JPH0226594Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、工作機械の自動工具交換装置に関
し、特に工作機械の主軸回転を１対の歯車噛み合
い機構を介して工具収納用の工具マガジン側に伝
達することにより、簡便、正確にかつ円滑に所望
の工具割り出しを行うべく、工具マガジンの割出
回転を行う新規な自動工具交換装置（以下、
ATC装置という）に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to an automatic tool changer for a machine tool, and in particular, the invention relates to an automatic tool changer for a machine tool. A new automatic tool changer (hereinafter referred to as
(referred to as ATC device).

〔従来技術〕[Prior art]

工作機械のATC装置において工具マガジンの
割出回転を発生する機構には種々の方式が提供さ
れており、工作機械の主軸の軸線方向における往
復動作を利用して工具マガジンの割出回転を発生
するようにしたATC装置を例えば、特開昭54−
53373号公報等に開示されたものが提供されてい
る。 Various mechanisms are available for generating index rotation of the tool magazine in the ATC device of a machine tool, and index rotation of the tool magazine is generated using the reciprocating motion in the axial direction of the main spindle of the machine tool. For example, an ATC device designed as
What is disclosed in Publication No. 53373 and the like is provided.

〔考案が解決すべき課題〕[Problems that ideas should solve]

然しながら自動工具交換動作を更に高精度のも
とに迅速化して工具交換時間を短縮し、工作機械
の作業能率を改善することがたえず要望されてい
る。しかも、自動工具交換装置を達成するに当た
り、割り出し位置が回転伝達機構の回転検出にも
唯１つの回転検出器を用い、低コストの基に実現
することが要請されている。依つて本考案の目的
はこのような要望を満たすことが可能であると共
にコンパクトに形成した工作機械のATC装置を
提供することにあり、特に主軸側と工具マガジン
側とに設けた工具交換に当たり噛合し、工具交換
後に解離する１対の歯車機構からなる回転伝達手
段を介して主軸の回転により工具マガジンの工具
割出回転を起生し、かつ正確に主軸位置に工具マ
ガジンの各工具を割出し得るようにした新規構造
の自動工具交換装置を提供せんとするものであ
る。 However, there is a constant need to speed up automatic tool changing operations with higher accuracy, shorten tool changing time, and improve the working efficiency of machine tools. Moreover, in order to achieve an automatic tool changer, it is required to use only one rotation detector to detect the rotation of the rotation transmission mechanism and to realize the index position at a low cost. Therefore, the purpose of the present invention is to provide an ATC device for machine tools that can meet these demands and is compactly formed. The tool indexing rotation of the tool magazine is caused by the rotation of the spindle through a rotation transmission means consisting of a pair of gear mechanisms that are disengaged after tool exchange, and each tool in the tool magazine is accurately indexed to the spindle position. It is an object of the present invention to provide an automatic tool changer with a new structure.

〔解決手段と作用〕[Means of solution and action]

すなわち、本考案によれば、数値制御装置と、
下端に工具装着孔を有した立形主軸と、前記立形
主軸に結合されて同主軸の回転角度位置を検出す
る回転角度位置検出器と、前記立形主軸の下端部
に共に回転するように装着された駆動ベベル歯車
と、前記立形主軸の主軸頭に沿つて相対上下摺動
可能に係合されると共に該主軸頭にばねを介して
取付けられ、かつ、同主軸頭と一体に上下動作可
能に保持されたスライダーと、前記スライダーか
ら斜めに突出した斜軸に回転可能に装着されると
共に前記主軸の駆動ベベル歯車に噛合可能な被駆
動ベベル歯車を備えた工具マガジンと、前記主軸
頭が上下方向の一定高さに達したとき、前記スラ
イダーに対して前記主軸頭のみを上下に移動自在
にするスライダー停止用のストツパーとを具備
し、前記工具マガジンの被駆動ベベル歯車は該工
具マガジンに収納する工具数の整数倍の歯数を有
すると共に前記斜軸の傾斜角に対応した傾きを有
するベベル歯車として形成され、前記主軸側の駆
動ベベル歯車を前記回転角度位置検出器と前記数
値制御装置とによつて、一定回転角度位置に回転
位置決めすることにより、前記駆動、被駆動ベベ
ル歯車を円滑かつ確実に噛合させ、その後に、該
駆動、被駆動ベベル歯車を前記回転角度位置検出
器と数値制御装置とにより、所望の回転角度位置
に回転位置決めすることにより、前記工具マガジ
ン内の所望の工具の工具割り出しをおこない工具
割り出し後に前記主軸頭の下動に従つて該所望の
工具を主軸の下端に装着するようにしたことを特
徴とする工作機械の工具交換装置が提案される。
以下、本考案を添付図面に示す実施例に基き詳細
に説明する。 That is, according to the present invention, a numerical control device;
a vertical spindle having a tool mounting hole at its lower end; a rotation angle position detector coupled to the vertical spindle to detect the rotational angular position of the spindle; The mounted drive bevel gear is engaged with the vertical spindle so that it can relatively slide up and down along the spindle head, is attached to the spindle head via a spring, and moves up and down integrally with the spindle head. a tool magazine comprising a slider held in a manner that is removable; a driven bevel gear rotatably mounted on a diagonal shaft projecting obliquely from the slider; and a stopper for stopping the slider, which allows only the spindle head to move vertically relative to the slider when a certain height in the vertical direction is reached, and the driven bevel gear of the tool magazine is connected to the tool magazine. The bevel gear is formed as a bevel gear having an integral multiple of the number of tools to be stored and has an inclination corresponding to the inclination angle of the oblique shaft, and the driving bevel gear on the main shaft side is connected to the rotation angle position detector and the numerical control device. The driving and driven bevel gears are smoothly and reliably engaged by rotationally positioning them at a constant rotational angular position, and then the driving and driven bevel gears are connected to the rotational angular position detector and the numerical value. The control device performs tool indexing of a desired tool in the tool magazine by rotationally positioning it at a desired rotation angle position, and after tool indexing, the desired tool is moved to the lower end of the spindle according to the downward movement of the spindle head. A tool changing device for a machine tool is proposed, which is characterized in that it is attached to a machine tool.
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.

〔実施例〕〔Example〕

第１図は本考案によるATC装置の一実施例を
具備した数値制御工作機械の全体的機構を示す略
示機構図、第２図は同ATC装置における工具交
換時の工作機械主軸と工具マガジンとの相対位置
関係を示す略示機構図である。 Fig. 1 is a schematic mechanical diagram showing the overall mechanism of a numerically controlled machine tool equipped with an embodiment of the ATC device according to the present invention, and Fig. 2 shows the machine tool spindle and tool magazine during tool exchange in the ATC device. It is a schematic mechanical diagram showing the relative positional relationship of the

第１図において、工作機械の主軸頭１０は機械
本体のコラム（図示なし）に上・下方向に対し
上・下方向（Ｚ軸方向）に安定移動可能に設けら
れると共に内部に縦主軸１２を軸受手段を介して
回転可能に支持している。この主軸頭１０の下方
には工作機械の固定基台１４にワークテーブル１
６が上記Ｚ軸と直交する水平面内で直角な二軸方
向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に摺動可能に載置さ
れ、該ワークテーブル１４上にワークＷが取付け
られている。NC工作機械においては、上述した
主軸頭１０のＺ軸方向の移動、主軸１２の回転、
ワークテーブル１６のＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動
はそれぞれ数値制御装置１８（以下、NC装置）
の指令によつて制御される作動手段によつて制御
作動されるように構成されており、上述した主軸
頭１０のＺ軸方向の移動はNC装置１８の指令信
号NCZによつて制御されるサーボモータからな
るＺ軸送りモータ２０と、このＺ軸送りモータ２
０により適宜の減速機構２２を介して回転作動さ
れるＺ軸送りねじ２４および主軸頭１０に設けら
れ上記Ｚ軸送りねじ２４に係合したナツト２６か
らなる送りねじ機構とによつて形成されるＺ軸送
り作動手段により作動され、このとき主軸頭１０
は前述したコラムに沿つてＺ軸方向に移動するも
のである。また主軸１２の回転はNC装置１８か
らの指令信号NCSによつて制御されるサーボモ
ータからなる主軸モータ２８とこの主軸モータ２
８の出力軸および主軸１２の間に設けられたベル
トプーリ機構３０とからなる主軸回転作動手段に
より作動される。そしてこの主軸１２の回転速度
はタコゼネレータからなる回転速度計３２より回
転速度信号SVがNC装置１８に送出されることに
より主軸１２の回転速度を所要の加工速度に制御
するように構成されている。更にワークテーブル
１６のＸ軸方向およびＹ軸方向の移動はそれぞれ
NC装置１８から指令信号NCX‖NCYによつて
制御されるサーボモータからなるＸ軸送りモータ
３４、Ｙ軸送りモータ３６と、これらの送りモー
タ３４‖３６によつて回転作動されるＸ軸送りね
じ３８、Ｙ軸送りねじ４０とによつて形成される
Ｘ軸送り作動手段およびＹ軸送り作動手段により
それぞれ作動される。また主軸１２の回転角度位
置はタイミングベルトと歯付プーリとからなる精
密な角度伝達手段４２を介して周知のポジシヨン
コーダ４４によつて検出され、この検出信号SP
もNC装置１８に送られており、従つてこの検出
信号SPをNC装置１８によつて検知することによ
り、主軸モータ２８によつて回転作動される主軸
１２を機械本体に対し所望の回転角度位置に位置
決めすることも可能に形成されているのである。
４６は上述した主軸頭１０に一体に固着形成され
た腕又はブラケツトであり、このブラケツト４６
と後述するATC装置のスライダ７０との間にば
ね４８が張設されている。また５０は機械本体の
一部５２に取付けられたストツパであり、後述の
如く上記スライダ７０と対向する位置に設けられ
ている。 In FIG. 1, a spindle head 10 of a machine tool is installed in a column (not shown) of the machine body so that it can move stably in the upward and downward directions (Z-axis direction), and also has a vertical spindle 12 inside. It is rotatably supported via bearing means. Below this spindle head 10, a work table 1 is mounted on a fixed base 14 of the machine tool.
6 is placed so as to be slidable in two orthogonal axes directions (X-axis direction and Y-axis direction) within a horizontal plane perpendicular to the Z-axis, and a workpiece W is mounted on the worktable 14 . In the NC machine tool, movement of the spindle head 10 in the Z-axis direction, rotation of the spindle 12,
The movement of the work table 16 in the X-axis direction and the Y-axis direction is controlled by a numerical control device 18 (hereinafter referred to as an NC device).
The movement of the spindle head 10 in the Z-axis direction is controlled by a servo controlled by a command signal NCZ of the NC device 18. Z-axis feed motor 20 consisting of a motor, and this Z-axis feed motor 2
The Z-axis feed screw 24 is rotatably operated by the Z-axis speed reduction mechanism 22 via an appropriate speed reduction mechanism 22, and a feed screw mechanism consisting of a nut 26 provided on the spindle head 10 and engaged with the Z-axis feed screw 24. It is operated by the Z-axis feed operating means, and at this time the spindle head 10
moves in the Z-axis direction along the aforementioned column. The rotation of the main shaft 12 is controlled by a main shaft motor 28 consisting of a servo motor, which is controlled by a command signal NCS from an NC device 18.
8 and a belt pulley mechanism 30 provided between the main shaft 12. The rotation speed of the main spindle 12 is controlled to a required machining speed by sending a rotation speed signal SV to the NC device 18 from a tachometer 32 consisting of a tacho generator. Furthermore, the movement of the work table 16 in the X-axis direction and the Y-axis direction is
An X-axis feed motor 34 and a Y-axis feed motor 36, each consisting of a servo motor controlled by a command signal NCX‖NCY from the NC device 18, and an X-axis feed screw rotated by these feed motors 34‖36. 38 and Y-axis feed screw 40, respectively. Further, the rotational angular position of the main shaft 12 is detected by a well-known position coder 44 via a precise angle transmission means 42 consisting of a timing belt and a toothed pulley, and the detection signal SP
The detection signal SP is also sent to the NC device 18, and by detecting this detection signal SP by the NC device 18, the main shaft 12 rotated by the main shaft motor 28 is moved to a desired rotational angular position with respect to the machine body. It is also formed to allow positioning.
Reference numeral 46 denotes an arm or bracket that is fixedly formed integrally with the spindle head 10 described above, and this bracket 46
A spring 48 is stretched between the slider 70 of the ATC device, which will be described later. Further, 50 is a stopper attached to a part 52 of the machine body, and is provided at a position facing the slider 70 as described later.

さて、本考案による自動工具交換（ATC）装
置６０は工具マガジン６２を有し、この工具マガ
ジン６２は切頭錐体形状を有したマガジン本体６
４を備え、このマガジン本体６４の周部に略等ピ
ツチで複数の工具T₁…T_o等を収納する複数の工
具収納孔が設けられている。このマガジン本体６
４はマガジン胴６６に固定され、該マガジン胴６
６は回転軸受手段（図示なし）を内部に有し、斜
軸６８のまわりに回転可能に軸承されている。そ
してマガジン本体６４が回転すると、上記複数の
収納孔が順次、主軸１２の直下を通過するように
構成されている。一方、上記斜軸６８はその上端
がスライダ７０の略中央部に固着され、またスラ
イダ７０は主軸頭１０の一側面に形成された上・
下案内部５４との間で上・下方向に摺動可能なよ
うに摺動部７２‖７２を有している。またスライ
ダ７０の上端には既述のばね４８の下端が固定さ
れており、このばね４８の上端はブラケツト４６
に固定されるとともに該ばね４８は、スライダ７
０がストツパ５０に当接していない第１図の状態
では一定のばね張力を保持し、つまりブラケツト
４６の上端部分に向けてスライダ７０を介して
ATC装置６０を引き上げている。ここで第１図
に示す状態ではATC装置６０のマガジン本体６
４に収納された複数の工具T₁…T_oのうちの１つ
の工具T₁を有した収納孔が工具主軸１２の下端
に形成された工具受孔（図示なし）と上・下方向
に整合し、かつ工具T₁が該工具受孔に装着され
ており、この位置（以下、Ｚ軸原点位置という。）
から主軸頭１０がワークＷに向けて下降し、主軸
モータ２８の作動によつて主軸１２が回転すると
ワークＷに対して機械加工を施すことができるの
である。なお、各工具T₁…T_o等にはそれぞれ工
具主軸１２の工具受孔に密嵌締着される工具アー
バ５６が具備されていることは周知のとおりであ
る。さて、工具マガジン６２のマガジン胴６６の
上端にはベベル歯車７４が斜軸６８と同心に固定
配置されており、一方、主軸頭１０の下端には主
軸１２と共に一体回転するベベル歯車５８が装着
されている。これらの両ベベル歯車７４‖５８は
互いに噛合係合可能なように例えばインボリユー
ト歯の場合には同一モジユールの歯を有している
が一定の減速率が得られるように工具マガジン６
２側のベベル歯車７４が主軸頭１０側のベベル歯
車５８より大径、従つて大歯数を有するように形
成されている。そして主軸頭１０およびATC装
置６０が上述した第１図のＺ軸原点位置およびそ
の下方の機械加工領域に位置している場合には上
記ベベル歯車５８と７４は確実に非噛合状態に解
離されており、ATC装置６０は作動停止状態に
なつている。 Now, the automatic tool changer (ATC) device 60 according to the present invention has a tool magazine 62, and this tool magazine 62 has a magazine body 6 having a truncated pyramid shape.
4, and a plurality of tool storage holes for storing a plurality of tools _{T 1} . This magazine body 6
4 is fixed to the magazine cylinder 66, and the magazine cylinder 6
6 has a rotary bearing means (not shown) inside and is rotatably supported around a diagonal shaft 68. When the magazine main body 64 rotates, the plurality of storage holes are configured to pass directly under the main shaft 12 one after another. On the other hand, the upper end of the oblique shaft 68 is fixed to the approximate center of the slider 70, and the slider 70 has an upper end formed on one side of the spindle head 10.
It has a sliding part 72|72 so that it can slide upwardly and downwardly between the lower guide part 54. Further, the lower end of the spring 48 mentioned above is fixed to the upper end of the slider 70, and the upper end of this spring 48 is connected to the bracket 46.
The spring 48 is fixed to the slider 7
In the state shown in FIG. 1 in which the bracket 46 is not in contact with the stopper 50, a constant spring tension is maintained;
The ATC device 60 is being pulled up. In the state shown in FIG. 1, the magazine body 6 of the ATC device 60 is
A storage hole containing one tool T 1 of the plurality of tools T ₁ ...T _o stored in the tool spindle ₁₂ is aligned upwardly and downwardly with a tool receiving hole (not shown) formed at the lower end of the tool spindle 12. At the same time, the tool _T1 is installed in the tool receiving hole, and this position (hereinafter referred to as the Z-axis origin position)
Then, the spindle head 10 descends toward the work W, and when the spindle 12 is rotated by the operation of the spindle motor 28, the work W can be machined. Note that, as is well known, each of the tools T _{1 , .} . Now, at the upper end of the magazine barrel 66 of the tool magazine 62, a bevel gear 74 is fixedly arranged concentrically with the diagonal shaft 68, and on the other hand, at the lower end of the spindle head 10, a bevel gear 58 that rotates integrally with the main shaft 12 is attached. ing. Both of these bevel gears 74‖58 have teeth of the same module in the case of involute teeth so that they can mesh with each other, but the tool magazine 6 has teeth of the same module so that a constant deceleration rate can be obtained.
The bevel gear 74 on the second side is formed to have a larger diameter and therefore a larger number of teeth than the bevel gear 58 on the spindle head 10 side. When the spindle head 10 and the ATC device 60 are located at the Z-axis origin position shown in FIG. Therefore, the ATC device 60 is in an inactive state.

次にATC装置６０が作動して主軸頭１０の主
軸１２に装着された工具T₁を他の工具に交換す
る自動工具交換動作について以下に説明する。 Next, an automatic tool exchange operation in which the ATC device 60 operates to exchange the tool T ₁ mounted on the spindle 12 of the spindle head 10 with another tool will be described below.

工具交換時には先ず主軸頭１０と工具マガジン
６２はワークＷに対する機械加工領域から上述し
た一定のＺ軸原点位置までＺ軸送り作動手段の作
動により上昇復帰する。またこの上昇復帰動作中
に主軸頭１０の主軸１２が主軸モータ２８の作動
によつて回動作動されることによりベベル歯車５
８も一体に回転作動され、このときポジシヨンコ
ーダ４４によつて主軸１２の回転角度位置が検出
されることにより主軸１２、従つてベベル歯車５
８を一定の回転角度位置に位置決めする所謂オリ
エンテーシヨン動作がおこなわれる。このオリエ
ンテーシヨン動作によつて位置決めされる一定の
回転角度位置ではベベル歯車５８の予め選定され
た一歯が工具マガジン６２のベベル歯車７４の歯
と噛合可能な位置に来て停止する。一方、工具マ
ガジン６２のベベル歯車７４においては、マジガ
ン本体６４に形成された複数の工具収納孔におけ
る何れかの工具収納孔が主軸１２の工具受孔と整
合する位置に回動されているとき該ベベル歯車７
４の歯は必ず同一位相、つまり例えば歯の谷位相
がいずれの工具収納孔の場合にも主軸頭１０のベ
ベル歯車５８に最接近した位置に到来しているよ
うに予め歯数が設計埋選定されかつ組付けられて
いる。このような設計、組付条件ではマガジン本
体６４に設けられている工具収納孔の数Ｎとベベ
ル歯車７４の歯数Ｍとの間には常にＭ＝Ｉ×Ｎ，
Ｉ…整数、なる関係が確立されている。勿論、上
述においてベベル歯車７４の歯の山位相がいずれ
の工具収納孔の場合にも主軸頭１０のベベル歯車
５８に最接近した位置に到来しているように組付
けるようにしてもよいことは言うまでもない。そ
して工具マガジン６２のベベル歯車７４の歯の谷
位相が主軸頭１０のベベル歯車５８に最接近した
位置に到来するように組立、形成されている場合
には、上述のオリエンテーシヨン動作によつて主
軸頭１０のベベル歯車５８における選定された一
歯は特定の歯の山位相がベベル歯車７４の歯の谷
と正しく整合した位置に位置決めされ、依つて後
述の両歯車５８，７４の相対接近動作に応じて円
滑にかつ確実に噛合係合することが可能になるの
である。一方、工具マガジン６２のベベル歯車７
４の歯の山位相が主軸頭１０のベベル歯車５８に
最接近した位置に到来するように組立、形成され
ている場合には、上述のオリエンテーシヨン動作
によつて主軸頭１０のベベル歯車５８における選
定された一歯は特定の歯の谷位相がベベル歯車７
４の歯の山と正しく整合した位置に位置決めさ
れ、依つて後述の両歯車５８，７４の相対接近動
作に応じて円滑にかつ確実に噛合係合することが
可能になるのである。 At the time of tool exchange, the spindle head 10 and the tool magazine 62 are first raised and returned from the machining area for the workpiece W to the above-described constant Z-axis origin position by the operation of the Z-axis feed operating means. Also, during this upward return operation, the main shaft 12 of the main shaft head 10 is rotated by the operation of the main shaft motor 28, so that the bevel gear 5
8 is also rotated integrally, and at this time, the rotation angle position of the main shaft 12 is detected by the position coder 44, so that the main shaft 12, and thus the bevel gear 5
A so-called orientation operation is performed to position 8 at a constant rotational angle position. At a certain rotation angle position determined by this orientation operation, a preselected tooth of the bevel gear 58 comes to a position where it can mesh with a tooth of the bevel gear 74 of the tool magazine 62 and stops. On the other hand, in the bevel gear 74 of the tool magazine 62, when any one of the plurality of tool storage holes formed in the magic gun body 64 is rotated to a position where it is aligned with the tool receiving hole of the main shaft 12, Bevel gear 7
The number of teeth is designed and selected in advance so that the teeth No. 4 are always in the same phase, that is, the trough phase of the teeth is at the position closest to the bevel gear 58 of the spindle head 10 in any tool storage hole. installed and assembled. Under such design and assembly conditions, the relationship between the number N of tool storage holes provided in the magazine body 64 and the number M of teeth of the bevel gear 74 is always M=I×N.
The following relationship has been established: I...integer. Of course, in the above description, it is also possible to assemble the bevel gear 74 so that the tooth crest phase of the bevel gear 74 is closest to the bevel gear 58 of the spindle head 10 in any tool storage hole. Needless to say. If the tool magazine 62 is assembled and formed so that the tooth root phase of the bevel gear 74 reaches the position closest to the bevel gear 58 of the spindle head 10, the above-mentioned orientation operation A selected tooth of the bevel gear 58 of the spindle head 10 is positioned at a position where the peak phase of a specific tooth is correctly aligned with the valley of the teeth of the bevel gear 74, and thus the relative approaching movement of both gears 58 and 74, which will be described later, is achieved. Accordingly, it becomes possible to mesh and engage smoothly and reliably. On the other hand, the bevel gear 7 of the tool magazine 62
If the assembly and formation are such that the peak phase of the No. 4 teeth comes closest to the bevel gear 58 of the spindle head 10, the bevel gear 58 of the spindle head 10 will be moved by the above-described orientation operation. The selected tooth in the bevel gear 7 has a valley phase of a specific tooth.
The gears 58 and 74 are positioned in a position that correctly aligns with the teeth of the gears 58 and 74, thereby making it possible to engage them smoothly and reliably in accordance with the relative approaching motion of both gears 58 and 74, which will be described later.

上述のようにして主軸頭１０の主軸１２および
ベベル歯車５８のオリエンテーシヨン動作が完了
すると、主軸頭１０はＺ軸送りモータ２０を有し
たＺ軸送り作動手段の作動によりＺ軸原点位置か
ら上方の工具交換領域（ATC領域）で上昇作動
される。このとき、ATC装置６０はそのスライ
ダ７０を介してばね４８の張力によつて既述のよ
うにブラケツト４６に向けて引き上げられている
ので、工具マガジン６２も主軸頭１０と共に
ATC領域を一体となつて上昇する。そしてこの
上昇の間に第１図に示されていないカム手段等の
周知の適宜手段によつて主軸１２とその下端に装
着された工具T₁との間の締着が解除される。次
いでATC装置６０におけるスライダ７０の上端
がストツパ５０に当接する位置まで上昇すると工
具マガジン６２の上昇のみが停止され、スライダ
７０の摺動部７２，７２と主軸頭１０の上・下案
内部５４とによつて形成された既述の摺動構造に
より、主軸頭１０のみがばね４８のばね張力を増
加させながら継続して上昇動作する。この結果、
主軸１２の下端では工具T₁が工具主軸１２の工
具受孔から離脱し、マガジン本体６４の収納孔中
に残置される。そして第２図に示すように工具
T₁が工具主軸１２の工具受孔から完全に離脱し
たときベベル歯車５８は工具マガジン６２のベベ
ル歯車７４と噛合する。両歯車５８，７４が噛合
すると、Ｚ軸送り作動手段の作動は停止し、次い
でNC装置１８の指令信号NCRの指令で主軸モー
タ２８が作動され、ベルトプーリ機構３０を介し
て主軸１２、ベベル歯車５８が所望量に亘つて回
転作動されると、この回転はベベル歯車７４を介
して工具マガジン６２に伝達され、工具マガジン
６２も所望量だけ回転作動され、次に主軸１２に
装着されるべき工具、例えば工具T₃が主軸１２
の工具受孔の直下に割出される。すなわち、NC
装置１８に予め工具交換順序がプログラムされて
いることによつてこのプログラムに従う指令信号
NCRが主軸モータ２８に印加され、主軸１２の
回転作動量が制御されることにより、工具マガジ
ン６２の割出回転がベベル歯車５８，７４からな
る回転伝達手段によつて起生されるのである。し
かも主軸１２の回転角度位置は該主軸１２にタイ
ミングベルト機構からなる角度伝達手段４２を介
して係合されたポジシヨンコーダ４４によつて検
出されるので、究極的には工具マガジン６２の割
出回転量も極めて正確かつ精密に制御され、新た
な工具T₃と主軸１２の工具受孔とが軸線方向に
正確に整合した位置に割出されるのである。 When the orientation operation of the main shaft 12 and bevel gear 58 of the main spindle head 10 is completed as described above, the main spindle head 10 is moved upward from the Z-axis origin position by the operation of the Z-axis feed actuating means having the Z-axis feed motor 20. It is operated upward in the tool change area (ATC area). At this time, since the ATC device 60 is pulled up toward the bracket 46 via the slider 70 by the tension of the spring 48 as described above, the tool magazine 62 is also pulled up along with the spindle head 10.
Ascend the ATC area as one. During this upward movement, the fastening between the main shaft 12 and the tool _T1 mounted on the lower end thereof is released by a known appropriate means such as a cam means not shown in FIG. Next, when the upper end of the slider 70 in the ATC device 60 rises to a position where it comes into contact with the stopper 50, only the raising of the tool magazine 62 is stopped, and the sliding parts 72, 72 of the slider 70 and the upper and lower guide parts 54 of the spindle head 10 Due to the above-described sliding structure formed by , only the spindle head 10 continues to move upward while increasing the spring tension of the spring 48 . As a result,
At the lower end of the main shaft 12, the tool T ₁ is removed from the tool receiving hole of the tool main shaft 12 and remains in the storage hole of the magazine body 64. and the tool as shown in Figure 2.
When T ₁ is completely removed from the tool receiving hole of the tool spindle 12, the bevel gear 58 meshes with the bevel gear 74 of the tool magazine 62. When both gears 58 and 74 mesh, the operation of the Z-axis feed actuating means is stopped, and then the main shaft motor 28 is operated in accordance with the command signal NCR of the NC device 18, and the main shaft 12 and the bevel gear are connected via the belt pulley mechanism 30. 58 is rotated by the desired amount, this rotation is transmitted to the tool magazine 62 via the bevel gear 74, the tool magazine 62 is also rotated by the desired amount, and then the tool to be mounted on the main shaft 12 is rotated. , for example, the tool T ₃ is the spindle 12
indexed directly below the tool hole. That is, N.C.
Since the tool change order is preprogrammed in the device 18, the command signal follows this program.
By applying the NCR to the spindle motor 28 and controlling the amount of rotational movement of the spindle 12, the index rotation of the tool magazine 62 is generated by the rotation transmission means consisting of the bevel gears 58 and 74. Furthermore, since the rotational angular position of the main shaft 12 is detected by the position coder 44 engaged with the main shaft 12 via the angle transmission means 42 consisting of a timing belt mechanism, the rotation angle position of the tool magazine 62 is ultimately detected. The amount of rotation is also controlled extremely accurately and precisely, and the new tool T ₃ and the tool receiving hole of the spindle 12 are indexed to a position where they are accurately aligned in the axial direction.

上述のようにして新しい工具T₃が割出される
と、主軸モータ２８の作動は停止され、再びNC
装置１８からの指令信号NCZによつてＺ軸送り
モータ20が作動され、Ｚ軸送り作動手段の作動に
より主軸頭１０がＺ軸原点位置に向けて下降作動
される。そして新工具T₃のアーバ５６が主軸１
２の工具受孔に嵌合すると既述のカム手段等から
なる適宜手段の作動により新工具T₃が主軸１２
に密嵌締着される。この間に主軸頭１０の下降に
応じてばね４８の張力が一定力に弛緩するまで主
軸頭１０のみが単独下降するのでベベル歯車５
８，７４の噛合が解離する。ばね４８の張力が一
定力まで弛緩すると主軸頭１０とATC装置６０
の工具マガジン６２は一体となつて下降し、Ｚ軸
原点位置に両者が到達したときＺ軸送りモータ２
０の作動停止により下降は停止されて自動工具交
換作動が終了する。自動工具交換動作が終了する
と、NC装置１８の制御のもとに主軸頭１０はワ
ークＷに向けて機械加工領域を下降し、新工具
T₃による機械加工がおこなわれるのである。 When a new tool _T3 is indexed as described above, the operation of the spindle motor 28 is stopped and the NC is started again.
The Z-axis feed motor 20 is actuated by the command signal NCZ from the device 18, and the spindle head 10 is moved downward toward the Z-axis origin position by the operation of the Z-axis feed actuation means. And the arbor 56 of the new tool T ₃ is the main shaft 1
When the new tool T 3 is fitted into the tool receiving hole of No. 2, the new tool T ₃ is moved to the main shaft 12 by the operation of appropriate means such as the cam means described above.
It is tightly fitted and tightened. During this time, in response to the descent of the spindle head 10, only the spindle head 10 is lowered independently until the tension of the spring 48 is relaxed to a constant force, so that the bevel gear 5
8 and 74 are disengaged. When the tension of the spring 48 is relaxed to a certain level, the spindle head 10 and the ATC device 60
The tool magazines 62 are lowered together, and when both reach the Z-axis home position, the Z-axis feed motor 2
When the operation is stopped at 0, the lowering is stopped and the automatic tool change operation is completed. When the automatic tool change operation is completed, the spindle head 10 moves down the machining area toward the workpiece W under the control of the NC device 18 and replaces the new tool.
Machining is done using _T3 .

〔考案の効果〕[Effect of idea]

以上の説明から明らかなように本考案によれ
ば、ATC装置６０における工具マガジン６２の
割出回転が主軸１２の回転を利用し、つまり、主
軸１２の回転を唯一対のベベル歯車対を有した回
転伝達手段を介して工具マガジン６２に伝達する
ことにより達成されており、しかも主軸１２に係
合された１つのポジシヨンコーダ４４によつて割
出回転量が検出され、しかも上記ベベル歯車機構
の噛合を円滑化するための噛み合い位置の検出を
も遂行しえる２つの検出機能を保持させた構成が
採られているので極めて正確かつ精密に、しかも
迅速な割出回転を経済性を有した構造のもとに達
成することができるから自動工具交換動作の自動
運転における信頼性と作動能率を著しく向上さ
せ、且つ、低コスト化を達成することができるの
である。しかも上述のように、１対のベベル歯車
機構によつて回転伝達機構を構成しているので主
軸頭１０に近接配置されたATC装置６０の構造
もコンパクト化され、ポジシヨンコーダ４４の回
転角度位置検出機能によつて上記１対の歯車機構
の係合、離脱が円滑かつ確実に実現されるのであ
る。 As is clear from the above description, according to the present invention, the indexing rotation of the tool magazine 62 in the ATC device 60 utilizes the rotation of the main shaft 12, that is, the rotation of the main shaft 12 is controlled by using only one pair of bevel gears. This is achieved by transmitting the rotation to the tool magazine 62 via a rotation transmission means, and the index rotation amount is detected by one position coder 44 engaged with the main shaft 12. It has a structure that has two detection functions that can also detect the meshing position to smooth the meshing, so it is extremely accurate and precise, and has an economical structure that allows quick indexing rotation. Therefore, it is possible to significantly improve the reliability and efficiency of automatic operation of automatic tool exchange operations, and to achieve cost reductions. Moreover, as described above, since the rotation transmission mechanism is configured by a pair of bevel gear mechanisms, the structure of the ATC device 60 disposed close to the spindle head 10 can also be made compact, and the rotational angular position of the position coder 44 can be The detection function allows the pair of gear mechanisms to engage and disengage smoothly and reliably.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本考案による自動工具交換装置の一実
施例を具備した数値制御工作機械の全体的機構を
示す略示機構図、第２図は同自動工具交換装置に
おける工具交換時の工作機械主軸と工具マガジン
との相対位置関係を示す略示機構図。 １０……主軸頭、１２……主軸、１６……ワー
クテーブル、１８……NC制御装置、２０……Ｚ
軸送りモータ、２８……主軸モータ、３４……Ｘ
軸送りモータ、３６……Ｙ軸送りモータ、４４…
…ポジシヨンコーダ、６０……ATC装置、６２
……工具マガジン、５８，７４……ベベル歯車、
T₁…T_o……工具。 Fig. 1 is a schematic mechanical diagram showing the overall mechanism of a numerically controlled machine tool equipped with an embodiment of the automatic tool changer according to the present invention, and Fig. 2 is a machine tool main shaft during tool change in the automatic tool changer. FIG. 3 is a schematic mechanical diagram showing the relative positional relationship between and the tool magazine. 10...Spindle head, 12...Spindle, 16...Work table, 18...NC control device, 20...Z
Axis feed motor, 28...Main shaft motor, 34...X
Axis feed motor, 36... Y-axis feed motor, 44...
...Position coder, 60...ATC device, 62
...Tool magazine, 58,74...Bevel gear,
T ₁ ...T _o ...Tool.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 数値制御装置と、下端に工具装着孔を有した立
形主軸と、前記立形主軸に結合されて同主軸の回
転角度位置を検出する回転角度位置検出器と、前
記立形主軸の下端部に共に回転するように装着さ
れた駆動ベベル歯車と、前記立形主軸の主軸頭に
沿つて相対上下摺動可能に係合されると共に該主
軸頭にばねを介して取付けられ、かつ、同主軸頭
と一体に上下動作可能に保持されたスライダー
と、前記スライダーから斜めに突出した斜軸に回
転可能に装着されると共に前記主軸の駆動ベベル
歯車に噛合可能な被駆動ベベル歯車を備えた工具
マガジンと、前記主軸頭が上下方向の一定高さに
達したとき、前記スライダーに対して前記主軸頭
のみを上下に移動自在にするスライダー停止用の
ストツパーとを具備し、前記工具マガジンの被駆
動ベベル歯車は該工具マガジンに収納する工具数
の整数倍の歯数を有すると共に前記斜軸の傾斜角
に対応した傾きを有するベベル歯車として形成さ
れ、前記主軸側の駆動ベベル歯車を前記回転角度
位置検出器と前記数値制御装置とによつて、一定
回転角度位置に回転位置決めすることにより、前
記駆動、被駆動ベベル歯車を円滑かつ確実に噛合
させ、その後に、該駆動、被駆動ベベル歯車を前
記回転角度位置検出器と数値制御装置とにより、
所望の回転角度位置に回転位置決めすることによ
り、前記工具マガジン内の所望の工具の工具割り
出しをおこない、工具割り出し後に前記主軸頭の
下動に従つて該所望の工具を主軸の下端に装着す
るようにしたことを特徴とする工作機械の自動工
具交換装置。 a numerical control device; a vertical spindle having a tool mounting hole at its lower end; a rotational angular position detector coupled to the vertical spindle to detect the rotational angular position of the spindle; A drive bevel gear mounted to rotate together is engaged with the vertical spindle so as to be relatively slidable vertically along the spindle head, and is attached to the spindle head via a spring, and is attached to the spindle head via a spring. a slider held integrally with the slider so as to be vertically movable; and a tool magazine equipped with a driven bevel gear rotatably mounted on a diagonal shaft protruding diagonally from the slider and capable of meshing with a driving bevel gear of the main shaft. , a stopper for stopping a slider that allows only the spindle head to move vertically relative to the slider when the spindle head reaches a certain height in the vertical direction, and a driven bevel gear of the tool magazine; is formed as a bevel gear having a number of teeth equal to an integral multiple of the number of tools stored in the tool magazine and having an inclination corresponding to the inclination angle of the oblique shaft, and the driving bevel gear on the main shaft side is connected to the rotation angle position detector. and the numerical control device, the driving and driven bevel gears are smoothly and reliably engaged by rotationally positioning at a constant rotational angle position, and then the driving and driven bevel gears are rotated at the rotational angle position. With position detector and numerical control device,
By rotationally positioning the tool at a desired rotational angle position, a desired tool in the tool magazine is indexed, and after the tool indexing, the desired tool is attached to the lower end of the spindle as the spindle head moves downward. An automatic tool changer for a machine tool, characterized by: