JPS60141447A - 工作機械の自動工具交換装置 - 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】 イ、技術分野 この発明は工作機械、とりわり、多数の工具を保有し各
工具を所要時自動的に選択して装着することのできるよ
うになしたマシニングセンタにおける自動工具交換装置
に関する。

口、背景技術 マシニングセンタはツールマガジンに多数の工具を保有
し、各工具による加工が終了す葛毎に自動的に工具交換
を行なうことにより、−基で多種類、多工程の加工作業
を自動的に遂行する。マシニングセンタの主軸頭とツー
ルマガジンとの間におけるかかる工具の自動交換は自動
工具交換装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｏｏｌ　Ｃｈａ
ｎｇｅｒ　；以下、＾ＴＣと略称ず）が受持つ。このＡ
ＴＣは工具を係脱自在に把持しうる把持部を両端に備え
たアームを有し、このアームにより、マシニングセンタ
に組み込まれた（ＮＣ：）制御装置の指定する新たに主
軸頭に装着すべき工具をツールマガジンから受け取り、
また、これに取って代わられるべき用済みの工員を主軸
頭から取り外し、しかして両者を交換する。したがって
、ＡＴＣは多種類の操作をしかも正確に行なうことを要
求されるものである。

ハ１発明の目的 この発明は構造簡単にしてしかも円滑かつ確実な工具交
換を達成し得る工作機械の自動工具交換装置（ＡＴＣ）
を提供せんとするものである。

ニ０発明の構成 この発明は、ＡＴＣのアームの多数の旋回動作を３１固
のアクチュエータにより行なわせることにより上述の課
題の解決を図ったものである。

すなわちこの発明による八ＴＣは、本体たるハウジング
に回動ならびに進退自在に支持され一端にピニオンを備
えた旋回軸と、工具を係脱自在に把持しうる把持部を両
端に備え旋回軸の一端に固定されたアームとを含む。

しかしてアームに各種の旋回動作を付与するために互い
に作動ストロークの異なる次の３個のアクチュエータを
有する： ■　旋回軸の退入位置において旋回軸のピニオンと噛み
合うランクを備えた第２のアクチュエータ； ■　旋回軸の進出位置において旋回軸のピニオンと噛み
合うランクを備えた第３のアクチュエータ；および ■　第２ならびに第３のアクチュエータを相互に連結す
る連結部材と結合した第４のアクチュエータ・ かくして上記の３個のアクチュエータにより、旋回軸の
進出位置および退出位置において都合８種類の旋回動作
をアームに行なわせるものである。

ボ１発明の効果 かかる構成であるからしてこの発明の工作機械の自動工
具交換装置は、８種類の旋回動作を要求されるアームの
駆動手段として３個のアクチュエータを用いるため、駆
動機構が簡素となり、それゆえに、また、アームの旋回
動作の制御が容易となる。すなわち、アームの各旋回動
作を別々のアクチュエータが受持つため、例えば１個で
３位置の制御を行なうアクチュエータを用いる場合より
位置決めが正確となり、安定した操作が行なわれる。そ
の結果、円滑かつ確実な自動工具交換を保証することが
できる。

へ、実施例 以下、図面に示すこの発明の実施例につき詳細に説明す
る。

まず、単に工作機械の一例として横形のマシニングセン
タの全体概観を示す第１図を参照すると、このマシニン
グセンタはコラム（１）に沿って垂直方向に移動しうる
主軸頭（２）と、工作物を取り付けるためのテーブル（
３）と、コラム（１）に固設したツールマガジン（４）
を包含する。＾ＴＣは包括的に参照数字（５）で指しで
ある。

ツールマガジン（４）は工具を格納するための多数のボ
ッ１−（６）を担持し°Ｃおり、制御装置（図示せず）
により指定された工具を、ＡＴＣ（５）との間での工具
受渡し位置に自動的に誘導する。なお、図示例はチェー
ン式ツールマガジンであるが、この外にドラム式など同
等の機能を有するものが種々知られており、仕様等に応
じて任意に選択されるものである。

次に第２Ａ図を参照すると、ＡＴＣ（５）の本体たるハ
ウジング（７）は主軸１ｊｆｌ（２）とツールマガジン
（４）との間で水平方向に９０°揺動しうるごとく、コ
ラム（１）に回転自在に軸承サレタセン（８）により支
持されている。ずなわち、適宜のアクチュエータ（図示
せず）によりビン（８）を回転駆動することによって、
第２Δ図、第２Ｂ図および第８図に主す主軸頭（２）側
に偏移した位置と、第１図および第７図に示すツールマ
ガジン（４）側に偏移した位置との間で、ハウジング（
７）が揺動する。

なお、この揺動の際、後述するアーム（９）の把持部（
９ａ）　（９ｂ）の各中心が主軸頭（２）またはツール
マガジン（４）との間での工具受渡し位置に精確に停止
することが、円滑確実な工具交換が達成されるための条
件である。したがってこれを保証すべく、ハウジング（
７）の揺動端を規制ないし微調整する手段を設けるのが
望ましい。第７図および第８図に示すストッパ（Ｉｌａ
　）　（ｌｌｂ　）はその−例である。これらのストッ
パ（ｌｌａ　）　（ｌｌｂ　）はハウジング（７）のそ
れぞれコラム（１）およびツールマガジン（４）と対向
する側面の所定箇所に、突出高さを調節しうるごとく螺
挿したものである。

第２Ｂ図において、ハウジング（７）の内部にはハウジ
ング（７）に固定された軸受（１２）により一端を軸承
されたシャツｌ−（１３）が延在する。中空の旋回軸（
１４）がこのシャフト（１３）に相対摺動可能に嵌合す
るとともに、ハウジング（７）に固定されたいまひとつ
の軸受け（１５）にこれも相対摺動可能に嵌挿している
。シャツ）　（１３）はその途中に大径部つまりピスト
ン（１Ｇ）を有し、このピストン（１６）の軸方向両側
において、シャツ）　（１３）と旋回軸（１４）との間
に気密を保った圧力室（１７ａ　）　（１７ｂ　）が画
成されている。第１の圧力室（１７ａ　）は、シャフト
（１３）を貫通して一端にてこの圧力室（１７ａ　）に
開口するとともに他端にてシャフト（１３）に形成され
た環状溝（１８ａ　）に開口する通路（１９ａ）と、ハ
ウジング（７）を貫通して環状ｆｌ（１８ａ　）と連通
ずる通路（２０ａ　）とを介して、圧油源もしくは油タ
ンクに選択的に通ずる制御弁（図示せず）と連絡する。

同様にして第２の圧力室（１７ｂ　）は、通路（１９ｂ
　）　、環状溝（１８ｂ　）　、および通路（２０ｂ　
）を介して上記の制御弁と連絡する。

別言すれば、これらの圧力室（１７ａ　）’　（１７ｂ
　）は旋回軸（１４）を進退動作せしめるためのアクチ
ュエータの構成要素たるものである。すなわち、第１の
圧力室（１７ａ　）に圧油が供給されるときは、旋回軸
（１４）はハウジング（７）内方に退入し、第２の圧力
室（１７ｂ　）に圧油が供給されるときは旋回軸（１４
）はハウジング（７）外方に進出する。なお、かがるア
クチュエータとしては、上述のごとき油圧式に限らず、
空気圧式など他の適宜の方式のものを採用することもで
きる。

アーム（９）はスプライン（２１）により旋回軸（１４
）と結合している。アーム（９）は両端に、第６図から
れかるように旋回軸（１４）を中心にして点対称の形状
を呈する把持部（９ａ）（９ｂ）を備えている。各把持
部は工具を保持しているツールホルダ（３１：第２Ｂ図
）を受け入れるための半円形の凹所（１０ａ　）と、ツ
ールホルダの鍔部の環状溝と弾力的に係合しうる突子（
１０ｂ　）とを含む。突子（１ｏｂ　）ｃ＊外方に向け
て弾圧されており、ツールボルダのその半径方向におけ
る所定値を超える力でのアーム（９）の凹所（１０ａ　
）への進入ならびに凹所（１０ａ　＞からの＾１１脱は
許容する一方、係合した状態ではツールホルダの軸方向
移動は禁止する。なお、アーム（９）の把持部（９ａ）
　（９ｂ）の工具把持機構は当該技術分野においてはよ
く知られているところであって、図示例の外聞等の機能
を有する種々の構成を採用することができる。もっとも
その場合、ツールホルダ３Ｌ主軸ｍ　（２）およびツー
ルマガジン（４）との相互について整合性を図ることは
言うまでもない。

旋回軸（１４）は一端にピニオン（２２）を備えている
。このピニオン（２２）と噛み合うごとく２個のランク
（２３ａ　）　（２３ｂ　）が配列されている。第１の
ラック（２３ａ　）は旋回軸（１４）の退入位置におい
てピニオン（２２）と噛ミ合い、第２のラック（２３ｂ
　）は旋回軸（１４）の進出位置においてピニオン（２
２）と噛み合う。これらのランク（２３ａ　）　（２３
ｂ　）は旋回軸（１４）と直交する方向にのみ移動しう
るごとくリニヤガイド（２４）によってハウジング（７
）と結合している。

第３図かられかるように、第１のラック（２３ａ　）は
一端にて第１の油圧シリンダ（２５ａ　）のロッド（２
６ａ　）と結合している。第１の油圧シリンダ（２５ａ
　）の、したがって、また、第１のラック（２３ａ　）
の作動ストロークは旋回軸（１４）の９０゛回動する量
に対応する。第２のラック（２３ｂ　）は第４１３１１
かられかるように一端にて第２の油圧シリンダ（２５ｂ
　’）のロッド（２６ｂ　）と結合しており、その作動
ストロークは旋回軸（１４）の１８０°回動する量に対
応する。第１および第２の油圧シリンダ（２５ａ　）　
（２５ｂ　）はいずれも、連結部材たるプレート（２７
）に固定され、したがって相互に連結している。第１お
よび第２のラック（２３ａ　）　（２３ｂ　）の移動端
は、それらの端面と当接しうるご占く、がっ、突出高さ
を調節しうるごと（ハウジング（７）およびプレー１−
　’２７）に甥挿したストッパ（２８ａ　：　２９ａ　
）（２Ｂｂ　：　２９ｂ　）により規制ないし微調整さ
れる。

第５図に示すようにプレート（２７）にはさらに第３の
油圧シリンダ（２５ｃ　）のロッド（２６ｃ　）が結合
されている。第３の油圧シリンダ（２５ｃ　）の作動ス
トロークは旋回軸（１４）の４５゛回動する量に相当す
る。すなわち第３の油圧シリンダ（２５ｃ　）は、プレ
ート（２７）を介して第１および第２の油圧シリンダ（
２５ａ　）　（２５ｂ　）を同時に移動せしめることに
より、旋回軸（１４）を、その進出、退入のいずれの位
置においても、４５゛回動させることができる。プレー
ト（２７）の移＃端も、ハウジング（７）のプレート（
２７）の端面と対向する位置に突出高さを閲節しうるご
とく禦挿したストッパ（２８ｃ　；２９ｃ　）によって
規制ないし微調整することができる。なお、プレート（
２７）はハウジンク　（７）に固設されたガイドシャフ
ト（３０ａ〜３０ｃ　）に摺動自在に嵌合しており、こ
れにより円滑に案内される。

上述の第１乃至第３の油圧シリンダは単なる例示であっ
て、この外例えば空気圧シリンダなど同等の機能を果た
す適宜のアクチュエータを採用してもよい。

次に、上に述べたごとき構成からなる本実施例の作動に
ついて述べる。

工具交換にあたっては、まず、第２Ｂ図に示すごとく旋
回軸（１４）を退入させた状態で、第３の油圧シリンダ
（２５ｃ　）のロッド（２６ｃ　）を退入させることに
より、旋回軸（１４）を、したがって、また、アーム（
９）を第６ＦＩ！Ｊ中反時計方向く以下、記述の便宜上
正方向と称す）に４Ｂ゛回動セしめる。さすれば第６図
中上方にあるア−４（９）の一方の把持部（９ａ）がツ
ールマガジン（４）から工具受渡し位置（Ｚ）にある新
たな工具（実際はツールホルダー（３１）。以下同じ。

）を把持する（第７図）。

次に旋回軸（１４）を進出させ”ζ上記の新たな工具を
ツールマガジン（４）のボット（６）から引き抜いた上
で、第３の油圧シリンダ（２５ｃ　）のロッド（２６ｃ
　）を突出さセることにより、旋回軸（１４）およびア
ーム（９）を第６図中時計方向（以下、記述の便宜上逆
方向と称す）に４５゜回動せしめる。

ここで、旋回ｔ’ｌｌｌ　（１４）を退入させた上で、
第８図に示すごとくハウジング（７）をビン（８）を中
心にして主軸Ｍ（２）側へ９０°揺動させる。

しかる後に篇１の油圧シリンダ（２５ａ　）のロノＦ’
　（２６ａ　）を退入させ、第９図に示すごとく旋回上
！　（１４）およびアーム（９）を正方向に９０゜回動
せしめる。これによりアーム（９）の他方の把持Ｕｌ（
（９ｂ）は主ｆｌｌ１頭（２）に装着されている用済み
の工具を把持する。この状態から旋回軸（１４）を進出
させるとアーＪ、（９）は上記の用済みの工具を主軸９
１（２）から引き抜く。

続いて第２の油圧シリンダ（２５ｂ　）のロッド（２６
１＋　）を退入させて旋回軸（１４）およびアーム（９
）を正方向に１（１０°回動じしめる。しかして旋回φ
山（１４）を退入さ・Ｕ゛ると、アーム（９）の一方の
把持部（９ａ）に把持されている新ｉこな工具が主軸頭
（２）に装着される。

次に、第２の油圧シリンダ（２５ｂ’、）のロッド（２
Ｂ）を突出させて旋回軸（１４）およびアーム（９）を
逆方向に９０°回動せしめる。

ここでハウジング（７）をビン（８）を中心にして今度
はツールマガジン（４）側へ９０゛揺動させる（第８図
−第７図）。

しかる後、旋回軸（１４）を進出させた一ヒで正方向に
４！ｌｌ”回動させる。

さらに、旋回軸（１４）を退入させてアーム（９）の把
持部（９ｂ）に把持されている用済みの工具をツールマ
ガジン（４）の工具受渡し位置（Ｚ）上の空のポット（
６）に引渡す。

最後に、旋回軸（１４）および１−ム（９）を逆方向に
４５°回動させて第６図に示すごとき最初の待機状態に
もどす。

か（のどとき号イクルをもって１回の工具交換が完了す
る。なお、以上の一連の操作は制御装置からの指令に応
答して自動的に遂行されるものであるが、そのための最
適のシーケンスをさらに具体化する伴とは当該技術分野
におりる通常の熟練者にとって自明のことであると思わ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は横形マシニングセンタの室側面図、第２Δｔツ
１はこの発明の一実施例たるＡＴＣＯ）平面図、第２Ｂ
図は同しく１（Ｉ折面図、第３〜５図番よ第２１３図の
ＩＩＩ　−ＩＩＩ線、Ｂｙ　−ＩＶ　線、ｖ　−ｖ線ｔ
コ？ＱうＬＪＪｉ　面図１、ｆｒＳ６　図ハ第１１ｉ＞
Ｊ＋７）ＡＴＣｆｍ分（Ｄ拡大略図、第７図はアームが
ツールマガジン側へ伸し）た状態の第６図のＡＴＣ部分
の３Ｆ面略図、第８図はＡＴＣが主軸Ｈ！ｌ１ｔｌｌｌ
へ揺り山、かつ、アームが水平に延在する状態の第７し
Ｉと同様の平面略図、第９し１は第８図のＡＴＣ部分の
正面し１である。 （２）・・主１ＪＩＩＩ＋頭、（４）・・ツールマガジ
ン、　（５）・　・ＡＴＣ，（７）　・　・ノ＼つじ２
ンク゛、（８）・・ビン、（９）・・アーム、（９ａ）
　（９ｂ）　・・把持部、（ｌｌａ　）　（ｌｌｂ　）
　・・ストッパ、（１４）・・旋回軸、（２２）・・ピ
ニオン、（２３ａ）・・第１のう・ツク、（２３ｂ　）
・・第２のラック、（２５ａ　）　・・第１の油圧シリ
ンダ、（２５ｂ　）　・・第２の油圧シリンダ〜（２５
ｃ　）　・・第３０油狂シリンダ、（２７）・・プレー
ト。 麻８図 第　９　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１一端にビニオンを備えハウジングに回動ならびに
   進退自在に支持された旋回軸；工具を係脱自在に把持す
   るための把持部を両端に備え前記旋回軸の一端に固定さ
   れたアーム；前記旋回軸の退入位置にて前記ビニオンと
   噛み合うランクを備えた第１のアクチュエータ；前記旋
   回軸の進出位置にて前記ビニオンと噛み合うラックを備
   えた第２のアクチュエータ；前記ｍｌならびにｍ２のア
   クチュエータを相互に連結する連結部材；および 前記連結部材を移動せしめるための第３のアクチュエー
   タ； よりなり、前記第１乃至第３のアクチュエータの作動ス
   トロークが相異なる工作機械の自動工具交換装置。 （２）　前記第１のアクチュエータのストロークが前記
   旋回軸の９０°回動に対応し、前記第２のアクチュエー
   タのストロークが前記旋回軸の１８０゜回動に対応し、
   前記第３のアクチュエータのストロークが前記旋回軸の
   ４５°回動に対応することを特徴とする特許請求の範囲
   の記載工の工作機械の自動工具交換装置。 （３）前記アームが下記の動作を行なうことを特徴とす
   る特許請求の範囲の記載２の工作機械の自動工具交換装
   置： ■　旋回軸の退入位置にて正方向に４５°旋回して一方
   の把持部にてツールマガジン内の新たな工具を把持する
   ； ■　旋回軸の進出位置にて逆方向に４５°旋回する； ■　旋回軸の退入位置にて正方向に９０°旋回して他方
   の把持部にて主軸上の用済み工具を把持する； ■　旋回軸の進出位置にて正方向に１８０°旋回する； ■　旋回軸の退入位置にて逆方向に９０°旋回して前記
   一方の把持部と前記新たな工具との係合を解く； ■　旋回軸の進出位置にて正方向に４５°旋回する；お
   よび ■　旋回軸の退入位置にて逆方向に４５°旋回する。 （４）前記ハウジングが主軸とツールマガジンとの間で
   揺動しうるごとく枢着されてなり、前記主軸ならびにツ
   ールマガジンのそれぞれとの間に揺動端を規制するため
   の手段を設けであることを特徴とする特許請求の範囲の
   記載１乃至３のいずれかの工作機械の自動工具交換装置
   。