JPH0839382A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本機の主軸ラム７に自動装着されるテーパ仕
様が異なる複数のアタッチメントヘッド８に対応可能な
自動工具交換装置を提供する。 【構成】 マガジン装置９のテーパ仕様の異なる複数の
ツールポットに異種シャンクの工具を貯蔵し、主軸ラム
に装着のアタッチメントと同一テーパ仕様の工具を選択
して工具交換位置に割出し、交換アームユニット１１の
複合交換アーム１２の割出された工具の把持溝に対応す
るグリッパにより工具を把持して交換アームユニットの
動きでアタッチメント主軸２３とツールポットとの間の
工具交換を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は装着工具のテーパシャン
クの寸法，形状が異なる複数のアタッチメントが自動装
着されるマシニングセンタ等工作機械の自動工具交換装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、装着工具のテーパシャンクのテー
パの寸法，形状が異なる複数のアタッチメントを自動ア
タッチメント交換装置により本機に装着して複合加工を
行うマシニングセンタ等工作機械において、本機装着ア
タッチメントの主軸に異なるシャンク仕様の工具を交換
する方法は、マニュアルによる工具交換か、平面内に並
べられた工具を直接アタッチメント主軸にてピックアッ
プするか、各シャンク仕様に合った複数のマガジン装置
と交換アームユニットを設けて自動交換する方法等が行
われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたマ
ニュアルによる工具交換は、最近の自動化のニーズに添
えないという問題を有し、平面内に工具を並べる方法
は、工具の収納スペースが大きくなり、収納本数や加工
エリアに制限がでるという問題を有している。また、複
数の交換アームユニットにより自動交換を行う方法は、
交換ユニットが複雑かつコスト高になるという問題を有
している。本発明は従来の技術の有するこのような問題
点に鑑みなされたものであり、その目的とするところ
は、標準主軸の他に小型ヘッド又は高速ヘッド等異なる
シャンク仕様の工具を用いる主軸に対しても自動工具交
換が出来る簡素で低コストの自動工具交換装置を提供し
ようとするものである。

【０００４】

【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は、装着工具のテー
パシャンクの寸法，形状が異なる複数のアタッチメント
の自動交換が可能な工作機械の自動工具交換装置におい
て、前記装着工具のテーパシャンクに対応する異なるテ
ーパ穴のツールポットを複数個備え、適宜交換位置に割
出すマガジン装置と、該マガジン装置を駆動する第１駆
動手段と、前記装着工具のテーパシャンクの把持溝に対
応する異なるグリッパの複数本のツインアームを同一旋
回面内において等間隔かつ放射状に配設した複合交換ア
ームを旋回中心軸のまわりで割出し及び抜き差し可能に
有する交換アームユニットと、該交換アームユニットを
駆動する第２駆動手段と、前記マガジン装置のツールポ
ットに貯蔵する工具から本機装着の前記アタッチメント
に適合するテーパシャンクの工具を選択して前記複合交
換アームの対応グリッパにより工具交換を行う制御手段
を含んでなるものである。

【０００５】制御手段は加工プログラムを記憶する部材
と、複数の自動工具交換プログラムを記憶する部材と、
前記加工プログラム中の現工具及び次工具のテーパシャ
ンクの寸法，形状を判別する部材と、判別された工具の
組合せに適合する特定の交換プログラムを選択する部材
と、選択された交換プログラムに従って第１駆動手段及
び第２駆動手段を制御する部材からなるものである。

【０００６】ツールポットは大径テーパ穴に必要に応じ
て小径テーパ穴を有するアダプタポットを挿着するもの
であるものである。

【０００７】

【作用】請求項１及び請求項２は、マガジン装置に異な
るテーパ仕様の複数の工具を貯蔵し、必要に応じて本機
に自動装置されるアタッチメントのテーパ仕様に合った
工具を選択して交換位置に割出し、割出した工具の把持
溝に合ったグリッパを選択して工具を把持し、交換アー
ムユニットの交換動作によりマガジン装置と本機装置ア
タッチメント主軸との間の工具交換を行う。

【０００８】請求項３は、マガジン装置の大径テーパシ
ャンクに対応するテーパ穴を有するツールポットに、必
要に応じて小径テーパシャンクに対応するテーパ穴を有
するアダプタポットを挿着し、貯蔵工具の大径テーパシ
ャンクと小径テーパシャンクの比の変更にチエンを分解
することなく対応する。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例を図面にもとづいて説明
する。図１のマシニングセンタにおいて、床上に設置さ
れたベッド１上にテーブル２がＸ軸（前後）方向に移動
位置決め可能に載置されている。ベッド１両脇の床上に
コラム３が立設され、コラム３上にトップビーム４が固
着されている。コラム３は前面にＷ軸（上下）方向の案
内を有し、このＷ軸案内上にクロスレール５が移動位置
決め可能に取付けられている。クロスレール５は前面に
Ｙ軸（左右）方向の案内を有し、このＹ軸案内上に主軸
頭６が移動位置決め可能に載架され、主軸頭６に主軸ラ
ム７がＺ軸（上下）方向に移動位置決め可能に設けられ
ている。

【００１０】主軸ラム７の先端にアタッチメントヘッド
８が着脱可能に取付けられていて、アタッチメント交換
装置１０に待機する異なるテーパシャンクの工具を用い
るアタッチメントと交換可能である。左側コラム３の左
端に異種シャンク仕様の工具が収納可能な工具マガジン
装置９が配設されている。クロスレール５の左下部に水
平面内において工具マガジン側と主軸側に旋回及び直線
移動可能に交換アームユニット１１が設けられていて、
交換アームユニット１１は異種シャンクに設けられてい
る把持径の異なるＶ字形の把持溝に対応するグリッパＡ
１，Ａ２又はＢ１，Ｂ２をそれぞれ両端に有する二本の
ツインアームを、互いに直角かつ放射状に一体に組合せ
た複合交換アーム１２を、旋回中心軸１３のまわりで旋
回可能かつ旋回中心軸方向に抜き差し（繰り出し及び引
込み）可能に有している。

【００１１】図２は交換アームユニット９の断面図であ
る。複合交換アーム１２を先端に有する旋回中心軸１３
はユニット本体１４に軸方向移動及び旋回可能に支持さ
れていて、ユニット本体１４に旋回中心軸１３と平行に
固着の直動形油圧シリンダ１５により抜き差しされる。
更にユニット本体１４内には油圧駆動の１８０°回転シ
リンダ１６と９０°回転シリンダ１７が直列に連結され
たダブルシリンダが旋回中心軸１３と平行に設けられて
いて、ダブルシリンダの共通出力軸に歯車１８が嵌着さ
れている。

【００１２】旋回中心軸１３は後端にめすスプライン１
９が固着されていて、このめすスプライン１９に係合す
るスプライン軸２１が、旋回中心軸１３の中心穴に同心
に遊に挿通されて、ユニット本体１４に回転可能に支持
されている。スプライン軸２１の後端に嵌着される歯車
２２が前記の歯車１８と噛合されていて、旋回中心軸１
３はダブルシリンダにより９０°と１８０°に旋回され
る。

【００１３】工具マガジン装置９は図３に示すように複
数のツールポットをチエンプレート３５によりエンドレ
スに連結し、図示しない旋回駆動装置により次工具に指
定された工具を有するポットを交換位置に割出すもので
ある。ツールポット３０はＭＡＳ−４０用で、ツールポ
ット３３はＭＡＳ−５０用である。

【００１４】ＭＡＳ−４０のテーパ穴３０ａを有するツ
ールポット３０は、ブッシュ３１が同心に嵌着されてい
て、ブッシュ３１に工具有無検出軸３２が軸方向移動可
能に嵌挿され、検出軸３２はばね３６により常時引込勝
手に付勢されている。アダプタポット３４はＭＡＳ−５
０のテーパ穴３３ａを有するツールポット３３に、ＭＡ
Ｓ−４０のシャンクを有する工具を装着するためのもの
で、外径の一部がＭＡＳ−５０のテーパに形成され、ツ
ールポット３３のテーパ穴３３ａ穴に挿入されてスナッ
プリング３７により軸方向移動が規制されていて、上述
と同様ブッシュ３１及び工具有無検出軸３２が取付けら
れている。従ってアダプタポット３４を着脱することに
よりチエンを分解することなくシャンク仕様に合わせる
ことができる。

【００１５】図４は、異なるシャンク仕様の複数の工具
を主軸ラム７装着のアタッチメントヘッド８に合わせて
自動交換するためのＮＣ装置４０の制御システムを表す
ブロック線図である。ＮＣプログラム記憶部４１は加工
プログラムを記憶する部分。ＮＣプログラム解釈部４２
は、加工プログラムの内容を解釈して必要部に仕分けす
る部分。シャンク形状判別部４３は加工プログラム中の
現工具及び次工具のシャンク形状を判断する部分。

【００１６】工具交換プログラム記憶部４４は複数の自
動工具交換プログラムを記憶する部分。工具交換プログ
ラム選択部４５はシャンク形状判別部４３により判別さ
れた工具シャンクの組合わせに適合する特定の交換プロ
グラムを選択する部分。工具交換装置制御部４６は、選
択された交換プログラムに従って工具交換装置のマガジ
ン装置９及び交換アームユニット１１の各モータ及び油
圧シリンダ制御用電磁切換弁を制御する部分である。

【００１７】続いて本実施例の作用について図５の動作
説明図に従い主軸ラム７に装着された例えばＭＡＳ−５
０テーパシャンク工具を用いるアタッチメントヘッド８
の主軸２３より現工具を抜き取り、ＭＡＳ−４０テーパ
シャンクの別のアタッチメント用の次工具を準備するま
でについて説明する。

【００１８】今、アタッチメント８の主軸２３に図示し
ないＭＡＳ−５０テーパシャンクの現工具が装着されて
いて、交換アームユニット１１は実線で示すように主軸
側待機位置にあって、ＭＡＳ−５０テーパシャンクの把
持溝に適合するグリッパの一方Ａ１が主軸２３側に割出
されている。この交換アームユニット１１がＹ軸方向主
軸２３側に移動し（動作を示す記号ａ）、工具の把持溝
をグリッパＡ１によってつかむ。

【００１９】次いで複合交換アーム１２の旋回中心軸１
３が軸方向に繰り出して（ｂ）、主軸２３より現（返
却）工具を抜き取り、１８０°旋回して（ｃ）、図で右
側の仮想線で示す姿勢となり、旋回中心軸１３を引込む
（ｄ）。このとき仮にグリッパＡ２にＭＡＳ−５０テー
パシャンクの次工具を把持していれば、この引込み動作
（ｄ）で主軸２３に次工具を装着することになる。

【００２０】次いで交換アームユニット１１のＹ軸方向
反主軸側移動（ｅ）で、主軸２３から離れる。複合交換
アーム１２のグリッパＡ１に保持されたＭＡＳ−５０テ
ーパシャンクの返却工具は、旋回中心軸１３の繰り出し
（ｆ）と、交換アームユニット１１のマガジン位置への
ほぼ９０°旋回（ｇ）で、工具マガジン装置９の交換位
置に割出されている空のツールポット３３と同心とな
る。次いで旋回中心軸１３の引込み（ｈ）で、現工具が
ツールポット３３に返却され、交換アームユニット１１
がマガジン側待機位置に移動し（ｉ）返却工具から離れ
る。

【００２１】次いでＭＡＳ−４０テーパシャンクの工具
を交換するため複合交換アーム１２が９０°旋回し
（ｊ）、ＭＡＳ−４０テーパシャンクの把持溝に適合す
るグリッパの一方Ｂ１がツールポット側に割出され、図
で左側の仮想線の姿勢となる。この間に工具マガジン装
置９はツールポット３０に収納される次工具を交換位置
に割出す（ｋ）。続いて交換アームユニット１１は動作
ｉ−ｈ−ｇ−ｆと上述の逆をたどり、主軸側待機位置に
て次工具交換に備える。

【００２２】これらの動作中に主軸ラム７に装着されて
いたＭＡＳ−５０仕様のアタッチメントヘッド８は、次
のＭＡＳ−４０仕様のアタッチメントに交換される。そ
して待機するＭＡＳ−４０テーパシャンクの次工具が新
しく主軸ラム７に装着されたアタッチメントヘッドの主
軸に装着される。

【００２３】図６はＮＣ駆動により抜き差し及び旋回を
行う駆動方式の異なる別の交換アームユニットの例を示
す図で、図２の油圧駆動方式の交換アームユニットに代
えることができる。ユニット本体５１には中空の旋回中
心軸５２が軸受５３，５４により回転可能に支持されて
いて、長手過半分が本体５１より突出し、中心穴先端部
にめすスプライン５５が嵌着されている。

【００２４】旋回中心軸５２の突出部外周に中空軸５６
が軸方向移動可能に嵌合されていて、中空軸５６の先端
に固着の蓋５７にスプライン軸５８の先端が固着され、
スプライン軸５８はめすスプライン５５と係合されてい
る。中空軸５６には本体寄り位置に前述の複合交換アー
ム１２と同様の異なるシャンク仕様の把持溝に対応する
グリッパを有する複合交換アーム５９が固着されてい
る。

【００２５】本体５１に旋回中心軸５２と平行にＮＣ制
御の抜き差し用サーボモータ６２と旋回用サーボモータ
６３が固着されている。抜き差し用サーボモータ６２の
出力軸６２ａにはプーリ６４が嵌着されていて、ボール
ねじ６０の端部に嵌着されるプーリ６５との間にシンク
ロベルト６６が張設されている。旋回用サーボモータ６
３の出力軸６３ａにはプーリ６７が嵌着されていて、旋
回中心軸５２とスプライン軸５８と減速器７２，継手７
３を介して連結されているアーム駆動軸６８の端部に嵌
着されるプーリ６９と、前記プーリとの間にシンクロベ
ルト７１が張設されている。

【００２６】抜き差し用サーボモータ６２により回動さ
れるボールねじ６０にはボールナット７４が螺合されて
いて、ボールナット７４に本体５１に軸方向移動可能に
支持されている抜き差し用案内軸７５の後端が図示しな
い連結金具を介して固着され、案内軸７５の先端が中空
軸５６の外周に係合されている抜き差し用ブラケット７
６に固着されている。

【００２７】このように構成されているＮＣ駆動方式の
交換アームユニットによれば、複合交換アーム５９の抜
き差し時の移動距離を任意に設定できるため、シャンク
仕様に応じて移動距離を変えることができ、交換時間を
短縮することができる。また、複合交換アーム５９の旋
回角度も任意に設定できるため図７の模式図に示すよう
に３種のグリッパＡ１，Ａ２、Ｂ１，Ｂ２、Ｃ１，Ｃ２
を有する複合交換アームとすることも可能である。

【００２８】また、図８の模式図に示すように旋回によ
り工具の把持及び把持解除を行う方式の複合交換アーム
を有する交換アームユニットにも対応可能となる。尚、
本実施例は立形マシニングセンタの自動工具交換装置に
ついて説明したが、横形等他の形式のマシニングセンタ
にも対応可能なことは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】本発明の自動工具交換装置は上述のとお
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及び請求項２は、マガジン装置に異なるテーパ仕
様の複数の工具を貯蔵し、本機装着アタッチメントのテ
ーパ仕様に合った貯蔵工具を選択して交換位置に割出
し、複合交換アームのテーパシャンクの把持溝に適合す
るグリッパにより工具を把持して交換アームユニットの
動きで本機装着アタッチメントの主軸との間で工具交換
を行うようにしたので、マガジン装置及び交換アームユ
ニットを現状より大きく変えることなく異種シャンク工
具の自動交換が可能となり、複雑な工具交換動作にかか
わらず簡素かつ低コストの自動工具交換装置が実現す
る。

【００３０】請求項３は、マガジン装置の大径テーパ穴
を有するツールポットに小径テーパ穴を有するアダプタ
ポットを挿入して、異種テーパシャンクの工具を貯蔵で
きるようにしたので、貯蔵工具の大径テーパシャンクと
小径テーパシャンクの比の変更にチエンを分解すること
なく容易に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の自動工具交換装置を備えるマシニン
グセンタの斜視姿図である。

【図２】油圧駆動の交換アームユニットの正面断面図で
ある。

【図３】マガジン装置のツールポットの断面図である。

【図４】異種シャンク工具を交換するための制御システ
ムのブロック線図である。

【図５】本実施例の工具交換動作の説明図である。

【図６】ＮＣ駆動の他の交換アームユニットの正面断面
図である。

【図７】三つの異種シャンクに対応する複合交換アーム
の模式図である。

【図８】旋回により工具把持を行う複合交換アームの模
式図である。

【符号の説明】

７ 主軸ラム ８ アタッチメントヘッド ９ マガジン装置 １０ 自動アタッチメント交換装置 １１ 交換アームユニット １２，５９ 複合交換アーム １３，５２ 旋回中心軸 １５ 直動形油圧シリンダ １６ １８０°回転シリンダ １７ ９０°回転シリンダ ３０，３３ ツールポット ３４ アダプタポット ４０ ＮＣ装置 ４３ シャンク形状判別部 ４５ 工具交換プログラム選択部 ６２ 抜き差し用サーボモータ ６３ 旋回用サーボモータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装着工具のテーパシャンクの寸法，形状
   が異なる複数のアタッチメントの自動交換が可能な工作
   機械の自動工具交換装置において、前記装着工具のテー
   パシャンクに対応する異なるテーパ穴のツールポットを
   複数個備え、適宜交換位置に割出すマガジン装置と、該
   マガジン装置を駆動する第１駆動手段と、前記装着工具
   のテーパシャンクの把持溝に対応する異なるグリッパの
   複数本のツインアームを同一旋回面内において等間隔か
   つ放射状に配設した複合交換アームを旋回中心軸のまわ
   りで割出し及び抜き差し可能に有する交換アームユニッ
   トと、該交換アームユニットを駆動する第２駆動手段
   と、前記マガジン装置のツールポットに貯蔵する工具か
   ら本機装着の前記アタッチメントに適合するテーパシャ
   ンクの工具を選択して前記複合交換アームの対応グリッ
   パにより工具交換を行う制御手段を含んでなることを特
   徴とする自動工具交換装置。
2. 【請求項２】 制御手段は加工プログラムを記憶する部
   材と、複数の自動工具交換プログラムを記憶する部材
   と、前記加工プログラム中の現工具及び次工具のテーパ
   シャンクの寸法，形状を判別する部材と、判別された工
   具の組合せに適合する特定の交換プログラムを選択する
   部材と、選択された交換プログラムに従って第１駆動手
   段及び第２駆動手段を制御する部材からなるものである
   請求項１記載の自動工具交換装置。
3. 【請求項３】 ツールポットは大径テーパ穴に必要に応
   じて小径テーパ穴を有するアダプタポットを挿着するも
   のである請求項１記載の自動工具交換装置。