JPH01240245A - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の１　＼ 本発明は工作機械の自動工具交換装置の改良に関するも
ので、さらに詳しくは、自動工具交換の時間を短縮し、
生産性を向上させること、及び自動工具交換装置の構造
を簡略化し、安価で故障の少ない装置を提供すること、
さらには、自動工具交換における主軸及び工具のオリエ
ント機構をなくし簡略で安価な工作機械を提供すること
を主たる改良点とする工作機械の自動工具交換装置に関
するものである。

従来■肢術 この種工作機械の自動工具交換装置の構造を簡略化する
ものとして、例えば、特開昭５８−５１０４６号公報に
見られるように、１台の主軸モータにより主軸の回転と
工具マガジンの旋回とを行わせる提案がなされているが
、この提案は、主軸ヘッドが加工動作領域においてワー
クに加工を行うべく主軸の軸線方向に沿って下降し始め
ると、工具マガジンも一体的に下降し、ワークと干渉す
るという問題点があった。

上記問題点を改善するものとして、特開昭６０−１５５
３３８号公報に見られるような提案がなされている。

この提案は、工具の回転割出し可能な工具マガジンを主
軸ヘッドとは独立して基台上に立設固定されたコラムの
上方に固設されたフレーム上に主軸の軸線方向〔上下方
向〕へ移動自在に配設し、フレーム上に上下方向へ移動
自在に配設された主軸ヘッドの第１段階の復動（上昇動
作）により第１のカム機構を介して工具マガジンに取付
けた工具把持部材で主軸先端に装着されている加工済み
の工具を把持させ、主軸へ・ノドの第２階段の復動〔上
昇動作〕により第２のカム機構を介して主軸側の工具挟
持部材による工具の挟持を解除させ、更に主軸ヘッドの
第３階段の復動により主軸から工具を完全に離脱させ、
次いで工具マガジンを回転割出しした後、主軸ヘッドを
前記とは逆の階段的な往復〔下降〕動作で次の加工に使
用する工具を主軸に装着し、加工を行わせるようにした
ものである。

■　く　　しよξ支を課題 上記特開昭６０−１５５３３８号公報の提案は、第１の
カム機構と第２のカム機構とを必要とし、しかも、主軸
のオリエンＩ−機構を必要とするため、自動工具交換装
置の構造が複雑となるのみならず、主軸の回転を停止さ
せてからでなければ工具交換動作を行わせることができ
ないため、時間的ロスが発生し、生産性が低下するとい
う問題点があった。

■題点壬邂訣□すＡテ１戸列り段 本発明は従来の上記問題点に鑑み提案されたもので、回
転自在の環状鍔部を設けた工具ホルダと、環状鍔部を介
して工具ホルダを着脱可能に把持する工具マガジンと、
主軸先端に軸方向へ摺動可能で、常時スプリングにより
クランプ方向に押圧付勢されて主軸先端の工具装着体内
で工具ホルダをボールを介してクランプするクランプ筒
と、工具ホルダのクランプ時、クランプ筒を後方よりバ
ックアップするために主軸先端に設置されたバンクアッ
プシリンダと、主軸ヘッドの工具交換位置への後退移動
で、工具マガジンの取付台の一部に設けたカムによりン
クを介してクランプ筒をアンクランプ方向に作動させる
ために主軸ヘッドの先端に支持プラケットを介して設置
されたアンクランプレバ−と、主軸ヘッドの先端に設げ
られ、主軸先端に装着された工具ホルダの環状鍔部の位
置決め孔に係合する位置決めビンとを具備させたもので
ある。

イ咀 環状鍔部は、主軸が１転したままであっても、工具ホル
ダを工具マガジンへ戻したり、或いは、工具マガジンか
ら工具ホルダを受は取ることができ、工具交換時、主軸
の回転が完全に停止するのを持つ必要がない。

クランプ筒ば、主軸先端の工具装着体内に装着された工
具ホルダを、ボールを介してクランプし、かつ、このク
ランプ状態をバックアップシリンダでバックアップさせ
たため、工具ホルダのクランプが確実となる。

アンランプレバーは、主軸ヘッドの工具交換位置への後
退時、カムにより、リンクを介してクランプ筒をアンク
ランプ方向へ移動させ、クランプ筒による工具ホルダの
クランプを解除して工具交換を可能とする。

主軸ヘッド先端の位置決めピンは、主軸に装着された工
具ホルダの環状鍔部の位置決め孔と係合して、加工中に
おける環状鍔部の自由回転を防止する。

実施桝 第１図は本発明を横形マシニングセンタに適用した実施
例の正面図、第２図はその平面図、第３図はその右側面
図であって、これらの図において、（１）はベツド、（
２）は号ドル、（３）はコラム、（４）は主軸ヘッド、
（５）は主軸、（６）は工具マガジンである。

ベツド（１）上にはサドル（２）が第１図で左右方向〔
以下Ｘ軸方向と称す〕に摺動可能に載置され、Ｘ軸モー
タ（７）によりボールねし及びポールナソ］・〔図示省
略〕を介してＸ軸方向に制御移動可能とされている。

サドル（２）上にはコラム（３）が第１図で前後方向〔
以下Ｘ軸方向と称す〕に摺動可能に載置されＺ軸モータ
（８）によりボールねし及びボールナツト（図示省略〕
を介してＺ軸方向に制御移動可能とされている。

コラム（３）には主軸ヘッド（４）が第１図で上下方向
〔以下Ｙ軸方向と称す〕に摺動可能に載置され、Ｙ軸モ
ータ（９）によりボールねし及びボールナツト〔図示省
略〕を介してＹ軸方向に制御移動可能とされている。

主軸ヘッド（４）には主軸（５）が回転可能に軸承され
ており、主軸ヘッド（４）に取付けた主軸駆動モータ（
１０）により回転駆動可能とされてい乙。

工具マガジン（６）は、第４図に示す様に、マガジン取
付台（１１）に枢軸（１２）を介して回転可能に枢着さ
れ、該マガジン取付台（１１）に装着した減速機能付き
のモータ（１３）により、適宜の伝動機構（１４）を介
して割出回転可能とされている。第４図では上記伝動機
構（１４）として、モータ（１３）の出力軸（１３ａ）
に傘歯車（１４ａ）を連結し、この傘歯車（１４ａ）に
噛合する傘歯車（１４ｂ　）の軸（１４Ｃ）上にインデ
ックスバレルカム（１４ｄ）を設け、このインデックス
バレルカム（１４ｄ）に噛合するローラ構造のカム従動
子（１４ｅ　）を工具マガジン（６）に装着してモータ
（１３）の動力を工具マガジン（６）に伝えるようにし
た場合を例示している。

。マガジン取付台（１１）は、第１図に示す様に、Ｙ軸
方向に平行なガイドロッド（１５）　　（１５）にＹ軸
方向へ摺動可能に装着されており、このガイドロッド（
１５）　　（１５）は、その下端をサドル（２）にプラ
テンＩ−（１６）を介して固着し、上端をコラム（３）
にブラケット（１７）を介しく８） てＺ軸方向へ摺動可能に係合支持させている。

上記ブラケット（１７）のコラム（３）への係合支持構
造は、一方にＺ軸方向のガイドレール等の摺動案内溝を
設け、他方にガイドローラ等の摺動子を設けて実施され
る。

上記マガジン取付台（１１）はまた、主軸ヘッド（４）
にＹ軸方向へは一体的に移動するが、Ｚ軸方向には摺動
可能に係合支持させるものである。上記マガジン取付台
（１１）の主軸ヘッド（４）への係合支持構造は、一方
にＺ軸方向のガイドレール等の摺動内溝を設け、他方に
ガイド−ローラ等の摺動子を設けて実施される。

上記構成によって、主軸ヘッド（４）と、工具マガジン
（６）とは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に一体的に移動し、
Ｚ軸方向には、主軸ヘッド（４）のみが移動可能となる
。

工具マガジン（６）は、第４図及び第５図に示す様に円
盤状をなし、多数の工具ホルダ（１８）を放射状に装着
できるように構成されており、各工具ホルダ装着位置に
は主軸（５）及び主軸ヘッド（４）の先端部が通過でき
る開口部（６ａ）を有している。この開口部（６ａ）は
、環状孔でもよいが、重量軽減及び小型化等のために略
Ｕ字形の切欠開口部とした場合を図示している。

上記開口部（６ａ）には工具把持具（１９）が取付けら
れている。工具把持具（１９）は工具ホルダ（１８）の
基部付近に設けた環状鍔部（１８ａ）を嵌合し得る環状
孔（１９ａ）を有し、がっ、この環状孔（１９ａ）の周
囲に適当な間隔で配置された複数個のロックボール（１
９ｂ　）を有する。

各ロックポール（１９ｂ　）は、工具把持具（１９）の
半径方向に形成された案内孔（１９ｃ）内に、環状孔（
１９ａ）の内周面に向けて出没可能に収容され、常時ス
プリング（１９ｄ）により内方へ突出付勢されており、
調整ねじ（１９ｅ　）によってスプリング（１９ｄ）の
弾力を調整可能とされている。

工具マガジン（６）の開口部（６ａ）と工具把持具（１
９）の環状孔（１９ａ）とは略相僚形とされ、かつ、開
口部（６ａ）を環状孔（１９ａ）より若干小径として、
工具把持−＝、ｏ９）の環状孔（１９ａ）に工具ホルダ
（１８）の環状鍔部（１８２）を嵌合した時、環状鍔部
（１８ａ）が工具マガジン（６）の開口部（６ａ）の周
縁に当接係止されるようになされている。

工具ホルダ（１８）は、基部にテーパーシャンク部（１
８ｂ　）を有し、先端側に切削工具が直接形成されたり
、或いは、着脱可能に装着されるもので、基部付近外周
に軸受（１８Ｃ）を介して環状鍔部（１８ａ）が回転可
能に装着しである。

上記環状鍔部（１８ａ　）の外周面には、工具把持具（
１９）のロックボール（１９ｂ　）が係合する環状係止
溝（１８ｄ）が形成してあり、工具ホルダ（１８）の環
状鍔部（１８ａ）を工具把持具（１９）の環状孔（１９
ａ）に嵌合した時、ロックボール（１９ｂ　）が環状係
止溝、（Ｈ３ｄ）に係合して工具ホルダ（１８）を工具
マガジン（６）の工具把持具（１９）に把持させるもの
である。

上記環状鍔部（１８ａ）には、位置決め孔（１８ｆ　）
が設けられ、これと対応して主軸ヘッド（４）の先端に
位置決めピン（３４）が突設され、この構成によって、
加工中におりる環状鍔部（１８ａ）の自由回転が防止さ
れる。

主軸（５）は軸受り（２０）を介して主軸ヘッド（４）
内に回転可能に貫通装着され、この上軸（５）の先ｉａ
、二は工具ホルダ（１８）のテーパーャンク部（１８ｂ
）を嵌合するテーパー孔（５ａ）を有する工具装着体（
５ｂ）が固着されており、この工具装着体（５ｂ）のテ
ーパー孔（５ａ）内に向けて出没可能な複数個のボール
（５Ｃ）が装着されている。工具ホルダ（１８）のテー
バシャンク部（１８ｂ　）には、」１記ボール（５Ｃ）
が保合する環状係止溝（１８ｅ）が形成されている。

工具装着体（５ｂ）のり（周には、先端内周面にテーパ
ー孔（２１ａ　）　を有するクランプ筒（２１）が軸線
方向に摺動可能に装着され１．二のクランプ筒（２１）
は、スプリング（２２）により常時先端方向に押圧付勢
され、先端内周面のテーパー孔（２１ａ　）によりボー
ル（５Ｃ）を工具装着体（５ｂ）のテーパー孔（５ａ）
内に突出させろようになされている。主軸（５）の先端
とクランプ筒（２１）との間には、パンクアップシリン
ダ（２３ａ　）とピストン（２３ｂ　）が設けられ、ク
ランプ筒（２１）を介しての工具ホルダ（１８）のクラ
ンプを確実にするようにしている。上記ビスｌ−ン（２
３ｂ）は主軸（５）の先端に固着され、・このピストン
（２３ｂ　）に対してバックアップシリンダ（２３ａ　
）が摺動可能に装着され、クランプ時、主軸（５）内を
経由してピストン（２３ｂ　）内からバックアンプシリ
ンダ（２３ａ）内に油圧又は空気圧が供給される。主軸
（５）の先端に装着される工具ホルダ（１８）のクラン
プは、加工中は勿論、自動工具交換動作かわれるとき以
外はクランプされるように上記バックアンプシリンダ（
２３ａ）への油圧又は空気圧の供給が制御される。

上記クランプ筒（２１）にクランプ解除動作を与える機
構は次のような構成からなっている。

即ち、第８図〜第１０図に示す様に、主軸ヘッド（４）
の先端に支持ブラケット（２４）が固着され、この支持
ブラケソｌ−（２４）の先端にアンクランプレバ−（２
５）の上端両側耳部が枢軸（２６）を介してクランプ筒
（２１）の摺動方向に揺動可能に枢若しである。このア
ンクランプレバ−（２５）の下端は、クランプ筒（２１
）に跨がる２股状としである。そして、アンクランプレ
バ−（２５）の上端−側耳部は、後方へ一連に屈曲延長
され、この延長端には、後方に向けて開口するスリン１
（２５ａ）が形成しである。一方、支持ブラケット（２
４＞の後端−側には、枢軸（２９）を介してリンク（２
８）の中間部が上下に揺動可能に枢着してあり、このリ
ンク（２８）の先端にピン（２７）を取付け、このピン
（２７）をアンクランプレバ−（２５）の後端のスリッ
ト（２５ａ）に係合させである。」二記リンク（２８）
の後端には、カム従動子（３０）が取付けてあり、この
カム従動子（３０）に対応して、マガジン取付台（１１
）にカム（３１）が設置しである。この構成によって、
主軸ヘッド（４）が工具交換位置へ後退する時、カム従
動子（３０）がカムり３１）に圧下され、リンク（２８
）を経　由してアンクランプレバ−（２５）の先端でク
ランプ筒（２１）を後退方向へ移動させ、ポール（５ｃ
）による工具ホルダ（Ｉ８）のクランプを解除するもの
である。尚、アンクランプレバ−（２５）の先端２股状
部にばローラ（３２）　　（３２）が設けである。

以上が本発明の実施例の構成であって、次にその動作を
説明する。

Ｘ軸モータ（７）　、Ｚ軸モータ（８）及びＹ軸モータ
（９）は、ＮＧ制御装置（３３）に与えられたＮＣ指令
により動作し、各軸の動作量が口・−タリーエンコーダ
等のセンサを介してフィードハックされ、指令値とフィ
ードバック値とを比較し乍らＮＣ加工が遂行される。本
実施例の横形マシンニングセンタば、コンヘア或いはロ
ーダ等で前面の加工位置へ搬入位置決めされたワークに
対して、自己の受持ち分の加工を次々に実行し、１つの
ワークへの加工が終了すれば、当該ワークは次工程に送
られ、次の新しいワークが搬入されて、このワークに対
Ｕ７て加工を行ない、終了すれば送り出す動作を反復継
続する。

上記ワークの加工において、複数の工具を自動的に交換
し乍ら加工が行われるもので、この工具の交換に当って
は、先ず、主軸ヘッド（４）がＺ軸モータ（８）により
コラム（３）と共にＺ軸方向に後退勤Ｌ７、この方向に
は工具マガジン（６）サドル（２）に一体となって不動
であるから　主軸ヘット　（４）が］二１マガジン（６
）に対して後退動作し、主軸（５）に装着されている工
具ホルダ（１８）を工具把持具（１９）に嵌合さこせる
ことになる。この時点になると、マガジン取付台（１１
）に固着したカム（３１）にリン、’／　（２８）の後
端のカム従動子（３０）が乗り上げて第９図に示す様に
リンク（２８）を反時計方向に回動させ、アンクランプ
レバ−（２５）を時計方向に回動させてクランプ筒（２
１）を後退勤さ辻、クランプを解除するので、主軸ヘッ
ド（４）をさらに後退勤させると工具装着体（５ｂ）か
ら工具ホルダ（１８）が抜ける。即ち、工具ホルダ（１
Ｂ）は、工具マガジン（６）の開口部（６ａ）の周縁で
止められるため、ボール（５ｃ）は工具ホルダ（１８）
のテーパーシャンク部（１８ｂ　）の環状係止溝（１８
ｅ　’）から脱出する。そして、工具装着体（５ｂ）の
先端が工具マガジン（６）の各工具ホルダ（１８）と干
渉しない位置まで主軸ヘッド（４）を後退させると、工
具マガジン（６）がモータ（１３）により割出回転され
て次の加工で使用する工具を装備した工具ホルダ（１８
）が主軸（５）の軸線上に割出される。そうすると主軸
ヘッド（４）が前進動作し、新しい工具ホルダ（１８）
を工具装着体（５ｂ）で把持し、さらに前進して工具ホ
ルダ（１８）を］−具具マガジン６）の工具把持具（１
９）から離脱させてワークの加工に向う。ワークの加工
が終了すれば前記した工具交換動作を反復する。

主軸ヘッド（４）のＺ軸方向の動作範囲は、大部分を占
める加工範囲と残部分を占める工具交換範囲に区画され
て制御される。

自動工具交換に当って、工具ホルダ（１日）は環状鍔部
（１８ａ）を軸受（１８ｃ）を介して回転可能に装着し
、でいるため、主軸（５）の回転を停止させることなく
工具交換を実施できる。

上述の実施例は、横形マシニングセンタに適用した場合
を示しているが、縦形マシニングセンタにも通用可能で
ある。

ル吋佼処果 本発明乙こよれば、主軸を回転させたままで二［具交換
を実行でき、自動工具交換の時間を短縮し、仕度製の向
−）二が図れ、かつ、自動工具交換装置の構造を簡略化
でき、故障の少ない安価あ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１１ｖｌは本発明の横形マシニングセンタに適用した
実施例の正面図１．第２図はその平面図第３図はその右
側面図、第４図は主軸と二［具マガジンとの関係を示す
横断平面図、第５図は第４図の要部拡大断面図、第６図
はＺ［具ホルダーの一部破断側面図、第７図は工具把持
具の拡大正面図、第８図母レバー機構の拡大平面図、第
９図はその側面図、第１０図はその正面図である。 （４）　−主軸ヘッド、　　（５）−主軸、（５ｂ）　
−工具装着体、　　（６）−工具マガジン、（６ａ）　
−関口部、　　　　（７）　−−−Ｘ軸モータ、（８）
　−Ｚ軸モータ、　　（９）−Ｙ軸モータ、（１０）　
−主軸駆動モータ、 （１１）　−マガジン取付台、 （１８）−工具ボルダ、　　（１８ａ　）　−環状鍔部
、（１８ｂｌ−・テーバシャンク部、 （１９）　−工具把持具、　　（２１）−クランプ筒、
（２３ａ　”）−ｍ−バックアップシリンダ、（２３ｂ
　）　−ピストン、 （２５）−アンクランプレバ−１ （２Ｂ）　−リンク、　　　　（３０）　−カム従動子
、（３１）　−カム、　　　　　（３４）　−位置決め
ビン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転自在の環状鍔部を設けた工具ホルダと、 環状鍔部を介して工具ホルダを着脱可能に把持する工具
   マガジンと、 主軸先端に軸方向へ摺動可能で、常時スプリングにより
   クランプ方向に押圧付勢されて主軸先端の工具装着体内
   で工具ホルダをボールを介してクランプするクランプ筒
   と、 工具ホルダのクランプ時、クランプ筒を後方よりバック
   アップするために主軸先端に設置されたバックアップシ
   リンダと、 主軸ヘッドの工具交換位置への後退移動で、工具マガジ
   ンの取付台の一部に設けたカムによリンクを介してクラ
   ンプ筒をアンクランプ方向に作動させるために主軸ヘッ
   ドの先端に支持ブラケットを介して設置されたアンクラ
   ンプレバーと、 主軸ヘッドの先端に設けられ、主軸先端に装着された工
   具ホルダの環状鍔部の位置決め孔に係合する位置決めピ
   ンとを具備させたことを特徴とする工作機械の自動工具
   交換装置。