JPH088047Y2 - 工具交換アーム - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、マシニングセンタ等NC工作機械の自動工具
交換装置（以下ATCと呼ぶ）の工具交換アームに関する
ものである。

従来の技術 従来、マシニングセンタ等比較的大形のNC工作機械
は、工具マガジンが離れた位置に設置されているため、
工具交換アームに工具を把持した状態で、工具交換アー
ムユニットがマガジン側と主軸側とを往復する構造のも
のが多く、工具搬送時には工具交換アームの工具把持爪
をクランプして工具の脱落を防止する必要がある。この
工具把持爪のクランプのかけ外し機構は、工具交換アー
ムの工具抜き動作開始でクランプとなり、差し位置でア
ンクランプとなる構造が一般的で、工具抜き位置（アー
ム軸が伸び切った状態）のまま搬送を行うと、重量工具
の場合工具のモーメント荷重がアーム軸に負担をかける
ことになる。このため第９図，第10図に示すように搬送
中には工具差し位置でも工具把持爪のクランプが行える
ように、工具交換アーム101に設けられたクランプかけ
外し用カム軸102を押し込んでアンクランプとするアン
クランプピン103を、軸方向移動可能かつばねにより引
込勝手に付勢し、ラック，ピニオンを有する連動機構を
介して板カム104が軸105に当接したときのみ、アンクラ
ンプピン103がばねの力に抗して押し出されて、アンク
ランプ動作を実行する機構が開発されている。

考案が解決しようとする課題 従来の技術で述べた工具交換アームが工具差し位置で
も把持爪クランプのかけ外しが行える機構は、構造が複
雑でコスト高となり故障の原因となるという問題点を有
していた。

本考案は、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、簡素
な構造でアーム軸に工具重量によるモーメント荷重のか
からない工具差し位置又はその近くで把持爪をクランプ
状態に保って工具を搬送することができる工具交換アー
ムを提供しようとするものである。

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考案における工具交換ア
ームは、NC工作機械の工具マガジン装置と主軸との間で
工具交換アームユニットの移動と工具交換アームの旋回
及び抜き差し動作により工具の自動交換を行う自動工具
交換装置において、NC制御により旋回及び旋回途中の位
置決め、並びに抜き差し動作及び抜き差し工程途中で位
置決め可能な工具交換アームと、該工具交換アーム本体
端の開閉形把持爪のそれぞれの後端に枢結され軸方向に
移動可能に設けられたロッド部材と、前記工具交換アー
ム本体にアーム旋回軸と平行且つ軸方向移動可能に設け
られて常に突出方向に付勢され前記ロッド部材の内端が
落ち込みアンクランプとなる逃げ溝が刻設されたカム軸
と、該カム軸と同心に工具交換アーム枠体に設けられ、
工具交換アームの抜き差し位置でカム軸に当接してアン
クランプ位置とするドックピンとを含んでなり、工具交
換アームをカム軸がドッグピンに当接しないクランプ位
置として工具を搬送する構成となしたものである。

また、NC工作機械の工具マガジン装置と主軸との間で
工具交換アームユニットの移動と工具交換アームの旋回
及び抜き差し動作により工具の自動交換を行う自動工具
交換装置において、NC制御により旋回並びに抜き差し動
作及び抜き差し工程の途中位置で位置決め可能な工具交
換アームと、該工具交換アーム本体端の工具把持爪の半
円開口部の前側に出没可能に設けられ常時突出方向に付
勢され内端部を前記工具交換アームの軸方向固定の旋回
軸に当接するロッド部材と、前記旋回軸に設けられ工具
交換アームが差し位置のとき前記ロッド部材内端の拘束
を解きアンクランプとする逃げ溝とを含んでなり、工具
交換アームを抜き差し工程の途中位置に位置決めしてロ
ッド部材端が逃げ溝より外れた把持爪のクランプ位置と
して工具を搬送する構成となしたものである。

作用 請求項１のものは、主軸に装着された工具による切削
加工が終わると工具交換アームがＹ軸に対して僅かに斜
め方向に向いてドッグピンとカム軸の当接をさけた位置
で待機中の工具交換アームユニットが主軸工具交換位置
に移動される。この移動中次工具を把持する工具交換ア
ームは、工具をクランプしており、工具交換位置の手前
で工具交換アームは抜き側に僅かに移動してＹ軸方向に
旋回して、差し側に移動し差し位置で把持爪のクランプ
が解除され、次いで工具変換位置に位置決めされ、主軸
に対する工具交換が行われる。

請求項２のものは、主軸に装着された工具による切削
加工が終わると、マガジン側待機位置で待機中の工具交
換アームユニットがＹ軸方向主側工具交換位置に移動さ
れる。この移動中次工具を把持する工具交換アームは、
途中位置に位置決めされて把持爪がクランプされてお
り、主軸側工具交換位置の手前で主軸工具に対して工具
交換可能な差し位置とされて把持爪のクランプが解除さ
れたのち、工具交換位置に位置決めされて主軸に対する
工具交換が行われる。

実施例 第１実施例について第１図〜第６図を参照して説明す
る。

周知の門形マシニングセンタにおいて、ベッド１上に
設けられたＸ軸方向の案内上に、テーブル２が移動位置
決め可能に載置され、ベッド１の両側床上に立設された
コラム３上にトップビーム４が取り付けられている。コ
ラム３の前面にＺ軸方向の摺動面が削設されており、こ
の摺動面上に横桁５が移動位置決め可能に設けられてい
る。横桁５にはＹ軸方向の摺動面が削設されており、こ
の摺動面上に主軸頭６が移動可能に載架されている。主
軸頭６には主軸スリーブ10がＺ軸方向に移動位置決め可
能に嵌挿されており、主軸スリーブ10に複数の軸受によ
り主軸７が回転可能に軸承され、，主軸頭内に図示しな
い主軸工具引上げ装置が組込まれている。

コラム３の左側に工具マガジン装置８が設置されてお
り、工具マガジン装置８は複数の工具をＹ軸方向左側向
きに貯蔵する複数のマガジンポットがリンク状の鎖によ
りエンドレスに連結されており、図示しない旋回割出装
置により指定ポットを前側の工具交換位置に旋回割出し
するようになっている。工具マガジン装置８のマガジン
フレームには工具交換位置の近くに図示しないレデイス
テーションが90°旋回可能に設けられ、この近くにマガ
ジンポットとレデイステーションポットの間の工具交換
を行う図示しないサブアーム装置が設けられている。

横桁５のＹ軸方向の摺動面上に、主軸頭６と工具マガ
ジン装置８との間で工具の搬送を行うキャリア９が移動
可能に設けられており、キャリア９に工具交換アームユ
ニット11がＹ軸方向の旋回中心軸12のまわりで90°旋回
割出し可能に設けられている。工具交換アームユニット
11の枠体13には中空のアーム旋回軸14が軸受15,16によ
り旋回可能に軸承され、長手過半分が枠体端面より突出
しており、アーム旋回軸14の中心穴先端部に、めすスプ
ライン17が嵌着されている。更にアーム旋回軸14の突出
部外周に中空軸18が軸方向移動可能に嵌合されており、
中空軸18の先端に固着の蓋19に、スプライン軸21の先端
が固着され、スプライン軸21はめすスプライン17と軸方
向移動可能に嵌合されている。中空軸18には枠体13寄り
位置に、工具把持爪を両側に有する後述のツイングリッ
パ形の工具交換アーム22が固着されている。

枠体13にはアーム旋回軸14と平行にNC駆動の抜き差し
用サーボモータ23と、旋回用サーボモータ24が固着され
ており、サーボモータ23とアーム旋回軸14の中央平行に
複数の軸受けにより転造ボールねじ25が回転可能に支持
されている。そして転造ボールねじ25の上端に嵌着され
るプーリ26と、抜き差し用サーボモータ23の出力軸23a
に嵌着されるプーリ27との間にシンクロベルト28が張設
されている。

更に転造ボールねじ25とアーム旋回軸14の近傍平行
に、抜き差し用案内軸29が軸方向移動可能に設けられて
いる。案内軸29は上端が転造ボールねじ25に螺合される
ボールナット31に連結金具32を介して固着されており、
下端に抜き差し用ブラケット33が固着され、ブラケット
33は中空軸18の外周に係合されている。アーム旋回軸14
の上方同心にアーム回転駆動軸34が回転可能に軸承され
ており、アーム回転駆動軸34は減速器35,継手36を介し
てアーム旋回軸14と連結され、アーム回転駆動軸34の上
端に嵌着されるプーリ37と、旋回用サーボモータ24の出
力軸24aに嵌着されるプーリ38の間にシンクロベルト39
が張設されている。

工具交換アーム22の本体は、２枚の平板41A,41Bがス
ペーサ40を介して組合わされた構造とされ、平板41A,41
Bの両端の中空部分に工具把持爪42A,42Bがピン43により
開閉可能に枢支されている。そして把持爪42A,42Bは側
面に設けられた板ばね44により常時閉状態に付勢されて
いる。把持爪42A,42Bの後端にはロッド45の頭部がピン4
6により旋回可能に枢支されており、ロッド45は先端寄
り位置をロッド支持軸47により軸方向移動可能に支持さ
れて先端が、工具交換アーム22本体に中空軸18に対して
平行かつ軸方向移動可能に設けられたカム軸48の外周に
当接するようになっている。そしてロッド45の頭部とロ
ッド支持軸47の間に圧縮ばね49が張設されており、把持
爪42A,42Bを閉じ勝手に付勢している。

カム軸48の大径部48aは、平板41Bに固着のキャップ51
の止まり穴に軸方向移動可能に嵌挿され，、キャップ51
の止まり穴内に圧縮ばね52が介装されており、カム軸48
はばね52により突出勝手に付勢されている。そしてカム
軸48の突出量は段差部端面48bにより規制されており、
カム軸48の小径部先端寄り位置に逃げ溝48cが刻設され
ている。

一方工具交換アームユニット11の枠体13には、工具交
換アーム22がＹ軸方向に旋回されたときのカム軸48の対
応位置に、アンクランプ用ドッグピン53がカム軸48に対
して同心に植設されており、工具交換アーム22が軸方向
移動して工具差し位置に位置決めされ最も枠体13に接近
した状態でドッグピン53がカム軸48の先端に当接して、
ばね52の力に抗してカム軸48が押し込まれ、逃げ溝48c
がロッド45先端位置に移動して、ロッド45の軸方向移動
が可能となり把持爪42A,42Bのクランプが解除され、工
具交換アーム22が工具抜き動作を開始してドッグピン53
から離れると、ばね52の力でカム軸が突出して把持爪の
クランプが行われるようになっている。

主軸スリーブ10には必要に応じて90°アンギュラアタ
ッチメント55が着脱可能に装着されるようになってお
り、90°アンギュラアタッチメント55は、第６図に示す
ようにアタッチメント本体56内に主軸７に対して軸心が
直交するアタッチメント主軸57が回転可能に支持されて
おり、アタッチメント主軸57は主軸７により駆動され
る。更にアタッチメント本体内には図示しない工具引上
げ機構と、割出機構とを備えており、アタッチメント本
体56はこの割出機構により水平面内において旋回割出可
能とされている。

続いて本実施例の作用について説明する。

今、主軸７に装着された工具Ｔにより切削加工が行わ
れ、NCの次工具指令で工具マガジン８より選出されて工
具交換位置に割出された次工具Ｔは、図示しないサブア
ーム装置を介して工具交換アーム22の一方の把持爪42A,
42Bに把持され下側を向き、工具交換アーム22は軸方向
位置が枠体13側の工具差し位置に位置決めされ、旋回位
置が第２図に仮想線にて示すようにドッグピン53がカム
軸48に当接してアンクランプにならないように、Ｙ軸に
対して僅かに斜め方向を向いた途中位置に位置決めさ
れ、工具マガジン装置８側の所定位置にてキャリアが待
機している。

主軸装着工具による切削加工が終わり、主軸スリーブ
10がＺ軸方向上側に移動して、所定の工具交換位置に位
置決めされ、NCより工具交換指令が出て、キャリア９が
Ｙ軸方向主軸側に移動され、主軸頭６左側の所定の工具
交換位置に位置決めされる手前で、工具交換アーム22が
抜き差し用サーボモータ23により僅かに軸方向抜き側に
移動するとともに、旋回用サーボモータ24により僅かに
旋回してＹ軸方向を向き、再び抜き差し用サーボモータ
23により軸方向差し側に移動して差し位置に位置決めさ
れる。これによりドッグピン53がカム軸48に当接して、
カム軸48をばね52の力に抗して押し込み、把持爪42A,42
Bのクランプが解除される。この状態で工具交換アーム
ユニット11が僅かに主軸側に移動して主軸側工具交換位
置に位置決めされると、工具交換アーム22の他方の空の
把持爪42A,42Bが主軸工具を把持する。次いで図示しな
い工具引上げ装置が作動して、主軸工具Ｔのクランプが
解除され、抜き差し用サーボモータ23が回転して転造ボ
ールねじ25,ボールナット31を介して工具交換アーム22
が軸方向抜き側に移動され、主軸工具を主軸７より抜き
取る。カム軸48がドッグピン53より離れ、把持爪がクラ
ンプ状態となる。次いで旋回用サーボモータ24が回転さ
れ、駆動軸34,スプライン軸21を介して工具交換アーム2
2が180°旋回されて、把持する両工具の位置が入れ替わ
り、抜き差し用サーボモータ23が逆回転して工具交換ア
ーム22が軸方向差し側に移動し、差し位置に位置決めさ
れて次工具が主軸に挿入される。そしてカム軸48がドッ
グピン53に当接して押し込まれ、逃げ溝48cがロッド45
先端位置に来て把持爪のクランプが解除される。次いで
工具交換アームユニットがＹ軸方向工具マガジン８側へ
移動を開始して把持爪42A,42Bが主軸工具Ｔから離れる
と、工具交換アーム22が僅かに旋回されてＹ軸に対して
斜めの姿勢となり、カム軸48がばね52の力で押し出され
て、把持爪42A,42Bがクランプされる。次いで工具交換
アームユニット11がマガジン側工具交換位置に位置決め
される手前で工具交換アーム22が前述と同様に僅かに抜
き側に軸方向移動したのち、僅かに旋回されてＹ軸方向
を向き、再び差し側に軸方向移動されて、把持爪クラン
プが解除されたのち、マガジン側工具交換位置に位置決
めされる。

次に主軸スリーブ10に、90°アンギュラアタッチメン
ト55が取付けられている場合の工具交換動作について説
明する。

アタッチメント主軸57に装着されている工具による切
削加工が終わると、主軸スリーブ10がＺ軸方向上側の工
具交換位置に位置決めされ，アタッチメント本体56が旋
回されてアタッチメント主軸57がＸ軸方向前向きに割出
される。次いでNCの工具交換指令で、工具交換アーム22
の一方の把持爪42A,42Bに次工具を把持してＹ軸に対し
て斜め方向を向き、工具を下向きにして待機中の工具交
換アームユニット11が、90°旋回されてアーム旋回軸14
がＸ軸方向となり、工具交換アーム22が前側を向く。次
いで工具交換アームユニット11がＹ軸方向主軸頭６側に
移動され、主軸頭６左側の工具交換位置に位置決めされ
る手前で、工具交換アームが軸方向抜き側に僅かに移動
されたのち、僅かに旋回されて水平となり、再び軸方向
差し側に移動されて差し位置に位置決めされ、ドッグピ
ン53先端が当接してカム軸48が押し込まれて把持爪のク
ランプが解除される。次いで工具交換アームユニット11
が僅かに移動して工具交換位置に位置決めされて、工具
交換アーム22の他方の空の把持爪42A,42Bでアタッチメ
ント主軸工具を把持する。次いで抜き差し用サーボモー
タ23が回転されて、工具交換アーム22が軸方向抜き側に
移動を開始すると、カム軸48がドッグピンから離れて把
持爪がクランプされ、旋回用サーボモータ24が回転され
て工具交換アーム22が180°旋回されたのち、抜き差し
用サーボモータ23が逆回転されて軸方向抜き差し側に移
動し、一方の把持爪42A,42Bに把持する次工具をアタッ
チメント主軸57に挿入する。この工具交換アーム22の差
し位置への軸方向移動で把持爪42A,42Bのクランプが解
除され、工具交換アームユニット11のマガジン側への移
動で工具交換アーム22が次工具から離れると、工具交換
アーム22が僅かに旋回されて斜め方向を向き、把持爪42
A,42Bがクランプされる。そして工具交換アームユニッ
ト11がマガジン側工具交換位置の手前まで移動すると工
具交換アームユニット11が90°旋回されて把持する返却
工具が下向きとなり、工具交換アーム22が前述と同様の
手順でＹ軸方向を向き、把持爪クランプが解除されたの
ち、マガジン側工具交換位置に位置決めされる。

次に第２実施例について説明する。

第２実施例の第１実施例と異なるところは工具交換ア
ームが第７図，第８図に示すように旋回把持形となって
いるところのみであり他は同一のため同一個所には同一
符号を付して説明を省略する。

中空軸18の鍔部に固着される工具交換アーム61の本体
62の両端部に半円形の工具把持爪62aが一体に形成さ
れ、本体62には把持爪62aの半円形部の反対側に開口さ
れる穴62bが旋回中心に向けて穿設されており、穴62bに
ロッド63が軸方向移動可能に嵌挿されている。ロッド63
は両端に互いに90°位相を異にするローラ64,65が回転
可能に枢支されており、ロッド63は圧縮ばね66により常
時突出勝手に付勢され、本体62の側面に固着の止め金67
により突出位置が規制されている。更にアーム旋回軸14
には、工具交換アーム61が差し位置のときのローラ65対
応位置に、逃げ溝14aが対称に刻設されており、工具交
換アーム61の旋回で把持爪62aが工具を把持する手前
で、ローラ64が工具に当接してばね61の力に抗してロッ
ド63が押し込まれて旋回し、工具を把持するようになっ
ている。

続いて本実施例の作用について説明する。

主軸７装着工具による切削加工が終わると、主軸スリ
ーブ10がＺ軸方向上側の工具交換位置に位置決めされ、
NCの工具交換指令で工具マガジン８側で待機中の工具交
換アームユニットがＹ軸方向主軸側に移動する。このと
き工具交換アーム61は第７図に仮想線にて示すように僅
かに軸方向抜き側に移動した途中位置に位置決めされて
おり、ローラ65がアーム旋回軸14の外周面に当接し、軸
方向移動が阻止されて、把持する次工具Ｔがクランプさ
れている。工具交換アームユニット11が主軸頭６左側の
工具交換位置に位置決めされると、工具交換アーム61が
僅かに軸方向移動して差し位置に位置決めされ、ロッド
63のクランプが解除されたのち、旋回して工具Ｔを把持
する。

次いで工具交換アーム61の軸方向に移動と180°旋回
により主軸７に次工具Ｔが挿入され、主軸工具が使用済
工具となって一方の把持爪62aに把持された状態とな
る。次いで再び工具交換アーム61が旋回されて主軸工具
Ｔから離れ、僅かに軸方向抜き側に移動してロッド63を
クランプして把持する使用済工具の落下を防止し、工具
交換アームユニット11のＹ軸方向移動でマガジン側に移
動される。

尚、本実施例は工具交換アームがツイングリッパ形式
のATCについて説明したが、シングルグリッパ形式の工
具交換アームにも適応可能なことは勿論である。またAT
Cとは別の工具搬送装置にも適応可能である。

考案の効果 本考案は、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のものはNC制御により工具交換アームをドッ
グピンとカム軸との当接をさける斜め位置に位置決めで
きるようにして把持爪のクランプを行って工具を搬送す
るようになし、また請求項２のものはNC制御により工具
交換アームを動作途中の所望の位置に位置決めできるよ
うにして最適の途中位置に位置決めして把持爪クランプ
を行って工具を搬送するようにしたので、極めて簡素な
構造で最も能率的に把持爪クランプのかけ外しができる
ようになり、ATC動作中の工具搬送の安全がコスト増に
なることなく確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の工具交換アームの側面図、第２図
は第１図の正面図、第３図は工具交換アームユニットの
断面図、第４図は門形マシニングセンタの姿図、第５図
は本機主軸に対する工具交換動作説明図、第６図は90°
アンギュラアタッチメント主軸に対する工具交換動作説
明図、第７図は第２実施例の工具交換アームの側面図、
第８図は第７図の正面図、第９図は従来の工具交換アー
ムの把持爪クランプかけ外し装置の側面図、第10図は第
９図のＡ−Ａ線断面図である。 ７……主軸、８……工具マガジン装置 11……工具交換アームユニット 22,61……工具交換アーム 23……工具抜き差し用サーボモータ 24……旋回用サーボモータ 42A,42B,62a……工具把持爪 45,63……ロッド、48……カム軸 53……ドッグピン

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】NC工作機械の工具マガジン装置と主軸との
   間で工具交換アームユニットの移動と工具交換アームの
   旋回及び抜き差し動作により工具の自動交換を行う自動
   工具交換装置において、NC制御により旋回及び旋回途中
   の位置決め、並びに抜き差し動作及び抜き差し工程途中
   で位置決め可能な工具交換アームと、該工具交換アーム
   本体端の開閉形把持爪のそれぞれの後端に枢結され軸方
   向に移動可能に設けられたロッド部材と、前記工具交換
   アーム本体にアーム旋回軸と平行且つ軸方向移動可能に
   設けられて常に突出方向に付勢され前記ロッド部材の内
   端が落ち込みアンクランプとなる逃げ溝が刻設されたカ
   ム軸と、該カム軸と同心に工具交換アーム枠体に設けら
   れ工具交換アームの抜き差し位置でカム軸に当接してア
   ンクランプ位置とするドッグピンとを含んでなり、工具
   交換アームをカム軸がドッグピンに当接しないクランプ
   位置として工具を搬送する構成となしたことを特徴とす
   る工具交換アーム。
2. 【請求項２】NC工作機械の工具マガジン装置と主軸との
   間で工具交換アームユニットの移動と工具交換アームの
   旋回及び抜き差し動作により工具の自動交換を行う自動
   工具交換装置において、NC制御により旋回並びに抜き差
   し動作及び抜き差し工程の途中位置で位置決め可能な工
   具交換アームと、該工具交換アーム本体端の工具把持爪
   の半円開口部の前側に出没可能に設けられ常時突出方向
   に付勢され内端部を前記工具交換アームの軸方向固定の
   旋回軸に当接するロッド部材と、前記旋回軸に設けられ
   工具交換アームが差し位置のとき前記ロッド部材内端の
   拘束を解きアンクランプとする逃げ溝とを含んでなり、
   工具交換アームを抜き差し工程の途中位置に位置決めし
   てロッド部材端が逃げ溝より外れた把持爪のクランプ位
   置として工具を搬送する構成となしたことを特徴とする
   工具交換アーム。