JPH04183548A - 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〕 本発明は工作機械の自動工具交換装置に関し、詳細には
主軸ヘッドの往復移動により主軸ヘッドと工具マガジン
との間で工具ホルダの受渡しを行う工作機械の自動工具
交換装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、出願人は高速工具交換を可能とするため、主軸ヘ
ッドの往復移動により、フレームに対して回転可能に配
設した工具マガジンとの間で、カム機構を利用して工具
交換を行うようにした自動工具交換装置を提案している
。例えば、特開平２−１５９３６号公報では、工具マガ
ジンに対向する主軸ヘッドの側面に弾力的に浮動可能な
可動カム体を設け、主軸ヘッド端面に設けた固定カム体
との協同によりグリップアームを揺動して工具交換を行
うようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の装置は主軸軸線が垂直方向を
向いた縦型の工作機械では問題とならないが、主軸軸線
が水平方向を向いた横型の工作機械では可動カム体を主
軸ヘッドの上側面に配設することになるため、切粉の堆
積により可動カム体が可動できなくなり、グリップアー
ムに過大な力が加わって故障をきたすことがあるという
問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、そ
の目的とするところは、主軸ヘッドに設けられたカム部
材から可動部材を廃し、切粉等の堆積に対しても故障を
きたすことのない信頼性の高い工作機械の自動工具交換
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明では、図面に例示す
る様に、主軸ヘッド支持体９．１０と、その主軸ヘッド
支持体９．１０に往復移動可能に支持された主軸ヘッド
１７と、その主軸ヘッド１７に主軸ヘッド１７の移動方
向と平行に回転軸線が向くように回転自在に設けられる
と共に一端に各種工具を着脱可能とされた主軸１９と、
前記主軸ヘッド１７をワークに近い加工領域とワークか
ら離れた工具交換領域とに渡って往復駆動するヘッド駆
動手段１８．２】、２２と、前記主軸ヘッド支持体９．
１０に一軸線を中心に回転自在に支持された工具マガジ
ン４５と、その工具マガジン４５に放射状に揺動可能に
支持された複数のグリップアーム５０と、その各グリッ
プアーム５０の自由端に形成され工具または工具ホルダ
の外周環状溝に係合してこれを把持する二股部５７と、
前記グリップアーム５０の各々に取り付けられ各グリッ
プアーム５０を工具マガジン４５の回転中心軸線から離
れる方向に付勢するばね５２と、そのばね５２により付
勢された各グリップアーム５０の揺動位置を規制する各
グリップアーム５０毎に設けられたストッパ５３と、一
のグリップアーム５０に把持された工具の中心軸線が前
記主軸１９の回転軸線と一致するように前記工具マガジ
ン４５の回転割り出しをする回転駆動手段４７．４８と
、前記グリップアーム５０の揺動中心から前記二股部５
７までの間のグリップアーム５０に設けられたカムフォ
ロワ５５．５６と、前記主軸ヘッド１７の端面から工具
マガジン４５に相対する側面までの主軸ヘッド１７に設
けられた固定カム４１．４２と、を備え、前記主軸ヘッ
ド１７の工具交換領域内の往復運動に従って、主軸ヘッ
ド１７に設けられた固定カム４１．４２が回転割り出し
されたグリップアーム５０に設けられたカムフォロワ５
５．５６を押圧して該グリップアーム５０をばね５２の
付勢力に抗して揺動せしめ、そのグリップアーム５０の
揺動動作により主軸１９とグリップアーム５０の二股部
５７との間で工具を授受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が提供される。

〔作用〕

上記のように構成された工作機械の自動工具交換装置で
は、主軸ヘッド１７には固定カム４１．４２のみ固定さ
れ可動カムが存在しない。可動部分がないから主軸ヘッ
ド１７上に切粉が堆積してもさほど悪影響がない。そし
て、主軸ヘッド１，７の工具交換領域内の往復運動に従
って、主軸ヘッド１７に設けられた固定カム４１．４２
がグリップアーム５０に設けられたカムフォロワ５５．
５６に当接し、該グリップアーム５０にばね５２の付勢
力に抗して固定カム４１．４２のカム形状に従った揺動
運動を生じせしめ、主軸１９とグリップアーム５０の二
股部５７との間で工具を授受する。この時、−固定カム
４１．４２のカム面に切粉等の異物が存在したとしても
、グリップアーム５０をばね５２の付勢力に抗してさら
に揺動させるのみで、グリップアーム５０やその支承部
５１に過大な力が加わることがない。また、グリップア
ーム５０は、主軸ヘッド１７から離れた自由状態では、
ばね５２とストッパ５３により工具を保持する揺動位置
に維持される。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照し説明する。

第１図は工作機械の正面図、第２図は側面図である。基
台ｌに設けられた案内レール２上に摺動駒３を介してコ
ラム４が左右方向（Ｘ方向）に移動自在に取り付けられ
ている。コラム４は基台１に固定されたＸ軸モータ５に
より左右に水平移動するようにされている。基台１上に
設けられワークが載置されるテーブルは省略して図示し
ていない。コラム４は鋳物で形成された略箱形をした構
造部材であり、正面中央部に大きな貫通穴６が設けられ
ている。

コラム４の正面左右には上下方向に案内レール７が設け
られ、その左右一対の案内レール７に案内され摺動駒８
を介してサドル本体９が上下方向に移動自在に取り付け
られている。サドル本体９の下端にはサドルベース１０
が一体に固定され両者でサドル９．１０を構成している
。サドル本体９の下部には大きな切り欠き１１が形成さ
れ、サドルベース１０との間に穴を構成している。サド
ルベースｌＯの後端部はコラム４の貫通穴６内に延出し
ている。サドル本体９はコラム４の頂上に設けられたＹ
軸モータ１２により回転駆動される送りねじ１３に送り
ナツト１４が螺合し上下に移動するようにされている。

Ｙ軸の送りねじ１３は上端がアンギュラ玉軸受けにより
コラム４上部に支承され、下端は自由端となっている。

サドルベース１０の上には前後方向の案内レール１５が
左右に一対設けられ、その左右一対の案内レール１５に
案内され摺動駒１６を介して主軸へラド１７が前後方向
に移動自在に取り付けられている。主軸ヘッド１７はサ
ドルベース１０の後端部に固定されたＺ軸モータ１８に
より前後に水平移動するようにされており、サドル本体
９の下部の切り欠き１１とサドルベース１０により構成
される穴から前方に出没するようにされている。

Ｙ軸の送りねじ１３が正面中央から右に偏った位置に設
けられているのは、サドル９．１０を上昇させたときに
主軸ヘッド１７とＹ軸の送りねじ１３とが干渉しないよ
うにするためである。

主軸ヘッド１７には主軸１９が回転自在に支承され、主
軸ヘッド１７の後端部に固定された主軸モータ２０によ
り回転駆動される。主軸１９の前端面には工具ホルダ４
０を装着するテーパ穴が設けられ、主軸１９内に工具ホ
ルダ４０のプルスタラドを挟持し工具ホルダ４０をクラ
ンプする公知の工具クランプ装置が組み込まれている。

ここで、主軸ヘッド１７を案内する前後方向案内部をな
す左右一対の前後方向の案内レール１５と、サドル９を
案内する上下方向案内部をなす左右一対の上下方向の案
内レール７とが、それぞれ主軸１９の回転軸線を含む垂
直平面に対して左右対称に配設されている。このため、
主軸１９を中心とする構造の対称性から剛性が向上する
。また、熱的にも対称な構造になるので精度が向上する
。

さらに、サドル１０側に案内面をなす案内レール１５を
設は主軸ヘッド１７に案内をなす摺動駒１６が設けられ
ているから、主軸ヘッド１７のＺ軸方向位置に関わらず
主軸ヘッド１７の先端工具取り付は部から摺動駒１６ま
での距離が変化せず、Ｚ軸方向の位置により剛性が変化
しない。

サドル本体９の上部には放射状に配列された１０個のグ
リップアーム５０を有する自動工具交換装置（ＡＴＣ）
のマガジン４５が装着される。

第３図は自動工具交換装置（ＡＴＣ）の部分を示す側断
面図である。サドルベース１０の上の案内レール１５に
案内され摺動駒１６を介して主軸ヘッド１７が前後方向
に移動自在に取り付けられている。主軸ヘッド１７はサ
ドルベース１０に回転自在に取り付けられた送りねじ２
１に螺合する送りナツト２２によりその位置が決められ
る。主軸ヘッド１７には中空の主軸１９が回転自在に支
承され、主軸ヘッド１７の後端部に固定された主軸モー
タ２０にカップリング２３を介して結合されている。中
空の主軸１９内に組み込まれ工具ホルダ４０のプルスタ
ッドを挟持し工具ホルダ４０をクランプする公知の工具
クランプ装２のドローパーに結合されたピン２４が、主
軸１９に形成された軸方向長孔２５を挿通して両端部が
水平方向に突出している。ピン２４は主軸１９を定位置
停止した時に水平方向を向く。

そのピン２４に係合するクランクレバー２６が水平軸２
７により揺動自在に主軸ヘッド１７に支承されている。

第４図に示す様に、クランクレバー２６の上方に延びる
腕は二股に分かれて主軸１９を挟む様にされ、その二股
部によりピン２４の両端を抑圧できるようにされている
。クランクレバー２６の他方の腕の先端にはローラ２８
が回転自在に支持されている。そのローラ２８に当接し
てローラ２８を押し上げるための揺動体３０が、水平軸
２９により揺動自在に主軸ヘッド１７に支承されている
。揺動体３０は鋳物で形成され、ローラ２８に当接する
橋絡部３１と、送りねじ２１の両側に延出する二股のカ
ム板部とからなり、２枚のカム板部の下端面にはカム３
２が形成されている。そのカム３２に当接して揺動体３
０をカム高さに応じて押し上げるための２つのローラ３
３が、回転自在にサドルベース１０に支承されている。

主軸ヘッド１７を加工領域から工具交換領域に後退させ
ると、揺動体３０が２つのローラ３３に押し上げられ、
揺動体３０の橋絡部３１がクランクレバー２６を押し上
げてクランクレバー２６の二股部がドローパーに結合さ
れたピン２４の両端を押圧し、工具ホルダ４０のプルス
タッドの挟持を解除して工具ホルダ４０をアンクランプ
とする。

第５図は主軸ヘッド１７を示す正面図である。

主軸ヘッド１７の左右両側の前端面に、左右一対の第１
の固定カム４１が締着されている。また、主軸ヘッド１
７の上側面中央部に第２の固定カム４２が設けられてい
る。これらの固定カム４１．４２は後述するグリップア
ーム５０のカムフォロワ５５．５６と係合する部材であ
る。

再び第３図を参照し、サドル本体９の上部には水平方向
に前方に突出した支持軸４３が固定されている。その支
持軸４３に軸受け４４を介して略円筒形状の工具マガジ
ン４５が回転自在に支承されている。工具マガジン４５
のフランジ部にはローラ状のカムフォロワ４６が１０個
円周上に配設され回転自在に支持されている。一方、サ
ドル本体９の上端にはマガジンモータ４７が配置され、
そのマガジンモータ４７の出力軸に連結されたカム軸４
８に円筒状の公知のバレルカムが固定されている。カム
軸４８の回転に従ってバレルカムにローラ状のカムフォ
ロワ４６が順次係合し、工具マガジン４５を回転駆動し
てその回転位置を割り出す。

工具マガジン４５には放射状に１０個のグリップアーム
５０が配設され、それぞれ揺動軸５１により半径方向外
方に揺動自在に支承されている。

各グリップアーム５０の反自由端側（工具マガジン４５
０回転中心軸線側）には、リンク５４を介して工具マガ
ジン４５の先端部との間に引っ張りばね５２が張設され
、各グリップアーム５０の自由端を工具マガジン４５の
回転中心軸線から離れる方向に付勢している。工具マガ
ジン４５の中央部にはリング状のストッパ５３が固着さ
れ、そのストッパ５３に引っ張りばね５２で付勢された
各グリップアーム５０の反自由端例の端面が当接し、各
グリップアーム５０の揺動位置を規制するようにされて
いる。各グリップアーム５０の自由端と揺動軸５１から
自由端に至る中間には、それぞれ第１の固定カム４１及
び第２の固定カム４２に係合するローラ状の第１のカム
フォロワ５５及び第２のカムフォロワ５６が回転自在に
支承されている。

第６図はグリップアーム５０を示す正面図である。グリ
ップアームの自由端は二股に分かれ、その二股部５７の
外方に一対のローラからなる第１のカムフォロワ５５が
回転自在に支承されている。

また、二股部５７の内側には互いに対向して２つの支持
ピン５８が設けられている。各支持ピン５８は二股部５
７の行き止まり孔５９に摺動自在に支承され、行き止ま
り孔５９に嵌挿された圧縮ばね６０により突出する方向
に付勢されている。従って、各支持ピン５８はその軸線
方向に押圧することにより圧縮ばね６０に抗して後退さ
せることが可能である。二股部５７の互いに対向する２
つの支持ピン５８は、圧縮ばね６０に抗して後退した状
態で、工具ホルダ４０の外径部に周設された外周環状溝
に係合し、２つの支持ピン５８と二股部５７の根本とに
より工具ホルダ４０を把持する。

上記の構成に基づき作動について第３図を参照し説明す
る。ワークを切削する加工状態では、主軸ヘッド１７は
想像線に示す様に前進した加工領域にいる。この時、空
のグリップアーム５０は、第２のカムフォロワ５６が主
軸ヘッド１７の上側面中央部の第２の固定カム４２に押
し上げられて引っ張りばね５２の付勢力に抗して揺動さ
れ、主軸ヘッド１７の前後進の邪魔にならない位置にい
る。

当該工具での加工が終了し、工具交換のため主軸定位置
停止の後主軸ヘッド１７が加工領域から工具交換領域に
後退すると、まず、第２のカムフォロワ５６が第２の固
定カム４２の傾斜面に当接するようになり、引っ張りば
ね５２の付勢力により空のグリップアーム５０が徐々に
左方向に回転を始める。次いで、グリップアーム５０の
自由端の第１のカムフォロワ５６が第１の固定カム４】
に当接するようになり、グリップアーム５０の二股部５
７の内側に対向する２つの支持ピン５８が、第１の固定
カム４１に案内されて主軸１９に装着された工具ホルダ
４０の外周環状溝に係合し始める。同時に、主軸ヘッド
１７の下方に取り付けられた揺動体３０がサドルベース
１０に取り付けられた２つのローラ３３に押し上げられ
、揺動体３０の橋絡部３１がクランクレバー２６を押し
上げてその二股部がドローバ−に結合されたビン２４の
両端を押圧し、工具ホルダ４０のプルスタッドの挟持を
解除し工具ホルダ４０をアンクランプ状態にする。

主軸ヘッド１７の後退が進むと、グリップアーム５０の
二股部５７が完全に工具ホルダ４０を把持し、グリップ
アーム５０の反自由端側の端面がストッパ５３に当接す
る。さらに主軸ヘッド１７が後退すると、グリップアー
ム５０に工具ホルダ４０を把持したまま取り残され、工
具ホルダ４０が主軸から引き抜かれる。図示の様に、主
軸ヘッド１７が最後端まで後退すると、工具ホルダ４０
が主軸１９から完全に引き抜かれ工具マガジン４５が回
転可能な状態になる。

次に、マガジンモータ４７の回転により工具マガジン４
５が旋回され、次に使用する工具の中心軸線が主軸１９
の回転軸線と一致するように工具マガジン４５の回転割
り出しがなされる。

回転割り出しが完了すると、主軸ヘッド１７の前進が開
始される。主軸へラド１７の前進に従い前述と逆の動作
が実行され、主軸１９に工具ホルダ４０が装着される。

即ち、主軸へラド１７の前進に従い工具ホルダ４０のテ
ーパアーバ部が主軸１９のテーバ孔に挿入され、第１の
固定カム４１が第１のカムフォロワ５５に当接して押圧
し、グリップアーム５０が徐々に右方向に回転を始める
。

同時に揺動体３０がサドルベース１０の２つのローラ３
３から外れ始め、工具ホルダ４０をクランプ状態にする
。さらに主軸ヘッド１７が前進すると、グリップアーム
５０の二股部５７が工具ホルダ４０から外れ、第２の固
定カム４２が第２のカムフォロワ５６に当接して押圧し
、グリップアーム５０を主軸ヘッド１７の前後進の邪魔
にならない揺動位置に保持する。そして、主軸ヘッド１
７は加工領域に前進し、次の加工を開始する。

以上説明した実施例では、第１と第２の二種類の固定カ
ム４１．４２によりグリップアーム５０を揺動させるよ
うにしたが、一種類の固定カムによりグリップアーム５
０を揺動させるようにしてもよい。第７図はそのような
第２の実施例を示す側断面図、第８図は主軸ヘッドの正
面図である。

図中において前記実施例と同じ部材は同じ符号を付して
説明を省略する。この実施例では、主軸ヘッド１７の両
側面部に一対の固定カム７０が設けられている。固定カ
ム７０は主軸端面において回転軸線に垂直なカム面７１
と、傾斜したカム面７２と、主軸ヘッドの上側面におい
て水平なカム面７３とを連続して有している。グリップ
アーム５０の二股部５７には前記実施例の第１のカムフ
ォロワ５５に相当する一対のカムフォロワ７５が設けら
れている。前記実施例の第２のカムフォロワ５６に相当
するカムフォロワはない。主軸へラド１７の往復運動に
従って、一対のカムフォロワ７５が固定カム７０の垂直
なカム面７１と、傾斜したカム面７２と、水平なカム面
７３とに順次当接し、グリップアーム５０を揺動させて
前記実施例と同様に主軸１９とグリップアーム５０の二
股部５７との間で工具を授受するようにしている。

〔発明の効果〕

本発明は、上記の構成を有しグリップアームを引っ張り
ばねによりストッパに押しつける方向に付勢しておき、
固定カムにより引っ張りばねの付勢力に抗してグリップ
アームを揺動させ主軸とグリップアームの二股部との間
で工具を授受するようにしたものであるから、仮に切粉
等の異物が固定カムのカム面に堆積したとしても、グリ
ップアームやその揺動軸に過大な力が加わることがなく
、故障をきたすことがないので自動工具交換装置の信頼
性が高くなるという優れた効果がある。

また、カム体が可動しない固定カムであり、その固定カ
ムのカム形状も単純であるので、製作が容易で信頼性が
高いという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は工作機械の正面
図、第２図は側面図、第３図は自動工具交換装置（ＡＴ
Ｃ）の部分を示す側断面図、第４図は揺動体を示す斜視
図、第５図は主軸ヘッドを示す正面図、第６図はグリッ
プアームを示す正面図、第７図は第２の実施例を示す側
断面図、第８図は主軸ヘッドの正面図である。 ４１．コラム、　　９９．サドル本体、　　１０．。 サドルベース、　　１７０．主軸ヘッド、　　１８．。 Ｚ軸モータ、　　１９０．主軸、　４１０．第１の固定
カム、　　４２９．第２の固定カム、　　４５．。 工具マガジン、　　４７０．マガジンモータ、　　５０
１．グリップアーム、　　５２０．引っ張りばね、５３
０．ストッパ、　　５５０．第１のカムフォロワ、　　
５６０．第１のカムフォロワ、　　５７．。 二股部。 特許出願人　　ブラザー工業株式会社　５−・１４： 第１図 第２図 第５図 、７５６ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　主軸ヘッド支持体と、 その主軸ヘッド支持体に往復移動可能に支持された主軸
   ヘッドと、 その主軸ヘッドに主軸ヘッドの移動方向と平行に回転軸
   線が向くように回転自在に設けられると共に一端に各種
   工具を着脱可能とされた主軸と、前記主軸ヘッドをワー
   クに近い加工領域とワークから離れた工具交換領域とに
   渡って往復駆動するヘッド駆動手段と、 前記主軸ヘッド支持体に一軸線を中心に回転自在に支持
   された工具マガジンと、 その工具マガジンに放射状に揺動可能に支持された複数
   のグリップアームと、 その各グリップアームの自由端に形成され工具または工
   具ホルダの外周環状溝に係合してこれを把持する二股部
   と、 前記グリップアームの各々に取り付けられ各グリップア
   ームを工具マガジンの回転中心軸線から離れる方向に付
   勢するばねと、 そのばねにより付勢された各グリップアームの揺動位置
   を規制する各グリップアーム毎に設けられたストッパと
   、 一のグリップアームに把持された工具の中心軸線が前記
   主軸の回転軸線と一致するように前記工具マガジンの回
   転割り出しをする回転駆動手段と、前記グリップアーム
   の揺動中心から前記二股部までの間のグリップアームに
   設けられたカムフォロワと、 前記主軸ヘッドの端面から工具マガジンに相対する側面
   までの主軸ヘッドに設けられた固定カムと、を備え、 前記主軸ヘッドの工具交換領域内の往復運動に従って、
   主軸ヘッドに設けられた固定カムが回転割り出しされた
   グリップアームに設けられたカムフォロワを押圧して該
   グリップアームをばねの付勢力に抗して揺動せしめ、そ
   のグリップアームの揺動動作により主軸とグリップアー
   ムの二股部との間で工具を授受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。 ２　請求項１記載の工作機械の自動工具交換装置におい
   て、 前記カムフォロワが、グリップアームの二股部の両側に
   設けられた一対の第１のカムフォロワと、グリップアー
   ムの二股部から揺動中心に至る中間部に設けられた一個
   の第２のカムフォロワとからなり、 前記固定カムが、前記第１のカムフォロワと当接可能に
   主軸の左右両側の主軸ヘッドの端面に設けられた一対の
   第１の固定カムと、前記第２のカムフォロワと当接可能
   に前記工具マガジンに相対する主軸ヘッドの上側面中央
   部に設けられた一個の第２の固定カムとからなることを
   特徴とする工作機械の自動工具交換装置。 ３　前記工具マガジンの回転軸線が、前記主軸の回転軸
   線と平行にされていることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の工作機械の自動工具交換装置。