JPS6144548A - 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】 産１ユｎｉｌ：た旺 本発明は自動工具交換装置に関するものであり、更に詳
しくは数値制御工作機械の主軸と工具マガジンとの間に
工具搬送経路を形成してなる自動工具交換装置に於いて
、工具に確実なりランプならびにアンクランプ状態を付
与する偏心カム機構を備えた自動工具交換装置に関する
ものである。

ｌ米■肢血 数値制御工作機械、例えばマシニングセンタは、管理コ
ンビエータに予め組み込まれた加ニブログラムに従って
ワークを加工し得るように主軸と工具マガジンとの間に
工具の自動交換装置を配置している。公知の自動工具交
換装置は、工具マガジンの工具受は渡し位置と数値制御
工作機械の主軸頭との間に工具の搬送経路を形成してお
り、ワークの加ニブログラムに従って選択された工具は
前記工具受は渡し位置に於いて自動工具交換：値五のク
ランパによって工具支持アーム上に振止され１、この状
態で数値制御工作機械の主軸頭に向かって搬送される。

使用予定工具をクランプした自動工具交換装置の工具支
持アームが主軸頭との工具交換位置に到達した後、工具
支持アームは該工具支持アームを回転ならびに直線移動
自在に支持する枢軸の運動を介して主軸から使用済みの
工具を抜取り、代わりに前記使用予定工具を工具支持ア
ーム上のクランプ位置から数値制御工作機械の主軸に向
けて送り出す。斯かる一連の工具交換動作が進行する間
に使用済みの工具ならびに使用予定工具は、工具支持ア
ームから税落することがないように確実な係止姿勢を与
えられていることが必要である。然るに公知の自動工具
交換装置は、使用済みの工具と使用予定工具とに対し共
通のクランプならびにアンクランプ機構を使用するもの
が多く、工具の供給経路と復帰経路を実質上同一に構成
してなる工具支持アームに於いて供給状態または復帰状
態にある少なくとも一方の工具に、クランプ動作とアン
クランプ動作の同時作動に起因するクランプ不良状態を
発生させる危険性が認められた。

（°シよ゛　　る 本発明の主要な目的は、数値制御工作機械、例えばマシ
ニングセンタ用の自動工具交換装置に認められた上記の
如き問題点を解消し得る、工具保持の確実性とクランプ
ならびにアンクランプ動作の精度を向上せしめた自動工
具交換装置を提供することにある。

本発明の他の主要な目的は、工具のクランプならびにア
ンクランプ動作を工具マガジン側と数値制御工作機械の
主軸側との間で相互に妨害されることなく実行すること
のできる、構造の簡易性と保守管理作業の容易性に優れ
た自動工具交換装置を提供することにある。

′　るための 斯かる目的に鑑みて本発明は、工具マガジン（１）と工
作機械の主軸（２）との間に工具（３）、（３′）の搬
送経路を形成するように回転軸（４）の周りに揺動自在
に支承された自動工具交換装置’（ＡＴＣ）であって、
枢軸（５）の軸線方向に沿って前進ならびに後退自在に
、且つ該枢軸（５）を回転中心として回転自在に支持さ
れたツールクランパ（６）、（６゛）の嵌装支持アーム
（７）と、前記枢軸（５）とツールクランパ（６）、（
６”）の嵌装支持アーム（７）との間に該枢軸（５）の
軸線方向に沿って前進ならびに後退自在に嵌装された円
筒カム（８）と、該円筒カム（８）の外周面に軸線方向
ならびに円周方向に沿って、所定の偏心量（ｅｌ）、（
ｅ２）を維持して配設された２個のカムｉ　（９）、（
９゛）と、前記ツールクランパ（６）の嵌装支持アーム
（７）内に嵌装された状態で前記カム溝（９）、（９゛
）と嵌着・離脱自在に係合する鋼球（１０）、（１０’
　）によって駆動され工具（３）、（３”）にクランプ
ならびにアンクランプ動作を伝達するツールクランパ本
体（１１）と、前記ツールクランパ（６）、（６°）の
嵌装支持アーム（７）ならびに円筒カム（８）の駆動機
構（１２）、（２３）とからなる自動工具交換装置を要
旨とするものである。

裏止皿 第２３図は本発明に係る自動工具交換装置（ＡＴＣ）の
構造を例示する縦断面図であり、第１図乃至第１５図は
本発明装置による工具交換動作の説明図である。また第
１６図乃至第２２図は、前記第１図乃至第１５図に対応
するツールクランパ（６）、（６°）の嵌装支持アーム
（７）と円筒カム（８）ならびにツールクランパ本体（
１１）の相対位置の説明図である。

これらの図面に於いて、自動工具交換装置（ＡＴＣ）は
、公知の工具マガジン（１）と工作機械の主軸（２）と
の間に、使用予定工具（３）と使用済み工具（３°）の
搬送経路を形成するようにキャリヤ（２５）の回転軸（
４）の周りに約９０°の旋回角度を維持して揺動自在に
装着されている。自動工具交換装置（ＡＴＣ）は、前記
キャリヤ（２５）に固着された枢軸（５）の軸線方向に
吟、って前進ならびに後退運動を行い、且つ該枢、軸（
５）の軸心を回転中心として回転運動を行い得るように
ツールクランパ（６）、（６’）の嵌装支持アーム（７
）を備えている。一方、前記枢軸（５）とツールクラン
パ（６）、（（３’）の嵌装支持アーム（７）との間に
は、該枢軸（５）の軸線方向に沿って前進ならびに後退
運動を行い得るように前記枢軸（５）に対して滑動自在
な円筒カム（８）が嵌装されている。該円筒カム（８）
は、その外周面に軸線方向に沿って（ｅｘ　）　、また
円周方向に沿って（ｅ２）なる偏心量を維持して２個の
カム溝（９）、（９゛）を形成し、それぞれのカム溝を
ツールクランパ本体（１１）　！！Ｈ動用の鋼球（１０
）または（１０’　）に対し嵌着ならびに離脱自在な係
合部位に形成している。前記カム溝（９）、（９°）に
対応して、ツールクランパ（６）、（６“）の嵌装支持
アーム（７）の基端部には鋼球（１０）、（１０’　）
の嵌着穴（１３）、（１３”）を有する円筒状スリーブ
（１４）が前記ツールクランパ（６）、（６゛）の嵌装
支持アーム（７）と一体構造を為して固着されている。

前記円筒カム（８）の基端部は、カム駆動用シリンダ機
構のピストン（１５）の先端にネジ止めされており、該
ピストン（１５）の基端部にはキャリヤ（２５）が枢軸
（４）を回転中心として工具マガジン（１）側へ旋回す
るとき、キャリヤ（２５）に固定されたストッパ（１６
）と係合してピストン（１５）の後退ストロークを調節
するローラ装置（１７）が設けられている。第２３図に
於いて、前記ローラ装置（１７）の移動軌跡は二点鎖線
で表示されているが、これに対応して円筒カム（８）の
先端部に形成された中空円筒状の隙間には、キャリヤ（
２５）が工作機械の主軸（２）側から工具マガジン（１
）側へ枢軸（４）を回転中心として旋回するとき、前記
ローラ装置（１７）によるピストン（１５）の引張り動
作を助長するための加圧スプリング（１８）が取付けら
れている。またキャリヤ（２５）内には、前記カム駆動
用シリンダ機構のピストン（１５）と軸線方向を一致せ
午めてツールクランパ（６）、（６゛）の嵌装支持アー
ム（７）を枢軸（５）の軸線方向に沿って移動させるた
めのピストン（１９）が設けられている。ツールクラン
パの本体（１１）は、前記鋼球（１０）、（１０’　）
によって嵌装支持アーム（７）の半径方向に押圧駆動さ
れる付勢用スプリング（２０）付きの加圧部材（２１）
、（２１′）ならびに該加圧部材（２１）、（２１°）
に対し皿バネ（２２）を介して軸方向に相対変位自在に
配設されたクランパ（６）、（６°）から形成されてい
る。而してツールクランパ（６）、（６°）の嵌装支持
アーム（７）ならびに円筒カム（８）は、前記二連式の
ピストン（１５）、（１９）を備えた油圧シリンダ機構
によって枢軸（５）の軸線方向に沿って前進ならびに後
退運動を為し得るように支持されている、ピストン（１
５）とピストン（１９）は、共通の電磁弁（図示省略）
によって圧油の流路が切替えられる油圧制御回路を形成
し、且つ前記付勢用スプリング（２０）と共働して工具
（３）または（３゛）をツールクランパ（６）、（６゛
）によって確実に挟持した後、該ツールクランパ（６）
、（６’）の嵌装支持アーム（７）が枢軸（５）の軸線
方向に沿って動き、嵌装支持アーム（７）と工具マガジ
ン（１）または主軸（２）との間に工具（３）または（
３”）の着脱動作を生起せしめる軽負荷側優先型の駆動
機構（１２）を形成している。一方鋼球（１０）または
（１０’　）がカム溝（９）または（９′）内に完全に
押し込まれると、ツールクランパ（６）または（６”）
は工具（３）または（３”）とアンクランプ状態になる
。従って、一方の工具、例えば参照番号（３）で表示す
る使用予定工具がクランプ状態になっているとき他方の
工具、この例示では参照番号（３°）で表示する使用済
み工具がアンクランプ状態とならないように、２個のカ
ム溝（９）と（９°）の間には円筒カム（８）の軸線方
向に沿って（ｅｌ）なる偏心距離が、また該円筒カム（
８）の円周方向に沿って（ｅ２）なる位相角がそれぞれ
与えられている。斯かる構造を有する自動工具交換装置
（ＡＴＣ＞は、図示しない圧油装置からイｊ（給された
高圧油を油圧シリンダ機構の油室内に導入すＶことによ
ってツールクランパ（６）、（６゛）の嵌装支持アーム
（７）ならびに円筒カム（８）を枢軸（５）の軸線方向
に沿って前進または後退させ、これと同時にキャリヤ（
１３）に内蔵されたランク・アンド・ピニオン機構（２
３）を起動することによって、前記ツールクランパ（６
）の嵌装支持アーム（７）ならびに円筒状スリーブ（１
４）を円筒カム（８）の周りに回転させる。

以下、第１図乃至第１５図に基づいて、本発明装置によ
る工具交換要領を説明する。

第１図−・−工具マガジン（１）側で、自動工具交換袋
Ｗ　（ＡＴＣ）のツールクランパ（６）の嵌装支持アー
ム（７）はラック・アンド・ピニオン機構（２３）の起
動により枢軸（５）を中心として反時計方向に４５°回
転し、工具マガジン（１）に装着されている使用予定工
具（３）をツールクランパ本体（１１）の先端に形成さ
れた支持部位（２４）内に受は入れる。この状態に於い
て鋼球（１０）は第１６図に見られる如くカム溝（９）
内に完全に嵌まり込んでいるから、鋼球（１０）と加圧
部材（２１）との間には間隔（ｊりが生じ、ツールクラ
ンパ（６）には使用予定工具（３）を前記支持部位（２
４）内へ嵌着させるのに必要な逃げストロークが与えら
れる。

第２図・−・工具マガジン（１）から使用予定工具（３
）を抜き出すため嵌装支持アーム（７）が枢軸（５）の
軸線方向に沿って前進する。この状態に於いては、第１
７図に見られる如く鋼球（１０）はカム溝（９）内から
抜は出して円筒カム（８）の側壁面上に位置し、使用予
定工具（３）は鋼球（１０）　、皿バネ（２２）ならび
にツールクランパ（６）を介して支持部位（２４）内に
クランプされている。

第３図・−・使用予定工具（３）に前記クランプ力を作
用せしめたままの状態で（第１８図参照）、ツールクラ
ンパ（６）、（６°）の嵌装支持アーム（７）ならびに
円筒状スリーブ（１４）を時計方向に４５°回転し使用
予定工具（３）を工具マガジン（１）、側から自動工具
交換装置（ＡＴＣ）側へ移し替える。

第４図・−・嵌装支持アーム（７）を枢軸（５）の軸線
方向に沿って前記前進距離と同一量だけ後退させ、回転
軸（４）を回転中心とする自動工具交換装置ＣＡＴＣ）
の旋回運動に備える。

この状態に於いても第１９図に見られるようにツールク
ランプ（６）による使用予定工具（３）の固定状態は持
続している。

第５図−自動工具交換袋Ｗ　（ＡＴＣ）が回転軸（４）
を回転中心として前記嵌装支持アーム（７）の長手方向
軸線を主軸（２）の軸線と直交させるように約９０’旋
回し、嵌装支持アーム（７）と主軸（２）との間に工具
交換可能な相対配設位置を確保させる。この状態に於い
ても第１０図に見られる使用予定工具（３）のクランプ
状態は継続している。

第６図−・前記ラック・アンド・ピニオン機構（２３）
の起動によりツールクランプ（６）、（６゛）の嵌装支
持アーム（７）ならびに円筒状スリーブ（１４）は、円
筒カム（８）の周りで反時計方向に９０°回転する。こ
のとき、使用予定工具（３）はツールクランパ（６）に
よる固定状態を持続するが、使用済み工具（３′）を受
は入れるための支持部位（２４”）側に位置するツール
クランパ（６°）は、第２０図に見られる如く、鋼球（
９°）がカム溝（９°）内に完全に嵌まり込み、該鋼球
（９″）と加圧部材（２１°）との間に間隔（Ｉｔ）を
生せしめることにより、アンクランプ状態に切替えられ
る。即ち、ツールクランパ（６”）には前記間隔（ｇ）
に相当する逃げストロークが許容され、主軸（２）に装
着されている使用済み工具（３”）の受は入れ準備姿勢
が与えられる。

第７図・−・主軸（２）から使用済み工具（３°）を抜
き取るため、ツールクランパ（６）、（６゛）の嵌装支
持アーム（７）が枢軸（５）の軸線方向に沿って前進す
る。このとき、鋼球（１０’　）は第２１図に見られる
ようにカム溝（９′）内から抜は出して円筒カム（８）
の外周面上に位置する。従って主軸（２）から抜き取ら
れた使用済み工具（３゛）Ｌよりランツク（６゛）によ
って支持部位（２４”）内に強固にクランプされる。一
方、他方の鋼球（１０）は、依然として円筒カム（８）
の外周面上に位置しているから、使用予定工具（３）は
支持部位（２４）内にクランプされた状態を持続してい
る。

第８図−・支持部位（２４）に使用予定工具（３）を、
また支持部位（２４’　）に使用済み工具（３゛）をク
ランプした状態で嵌装支持アーム（７）が反時計方向に
１８０°回転する。該反時計方向回転の前後に於いて、
クランパ（６）、（６“）による使用予定工具（３ンお
よび使用済み工具（３″）のクランプ状態は持続し、一
方、この反時計方向回転により支持部位（２４）に固着
されている使用予定工具（３）は、主軸（２）と軸線を
一致せしめた工具交換位置に移動する。

第９図−・−使用予定工具（３）を主軸（２）に装着す
るため、ツールクランパ（６）、（６°）の嵌装支持ア
ーム（７）の後退により鋼球（１０）は円筒カム（８）
の外周面との接触位置から移動してカム溝（９゛）内に
嵌まり込み、使用予定工具（３）のクランプ状態を解除
する。この状態で使用予定工具（３）を主軸（２）に装
着する。一方、他方の鋼球（１０’　”）は円筒カム（
８）の外周面上に位置して使用済み工具（３゛）のクラ
ンプ状態を持続させている（第２０図参照）。

第１０図・−・ツールクランパ（６）、（６°）の嵌装
支持アーム（７）ならびに円筒状スリーブ（１４）を円
筒カム（８）の周りで時計方向に９０”回転させ、支持
部位（２４’　）に固着された使用済み工具（３′）を
クランプ状態のまま前記嵌装支持アーム（７ンの上端に
位置させる（第１９図参照）。

何等かの理由により支持部位（２４″）に使用済み工具
（３”）が収納されていない場合には、前記嵌装支持ア
ーム（７）は時計方向に更に１８０°回転し空戻り状態
を作り出す。

第１１図−・−自動工具交換装置（ＡＴＣ）が回転軸（
４）を回転中心として嵌装支持アーム（７）の長手方向
軸線を工具マガジン（１）の工具収納ポケット（図示省
略）の軸線と直交させるように約９０°旋回し、嵌装支
持アーム（７）と工具マガジン（１）との間に工具交換
可能な相対配設位置を確保する。この状態に於いても第
１９図に見られる使用済み工具（３゛）のクランプ状態
は継続している。

第１２図・−使用済み工具（３″）を工具マガジン（１
）の工具収納ポケットへの受入れ位置に移動させるため
、前記嵌装支持アーム（７）および円筒状スリーブ（１
４）を枢軸（５）の軸線方向に沿って前進させる。この
状態に於いては第１８図に見られるように使用済み工具
（３゛）は、ツールクランパ（６゛）によって支持部位
（２４“）内にクランプされている。

第１３図−・ツールクランパ（６）、（６゛）の嵌装支
持アーム（７）ならびに円筒状スリーブ（１４）を枢軸
（５）を回転中心として反時計方向に４５°回転させる
。このとき使用済み工具（３′）は第１７図に示すよう
にクランプ状態を持続している。

第１４図・−・使用済み工具（３″）を工具マガジン（
１）の工具収納ポケット内に拝入するため、ツールクラ
ンパ（６）、（６°）の嵌装支持アーム（７）ならびに
円筒状スリーブ（１４）を円筒カム（８）に沿って枢軸
（５）の軸線方向に後退させる。このとき鋼球（１０’
　）は第１６図に示すようにカム溝（９）内に完全に嵌
まり込み鋼球（１０”）と加圧部材（２１°）との間に
は間隔（１）を保持する。従ってツールクランパ（６゛
）には、使用済み工具（３゛）のクランプ状態を解除す
るのに必要な逃げストロークが与えられる。

この状態で使用済み工具（３°）を工具マガジン（１）
の工具収納ポケットに嵌装する。

第１５図・−・使用済み工具（３°）を工具マガジン（
１）に引き渡した後、ツールクランパ（６）、（ｒ）”
）の嵌装支持アーム（７）ならびに円筒状スリーブ（１
４）を枢軸（５）を回転中心として円筒カム（８）の外
周面に沿って４５°時計方向に回転し、弓、動工具交換
装置（ＡＴＣ）を原位置に復帰させる。このときツール
クランパ具（３）または（３′）を支持部位（２４）ま
たは（２４’　）内にクランプし得る位置を占めている
。

上記第１図乃至第１５図に示す動作を繰り返すことによ
って、自動工具交換装置（ＡＴＣ）は工具マガジン（１
）と数値制御工作機械、例えばマシニングセンタの主軸
（２）との間で使用予定工具（３）と使用済み工具（３
′）とを交換することができる。

血皿夏立来 以上の説明から理解し得る如く、本発明は、ツールクラ
ンパの嵌装支持アームと該嵌装支持アームを支持する枢
軸との間に、該枢軸の軸線方向に沿って前進ならびに後
退自在に嵌装された円筒カムを配置し、且つ該円筒カム
の外周面に軸線方向ならびに円周方向に沿って所定の偏
心量を維持して２個のカム溝を形成してなる工具用のク
ランプならびにアンクランプ機構を提供するものであっ
て、前記嵌装支持アームが工具に対し如何なる相対位置
を占めている場合にも工具に脱落を生せしめる危険性の
ない確実なりランプならびにアンクランプ状態を保証す
る、よって本発明は、自動工具交換装置の作動の確実性
を向上せしめる新規な技術手段を提供するものとして優
れた有用性を認め得るものである。

また本発明装置は、公知の自動工具交換装置に比較して
剛性が高く、且つ油圧回転ジヨイント構造を必要としな
いから、油圧回路からの作動油の漏出に起因する工具保
持力の低下が発生するおそれがなく、長期に亘って安定
した作動状態を持続することができる。よって本発明装
置は、操業条件の安定化ならびに保守管理作業の容易化
に於いても在来の自動工具交換装置を大幅に上回る効果
を発揮し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第２３図は本発明に係る自動工具交換装置の全体構造を
例示する縦断面図であり、第１図乃至第１５図は本り明
装置による工具交換動作の説明図である。また第１６図
乃至第２２図は、前記第１図乃至第１５図に対応する本
発明装置の要部の相対位置の説明図である。 （１）　−工具マガジン、（２）　−・主軸、（３）、
（３’）−・工具、（４）　−回転軸、（ＡＴＣ）−・
自動工具交換装置、（５）　−枢軸、（６）、（６′）
−・ツールクランパ、（７）・−・−・嵌装支持アーム
、（８）・−円筒カム、（ｅ）・−・カム溝の偏心量、
（９）、（９″）−・カム溝、（１ｏ）、（１０’　）
−鋼球、（１１）・−・ツールクランパの本体、（１２
）、（２３）−・嵌装支持アームならびに円筒カムの駆
動機構。 １１１６図 λ十′ １１７図 ｖｓ　１８図 第１９５１１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）工具マガジンと工作機械の主軸との間に工具の搬
   送経路を形成するように揺動自在に支承された自動工具
   交換装置であつて、枢軸の軸線方向に沿つて前進ならび
   に後退自在に、且つ該枢軸を回転中心として回転自在に
   支持されたツールクランパの嵌装支持アームと、前記枢
   軸とツールクランパの嵌装支持アームとの間に該枢軸の
   軸線方向に沿つて前進ならびに後退自在に嵌装された円
   筒カムと、該円筒カムの外周面に軸線方向ならびに円周
   方向に沿つて所定の偏心量を維持して配設された２個の
   カム溝と、前記ツールクランパの嵌装支持アーム内に嵌
   装された状態で前記カム溝と嵌着・離脱自在に係合する
   鋼球によつて駆動され工具にクランプならびにアンクラ
   ンプ動作を伝達するツールクランパ本体と、前記ツール
   クランパの嵌装支持アームならびに円筒カムの駆動機構
   とからなる自動工具交換装置。