JPH04129637A - 数値制御工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、数値制御工作機械の自動工具交換装置に関
する。更に詳しくは、数値制御工作機械における工具マ
ガジンにおいて、自動工具交換時に工具マガジン内の隣
接工具の間の干渉を避けて工具を交換可能とする数値制
御工作機械の自動工具交換装置に関する。

［従来技術］ マシニングセンタの工具マガジンは、可能な限りコンパ
クトにするために複数の工具が高密度に隣接して収納さ
れている。自動工具交換装置の把持アームでこの工具マ
ガジン内の工具を抜き出すときに、工具ポットの軸線方
向に工具を抜き出すのが通常の工具交換方法である。ま
た、工具と工具の干渉を防ぐために、工具を把持した工
具ポットの間隔をある程度保つ必要がある。こうした工
具マガジンの制約から、通常の工具交換アームの交換動
作は限定された動作とならざるを得ない。

すなわち、工具を工具ポットの軸線方向に前進させて工
具ポットから抜き出し、この軸線と直角な面内で旋回さ
せ、再び新しい工具を工具ポットの軸線方向に後退させ
て工具ポットに挿入させている。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、前記した技術的背景から発明されたもので
あり、次の目的を達成するもので−ある。

この発明の目的は、工具交換中に隣接工具との干渉がな
く、しかも工具マガジン、自動工具交換装置の全体構造
がコンパクトにできる数値制御工作機械の自動工具交換
装置を提供することにある。

この発明の他の目的は、工具交換時間を短縮できる数値
制御工作機械の自動工具交換装置を提供することにある
。

［前記課題を解決するための手段］ この発明は、前記課題を解決するために次の手段を採る
。

多数の工具を隣接して収納するための工具マガジンと、
前記工具を受け入れ加工主軸の近傍へ工具を移送し保持
固定するための中間工具ポットと、前記工具マガジンと
前記中間工具ポットの両工具を把持して互いに保持され
た工具を交換するための把持アームと、この把持アーム
を前後方向に駆動するための前後駆動手段と、この前後
駆動手段で駆動中に第１の面内で前記把持アームを揺動
させるための揺動手段と、前記把持アームを前記第１の
面内で揺動後前記第１の面と垂直な第２の面内で旋回さ
せるための旋回駆動手段とからなる数値制御工作機械の
自動工具交換装置である。

前記中間工具ポットが加工主軸であっても同様な目的が
達成できる。

前記前後駆動手段がシリンダ装置であり、前記揺動手段
がカムとカムフォロワであると更に効果的に前記目的を
達成できる。

［作用］ 工具マガジンと中間工具ポットまたは主軸との間で工具
を交換する。まず工具把持アームを前方に前後駆動手段
で駆動し、この前後駆動中に揺動駆動手段により把持ア
ームを第１の面内で揺動させた後、旋回駆動手段により
前記第１の面と垂直な第２の面内で旋回させて工具を交
換する。この把持アームのこの揺動と旋回により、工具
マガジンと主軸または中間ポットとの間の工具交換を行
う。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

マシニングセンタ１のコラム２内には、主軸頭３が上下
方向に移動自在に設けられ、この移動は駆動モータ（図
示せず）により制御駆動される。主軸頭３には、主軸４
が回転自在に支持されている。主軸４には、工具Ｔのシ
ャンク（図示せず）が公知の方法でクランプされている
。コラム２の上部には、工具交換用のアーム６が設けら
れている。アーム６は、前後動および旋回を行うため周
知の揺動杉油圧アクチュエータおよび直線駆動用の油圧
シリンダを備えており、後述する自動工具交換動作を行
う。

コラム２の最上部には、中間ポットアーム７が軸８を中
心に揺動自在に設けられている。中間ポットアーム７は
、揺動杉油圧アクチュエータ９により、９０度揺動され
る。中間ポットアーム７の先端には、中間ポット１１が
設けられている。中間ポット１１は、転送しようとする
工具Ｔを一時的に保持するためのものである。一方、コ
ラム２の隣接した側面位置には、工具マガジン１２が配
置されている。工具マガジン１２には、複数の工具Ｔ、
〜Ｔ。がチェーン１３に設けた工具ポット１４に収納保
持されている。

工具マガジン１２と中間ポット１１との間のコラム２上
には、自動工具交換装置１５が設けられている。数値制
御装置５は、これらを制御コントロ、−ルする周知のも
のである。以下、その機能、構造を説明する。

自動工具交換装置１５ 第２図は、第１図の矢印■からみた正面図である。自動
工具交換装置１５は、工具マガジン１２の工具Ｔ。と中
間ポット１１との間で把持アーム１７により工具Ｔ、を
交換する。把持アーム１７は、後述するように回転、前
後駆動のためのアクチュエータを有している。把持アー
ム１７は、最初の位置（２点鎖線）から９０度旋回して
、工具マガジン１２の工具Ｔ。と工具ポット１１の工具
Ｔを同時につかむ。この把持アーム１７のつかみ動作の
旋回円の外周の軌跡は、円弧Ａである。円弧Ｂは、正面
からみたときの工具Ｔ１〜Ｔ、の最外周の直径である。

円弧Ａは、工具Ｔ１、−１と工具Ｔ　ｎ　４１　とには
、工具Ｔ、、と工具Ｔ　＋ｌ　＋　ｌの把持部分（把持
アームの保持部）の直径が小さいために干渉しない（第
３図参照）。しかし、把持アーム１７により工具を把持
後、工具マガジン１２の工具ポット１４の前方に抜き出
し、かつ把持アーム１７を旋回させて、干渉しないよう
にするには、工具Ｔ、〜Ｔ、の中の最も長い工具である
工具Ｔ、の高さ位置までせり出す必要がある。更に、隣
接する工具Ｔ、、、と工具Ｔ　ｎ　＋　Ｉが正面フライ
スなどの直径が大きい工具のときは、工具の直径Ｂが大
きいので抜き出し動作のとき干渉することがある。

第３図は、第２図の平面図である。従来の構成であると
前記したように、工具Ｔ、を工具ポット１４から短い距
離（工具ポット１１．１４から抜き出た程度で工具Ｔｏ
のテーパ部端が完全に抜は出る最小距離）抜き出し後、
円弧Ａで把持アーム１７を旋回させると隣の工具Ｔ　ｐ
　−１、Ｔ　＋、＋　ｌ　と干渉する。そこで第３図に
示すように、本例では、角度θで引き抜いて自動工具交
換装置本体を傾けた後工具Ｔ、および工具Ｔを旋回させ
る。この旋回により工具Ｔ、１の外周は、円弧Ｃを描く
　（第２図では楕円形になる）。円弧Ｃは、隣の工具Ｔ
１１、、’ｒ、＋、と干渉せずしかも最小限の引き抜き
距離で旋回させて工具交換ができることを示している。

駆動部 以下、この把持アーム１７の引き抜き、旋回機構につい
て説明する。第４図はアーム１７の駆動部の断面図であ
る。把持アーム１７の中央には、中空のスプライン軸１
８の一端が固定されている。

スプライン軸１８の中心には、ピストン軸１９の前部を
軸受２０．２０により支持されている。スプライン軸１
８の外周には、ベベルギヤ筒２１の内周面がスプライン
結合により取り付けられている。ベベルギヤ筒２１の一
端には、ベベルギヤ２２が一体に形成されている。

ベベルギヤ筒２１は、軸受２３．２３により回転自在に
ケース２４に支持されている。ケース２４の後端には、
シリンダチューブ２６が一体に設けられている。ピスト
ン軸１９は、シリンダチューブ２６内を貫通している。

ピストン軸１９には、ピストン２７が固定されており、
このピストン２７はシリンダチューブ２６内に摺動自在
に挿入されている。このピストン２７およびシリンダチ
ューブ２６は、シリンダ装置を構成し、把持アーム１７
を前後動させる。ピストン軸１９の最後端には、カムフ
ォロワ２８が設けられている。カムフォロワ２８は、マ
シニングセンタコラム上に設けられたカムプレートのカ
ム溝２９内を転動する。

カム溝２９は、直線部３０、曲線部３１が連続して形成
されている。一方、ベベルギヤ２２には、ベベルギヤ３
５が噛み合っている（第５図参照）。

ベベルギヤ３５は、ベベルギヤ筒３６と一体に設けられ
ている。ベベルギヤ筒３６の外周には、キー３７を介し
てピニオン筒３８が設けられている。

ピニオン筒３８の下端には、ピニオン３９が一体に設け
られている。ピニオン筒３８は、軸受４０．４０により
ケース２４に回転自在に支持されている。一方、前記ベ
ベルギヤ筒３６は、コラム２上に固定された支持体４４
に回転可能に支持されている。従って、前記ベベルギヤ
筒３６はピニオン筒３８と一体となって回転し、さらに
前記ケース２４はこの支持体４４を支点にして揺動が可
能な構成になっている。

ピニオン３９には、ラック４１が噛み合わされている。

ラック４１の一端には、ピストンロッド４２に連結され
ている。ピストンロッド４２は、シリンダ４３により駆
動される。結局、シリンダ４３を駆動すると、ピストン
ロッド４２が移動され、この移動は更にラック４１、ピ
ニオン３９、ベベルギヤ３５、ベベルギヤ２２、スプラ
イン軸１８の順で伝達して、把持アーム１７を回転させ
る。

作動 本実施例は前記のような構造であって、以下のように作
動する。主軸４に装着された工具ＴにＮＯ装置５から工
具交換指令が発せられると、主軸頭３がコラム２内を上
昇させられ最上端の工具交換位置に移動する。一方、中
間ポットアーム７は、あらかじめ主軸４と平行な位置に
必要な工具を把持して待機している。把持アーム６に内
蔵されているアクチュエータにより、把持アーム６が水
平状態から９０度旋回させられ、主軸４の工具Ｔと中間
ポット１１の工具Ｔを同時につかむ。

更に、把持アーム６は前方に前進した後、１８０度回旋
回る。この回転後、把持アーム６は後退し、中間ポット
１１の工具Ｔは主軸４に挿入され、主軸４の工具Ｔは中
間ポット１１に挿入把持される。把持アーム６は、再び
旋回し最初の待機位置に戻る（第１図の状態）。この交
換後、主軸４の工具Ｔは数値制御装置５の指令により次
工程の加工を行う。中間ポットアーム７は、次の使用予
定の工具Ｔ、を把持するために、揺動杉油圧アクチュエ
ータ９に回転駆動されて９０度旋回する。

（第１図で実線に示す位置。） 把持アーム１７は、シリンダ４３により９０度旋回させ
られる。すなわち、シリンダ４３に圧油が供給されると
、ピストンロッド４２とラック４１が直線運動する。ラ
ック４１の直線運動は、ピニオン３９、ベベルギヤ３５
、ベベルギヤ２２、スプライン軸１８を順次伝導し回転
させる。スプライン軸１８の回転は、把持アーム１７を
円弧軌跡Ａで旋回させられて工具マガジン１２の工具ポ
ット１４の工具Ｔ。と中間ポットアーム７の中間ポット
１１の工具Ｔを同時につかむ。

次に、シリンダチューブ２６内に圧油が供給させられ、
ピストン２７が前方に移動する。ピストン２７の移動に
より、スプライン軸１８および把持アーム１７が両工具
Ｔ、、Ｔをつかんだ状態で前方に移動させられる。この
移動中、カムフォロワ２８はカム溝２９の直線部３０を
転勤後、曲線部３１を転動する。カムフォロワ２８が曲
線部３１を転動すると、ケース２４およびシリンダチュ
ーブ２６は中心点イを中心に揺動される。

このため、把持アーム１７は、工具ポット１４および中
間ポット１１の軸線と角度を有しながら抜き出しせり出
される（第３図、第４図の２点鎖線の状態）。このせり
出しは、工具Ｔ、と工具Ｔが工具ポット１４および中間
ポット１１からシャンクが抜は出す距離だけで良く、工
具の高さは必要ない。この後、再びシリンダ４３を逆方
向に駆動させて、把持アーム１７を旋回させる。このと
き、把持アーム１７に把持した工具Ｔ。の最外周が描く
円弧の軌跡Ｃは、工具マガジン１２内の工具Ｔ。−１、
Ｔｎ４］には干渉することなく旋回する。

再び、シリンダチューブ２６に圧油を供給し、把持アー
ム１７を元の位置に戻して、工具マガジン１２の工具Ｔ
、を中間ポット１１に、中間ポット１１の工具Ｔを工具
マガジン１２の工具ポット１４にそれぞれ装着する。こ
の装着後、シリンダ４３を駆動して把持アーム１７を待
機位置に停止させる。

［その他の実施例］ 前記実施例の自動工具交換装置は、工具マガジン１２と
中間ポット１１との間の自動工具交換に適用したもので
あったが、工具マガジンと主軸との間の工具交換に前記
実施例を適用しても良い。

前記実施例の把持アーム６は、１８０度旋回して工具を
交換しているが、１８０度より小さな角度でも良い。

［発明の効果］ 以上詳記したように、この発明の自動工具交換装置を用
いると、多数の工具を近接させて工具マガジンに収納で
きるので、工具マガジンがコンパクトになる。また、把
持アームの前進後退距離が短いので、工具交換時間が短
いという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概要を示す概観図、第２図は
自動工具交換装置の正面図、第３図は第２図の平面図、
第４図は自動工具交換装置の断面図を示す断面図、第５
図は自動工具交換装置の旋回駆動機構部分を示す断面図
である。 １・・・マシニングセンタ、２・・・コラム、３・・・
主軸頭、４・・・主軸、５・・・ＮＣ装置、６−・・把
持アーム、７・・・中間ポットアーム、８・・・軸、９
・・・揺動形油圧アクチュエータ、１８・・・スプライ
ン軸、２６・・・シリンダチューブ、２８・・・カムフ
ォロワ、２９・・・カム溝、４３・・・シリンダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数の工具を隣接して収納するための工具マガジン
   と、前記工具を受け入れ加工主軸の近傍へ工具を移送し
   保持固定するための中間工具ポットと、前記工具マガジ
   ンと前記中間工具ポットの両工具を把持して互いに保持
   された工具を交換するための把持アームと、この把持ア
   ームを前後方向に駆動するための前後駆動手段と、この
   前後駆動手段で駆動中に第１の面内で前記把持アームを
   揺動させるための揺動手段と、前記把持アームを前記第
   １の面内で揺動後前記第１の面と垂直な第２の面内で旋
   回させるための旋回駆動手段とからなる数値制御工作機
   械の自動工具交換装置。 ２、請求項１において、前記中間工具ポットが加工主軸
   であることを特徴とする数値制御工作機械の自動工具交
   換装置。 ３、請求項１または２において、前記前後駆動手段がシ
   リンダ装置であり、前記揺動手段がカムとカムフォロワ
   であることを特徴とする数値制御工作機械の自動工具交
   換装置。