JPH08150530A - 自動工具交換装置を有する工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一個の駆動モータ１６で工具マガジン３１の
割出しと工具交換アーム１２との旋回を行い、主軸頭５
の上下動で工具Ｔの抜き差しを行う簡素にして高速化に
対応可能な自動工具交換装置を有する工作機械の提供。 【構成】 エアシリンダ２９によりシフトギア１４を移
動して工具マガジン用第１駆動ギア２４と交換アームユ
ニット９用第２駆動ギア２５とのギア１４Ａ，１４Ｂの
噛合の切り換えを行い、駆動モータにより旋回のみ可能
な工具交換アーム１２を９０°旋回して主軸６側工具Ｔ
とマガジン側工具Ｔとを把持した状態で、主軸頭５を上
昇させると連結ピン４９と係合するフックボデー４６，
フック４８を介して連結駒４４を有するマガジンポット
４３がポットガイド４１に沿って上昇し、工具を主軸と
マカジンポットから同時に抜き取る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一個の駆動モータで工具
マガジンの貯蔵工具の旋回割出しと交換アームユニット
の工具交換アームの旋回とを選択的に行い、主軸頭の上
下動で工具の抜き差しを行う自動工具交換装置を有する
工作機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動工具交換装置の工具マガジン
と交換アームユニットとは機能的に分離独立しているの
で、それぞれ独立した駆動装置を有している。例えばカ
ム駆動方式の交換アームユニットの場合は、駆動モータ
が一個必要であり、ＮＣ駆動方式の交換アームユニット
の場合には旋回用と抜き差し用とにそれぞれ一個計２個
の駆動モータが必要である。一方、工具マガジンにも専
用の駆動モータが必要であり、自動工具交換装置全体と
して２個から３個の駆動モータが必要であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたカ
ム駆動方式の交換アームユニットは、駆動モータが一個
ですむので比較的安価であるが工具交換の高速化に対応
できないという問題を有し、ＮＣ駆動方式の交換アーム
ユニットは、サイクルタイムも短く、組立調整が容易で
あるが駆動モータ（サーボモータ）が２個必要でコスト
高になるという問題を有している。

【０００４】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、工具マガジンの
旋回割出しと交換アームユニットの工具交換アームの旋
回とを一個の駆動モータ（サーボモータ）で行い、工具
の抜き差しを主軸頭の上下動で行う安価で工具交換の高
速化に対応可能な自動工具交換装置を有する工作機械を
提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における自動工具交換装置を有する工作機械
は、垂直及び水平方向に移動位置決め可能な垂直方向の
主軸頭の近傍に設けられ複数の工具を貯蔵して主軸に平
行な工具交換位置に割り出す工具マガジンと、該工具マ
ガジンと前記主軸頭との間に設けられた交換アームユニ
ットからなる自動工具交換装置を有する工作機械におい
て、前記工具マガジンのポットチエンに固着の垂直方向
の案内に沿って上下動可能に設けられたマガジンポット
と、前記交換アームユニットの旋回中心軸のまわりで旋
回のみ可能に設けられたツイーン形工具交換アームと、
該ツイーン形工具交換アームを９０°と１８０°旋回す
る駆動手段と、前記旋回中心軸の前記ツイーン形工具交
換アームの上側に上下動のみ可能に設けられたフック部
材と、前記主軸頭の下端部水平に設けられ前記主軸頭の
水平移動で前記フック部材と係脱自在に係合する連結ピ
ン部材と、前記マガジンポットの上面に設けられ前記マ
ガジンポットが工具交換位置に旋回されたとき前記フッ
ク部材と係脱自在に係合する連結駒とからなり、ツイー
ン形工具交換アームの旋回と主軸頭の上下動による抜き
差し動作とで工具交換を行うものである。

【０００６】また主軸頭の近傍に設けられ複数の工具を
貯蔵して工具交換位置に割出す工具マガジンと、該工具
マガジンと前記主軸頭との間で工具交換を行う交換アー
ムユニットからなる自動工具交換装置を有する工作機械
において、前記工具マガジンの貯蔵工具の旋回割出し用
第１駆動ギアと前記交換アームユニットのツイーン形工
具交換アームの工具交換動作用第２駆動ギアとに選択的
に噛合する軸方向移動可能なシフトギアと、該シフトギ
アを軸方向移動する駆動部材と、前記シフトギアを回転
する駆動モータとからなり、一個の駆動モータにより工
具マガジンの旋回割出しと工具交換アームの旋回との両
方の駆動を行うものである。

【０００７】またシフトギアを軸方向移動する駆動部材
に前記シフトギアが第１駆動ギアと噛合したとき第２駆
動ギアと係合し前記シフトギアが第２駆動ギアと噛合し
たとき第１駆動ギアと係合するロックピン部材を設けて
係合した方のギアの回転を拘束するようにしたものであ
る。

【０００８】

【作用】請求項１は、主軸頭が所定の工具交換位置に位
置決めされると連結ピン部材がフック部材と係合する。
このとき既にフック部材は次に必要な工具がマガジンの
工具交換位置に割出される際にマガジンポットの連結駒
と係合している。次いで駆動手段により工具交換アーム
が９０°旋回して主軸装着工具とマガジンポットに貯蔵
する工具とを同時に把持したあと、主軸頭が上昇すると
マガジンポットがともに上昇する。このとき両工具は工
具交換アームにより把持されて上下動が規制されている
ので主軸とマガジンポットの上昇で両工具が同時に抜き
取られる。次いで駆動手段により工具交換アームが１８
０°旋回して両工具が入れ替わり、主軸頭とマガジンポ
ットが共に下降して両工具が主軸とマガジンポットに挿
入され、主軸頭が工具交換位置から離れ連結ピンがフッ
ク部材から抜ける。従って工具の抜き差しを主軸頭の上
下動で行うので抜き差し用駆動モータが不要となる。

【０００９】請求項２は、工具マガジンの旋回割出し指
令で駆動手段によりシフトギアを軸方向移動して第１駆
動ギアと噛合させ、駆動モータにより第１駆動ギアを介
してマガジンポットを工具マガジンの工具交換位置に割
出す。また工具交換指令でシフトギアを軸方向移動して
第２駆動ギアと噛合させ、前記駆動モータにより第２駆
動ギアを介して工具交換アームを旋回する。従って一個
の駆動モータで工具マガジンの旋回割出しと工具交換ア
ームの旋回動作とを行うので、簡素な構造の自動工具交
換装置となりコストダウンと省スペースの両方が達成で
きる。

【００１０】請求項３は、シフトギアを軸方向移動して
工具マガジン駆動用の第１駆動ギアと噛合させると、駆
動手段のシフタに設けたロックピンが非駆動側の工具交
換アーム駆動用第２駆動ギアと係合して工具交換アーム
の動きを規制する。またシフトギアを第２駆動ギアに噛
合させると、ロックピンが工具マガジン駆動用の第１駆
動ギアと係合して、工具マガジンの動きを規制する。従
って非駆動側が誤って動き出すことがなく安全性が確保
できる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の自動工具交換装置を有する工作
機械の一実施例を図面にもとづいて説明する。図５のた
て形マシニングセンタにおいて、ベッド１上のＸ軸方向
（紙面を直角に貫通する方向）の案内上にテーブル２が
移動位置決め可能に載置され、ベッド１の右側にコラム
３が立設されている。コラム３にはＹ軸方向（左右方
向）の案内が設けられていて、このＹ軸案内上にサドル
４が移動位置決め可能に載置されている。サドル４には
テーブル側端面にＺ軸方向（上下方向）の案内が設けら
れていて、このＺ軸案内に沿って移動位置決め可能に主
軸頭５が載架されている。主軸頭５には主軸６が図示し
ない複数の軸受により回転可能に支持されていて、主軸
６下端部の図示しないテーパ穴に工具ホルダＴ（以下工
具と呼ぶ）が着脱可能に装着されるようになっている。

【００１２】自動工具交換装置７（以下ＡＴＣと呼ぶ）
は図１の縦断面図に示すように、コラム３のほぼ中央を
Ｙ軸方向に貫通するようにベッド１上に取着されてい
て、ＡＴＣ７の枠体は下台８Ａ，中台８Ｂ，上台８Ｃの
三部構成とされている。下台８Ａ上の主軸頭５側に交換
アームユニット９の旋回中心軸１１が垂直かつ上向きに
回転可能に立設されていて、旋回中心軸１１に図４の上
視図に示すような両端に工具把持部１２ａを有するツイ
ーン形工具交換アーム１２が嵌着されている。

【００１３】中台８Ｂには図２の部分拡大図に示すよう
にスプライン軸１３が垂直かつ回転可能に支持されてい
て、スプライン軸１３にシフトギア１４が軸方向移動可
能に嵌合されている。スプライン軸１３の中台８Ｂより
突出する下端部に受動プーリ１５がキーを介して嵌着さ
れていて、下台８Ａ上の反主軸頭側に駆動モータ（サボ
ーモータ）１６が下向きに固着されており、このサーボ
モータ１６の出力軸に嵌着される駆動プーリ１７と前記
受動プーリ１５との間にシンクロベルト１８が張設され
ている。

【００１４】更に、中台８Ｂにはスプライン軸１３と平
行に第１出力軸１９と、第２出力軸２１とが同心かつ回
転可能に支持されていて、第２出力軸２１は先端が中台
８Ｂの下方に突出している。この突出部に駆動プーリ２
２がキーを介して嵌着されていて、駆動プーリ２２と旋
回中心軸１１下端に嵌着される受動プーリ２０との間に
シンクロベルト３０が張設されている。第１駆動軸１９
にはギア２３が一体に設けられていて、ギア２３に隣接
して第１駆動ギア２４がキーを介して嵌着されており、
第２駆動軸２１には第２駆動ギア２５がキーを介して嵌
着されている。

【００１５】シフトギア１４には工具マガジン駆動用の
ギア１４Ａと、工具交換アーム駆動用のギア１４Ｂとが
一体に設けられていてギア１４Ａは第１駆動ギア２４
と、またギア１４Ｂは第２駆動ギア２５とそれぞれ選択
的に噛合するようになっている。

【００１６】スプライン軸１３と第１駆動軸１９及び第
２駆動軸２１の近くに図３に示すような切換え軸２６が
上下動可能かつ垂直に支持されていて、切換え軸２６は
上端部が上台８Ｃを貫通に上方に突出し、下側位置にシ
フトギア１４に刻設されている外周溝１４ａに係合する
シフタ２７が嵌着されている。更にシフタ２７には上下
に貫通するロックピン２８が植設されていて、第１駆動
ギア２４と第２駆動ギア２５とにこのロックピン先端部
が抜き差し可能に嵌挿される貫通穴２４ａ，２５ａがそ
れぞれ穿設されている。

【００１７】そして切換え軸２６の上端部は、上台８Ｃ
上に支えを介して下向きに固着されている油圧又は空圧
用の流体圧シリンダ２９のピストンロッド２９ａと連結
されていて、圧力流体の切換えでシフトギア１４が軸方
向移動して、ギア１４Ａが第１駆動ギア２４と噛合した
場合には、ロックピン２８が第２駆動ギア２５の貫通穴
２５ａに嵌入されて第２駆動軸２１の回転を拘束し、ギ
ア１４Ｂが第２駆動ギア２５と噛合したときには第１駆
動ギア２４の貫通穴２４ａにロックピン２８が挿入され
て第１駆動軸１９の回転を拘束するようになっている。

【００１８】一方、工具マガジン３１の駆動軸３２は中
台８Ｂ上主軸頭側に上向きに回転可能に立設されてい
て、下端にギア３３が上端にチエン歯車３４がそれぞれ
嵌着されている。更に上台８Ｃ上反主軸側にテンション
調整部材３５が設けられていて、このテンション調整部
材を介してＹ軸方向に位置調節可能に軸３６が立設され
ており、軸３６に複数の軸受を介してチエン歯車３７が
回転可能に支持されている。更に上台８Ｃ上の両側に図
３に示すように複数のブラケット３６を介して複数のチ
エンガイド４０とローラガイド３８が水平に取着されて
いて、チエン歯車３４，３７間に張設されるポットチエ
ン３９がこのチエンガイド４０に沿って循環するように
なっている。

【００１９】ポットチエン３９には複数のポットガイド
４１が垂直に固着されていて、ポットガイド４１下端部
に枢支されるローラ４２が前記ローラガイド３８上に当
接して重量を支えるようになっており、ポットガイド４
１に沿って上下動可能にマガジンポット４３が取着され
ている。マガジンポット４３は工具Ｔが着脱可能に装着
されるテーパ穴を有し、内部にばねとボールからなる図
示しない工具クランプ機構を有していて、上端面に連結
駒４４が固着されている。更に軸３６に手動工具着脱時
にマガジンポット４３の上下動を規制するストッパ部材
４５が取着されている。

【００２０】一方、旋回中心軸１１の上端部にフックボ
デー４６が上下動可能に嵌合されていて、フックボデー
４６はコラム３に固着のガイドピン４７により回転が規
制されており、工具マガジン側端部に前記連結駒４４と
係脱自在に係合するフック４８が固着されている。更に
フックボデー４６には主軸頭側に連結用の穴４６ａが水
平に穿設されていて、主軸頭５の下端対応位置に連結ピ
ン４９が水平に取着されている。

【００２１】更に、コラム３のテーブル２側端面に切削
領域と工具マガジン３１とを仕切る図示しない防塵カバ
ーが開閉可能に設けられており、防塵カバーはＮＣの工
具交換指令で自動的に開くようになっている。尚、防塵
カバーの代わりにエアカーテンを設けて切粉等の塵が工
具マガジンにかからないようにすることもできる。

【００２２】続いて本実施例の作用を説明する。最初
に、ＡＴＣにおける主軸頭５の工具交換位置（ホームポ
ジション）は、図１に示すようにＺ軸が上限位置ａより
ｃだけ下のＡ位置で、Ｙ軸は加工領域後方限度位置ｂよ
り更にｄだけ後方のＢ位置と決められていて、Ｙ軸方向
Ｂ位置への主軸頭５の移動はＮＣより工具交換指令が出
ているときのみ可能である。

【００２３】ＮＣより工具交換指令が出ると主軸頭５が
Ｚ軸方向Ａ位置とＹ軸方向ｂ位置に位置決めされたの
ち、更にＹ軸方向に距離ｄだけ後方のＢ位置に移動して
ホームポジションに位置決めされ、このとき連結ピン４
９がフックボデー４６の穴４６ａに挿入される。この状
態で既に流体圧シリンダ２９の下室に圧力流体が供給さ
れてシフタ２７を介してシフトギア１４が上側に移動
し、ギア１４Ｂが第２駆動ギアー２５と噛合し、ロック
ピン２８が第１駆動ギア２４の貫通穴２４ａに挿入され
ている。

【００２４】次いでサーボモータ１６が回転してシンク
ロベルト１８を介してスプライン軸１３が回転される
と、ギア１４Ｂ，第２駆動ギア２５を介して駆動軸２１
が回転し、更にシンクロベルト３０を介して旋回中心軸
１１が回転して工具交換アーム１２が図４で反時計方向
に９０°旋回し、両端の把持爪１２ａで主軸６装着工具
Ｔとマガジン側ホームポジションに割出されているマガ
ジンポット４３貯蔵工具Ｔとを同時に把持する。

【００２５】次いで主軸装着工具Ｔのアンクランプが行
われたあと、図示しないＺ軸モータにより主軸頭５がＺ
軸方向へ距離ｃだけ上昇する。このとき主軸側工具Ｔも
マガジン側工具Ｔも工具交換アーム１２により把持され
て上下動が規制されており、主軸頭５の上昇で連結ピン
４９を介してフックボデー４６，フック４８が上昇し、
更に連結駒４７を介してマガジンポット４３がポットガ
イド４１に沿って上昇する。この主軸頭５とポットガイ
ド４１の上昇で両工具Ｔが主軸６とのポットガイド４１
から同時に抜き取られる。

【００２６】次いで工具交換アーム１２が時計方向又は
反時計方向に１８０°旋回して把持する両工具Ｔの位置
が入れ替わり、主軸頭５がＺ軸方向へ距離ｃだけ下降す
るとマガジンポット４３が同時に下降し、主軸６に次の
加工に必要な工具Ｔが挿入されて工具クランプが行わ
れ、同時にマガジンポット４３に使用済工具Ｔが挿入さ
れてクランプされる。

【００２７】次いで工具交換アーム１２が図４で時計方
向に９０°旋回して両工具Ｔから離れて待機姿勢とな
り、主軸頭５がＹ軸方向へ距離ｄだけ前側に移動して連
結ピン４９がフックボデー４６の穴４６ａから抜き取ら
れたのち、Ｚ軸及びＹ軸方向に移動して切削加工が再開
される。

【００２８】次いで工具マガジン３１の工具割出し指令
が出ると、流体圧シリンダ２９の上室に圧力流体が供給
されてシフトギア１４のギア１４Ａが第１駆動ギア２４
と噛合し、同時にロックピン２８が第２駆動ギア２５の
貫通穴２５ａに挿入されて工具交換アーム１２の旋回が
規制される。

【００２９】次いでサーボモータ１６が時計方向又は反
時計方向に回転して、チエン歯車３４，ポットチエン３
９を介してマカジンポット４３が旋回し、次に使用する
工具Ｔを有するマガジンポット４３が工具マガジンのホ
ームポジションに割出される。

【００３０】尚、このマガジンポット４３旋回時に工具
マガジンのホームポジションを通過する際連結駒４４と
マガジンポット上面との隙間を通ってフック４８が通過
できるようになっているので、フック４８によりマガジ
ンポット４３の旋回が妨げられることはない。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。請求項１は、工具交換
位置に位置決めされた主軸とマガジン側工具交換位置に
割出されたマガジンポット間における工具交換動作にお
いて、ツイーン形工具交換アームを待機位置から９０°
旋回して主軸装着工具とマガジンポット貯蔵工具とを同
時に把持し、主軸頭の上下動で連結ピン部材により主軸
頭と連結されたフック部材と係合する連結駒を有するマ
ガジンポットをともに上下動させて、工具の抜き差しを
行うようにしたので、工具抜き差し用駆動モータが不要
となり簡素な構造となってコストダウンが可能となる。

【００３２】請求項２は、一個の駆動モータでシフトギ
アによる噛合の切り換えにより工具マガジンの旋回割出
しと工具交換アームの旋回との両方の駆動を行うように
したので、個々に必要であった駆動モータが一個で済む
ようになり、駆動系の簡素化による大幅なコストダウン
と省スペース化が可能となる。

【００３３】請求項３は、シフトギアの切り換えと同時
に非駆動側の動きを拘束するようにしたので、工具マガ
ジン駆動中に誤って交換アームユニットが動くことがな
く、また交換アームユニット駆動中に誤って工具マガジ
ンが動くことがなくなり簡素にして確実な安価なロック
機構を有する自動工具交換アームとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動工具交換装置を有する工作機械の
自動工具交換装置部分を示す縦断面図である。

【図２】図１の駆動部の拡大図である。

【図３】図１のイーイ線矢視断面図である。

【図４】自動工具交換装置の上視図である。

【図５】自動工具交換装置を有する工作機械の側面の姿
図である。

【符号の説明】

１ ベッド ２ テーブル ３ コラム ５ 主軸頭 ６ 主軸 ９ 交換アームユニット １２ 自動交換アーム １４ シフトギア １６ 駆動モータ ２４ 第１駆動ギア ２５ 第２駆動ギア ２７ シフタ ２８ ロックピン ３１ 工具マガジン ３４，３７ チエン歯車 ３９ ポットチエン ４１ ポットガイド ４３ マガジンポット ４４ 連結駒 ４６ フックボデー ４８ フック ４９ 連結ピン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直及び水平方向に移動位置決め可能な
   垂直方向の主軸頭の近傍に設けられ複数の工具を貯蔵し
   て主軸に平行な工具交換位置に割り出す工具マガジン
   と、該工具マガジンと前記主軸頭との間に設けられた交
   換アームユニットからなる自動工具交換装置を有する工
   作機械において、前記工具マガジンのポットチエンに固
   着の垂直方向の案内に沿って上下動可能に設けられたマ
   ガジンポットと、前記交換アームユニットの旋回中心軸
   のまわりで旋回のみ可能に設けられたツイーン形工具交
   換アームと、該ツイーン形工具交換アームを９０°と１
   ８０°旋回する駆動手段と、前記旋回中心軸の前記ツイ
   ーン形工具交換アームの上側に上下動のみ可能に設けら
   れたフック部材と、前記主軸頭の下端部水平に設けられ
   前記主軸頭の水平移動で前記フック部材と係脱自在に係
   合する連結ピン部材と、前記マガジンポットの上面に設
   けられ前記マガジンポットが工具交換位置に旋回された
   とき前記フック部材と係脱自在に係合する連結駒とから
   なり、ツイーン形工具交換アームの旋回と主軸頭の上下
   動による抜き差し動作とで工具交換を行うことを特徴と
   する自動工具交換装置を有する工作機械。
2. 【請求項２】 主軸頭の近傍に設けられ複数の工具を貯
   蔵して工具交換位置に割出す工具マガジンと、該工具マ
   ガジンと前記主軸頭との間で工具交換を行う交換アーム
   ユニットからなる自動工具交換装置を有する工作機械に
   おいて、前記工具マガジンの貯蔵工具の旋回割出し用第
   １駆動ギアと前記交換アームユニットのツイーン形工具
   交換アームの工具交換動作用第２駆動ギアとに選択的に
   噛合する軸方向移動可能なシフトギアと、該シフトギア
   を軸方向移動する駆動部材と、前記シフトギアを回転す
   る駆動モータとからなり、一個の駆動モータにより工具
   マガジンの旋回割出しと工具交換アームの旋回との両方
   の駆動を行うことを特徴とする自動工具交換装置を有す
   る工作機械。
3. 【請求項３】 シフトギアを軸方向移動する駆動部材に
   前記シフトギアが第１駆動ギアと噛合したとき第２駆動
   ギアと係合し前記シフトギアが第２駆動ギアと噛合した
   とき第１駆動ギアと係合するロックピン部材を設けて係
   合した方のギアの回転を拘束するようにしたことを特徴
   とする請求項２記載の自動工具交換装置を有する工作機
   械。