JPS6025631A - 自動工具交換方法及びその装置 - 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】 本発明は新規な自動工具交換方法とその装置に関し、主
軸先端にツールホルダを嵌着させたままで、ツールホル
ダに締付けられたツールを緩めてツールだけの工具交換
動作をするようにしたものである。

従来の自動工具交換装置は、ツールホルダごと工具貯蔵
マガジンと主軸との間を工具交換アームによって転送、
反転して工具交換動作を行わせてし・る。これは、ツー
ルホルダに締付けられて（・るツールを外して別のツー
ルホルダに取付ける動作を、自動工具交換時に盛り込む
ことは、ＡＴＣ時間を長くしたり、工具交換機構を複雑
にするなど、得策ではなし・ことから実用化して（・な
かった。

ところで、最近の自動工具交換装置は、ドリルセンタの
ように１０φ前後の小径工具を対象としたり、ＦＭＳの
ように１００〜２００本以上の工具交換を対象としてし
・る。従って、小径工具を対象とした自動工具交換装置
（以下ＡＴＣ装置とも・う）は。

各小径工具が大径のソールホルダに締付けら才１ており
、これを工具貯蔵マガー／ンに装備させると、大型のマ
ガジン本体を必要とし、これに伺属して大型の工具交換
アームも必要となるなど、ＡＴＣ装置のつンバクト化を
妨げて℃・る。また、約１００本の工具を備えたＦＭＳ
の工具−貯蔵マガジンは、大規模な据付スペースと多額
の機械設備となり、Ｆ’ＭＳを省スペース及び少なし投
資額で工場設備することが困難であって、その普及率も
低（・ものである。更に、単体のマシニングセンタにお
（・ても、工具の多数本装備の傾向にある。とのため、
工具貯蔵マガジンの大型化とコストアップを余儀な（さ
れてし・ろ。そして、特開昭５８−２８４４７号に見る
よう、主軸を備えてＺ軸方向に移動する加工ヘットにＡ
ＴＣ装置を装備させ、工具交換時間を節約させる思想の
７シニングセンタが登場して℃・る。

この方式のＡＴＣ装置は、出来る限り、軽量及びコンパ
クトに送られなければならな℃・と（・５課題があり、
現状のＡＴＣ装置には、この課題を解決したものがな（
・。

本発明は、上記従来のＡＴＣ装置がもつ欠点に鑑みてな
されたもので、工具貯蔵マガジンの省スペース化を図る
ことを基にしてＡＴＣ装置全体のコンパクト、低廉化を
図ることを基本的な目的とする。

また６本発明の他の目的は、Ｚ軸方向等に移動する加工
ヘットに装備して、工具交換時間の節約を図る小型軽量
なＡＴＣ装置を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、同一の工具貯蔵マガジンに
対して、より多くの工具を貯蔵できるＡＴＣ装置を提供
するにある。

そして、本発明の他の目的は、主軸先端にだけノールボ
ルタを固着させ、アームでマガジンから搬送されるノー
ルを主軸のソールホルダと抜き差し交換さぜるＡＴＣ装
置を提供するにある。

本発明は、上述目的を達成させるべく、主軸先端にツー
ルが抜き差しできるノールホルダを固着させ、小型の工
具貯蔵マガジンにはホルダなしのノールだけを把持する
保持筒を多数備え、工具交換アームが工具貯蔵マガジン
と主軸ノールボルダ間のツール交換時にソール締緩部旧
が作動し、ソールホルダのツールを締緩させて新旧ツー
ルの差し替え動作を行わせるようにしたものである。而
して、ノールだけを貯蔵１゛ろ小型マカノンの構成でよ
く、ノールボルダも主軸に固着させた１つだけの構成と
なってＡＴＣ装置全体の小型好量化、低廉化並びに同一
マガジンスペースで多数本の工具収納を可能とした。こ
れにより、加工ヘソ１−＼のＡＴＣ装置の搭載が無理な
く簡便にできると共に、ＦＭＳや多数本工具を備えなけ
ればならな（・マシニングセンタへの適応性にも優れて
（・る。

次に、本発明の工具交換方法及びその装置を、図面の簡
単な説明する。第１図は、コラム１０が各軸の／°ルス
モークＭＸ　ｒ　ＭＹ　２ＭＺによってＸ、Ｙ。

Ｚ　ｌ＋Ｉｌ＋に移動する型式のマシニングセンタＭＣ
を示す。

即Ｉ）、コラＡｌ（＋はへ一ス１、こ−２を介してこの
摺動面２（Ｚ＋　２０に載せられ、コラムの摺動面１ｏ
（Ｉ。

１０ａには」二丁動し且１８＋１’反転する加工ヘット
１１を備えて℃・る。上記加工ヘット１１の前面１１．
及び背面１１．）には主軸１２．１２を備え、旋回モー
フＭｌを回動芯にして上下位置に偏心して取付けられた
各主軸１２．１２がワークＷ及び本発明ＡＴＣ装置１０
０の工具交換位置（ｉ）に停止されてし・る。本発明の
ＡＴＣ装置１００は、摺動面１０σ、ｌＯａに係合する
基台１３かもコラム背面側へ突出させたフラケノト１４
土に載置されて（・る。従って、加工ヘッド］１の１８
００反転動作でコラム背面側の待機位置（工具交換位置
）にある主軸１２の使用済工具（ツール）は、工具交換
アーム〕５によって工具貯蔵マガジン本体内の新しく・
工具（ソール）と交換される。上記工具交換は、主軸に
固着するノールホルダから工具だけを抜き出し、７−ム
が把持して℃・る新しく・工具をツールボルダに差し込
み締付することで行（・、使用済工具は小型マガジンに
納められる。

続〜・て、上記工具交換方法を実施する２つの実施例装
置につ（・て説明する。先ず第２〜４図の第１実施例に
おし・て、１８０°反転する加工ヘッド月の主軸１２テ
ーバ１２Ｃ内には、第３図の如くノールボルクＴＨのン
ヤンク５が嵌入固着されて（・る。このソールホルダＴ
Ｈは公知のクイックチェンジボルタの内部構成（図示な
し）を呈しており、内蔵するス［・レートコレラＩ・の
拡狭動作は、締付ナツト２゜の回動操作に」、って行（
・、この締付ナノ）２０の夕）周には歯車状の歯山２（
）６・日が刻設されて（・る。

２１は主軸１２の回転を拘束するロックナンドで、ツー
ルボルダＴＩの某幹部外周に一体的に取付けられて（・
て、その外周は第３図（ａ）に示ずよ５切欠段２１σ・
・・が刻設されて（・る。２２は主軸１２の回転拘束部
材で、加ゴニヘッド１１の主軸近くに螺着さぜたブラケ
ット２３に取付けられてして、アクチェータどなるシリ
ンダ２４に空気が圧入されるとストッパ２５が突出にて
」二記切欠段２１（Ｉに係合し、主軸回転を拘束する。

而して、ソールホルダＴＨに嵌着する工具（［リル）Ｔ
ｌの抜き差し動作は、回転拘束部材２２でツールボルダ
ＴＨの自由回動を拘束させ、この状態で締伺ナツト２０
をノール締緩部、１４’３０（後記）によって緩めると
、ストレートコレットが拡開し−（ドリルのストレート
シャンク部５を解除し、アーム１５で工具Ｔｌの抜き差
しが行われ、新しく工具Ｔ２のシャンク部５をストレー
トコレットに差し込んだのち、締付ナツト２ｏの逆転回
動で締付ける。

なお、工具Ｔ１には、アーム１５に把持される中腹部分
に小径の把持筒ｌが圧入され、ストレートシャンク 貯蔵マガジンＭＱの保持筒４ｏ・・・にシャンク部を挿
入するど内蔵するボール（図示なし）が係合溝５ａに係
合し２て保持する。

次に、工具交換７ーム１５，工具貯蔵マガジンＭＱ及び
ツール締緩部材３ｏの関連構成を説明する。工具貯蔵マ
ガジンＭＱはコラム１ｏの背面側ブラケット１４に取付
けられ、減速割出モータＭ２によって所望の工具保持筒
４ｏが、主軸１２のツールボルダＴＨと対向する工具交
換位置（１））に位置決めされる。一方、工具交換アー
ム１５は、ブラケット１４の支杆１４ａ．にアーム進退
用のアクチェータ（シリンダ）Ｃｌを備え、２本のガイ
ドバー２６．２７が支杆１４ａに摺動できるよう承持さ
れ、このガイドバー２６，　２７０先端にアーム１５を
枢支する摺動体２８が連結保持され、また、アクチェー
タＣ１のピストンロット２９も摺動体２８に連結されて
（・る。而して、シリンダＣ１の作動でアーム１５は、
第３，４図に見るよう後退すると、両端に把持して℃・
る工具ＴＩ，Ｔ２をソールホルダＴＨ及びマガジンＭＱ
の保持筒４０に挿入し、前進すると鎖線の如く抜き出す
。上記工具交換１〜ム１５は把持爪Ｊ５ａ，１５ａが伸
縮式で、一体に載置したシリンダＣ２によって伸縮駆動
され、工具ＴＩ，Ｔ２の把持時に伸長した把持爪１５ａ
　、＋５ａで把持筒ｔを掴む。また、工具交換アーム１
５の１８０°旋回は、シリンダＣ３のロット６がラック
杆７を介して７−ム１５の支軸ビニオン８を回動して行
う。

ツール締緩部材３０は、ブラケット１４の上部１４ｈに
一体連結した支持板３１上に取付けられて（・る。

先ず、支持板３１′に取付けられた減速機モータＭ３は
、ｌ・ルクリミソタＴＬを介したその低速出力軸３２に
原動側プーリ３３を備え、左側の二股支持板３１．３１
“間に承持された回動軸３４には従動側プーリ３５を備
えて（・る。３６は両ブーＩＪ３３，３５間に巻掛けら
れたベルトで、低速出力軸３２０回転を回動軸３４に伝
達する。上記回動軸３４に嵌着する歯車３７は、ツール
ホルダＴＨの締付ナツト２０の歯山２０ａと噛合してい
るので、モータＭ３の正逆転により締付ナノ１−２０を
締付けたり緩めたりする。上記歯車３７の締付ナツト２
０との係脱は、支持板３］’，　３１“がブラケット】
４に対して２本のガイドバー３８．　３９に保持され、
前後方向にシリンダＣ４によって移動される構成に基づ
き、ツール締緩部材３０の全体を前後に移動させて行う
。

即ち、工具交換時には、第３図の如く手前側へ前進して
歯車３７を締付ナツト２０の歯山２０（Ｚ・・・に噛合
させ、工具交換時以外は歯車３７を鎖線の如く奥方へ逃
す。

次に、第５〜７図に示す第２実施例を説明する。

この実施例は、工具交換アーム１５０を工具貯蔵マガジ
ンＭＱ及び主軸１２のツールボルダＴＨ間を揺動移動さ
せて工具受渡しを行うと共に、ノールホルタＴＨの回転
拘束部材２２０及びツール締緩部材３００を７−ム１５
０の揺動運動を利用して、ツールボルダＴＨの締付ナツ
ト２０及びロックナンド２１と係脱操作させるようにし
たものである。コラム１０の背面に設けたフラケソ）　
＋４０には、第２実施例のＡ、　Ｔ　Ｃ装置１００が備
走られ、工具貯蔵マガジンＭＱは第１実施例と同一構成
であり、１つの］−具保持筒４ｏが工具交換位置（１１
）に停止してし・る１、工具交換アーム１５０は、ブラ
ケット１４０の左側寄りの軸受部１４０（Ｚに支軸５０
を介して揺動中心となる」：５承持した支持板１４１Ｋ
、２本ツカイドバー　２６０　、　２７０で支持された
移動板５１上に取付けられて（・る。そして、工具交換
アーム１５００前後方向の進退運動は、移動板５１上の
シリンダＣ４′のロット５２が支持板１４１に連結して
（・ることから、このシリンダ０４′の作動によって行
われろ。、第７図の７−ム１５θはシリンクロット５２
の突き出しで手前側へ前進移動しまた状態を示して（・
る。このとき、７−ム１５０の両端把持爪１５０ａ、　
＋５０（Ｉに把持してし・る工具ＴＩ、Ｔ２のシャンク
部５，５をツールホルダＴＨ及びマカンンＭＱの保持筒
４（）から抜き出してし・る。Ｍ４はアーム１５０の１
８０゜旋回モータで、主軸１２及びマガジンＭＱに対面
して（る新旧工具ＴＩ、Ｔ２を反転移送する。他方、支
持板１４１上には、ツール締緩部材３００と回転拘束部
拐２２ａとを下達の如く備えて（・る。支軸５０で承持
された支持板１４１の筒体部１４１ａが、第５図のよう
に主軸１２とマガジンＭＱ間に吊下げられており、この
上端面には小型モータＭ５が取付けられ、中腹大筒内に
はトルクリミッタＴＬを備えて℃・る。上記トルクｌＪ
４ツタＴＬの出力軸５３は、筒体部１４］ａからその先
端を外部に突出させ、ここにウオーム５４が嵌着されて
（・る。このウオー／、５４は小型モータＭ５によって
正転、逆転駆動され、大きな拘束外力が働くとトルクリ
ミッタＴＬによって回転がとめられる。

Ｃ５はアーム１５０及び各部材２２０．　３００を揺動
するシリンダで、基端部がビン５５でブラケット１４０
に枢着され、ロット５７の二股部５６が支持板１４１の
枝杆１４１ｈと連結して℃・る。而して、シリンダＣ５
のピストンロノｉ゛５７が中立位置に停止（切換弁で中
立位置に停止さぜる）してｔ・るとき、第５，６図の如
くアーム１５０及びツール締緩部材３００は、主軸１２
とマガジンＭＱの中間位置に停止（待機）１−る。

そして、ロッド５７が突出したストロークエンドで、第
５図鎖線で見るようアーム１５０の把持爪１５０σがマ
ーツノジンＭ（＋の工具交換位ｉｉ￥（１１）にある保
持筒４０の−に具を掴シ、「ツノ１−５７がシリンダＣ
５内−＼没人するスｌローク」−ン］で、第５図鎖線で
見るよう７−Ａｌ２Ｏの把持爪１５０ａが主軸ツールホ
ルダＴＨの工具Ｔ１を掴む（ンリ〉′りＣ４′のロット
５２が没入エンド時）。

１、記〆−Ａ１５０が主軸ノールホルタＴＨ側・＼揺動
しまた状態て、つ十−ム５４が締付プツト２０の歯山２
０σ１ｔ（−１４″ｈ合し２、旧筒体都１４１σの先端
側面に添着した回動拘東部ＡＡ２２（ｌどなる拘束板２
２０′が１ツクナツト２１のｌ；ＩＪ欠段に係合する関
係になって（・る。

本発明の自動−〔具交換装置の各実施例は子連の！＋１
ｉ　（ｆ　ｂ、す、以−１その作用を説明ずζン１、ワ
ーク加土後に加−１−５７１・１１０反転で、使用済み
工具Ｔ１がマー７−　クセンクの背面側工具交換位置（
１）Ｏで反転停＋１−２才イ）。このとき、Ｌ具交換ア
ーム＋　５　＋　１５０（、；＋）−・［ホルタＴＨ及
びマガ７７７Ｍ０の−に具交挨位置Ｃ：：＞かり退蟻し
て＼、・る７この後、第１実施例に４・；’−（−ｉＪ
　１把持爪””Ｑ、１５Ｌｌが伸長して２ノールホ、Ｌ
夕１１ｉ、’ンびゼ１７ジンＭｇの工具’ｌ’ｌ、Ｔ２
を１國む０．ご・′〕仄態゛Ｑ、回転拘束部４２２２の
ストッパ２５かＦ・ノクナ、′ト２１に係合すると共に
、ノール締緩部材３０の歯車３７が締付ナツト２０１１
７）歯山２０ａに噛合し、ノールボルダＴＨの工具Ｔ１
を緩める。また、第２実施例にお（・−１（ハ、アーム
１５０がマガジンＭＯ側へ揺動しテ新しく工具Ｔ２を把
持したあとの状態にあるっ従って、アーム１５０がツー
ルホルタ１゛Ｈ側へ揺動して把持爪１５０ａがツールホ
ルダの工具ＴＩを掴む。これと同時にウオーム５４が締
イ」ナツトの歯山２０ａに噛合し、拘束板２２　（１’
がロックナツト２１の切欠段に係合する。

この噛合状態で、モーターＭ３．Ｍ５が起動して自由回
転を拘束さハたノールホルダＴＩの締付ナツト２０を緩
める。十分に緩んだ状態で、］］’−ノー１５．　１５
（１が手前側へ前進して各工具Ｔ１＋ｉ”２を抜き出し
、この後７−ム１５．　１５００）　１８０’″旋回で
７−　ルホルタ”ｒＨ上の工具Ｔ１が新しく・工具Ｔ２
に替えられる。この後、アーム１５．　１５０が再び機
械側へ後退−づ−ると、新し℃Ｔ１ＬＴ２を拡１丼１（
−１−二）−ノ１ホＩｌ−ツノＴＨσ）、Ｚ、ト１／−
トコレノ］・内・＼挿入し、使用済−′ゾ下具１゛１を
マｔ、、＞　、′ＭＱの保持筒４０・＼同時に挿入−４
−る（第１実施例の人）。

次圧、モータＭ３７Ｍ５が逆転起動してツー・Ｌ・十ノ
［夕ＴＨの締付ナツト２０を回動させ、工具Ｔ２をスト
レートコレットで締付ける。なお、締付力はトルクリミ
ッタＴＬによって制御される。しかる後、アーム１５は
縮んでツールボルダＴＨ，マガジンＭ＋１から返却し、
工具交換動作が終了して、加ニーノド１１の１８０゜反
転動作を可能とする。なお、第２実施例においては、７
−ム１５０が第５図の如（ツールホルダＴＨから揺動退
却して、工具交換動作を終了する。また、この第２実施
例においてはアーム１５０をマガジンＭＱへ揺動させて
使用済み工具ＴＩを保持筒４０へ納め、次の新しく・工
具Ｔ３を工具交換位１ｉ（ｌｉ）に割出し、アームの把
持爪１５０ａに把持させた状態で待機させる。また、第
２実施例ではアーム１５０の揺動で、ツールボルダＴＨ
の工具把持やソール締緩部拐：＋００　、回動拘束部材
２２０をツールホルダＴＨの締イづナツト２０、ロソク
ナノ１２」との係脱動作を行うことができる。従って、
ツールホルタＴＨから工具を抜き差しする工具交換方法
にも係わらず、工具交換時間の帰線と機構の簡素化が図
られている。

本発明の自動工具交換装置１００は上記２つの実施例に
限定されるものではな（・０また、マシニングセンタも
１８０°反転式の加工ヘッドのものに限定されず、普通
の支構マシニングセンタやＦＭＳのＡＴＣ装置として採
用することかできる。なお、上記実施例ではロックナツ
ト２１で主軸（クールホルダ）を回動拘束させたが、主
軸先端にロックナツトに相当する凹凸リングを設け、こ
れで拘束させるようにしてもよ（・。

本発明によるときは、上述の如く新規な自動工具交換方
法及びその構成としたから、ソールだけを貯蔵する小型
マガジンの構成でよく、ツールホルダも主軸に固着させ
た１つだけの構成となってＡＴＣ装置全体の小型軽量化
低廉化並びに同一マガジンスペースで多数本の工具収納
を可能とした。

これにより、１８０°反転動作して２組の主軸を備えた
加ニー、ラドへのＡＴＣ装置の搭載が無理なく簡便にで
きると共に、ＦＭＳや多数本工具を備えなければならな
（・マシニングセンタへの適応性に優れているなど、従
来の自動工具交換装置には見られな（・各種のマシニン
グセンタに対応できる優れた効果を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明自動工具交換装置を装備した反転式加工
ヘノ］・をもっマシニングセンタの斜視図第２図は本発
明第１実施例の正面図、第３図（′！平平面面図第３図
（ａ）は部分図、第４図は作用状態を示す平面図、第５
図は第２実施例の一部切欠正断面図、第６図は一部切欠
平断面図、第７図は作用状態を示す一部切欠平断面図で
ある。 ＭＣ・・・マシニングセンタ、１０・・・コラム、１１
・・加ニー・ノＦ、］２・・・主軸、１４．　１４０・
・・フラヶノト、ＭＯ・・・工具貯蔵マガジン、４ｏ−
・・保持筒、ＴＩｌ・・・クールホルダ、　Ｔｌ〜Ｔｎ
”’工具、５・・・シャンク部、ｌ・・・把持筒、＋５
．　＋、ｓ＋−＋　・・・二［具交換７−７−１１５σ
、１５０ａ−・・把持爪、２０・・・締伺ブー′ト、２
０σ・・・歯山、２１・・・ロックナツト、１００・・
・自動１１−：　、Ｑ文喚↓！−置、２２．　２２０・
・・回転拘束部材、３０、　３００・・・）−ル締緩部
ｆ（、！〜・１１〜Ｍ５・・・モータ、Ｃ１〜Ｃ５・・
・ンリンタ゛、ＴＬ・・・　トルクリミッタ、Ｗ・・・
ソーク。 出願人　遠州製作株式会社 つる　１　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　主軸先端に固着させたツールホルダと、ツール
   ボルダのなし・工具を収納する工具貯蔵マガジンとを備
   え、ソールホルダのな（・工具な把持できる工具交換ア
   ームが、工具貯蔵マガジン及び工具の締緩か行われろ主
   軸ツールホルダと工具の抜き差し交換を行わせることを
   特徴とする自動工具交換方法。
2. （２）　主軸先端に固着され、工具の締付ナツトと主軸
   回転を拘束するロックナツトを備えたソールホルダと、
   ソールホルダのな℃・工具のシャンク部を直接保持する
   保持筒をもつ工具貯蔵マガジンと、ノールホルタのな（
   ・工具を把持する工具交換アームと、工具交換時に主軸
   ツールホルダのロックナツトと係合する回転拘束部材及
   び主軸ツールホルタの締付ナンドと噛合するツール締緩
   部材とを具備したことを特徴とする自動工具交換装置。