JPH0226594Y2

JPH0226594Y2 -

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Publication number: JPH0226594Y2
Application number: JP8391488U
Authority: JP
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1990-07-19
Also published as: JPS6420237U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、工作機械の自動工具交換装置に関
し、特に工作機械の主軸回転を１対の歯車噛み合
い機構を介して工具収納用の工具マガジン側に伝
達することにより、簡便、正確にかつ円滑に所望
の工具割り出しを行うべく、工具マガジンの割出
回転を行う新規な自動工具交換装置（以下、
ATC装置という）に関する。

〔従来技術〕

工作機械のATC装置において工具マガジンの
割出回転を発生する機構には種々の方式が提供さ
れており、工作機械の主軸の軸線方向における往
復動作を利用して工具マガジンの割出回転を発生
するようにしたATC装置を例えば、特開昭54−
53373号公報等に開示されたものが提供されてい
る。

〔考案が解決すべき課題〕

然しながら自動工具交換動作を更に高精度のも
とに迅速化して工具交換時間を短縮し、工作機械
の作業能率を改善することがたえず要望されてい
る。しかも、自動工具交換装置を達成するに当た
り、割り出し位置が回転伝達機構の回転検出にも
唯１つの回転検出器を用い、低コストの基に実現
することが要請されている。依つて本考案の目的
はこのような要望を満たすことが可能であると共
にコンパクトに形成した工作機械のATC装置を
提供することにあり、特に主軸側と工具マガジン
側とに設けた工具交換に当たり噛合し、工具交換
後に解離する１対の歯車機構からなる回転伝達手
段を介して主軸の回転により工具マガジンの工具
割出回転を起生し、かつ正確に主軸位置に工具マ
ガジンの各工具を割出し得るようにした新規構造
の自動工具交換装置を提供せんとするものであ
る。

〔解決手段と作用〕

すなわち、本考案によれば、数値制御装置と、
下端に工具装着孔を有した立形主軸と、前記立形
主軸に結合されて同主軸の回転角度位置を検出す
る回転角度位置検出器と、前記立形主軸の下端部
に共に回転するように装着された駆動ベベル歯車
と、前記立形主軸の主軸頭に沿つて相対上下摺動
可能に係合されると共に該主軸頭にばねを介して
取付けられ、かつ、同主軸頭と一体に上下動作可
能に保持されたスライダーと、前記スライダーか
ら斜めに突出した斜軸に回転可能に装着されると
共に前記主軸の駆動ベベル歯車に噛合可能な被駆
動ベベル歯車を備えた工具マガジンと、前記主軸
頭が上下方向の一定高さに達したとき、前記スラ
イダーに対して前記主軸頭のみを上下に移動自在
にするスライダー停止用のストツパーとを具備
し、前記工具マガジンの被駆動ベベル歯車は該工
具マガジンに収納する工具数の整数倍の歯数を有
すると共に前記斜軸の傾斜角に対応した傾きを有
するベベル歯車として形成され、前記主軸側の駆
動ベベル歯車を前記回転角度位置検出器と前記数
値制御装置とによつて、一定回転角度位置に回転
位置決めすることにより、前記駆動、被駆動ベベ
ル歯車を円滑かつ確実に噛合させ、その後に、該
駆動、被駆動ベベル歯車を前記回転角度位置検出
器と数値制御装置とにより、所望の回転角度位置
に回転位置決めすることにより、前記工具マガジ
ン内の所望の工具の工具割り出しをおこない工具
割り出し後に前記主軸頭の下動に従つて該所望の
工具を主軸の下端に装着するようにしたことを特
徴とする工作機械の工具交換装置が提案される。
以下、本考案を添付図面に示す実施例に基き詳細
に説明する。

〔実施例〕

第１図は本考案によるATC装置の一実施例を
具備した数値制御工作機械の全体的機構を示す略
示機構図、第２図は同ATC装置における工具交
換時の工作機械主軸と工具マガジンとの相対位置
関係を示す略示機構図である。

第１図において、工作機械の主軸頭１０は機械
本体のコラム（図示なし）に上・下方向に対し
上・下方向（Ｚ軸方向）に安定移動可能に設けら
れると共に内部に縦主軸１２を軸受手段を介して
回転可能に支持している。この主軸頭１０の下方
には工作機械の固定基台１４にワークテーブル１
６が上記Ｚ軸と直交する水平面内で直角な二軸方
向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に摺動可能に載置さ
れ、該ワークテーブル１４上にワークＷが取付け
られている。NC工作機械においては、上述した
主軸頭１０のＺ軸方向の移動、主軸１２の回転、
ワークテーブル１６のＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動
はそれぞれ数値制御装置１８（以下、NC装置）
の指令によつて制御される作動手段によつて制御
作動されるように構成されており、上述した主軸
頭１０のＺ軸方向の移動はNC装置１８の指令信
号NCZによつて制御されるサーボモータからな
るＺ軸送りモータ２０と、このＺ軸送りモータ２
０により適宜の減速機構２２を介して回転作動さ
れるＺ軸送りねじ２４および主軸頭１０に設けら
れ上記Ｚ軸送りねじ２４に係合したナツト２６か
らなる送りねじ機構とによつて形成されるＺ軸送
り作動手段により作動され、このとき主軸頭１０
は前述したコラムに沿つてＺ軸方向に移動するも
のである。また主軸１２の回転はNC装置１８か
らの指令信号NCSによつて制御されるサーボモ
ータからなる主軸モータ２８とこの主軸モータ２
８の出力軸および主軸１２の間に設けられたベル
トプーリ機構３０とからなる主軸回転作動手段に
より作動される。そしてこの主軸１２の回転速度
はタコゼネレータからなる回転速度計３２より回
転速度信号SVがNC装置１８に送出されることに
より主軸１２の回転速度を所要の加工速度に制御
するように構成されている。更にワークテーブル
１６のＸ軸方向およびＹ軸方向の移動はそれぞれ
NC装置１８から指令信号NCX‖NCYによつて
制御されるサーボモータからなるＸ軸送りモータ
３４、Ｙ軸送りモータ３６と、これらの送りモー
タ３４‖３６によつて回転作動されるＸ軸送りね
じ３８、Ｙ軸送りねじ４０とによつて形成される
Ｘ軸送り作動手段およびＹ軸送り作動手段により
それぞれ作動される。また主軸１２の回転角度位
置はタイミングベルトと歯付プーリとからなる精
密な角度伝達手段４２を介して周知のポジシヨン
コーダ４４によつて検出され、この検出信号SP
もNC装置１８に送られており、従つてこの検出
信号SPをNC装置１８によつて検知することによ
り、主軸モータ２８によつて回転作動される主軸
１２を機械本体に対し所望の回転角度位置に位置
決めすることも可能に形成されているのである。
４６は上述した主軸頭１０に一体に固着形成され
た腕又はブラケツトであり、このブラケツト４６
と後述するATC装置のスライダ７０との間にば
ね４８が張設されている。また５０は機械本体の
一部５２に取付けられたストツパであり、後述の
如く上記スライダ７０と対向する位置に設けられ
ている。

さて、本考案による自動工具交換（ATC）装
置６０は工具マガジン６２を有し、この工具マガ
ジン６２は切頭錐体形状を有したマガジン本体６
４を備え、このマガジン本体６４の周部に略等ピ
ツチで複数の工具T₁…T_o等を収納する複数の工
具収納孔が設けられている。このマガジン本体６
４はマガジン胴６６に固定され、該マガジン胴６
６は回転軸受手段（図示なし）を内部に有し、斜
軸６８のまわりに回転可能に軸承されている。そ
してマガジン本体６４が回転すると、上記複数の
収納孔が順次、主軸１２の直下を通過するように
構成されている。一方、上記斜軸６８はその上端
がスライダ７０の略中央部に固着され、またスラ
イダ７０は主軸頭１０の一側面に形成された上・
下案内部５４との間で上・下方向に摺動可能なよ
うに摺動部７２‖７２を有している。またスライ
ダ７０の上端には既述のばね４８の下端が固定さ
れており、このばね４８の上端はブラケツト４６
に固定されるとともに該ばね４８は、スライダ７
０がストツパ５０に当接していない第１図の状態
では一定のばね張力を保持し、つまりブラケツト
４６の上端部分に向けてスライダ７０を介して
ATC装置６０を引き上げている。ここで第１図
に示す状態ではATC装置６０のマガジン本体６
４に収納された複数の工具T₁…T_oのうちの１つ
の工具T₁を有した収納孔が工具主軸１２の下端
に形成された工具受孔（図示なし）と上・下方向
に整合し、かつ工具T₁が該工具受孔に装着され
ており、この位置（以下、Ｚ軸原点位置という。）
から主軸頭１０がワークＷに向けて下降し、主軸
モータ２８の作動によつて主軸１２が回転すると
ワークＷに対して機械加工を施すことができるの
である。なお、各工具T₁…T_o等にはそれぞれ工
具主軸１２の工具受孔に密嵌締着される工具アー
バ５６が具備されていることは周知のとおりであ
る。さて、工具マガジン６２のマガジン胴６６の
上端にはベベル歯車７４が斜軸６８と同心に固定
配置されており、一方、主軸頭１０の下端には主
軸１２と共に一体回転するベベル歯車５８が装着
されている。これらの両ベベル歯車７４‖５８は
互いに噛合係合可能なように例えばインボリユー
ト歯の場合には同一モジユールの歯を有している
が一定の減速率が得られるように工具マガジン６
２側のベベル歯車７４が主軸頭１０側のベベル歯
車５８より大径、従つて大歯数を有するように形
成されている。そして主軸頭１０およびATC装
置６０が上述した第１図のＺ軸原点位置およびそ
の下方の機械加工領域に位置している場合には上
記ベベル歯車５８と７４は確実に非噛合状態に解
離されており、ATC装置６０は作動停止状態に
なつている。

次にATC装置６０が作動して主軸頭１０の主
軸１２に装着された工具T₁を他の工具に交換す
る自動工具交換動作について以下に説明する。

工具交換時には先ず主軸頭１０と工具マガジン
６２はワークＷに対する機械加工領域から上述し
た一定のＺ軸原点位置までＺ軸送り作動手段の作
動により上昇復帰する。またこの上昇復帰動作中
に主軸頭１０の主軸１２が主軸モータ２８の作動
によつて回動作動されることによりベベル歯車５
８も一体に回転作動され、このときポジシヨンコ
ーダ４４によつて主軸１２の回転角度位置が検出
されることにより主軸１２、従つてベベル歯車５
８を一定の回転角度位置に位置決めする所謂オリ
エンテーシヨン動作がおこなわれる。このオリエ
ンテーシヨン動作によつて位置決めされる一定の
回転角度位置ではベベル歯車５８の予め選定され
た一歯が工具マガジン６２のベベル歯車７４の歯
と噛合可能な位置に来て停止する。一方、工具マ
ガジン６２のベベル歯車７４においては、マジガ
ン本体６４に形成された複数の工具収納孔におけ
る何れかの工具収納孔が主軸１２の工具受孔と整
合する位置に回動されているとき該ベベル歯車７
４の歯は必ず同一位相、つまり例えば歯の谷位相
がいずれの工具収納孔の場合にも主軸頭１０のベ
ベル歯車５８に最接近した位置に到来しているよ
うに予め歯数が設計埋選定されかつ組付けられて
いる。このような設計、組付条件ではマガジン本
体６４に設けられている工具収納孔の数Ｎとベベ
ル歯車７４の歯数Ｍとの間には常にＭ＝Ｉ×Ｎ，
Ｉ…整数、なる関係が確立されている。勿論、上
述においてベベル歯車７４の歯の山位相がいずれ
の工具収納孔の場合にも主軸頭１０のベベル歯車
５８に最接近した位置に到来しているように組付
けるようにしてもよいことは言うまでもない。そ
して工具マガジン６２のベベル歯車７４の歯の谷
位相が主軸頭１０のベベル歯車５８に最接近した
位置に到来するように組立、形成されている場合
には、上述のオリエンテーシヨン動作によつて主
軸頭１０のベベル歯車５８における選定された一
歯は特定の歯の山位相がベベル歯車７４の歯の谷
と正しく整合した位置に位置決めされ、依つて後
述の両歯車５８，７４の相対接近動作に応じて円
滑にかつ確実に噛合係合することが可能になるの
である。一方、工具マガジン６２のベベル歯車７
４の歯の山位相が主軸頭１０のベベル歯車５８に
最接近した位置に到来するように組立、形成され
ている場合には、上述のオリエンテーシヨン動作
によつて主軸頭１０のベベル歯車５８における選
定された一歯は特定の歯の谷位相がベベル歯車７
４の歯の山と正しく整合した位置に位置決めさ
れ、依つて後述の両歯車５８，７４の相対接近動
作に応じて円滑にかつ確実に噛合係合することが
可能になるのである。

上述のようにして主軸頭１０の主軸１２および
ベベル歯車５８のオリエンテーシヨン動作が完了
すると、主軸頭１０はＺ軸送りモータ２０を有し
たＺ軸送り作動手段の作動によりＺ軸原点位置か
ら上方の工具交換領域（ATC領域）で上昇作動
される。このとき、ATC装置６０はそのスライ
ダ７０を介してばね４８の張力によつて既述のよ
うにブラケツト４６に向けて引き上げられている
ので、工具マガジン６２も主軸頭１０と共に
ATC領域を一体となつて上昇する。そしてこの
上昇の間に第１図に示されていないカム手段等の
周知の適宜手段によつて主軸１２とその下端に装
着された工具T₁との間の締着が解除される。次
いでATC装置６０におけるスライダ７０の上端
がストツパ５０に当接する位置まで上昇すると工
具マガジン６２の上昇のみが停止され、スライダ
７０の摺動部７２，７２と主軸頭１０の上・下案
内部５４とによつて形成された既述の摺動構造に
より、主軸頭１０のみがばね４８のばね張力を増
加させながら継続して上昇動作する。この結果、
主軸１２の下端では工具T₁が工具主軸１２の工
具受孔から離脱し、マガジン本体６４の収納孔中
に残置される。そして第２図に示すように工具
T₁が工具主軸１２の工具受孔から完全に離脱し
たときベベル歯車５８は工具マガジン６２のベベ
ル歯車７４と噛合する。両歯車５８，７４が噛合
すると、Ｚ軸送り作動手段の作動は停止し、次い
でNC装置１８の指令信号NCRの指令で主軸モー
タ２８が作動され、ベルトプーリ機構３０を介し
て主軸１２、ベベル歯車５８が所望量に亘つて回
転作動されると、この回転はベベル歯車７４を介
して工具マガジン６２に伝達され、工具マガジン
６２も所望量だけ回転作動され、次に主軸１２に
装着されるべき工具、例えば工具T₃が主軸１２
の工具受孔の直下に割出される。すなわち、NC
装置１８に予め工具交換順序がプログラムされて
いることによつてこのプログラムに従う指令信号
NCRが主軸モータ２８に印加され、主軸１２の
回転作動量が制御されることにより、工具マガジ
ン６２の割出回転がベベル歯車５８，７４からな
る回転伝達手段によつて起生されるのである。し
かも主軸１２の回転角度位置は該主軸１２にタイ
ミングベルト機構からなる角度伝達手段４２を介
して係合されたポジシヨンコーダ４４によつて検
出されるので、究極的には工具マガジン６２の割
出回転量も極めて正確かつ精密に制御され、新た
な工具T₃と主軸１２の工具受孔とが軸線方向に
正確に整合した位置に割出されるのである。

上述のようにして新しい工具T₃が割出される
と、主軸モータ２８の作動は停止され、再びNC
装置１８からの指令信号NCZによつてＺ軸送り
モータ20が作動され、Ｚ軸送り作動手段の作動に
より主軸頭１０がＺ軸原点位置に向けて下降作動
される。そして新工具T₃のアーバ５６が主軸１
２の工具受孔に嵌合すると既述のカム手段等から
なる適宜手段の作動により新工具T₃が主軸１２
に密嵌締着される。この間に主軸頭１０の下降に
応じてばね４８の張力が一定力に弛緩するまで主
軸頭１０のみが単独下降するのでベベル歯車５
８，７４の噛合が解離する。ばね４８の張力が一
定力まで弛緩すると主軸頭１０とATC装置６０
の工具マガジン６２は一体となつて下降し、Ｚ軸
原点位置に両者が到達したときＺ軸送りモータ２
０の作動停止により下降は停止されて自動工具交
換作動が終了する。自動工具交換動作が終了する
と、NC装置１８の制御のもとに主軸頭１０はワ
ークＷに向けて機械加工領域を下降し、新工具
T₃による機械加工がおこなわれるのである。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかなように本考案によれ
ば、ATC装置６０における工具マガジン６２の
割出回転が主軸１２の回転を利用し、つまり、主
軸１２の回転を唯一対のベベル歯車対を有した回
転伝達手段を介して工具マガジン６２に伝達する
ことにより達成されており、しかも主軸１２に係
合された１つのポジシヨンコーダ４４によつて割
出回転量が検出され、しかも上記ベベル歯車機構
の噛合を円滑化するための噛み合い位置の検出を
も遂行しえる２つの検出機能を保持させた構成が
採られているので極めて正確かつ精密に、しかも
迅速な割出回転を経済性を有した構造のもとに達
成することができるから自動工具交換動作の自動
運転における信頼性と作動能率を著しく向上さ
せ、且つ、低コスト化を達成することができるの
である。しかも上述のように、１対のベベル歯車
機構によつて回転伝達機構を構成しているので主
軸頭１０に近接配置されたATC装置６０の構造
もコンパクト化され、ポジシヨンコーダ４４の回
転角度位置検出機能によつて上記１対の歯車機構
の係合、離脱が円滑かつ確実に実現されるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による自動工具交換装置の一実
施例を具備した数値制御工作機械の全体的機構を
示す略示機構図、第２図は同自動工具交換装置に
おける工具交換時の工作機械主軸と工具マガジン
との相対位置関係を示す略示機構図。１０……主軸頭、１２……主軸、１６……ワー
クテーブル、１８……NC制御装置、２０……Ｚ
軸送りモータ、２８……主軸モータ、３４……Ｘ
軸送りモータ、３６……Ｙ軸送りモータ、４４…
…ポジシヨンコーダ、６０……ATC装置、６２
……工具マガジン、５８，７４……ベベル歯車、
T₁…T_o……工具。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

数値制御装置と、下端に工具装着孔を有した立
形主軸と、前記立形主軸に結合されて同主軸の回
転角度位置を検出する回転角度位置検出器と、前
記立形主軸の下端部に共に回転するように装着さ
れた駆動ベベル歯車と、前記立形主軸の主軸頭に
沿つて相対上下摺動可能に係合されると共に該主
軸頭にばねを介して取付けられ、かつ、同主軸頭
と一体に上下動作可能に保持されたスライダー
と、前記スライダーから斜めに突出した斜軸に回
転可能に装着されると共に前記主軸の駆動ベベル
歯車に噛合可能な被駆動ベベル歯車を備えた工具
マガジンと、前記主軸頭が上下方向の一定高さに
達したとき、前記スライダーに対して前記主軸頭
のみを上下に移動自在にするスライダー停止用の
ストツパーとを具備し、前記工具マガジンの被駆
動ベベル歯車は該工具マガジンに収納する工具数
の整数倍の歯数を有すると共に前記斜軸の傾斜角
に対応した傾きを有するベベル歯車として形成さ
れ、前記主軸側の駆動ベベル歯車を前記回転角度
位置検出器と前記数値制御装置とによつて、一定
回転角度位置に回転位置決めすることにより、前
記駆動、被駆動ベベル歯車を円滑かつ確実に噛合
させ、その後に、該駆動、被駆動ベベル歯車を前
記回転角度位置検出器と数値制御装置とにより、
所望の回転角度位置に回転位置決めすることによ
り、前記工具マガジン内の所望の工具の工具割り
出しをおこない、工具割り出し後に前記主軸頭の
下動に従つて該所望の工具を主軸の下端に装着す
るようにしたことを特徴とする工作機械の自動工
具交換装置。