JPS6176246A - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は工具マガジンに収納された所定の工具をソケッ
トとともに取出し工作機械の主軸に挿着する自動工具交
換装置に関するものである。

〈従来の技術〉 一般に自動工具交換装置における工具の選択方式として
は、番地書替方式と固定番地方式がある。

前者の方式は、マガジンに収納された工具と主軸に挿着
された工具を交換アームで同時に交換する場合に採用さ
れている。これにおいては、マガジンから抜き取られた
工具の収納位置に主軸から戻らされる工具が挿入され、
元の収納位置には戻せないという構成上の制約から、戻
された工具の番号（番地）に書きなおすという処理を制
御装置内で行っている。

このため制御系が複雑になりコスト高は免れない。しか
も、工具交換するたびにマガジン内の工具の配列順序が
逐次変わってしまうため、ワーク変更に伴う段取替えに
よってマガジン内工具の取替えをする場合には不都合と
なる。

一方後者の方式は、マガジンから工具を取出し交換アー
ムに受渡す中間アームを備えたものに採用され、主軸か
ら抜き取られた工具をマガジンに戻す場合には、その工
具が収納されていた元の収納位置が工具取出し位置にく
るようにマガジンを割出してから工具の戻しサイクルが
行われる。これによっていずれの工具も必ずマガジンの
元の収納位置に戻されるので、工具の配列順序は変化す
ることかなく、マガジン工具の段取替えにおいては有利
である。

しかしながら、交換アームとの間で工具の受渡しをする
必要があり、中間アームにおける工具の把持方法に工夫
を要し、例えば工具ホルダに中間アーム専用の把持部を
付加したものがあるが、このようなホルダは標準のホル
ダが使えないことにより、工具の標準化を阻害すること
となる。又中間アームで工具を取り出した状態で１よ、
工具のシャンク部はむき出しの状態となり、これに切粉
等の異物が付着すると主軸挿着精度を悪化させ、正常な
加工の阻害要因ともなる。

そこで中間アームの工具保持手段として、ソケットごと
マガジンから取出すようにしたものがあり、これにおい
ては、上記交換アームとの工具の受渡しの問題を解決し
ている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら次のような問題点を有している。

工具選択方式を番地固定式にするためには、主軸内に工
具を残さないで１、全工具をマガジンに戻すことができ
ない。

即ち、主軸内に工具がなくマガジンの全収納位置にソケ
ットに収納された工具が入っている状態では、１番目の
工具をソケットごと取出し主軸に挿着した後学のソケッ
トは元の収納位置に戻さざるを得ないことになる。２番
目に取出した工具は、主軸内の工具、即ち１番目の工具
と交換される。

主軸から抜き取られた工具の戻すべき収納位置には空の
ソケットが戻されているため、元の収納位置には戻せな
いことになる。

よって物理的に固定番地式は不可能であるが本発明は、
この問題を解決し固定番地式の工具選択を可能にしたも
のである。

く作用〉 本発明は、マガジンのソケット収納部の数を使用工具数
Ｎに対し少なくともＮ＋１としたものであり、１番目の
工具をマガジンより取出し主軸に挿着した後の空のソケ
ットをＮ＋１番地に保管すれば、主軸に挿着された工具
の元の収納位置は空になったままであり、２番目の工具
を取出し工具交換すると２番目の工具は主軸に挿着され
主軸から抜き取られた工具はソケ７）に入れられ、空に
なった元の収納位置に戻すことができる。以後の工具交
換によっても主軸から戻される工具は元の収納位置に戻
すことができることになる。

又全加工が終了して最後に使用した工具を主軸からマガ
ジンに戻す場合には、前記Ｎ　＋　１番地に保管した空
のソケット取り出し、交換アームを作動させることによ
り主軸の工具はソケットに移され、この工具の元の収納
位置は空になっているので、ここに戻すことができる。

かくして主軸から戻される工具は全ての元の収納位置に
戻すことができるので、工具の選択は固定番地式が採用
できることとなり、工具配列順序は変わらない。

〈実施例〉 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による自動工具交換装置を具備した立形
工作機械を示すもので、ベッド１０と、このベッドｌＯ
上で摺動するコラム１）を有する。

コラム１）の側面にはスピンドルヘッド１２が昇降可能
に案内支持され、主軸１３を鉛直軸線上で回転させなが
ら前記スピンドルへラド１２を昇降動作させてテーブル
１５上に載置された工作物Ｗの加工を行うようになって
いる。

さらに前記ヘッド１０上には、主軸１３に挿着される各
種工具Ｔを収納するための工具マガジン１６が設置され
ている。そしてこの工具マガジン１６と前記主軸１３と
の間に工具移送装置４０ならびに周知の交換アーム２０
が設置されている。

この工具移送装置４０は工具出入れ位置Ｐ１と工具交換
位置Ｐ２との間を工具の姿勢を水平状態から垂直状態に
姿勢変更しながら移送し、また交換アーム２０は工具交
換位置Ｐ２と主軸１３との間において工具Ｔの姿勢を垂
直状態のままで移送するようになっている。

前記工具マガジン１６の具体的構成を第２図に示す。こ
の工具マガジン１６はベッド１０上より立設された支持
機枠２１を有する。この支持機枠２１にはその上端にス
プロケットホイールが回転自在に軸承され、下端に走行
レール２２が固定され、これらスプロケットホイール２
１ならびに走行レール２２間にエンドレスのチェーン２
３が巻回されている。前記スプロケットホイール２１は
駆動モータによりウオーム・ウオームホイール等周知の
伝導機構を介して回転駆動されるようになっており、こ
れによってチェーン２３は周回運動される。このチェー
ン２３上には第３図に示すようにソケット収納部をなす
ソケットホルダ２４が固定され、このソケットホルダ２
４に工具ソケット２５が着脱可能に保持されている。従
って前記チェーン２３の周回に伴いソケットホルダ２４
ならびに工具ソケット２５は工具出入れ位置Ｐ１に割出
されるようになっている。

なお、工具ソケット２５は第５図に示すようにその外周
に係合四部２６を有し、この係合凹部２６を断面コ字形
のソケットホルダ２４に差込み支持され、さらにその外
側をガイドレール３０，３１．３２，３３．３４　（第
２図参照）によってガイドされているため、ソケットホ
ルダ２４より工具ソケット２５が逸脱することはない。

また工具Ｔは第３図に示すように工具ソケット２５の挿
着穴２７に差込まれ、容易に抜差しできる構成となって
いる。

ここにおいて、マガジン１６のソケットホルダ２４の数
は使用最大工具本数をＮとした場合Ｎ＋１となし、ソケ
ット２５を保持しない空きのソケットホルダを少なくと
も１つ確保しておく。この空いた部分は、後述するよう
に１番目の工具を主軸に挿着した後の空のソケットを戻
すために必要とするもである。

かかる構成の工具マガジン１６の背後に第３図および第
４図に示す工具移送装置４０が設置されている。この工
具移送装置４０は、案内筒４１を有し、この案内筒４１
内に作動ロッド４２が軸方向に摺動可能に嵌合されてい
る。この作動ロッド４２と前記案内筒４１との間には、
Ｕ旋状のカムｆ８４３と、このカム溝４３に係合するカ
ムフォロア４４からなる回転機構４５が設けられ、その
後方に設けられた進退用シリンダ４５　（駆動アクチェ
エータ）により前進後退させることで作動ロッド４２を
このカム溝４３に倣って螺旋運動させるようになってい
る。

前記作動ロッド４２の先端には係合フォーク４７が楔止
されている。この係合フォーク４７には、その先端に一
定の間隔をおいて一対の係合片４８゜４８が形成され、
この係合片４８．４８間に工具ソケット２５を通過させ
る空間が形成されている。

従ってチェーン２３を周回運動させて工具ソケット２５
をこの係合片４８．４８間の空間に位置決めし、さらに
この係合フォーク４７を前記作動ロッド４２の軸線方向
に移動させることで工具ソケット２５をソケットホルダ
２４に対して係脱できるようになっている。

また前記係合フォーク４７には枢支ピン５０によって断
面口字状の離脱防止部材５１が枢支されている。この離
脱防止部材５１はその先端に係止溝５３を有し、この係
止溝５３を前記工具ソケット２５の係止ピン５４に係脱
させて係合フォーク４７から工具ソケット２５の脱落を
防止するようになっている。この離脱防止部材５１の作
動機構６０としては、前記係合フォーク４７内に組込ま
れかつスプリング６１によって撥力が付与されたプラン
ジャ６２と、前記支持機枠２１上に固定された当接部材
６３とからなる。この当接部材６３は係合フォーク４７
が後退端に位置するとき、前記離脱防止部材６３に当接
し、また工具ソケット２５がソケットホルダ２４より外
れる直前において離脱防止部材５１より離れるような長
さに設定されている。従ってこの係合フォーク４７の移
動に連動して離脱防止部材５１は回動し、この離脱防止
部材５１の係止溝５３を工具ソケット２５上の係合ピン
５４に係合離脱させるようになっている。

第７図は前記工具マガジン１６の割出しと、交換アーム
２０及び前記工具移送装置としての中間アーム４０の作
動を制御する制御ブロック線図を示すもである。１００
は数値制御装置、１）０は交換装置制御回路で、交換ア
ーム駆動装置１）１及び中間アーム駆動装置１）２に制
御信号を発する。

１２０はマガジンの割出制御回路でマガジン駆動装置１
　’３０に制御指令を発する。

この割出制御回路１２０は、数値制御装置１００から指
令されるＴコードによりマガジンの割出しを制御するも
のであり、通常においては、先ずＴコードに対応する工
具の収納番地（Ｔコードと収納番地とは一致するものと
する）を工具出入れ位置に割出し、中間アーム４０によ
り工具をソケットごと取出し、交換アーム２０にて交換
した後、主軸から抜きとられた工具を戻すべき収納位置
を割出すようになっている。かかる処理を行わせる流れ
図を第８図に示す。

しかしながら１番目の工具を取出す場合及び最終工程の
加工を終り最後に使用した工具をマガジンに戻す場合の
割出し制御は前記通常の場合と異なるので、前者の場合
と後者の場合を第８図のステップ（ＩＩと（２）で判別
し、前者の場合は第９図の流れ図で示す第１の制御回路
１２１で制御し、後者の場合は第１０図の流れ図で示す
第２の制御回路１２２で制御する。

次に上記構成における作動を説明する。

第１図は機械の運転を開始しようとしている状態を示し
、この状態では主軸１３の挿着穴に工具は挿着されてい
ない。またこのときコラム１）は後方の工具交換原位置
へ後退され、スピンドルヘッド１２も上方の工具交換原
位置へ上昇されている。一方数値制御装置１００より発
せられるＴコードにより工具マガジン１６のチェーン２
３も周回され、最初に使用すべき工具Ｔを工具出入れ位
置Ｐ１に割出す。そして工具交換指令が出ると、進退用
シリンダ４５にて係合フォーク４７は工具出入れ位置Ｐ
１に割出された工具ソケット２５ならびに工具Ｔを係合
支持しながら前進し、そしてこの工具ソケット２５がソ
ケットホルダ２４より外れる直前まで前進したとき、離
脱防止部材５１より当接部材６３が離れる。これにより
離脱防止部材５１は枢支ピン５０を支点として時計方向
に回転し、係合フォーク４７から工具ソケット２５の脱
落が防止される。

さらに作動ロッド４２が前進されるとカム溝４３ならび
にカムフォロア４４からなる回転機構４５によって作動
ロッド４２に回転運動が付与され、これによって係合フ
ォーク４７が旋回され、この保合フォーク４７に支持さ
れた工具ソケット２５ならびに工具Ｔは水平状態から次
第に垂直状態へと姿勢が変更される。この旋回時、工具
ソケット２５は離脱防止部材５１によって係合フォーク
４７からの離脱が防止されており、工具ソケット２５が
脱落するおそれはない。

保合フォーク４７が前進端まで前進されて工具ソケット
２５ならびに工具Ｔが工具交換位置Ｐ２に位置決めされ
る。数値制御装置１００から交換指令ＭＯ６が発せられ
ると交換７一ム２０カベ周知のごとく、軸方向運動なら
びに旋回運動を１テＧ）、工具ソケット２５に挿着され
た工具Ｔを主軸１３に挿着する １番目に使用される工具Ｔを挿着後、スピンドルヘッド
１２は降下し、同時にコラム１）４ま前進して加工を開
始する。

この状、葛において、係合フォーク４７に番よ工具Ｔ１
をｔ反出した空の工具ソケ、、　ト２５が残され、この
工具ソケット２５を工具マガジン１６４こ戻す必要があ
る。しかるに１番目に指令された工具Ｔのソケットホル
ダは最終工程で使用した工具Ｔを戻すときのために空に
してお（必要があり、取り出した位置のソケットホルダ
にこの工具ソケ・ノドを戻すことはできない。従ってこ
のＮ＋１番地のソケットホルダが工具出入れ位置ＰＬに
位置するように工具マガジン１６を割出し、割出し完了
後、進退用シリンダ４５により係合フォーク４７を後退
させ空の工具ソケット２５を工具出入れ位置Ｐ１に戻す
。

この係合フォーク４７が後退端へ戻されると同時に工具
ソケット２５はＮ＋１番地のソケットホルダ２４に係合
され、またこれと同時に離脱防止部材５１に対して当接
部材６３が当接するため、この離脱防止部材５１はプラ
ンジャ６２の押付力に抗して反時計方向に旋回し、係合
溝５３と係合ピン５４との係合が外される。従ってこの
状態では、工具ソケット２５の走行路中に障害物はなく
なり、前記と同様にして工具マガジン１６のチェーン２
３が割出される。

かかる動作は第１の制御回路１２１にて制御される。こ
れを第９図によって説明すると、指令されたＴコードは
ステップ（１）にて指令工具レジスタに記憶され、この
Ｔコードと工具出入れ位置Ｐ１に割出された現在番地と
が比較され一致するまでマガジン１６が割出される（ス
テップ（２））。Ｔコードで指令された工具が位置Ｐ！
に割出されると中間アーム４０が作動して位置Ｐ２に移
送し、交換指令ＭＯ６により交換アーム２０が作動し主
軸に挿着される（ステップ（３））。

主軸に挿着された工具のＴコードを記憶するため主軸工
具レジスタに指令工具レジスタの内容はシフトされる（
ステップ（４））。空になったソケットを戻すためにＮ
＋１番地を割出してから中間アームを戻し動作させる（
ステップ（５１，（６１）。

その後工具Ｔによる加工が終了すると、第８図のステッ
プ（３）以下の処理が行われる。２番目に使用する工具
の割出しくステップ（３）、　（４１）が行われ、指令
工具は工具出入れ位置ＰＩに位置決めされる。

前記と同様コラムならびにスピンドルヘッドが工具交換
原位置へ移動され、またこれと同時に進退用シリンダが
作動されて２番目のソケットホルダに保持された工具ソ
ケットが工具Ｔとともに取出され、さらに回転機構によ
って水平状態から垂直状態に姿勢変更され、工具交換位
置Ｐ２に移送される。そして交換アーム２０によって主
軸に挿着された使用ずみの工具Ｔと、工具ソケットに挿
着された工具Ｔとを交換する（ステップ（５））。

交換後、再びコラム１）ならびにスピンドルヘッド１２
はそれぞれ前進ならびに下降され、工作物の加工が開始
される。一方便用ずみの工具Ｔを元の収納場所であるソ
ケットホルダ２４へ戻すために、工具マガジン１６が割
出され戻される（ステップ（８１，（９１）。

工具Ｔが戻されたのち、再び工具マガジン１６が割出さ
れて次に使用すべき工具Ｔが工具出入れ位置Ｐｌへ割出
され、次の交換動作に備える。

以後上記と同様の動作を繰返して工具Ｔが順次主軸に挿
着される。

最終工程の加工が終了した後は、主軸内の工具をマガジ
ンに戻すため、第２の制御回路１２２が有効となる。こ
れを第１０図の流れ図によって説明する。主軸内工具が
収納されるソケットはＮ＋１番地に保管されているので
、これを取り出すため、Ｎ＋１番地のマガジン割出が行
われ（ステップ（１））、これを中間アーム４０にて取
出し工具交換位置Ｐ２に移送し、交換アーム２０を作動
させて、主軸内の工具をソケットに移す。この工具のＴ
コードは主軸工具レジスタに記憶されているので、これ
を戻し工具レジスタにシフトし、戻すべく工具の元の収
納位置を工具出入れ位置に割出しくステップ（４］）、
中間アーム４０を戻し動作させて、工具をマガジンに戻
す。向上記実施例においては、最初の空きソケットの保
管スペースとして１個のソケット収納部を設けた例につ
いて説明したが、この保管スペースは１個に限定される
ものでなく複数あっても有効である。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、マガジンに収納され
た工具をソケットごと取出す方式の工具交換装置におい
て、最大使用工具数Ｎに対し、マガジンのソケット収納
部の数をＮ＋１以上設けたので、１番目に使用する工具
が抜き取られ空になったソケットの保管スペースを確保
することができる。これにより以後に行われる工具交換
においては、取り出した収納位置と同じ元の収納位置に
工具を戻すことができ固定番地式にできる。したがって
マガジン内の工具配列順序は変化しないので、工具の段
取替え等が極めて容易に行なえる。

又ソケットごと工具を取り出すので、加工位置に近接し
た工具交換位置Ｐ２において待機させても工具のシャン
ク部に切粉等の異物の付着を防止でき、長期にわたり高
精度の加工を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発明の
工具移送装置を設けた立形工作機械の側面図、第２図は
立形工作機械の工具マガジンを示す正面図、第３図は第
２図のｍ−ｍ線矢視断面図、第４図は第３図のｒｌ／−
ＩＶ線矢視断面図、第５図は第３図のＶ−Ｖ線矢視断面
図、第６図は第４図のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図、第７図
は工具交換装置の制御系のブロック線図、第８図は割出
し制御回路の流れ図、第９図は第１の制御回路の流れ図
、第１０図は第２の制御回路の流れ図である。 Ｐｌ・・・工具出入れ位置、Ｐ２・・・工具交換位置、
Ｔ・・・工具、１６・・・工具マガジン、２１・・・支
持機枠、２５・・・工具ソケット、４０・・・工具移送
装置（中間アーム）、４２・・・作動ロンド、４５・・
・駆動アクチュエータ（進退用シリンダ）、４７・・・
係合フォーク、４３・・・カム溝、４４・・・カムフォ
ロア、４５・・・回転機構、５１・・・離脱防止部材、
６０・・・作動機構、５１・・・スプリング、６２・・
・プランジャ、６３・・・当接部材、１）０・・・交換
装置制御回路、１２０・・・割出制御回路、１２１・・
・第１の制御回路、１２２・・・第２の制御回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸に挿着すべき工具を保持する複数のソケット
   を円周上等ピッチに着脱可能に保持する工具マガジンと
   、この工具マガジンよりソケットとともに工具を取出し
   、かつ主軸軸線と平行となる工具交換位置に移送する工
   具取出し装置と、この工具取出装置に保持された工具と
   主軸に挿着された工具を交換せしめる工具交換アームと
   、前記工具マガジンの回転割出しを制御し、取出すべく
   工具又は戻すべき工具のソケット収納部を工具取出し位
   置に割出す割出制御回路とを備えた自動工具交換装置に
   おいて、前記工具マガジンのソケット収納部の数を使用
   工具数Ｎに対してＮ＋１以上設けてなる自動工具交換装
   置。
2. （２）前記割出制御回路は、主軸に工具が挿着されてい
   ない状態においては、１番目に使用する工具を挿着した
   後、空のソケットをＮ＋１番地以降の特定の収納部を工
   具取出し位置に割出す第１の制御回路と、加工終了に伴
   い最後に主軸に挿着された工具を戻す場合には、前記空
   のソケットを取出すべく前記Ｎ＋１番地以降の特定の工
   具収納部を工具取出し位置に割出し、次に主軸工具の元
   の収納位置を工具取出し位置に割出す第２の制御回路と
   を設けた特許請求の範囲第１項記載の自動工具交換装置
   。