直交的に挿通したピン
７２の両端部が、前記一対のスロツト７４，７４
を介して主軸２６の外方に水平に延出している
（第４図および第１０図参照）。なお第２図に示す
ように、工具装着部５２に工具２０が装着された
状態において、主軸中空部の下方に形成した段部
と前記プラグ７０の下端部に設けたワツシヤー８
０との間に一群の皿ばね７８が弾力的に圧縮介挿
され、この多数の皿ばね７８の中心部をドローバ
ー７６が挿通延在している。そして常にはこの皿
ばね７８の弾力によりプラグ７０を上方に押圧し
て定位置に保持すると共に、工具挾持部材６６を
弾力的に引上げてプルスタツド６４の挾持を確実
にしている。なお主軸外方に延出している直交ピ
ン７２の上方には、第２図、第４図および第１０
図に示すように、後述する第２のクランク３０の
先端に２股形成したフオーク部８１が非接触で近
接的に臨み、当該クランク３０の動作によりピン
７２を押圧付勢してドローバー７６を下降させる
ようになつている。すなわち後述する第２のカム
およびクランク機構１８８，３０のカム作動によ
り直交ピン７２を下方へ押圧付勢すれば、前記ド
ローバー７６は軸線方向に下降して前記工具挾持
部材６６を降下させ、ボール６８によるプルスタ
ツド６４の押圧を解除し、従つて工具２０は工具
装着部５２から解放し得る状態となることが諒解
されよう。なお第２図において符号８３は、工具
２０に着脱自在に取付けられるドリルやタツプ等
の切削工具を示す。

次に前記フレーム１６上には工具支持台２４が
前記主軸２６の軸線方向に移動し得るように支持
されているので、この構造について説明する。第
４図において、フレーム１６を構成する対向し合
う一対の側壁１６ａ，１６ｂの左上端部には支持
板８２，８２が水平に取付けられ、各水平支持板
８２の適所に穿設した垂直貫通孔に丸棒状のガイ
ドレール８４（これは後述の如く工具支持台２４
に垂直に固定してある）が摺動自在に挿通されて
いる。また第２図に示すように、フレーム１６の
下方から左右一対をなす水平支持板８６が延出し
て、この水平支持板８６に穿設した垂直貫通孔に
前記ガイドレール８４が摺動自在に挿通されてい
る。前記ガイドレール８４（第４図に示すように
２本ある）の上端部および下端部は、工具支持台
２４の項部に水平に橋架した天板８８に設けた支
持板９１および底部に設けた支持板８９に夫々固
定されている。従つて前記工具支持台２４は、ガ
イドレール８４を水平支持板８２，８６に対して
摺動させることにより、フレーム１６に対し昇降
可能になつていて、後述する第１のカムおよびク
ランク機構１６２，２８が主軸ヘツド１８の復動
によつてカム動作することにより、所定の高さだ
け上昇させられるようになつている。なお工具支
持台２４の項部に設けた前記支持板９１にはスト
ツパーボルト９０が高さ調節自在に挿通螺着さ
れ、該ボルト９０の下端部が常には前記水平支持
板８２の平面に休止することにより、当該工具支
持台２４をフレーム１６に対し所定の高さ位置に
保持するようになつている。

前記工具支持台２４には、多数の工具２０を放
射状に保持した工具マガジン２２が回転割出し可
能に支持されている。すなわち工具支持台２４に
は、水平面に対し所定の角度だけ斜め下方に傾斜
させた軸線を有する枢軸９２が突出固定されてお
り、この枢軸９２に工具マガジン２２が、軸受け
９４を介して回転自在に支持されている。この工
具マガジン２２は、第２図および第５図に示すよ
うに基本的に大径の平歯車９８をベースとした円
盤形状をしており、この工具マガジン２２の外周
に半径方向に延出する複数固の工具把持具９６が
配設されている。前記大径の平歯車９８は軸受け
９４にボルト１００を介して固定され、前記工具
支持台２４に配設固定したモータ１０２の回転軸
１０４に固着したピニオン１０６が、前記平歯車
９８と噛み合つて工具マガジン２２を回転させる
ことにより、所望の工具２０の割出しを可能とし
ている。なお第２図に示す如く工具支持台２４の
適宜個所には、前記枢軸９２とその軸線が平行に
なるよう設定した中空円筒部材１０８が配設さ
れ、この円筒部材１０８中に弾力的に収納した圧
縮ばね１１０によりボール１１２を平歯車９８に
向けて押圧するようになつている。また前記平歯
車９８の平担面には、周方向に所定間隔でノツチ
１１４が凹設され、このノツチ１１４に前記ボー
ル１１２を弾力的に押圧着座させることにより、
前記工具マガジン２２における所望工具２０の回
転割出し時に、該工具２０は定位置でクリツクス
トツプされるものである。なお第２図および第５
図に示すように、前記枢軸９２の先端には、該枢
軸の中心軸線に対し直角方向に延在する２股部材
１１６がボルト１１８を介して締付け固定されて
いる。この２股部材１１６の２股部下面間には所
定厚みの支持板１２０が橋架され、この支持板１
２０の上面および下面において該支持板の厚み寸
法分だけ離間させて平行配置した一対の取付板１
２２，１２２に、夫々発光素子および受光素子か
らなる一対の光センサ１２４がその光軸を一致さ
せて対向的に配設されている。この光センサ１２
４を構成する前記発光素子および受光素子の間に
は、前記軸受９４に配設固定されて工具マガジン
２２と一体的に回転するスリツト円盤１２６が、
非接触で介在して前記光軸を遮断通過し得るよう
になつている。このようにスリツト円盤１２６が
発光素子および受光素子の間を通過して遮光する
ことにより、工具マガジン２２に保持された複数
の工具２０のうち何れの工具２０が現在主軸２６
に保持されているか、を適宜の電気回路により指
示することができる。

次に工具マガジン２２の外周に配置されている
工具把持具９６について説明する。この工具把持
具９６は、第６図に明確に示すように、一対の爪
部材１２８，１２８と、この爪部材１２８を開閉
自在に旋回し得るよう支持するフインガ１３０と
から基本的に構成される。すなわち第２図におい
て、工具マガジン２２の基本をなす平歯車９８の
周方向に、所定の中心角で複数のフインガ１３０
がボルト１３２により固定されて半径方向に延在
している。このフインガ１３０は所要の角度に折
曲形成した板状部材から構成され、該フインガ１
３０上に、「く」字状に折曲形成されかつ所定間
隔だけ離問配置した一対の爪部材１２８，１２８
（第６図）が、夫々その折曲部において枢着ピン
１３４により所要の角度だけ回動し得るように枢
支されると共に、両部材間に引張ばね１３６が弾
力的に張架されている。この爪部材１２８の対向
し合う爪部は、後述するベルクランク機構により
付勢されて開放および閉成運動を行い、工具２０
に形成した溝付きフランジ１９６を着脱自在に把
持するようになつている。第６図に示す如く前記
一対の爪部材１２８，１２８のフインガ１３０上
に位置する各他端部は軸ピン１３８により共通的
に遊着され、この軸ピン１３８はフインガ裏面に
おいて若干距離だけ突出延在している。そして前
記軸ピン１３８を第６図において矢印Ｙ方向へ押
圧すれば、各爪部材１２８は枢着ピン１３４を中
心として相互に近接し合う方向に閉成して、前記
工具２０の溝付きフランジ１９６を把持する。ま
た逆に前記軸ピン１３８を矢印Ｘ方向へ付勢すれ
ば、夫々の爪部材１２８は外方へ回動して、工具
２０の溝付きフランジ１９６に対する把持を解放
することになる（第６図に２点鎖線で示す）。こ
のように工具マガジン２２の外周において複数個
の工具把持具９６の夫々を支持する前記フインガ
１３０の折曲角度は、工具マガジン２２を回転さ
せて割り出された特定の工具把持具９６に把持し
た工具２０が、前記主軸２６の先端に設けた工具
装着部５２の方に到来した際に、当該工具２０の
軸線が主軸２６の中心軸線上に位置するような値
に設定されている。

次に前記工具把持具９６の開閉を行う付勢機構
につき説明する。第２図に示すように、工具支持
台２４に設けた支持板８９（前記ガイドレール８
４の下端部が固定されている）の下面部にクレビ
ス１４０が一体的に形成され、このクレビス１４
０に所要形状をしたベルクランク１４２が、その
中央部においてピン１４４を介して回動自在に枢
着軸支されている。このベルクランク１４２の下
端部には２股部１４６が形成され、工具マガジン
２２が回転割出しされて前記工具把持具９６が主
軸２６の下方に到来した位置において、爪部材１
２８，１２８を開閉駆動する軸ピン１３８が前記
２股部１４６の間に介在する位置関係に設定され
ている。また前記フレーム１６に取付けた上下の
水平支持板８２，８６には、第２図および第４図
に示すように垂直板１４８が配設固定されてお
り、この垂直板１４８の前面に溝カム１５２（所
定の屈曲溝１５０が形成されている）がボルト１
５４を介して取付けられている。また前記ベルク
ランク１４２の上端部にはピン１５６が取付けら
れていて、このピン１５６は前記溝カム１５２の
屈曲溝１５０に倣い摺動自在に挿入されている。
しかも前述したように工具支持台２４は、フレー
ム１６に対して所定のストロークだけ上昇し得る
ようになつているから、後述する第１のカムおよ
びクランク機構１６２，２８により付勢されて工
具支持台２４が上昇を開始すれば、この工具支持
台２４に軸着された前記ベルクランク１４２も一
体的に上昇する。このためベルクランク１４２の
上端部に取付けたピン１５６はフレーム１６側に
固定した前記溝カム１５２の屈曲溝１５０に倣つ
て摺動し、これによりカム動作が与えられて前記
ベルクランク１４２はピン１４４を中心として時
計方向に若干回動することになる。すなわちベル
クランク１４２の２股部１４６は、工具把持具９
６の軸ピン１３８を第６図において矢印Ｙ方向へ
駆動し、一対の爪部材１２８，１２８は閉成する
ことが諒解されよう。また逆にベルクランク１４
２が反時計方向の回動すれば、２股部１４６は工
具把持具９６の軸ピン１３８を第６図において矢
印Ｘ方向へ駆動し、一対の爪部材１２８，１２８
を解放することになる。

次に主軸ヘツド１８の復動に基き、前記工具支
持台２４を前記自動交換領域Ｂにおいて、フレー
ム１６に対し上昇させる機構につき説明する。第
２図〜第４図に示す如く、フレーム１６の対向し
合う直立側壁１６ａ，１６ｂの内面には夫々、第
３図に明確に示す如きＬ型形状を有する第１のク
ランク２８が、軸１５８を介して回動自在に軸着
されている。この第１のクランク２８は、第４図
に示されるように、各側壁の内方において対向的
に一対平行に配設されるものとし、各クランク２
８を構成する一方の短いアーム部１６７の端部に
は、ローラ１６０が回転自在に枢着されている。
また第３図に明確に示す如く、主軸ヘツド１８の
側面には傾斜カム面１６４を形成した第１の板カ
ム１６２がボルト１６６を介して取付けられてい
る。なおこの第１の板カム１６２は、図示の如く
主軸ヘツド１８が自動交換領域Ｂの下限に位置し
ている状態において、前記第１のクランク２８に
軸支した前記ローラ１６０の下方に所定距離離間
して位置するよう設定されている。また前記第１
のクランク２８を構成する他方の長いアーム部１
６８には、その上端面に接触子１７０が固定され
ている。この接触子は、第３図および第４図に示
す如く、工具支持台２４に一体的に形成した天板
８８に固定した支持板９１にねじ込んだボルト１
７２の下端部と、常には若干の距離だけ離問して
下方に位置するようになつている。そして後述す
るようにサーボモータ４０を回転させて主軸ヘツ
ド１８を上昇させれば、この主軸ヘツド１８の両
側面に夫々取付けた前記板カム１６２の傾斜カム
面１６４が前記第１のクランク２８のローラ１６
０に当接して、該クランク２８を軸１５８を中心
として時計方向へ回動させる。このため長いアー
ム部１６８の接触子１７０が前記ボルト１７２の
下端部に当接して、所定のストロークだけ工具支
持台２２をガイドレール８４に沿つて上昇させる
ものである。なおこの第１のクランク２８の長い
アーム部１６８および短いアーム部１６７の寸法
比率および両アームの折曲角度は、主軸ヘツド１
８の上昇距離と、前記第１のカムおよびクランク
機構１６２，２８により上昇させられる工具支持
台２４の上昇距離とが一致しかつその上昇速度が
同期するような値に予め設定されているものとす
る。

次に前記第１のカムおよびクランク機構１６
２，２８により主軸ヘツド１８および工具支持台
２４が一体的に復動される際に、主軸２６の工具
装着部５２中に設けた工具挾持部材６６が工具２
０を解放するように作動する第２のカムおよびク
ランク機構について説明する。第２図および第４
図に示すように、主軸ヘツド１８の内部にはＬ型
形状を有する第２のクランク３０が、軸１７６を
介して所定の回動角度だけ揺動し得るように取付
けられている。この第２のクランク３０を構成す
る長いアーム部１７８の先端にはローラ１８０が
回転自在に枢着されており、また短いアーム部１
８２は、第４図および第１０図に示すように、そ
の先端に前記フオーク部８１が分岐形成されてい
る。このフオーク部８１は、主軸２６を外方から
囲繞すると共に、前記ドローバー７６の頂部に設
けたプラグ７０に挿通した直交ピン７２の僅か上
方に、常時非接触で位置して工具解放指令を待機
している。なお主軸２６は、加工指令を受けてモ
ータ５６により回転駆動させられるが、加工終了
時には前記モータ５６の回転軸は常に定位置で停
止するよう制御されるようになつている。従つて
主軸２６から直角に延出している前記ピン７２
も、第４図に示すようにフオーク部８１の直下の
定位置で停止するため、後述する第２のクランク
３０の作動時において、２股部１８４は確実にピ
ン７２に当接し得るものである。

次に主軸ヘツド１８に軸支した第２のクランク
３０が、前記自動交換領域中を主軸ヘツド１８の
上昇に伴い上昇移動する経路中に、所要の傾斜を
付したカム面１８６を有する第２の板カム１８８
が配設され、前記第２のクランク３０と当接して
所定のカム動作を行うようになつている。すなわ
ち第２の板カム１８８は、第２図および第４図か
ら判明するように、柱部材３２の頂部に取付けた
前記ロータリーエンコーダ４２の垂直ケーシング
面にボルト１９０を介して固定され、その傾斜カ
ム面１８６を垂直下方に指向させている。そして
主軸ヘツド１８を上昇させると、第２のクランク
３０における長いアーム部１７８の先端に軸支し
たローラ１８０が、前記板カム１８８の傾斜カム
面１８６に乗り上げる結果として、当該第２のク
ランク３０は軸１７６を中心として所定中心角だ
け半時計方向へ回動する。これによつて短いアー
ム部１８２のフオーク部８１が前記直交ピン７２
に接触し、該ピン７２を押圧してドローバー７６
を所定距離だけ引下げることにより工具挾持部材
６６も下降して、これに設けたボール６８が前記
プルスタツド６４から解除され工具装着部５２に
おける工具２０の挾時を解除するようになつてい
る。なお第２のクランク３０の長いアーム部１７
８には板ばね１９２が取付けられ、該板ばね１９
２の解放端部は主軸ヘツド１８の頂部に設けた水
平支持板１９４の直立端面に常時接触して該クラ
ンク３０に時計方向への復帰力を与えるようにな
つている。

なお第１のクランク２８およびこれと当接して
カム作用を付与する第１の板カム１６２との動作
タイミングは、前記第２のクランク３０およびこ
れと当接してカム作用を付与する第２の板カム１
８８との動作タイミングよりも常に時間的に先行
する関係に設定されているものとする。すなわち
後に動作の説明において述べる如く、第２図に示
す基本位置（自動交換領域Ｂの下限位置）におい
て、例えば主軸ヘツド１８が20mm上昇する間に第
１のクランク２８が第１の板カム１６２と接触し
てカム動作を行つて工具支持台２４を20mm持ち上
げ、更に主軸ヘツド１８が30mm上昇する過程に移
行することにより第２のクランク３０が第２の板
カム１８８と当接してカム作動を行い、前記ドロ
ーバー７６を押し下げて工具２０のプルスタツド
６４に対する工具挾持部材６６の挾持を解除する
シーケンスに予め設定されている。

第８図および第９図は、工具マガジン２２に取
付けた工具把持具９６の別の実施例を示すもので
あつて、第６図に示す工具把持具９６よりも簡単
な構成でかつ工具着脱操作も容易になるものであ
る。すなわち第９図に示すように、工具マガジン
２２の円周方向に所定中心角で半径方向に延出す
るような複数基配設された前記フインガ１３０に
は、工具２０の大径フランジ部１９６の挿通を充
分許容し得る寸法に設定した環状開口部１９８
（これは一部切欠かれている）を形成した把持部
材２００が固定されている。そして前記工具マガ
ジン２２の回転割出しにより選択された特定の工
具把持具９６が主軸ヘツド１８の下方に到来した
際に、前記環状開口部１９８の中心部が主軸２６
の中心軸線と整列するような配置となつている。
把持部材２００の環状基部には、例えば段付通孔
２０２が120゜の中心角で３つ水平に穿設され（第
９図参照）、この段付通孔２０２中に先端が半球
状に形成された棒状突起２０４が挿入されて、前
記半球状先端部を環状開口部１９８より内方へ突
出させている。なお前記通孔２０２中には圧縮ば
ね２０６が弾力的に挿入されると共に、ねじ２０
８を回動させることにより該圧縮ばね２０６のば
ね圧の調節をなし得るようになつている。更に第
９図に示す如く、工具２０の大径フランジ部１９
６には山形溝２１０が周設されていて、工具２０
を前記把持部材２００の環状開口部１９８中に挿
入した際に、前記棒状突起２０４の球状先端部が
前記山形溝２１０と圧力的に嵌合して該工具２０
を把持するような寸法に設定されている。従つ
て、第８図に示すように主軸ヘツド１８を定位置
に到来させると、主軸先端に装着した工具２０は
前述した機構により工具把持具９６に把持され、
この状態において主軸ヘツド１８だけを定位置よ
り下降（切削加工を行う場合）させたり、上昇
（工具交換を行う場合）させたりすると、前記フ
ランジ部１９６の山形溝２１０はこれに嵌合して
いた棒状突起２０４の先端部から離脱して把持を
解除するものである。

作 用 次に、このように構成した本発明に係る工作機
械の作用について説明する。第２図は、主軸ヘツ
ド１８が通常の切削加工を終了して、前記加工動
作領域Ａにおける上限の定位置にまで復動して停
止され、かつ主軸２６が所定位置（ピン７２が第
１０図に示すように第２のクランク３０の短いア
ーム部１８２と直交する位置）に停止された後、
次の指令を待機している状態を示す。すなわち次
の指令が引続き切削加工をすべき旨の指令であれ
ば、主軸ヘツド１８は加工動作領域Ａを往動して
被加工物への加工を行い、また工具を交換すべき
旨の指令であれば、当接主軸ヘツド１８は後述す
るように自動交換領域Ｂに向けて更に復動上昇す
るものである。また第２図では、工具把持具９６
はその軸ピン１３８を前記ベルクランク１４２の
２股部１４６によりＸ方向（第６図）に押圧保持
されている結果として、爪部材１２８，１２８は
開放して工具２０に対する把持を解除した状態と
なつている。なお第２図では、前記爪部材１２
８，１２８により把持される工具２０のフランジ
部１９６に形成した山形溝２１０は、該爪部材１
２８より距離αだけ下方に位置していて、このま
まの状態では両爪部材１２８，１２８が閉成して
も工具２０を定位置で把持することはできない。
しかし主軸ヘツド１８の上昇により第２図から第
７ａ図に示す位置に移行する過程において、第１
の板カム１６２は第１のクランク２８に設けたロ
ーラ１６０に当接するまでの間の距離αだけ移動
し、これによつて前述した山形溝２１０が該爪部
材１２８より距離αだけ下方に位置している問題
点は吸収補償される。

第２図に示す状態において工具交換指令が出さ
れると、前記ACサーボモータ４０が駆動されて
ボールねじ４４が回転し、ナツト４６を介して主
軸ヘツド１８を自動交換領域Ｂに向けて垂直に上
昇させる。これにより主軸ヘツド１８は、第７ａ
図および第７ｂ図に示す第１段階の復動に入る。
すなわち第７ａ図に示す如く主軸ヘツド１８は、
距離αだけは単独で上昇し（これによつて、前述
した如き工具フランジ部の山形溝２１０が爪部材
１２８より距離αだけ下方に位置している問題点
が解決される）、第１の板カム１６２が第１のク
ランク２８のローラ１６０に当接して、該クラン
ク２８を軸１５８を中心として時計方向に回動さ
せる。これによりクランク２８の長いアーム部１
６８に設けた接触子１７０が、工具支持台２４の
支持板９１に設けたボルト１７２の下端部と接触
するに至る。なおこの時前記ACサーボモータ４
０は極めて低速で回転駆動されて、接触子１７０
とボルト１７２との間に生じる当接音が少くなる
ように制御され、その後は所定の速度で駆動され
る。

次いで第７ｂ図に示すように、主軸ヘツド１８
は例えば20ミリ上昇する。この上昇過程において
第１のクランク２８は第１の板カム１６２とのカ
ム作動により更に回動し、ガイドレール８４を介
してフレーム１６に対し摺動自在に支持した工具
支持台２４を、主軸ヘツド１８と一体的に20mm上
昇させる。この工具支持台２４の上昇により、該
工具支持台２４に軸着された前記ベルクランク１
４２も一体的に上昇し、その上端部に取付けたピ
ン１５６はフレーム１６側に固定した前記溝カム
１５２の屈曲溝１５０に倣つて摺動する。これに
より前記ベルクランク１４２にカム動作が与えら
れ、ピン１４４を中心として時計方向に若干回動
する。すなわちベルクランク１４２の２股部１４
６は、工具把持具９６の軸ピン１３８を第６図に
おいて矢印Ｙ方向へ駆動し、一対の爪部材１２
８，１２８を閉成させて、工具２０のフランジ部
１９６においてこれを確実に把持する。

更に主軸ヘツド１８は、引続き第７ｃ図に示す
第２段階の復動に入る。このとき第１のクランク
２８のローラ１６０は、第１の板カム１６２の傾
斜カム面１６４と当接して転動している途次にあ
るので、工具支持台２４は主軸ヘツド１８と一体
的に、例えば30mm上昇する。また主軸ヘツド１８
のこの第２段階の復動により、第２のクランク３
０の長いアーム部１７８に設けたローラ１８０が
上方定位置にある第２の板カム１８８に当接し
て、このクランク３０を軸１７６を中心として反
時計方向に回動させるに至る。これによつて短い
アーム部１８２の先端に設けたフオーク部８１が
前記直交ピン７２に接触し、該ピン７２を下方に
押圧してドローバー７６を所定距離だけ引下げて
工具挾持部材６６を下降させる。これによりボー
ル６８が工具２０のプルスタツド６４から解除さ
れ、主軸２６の先端の工具装着部５２における工
具２０の挾持も解除される。このとき工具２０が
工具マガジン２２に設けた工具把持具９６により
既に把持されていることは前述した通りであり、
従つて工具２０が自重で下方へ脱落することはな
い。なおフレーム１６側に固定した溝カム１５２
に対しては、工具支持台２４に取付けたベルクラ
ンク１４２は上昇するが、ピン１４４は屈曲溝１
５０の傾斜溝を既に通過して主軸２６の軸線と平
行な溝部に位置しているから、該ベルクランク１
４２はこのエリアではカム動作しない。

次いで主軸ヘツド１８は、第７ｄ図に示すよう
に第３段階の復動に入り、例えば70mm上昇する。
このとき第１のクランク２８のローラ１６０は第
１の板カム１６２の平担面に乗り上げているので
カム動作はせず、従つて工具支持台２４は上昇し
ないで主軸ヘツド１８だけが単独で上昇する。ま
た第２のクランク３０のローラ１８０も、第２の
板カム１８８の平担面に乗り上げてカム作動はし
ないので、前記ドローバー７６も下方に押し下げ
られた状態を保持し、プルスタツド６４は依然挾
持を解除されたままである。しかも前述した如
く、工具２０は工具把持具９６により既に定位置
に把持されているから、主軸ヘツド１８の単独上
昇により工具２０のアーバー６２が主軸２６先端
の工具装着部５２から抜出される。そして主軸ヘ
ツド１８は、工具把持具９６により把持されてい
る工具２０のプルスタツド６４頂部より上方に位
置して停止する。

次いで工具マガジン２２におけるモータ１０２
が駆動されて工具２０の回転割出しを行い、先程
の工具装着部５２から抜出された工具２０を運び
去ると共に、新たに選択された所望の工具２０を
工具装着部５２の下方に到来させて軸線を整列せ
た状態で停止させる。その後に第７ａ図〜第７ｄ
図に示す前記動作の逆を行うことにより、工具の
自動交換が達成される。すなわち主軸ヘツド１８
が70mm下降して工具装着部５２に工具２０のアー
バー６２が装着され、更に30ミリ下降することに
より、ドローバー７６に対する第２のクランク３
０による押圧が解除されて、一群の皿ばね７８の
弾力作用に工具挾持部材６６が工具２０のプルス
タツド６４を挾持する。引続き主軸ヘツド１８お
よび工具支持台２４が20mm下降することにより、
ベルクランク１４２が逆作動して工具把持具９６
の軸ピン１３８を第６図においてＸ方向に押圧
し、爪部材１２８，１２８を開放して工具２０に
対する把持を解除する。

効 果 以上詳細に説明したように本発明に係る工作機
械では、工具マガジンを回転自在に枢支する工具
支持台を、主軸ヘツドから独立して工作機械本体
のフレームに主軸の軸線方向に移動し得るよう取
付け、前記加工動作領域において被加工物の加工
を行うために主軸ヘツドが下降するに際し、工具
マガジンはフレーム上の定位置に支持されるよう
構成したので、マガジンに装着した工具が前記被
加工物と干渉することがない。しかも前記自動交
換領域において主軸ヘツドを昇降動作させるだけ
で、確実に工具の自動交換を達成することがで
き、簡単な構成となし得る等、多くの有益な効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る工作機械の主要構成部材
の配置を概略図示した説明図、第２図は当該工作
機械の内部構造を詳細に示す縦断面図、第３図は
当該工作機械の一部切欠側面図、第４図は第２図
の一部平面図であつて内部構造を観察し得るよう
に部分的に断面表示としてあり、第５図は工具マ
ガジンの概略図、第６図は工具把持具の概略図、
第７ａ図〜第７ｄ図は本発明に係る工作機械の動
作順序を示す説明図、第８図は工具把持具の別の
実施例の概略図、第９図は第８図の―線断面
図、第１０図は第２のクランクの先端に設けた２
股部が、主軸から水平に突出するピンの上方に位
置している状態を示す断面図である。 １６……フレーム、１８……主軸ヘツド、２０
……工具、２２……工具マガジン、２４……工具
支持台、２６……主軸、２８……第１のクラン
ク、３０……第２のクランク、４０……ACサー
ボモータ、４４……ボールねじ、４６……ナツ
ト、５２……工具装着部、６６……工具挾持部
材、９６……工具把持具、１６２……第１のカ
ム、１８８……第２のカム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端に工具装着部５２を有する主軸２６を回
   転自在に支持する主軸ヘツド１８を、フレーム１
   ６に対し往復駆動機構４０，４４，４６により前
   記主軸２６の軸線方向に往復駆動して被加工物に
   加工を行う工作機械において、 前記主軸２６の工具装着部５２中に設けられ、
   常には工具装着部５２内に装着された工具２０を
   挾持する工具挾持部材６６と、 前記フレーム１６上において前記主軸２６の軸
   線方向に移動可能に支持された工具支持台２４
   と、 前記工具支持台２４上において回転割出し可能
   に支持され、外周に配設した複数個の工具把持具
   ９６中から回転割出しされた１個の工具把持具９
   ６に把持された工具２０の軸線が前記主軸２６の
   軸線上に位置するように設定された工具マガジン
   ２２と、 前記主軸ヘツド１８とフレーム１６との間に配
   置され、該主軸ヘツド１８の復動に基いて前記主
   軸２６の工具２０が工具マガジン２２の工具把持
   具９６に把持された状態でもつて所定量だけ前記
   工具支持台２４を主軸ヘツド１８と共に一体的に
   復動させるための第１のカムおよびクランク機構
   １６２，２８と、 前記主軸ヘツド１８とフレーム１６との間に配
   置され、前記第１のカムおよびクランク機構１６
   ２，２８により主軸ヘツド１８と前記工具支持台
   ２４とが一体的に復動される際に、前記工具挾持
   部材６６が工具２０を解放するように作動する第
   ２のカムおよびクランク機構１８８，３０と を備えてなる工作機械。