JPS6144549A - 工作機械の工具交換装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は工作機械の工具交換装置に関し、更に詳細に
は、工具割出し用の回転板を搭載したマガジン台を主軸
ヘッド上に摺動自在に支持すると共に、前記回転板に対
して直角な面内を回動可能な工具搬送アームを該回転板
の周面に所定距離離間させて複数個設け、前記回転板の
回転により任意の工具搬送アームを前記主軸の工具装着
部と相対する位置に割出した後、該工具搬送アームをそ
の待機位置から所要角度だけ回動させて、当該工具搬送
アームに支持された特定の工具を前記主軸の工具装着部
にｊｆｌＩ通案内するよう構成した工具交換装置に関す
るものである。

従来技術 被加工物（ワーク）にフライス切削や孔開は等の各種加
工を多機能に行い得るように構成したマシニングセンタ
（ＭＣ）等の工作機械には、プライスカッタやドリル等
の工具を所定のマガジンに多数格納しておき、加工中に
所望の工具を該マガジンから適時選択して、これを加工
の終了した工具と自動的に交換する工具交換装置（ＡＴ
Ｃ）が一般に配設されている。この工具交換装置として
は、その設計仕様に応じて、例えばアームレスＡＴＣの
如く、工具マガジンに向けて主軸が移動して工具を受は
取る型式のものや、特開昭５５−１２０９４３号公報に
開示される発明の如く、多数の工具搬送アームを回転板
に放射状に配設し、当該工具搬送アームを回転板に対し
て直角な面内において回動し得るように構成して、特定
の工具を回転割出しするようにしたものが知られている
。

発明が解決しようとする問題点 前述した従来技術において、前者の型式では。

主軸ヘッドが加工中に被加工物から大きく移動して、マ
ガジンまで工具を受取りに行くために工具交換に要する
時間が長くなる欠点がある。また後者の型式では、工具
搬送アームが回転板に対して直角な面内を回動するに際
し、該アームに支持された工具のアーバーは必然的に円
弧移動を行うために、該アーバーが主軸の工具装着部と
円滑に嵌合し得るようにするには、揺動アームを工具搬
送アームに連接して複雑な運動を与える必要があり、装
置全体の機構が極めて複雑になる欠点があった。

このため故障が頻発したり、製造コストが嵩む等の欠点
が併せて指摘されている。

目的 本発明は、多数の工具を配設したマガジンを回転させて
所望の工具を割出すようにした従来技術に係る工作機械
の工具交換装置に内在している前記欠点に鑑み、工具交
換機構を簡単な構成として製造コストの低減および故障
頻度の低減を図り、併せて迅速な工具交換を達成するこ
とを目的としている。

問題点を解決するための手段 前述した欠点を解決する手段として本発明では、一端に
工具装着部を備えた主軸を回転自在に支持する主軸ヘッ
ドを、テーブル上に保持された被加工物に対し相対的に
往復駆動して前記被加工物の加工を行う工作機械にお−
いて、工具割出し用の回転板を搭載したマガジン台を主
軸ヘッド上に水平摺動自在に支持すると共に、前記回転
板に対して直角な面内を回動可能な工具搬送アームを該
回転板の周面に所定距離離間させて複数個設け、回転割
出しされた前記工具搬送アームが回動して前記回転板η
１ら最大限離間したレストポジションにおいて、該アー
ムに保持された工具が主軸の工具装着部前方に位置し、
かつ工具の中心軸線が主軸に設けた工具装着部の軸線と
整列するように寸法設定しである。

作用 本発明では、工具交換操作に際し回転板を前記マガジン
台上で回転させ、所望の工具を保持している工具搬送ア
ームを前記主軸の工具装着部と相対する位置まで割出し
た後、該工具搬送アームをその待機位置から回転板に対
し所要角度回動させて、該アームに保持した工具を主軸
の工具装着部前方に到来させて両軸線を整列させ１次い
で回転板を搭載したマガジン台を主軸ヘッド上で所要ス
トロークだけ摺動後退させる。これによって該アームに
支持された特定の工具は、前記主軸の工具装着部に円滑
に挿通案内され、確実な工具装着が達成される。

実施例 次に本発明に係る工作機械の工具交換装置の詳細につき
、好適な実施例を挙げて添付図面を参照しながら以下説
明する。第１図は本発明に係る工具交換装置を搭載した
工作機械の概略構成図、第２図は本発明に係る工具交換
装置の拡大図であって、マガジン台３４が主軸ヘッド１
２上を完全に後退しきった位置にある状態を示し、第３
図はマガジン台３４が主枝ヘッド１２上を前進しきった
位置にある状態を・示す。

図において本発明に係る工具交換装置が搭載される工作
機械は１機台１０上に水平方向への摺動可能に搭載され
た主軸ヘッド１２と、前記機台１０に垂直に立設した支
柱１４に昇降自在に配設したニー１６と、このニー１６
上に配設されて前記主軸ヘッド１２に対し直角な方向に
水平摺動可能なテーブル１８とから基本的に構成される
。主軸ヘッド１２の内部には、第３図に示す如く、一端
部にテーパー開口部からなる工具装着部２０を形成した
主軸２２が、回転自在に水平支持され、適宜の動力伝達
機構を介して主軸駆動用モータ２４により回転されるよ
うになっている。また主軸ヘッド１２は、別のモータ２
６により駆動されて機台１０上を水平に前進後退走行す
るものである。すなわちテーブル１８上に載置された被
加工物２８は、該テーブル１８のＸ方向の移動およびＺ
方向の昇降並びに主軸ヘッド１２のＹ方向の移動の合成
により、主軸ヘッド１２に装着した工具３０、例えばフ
ライスカッタに対して相対的な動きが与えられ、所望の
切削加工がなされるようになっている。

前記主軸ヘッド１２上には、後述する工具群３０および
回転板５０を搭載したマガジン台３４が前記主軸２２の
軸線に沿って水平摺動自在に支持されている。すなわち
２本のガイドバー３６゜３６（第４図に両方のガイドバ
ーが示されている）が、マガジン台３４の矩形状底部の
各頂辺に夫々一体的に突設した支持突片３８に挿通固定
されている。そして前記両ガイドバー３６．３６は、主
軸ヘッド１２の各側部における頂部付近に夫々一体的に
突設したスライダ４０，４０に前後の関係で摺動自在に
挿通され、前記マガジン台３４が両ガイドバー３６．３
６を介して主軸２２の軸線方向に摺動するのを許容して
いる。なお第２図から判明するように、主軸ヘッド１２
内にはマガジン台駆動用のモータ４２が配設され、複数
のピニオンからなる歯車列４４を介して、ガイドバー３
６の後端部に刻設したラック歯４６と噛合するようにな
っている。すなわち前記モータ４２を正逆駆動すること
により、ガイドバー３６は歯車列４４およびラック歯４
６を介してラック・ピニオン駆動され、従って前記マガ
ジン台３４も主軸２２の軸線に沿って積極的に進退駆動
されるものであって、これらモータ４２．歯車列４４．
ラック歯４６をマガジン台駆動部材と総称する。

マガジン台３４の頂部は、第２図および第３図に示す如
く、主軸２２の軸線に対し所定の角度で前方に傾斜して
おり、その頂部に回転軸４８が直角に固定されて斜め前
方に指向している。この回転軸４８には、図示の如き回
転板５０が軸受５２゜５２を介して回転自在に軸支され
ている。すなわち回転板５０は、前記マガジン台３４に
対して回転自在に支持されているものであって、該回転
板５０の裏面に一体的に形成した平歯車５４は、マガジ
ン台３４に傾斜配置したモータ５６の回転軸５８に固着
した歯車（図示せず）と噛合している。

そして前記モータ５６を正逆回転させることにより、回
転板５０に回動自在に軸支した複数の工具搬送アーム６
０（後述）中から所望の工具３０を割出すようになって
おり、これら平歯車５４．モータ５６を回転板割出し装
置と総称する。

前記回転板５０には、第２図および第４図に示すように
、その回転板５０の回転軸線を中心とした放射線方向に
複数（本実施例では６個）の工具搬送アーム６０が配設
されている。この工具搬送アーム６０は、第５図に誇張
的に示す如く、その基部となる側の一端部において、回
転板５０の円周面から半径方向に突出する２股部６２に
挟持されると共にピン６４を介して軸支され１回転板５
０の前記放射線を含む面内（回転面に対して直角な面内
）を所要の中心角で回動し得るようになっている。なお
前記２股部６２に軸支される工具搬送アーム６０の一端
部は、第５図から判るように、同じく２股部６６として
形成され、この２股部６６を構成する夫々の２股片には
所要形状の切欠６８が穿設されている。そして回転板５
０の回転により割出された工具搬送アーム６０の２股部
６６中に後述する作動棒７０が臨むと共に、該作動棒７
０の一端部に直病に挿通固定したピン７２の両自由端部
が前記２゛股片の切゛欠６８．６８に受容されて、係合
離脱可能になっている。

また工具搬送アーム６０の本体部は１図示のように緩や
かに外方に湾曲しており、その他端部にフライスカッタ
等に代表される各種の工具３０が保持されている。なお
工具搬送アーム６０は、後述する如く回転板５０の回転
により工具割出しがなされた後、前記作動棒７０の付勢
作用下に回転板５０の回転面に対し直角な面内を回動す
る。このとき工具搬送アーム６０が当該回転板５０から
最も離間したレストポジションに到来した際に。

該アームに保持された工具３０の軸線が、前記主軸２２
の軸線と整列する位置関係になるよう予め設定されてい
る。

前記工具３０は、先端に設けたフライスカッタ等の刃部
３０ａと、これに接続し工具搬送アーム６０により把持
されるシャンク３０ｂと、円錐状のアーバー３０ｃと、
その後端部に設けたプルスタッド７４とから構成される
公知のものであって、主軸端部に設けた工具装着部２０
に着脱自在に装着されるようになっている。すなわち工
具装着部２０は、前記工具３０におけるアーパー３０ｃ
の挿通を許容する截頭円錐状の開口部として形成され、
第３図に示すように、主軸２２の中空部内に摺動自在に
挿通したドローバ−７６の先端に設けた工具挾持部材７
８が前記開口部に臨んで、工具３０のプルスタッド７４
を開閉自在に挾持する機構になっている６例えば工具挾
持部材７８は、前記プルスタッド７４のネック部を複数
個のボール８０により接離自在に囲繞するように構成し
た公知のコレット構造からなり、前記ドローバ−７６を
水平に進退移動させることによって、前記プルスタッド
７４の挟持および解除を行う構成になっている。なお前
記ドローバー７６は、これに介装した圧縮ばね８２によ
って常には主軸前方に弾力的に付勢されている。

次に工具搬送アーム６０を回転板５０に対して回動付勢
する駆動機構について述べる。工具搬送アーム６０は、
第３図から判明するように、実線で示す倒伏位置か曳２
点鎖線で示す起立位置（待機姿勢）までの範囲内で、ピ
ン６４を中心として回動するものであって、この回動運
動は、本実施例では前記作動棒７０の進退作用および該
作動棒７０と工具搬送アーム６０の一端部に形成した切
欠６８との係合離脱作用により与えられる。すなわち第
３図において、マガジン台３４には流体圧シリンダ８４
が水平に配設され、当該マガジン台内に水平に臨むピス
トンロッド８６の先端には第１ラツク８８が固定されて
いる。またマガジン台３４の内部にはピニオン９０（２
点鎖線で示す）が回転自在に軸支されて、前記第１ラツ
ク８８と噛合している。更にマガジン台３４内には前記
作動棒７０の後端部が移動自在に臨んでおり、該作動棒
の後端部に刻設した第２ラツク９２が、前記ピニオン９
０に噛合している。この場合、前記シリンダ８４のピス
トンロッド８６がシリンダチューブ中に後退した状態に
おいて、第３図に示すように、第１ラツク８８の先端部
（図において右側）と第２ラツク９２の後端部（図にお
いて左側）とがピニオン９０に噛合する位置関係に設定
しておく。

従ってシリンダ８４を付勢すれば、ピストンロッド８６
が延伸し、第１ラツク８８を２点鎖線で示す位置まで左
行させる間に、ピニオン９０が反時計方向に回転させら
れ、作動棒７０の一部をなす第２ラツク９２を、同じく
２点鎖線で示す位置まで右行（図において後退）させる
ことが諒解されよう。なお前記作動棒７０が工具搬送ア
ーム６０と干渉しない位置まで後退した後、回転板５０
が回転して工具の割出しがなされ、当該割出しがなされ
た工具搬送アーム６０に向けて作動棒７０が前進して、
該アームの切欠６８にピン７２が係合する位置関係に設
定されている。

なお図面において符号９４は、回転板５０および複数の
待機中にある工具搬送アーム６０を囲繞する円形カバー
を示し、このカバー９４は第４図から判明する如く、割
出しのなされた工具搬送アーム６０の回動を許容する切
欠部９６が穿設されている。また符号９８は、主軸ヘッ
ド１２上でのマガジン台３４の後退を所定ストローク内
に規制するストッパを示す。更に各工具搬送アーム６０
には、図示の如く弾性舌片゛ｒ００が固定され、該舌片
１００は、前記アーム６０が回転板５０に対し起立して
割出しを待機している間、回転板５０に対応的に形成し
た突片１０２と係合して安定的に保持されるようになっ
ている。

次にこのように構成した本発明に係る工作機械の工具交
換装置の作用につき説明する。第１図において、主軸装
着部２０に取付けた工具３０が、テーブル１８上に載置
した被加工物２８の切削加工を終了すると、主軸ヘッド
駆動用モータ２６が回転して主軸ヘッド１２を基台１０
上において工具抜取分だけ後退駆動させて停止する。こ
のとき工具３０のプルスタッド７４は、工具挾持部材７
８により挾持された状態にある（主軸ヘッド後退）。

そこで図示しないシリンダを付勢し、クランク機構を介
してドローバ−７６を主軸２２の軸線に沿って、第３図
において左方へ移動させれば、工具挾持部材７８に配設
した複数のボール８０が遊動し、工具３０におけるプル
スタッド７４の挾持が解放される（工具アンクランプ）
。

次いでマガジン台駆動用モータ４２を回転させて、歯車
列４４およびラック歯４６を噛合駆動すれば、このラッ
ク歯４６を刻設したガイドバー３６．３６に接続するマ
ガジン台３４は、主軸ヘッド１２に設けたスライダ４０
．４０に沿って水平方向前方に摺動する。このとき工具
３０のアンクランプは完了しているから、マガジン台３
４が主軸ヘッド１２上を前進することにより、回転板５
０に装着された工具搬送アーム６０は、工具３０を把持
したまま前記工具装着部２０から軸線方向前方に離脱す
る。これによって、第３図に示すように工具３０の抜取
りが終了する（工具抜取り）、この場合、第３図に実線
で示す如く、作動棒７０は左方に延伸しきった状態にあ
り（逆にシリンダ８４のロッド８６は後退している）、
ピン７２を備えた先端部を工具搬送アーム６０の２股部
６６中に臨ませている。

このように工具装着部２０からの工具３０の抜取りが完
了したタイミングを適宜のセンサにより検出し、前記シ
リ２′ンダ８４を圧力付勢すれば、ピストンロッド８６
がシリグダチューブから延出して第１ラツク８８を左方
へ前進させるにれにより当該第１ラツク８８と噛合って
いるピニオン９０は反時計方向に回転し、該ピニオン９
０と噛合する第２ラツク９２を備えた作動棒７０を右方
へ後退させる。すなわち第６図（ａ）〜（ｄ）に示すよ
うに１作動棒７０が右一方向へ引張られて後退するにつ
れ、その先端部に設けたピン７２は、工具搬送アーム６
０に形成した切欠６８内に滑り込み。

該工具搬送アーム６０を枢軸６４を中心として時計方向
に回動させる。例えば第６図（ａ）において、前述した
如く左方に延伸しきった位置にある作動棒７０は、ピン
７２を備えたその先端部を工具搬送アーム゛６０の２股
部６６に近接的に臨ませている。そして作動棒７０が右
方向へ後退するにつれ、第６図（ｂ）に示すようにピン
７２は２股部６６の切欠６８中に進入して、倒伏状態に
ある工具搬送アーム６０を矢印方向に起立させ始める。

作動棒７０は更に右方向への後退を継続するため、第６
図（ｃ）に示す如く工具搬送アーム６０は時計方向に大
きく立上がる。そして工具搬送アーム６０が第６図（ｄ
）に示す位置まで到来すると、前記切欠６８の開口方向
が作動棒７０側に指向するに至るので、作動棒７０は切
欠７０から離脱し、アーム６０に対する回動付勢を解除
する。このとき工具搬送アーム６０は、第５図に示す弾
性舌片１００を回転板５０に形成した突片１０２に係合
させるので、安定的に回転板５０上に保持される（工具
搬送アームの上方起立）。なお作動棒７０の先端は、先
に述べたように、回転板５０の２股部６２と干渉しない
位置まで後退しているので１次に行われる回転板５０の
回転を妨害することはない。

次いでモータ５６が回転して、回転板５０に形成し−た
平歯車５４を噛合駆動し、当該回転板５０を所定方向に
回転させ、工具３０の割出しを行う。

すなわち回転板５０が回転されることにより、所望の工
具３０を装着した工具搬送アーム６０が、前記主軸２２
の工具装着部２０と相対する位置（第３図で２点鎖線で
示す工具搬送アームの位置）まで到来する（工具附出し
）。

このように新たに割出された工具搬送アーム６０は、前
記シリンダ８４を逆付勢することにより第１ラック８８
．ピニオン９０および第２ラツク９２の噛合作用下に、
第６図（ａ）〜（ｄ）の全く逆の過程を辿って反時計方
向に回動付勢され、第３図で実線で示す位置に落着する
。このとき割出された工具搬送アーム６０に装着した工
具３０の中心軸線は、主軸２２の軸線と整列しているこ
とは前述した通りであり、また主軸２２の中空部内に位
置する工具挾持部材７８は開放してプルスタッド７４の
受入れを待機している状態にある（工具搬送アームの下
方倒伏）。

次に第３図の状態においてモータ４２が逆付勢されると
、歯車列４４およびラック歯４６の噛合作用下に、マガ
ジン台３４は主軸ヘッド１２上を摺動後退し、工具３０
のアーバー３０ｃが工具装着部２０の開口部に挿入され
る（マガジン台後退）。

これによりプルスタッド７４は開放待機している工具挾
持部材７８中に侵入し、このタイミングを捕えてドロー
バ−７６に対する抑圧付勢が解除される。このため圧縮
ばね８２が弾力復帰してドローバ−７６を軸線方向右側
に摺動させ、工具挾持部材７８によるプルスタッド７４
の挾持が行われる（工具クランプ）。この一連の動作に
より新たな工具の割出しおよび装着が全て終了し、被加
工物に対する加工が開始される。

効果 以上詳細に説明した如く１本発明に係る工具交換装置に
よれば、工具割出し用の回転板を搭載したマガジン台を
主軸ヘッド上に摺動自在に支持すると共に、前記回転板
に対して直角な面内を回動可能な工具搬送アームを該回
転板の周面に所定距離離間させて複数個設け、前記回転
板の回転により任意の工具搬送アームを前記主軸の工具
装着部と相対する位置に割出した後、該工具搬送アーム
をその待機位置から所要角度だけ回動させて、当該工具
搬送アームに支持された特定の工具を前記主軸の工具装
着部に挿通案内するよう構成したものであって、従来技
術に係る工具交換装置が複雑な機構を有してい：にのに
比べ簡単な構成とし、製造コストの低減および故障項度
の低減を図ることができる。また主軸に対して工具マガ
ジンが自走して工具交換を行うものであるから、工具交
換に要する時間が短縮される利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る工具交換装置を搭載した工作機械
の概略構成図、第゛２図は本発明に係る工具交換装置の
拡大図であって、マガジン台が主軸ヘッド上を完全に後
退しきった位置にある状態を示し、第３図はマガジン台
が主軸ヘッド上を前進しきった位置にある状態を示し、
第４図は工具搬送アームを多数搭載した回転板および主
軸ヘッドを第２図の左方から［察した正面図、第５図は
本発明の要旨をなす工具交換機構の拡大斜視図、第６図
（ａ）〜（、（）は回転板に対して工具搬送アームが回
動する過程を示す説明図である。 １２・・・・主軸ヘッド　　１８・・・・テーブル２０
・・・・工具装着部　　２２・・・・主軸２８・・・・
被加工物　　　３０・・・・工具３４・・・・マガジン
台　　５０・・・・回転板６０・・・・工具搬送アーム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一端に工具装着部（２０）を有する主軸（２２）を回転
   自在に支持する主軸ヘッド（１２）を、テーブル（１８
   ）上に保持された被加工物（２８）に対し相対的に往復
   駆動して前記被加工物（２８）の加工を行う工作機械に
   おいて、 前記主軸ヘッド（１２）上において主軸（２２）の軸線
   方向に摺動可能に支持されたマガジン台（３４）と、そ
   のマガジン台（３４）を当該摺動方向に沿つて往復駆動
   する駆動部材（４２、４４、４６）と、前記マガジン台
   （３４）上において回転可能に支持された回転板（５０
   ）と、 その回転板（５０）上において当該回転軸線を中心とし
   た放射線方向に配列されると共に、前記放射線を含む面
   内において回転可能に枢支され一端に夫々工具（３０）
   を保持した工具搬送アーム（６０）と、その工具搬送ア
   ーム（６０）の一つを前記主軸（２２）の工具装着部（
   ２０）と相対する位置に移動させるように前記回転板（
   ５０）を回動させるための割出し装置（５４、５６）と
   、 前記主軸（２２）の工具装着部（２０）と相対する位置
   に移動された工具搬送アーム（６０）の工具（３０）が
   前記主軸（２２）の軸線上に位置するように前記工具搬
   送アーム（６０）を回動させるための回動手段（７０、
   ８４、８８、９０） とを備えていることを特徴とする工作機械の工具交換装
   置。