JPS5993250A - 多軸工作機械用工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、横形又は、コンソール形式のトランスファ
機械に取付けられ、工具交換装置を備える工作機械に関
する。

トランスファ機械とは、コンベヤ等を使用して１複数の
作業台まで被加工物を連続的に搬送し、その台で、それ
ぞれの工作機械が加工を行なうことができるようにする
装置として理解できる。

多数の加工主軸を備える工作機械、即ち、いわゆる多軸
工作機械といわれる工作機械用の工具交換装置は、公知
である。その作用目的は、同時に、別々の駆動要素で駆
動する一組の隣接する工具（例えば、ドリル、絞シ、ね
じ切り、精密ドリル、又は同様の工具）を自動的に取外
し、新しい組と交換することである。

この形式による公知の工具交換装置（ドイツ特許第１９
２０２７５号参照）において、保持具は、縦軸を中心と
して回転することができ、他端で工作機械に隣接する垂
直軸を中心として、回動できるアームとして設計しであ
る。アームは、回転軸に対して、相互に９０度ずつずら
せ、それぞれ取外す工具（第１列）及び新しい工具（第
２列）を受取るよう取付けた２列の工具送り台を支えて
いる。

加工主軸正面の交換位置から、工作機械の隣りの取付は
位置まで、アームを移動させるため、アームは、工作機
械の隣りの垂直軸を中心として９０度旋回される。この
旋回動作において、アームは、比較的広い部分をカバー
するため、かかる公知の工具交換装置は、横形又は、コ
ンソールユニットをトランクァ機械の中央ユニットに接
続するため、極く限られたスペースしかない利用可能な
箇所において、比較的広騒スベースを必要とする。更に
、アームは、中央ユニットに比較的近い横形、又は、コ
ンソールユニットの隣シの取付位置に、工具送り台と共
に位置決めされ、従って、交換される工具の取外し及び
新しい工具の取付けは、２つの横形、又は、コンソール
ユニットの間のスペースで行なうため、隣接する横形、
又はコンソールユニットを配設するうえで利用できるス
ペースに限りがあることから、Ｄ工Ｎ、その他の適用規
格で要求される通シに、隣接する横形又はコンソールユ
ニットから、最低限度、離すことは不可能となる。かか
る工具交換装置を備えた工作機械の場合、横形又は、コ
ンソールユニット間にスペースを広くとらなければなら
ないため、トランスファ機械は、長尺と々す、これによ
シ、生産ラインは益々コスト高となり、広いスペースが
必要となる。

この発明の目的は、横形又はコンソールユニット式のト
ランスファ機械に取付ける工作機械用工具交換装置であ
って、横形又はコンソールユニット装置を互いに並べて
置く場合であっても、間隔を比較的−狭くして、例えば
、Ｄ工Ｎ規格による最小限度のスペースで、取外し及び
取付は作業を問題なく行なうことのできる工具交換装置
を提供せんとするものである。

この発明によると、横形又は、コンソールユニット式ト
ランスファ機械上忙取付けられる工作機械であって、主
軸装置と、複数の加工主軸と、主軸装置用の駆動要素と
、使用した工具及び新しい工具を受取るための工具保持
具とを備え、工具保持具が、工作機械の後側にある取付
位置から、主軸装置及び協働する駆動要素を通って、前
記加工主軸の正面にある工具交換位置まで動くことがで
きるようにしである。

このようにして、工作機械は、初めて、従来の如く、工
作機械に対し、横方向で隣接する加工主軸正面の交換位
置から、工具保持具が旋回せず、その主軸装置及び協働
する駆動要素によって、前記工作機械の後側に配設した
取付は位置まで旋回するようにした工具交換装置を備え
ることになる。

この作動原理によると、変換される工具の取外し、新し
い工具の取付けは、従来の如く、２つの横型、又は、コ
ンソールユニツＨ１４の狭い通路内で行なう必要はなく
、通常、スペース上余裕のある機械の後側で行なうこと
ができるという利点が得られる。後側において、工具は
、工具台車又は、自動搬送装置によって、従来の如き方
法で動かし、そこから、手動又は、自動で工具保持具内
に入れ、そこから取外すことができる。手で取付ける場
合、運転者は、２台の隣接する工作機械の横型及びコン
ソールユニット間の狭いスペースのところに入る必要が
なく、工具及び工具主軸の危険な部分に立入ることがな
く々る。従って、運転者は、回転する部品及び工具から
比較的離れた所で交換される工具の取外し及び新しい工
具の取付けを行なうことができ、このだめ安全性が確保
できる。

この設計によって、公知のものに対し、工作機械の加工
段階において、工具及び加工主軸の正面及び隣シの部分
において、工具交換装置の部品や機械加工が一切ないよ
うにすることが可能となる。このことは、中央ユニット
に対するＡｊｔ形又は、コンソールユニットの接続箇所
のスペースが狭く、危険なこころには、いかなる製筒部
品も存在しないことを意味し、従って、工作機械の設計
者は、「操作用のスペース」をよシ広くとることができ
る。

原理上、工具保持具は、その主軸装置及び協働する駆動
要素によって、どんな方法ででも、工作機械の後側にあ
る取付位置°から、加工主軸の正面にある交換位置まで
動かすことができる。

このため、工具保持具がそれに沿って、移動することの
できるガイドを設けることが可能となる。しかし、主軸
に対し、鉛直に伸長する水平軸を中心として、工具保持
具が交換位置まで旋回できるようにした実施態様の場合
、特に有利である。

設計が簡単で、制御上の条件も比較的単純である実施態
様は、工具支持具を、各々工作機械の側部に配設した２
個のアームの自由端に固着し、これらのアームの他端を
主軸に対し鉛直に伸長する軸を中心として回動可能なよ
うに取付けて、制御上の条件を変えることによって可能
となる。

工具保持具を回動可能なアーム上に固着する設計におい
て、アームを回動可能なように支持する点を工作機械付
近に、弾性状に設けた支持ブロック内に位置されれば有
利である。このようにして、工具交換装置の支持は、簡
単な設計で、工具交換装置の部品の作用を受けずに、移
動ユニット上の支持ブロック間を前後に、動くことので
きる工作機械と、全く独立したものとすることができる
。

アーム用の支持体の受取シを、支持ブロックを使用して
行なう場合、横形、又はコンソールユニットの頂部に、
中間板状のアダプ、り装置を用いて、支持ブロックを固
定すれば有利である。

かか石設計によって、横形又は、コンソールユニットの
交換という、支持ブロックを受取るため一般に必要とさ
れる手順は、不必要となる。

基本的には、回動動作を最も複雑な方法で行うことも可
能である。しかし、各アームがそれ自身、回動駆動装置
を有し、これらの駆動装置を剛性軸で、相互接続すると
特に都合がよい。

２つの別々の駆動装置を設けるということは、これらを
小型化し、従って、工作機械の側部に配設した場合、ス
ペースを節約できるという利点がある。２つの回動駆動
装置は、剛性軸によって同時に運動させることができる
。

工具保持具を交換位置にて整合させるには、様々な方法
で行うことができる。この整合は、先ず、粗調整、次い
で微調整するという２段階に分けて行うと有利である。

粗調整には、アーム上の停止面と相互作用する支持ブロ
ック上に、調節式の止め具を設けると都合よい。かかる
配置は、設計が簡単で、操作上も安全である。微調整を
行うには、工具保持具及び主軸装置上に固定された、対
応するガイド装置を設けると有利である。この配置によ
って、工具保持具は、ガイド装置を介して、直接、主軸
装置に中心を合わせられるため、工具保持装置用止め具
、又は、工作機械の送りユニット上の遊びは、微調整す
る上で何等の影響も及ぼさない。

かかる場合、ガイド装置は、ガイドブツシュと相互作用
するガイド棒を備えると都合よい。

かかるガイド装置は、効果のあることが確められており
、長期間使用した後でも信頼性がある。

好適実施態様において、ガイド棒は、主軸と平行な主軸
装置の側部に配設され、工具送シ位置において、工具保
持具内のガイドブツシュ内に突出できるような寸法とし
である０ かかる設計によって、主軸装置が、工具送り位置まで動
き、それによって、工具保持具が。

主軸装置と連結し、主軸装置が、その引出された開始位
置（Ｃ復帰して、解放された場合、微調整を自動的に行
なわれるという利点が得られる０原理上、工具保持装置
は、様々な方法で、アームと接続することができる０ このようにして、工具保持具は、アームと剛性に接続す
るか、又は、回動可能なように接続し、主軸と鉛直な水
平軸、又は、主軸と平行な軸を中心として回動するよう
Ｋすることが可能である。

工具保持具をアームに剛性接続することによって、工具
保持具には、支え及び駆動装置が一切必要ないという利
点が得られる。しかし、使用した工具を加工主軸から工
具保持具まで送る位置及び工具を工具保持具から加工主
軸まで通過させる位置という２つの停止位置を設けるこ
とが、この場合、不可欠である。

工具保持具を主軸に対し鉛直又は平行な水平軸を中心と
して回動するよう、アーム上に取付けた場合、使用した
工具の送りと新しい工具の受取シの両方を行なう１つの
停止位置だけを設ければよい。

工具保持具は、様々な方法で設計することができるｏし
かし、工具保持具をプレート、枠等の形態として設計し
た場合、その内に、工具を受取るだめの開口部を設ける
ことが特に望ましいＯ アームを回動させるのに必要な駆動力を減少するため、
アームは、釣合重シ、又は釣合ばね装置を取付けた方が
よい。

この発明による工具交換装置の６つの実施態様を伺更、
よく把握するため、添付図面を参照しながら、より詳細
に説明する。

第１図の実施態様において、トランスファ機械の横形ユ
ニット１の頂部には、中間板状のアダプタユニット２が
配設されている。このアダプタユニット２は、その頂部
側で送シュニット３を保持し、その送り装置４上には、
主軸装置５が、その駆動要素６と共に配設しである。こ
の実施態様において、主軸装置５は、各々工具８を取付
けた４つの加工主軸７を備えている。

主軸装置５及び駆動要素６の両側において、中間板状ア
ダプタユニット２の頂部には支持ブロック９がアシ、こ
の支持ブロック９は、その頂部端１０の部分で、アーム
１２の一端用の支え１１を支持し、その自由端１３上に
は、工具保持具１４が固着−しである。この保持具１４
は、この場合、工具８用の開口部１６を有するプレート
１５として設計しである。

この場合、プレート１５には、重合せた開口部１６が２
列設けである。開口部１６間の中心間の間隔は、工具８
又は、加工主軸７の中心間の間隔と正確に対応している
。

各列の開口部１６の外側には、ガイドブツシュ１７及び
１８がプレート１５に設けられ、後述する如く、主軸装
置５上で横方向に配設したガイド棒１８ａをその内に挿
入することができる。

支持ブロック９には、止め具１９及び２０が設けられ、
その上には、アーム１２が、対応する位置に安置してい
る。止め具１９は、所定の固定した高さを有する一方、
止め具２ｏは、第１の上方及び第２の下方停止位置とい
う２つの任意に調節できる停止位置を有している。

支持点１１を中心として、アーム１２を回動させるため
に、旋回駆動装置が設けであるが、これは、この実施態
様では、明確にするため図示していない。この旋回駆動
装置によって、アーム１２（従って、工具保持具１４）
は、第１図、第２図、第３図又は、第７図に示した取付
位置から、第４図及び第５図、又は、第６図に示した交
換位置に旋回させることができる。

駆動装置（図示せず）もまた、設けてあり、それによっ
て、駆動要素６を含む主軸装置５は送シ装置４を介して
、送シュニット３上で、矢印２１の方向に前後に動く。

この前後運動のうち、３つの位置だけが重要であシ、こ
れらは、第２図乃至第７図において、ローマ数字工乃至
■で示しである。

位置工は、加工位置であシ、この位置で、被加工物（図
示せず）は、加工主軸７に保持された工具８によって加
工される。

位置πは、後退した開始位置を示し、この位置で、新し
い工具を取付けた工具保持具１４が、加工主軸７及びそ
の工具８の正面で、妨害されずに旋回できるよう駆動要
素６を備えた主軸装置５は、送シュニット３上で、後退
させられる。

位置■は、工具遠シ、又は、交換位置を示したもので、
この位置で、後述する如く、変換すべき工具８ａは、工
具保持具１４に送られ、新しい工具８ｎは、工具主軸に
よって受取られる。

自動工具交換工程は、この発明による工具交換装置を使
用して次の如く行われる。

第２図に示す如く、主軸装置５は、加工位置Ｉにあシ、
被加工物（図示せず）に対し所定の加工を行なう。この
段階にて、工具保持具１５は、工作機械の後側の取付位
置にあシ、この位置で、アーム１２は、止め具１９上に
安置している。

加工ユニット５が、工具８を取付けだ加工主軸７によシ
、工作機械の後側で所定の加工を行なう間に、使用した
工具８ａは、新しい工具８Ｄを取付けた工具保持具１４
から取外される。第２図において、矢印で示す如く、使
用済み工具８ａは、開口部１６（第１図）の頂部列にあ
り、他方、新しい工具８ｎは、下の列内に挿入される。

この工程が完了すると、工具保持具１５の頂部列は、空
となシ、下方の列には、第３図に示す如く、新しい工具
８ｎが取付けである。

工具の交換を行おうとする場合、主軸装置５は、第３図
に示す如く、後退した開始位置■内まで後退させられる
。主軸装置が、開始位置■に達すると、アーム１２の旋
回駆動装置が始動し、工具保持具１４は、第４図に示す
如く、アーム１２が、止め具２０の上に安置するまで、
矢印２２の方向に旋回する。この段階において、止め具
２０は、その第一の停止位置にあり、この位置で、加工
主軸７内の工具８ａは、この位置で空となっている下方
列の開口部と、おおよそ整合される。

次いで、駆動要素６を有する主軸装置５は、後退した開
始位置■から出て、第５図において、鎖線で■として示
した工具送り位置に入り、この位置で使用した工具８ａ
は、図示しない装置によって、工具保持具１４の開口部
内に、しつかシと保持される。次いで、加工主軸７内の
クランプ＠溝が工具８ａ′を解放し、従って、主軸装置
及び加工主軸は、工具８ａなしで、後退した開始位置■
まで戻ることができる。この工具交換の段階は、第５図
に示しである。

主軸装置５が、後退した開始位置■に達すると直ちに、
止め具２０は、その２つの下方停止位置まで動く。即ち
、仁の場合、現在空となっている加工主軸の軸が、頂部
列の関口部内で新しい工具８ｎの軸と同一面上になるま
で、下降するのである。この位置に達すると、主軸装置
５は、後退した開始位置■から、第６図に示す如く、工
具送シ位ｉ＝へ移動する。加工主軸のクランプ装置は１
作動し、工具保持具１４の頂部列間口部内にある新しい
工具８ｎを把持する。

加工主軸が、新しい工具８ｎを把持すると、直ちに、主
軸装置５は、工具送シ位置■から、開始位ｆｌｔ、ｘま
で後退し、これによって、新しい工具８ｎは、工具保持
具１４から引出される。工具保持具１４は、第６図にて
破線で示す如く、矢印２３の方向に旋回して、第７図に
示す如く、止め具１９上の取付位置に戻る。

次いで、新しい工具８ｎを取付けた主軸装置５は、再び
、加工位置１内に押し出され、次の加工操作を行なう。

この間、第２図について説明した如く、使用済み工具８
ａは、工具保持具１４から引出され、この位置における
下方列の開口部は、新しい工具８ｎを取付けである。

第４図乃至第６図について説明した如く、交換位置にお
いて、止め具２０によシ加工主軸に対して、工具保持装
置が疎整合されるが、止め具２０は、使用済み工具８ａ
を工具保持具に送るためには、第４図に示した第１の上
方停止位置を用い、新しい工具８ｎを加工主軸まで送る
ためには、第６図に示した第２下方位置を用いる。止め
具２０によ″るこの整合は、精密なトランスファ機械に
必要とされるほど正確なものではないため、それ相当の
機械コストを伴う、対応するガイド装置があシ、これは
、一端を工具保持具に、他端を主軸装置５上着しである
。これらガイド装置は、この実施態様において、工具保
持具１４上の開口部１６の隣シに、横方向に配設したガ
イド−ブツシュ１７及び１Ｂ、又、主軸装置５上で横方
向に配設したガイド棒１８ａを備えている。ガイドブツ
シュ１７及び１８の工具保持具１４上の位置及び、ガイ
ド棒１８ａの主軸装置５上の位置は、ガイド棒１８ａが
、ガイドブツシュ１７の穴の内に挿入された場合、頂部
列の開口部１６（第１図参照）がその中心に対して加工
主軸７の軸と正確に同一面になるように選ぶ。工具保持
具１４（第１図参照）の下方列の開口部１６は、ガイド
棒１８ａが、ガイドブツシュ１８の穴の内に位置した場
合、順に、加工主軸７の軸と正確に同一面になる。

ガイドブツシュ１７及び１８．又ガイド棒１８ａは、後
退した開始位置■において、全熱接続しないよう、その
長さと位置を決める。しかし、主軸装置５が、後退した
開始位置■から、工具送り位置■まで押出されると、ガ
イド棒１８ａは、アーム１２を介した止め具２０によっ
て行ったそれぞれの疎整合に従って、ガイドブツシュ１
７又はガイドブツシュ１８内何れかに入シ、これによっ
て、設計コストを比較的安価に、加工主軸忙対して工具
保持具１４を極めて精密に調節することができる。

第１図乃至第７図に示した実施態様において、工具保持
具１４は、アーム１２と剛性に相互接続しである。第８
図乃至第１１戸において、２つの実施態様が示してあシ
、工眞保持具１４は、アーム１２と回動可能なように連
結しである。

第８図及び第９図に示した実施態様において、工具保持
具の回転軸は、主軸の軸と平行であシ、一方、第１０図
及び第１１図に示した実施態様において、それは、水平
で且つ主軸の軸と鉛直にしである。

両実施態様において、工具保持具への取付けは、工作機
械の後側にある取付位置（図示せず）で行われ、従って
、それぞれ第８図及び第１０図に示した交換位Ｍまで、
アーム１２が、旋回した後、工具保持具１４の空の開口
部は、交換される工具を有する加工主軸の正面に安置す
る。

後退した開始位置から、工具送シ位置まで変位すること
によって−５と換すべき工具８ａは、第１の実施態様に
関して上述した如く、工具保持具１４まで送られる。次
いで、主軸装置５は、第９図、又は第１１図の如く、再
び後退した開始位置まで復帰する。

第１の実施態様と対照に、工具保持具１４内の新しい工
具８ｎは、アーム１２を下降させても回転しないが、第
９図又は、第１１図にて、矢印で示す如く、空の加工主
軸７の正面の各軸を中心として、工具保持具１４を回転
させることによって、回転する。新しい工具８ｎが、空
の加工主＠７の正面の位置に達すると、主軸装置１５は
、再び、後退し７ｈ開始位置から工具送り位置まで押出
され、上述の如き方法で、新しい工具８ａを受取る。主
軸装置が後退すると、新しい工具８ｎは、工具保持具１
４から引出され、従って、工作機械の後側にある取伺位
置内に振戻される。第８図乃至第１１図に示した実施態
様においても、また、交換位置で、止め具（図示せず）
Ｋよるアーム１２の疎整合及び、ガイド棒とガイドブツ
シュの形態をしたガイド装置による微調整が行われる。

一方、第１図乃至第９図に示した実施態様において、取
付位置における工具保持具への取付けは、常に、内側か
ら外側へ、即ち、工具保持共を介して工作機械の後側か
ら、運転者に向けて行われ、第１０図及び給１１図に従
った実施態様の場合、工具保持具は、後側から直接取付
けることができる。これは第１０図及び第１１図の実施
態様の場合、工具保持具は、主軸の軸と鉛直な軸を中心
として旋回するためで、このため、工具は、第１１図に
示す如く、１８０度回転動作を行なう。

第８図乃至第１１図に示した実施態様にて説明した如き
工具交換装置は、２列又は、それ以上の重合せた加工主
軸を有する工作機械にて使用できるという利点がある。

かかる場合、頂部停止位置から下方停止位置まで下降さ
せるだめの十分なスペースがないという、空間上の理由
によって、工具保持具１４をアーム１２に剛性に固着す
ることができない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、トランスファ機械（図示せず）の横形ユニッ
ト上に配設し、工具交換装置を備えた、この発明による
多軸工作機械全体の斜視略図、 第２図乃至第７図は、第１図による工具交換装置の作動
原理を説明するため工具交換の６段階を略図で示した各
側面図、 第８図及び第９図は、この発明による工具交換装置の第
２実施態様を２段階に分けて示した図、 第１０図及び第１１図は、この発明による工具交換装置
の第３実施態様を２段階に分けて示した図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　横形ユニット、又は、コンソールユニット形式のト
   ランスファ機械に取付ける工作機械忙おいて、主軸装置
   と、複数の加工主軸と、主軸装置用駆動要素と、及び、
   使用した工具と新しい工具を受取るための工具保持具と
   を備え、工具保持具が、工作機械の後側の取付は位置か
   ら、主軸装置及び協働する駆動要素を越えて、前記加工
   主軸の正面にある工具交換位置まで動くことができるよ
   うにして成ることを特徴とする前記工作機械。 ２　工具保持具が、加工主軸の軸と鉛直に、交換位置ま
   で伸長する水平軸を中心として、回動可能なようにして
   成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した
   工作機械。 ３　工具保持具を、工作機械の各側部上に配設した２つ
   のアームの自由端に固着し、その他の端を主軸の軸と鉛
   直に伸長する前記軸を中心として回動するように取付け
   て成ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載し
   た工作機械。 ４　支持ブロック内に、各アームの回動可能な支持体を
   設けて成ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
   載した工作機械。 ５　各支持ブロックを中間板状アダプタ装置で前記横形
   又はコンソールユニットの頂部に固着して成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項に記載した工作機械。 ６　各アームが、それ自身の回動駆動装置を有し、２つ
   の回動駆動装置を剛性軸にて、相互に接続して成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項、又は、第４項に記
   載した工作機械。 ７　工具保持具を交換位置において、疎整合を行なうた
   め、前記支持ブロック上に、調節自在な止め具を設け、
   その止め具が、前記アームの停止面と協、働するように
   して成ることを特徴とする特許請求の範囲第４項、又は
   、第５項に記載した工作機械。 ８　交換位置において、工具保持具の微調整を行なうた
   め、手動の対応するガイド装置を設け、工具保持具及び
   主軸装置双方に固着して成ることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項に記載した工作機械。 ９　ガイド装置が、ガイドブツシュと協働するガイド棒
   を備えて成ることを特徴とする特許請求の範囲第８項に
   記載した工作機械。 １０　　ガイド棒を主軸装置以外に、主軸装置と平行に
   配設し、工具交換位置において、工具保持具内のガイド
   ブツシュ内に突出するような寸法として成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第９項に記載した工作機械。 １１　　工具保持具をアームと剛性に連結して成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載した工作機械
   。 １２　　工具保持具を、水平で且つ主軸の軸と鉛直に整
   列させた軸を中心として、回転するようアームに接続し
   て成ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載し
   た工作機械。 ＋５　　工具保持具を主軸の軸と平行な軸を中心として
   回転するようアーム上に取付けて成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載した工作機械。 １４　　工具保持具を板、枠等として形成し、工具用の
   開口部を備えて成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載した工作機械。 １５　　工具保持具が別の駆動装置によって、その軸を
   中心として回動可能であるようにして成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第１２項、又は、第１５項に記載し
   た工作機械。 １６　　アームが、各々釣合型りを備えて成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項に記載した工作機械。 １７　　アームが、各々釣合ばね装置を備えて成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項に記載した工作機械
   。 １８　　特許請求の範囲第１項乃至第１７項に記載した
   倒れの工作機械にも使用する工具交換装置。 １９　　特許請求の範囲第１項乃至第１７項に記載した
   何れの工作機械をも取付ける横形ユニット、又は、コン
   ソールユニットを備えるトランスファ機械。