JPS63109937A - 工具交換方法 - 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 この発明は工作機の工具交換方法に関するものである。

従来の技術 従来、工作機の工具交換装置において１例えば複数の工
具を保持する工具保持体（工具交換腕を用いないマガジ
ン直接交換方式の工具マガジン、または旋回する工具交
換腕を含む、）をコラムに主軸と平行な方向へ前後及び
旋回自在に備え、主軸には工具をクランプするクランプ
機構を備えているものがある。この装置による工具交換
動作は。

主軸を所定の工具交換位置へ移動させて、主軸に挿着し
である使石済みの工具を前記工具保持体に確実に把持さ
せた後に主軸の工具をアンクランプし、次に工具保持体
を軸方向に前進させた後に旋回させて後退させ、新しい
工具は工具保持体の工具保持部に保持されたままで主軸
に挿着されてクランプ完了後工具保持部による保持が解
除されて主軸が次の加工に移るようになっている。

発明が解決しようとする問題点 前記従来の方法によれば、主軸が、工具保持部に保持さ
れたままの新工具をクランプ完了した後に工具保持部の
新工具に対する保持を解除しているので、工具交換位置
で主軸に新工具が挿着されて直ちに主軸が次の加工に向
けて移動を開始することができず、主軸が工具交換位置
で停止している時間が長くなるという問題があった。

問題点を解決するための手段 本発明は、前記問題点を解決する為に、主軸の工具挿着
孔に挿着されている工具を離脱自在に係止する仮クラン
プ機構を備えさせ、主軸の工具を交換する場合主軸の工
具を工具保持体の工具保持部に保持させた後、工具保持
体を前進移動させて主軸の工具挿着孔から工具を抜取り
、その後工具保持体を旋回させた後、後退移動させて工
具保持体の工具を主軸の工具挿着孔に挿着して仮クラン
プし、主軸の工具をクランプ完了する前に工具保持部に
よる工具保持を解除することを特徴とする。

作用 前記方法によれば、主軸に新工具を挿着してこの新工具
を仮クランプ機構により仮クランプさせておくことでク
ランプ動作を工具保持部による新工具の保持解除より後
に（例えば次の加工のための移動動作と並行して）行い
、工具交換のために主軸が工具交換位置で停止している
時間を短縮できるものである。

実施例 第１．２図において、１はベース上を前後動するコラム
、５ａはコラム１に、案内レール６０．６０により上下
動自在に取り付けである主軸ヘッドで、図示しない昇降
用モータにより周知のごとく上下動するようになってい
る。主軸ヘッド５ａには、第６図に示すように主軸５が
軸受け６１を介して回動自在に支承されている。この主
軸５には、クランプ機構６２が内蔵されている。このク
ランプ機構６２において、６３は主軸５先端に形成され
た工具装着孔で、これに続く貫通孔６４にプルロッド６
５が軸方向摺動自在に挿通されて、皿ばね６６により後
方に付勢されている。プルロッド６５はその先端に４つ
の鋼球６７を半径方向に移動可能に組み込んだ保持部６
８を一体に備えている。この鋼球６７はプルロッド６５
の軸方向移動によって貫通孔６４前方のカム面６９と協
働し、工具Ｔ後端部のプルスタッド７０と係合して工具
Ｔを主軸５にクランプし、また、プルスタッド７０との
係合を外して主軸５に対しアンクランプするようになっ
ている。プルロッド６５の後端は、主軸ヘッド５ａ後端
部に配置されたアングランプシリンダ７１のピストンロ
ッド７２と所定間隔をもって対向している。なお４本実
施例ではプルロッド６５の先端６５ａはアンクランプ状
態とした時に工具Ｔのプルスタッド後端７０ａと当接せ
ず、工具Ｔを前方に押し出さないようにしである（第７
図）。

この主軸５には軸線に直交する方向に仮クランプピン７
３が移動可能に嵌合されると共にばね７４により主軸５
の中心に向けて付勢されて仮クランプ機構７５が内装さ
れ、仮クランプピン７３の先端が保持部６８の孔内しこ
突出した状態で仮クランプピン７３０段部が収納孔７６
の段部に当接しており、第７図のように工具Ｔのプルス
タッド７０と鋼球６７との係合が外れて、工具Ｔがアン
クランプ状態になった時にも、工具Ｔのプルスタッド７
０と半径方向から係合して工具Ｔをばね７４力で仮クラ
ンプする。

次に工具マガジンについて説明する。前記コラム１上面
１ａにはＬ字状の第１支持体２が固着され、この第１支
持体２の前面に主軸５側へ向って腕のように伸びた第２
支持体３が固着されて、両者で支持体４を構成している
。前記第２支持体３は内側が空間部６に形成されている
。この第２支持体３の先端の軸支部３ａには軸受７，７
を介して旋回支持体８が回動自在に支持され、軸方向中
央部にはフランジ部９が形成されている。また。

旋回支持体８のフランジ部９より前方の軸部分は、後述
する揺動アームを支持する壁部１０（第３図）を残して
軸断面の約１７２が切除され、また後述するピストンロ
ッドの先端部分の円周の１７２が露出するようにピスト
ンロッド挿通孔９ａが半円状に切除されている。このフ
ランジ部９には、前方に向けて二本一対の案内バー１１
が突設され、この案内バー１１の先端は旋回支持体８の
先端に固着した連結板１２に連結されている。案内バー
１１．１１は円板状の工具保持体１３の案内孔１４に挿
通されており、これにより旋回支持体８と工具保持体１
３とは互いに相対回動を阻止すると共に所定量軸方向に
移動自在となっている。工具保持体１３はその外周に工
具Ｔを保持する工具保持部１５を備えており、この工具
保持部１５は公知の機構で、二つの把持爪１６，１６を
その中間部分で支持し、圧縮ばね１７により把持爪１６
゜１６を閉じるようにしである。１８，１８は把持爪１
６，１６に工具Ｔが把持されていない時に圧縮ばね１７
により把持爪１６，１６が閉じ過ぎないように把持爪１
６，１６の後端に当接するストッパである。また、１９
は工具把持状態をロックする公知の工具ロック機構で、
前記把持爪１６゜１６の突片２２，２２間に配設され前
後に摺動する摺動軸２０を後方へ付勢し、後端にローラ
２１が回動自在に支持されている。この摺動軸２０は軸
方向中間部分に大径部を有しており、常時は突片２２，
２２間に突出しており、把持爪１６，１６間で工具Ｔを
把持した状態から把持爪１６，１６が開くのを防止し、
工具交換位置にある時のみ主軸ヘッド先端に固着された
カム２３と係合して大径部が前進して突片２２．２２と
対向しなくなり１把持爪１６，１６のロック状態を解除
するようにしである。

次に軸方向移動機構２４について説明する。前記旋回支
持体８の後部にはシリンダ室２５ａが形成され、ピスト
ンロッド２７と一体のピストン２６が軸方向摺動自在に
嵌装されてシリンダ２５が構成されている。このピスト
ンロッド２７の先端部分にはピストンロッド２７の挿通
孔９ａから露出した円周部分にラック２８が刻設されて
いる。

一方、旋回支持体８の壁部１０には、基部に前記ラック
２８と噛合うピニオン２９を形成した揺動アーム３０を
軸方向（前後方向）に１８０度揺動するように軸支し、
この揺動アーム３０の先端にはカムフォロア３１が回動
自在に軸支されている。

このカムフォロア３１は、前記工具保持体１３の旋回支
持体８に貫装された円形孔３２に続く矩形孔３３（第３
図）の縁部に固着され、矩形孔３３内に入り込んでいる
移動用ガイド板３４に形成されている上下方向のコ字状
の案内溝３５間を上下方向に転動するように係合されて
いる。従って、第１図の状態でピストンロッド２７を後
退させるとラック２８も後退してビニオン２９を回動さ
せて揺動アーム３０を１８０度揺動させ、この移動によ
り揺動アーム３０先端のカムフォロア３１が案内溝３５
間を上下に移動し、工具保持体１３はその後退端から前
進端へ移動する。また、工具保持体１３の前進端から後
退端への移動はその逆となる。

次にこの工具保持体１３の後退、前進端を検出する検出
機構について説明する。第４図に示すように３６は検出
リングで、前記第２支持体３先端の軸支部３ａ外周に遊
嵌され、検出リング３６の後面から二本の摺動ピン３７
．３７が突設され。

この摺動ピン３７，３７は軸支部３ａの案内孔３８．３
８に軸方向摺動自在に挿通されている。検出リング３６
は前部にリング状の突縁部３６ａが形成され、また、そ
の外周の一箇所にリミットドッグ３９が固着されている
。前記突縁部３６ａには検出バー４０後部の鍔部４１が
前後方向に移動不能に係合されている。この検出バー４
０はその先端に２つのノツチを備えており、前述の連結
板１２に固着した案内ブロック４２の案内孔内を軸方向
に摺動するようにしである。この案内ブロック４２内に
は前記ノツチとの係合方向に付勢されたボール４３が、
何れかのノツチと係合し、検出バー４０をその位置に保
持するようにしである。

検出バー４０の途中には工具保持体１３の前面と当接す
る当接リング４４が第４図でＬ２の距離をおいて固着さ
れている。また、前記工具保持体１３後面には検出リン
グ３６の前面を押す押ピン４５が三箇所に突設されてい
る。従って工具保持体１３の後退端では押ビン４５が検
出リング３６を押してリミットスイッチＳＷｌを作動さ
せ後退端を確認し、この時、前側のノツチにボール４３
が係合する。工具保持体１３の前進時には当接リング４
４を工具保持体１３が前進させて検出バー４０を前進さ
せ、この前進により鍔部４１が検出リング３６をひっか
けた状態で前進させてリミットスイッチＳＷ２を作動さ
せて前進端を確認し、後側のノツチにボール４３が係合
するようにしである。尚、４６は旋回支持体８の後端に
装着されたタイミングベルトプーリ、４７は第１支持体
２に軸支された中間ギヤ４８の軸に一体に装着されたタ
イミングベルトプーリ、４９はタイミングベルトプーリ
４６．４７間に巻回されたタイミングベルト、５０はイ
ンデックスモータ５１の出力軸にキ一連結され、前記中
間ギヤ４８と噛合する駆動ギヤで５図示しないＮＣ装置
からの指令により、インデックスモータ５１を駆動して
タイミングベルト４９を介して旋回支持体８を工具保持
体１３と一体に旋回割出しするようになっている。また
、第５図に示すように工具保持体１３の各工具保持部１
５に対応して位置決め孔５２が形成され、第２支持体３
から前方に突出された位置決めピン５３が嵌入するよう
にしである。

次に作用を説明する。主軸５に装着されていた工具Ｔに
よる加工が終了すると、主軸５の回転が停止されると共
にコラム１が所定位置まで後退し、主軸ヘッド５ａが昇
降用モータにより上昇して後退端にある工具保持体１３
に接近する。この、主軸５が停止してしてから主軸５が
工具交換位置へ位置するまでの所定のタイミングで、ア
ングランプシリンダ７１が作動して、プルロッド６５が
前進しクランプ機構６２の鋼球６７と工具Ｔのプルスタ
ッド７０の係合が外され、工具Ｔはアンクランプ状態と
なるが、仮クランプ機構７５の仮クランプビン７３がい
まだ工具Ｔのプルスタッド７０に係合しており、工具Ｔ
は主軸５に仮クランプされ、ばね７４力に抗して工具Ｔ
を前方へ引き抜かない限り主軸から容易には外れない、
主軸ヘッド５ａが工具交換位置に近付くと、主軸ヘッド
５ａのカム２３が工具ロック機構１９のローラ２１と係
合して摺動軸２０を前進させ、把持爪１６，１６のロッ
クを解除し、その後、この把持爪１６゜１６間に主軸５
の工具Ｔを把持させて主軸５は工具交換位置に位置する
０次いで直ちにピストン２６が第１図の前進端から圧流
体の作用で後退し。

ピストンロッド２７のラック２８も後退して揺動アーム
３０を１８０度揺動させる。この揺動に伴ない、揺動ア
ーム３０の先端のカムフォロア３１が移動用ガイド板３
４の上下の案内溝３５間を転動し、主軸工具Ｔを把持し
たまま工具保持体１３を後退端から前進端へＬｌだけ移
動させ、この移動により仮クランプ状態の主軸工具Ｔは
、そのプルスタッド７０がばね７４力に抗して仮クラン
プビン７３を押して係合を外し　主軸５から引き抜かれ
る。そしてこの移動は、カムフォロア３１の描く円弧運
動を工具保持体１３の前後動に変更しているので、工具
保持体１３の移動速度はピストンロッド２７の直線動作
が一様であってもサイン曲線のようにでき、移動開始、
移動終了で衝撃が少なく、ピストンロッド２７の移動速
度を上げることができる。工具保持体１３の前進途中（
Ｌ２だけ移動した時）にその前面が当接リング４４を押
し、後退端で検出バー４０の前側ノツチにより後退端検
出位置に保持してあった検出リング３６をストローク５
Ｔ＝Ｌ１−Ｌ２だけ検出バー４０の前進で前進させ後側
ノツチにボール４３が係合し、リミットスイッチＳＷ２
がリミットドック３９を検出して工具保持体１３は前進
端に至る０次いで、図示しないＮＣ装置からの指令でイ
ンデックスモータ５１を駆動し、タイミングベルト４９
を介して工具保持体１３が前進端にある状態で旋回支持
体８が旋回割出しされ、この旋回により工具保持体１３
も一体に旋回割出しされて、次に使用する工具Ｔが主軸
５の軸線上に割出される。この割出し中に、前記検出バ
ー４０はその鍔部４１が、旋回しない検出リング３６の
突縁部３６ａと係合したままで旋回支持体８と共に旋回
する０次に後退していたピストン２６を前進させ、これ
により前記と逆の動作で工具保持体１３を前進端から後
退端へ移動させる。後退端では、工具保持体１３の位置
決め孔５２に位置決めピン５３が嵌入して工具保持体１
３が位置決めされ、また、押ビン４５が前進端検出位置
にあった検出リング３６をストロークＳＴだけ押し、検
出バー４０を右行させてその前側ノツチにボール４３を
係合させ、リミットドッグ３９がリミットスイッチＳＷ
１と係合して後退端確認を行う、工具保持体１３が後退
端に至ると主軸５の軸線上に割出された新しい工具Ｔを
保持している工具保持部１５の工具ロック機構１９の摺
動軸２０がカム２３と係合して前進され、アンロック状
態になると共に主軸ヘッド５ａの主軸５に工具保持部１
５に保持されたままの新しい工具Ｔが挿着され、工具Ｔ
のプルスタッド７０は前記仮クランプ機構７５の仮クラ
ンプビン７３をばね７４力に抗して一旦押し出した後に
仮クランプビン７３により仮クランプされる。この仮ク
ランプ状態で主軸ヘッド５ａが直ちに第２図下方向へ下
降を始めて工具保持部１５による新工具Ｔの保持状態を
解除し、この下降移動中の適宜タイミングにてクランプ
指令が出され、クランプシリンダ７１のピストンロッド
７２が後退し、プルロッド６５がばね６６カにより後退
して工具Ｔのプルスタッド７０を引き込み、新工具Ｔの
保持状態の解除から次に主軸５が回転を開始するまでに
工具Ｔの主軸５に対するクランプを完了させ。

次いで主軸５を回転させて次の加工を開始する。

尚、主軸に挿着された新工具をクランプするクランプ指
令を出すタイミングは、新工具の工具保持体による保持
状態が解除される以前でも、同時でもよく、要は新工具
のクランプ完了が前記解除より後になるようにしてあれ
ばよい、また、本実施例では、主軸の工具をアンクラン
プした時にプルロッドの先端が工具の後端に当接しない
ようにしたが、プルロッドが工具のプルスタッド後端を
押して工具を前方へ押し出しても、仮クランプ機構の仮
クランプビンがプルスタッドと係合して仮クランプ状態
を保つようになっていればよい、また、本実施例では、
工具保持体の工具割出位置の鉛直下方に主軸ヘッドを上
下するように設けたので、コラムの横幅を狭くすること
ができる。更に工具保持体は、主軸ヘッドに、主軸軸線
の軸方向に移動可能で旋回自在に装着された工具交換腕
であってもよく、この場合、工具マガジンは固定の機台
に旋回割出可能に装着されていればよい。

発明の効果 以上のように、本発明においては、主軸に、工具挿着孔
に挿着されている工具を離脱自在に係止する仮クランプ
機構を備えさせ、主軸の工具を交換する場合、主軸の工
具を工具保持体の工具保持部に保持させた後、工具保持
体を前進移動させて主軸の工具挿着孔から工具を抜取り
、その後工具保持体を旋回させた後、後退移動させて工
具保持体の工具を主軸の工具挿着孔に挿着して仮クラン
プし、主軸の工具をクランプ完了する前に工具保持部に
よる工具保持を解除するようにしたので、主軸に新工具
を挿着すると直ちに次の加工に向けて移動できると共に
、工具のクランプ動作を例えば主軸が工具交換位置を離
れて後１次の加工に移るまでの移動時間中に並行して行
うことができ。

主軸が工具交換位置で停止している時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の１−１断面図、第２図は第１図の正面
図、第３図は第２図の■−■断面拡大図、第４図は第３
図のｍ−ｍ断面図、第５図は位置決めピン説明図、第６
図は主軸ヘッドの断面図、第７図は仮クランプ機構の拡
大図、第８図は第７図のＩＶ−ｆＶ断面図である。 １・・・機台、　４・・・支持体、　５・・・主軸、　
８・・・旋回支持体、　１１・・・案内バー、　１３・
・・工具保持体、　１５・・・工具保持部、　２４・・
・軸方向移動機構、　　２５・・・シリンダ、２７・・
・ピストンロッド、２８・・・ラック、　　２９・・・
ピニオン、　　　３０・・・揺動アーム、　３５・・・
案内溝、　６２・・・クランプ機構、７１・・・アンク
ランプシリンダ、　７５・・・仮クランプ機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数の工具保持部を有する工具保持体をコラム又は
   主軸ヘッドに主軸と平行な方向へ前後移動可能でかつ旋
   回可能に備えさせ、主軸に、工具挿着孔に挿着した工具
   をクランプするクランプ機構を備えさせ、主軸の工具挿
   着孔に挿着されてクランプされている工具を予め工具保
   持体の工具保持部に保持されている工具と交換する工具
   交換方法において、前記主軸に、工具挿着孔に挿着され
   ている工具を離脱自在に係止する仮クランプ機構を備え
   させ、主軸の工具を交換する場合、主軸の工具を工具保
   持体の工具保持部に保持させた後、工具保持体を前進移
   動させて主軸の工具挿着孔から工具を抜取り、その後工
   具保持体を旋回させた後、後退移動させて工具保持体の
   工具を主軸の工具挿着孔に挿着して仮クランプし、主軸
   の工具をクランプ完了する前に工具保持部による工具保
   持を解除することを特徴とする工具交換方法。