JPH1199431A - 工作機械における自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交換アームが短くて交換速度が速く、工具マ
ガジンへの工具のセットアップを工作機械の前面側から
行える自動工具交換装置を提供する。 【解決手段】 アーム駆動機構８７を内蔵するハウジン
グ８２の一端から突出するアーム軸８１に交換アーム８
３を固定する形式の交換アーム装置８０を使用し、ハウ
ジング８２を主軸ヘッド２０上の工具主軸２５に対して
その軸線方向の前方に位置させるように交換アーム装置
８０を配置固定する。上下送りされるワークサポート３
７，４５の一側において、工作機械の前面側から工具Ｔ
をセットできる工具マガジン９０と交換アーム装置８０
のハウジング８２とを工具主軸２５の前方位置で並行配
置する。中間搬送装置１００が工具マガジン９０の背面
から工具を取出し或いは戻すことができるように構成す
る。交換アーム装置８０，工具マガジン９０および中間
搬送装置１００を共通の基板７１に装架し、これらを単
一のユニットとして工作機械に組付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークと対面する
工具主軸の先端に複数の工具を選択的に装着する工作機
械における自動工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来技術】工作機械に使用される自動工具交換装置は
交換時間を短縮するためにこれまで幾多の改良がなされ
てきた。この目的に沿う改良では、交換アームを駆動す
る駆動機構を例えば特開平５−１０４３７７号公報に記
載されるようなカム機構を採用することにより、交換ア
ームの進退動作と旋回動作を途切れのない連続運動とし
て与えるようにして高速化を図っている。

【０００３】前述の目的に沿う改良の他のアプローチ
は、旋回動作を高速化するために交換アームを短くする
ことによりなされ、特開平８−３９３８１号公報にその
詳細が記述されている。この従来技術においては、工具
交換がなされる時の新工具を保持するソケットと工具主
軸との軸心間距離を接近させることにより、交換アーム
の短縮を可能としている。軸心間距離を接近させるた
め、同公報に開示の従来技術に置いては、交換アームを
支持するアーム支持軸とカム式駆動機構により回転およ
び軸方向移動されてこれらの運動をアーム支持軸に伝え
るアーム駆動軸を上下方向に離間した位置で平行に配置
し、工具交換時に主軸ヘッドと工具マガジンとの間に位
置するアーム支持軸のサポート部の工具主軸とマガジン
を結ぶ方向の幅を狭くし、これにより前記アーム駆動軸
およびカム式駆動機構を内蔵するハウジング部が前記サ
ポート部よりも広い従来通りの幅を取れるようにしてい
る。

【０００４】また、従来の一般的な自動工具交換装置に
おいては、工具マガジンは複数の工具を工具主軸と平行
または直角方向に向けた状態で機械後方の工具交換位置
に在る主軸ヘッドの一側に並行配置されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平８−３
９３８１号公報に記載される従来の工具交換装置におい
ては、アーム支持軸を支持する幅の狭いサポート部とア
ーム駆動軸およびカム式駆動機構を内蔵する幅の広い駆
動部とを上下方向に離間する必要があり、この結果交換
アーム装置の構成が複雑となり製造コストが上昇する。

【０００６】従って、本発明の主たる目的は、構造が簡
単な交換アーム装置でも交換アームを短くでき、これに
より工具交換時間を短縮可能とすることである。また、
上述したように工具マガジンを機械の後方の交換位置に
復帰した主軸ヘッドと並行配置するものでは、オペレー
タは工具マガジンに貯蔵する工具を変更する場合、機械
の前面から機械の側面へ移動しなければならない。この
欠点は、多数の工作機械が狭い間隔で並置されるような
自動加工システムにおいては、工具マガジン上の工具を
変更する場合、オペレータが隣接する機械間に入り込ま
なければならず、危険を伴う。またこのような自動加工
システムにおいて各工作機械の工具マガジンへ工具を供
給する機構付きの自走台車が多数の機械の前面を走行す
るようにされる場合では、自走台車の走行経路が複雑に
なるばかりでなく工具供給機構の構成も複雑となる。

【０００７】従って、本発明の他の目的は、機械の前面
側からオペレータまたは自走台車上の工具供給機構が工
具マガジンへ工具を取付けあるいは取外しできるように
した工具交換装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した従来装置の課題
および本発明の目的は、下記のように構成される手段に
より解決される。請求項１に係わる自動工具交換装置に
おいては、工具マガジンから中間搬送装置により取出さ
れた工具と工具主軸上の工具とを交換する交換アーム装
置として、両端に一対の工具把持部を有する交換アーム
が固定されたアーム軸をハウジングの一端から突出する
と共にこのハウジング内に前記アーム軸を回転および軸
方向移動させる駆動機構を内蔵する形式のものを使用
し、前記アーム軸を前記工具主軸と平行としかつ前記ハ
ウジングを前記交換位置にある前記主軸ヘッド上の前記
工具主軸に対してその軸線方向の前方に位置させるよう
に前記交換アーム装置を固定配置する。

【０００９】この構成によれば、駆動機構を内蔵する幅
が広いハウジングが交換位置に在る工具主軸の前方に位
置されるので、交換位置に在る工具主軸上の工具と前記
中間搬送装置上の工具との軸心間距離を短縮でき、この
結果高速旋回できる短い交換アームの使用が可能とな
る。請求項２に係わる自動工具交換装置においては、主
軸ヘッドの前記移動方向と直角でかつ前記工具主軸の軸
線とも直角な方向に移動可能なワークサポートとそのハ
ウジングが並行関係となるように交換アーム装置をベー
ス上に固定配置する。この構成より、ワークサポートと
交換アーム装置との間には常時加工動作の妨げとならな
い所定の間隔が維持され、ワークサポート上に交換アー
ム装置を設置する場合の弊害が排除される。

【００１０】請求項３に係わる自動工具交換装置におい
ては、工作機械を、主軸ヘッドが工具主軸を水平に支持
した状態でこの軸線と直角な水平の第１方向およびこの
軸線方向と一致する水平の第２方向に移動可能にベース
の上面部に案内されると共に、ワークサポートが前記第
１および第２方向の何れにも直角な第３方向で上下動可
能にベースの垂直前面部に案内される形式のものとし、
交換アーム装置のハウジングと工具マガジンを工具主軸
の前方でかつ第１方向における工具サポートの一側で並
行配置する。

【００１１】この構成によれば、前述した請求項２の構
成による作用に加えて、自動工具交換装置を含めた機械
全体の背丈が低くなり、大量生産工場現場での良好な配
置見通しを確保できる。また、工具マガジンがワークサ
ポートと並行で工作機械の前面側に配置されるので、工
具マガジンへ新たに貯蔵する工具の供給および使用済工
具の取出しは工作機械の前面側から行うことができる。

【００１２】請求項４に係わる自動工具交換装置におい
ては、工具マガジンには複数の工具を工具主軸の前端に
装着されている工具と平行かつ同一の向きに保持させ、
工具マガジンの背面側から工具を取出しあるいは返却で
きるように中間搬送装置を構成する。この構成により、
従来装置のように工具マガジンの前面側から工具の取出
し／返却させるように中間搬送装置を構成しなくてもよ
いので、機械の前面側に設けた工具マガジンと搬送アー
ムが旋回する面内にある機械の後方の交換位置との間で
工具を搬送する中間搬送装置の構成が簡素化される。

【００１３】また、請求項５に係わる自動工具交換装置
においては、工具を工具主軸への取付形態と同一形態で
着脱可能に保持できるソケットを中間搬送装置に設け、
機械の左右方向にソケットを移動する左右位置決機構上
にソケットを上下移動する上下位置決機構を積層し、さ
らに、工具マガジン側の位置と機械の後方の交換アーム
の旋回面内にある交換位置との間でソケットを前後移動
する前後位置決機構を前記上下位置決機構上に積層して
中間搬送装置を構成する。

【００１４】この構成によれば、中間搬送装置の取付け
は左右位置決機構のみをその支持部材に取付けることに
より行えるので簡単となり、また、機械の左右方向に幅
の狭い工具マガジンに組合わせて中間搬送装置を使用す
る場合、ソケットを移動する距離が短い位置決機構の順
に積層されるようにしたので、各位置決機構の運動が円
滑となる。

【００１５】さらに、請求項６に係わる自動工具交換装
置においては、この交換装置を構成する交換アーム装
置，工具マガジンおよび中間搬送装置を単一の基板に固
定して交換装置全体を単一のユニットとして構成する。
これにより、組付け時における工作機械本体と工具交換
装置との相対的位置合わせは工作機械本体に対して基板
を位置合わせするのみで簡単となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。本発明による自動工
具交換装置を備えた工作機械の平面図，正面図および右
側面図をそれぞれ示す図１，図２および図３において、
１０は機械本体ＭＴＢのベースを示し、このベース１０
は、後述する可動体を案内する前後方向に若干長い直方
体状のブロック部と、工作機械に附属される補助機器を
載置するために前記ブロック部の図１における右側に一
体形成され図３で最も良く理解できるように後部から前
部にかけて階段状に順次高さが低くなる補器取付部１０
ｃからなる。補助機器を床面設置とする別置形態の場合
では、補器取付部１０ｃは不要である。従って、以下の
説明においては、特に補器取付部１０ｃと言及しない限
り、前記ブロック部を単にベース１０と称する。

【００１７】前記ベース１０の上面部１０ａには、機械
の前後方向であるＺ方向に離間した位置でこのＺ方向と
直交する水平のＸ方向に延びる一対のガイドレール１１
が固定されている。Ｘ軸スライド１２は前記ガイドレー
ル１１上を走行するベアリングブロック１３ａ〜１３ｄ
を下面に固定し、前記ガイドレール１１に沿ってＸ方向
に移動可能に案内されている。ベース１０上に固設した
サーボモータ１４は、送りネジ１５およびＸ軸スライド
１２の下面に固着したナット１５ａ（図４参照）を介し
て、Ｘ軸スライド１２を水平のＸ方向に移動する。

【００１８】Ｘ軸スライド１２上にはガイドレール１１
と直交する水平のＺ方向に延びる一対のガイドレール１
８がＸ方向に離間して固定され、主軸ヘッド２０はその
下面の４隅に固着したベアリングブロック１９ａ〜１９
ｄを介してガイドレール１８上を走行可能である。図３
に示されるように、サーボモータ２１は、ガイドレール
１８の間においてＸ軸スライド１２上に固定され、図略
の送りネジおよび主軸ヘッド２０の下面に固定されたナ
ット２３を介して、主軸ヘッド２０をＺ方向に移動す
る。

【００１９】主軸ヘッド２０は、一対のガイドレール１
８の中間位置において工具主軸２５をＺ方向に延びる水
平軸線の周りに回転自在に支持している。工具主軸２５
の先端には、図７に示される工具Ｔのテーパ状のシャン
クＴｓを着脱可能に受容し固定する図略の工具受入穴お
よびクランプ機構が設けられている。工具主軸２５の先
端部を包囲および軸受する主軸ハウジング２６は、概ね
円筒状の外周形状をなし、このハウジング２６の外周を
所定の環状空間を有して包囲する切屑回収用の固定カバ
ー２７が主軸ヘッド２０に固定されている。固定カバー
２７内にはこれに対してテレスコピックに伸縮する可動
カバー２８が設けられ、主軸ヘッド２０上に載置固定し
たサーボモータ２９により、図略の送りネジおよびナッ
ト機構を介して、可動カバー２８の伸縮位置を制御可能
である。公知のエアー給送器３０は、カバー２７，２８
内に負圧を発生して切屑を吸引し、フレキシブル管路３
１を介して工作機械の後部に設置した集塵機３２へ給送
するために、主軸ヘッド２０上に設置されている。

【００２０】図４に示すように、ベース１０は、その横
方向（Ｘ方向）の中央部において上面と直角な垂直前面
部１０ｂが形成されている。この垂直前面部１０ｂに
は、Ｘ方向に離間した左右位置で上下１対をなす計４個
のベアリングブロック３５ａ〜３５ｄが固設され、これ
により左右一対のガイドレール３６が上下方向であるＹ
方向に案内されている。左右一対のガイドレール３６
は、ワークサポート本体３７の前記垂直前面部１０ｂと
対向する面に固着されている。一対のガイドレール３６
は、ベース１０の熱変形による影響を最小とするため
に、主軸ヘッド２０がベース１０の上面部１０ａにおけ
る左右（Ｘ）方向の中央位置に位置決めされる状態にお
いて、工具主軸２５の水平軸線を含む垂直面に関して対
称位置となるように配置されている。

【００２１】ワークサポート本体３７の前記ガイドレー
ル３６取付面と反対の前面部には、ナット３８が固定さ
れ、これに螺合する送りネジ３９が減速機付サーボモー
タ４０により回転される。このモータ４０は、アーチ状
のブラケット４１のトップ部に固定され、このブラケッ
ト４１の両端脚部がベース１０の垂直前面部１０ｂに固
定されている。モータ４０が駆動される時、ワークサポ
ート本体３７がＹ方向に移動され、このワークサポート
本体３７と共に上下動するワークＷは、ベース１０の上
面部１０ｂで直交するＸおよびＺ方向に水平移動する工
具主軸２５上の工具Ｔに対して相対的に直交３次元方向
に位置決めされる。

【００２２】ワークサポート本体３７の上端部は外周円
筒状のカップ部３７ａが形成され、その円筒空間内に第
１割出機構４４が内蔵されている。この割出機構４４
は、円筒空間内にこれと同心にＬ字状の第１割出体４５
の下面から垂下する中空軸４５ａと、中空軸４５を垂直
軸線４７の周りに旋回割出し可能に支持する軸受４６
と、この軸受４６の下方においてカップ部３７ａ内面に
固定のステータコイルおよび中空軸４５ａ外周に固定の
ローターからなる割出用のビルトインサーボモータ４８
とを含む。軸受４６の上位で中空軸４５ａの外周に締ま
り嵌め常態にある締付リング４９は、液圧が導入される
時のみその内周を拡径してモータ４８による第１割出体
４５の旋回割出し動作を許容するように構成されてい
る。

【００２３】Ｌ字状第１割出体４５の偏心垂直部４５ｂ
は、第１割出体４５の垂直旋回軸線４７と同一の垂直面
内で直交する水平軸線５２の周りで旋回割出可能な円盤
状の第２割出体５３を内蔵している。また、垂直部４５
ｂは、第２割出体５３を旋回割出しおよび位置決めする
ために、第１割出機構４４と類似構成の第２割出機構５
４を内蔵している。Ｔ字状のクランパ５５は、その中心
の水平軸部が第２割出体５３の円筒軸部に内蔵した液圧
シリンダ５６と結合され、このシリンダ５６によりクラ
ンプ位置とアンクランプ位置に位置決めされる。

【００２４】ワークＷを取付るパレットＰは、クランパ
５５がその長手方向をＸ方向に水平にした状態でアンク
ランプ位置にある時そのＴスロット内にクランパ５５を
挿入してクランパ５５に支持され、クランパ５５のクラ
ンプ位置ではその底面が第２旋回体５３上の図略のシー
ト片に着座されてクランプされる。従って、第１割出機
構４４および第２割出機構５４の動作を適宜組み合わせ
ることにより、パレットＰへの取付面を除くワークＷの
全ての面および箇所を工具主軸２５に取り付けた工具Ｔ
に向けて加工することができる。

【００２５】第１割出機構４４の中空軸４５ａ内の軸方
向円筒空間には、第２割出機構５４のビルトインモータ
への給電線（図略）や第１および第２割出機構４４，５
４の締付リング４９の拡径液圧室（図略）への供給管路
（図略）、更には、クランパ５５作動用の液圧シリンダ
５６への供排管路（図略）が通過している。これら給電
線および管路は、ワークサポート本体３７の側面に開口
する図略の取出口から外部へ取り出され垂下されるが、
サポート本体３７が上下運動のみ遂行するので、水平移
動部材から給電線および管路を取り出す場合に往々にし
て起こりうる固定部との摺接による給電線および管路の
損傷を解消できる利点がある。

【００２６】ベース１０の前記垂直前面１０ｂの左右方
向両側は、左端面部１０ｇを除いて、ベース１０の上面
から下面に向かって傾斜面１０ｓが形成されている。ま
た、ベース１０の前側上部で垂直前面部１０ｂの中央を
前後方向に通るブリッジ部１０ｊの両側面は、上部から
下方に向かうにつれて左右方向に広がるように傾斜して
前記傾斜面１０ｓに相関接合している。

【００２７】前記ベース１０の前面は、図１から理解さ
れるように、前記ワークサポート本体３７のカップ部３
７ａの中心を通って左右方向に横切る接合面１０ｔが形
成されている。より詳しくは、この接合面１０ｔは、カ
ップ部３７の左側においては、左端面部１０ｇ、カップ
部３７ａの左側にある前記ブリッジ部１０ｊの斜面およ
びこれら間にあるベース１０の水平底部１０ｕの各最前
面を含み、またカッブ部３７ａの右側においては、カッ
プ部３７ａの右側にあるブリッジ部１０ｊの最前端面お
よび傾斜部１０ｓの下端にある水平底部１０ｕの各最前
端面を含む。

【００２８】ベース１０にはフロント部材６０が前記接
合面１０ｔと突き合わせ形態で接合されるように図略の
複数のボルトにより着脱自在に固定されている。詳述す
れば、フロント部材６０は、ベース１０の左端面部１０
ｇ，左側の傾斜部１０ｓ，この傾斜部の下端に延びる水
平底部１０ｕ，中央ブリッジ部１０ｊ，右側傾斜部，こ
の傾斜部の下端に延びる水平底部１０ｕにそれぞれ対応
し面接する部分を有する。これにより、中央ブリッジ部
１０ｊの左右両側の各々には、図４で見るときＶ字状を
なす切屑収集空間ＣＰが形成されている。

【００２９】各切屑収集空間ＣＰのベース１０側の狭い
底部には切屑吸入口６２が開口しており、この切屑吸入
口６２はベース１０内の下部において前後方向に延びる
切屑搬送通路６３に通じている。この搬送通路６３は、
ベース１０の後部に導かれ、これから図略の管路を介し
て集塵機３２に通じている。各搬送通路６３の前記吸入
口６２の近辺には、公知のエアー給送器６４が設けら
れ、この給送器６４は圧縮空気を後部側に噴出すること
により、切屑収集空間ＣＰの底部に落下する切屑を搬送
通路６３内へ吸引するようになっている。

【００３０】図４に示すように、ベース１０の中央ブリ
ッジ部１０ｊおよびこれに対応するフロント部材６０の
中央ブリッジ部６０ｊはワークサポート本体３７のカッ
プ部３７ａ外周を微小隙間を有して包囲しており、これ
らの上端円周部にはリング状のシール保持環６７が固着
され、この保持環６７の上端内周部にカップ部３７ａの
外周にそのリップ部が摺接するゴム等の弾性材料からな
るシール部材（符号省略）が保持されている。このよう
に、シール部を円形とすることにより、ワークサポート
本体３７の案内機構部および送り機構部への切屑の進入
を確実にしている。

【００３１】次に、図３および図５〜図７を参照して自
動工具交換装置ＡＴＣについて説明する。工具交換装置
ＡＴＣは、主として交換アーム装置８０、工具マガジン
９０および中間搬送装置１００とで構成され、これらは
上述した構成の機械本体ＭＴＢとは別にユニット基板７
１に装架して組み立てられて単一ユニットとして完成さ
れる。交換装置ＡＴＣは、ユニット基板７１をベース１
０およびフロント部材６０の右側面に複数のボルト７２
により固定することにより機械本体ＭＴＢと結合され
る。添付図は交換装置ＡＴＣを機械本体ＭＴＢに組み付
けた状態を示し、以下この組み付け状態において、交換
装置ＡＴＣを詳細に説明する。

【００３２】ユニット基板７１は、前述の中央ブリッジ
部１０ｊ，６０ｊの右側に形成される切屑収集用のＶ字
状空間ＣＰの右端面を定義する部材としても機能する。
図５に示すように、ユニット基板７１の左側面には交換
アーム装置８０がそのアーム軸８１を工具主軸２５と平
行にして固設されている。アーム軸８１は、交換アーム
装置８０のハウジング８２内で旋回および軸方向移動可
能に支持され、ハウジング８２の前端に固定されたサー
ボモータ８５により駆動されるハウジング８２内蔵のの
カム式駆動機構８７により旋回および軸方向移動され
る。アーム軸８１のハウジング８２後端面から突出する
先端には、径方向の両端部に一対の工具把持部８３ａ
（図２参照）を有する交換アーム８３の中央部が固着さ
れている。

【００３３】前記カム式駆動機構８７は、例えば前述し
た特開平５−１０４３７７号公報に開示されるような公
知のもので、モータ８５により回転されるグロボイダル
カム８７ａと、このカムの外周カム溝に係合して旋回さ
れアーム軸８１とスプライン係合して直接回転を伝達す
るスパイダ部材８７ｂと、グロボイダルカム８７ａの側
面に形成されたカムウエイに係合して揺動されアーム軸
８１を回転と同調して軸方向移動する一対のリンク要素
８７ｃとからなる。

【００３４】カム機構により駆動される交換アーム８３
の交換動作は、図５に示す原位置の起立状態において工
具交換指令が数値制御装置ＮＣ（図３参照）から与えら
れる時、アーム８３が図２において約６０度反時計方向
に旋回し、工具主軸２５上の使用済工具Ｔと図５の交換
位置にある中間搬送ソケット１０１上の次期使用工具Ｔ
とを同時に把持し、アーム軸８１の前進により両工具を
工具主軸２５，ソケット１０１から抜き出し、その後１
８０度さらに旋回して両工具Ｔの位置を入れ換えてか
ら、両工具を工具主軸２５，ソケット１０１に挿入し、
その後約６０度時計方向（図２）に逆転して図示の原位
置に復帰させることからなる。

【００３５】ここで、アーム８３の交換動作自体は周知
であるが、この交換装置８０においては、原位置状態で
アーム軸８１がハウジング８２から工作機械の後方へ進
出させている。テレスコピックなカバー装置８４は、ハ
ウジング８２に固定した固定カバー８４ａとアーム軸８
１と共に進退する可動カバー８４ｂを含み、アーム軸８
１が切屑により汚染されることを防止するようにアーム
軸８１のハウジング８２の後端から突出する部分を包囲
している。

【００３６】アーム軸８１駆動用カム機構８７を内蔵す
るハウジング８２を主軸ヘッド２０の前方に固定配置す
ることにより、左右方向（Ｘ方向）において主軸ヘッド
２０を交換アーム装置８０へより接近させることができ
る。つまり、主軸ヘッド２０が図に示す交換位置に位置
決めされた状態における工具主軸２５とアーム軸８１間
の距離Ｌを短くでき、この結果、交換アーム装置８０を
主軸ヘッド２０と並行配置する場合に比べて、交換アー
ム８３の長さを短縮できる。このことは、交換アーム８
３の回転速度を高めて工具交換時間を短縮することに寄
与する。

【００３７】工具マガジン９０および中間搬送装置１０
０は、ユニット基板７１の右側面で上下に離間して固定
された一対の筐体９１ａ，９１ｂを共通の取付ベースと
している。交換アーム装置８０の取付面と反対のユニッ
ト基板７１の面で工具マガジン９０および中間搬送装置
１００を取付けることにより、一方において交換アーム
装置８０を主軸ヘッド２０側に接近させることができ、
他方において工具マガジンおよび中間搬送装置１００が
切屑から隔絶できる利点が達成される。

【００３８】工具マガジン９０は、ユニット基板７１の
右端面と直交状態でその上下端部が筐体９１ａ，９１ｂ
にボルト９２締めされた板部材９３で構成される。図２
のように、板部材９３は複数の工具Ｔを前述したアーム
軸８１と並行にそれぞれ貯蔵する左右２列の複数の工具
保持穴９４を有する。各保持穴９４は、図６および図７
に拡大図示されるように、逆さのダルマ穴として形成さ
れ、上位の大穴部９４ａの径は上述した工作機械で使用
される全ての工具Ｔの最大径より若干大きく設定されて
おり、一方、下位の小穴部９４ｂの径は各工具Ｔのホル
ダ部の工具把持溝部Ｔｍの寸法に対応して設定されてい
る。

【００３９】小穴部９４ｂの最下方位置には、マガジン
９０の後面側からスロットが形成され、これにキー９５
が嵌合されている。このキー９５はマガジン９０の前面
から挿通されたビス９６により不動に固定されている。
キー９５は各工具Ｔの把持部に径方向に対照的に設けた
キーウエイＴｋと嵌合してマガジン９０に貯蔵される工
具Ｔを所定の角度位相に保持する。

【００４０】各工具保持穴９４の大穴部９４ａは、工具
Ｔを軸方向に挿通できるようにしている。これにより、
各工具Ｔは機械の前面（図３における左側）から挿入さ
れて保持穴９４に保持され、中間搬送装置１００により
把持されてマガジン９０の背面側に抜取られ、逆に中間
搬送装置１００によりマガジン９０の背面側から保持穴
９４に戻された工具をマガジン９０の前面側から抜取る
ことが可能である。

【００４１】工作機械の前面側からマガジン９０に工具
Ｔを貯蔵し或いは取外しできる利点は、上述した工作機
械を図１の左右方向に複数隣接して配置しこれにより各
工作機械の左右両側への作業者の接近性が損なわれる場
合や、複数の工作機械の前面側に沿って工具配給用の自
走車が走行する自動工具供給システムを採用する場合に
おいて、特に有利となる。

【００４２】中間搬送装置１００は、中間ソケット１０
１をＸ，ＹおよびＺ方向にそれぞれ位置決めする左右位
置決機構１０２，上下位置決機構１０３および前後位置
決機構１０４により主として構成される。左右位置決機
構１０２は、上下の筐体９１ａ，９１ｂの背面において
マガジン９０と平行に水平に固定された上下のガイドレ
ール１０６ａ，１０６ｂを含み、これらレール１０６
ａ，１０６ｂ上を走行するガイドブロック１０７ａ，１
０７ｂは、垂直方向に延びる上下ガイド杆１０８の上下
端を固定支持する上下ブラケット１０９ａ，１０９ｂを
一体に固定している。

【００４３】図５に示すように、上部筐体９１ａは、ガ
イドレール１０６ａと平行にサーボモータ１１１を設置
するとともに、送りネジ１１２の両端部を回転のみ自在
に支持している。モータ１１１と送りネジ１１２は、プ
リーにタイミングベルトを巻装した回転伝達機構１１３
により連絡されており、送りネジ１１２は上ブラケット
１０９ａを固着したナット１１４を螺合している。従っ
て、サーボモータ１１１を制御することにより、上下ガ
イド杆１０８を左右方向に割出し、このガイド杆１０８
と左右方向は一体的に移動する中間搬送ソケット１０１
を、マガジン９０上の工具保持穴９４の何れかの列に整
合できる。

【００４４】上下ガイド杆１０８は、上下位置決機構１
０３を構成し、ブラケット１０９ａ，１０９ｂに両端が
固定支持されたＣ字状断面の枠部材と、この枠部材内で
滑走自在な滑走ピースと、枠部材の上端で回転のみ自在
に支持され滑走ピースの中心に螺合する送りネジとから
なる。枠部材の上端にはハウジング１１５の一端部が固
着され、このハウジング１１５のオーバハングする他端
部の下面にサーボモータ１１６が装架されている。ハウ
ジング１１５は、タイミングベルトと一対のプーリーか
らなる回転伝達機構１１７を内蔵している。

【００４５】上下ガイド杆１０８の滑走ピースは、前後
位置決機構１０４を構成する前後ガイド杆１２０をアー
ム軸８１と平行な水平状態で固定している。この前後ガ
イド杆１２０は、その一部を破断して明示するように、
前述の上下ガイド杆１０８と同様に、断面Ｃ字状枠部材
１２０ａ，滑走ピース１２０ｂおよび送りネジ１２０ｃ
からなる。枠部材１２０ａの後端に送りネジ１２０ｃを
回転するサーボモータ１２１が装架されている。

【００４６】滑走ピース１２０ｂはソケットホルダ１２
２を固着しており、このホルダ１２２には中間搬送ソケ
ット１０１が交換アーム軸８１と平行な軸線の周りで旋
回可能に支持されている。中間搬送ソケット１０１は、
工具Ｔのテーパ部Ｔｓ（図７参照）を受容する図略のテ
ーパ穴が形成されると共に図略のボールデタント機構を
内蔵し、テーパ部Ｔｓで内外面を貫通する長窓Ｔｗにボ
ールデタント機構を係合して工具Ｔを確実に保持でき
る。

【００４７】前後ガイド杆１２０は、サーボモータ１１
６の動作により上下動され、中間搬送ソケット１０１を
工具マガジン９０の所望の一つの工具保持穴９４の小穴
部９４ｂ或いは大穴部９４ａと同心高さ位置に位置決め
できる。また、前後ガイド杆１２０は、サーボモータ１
２１の動作により、中間搬送ソケット１０１を図５に示
す交換位置，工具マガジン９０に保持される工具Ｔのテ
ーパ部Ｔｓに嵌合する取出位置およびこの取出位置から
前記テーパ部Ｔｓの長さよりも若干更に後退した割出位
置の３位置へ位置決めできる。

【００４８】前後ガイド杆１２０の枠部材１２０ｃの上
面にはこれと平行に横長カムプレート１２５が留金１２
６にて取付されている。カムプレート１２５は図３に示
されるようにカム溝１２５ａが開口されており、このカ
ム溝１２５ａはその長手方向位置が進むにつれて高さ位
置が変化している。このカム溝１２５ａには、中間搬送
ソケット１０１から径方向外方に突出するレバー１２８
の球状ボスが案内されている。中間搬送ソケット１０１
は、前述の取出位置と交換位置との間で移動される間、
カム溝１２５ａに沿ってレバー１２８を揺動し、自身で
保持した工具ＴのキーウエイＴｋの回転角度位相を変更
する。

【００４９】次に、上記のように構成された実施の形態
の動作を説明する。図示の原位置状態においては、主軸
ヘッド２０はＸ方向の右端に定義される交換位置にあ
り、交換アーム装置８０により取り付けられた新工具Ｔ
を工具主軸２５の先端に保持固定している。ワークサポ
ート本体３７は上昇端位置にあり、第１割出体４５はク
ランパ５５を工具主軸２５側に向けており、さらに、第
２割出体５３はクランパ５５をアンクランプ状態でその
長手方向をＸ方向に向けている。

【００５０】今、加工すべきワークＷを取り付けたパレ
ットＰがＸ方向に移動する図略のローダ装置によりクラ
ンパ５５に係合されると、数値制御装置ＮＣの制御下で
加工動作が以下のようにして実行される。先ず、クラン
プシリンダ５６の動作によりパレットＰが第２割出体５
３上に着座クランプされ、続いて工具主軸２５が図略の
ビルトインモータにより回転されると同時に、主軸ヘッ
ド２０がサーボモータ１４により図１において左方向に
送られてワークＷの正面にもたらされ、サーボモータ２
１の動作によりワークＷに向かって前進される。

【００５１】一方、ワークサポート本体３７がサーボモ
ータ４０の動作により下降され、第１割出体４５が第１
割出機構４４により割出されると共に第２割出体５３が
第２割出機構５４により割出されてワークＷの所望の加
工部位を工具Ｔに向ける。これら第１および第２割出機
構４４，５４を適宜動作することによりパレットＰへの
取付面以外の全ての面（ワークＷが直角６面体の場合は
５面）を所望の角度で選択的に工具Ｔに向け、主軸ヘッ
ド２０の水平なＸ−Ｚ平面内での任意位置への位置決め
とワークサポート本体３７の上下方向の任意位置への組
み合わせにより、ワークＷには所望の加工部位に所望の
加工が施される。

【００５２】ここにおいて、ワークサポート本体３７は
大略直方体状ベース１０の左右方向の略中央位置に設け
られているので、Ｘ軸スライド１２および主軸ヘッド２
０は加工動作中においてベース１０の左右（Ｘ）方向の
略中央近辺に位置される。さらに、ワークサポート本体
３７の一対のガイドレール３６は、Ｘ方向の中央に位置
される工具主軸２５の軸線を含む垂直面に関して対称的
に配置されているので、Ｘ軸スライド１２，主軸ヘッド
２０およびワークサポート本体３７の左右方向（Ｘ方
向）における案内部位は、ワークＷの加工動作中におい
て工具主軸１０に対し対象位置をとり、加工抵抗に対し
て強固に持ちこたえる。このため、ベース１０の熱変形
による加工精度への悪影響は最小に止められる。

【００５３】上述した加工動作により生起される切屑
は、第１割出体４５の両側に配置されるＶ字状の切屑収
集空間ＣＰの底部１０ｕに自然落下し、この底部１０ｕ
に開口する回収口６２から吸引されて搬送通路６３を通
ってベース１０の後方まで空気搬送され、さらに図略の
管路を経て集塵機３２まで運ばれる。工具主軸２５上の
工具Ｔによる加工が完了すると、主軸ヘッド２０は図１
に示す交換位置へ復帰される。この時、中間搬送ソケッ
ト１０１は、アーム軸８１の軸線に関して工具主軸２５
の軸線と点対象でかつ図５のように最も後退した交換位
置に位置決めされた状態で次に使用する工具Ｔを保持し
ている。主軸ヘッド２０の交換位置への復帰完了と同時
に、交換アーム装置８０のサーボモータ８５が動作さ
れ、同装置のハウジング８２内に内蔵したカム式駆動機
構８７が動作される。

【００５４】アーム軸８１は、図２において反時計方向
に約６０度旋回して交換アーム８３の両端把持部８３ａ
で工具主軸２５および中間搬送ソケット１０１上の工具
Ｔを同時に把持し、次にハウジング８２に向かって所定
距離前進して両工具Ｔを抜取り、さらに同方向に１８０
度回転した後前記所定距離後退して相互位置を入れ換え
た両工具Ｔを工具主軸２５および中間搬送ソケット１０
１内へ挿入する。工具主軸２５に内蔵の工具クランプ機
構（図略）は、アーム軸８１の６０度旋回完了と同時に
工具Ｔを釈放し、アーム軸８１の後退動作の完了と同時
に工具を工具主軸２５に対しクランプする。

【００５５】アーム軸８１がその後約６０度時計方向旋
回して交換アーム８３が図２の起立位置へ復帰すると、
主軸ヘッド２０は新工具Ｔによる加工動作のために、前
述したようにワークＷと対向する加工位置に向い左方へ
送られる。これと並行して、中間搬送装置１００が動作
される。先ず、左右位置決機構１０２および上下位置決
機構１０３のサーボモータ１１１と１１６が同時に起動
され、中間搬送ソケット１０１はそれに保持した使用済
工具Ｔを戻すべき空状態の工具保持穴９４の大穴部９４
ａと同心に整列される。この後、前後位置決機構１０４
のサーボモータ１２１が起動され、中間ソケット１０１
を最前方の取出位置へ進める。この前進動作の間、レー
バー１２８がカムプレート１２５のカム溝１２５ａに沿
って案内される結果中間搬送ソケット１０１がソケット
ホルダ１２２上で所定角度旋回され、前記取出位置到達
時には工具ＴのキーウエイＴｋが直下に向けられる。こ
の状態において、上下位置決め機構１０３のサーボモー
タ１１６は、中間搬送ソケット１０１上の工具Ｔの把持
溝Ｔｍを工具保持穴９４の小穴部９４ｂの円弧状鍔部９
４ｃに係合して工具Ｔを工具マガジン９０上に着座させ
るように、前後ガイド杆１２０を下降させる。この下降
距離は、大穴部９４ａと小穴部９４ｂの中心間距離と等
しい。

【００５６】続いて、前後位置決機構１０４のサーボモ
ータ１２１が中間搬送ソケット１０１を取出位置から所
定距離後退して工具Ｔから離脱する割出位置に復帰す
る。この復帰動作後、左右位置決機構１０２と上下位置
決機構１０３の何れか又は両方が動作されて空状態の中
間ソケット１０１を工具マガジン９０上の次に使用すべ
き工具Ｔと同心に整列させ、この後中間搬送ソケット１
０１が割出位置から取出位置へ前進して次に使用すべき
工具Ｔを受容保持するように前後位置決機構１０４が動
作される。

【００５７】中間搬送ソケット１０１に受容保持された
次に使用すべき工具Ｔは、その後、上下位置決機構１０
３により工具保持穴９４の大小穴ピッチ間距離だけ上昇
されて工具マガジン９０から中間搬送ソケット１０１へ
移される。さらに、中間搬送ソケット１０１は、前後位
置決機構１０４により最後方位置まで後退され、上下位
置決機構１０３と左右位置決機構１０２の何れか一方又
は両方により図５に示す交換位置へ復帰されて交換アー
ム装置８０の次期動作まで待機し、これにより一連の工
具交換動作サイクルが終了する。

【００５８】図８は工具マガジン９０の他の実施の態様
を示し、この形態の工具マガジン９００は、梯子状と
し、複数の横桁９０１の各々の上部に前述の形態におけ
る小穴部に相当する工具把持部９４ｂを形成してなるも
ので、上下隣合う横桁９０１間のスペースが工具Ｔの取
り出しのための空間として設定される。上記した実施の
態様においては、工具交換ユニットＡＴＣは、機械本体
ＭＴＢの前部側面に直接取付ける構成としているが、機
械本体ＭＴＢのベース１０とは切り離した別置タイプと
してもよい。この場合、フロント部材６０は、右側の切
屑収集空間ＣＰの右端面を被う側面を有する略左右対称
となるように形成される。

【００５９】上述した実施の態様の自動工具交換装置Ａ
ＴＣは、水平な工具主軸を有する横形工作機械への適用
が好ましいが、垂直な工具主軸を有する縦形工作機械に
も適用可能である。この場合、工具マガジン９０に垂直
工具主軸と平行に工具Ｔを確実に保持するため、工具マ
ガジン９０の各工具把持部９４ｂにはそれと径方向に対
向する部位に進退する保持手段を設けることが望まし
い。

【００６０】

【発明の効果】上述したように、請求項１に係わる発明
によれば、交換アームをハウジングの一端から突出する
アーム軸に固定する形式の交換アーム装置を使用し、前
記ハウジングを交換位置にある主軸ヘッド上の工具主軸
に対してその軸線方向の前方に位置させるように前記交
換アーム装置を固定配置したので、交換位置に在る工具
主軸上の工具と前記中間搬送装置上の工具との軸心間距
離を短縮でき、この結果高速旋回できる短い交換アーム
の使用が可能となる。

【００６１】請求項２に係わる発明によれば、ワークサ
ポートと交換アーム装置のハウジングが並行関係となる
ように交換アーム装置をベース上に固定配置したので、
ワークサポートと交換アーム装置との間には常時加工動
作の妨げとならない所定の間隔が維持され、ワークサポ
ート上に交換アーム装置を設置する場合の弊害が排除さ
れる。

【００６２】請求項３に係わる発明によれば、上下動可
能にベースの垂直前面部に案内されたワークサポートの
左右方向の一側において、交換アーム装置のハウジング
と工具マガジンを工具主軸の前方位置に並行配置したの
で、請求項２の構成による効果に加えて、自動工具交換
装置を含めた機械全体の背丈を低くできる。工具マガジ
ンを工作機械の前面側に配置したので、工具マガジンへ
新たに貯蔵する工具の供給および使用済工具の取出しは
工作機械の前面側から行うことができる。

【００６３】請求項４に係わる発明によれば、工具マガ
ジンの背面側から工具を取出しあるいは返却できるよう
に中間搬送機構を構成したので、中間搬送機構の構成が
簡素化される。また、請求項５に係わる発明によれば、
機械の左右方向にソケットを移動する左右位置決機構上
にソケットを上下移動する上下位置決機構を積層し、ソ
ケットを前後移動する前後位置決機構を前記上下位置決
機構上に積層して中間搬送機構を構成したので、中間搬
送機構の取付けが簡単となり、また、ソケットを移動す
る距離が短い位置決機構の順に積層されるようにしたの
で、ソケットを移動する各位置決機構の運動が円滑とな
る。

【００６４】さらに、請求項６に係わる発明によれば、
工具交換装置を構成する交換アーム装置，工具マガジン
および中間搬送装置を単一の基板に固定して交換装置全
体を単一のユニットとして構成したので、組付け時にお
ける工作機械本体と工具交換装置との相対的位置合わせ
は工作機械本体に対して基板を位置合わせするのみで簡
単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である工作機械の平面図。

【図２】前記工作機械の正面図。

【図３】前記工作機械の右側面図。

【図４】図１におけるＡ−Ａ線矢視方向の要部縦断面の
拡大図。

【図５】図１における工具交換ユニットの一部を破断し
て示す拡大平面図。

【図６】工具マガジンの一部正面を拡大して示す拡大正
面図。

【図７】図６におけるＢ−Ｂ断面図。

【図８】他の実施の態様における工具マガシンの一部拡
大正面図。

【符号の説明】

ＭＴＢ・・・機械本体 １０・・・ベース １０ａ・・・上面部 １０ｂ・・・垂直前面部 １０ｓ・・・傾斜部 １１・・・ガイドレール（第１案内機構） １２・・・Ｘ軸スライド １４・・・サーボモータ（第１送り機構） １８・・・ガイドレール（第２案内機構） ２０・・・主軸ヘッド ２１・・・サーボモータ（第２送り機構） ２５・・・工具主軸 Ｔ・・・・工具 ３５ａ〜ｄ・・・ベアリングブロック ３６・・・ガイドレール（第３案内機構） ３７・・・ワークサポート本体 ３９・・・送りネジ ４０・・・サーボモータ（第３送り機構） ３７ａ・・・カップ部 ４４・・・第１割出機構 ４５・・・第１割出体 ５３・・・第２割出体（ワーク支持機構） ５４・・・第２割出機構 ５５・・・クランパ Ｐ・・・・パレット Ｗ・・・・ワーク ６０・・・フロント部材 ＣＰ・・・切屑収集空間 ＡＴＣ・・・工具交換装置 ７１・・・ユニット基板 ８０・・・交換アーム装置 ８２・・・ハウジング ８３・・・交換アーム ８７・・・カム式駆動機構 ９０・・・工具マガジン ９４・・・工具保持穴 １００・・・中間搬送装置 １０１・・・中間搬送ソケット １０２・・・左右位置決機構 １０３・・・上下位置決機構 １０４・・・前後位置決機構 １２５・・・カムプレート

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【図７】

【図１】

【図２】

【図６】

【図８】

【図４】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 秀和 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 西嘉山 武 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具主軸を回転自在に支持する主軸ヘッ
   ドを前記工具主軸の軸線と直交する方向に移動可能にベ
   ース上に案内する形式の工作機械において、両端に一対
   の工具把持部を有する交換アームが固定されたアーム軸
   をハウジングの一端から突出すると共にこのハウジング
   内に前記アーム軸を回転および軸方向移動させる駆動機
   構を内蔵する交換アーム装置と、多数の工具を取出し可
   能に貯蔵する工具マガジンと、この工具マガジン上の選
   択された一つの工具を前記工具主軸と平行で前記交換ア
   ームにより把持できる交換位置へ搬送し逆に工具主軸か
   ら前記交換アームにより取外された工具を前記交換位置
   で前記交換アームから受領して前記工具マガジンへ返却
   する中間搬送装置とを備え、前記アーム軸を前記工具主
   軸と平行としかつ前記交換アーム装置の前記ハウジング
   を前記交換位置にある前記主軸ヘッド上の前記工具主軸
   に対してその軸線方向の前方に位置させるように前記交
   換アーム装置を固定配置したことを特徴とする自動工具
   交換装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の工作機械における自動
   工具交換装置において、前記ベースには前記工具主軸の
   前方でワークを支持するワークサポートを前記主軸ヘッ
   ドの前記移動方向と直角でかつ前記工具主軸の軸線とも
   直角な方向に移動可能に案内し、前記交換アーム装置を
   そのハウジングが前記ワークサポートと並行関係となる
   ように前記ベース上に配置したことを特徴とする自動工
   具交換装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の工作機械における自動
   工具交換装置において、前記ベースは上面部と上下方向
   に延出する垂直前面部とを有し、前記主軸ヘッドは前記
   工具主軸を水平に支持した状態で前記工具主軸の軸線と
   直角な水平の第１方向および前記工具主軸の軸線方向と
   一致する水平の第２方向に移動可能に前記ベースの上面
   部に案内され、前記ワークサポートは前記第１および第
   ２方向の何れにも直角な第３方向で上下動可能に前記ベ
   ースの垂直前面部に案内され、前記交換アーム装置と前
   記工具マガジンを前記工具主軸の前方でかつ前記第１方
   向における前記ワークサポートの一側で並行配置したこ
   とを特徴とする自動工具交換装置。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３に記載の工作機械に
   おける自動工具交換装置において、前記工具マガジンは
   前記複数の工具を前記工具主軸の前端に装着されている
   工具と平行かつ同一の向きに保持する複数の工具保持部
   を備え、これら工具保持部の各々は前記工作機械の前面
   側から工具を受入れると共にこの工具保持部を越えてこ
   の工具保持部の背面側に取出し可能であり、前記中間搬
   送装置は前記工具を前記工具保持部の背面側から取出し
   て前記交換アームが把持できる前記交換位置に搬送する
   と共に前記交換アームにより戻された工具を前記工具保
   持部の背面側から前記工具保持部に保持させるように構
   成されることを特徴とする自動工具交換装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の工作機械における自動
   工具交換装置において、前記中間搬送装置は、前記工具
   を前記工具主軸への取付形態と同一形態で着脱可能に保
   持できる中間搬送ソケットと、この中間搬送ソケットを
   前記工具主軸の軸線と平行な水平方向に進退できる前後
   位置決機構と、この前後位置決機構を上下移動可能に支
   持する上下位置決機構と、この上下動位置決機構を前記
   工具主軸の軸線と直角な水平方向に左右送り可能に支持
   する左右位置決機構とを備え、この左右位置決め機構と
   前記上下位置決機構との協働により前記中間搬送ソケッ
   トを前記マガジン上の所望の工具と整列させると共に、
   前記前後位置決機構により前記中間搬送ソケットにこれ
   と整列された工具を把持させると共にこの把持工具を前
   記交換アームの旋回面内に移送するようにしたことを特
   徴とする自動工具交換装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜６の何れか一に記載の工作機
   械における自動工具交換装置において、この自動工具交
   換装置は前記工具主軸と直角方向にある前記ベースに着
   脱可能に装架できる基板をさらに含み、この基板は前記
   交換アーム装置，前記工具マガジンおよび前記中間搬送
   装置を装架しており、前記基板を前記交換アームの前記
   アーム軸および前記工具マガジン上の多数の工具が前記
   工具主軸と平行になるような姿勢を保持して前記ベース
   に固着することにより、前記交換アーム装置，前記工具
   マガジンおよび前記中間搬送装置を単一ユニットとして
   前記工作機械に着脱できるようにしたことを特徴とする
   自動工具交換装置。