JPS6099541A - マシニングセンタ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】 〔発明の背景コ この発明はマシニングセンタ、とくに多層構造の工具マ
ガジンを有するマシニングセンタの自動工具交換装置に
関する。

この発明をより詳細に述べれば、フライス削り、穴あけ
、ねじ切りなどの各種の作業を必要とする工作物を自動
的に加工するＮＣ工作機械の工具の自動交換装置の改良
に関する。

最近のマシニングセンタは、機械側について言えば、加
工物の自動搬送装置や、加工の異常監視装置などの発達
がめざましく、制御装置については、自動プログラミン
グによる数値制御装置の普及などによって、高度に自動
化されると共に、加工に当っての信頼性も極めて高く、
長時間にわたる無人運転が可能になっている。

また、製品の多様化にともなって、各種の加工作業に適
応することのできる装置、ダなわち、いわゆるＦ　Ｍ　
Ｓ　（Ｆ　１ｅｘｉｂｌｅ　ｌｙｌ　ａｎｕｒａｃｔｕ
ｒｉｎｇ３　ｙｓｔｅｍ　）が脚光を浴びるようになっ
ている。

このことは自動工具交換装置（ＡＴＣ＞の工具マガジン
に、できるだ（プ多数個の工具を収容することが望まれ
る。そのために、チェーン状の工具マガジンあるいは円
板状の工具マガジンを使用し、しかも、これを二段に配
置するものがｉｎ発されている。

ところで、従来の工具を二段に配列して収容する型式の
工具マガジンにおいて、これを上下二段に配列したもの
を例にとって説明すると、工具マガジンの上方に設けた
主軸もしくは下方に設けた工具交換用のアームでいずれ
か一方の段に配設した工具を取り出そうとする場合に、
他方の段に配列されている工具あるいは工具ポットが主
軸またはアームの通路上にあって、その所望工具への接
近をさまたげる。

したがって、以上のような支障を回避するために、交換
機構が通過しなければならない側、たとえば下段のマガ
ジンの工具ポットまたは工具を、１個ないし２個を除去
して空所とし、交換機構としての主軸またはアームが通
過するための通路にしている。これは、結局、工具マガ
ジンに収容することのできる工具の数を減少するもので
ある。

これを回避するために、予め、工具マガジンに収容する
工具間隔を拡張するようにしたものもあるが、これとて
も、工具の収容個数を犠牲にしなければならない。

マシニングセンタにおいては、加工行程に応じて必要な
工具を的確に選定することが大切で、一般に、加ニジー
ケンスの順序に従って、必要工具をマガジンに挿入して
おくシーケンシャル方式、また、工具ポットに固有の識
別記号をつ番プで、プログラムシートに記入された通り
に、工具がそれぞれの識別記号の位置に配列される固定
アドレス方式、または工具自体になんらかの形でコード
番号を識別さＩるＪ：うにしたランダム方式などがある
。

工具の配置ならびに選択の自由度などを考慮して、この
発明においては固定アドレス方式を採用するものである
。

［発明の目的］ 以上に述べた諸事項からして、この発明はマガジンに工
具を二段に配列し、しかも固定アドレス方式を用いて、
固有の識別記号のついている工具を取り出して使用後、
またもとの識別位置に戻す形式のマシニングセンタにＪ
３いて、特に、工具交換用アームの通路となる部位の工
具ポットを空所とすることなく、最大限の工具収容能力
を持つ自動工具交換装置を提供することにある。

この発明のさらに目的とするところは、マガジンに収容
されている工具に対する工具交換用アームの接近運動を
直線形とし、特に工具または工具ポットに特別の運動を
必要点することのない、構造が比較的簡単なマシニング
センタの自動工具交換装置を提供することにある。

［発明の説明〕 この発明の以上に述べた目的と、それに（ｄ随する多く
の利益とを理解できるように、この発明のマシニングセ
ンタの自動工具交換装置の好ましい実施例を添付図面に
もとづいて具体的に説明する。

第１図は、この発明の自動工具交換装置１０を、横形マ
シニングセンタに応用した場合を示し、その説明を簡易
化ずめためにデープル、サドル等は省略しである。

自動工具交換装置１０は複数個の工具Ｔを収容する下段
マガジン１２と、上段マガジン１４とを具備する。第２
図に示ずように、マガジン１２．１４は円板状のものと
しであるが、これをチェーン形、その他のマガジンとす
ることもできる。

マガジン１２．１４はコラム１Ｇに固定したフレーム１
８の上部に設け１３軸受案内装置２０について回転する
ことができるように装架しである。マヵジン１２．１４
の回動はサーボモータあるいは適当な原動機２２が、予
めプ、ログラムされた指令によって作動することにより
、ギアとビニオン等の適当な動力伝達機構２４を介して
行なわれる。

フレーム１８には内部にピストン２６が滑動するように
配設した流体圧力装ｕ２８が段りてあり、ピストン２６
に取り付すＩζピストンロッド３０は工具交換アーム軸
装置３２に固定してあって、後に詳述するように軸３２
を上下方向に移動させる。

流体圧力装置２８に付随してマガジン選択用の流体圧力
装置３４が設けである。この流体圧力装置３４のピスト
ン３Ｇはピストンロッド３８を介してマガジン１２．１
４を回動するための動力伝達機構２４に連絡してあって
、ピストン３６の−Ｌ上下方向選択的な移動に従って、
下段マガジン１２が或いは上段マガジン１４を回動する
ようにしである。

マガジン１２．１４の外周縁には、それぞれ複数個の工
具ポット４０．４２が設【プである。工具ボッｌ−４０
，４２には工具下が収容されるもので、工具下はそれ自
体公知の手段、たとえはピストン４４と協動するロック
ビン４６によってその位置に固定され、必要に応じてそ
の固定が解除できるようにしである。

以上に述べた構成によって、下段マガジン１２または上
段マガジン１４の工具ポット４０または４２のそれぞれ
の所定アドレスに装架された各種の工具Ｔの、加工に使
用しようとするアドレスの」工具を、主軸に取付（ブる
側の位置、例えば第１図に示ず加工物Ｗに対面する側に
移動させることができる。

前述したように、流体圧力装置２８の作動によって上下
方向に移動するようにしである工具交換アーム軸装置３
２は交換アーム軸５０と案内部材５２とを具備している
。交換アーム軸５０の工作物Ｗに対面する側の端部には
工具交換アーム５４が取り付りである。

工具交換アーム＠５０は案内部材５２内にＦＭ装してあ
って、適当なモータ５６と動力伝達装置５８どによって
案内部材５２内で回動することができるようにしである
。さらにまた、工具交換アーム軸５０は案内部材５２内
をその長手軸線方向に滑動することができるように、案
内部材５２に取付けたピストン５８を具備する流体圧力
装置６ｏに協同づ−るようにしである。

工具交換アーム軸５０と共に回動し滑動することのでき
るように軸５０に取りつけた工具交換アーム５４は、第
１図と第３図とに示ｔ　、Ｌうに、常時は上′下方向に
伸長する部材であって、その両端には、それぞれ工具把
持用グリップ装置Ｇ１と０２とが設（〕である。

工具把持用グリップ装置ｆｔｆ　Ｇ１　と０２は同一の
構造のものであるから、その一方の′３Ｊｃ百Ｇ＋につ
いてのみ説明する。工具Ｔの所定の軸茎部分をはさむた
めに、交換アーム５４にそれぞれピン６２で枢着した一
対の指部材６４と、この指部材６４の外方の端部を開閉
するための流体圧力作動ピストン部材６６とばね部材６
８とから構成しである。

液圧作動ピストン部材６６は工具交換アーム軸５０内に
設けた流体通路７０を介して送られる制御流体によって
作動される。

工具交換アーム５４は、これからさき詳細に説明するよ
うに、マガジン１２．１４の加工物Ｗに対面する位置に
選択的に割出された工具ポット４０．４２の工具下を取
り出して、工作機械の主軸８０に装着し、又主軸８０に
装着された工具を取り外して、これをマガジン１２．１
４のもとのアドレス位置へ戻す運動をするものである。

主軸８０は第１図または第２図に示す位置から上下方向
、すなわちＹ軸方向に移動することができるもので、交
換アーム５４から工具Ｔを受けとるため、あるいは交換
アーム５４に主軸８０に装着された工具を渡すために、
所定の位置に上昇して待ａすることかできるようにしで
ある。そのための機構は従来周知のもので、とくにこの
発明の要旨とするところではないから、その説明を省略
する。

［工具の交換］ 次に、この発明の自動工具交換装置１０にお（プる下段
マガジン１２と上段マガジン１４に装置された工具１゛
を支軸８０に装着、または主軸８０に′ＪＡＳされた工
具下を下段マガジン１２あるいは上段マガジン１４の工
具ポット　４０．４２のもとのアドレス位置へ戻す工具
の交換作動について説明する。

（Ｉ＞　先ず最初に、主軸８０６３よび工具交換アーム
５４に工具が装着してなく、下段マガジン１２の所定ア
ドレスに装架された工具〈第４図に符号ＴＬとして示す
）を主軸８０に装着して加工作業を遂行する場合につい
て説明づる。

（Ｉ−１＞　マガジン選択用流体圧力装置３４に指令が
送られてピストン３６が下降し、サーボモーター２２が
駆動されて、下段のマガジン１２の所望のアドレスの工
具ポット４０が交換位置に割出される。

（Ｉ−２）　次に、流体圧力装置２８への指令にに伴な
ってピストンロッド３０に支持された工具交換アーム軸
装置３２が、第１図に示す下方基準軸線Ａ−Ａから上方
向に移動する。

このとき、工具交換アーム５４の上端の一対の指部材６
４は、開放状態にされている。

アーム軸装置３２が上昇して、アーム上端の開放した指
部材６４がマガジン１２の工具ＴＬの軸茎を保持するこ
とができる軸線Ｂ−Ｂの位置に達すると、アーム軸装置
３２の上屏運動を停止し、一対の開放した指部材６４を
閉じて工具ＴＬをつかむ。それと同時に、マガジン１２
の工具ＴＬを固定していたロックビン４６がその固定を
解除して、工具Ｔしを工具ポットより自由に取り出すこ
とのできる状態にする。

（Ｉ−３＞　そこで、工具交換アーム装置３２の流体圧
力装置６０に指令が与えられて、ピストン５Ｂが工具交
換アーム軸５０を長手軸線方向に加工物Ｗの方向へ移動
（以下「前進運動」という）させる（第４図）。この作
動によって下段マガジン１２の割出された工具］゛Ｌが
マガジン１２の工具ボッ１へ４０から取り出される。

（Ｉ−４）　この状態において、流体圧力装置２８に指
令が与えられて、工具交換アーム軸装置３２が下降し、
その軸線か下方基準線Ａ−八に一致する位置にする。次
にモータ５０に指令が与えられて工具交換アーム輔５０
を１８０度回動する。したがって、第４図に示す工具Ｔ
Ｌの軸線は第４図の線Ｃ−Ｃに一致する位置になる。そ
の間に主＠８０を上界させ、主軸８０の工具を装架する
軸線を線Ｃ１−Ｃに一致する位置に移動する。

＜ｌ−５）　ここにおいて、工具交換アーム軸５０を後
進運動させ、指部材６４に把持されている工具ＴＬを主
軸８０に装架、固定する。

かくして主軸８０は工具Ｔ　Ｌを用いて加工物Ｗに所望
の工作を行なうことができる。

主軸８０に装架された工具Ｔしを元のマガジンへもとＪ
場合は、以上（Ｉ−１）ないしくｌ−５）に）ホべた作
動の順序を逆に行なうことによって、極めて簡単に実行
できる。

（Ｉ［）　次に、主軸８０に工具が装着していなく、上
段マガジン１４の所定アドレスに装架された工具（第５
図に符号ＴＵとして示す）を割出し位置に移動させて主
軸８０に装着し、加工作業を行う場合について説明する
。

（ＩＩ−１）　この場合には、下段マガジン１２に装架
しである工具ＴＬが工具交換アーム５４の接近の支障と
なる。そこで、この発明の自動工具交換装置１０では、
その支障となる下段マガジン１２の工具Ｔ　Ｌを工具ボ
ッ１〜より取り除いて、前項＜Ｉ−４＞に述べた位置へ
移動させる。すなわち下段マガジン１２の工具ＴＬの＋
ｍ線が第４図の軸線Ｃ−Ｃに一致する位置く下方の位置
）にまで至らせる。そして、この場合、主軸８０はその
加工領域の最上部の線Ｅ−Ｅよりも下方にある。

次で工具交換アーム５４を後退さμる。主軸８０は上昇
させていないから、工具ＴＬはア−ム５４の下方側に把
持されたままであり、工具交換アーム５４の他方、りな
わら工具を把持していない側の指部材６４が上方にきて
いる。

（ＩＩ−２）　そこで、工具を把持していない側の指部
材６４を開放状態にしたまま、アーム５４を上方へ移動
さぼる。アーム５４が上昇して、指部材６４が上段マガ
ジン１４の工具Ｔ　Ｕの軸茎を保持することができる軸
線Ｄ−Ｄの位置に達したときに、その上昇運動を停止−
し、さきに（Ｉ−２）の項で述べたと同様に工具ＴＵを
把持させる。

（ＩＩ−３）　そこで、工具交換アーム５４を前進させ
る（第５図）。

（ＩＩ−４＞　第５図に示す状態にｄ３いて、工具交換
アーム５４を下方へ移動して、工具Ｔ　Ｌの軸線が、第
４図についてｊホべた軸１！　Ｃ−Ｃに一致する位置に
達したときに、工具交換アーム軸５０を１８０反回動゛
りる。こうすることによって、第５図における工具交換
アーム５４に把持された工具ＴＵとＴＬとの位置が逆転
し、工具ＴＵは軸線Ｃ−Ｃ上にある。

（ｎ−５＞　そこで、この工具交換アーム５４をその前
進状態にしたままの位置で、工具交換アーム軸５０を上
方へ移動し、アーム５４の上端に取付けである工具Ｔし
の軸線を下段マガジン１２の工具ボット４０の中心軸線
Ｂ−Ｂと一致させる位置に至らせる。

（ＩＩ−６）　次で、工具交換アーム軸５０を後退させ
ることにより、アーム５４の上端に取付けられた工具Ｔ
Ｌをもとのアドレスの工具ボット４０に戻すことができ
る。

＜ｌｌ−７）　次に、交換アーム軸装術３２をその中心
軸線が線Ａ−Ａと一致する位置に下降させた後、再び交
換アーム軸５０を前進させる。すると交換アーム５４の
下端に工具ＴＵが把持されたままで、軸５０が前進する
。これは、さきに述べた＜ｌ−４）に述べた状態に相当
する。その間に主軸８０を上昇さＵて、その軸線をａＣ
＝Ｃに一致す−る位置に至らせる。

（ｎ−８＞　そこで、工具交換アーム軸５０を後退させ
、指部材６４に把持されている工具ＴＵを主軸８０に把
持さＵて、工作の用に供する。

（ｍ）　第三番目に、主軸８０に上段マガジン１４に戻
すべき工具Ｔ　Ｕが装架使用されていたものを、もとの
上段マガジン１４の所定のアドレスの工具ボッｌ〜４２
に戻ず場合について説明する。

この場合には、下段マガジン１２に収容しである工具Ｔ
Ｌが、上段マガジン１４に返納すべき工具ＴＵの邪魔に
なる。しｔＣがっ゛Ｃ下段マガジン１２の工具ＴＬを工
具交換アーム５４によって取り出した復に主軸８０に装
架されている工具を上段マガジン１４のもとのアドレス
の工具ボット４０にもどす。

すなわち、その作動は次の通りである。

（ｍ−１）　工具交換アーム５４を後退位置から上昇さ
せて、上方の指部材６４で下段マガジン１２の工具ＴＬ
をつかむ。

（ｍ−２）　工具交換アーム５４を前進させて、工具Ｔ
Ｌを下段マガジン１２から取り出す。

（ｍ−３＞　工具交換アーム軸５０を基準軸線Ａ−Ａの
位置まで降下させる。

（ｍ−４）　工具交換アーム５４を後退させる。

（ｍ−５＞　上方のマガジン１４へ戻ずべき工具ＴＵを
装架している主軸８０を上昇させて、工具ＴＵを工具交
換アーム５４の下方の指部材６４につかませた後、工具
交換アーム軸５０を前進させて工具ＴＵをマガジンから
取り出ず。

（ＩＩＩ−６）　工具交換アーム軸５０を１８０度回転
させ、工具交換アーム５４の上方に工具ＴＵを位置さぼ
る。

（ｍ−７＞　工具交換アーム５４を上昇させて、指部材
６４の保持する工具Ｔ　Ｕの軸線を上段マガジン１４の
工具ボット４２の軸線Ｄ−Ｄに一致させる。

（Ｉ［Ｉ−８＞　工具交換アーム５４を後退さけて、工
具ＴＵを上段マガジン１４のもとの工具ポット４ｚにも
とず。

（ｍ−９＞　工具交換アーム軸５０を再び基準軸線Ａ−
Ａの位置まで下降させる。

（ＩＩＩ−１０）　工具交換アーム５４を１８０度回転
させて、その上方に、さきに保持した下段の工具ＴＬを
位置させる。

＜ｌｌｌ−１１）　工具交換アーム５４を前進させる。

（ＩＩＩ−１２＞　工具交換アーム５４を上昇させて、
指゛部材６４の保持する工具ＴＬの軸線を下段マガジン
１２の工具ポット４０の軸線Ｂ−８に一致させる。

（ＩＩＩ−１３＞　工具交換アーム５４を後退させて、
工具ＴＬを下段マガジン１２のもとの工具ポット４０に
もどす。・ 以上に述べたことから、下段マガジン１２または上段マ
ガジン１４の工具ポット４０．４２に収容されている工
具の所望のものを、予めブーログラムされた順序にした
がって割出して、主軸８０に装架して工作物の切削など
の加工をおこなわせ、また使用工具をもとの工具ポット
にもどすことができることが理解されよう。

この発明の自動工具交換装置においては、下段マガジン
１２の工具ポット４０に空所がある場合に、その上段の
マガジン１４の工具ＴＵを取り出し、あるいは返却する
に当っては、下段マガジン１２内の工具の取り外し行程
を省略することができることはいうまでもない。

以上、工具交換動作の個々について説明したけれども、
実際にはこれらの動作を適当に組み合わせて行なうこと
かでき、またその順序の一部を変更して実行することが
できることは、特に説明を要することなく、当業者の容
易になし得るところである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の自動工具交換装置を説明するため一
部を断面として示した立面図、第２図はマガジンの部分
を示す平面図、第３図は第１図を加工物Ｗの側から見た
一部切欠側面図、第４図と第５図とはこの発明の装置に
よる工具の交換作動を説明するための略図である。 添付図面における参照符号とこの発明の装置の主要構成
要素との関係は次の通りである。 １０・・・自動工具交換装置 １２・・・下段マガジン １４・・・上段マガジン １Ｇ・・・コラム １８・・・フレーム ２０・・・軸受案内装置 Ｚ２・・・サーボモータ ３２・・・工具交換アーム軸装置 ３４・・・マガジン選択用流体圧力装置４０、４２・・
・工具ポット ５０・・・工具交換アーム軸 ５４・・・工具交換アーム ６４・・・指部材 ８０・・・主軸 Ｇ１．Ｇｚ・・・工具把持用グリップ装置−丁　、　Ｔ
Ｌ、　ＴＵ　・・・　工　具第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、数値制御工作機械を母体とするマシニングセンタに
   おいて、 それぞれ複数個の工具ポットを具備し、２段に配列され
   たマガジンと、 前記両マガジンのいずれか一方を所望の割り出し位貿へ
   選択的に移動させる装置と、工具交換アーム軸装置と、 前記工具交換アーム＠装置を所定の基準軸線位誼から前
   記マガジンの方へ移動させる装置と、 前記工具交換アーム軸装置の長手軸線方向に往復運動す
   ることができるとともに前記軸線を中心として　１８０
   度回動できるよう前記工具交換アーム軸装置に取付けた
   工具交換アームと、 前記工具交換アームの両端に設番プた工具把持用グリッ
   プ装置と、 から成ることを特徴とするマシニングセンタの自動工具
   交換装置。 ２、前記マガジンを円板状のものとし、その周側縁に複
   数個の工具ポットを配設した特許請求の範囲第１項に記
   載の自動工具交換装置。 ３、前記マガジンを上下二段に配設して成る特許請求の
   範囲第１項及Ｖ第２項に記載の自動工具交換装置。