JPH07100721A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ねじ込み式の工具３を自動交換する。 【構成】 旋回中心を工具保持桿１に平行させて、旋回
アーム２２を設ける。旋回アーム２２の両端部に工具チ
ャック３３，３３を取り付ける。工具保持桿１の先端に
装着された工具３を一方の工具チャック３３でクランプ
し、工具３が緩む方向に工具保持桿１を回転させる。旋
回アーム２２を１８０度旋回させ、取り外した工具３を
搬出すると共に、他方の工具チャック３３に装着した新
しい工具を工具保持桿１の前方に搬入する。工具がねじ
込まれる方向に工具保持桿１を回転させて、その先端に
新しい工具を装着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間押出し製管用中空
素材の製作に使用されるボーリングマシンのドリルカッ
タの如き、正逆両方向に回転駆動される水平な工具保持
桿の先端に螺合により取り付けられるねじ込み式の工具
を、工具保持桿の回転力を利用して自動交換する小型で
構造が簡単な工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間押出し製管法に使用される中空素材
を製作するために、横型のボーリングマシンが用いられ
ている。そのボーリングマシンの概略構成を図１に示
す。

【０００３】熱間押出し製管用中空素材の製作に使用さ
れる横型のボーリングマシンは、ボーリングバーと呼ば
れる水平な工具保持桿１を有する。工具保持桿１はヘッ
ドストック２により後部を保持されて正逆両方向に回転
駆動されると共に、ヘッドストック２の前後進により軸
方向に直線駆動される。

【０００４】ドリルカッタと呼ばれる工具３は、工具保
持桿１の先端に螺合、すなわちねじ込みにより取り付け
られる。一方、材料４は、プレッシャーヘッド５を挟ん
でヘッドストック２の反対側に設けられたテールストッ
ク６により、反工具側の端部をチャックされる。材料４
の工具側の端部は、プレッシャーヘッド５により回転自
在に支持される。

【０００５】穿孔においては、材料４がテールストック
６により工具保持桿２とは逆の方向に回転され、この状
態で、工具保持桿２が正方向に回転しながら軸方向に前
進する。これにより、材料４の中心部が、工具保持桿２
の先端に取り付けられた工具３により、全長にわたって
穿孔される。このとき、プレッシャーヘッド５から切削
油が供給される。プレッシャーヘッド５は切削油のシー
ルも行う。

【０００６】ところで、ボーリングマシンのような穿孔
機では、その工具は差し込みによるコレットチャックで
工具保持桿に取り付けられるのが一般的である。しか
し、熱間押出し製管用中空素材の製作に使用される前記
ボーリングマシンでは、高速高トルクで深孔加工をする
関係からコレットチャックが使用できず、そのため前述
した螺合による取り付けが採用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】螺合によって工具を工
具保持桿の先端に取り付けた場合、従来は手作業で工具
の交換が行われており、その作業に手数がかかってい
た。特に、工具を取り外すときは、工具が工具保持桿に
強固に螺着しているため、取り付け時以上の手数がかか
り、場合によっては無理な取り外しにより工具や工具保
持桿を損傷させることもあった。

【０００８】本発明の目的は、ねじ込み式の工具に対し
て、その取り付けは勿論のこと、工具保持桿の先端に強
固に螺着した工具の取り外しも、自動で確実に行うこと
ができる工具交換装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の工具交換装置
は、正逆両方向に回転駆動される水平な工具保持桿の先
端に螺合により取り付けられるねじ込み式の工具を自動
交換する工具交換装置であって、前記工具保持桿の中心
軸の側方に旋回中心が平行に位置し、その旋回により両
端部が工具保持桿の側に交互に移動する旋回アームと、
前記旋回アームの各端部にそれぞれ取り付けられ、旋回
アームの旋回により両方が前記工具保持桿の前方に交互
に位置し、且つ両方が前記工具をクランプすると共に工
具保持桿の軸方向にフローティング支持された一対の工
具チャックとを具備する。

【００１０】

【作用】一対の工具チャックの一方を工具保持桿の前方
に位置させ、工具保持桿の先端に取り付けられている工
具を一方の工具チャックによりクランプする。これによ
り、工具が回転不能な状態に固定される。この状態で工
具保持桿を逆方向に回転させると、工具が緩んで工具保
持桿から取り外される。取り外しに伴う工具の移動は、
フローティング支持された工具チャックの移動により吸
収される。工具保持桿から工具が取り外されると、旋回
アームが旋回して、他方の工具チャックを工具保持桿の
前方に位置させる。この工具チャックに別の工具を装着
しておき、旋回アームの旋回後に工具保持桿を正方向に
回転させると、その工具が工具保持桿にねじ込まれる。
ねじ込みに伴う工具の移動も工具チャックの移動により
吸収される。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２は本発明の一実施例を示す工具交換装置の正
面図、図３は同工具交換装置の平面図、図４は同工具交
換装置の詳細構造を示す一部破断平面図、図５は工具チ
ャックの開閉構造を示す縦断正面図である。

【００１２】本工具交換装置は、前述した熱間押出し製
管用中空素材の製作に使用される横型ボーリングマシン
に装備されたものであって、図２および図３に示すよう
に、そのボーリングマシンの側方に２段に配置された２
つの可動ベース１１，１２を具備している。ボーリング
マシンの工具保持桿１はマシンセンターにあって、先端
に工具３を螺合により保持している。

【００１３】下段の可動ベース１１は、ボーリングマシ
ンの側方に設置された架台１３の上を、第１のシリンダ
ー１４によりガイド１５，１５に案内されてマシンセン
ターに直角な水平方向に往復駆動される。上段の可動ベ
ース１２は、ボーリングマシンの側に傾斜した支持体１
６を支持し、下段の可動ベース１１の上を第２のシリン
ダー１７によりガイド１８，１８に案内されてマシンセ
ンターの方向に往復駆動される。従って、可動ベース１
１，１２の複合動作により、支持体１６はマシンセンタ
ーの方向とこれに直角な方向に水平駆動される。

【００１４】支持体１６の先端部には、図４に示すよう
に、マシンセンター１９に平行な回転軸１９が、複数の
軸受により回転自在に支持されている。回転軸１９は、
垂直なシリンダー２１に内蔵されたピストンロッドを兼
ねるラックギアの昇降により正逆方向に１８０度回転駆
動される。回転軸１９の先端部には、その軸心に直角な
旋回アーム２２の中央部が同心状に結合固着されてい
る。

【００１５】回転軸１９が正逆両方向に１８０度回転す
ると、旋回アーム２２が正逆両方向に旋回し、その両端
部がボーリングマシンの側に交互に移動する。

【００１６】旋回アーム２２は、旋回時以外は水平姿勢
に固定される。その固定機構として、支持体２２にロッ
クピン２４が装備されている。ロックピン２４は、支持
体２２に形成した回転軸１９に平行な方向のシリンダー
２３内を軸方向に駆動されるピストンロッドであって、
旋回アーム２２に形成したピン孔２５に挿入されること
により、旋回アーム２２を水平姿勢に固定する。ピン孔
２５には、ロックピン２４の動作状態を検出するために
センサ２６が設けられている。

【００１７】旋回アーム２２の両端部には、後部が閉塞
されたスリーブ状の支持ヘッド２８，２８が設けられて
いる。各支持ヘッド２８は、回転軸１９に平行なスリー
ブ２９を、軸方向に移動自在に支持している。スリーブ
２９は、支持ヘッド２８の後部内に収容された押しバネ
３１により前方に付勢されると共に、回転軸１９に平行
な支持軸３２を回転自在に支持している。

【００１８】両側の支持軸３２，３２は、その前方に工
具チャック３３，３３をそれぞれ片持ち支持している。
ここで旋回アーム２２の旋回中心、すなわち回転軸１９
の軸心は、マシンセンターと同レベルにある。そのた
め、上段の可動ベース１２がマシン側へ移動すると、マ
シン側の工具チャック３３は、後退限にある工具保持桿
１の前方に位置して、その先端に取り付けられた工具３
に対向する。

【００１９】各工具チャック３３は、左右一対のクラン
プヘッド３４，３４を有する。クランプヘッド３４，３
４は、工具に嵌合する爪３５，３５を有し、同期駆動機
構により開閉される。

【００２０】同期駆動機構は、図５に示すように、上下
２段に配置された２本の水平なロッド３６，３６を有す
る。上段のロッド３６は、一端部が右側のクランプヘッ
ド３４に連結され、他端部が左側のクランプヘッド３４
を貫通している。該ロッド３６の中央部にはピストン３
７が形成されている。ピストン３７は上下２段に形成し
た２つのシリンダー空間３８，３８のうちの上側空間に
収容され、油圧によって右側へのみ強制駆動される単動
シリンダーを構成している。

【００２１】一方、下段のロッド３６は、一端部が右側
のクランプヘッド３４を貫通し、他端部が左側のクラン
プヘッド３４に連結されている。このロッド３６も上段
のロッド３６と同様に中央部にピストン３７を有し、該
ピストンは、２つのシリンダ空間３８，３８のうちの下
側空間に収容されて、上段のロッド３６と同じ右側への
み強制駆動される単動シリンダーを構成している。

【００２２】そして、ロッド３６，３６の間に配設され
たギア３９には、ロッド３６，３６の中央部対向面に形
成されたラックギア４１，４１が上下から噛み合ってい
る。

【００２３】従って、上段のロッド３６が右側へ駆動さ
れると、右側のクランプヘッド３４が右側へ移動すると
共に、その動作がギア３９により逆方向の動作に変換さ
れて下段のロッド３６に伝達され、下段のロッド３６が
左側へ移動する。そのため、左側のクランプヘッド３４
は左側へ移動する。すなわち、上段のロッド３６が駆動
されると、クランプヘッド３４，３４が開く。

【００２４】逆に、下段のロッド３６が右側へ駆動され
ると、上段のロッド３６が左側へ移動し、クランプヘッ
ド３４，３４が閉じる。そして、クランプヘッド３４，
３４の間に工具３を位置させてこれを閉じることによ
り、爪３５，３５が工具３に嵌合して、工具３が回転不
能に固定される。

【００２５】前記支持軸３２の後端部には、図４に示す
ように、リング４２がキー４３を用いて回転不能に外嵌
されている。リング４２は、周方向に等間隔をあけて配
置した複数のボール４４を、支持軸３２の軸心方向に移
動自在に支持している。各ボール４４は、スリーブ２９
の後端面に設けたＶ溝に嵌合すると共に、リング４２に
外嵌保持された皿バネ４５により、リング状の押さえ板
４６を介して前方、すなわちＶ溝の側に押圧されてい
る。

【００２６】ここで、ボール４４が嵌合するＶ溝は、ス
リーブ２９の周方向に孤状に形成され、その一端から他
端へかけて深さが徐々に浅くなっている。従って、この
方向に支持軸３２が回転し、リング４２が回転した場合
は、その回転に伴ってボール４４が底の浅い側へ移動し
て後退する。その結果、押さえ板４６は、皿バネ４５に
よる押圧力に抗して後退し、その後退はセンサ４７によ
り検知される。

【００２７】すなわち、リング４２、ボール４４、皿バ
ネ４５、押さえ板４６およびセンサ４７等は、支持軸３
２に付加される回転力に対するリミッターを構成してい
る。その回転力とは、具体的には、工具保持桿１に取り
付けられた工具３を工具チャック３３でクランプして、
工具３が緩む方向に工具保持桿１を回転させたときに、
工具チャック３３を介して回転軸３２に作用する回転力
のことである。

【００２８】本工具交換装置は、ボーリングマシンにお
いて、工具交換を以下の順序で自動的に行う。

【００２９】ボーリングマシンの作動中は、その動作を
妨げないために、下段の可動ベース１１がマシンから離
れた位置に停止し、マシン側の工具チャック３３をマシ
ンセンターの側方に位置させる。

【００３０】ボーリングマシンの工具保持桿１の先端に
取り付けられた工具３を交換するときは、工具保持桿１
が後退限に移動した後、マシン側の工具チャック３３が
マシンセンターに一致するまで、下段の可動ベース１１
がマシン側に移動する。

【００３１】工具チャック３３が工具３の前方に位置す
ると、その工具チャック３３のクランプヘッド３４，３
４を開いた状態で、クランプヘッド３４，３４間に工具
３が挿入されるまで、上段の可動ベース１２が工具保持
桿１の基端側へ移動する。

【００３２】クランプヘッド３４，３４間に工具３が挿
入されると、クランプヘッド３４，３４が閉じ、爪３
５，３５が、工具３の外周面に形成された一対の凹部に
嵌合する。

【００３３】こうして工具３が回転不能に固定される
と、工具保持桿１が逆方向に回転駆動される。すなわ
ち、工具３が緩む方向に工具保持桿１が回転する。

【００３４】工具３が緩んだ後も工具保持桿１が回転を
続けることにより、工具保持桿１の前方に工具３が抜け
出る。このとき、スリーブ２９は押しバネ３１による付
勢力に抗して後退して、工具３の移動を吸収する。

【００３５】工具保持桿１から工具３が離れると、上段
の可動ベース１２が工具保持桿１の先端側に移動する。

【００３６】こうして、工具保持桿１から工具３が取り
外されると、ロックピン２３がピン孔２５から抜け、回
転軸１９が１８０度回転する。これにより、工具３をク
ランプするマシン側の工具チャック３３は、マシンから
離れ、その工具３を搬出する。また、反マシン側の工具
チャック３３は、マシンセンターまで旋回移動して、工
具保持桿１の前方に位置する。このとき、後者の工具チ
ャック３３は、新しい工具をクランプしている。

【００３７】新しい工具が工具保持桿１に対向すると、
上段の可動ベース１２を工具保持桿１の後端側に移動さ
せて、工具を工具保持桿１の先端に押し付ける。この押
し付けにより、工具のねじ込みに伴う移動が吸収される
程度にスリーブ２９が後退する。

【００３８】工具が工具保持桿１の先端に押し付けられ
ると、工具保持桿１が正方向に回転駆動される。すなわ
ち、工具をねじ込む方向に工具保持桿１が回転する。こ
れにより、工具が工具保持桿の先端に装着される。工具
のねじ込みに伴う移動は、スリーブ２０の前進により吸
収される。

【００３９】かくして、工具保持桿１の回転を利用して
工具の自動交換が行われる。

【００４０】工具保持桿１から工具３を取り外すとき
に、工具３が緩まないと、工具保持桿１の強大な回転力
が工具３および工具チャック３３に加わる。工具３およ
び工具チャック３３を介して支持軸３２に大きい回転力
が加わると、リング４２が工具保持桿１の回転方向に回
転する。すなわち、板バネ４５による押圧力に抗して、
ボール４４がＶ溝の浅い方へ移動する。これにより、押
さえ板４６が後方へ移動し、その移動がセンサ４７によ
り検知され、その検知信号により工具保持桿１の回転が
停止する。

【００４１】このトルクリミット機能により、工具３や
工具チャック３３などの破損が未然に防止される。トル
クリミット値は、板バネ４５の強さやセンサ４７の取り
付け位置により、適宜調節される。

【００４２】本工具交換装置は、旋回アーム２２の旋回
軸方向移動を上段の可動ベース１２により行っている
が、本例のように工具保持桿１が軸方向に移動する場合
は、旋回アーム２２の旋回軸方向移動機構を省略しても
よい。

【００４３】また、旋回アーム２２の動作角度は、工具
チャック３３，３３の位置替えのために１８０度となっ
ているが、これを例えば９０度とすれば、マシンセンタ
ーに対する工具チャック３３，３３の進入退出も行うこ
とができ、その場合は、旋回アーム２２をその旋回中心
に直角な方向に直線駆動する必要がない。すなわち、そ
の駆動を行う下段の可動ベース１１を省略することがで
きる。

【００４４】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の工具交換
装置は、工具保持桿の側方に旋回中心を有する旋回アー
ムを設け、その両端部に工具チャックを取り付けた構成
により、ねじ込み式工具の交換を自動的に行い、その交
換に要する手数を著しく低減することができる。また、
その交換に工具保持桿の回転を利用するので、小型で構
造が簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ボーリングマシンの概略構成を示す側面図であ
る。

【図２】本発明の一実施例を示す工具交換装置の正面図
である。

【図３】同工具交換装置の平面図である。

【図４】同工具交換装置の詳細構造を示す一部破断平面
図である。

【図５】工具チャックの開閉構造を示す縦断正面図であ
る。

【符号の説明】

１ 工具保持桿 ３ 工具 １１，１２ 可動ベース １６ 支持体 １９ 回転軸 ２２ 旋回アーム ２８ 支持ヘッド ２９ スリーブ ３１ 押しバネ ３２ 支持軸 ３３ 工具チャック ３４ クランプヘッド ３６ ロッド ３７ ピストン ３９ ギア ４２ リング ４４ ボール ４５ 皿バネ ４６ 押さえ板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正逆両方向に回転駆動される水平な工具
   保持桿の先端に螺合により取り付けられるねじ込み式の
   工具を自動交換する工具交換装置であって、 前記工具保持桿の中心軸の側方に旋回中心が平行に位置
   し、その旋回により両端部が工具保持桿の側に交互に移
   動する旋回アームと、 前記旋回アームの各端部にそれぞれ取り付けられ、旋回
   アームの旋回により両方が前記工具保持桿の前方に交互
   に位置し、且つ両方が前記工具をクランプすると共に工
   具保持桿の軸方向にフローティング支持された一対の工
   具チャックとを具備することを特徴とする工具交換装
   置。
2. 【請求項２】 正逆両方向に回転駆動される水平な工具
   保持桿の先端に螺合により取り付けられるねじ込み式の
   工具を自動交換する工具交換装置であって、 前記工具保持桿の側方に配置され、工具保持桿に平行な
   方向および工具保持桿に直角な方向にそれぞれ直線駆動
   される可動ベースと、 前記可動ベース上に設けた支持体により、旋回中心が前
   記工具保持桿に平行するように、中央部が回転自在に支
   持され、その回転により両端部が工具保持桿の側に交互
   に移動する旋回アームと、 前記旋回アームの各端部にそれぞれ取り付けられ、前記
   可動ベースの直線駆動および前記旋回アームの旋回によ
   り両方が前記工具保持桿の前方に交互に位置し、且つ両
   方が工具をクランプすると共に工具保持桿の軸方向にフ
   ローティング支持された一対の工具チャックとを具備す
   ることを特徴とする工具交換装置。