JP3246647B2 - 自動工具交換用ツールマガジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動工具交換用
ツールマガジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のツールマガジンは、工作機械の主
軸と直角を成す向きでツールホルダを収容するものが多
かった。

【０００３】その場合、ツールホルダの向きを変えつつ
工具交換を行うため、工具交換にある程度の時間が必要
であった。一般のＭＣの場合は、横向きを下向きに変更
する構成になっていた。また、工具交換アームの構造が
複雑になるため、自動工具交換時に誤動作や故障が生じ
ることもあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、工作機械の主軸
と平行にツールホルダを収容する構成のツールマガジン
も用いられている。

【０００５】しかしながら、このタイプのツールマガジ
ンでは、ツールホルダを収容するマガジン本体が自動工
具交換アームの動作範囲内、すなわち工作機械テーブル
の稼働範囲内又はその近くに位置するため、マガジン本
体のツールに切粉や切削油が付着し易い難点があった。

【０００６】また、ツールマガジンと工作機械本体との
距離をある程度大きくした場合には異物の付着は防止で
きるが、大型の交換アームを必要とするため、スムーズ
かつ迅速な工具交換ができないという別の不具合が生じ
ていた。

【０００７】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点を解消し、ツールホルダに切粉や切削油が付着する
ことがなく、シンプルな動作で迅速に工具交換を行うこ
とができる自動工具交換用ツールマガジンを提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明は、複数のツー
ルポット（１２）をマガジン本体（１１）にインデック
ス可能に設定し、各ツールポット（１２）は全体的に筒
型であって、下側からツールホルダ（７）を差し込む形
になっており、各ツールポット（１２）の上部にはスプ
リングとボールからなる保持手段が配置されていて、ツ
ールホルダ（７）のスタッドボルトを付勢固定し、か
つ、ツールポット（１２）にツールホルダ（７）を固定
して収容する構成にし、マガジン本体（１１）を工作機
械の稼働部の外側に配置し、ツールホルダ（７）が工作
機械主軸と同じ向きでツールポット（１２）に収容され
るようにし、ツールポット搬送手段（１３）を設けてツ
ールポット（１２）をマガジン本体（１１）から工具交
換位置（Ａ）まで平行移動によって搬送し、工具交換位
置（Ａ）にあるツールポット（１２）と工作機械の主軸
（９）との間で自動工具交換を行う構成にし、かつ、ツ
ールポット（１２）に溝（１２ａ）を互いに平行な２本
の溝として形成し、マガジン本体（１１）内のマガジン
プレート（１８）がツールポット（１２）の溝（１２
ａ）に対応した凹所（１８ａ）を有し、その凹所（１８
ａ）の境界部分とツールポット（１２）の溝（１２ａ）
が係合するようにして、ツールポット（１２）が凹所
（１８ａ）に収容されるようにし、かつ、マガジン本体
（１１）と工具交換位置（Ａ）の間にガイドプレート
（１６）を配置し、ツールポット（１２）に設けた溝
（１２ａ）をガイドプレート（１６）に係合させてツー
ルポット（１２）を案内し、ツールホルダ（７）を収容
したツールポット（１２）がマガジン本体（１１）内に
収容される間と、ツールホルダ（７）を収容したツール
ポット（１２）がマガジン本体（１１）内から工具交換
位置（Ａ）に平行移動によって搬送される間と、工具交
換位置（Ａ）にあるツールポット（１２）からツールホ
ルダ（７）が抜き出されて主軸（９）に挿入されるまで
の間に、ツールホルダ（７）がつねに平行移動して軸の
向きが変化しないとともに、ツールホルダ（７）の軸周
りの方向の位置がつねに所定の軸周り方向の位置に特定
された状態に保持されてツールポット搬送位置（Ｂ）以
外の領域では、ツールポット（１２）はその外側部分が
ハウジング（３１）の裾部内周に当接する形で周回し、
ツールマガジン（１１）のツール ポット搬送位置（Ｂ）
では、ハウジング（３１）の裾が開放されており、そこ
にスライドブラケット（１５）が移動可能に配置されて
おり、そのスライドブラケット（１５）は、ツールポッ
ト（１２）をツールポット搬送位置（Ｂ）と工具交換位
置（Ａ）の間で往復移動させるためのものであり、スラ
イドブラケット（１５）は、ツールポット（１２）を挟
んで搬送方向への推進力を伝えるようになっていること
を特徴とする自動工具交換用ツールマガジンを要旨とし
ている。

【０００９】

【発明の実施の形態】マガジン本体は、工作機械の稼働
部の外側に配置され、特にテーブルや主軸からある程度
の距離をおいて配置することが好ましい。ツールホルダ
は、工作機械の主軸と同じ向きでマガジン本体に収容さ
れる。すなわち、自動工具交換の際にツールホルダの軸
の向きを回転させる必要はない。

【００１０】ツールポット搬送手段は、マガジン本体と
工具交換位置との間で、ツールポットを平行移動によっ
て搬送する。工具交換位置は、マガジン本体からある程
度離れている。

【００１１】そして、工具交換位置にあるツールポット
と工作機械の主軸との間で自動工具交換が行われる。す
なわち、両者に設定されているツールホルダを交換、入
れ替えすることによって自動工具交換が行われる。

【００１２】工具交換位置とマガジン本体との間に自動
開閉式のドアを設けることが好ましく、その場合、ツー
ルホルダをさらにクリーンに保つことができる。

【００１３】ツールポット搬送手段をシリンダ・ピスト
ン機構によって駆動する構成にした場合には、迅速・確
実な搬送を低コストで実現できる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１５】図１は、本発明の自動工具交換用ツールマ
ガジン１０をマシニングセンタ（ＭＣ）１に設定した状
態を概略的に示す正面図である。図２は、図１のスピン
ドルヘッド４とツールマガジン１０を示す上面図であ
る。

【００１６】マシニングセンタ１はベース２、コラム
３、スピンドルヘッド４、ＸＹテーブル５、制御装置
（図示せず）等を備えている。

【００１７】スピンドルヘッド４には主軸９が設定さ
れ、主軸９の近くには潤滑油供給手段５０が配置されて
いる。

【００１８】正面から見てマシニングセンタＣ１の左手
奥側には、ツールマガジン１０が配置されている。ツー
ルマガジン１０は、ＸＹテーブル５の稼働範囲の外側に
位置している。しかも、ツールマガジン１０は、図２に
も示されているように、主軸９からある程度離れてい
る。このため。切屑や切削油がツールマガジン１０のツ
ールホルダに付着することはない。

【００１９】スピンドルヘッド４の左側には自動工具交
換アーム（ＡＴＣアーム）６が配置されている。ＡＴＣ
アーム６は、中心軸方向すなわち上下方向の平行移動
と、その中心軸回りの回転移動を行う。ＡＴＣアーム６
の両端には、ツールホルダを把持する爪部６ａが設けら
れ、その内側には周知の押え突起５１が配置されてい
る。押え突起５１は、スプリングによって外側方向に付
勢されている。

【００２０】加工時には、ＡＴＣアーム６はその長手方
向がスピンドルヘッド４の左壁面と平行になるようにし
て、テーブルの上方に撤退させておく。

【００２１】図８は、ツールホルダ７とツールポット１
２を示す斜視図である。

【００２２】ツールポット１２は全体的に筒型であり、
下側からツールホルダ７を差し込むようになっている。
ツールポット１２の上部にはスプリングとボールから成
る通常の保持手段（図示せず）が配置され、ツールホル
ダ７のスタッドボルトを付勢固定する。

【００２３】ツールポット外周の上寄りには、溝１２ａ
が形成されている。溝１２ａは、例えば、水平方向に走
る互いに平行な２本の溝として形成できる。この溝１２
ａは、ツールポット１２をマガジン本体１１に収容する
際、また、ツールポット１２を工具交換位置まで搬送す
る際に案内手段として利用される。

【００２４】以下、図３〜７も参照して、ツールマガジ
ン１０を詳しく説明する。図３〜６は、ツールマガジン
１０の側面図、正面図、搬送方向に沿った断面図、及び
それに垂直な方向の断面図である。

【００２５】ツールマガジン１０は、ツールポットを収
容するマガジン本体とツールポットを搬送するためのツ
ールポット搬送手段１３から構成されている。

【００２６】ツールマガジン１１は全体的に逆カップ状
のハウジング３１を有し、ハウジング３１はブラケット
２８を介して工作機械に取り付けられる。

【００２７】ハウジング３１には、センター軸２５を介
してマガジンプレート１８が回転可能に取り付けられて
いる。マガジンプレート１８は、ハウジング３１の上面
に固定されリバーシブルモータ１９によって回転駆動さ
れる。リバーシブルモータ１９には、中間ギアヘッドが
接続されている。

【００２８】マガジンプレート１８の上方には、ボス３
２を介してインデックスプレート１７が固定されてい
る。

【００２９】インデックスプレート１７は、ツールポッ
ト１２の収容位置に対応した複数のカム手段１７ａを備
えている。インデックスプレート１７の上方には、カム
フォロワ２３を有するスライドブラケット２６が配置さ
れている。スライドブラケット２６はカム手段１７ａと
カムフォロワ２３が係合する方向に付勢されている。ま
た、スライドブラケット２６の近くには、近接スイッチ
２７が配置されている。

【００３０】カム手段１７ａ、カムフォロワ２３及び近
接スイッチ２７は協働して、マガジンプレート１８のイ
ンデックス動作を行う。

【００３１】マガジンプレート１８の外周には、ツール
ポット１２の溝１２ａに対応した一連の凹所１８ａが等
間隔で形成されている。１５個のツールポット１２を収
容する場合には、１５個の凹所１８ａが形成される。

【００３２】各ツールポット１２は、凹所１８ａの境界
部分とツールポット１２の溝１２ａが係合するようにし
て、凹所１８ａに収容される。後述する搬送位置以外の
領域では、ツールポット１２は図６に示されているよう
にその外側部分がハウジング３１の裾部内周に当接する
形で周回する。

【００３３】ツールマガジン１１のツールポット搬送位
置Ｂでは、ハウジング３１の裾が開放されており、そこ
にスライドブラケット１５が移動可能に配置されてい
る。スライドブラケット１５は、ツールポット１２を搬
送位置Ｂと交換位置Ａの間で往復移動させるためのもの
である。

【００３４】スライドブラケット１５は、断面ｈ型に形
成されている。そして、図４に示されているように、ｈ
型の股の部分でツールポット１２を挟み、搬送方向への
推進力を伝えるようになっている。

【００３５】スライドブラケット１５の上部には、シリ
ンダ機構１４のピストンの先端が固定されている。スラ
イドブラケット１５の中央部には、２本のガイドロッド
２１の先端が固定されている。

【００３６】ハウジング３１は、図２や図３に示されて
いるように、スライドブラケット１５を挟む格好で前方
に突出した２本のプレート支持体２２を備えている。プ
レート支持体２２の下面には、それぞれスライドプレー
ト１６が互いに平行に固定されている。工具交換位置Ａ
は、スライドプレート１６の先端部に位置している。

【００３７】２枚のスライドプレート１６は、マガジン
の搬送位置Ｂと工具交換位置Ａとの間に、ツールポット
１２の搬送軌道を形成している。両スライドプレート１
６の内側の間隔は、ツールポット１２の２つの溝１２ａ
に対応している。ツールポットは、図５に示すように、
溝１２ａがスライドプレート１６の内側部分にガイドさ
れた状態で、スライドプレート１６に沿って移動可能で
ある。

【００３８】スライドブラケット１５の股部に係合して
いるツールポット１２は、シリンダ機構１４のピストン
が伸長すると、搬送軌道に沿ってハウジングの前方にス
ライドし工具交換位置Ａまで搬送される。反対に、シリ
ンダ機構１４のピストンが収縮すると、工具交換位置Ａ
にあるツールポットは、インデックス軌道上の搬送位置
Ｂまで引き戻される。

【００３９】このように、ツールポット搬送手段１３
は、スライドブラケット１５、シリンダ・ピストン機構
１４、スライドプレート１６から構成される。

【００４０】ツールマガジン本体のすぐ前側には、切屑
や切削油をより完全に遮るための自動開閉式のドア３０
が配置されている。ドア３０は、自動工具交換時に開放
され、加工時には閉鎖される。

【００４１】次に、図６を参照して、自動工具交換動作
を簡単に説明する。

【００４２】１）ツールマガジン本体側において、次工
程で使用するツールホルダ７を備えたツールポット１２
を、搬送位置Ｂにインデックスする。

【００４３】２）現工程の加工が終了したら、ドア３０
を開放し、ツールポット搬送手段によって当該ツールポ
ットを工具交換位置Ａまで搬送し、待機させる。

【００４４】３）スピンドルヘッド４を予め定められて
交換位置まで移動させる。

【００４５】４）ＡＴＣアーム６を操作し、主軸９と前
記ツールポット１２から、現工程で使用していたツール
ホルダ７と次工程で使用するツールポット７を共に抜き
出す（図６の状態）。

【００４６】５）ＡＴＣアーム６を１８０度回転させて
両ツールホルダ７の位置を入れ替え、これらをツールポ
ット１２と主軸９に挿入する。

【００４７】６）回収したツールポット１２の収容場所
をインデックスしておき、ツールポット１２をマガジン
本体側の搬送位置Ｂまで戻す。同時に、ＡＴＣアーム６
を待機位置に戻して、次の工程を開始する。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、マガジン本体が工作機
械の稼働範囲外にあるので、ツールホルダに切粉や切削
油が付着することがない。また、工具交換位置まで平行
移動で搬送したツールポットと主軸の間で工具交換を行
い、かつ、ツールポット（１２）に溝（１２ａ）を互い
に平行な２本の溝として形成し、マガジン本体（１１）
内のマガジンプレート（１８）がツールポット（１２）
の溝（１２ａ）に対応した凹所（１８ａ）を有し、その
凹所（１８ａ）の境界部分とツールポット（１２）の溝
（１２ａ）が係合するようにして、ツールポット（１
２）が凹所（１８ａ）に収容されるようにし、かつ、マ
ガジン本体（１１）と工具交換位置（Ａ）の間にガイド
プレート（１６）を配置し、ツールポット（１２）に設
けた溝（１２ａ）をガイドプレート（１６）に係合させ
てツールポット（１２）を案内し、ツールホルダ（７）
を収容したツールポット（１２）がマガジン本体（１
１）内に収容される間と、ツールホルダ（７）を収容し
たツールポット（１２）がマガジン本体（１１）内から
工具交換位置（Ａ）に平行移動によって搬送される間
と、工具交換位置（Ａ）にあるツールポット（１２）か
らツールホルダ（７）が抜き出されて主軸（９）に挿入
されるまでの間に、ツールホルダ（７）がつねに平行移
動して軸の向きが変化しないとともに、ツールホルダ
（７）の軸周り方向の位置がつねに所定の軸周り方向の
位置に特定された状態に保持されているので、シンプル
な動作で迅速にかつ高い信頼性で工具交換を行うことが
できる。さらに、各ツールポット（１２）は全体的に筒
型であって、下側からツールホルダ（７）を差し込む形
になっており、各ツールポット（１２）の上部にはスプ
リングとボールからなる保持手段が配置されていて、ツ
ールホルダ（７）のスタッドボルトを付勢固定し、か
つ、ツールポット搬送位置（Ｂ）以外の領域では、ツー
ルポット（１２）はその外側部分がハウジング（３１）
の裾部内周に当接する形で周回し、ツールマガジン（１
１）のツールポット搬送位置（Ｂ）では、ハウジング
（３１）の裾が開放されており、そこにスライドブラケ
ット（１５）が移動可能に配置されており、そのスライ
ドブラケット（１５）は、ツールポット（１２）をツー
ルポット搬送位置（Ｂ）と工具交換位置（Ａ）の間で往
復移動させるため のものであり、スライドブラケット
（１５）は、ツールポット（１２）を挟んで搬送方向へ
の推進力を伝えるようになっているので、ツールポット
（１２）を単純な構造とすることができるばかりでな
く、きわめてシンプルな動作で迅速にかつ高い信頼性で
工具交換を行うことができる。

【００４９】また、マガジン本体が機外（例えばＭＣの
テーブルの移動範囲外）にあるので、機械の稼働中であ
ってもオペレータがマガジンに収容してあるツールの確
認やツールの交換を安全かつ容易に行うことができる。

【００５０】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えばシリンダ・ピストン機構の替りに、図９のよ
うにモータ駆動式でツールポットを搬送することもでき
る。図９で符号６３、６４は送りねじとナットであり、
送りねじ６３はプーリ６２を介してモータ６１で駆動さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の自動工具交換用ツールマガジ
ンをマシニングセンタに設定した状態を示す概略正面図

【図２】図１のスピンドルヘッドとツールマガジンを示
す上面図。

【図３】図１のツールマガジンを示す側面図。

【図４】図１のツールマガジンの正面図。

【図５】図１のツールマガジンの搬送方向に沿った断面
図。

【図６】図１のツールマガジンの搬送方向と垂直な方向
の断面図。

【図７】実施例における自動工具交換動作を概略的に示
す説明図。

【図８】ツールホルダが挿入されているツールポットを
示す斜視図。

【図９】搬送手段の他の実施例を示す概略図。

【図１０】ツールポットとガイドプレートの係合状態を
示す概略図。

【符号の説明】

１ マシニングセンタ ４ スピンドルヘッド ５ テーブル ６ 自動工具交換アーム ７ ツールホルダ ９ 主軸 １０ ツールマガジン １１ マガジン本体 １２ ツールポット １３ ツールポット搬送手段 １４ シリンダ・ピストン機構 ３０ 自動開閉式ドア

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のツールポット（１２）をマガジン
   本体（１１）にインデックス可能に設定し、各ツールポ
   ット（１２）は全体的に筒型であって、下側からツール
   ホルダ（７）を差し込む形になっており、各ツールポッ
   ト（１２）の上部にはスプリングとボールからなる保持
   手段が配置されていて、ツールホルダ（７）のスタッド
   ボルトを付勢固定し、かつ、ツールポット（１２）にツ
   ールホルダ（７）を固定して収容する構成にし、マガジ
   ン本体（１１）を工作機械の稼働部の外側に配置し、ツ
   ールホルダ（７）が工作機械主軸と同じ向きでツールポ
   ット（１２）に収容されるようにし、ツールポット搬送
   手段（１３）を設けてツールポット（１２）をマガジン
   本体（１１）から工具交換位置（Ａ）まで平行移動によ
   って搬送し、工具交換位置（Ａ）にあるツールポット
   （１２）と工作機械の主軸（９）との間で自動工具交換
   を行う構成にし、かつ、ツールポット（１２）に溝（１
   ２ａ）を互いに平行な２本の溝として形成し、マガジン
   本体（１１）内のマガジンプレート（１８）がツールポ
   ット（１２）の溝（１２ａ）に対応した凹所（１８ａ）
   を有し、その凹所（１８ａ）の境界部分とツールポット
   （１２）の溝（１２ａ）が係合するようにして、ツール
   ポット（１２）が凹所（１８ａ）に収容されるように
   し、かつ、マガジン本体（１１）と工具交換位置（Ａ）
   の間にガイドプレート（１６）を配置し、ツールポット
   （１２）に設けた溝（１２ａ）をガイドプレート（１
   ６）に係合させてツールポット（１２）を案内し、ツー
   ルホルダ（７）を収容したツールポット（１２）がマガ
   ジン本体（１１）内に収容される間と、ツールホルダ
   （７）を収容したツールポット（１２）がマガジン本体
   （１１）内から工具交換位置（Ａ）に平行移動によって
   搬送される間と、工具交換位置（Ａ）にあるツールポッ
   ト（１２）からツールホルダ（７）が抜き出されて主軸
   （９）に挿入されるまでの間に、ツールホルダ（７）が
   つねに平行移動して軸の向きが変化しないとともに、ツ
   ールホルダ（７）の軸周り方向の位置がつねに所定の軸
   周り方向の位置に特定された状態に保持されてツールポ
   ット搬送位置（Ｂ）以外の領域では、ツールポット（１
   ２）はその外側部分がハウジング（３１）の裾部内周に
   当接する形で周回し、ツールマガジン（１１）のツール
   ポット搬送位置（Ｂ）では、ハウジング（３１）の裾が
   開放されており、そこ にスライドブラケット（１５）が
   移動可能に配置されており、そのスライドブラケット
   （１５）は、ツールポット（１２）をツールポット搬送
   位置（Ｂ）と工具交換位置（Ａ）の間で往復移動させる
   ためのものであり、スライドブラケット（１５）は、ツ
   ールポット（１２）を挟んで搬送方向への推進力を伝え
   るようになっていることを特徴とする自動工具交換用ツ
   ールマガジン。
2. 【請求項２】 工具交換位置とマガジン本体（１１）と
   の間に自動開閉式のドア（３０）を設けたことを特徴と
   する請求項１に記載の自動工具交換用ツールマガジン。
3. 【請求項３】 ツールポット搬送手段（１３）がシリン
   ダ・ピストン機構（１４）や送りねじ機構（６０）のよ
   うな駆動装置によって駆動されることを特徴とする請求
   項１に記載の自動工具交換用ツールマガジン。