JPS6044100B2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工具貯蔵マガジンを備えた工作機械の自動工
具交換装置に関する。

従来のヘッドストックスライド型横中ぐりフライス盤用
の自動工具交換装置（ＡＴＣ）においては、工具貯蔵マ
ガジン（ツールマガジン）は、コラムベース上又はコラ
ム側面或いはコラム背面に取付けられ、工具主軸とツー
ルマガジン間の工具搬送には、工具交換アームとは別に
特殊な搬送装置を必要としていた。

自動工具交換装置の一・例として第１図に示すようなも
のを挙げることができる。

この装置はツールマガジン１０１をコラムベース１０２
上に設けたもので、図面中、１０３はコラム、１０４は
コラム１０３に沿つて上下動するサドル、１０５はサド
ル１０４に沿つて水平移動するヘッドストック、１０６
はサドル１０４前面に取付けられた工’具交換アーム、
１０７は工具搬送装置、１０８は工具搬送装置１０７に
おいて実際に工具の搬送を行なう工具搬送ポットである
。前記ツールマガジン１０１に収納されている工具１０
９は工具搬送ポット１０８によりコラム１０３の下端ま
て運ば・れる。一方、サドル１０４はコラム１０３の下
端まで下降すると共にヘッドストック１０５がサドル１
０４の前面まで後退し、この位置において、前記工具交
換アーム１０６が回転して工具の交換が行なわれる。こ
のような装置においては、工具交換アーム１０６はヘッ
ドストック１０５のフエイスプレイト取付面に取付けら
れることもあるが、いずれにしろ工具交換位置は、各軸
ストローク範囲内の一点（例えばサドル１０４下降端と
ヘッドストック１０５後退端）に固定されてしまう。第
２図に示す装置は、工具搬送装置１０７ａの工具搬送ポ
ット１０８ａをコラム１０３に沿つて上下動できるよう
にしたもので、このような装置では、サドル１０４の上
下運動においては任意の位置で工具交換可能であるが、
ヘッドストック１０５の前後運動においては、その後退
端に工具交換位置は限定されてしまう。

以上のように従来の工具交換装置は、工具交換位置が固
定されたいるため、機械が大型になればなるほどそれに
比例して工具交換時間（旧工具による加工完了から新工
具による加工開始までの時間）は極端に長くなる。

工具搬送距離も長くなるためコスト高となり、又一本の
工具による加工サイクルが短い場合には、新工具搬送持
ちのアイドルタイムが発生する。更にサドル前面又はヘ
ッドストックのフエイスプレイト取付面に工具交換アー
ムが取付けられるため、ヘッドストックの被加工物への
接近性が悪く、ヘッドストックストロークの一部が使用
不可能となる。又ヘッドストックのフエイスプレイト取
付面に工具交換アームを取付けた場合にはヘッドストッ
クへのアタッチメントの装着が不可能となつてしまう。
ヘッドストックの被加工物への接近性を良くし、ヘッド
ストックへのアタッチメントの装着を可能とするため、
単純に工具交換アームの回転中心をヘッドストック側面
より外し前後進させるようにしたものが考えられるが、
この場合には、第３図に示す如くヘッドストック１０５
側面に沿つ．て前後動する工具交換アーム１０６ａのア
ーム長がサドル１０４前面に取付けた場合の工具交換ア
ーム１０６に比べ極端に長くなり、工具交換アーム１０
６ａ回転時の慣性モーメントが大きくなるのでその回転
速度を上げられないという不具合が・あつた。

又ツールマガジン及び工具交換アームを共にヘッドスト
ックに取付け、なおかつ工具交換アームを前後進させる
ようにした場合には、第４図に示すように、工具交換ア
ーム１０６ｂの回転駆動部分がツールマガジン１０１ａ
と干渉してしまう虞があり、工具交換アーム１０６ｂの
ツールマガジン１０１ａへの接近性が悪く、ツールマガ
ジン１０１ａと工具交換アーム１０６ｂとの間での直接
の工具の受け渡しが困難となり、別に工具搬送装置が必
要となる。

本発明は、従来の自動工具交換装置には上述の如く種々
の欠点があつたことに鑑みてなされたも冫ので、上述の
欠点を解消すること、つまりサドルの上下動、ヘッドス
トックの前後運動に対して任意の位置で工具の交換を可
能とし、工具交換時間の短縮を図ること、ツールマガジ
ンを工具主軸近くに配置し、新工具の搬送持ちによるア
イドルタ・イムをなくすと共に装置の簡易化及びコスト
ダウンを図ること、更には被加工物加工中はサドル前面
或いはヘッドストックのフエイスプレイト取付面より工
具交換アームを撤去し工具主軸の被加工物への接近性を
改善し、ヘッドストックのフエイ゛スプレイト取付面に
アタッチメントの取付けを可能とすることのできる自動
工具交換装置を提供することを目的とし、その構成は、
コラムに沿つて上下動するサドルに支持され該サドルに
沿つて前後動するヘッドストックの側面に、多数の工具
を収納する工具貯蔵マガジンを設け、該工具貯蔵マガジ
ンの上下方向中心線よりずらして定められた工具受け渡
し位置において前記工具が回動しその軸線が前記ヘッド
ストックの軸線と平行となるようにし、両端に工具把持
部を有し且つ旋回可能な工具交換アームを前記ヘッドス
トック前面に突出している工具主軸側方と前記工具受渡
し位置との間で前後移動可能に前記ヘッドストック側面
に設けてなること、更にこれに加えて、前記工具交換ア
ームをその中心より工具主軸側斜め上方若しくは下方に
ずれた位置を中心として９０度旋回させる機構とこの機
構により９０度旋回された前記工具交換アームをその中
心回りに１８０℃旋回させる機構とを前記工具交換アー
ムに装備してなることを特徴とする。

以下本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明する。

実施例を表わす図面のうち、第５図は本発明による自動
工具交換装置をヘッドストックスライド型横中ぐりフラ
イス盤に取付けた実施例の斜視外観を表わしており、第
６図は自動工具交換装置の側面を、第７図はその正面を
、そして第８，９図はその一部を拡大した部分断面をそ
れぞれ表わしている。コラム１に沿つて上下動するサド
ル２に支持され前後動するヘッドストック３の前面には
、工具主軸４の先端が突出し、ここに工具が把持される
。

第５図では加工作業を終えた旧工具５ａが把持されてい
る様子を示す。前記ヘッドストック３の側面には工具貯
蔵マガｊジン（ツールマガジン）６が直接取付けられて
いると共に前後動可能に工具交換アーム７が設けられて
いる。

ツールマガジン６の全体は第６図に、その主要部の詳細
は第８，９図に表わされている。

これらの図に示すようにツールマガジン６は、工具を収
納支持する工具収納ポット（ツールポット）８を多数駆
動チェーン９に結合してなつている。このツールマガジ
ン６のツールポット８から新しい工具を取出し或いは使
用済みの旧工具をツールポツ５卜８に挿入する工具受渡
し位置は、その下側の空間を広けて前記工具交換アーム
７との干渉を避けるため、上下方向中心より下側にずら
した位置に定められており、この工具受渡し位置で前記
ツールポット８は水平面内で９０度回転して工具の出し
入れができる状態となるようになつている。ツールマガ
ジン６の各部について述べると、前記駆動チェーン９を
巻きかけたスプロケット１０の一つには、ウォームホィ
ール１１が同軸に取付けられ、ウォームホィール１１に
は、前記ヘッドストック３に取付けられた親子モータ１
２の回転軸１３に設けられているウォーム１４が噛み合
い、前記親子モータ１２の起動により前記駆動チエーン
９は旋回運動する。第８図中の符号１５はツールポット
８の割出位置確認装置で、前記回転軸１３に取付けられ
た平歯車１６、及び中間歯車１７、平歯車１８、減速装
置１９を介して前記親子モータ１２により駆動される。
この割出位置確認装置１５に内蔵された円板状ドツク２
０〜２５は駆動チェーン９が一旋回する間に一回転する
ように減速比が設定され、各円板状ドツク２０〜２５に
よるリミットスイッチの０Ｎ１０ＦＦにより必要な工具
を収納したツールポット８の割出し位置の確認が行なえ
る。前記駆動チェーン９には多数のブラケット２６が取
付けられ、各ブラケット２６のヘッドストック３寄りの
端部には回動軸２７が回動可能に支持され、該回動軸２
７にサポート２８の後部が一体に取付けられ、そしてこ
のサポート２８に前記ツールポット８が結合されている
のである。

前記サポート２８は前記工具受渡し位置において水平面
内で回転できるように前記駆動チェーン９に対し斜めに
支持されている。サポート２８の後部で一体となつてい
る前記回動軸２７には回動用移動ヘリカルギヤ２９が一
体に設けられている。又工具受渡し位置に設けられてい
る支持台３０には回動用固定ヘリカルギヤ３１が設けら
れ、ツールポット８が工具受渡し位置に来た時、この固
定ヘリカルギヤ３１は前記回動用移動ヘリカルギヤ２９
に噛み合うようになつている。これらの回動用のヘリカ
ルギヤ２９，３１は、ツールポット８の上下方向の中心
からずれた位置で噛み合わせるためにヘリカルとなつて
いるのであり、又噛み合い易くクラウニングがなされで
いる。前記支持台３０内には、前記回動用固定一・りカ
ルギヤ３１に噛み合つてヘリカルラック３２が設けられ
、該ヘリカルラック３２にはツールポット回動用シリン
ダ３３のピストンロッドが連結し、前記シリンダ３３の
作動により、サポート２８と共にツールポット８は第９
図中矢印て示す如く水平面内で９０度回転して工具受渡
し可能な状態（ツールポット８の軸線がヘッドストック
３の軸線に平行）となる。第９図に示すように、前記ブ
ラケット２６を貫ｊ通してノックピン３４が設けられ、
その先端は前記サポート２８に設けられたノックピン穴
３５内に位置すると共にその後端には油圧シリンダ３６
のピストンロッドが連結されている。このノックピン３
４はツールポット８が駆動チェーン９と共７に旋回する
間ツールポット８の姿勢を固定させるためのもので、必
要なツールポット８が工具受渡し位置に割り出されると
、前記油圧シリンダ３６の作動により前記ノックピン３
４はサポート２８のノックピン穴３５より引き抜かれ、
サポート２８を９０度回動可能とする。尚ツールポット
８が９０度回動させられた時に工具の来る位置には、工
具が収納されてるか否かを確認する確認ロッド３７の先
端が位置している。

確認ロッド３７の後端にはドツグ３８が設けられ、該ド
ツグ３８は前記ロッド３７の移動によりリミットスイッ
チ３９に係合するようになつている。つまり回動させら
れたツールポット８に工具が収納されている場合には、
工具が当たつて前記確認咄ンド３７は押し下げられ、前
記ドツグ３８によりリミットスイッチ３９が０Ｎになり
工具が収められていることを確認する。これはプログラ
ミングミス或いは作業者が誤つてプログラム指示とは異
なつたツールポット８ヘ工具を入れた場合等、でに工具
の入つているツールポット８に旧工具が挿入することを
防ぐ安全対策のためのものである。第６図に示すように
、前記ヘッドストック３の側面の下半部には前後方向に
案内面４０，４１が設けられ、この案内面４０，４１上
に工具交換アーム用架台（以下アーム用架台と略す）４
２と前後進駆動用架台（以下駆動用架台と略す）４３と
が設けられている。

前記駆動用架台４３には前後進駆動用油圧モータ４４が
取付けられ、その出力軸に取付けられたピニオンは前記
案内面４０，４１に平行にヘッドストック３にボルト止
めされたラック４５に噛み合つており、前記前後進駆動
用油圧モータ４４の起動により前記駆動用架台４３は前
移動する。前記アーム用架台４２には、回転中心をずら
して結合プレート４６により結合され，た９０度回転中
心シャフト及び１８０度回転中心シャフトを介して前記
工具交換アーム７が連結されている。又アーム用架台４
２には油圧シリンダ４７が取付けられ、該油圧シリンダ
４７のピストンロッド先端は前記駆動用架台４３に結合
されてい３る。前記駆動用架台４３を前後方向工具主軸
４側（寄り）に止めて前記油圧シリンダ４７を作動させ
ることにより、前記アーム用架台４２と共に工具交換ア
ーム７は前後進して工具主軸４へ工具を挿入し或いは工
具主軸４から工具を抜き取る動作５を行なう。図面中、
符号４８は前記工具交換アーム７を工具主軸４寄りの中
心回りに９０度回転させるピニオン・ラック機構の収納
箱、４９は９０度回転させられた工具交換アーム７をそ
の中心回りに１８０度回転させるピニオン・ラック機構
の収納箱４である。つまり第７図に示すように、工具交
換アーム７の９０度回転中心０１は工具主軸４寄りに左
上方にずれており、工具交換アーム７がこの回転中心０
１回りに９０度回転することにより１８０度回転中心で
ある工具交換アーム７の中心０２は工具主軸４寄りの０
２゛に移動するのである。１８０度回転中心が工具主軸
４寄りに移動するので、工具交換アーム７の長さを短か
くすることができ、その結果工具交換アーム７の１８０
度回転速度を上げることが可能となるのである。

次に以上説明した実施例装置による工具交換作業につい
て第１０図Ａ−１を参照して説明する。

第１０図Ａに示すように、ツールマガジン６にフ収納さ
れている新工具５ａが割り出されて工具受渡し位置に運
ばれると、ツールポット回動用シリンダ３３の作動によ
り新工具５ｂを収納しているツールポット８ｂは９０度
回動し、予め待機している工具交換アーム７の一方の把
持部７ａに新工具５ｂは把持される。そして工具交換ア
ーム７は新工具５ｂを把持した状態で工具交換指令がで
るまで待機する。第１０図Ｂに示す如く、工具交換指令
を受けて前後進駆動用油圧モータ４４が駆動し、アーム
用架台４２を押して、駆動用架台４３は前進し、最前端
て停止する。

新工具５ｂを収納してあつた前記ツールポット８ｂは９
０度回転して元の状態となり、ツールマガジン６は旋回
可能な状態となる。第１０図Ｃに示すように、工具交換
アーム７は０１を中心として矢印方向に９０度回転し、
工具主軸４にクランプされている旧工具５ａを空の把持
部７ｂて把持する。この時旧工具５ａを収納するツール
ポット８ａが割り出されて工具受渡し位置に運ばれて来
る。第１０図Ｄに示すように、油圧シリンダ４７の作動
によりアーム用架台４２と共に工具交換アーム７は更に
前進し、旧工具５ａを工具主軸４より抜き出す。旧工具
５ａ用のツールポット８ａは９０度回転し旧工具５ａ受
入れ可能な状態となつて待機する。第１０図Ｅで示すよ
うに、工具交換アーム７は０２″を中心として矢印方向
１８０度回転し、新工具５ｂを工具主軸４の先方に移す
。

第１０図Ｆに示すように、油圧シリンダ４７の作動によ
りアーム用架台４２と共に工具交換アーム７は後退し、
新工具５ｂを工具主軸４内に挿入する。

第１０図Ｇに示すように、工具交換アーム７は０１を中
心として矢印方向に９０度回転し、新工具５ｂを工具主
軸４に残す。

第１０図Ｈに示すように、前記前後進駆動用モータ４４
が起動し、アーム用架台４２を引いて駆動用架台４３は
後退し、工具交換アーム７の把持部７ｂに把持されてい
る旧工具５ａは、工具受渡し位置で待機していた旧工具
用のツールポット８ａに挿入される。

第１０図１に示すように、ツールポット８ａは９０度回
動し、ツールマガジン６は次の新工具割り出しのため旋
回を始める。

以上て自動工具交換の１サイクルは終了し、以下再び第
１０図Ａに示す状態となり、自動工具交換は繰り返され
る。

上記した実施例では本発明による自動工具交換装置を横
中ぐりフライス盤に取付けたものを著げているが、本発
明の自動工具交換装置は他の工作機械、特に大型のマシ
ニングセンタ等に適用することができる。

以上説明したように本発明の自動工具交換装置によれば
、工具交換アーム及びツールマガジンをヘッドストック
の側面（操作側）に取付け前記工具交換アームを前後進
させることにより、ヘッドストック前後進、サドル上下
運動に対して、その任意の位置で工具の交換が可能とな
り、その結果新工具交換時間（特に旧工具による加工終
了から新工具による加工開始までの時間）の大幅な短縮
が図れる。

工具交換アームは搬送装置としての機能も有しているの
で、特別な搬送装置が不要となり大幅なコストダウンが
図れる。被加工物加工時、工具交換アームはツールマガ
ジン側に後退しているので、工具主軸の被加工物への接
近性が改善され、ヘッドストックのフエイスプレイト取
付面にアタッチメントを取付けることが可能となる。又
ツールマガジンからの工具の取出し、ツールマガジンへ
の工具の挿入をツールマガジンの上下方向中心よりずら
した位置で行なうようにしたので、工具交換アームとツ
ールマガジンとの干渉の虞がなくなる。更に］：具交換
アームの９０度回転中心を工具主軸側にずらし、工具交
換アームは９０度回転した状態で工具主軸寄りに近づい
たその中心回りに１８０度回転するようにしたので、工
具交換アームの長さを短くし２てその１８０度回転のス
ピードアップが図れ、工具交換時間を更に短縮すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は工作機械に取付けた従来の自動工具交換装
置の斜視図、第３図は工具交換アームをサドルに取付け
た場合どヘッドストック側方に取付けた場合の長さの違
いを示す正面図、第４図は工具受渡し位置がツールマガ
ジンの中心にある場合に工具交換アームとツールマガジ
ンとが干渉してしまう様子を示す側面図、第５図は本発
明による自動工具交換装置の一実施例をヘッドストック
゛スライド型横中ぐりフライス盤に取付けた状態を示す
斜視図、第６図は第５図における自動工具交換装置の側
面図、第７図はその正面図、第８，９図はその主要部を
拡大［２た部分断面図、第１０図Ａ−１は実施例による
二［具交換の順序を示す作動・図である。 図面中、３はヘッドストック、４は工具主軸、５ａは旧
工具、５ｂは新工具、６は工具貯蔵マガジン、７は工具
交換アーム、８は工具収納ポット、４２は工具交換アー
ム用架台、４３は前後進フ駆動用架台、０１は工具交換
アームの９０度回転中心、０２″は工具交換アームの１
８０度回転中心である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コラムに沿つて上下動するサドルに支持され該サド
   ルに沿つて前後動するヘッドストックの側面に、多数の
   工具を収納する工具貯蔵マガジンを設け、該工具貯蔵マ
   ガジンの上下方向中心線よりずらして定められた工具受
   渡し位置において前記工具が回動しその軸線が前記ヘッ
   ドストックの軸線と平行となるようにし、両端に工具把
   持部を有し且つ旋回可能な工具交換アームを前記ヘッド
   ストック前面に突出している工具主軸の側方と前記工具
   受渡し位置との間で前後移動可能に前記ヘッドストック
   側面に設けたことを特徴とする自動工具交換装置。 ２ コラムに沿つて上下動するサドルに支持され該サド
   ルに沿つて前後動するヘッドストックの側面に、多数の
   工具を収納する工具貯蔵マガジンを設け、該工具貯蔵マ
   ガジンの上下方向中心線よりずらして定められた工具受
   渡し位置において前記工具が回動しその軸線が前記ヘッ
   ドストックの軸線と平行となるようにし、両端に工具把
   持部を有する工具交換アームを前記ヘッドストック前面
   に突出している工具主軸の側方と前記工具受渡し位置と
   の間で前後移動可能に前記ヘッドストック側面に設ける
   と共に、前記工具交換アームをその中心より工具主軸斜
   め上方若しくは下方にずれた位置を中心として９０度旋
   回させる機構とこの機構により９０度旋回された前記工
   具交換アームをその中心回りに１８０度旋回させる機構
   とを前記工具交換アームに装備したことを特徴とする自
   動工具交換装置。