JPH0242620B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動工作機械に適用される工具の取替
え方法に関する。

〔従来の技術〕

マシニングセンタなどを多数並設し、これら工
作機械をコンピユータにより総括制御する加工設
備（FMS）が最近多くみられる。この設備で使
用される工具は、他の場合と同様に、寿命がきた
り、折損したり、或いは加工の対象が変つたよう
な場合、これを取り替える必要がある。

従来から行われてきた工具の取替え方法として
は、 (a) 工作機械を停止させ、工作機械に設備された
専用工具マガジンの工具を人手により取り替え
る。

(b) 工作機械の工具マガジンを交換式にしてマガ
ジンごと工具を取り替える。

(c) 工作機械に設備された専用工具マガジンと別
の取替え工具マガジン（サブマガジン）の間で
取り替える。

などが採用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記(a)の場合は、機械を停止させて工具を取り
替える必要があるため稼動率が低くなり、また人
手を要するため、無人運転化することができな
い、という欠点がある。また、(b)の場合は、一般
の加工において工作物の工程及び対象によつて共
用工具と専用工具で対処することになるが、これ
を一つの工具マガジンに収納するとき、マガジン
ごと交換する取替え方法では、共用工具を各マガ
ジンごとにもつ必要があり不経済である上、マガ
ジンを工作機械にローデイングするドラムチエン
ジヤ（マガジンチエンジヤ）のような大型のロー
デイング装置の駆動装置など、通常の工具取替え
装置以外の装置が必要で高価につき、しかも広い
スペースを必要とする、といつた欠点がある。

さらにまた(c)の場合は、取替え工具マガジンの
専用工具割出し装置、及びその駆動装置が必要
で、上記(b)の場合と同様に高価なものとなり、広
いスペースもとるといつた欠点がある。

上記以外に、工具パレツトに工具棚と工具取替
え装置（ロボツト）を設備し、工具棚にのせられ
た工具をロボツトによつて取り替えるようにした
ものも提案されているが、（特開昭51−70579号）、
工具を取り替える際に他の工具が邪魔になりやす
く、工具の本数、及び工具の配置に大きな制約が
出るほか、ロボツトの設備い起因して装置が高価
になる欠点がある。

本発明は、ドラムチエンジヤのような大型のロ
ーデイング装置や駆動装置が不要である上、既存
の工作機械に簡単な装置を追加するだけで工具の
取替えを容易化することができる工具の取替え方
法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は、主軸
軸線に工具の軸方向を一致させて工具を装置する
主軸と専用工具マガジンとの間で直接若しくは間
接的に工具を取り替える工作機械において、工具
保持機構と上記主軸の回転で作動させられて工具
保持機構の姿勢を変換する姿勢変換機構とを備え
取替え工具マガジン等に着脱自在に設けられた姿
勢変換装置を、該姿勢変換装置に対する主軸の相
対移動によつて主軸い装着し、工具の取り替えの
際に工作機械の主軸の前方に配置された取替え工
具マガジンの工具保持具に上記主軸の軸線と異な
る方向に軸方向を向けて保持された工具を、取替
え工具マガジンに対する上記姿勢変換装置の相対
移動により該姿勢変換装置の工具保持機構で保持
して取替え工具マガジンの工具保持具から取り外
した後、工具保持機構に保持された工具の姿勢を
上記主軸の回転で姿勢変換機構を作動させてその
工具の軸方向が主軸の軸線と平行となるように変
換し、該姿勢変換装置の工具保持機構と専用工具
マガジンとの間で工具を直接若しくは保持具に取
り替える構成とした。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施対象となる工作機械Ｂと
姿勢変換装置Ａ等の関連構成を示すもので、工作
機械Ｂはこれに常時付設されている従来周知の工
具マガジン１（以下、専用工具マガジンと称する）
と工具チエンジヤ２とを備え、工具チエンジヤ２
により、専用工具マガジン１から１個の工具３を
取り出しその工具３の軸方向を主軸４の軸線に一
致させて主軸４に装着し、また主軸４から工具３
を取り外して専用工具マガジン１に戻すことがで
きるようになつている。上記工作機械Ｂのロータ
リテーブルＣの前にオートパレツトチエンジヤＤ
が配設されており、無人搬送車Ｅによつて運ばれ
てきたワークパレツトＦまたは工具パレツトＣ
を、オートパレツトチエンジヤＤを通じてロータ
リテーブルＣの上に送り込むことができるように
なつている。なお、上記の工作機械Ｂやロータリ
テーブルＣ、或いはオートパレツトチエンジヤＤ
等は周知のものである。姿勢変換装置Ａは本出願
人の開発になるもので、工具パレツトＧ、或いは
パレツトＧに積載される取替え工具マガジンＨに
着脱自在に取り付けられる。

第２図は姿勢変換装置Ａの一例を示すもので、
図中５はフレームである。このフレーム５には、
回転軸６と従動軸７が互の傘歯車８，９を相互に
噛み合わせ、かつ垂直な面内において45度の角度
で共に周方向に回転自在に枢着され、また工作機
械Ｂ（主軸ヘツド４ａ）に設けられたストツパ１
０に係止せしめられる係止ピン１１が設けられて
いる。この係止ピン１１はばね１１ａによりフレ
ーム５より突出する方向に付勢され、常時は該係
止ピン１１に固着した突片１１ｂが前記回転軸６
に固定した係止軸６ａの係合溝６ｂに係合し、回
転軸６を所定回転位置に固定しておくようになつ
ている。上記回転軸６は、その外端部に上記主軸
４のテーパ穴に合致するテーパ軸部と、主軸のキ
ーに嵌合するキー溝を有するシヤンク軸１２を備
え、係止ピン１１をストツパ１０の孔に挿入して
フレーム５の共回りを阻止した状態で上記シヤン
ク軸１２が工作機械Ｂの主軸４にくわえられて水
平に支持され、主軸４と一緒に回転して従動軸７
を回転させるようになつている。

一方、従動軸７の外端部には、周知の工具ポツ
ト或いはバネクランプなどの工具保持機構１３を
先端に備えた回動アーム１４が、水平面に対して
45度傾斜した面内で従動軸７を中心に回動自在に
取り付けられている。この回動アーム１４は、従
動軸７により従動軸７を中心に回動せしめられ
て、工具保持機構１３に保持した工具３を、垂直
状態から水平状態に、また水平状態から垂直状態
に転換させるものであり、フレーム５に設けられ
た停止具１５に触れて、回転軸６と従動軸７の中
心軸線を含む垂直な面内の上下二位置で停止する
ようになつている。

なお、上記回転軸６と従動軸７、及び回動アー
ム１４は姿勢変換機構の主体をなしている。ま
た、前記取替え工具マガジンＨは、前記パレツト
Ｇ上に立設された主柱H₁と、この主柱H₁の上端
に水平状態に固定した円板状の支持板H₂と、こ
の支持板H₂の外周部に沿つて適宜間隔をあけて
設けた複数個の工具保持具１６とからなつてい
る。そして各保持具１６は、支持板H₂の外周部
に回動自在に支持した一対のグリツパをバネの弾
力を介して、工具３のフランジ溝部３ａを把持
し、該工具３が前記支持板H₂に垂直状になるよ
うに構成したもので、一対のグリツパ間には、該
グリツパに把持された工具の回り止めをすべく、
工具３のキー溝に嵌合するキーが設けられてい
る。取替え工具マガジンＨの工具保持具１６に
は、上記のように工具３が垂直に保持されている
ため、取替え工具マガジンＨと専用工具マガジン
１との間で工具チエンジヤ２により工具３を交換
することはできない。

次に本発明の工具取替え方法を工具の運出しか
ら順を追つて説明する。

工具ステーシヨンで用意された工具３は、所定
の工具パレツトＧに載せられた、所定の取替え工
具マガジンＨの各工具保持具１６の保持される。
工作機械等を総括制御するコンピユータには、前
記工具パレツトNo.（取替え工具マガジンNo.）、取
替え工具マガジンＨ内の工具No.と工具コード（工
具は絶対コードが付与されている。）が記憶され
る。取替え工具マガジンＨがセツトされた工具パ
レツトＧは上記コンピユータからの取替え指令が
あるまでパレツト収納場所などで待機する。な
お、姿勢変換装置Ａは上記の工具パレツトＧ或い
は取替え工具マガジンＨに着脱自在に積まれてい
る。

加工スケジユールに従つて取替え指令が出る
と、取替え工具マガジンＨをセツトした工具パレ
ツトＧは無人搬送車Ｅにのせられて工作機械Ｂの
主軸４の前に配置されたオートパレツトチエンジ
ヤＤの所まで運ばれ、取替え工具マガジンＨとと
もにオートパレツトチエンジヤＤに引き込まれ
る。工作機械Ｂが加工中である時は、加工が終る
まで工具パレツトＧはオートパレツトチエンジヤ
Ｄの上で待機する。

工作機械Ｂによる加工が終了すると、工具パレ
ツトＧは工作機械ＢのロータリテーブルＣに移さ
れる。なお、上記に並行して、主軸４にくわえら
れた工具３は工具チエンジヤ２の作用で専用工具
マガジン１に移される。そして工具３を取り外し
た主軸４は、シヤンク軸１２をつかんで姿勢変換
装置Ａを、これが積まれた工具パレツトＧ或いは
取替え工具マガジンＨから取り出す。この時、フ
レーム５の係止ピン１１はストツパ１０の孔に挿
入され、フレーム５を工作機械Ｂに固定する（第
２図参照）。この際、係止ピン１１は、前記孔の
端面に当接してばね１１ａの弾力に抗して第２図
中右方に押圧移動され、突片１１ｂが係止輪６ａ
の係合溝６ｂから離脱するので、回転軸６の回転
は自由となる。

このようにして姿勢変換装置Ａを支持した主軸
４（主軸ヘツド４ａ）は、第２図の状態から右方
に前進して、取替え工具マガジンＨの工具保持具
１６に垂直に保持された取替え工具３の真下に工
具保持機構１３を動かし、そのまま上昇して工具
保持機構１３に取替え工具３を保持した後、同図
左方に後退して取替え工具３を工具保持具１６か
ら取り外し、主軸４を回転させて回転軸６を回転
させ、傘歯車８，９と従動軸７を介して回動アー
ム１４を180度回動させせる。回動アーム１４の
上記回動によつて、それまで工具保持機構１３に
垂直に保持されていた取替え工具３は第２図２点
鎖線のように水平になる。

主軸４は取替え工具３を水平にし終わると、直
ちに上下・左右に動いて取替え工具３を工具交換
（取替え）位置につける。この工具変換位置は、
回動アーム１４で水平に保持された取替え工具３
の軸方向が、専用工具マガジン１と主軸４との間
で工具交換を行う通常の工具交換位置における主
軸４の軸線と一致する位置である。工具チエンジ
ヤ２は、主軸４が取替え工具３を工具交換位置に
つけるまでの間に専用工具マガジン１から被取替
え工具を取り出して待機し、回動アーム１４の工
具保持機構１３に保持された取替え工具３が上記
のように工具交換位置につくと、回動アーム１４
の工具保持機構１３に保持されていた取替え工具
をつかんで該工具保持機構１３から外すととも
に、専用工具マガジン１から取り出した工具を回
動アーム１４の工具保持機構１３に保持させた
後、工具保持機構１３から取り出した工具を専用
工具マガジン１に装着する。つまり、姿勢変換装
置Ａの工具保持機構１３に保持されていた工具３
は工具チエンジヤ２を介して専用工具マガジン１
に間接的に装着される。

主軸４は、回動アーム１４の工具保持機構１３
に工具チエンジヤ２によつて被取替え工具が装着
されると、前とは逆の方向に回転して回動アーム
１４を第２図２点鎖線の状態から同図実線の状態
に回動させ被取替え工具３を垂直にした後、前記
工具交換位置より取替え工具マガジンＨ側に移動
し、さらに、被取替え工具３のフランジ溝部３ａ
の位置が取替え工具マガジンＨの工具保持具１６
の高さ位置に合致するように動いてから第２図で
右方に前進した後、下降して工具保持機構１３の
被取替え工具３を取り出し、空になつている取替
え工具マガジンＨの工具保持具１６に装着し後退
する。

上記で工具の１回の取替えが終了するが、何本
もの工具を取り替える場合は上記の作動が繰り返
される。なお、この場合、ロータリテーブルＣが
工具パレツトＣをのせたまま回動して次の工具を
割り出す。

被取替え工具を取替え工具マガジンＨの工具保
持具１６に装着させて後退した主軸４は、姿勢変
換装置Ａを工具パレツトＧ或いは取替え工具マガ
ジンＨに戻し、次の指令を持つことになる。

第３図は姿勢変換装置Ａの他の例を示すもの
で、この姿勢変換装置は、ねじ軸に構成された回
転軸６に、回止めキー１７を有する可動ナツト１
８が、フレーム５に設けられた滑り溝１９に上記
回止めキー１７を嵌め入れて、回転軸６の軸方向
に移動自在に設けられ、また、工具保持機構１３
を備えた回動アーム１４は枢軸２０でフレーム５
に上下に回動自在に取り付けられるとともに、上
記可動ナツト１８と回動アーム１４の間に、リン
ク２３が、その両端を可動ナツト１８と回動アー
ム１４に連結軸２２，２４で連結して取り付けら
れている。

そしてこの姿勢変換装置は、主軸４でシヤンク
軸１２をくわえて回転軸６を一方に回転させる
と、可動ナツト１８が第３図で左方に移動し、リ
ンク２３で回動アーム１４を左斜上に押して枢軸
２０を支点に同図２点鎖線のように垂直に起立さ
せ、また回転軸６を他方に回転させると、可動ナ
ツト１８が第３図で右方に移動して、垂直に起立
している回動アーム１４を実線で示すように水平
に倒すようになつている。なお、この実施例の工
具保持機構１３は回動アーム１４に直角に取り付
けられているため、回動アーム１４が水平になる
時垂直になり、回動アーム１４が垂直になる時水
平になる。

第３図の符号２５はフレーム５に取り付けられ
た停止具、２６は係止ピン１１に取り付けられた
停止具であつて、前者の停止具２５は回動アーム
１４を水平に停止させて工具保持機構１３を正し
く垂直にし、また後者の停止具２６は回動アーム
１４を垂直に停止させて工具保持機構１３を正し
く水平にするようになつている。停止具２５，２
６には、通常、ボルトが使用され微調節ができる
ように構成される。回転軸６とリンク２３、及び
回動アーム１４は姿勢変換機構の主体をなしてい
る。この例の姿勢変換装置は、主軸４によつて、
工具保持機構１３を上から下に降下させて、取替
え工具マガジンＨの工具保持具１６にテーパシヤ
ンクが上向きになるようにして保持された取替え
工具を工具保持機構１３に保持し、また被取替え
工具を取替え工具マガジンＨの工具保持具１６に
テーパシヤンクを上向きにして保持させた後、上
昇して工具保持機構１３から被取替え工具を離脱
させること以外は、第２図のものと全く同様であ
るので、この姿勢変換装置を用いた工具の取替え
方法の説明は省略する。

なお、この例の場合、工具保持機構１３には保
持した工具が自重で落下しないように適宜の係止
機構（図示しない）が内蔵されていることは勿論
である。

以上、工具チエンジヤ２を使用して専用工具マ
ガジン１と主軸４との間で間接的に通常の工具交
換を行う方式の自動工具変換装置付工作機械に実
施した場合について説明したが、本発明はこれに
限らず、工具チエンジヤ２を使用せず、専用工具
マガジン１と主軸４との間で直接的に工具交換を
行う方式の工作機械にも実施し得る。

すなわち、第４図は工具チエンジヤを有しない
工作機械を示すもので、専用工具マガジン１が主
軸４の上方に鉛直な平面内で回転自在に配設され
ており、専用工具マガジン１に装着された複数の
工具（図では１本しか示されていない）の内の最
も下の工具３から後ろ側に主軸４が上昇した後、
少し前進して工具３を把持し、そのまま下方に降
下して把持工具を専用工具マガジン１から下に抜
き取る構成とされている。この場合は、取替え工
具と被取替え工具との取替えは、専用工具マガジ
ンと姿勢変換装置Ａの工具保持機構１３との間で
直接行われる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、主軸軸線に工
具の軸方向を一致させて工具を装着する主軸と専
用工具マガジンとの間で直接若しくは間接的に工
具を取り替える工作機械において、工具保持機構
と上記主軸の回転で作動させられて工具保持機構
の姿勢を変換する姿勢変換機構とを備え取替え工
具マガジン等に着脱自在に設けられた姿勢変換装
置を、該姿勢変換装置に対する主軸の相対移動に
よつて主軸に装着し、工具の取り替えの際に工作
機械の主軸の前方に配置された取替え工具マガジ
ンの工具保持具に上記主軸の軸線と異なる方向に
軸方向を向けて保持された工具を、取替え工具マ
ガジンに対する上記姿勢変換装置の相対移動によ
り該姿勢変換装置の工具保持機構で保持して取替
え工具マガジンの工具保持具から取り外した後、
工具保持機構に保持された工具の姿勢を上記主軸
の回転で姿勢変換機構を作動させてその工具の軸
方向が主軸の軸線と平行となるように変換し、該
姿勢変換装置の工具保持機構と専用工具マガジン
との間で工具を直接若しくは間接的に取り替える
構成とされているで、ドラムチエンジヤのような
大型のローデイング装置やその駆動装置、或いは
多機能のロボツト等が不用である上、簡単な構造
の姿勢変換装置を用いるだけで既設の工作機械に
も実施できる長所がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施対象となる工作機械と姿
勢変換装置等の概要を示す平面略図、第２図は本
発明の実施に用いられる姿勢変換装置の一例を示
す正面図、第３図は他の姿勢変換装置の正面図、
第４図は工具チエンジヤを有しない工作機械の正
面図である。 Ａ…姿勢変換装置、Ｂ…工作機械、Ｈ…取替え
工具マガジン、１…専用工具マガジン、３…工
具、４…主軸、６…回転軸、７…従動軸、１３…
工具保持機構、１４…回動アーム、１６…工具保
持具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主軸軸線に工具３の軸方向を一致させて工具
   ３を装着する主軸４と専用工具マガジン１との間
   で直接若しくは間接的に工具３を取り替える工作
   機械Ｂにおいて、工具保持機構１３と上記主軸４
   の回転で作動させられて工具保持機構１３の姿勢
   を変換する姿勢変換機構６，７，１４とを備え取
   替え工具マガジンＨ等に着脱自在に設けられた姿
   勢変換装置Ａを、該姿勢変換装置Ａに対する主軸
   ４の相対移動によつて主軸４に装着し、工具３の
   取り替えの際に工作機械Ｂの主軸４の前方に配置
   された取替え工具マガジンＨの工具保持具１６に
   上記主軸４の軸線と異なる方向に軸方向を向けて
   保持された工具３を、取替え工具マガジンＨに対
   する上記姿勢変換装置Ａの相対移動により該姿勢
   変換装置Ａの工具保持機構１３で保持して取替え
   工具マガジンＨの工具保持具１６から取り外した
   後、工具保持機構１３に保持された工具３の姿勢
   を上記主軸４の回転で姿勢変換機構６，７，１４
   を作動させてその工具３の軸方向が主軸４の軸線
   と平行となるように変換し、該姿勢変換装置Ａの
   工具保持機構１３と専用工具マガジン１との間で
   工具３を直接若しくは間接的に取り替えることを
   特徴とする工具の取替え方法。