JPH0630356Y2 - 工具交換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は工作機械の工具交換装置に関し、特に、複数の
主軸を有する多軸工作機械の工具交換装置に関する。

「従来の技術及びその問題点」 この種の工作機械において複数の工具を同時に交換する
装置としては、実開昭４８−２７４８３号公報、特開昭
５３−８０８７５号公報及び特公昭５９−３５７４１号
公報に開示された装置等の他に、第８図に示すような旋
回アームを用いたものがある。

実開昭４８−２７４８３号公報に開示された装置は、搬
送装置により工具収納体を、主軸の下方に対応する位置
と該位置から退避した位置との間で、複数の工具を同時
に交換するようにしたものである。しかしながら、工具
の交換は、先ず空の工具収納体を進出させて主軸から工
具を受け取り退避させた後、新たな工具を収納した工具
収納体を主軸の下方位置へ前進させ、主軸に該工具を受
け渡した後、空になった工具収納体を退避させて行うも
のであり、工具装着後の主軸と空になった工具収納体と
を離間させて干渉しないようにして退避させなければな
らず、工具交換に時間が掛かるという問題点があった。

特開昭５３−３５７４１号公報に開示された工具マガジ
ン装置も、複数の工具を同時に交換するようにしたもの
があるが、工具装着後の主軸とマガジンプレートとを離
間させて干渉しないようにして退避させる必要があり、
上記装置と同様に工具交換に時間が掛かるという問題点
があった。

特公昭５９−３５７４１号公報に開示された工具マガジ
ンを備えた工作機械は、複数の工具毎にそれぞれ保持体
で保持し、工具交換されて主軸に装着された工具を保持
体で保持したまま加工を行うようにしたものである。し
かしながら、保持体を加工位置とマガジン位置（非加工
位置）間に往復駆動させる駆動装置を、各保持体毎に配
設する必要があって、機構的に極めて複雑な構成とな
り、このような構成を多軸工作機械に応用することは実
用的でないという問題点があった。また、工具を保持し
たままの状態で加工位置若しくは非加工位置に置かれる
ため、保持体と工具との間に切粉等が侵入して付着する
虞れがあった。

さらに、第８図図示の装置では、４軸の主軸１に対して
２本の旋回アーム２，３を備え、各アーム２，３で２本
の工具４を交換するようにして４本の工具交換を同時に
行うようにしている。しかしながら、一つの旋回アーム
２で複数本の工具４を同時に把持しようとすると、その
加工精度及び組立精度に高度なものが要求され、旋回ア
ーム２，３の組付時の調整が面倒であるという問題点が
あった。また、旋回アーム２，３の回転半径が必然的に
大きくなり、動作領域が大きくなること、慣性力が大き
くなることから高速動作が困難になること等の問題点が
あった。

「考案が解決しようとする課題」 本考案は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、多軸工作機械の複数の工具の同時交換を迅速に行
うことができるとともに、交換工具等に切粉等が付着す
る虞れのない実用的な工具交換装置を提供することを目
的とするものである。

「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するため、本考案では、一つの主軸台
に複数の主軸を有する多軸工作機械の工具交換装置であ
って、複数の工具を前記複数の主軸に対応した位置関係
に保持すると共に、各工具を微少寸法だけ遊動自在にそ
のホルダ部において保持するカートリッジ体と、このカ
ートリッジ体に設けられ、前記主軸に設けられた主軸エ
ア孔と連通可能に形成されることにより、前記カートリ
ッジ体に保持された工具に対してエアを噴出するカート
リッジ体エア孔と、前記主軸台に設けられ、前記カート
リッジ体を保持し、そのカートリッジ体内の工具が主軸
に装着される装着位置と主軸から抜き出された排出位置
との間で、前記カートリッジ体を主軸の軸線方向に移動
させるとともに、前記主軸エア孔と前記カートリッジ体
エア孔を連通させるカートリッジクランパーと、そのカ
ートリッジクランパーを駆動するアクチュエータと、多
数のカートリッジ体を格納する工具マガジンと、その工
具マガジンと前記排出位置に位置するカートリッジクラ
ンパーとの間でカートリッジ体を摺動移動させる搬出入
装置と、を備えることを特徴とする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具交換装置においては、カー
トリッジ体を単位として工具交換が行われる。カートリ
ッジ体が主軸台に装着されて各工具が各主軸にクランプ
された状態では、各工具を遊動自在に保持するために設
けられた各工具とカートリッジ体との間の微少寸法の間
隙により、各工具はカートリッジ体に接触しない浮いた
状態で主軸に保持される。このため、カートリッジ体を
退避させることなく、そのまま各工具の回転が可能であ
る。また、カートリッジ体には各工具が主軸位置に対応
した所定位置に保持されているため、工具交換の際には
個々の工具の位置を考慮することなくカートリッジ体の
みの位置を制御すればよい。さらに、カートリッジクラ
ンパにより、カートリッジ体が主軸の軸線方向へ移動さ
れ、主軸エア孔とカートリッジ体エア孔が連通すると、
カートリッジ体に保持された工具に対してエアが噴出さ
れる。

「実施例」 本考案の実施例について図面を参照して説明する。第２
図は本考案が適用された３軸たて型マシニングセンサの
平面図、第３図は側面図である。

基台１０上にＸ軸用の支持台１１が固定されている。そ
の支持台上に、Ｘ軸テーブル１２が第２図左右方向（Ｘ
軸方向）に摺動自在に案内され支持されている。Ｘ軸テ
ーブル１２はＸ軸モータ１３により送られる。基台１０
後方にはＹ軸用の支持台１５が固定され、その支持台１
５上にコラムベース１６が第３図左右方向（Ｙ軸方向）
に摺動自在に案内されている。コラムベース１６上にコ
ラム１７が直立して固定され、コラムベース１６及びコ
ラム１７はＹ軸モータ１８により送られる。コラム１７
には、主軸台２０が上下方向（Ｚ軸方向）に摺動自在に
支持され、コラム１７上に設けられたＺ軸モータ２１に
より送られる。

主軸台２０には３軸の主軸２２，２２′，２２″が垂直
方向に設けられている。３つの主軸２２はＸ方向に同一
直線上に等間隔で並んでいる。主軸台の上面には３つの
主軸モータ２３，２３′，２３″と３つの工具クランプ
装置２４，２４′，２４″が設けられ、それぞれ各主軸
２２を回転駆動し、各主軸２２に工具３１をクランプす
る。また、主軸台２０の下面には、３本の工具を一体に
したカートリッジ体３０を保持するカートリッジクラン
パー２５が設けられている。このカートリッジクランパ
ー２５については後に説明する。

基台１０の後方にはＮＣ装置４１を備えた制御盤４０が
設置され、ケーブル４２によりモータ２３等に接続され
ている。また、正面には操作パネル４３が設置され、側
方には工具マガジンユニット５０が設置されている。

工具マガジンユニット５０は、支柱５１，５２により上
方にＹ軸方向（コラムの移動方向）に引き渡された２本
の案内レール５３，５４と、この案内レール５３，５４
に摺動自在につり下げられた工具マガジン５５と、ＡＴ
Ｃ位置において案内レール５３，５４に固定された搬出
入装置５６とを主な要素とし、工具マガジン５５を移動
させるマガジン駆動モータ５７とその駆動用のボールね
じ５８を備えている。

搬出入装置５６は案内レール５３の側方に突出して設け
られたブラケット５９と、そのブラケットに固定された
油圧シリンダ６０とからなり、油圧シリンダ６０のピス
トンロッド６１の先端にはカートリッジ体３０に係合す
るための搬出入フック６２が設けられている。

第４図はカートリッジ体３０を示す斜視図である。工具
３１（ここではホルダ部３２，テーパアーバ部３３，プ
ルスタッド３４を含めて工具と称する）は３本ずつカー
トリッジ体３０に保持される。カートリッジ体３０は半
割りの板状部材３０Ａ、３０Ｂをボルト３６により締着
してなるものであり、板状部材３０Ａ，３０Ｂが各工具
３１のホルダ部３２に係合し、工具３１を回転自在かつ
上下方向に微少距離だけ移動自在に保持する。即ち、各
工具３１は多少の遊びを持って遊動自在にカートリッジ
体３０に保持される。３本の工具３１は同一直線上に等
間隔で保持され、その間隔は主軸２２，２２′，２２″
の間隔と等しくされる。工具交換及び主軸２２に装着し
ての加工は工具３１をカートリッジ体３０に保持したま
まカートリッジ単位で行われ、自動運転中に工具３１が
カートリッジ体３０から抜き出されることはない。工具
段取りの際には、カートリッジ体３０を分割して各工具
３１を抜き出し交換する。また、カートリッジ体３０の
一端の下面には搬出入フック６２が係合するための係合
溝３８が形成されている。

第１図はカートリッジ体３０を工具マガジン５５に格納
した状態を示す斜視図である。工具マガジン５５にはカ
ートリッジ体３０を一本ずつ格納する格納室６５が８室
設けられている。カートリッジ体３０はその底面の両側
方部を工具マガジン５５に支承され、保持されている工
具３１の刃部を下方に突出させた状態で格納室６５に挿
入され格納される。各カートリッジ体３０はその各係合
溝３８の位置がそろうように挿入位置をそろえて工具マ
ガジン５５に格納され、工具マガジン５５の移動に従っ
て各カートリッジ体３０の係合溝３８が搬出入フック６
２に順次係合しながら通過するようにされている。搬出
入フック６２は搬出入装置５６に設けられた油圧シリン
ダ６０のピストンロッド６１先端に設けられた部材であ
り、油圧シリンダ６０の後退端で各カートリッジ体３０
の係合溝３８に係合する。そして、搬出入フック６２が
所定のカートリッジ体３０と係合した位置に工具マガジ
ン５５を位置決めし、油圧シリンダ６０を駆動しピスト
ンロッド６１を前進させることにより、主軸台２０に設
けられたカートリッジクランパー２５との間でカートリ
ッジ体３０を移動させる。

第５図はカートリッジクランパー２５を示す正面図であ
る。カートリッジクランパー２５は、主軸台２０の中に
設けられた油圧シリンダ７１，７２のピストンロッド７
３，７４の先端に支承され、油圧シリンダ７１，７２の
駆動により昇降自在である。下降位置ではカートリッジ
クランパー２５の高さは工具マガジン５５の格納室６５
と同じ高さになり、工具マガジン５５と主軸台カートリ
ッジクランパー２５との間でカートリッジ体３０の摺動
移動が可能になる。カートリッジ体３０の移動は搬出入
装置５６の油圧シリンダ６０による搬出入フック６２の
前進・後退により行われる。

主軸台２０の油圧シリンダ７１，７２を駆動しカートリ
ッジクランパー２５を上昇させると、図中に想像線で示
すように、カートリッジ体３０は搬出入フック６２との
係合から外れて上昇し、各工具３１のテーパアーバ部３
３が各主軸２２，２２′，２２″に挿入される。カート
リッジクランパー２５が上昇しカートリッジ体３０に保
持された各工具３１が各主軸２２に装着される位置を装
着位置と称し、カートリッジクランパー２５が下降し各
工具３１が各主軸２２から抜き出された位置を搬出位置
と称することとする。

第６図及び第７図は第５図のＡ−Ａ線断面図を示し、第
６図は装置位置における工具３１のアンクランプ時を、
第７図は工具３１のクランプ時をそれぞれ示している。

装着位置ではカートリッジ体３０はカートリッジクラン
パー２５により主軸台２０の下面に押し付けられ固定さ
れる。このとき、カートリッジ体３０に設けられたエア
孔（カートリッジ体エア孔）８１が主軸台２０に設けら
れたエア孔（主軸エア孔）８２と連通し、圧搾空気を工
具３１のホルダ部３２に吹き付けることができるように
されている。これによりカートリッジ体３０と工具３１
との間に切粉等の異物が侵入することを防ぐ。

第６図に示す工具アンクランプ時には、カートリッジ体
３０自体は油圧シリンダ７１，７２の付勢力により主軸
台２０の下面に固定されているが、工具３１は主軸２２
のテーパ孔８４に挿入された状態で遊動可能である。こ
のとき、工具３１はそのホルダ部３２がカートリッジ体
３０のテーパ部８３に当接してその位置が決められてい
る。そして、工具３１のテーパアーバ部３３と主軸２２
のテーパ孔８４との間には僅かな空隙を残している。

第７図に示す工具クランプ時には、工具３１はそのテー
パアーバ部３３先端のプルスタッド３４が周知の工具ク
ランプ機構により上方に強く引張られ、テーパアーバ部
３３が主軸２２のテーパ孔８４に密着して主軸２２に装
着される。このとき、工具３１は僅かな距離だけ引き上
げられるため、工具３１とカートリッジ体３０との間に
空隙が生じ非接触の状態になる。従って、主軸２２の回
転が可能となり、工具３１をカートリッジ体３０から取
り外すことなくそのまま加工が可能になる。また、加工
の際に切粉等の侵入を防ぐためエア孔（主軸エア孔）８
２からエア孔（カートリッジ体エア孔）８１に圧搾空気
が供給される。

以上の構成に基づき作動について説明する。工具交換動
作はＮＣ装置４１へのＭＯ６指令により開始される。工
具交換動作が開始すると、まず、コラム１７が後退し、
主軸台２０が上昇してＡＴＣ位置に復帰する。ＡＴＣ位
置は主軸台２０の下面が搬出入装置５６に対応する位置
である。同時に、工具マガジン５５が後退端の待機位置
から前進し、現在主軸２２に装着されているカートリッ
ジ体３０が格納されていた空の格納室６５がＡＴＣ位置
に来るように位置決めする。

次に、搬出入装置５６の油圧シリンダ６０を作動させ、
搬出入フック６２を前進させる。そして、主軸台２０で
は各主軸２２の工具３１をアンクランプし、次いで、油
圧シリンダ７１，７２を作動させて、カートリッジクラ
ンパー２５を下降させる。この結果、各工具３１は主軸
２２から抜き出されカートリッジ体３０は搬出位置に位
置する。また、カートリッジ体３０の下降によりその係
合溝３８に前進端にいる搬出入フック６２が係合する。
次に、油圧シリンダ６０を作動させ搬出入フック６２を
後退させることにより、カートリッジ体３０を主軸台２
０のカートリッジクランパー２５から抜き出し、工具マ
ガジン５５の格納室６５に引き込む。

以上で加工の終了した工具３１を保持するカートリッジ
体３０を主軸台２０から取り外し工具マガジン５５に格
納する動作を終了し、次に、新しいカートリッジ体３０
を主軸台２０に装着する動作に移る。

搬出入フック６２が後退端に位置すると、工具マガジン
５５が移動を開始し、次に選択された格納室６５がＡＴ
Ｃ位置に来るように位置決めする。このとき、搬出入フ
ック６２はＡＴＣ位置を通過するカートリッジ体３０の
係合溝３８に次々に係合する。次に、油圧シリンダ６０
を作動させ搬出入フック６２を前進させる。このとき、
主軸台２０ではカートリッジクランパー２５が下降した
状態のままで待機しているので、カートリッジ体３０は
工具マガジン５５の格納室６５からカートリッジクラン
パー２５に送り込まれる。

次に、主軸台２０の油圧シリンダ７１，７２を作動さ
せ、カートリッジクランパー２５を上昇させる。この結
果、カートリッジ体３０の係合溝３８は搬出入フック６
２から外れ、各工具３０は各主軸２２のテーパ孔８４に
挿入されて第６図に示す様な状態になる。そして、各主
軸２２において各工具３１をクランプし、新しい工具３
１の装着を完了する。そして、エア孔（主軸エア孔）８
２に連通するエア孔（カートリッジ体エア孔）８１から
工具３１に対して、圧搾空気の噴出が継続して行われ
る。

一方、搬出入装置５６の油圧シリンダ６０は搬出入フッ
ク６２を後退させ、後退端に位置させて工具マガジン５
５の移動を可能にする。そして、工具マガジン５５を後
退端の待機位置に移動させ、工具交換動作を終了する。

以上述べた実施例では、３軸たて型マシニングセンサを
例に説明したが、本考案が横型の工作機械にも適用でき
ることは明らかであり、また、主軸の本数にも制約を受
けないことも明らかである。

また、前記実施例では、工具マガジン５５は送りねじ５
８により直線的に移動されるものとして説明したが、回
転式の工具マガジン、あるいはチェインで駆動される循
環式の工具マガジン等、単体の工具を格納する工具マガ
ジンとして提案されている種々の方式を用いることがで
きる。

「考案の効果」 以上説明したように本考案は上記の構成を有し、カート
リッジ体が主軸台に装着されて各工具が各主軸にクラン
プされた状態では、各工具を遊動自在に保持するために
設けられた各工具とカートリッジ体との間の微少寸法の
間隙により、各工具はカートリッジ体に接触しない浮い
た状態で主軸に保持されるから、カートリッジ体を退避
させることなく、そのまま各工具の回転が可能となり、
工具装着後の主軸とカートリッジ体が干渉しないように
離間させて退避させる必要がなくこの分、工具交換に要
する時間を短縮できる。

さらに、カートリッジクランパにより、カートリッジ体
が主軸の軸線方向へ移動され、主軸エア孔とカートリッ
ジ体エア孔が連通すると、主軸に装着された工具に対す
るエアの噴出が継続して行われるから、カートリッジ体
と工具との間に切粉等の異物が侵入して付着するのを防
止できる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本考案の一実施例を示し、第１図は
要部を模式的に示す斜視図、第２図は本考案が適用され
た３軸たて型工作機械を示す平面図、第３図は側面図、
第４図はカートリッジ体を示す斜視図、第５図はカート
リッジクランパーを示す正面図、第６図及び第７図は第
５図のＡ−Ａ線断面図であり、第８図は従来の装置を示
す正面図である。 ２０……主軸台、２２……主軸、２４……工作クランプ
装置、２５……カートリッジクランパー、３０……カー
トリッジ体、３１……工具、３２……ホルダ部、３３…
…テーパアーバ部、５５……工具マガジン、５６……搬
出入装置、６２……搬出入フック、７１，７２……油圧
シリンダ（アクチュエータ）、８１……エア孔（カート
リッジ体エア孔）、８２……エア孔（主軸エア孔）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一つの主軸台に複数の主軸を有する多軸工
   作機械の工具交換装置であって、 複数の工具を前記複数の主軸に対応した位置関係に保持
   すると共に、各工具を微少寸法だけ遊動自在にそのホル
   ダ部において保持するカートリッジ体と、 このカートリッジ体に設けられ、前記主軸に設けられた
   主軸エア孔と連通可能に形成されることにより、前記カ
   ートリッジ体に保持された工具に対してエアを噴出する
   カートリッジ体エア孔と、 前記主軸台に設けられ、前記カートリッジ体を保持し、
   そのカートリッジ体内の工具が主軸に装着される装着位
   置と主軸から抜き出された排出位置との間で、前記カー
   トリッジ体を主軸の軸線方向に移動させるとともに、前
   記主軸エア孔と前記カートリッジ体エア孔を連通させる
   カートリッジクランパーと、 そのカートリッジクランパーを駆動するアクチュエータ
   と、 多数のカートリッジ体を格納する工具マガジンと、 その工具マガジンと前記排出位置に位置するカートリッ
   ジクランパーとの間でカートリッジ体を摺動移動させる
   搬出入装置と、 を備えることを特徴とする工具交換装置。