JPH0561064B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は工作機械の工具交換装置に関するも
のであつて、更に詳細には、複数の工具保持具を
支持した回転板を搭載したマガジン台を主軸ヘツ
ドに対して該主軸の軸線方向に摺動自在に支持す
ると共に、回転板に支持された工具保持具を当該
回転板に対して所定ストロークだけ摺動し得る構
成とし、回転割出しされて主軸に装着された工具
を担当する工具保持具を割出し位置に残留させた
ままマガジン台を前記回転板と共に退避させ、こ
れによつて該回転板に放射状に配置した待機中の
工具群を被加工物から積極的に離間させて両者が
相互に干渉するのを防ぎ、併せて工具交換時間を
短縮化することを企図したものである。

従来技術 被加工物（ワーク）にフライス切削や孔開け等
の各種加工を多機能に行い得るように構成したマ
シニングセンタ（MC）等の工作機械では、フラ
イスカツタやドリル等の工具を所定のマガジンに
多数格納しておき、加工中に所望の工具を該マガ
ジンから適時選択して、これを加工の終了した工
具と自動的に交換する工具交換装置（ATC）が
一般に配設されている。この工具交換装置として
は、その設計仕様に応じて種々の型式のものが提
案されている。例えばアームレスATCの如く、
工具マガジンに向けて主軸が移動して工具を受け
取る型式のものや、実公昭55−27821号公報に開
示される考案の如く、多数の工具を斜め放射状に
配設したドラムをヘツドに対して回転自在に設
け、特定の工具を回転割出しするようにしたもの
が知られている。しかし前者の型式では、主軸ヘ
ツドが加工中に被加工物から大きく移動して、マ
ガジンまで工具を受取りに行くために工具交換に
要する時間が長くなる欠点がある。また後者の型
式では、工具マガジンは主軸ヘツドと一体的に移
動するものであるために、被加工物の形態によつ
ては、マガジンに装着されて半径方向に延出する
待機中の工具群が、前記被加工物と干渉する重大
な欠点があつた。また一般に、工作機械の工具交
換装置（ATC）は構成が複雑であり、このため
故障が頻発したり、製造コストが嵩む等の欠点が
併せて指摘されている。

目 的 本発明は、多数の工具を放射状に配設したマガ
ジンを回転させて所望の工具を割出すようにした
従来技術に係る工作機械の工具交換装置に内在し
ている前記欠点に鑑み、これを良好に解決するべ
く提案されたものであつて、主軸ヘツドに対して
マガジン台を摺動可能に搭載すると共に、このマ
ガジン台に枢支した回転板に放射状に配設される
工具保持具を当該回転板に対して摺動可能に支持
して、工具装着時には回転板およびマガジン台を
主軸ヘツドに対し前進させて工具交換に要する時
間を短縮し、また被加工物の加工に先立つて、主
軸に装着された工具を担当する工具保持具を割出
し位置に残留させたままマガジン台を前記回転板
と共に退避させることによつて、該回転板に配置
した待機中の工具群を被加工物から積極的に離間
させ、両者が相互に干渉することのないようにし
て迅速な工具交換および円滑な切削加工を達成す
ることを目的とする。

実施例 次に本発明に係る工作機械の工具交換装置の詳
細につき、好適な実施例を挙げて添付図面を参照
しながら以下説明する。第１図は本発明に係る工
具交換装置を搭載した工作機械の概略構成図、第
２図は本発明に係る工具交換装置の拡大図であつ
て、マガジン台４０が主軸ヘツド１２上を最前進
位置まで前進した状態を示し、第３図はマガジン
台４０が主軸ヘツド１２上を前方または後方に向
けて移動しつつある途中の過程を示し、第４図は
マガジン台４０が主軸ヘツド１２上を完全に後退
しきつた位置にある状態を示す。

図において本発明に係る工具交換装置が搭載さ
れる工作機械は、機台１０上に水平方向への摺動
可能に搭載された主軸ヘツド１２と、前記機台１
０に垂直に立設した支柱１４に昇降自在に配設し
たニー１６と、このニー１６上に配設されて前記
主軸ヘツド１２に対し直角な方向に水平摺動可能
なテーブル１８とから基本的に構成される。主軸
ヘツド１２の内部には、第３図および第４図に示
す如く、一端部にテーパー開口部からなる工具装
着部２０を形成した主軸２２が、軸受２４，２４
を介して回転自在に水平支持されている。なおこ
の主軸２２は、プーリ２６，２６およびタイミン
グベルト２８を介して主軸駆動モータ３０により
回転されるようになつている。また主軸ヘツド１
２は、別のモータ３１により駆動されて機台１０
上を水平に前進後退走行するものである。すなわ
ちテーブル１８上に載置された被加工物３２は、
該テーブル１８のＸ方向の移動およびＺ方向の昇
降並びに主軸ヘツド１２のＹ方向の移動の合成に
より、主軸ヘツド１２に装着した工具３４、例え
ばフライスカツタに対して相対的な動きが与えら
れ、所望の切削加工がなされるようになつてい
る。

前記主軸ヘツド１２上には、後述する工具群３
４および回転板５２を搭載したマガジン台４０が
前記主軸２２軸線l₂に沿つて水平摺動自在に支持
されている。すなわち２本のガイドバー３６，３
６（但し図面上は、片方のガイドバー３６だけが
示されている）が、主軸ヘツド１２の頂部に近接
して平行に配設され、主軸ヘツド１２から一体的
に突設した支持突片３８，３８を介して固定され
ている。この２本のガイドバー３６，３６は、平
面において矩形状をなすマガジン台４０の四隅部
に夫々形成したスライダ４２，４２に前後の関係
で挿通され、前記マガジン台４０が主軸２２の軸
線l₂の方向に摺動するのを許容している。なお主
軸駆動用モータ３０の上部には第１の流体圧シリ
ンダ４４が水平に配置され、該シリンダ４４に設
けたピストンロツド４６の端部が前記マガジン台
４０に連結されている。従つてシリンダ４４を正
逆付勢することにより、前記マガジン台４０は前
記主軸２２の軸線l₂に沿つて水平に進退駆動され
る。

マガジン台４０には、第４図に示す如く、主軸
２２に対し斜め前方上方に指向する回転軸４８
が、軸受５０，５０を介して回転自在に軸支され
ている。この回転軸４８は、逆円錐台形状をなす
回転板５２の中心に突設した軸支部５４に挿通固
定され、これによつて回転板５２は前記マガジン
台４０に対して回転自在に支持されている。また
回転軸４８の下端部に設けたヘリカルギヤ５６
は、マガジン台４０に水平に取付けたモータ５８
の回転軸６０に固着したヘリカルギヤ６２と噛合
して、前記モータ５８の回転により回転板５２の
回転割出しを行うようになつている。

前記回転板５２には、その円錐外表面をなす周
側に沿つて放射状に複数（本実施例では６個）の
工具保持具６４が配設され、これらの工具保持具
６４の夫々に後述する把持爪７０，７０を介し
て、フライスカツタ等の各種工具３４が着脱自在
に保持されるようになつている。そして前記複数
の工具保持具６４中から所望の工具保持具６４
が、前記回転板５２の回転により割出しされる
と、該工具保持具６４に保持された工具３４の軸
線l₁が、前記主軸２２の軸線l₂と整列するような
位置関係に予め設定されている。

前記工具保持具６４は、殊に第４図および第５
図から判明するように、丸棒からなる長尺のガイ
ド棒６８と、このガイド棒６８の先端部に設けた
基部８４と、この基部８４に開閉自在に枢支され
かつ前記ガイド棒６８に対し直角に延出する一対
の工具把持爪７０，７０とから基本的に構成され
る。この工具保持具６４のガイド棒６８は、前記
回転板５２の円錐面外周に所要間隔で半径方向に
突設した複数の支持突起６５に穿設した案内孔６
６中に摺動自在に緊密に挿通されている。このと
きガイド棒６８の外周長手方向には一条のキー溝
７２が穿設され、前記案内孔６６中に臨むよう配
設したキー７４が前記キー溝７２に嵌入係合する
ことにより、ガイド棒６８の回り止めがなされる
ようになつている。またガイド棒６８の両端部近
傍には、所要の間隔を置いて環状溝７６，７８が
周設されており、第４図に示す如く前記案内孔６
６の適宜位置に形成した通孔中に収納したボール
８０が、圧縮ばね８２により弾力的に押圧されて
前記環状溝７６，７８に嵌合しクリツクストツプ
を行つて、前記ガイド棒６８の摺動距離が規制さ
れるようになつている。更にガイド棒６８の先端
部に固着した基部８４には、第５図に示す如く前
記一対の把持爪７０，７０がピン８６，８６を介
して枢支され、後述する機構により両把持爪の開
閉がなされる。

前記工具３４は、先端に設けたフライスカツタ
等の刃部と、これに接続するシヤンク８８と、こ
のシヤンク外周に突設したフランジ９０に形成し
た環状凹溝９２と、円錐状のアーバー９４と、そ
の後端部に設けたプルスタツド９６とから構成さ
れる公知のものであつて、主軸端部に設けた工具
装着部２０に着脱自在に装着されるようになつて
いる。すなわち工具装着部２０は、前記工具３４
におけるアーバー９４の挿通を許容する裁頭円錐
状の開口部として形成され、主軸２２の中空部に
摺動自在に挿通したドローバー９８の先端に設け
た工具挾持部材１００が前記開口部に臨んで、工
具３４の後端部に設けたプルスタツド９６を挾持
するようになつている。例えば工具挾持部材１０
０は、プルスタツド９６のネツク部を複数個のボ
ール１０２により接離自在に囲繞するように構成
した公知のコレツト構造からなり、前記ドローバ
ー９８の後端部に直角に挿通支持したピン１０４
の両端を後述するクランク１０６の二股形成部に
より押圧することによつて、前記プルスタツド９
６の挟持および解除を行う構成になつている。な
お前記ドローバー９８は、第４図に示すように主
軸２２の軸線方向に穿設した中空部内に移動自在
に挿通配置され、該中空部の段部と該ドローバー
９８の後端部との間に介装した圧縮ばね１０８に
よつて、常には主軸前方に弾力的に付勢されてい
る。そして前記クランク１０６は主軸ヘツド１２
内にピン１０９を介して枢支され、その下端部は
第２の流体圧シリンダ１１０のピストンロツド１
１２にピン１１４を介して連結され、これにより
クランク作動が与えられるようになつている。

次に工具保持具６４における把持爪７０，７０
の開閉機構について、概略を説明する。第３図お
よび第４図に示すように、主軸ヘツド１２の前端
部には、工具装着部２０に近接して一対の支持片
１１６，１１６（第５図）が一体的に突設され、
この両支持片間に第３図に示す特殊形状に形成し
た押圧部材１１８が配置されて、ピン１２０によ
り垂直方向への回動自在に枢支されている。この
押圧部材１１８の上端部にはピン１２１が挿通固
着され、このピン１２１の両端部は第５図に示す
ように左右に若干突出して、両把持爪７０，７０
の開放端部と係合離脱することにより、該把持爪
を開放するように寸法設定されている。また第４
図に示すように、主軸ヘツド１２内には第３の流
体圧シリンダ１２２が水平に配設され、そのピス
トンロツド１２４の先端は主軸ヘツド１２を貫通
して前方に突出し、前記両支持片１１６，１１６
の間に臨んでいる。そして所要のテーパを頂部に
形成した係合部材１２６が両支持片１１６，１１
６の間に配置されて、前記ピストンロツド１２４
の先端に固着されている。この係合部材１２６
は、前記押圧部材１１８の底面に突設した半球状
突起１２８と常時係合当接し得るように位置設定
されている。

第５図において把持爪７０，７０間には、引張
りばね１３０が弾力的に係着されて閉成方向に常
時付勢されており、また両把持爪の下部自由端の
内側には夫々テーパー１３２が形成されている。
そして後述する如く、工具装着部２０の軸線方向
前方に所望の工具３４が回転割出しされ、次いで
マガジン台４０が所要ストロークだけ主軸ヘツド
１２上を後退して停止した際に、把持爪７０，７
０の各テーパー１３２が、第３図に示すように押
圧部材１１８から突出するピン１２１に相対する
ようになつている。そして第３のシリンダ１２２
を付勢することによりピストンロツド１２４が後
退されると、係合部材１２６のテーパー面に倣つ
て押圧部材１１８を回動上昇させ、これによつて
両把持爪７０の開放がなされるようになつてい
る。

なお図において、マガジン台４０に配設した回
転割出し用のモータ５８の頂部には、第４の流体
圧シリンダ１３４が水平に固定され、そのピスト
ンロツド１３６の先端に設けた二股部１３８が、
回転板５２に放射状に配設した複数の工具保持具
６４における特定のガイド棒６８に嵌合して、当
該回転板５２の停止保持を行うようになつてい
る。

作用・効果 次に、このように構成した本発明に係る工作機
構の工具交換装置の作用および効果につき説明す
る。第１図において、主軸装着部２０に取付けた
工具３４が、テーブル１８上に載置した被加工物
３２の切削加工を終了すると、モータ３１が回転
して主軸ヘツド１２を基台１０上において工具抜
取分だけ後退駆動させて停止する。次いで主軸駆
動用モータ３０が寸動して、主軸２２を所要角度
だけ回動させ位置決めを行う。このとき工具保持
具６４に設けた両把持爪７０，７０は開放状態に
あつて、工具３４のフランジ９０に周設した環状
凹溝９２からは離間している。そこで前記第３の
シリンダ１２２を付勢して、ピストンロツド１２
４をシリンダチユーブ中に前進させれば、該ロツ
ド１２４に固着した係合部材１２６は、そのテー
パー面に当接する半球状突起１２８を介して押圧
部材１１８を反時計方向に僅かに回動させること
になる（第４図）。そして押圧部材１１８に突設
したピン１２１の両端部を夫々把持爪７０，７０
のテーパー１３２から離間させることにより、前
記引張りばね１３０の作用下に両把持爪７０の閉
成を行つて、工具３４の把持を行う。なお工具３
４のプルスタツド９６は、工具挟持部材１００に
より挟持された状態にある。

次いで前記第１のシリンダ４４を圧力付勢して
ピストンロツド４６を延伸させれば、第３図に示
す如くマガジン台４０は、ガイドバー３６，３６
と共に主軸ヘツド１２上を水平方向前方に摺動す
る。このとき工具保持具６４の両把持爪７０は、
前述した如く工具３４を把持しているから、該マ
ガジン台４０の前方移動につれて回転板５２の案
内孔６６はガイド棒６８に対して摺動し、最終的
にガイド棒６８の把持爪７０取付け側に周設した
環状溝７６に、ボール８０が弾力的に嵌合してク
リツクストツプがなされる。このマガジン台４０
の前進によつてボール８０が環状溝７６に嵌合し
たタイミングを適宜のセンサにより検出し、前記
第２のシリンダ１１０を付勢すれば、クランク１
０６は第４図において半時計方向に回動する。こ
れによりドローバー９８は主軸２２の軸線l₂に沿
つて左方へ移動付勢され、工具挟持部材１００に
配設したボール１０２を遊動させて、工具３４に
おけるプルスタツド９６の挟持を解放する（工具
アンクランプ）。

この工具３４のアンクランプが終了した後も、
第１のシリンダ４４の付勢は継続され、このため
マガジン台４０は更に主軸ヘツド１２上を前進す
る。このとき工具３４のアンクランプは完了し、
かつ工具保持具６４は両把持爪７０により工具本
体の把持を続行しているから、前記マガジン台４
０の前進移動につれ、回転板５２に装着された工
具保持具６４は、工具３４を把持したまま前記工
具装着部２０から軸線方向前方に離脱する。これ
によつて、第２図に示すように工具３４の抜取り
が終了する。

次に第４のシリンダ１３４が逆付勢されてピス
トンロツド１３６が後退し、その２股部１３８が
回転板５２上で待機中の工具保持具６４のガイド
棒６８に対する保持を解除する。次いでモータ５
８が回転してヘリカルギヤ５６，６２の噛合作用
下に前記回転板５２を所定方向に回転させ、工具
３４の割出しを行う。このように回転板５２が回
転されることにより、所望の工具３４が工具装着
部２０の前方に到来し、該工具３４の軸線l₁が主
軸２２の軸線l₂と整列する。このタイミングを捉
えて前記第４のシリンダ１３４が付勢され、ピス
トンロツド１３６が延伸して、別の工具保持具６
４におけるガイド棒６８を係止保持具６４は、こ
のとき新たに割出された工具保持具６４は、その
両把持爪７０により工具３４を確実に把持してお
り、また主軸２２の中空部内に位置する工具挟持
部材１００は開放してプルスタツド９６の受入れ
を待機している状態にある。なお割出された工具
３４の中心軸線l₁は、主軸２２の軸線l₂に整列し
ていることは前述した通りである。

次に第２図の状態においてシリンダ４４が逆付
勢されピストンロツド４６が後退すると、マガジ
ン台４０は主軸ヘツド１２上を摺動後退し、その
途次において第３図に示す如く工具３４のアーバ
ー９４が工具装着部２０の開口部中に挿入され
る。これによりプルスタツド９６は開放待機して
いる工具挟持部材１００中に侵入するが、このタ
イミングを捉えてシリンダ１１０を逆付勢すれ
ば、クランク１０６は時計方向に傾動し、ドロー
バー９８に対する押圧付勢を解除する。このため
圧縮ばね１０８が弾力復帰してドローバー９８を
軸線方向右側に摺動させ、工具挟持部材１００に
よるプルスタツド９６の挟持が行われる（工具ク
ランプ）。

このように工具３４のクランプが完了した時点
では、第３図に示すようにマガジン台４０は主軸
ヘツド１２の途中に位置して、当該マガジン台４
０に搭載した回転板５２は被加工物３２に比較的
近接した位置にある。しかしシリンダ４４はその
逆付勢が継続されているため、マガジン台４０は
主軸ヘツド１２に対して更に後退する。このとき
回転板５２の前記案内孔６６は、回転割出しされ
た工具３４を把持している工具保持具６４のガイ
ド棒６８に対して、主軸２２の軸線l₂と平行に摺
動し得るように設定されているから、第４図に示
すように、マガジン台４０および回転板５２だけ
が主軸ヘツド１２に対して後退し、工具保持具６
４は割出しされた工具３４を把持したまま第３図
に示す位置に取残されることになる。この回転板
５２の後退に伴い、前記案内孔６６に収納したボ
ール８０がガイド棒６８の開放端部に設けた環状
溝７８に嵌入し、クリツクストツプがなされて位
置規制が行われる。この位置規制が完了したとこ
ろでシリンダ４４の逆付勢を停止すれば、第４図
に示す如く、マガジン台４０は主軸ヘツド１２上
の右限界位置に到来して停止する。

次いでシリンダ１２２が付勢されてロツド１２
４が後退し、押圧部材１１８を上昇させることに
より、該押圧部材に設けたピン１２１の両端部が
両把持爪７０のテーパ１３２に当接して該把持爪
７０，７０を大きく開放し、工具３４に対する把
持を解除する。この一連の動作により新たな工具
の割出しおよび装着が全て終了し、被加工物に対
する加工が開始される。すなわち本発明によれ
ば、工具３４の回転割出しおよび主軸２２への工
具装着が完了した後、前記割出しがなされた工具
３４以外の使用待機中の工具群は、回転板５２に
保持されたまま所定のストロークだけマガジン台
４０と共に主軸ヘツド１２上を後退しているか
ら、主軸２２に装着した工具３４が被加工物３２
の切削加工中において、他の待機中の工具群が当
該被加工物３２と干渉することはない。

以上詳細に説明した如く、本発明に係る工具交
換装置によれば、工具の割出しおよび装着を完了
するまではマガジン台が主軸ヘツド前方に到来位
置しており、加工に先立つて工具群を保持した回
転板を搭載したマガジン台が後方に退避するよう
構成したので、前記待機中の工具群が被加工物と
干渉することがなく、円滑な切削加工が達成され
る。また主軸に対して工具マガジンが自走して工
具交換を行うものであるから、工具交換に要する
時間が短縮される利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る工具交換装置を搭載した
工作機械の概略構成図、第２図は本発明に係る工
具交換装置の拡大図であつて、マガジン台が主軸
ヘツド上を最前進位置まで前進した状態を示し、
第３図はマガジン台が主軸ヘツド上を前方または
後方に向けて移動しつつある途中の過程を示す説
明図、第４図はマガジン台が主軸ヘツド上を完全
に後退しきつた位置にある状態を示す説明図、第
５図は工具保持具の把持爪およびその開閉機構を
主軸ヘツドの前方から観察した正面図、第６図は
本発明に係る工具交換装置の作動状態を示すフロ
ーシート図である。 １２……ヘツド、１８……テーブル、２０……
工具装着部、２２……主軸、３２……被加工物、
３４……工具、４０……マガジン台、５２……回
転板、６４……工具保持具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端に工具装着部２０を有する主軸２２を回
   転自在に支持する主軸ヘツド１２を、テーブル１
   ８上に保持された被加工物３２に対し相対的に往
   復駆動して前記被加工物３２の加工を行う工作機
   械において、 前記主軸ヘツド１２上において主軸２２の軸線
   方向に摺動可能に支持されたマガジン台４０と、 そのマガジン台４０上に回転可能に支持され、
   周側に沿つて複数の工具保持具６４が配設される
   と共に、当該複数の工具保持具６４中の１つに保
   持された工具３４の軸線l₁が前記主軸２２の軸線
   l₂と整列するように回転割出しされる回転板５２
   と、 前記複数の工具保持具６４は、前記主軸２２の
   軸線l₂上に回転割出しされた工具３４を保持する
   工具保持具６４が前記主軸２２の軸線l₂と平行に
   移動し得るように、前記回転板５２に対して摺動
   のみ可能に夫々支持されている ことを特徴とする工作機械の工具交換装置。