JPS6322030Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、工作機械の主軸に取付けられる工具
を自動的に交換する自動工具交換装置に関する。

従来の自動工具交換装置は、工作機械の主軸に
チヤツクされている使用済みの旧工具と新工具と
を交換するためのチエンジアーム機構と、工具を
収納するための工具マガジンと、新旧工具を工具
マガジンから出し入れするための中間ポツト機構
とから構成され、中間ポツト機構は機械本体、例
えば工作機械のコラムに取付けられていた。

このような従来の自動工具交換装置において、
工具本数を増大しようとする場合、１）工具マガ
ジン内の工具保持用ポツト数を増加させる方式、
２）工作機械のコラムの両側に工具マガジンをそ
れぞれ前後に移動可能に設け、これらのマガジン
を交互に前，後進させて入換え、交互に使用する
工具マガジン交換方式、３）メインの工具マガジ
ンの他にバツクアツプ用のマガジンを増設する方
式等があるが、１）の方式では構造上工具本数に
制限があるばかりでなく。工具のサーチ時間が長
くなり、２）の方式では機構が大型化し、また、
３）の方式ではメインマガジンとバツクアツプマ
ガジンとの間に工具交換機能が必要となつて構造
が複雑化し、かつ、工具交換時間が長くなるとい
うそれぞれの欠点があり、さらに、各方式とも多
数基のマガジン増設が困難になるという欠点もあ
つた。

また、前記チエンジアーム機構と中間ポツト機
構とを一体として工具交換機構を構成し、この工
具交換機構を主軸と工具マガジンとの間で往復さ
せて工具交換させる自動工具交換装置が本発明者
等により考えられたが、これは交換動作の時間ロ
ス及びスペースフアクタの点で問題があつた。こ
の本発明者等が考えたチエンジアーム機構と中間
ポツト機構とを一体とした自動工具交換装置の一
例を第１図に基づいて説明する。工作機械１０の
コラム１１には主軸頭１２が上下動可能に設けら
れ、この主軸頭１２には工具を取付けるべき主軸
１３が回転自在に設けられ、さらに、コラム１１
の前方にはワーク取付用テーブル１４が水平動自
在に設けられている。この工作機械１０の側方に
は、自動工具交換装置２０が配置され、この自動
工具交換装置２０は、工作機械１０の側方に沿つ
た案内路２１と、この案内路２１上を進退する工
具交換機構２２と、案内路２１の後端に設けられ
た工具マガジン２３とを備えている。

しかし、この自動工具交換装置２０は、その案
内路２１の長手方向の中心軸線Ｑは、上方からみ
て主軸１３の中心軸線Ｐと平行に配置されてい
る。このため、工具交換機構２２と工具マガジン
２３との間で工具の交換を行う際に、工具と主軸
頭１２の後端とが干渉しないように工具マガジン
２３を後退配置させ、主軸頭１２の後端と工具マ
ガジン２３の前端との間に広い間隔Ｄを設けなけ
ればならなかつた。従つて、案内路２１を長く設
計しなければならないため、交換時間のロスを発
生し、かつ、余分なスペースを必要とするという
欠点を生じた。

本考案の目的は、工具交換時におけるロス時間
が少なく、かつ、工具マガジンの増設が容易に行
なえる自動工具交換装置を提供するにある。

本考案は、工作機械の主軸と工具マガジンとの
間を往復動する工具交換機構を案内する案内路
を、上方から見て主軸の中心軸線に対し、主軸側
工具交換位置から後方に遠ざかるに従つて主軸中
心軸線から離れる方向に傾斜して配置し、これに
より工具マガジンを工作機械の前面側すなわち主
軸の加工側（工具交換側）に近づけて配置できる
ようにし、案内路の短縮化を図り、ロス時間を少
なくし、さらに、この案内路に沿つて工具マガジ
ンを複数基配置することで増設を容易化して前記
目的を達成しようとするものである。

以下、本考案の一実施例を第２図ないし第５図
に基づいて説明する。

第２図において、工作機械３０のコラム３１に
上下動可能に支持された主軸頭３２には主軸３３
が回転自在に支持されている。この工作機械３０
の側方には本考案に係る自動工具交換装置４０が
配置されている。

自動工具交換装置４０は案内路４１を備え、こ
の案内路４１に沿つて工具交換機構４２が進退可
能にされるとともに、案内路４１の後端、図中上
方側に複数、例えば２基の第１，第２の工具マガ
ジン４３，４４が配置されている。前記工具交換
機構４２及び工具マガジン４３，４４内の図示し
ない工具ポツトは、NC装置４５の指令により交
換位置を割出すようになつている。また、前記案
内路４１には、案内路４１上に突設可能で第１の
工具マガジン４３のやや後方に位置された第１の
ストツパ４６及び案内路４１上に固定され第２の
工具マガジン４４のやや後方に位置された第２の
ストツパ４６Ａがそれぞれ設けられており、工具
交換機構４２の第１の工具マガジン４３との、あ
るいは第２の工具マガジン４４との工具交換時の
工具抜出し反力をそれぞれ受けうるようになつて
いる。

前記案内路４１は、その中心軸線Ｑが上方から
みて主軸３３の中心軸線Ｐに対し、傾斜角度θ、
例えば10度前後、傾斜して配置されている。この
案内路４１の中心軸線Ｑの傾斜方向は、主軸３３
の工具交換位置すなわち図中下方から遠ざかるに
従つて主軸中心軸線Ｐから離れる方向とされてい
る。

第３，４図において、案内路４１は、ベース４
７と、このベース４７上に平行に設けられた２本
のガイドウエイ４８と、ベース４７の一側面に固
定されたラツク４９と、工具交換機構４２のケー
ブル類保護カバー５０を支持するサポータ５１と
を備え、さらにベース４７の側面には、第１，第
２，第３，第４のドツグ５２，５３，５４，５５
及び第１，第２，第３，第４のリミツトスイツチ
５６，５７，５８，５９が設けられ、工具交換機
構４２の動きを制御できるようになつている。こ
の際、第１，第２のドツグ５２，５３及びリミツ
トスイツチ５６，５７はベース４７の前端側に、
第３，第４のドツグ５４，５５及びリミツトスイ
ツチ５８，５９はベース４７の中間位置すなわち
第１の工具マガジン４３に対応された位置に設け
られ、さらに、図示しないが第２の工具マガジン
４４の対応位置に第５，第６のドツグ及びリミツ
トスイツチが第３，第４のそれらと同様に設けら
れている。また、第１〜第４のドツグ５２〜５５
は、それぞれ工具交換機構４２の前進限位置減速
用、前進時待機位置減速用、前進時工具抜出し位
置減速用、及び後退時抜出し位置減速用ならびに
第１マガジン後退限位置減速用として作用するよ
うにされ、第１〜第４のリミツトスイツチ５６〜
５９は、それぞれ主軸３３との工具交換位置検知
用、待機位置検知用、抜出し位置検知用、及び後
退限位置検知用とされている。

工具交換機構４２は、本体６０に回転可能かつ
進退可能に支持されたチエンジアーム６１を備え
るとともに、前記ラツク４９に噛合されるピニオ
ン（図示せず）を有する油圧モータ６２を備え、
さらに前記各ドツグ５２〜５５により作動される
工具交換機構前進用減速弁６３及び後退用減速弁
６４、ならびに前記各スイツチ５６〜５９を作動
させる第５のドツグ６５を備えている。

前記工具交換機構４２のチエンジアーム６１
は、両端にチヤツク部を有するとともに、第５図
に示されるように、軸６６を介して本体６０に支
持され、本体６０内に設けられたアーム進退用シ
リンダ６７により連結部材６８を介して進退され
るようになつている。この際、連結部材６８は本
体６０に支持されたガイドバー６９により案内さ
れて円滑に進退するようになつている。また、軸
６６の途中に設けられたピニオン７０は、軸６６
の進退に伴ない進退され、その後退時（実線位置
時）にはアーム90度旋回用第１のラツク７１に、
進出時（鎖線位置時）にはアーム180度旋回用第
２のラツク７２にそれぞれ噛合され、各ラツク７
１，７２の移動に伴ないそれぞれ90度あるいは
180度旋回されるようになつている。これらのラ
ツク７１，７２はそれぞれ第１，第２のシリンダ
７３，７４により駆動されるようになつている。
さらに、軸６６の後端に設けられたドツグ７５に
よりアーム６１の後退位置及び前進位置検出用の
各リミツトスイツチ７６，７７が作動されるよう
になつている。

次に本実施例の動作につき説明する。

初期状態においては、工具交換機構４２は、第
１の工具マガジン４３の位置にある後退限位置検
知用の第４のリミツトスイツチ５９が作動される
位置に停止されており、かつ、その本体６０内の
各シリンダ６７，７３，７４は全て後退位置にあ
つてチエンジアーム６１は何も把持せず、かつ、
第５図実線図示状態のように軸６６が後退し、ア
ーム６１が直立状態とされている。

この状態でNC装置４５により最初もしくは次
に使用すべき工具（以下、単に新工具という。）
の選択指令が出されると、前記初期条件が確認さ
れた上で所定のマガジン、例えば第１のマガジン
４３内のポツト駆動チエン（図示せず）が駆動さ
れてポツトの割出しがなされ、この割出しが完了
すると90度旋回用の第１のシリンダ７３が作動さ
れてアーム６１が、第５図中左方からみて90度反
時計方向に旋回されて水平状態となり、かつ、新
工具が把持され、ついで、進退用シリンダ６７に
よりアーム６１の軸６６が左方に進出され、新工
具の抜出しが行なわれる。こののち、工具交換機
構４２は第３のリミツトスイツチ５３により規定
される抜出し位置へと移動され、次に行なわれる
アーム６１の90度反転に伴なう工具とマガジン４
３内のポツトに収納されている工具との干渉が生
じないようにされる。

ついで、アーム６１の軸６６が後退されたの
ち、90度旋回シリンダ７３が後退方向に作動され
てアーム６１は時計方向に旋回されて直立状態と
される。この状態で工具交換機構４２は前進さ
れ、第２のリミツトスイツチ５７により規定され
る待機位置へと移動されるが、この前進中に第１
のマガジン４３のチエンが再び駆動されて既に加
工を終つた旧工具を収めるべき返却用の空ポツト
が割出される。

工具交換機構４２が待機位置で停止されている
状態でNC装置４５により工具交換指令が出され
ると、適正な待機状態にあるか、すなわち、待機
位置、アーム位置等がチエツクされた後、交換機
構４２は第１のリミツトスイツチ５６で規定され
る主軸側工具交換位置へ移動され、停止される。
ついでアーム６１がシリンダ７３で90度反時計方
向に旋回され、これにより使用済みの旧工具が空
いている方のチヤツク部で把持される。このの
ち、主軸３３による工具のチヤツクが開放され、
ついでアーム６１がシリンダ６７で進出されて旧
工具が抜出され、この状態で180度旋回用シリン
ダ７４が進出されてアーム６１が180度旋回され、
新，旧工具の位置が入れ換えられる。ついで、ア
ーム６１が後退されて新工具が主軸３３に挿入、
チヤツクされた後、アーム６１は前記進出状態に
あるシリンダ７３の後退動作により前述とは逆に
時計方向に90度戻されて旧工具を下方に位置させ
た直立状態とされる。このとき、アーム６１の軸
６６に設けられたピニオン７０と非噛合状態とな
つたラツク７２はシリンダ７４により非噛合のま
ま後退され、次回の進出に備えられる。

ついで、工具交換機構４２は、待機位置を通過
したのち第３のリミツトスイツチ５８の抜出し位
置へと後退される。この位置で第１の工具マガジ
ン４３における返却ポツトの割出しが完了したか
がチエツクされ、完了されていたらアーム６１が
反時計方向に90度旋回されて旧工具が返却ポツト
に対向される。こののち、アーム６１は進出さ
れ、ついで工具交換機構４２が後退限位置へ後退
された後、アーム６１が後退されて旧工具が返却
ポツトに挿入され、ついでアーム６１が90度時計
方向に旋回されて次使用工具選択前の状態に戻
る。

こののち、次の新たな工具選択指令により次の
新工具が選択され、前述の動作が繰返され、待機
状態で停止され、さらに次の工具交換指令を待
ち、指令があつたら同様に前述の交換動作が行な
われる。

なお、工具交換機構４２の移動動作中、各停止
位置への停止時には、交換機構４２は各減速用ド
ツグ５２〜５５と両減速弁６３，６４との作用に
より移動速度を減速されてのち停止され、定位置
への停止が正確に行なわれ、一方、それらのドツ
グ５２〜５５と関与しない位置では高速で送ら
れ、作業時間の短縮が図られている。

また、工具選択指令で選択される工具が第２の
マガジン４４内に貯蔵されている場合は、ストツ
パ４６は案内路４１のベース４７内に没入されて
工具交換機構４２の移動の邪魔にならないように
され、かつ、第１の工具マガジン４３に対応した
第３，第４のリミツトスイツチ５８，５９は動作
しないようにされ、交換機構４２は第２の工具マ
ガジン４４の位置まで移動されて第１の工具マガ
ジン４３での動作と同様な動作で工具選択動作が
行なわれる。

以下、NC装置４５からの指令により前述の動
作が繰返され、順次工具の自動交換が行なわれ
る。

上述のような本実施例によれば、次のような効
果がある。

主軸３３との間で工具交換を行なうチエンジア
ーム６１を工作機械３０の本体から切離して工具
交換機構４２に設置するとともに、この工具交換
機構４２を案内路４１に沿つて移動させるように
したから、案内路４１に沿つて複数基、例えば２
基の工具マガジン４３，４４を設けることにより
容易に、すなわち、基本的な工具交換方式を変更
せず、かつ、ロス時間を少なく工具の貯蔵量を増
加でき、場合によつてはマガジンを装置の設置後
に増設も可能である。また、案内路４１の中心軸
線Ｑは上方から見て、主軸側工具交換位置から離
れるに従がい主軸３３の中心軸線Ｐから離れる方
向に傾斜されているから、工具マガジン４３，４
４を工作機械３０の前面側に近ずけることがで
き、工具交換機構４２の走行距離を短かくできて
ロス時間を短縮でき、さらにはスペースフアクタ
を向上させることができる。

さらに、マガジン４３，４４を複数設けたこと
により、ワークの種類ごとに使用するマガジン４
３，４４を異ならせることもでき、他のマガジン
を使用している時残りのマガジンの工具変更もで
きるなど、段取り時間の短縮も可能である。

なお、前記実施例では、マガジン４３，４４を
２基設けた例につき説明したが、案内路４１を延
長することにより、３基以上とすることもでき
る。また、工具交換機構４２の初期位置を第１の
マガジン４３に対応した位置としたが、これは第
２のマガジン４４側としてもよく、さらに、工具
交換機構４２のチエンジアーム６１の駆動機構は
前記実施例に限らず、ロータリアクチエータ等を
用いたものでもよい。

上述のように本考案によれば、工具マガジンの
増設がロス時間を問題とすることなくでき、か
つ、全体の工具交換所要時間を短縮できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を案出する前のアイデアを説明
する平面図、第２図は本考案の一実施例の概略構
成を示す平面図、第３図は第２図の要部の拡大右
側面図、第４図は第３図の平面図、第５図は第４
図の−線に沿う拡大断面図である。 ３０……工作機械、３２……主軸頭、３３……
主軸、４０……自動工具交換装置、４１……案内
路、４２……工具交換機構、４３，４４……第
１，第２の工具マガジン、６１……チエンジアー
ム、Ｐ……主軸中心軸線、Ｑ……案内路中心軸
線、θ……傾斜角度。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数の工具ポツトを有する工具マガジンと、こ
   の工具マガジンと工作機械主軸との間の床上に設
   置された案内路上を移動可能にされた工具交換機
   構とを備えた自動工具交換装置において、本装置
   を上方から見て主軸中心軸線と前記案内路とを主
   軸の工具交換位置で近接させるとともに、前記案
   内路を主軸頭の後方に向つて主軸中心軸線から次
   第に遠ざかるように延長し、かつ、この案内路に
   沿つて複数の工具マガジンを床上に配置したこと
   を特徴とする自動工具交換装置。