JP2723775B2 - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械のスピンドル
と工具マガジンとの間で所定の工具を自動的に交換する
ための工作機械の自動工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、ＮＣ（数値制御）工作機械では、
単一のスピンドルによりワークに対して加工を行ってい
るため、複数の加工が必要なワークを用いる際に前記ス
ピンドルに装着されている工具を所望の工具と交換する
必要がある。

【０００３】このため、多数の異なる工具を工具マガジ
ンに収容しておき、この工具マガジンから所望の工具を
取り出して工作機械のスピンドルに取着されている工具
と交換する工具交換装置が使用されている。例えば、特
開平１−２０５９４５号公報に開示されているように、
チャッキングユニットに設けられた左右一対のフィンガ
ーで工作機械のスピンドルに保持されている工具と工具
マガジンに保持されている工具とが把持された後、この
左右一対のフィンガーが前進しかつ１８０°回転され、
さらに後退して前記スピンドルと工具マガジンとの間で
工具を自動的に交換する装置が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この場合、上記の従来
技術では、各一対のフィンガーがスプリングを介して常
時閉じる方向に付勢されている。このため、工具を把持
する際には、一対のフィンガーを前記工具に所定の押圧
力で当接させて前記一対のフィンガーをスプリングに抗
して開動させる必要がある。従って、スピンドルおよび
工具マガジンに保持されている工具を着脱する際、この
スピンドルおよび工具マガジンに相当に大きな衝撃が付
与されるという問題が指摘されている。

【０００５】本発明は、この種の問題を解決するための
ものであり、スピンドルと工具マガジンとの間で工具を
自動的に交換するとともに、この工具交換時に前記スプ
リングや工具マガジンに衝撃を与えることを確実に阻止
することが可能な工作機械の自動工具交換装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、工作機械を構成するスピンドルと複数
の工具を収容する工具マガジンとの間で工具を自動的に
交換するための工作機械の自動工具交換装置であって、
回転駆動源の作用下に回転自在なピニオンと、前記ピニ
オンに噛合して互いに異なる方向に進退自在な第１およ
び第２ラック部材と、前記第１および第２ラック部材に
それぞれ二組ずつ設けられ、弾性体を介して常時閉じる
方向に付勢される工具用把持部と、前記二組の工具用把
持部を開閉させるカム手段と、を備え、前記カム手段
は、前記二組の工具用把持部に設けられる二組のカムフ
ォロアーと、前記二組のカムフォロアーに一体的に係合
し、工具把持位置で前記二組の工具用把持部を閉じる方
向に一体的に作動させるとともに、前記工具把持位置か
ら離間する位置で該二組の工具用把持部を開く方向に一
体的に付勢するカム部材と、を備えることを特徴とす
る。

【０００７】

【０００８】

【作用】上記の本発明に係る工作機械の自動工具交換装
置では、回転駆動源の作用下にピニオンを介して第１お
よび第２ラック部材が互いに外方向に移動する際、カム
手段を構成するカムフォロアーとカム部材とを介して工
具用把持部が開く方向に付勢されている。そして、工具
用把持部が工具交換位置に至ると、カム手段の作用下に
前記工具用把持部が閉じる方向に作動され、工作機械お
よび工具マガジンに保持されている工具が、該工具用把
持部によって円滑に把持される。従って、工具用把持部
により工具を把持する際やこの工具用把持部から工具を
離脱させる際、前記工具に衝撃を与えることがなく、ス
ピンドルおよび工具マガジンが前記衝撃により影響され
ることを確実に防止することができる。

【０００９】また、第１および第２ラック部材にそれぞ
れ二組の工具用把持部が設けられており、この第１およ
び第２ラック部材が互いに異なる方向に移動すると、前
記二組の工具用把持部に設けられたそれぞれのカムフォ
ロアーが単一のカム部材に係合して一体的に開閉動作が
行われる。このため、スピンドルと工具マガジンとの間
で二本の工具を同時に交換することが可能になるととも
に、カム手段の構成が簡素化する。

【００１０】

【実施例】本発明に係る自動工具交換装置について、こ
れを組み込む工作機械との関連で実施例を挙げ、添付の
図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【００１１】図２および図３において、参照符号１０
は、本実施例に係る自動工具交換装置を組み込む工作機
械を示す。この工作機械１０は、基台１２上に矢印Ｘ方
向に進退自在に配設される移動テーブル１４と、この移
動テーブル１４上に支持されて矢印Ｚ方向に進退自在な
本体１６と、この本体１６の前面に設けられ第１サーボ
モータ１８を介して昇降可能な第１昇降テーブル２０
と、この第１昇降テーブル２０の前面に設けられ第２サ
ーボモータ２２を介して昇降可能な第２昇降テーブル２
４と、前記第１および第２昇降テーブル２０、２４に固
設されて上下方向に配列される第１および第２スピンド
ルユニット２６、２８とを備える。

【００１２】基台１２には、ガイドレール３０ａ乃至３
０ｃと第１駆動モータ３２とが固設され、この第１駆動
モータ３２に連結されて矢印Ｘ方向に延びるボールねじ
３４が移動テーブル１４に設けられたナット部材３６に
係合する（図３参照）。この移動テーブル１４には、ガ
イドレール３８、３８と第２駆動モータ４０とが固着さ
れ、この第２駆動モータ４０に連結されて矢印Ｚ方向に
延びるボールねじ４２が本体１６に係合する（図２参
照）。

【００１３】第１サーボモータ１８から鉛直下方向に向
かって延びるボールねじ４４が、第１昇降テーブル２０
に係合するとともに、第２サーボモータ２２から鉛直下
方向に向かって延びるボールねじ４６が、第２昇降テー
ブル２４に係合する。第１および第２スピンドルユニッ
ト２６、２８は、スピンドル４８、５０を備え、このス
ピンドル４８、５０は、同一のモータまたはそれぞれ異
なるモータに連結されている。

【００１４】移動テーブル１４には、複数の工具Ｔを収
容する工具マガジン５２が設けられる。工具マガジン５
２は、多角形状（六角形状）を有しており、取付部材５
４を介して移動テーブル１４の側部に支持されるととも
に、この取付部材５４に固着されるモータ５６を介して
回転自在である。この工具マガジン５２の外側部には、
二本ずつ複数組の工具Ｔが工具ポット５８を介して取り
外し自在に保持されている。

【００１５】本体１６には、工具マガジン５２とスピン
ドル４８、５０との間で工具Ｔを二本ずつ自動的に交換
するための本実施例に係る自動工具交換装置６０が設け
られる。図３および図４に示すように、自動工具交換装
置６０は、本体１６の側部に設けられる駆動ユニット６
２と、この駆動ユニット６２に第１および第２スピンド
ルユニット２６、２８の軸線方向（矢印Ｚ方向）に進退
自在に支持されるギヤケース６４と、このギヤケース６
４に旋回可能に支持されるケーシング部材６６と、この
ケーシング部材６６に対し半径方向（矢印Ｘ方向）両側
に移動自在に装着され、第１および第２スピンドルユニ
ット２６、２８と工具マガジン５２とに保持されている
それぞれ二以上の工具Ｔを同時に把持可能な工具把持手
段６８とを備える。

【００１６】駆動ユニット６２は、モータ７０を備えて
おり、このモータ７０が、ギヤケース６４およびケーシ
ング部材６６を進退させるとともに、前記ケーシング部
材６６を回転させ、さらに工具把持手段６８を構成する
上下二つの工具用把持部７２ａ、７２ｂと７４ａ、７４
ｂとを矢印Ｘ方向に延在させる機能を有している。

【００１７】図１に示すように、ケーシング部材６６内
に回転軸７６の一端側が挿入されており、この回転軸７
６の他端側は、図示しないギヤトレイン等を介してモー
タ７０に連結されている。回転軸７６の一端部に比較的
大径なピニオン７８が軸着され、このピニオン７８に
は、前記ピニオン７８を挟むようにして互いに異なる方
向に進退自在な第１および第２ラック部材８０、８２が
噛合する。第１ラック部材８０には、取付部材８４を介
して把持部７２ａ、７２ｂが装着されるとともに、第２
ラック部材８２には、取付部材８６を介して把持部７４
ａ、７４ｂが装着される。

【００１８】把持部７２ａは、一対の爪部材８８ａ、８
８ｂを備え、この爪部材８８ａ、８８ｂが支点９０ａ、
９０ｂを介して取付部材８４に揺動自在に支持される。
爪部材８８ａ、８８ｂの先端部にローラ９２ａ、９２ｂ
が設けられる一方、この爪部材８８ａ、８８ｂの後端側
には、前記爪部材８８ａ、８８ｂの先端部を常時閉じる
方向に付勢するスプリング（弾性体）９４が配設され
る。この爪部材８８ｂの後端部には、カム手段９６を構
成するカムローラ（カムフォロアー）９８が装着され
る。

【００１９】把持部７２ｂ、７４ａおよび７４ｂは、前
述した把持部７２ａと同様に構成されており、同一の構
成要素には同一の参照数字を付してその詳細な説明は省
略する。

【００２０】ケーシング部材６６には、把持部７２ａと
７２ｂとの間、および把持部７４ａと７４ｂとの間にカ
ム手段９６を構成しそれぞれ二つのカムローラ９８に同
時に係合するカム部材１００、１０２が固着される。こ
のカム部材１００、１０２は、工具把持位置Ｈ１、Ｈ２
（図１参照）で把持部７２ａ、７２ｂおよび把持部７４
ａ、７４ｂを閉じる方向に作動させるとともに、前記工
具把持位置Ｈ１、Ｈ２から離間する位置で該把持部７２
ａ、７２ｂおよび把持部７４ａ、７４ｂを開く方向に付
勢するように、その外形形状が設定されている。

【００２１】次に、このように構成される自動工具交換
装置６０の動作について工作機械１０との関連で説明す
る。

【００２２】先ず、ワーク取付台にワークＷ（図３参
照）が所定の加工姿勢で位置決め保持される一方、本体
１６に装着されている第１および第２スピンドルユニッ
ト２６、２８には、このワークＷの加工作業に対応して
所定の工具Ｔ、Ｔが予め装着されている。そこで、この
第１および第２スピンドルユニット２６、２８に装着さ
れた工具Ｔ、Ｔは、一体的に回転されるとともに、第１
サーボモータ１８および第２サーボモータ２２の作用下
にワークＷの加工部位に対応して夫々の高さ位置が調整
される。

【００２３】次いで、第１および第２スピンドルユニッ
ト２６、２８は、第１駆動モータ３２が駆動されること
によりワークＷに対して矢印Ｘ方向に位置決めされ、さ
らに第２駆動モータ４０が駆動されることにより前記ワ
ークＷの各加工部位に向かって（矢印Ｚ方向前方）移動
される。

【００２４】従って、上記の各動作を選択的に行うこと
により、第１および第２スピンドルユニット２６、２８
に装着されて回転している工具Ｔ、Ｔが、ワークＷの所
定の加工部位に対し加工作業を自動的に遂行する。この
加工作業が終了した後、第２駆動モータ４０が前記とは
逆方向に駆動され、本体１６がワークＷから離間する方
向に移動して工具Ｔ、ＴをワークＷから離脱させる。そ
して、加工終了後のワークＷがワーク取付台から取り外
され、このワーク取付台には新たな加工前のワークＷが
取着され、前述した加工作業を行うことによりこのワー
クＷに対する加工作業が遂行される。

【００２５】ところで、種類の異なるワークＷに対し加
工作業を行う場合、本実施例に係る自動工具交換装置６
０を介して工具マガジン５２とスピンドル４８、５０と
の間で工具Ｔが二本ずつ自動的に交換される。すなわ
ち、工具マガジン５２がモータ５６の作用下に所定の角
度だけ回転され、その外側部に保持されている所望の工
具Ｔ、Ｔが水平方向に向かって配置される位置で停止さ
れる。一方、第１および第２サーボモータ１８、２２が
駆動され、第１および第２昇降テーブル２０、２４が上
下方向に変位されて第１および第２スピンドルユニット
２６、２８に装着されている工具Ｔ、Ｔが自動工具交換
装置６０を構成するケーシング部材６６の工具把持手段
６８の高さに対応して位置決めされる。

【００２６】そこで、駆動ユニット６２を構成するモー
タ７０が駆動され、回転軸７６が矢印Ａ方向（図１参
照）に回転される。このため、回転軸７６に固定された
ピニオン７８が、同様に矢印Ａ方向に回転し、このピニ
オン７８に噛合する第１ラック部材８０が矢印Ｂ方向に
移動するとともに、第２ラック部材８２が矢印Ｂ方向と
は逆方向（矢印Ｃ方向）に移動する。

【００２７】その際、把持部７２ａ、７２ｂのカムロー
ラ９８、９８がカム部材１００に一体的に係合して爪部
材８８ｂが爪部材８８ａから離間してこの把持部７２
ａ、７２ｂが強制的に開放されており、一方、把持部７
４ａ、７４ｂのカムローラ９８、９８がカム部材１０２
に係合してこの把持部７４ａ、７４ｂが強制的に開放さ
れている（図５参照）。そして、把持部７２ａ、７２ｂ
および把持部７４ａ、７４ｂが工具把持位置Ｈ１、Ｈ２
に至ると、それぞれのカムローラ９８がカム部材１０
０、１０２の形状に沿って移動し、各爪部材８８ｂがス
プリング９４の弾発力を介して各爪部材８８ａ側に揺動
する。これにより、把持部７２ａ、７２ｂが工具マガジ
ン５２に保持されている工具Ｔ、Ｔを把持するととも
に、把持部７４ａ、７４ｂがスピンドル４８、５０に保
持されている工具Ｔ、Ｔを把持する。

【００２８】モータ７０がさらに回転されると、ギヤケ
ース６４およびケーシング部材６６が前方に移動した
後、このケーシング部材６６が１８０°旋回する。次い
で、ギヤケース６４およびケーシング部材６６が後退す
ることにより、把持部７２ａ、７２ｂに把持された工具
Ｔ、Ｔがスピンドル４８、５０に装着され、把持部７４
ａ、７４ｂに把持された工具Ｔ、Ｔが工具マガジン５２
の工具ポット５８に保持される。

【００２９】さらに、モータ７０の作用下に回転軸７６
が矢印Ａ方向とは逆方向に回転されると、第１および第
２ラック部材８０、８２が前記とは逆方向（互いに近接
する方向）に移動する。このため、把持部７２ａ、７２
ｂ、７４ａおよび７４ｂは、カム手段９６の作用下に開
放されて工具Ｔの把持作用が解除され、それぞれ内方に
移動してスピンドル４８、５０および工具マガジン５２
から離間する。これにより、二本の工具Ｔ、Ｔが同時か
つ自動的に交換され、工具交換作業が終了する。

【００３０】この場合、本実施例では、把持部７２ａが
工具把持位置Ｈ１に向かって矢印Ｂ方向に移動する際、
カム手段９６を構成するカム部材１００とカムローラ９
８とが係合してこのカムローラ９８を支持する爪部材８
８ｂが、スプリング９４に抗して爪部材８８ａから強制
的に離間されている。そして、把持部７２ａが工具把持
位置Ｈ１に至ると、爪部材８８ｂが爪部材８８ａ側に揺
動して工具Ｔを円滑に把持する。一方、把持部７２ａを
工具Ｔから離脱させる際には、爪部材８８ｂに設けられ
たカムローラ９８とカム部材１００との作用下にこの爪
部材８８ｂが開放方向に揺動されて前記工具Ｔの把持が
強制的に解除され、前記把持部７２ａが該工具Ｔから離
間する。

【００３１】従って、把持部７２ａ、７２ｂ、７４ａお
よび７４ｂによる工具Ｔの着脱作業に伴ってこの工具Ｔ
に衝撃が発生することがなく、前記工具Ｔを保持してい
るスピンドル４８、５０および工具マガジン５２の工具
ポット５８は、該衝撃による影響を確実に回避すること
ができるという効果が得られる。

【００３２】さらに、把持部７２ａ、７２ｂは、それぞ
れに設けられたカムローラ９８、９８と、この二つのカ
ムローラ９８、９８に一体的に係合する単一のカム部材
１００とを介して強制的に開閉されている。このため、
カム手段９６の構成が簡素化され、自動工具交換装置６
０全体の構造が複雑化することがない。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係る工作機械の自動工具交換装
置によれば、以下の効果が得られる。

【００３４】工具用把持部により工具を把持する際、お
よびこの工具用把持部から工具を離脱させる際、カム手
段を構成するカムフォロアーとカム部材との作用下に前
記工具用把持部が強制的に開放される。このため、工具
の着脱作業時に前記工具に衝撃を与えることがなく、ス
ピンドルおよび工具マガジンが前記衝撃により影響され
ることを確実に防止することができる。

【００３５】また、第１および第２ラック部材にそれぞ
れ二組の工具用把持部が設けられており、この二組の工
具用把持部が、それぞれに設けられたカムフォロアーと
単一のカム部材とを介して一体的に開閉される。従っ
て、スピンドルと工具マガジンとの間で二本の工具を同
時に交換することが可能になるとともに、カム手段の構
成が簡素化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動工具交換装置の要部正面説明
図である。

【図２】前記自動工具交換装置を組み込む工作機械の正
面説明図である。

【図３】前記工作機械の平面説明図である。

【図４】前記自動工具交換装置の平面図である。

【図５】前記自動工具交換装置の動作説明図である。

【符号の説明】

１０…工作機械 １２、１２ａ…基台 １４、１４ａ…移動テーブル １６、１６ａ…本体 １８、２２…サーボモータ ２６、２６ａ、２８、２８ａ…スピンドルユニット ４８、４８ａ、５０、５０ａ…スピンドル ５２…工具マガジン ６０…自動工具交換装置 ６２…駆動ユニット ６６…ケーシング部材 ６８…工具把持手段 ７０…モータ ７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ…把持部 ７８…ピニオン ８０、８２…ラック部材 ８８ａ、８８ｂ…爪部材 ９４…スプリング ９６…カム手段 ９８…カムローラ １００、１０２…カム部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械を構成するスピンドルと複数の工
   具を収容する工具マガジンとの間で工具を自動的に交換
   するための工作機械の自動工具交換装置であって、 回転駆動源の作用下に回転自在なピニオンと、 前記ピニオンに噛合して互いに異なる方向に進退自在な
   第１および第２ラック部材と、 前記第１および第２ラック部材にそれぞれ二組ずつ設け
   られ、弾性体を介して常時閉じる方向に付勢される工具
   用把持部と、 前記二組の工具用把持部を開閉させるカム手段と、 を備え、 前記カム手段は、前記二組の工具用把持部に設けられる
   二組のカムフォロアーと、 前記二組のカムフォロアーに一体的に係合し、工具把持
   位置で前記二組の工具用把持部を閉じる方向に一体的に
   作動させるとともに、前記工具把持位置から離間する位
   置で該二組の工具用把持部を開く方向に一体的に付勢す
   るカム部材と、 を備えることを特徴とする工作機械の自動工具交換装
   置。