JPS6320662B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6320662B2
JPS6320662B2 JP55144195A JP14419580A JPS6320662B2 JP S6320662 B2 JPS6320662 B2 JP S6320662B2 JP 55144195 A JP55144195 A JP 55144195A JP 14419580 A JP14419580 A JP 14419580A JP S6320662 B2 JPS6320662 B2 JP S6320662B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tool
key
main shaft
spindle
keyway
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP55144195A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5771746A (en
Inventor
Kenichi Munekata
Fumihiko Oogoshi
Yoji Kamya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Koki KK
Original Assignee
Toyoda Koki KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Koki KK filed Critical Toyoda Koki KK
Priority to JP14419580A priority Critical patent/JPS5771746A/en
Publication of JPS5771746A publication Critical patent/JPS5771746A/en
Publication of JPS6320662B2 publication Critical patent/JPS6320662B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
    • B23Q3/1552Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling parts of devices for automatically inserting or removing tools
    • B23Q3/15553Tensioning devices or tool holders, e.g. grippers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主軸先端面に突設されたキーを工具又
は工具ホルダ(以下単に工具と呼ぶ)に刻設され
たキー溝とを主軸の回転を停止させないで係合さ
せる自動工具交換装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention engages a key protruding from the tip of the spindle with a keyway carved in a tool or tool holder (hereinafter simply referred to as a tool) without stopping the rotation of the spindle. This invention relates to an automatic tool changer.

従来においては、主軸に着脱可能に挿着される
工具に主軸の回転動力を確実に伝達するためにキ
ーとキー溝が設けられているが、かかるキーとキ
ー溝を係合させるために、主軸を定位置停止させ
ていた。
Conventionally, a key and a keyway are provided in order to reliably transmit the rotational power of the spindle to a tool that is removably inserted into the spindle. was stopped at a fixed position.

かかる主軸の定位置停止は、モータの制御によ
り先ず所定の定範囲に主軸を停止させてから、割
出板とノツクピン等による機械的な定位置割出手
段によつて行われている。したがつて定範囲に停
止させた後に定位置割出が行われるばかりでな
く、モータ制御による定範囲停止においては、そ
の定範囲から外れると再起動して定範囲停止をや
りなおすようになつているため、定位置停止させ
るためにある程度の時間を要し、このため工具交
換時間が長くなるという欠点があつた。
The main shaft is stopped in a fixed position by first stopping the main shaft in a predetermined range by controlling a motor, and then using mechanical fixed position indexing means such as an indexing plate and a dowel pin. Therefore, not only is a fixed position index performed after stopping within a fixed range, but when stopping within a fixed range by motor control, if the motor deviates from the fixed range, it is restarted and the fixed range stopping is restarted. Therefore, it takes a certain amount of time to stop the tool at a fixed position, which has the drawback of prolonging tool exchange time.

また主軸の回転を停止させずにキーとキー溝を
係合させる試みが既になされているが、工具には
通常直径線上に2つのキー溝が刻設されているた
め、キーは2つのキー溝のいずれか一方に係合す
ることになり、主軸と工具のテーパ当りを一様に
規制することができず、テーパ当りが異なること
により刃先位置が変化し、加工誤差を生ずるとい
う欠点があつた。
Also, attempts have already been made to engage the key and the keyway without stopping the rotation of the main shaft, but since the tool usually has two keyways carved on the diameter line, the key has two keyways. This has the drawback that the taper contact between the spindle and the tool cannot be uniformly regulated, and the position of the cutting edge changes due to the difference in taper contact, resulting in machining errors. .

本発明はかかる欠点をなくするために、工具に
は円周上唯一のキー溝を刻設し、かつ回転してい
る主軸に対して工具の着脱を行わしめ、主軸と工
具のテーパ当りが常に一定となるようにし、かつ
キーとキー溝による積極的な駆動を達成せんとす
る自動工具交換装置を提供することを目的とす
る。
In order to eliminate such drawbacks, the present invention has a unique keyway carved on the circumference of the tool, and the tool is attached to and removed from the rotating spindle, so that the taper contact between the spindle and the tool is always maintained. It is an object of the present invention to provide an automatic tool changer in which the tool change is constant and positive drive is achieved by a key and a keyway.

以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図は自動工具交換装置を備えた工作機械の主
軸ヘツドまわりの構成を示すもので、10は立形
主軸11を回転可能に軸承した主軸ヘツド、この
主軸ヘツド10はコラムに形成された上下方向の
案内面12,12に沿つて摺動可能に案内されて
いる。図示実線位置が主軸ヘツド10の上昇端位
置であり、この位置で工具交換が行われる。13
は両端に工具把持部を有し主軸11の軸線と平行
な方向の軸移動と旋回運動が可能な工具支持装置
としての工具交換腕、15は円周上に複数の工具
ソケツト16を保持し回転可能に装架された工具
マガジンである。工具ソケツト16には工具Tが
着脱可能にそれぞれ保持され、工具交換位置Cに
割出された工具ソケツト16を実線で示す水平状
態から90度旋回させて2点鎖線で示す主軸軸線と
平行な垂直状態に姿勢変更させた後、工具交換腕
13を作動させることにより主軸11と工具ソケ
ツト16に保持された工具の着脱交換が行われ
る。前記主軸ヘツド10の内部構造を第2図に示
す。ヘツド本体20に軸承された主軸11には、
下端部に工具挿着穴11aが形成され、この工具
挿着穴11aに続いて貫通穴11bが中心部を貫
通穴して穿設されている。この貫通穴11b内に
は工具Tの一端に突設されたプルスタツド17に
係脱可能な把持部材21と、この把持部材21に
連結され主軸後端部に突出するドローロツド22
と、このドローロツド22を主軸11に対し後方
に引張るスプリング23が収納され、これらは工
具Tを主軸11にクランプするクランプ装置をな
している。ドローロツド22の後端部に対向して
アンクランプ用のシリンダ24が設けられ、この
シリンダ24のピストンロツド25先端に当接部
材26がスラスト軸受27を介して支持されてい
る。この当接部材26を介してスプリング23の
押圧力に抗してドローロツド22を押込むと工具
Tはアンクランプされる。主軸11の外周には主
軸歯車28が固着され、主軸ヘツド10の上端面
に固設された主軸駆動モータ31の出力軸32と
駆動歯車29、変速用シフト歯車0を介して連結
されている。駆動モータ31は数値制御装置NC
から発せられる回転速度指令に応じた速度で回転
制御され、また工具交換指令が発せられることに
より所定の低速回転で回転される。
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
Fig. 1 shows the structure around the spindle head of a machine tool equipped with an automatic tool changer, where 10 is a spindle head that rotatably supports a vertical spindle 11. It is slidably guided along direction guide surfaces 12, 12. The solid line position shown in the figure is the ascending end position of the spindle head 10, and the tool is exchanged at this position. 13
15 is a tool changing arm as a tool support device having tool gripping portions at both ends and capable of axial movement in a direction parallel to the axis of the spindle 11 and rotational movement; 15 is a rotating arm that holds a plurality of tool sockets 16 on the circumference; It is a tool magazine that can be mounted. The tools T are removably held in the tool sockets 16, and the tool sockets 16 indexed to the tool exchange position C are rotated 90 degrees from the horizontal state shown by the solid line to a vertical position parallel to the spindle axis shown by the two-dot chain line. After changing the posture, the tool exchange arm 13 is operated to attach and detach the tools held in the main spindle 11 and the tool socket 16. The internal structure of the spindle head 10 is shown in FIG. The main shaft 11 supported by the head body 20 has
A tool insertion hole 11a is formed at the lower end, and a through hole 11b is formed through the center of the tool insertion hole 11a. Inside this through hole 11b is a gripping member 21 that can be engaged with and detached from a pull stud 17 protruding from one end of the tool T, and a draw rod 22 connected to this gripping member 21 and protruding from the rear end of the main shaft.
A spring 23 that pulls the draw rod 22 backward with respect to the main shaft 11 is housed, and these constitute a clamping device that clamps the tool T to the main shaft 11. An unclamping cylinder 24 is provided opposite the rear end of the draw rod 22, and an abutment member 26 is supported at the tip of a piston rod 25 of the cylinder 24 via a thrust bearing 27. When the draw rod 22 is pushed in against the pressing force of the spring 23 via this contact member 26, the tool T is unclamped. A main shaft gear 28 is fixed to the outer periphery of the main shaft 11, and is connected to an output shaft 32 of a main shaft drive motor 31 fixed to the upper end surface of the main shaft head 10 via a drive gear 29 and a shift gear 0. The drive motor 31 is a numerical control device NC
The rotation is controlled at a speed according to a rotation speed command issued from the tool, and rotated at a predetermined low speed when a tool change command is issued.

第3図は工具交換腕13及びその作動装置35
の構成を示すものであり、支持本体36には回転
と軸移動可能に支持軸37が軸承されており、こ
の支持軸37の下端部に工具交換腕13が固着さ
れている。工具交換腕13の両端部には、工具T
のフランジ部18に係合する円弧状の工具把持部
38a,38bが支持軸37の中心に対して点対
称に形成され、この工具把持部38a,38bに
向つて係合ローラ39を先端部に軸承しスプリン
グにより外方に付勢されたプランジヤ40が略半
径方向に進退可能に案内されている。このプラン
ジヤ40は主軸11及び工具ソケツト16に保持
された工具Tに対し工具交換腕13が旋回動作す
る際にはスプリング力に抗して中心方向に押込め
られ、工具の把持及び釈放を許容するとともに係
合ローラ39を工具Tに押圧して工具把持部38
a,38bにて把持された工具Tの脱落防止作用
をなし、かつ把持部にて把持された工具Tの回転
を許容する。
FIG. 3 shows the tool change arm 13 and its actuating device 35.
A support shaft 37 is rotatably and axially movably supported on the support body 36, and the tool exchange arm 13 is fixed to the lower end of the support shaft 37. A tool T is provided at both ends of the tool exchange arm 13.
Arc-shaped tool gripping portions 38a and 38b that engage with the flange portion 18 are formed point-symmetrically with respect to the center of the support shaft 37, and an engagement roller 39 is held at the tip toward the tool gripping portions 38a and 38b. A plunger 40, which is urged outward by a shaft-supported spring, is guided so as to be able to move forward and backward in a substantially radial direction. This plunger 40 is pushed toward the center against the spring force when the tool changing arm 13 rotates with respect to the tool T held by the main shaft 11 and the tool socket 16, allowing the tool to be gripped and released. At the same time, the engagement roller 39 is pressed against the tool T to release the tool gripping portion 38.
This prevents the tool T gripped by the gripping portions a and 38b from falling off, and allows the tool T gripped by the gripping portion to rotate.

前記支持軸37の中央部には、支持本体36に
形成されたシリンダ41に嵌合するピストン42
が突設され、このピストン42の上下シリンダ室
43,44に圧力流体を給排することにより工具
交換腕13を軸方向に移動させ、工具Tの抜き出
しを行う。支持軸37の上方端部には平歯車45
が刻設され、軸線と直角な方向に摺動可能に案内
されたラツクバー46と噛合している。ラツクバ
ー46はピストンロツド47を介して4位置に位
置決めされる旋回駆動シリンダ48のピストン4
9と連結されている。この旋回駆動シリンダ48
は、ピストン49を嵌挿せしめた内側シリンダ5
0と支持本体36に固着された内側シリンダ50
を嵌挿せしめた外側シリンダ51の2重シリンダ
構造になつている。ピストン49と内側シリンダ
50の相対移動を拘束して内側シリンダ50を摺
動させることにより、第1図に実線で示す待期位
置と2点鎖線で示す把持位置との間で工具交換腕
13を旋回つかみ動作、旋回逃し動作させる。内
側シリンダ50を外側シリンダ51の右進端又は
左進端に拘束した状態でピストン49を摺動させ
ると工具交換腕13は180度旋回され、工具の交
換動作を行う。
A piston 42 is provided at the center of the support shaft 37 and fits into a cylinder 41 formed in the support body 36.
is provided in a protruding manner, and by supplying and discharging pressure fluid to the upper and lower cylinder chambers 43 and 44 of this piston 42, the tool exchange arm 13 is moved in the axial direction, and the tool T is extracted. A spur gear 45 is provided at the upper end of the support shaft 37.
is engraved and engages with a rack bar 46 that is slidably guided in a direction perpendicular to the axis. The rack bar 46 is connected to the piston 4 of a swing drive cylinder 48 which is positioned at four positions via a piston rod 47.
It is connected to 9. This swing drive cylinder 48
is the inner cylinder 5 into which the piston 49 is inserted.
0 and an inner cylinder 50 fixed to the support body 36
It has a double cylinder structure with an outer cylinder 51 into which a cylinder is inserted. By restraining the relative movement of the piston 49 and the inner cylinder 50 and sliding the inner cylinder 50, the tool exchange arm 13 can be moved between the standby position shown by the solid line in FIG. 1 and the gripping position shown by the two-dot chain line. Rotate grasping motion, pivoting release motion. When the piston 49 is slid while the inner cylinder 50 is restrained at the rightward or leftward end of the outer cylinder 51, the tool exchange arm 13 is rotated 180 degrees to perform a tool exchange operation.

前記工具マガジン15には、第1図に示すよう
にマガジン円板55とウオーム、ウオーム歯車を
介して連結された駆動モータ56と、駆動モータ
56と同軸的に連結された割出板57と、割出板
57の係合溝57aに係入するプランジヤ58
と、プランジヤ58を進退させるシリンダ59と
から構成される回転割出装置が設けられている。
マガジン円板55の円周上に枢支された工具ソケ
ツト16を姿勢変更するために、各工具ソケツト
16の後端部には係合ローラ60が支持され、こ
の係合ローラ60に係合するシフタ61はシフト
用シリンダ62のピストンロツド63に連結され
ている。
The tool magazine 15 includes, as shown in FIG. 1, a drive motor 56 connected to the magazine disk 55 via a worm and a worm gear, and an index plate 57 coaxially connected to the drive motor 56. Plunger 58 that engages in engagement groove 57a of index plate 57
and a cylinder 59 for moving the plunger 58 forward and backward.
In order to change the posture of the tool sockets 16 that are pivotally supported on the circumference of the magazine disc 55, an engagement roller 60 is supported at the rear end of each tool socket 16 and is engaged with the engagement roller 60. The shifter 61 is connected to a piston rod 63 of a shift cylinder 62.

かかる工具交換装置の構成は、公知に属するも
のであるが、次に本発明の特徴である主軸の回転
中に工具交換を行う構成について説明する。第4
図において、18は工具Tに刻設された唯一のキ
ー溝、65は、主軸11に挿着される工具Tのキ
ー溝18と係合し、主軸11に対し進退可能に設
けられた可動キーである。
The structure of such a tool changer is well known, but next, the structure in which tools are changed while the spindle is rotating, which is a feature of the present invention, will be explained. Fourth
In the figure, 18 is the only keyway carved in the tool T, and 65 is a movable key that engages with the keyway 18 of the tool T inserted into the main spindle 11 and is movable back and forth with respect to the main spindle 11. It is.

なお、外周に一対のキー溝が刻設された工具T
を使用するときは一方のキー溝を埋めることによ
り他方のキー溝を唯一のキー溝としてもよい。
Note that the tool T has a pair of key grooves carved on the outer periphery.
When using one keyway, the other keyway may be used as the only keyway by filling in one keyway.

可動キー65の先端部には、キー溝18の溝幅
より狭い係合頭部66が突設され、主軸端面に固
着された抜止板67の窓67aから突出され、こ
の窓67aの内側面との係合により可動キー65
は回り止めされている。可動キー65の嵌挿され
た収納穴68の底部と可動キー65との間にはス
プリング69が圧縮して挿入され可動キー65を
突出する方向に付勢している。このスプリング6
9が配置された可動キー65の後部室70に加圧
エアーを導くエア導入路71,72及び圧力スイ
ツチ73に通ずる連通路74,75が主軸11並
びに蓋部材76に形成されている。また可動キー
65には一端が外周面に開口し他端が先端面に開
口する通気穴77が穿設され、この通気穴77は
可動キー65が工具Tによつて押し込められると
連通路75と通じて圧力スイツチ73に大気圧を
導びく。可動キー65がスプリング69及び圧力
エアーによつて押し出され工具Tのキー溝18に
係合頭部66が係入する図示実線位置に移動する
と通気穴77と連通路75とを遮断し、後部室7
0を介して導入路72と連通路75を連通させ、
加圧エアーを圧力スイツチ73に導く。これによ
つて工具交換腕13が工具Tを挿入して可動キー
65がキー溝に係合したことの確認信号が取れる
ようになつている。またかかる確認信号を取るた
めに第5図に示すように、可動キー65にドツグ
78を突設し、このドツグ78に感応する近接ス
イツチ79を蓋部材76に設けても有効である。
An engaging head 66, which is narrower than the groove width of the key groove 18, is provided at the tip of the movable key 65, and is projected from a window 67a of a retaining plate 67 fixed to the end surface of the main shaft, and is connected to the inner surface of the window 67a. The movable key 65
is prevented from rotating. A spring 69 is compressed and inserted between the bottom of the storage hole 68 into which the movable key 65 is inserted and the movable key 65, and biases the movable key 65 in the protruding direction. This spring 6
Air introduction passages 71 and 72 that introduce pressurized air to the rear chamber 70 of the movable key 65 in which the movable key 9 is disposed, and communication passages 74 and 75 that communicate with the pressure switch 73 are formed in the main shaft 11 and the lid member 76. Furthermore, the movable key 65 is provided with a ventilation hole 77 whose one end is open to the outer circumferential surface and the other end is open to the distal end surface. Atmospheric pressure is introduced to the pressure switch 73 through the pressure switch 73. When the movable key 65 is pushed out by the spring 69 and pressurized air and moves to the solid line position shown in the figure where the engaging head 66 engages in the key groove 18 of the tool T, the ventilation hole 77 and the communication path 75 are cut off, and the rear chamber is closed. 7
The introduction path 72 and the communication path 75 are communicated through 0,
Pressurized air is guided to pressure switch 73. This makes it possible to obtain a confirmation signal that the tool changing arm 13 has inserted the tool T and the movable key 65 has engaged with the key groove. In order to obtain such a confirmation signal, it is also effective to provide a dog 78 projecting from the movable key 65 and a proximity switch 79 sensitive to this dog 78 on the cover member 76, as shown in FIG.

次に主軸駆動モータ31の制御回路について説
明する。主軸駆動モータ31は、主軸11に挿着
される各種工具に応じた回転速度で駆動されるよ
うになつている。数値制御装置NCより回転速度
指令(Sコード)がレジスタ80に出力される
と、指令値はDA変換器81にて電圧に変換さ
れ、増幅器82を介してモータ駆動回路83に速
度指令電圧として与えられる。一方主軸駆動モー
タ31の実際の回転速度は速度検出器84にて検
出され、モータ駆動回路83に速度検出信号をフ
イードバツクしている。したがつて速度検出信号
と速度指令信号が等しくなるようにモータ回転速
度が制御される。尚この主軸駆動モータ31が直
流モータであればモータ駆動回路83にはサイリ
スタレオナード装置等が使用され、交流モータで
あれば可変周波数インバータ装置が使用される。
Next, a control circuit for the main shaft drive motor 31 will be explained. The main shaft drive motor 31 is configured to be driven at a rotational speed corresponding to various tools inserted into the main shaft 11. When a rotational speed command (S code) is output from the numerical control device NC to the register 80, the command value is converted to voltage by the DA converter 81, and is given to the motor drive circuit 83 as a speed command voltage via the amplifier 82. It will be done. On the other hand, the actual rotational speed of the main shaft drive motor 31 is detected by a speed detector 84, and a speed detection signal is fed back to the motor drive circuit 83. Therefore, the motor rotation speed is controlled so that the speed detection signal and the speed command signal are equal. If the main shaft drive motor 31 is a DC motor, a thyristor Leonard device or the like is used for the motor drive circuit 83, and if it is an AC motor, a variable frequency inverter device is used.

工具交換をする場合には、各種工具に応じた回
転速度から毎分百回転ぐらい低速回転に主軸回転
を落す必要がある。かかる低速回転指令が設定さ
れる設定器85は切替回路86を介してDA変換
器81に接続されている。数値制御装置NCから
発せられる工具交換指令MO6により切替回路8
1はレジスタ80に設定された回転速度指令に代
えて設定器85に設定された低速回転指令をDA
変換器81に出力する。これによつてモータ駆動
回路83は主軸駆動モータ31の回転を減ずるべ
く制御し、設定された低速回転で主軸11を回転
させる。また前述の圧力スイツチ73によりキー
とキー溝の係合確認がなされると切替回路86は
切替えられてレジスタ80に設定された回転速度
指令をDA変換器81に出力し、新たに主軸11
に挿着された工具Tに応じた回転速度で回転させ
る。
When changing tools, it is necessary to reduce the rotation speed of the spindle from the rotation speed appropriate for each type of tool to a low speed of about 100 revolutions per minute. A setting device 85 in which such a low speed rotation command is set is connected to the DA converter 81 via a switching circuit 86. Switching circuit 8 is activated by the tool change command MO6 issued from the numerical controller NC.
1 is a low speed rotation command set in the setting device 85 instead of the rotation speed command set in the register 80.
Output to converter 81. As a result, the motor drive circuit 83 controls the rotation of the spindle drive motor 31 to reduce the rotation, and rotates the spindle 11 at the set low speed rotation. Further, when the aforementioned pressure switch 73 confirms the engagement of the key and the keyway, the switching circuit 86 is switched and outputs the rotational speed command set in the register 80 to the DA converter 81, and a new spindle 11
The tool T is rotated at a rotational speed corresponding to the tool T inserted into the tool T.

ここにおいて、工具交換腕13の把持部38
a,38bにて把持された工具Tはそれ自体強制
駆動されれば回り得るが、工具Tのフランジ端面
にて可動キー65が押圧された際の、可動キー6
5の先端面との間に生ずる摩擦力よりも大きな摩
擦力が把持部において作用し、キーとキー溝が係
合するまでは把持部38a,38bに把持された
工具Tはキーにつれ回りしないようになつてい
る。
Here, the grip portion 38 of the tool exchange arm 13
The tool T gripped by a and 38b can rotate if it is forcibly driven, but when the movable key 65 is pressed by the flange end face of the tool T, the movable key 6
A frictional force greater than the frictional force generated between the tool T and the tip surface of the tool 5 acts on the gripping portion, so that the tool T gripped by the gripping portions 38a and 38b does not rotate with the key until the key and the keyway engage. It's getting old.

また回転中にキーとキー溝が確実に係合する条
件として、可動キーの先端部に向つて幅が狭くな
る傾斜面が設けられるとかキー溝とキーとの隙間
の存在が重要である。キーとキー溝の間の必要最
小隙間lは、主軸回転数N(rpm)、可動キー65
の主軸中心からの距離r(mm)、可動キー65の飛
び込み時間t(sec)より(1)式で求まる。
In addition, as a condition for the key and the keyway to engage reliably during rotation, it is important that the movable key be provided with an inclined surface whose width becomes narrower toward the tip, or that there be a gap between the keyway and the key. The required minimum clearance l between the key and the keyway is the main shaft rotation speed N (rpm), the movable key 65
It is determined by equation (1) from the distance r (mm) from the center of the main axis and the plunge time t (sec) of the movable key 65.

l=2πr・N/60・t ……(1) 一例として、N=150rpm,r=30mm,t=1/1
00秒とするとl≒4.5mmとなるが、本発明の実施
例ではキー溝幅16mmに対し、可動キー65の係合
頭部66の幅を10mmとし6mmの隙間を設けた。
l=2πr・N/60・t...(1) As an example, N=150rpm, r=30mm, t=1/1
If it is 00 seconds, l≈4.5 mm, but in the embodiment of the present invention, the width of the engaging head 66 of the movable key 65 is 10 mm with respect to the key groove width of 16 mm, providing a gap of 6 mm.

ここにおいてキーの幅を小さくすれば係合しや
すくなるが、キーの強度が低下するのでキー溝幅
の1/2程度が限界と考えられる。したがつて最大
隙間lmaxとしてはキー溝幅の1/2とするが適当で
ある。
In this case, if the width of the key is made smaller, it will be easier to engage, but the strength of the key will be reduced, so a limit of about 1/2 of the width of the keyway is considered to be the limit. Therefore, it is appropriate to set the maximum clearance lmax to 1/2 of the keyway width.

更に可動キー65の先端面及び係合側面は工具
Tのフランジ部との間で滑り接触するから、表面
に耐摩耗性を付与する表面処理を施すのがより好
ましい。
Furthermore, since the distal end surface and the engaging side surface of the movable key 65 come into sliding contact with the flange portion of the tool T, it is more preferable that the surface be subjected to a surface treatment that imparts wear resistance.

次に本発明装置の動作を説明する。主軸11の
回転範囲は通常20〜3000rpmの広範囲にわたつて
いるが、変速用シフト歯車30による減速比の切
替えが途中において行われ、一例として1100rpm
より低い回転数では低レンジに、1100rpmより高
い回転数では高レンジに変速用シフト歯車30は
シフトされる。このため一般の加工においては低
レンジでの使用頻度が高くなつているので、便宜
上シフト歯車30は低レンジになつているものと
して説明する。
Next, the operation of the device of the present invention will be explained. The rotation range of the main shaft 11 is normally wide ranging from 20 to 3000 rpm, but the speed reduction ratio is changed by the shift gear 30 midway through, and for example, the rotation range is 1100 rpm.
The shift gear 30 is shifted to a low range at a lower rotational speed, and to a high range at a rotational speed higher than 1100 rpm. For this reason, in general machining, the low range is used more frequently, so for the sake of convenience, the shift gear 30 will be described as being in the low range.

先ず、所定の工具による加工が完了した状態
で、主軸11はレジスタ80に設定された回転速
度指令に応じた速度で高速回転し続ける。そして
工具交換のための上昇端位置に主軸ヘツド10は
移動する。数値制御装置NCから工具交換指令
MO6が出力されると、切替回路86が切替えら
れ設定器85に設定された回転速度指令が与えら
れる。これによつて主軸駆動モータ31には電気
的な制動トルクが作用して急減速され、設定され
た低速回転数(150rpm)で主軸11は回転され
る。低速回転切替後に工具交換腕13は工具把持
位置まで旋回し、両端の把持部38a,38bに
て垂直方向に姿勢変更された工具ソケツト16及
び主軸11に挿着された工具を把持し、アンクラ
ンプ用シリンダ24を作動させてドローロツド2
2をスプリング23に抗して押し上げ、工具Tを
アンクランプする。この後シリンダ室43に圧力
流体が供給され、工具交換腕13は下方に移動さ
れ、工具を引き抜く。内側シリンダ50を拘束し
た状態でピストン49が移動され工具交換腕13
は180度旋回される。次にシリンダ室44に圧力
流体の供給切替えがなされて交換腕13は上昇
し、工具ソケツト16から抜き取つた工具を主軸
11の挿着穴11aに挿入する。この過程におい
て、工具Tのフランジ端面にて可動キー65は押
圧されスプリング69を圧縮して一時的に押し込
められるが、主軸11が低速回転しているのでキ
ーとキー溝が対応した時点で、スプリング69及
び加圧エアーの押圧力により可動キー65は突出
しキー溝18に係合する。これとともに圧力スイ
ツチ73に通ずる連通路75は通気穴77との連
通が遮断され、導入路72と連通するので圧力ス
イツチ73に加圧エアが導入されスイツチをON
にする。その圧力スイツチ73の作動信号は工具
交換腕13の上昇端確認信号とのアンド条件がと
られてキー係合確認信号となる。このキー係合確
認信号は先ずアンクランプ用シリンダ44の戻し
指令として与えられ、ドローロツド22の押圧力
を解除して工具Tをスプリング23の押圧力によ
り主軸11にクランプする。その後工具交換腕1
3は旋回されて待期位置へ逃し動作され工具交換
動作を終了する。これにより工具交換指令は解除
され、前記切替回路86は設定器85の指令値を
無効にしてレジスタ80に設定された指令値を有
効にする。主軸11は新たに挿着された工具に応
じた回転速度で高速回転され加工動作が開始され
る。
First, in a state in which machining with a predetermined tool is completed, the main spindle 11 continues to rotate at a high speed according to the rotational speed command set in the register 80. The spindle head 10 then moves to the upper end position for tool exchange. Tool change command from numerical controller NC
When MO6 is output, the switching circuit 86 is switched and the rotational speed command set in the setting device 85 is given. As a result, an electrical braking torque is applied to the main shaft drive motor 31 to cause a rapid deceleration, and the main shaft 11 is rotated at the set low rotation speed (150 rpm). After switching to low speed rotation, the tool changing arm 13 turns to the tool gripping position, grips the tool inserted into the tool socket 16 and the spindle 11 whose posture has been changed in the vertical direction with the gripping parts 38a and 38b at both ends, and unclamps the tool. Draw rod 2 by operating cylinder 24 for
2 against the spring 23 to unclamp the tool T. After that, pressure fluid is supplied to the cylinder chamber 43, and the tool changing arm 13 is moved downward to pull out the tool. The piston 49 is moved while the inner cylinder 50 is restrained, and the tool exchange arm 13 is moved.
is rotated 180 degrees. Next, the supply of pressure fluid to the cylinder chamber 44 is switched, the exchange arm 13 rises, and the tool extracted from the tool socket 16 is inserted into the insertion hole 11a of the main shaft 11. In this process, the movable key 65 is pressed by the flange end face of the tool T, compressing the spring 69 and being temporarily pushed in. However, since the main shaft 11 is rotating at a low speed, the spring is released when the key and the key groove correspond to each other. 69 and the pressing force of the pressurized air, the movable key 65 protrudes and engages with the key groove 18. At the same time, the communication path 75 leading to the pressure switch 73 is cut off from communicating with the ventilation hole 77 and communicates with the introduction path 72, so pressurized air is introduced into the pressure switch 73 and the switch is turned on.
Make it. The actuation signal of the pressure switch 73 is ANDed with the rising end confirmation signal of the tool changing arm 13 to become a key engagement confirmation signal. This key engagement confirmation signal is first given as a return command for the unclamping cylinder 44, the pressing force of the draw rod 22 is released, and the tool T is clamped to the main shaft 11 by the pressing force of the spring 23. Then tool exchange arm 1
3 is rotated and released to the waiting position to complete the tool change operation. As a result, the tool exchange command is canceled, and the switching circuit 86 invalidates the command value of the setter 85 and makes the command value set in the register 80 valid. The main spindle 11 is rotated at a high speed according to the newly inserted tool, and a machining operation is started.

尚、上記実施例においては、工具支持装置とし
て工具交換腕を設けた実施例について説明した
が、工具マガジンと主軸との間で直接工具を受渡
すものに本発明を適用することも可能である。こ
の場合の工具支持装置は工具マガジンとなる。
In the above embodiment, a tool exchange arm is provided as a tool support device, but the present invention can also be applied to a device that directly transfers tools between a tool magazine and a spindle. . The tool support device in this case is a tool magazine.

以上述べたように本発明によれば、工具には円
周上唯一のキー溝しか刻設されていないので、主
軸を回転させたまま工具交換を行つても、主軸と
工具の特定の位相でキーとキー溝が係合されるよ
うになり、これによつて主軸に対する工具の当り
面は常に一定となり、刃先位置の変化を防止でき
て加工精度を向上することができる。
As described above, according to the present invention, only one keyway is carved on the circumference of the tool, so even if the tool is replaced while the spindle is rotating, the spindle and tool will remain in a specific phase. The key and the keyway are now engaged, so that the contact surface of the tool against the spindle is always constant, preventing changes in the position of the cutting edge and improving machining accuracy.

しかも本発明によれば、可動キーの採用により
工具交換動作を主軸のいかなる回転位相状態にお
いても行い得るため、工具交換時間を大幅に短縮
することができ、加工能率を高めることができ
る。
Furthermore, according to the present invention, since the movable key is employed, the tool exchange operation can be performed in any rotational phase state of the spindle, so the tool exchange time can be significantly shortened and machining efficiency can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明の実施例を示すもので、第1図は
主軸ヘツド及び工具交換装置全体を示す正面図、
第2図は第1図における―線断面矢視図、第
3図は第1図における―線断面矢視図、第4
図は主軸先端部における可動キーの構成及び係合
確認手段を示す図、第5図は可動キーの係合確認
の他の実施例を示す図、第6図は主軸駆動モータ
の制御ブロツク線図である。 10……主軸ヘツド、11……主軸、13……
工具交換腕、15……工具マガジン、21……工
具把持部材、22……ドローロツド、23……ス
プリング、24……アンクランプ用シリンダ、3
1……主軸駆動モータ、65……可動キー、66
……係合頭部、73……圧力スイツチ、78……
ドツグ、79……近接スイツチ、83……モータ
制御回路、85……設定回路、86……切替回
路、T……工具、18……唯一のキー溝。
The drawings show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a front view showing the spindle head and the entire tool changing device;
Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line - in Figure 1, Figure 3 is a cross-sectional view taken along the line - in Figure 1, and Figure 4 is a cross-sectional view taken along the line - in Figure 1.
The figure shows the structure of the movable key at the tip of the spindle and the means for confirming engagement, FIG. 5 shows another example of confirming engagement of the movable key, and FIG. 6 shows a control block diagram of the spindle drive motor. It is. 10...Spindle head, 11...Spindle, 13...
Tool exchange arm, 15... Tool magazine, 21... Tool gripping member, 22... Draw rod, 23... Spring, 24... Unclamping cylinder, 3
1... Main shaft drive motor, 65... Movable key, 66
...Engaging head, 73...Pressure switch, 78...
Dog, 79...proximity switch, 83...motor control circuit, 85...setting circuit, 86...switching circuit, T...tool, 18...only keyway.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 回転中の主軸に工具を挿着しキーとキー溝を
係合させる自動工具交換装置において、前記工具
に刻設された円周上唯一のキー溝と、前記工具の
摩擦回転を許容して把持し主軸に対し工具を着脱
せしめる工具支持装置と、前記主軸に進退可能に
案内され工具に設けられた前記キー溝の溝幅より
狭い係合頭部を備えこの係合頭部が突出する方向
に付勢された可動キーと、工具交換指令に応答し
主軸を所定のキー係合可能な低速度で回転させる
低速回転制御装置と、低速回転切替後に前記工具
支持装置を作動させ工具交換動作を行わしめる工
具支持装置作動装置と、工具交換動作により前記
可動キーが工具のキー溝に係合したことを確認す
る確認手段と、この確認手段の信号に基づいて前
記主軸に挿着された工具をクランプするクランプ
装置と、このクランプ装置による工具のクランプ
後前記低速回転制御装置を不作動にし主軸を加工
指令速度で回転せしめる回転制御装置とを有して
なる自動工具交換装置。
1. In an automatic tool changer that inserts a tool into a rotating main shaft and engages a key and a keyway, the only keyway on the circumference carved in the tool and the tool allow frictional rotation. a tool support device for gripping and attaching/detaching a tool to/from a main shaft; and an engaging head that is movably guided by the main shaft and narrower than the groove width of the keyway provided in the tool, in a direction in which the engaging head projects. a movable key that is energized by the user, a low-speed rotation control device that rotates the spindle at a low speed that allows the key to be engaged in response to a tool exchange command, and a low-speed rotation control device that operates the tool support device after switching to the low-speed rotation to perform a tool exchange operation. a tool support device actuating device for changing the tool, a confirmation means for confirming that the movable key has engaged with the key groove of the tool due to the tool exchange operation, and a confirmation means for confirming that the movable key has engaged with the key groove of the tool by the tool exchange operation, and a tool inserted into the main shaft based on a signal from the confirmation means. An automatic tool changer comprising: a clamp device that clamps a tool; and a rotation control device that disables the low-speed rotation control device and rotates the spindle at a machining command speed after the clamp device clamps the tool.
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