JPH0741496B2 - 治工具交換装置を備えた工作機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は治工具交換装置に関し、特に専用工作機械にお
けるワーク用治具や加工工具等を自動的に交換する治工
具交換装置を備えた工作機械に関する。

〔従来の技術〕

専用工作機械に限らず工具貯蔵マガジンを備えた工作機
械は一般に、ワークの種類，大きさに応じあるいは加工
工程に応じて工具をATC（自動工具交換装置）によって
工具貯蔵マガジンから自動的に取り出し、主軸に装着し
て予定された加工を行なう。

一方、ワークを固定把持する装置、すなわちワーク用治
具についてもワークの種類に対応してワーク用治具を自
動交換する専用の装置を設けていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記従来の技術によれば、工具交換とワーク用治
具の交換をそれぞれに専用の装置で行なっているため、
段取り操作が構成上煩雑であると言う問題点があった。

また、それぞれ専用の装置を設けているため装置の設置
スペースも当然多く必要であり、経済的にも不利な点が
あった。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたものでその目的
は、同一機構を用いて加工工具とワーク用治具を自動交
換することができ、且つ機械側の段取り操作の自動化お
よび簡素化を図る経済的な治具交換装置を備えた工作機
械を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するための手段として、固定
台と、主軸を回転自在に軸承するとともに、前記固定台
上に前記主軸の軸線方向に移動自在に設けられた主軸台
と、前記固定台と対向するように、かつ、前記主軸軸線
方向と直交する方向に開閉移動し、前記主軸軸線を中心
に対称な形状をなす一対の開閉台と、この一対の開閉台
をそれぞれ開閉移動させるために前記固定台に設けられ
た開閉台用駆動体と、一方の面に形成された前記ワーク
を把持するための把持部、他方の面に形成されたＴ状係
合溝およびその中間に形成された複数のガイド孔を有す
る爪部材と、前記一対の開閉台に各々設けられ、前記爪
部材のＴ状係合溝と係脱自在なＴ状係合部が形成されて
いるとともにこのＴ状係合部を前記開閉台の開閉移動方
向と同一方向に各々進退移動自在にした開閉部材を設
け、このＴ状係合部が前記閉移動方向に移動したとき前
記各開閉台に対する前記爪部材の締結を解除して前記爪
部材を前記開閉台に対して前記主軸軸線方向に離脱また
は係合のための移動を可能にし、前記Ｔ状係合部が前記
開移動方向に移動したとき前記爪部材を前記開閉部材に
押圧して締結する締結手段と、前記開閉台と前記爪部材
との間に設けられ、前記爪部材が前記開閉部材に締結さ
れたとき前記開閉部材に対して前記爪部材を前記主軸軸
線方向および前記開閉移動方向と直交する方向に位置決
めする位置決め手段と、前記固定台の前記主軸台近傍に
設けられ、前記主軸に着脱自在に装着されるシャンク部
を一方の側に、ワークを加工するための工具を他方の側
に設けた工具ホルダと、前記主軸に着脱自在に装着され
るシャンク部を一方の側に、前記一対の爪部材を移送す
るとともに前記開閉台との間で授受するために前記主軸
軸線方向に突出し、前記爪部材のガイド孔と嵌合する複
数のガイドバーを他方の側に形成した治具ホルダと貯蔵
する治工具貯蔵マガジンと、前記治具ホルダの前記ガイ
ドバーと前記爪部材との間に設けられ、前記爪部材のガ
イド孔に前記ガイドバーが所定の位置まで挿入されたと
き、前記ガイドバーに前記爪部材を位置決め保持するた
めの保持手段と、前記治具ホルダに設けられ、前記爪部
材のガイド孔に前記ガイドバーを挿入したとき、前記爪
部材を前記ガイドバーから離脱する方向に前記保持手段
が保持可能位置まで押圧する押圧手段と、前記爪部材の
ガイド孔に前記ガイドバーを挿入する際、前記爪部材の
ガイド孔に向けて清掃用エアを噴出して清掃する清掃手
段と、前記主軸と前記治工具貯蔵マガジンとの間に配置
され、前記主軸と前記治工具貯蔵マガジンとの間で前記
工具ホルダまたは前記治具ホルダを交換する治工具交換
装置とからなり、前記治工具交換装置内の前記治具ホル
ダに装着されている爪部材を、治具ホルダの前記主軸へ
の装着して前記主軸台の移動により、前記治具ホルダよ
り前記開閉台に前記爪部材を受渡して締結し、前記ワー
クに対応して交換可能にしたことを特徴とする治工具交
換装置を備えた工作機械とした。

〔作用〕

ワークに対応する加工工具やワーク用治具のそれぞれの
ホルダを１組として、複数組を予め治具工具貯蔵マガジ
ンに収納させておき、この治具工具貯蔵マガジンの加工
工具ホルダやワーク用治具ホルダの内から、加工情報に
基づいて加工するワークに対応するワーク用治具ホルダ
をATC（自動工具交換装置）によって抜き出し、ATCのア
ームを揺動させてアーム用治具ホルダが主軸に装着され
る。コラムのＺ軸方向移動により主軸に対向して配置さ
れたワーク把持装置に主軸を近づけ、ワーク用治具ホル
ダからワークを把持する治具部材のみをワーク把持装置
に受渡す。

次に、加工工具ホルダをATCによって交換し、ワーク把
持手段で把持したワークを主軸に装着された加工工具で
各種加工を行なう。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて更に詳細に説
明する。

まず、第１図ないし第３図において工作機械の全体につ
いて説明する。

本工作機械Ｍはワークである各種鋼管Ｐの外径，内径の
面取りおよび端面加工を行なう専用工作機械である。工
作機械Ｍの固定台であるヘッド１上部にスライド面1aが
形成されていて、このスライド面1a上をＺ軸方向（主軸
軸線方向）に移動可能なコラム２が設けられている。コ
ラム２前方（第１図中左方）には主軸台３があり、更に
主軸４が設けられる。この主軸４に加工工具ホルダ10ま
たは40を装着し、後述するワーク把持装置30と図略の鋼
管支持装置で位置決めされた鋼管Ｐに対して、コラム２
のＺ軸方向の移動によって接近し鋼管Ｐの外径の面取り
および端面加工を行なうものである。

前記コラム２の片側上方部にはATC（自動工作交換装
置）５が配設されている。ATC5はアーム5aを有してお
り、前後動（ｃ方向）および揺動（ｂ方向）可能であ
る。更にアーム5aは伸縮（ａ方向）自在である。

前記ATC5を中間位置として主軸４の反対側対称位置のベ
ッド１上には治工具貯蔵マガジン６が配設されている。
この治工具貯蔵マガジン６は円板式の割出し可能な４ポ
ジション方式のものであり、４ポジション内には各種ワ
ークに対応させた加工工具ホルダ10,40とワーク用治具
ホルダ20,50をそれぞれ１セットとして、２セット分収
納できるようになっている。

前記主軸４に対向した前方にはワーク把持装置30が設け
られている。このワーク把持装置30は図略の鋼管支持装
置によって案内支持される鋼管Ｐを把持して位置決めす
るものである。

本発明の治工具交換装置は、TAC5を利用して治工具貯蔵
マガジン６内に収納されている加工工具ホルダ10,40を
主軸４との間で又、ワーク用治具ホルダ20,50を主軸４
を介してワーク把持装置30との間で交換するものであ
る。

次に、第４図に基いて加工工具ホルダ10を説明する。こ
こで加工工具ホルダ10と40はそれぞれ大径の鋼管Ｐおよ
び小径の鋼管Ｐ′用のホルダで、ワーク用治具ホルダ20
（第６図（イ）参照）およびワーク用治具ホルダ50（第
６図（ロ）参照）とで１セットに構成されている。この
ワーク用治具ホルダ20は鋼管Ｐ用の爪部材である爪23,2
3を装着してあり、ワーク用治具ホルダ50には鋼管Ｐ′
用の爪部材である爪29,29が装着されている。この大径
の鋼管Ｐおよび小径の鋼管Ｐ′用のホルダは鋼管の把持
部、すなわち、爪の形状および加工工具用の各種チップ
の取付位置が異なるのみで、構造は全く同一である。

加工工具ホルダ10はホルダボディ11と、最先端に刃具で
ある鋼管の外径面取り用チップ12,内径面取り用チップ1
3および端面加工用チップ14を組込んだホルダ先端部15
とが一体化され構成されている。ホルダボディ11は通常
の工具ホルダと同様、ATC5により自動交換されるように
把持溝11aを有しており、更に主軸４のテーパ孔4a内に
挿入され図略のプルスタッドを締結装置により締結して
主軸に装着される。

次に、第５図および第６図に基づいてワーク用治具ホル
ダを説明する。ワーク用治具ホルダ20も前述した加工工
具ホルダ10と同様、ATC5により自動交換されるように把
持溝21aを有し主軸４のテーパ孔4a内に挿入されるホル
ダボディ21と、このホルダボディ21と一体化されたホル
ダ先端部22と、このホルダ先端部22に装着される爪23,2
3を支持するガイドバー27等から構成されている。

前記ホルダボディ21に一体的に固着されたホルダ先端部
22の主軸軸線上には、段付き貫通孔22aが形成されてい
て、この段付き貫通孔22a内にばね支持ピン24が固着さ
れている。そして、この支持ピン24に支持された圧縮コ
イルばね25を介してプッシャー26を主軸側と反対方向に
付勢するようにしている。ホルダ先端部22からの飛び出
しを防ぐためにプッシャー26は端部に鍔部26aを形成
し、その動きを段付き貫通孔22合の段差部で規制されて
いる。これが爪23,23をホルダボディ21から離脱させる
押圧手段である。

前記ホルダ先端部22には、プッシャー26やホルダボディ
21の中心から上下左右の対称位置に４本のガイドバー27
が主軸軸線方向に固着されている。このガイドバー27に
は、鋼管Ｐの大きさに対応した円弧状に形成した円弧把
持部23a,23aを形成した各種爪23,23が、爪23,23のガイ
ド孔23d,23dを介して挿入される。なお、27b,27cは爪23
の嵌挿孔であるガイド孔23d内を清掃するエアを供給す
るエア通路であり、これが清掃手段である。爪23,23が
ガイドバー27に挿入される際に図略のエア源から供給さ
れたエアにより、爪23のガイド孔23d内の塵埃等を吹き
飛ばし清掃して、爪23,23とガイドバー27等がスムーズ
に挿入されるようにするものである。

第６図（イ）に示すような大径鋼管用には23,23の爪を
使用し、同図（ロ）に示すような小径鋼管用には29,29
の爪を使用する等、鋼管外径に対応できるような円弧把
持部23a,23a,29a,29aを形成してある。爪23,23は向き合
って設けられた２個が一セットとして前記ホルダ先端に
装着される。爪23,23の円弧把持部23a,23aの反対側他端
には、主軸軸線方向に貫通して締結部材34,34と係合す
る係合部であるＴ字形の係合溝23b,23bが削設されてい
る。さらにこの係合溝23b,23bのある爪23端面には図の
紙面上下位置に爪23の位置決め溝で、２ケ所Ｖ溝が削設
されている。このＶ溝に対して、開閉部材である開閉台
32,32に固着されているガイドバー35,35が係合してい
る。前記爪23,23のガイド孔23d,23dの一部には、爪23に
設けた係止手段である位置決め用の鋼球28がばね付勢さ
れて設けられている。そして、この鋼球28が前述したホ
ルダ先端22のガイドバー27に削設されたＶノッチ27aに
係合することで爪23,23を位置決め保持する。これが爪2
3,23をホルダホディ21に保持する保持手段である。

前述のように、２個の爪23,23をホルダ先端に22に装着
しワーク用治具ホルダ20のガイドバー７に爪23を装着し
た構成のものを治工具貯蔵マガジン６に、収納しておい
て、ワーク用治具ホルダ20を交換位置Ｃ（第１図示）に
くるように治具工具貯蔵マガジン６を割出しATC5によっ
てまず主軸４内に挿入させ、その後コラム２のＺ軸方向
の移動で爪23,23をワーク把持装置側へ受渡すものであ
る。次にこのワーク把持装置について説明する。

ワーク把持装置30は前述したように工作機械Ｍのベッド
端に主軸４と対向して設けられる。即ち、まず第１図，
第３図および第６図（イ），（ロ）に示すようにベッド
端突出部1bの左右に開閉台用駆動体である第１のシリン
ダ31,31を主軸軸線方向に直交して取付け、それぞれの
シリンダロッド31a,31aに連結した開閉台32,32を設け
る。この開閉台32,32内には締結手段である第２のシリ
ンダ33,33が設けられる。この第２のシリンダ33,33のシ
リンダロッド33a,33aが先端で締結部材34,34に連結され
ている。そして、前述した爪23,23の係合溝23a,23a内に
前記締結部材34,34が遊挿され、第２のシリンダ33,33の
駆動によるシリンダロッド33a,33aの伸縮で爪23,23のク
ランプ，アンクランプ動作を行なう。また、前記開閉台
32,32の爪23,23に対向する面には、爪23,23側のＶ溝23
c,23cと同様のＶ溝32a,32aが刻設されていて、このＶ溝
32a,32a内に爪23,23が主軸４からワーク把持装置30に移
行するに際し案内となるガイドバー35,35がボルト36,36
によって固着されている。

これらの第1,第２シリンダ31,31,33,33や開閉台32,32お
よび爪23,23等でワーク把持装置30を構成する。

以上のように構成された本装置の動作を次に述べる。

加工情報に基づいて、その鋼管Ｐを加工する前段で対応
する加工工具ホルダ10とワーク用治具ホルダ20をそれぞ
れセットする。すなわち、予じめ治工具貯蔵マガジン６
内に収納されている加工工具ホルダ10とワーク用治具ホ
ルダ20のうちから治工具貯蔵マガジン６を割出し、まず
ワーク用治具ホルダ20をATC5のアーム5aで抜き出し揺動
動作によって主軸４側へ振込んで装着させる。アーム5a
を初期の位置に戻しておいて、コラム２をＺ軸方向の移
動でワーク把持装置30側へ近づける。この時点で開始台
32,32内の第２のシリンダ33,33のロッド33a,33aは伸び
て、締結部材34,34が移行してくる爪23,23の係合溝23a,
23a内に遊挿されるように準備されている。コラム２が
所定位置まで移動して、爪23,23の係合溝23a,23aとワー
ク把持装置30の締結部材34,34が同一位置まできたら、
開始台32,32内の第２のシリンダ33,33を駆動させシリン
ダロッド33a,33aを引き込んで爪23,23をクランプさせ
る。その後コラム２を後退させると、爪23,23のみがワ
ーク把持装置30側に残りホルダボディ21等は主軸４と共
に初期位置に戻る。爪23,23のはずされたワーク用治具
ホルダ20は、ATC5によって再び治工具貯蔵マガジン６内
に戻され、次に今使用したワーク用治具ホルダ20に対応
する加工工具ホルダ10を交換位置Ｃに割出された治工具
貯蔵マガジン６から前述したと同様にATC5で主軸４に装
着する。

このような準備をした後に鋼管Ｐが送られてくる。ワー
ク把持装置30の開閉台32,32を左右に拡開し、所定位置
まで鋼管Ｐが送られてきたら第１のシリンダ31,31を駆
動させ、対向する爪23,23を狭めて鋼管Ｐを把持させ
る。

次いで、コラム２の移動で加工工具ホルダ10を鋼管Ｐに
近づけ、鋼管Ｐの端面加工，内，外径の面取り加工が行
なう。一種類の鋼管Ｐの加工が終了し、次の種類の鋼管
Ｐ′を加工するには、その鋼管Ｐ′に対応するワーク用
治具ホルダ50と加工工具ホルダ40を前述した通りワーク
把持装置30と主軸４に装着する。その前に、まずATC5に
よってすでに主軸４に装着されている加工工具ホルダ10
を治工具貯蔵マガジン６に戻し、次いで治工具貯蔵マガ
ジン６内に収納されている爪23,23のない空のワーク用
治具ホルダ20をATC5によって抜き出し、主軸４へ装着さ
せる。そして、コラム２を前進させホルダ先端21のガイ
ドバー27を、ワーク把持装置30の開閉台32,32にクラン
プされている爪23,23のガイド孔23b,23bに挿入させる。
所定位置まで挿入すると、爪23,23に設けられた位置決
め用の鋼球28,28がガイドバー27のＶノッチ27aに飛び込
んで爪23,23がホルダ先端22に装着される。次に、開閉
台32,32内の第２のシリンダ33,33を駆動させシリンダロ
ッド33a,33aを伸ばして爪23,23のクランプを解除しコラ
ム２を後退させると、使用済みの爪23,23がワーク把持
装置30から抜き出される。その後、所定位置まで戻った
主軸４からATC5によってワーク用治具ホルダ20を抜き出
して治工具貯蔵マガジン６へ振り込んで収納させる。

次ワークの鋼管Ｐ′用のワーク用治具ホルダ50と加工工
具ホルダ40をワーク把持装置30と主軸４へ装着させるた
めに、まずワーク用治具ホルダ50が交換位置Ｃにくるま
で治工具貯蔵マガジン６を割出し、その後は前述した通
りの動作によって鋼管Ｐ′端面の各種加工を行なう。

このように本実施例によれば、ワークである鋼管に対応
するワーク用治具ホルダと加工工具ホルダ１組として治
工具貯蔵マガジンに収納し、このワーク用治具ホルダと
加工工具ホルダをATCとコラムの動きを利用して自動的
に交換することができる。このため、機械側の段取り操
作が楽になり、しかも同一機構を利用してワーク用治具
ホルダと加工工具ホルダを交換できるので経済的にもメ
リットが生ずる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、加工工具ホルダと
ワーク用治具ホルダを治工具貯蔵マガジンからATCを利
用して主軸へ振込み、ワーク用治具ホルダの把持部材も
主軸の動きを利用してワーク把持装置へ移行することが
できる。特に、ワーク用治具ホルダに位置決め部材や案
内部材、ワーク把持装置に案内部材を設けたから治具
（爪）部材を所定位置に自動供給し、高精度の位置決め
ができる治具交換装置を備えた工作機械を提供すること
ができる。そしてワーク交換装置及び治工具交換装置と
それぞれ専用の装置も不要となり、経済的にもメリット
大なる工作機械の治工具交換装置を提供することが可能
となった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明の治工
具交換装置の組込まれた工作機械の全体側面図、第２図
は第１図におけるＩ−Ｉ線矢視図、第３図は第１図にお
けるII−II線矢視図、第４図は加工工具ホルダの側面
図、第５図はワーク用治具ホルダの一部断面の側面図、
第６図は爪とワークとの関連図で同図（イ）はワークで
ある鋼管が大径の場合、同図（ロ）は鋼管が小径の場合
の関連図を示す。 図面において、 １……ベッド（固定台）、２……コラム、 ３……主軸台、４……主軸、 ５……ATC（自動工具交換装置）、 ６……治工具貯蔵マガジン、 10,40……加工工具用ホルダ、 11,21……ホルダボディ、 15,22……ホルダ先端部、 20,50……ワーク用治具ホルダ、 23,29……爪、25……圧縮コイルばね、 30……ワーク把持装置、32……開閉台、 34……締結部材、 Ｍ……工作機械、Ｐ……鋼管、 Ｃ……交換位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定台と、 主軸を回転自在に軸承するとともに、前記固定台上に前
   記主軸の軸線方向に移動自在に設けられた主軸台と、 前記固定台と対向するように、かつ、前記主軸軸線方向
   と直交する方向に開閉移動し、前記主軸軸線を中心に対
   称な形状をなす一対の開閉台と、 この一対の開閉台をそれぞれ開閉移動させるために前記
   固定台に設けられた開閉台用駆動体と、 一方の面に形成された前記ワークを把持するための把持
   部、他方の面に形成されたＴ状係合溝およびその中間に
   形成された複数のガイド孔を有する爪部材と、 前記一対の開閉台に各々設けられ、前記爪部材のＴ状係
   合溝と係脱自在なＴ状係合部が形成されているとともに
   このＴ状係合部を前記開閉台の開閉移動方向と同一方向
   に各々進退移動自在にした開閉部材を設け、このＴ状係
   合部が前記閉移動方向に移動したとき前記各開閉台に対
   する前記爪部材の締結を解除して前記爪部材を前記開閉
   台に対して前記主軸軸線方向に離脱または係合のための
   移動を可能にし、前記Ｔ状係合部が前記開移動方向に移
   動したとき前記爪部材を前記開閉部材に押圧して締結す
   る締結手段と、 前記開閉台と前記爪部材との間に設けられ、前記爪部材
   が前記開閉部材に締結されたとき前記開閉部材に対して
   前記爪部材を前記主軸軸線方向および前記開閉移動方向
   と直交する方向に位置決めする位置決め手段と、 前記固定台の前記主軸台近傍に設けられ、前記主軸に着
   脱自在に装着されるシャンク部を一方の側に、ワークを
   加工するための工具を他方の側に設けた工具ホルダと、
   前記主軸に着脱自在に装着されるシャンク部を一方の側
   に、前記一対の爪部材を移送するとともに前記開閉台と
   の間で授受するために前記主軸軸線方向に突出し、前記
   爪部材のガイド孔と嵌合する複数のガイドバーを他方の
   側に形成した治具ホルダと貯蔵する治工具貯蔵マガジン
   と、 前記治具ホルダの前記ガイドバーと前記爪部材との間に
   設けられ、前記爪部材のガイド孔に前記ガイドバーが所
   定の位置まで挿入されたとき、前記ガイドバーに前記爪
   部材を位置決め保持するための保持手段と、 前記治具ホルダに設けられ、前記爪部材のガイド孔に前
   記ガイドバーを挿入したとき、前記爪部材を前記ガイド
   バーから離脱する方向に前記保持手段が保持可能位置ま
   で押圧する押圧手段と、 前記爪部材のガイド孔に前記ガイドバーを挿入する際、
   前記爪部材のガイド孔に向けて清掃用エアを噴出して清
   掃する清掃手段と、 前記主軸と前記治工具貯蔵マガジンとの間に配置され、
   前記主軸と前記治工具貯蔵マガジンとの間で前記工具ホ
   ルダまたは前記治具ホルダを交換する治工具交換装置と
   からなり、 前記治工具交換装置内の前記治具ホルダに装着されてい
   る爪部材を、治具ホルダの前記主軸への装着して前記主
   軸台の移動により、前記治具ホルダより前記開閉台に前
   記爪部材を受渡して締結し、前記ワークに対応して交換
   可能にしたことを特徴とする治工具交換装置を備えた工
   作機械。