JPS6350137B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動工作機械に用いられる取替え工具
マガジンに関する。

マシニングセンタなどを多数並設し、これら工
作機械をコンピユータにより総括制御する加工設
備（FMS）が最近数多くみられる。この設備で
使用される工具は、他の場合と同様に、寿命がき
たり、折損したり、或いは加工の対象が変つたよ
うな場合、これを取り替える必要がある。

従来から行われてきた工具の取替え方法とし
て、 (a) 工作機械を停止させ、人手により工具マガジ
ンの工具を取り替える。

(b) 工作機械の工具マガジンを交換式にしてマガ
ジンごと工具を取り替える。

(c) 工作機械の工具マガジンと別のサブマガジン
の間で工具を取り替える。

などが採用されているが、上記(a)の場合は、機
械を停止させて工具を取り替える必要があるため
稼働率が低くなり、また人手を要するため、無人
運転化することができない、という欠点がある。
また、(b)の場合は、一般の加工において工作物の
工程及び対象によつて共用工具と専用工具で対処
することになるが、これを一つの工具マガジンに
収納するとき、マガジンごと交換する取替え方法
では、共用工具を各マガジンごとにもつ必要があ
り不経済である上、マガジンを搬送し、工作機械
にローデイングする装置、さらには位置決め、ク
ランプ装置など、通常の工具交換装置以外の装置
が必要で高価につき、しかも広いスペースを必要
とする、といつた欠点がある。さらにまた(c)の場
合は、サブマガジンの搬送割出し装置、工作機械
の工具マガジンへのローデイング装置などが必要
で、上記(b)の場合と同様に高価なものとなり、広
いスペースもとるといつた欠点がある。

本発明の第１発明は、工具の直径方向の移動を
許し、かつ長さ方向の離脱移動を阻止して該工具
を保持する複数の工具保持機構をほぼ円形の支持
体の外周部に所定の間隔で放射状に取り付けたマ
ガジン単体を、工具パレツトのフレームに、上記
工具保持機構に保持された工具の長さ方向をフレ
ームに取り付けられた中心軸の軸方向にほぼ平行
に揃えるとともに上記中心軸に支持体の中心を軸
支して該中心軸を中心に周方向に回転自在に、か
つ中心軸の軸方向に移動自在に装設し、上記工具
パレツトとマガジン単体との間に、上記工具保持
機構に対応し、かつ中心軸の軸方向に向けて設け
られた固定孔と固定ピンとからなり、固定ピンが
固定孔に挿入されてマガジン単体を工具パレツト
に位置決め固定し、また固定孔に挿入された固定
ピンが、工具保持機構に保持された工具を把持し
た主軸の移動によるマガジン単体の中心軸軸方向
の移動で固定孔から引き抜かれて工具パレツトに
対するマガジン単体の固定を解除する位置決め機
構を設けた構成とし、また第２発明は、工具の直
径方向の移動を許し、かつ長さ方向の離脱移動を
阻止して該工具を保持する複数の工具保持機構を
ほぼ円形の支持体の外周部に所定の間隔で放射状
に取り付けたマガジン単体を、工具パレツトのフ
レームに、上記工具保持機構に保持された工具の
長さ方向をフレームに取り付けられた中心軸の軸
方向にほぼ平行に揃えるとともに上記中心軸に支
持体の中心を軸支して該中心軸を中心に周方向に
回転自在に装設し、上記工具パレツトとマガジン
単体との間に、上記工具保持機構に対応し、かつ
中心軸の軸方向に相対的に移動自在に設けられた
固定孔と固定ピン、及び、工具保持機構に対する
主軸の工具保持移動により操作されて上記固定孔
に対して固定ピンを相対的に動かし、それまで固
定孔に挿入されてマガジン単体を工具パレツトに
位置決め固定していた固定ピンを固定孔から引き
抜く連動機構とを主体とする位置決め機構を設け
た構成とすることにより、上記従来の問題点を解
消したもので、専用の工具割出し装置を必要とせ
ず、工作機械の主軸の作動によつて迅速かつ正確
に工具を所定の位置に割り出すことができるとと
もに、長大な工具を多数保持することができる取
替え工具マガジンを提供することを目的とする。
以下本発明を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の取替え工具マガジン５と工作
機械Ａ等の概要を示すもので、工作機械Ａは通常
の専用工具マガジン１と工具チエンジヤ２とを備
え、工具チエンジヤ２により、専用工具マガジン
１から１個の工具３を取り出してこれを主軸４に
装着し、また主軸４から工具３を取り外して専用
工具マガジン１に戻すことができるようになつて
いる。上記工作機械ＡのロータリテーブルＢの前
にオートパレツトチエンジヤＣが配設されてお
り、無人搬送車Ｄによつて運ばれてきたワークパ
レツトＥ、または本発明の取替え工具マガジン５
をのせた工具パレツトＦを、オートパレツトチエ
ンジヤＣを通じてロータリテーブルＢの上に送り
込むことができるようになつている。なお、上記
の工作機械ＡやロータリテーブルＢ、或いはオー
トパレツトチエンジヤＣ等は周知のものである。

第２図ないし第４図は第１発明の取替え工具マ
ガジン５の一実施例を示すもので、一対のマガジ
ン単体７，８を胴体６により一体に結合して成
り、工具パレツトＦに固定した一対のフレーム
F₁，F₂の上端部に設けた一対の軸受け９，１０
に支持された中心軸１１に、ストツパリング２５
を介して固定され、該中心軸１１とともに軸方向
に移動自在に、かつ周方向に回転自在に設けられ
ている。マガジン単体７，８は、いずれも、円盤
状の支持体１２の外周部に複数（図のものは８
個）の工具保持機構１３を等間隔に配し、また内
周部の上記工具保持機構１３の位置に、上記軸受
け９，１０のボス９ａ，１０ａの内端面に固定さ
れた案内環１４，１５の外周に沿つて動くロツク
部材１６を設けた構成とされている。上記工具保
持機構１３は、前記支持体１２の外端面に形成し
た放射状の複数個の溝１２ｂに、背面部を嵌入さ
れてボルト等により該支持体１２に固定されてい
る爪保持体１３ａと、該爪保持体１３ａの溝１３
ｂ内に根端側が収納され、枢軸１８により該爪保
持体１３ａに回動自在に支持されており、先端側
の内周に円弧状の突条１７ａが形成されている一
対の爪１７，１７と、前記爪保持体１３ａにあけ
た穴１３ｃ内に保持され、かつ一対の爪１７，１
７の根端部の間に装着されており、前記爪１７，
１７の先端側を閉じる側に付勢している挟みバネ
１９と、前記一対の爪１７，１７の先端側の間に
あつて、前記爪保持体１３ａに固定されている回
り止めキー１３ｄとから成り、工具３を爪１７，
１７の先端側から半環状をなす一対の爪の間に押
し込むと、一対の爪１７，１７が挟みバネ１９の
弾力に抗して枢軸１８を支点に回動し、上記突条
１７ａを工具３に設けられた保持溝３ａに嵌め入
れて工具３を保持するように構成されている。ま
たロツク部材１６は、支持体１２の内周側外端面
に固定したリング１２Ａに爪１７の位置に対応し
て放射状にあけた複数個の孔３３にその軸線方向
に摺動自在に挿入されており、該ロツク部材１６
と前記爪保持体１３ａとの間に設けた押圧バネ２
０によつて中心軸１１の中心に向けて付勢され、
支持体１２と一緒に回転して、その内端部（正確
には内端部に設けられた位置決めローラ２１）
を、案内環１４，１５に取替え工具マガジン５の
割出位置に対応して設けられた一対の位置決め溝
１４ａ，１５ａに落し込んで、外端部を工具保持
機構１３の爪１７，１７の根端部間から外し、該
爪１７，１７の開回動を自由にし、また案内環１
４，１５に対するマガジン単体７，８の回転時
に、案内環１４，１５の外周面に形成された押圧
部１４ｂ，１５ｂによつて上記位置決めローラ２
１を押圧されて外端部を第３図において上方に動
かして爪１７，１７の根端部の間に入れ、爪１
７，１７の開回動を阻止するようになつている。

ここで、一対のマガジン単体７，８は、一方
（第２図の左方）のマガジン単体７の支持体１２
と案内環１４との間に設けられた押圧固定バネ２
２により第２図において右方に押し動かされ、他
方（第２図の右方）のマガジン単体８の支持体１
２に固定したリング１２Ａに突設された固定ピン
２３を、軸受け１０のボス１０ａと案内環１５と
を固定している介在部材２４に、一対のマガジン
単体７，８の工具保持機構１３と同数（図のもの
は16個）、等間隔に形成された固定孔２４ａに挿
入させて、中心軸１１を中心とする自由回転を止
められている。

また、２個のマガジン単体７，８は、第４図に
示すように、工具保持機構１３を互いに半ピツチ
宛位相をずらせて中心軸１１に支持されている。
上記固定ピン２３と固定孔２４ａとは、一対のマ
ガジン単体７，８を前記フレームF₂に対して上
記半ピツチ毎に固定し得るようにして、一対のマ
ガジン単体７，８の各工具保持機構１３を所定の
割出し位置（本実施例の場合、マガジン７，８の
中央上端位置）に位置決めする位置決め機構を構
成している。また工具保持機構１３は、工具３の
嵌込みと抜出しがなされる、爪１７の先端を外方
に配し、かつ枢軸１８を中心とする爪１７の回動
平面（第２図において紙面に垂直な上下の平面）
を支持体１２と平行にして支持体１２の外周部に
取り付けられている。

しかして１２Ｂは一方の支持体１２に固着され
たハウジングであり、その中に枢着されたストツ
パリング２５によりその支持体１２が中心軸１１
に固定されている。２６は、先端部がキー溝２７
に嵌入してロツク部材１６の周方向の回転を止め
ている滑りキーであり、リング１２Ａに固定され
ている。マガジン単体７，８の第２図右方への過
移動は、案内環１５に支持体１２の外端面が当接
することにより阻止されている。

次に本発明の取替え工具マガジンの作用を説明
する。

工具ステーシヨンで用意された工具３は、工具
パレツトＦに積載された取替え工具マガジン５の
所定の工具保持機構１３に保持される。工作機械
等を総括制御するコンピユータには、前記工具パ
レツトNo.（取替え工具マガジンNo.）、取替え工具
マガジン５内の工具No.と工具コード（工具は絶対
コードが付与されている。）が記憶される。上記
工具パレツトＦは上記コンピユータからの取替え
指令があるまでパレツト収納場所などで待機す
る。

加工スケジユールに従つて取替え指令が出る
と、取替え工具マガジン５を積載した工具パレツ
トＦは、無人搬送車Ｄにのせられて工作機械Ａの
オートパレツトチエンジヤＣの所まで運ばれ、取
替え工具マガジン５とともにオートパレツトチエ
ンジヤＣに引き込まれる。工作機械Ａが加工中で
ある時は、加工が終るまで工具パレツトＦはオー
トパレツトチエンジヤＣの上で待機する。

工作機械Ａによる加工が終了すると、工具パレ
ツトＦは、工作機械ＡのロータリテーブルＢ上に
移されて後、例えばマガジン単体７側を主軸４に
向け、かつ取替え工具マガジン５の中心を工作機
械制御軸のＹ軸の移動平面（主軸の垂直移動平
面）に一致させられる。なお、上記に並行して、
主軸４にくわえられた工具３は工具チエンジヤ２
の作用で専用工具マガジン１に移される。

上記のようにして工具パレツトＦがロータリテ
ーブルＢ上に移されると、主軸４がＹ軸に沿つて
下降して主軸４の中心と取替えマガジン５の最上
位置の取替え工具３の中心とが一致したところで
停止して、主軸４内のチヤツクが開状態となる。
しかる後主軸４はＺ軸に沿つて前進し、マガジン
単体７の最上位の工具保持機構１３に保持された
１本の取替え工具３をつかむ。取替え工具３をつ
かんだ主軸４はそのままＹ軸に沿つて上昇して通
常の自動工具交換位置につくが、この時工具保持
機構１３の爪１７，１７は挟みバネ１９を圧縮し
枢軸１８を中心に開いて取替え工具３を離脱させ
る。これが済むと工具チエンジヤ２が周知のよう
に作動して、上記で主軸４にくわえられて取替え
マガジン５から取り出された１本の取替え工具を
専用工具マガジン１に装着させ、また専用工具マ
ガジン１に装着されている。１本の被取替え工具
を取り出して主軸４にくわえさせる。

このようにして工具チエンジヤ２から被取替え
工具を受けた主軸４は前記で工具を抜き取られた
マガジン単体７の空の工具保持機構１３の真上に
Ｚ軸に沿つて前進移動した後、そのままＹ軸に沿
つて下降して工具を爪１７，１７の間に押し入
れ、保持溝３ａに突条１７ａを嵌入させて工具保
持機構１３に工具を保持させる。このとき被取替
え工具のフランジ部に形成してあるキー溝と工具
保持機構１３の回り止めキー１３ｄとが嵌合す
る。被取替え工具を工具保持機構１３に保持させ
終ると、それまで周方向の回転を止められていた
が主軸４は、そのロツクを解除されて、工具保持
機構１３に挿入した被取替え工具を主軸内チヤツ
クで保持したまま、第２図で左方にＺ軸に沿つて
後進し、マガジン単体７，８を押圧固定バネ２２
の弾力に抗し中心軸１１の方向に移動させて固定
ピン２３を固定孔２４ａから引き抜き、マガジン
単体７，８の周方向の回転を自由にする。主軸４
によるマガジン単体７，８の上記移動は被取替え
工具を介してなされるが、この場合、爪１７の突
条１７ａが工具の保持溝３ａに嵌め込まれている
ため、主軸４のＺ軸に沿う後退によつて被取替え
工具が工具保持機構１３から引き抜かれることは
ない。

被取替え工具をつかんだまま後退して固定孔２
４ａから固定ピン２３を引き抜いた主軸４は、Ｙ
軸に沿つて下に動きながらＸ軸に沿つて横に動い
て（実際にはテーブルベースＧがＸ軸方向に動
く。この結果主軸４は実質的に中心軸１１の中心
と被取替え工具の中心を結ぶ距離を半径とする円
弧状に動くことになる。）取替え工具マガジン５
を中心軸１１を中心に回動させ次の工具を取外し
位置に割出す。この際、案内環１４，１５の位置
決め溝１４ａ，１５ａに嵌まり込んでいた位置決
めローラ２１は、位置決め溝１４ａ，１５ａから
離脱し押圧部１４ｂ，１５ｂに押されて押圧バネ
２０の弾力に抗してロツク部材１６を第３図で上
方に押し上げるので、該ロツク部材１６の外端部
（第２図で上端部）が一対の爪１７，１７の根端
部間に挿入され、マガジン単体７，８の回転中に
該爪１７，１７の先端側が不用意に開放されて被
取替え工具を脱落することはない。新たに割出さ
れた工具取出位置では次の位置決めローラ２１が
位置決め溝１４ａ，１５ａに入つてマガジン単体
７，８をその位置に仮止めする。このとき、ロツ
ク部材１６の外端部が一対の爪１７，１７の根端
部間から離脱するので、爪１７，１７はロツクが
解除されて先端部側からの取替え工具の取出しを
可能にする。

円弧運動を行つて次の取替え工具を取外し位置
につけると、主軸４はＺ軸に沿つて前進し固定ピ
ン２３を固定孔２４ａに挿入する。すなわちマガ
ジン単体７，８は主軸のＺ軸方向の移動及び押圧
固定バネ２２の作用によつて第２図で右方に戻
り、固定ピン２３を固定孔２４ａに挿入して周方
向の自由回転を止められる。その後、主軸４は主
軸内のチヤツクをアンクランプしてＺ軸にそつて
後退する。

上記で１回の工具交換が終了するが、何本もの
工具を取り替える場合は、上記の作動が繰り返え
される。マガジン単体８側の工具を取り替える場
合はロータリテーブルＢを180度旋回させてマガ
ジン単体８を主軸４に向けて行う。ただしこの場
合は、主軸４を前進させて固定孔２４ａから固定
ピン２３を引き抜く。

第５図は前記固定孔２４ａと固定ピン２３に代
る他の位置決め機構を示すもので、２個の孔２８
ａ，２８ｂを逆Ｔ字状に穿設した筒部材２８が軸
受けボス９ａ，１０ａに固定され、上記一方の孔
２８ａには、先端にローラ２９ａを備え中央部分
に受圧突起２９ｂを有する固定ピン２９がバネ３
０により上記ローラ２９ａ側（支持体１２の側）
に付勢されて挿入されるとともに、上記他方の孔
２８ｂには、上端にローラ３１ａを備え下端に加
圧傾斜面３１ｂを有する加圧ピン３１がバネ３２
により上方に付勢されて挿入されて成り、主軸４
が降下して加圧ピン３１を下に動かすと、加圧傾
斜面３１ｂが受圧突起２９ｂを押圧して固定ピン
２９をバネ３０の弾力に抗して第５図で左方に後
退させ、支持体１２に穿設された固定孔（溝）１
２ａからローラ２９ａを離脱させて取替え工具マ
ガジン５の固定を解くようになつている。

なお、第２図ないし第４図の第１発明のもの
も、第５図の第２発明のものも主軸４の移動によ
つて間接的若しくは直接的に位置決め機構が作動
する。第５図において、加圧傾斜面３１ｂを有す
る加圧ピン３１と、受圧突起２９ｂとは連動機構
を構成する。

また、上記においては、工具チエンジヤ２を使
用して専用工具マガジン１と主軸４との間で、通
常の工具交換を行う方式の自動工具交換装置付工
作機械に本発明を適用した場合を示したが、本発
明はこれに限定されず、上記工具チエンジヤ２を
使用しないで専用工具マガジン１と主軸４との間
で直接に通常の工具交換を行う方式の自動工具交
換装置付工作機械にも適用できる。

以上説明したように、本発明の第１発明は、工
具の直径方向の移動を許し、かつ長さ方向の離脱
移動を阻止して該工具を保持する複数の工具保持
機構をほぼ円形の支持体の外周部に所定の間隔で
放射状に取り付けたマガジン単体が、工具パレツ
トのフレームに、上記工具保持機構に保持された
工具の長さ方向をフレームに取り付けられた中心
軸の軸方向にほぼ平行に揃えるとともに上記中心
軸に支持体の中心を軸支して該中心軸を中心に周
方向に回転自在に、かつ中心軸の軸方向に移動自
在に装設され、上記工具パレツトとマガジン単体
との間に、上記工具保持機構に対応し、かつ中心
軸の軸方向に向けて設けられた固定孔と固定ピン
とからなり、固定ピンが固定孔に挿入されてマガ
ジン単体を工具パレツトに位置決め固定し、また
固定孔に挿入された固定ピンが、工具保持機構に
保持された工具を把持した主軸の移動によるマガ
ジン単体の中心軸軸方向の移動で固定孔から引き
抜かれて工具パレツトに対するマガジン単体の固
定を解除する位置決め機構が設けられた構成とさ
れ、また第２発明は、工具の直径方向の移動を許
し、かつ長さ方向の離脱移動を阻止して該工具を
保持する複数の工具保持機構をほぼ円形の支持体
の外周部に所定の間隔で放射状に取り付けたマガ
ジン単体が、工具パレツトのフレームに、上記工
具保持機構に保持された工具の長さ方向をフレー
ムに取り付けられた中心軸の軸方向にほぼ平行に
揃えるとともに上記中心軸に支持体の中心を軸支
して該中心軸を中心に周方向に回転自在に装設さ
れ、上記工具パレツトとマガジン単体との間に、
上記工具保持機構に対応し、かつ中心軸の軸方向
に相対的に移動自在に設けられた固定孔と固定ピ
ン、及び、工具保持機構に対する主軸の工具保持
移動により操作されて上記固定孔に対して固定ピ
ンを相対的に動かし、それまで固定孔に挿入され
てマガジン単体を工具パレツトに位置決め固定し
ていた固定ピンを固定孔から引き抜く連動機構と
を主体とする位置決め機構が設けられた構成とな
つているので、専用の工具割出し装置および駆動
装置を必要とせず、迅速かつ正確に工具を割り出
すことができる。また本発明の図に示された実施
例のものにおいては、一対のマガジン単体７，８
が、互いの工具保持機構１３を半ピツチ宛位相を
ずらし、かつ所要の間隔をあけて配設されてお
り、一つのマガジン単体７の工具保持機構１３に
保持された工具と、他のマガジン単体８の工具保
持機構１３に保持された工具とが相互に干渉する
ことがないので、長大な工具を数多く保持できる
長所がある。さらにまた、本発明の取替え工具マ
ガジンは、前記のように固定孔に固定ピンを挿入
してマガジン単体の周方向の自由回転を止める構
成となつているので、工具保持機構に保持された
工具の重量にかたよりがあつてマガジン単体に回
転モーメントが生ずるようなことがあつても確実
にマガジン単体の自由回転を防止することができ
るとともに、固定ピンの固定孔への抜き差しは、
主軸の移動により行なう構成となつているため、
この点でも他の駆動装置を必要とせず構造を簡略
化しうる長所がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の取替え工具マガジンと工作
機械等の関係を示す平面略図、第２図は本発明の
取替え工具マガジンの一実施例を示す断面図、第
３図は一部を破断した工具保持機構の正面図、第
４図は一対のマガジン単体の正面略図、第５図は
第２発明の取替え工具マガジンの位置決め機構の
断面図である。 Ｆ……工具パレツト、F₁，F₂……フレーム、
３……工具、４……主軸、７，８……マガジン単
体、１１……中心軸、１２……支持体、１３……
工具保持機構、１３ａ……爪保持体、１７……
爪、１８……枢軸、２３……固定ピン、２４ａ…
…固定孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工具３の直径方向の移動を許し、かつ長さ方
   向の離脱移動を阻止して該工具３を保持する複数
   の工具保持機構１３をほぼ円形の支持体１２の外
   周部に所定の間隔で放射状に取り付けたマガジン
   単体８が、工具パレツトＦのフレームF₁，F₂に、
   上記工具保持機構１３に保持された工具３の長さ
   方向をフレームF₁，F₂に取り付けられた中心軸
   １１の軸方向にほぼ平行に揃えるとともに上記中
   心軸１１に支持体１２の中心を軸支して該中心軸
   １１を中心に周方向に回転自在に、かつ中心軸１
   １の軸方向に移動自在に装設され、上記工具パレ
   ツトＦとマガジン単体８との間に、上記工具保持
   機構１３に対応し、かつ中心軸１１の軸方向に向
   けて設けられた固定孔２４ａと固定ピン２３とか
   らなり、固定ピン２３が固定孔２４ａに挿入され
   てマガジン単体８を工具パレツトＦに位置決め固
   定し、また固定孔２４ａに挿入された固定ピン２
   ３が、工具保持機構１３に保持された工具３を把
   持した主軸４の移動によるマガジン単体８の中心
   軸１１軸方向の移動で固定孔２４ａから引き抜か
   れて工具パレツトＦに対するマガジン単体８の固
   定を解除する位置決め機構が設けられたことを特
   徴とする取替え工具マガジン。 ２ 工具３の直径方向の移動を許し、かつ長さ方
   向の離脱移動を阻止して該工具３を保持する複数
   の工具保持機構１３をほぼ円形の支持体１２の外
   周部に所定の間隔で放射状に取り付けたマガジン
   単体８が、工具パレツトＦのフレームF₁，F₂に、
   上記工具保持機構１３に保持された工具３の長さ
   方向をフレームF₁，F₂に取り付けられた中心軸
   １１の軸方向にほぼ平行に揃えるとともに上記中
   心軸１１に支持体１２の中心を軸支して該中心軸
   １１を中心に周方向に回転自在に装設され、上記
   工具パレツトＦとマガジン単体８との間に、上記
   工具保持機構１３に対応し、かつ中心軸１１の軸
   方向に相対的に移動自在に設けられた固定孔１２
   ａと固定ピン２９、及び、工具保持機構１３に対
   する主軸４の工具保持移動により操作されて上記
   固定孔１２ａに対して固定ピン２９を相対的に動
   かし、それまで固定孔１２ａに挿入されてマガジ
   ン単体８を工具パレツトＦに位置決め固定してい
   た固定ピン２９を固定孔１２ａから引き抜く連動
   機構とを主体とする位置決め機構が設けられたこ
   とを特徴とする取替え工具マガジン。