JPH0513773B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、小径工具の自動工具交換手段を備え
た工作機械における自動工具交換装置とその工具
貯蔵マガジンに関する。更に詳しくは、大径、小
径工具を混在収納する工具貯蔵マガジン内の小径
工具保持手段と、同じく工具貯蔵マガジン内の親
工具との間で加工作業中に小径工具の交換を行う
ようにした工作機械の自動工具交換装置に関する
ものである。

［従来の技術］ マシニングセンタの小径工具、すなわちドリ
ル、エンドミル、タツプなどの工具は、加工頻度
が高い。全作業中の５割を越す加工もある。しか
し、加工の種類、サイズなど種類が多く、結果と
しては使用本数が著しく増大するため工具貯蔵マ
ガジンが大きくなる傾向にある。従来、この種の
自動工具交換装置にあつては、(イ)特公昭５−
20703号、(ロ)特公昭57−46984号、およびハ特開昭
61−257737号などが知られている。

イ特公昭５−20703号に記載されたものは、限
られた大きさの円形マガジン内に、マガジンの直
径を変えずに多数の工具を貯蔵するために、複数
の工具を群単位に収納するターレツトを配置した
ものである。また、(ロ)特公昭57−46984号に記載
されたものは、工具貯蔵マガジン内に大径、小径
工具を混在収納するため、夫々専用のソケツトを
工具貯蔵マガジン内に固定的に配置したものであ
る。

更に、(ハ)特開昭61−257737号にあつては、工具
マガジンの工具収納本数の増加を図るべく、メイ
ン工具マガジンに隣接して小径工具マガジンを配
置してある。この小径工具マガジン内の小径工具
と、メインマガジン内のマザー工具に装着されて
いる工具とを、主軸の工具が加工中に、小径工具
交換装置で交換するようにしたものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、(イ)特公昭50−20703号にあつて
は、個々のターレツトに旋回割り出しの機構に組
み込むためターレツトおよび工具貯蔵装置の構造
が複雑になり、しかも、小径工具と大径工具とを
混在して配置する考えはなく、工具シヤンク径は
単一大きさのものしか収納できなかつた。

また、(ロ)特公昭57−46984号については、工具
貯蔵マガジン内に配置される小径工具用ソケツト
群は固定的で加工工程が変わつた場合でも、小径
工具を大径工具の間に混在させるような組み換え
は出来ず、変更の柔軟性が乏しい。

更に、特開昭61−257737号については、大径工
具の収容するメイン工具マガジンのほかに小径工
具を収納するサブマガジンを別個に設けてあるた
め、そのため駆動装置、制御装置を必要としてマ
ガジンの占めるスペースは拡大する問題点が残存
していた。

本発明の第１の目的は、小径工具の自動工具変
換装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、従来から使用されてい
る工具貯蔵マガジンの形態を変えずに１つの工具
貯蔵マガジン内で小径工具を混在収納可能とし
て、収納工具本数の増大を図る工具貯蔵マガジン
を提供することにある。

更に、本発明の目的は、主軸工具の工具が加工
作業中に工具の変換を可能ならしめた工作機械の
自動工具変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］ 前記目的を達成するために本発明の手段は、 ａ 大径工具を挿着口に収納する工具ポツト１０
が連鎖状に、かつ位置割出し自在に設けられ工
具シヤンク部の径が異なる前記大径工具及び小
径工具を貯蔵するための１台の工具貯蔵マガジ
ンと、 ｂ 前記大径工具及び前記小径工具とを着脱自在
に装置する主軸とのあいだで前記工具貯蔵マガ
ジン内の前記小径工具とを交換する工作機械の
自動工具交換装置であつて、 ｃ 前記工具ポツトの挿着口に着脱自在に挿着さ
れ、前記大径工具の工具シヤンク部よりシヤン
ク径が小さい小径工具シヤンク部を有する前記
小径工具１１を収納するための小径工具挿着口
５４が、前記工具ポツトの走行方向に沿つて前
記工具ポツト間のピツチ寸法より狭い所定の間
隔のピツチ寸法に複数個形成された小径工具保
持手段１２と、 ｄ 前記工具ポツトおよび前記主軸に着脱自在に
挿着され、前記工具ポツトおよび前記主軸に挿
着されるための工具シヤンク部と前記小径工具
を挿着するための前記小径工具挿着口とを同一
中心軸線上に形成した親工具１３と、 ｅ 前記小径工具保持手段および前記親工具の小
径工具挿着口に設けられ、前記小径工具を常時
保持する方向に付勢力が作動している固定手段
５８，２９，……と、 ｆ 前記小径工具保持手段および前記親工具に前
記小径工具を着脱するために設けられ、前記小
径工具を把持するための把持部が形成されたグ
リツパ２６と、 ｇ このグリツパの近傍にかつこのグリツパと一
体動作可能に設けられ、このグリツパが前記小
径工具挿着口にある前記小径工具を把持したと
き前記小径工具保持手段または前記親工具の接
続口に接続され、前記小径工具を離脱可能とす
るため前記固定手段を開放状態に動作させるた
めの圧力流体を供給する圧力流体供給手段２
８，２９，３６，……と、 ｈ 前記工具貯蔵マガジンの基体に設けられ、前
記グリツパおよび前記圧力流体手段を小径工具
挿着口位置と待機位置とのあいだで進退移動さ
せる第１の駆動体１９と、 ｉ 前記工具貯蔵マガジンの基体に設けられ、前
記グリツパを挿着位置と着脱位置とのあいだで
駆動させる第２の駆動体２０とを備え、 ｊ 前記主軸に挿着された工具が加工動作中に、
前記親工具に装着された前記小径工具と前記小
径工具保持手段に挿着された前記小径工具とを
交換できるように構成したことを特徴とする工
作機械の自動工具交換装置である。

［発明の作用］ 前記の構成を採用したことにより、工具貯蔵マ
ガジン内に混在収納されている小径工具を要求に
応じて、加工作業中に小径工具交換手段により小
径工具を工具貯蔵マガジン内の親工具を挿入して
装着する。この小径工具を装着した親工具を工具
交換手段の作用で工作機械の加工主軸に挿着し、
小径工具の加工作業を行う。

［実施例］ 本発明の工作機械は、特にマシニングセンタな
どに使用される工具貯蔵マガジンに収容される工
具本数を、工具貯蔵マガジンの増設なしに増加さ
せ、特に使用頻度の高い小径工具を工具貯蔵マガ
ジン内に混在収納し、親工具との組合わせで選択
的に使用可能とした自動工具交換装置である。以
下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。
第１図は、本発明の実施例を示す全体図である。

工作機械本体であるマシニングセンタ１のコラ
ム（図示せず）には、主軸頭２がＹ軸（上下方
向）に摺動可能に設けられ、この主軸頭２の前方
には、ワークを載置するテーブル３がベツト４上
にＸ軸方向（紙面と直交する方向）およびＺ軸方
向（左右方向）に摺動可能に設けられている。前
記コラムの側面には、工具貯蔵マガジン５が配設
され、この工具貯蔵マガジン５と前記主軸頭２に
回転自在に支持された主軸との間には公知の工具
交換手段であるツインアーム６が設けられてい
る。

このツインアーム６は、工具交換手段７に割り
出された工具と、主軸頭２の挿着されている工具
を交換するため、垂直軸８を中心に水平面内で90
度揺動すると共に、待機位置であるその揺動の中
間角度位置で待機し、また180度旋回動作と工具
を抜き差しする伸縮動作を行う構成となつてい
る。工具貯蔵マガジン５には、複数のチエンポツ
ト１０がループ状に連結されている。これらチエ
ンポツト１０には、適宜、小径工具１１を複数単
位で収容する小径工具保持手段である小径工具ホ
ルダ１２が収容されている。

この小径工具ホルダ１２には、３個の小径工具
１１を前記チエンポツト１０走行方向に直列に等
間隔で収納すべく挿着口５４（第３図）が設けら
れている。更に、チエンポツト１０には、小径工
具のみを挿着する挿着口５４を有する２個以上の
親工具１３が適宜位置に収容されている。一方、
前記工具交換位置７の近傍にある工具貯蔵マガジ
ン５内には、小径工具交換手段であるシングルア
ーム１４が付設されている。

シングルアーム つぎに、シングルアーム１４の構成を第２図、
第３図をもとに説明する。第２図は、シングルア
ーム１４の平面図であり、第３図は第２図のＡ矢
視図である。工具貯蔵マガジン５のベース１６上
には、支持体１７が設けてある。この支持体１７
には、ピン１８を介してシリンダ１９の後端が揺
動可能に軸支されている。更に、前記シリンダ１
９の前方外周には、ピン２２が設けてある。

このピン２２には、前記ベース１６上に立設し
たシリンダ２０により進退作動するピストンロツ
ド２１の先端が挿入されていて、ピン２２を支持
している。シリンダ２０は、前記シリンダ１９に
ピン１８を中心とした揺動動作を与える。また、
このシリンダ１９の先端には、横長のブラケツト
２３が取り付けられている。このブラケツト２３
にはブツシユ２４を介してガイドバー２５が前記
シリンダ１９と平行に摺動可能に設けられてい
る。

そして、このガイドバー２５の先端には、小径
工具１１を把持するグリツパ２６が設けられてい
る。グリツパ２６の横に突出した突出部２６ａに
は、前記シリンダ１９によつて進退移動するピス
トンロツド２７の先端が固定されている。前記ガ
イドバー２５の直下には、後端に電磁切換弁（図
示せず）を介して空圧を供給するホース２９を接
続したエアー供給管２８が設けてある。エアー供
給管２８は、前記ガイドバー２５と平行にかつ前
記ベース１６上に立設したスタンド３０に摺動可
能に支持されている。

更にエアー供給管２８前方には、スリーブ３４
が軸線方向に摺動自在に設けてある。スリーブ３
４の外周には、直径方向に二つの係止ピン３３が
設けてある。このスリーブ３４は、２個のスナツ
プリング３１ａ，３１ｂ間にばね３２を介して設
けてある。一方、前記ガイドバー２５の前方であ
るグリツパ２６の近傍には、下端に円形凹部を形
成した係合部材３６が固定されている。円形凹部
は、前記スリーブ３４に挿入される。係合部材３
６の凹部両端に斜めの係合カム溝３５を形成して
ある。従つて、エアー供給管２８は、前記係合部
材３６とスリーブ３４の係止ピン３３を介して係
合しており、前記ガイドバー先端のグリツパ２６
と共に進退移動を行う。

小径工具ホルダおよび親工具 つぎに、小径工具保持手段である小径工具ホル
ダ１２および親工具１３について第２図、第３図
および第４図に基づいて説明する。テーパシヤン
クを形成するホルダ５１には矩形のベース５２が
固着されている。このベース５２には、先端にテ
ーパの小径工具挿着口５４を有する３個のスリー
ブ５３がチエンポツト１０の走行方向に直列に等
間隔に固定される。

更に、前記スリーブ５３の外周には、穴５６ａ
を形成したブロツク５６が前記スリーブ５３と同
心的に取り付けられている。このブロツク５６の
穴５６ａ内には、夫々前記スリーブ５３に摺動可
能に挿入したピストン５７が摺動可能に挿入され
る。スリーブ５３内のボール５８と小径工具１１
とは係合可能であり、第３図は小径工具１１がス
リーブ５３のボール５８と係合し、ロツクした状
態を示している。

つぎに第４図を基に親工具１３の構成を説明す
る。第３図の小径工具ホルダ１２と同一物につい
ては同一符号を付し説明を省略する。ホルダ５１
の先端には、円形ベース６１上にスリーブ６２が
形成してある。このスリーブ６２に小径工具１１
のテーパシヤンク１１Ｃを挿入するテーパー孔で
ある小径工具挿着口５４が形成してある。

円形ベース６１にはシリンダ６３が取り付けら
れている。このシリンダ６３内には、前記スリー
ブ６２に摺動可能に挿入したピストン５７が摺動
可能に挿入される。前記スリーブ６２内のボール
５８は、小径工具１１と係合可能である。第４図
は、小径工具１１がスリーブ６２のボール５８と
係合し、ロツク状態を示している。前記ピストン
５７は、ばね５９で後方に常時押圧され、ロツク
状態を保持している。

このロツク状態を解放するため、前記ピストン
５７を前方へ移動すべく前記シリンダ６３には、
エアー供給用のポート６５が形成されている。ピ
ストン５７の移動によつてボール５８とテーパシ
ヤンク１１Ｃとの係合を解放し、挿着されている
小径工具１１の後方に通じる小孔６６が前記スリ
ーブ６２に設けられている。

また親工具１３のキー溝には、他の大径工具お
よび小径工具ホルダ１２等と同様、工具情報など
を記憶し、かつ書き換え可能な素子である公知の
IDチツプ６７が埋め込まれ、小径工具１１には
IDチツプ６８がその側面に埋め込まれている。
小径工具は小径工具交換位置４０（第１図）に設
けられた素子の情報を読み取る工具識別装置（図
示せず）で、その種類が識別され、その他の工具
は、工具装填位置５０近傍に設けられた識別装置
１５（第１図）でIDチツプ６７の情報を読み取
り、識別される。

自動工具交換装置の作動 つぎに前記のように構成された本発明の作用を
第５図の流れ図（フロー）を基に説明する。

まず、工具交換指令により要求された指令工具
が主軸に無い場合で、かつ、ツインアーム６の待
機位置にも無く、待機位置にあるツインアーム６
に別の工具を把持している場合は、工具貯蔵マガ
ジン５内のチエンポツト１０を交換位置７に呼び
出し、このツインアーム６の動作で前記チエンポ
ツト１０（収納ポツト）に前記工具を収納する。
つぎに、指令工具が小径工具１１の場合、この指
令された小径工具１１が親工具１３内にあるとき
は、その親工具１３を工具交換位置７に呼び出
し、ツインアーム６の動作で主軸内の工具と交換
される。

しかし、小径工具交換位置４０に呼び出された
親工具１３内の小径工具１１が指令工具でない場
合は、シングルアーム１４により、その工具を小
径工具ホルダ１２内に収納する。つぎに、指令工
具の収納されている小径工具ホルダ１２を小径工
具交換位置４０に呼び出し、その指令工具を親工
具１３内にシングルアーム１４により収納する。

つづいて、シングルアーム１４による小径工具
交換動作を第２図〜第４図により説明する。

小径工具ホルダ１２内に収容されている３個の
小径工具の内の特定の工具が指令工具の場合、工
具貯蔵マガジン５内のチエンポツト１０は小径工
具の間隔で割りだされ、小径工具ホルダ内の指令
工具は小径工具交換位置４０に割り出し位置決め
される（実施例の場合は中央の工具が指令工具）。
なお、大径工具の交換動作、すなわちシングルア
ーム１４の動作がない場合の交換動作は、通常の
チエンポツト１０間ピツチで割出し位置決めす
る。呼び出された、小径工具１１をシングルアー
ム１４で小径工具ホルダ１２から抜き出す場合
は、シリンダ１９の作用でグリツパ２６を前進さ
せて、小径工具１１を把持する。このとき、前記
グリツパ２６と共にエアー供給管２８も前進し、
この供給管２８先端のノズルをブロツク５６のエ
アー供給用のポート６５に接続させる。

前記エアー供給管２８からブロツクの穴５６ａ
内に圧縮エアーを供給すると、ピストン５７はば
ね５９に抗して前進し、ボール５８と小径工具１
１との係合が解除する。従つて、前記ピストン５
７の前進により、スリーブ５３の小孔が解放され
て、このスリーブ５３に挿着されている小径工具
１１の後方にもエアーが供給される。そこで、小
径工具１１をグリツプ２６で把持したシングルア
ーム１４はシリンダ２０の作用でピストンロツド
２１を前進させ、ピン１８を中心に揺動する。

このシングルアーム１４の揺動動作により指令
された小径工具１１を小径工具ホルダ１２から抜
き出す。このとき、エアー供給管２８はガイドバ
ー２５の係合部材３６の係合カム溝３５に案内さ
れ若干後退し、小径工具ホルダ１２のエア供給口
から離間し、スタンド３０に設けられたボールと
溝（図示せず）との係合により位置決めされる。
つづいて、空の親工具１３（第４図）が小径工具
交換位置４０に呼び出されると、今まで指令小径
工具１１を把持状態で振り上げていたシングルア
ーム１４はシリンダ２０の作用で振り下ろされ、
指令小径工具１１は親工具１３内に装着されるこ
とになる。

このとき、係合部材３６は再びエアー供給管２
８のスリーブ３４の係止ピン３３の係合し、エア
ー供給管２８のノズルを親工具１３のエアー供給
用のポート６５に接続させる。親工具１３内のピ
ストン５７はエアーの供給圧により前進し、ボー
ル５８は自由状態となり、指令小径工具１１のテ
ーパシヤンク１１ｃは工具挿着口５４に挿着され
る。つづいて、供給エアーが電磁切換弁（図示せ
ず）により遮断されると、ピストン５７はばね５
９の付勢力で後退し、指令小径工具１１はボール
５８によりロツクされ、親工具１３内に収納され
る。

指令小径工具１１を持つた親工具１３は第５図
のフローに示すとおり、工具交換位置７に呼び出
され、ツインアーム６により把持される。つぎ
に、指令小径工具１１はツインアーム６により主
軸内の工具と交換され、ツインアーム６は待機位
置に戻り、指令小径工具１１の交換動作は終了す
る。

以上のように、本発明の自動工具交換システム
は、従来の工具貯蔵マガジン内に小径工具を混在
収納させても、従来通り、ＴコードおよびMO6
指令で、主軸内の工具と交換ができこれら小径工
具群の管理は容易に出来ることとなる。

［他の実施例］ 前記した工具貯蔵マガジン５は、チエンポツト
タイプであるがこのタイプに限定する必要はな
い。マトリツクス状に配置したもの、直線状に配
置したもの、円筒周面に配置したもの、など、前
記した小径工具１１を保持する親工具１３、小径
工具１１を複雑個保持する小径工具保持手段１２
を有するものであれば良い。

また、前記した小径工具１１は、いつたん小径
工具交換手段１４で工具貯蔵マガジン５内の親工
具に移し換えて交換しているが、直接工具貯蔵マ
ガジン５内の小径工具１１を主軸の親工具１３内
の小径工具１１と交換しても良い。このときの交
換手段は、ツインアームタイプの小径工具と大径
工具の両方を交換出来るタイプの交換手段を使
う。

［発明の効果］ 本発明は前記のように構成したことにより、工
具貯蔵マガジンを増設せず従来のまま小径工具本
数を増加収納することができるためスペースを確
保でき、独立した小径工具専用のマガジンも不要
となる。更に、加工工程に応じて工具貯蔵マガジ
ン内の大径、小径工具の並び換えも容易に出来、
加工作業中に工具貯蔵マガジンに付設した小径工
具交換手段で親工具との交換作業ができ、加工能
率が向上するなどのすぐれた効果を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す全体図、第２図
はシングルアームの平面図、第３図は第２図のＡ
矢視図、第４図は親工具の断面図、第５図は工具
交換動作の流れ図である。 １……工作機械本体、５……工具貯蔵マガジ
ン、６……ツインアーム、１１……小径工具、１
２……小径工具保持手段、１３……親工具、１４
……小径工具交換手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ 大径工具を挿着口に収納する工具ポツト
   １０が連鎖状に、かつ位置割出し自在に設けら
   れ工具シヤンク部の径が異なる前記大径工具及
   び小径工具を貯蔵するための１台の工具貯蔵マ
   ガジンと、 ｂ 前記大径工具及び前記小径工具とを着脱自在
   に装着する主軸とのあいだで前記工具貯蔵マガ
   ジン内の前記小径工具とを交換する工作機械の
   自動工具交換装置であつて、 ｃ 前記工具ポツトの挿着口に着脱自在に挿着さ
   れ、前記大径工具の工具シヤンク部よりシヤン
   ク径が小さい小径工具シヤンク部を有する前記
   小径工具１１を収納するための小径工具挿着口
   ５４が、前記工具ポツトの走行方向に沿つて前
   記工具ポツト間のピツチ寸法より狭い所定の間
   隔のピツチ寸法に複数個形成された小径工具保
   持手段１２と、 ｄ 前記工具ポツトおよび前記主軸に着脱自在に
   挿着され、前記工具ポツトおよび前記主軸に挿
   着されるための工具シヤンク部と前記小径工具
   を挿着するための前記小径工具挿着口とを同一
   中心軸線上に形成した親工具１３と、 ｅ 前記小径工具保持手段および前記親工具の小
   径工具挿着口に設けられ、前記小径工具を常時
   保持する方向に付勢力が作動している固定手段
   ５８，２９，……と、 ｆ 前記小径工具保持手段および前記親工具に前
   記小径工具を着脱するために設けられ、前記小
   径工具を把持するための把持部が形成されたグ
   リツパ２６と、 ｇ このグリツパの近傍にかつこのグリツパと一
   体動作可能に設けられ、このグリツパが前記小
   径工具挿着口にある前記小径工具を把持したと
   き、前記小径工具保持手段または前記親工具の
   接続口に接続され、前記小径工具を離脱可能と
   するため前記固定手段を開放状態に動作させる
   ための圧力流体を供給する圧力流体供給手段２
   ８，２９，３６，……と、 ｈ 前記工具貯蔵マガジンの基体に設けられ、前
   記グリツパおよび前記圧力流体供給手段を小径
   工具挿着口位置と待機位置とのあいだで進退移
   動させる第１の駆動体１９と、 ｉ 前記工具貯蔵マガジンの基体に設けられ、前
   記グリツパを挿着位置と着脱位置とのあいだで
   駆動させる第２の駆動体２０とを備え、 ｊ 前記主軸に挿着された工具が加工動作中に、
   前記親工具に装着された前記小径工具と前記小
   径工具保持手段に挿着された前記小径工具とを
   交換できるように構成したことを特徴とする工
   作機械の自動工具交換装置。