JPH0413087B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は工作機械の自動工具交換装置の改良に
関するものである。

従来の技術 マシニングセター等の工作機械の主軸に、ワー
クの加工プログラムに従つて選択された工具を供
給する目的で、種々の型式の自動工具交換装置が
開発されている。而して在来の自動工具交換装置
は、何れも共通する作動原理として、工具収納用
マガジン側ならびに工作機械の主軸側に於ける交
換工具に受け渡し動作のすべてを該自動工具交換
装置に組込まれた多数組の油圧シリンダ機構によ
つて実行するように構成されている。

発明が解決しようとする問題点 上記の如く自動工具交換装置のすべての動作を
夫々油圧シルンダ機構で行わせると、そのための
駆動制御装置が著しく複雑となり、コスト高とな
る他、サイクルタイムも長くなる等の問題点があ
つた。

本発明の目的は、在来の自動工具交換装置の上
記問題点を解消して駆動制御装置の構成を簡単化
し、安価に提供でき、しかも、サイクルタイムの
短縮化及び作動スペースの縮小化が図れる工作機
械用の自動工具交換装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 斯かる目的に鑑みて本発明は、自動工具交換装
置の本体静止部分に装置された枢軸を回転中心と
して工具収納用マガジンと該工具収納マガジンと
90゜直交する面に設けられた工作機械の主軸との
間を90゜旋回往復する旋回ブラケツトと、前面に
工具交換アームを装着し、かつ、上記旋回ブラケ
ツトに工具交換アームの回転軸線と直交する方向
へスライド可能に装着したスライドブラケツト
と、旋回ブラケツトの旋回往復動範囲に対応して
自動工具交換装置の本体静止部分に固着され、工
作機械の主軸側の旋回端から工具収納用マガジン
側の旋回端に向けて、枢軸からの隔離距離が次第
に長くなるように形成され、かつ、旋回方向両端
を開口端としたカム溝を有するカム本体とからな
り、上記カム本体のカム溝にスライドブラケツト
をローラを介して係合させたことを特徴とする工
作機械の自動工具交換装置を第１の要旨とするも
のである。

本発明は更に、斯かる目的に鑑みて、自動工具
交換装置の本体静止部分に装着された枢軸を回転
中心として工具収納用マガジンと該工具収納マガ
ジンと90゜直交する面に設けられた工作機械の主
軸との間を90゜旋回往復運動する旋回ブラケツト
と、前面に工具交換アームを装着し、かつ、上記
旋回ブラケツトに工具交換アームの回転軸線と直
交する方向へスライド可能に装着したスライドブ
ラケツトと、旋回ブラケツトの旋回往復動範囲に
対応して自動工具交換装置の本体静止部分に固着
され、工作機械の主軸側の旋回端から工具収納用
マガジン側の旋回端に向けて、枢軸からの離隔距
離が次第の長くなるように形成され、かつ、旋回
方向両端を開口端としたカム溝を有するカム本体
と、上記カム本体のカム溝に係合するスライドブ
ラケツトに設けたローラと、上記旋回ブラケツト
とスライドブラケツトとの間に設置され、旋回ブ
ラケツトに対しスライドブラケツトを摺動させる
流体圧シリンダ機構とからなり、スライドブラケ
ツトのローラがカム溝から脱出した時点でスライ
ドブラケツトを旋回ブラケツトに沿つて移動させ
るようになしたことを特徴とする工作機械の自動
工具交換装置を第２の要旨とするものである。

作 用 工具交換時、工具交換アームの一方に使用予定
工具を把持させ、他方を空の状態で旋回ブラケツ
トを工具収納用マガジン位置から工作機械の主軸
側へ90゜旋回させると、カム本体によりスライド
ブラケツトが工具の挿脱ストローク分だけ枢軸側
に接近して工具交換アームを退入させる。従つ
て、主軸側に達した工具交換アームをスライドブ
ラケツトと共に直ちに主軸に直交方向から接近さ
せて使用済み工具を把持させることができる。そ
して、主軸上の使用済み工具を把持すると、スラ
イドブラケツトと共に工具交換アームを突出させ
て主軸から使用済み工具を抜き出す。続いて、工
具交換アームが180゜回転して使用予定工具を主軸
と対応させ、この状態で、工具交換アームをスラ
イドブラケツトと共に退入させて、使用予定工具
を主軸に挿入する。次に、工具交換アームとスラ
イドブラケツトを主軸から直交方向に離隔させ
る。この状態で旋回ブラケツトが工具収納用マガ
ジン側に90゜旋回する。この旋回中に、カム本体
のカム溝により、スライドブラケツトが工具の挿
脱ストローク分だけ枢軸から離隔せしめられ、こ
れによつて、工具交換アームが突出している。従
つて、工具収納用マガジン側に達した工具交換ア
ームは、スライドブラケツトと共に直ちに工具収
納用マガジンの収納ポツトに直交方向から接近さ
せて使用済み工具を収納ポツトと対応させる。こ
の状態で工具交換アームをスライドブラケツトと
共に退入方向に移動させて使用済み工具をマガジ
ンの収納ポツトに挿入する。挿入後、工具交換ア
ームは、スライドブラケツトと共にマガジンの収
納ポツトから直ちに直交方向に離隔する。そし
て、次の使用予定工具をとるために、工具交換ア
ームとスライドブラケツトとは、マガジンの収納
ポツトに直交方向から接近して当該工具を把持
し、その状態で工具交換アームをスライドブラケ
ツトと共に突出させて当該工具をマガジンの収納
ポツトから抜き出す。そして、工具交換アームを
スライドブラケツトと共にマガジンの収納ポツト
から直交方向に離隔させる。この状態で次に工具
交換時点まで待機する。カム溝は両端が開口させ
てあるため、工具交換アームとスライドブラケツ
トとが主軸又は収納ポツトに直交方向から接近・
離隔する動作及び工具の挿脱動作を可能とする。

そして、旋回ブラケツトが90゜旋回する間に旋
回動作中、中間点において、カム溝の一方の壁面
にスライドブラケツトのローラを圧接させるため
の流体圧シリンダを切換えて、工具交換アーム及
びスライドブラケツトを、工具挿脱ストローク分
だけ工具挿脱方向に移動させておくことができ
る。

実施例 第１図は工具収納用マガジン側から見た本発明
装置の要部構造を例示する正面図であり、第２図
乃至第５図は本発明装置の作動状態を示す平面図
である。

これらの図面に於いて自動工具交換装置ATC
は、工具収納用マガジン１と、上記工具収納用マ
ガジン１と90゜異なる面に設けられた工作機械、
例えばマシニングセンタの主軸２との間に位置し
て、工具収納用マガジン１から使用予定工具３を
主軸２に、また主軸２から使用済み工具３′を工
具収納用マガジン１に供給するように工具交換動
作を行うものである。本発明に係る自動工具交換
装置ATCは、ワーク加工ライン近傍の適当な位
置に本体静止部分４が据付けられており、該本体
静止部分４には旋回ブラケツト６を工具収納用マ
ガジン１から主軸２までの間で90゜往復旋回動さ
せるための、垂直方向の枢軸５が回動可能に設け
られている。スライドブラケツト９は、旋回ブラ
ケツト６の側面の案内面１５に沿つてスライド可
能に取付けられた滑動部材であつて、前記旋回ブ
ラケツト６の回動時に、案内面１５に沿つて直線
移動しながら前記枢軸５を回転中心として旋回ブ
ラケツト６に対し相対移動し得るよに、前記本体
静止部分４に固着されたカム本体１０のカム溝１
１内に嵌まり込むローラ８を備えている。

上記カム本体１０のカム溝１１は、主軸２側の
旋回端から工具収納用マガジン１側の旋回端に向
けて、枢軸５からの離隔距離が、主軸２又は工具
収納用マガジン１への工具３の挿脱ストロークに
相当する距離だけ次第に長くなるように形成さ
れ、かつ、旋回方向両端を開口端１６，１７とし
ている。スライドブラケツト９はまた、その前面
に、使用予定工具３と使用済み工具３′とに交換
動作を伝達するための工具把持爪７を両端に備え
た工具交換アーム１８のその中心部で180゜旋回自
在に装着している。一方、本発明の好ましい実施
態様に於いては、旋回ブラケツト６とスライドブ
ラケツト９とは、該旋回ブラケツト６側にシリン
ダ１２の基端部を、またスライドブラケツト９側
にピストンロツド１３の先端部を固着してなる第
１の流体圧シリンダ機構、例えば油圧シリンダ機
構１４によつて旋回ブラケツト６の旋回動作中、
カム溝１１の一方の壁面にスライドブラケツト９
のローラ８を圧接させるために相対変位自在に接
続されている。而して上記何れの実施態様に於い
ても、第２の油圧シリンダ機構１９によつて回転
駆動される旋回ブラケツト６の移動経路には、前
記第１の油圧シリンダ機構１４によるローラ８の
押圧方向を切替るための信号発生装置として、例
えばリミツトスイツチ２０ａ，２０ｂが前記本体
静止部分４に配置されている。また旋回ブラケツ
ト６の側胴部には、前記案内面１５に沿うスライ
ドブラケツト９の移動開始位置と停止位置を規定
するためのストツパとして機能する調整螺子機構
２１が設けられている。

以下、本発明装置の作動状態を第２図乃至第５
図に基づいて説明する。先ずスライドブラケツト
９は油圧シリンダ機構１４によつて、旋回ブラケ
ツト６の案内面１５に沿つて第２図２点鎖線の位
置まで移動してマガジン１から使用予定工具３′
を把持し、油圧シリンダ機構１４の反対方向への
動きで第２図実線および第５図に示すマガジン側
工具交換準備位置Ａに於いてスライドブラケツト
９は、工具交換アーム１８の一方の工具把持爪７
に使用予定工具３′を把持した状態でマシニング
センタへの工具供給指令を持つている。図示しな
い制御回路からワークの加工プログラムに基づく
工具供給指令が発信されると、第２の油圧シリン
ダ機構１９のシリンダに形成された一方の油室
（図示省略）内へ高圧の油が導入され、旋回ブラ
ケツト６には、枢軸５を回転中心とする反対時計
方向への回転運動が生起するが、このとき前記第
１の油圧シリンダ機構１４の一方の油室（図示省
略）内には、前記ピストンロツド１３をシリンダ
１２から突出させるように系外の油圧源から高圧
の油が導入される。スライドブラケツト９の上面
に回転自在に軸支されたローラ８は、前記カム溝
１１の第１の開口部１６に位置している。従つ
て、旋回運動の前半に於いては、スライドブラケ
ツト９の上面に回転自在に軸支されたローラ８
は、カム溝１１の外側壁面に押付けらた状態でカ
ム溝１１内を移動し、スライドブラケツト９は第
１の油圧シリンダ機構１４のピストンロツド１３
を退入させる方向に移動する。第３図は旋回ブラ
ケツト６が約45゜回転した時点での旋回ブラケツ
ト６とスライドブラケツト９の関係位置を示す図
面で、この時点で旋回ブラケツト６の側胴部に設
けられた図示しない押圧片が前記リミツトスイツ
チ２０ｂのアクチユエータを押し、前記第１の油
圧シリンダ機構１４への高圧油の流路を切替え
る。即ち、反時計方向旋回運動の後半において
は、第１の油圧シリンダ機構１４のピストンロツ
ド後退側油室（図示省略）内に高圧の油が流入す
るように高圧油の流路が切替えられ、ローラ８は
カム溝１１の内側壁面に押付けられた状態でカム
溝１１を移動する。

第４図は旋回ブラケツト６が90゜回転した状態
を示し、ローラ８はカム溝１１の第２の開口部１
７に位置する。即ち、スライドブラケツト９は主
軸側の工具交換準備位置Ｃに到達する。この状態
に於いて、スライドブラケツト９は、第５図Ａに
示す位置と約90゜の位相角を保ち、使用予定工具
３の軸線方向を工作機械の主軸２と平行に指向さ
せた主軸側工具交換準備位置Ｃを与えられる。こ
の主軸側交換準備位置への移動経路に於いて、ス
ライドブラケツト９は第２図および第３図に示す
状態と同じく、旋回ブラケツト６の案内面１５に
沿う滑り移動と、ローラ８とカム溝１１との係合
によつてその移動軌跡が規制されている。従つて
本発明によれば、在来装置に比較して、工具交換
に要する回転部材の回転半径を大幅に短縮するこ
とができる。旋回ブラケツト６およびスライドブ
ラケツト９が第４図に示す主軸側工具交換準備位
置に到達し、ローラ８がカム溝１１の第２の開口
部１７から脱出した状態に於いて、図示しない制
御回路から発信された前記工具供給指令に基づく
工作機械、例えばマシニングセンタへの使用予定
工具３の供給動作が開始される。即ち、該工具供
給指令に基づき前記第１の油圧シリンダ機構１４
への高圧の油の流路が再度切替えられ、前記ピス
トンロツド１３の突出により第１図に於いて矢印
Ａで示すように、揺動レバー２２がピン２３を回
転中心として回動する。従つて、スライドブラケ
ツト９ならびに工具交換アーム１８は、旋回ブラ
ケツト６の案内面１５に沿つて第４図の二点鎖線
に示すように主軸２の方向にスライドし、マシニ
ングセンタの主軸２に接近する。

前記使用予定工具３の供給指令は、同時に工具
交換アーム１８を前記案内面１５と直交する方向
に移動させる第３の油圧シリンダ機構（図示省
略）ならびに工具交換アーム１８の回転駆動装置
２４にも伝達されるから、自動工具交換装置
ATCとマシニングセンタの主軸との間で、使用
予定工具３′と使用済み工具３とは、常法に従つ
て予め設定されたワーク加工プログラムに適応す
るように自動交換される。

マシニングセンタの主軸２側での工具交換動作
が終了した後、図示しない制御回路から工具収納
用マガジン１への復帰指令が発信される。この指
令に基づき前記第１の油圧シリンダ機構１４への
高圧の油の流路が再度切替えられ、前記ピストン
ロツド１３が後退し、揺動レバー２２が第１図に
於いて矢印Ｂで示すようにピン２３を回転中心と
して回動する。従つて、スライドブラケツト９な
らびに工具交換アーム１８は、その相対位置を変
化せしめることなく、案内面１５に沿つてスライ
ドし、カム溝１１の開口端１７に接近する。前記
スライドブラケツト９が、カム溝１１の開口端１
７近傍の主軸側工具交換準備位置に復帰したと
き、スライドブラケツト９のローラ８は前記開口
端１７からカム溝１１内に進入し、ローラ８はカ
ム溝１１の内側壁面に押付けられ、この状態で前
記第２の油圧シリンダ機構１９への高圧油の流路
を復帰側に切替え、旋回ブラケツト６に枢軸５を
回転中心とする時計方向の回転運動を生起せしめ
る。これによつて旋回ブラケツト６とスライドブ
ラケツト９とは、案内面１５に沿つて滑り係合し
ながらカム溝１１の他方の開口端１６に向つて回
動する。この復帰経路の途中で、旋回ブラケツト
６の側胴部に設けられた図示しない押圧片が前記
リミツトスイツチ２０のアクチユエータを押し、
第１の油圧シリンダ機構１４への流路を切替え
る。即ち、マガジン側工具交換準備位置へ復帰す
る時計方向旋回運動の後半に於いては、ローラ８
はカム溝１１内を移動し、前記開口端１６の近傍
のマガジン側交換位置に接近する。斯くしてロー
ラ８は、第２図に示すようにカム溝１１の開口端
１６の前記マガジン側工具交換位置に到達する。
旋回ブラケツト６ならびにスライドブラケツト９
は、マガジン側工具交換位置に於いても、前記主
軸側工具交換位置に於ける工具交換動作と同様の
要領に従つて、工具把持爪７と工具収納用マガジ
ン１との間で新旧工具を交換し、以後予めインプ
ツトされたワークの加工プログラムに従つて上記
工具交換動作を繰返す。

発明の効果 本発明によれば、工具交換時、工具交換アーム
の一方に使用予定工具を把持させ、他方を空の状
態で旋回ブラケツトを工具収納用マガジン位置か
ら工作機械の主軸側へ90゜旋回させると、カム本
体によりスライドブラケツトが工具の挿脱ストロ
ーク分だけ枢軸側に接近して工具交換アームを退
入させる。従つて、主軸側に達した工具交換アー
ムをスライドブラケツトと共に直ちに主軸に直交
方向から接近させて使用済み工具を把持させるこ
とができる。そして、主軸上の使用済み工具を把
持すると、スライドブラケツトと共に工具交換ア
ームを突出させて主軸から使用済み工具を抜き出
す。続いて、工具交換アームが180゜回転して使用
予定工具を主軸と対応させ、この状態で、工具交
換アームをスライドブラケツトと共に退入させ
て、使用予定工具を主軸に挿入する。次に、工具
交換アームとスライドブラケツトを主軸から直交
方向に離隔させる。この状態で旋回ブラケツトが
工具収納用マガジン側に90゜旋回する。この旋回
中に、カム本体のカム溝により、スライドブラケ
ツトが工具に挿脱ストローク分だけ枢軸から離隔
せしめられ、これによつて、工具交換アームが突
出している。従つて、工具収納用マガジン側に達
した工具交換アームは、スライドブラケツトと共
に直ちに工具収納用マガジンの収納ポツトに直交
方向から接近させて使用済み工具を収納ポツトと
対応させる。この状態で工具交換アームをスライ
ドブラケツトと共に退入方向に移動させて使用済
み工具をマガジンの収納ポツトに挿入する。挿入
後、工具交換アームは、スライドブラケツトと共
にマガジンの収納ポツトから直ちに直交方向に離
隔する。そして、次の使用予定工具をとるため
に、工具交換アームとスライドブラケツトとは、
マガジンの収納ポツトに直交方向から接近して当
該工具を把持し、その状態で工具交換アームをス
ライドブラケツトと共に突出させて当該工具をマ
ガジンの収納ポツトから抜き出す。そして、工具
交換アームをスライドブラケツトと共にマガジン
の収納ポツトから直交方向に離隔させる。この状
態で次の工具交換時点まで待機する。カム溝は両
端を開口させてあるため、工具交換アームとスラ
イドブラケツトとが主軸又は収納ポツトに直交方
向から接近・離隔する動作及び工具の挿脱動作を
可能とする。

そして、旋回ブラケツトが90゜旋回する間に、
工具交換アーム及びスライドブラケツトを、工具
挿脱ストローク分だけ工具挿脱方向に移動させて
おくことができる。これによつて、自動工具交換
装置の１回の工具交換に要する全動作のうち、２
つの動作については、駆動制御を省略することが
でき、それだけ構成を簡単化でき、安価となし得
る。また、旋回動作中に工具交換アームを工具挿
脱方向に移動させ得るから、工具交換のサイクル
タイムを短縮することができ、さらには、工具交
換に必要な旋回方向のスペースの短縮化も図れ
る。

さらに、本発明は旋回ブラケツトの旋回動作
中、カム溝の一方の壁面にスライドブラケツトの
ローラを確実に圧接させるための流体圧シリンダ
機構を旋回ブラケツトとスライドブラケツトとの
間に設けたから、旋回ブラケツトの旋回動作中に
工具交換アームを工具挿脱方向に移動させる動作
を確実化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の要部構造を例示する正面
図であり、第２図乃至第４図は本発明装置の作動
状態を説明する平面図である。第５図は本発明装
置の作動状態の模式的な説明図である。 １……工具収納用マガジン、２……工作機械の
主軸、３……工具、ATC……自動工具交換装置、
４……本体静止部分、５……枢軸、６……旋回ブ
ラケツト、７……工具把持爪、８……ローラ、９
……スライドブラケツト、１０……カム本体、１
１……カム溝、１２……シリンダ、１３……ピス
トンロツド、１４……流体圧シリンダ機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自動工具交換装置の本体静止部分に装着され
   た枢軸を回転中心して工具収納用マガジンと該工
   具収納マガジンと90゜直交する面に設けられた工
   作機械の主軸との間を90゜旋回往復動する旋回ブ
   ラケツトと、 前面に工具交換アームを装着し、かつ、上記旋
   回ブラケツトに工具交換アームの回転軸線と直交
   する方向へスライド可能に装着したスライドブラ
   ケツトと、 旋回ブラケツトの旋回往復動範囲に対応して自
   動工具交換装置の本体静止部分に固着され、工作
   機械の主軸側の旋回端から工具収納用マガジン側
   の旋回端に向けて、枢軸からの隔離距離が次第に
   長くなるように形成され、かつ、旋回方向両端を
   開口端としたカム溝を有するカム本体とからな
   り、 上記カム本体のカム溝にスライドブラケツトを
   ローラを介して係合させたことを特徴とする工作
   機械の自動工具交換装置。 ２ 自動工具交換装置の本体静止部分に装着され
   た枢軸を回転中心として工具収納用マガジンと該
   工具収納マガジンと90゜直交する面に設けられた
   工作機械の主軸との間を90゜旋回往復動する旋回
   ブラケツトと、 前面に工具交換アームを装着し、かつ、上記旋
   回ブラケツトに工具交換アームの回転軸線と直交
   する方向へスライド可能に装着したスライドブラ
   ケツトと、 旋回ブラケツトの旋回往復動範囲に対応して自
   動工具交換装置の本体静止部分に固着され、工作
   機械の主軸側の旋回端から工具収納用マガジン側
   の旋回端に向けて、枢軸からの離隔距離が次第の
   長くなるように形成され、かつ、旋回方向両端を
   開口端としたカム溝を有するカム本体と、 上記カム本体のカム溝に係合するスライドブラ
   ケツトに設けたローラと、 上記旋回ブラケツトとスライドブラケツトとの
   間に設置され、旋回ブラケツトに対しスライドブ
   ラケツトを摺動させる流体圧シリンダ機構とから
   なり、 スライドブラケツトのローラがカム溝から脱出
   した時点でスライドブラケツトを旋回ブラケツト
   に沿つて移動させるようになしたことを特徴とす
   る工作機械の自動工具交換装置。