JP2710477B2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械や加工システ
ムにおいて、工具マガジンと所定位置との間で工具交換
を行う自動工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動工具交換装置を備えた工作機
械においては、工具マガジンに収納された工具はその刃
物部の前方側に取り出すという歴史的・経験的な不文律
ないし暗黙の了解の下で、機械構造的な設計が営々と為
されている。これは刃物部の径や長さは各種の寸法のも
のがあるのに対し、工具のシャンクは規格で定められた
寸法のものしかなく、刃物部の前方側に取り出す構造の
方が、工具マガジンの構造が簡単になるためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来の工具マガジ
ンにおいては、工具を把持して工具を移動させる工具交
換手段が、交換すべき工具の把持部に接近できるように
周辺に空スペースを設けなければならない。このことに
より、工具収納効率が悪かった。本発明は従来のこのよ
うな問題点をなくし、与えられた面積にできるだけ多く
の工具を収納できる工具収納効率の良い工具マガジンを
備えるとともに、簡単な構造で工具交換の可能な自動工
具交換装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、複数の工具を収納するとともに、所定位置
との間で工具交換を行う自動工具交換装置において、工
具の刃物部が通過し得る穴を複数個有し、各穴の部分に
工具を着脱自在に保持する保持手段を設けた工具収納機
構と、前記工具収納機構に保持された工具をシャンクの
後方側から把持するとともに、前記工具収納機構の保持
手段による工具の保持を解除する工具把持機構と、前記
工具把持機構を工具と一体で工具のシャンクの後方側に
抜き出し、各工具の収納位置と所定の工具交換位置との
間で移動する搬送機構と、を具備したことを構成上の特
徴とする。

【０００５】

【作用】工具収納機構によって規則正しく支持された工
具を、工具把持機構によってそのシャンクの後方側から
把持し、搬送装置によって安全かつ確実に所定位置に搬
送・位置決めするように構成するので、装置全体を効率
良くコンパクトに集約することができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１、２、及び３は、それぞれ本発明の一実施例
における自動工具交換装置１の正面図、平面図、及び右
側面図である。図示実施例の自動工具交換装置１は、Ｎ
Ｃ工作機械２に組み込まれているが、そのＮＣ工作機械
２については、本発明に直接関係しないので説明及び図
示を省略する。

【０００７】本実施例装置１は、同一平面上に多数の工
具３を規則正しく植設したようにこれを安定支持する工
具収納機構４と、収納支持された工具３をそのシャンク
の後方側に取り出すための工具把持機構５と、この工具
把持機構５（取り出された工具３）を所定位置に搬送・
位置決めする（例えば工作機械２の主軸２ａへの工具自
動交換に必要な場所Ａ（図１、２参照）に工具３を運
ぶ）搬送機構６から基本的になる。

【０００８】このうち、搬送機構６は、水平なＸ軸方
向、垂直なＹ軸方向、及び水平なＺ軸方向の直交する３
軸方向に工具３（取出機構５）を搬送するものである
が、モータ、ボールネジ、スライドユニット、あるいは
カム等を用いて様々の形式で構成でき、また、それらに
よって本発明の思想自体が特に限定ないし変更されるも
のではないために、これ以上の説明は省略することとす
る。

【０００９】以下、工具収納機構４及び工具把持機構５
について説明するが、その前に本実施例における工具に
関連する特徴的な点について先述すると、工具３には、
工具収納時点から主軸への装着前までそのツール・シャ
ンクにそれ専用のポット11が装着され続け、そのままの
装着状態で収納や取り出しが為される。ここで、斯かる
ポット11の詳細について、これを平面的に断面した図
５、側部外観を示す図６、及び工具側から見た図７を参
照して説明すると、ポット11の斜円筒状部12の内部に
は、工具３のツール・シャンクのテーパ・シャンク部３
ａがテーパ係合するテーパ穴13が形成されている。そし
て、その奥には、工具３とポット11との所定結合力を担
保するために、ツール・シャンクの先端のいわゆるプル
スタッド部（つかみ部）３ｂに係合し得る例えば四方か
らばね付勢されたボール15が配設される。尚、これらの
ボール15に加え、ピン16によって押圧され得るボール17
が同様に配設される。このボール17は、後述するよう
に、ポット11（工具３）が工具把持機構５によって後方
から把持され搬送される際に、工具３が誤ってポット11
から抜ける（飛び出す）ような事態を確実に回避するた
めのものである。

【００１０】このポット11の前方側のフランジ部19両側
及び下側には、後述する工具収納機構４に係合して自己
保持し得る溝部19ａ及び19ｂが刻設され、また、ポット
11の斜円筒状部12外部には、この係合時に相手側に嵌合
してポット11をロックし得る一対の板ばね部材21が取着
されている。更に、ポット11の斜円筒状部12外部側部に
は、後述する工具把持機構５との連結時にそれと係合す
るＶ字状溝部23が刻設される。

【００１１】次に、以上説明したポット11（工具３）が
着脱自在に収納される工具収納機構４について説明す
る。その要部を成すマガジン・ベース25は基本的に金属
製の板材から成り、工具３の刃物部３ｄが貫通し得る大
きさの概ね四角形の穴26が格子状に規則正しく穿設され
（図８）、そのようなマガジン・ベース25は、図１に示
すように同一の垂直平面内において上下に２つ配置され
る。

【００１２】ここで、刃物部が手前側、ツール・シャン
クが奥側であるように描いてある図８を参照すると、工
具３が（イ）の位置にあるときは、ポット11のフランジ
部19とマガジン・ベース25の穴26とが接触係合しないの
で、手前から奥に向かって工具３を引き抜くことができ
る。他方、工具３が（イ）よりも下方側の（ロ）の位置
にあるときは、ポット11のフランジ部19両側及び下側の
溝19ａ，19ｂに穴26の縁部がスッポリと嵌まり込み、こ
のとき、ポット11の両側の板ばね部材21が、穴26内の両
側のノッチ部26ａにカチャと嵌まり込む。このため、こ
の位置にある工具３は、マガジン・ベース25の面内方向
（Ｘ，Ｙ方向）及び取り出し方向（Ｚ方向）の動き並び
に回転を規制され、すなわち、工具３は、回転マガジン
・ベース25に対して、安全かつ確実に支持（収納）され
ることになる。

【００１３】尚、マガジン・ベース25の上側一列の穴2
6′は、上が解放されており、ある程度工具３を上昇さ
せることができ、穴を通さずに工具３を後方側に取り出
すことができる。すなわち、工具径は穴の大きさに制限
されない。従って、その部分には、より大径の工具３′
を収納することができる。次に、工具把持機構５につい
て説明するに、図３のIV−IV線に沿い上方側から見たそ
の要部拡大図（あるいは図２のＢ部分の拡大図）である
図４を参照すると、この工具把持機構５は、工具を取り
出すあるいは収納するために、搬送機構６に駆動されて
そのレール31に沿いＺ軸方向に移動し得るベース32を有
する。このベース32の上には、工具把持機構５の要部を
成すシリンダ33及びポット・ホルダ34が取着されてい
る。

【００１４】図４は、工具把持機構５によって工具３
（ポット11）が取り出された状態、換言すれば、ポット
11とポット・ホルダ34との接続状態を示す。両者の接続
は、ポット・ホルダ34のテーパ状穴部34ａにポット11が
嵌合し、シリンダ33が矢印Ｂのように動くと36ａを支点
として矢印Ｃのように揺動され得るフック部材36がポッ
ト11のＶ字状溝部23に引っ掛かることによって成立す
る。尚、同図においてポット11とテーパ状穴部34ａとの
間に隙間があり、嵌合していないように見えるが、図示
しない断面において相補的に嵌合している。

【００１５】以下、このような構成から成る工具把持機
構５による工具取り出しの過程について概説する。例え
ば、収納された工具を取り出すような場合、その工具３
のポット11をめがけてポット・ホルダ34を移動させ、ポ
ット・ホルダ34内にポット11を嵌合させて、フック部材
36によって完全に固定する。この嵌合時に、ポット・ホ
ルダ34のテーパ状穴部34ａの縁部によってポット11の両
板ばね部材21が内側に弾性変形し、上述したマガジン・
ベース25の穴26のノッチ部26ａから外れてしまう。これ
により、ポット11は図８の（イ）の位置から（ロ）の位
置に移動することが可能となる。

【００１６】従って、搬送機構６によって工具把持機構
５を全体的に上方（Ｙ方向）に上げ、（ロ）の位置に到
ったら、後は工具把持機構５を後方（Ｚ方向）に移動さ
せる。これにより、工具３（ポット11）は、円滑かつ確
実に取り出されることになる。他方、工具３を収納する
場合は、概ねこれら一連の動作の逆を行うことになる。

【００１７】尚、上述した工具脱落防止用のボール17
は、それを押圧し得るピン16を介して、上記嵌合時に、
工具把持機構側の解除自在の押圧手段38（詳細に図示せ
ず）により押圧される。従って、工具３（取出機構５）
を搬送する際に不慮の外力が加わっても、ポット・ホル
ダ34に固定されたポット11から工具３が抜け出ることは
ない。

【００１８】以上説明したように、本実施例装置によれ
ば、収納された工具をそのシャンクの後方側から把持し
て取り出すこと、及びその取り出す機構が斬新かつコン
パクトであること等から、装置全体を極めて効率良く集
約することができる。また、作業者が居る工具の刃物側
に工具取り出しのための機構を設ける必要がなくなり、
例えば安全性や作業性の向上、あるいは装置設計の自由
度等が大幅に向上し得る。更に、工具を刃物側から取り
出す従来構造では、刃物間にその取り出し用の可動部材
が入り込んで動く余分なスペースを設けざるを得ず、こ
のため、工具収納部における収納効率が悪かったが、本
装置においてはそのようなことがなく、限界近くまで工
具間ピッチを詰めることができ、収納効率の効果的な向
上が図れる。

【００１９】ところで、上述した実施例においては、工
具３は、そのツール・シャンクにそれ専用のポット11が
取り付けられた状態で、工具収納機構４に収納等される
が、ポット11は必ずしも必須なものではなく、これを用
いずに構成することもできる。以下に説明する幾つかの
収納（支持）形式は、正にそれである。

【００２０】第１の収納形式について説明するに、図９
を参照すると、収納位置にある工具３を挟みこれを保持
し得るようにその両側に設けられるのは、支持部材91で
あり、この支持部材91はベースとなる棒状部材92に取り
付けられこれを中心に回動するが、（あ）又は（い）の
回動位置のいずれかに二者択一的に自己保持するように
支承されている。工具３は、支持部材91が（あ）の位置
にある場合に、そのＶ溝状把持部３ｅに嵌まり込む両支
持部材91の玉状部93によって４点式にしっかり保持（収
納）されることになる。

【００２１】収納された工具３をシャンク後方に取り出
す場合、ツール・シャンクに取出部材94を着脱自在に取
り付け、この状態のまま後方に引き出せばよい。この
際、支持部材91は（い）の位置に変動するため、工具３
の取り出しに特に支障はない。尚、ツール・シャンクと
取出部材94との取着は、特に図示しないが、例えば上記
実施例と同様に構成すればよい。

【００２２】他方、工具３を収納する場合、概ねこの逆
の動作を行えばよい。この際、開いた位置（い）にある
支持部材91は、取出部材94によって押し込まれて（あ）
の位置に変動し、工具３のＶ溝状把持部３ｅに両支持部
材91の玉状部93がカチャと適切に嵌まり込むことにな
る。次いで、第２の収納形式を示す図10を参照すると、
ベースとなるプレート状のマガジン・ベース101 には、
工具３が貫通し得る長穴102 が穿設され、長穴102の下
方側の両側には、その先端の玉状先端部103 が回動して
相互に接近するようにバネ104 で付勢された把持部材10
5 が対象的配置で、回動自在に取着されている。

【００２３】このような長穴102 の上方側に、工具３が
通されてそのまま下方に降ろされると、接近していた玉
状先端部103 が押し広げられ、更に工具３が所定下方位
置まで下げられると、長穴102 の下方側の縁部と両側の
玉状先端部103 とが、工具３のＶ溝状把持部３ｅに嵌ま
り込む。これにより、工具３は３点式にしっかり保持さ
れることになる。

【００２４】最後に、第３の収納形式を示す図11を参照
すると、上記図10のものと同様にマガジン・ベース111
には、下方側に幾分膨らんだ丸穴112 が穿設され、丸穴
112の下方側の両側には、くの字形の把持部材113 が対
象的配置で設けられ、この把持部材113 は回動し得る
が、（ア）又は（イ）の回動位置のいずれかに二者択一
的に自己保持するように支承されている。

【００２５】このような丸穴112 の上方側に、工具３が
通されてそのまま下方に降ろされると、把持部材113 の
下方部が押し込まれ、更に工具３が所定下方位置まで下
げられると、位置（イ）にあった把持部材113 は、
（ア）の位置に変動し、把持部材113 の円弧状部 113ａ
は、工具３のＶ溝状把持部３ｅにピタリと適切に嵌まり
込む。

【００２６】これにより、工具３は要所を押さえられ、
しっかり収納（保持）されることになる。

【００２７】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、自動工具交
換装置を構造簡単にかつ効果的にコンパクトに集約で
き、また、工具マガジン内の工具収納効率の向上が図れ
る。更に、工具交換装置の可動部を工具マガジンの後方
にかくすことができ、安全性が向上するなど実用価値が
著しく向上し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例における自動工具交
換装置の正面図である。

【図２】図２は、図１の自動工具交換装置の平面図であ
る。

【図３】図３は、図１の自動工具交換装置の右側面図で
ある。

【図４】図４は、図３のIV−IV線に沿い上方側から見た
取出機構の要部拡大図である。

【図５】図５は、ポットの平面断面図である。

【図６】図６は、ポットの側部外観図である。

【図７】図７は、ポットの正面外観図である。

【図８】図８は、マガジン・ベースの要部正面図であ
る。

【図９】図９は、工具マガジンにおける工具の第１の収
納形式を示す図である。

【図10】図10は、工具マガジンにおける工具の第２の収
納形式を示す図である。

【図11】図11は、工具マガジンにおける工具の第３の収
納形式を示す図である。

【符号の説明】

１…自動工具交換装置 ２…ＮＣ工作機械 ３…工具 ４…工具収納機構 ５…工具把持機構 ６…搬送機構 11…ポット 25…マガジン・ベース 26…穴 34…ポット・ホルダ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の工具を収納するとともに、所定位
   置との間で工具交換を行う自動工具交換装置において、 工具の刃物部が通過し得る穴を複数個有し、各穴の部分
   に工具を着脱自在に保持する保持手段を設けた工具収納
   機構と、前記 工具収納機構に保持された工具をシャンクの後方側
   から把持するとともに、前記工具収納機構の保持手段に
   よる工具の保持を解除する工具把持機構と、前記 工具把持機構を工具と一体で工具のシャンクの後方
   側に抜き出し、各工具の収納位置と所定の工具交換位置
   との間で移動する搬送機構と、 を具備し たことを特徴とする自動工具交換装置。