JPH0160383B2 - - Google Patents

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JPH0160383B2
JPH0160383B2 JP59164529A JP16452984A JPH0160383B2 JP H0160383 B2 JPH0160383 B2 JP H0160383B2 JP 59164529 A JP59164529 A JP 59164529A JP 16452984 A JP16452984 A JP 16452984A JP H0160383 B2 JPH0160383 B2 JP H0160383B2
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動工具交換装置に関するものであ
り、更に詳しくは数値制御工作機械の主軸と工具
マガジンとの間に工具搬送経路を形成してなる自
動工具交換装置に於いて、工具を確実にクランプ
ならびにアンクランプ状態にするカム機構を備え
た自動工具交換装置に関するものである。
〔従来の技術〕
数値制御工作機械、例えばマシニングセンタ
は、管理コンピユータに予め組み込まれた加工プ
ログラムに従つてワークを加工し得るように主軸
と工具マガジンとの間に工具の自動交換装置を配
置している。公知の自動工具交換装置は、工具マ
ガジンの工具受け渡し位置と数値制御工作機械の
主軸頭との間に工具の搬送経路を形成しており、
ワークの加工プログラムに従つて選択された工具
は前記工具受け渡し位置に於いて自動工具交換装
置のクランパによつて工具交換アーム上に係止さ
れ、この状態で数値制御工作機械の主軸頭に向か
つて搬送される。使用予定工具をクランプした自
動工具交換装置の工具交換アームが主軸頭との工
具交換位置に到達した後、工具交換アームは該工
具交換アームを回転ならびに直線移動自在に支持
する枢軸の運動を介して主軸から使用済みの工具
を抜取り、代わりに前記使用予定工具を工具交換
アーム上のクランプ位置から数値制御工作機械の
主軸に向けて送り出す。斯かる一連の工具交換動
作が進行する間に使用済みの工具ならびに使用予
定工具は、工具交換アームから脱落することがな
いように確実な係止姿勢を与えられていることが
必要である。然るに公知の自動工具交換装置は、
使用済みの工具と使用予定工具とに対し共通のク
ランプならびにアンクランプ機構を使用するもの
が多く、工具の供給経路と復帰経路を実質上同一
に構成してなる工具交換アームに於いて供給状態
または復帰状態にある少なくとも一方の工具に、
クランプ動作とアンクランプ動作の同時作動に起
因するクランプ不良状態を発生させる危険性が認
められた。
〔発明が解決しようとする課題〕 本発明の主要な目的は、数値制御工作機械、例
えばマシニングセンタ用の自動工具交換装置に認
められた上記の如き問題点を解消し得る、工具保
持の確実性とクランプならびにアンクランプ動作
の精度を向上せしめた自動工具交換装置を提供す
ることにある。
本発明の他の主要な目的は、工具のクランプな
らびにアンクランプ動作を工具マガジン側と数値
制御工作機械の主軸側との間で相互に妨害される
ことなく実行することのできる、構造の簡易性と
保守管理作業の容易性に優れた自動工具交換装置
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
斯かる目的に鑑みて本発明は、工具マガジン１
と工作機械の主軸２との間に工具３，３′の搬送
経路を形成するように回転軸４の周りに揺動自在
に支承された自動工具交換装置ATCであつて、
枢軸５の軸線方向に沿つて前進ならびに後退自在
に、且つ該枢軸５を回転中心として回転自在に支
持された、両端にツールクランパ６，６′を有す
る工具交換アーム７と、前記枢軸５と工具交換ア
ーム７との間に該枢軸５の軸線方向に沿つて前進
ならびに後退自在に嵌装された円筒カム８と、該
円筒カム８の外周面に軸線方向に所定量e1づら
せ、かつ、円周方向に所定角度e2づらせて配設さ
れた２個のカム溝９，９′と、前記工具交換アー
ム７内に嵌装された状態で前記カム溝９，９′と
嵌着・離脱自在に係合する鋼球１０，１０′を介
して駆動され、工具３，３′をクランプならびに
アンクランプするツールクランパ本体１１と、前
記工具交換アーム７ならびに円筒カム８の駆動機
構１２，２３とからなる自動工具交換装置を要旨
とするものである。
〔実施例〕
第２３図は本発明に係る自動工具交換装置
ATCの構造を例示する横断平面図であり、第１
図乃至第１５図は本発明装置による工具交換動作
の説明図である。また第１６図乃至第２２図は、
前記第１図乃至第１５図に対応する工具交換アー
ム７とツールクランパ６，６′と、円筒カム８な
らびにツールクランパ本体１１の相対位置の説明
図である。
これらの図面に於いて、自動工具交換装置
ATCは、公知の工具マガジン１と工作機械の主
軸２との間に、使用予定工具３と使用済み工具
３′の搬送経路を形成するようにキヤリヤ２５の
回転軸４の周りに約90度の旋回角度を維持して揺
動自在に装着されている。自動工具交換装置
ATCは、前記キヤリヤ２５に固着された枢軸５
の軸線方向に沿つて前進ならびに後退運動を行
い、且つ該枢軸５の軸心を回転中心として回転運
動を行い得るように両端にツールクランパ６，
６′を有する工具交換アーム７を備えている。一
方、前記枢軸５と工具交換アーム７との間には、
該枢軸５の軸線方向に沿つて前進ならびに後退運
動を行い得るように前記枢軸５に対して滑動自在
な円筒カム８が嵌装されている。該円筒カム８
は、その外周面に軸線方向に沿つて所定量e1づら
せて、また円周方向に沿つて所定角度e2づらせて
２個のカム溝９，９′を形成し、それぞれのカム
溝を、ツールクランパ本体１１駆動用の鋼球１０
または１０′が嵌着ならびに離脱する係合部位に
形成している。前記カム溝９，９′に対応して、
両端にツールクランパ６，６′を有する工具交換
アーム７の基端部には、鋼球１０，１０′の嵌着
穴１３，１３′を有する円筒状スリーブ１４が前
記工具交換アーム７と一体構造を為して固着され
ている。前記円筒カム８の基端部は、円筒カム駆
動用シリンダ機構のピストン１５の先端にネジ止
めされており、該ピストン１５の基端部にはキヤ
リヤ２５が枢軸４を回転中心として工具マガジン
１側へ旋回するとき、キヤリヤ２５に固定された
ストツパ１６と係合してピストン１５の後退スト
ロークを調節するローラ装置１７が設けられてい
る。第２３図に於いて、前記ローラ装置１７の移
動軌跡は二点鎖線で表示されているが、これに対
応して円筒カム８の先端部に形成された中空円筒
状の隙間には、キヤリヤ２５が工作機械の主軸２
側から工具マガジン１側へ枢軸４を回転中心とし
て旋回するとき、前記ローラ装置１７によるピス
トン１５の引張り動作を助長するための加圧スプ
リング１８が取付けられている。またキヤリヤ２
５内には、前記円筒カム駆動用シリンダ機構のピ
ストン１５と軸線方向を一致せしめて工具交換ア
ーム７を枢軸５の軸線方向に沿つて移動させるた
めのシリンダのピストン１９が設けられている。
ツールクランパ本体１１は、工具交換アーム７の
先端に形成された工具支持部位２４の方向に突出
するツールクランパ６と、上記ツールクランパの
支持部材２１と、上記ツールクランパ６と支持部
材２１との間に組み込んだ弾性力の強い皿バネ２
２と、支持部材２１を工具交換アーム７の先端方
向に弾圧する弾性力の弱い付勢用スプリング２０
とから形成されている。
ツールクランパ本体１１は、支持部材２１が鋼
球１０，１０′によつて押圧されていないときは、
弾性力の弱い付勢用スプリング２０によつて先端
方向に押圧されており、工具支持部位２４内への
工具の嵌着・離脱を可能にしている。
支持部材２１が鋼球１０によつて押圧される
と、ツールクランパ６は弾性力の強い皿バネ２２
で押圧され、ツールクランパ６の後退を阻止し、
工具の保持を確実にする。而して工具交換アーム
７ならびに円筒カム８は、前記二連式のピストン
１５，１９を備えた油圧シリンダからなる駆動機
構１２によつて枢軸５の軸線方向に沿つて前進な
らびに後退運動を試し得るように支持されてい
る。ピストン１５とピストン１９は、共通の電磁
弁（図示省略）によつて圧油の流路が切替えられ
る油圧制御回路を形成し、且つ前記皿バネ２２と
付勢用スプリング２０と共働して工具３または
３′をツールクランパ６，６′によつて確実に挾持
した後、該工具交換アーム７が枢軸５の軸線方向
に沿つて動き、工具交換アーム７と工具マガジン
１または主軸２との間に工具３または３′の着脱
動作を生起せしめる軽負荷側優先型の駆動機構１
２を形成している。一方鋼球１０または１０′が
カム溝９または９′内に完全に押し込まれると、
ツールクランパ６または６′は工具３または３′の
アンクランプ状態になる。従つて、一方の工具、
例えば参照番号３で表示する使用予定工具がクラ
ンプ状態にあるとき他方の工具、この例示では参
照番号３′で表示する使用済み工具がアンクラン
プ状態とならないように、２個のカム溝９と９′
の間には円筒カム８の軸線方向に沿つて所定量e1
なる距離が、また該円筒カム８の円周方向に沿つ
て所定角度e2なる位相角がそれぞれ与えられてい
る。斯かる構造を有する自動工具交換装置ATC
は、図示しない油圧装置から供給された高圧油を
駆動機構１２の各油圧シリンダの油室内に導入す
ることによつて工具交換アーム７ならびに円筒カ
ム８を枢軸５の軸線方向に沿つて前進または後退
させ、これと同時にキヤリヤ１３に内蔵されたラ
ツク・アンド・ピニオン機構２３を起動すること
によつて、工具交換アーム７ならびに円筒状スリ
ーブ１４を円筒カム８の周りに回転させる。
以下、第１図乃至第１５図に基づいて、本発明
装置による工具交換要領を説明する。
第１図…工具マガジン１側で、自動工具交換装置
ATCの工具交換アーム７はラツク・アンド・
ピニオン機構２３の起動により枢軸５を中心と
して反時計方向に45゜回転し、工具マガジン１
に装着されている使用予定工具３を工具交換ア
ーム７の先端に形成された工具支持部位２４内
に受け入れる。この状態に於いて鋼球１０は第
１６図に見られる如くカム溝９内に完全に嵌ま
り込んでいるから、鋼球１０と加圧部材２１と
の間には間隔ｌが生じ、ツールクランパ本体１
１には使用予定工具３を前記支持部位２４内へ
嵌着させるのに必要な逃げストロークが与えら
れる。
第２図…工具マガジン１から使用予定工具３を抜
き出すため工具交換アーム７が枢軸５の軸線方
向に沿つて前進する。この状態に於いては、第
１７図に見られる如く鋼球１０はカム溝９内か
ら抜け出して円筒カム８の側壁面上に位置し、
使用予定工具３は鋼球１０、皿バネ２２ならび
にツールクランパ６を介して支持部位２４内に
クランプされている。
第３図…使用予定工具３に前記クランプ力を作用
せしめたままの状態で（第１８図参照）、工具
交換アーム７ならびに円筒状スリーブ１４を時
計方向に45゜回転し使用予定工具３を工具マガ
ジン１側から自動工具交換装置ATC側へ移し
替える。
第４図…工具交換アーム７を枢軸５の軸線方向に
沿つて前記前進距離と同一量だけ後退させ、回
転軸４を回転中心とする自動工具交換装置
ATCの旋回運動に備える。この状態に於いて
も第１９図に見られるようにツールクランプ６
による使用予定工具３の固定状態は持続してい
る。
第５図…自動工具交換装置ATCが回転軸４を回
転中心として前記嵌装支持アーム７の長手方向
軸線を主軸２の軸線と直交させるように約90゜
旋回し、嵌装支持アーム７と主軸２との間に工
具交換可能な相対配設位置を確保させる。この
状態に於いても第２０図に見られる使用予定工
具３のクランプ状態は継続している。
第６図…前記ラツク・アンド・ピニオン機構２３
の起動により工具交換アーム７ならびに円筒状
スリーブ１４は、円筒カム８の周りで反時計方
向に90゜回転する。このとき、使用予定工具３
はツールクランパ６により固定状態を継続する
が、使用済み工具３′を受け入れるための支持
部位２４′側に位置するツールクランパ６′は、
第２０図に見られる如く、鋼球１０′がカム溝
９′内に完全に嵌まり込み、該鋼球１０′と加圧
部材２１′との間に間隔ｌを生ぜしめることに
より、アンクランプ状態に切替えられる。即
ち、ツールクランパ６′には前記間隔ｌに想到
する逃げストロークが許容され、主軸２に装着
されている使用済み工具３′の受け入れ準備姿
勢が与えられる。
第７図…主軸２から使用済み工具３′を抜き取る
ため、工具交換アーム７が枢軸５の軸線方向に
沿つて前進する。このとき、鋼球１０′は第２
１図に見られるようにカム溝９′内から抜け出
して円筒カム８の外周面上に位置する。従つて
主軸２から抜き取られた使用済み工具３′はク
ランパ６′によつて支持部位２４′内に強固にク
ランプされる。一方、他方の鋼球１０は、依然
として円筒カム８の外周面上に位置しているか
ら、使用予定工具３は支持部位２４内にクラン
プされた状態を持続している。
第８図…支持部位２４に使用予定工具３を、また
支持部位２４′に使用済み工具３′をクランプし
た状態で嵌装支持アーム７が反時計方向に180゜
回転する。該反時計方向回転の前後に於いて、
クランパ６，６′による使用予定工具３および
使用済み工具３′のクランプ状態は持続し、一
方、この反時計方向回転により支持部位２４に
固着されている使用予定工具３は、主軸２と軸
線を一致せしめた工具交換位置に移動する。
第９図…使用予定工具３を主軸２に装着するた
め、工具交換アーム７の後退により鋼球１０は
円筒カム８の外周面との接触位置から移動して
カム溝９′内に嵌まり込み、使用予定工具３の
クランプ状態を解除する。この状態で使用予定
工具３を主軸２に装着する。一方、他方の鋼球
１０′は円筒カム８の外周面上に位置して使用
済み工具３′のクランプ状態を持続させている
（第２０図参照）。
第１０図…工具交換アーム７ならびに円筒状スリ
ーブ１４を円筒カム８の周りで時計方向に90゜
回転させ、支持部位２４′に固着された使用済
み工具３′をクランプ状態のまま前記嵌装支持
アーム７の上端に位置させる（第１９図参照）。
何等かの理由により支持部材２４′に使用済
み工具３′が収納されていない場合には、前記
工具交換アーム７は時計方向に更に180゜回転
し、空戻り状態を作り出す。
第１１図…自動工具交換装置ATCが回転軸４を
回転中心として工具交換アーム７の長手方向軸
線を工具マガジン１の工具収納ポケツト（図示
省略）の軸線と直交させるように約90゜旋回し、
工具交換アーム７と工具マガジン１との間に工
具交換可能な相対配設位置を確保する。この状
態に於いても第１９図に見られる使用済み工具
３′のクランプ状態は継続している。
第１２図…使用済み工具３′を工具マガジン１の
工具収納ポケツトへの受入れ位置に移動させる
ため、前記工具交換アーム７および円筒状スリ
ーブ１４を枢軸５の軸線方向に沿つて前進させ
る。この状態に於いては第１８図に見られるよ
うに使用済み工具３′は、ツールクランパ６′に
よつて支持部位２４′内にクランプされている。
第１３図…工具交換アーム７ならびに円筒状スリ
ーブ１４を枢軸５を回転中心として反時計方向
に45゜回転させる。このとき使用済み工具３′は
第１７図に示すようにクランプ状態を持続して
いる。
第１４図…使用済み工具３′を工具マガジン１の
工具収納ポケツト内に挿入するため、工具交換
アーム７ならびに円筒状スリーブ１４を円筒カ
ム８に沿つて枢軸５の軸線方向に後退させる。
このとき鋼球１０′は第１６図に示すようにカ
ム溝９内に完全に嵌まり込み鋼球１０′と加圧
部材２１′との間には間隔ｌを保持する。従つ
てツールクランパ６′には、使用済み工具３′の
クランプ状態を解除するのに必要な逃げストロ
ークが与えられる。
この状態で使用済み工具３′を工具マガジン
１の工具収納ポケツトに嵌装する。
第１５図…使用済み工具３′を工具マガジン１に
引き渡した後、工具交換アーム７ならびに円筒
状スリーブ１４を枢軸５を回転中心として円筒
カム８の外周面に沿つて45゜時計方向に回転し、
自動工具交換装置ATCを原位置に復帰させる。
このときツールクランパ６，６′は、第２２図
に見られるように工具３または３′を支持部位
２４または２４′内にクランプし得る位置を占
めている。
上記第１図乃至第１５図に示す動作を繰り返す
ことによつて、自動工具交換装置ATCは工具マ
ガジン１と数値制御工作機械、例えばマシニング
センタの主軸２との間で使用予定工具３と使用済
み工具３′とを交換することができる。
〔発明の効果〕
以上の説明から理解し得る如く、本発明は工具
交換アームと該工具交換アームを支持する枢軸と
の間に、該枢軸の軸線方向に沿つて前進ならびに
後退自在に嵌装された円筒カムを配置し、且つ該
円筒カムの外周面に軸線方向ならびに円周方向に
沿つて所定のづれ量を維持して２個のカム溝を形
成してなる工具用のクランプならびにアンクラン
プ機構を提供するものであつて、前記工具交換ア
ームが工具に対して如何なる相対位置を占めてい
る場合にも工具に脱落を生ぜしめる危険性のない
確実なクランプならびにアンクランプ状態を保証
する。よつて本発明は、自動工具交換装置の作動
の確実性を向上せしめる新規な技術手段を提供す
るものとして優れた有用性を認め得るものであ
る。
また本発明装置は、公知の自動工具交換装置に
比較して剛性が高く、且つ油圧回転ジヨイント構
造を必要としないから、油圧回路からの作動油の
漏出に起因する工具保持力の低下が発生するおそ
れがなく、長期に亘つて安定した作動状態を持続
することができる。よつて本発明装置は、操業条
件の安定化ならびに保守管理作業の容易化に於い
ても在来の自動工具交換装置を大幅に上回る効果
を発揮し得るものである。
【図面の簡単な説明】
第２３図は本発明に係る自動工具交換装置の全
体構造を例示する横断平面図であり、第１図乃至
第１５図は本発明装置による工具交換動作の説明
図である。また第１６図乃至第２２図は、前記第
１図乃至第１５図に対応する本発明装置の要部の
相対位置の説明図である。 １……工具マガジン、２……主軸、３，３′…
…工具、４……回転軸、ATC……自動工具交換
装置、５……枢軸、６，６′……ツールクランパ、
７……工具交換アーム、８……円筒カム、e1，e2
……カム溝のづらせ量、９，９′……カム溝、１
０，１０′……鋼球、１１……ツールクランパ本
体、１２，２３……工具交換アームならびに円筒
カムの駆動機構。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 工具マガジンと工作機械の主軸との間に工具
    の搬送経路を形成するように揺動自在に支承され
    た自動工具交換装置であつて、枢軸の軸線方向に
    沿つて前進ならびに後退自在に、且つ該枢軸を回
    転中心として回転自在に支持された、両端にツー
    ルクランパを有する工具交換アームと、前記枢軸
    と工具交換アームとの間に該枢軸の軸線方向に沿
    つて前進ならびに後退自在に嵌装された円筒カム
    と、該円筒カムの外周面に軸線方向ならびに円周
    方向に沿つて所定のづれ量を維持して配設された
    ２個のカム溝と、前記工具交換アーム内に嵌装さ
    れた状態で前記カム溝と嵌着・離脱自在に係合す
    る鋼球によつて駆動され工具をクランプならびに
    アンクランプするツールクランパ本体と、前記工
    具交換アームならびに円筒カムの駆動機構とから
    なる自動工具交換装置。
JP59164529A 1984-08-06 1984-08-06 自動工具交換装置 Granted JPS6144548A (ja)

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