JPH0350658B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 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、工具を自動的に交換する工具交換装
置に係り、とりわけ複数のスピンドルと、この複
数のスピンドルに対して共用される工具マガジン
との間で工具を交換する工具交換装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

中量多種生産の要望により、１個のコラムに対
し複数（例えば２個）のスピンドルが装着された
工作機械が開発されている。

そしてこのような複数のスピンドルを備えた工
作機械に対し、工具を多数収納保持した工具マガ
ジンを取付け、工具交換装置を用いて工具を自動
的に交換する試みがなされている。このような工
具交換装置として、１台の工具マガジンをコラム
の上部に配設し、これを複数のスピンドルに対し
共用させたものが知られている（特開昭59−
47136号公報）。しかしながら、上記公報に記載さ
れた工具交換装置においては、それぞれのスピン
ドルに対応して配設された工具交換用のアーム
が、アームの旋回、進退移動動作に加えて工具マ
ガジンとスピンドルとの間を往復移動する動作を
も行うため、工具交換用アームの駆動機構が複雑
となり、工具交換装置が複雑化、大型化するとい
う欠点がある。また、コラムの上部に配設された
工具マガジンと、スピンドルとの工具交換位置が
同一面上にあるため、工具交換用アームは、その
旋回動作を行なうごとに前後進移動を行なわなけ
ればならず工具交換用アームの動作が一層複雑で
ある。また、工具マガジンがコラム上部の前方側
に位置しているため、工具マガジンの重量がコラ
ムの前方側にかかり、コラムに不安定な曲げモー
メントを生じさせる。これは、工作機械の精度を
低下させ、とりわけコラム移動タイプの工作機械
では加工精度に大きな影響をおよぼすおそれがあ
る。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたもの
であり、工具交換用アームの動作を簡単化し、装
置の小形化ならびに構造の簡単化を図ることので
きる工作機械の工具交換装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、工作機械のコラムに沿つて上下移動
可能な複数のスピンドルと、コラムの上部に配設
され複数のスピンドルに対して共用される工具マ
ガジンとの間で、旋回可能な交換アームを用いて
工具を自動的に交換する工作機械の工具交換装置
であつて、工具マガジンが、工具交換装置に位置
している複数の工具収納ポツトのそれぞれの軸線
を共通に含む平面上に軸線と直行して配置された
揺動軸を中心として揺動可能に配設され、交換ア
ームが、複数のスピンドルのそれぞれの上昇限位
置と工具マガジンとの間に配設され、スピンドル
の軸線と同一方向に進退移動可能であることを特
徴としている。

本発明によれば、工具マガジンの揺動動作およ
びスピンドルの上下移動動作を利用して、交換ア
ームとの間におけるそれぞれの工具交換動作が行
なわれるので、交換アーム自体の動作が簡単とな
り、工具交換装置の小形化ならびに構造の簡単化
を図ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明する。

第１図および第２図は、本発明による工具交換
装置を備えた工作機械を示す正面図および側面図
である。図において符号１１はコラムであり、こ
のコラム１１に対しそれぞれスピンドル１２ａ，
１２ｂを備えた２個のスピンドルヘツド１３ａ，
１３ｂが上下方向に摺動自在に装着されている。

コラム１１の上部には、工具を保持収納する工
具収納ポツト１４を多数個備えた工具マガジン１
５が揺動可能に配置されている。この工具マガジ
ン１５の揺動軸１６は、後述するように、工具交
換装置に位置している２個の工具収納ポツトのそ
れぞれの軸線を共通に含む平面上に、軸線と直行
して配置されている。

符号１７ａ，１７ｂは、両端に工具把持部１７
１ａ，１７１ｂの形成された工具交換用の交換ア
ームであり、スピンドル１２ａ，１２ｂのそれぞ
れの上昇限位置と工具マガジン１５との間に、旋
回ならびにスピンドル１２ａ，１２ｂの軸線と同
一方向に進退移動可能に配設されている。工具把
持部１７１ａ，１７１ｂは、先端が開閉動作する
２つの爪部材から構成されている。

次に第３図乃至第５図を参照して、本実施例に
よる工具交換装置を詳細に説明する。

第３図は工具マガジン１５と交換アーム１７
ａ，１７ｂとの位置関係を示す正面図である。工
具マガジン１５は、水平方向に間隔をおいて配置
されたスプロケツト１５１に対し移動可能に巻掛
けられた搬送チエーン１５２と、この搬送チエー
ン１５２にそれぞれ取付けられた工具収納ポツト
１４とを備えている。この工具マガジン１５は、
２個のスピンドル１２ａ，１２ｂに対し共用され
得るよう、搬送チエーン１５２の下側水平部の長
さが２個の交換アーム１７ａ，１７ｂの配置間隔
より大きくされている。また、コラム１１の上部
に固設されたベースプレート１８と、工具マガジ
ン１５の背部プレート１５３の上方部との間は、
トラニオン形の工具マガジン揺動用油圧シリンダ
１５４により接続されている。

交換アーム１７ａ，１７ｂは、両端に半円弧状
の凹部を形成する２つの開閉可能な爪部材からな
る工具把持部１７１ａ，１７１ｂを有し、この工
具把持部のうち、上側（工具マガジン側）の位置
にある工具把持部１７１ａ，１７１ｂの中心（半
円弧状の凹部の中心）は、工具交換位置に位置し
ている工具マガジン１５のそれぞれの工具収納ポ
ツト１４の軸心と一致する関係になつている。な
お、工具マガジン１５の工具交換位置とは、交換
アーム１７ａ，１７ｂとの間で工具を受け渡しす
る位置であり、本実施例では交換アーム１７ａ，
１７ｂの上側工具把持部１７１ａ，１７１ｂの中
心と一致する工具マガジン１５の工具収納ポツト
１４の位置を意味する。

第４図および第５図において、符号１７２は交
換アーム保持用ケーシングであり、この保持用ケ
ーシング１７２は、スピンドル１２ａ，１２ｂの
軸線方向と同一方向に延びる細長い中空状をして
おり、ベースプレート１８上の前部に配設された
ホルダ１７３により、スピンドル１２ａ，１２ｂ
の軸線方向に摺動可能に保持されている。交換ア
ーム１７ａ，１７ｂは、この保持用ケーシング１
７２の先端に回転可能に取付けられている。

保持用ケーシング１７２内には、交換アーム１
７ａ，１７ｂ回転駆動用の回転軸１７４が、スピ
ンドル１２ａ，１２ｂの軸線と同一方向に向けて
回転可能に保持されている。この回転軸１７４の
後方部は、保持用ケーシング１７２を貫通してさ
らに後方に延び、その後端にピニオン１７５が嵌
着されている。また、回転軸１７４の後方部は、
ベースプレート１８上の後部に配設されたホルダ
１７６により、回転且つ軸線方向に摺動可能に保
持されている。このホルダ１７６は、スピンドル
１２ａ，１２ｂの軸線方向と直行する方向に配設
された細長い棒状体であり、その両端部で回転軸
１７４が保持されている。ホルダ１７６の側部に
は、交換用アーム旋回用油圧シリンダ１７７が回
転軸１７４と直行する方向に向けて固設されてい
る。交換アーム旋回用油圧シリンダ１７７のピス
トンロツド先端部には、交換アーム１７ａ，１７
ｂが最前方位置に前進移動した際、それぞれの回
転軸１７４の後端に嵌着されたピニオン１７５と
共通に噛合係合する細長いラツク１７８が固着さ
れている。符号１７９はガイドラツクであり、ピ
ニオン１７５に回転軸１７４の軸線方向に向けて
摺動自在に係合し、回転軸１７４の軸線方向移動
をガイドするとともに、ピニオン１７５の回転を
拘束する。ピニオン１７５は、ガイドラツク１７
９の先端を越えて前進した際、ラツク１７８に正
確に噛合係合することができる。

回転軸１７４の先端には、交換アーム１７ａ，
１７ｂの旋回駆動用歯車１８１が嵌着され、交換
アーム１７ａ，１７ｂのそれぞれの回転軸１８３
に嵌着された歯車１８２と噛合係合している。こ
のように、交換アームの回転軸１８３を、回転軸
１７４より下方側に配置することにより、交換ア
ーム１７ａ，１７ｂの旋回半径を大きくすること
なく、コラム１１の上端よりかなり下方に位置す
るスピンドル１２ａ，１２ｂの工具交換装置との
間で工具交換が可能である。これは、スピンドル
ヘツド１３ａ，１３ｂの上昇位置に限界がある場
合、特に有効である。

それぞれの交換アーム保持用ケーシング１７２
は、この前端部が連結プレート１８４により互い
に連結され、同時に進退移動され得るようになつ
ている。符号１８５は、交換アーム進退移動用油
圧シリンダであり、ピストンロツドの先端が連結
プレート１８４に連結され、油圧シリンダ１８５
の後端がホルダ１７６に連結されている。

工具マガジン１５の背部プレート１５３には、
このプレート１５３と直角方向に一対のブラケツ
ト１５５が固着され、このブラケツト１５５の基
端部が揺動軸１６に枢着されている。揺動軸１６
は、コラム１１の上面に回転可能に配設され、か
つ工具交換位置に位置している２個の工具収納ポ
ツト１４のそれぞれの軸線を共通に含む平面上
に、これらの軸線と直行して配置されている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用に
ついて説明する。

第６図は本実施例による工具交換装置を用いて
工具を交換する工程を示す説明図である。第６図
Ａは、次に使用する工具Ｔ１を工具交換位置へ割
出す工程を示している。まず交換アーム１７ａ
は、保持用ケーシング１７２を交換アーム進退移
動用油圧シリンダ１８５により進退させることに
より、最後端位置に後退させられている。また、
工具マガジン１５は工具マガジン揺動用油圧シリ
ンダ１５４を作動させることにより、上方に揺動
させられている。この状態で、工具マガジン１５
のスプロケツト１５１を回転駆動し、搬送チエー
ン１５２を移動させることにより、交換されるべ
き工具Ｔ１の収納された工具収納ポツト１４を工
具交換位置へ割出し移動させる。この場合、工具
マガジン１５が上方へ揺動させられているので、
工具Ｔ１の先端が交換アーム１７ａに干渉するこ
とはない。工具の割出し動作が終了すると、揺動
用油圧シリンダ１５４を作動させて工具マガジン
１５を下方定位置まで揺動させる（第６図Ｂ）。
工具交換位置にある工具収納ポツト１４の軸線
と、交換アーム１７ａの上側工具把持部１７１ａ
の中心とは一致しているので、工具Ｔ１を保持す
る工具ホルダの保持部（グリツプ部）は、交換ア
ーム１７ａの上側工具把持部１７１ａに挿入係合
される。また、工具マガジン１５の揺動軸１６
は、工具交換位置にある工具収納ポツトの軸線の
延長上にあるので、工具マガジン１５の工具交換
位置にある工具収納ポツト１４に収納された工具
Ｔ１は、交換アーム１７ａの上側工具把持部１７
１ａに対しほぼ直線状に降下し、上記挿入係合動
作はきわめてスムーズに行なわれる。続いて、進
退移動用油圧シリンダ１８５を作動させ、保持用
ケーシング１７２を中間位置まで前進させる（第
６図Ｃ）。これにより、工具Ｔ１は工具マガジン
１５から抜き出され、交換アーム１７ａ上側工具
把持部１７１ａにより保持される。この中間位置
は、工具を保持している工具ホルダを工具マガジ
ン１５から抜き出すに十分な移動距離にあり、ま
た同時に、スピンドル１２ａの先端面と、交換ア
ーム１７ａの下側工具把持部とがほぼ一致する位
置を意味している。交換アーム１７ａが工具Ｔ１
を保持した状態で中間位置まで前進移動した後、
使用済み工具T2の装着されたスピンドル１２ａ
が、スピンドルヘツド１３ａの上昇とともに交換
アーム１７ａの下側工具把持部の位置まで上昇移
動し、工具Ｔ２を保持した工具ホルダが交換アー
ム１７ａの下側工具把持部に挿入係合される（第
６図Ｄ）。次に進退移動用油圧シリンダ１８５が
作動し、保持用ケーシング１７２を前進させ、交
換アーム１７ａを最前端位置に前進移動させる
（第６図Ｅ）。これにより工具T2がスピンドル１
２ａから抜き出され、交換アーム１７ａの上、下
側工具把持部に工具Ｔ１，Ｔ２がそれぞれ把持さ
れた状態となる。また、工具マガジン１５が上方
に揺動させられるとともに、スプロケツト１５１
が回転駆動して、工具Ｔ２を収納される工具収納
ポツトが工具交換位置に割出される。交換アーム
１７ａが最前端位置に前進移動させられると、回
転軸１７４の後端に嵌着されたピニオン１７５
は、ガイドラツク１７９との係合を外れ、交換ア
ーム旋回用油圧シリンダ１７７の先端に取付けら
れたラツク１７８と噛合係合する。この状態で油
圧シリンダ１７７を作動させると、ピニオン１７
５が回転させられ、回転軸１７４、歯車１８１，
１８２を介して回転軸１８３が回転させられ、交
換アーム１７ａが180°旋回させられる（第６図
Ｆ）。この交換アーム１７ａの旋回により、交換
アーム１７ａの両端に把持された工具Ｔ１，Ｔ２
の位置が180°入れ替る。続いて進退移動用油圧シ
リンダ１８５を作動させ、交換アーム１７ａを中
間位置に後退移動させる（第６図Ｇ）。これによ
り、交換アーム１７ａの下側工具把持部に保持さ
れている工具Ｔ１の工具ホルダがスピンドル１２
ａ内に挿入され、スピンドル１２ａ内のクランプ
装置（図示せず）により固定保持される。この状
態からスピンドルヘツド１３ａをコラム１１に沿
つて下降させると、工具Ｔ１はスピンドル１２ａ
に装着された状態で下降し、交換アーム１７ａの
下側工具把持部から離脱する（第６図Ｈ）。次に、
工具マガジン１５を下方定位置に揺動させた後、
交換アーム１７ａを最後端位置まで後退移動させ
ると、交換アーム１７ａの上側工具把持部に保持
されている工具Ｔ２が、工具マガジン１５の所定
の工具収納ポツト１４に挿入される（第６図Ｉ）。
続いて、工具マガジン１５を上方に揺動すると、
工具Ｔ２は工具収納ポツト１４に収納保持された
状態で交換アーム１７ａの上側工具把持部から離
脱し、工具Ｔ２が工具マガジン１５に完全に受け
渡される。

なお、これらの一連の動作は、一般のシーケン
ス制御技術を用いて制御される。また、本実施例
の作用については、交換アーム１７ａについて説
明したが、もう一方の交換アーム１７ｂについて
も同様である。

このように本実施例によれば、スピンドル１２
ａ，１２ｂの上下移動と、工具マガジン１５の揺
動動作とを利用して、交換アーム１７ａ，１７ｂ
との間で工具Ｔ１，Ｔ２を交換することができる
ので、交換アーム１７ａ，１７ｂの動作は、旋回
動作と進退移動動作のみでよく、交換アーム１７
ａ，１７ｂの動作が簡単となり、交換アーム駆動
機構を簡単化、小形化することができる。また、
工具マガジン１５を揺動可能とし、交換アーム１
７ａ，１７ｂの最後端位置において工具マガジン
１５との間で工具交換動作を行なわせるようにし
たので、コラム１１の上部重心位置を比較的後方
側にとることができ、コラム１１の真直度に悪影
響を及ぼすことがない。

なお、本実施例においては、スピンドル１２
ａ，１２ｂを２個備えた工作機械について説明し
たが、複数個（３個以上）備えたものについても
応用することができる。また、動作を簡単化する
ため、２つの交換アーム保持用ケーシング１７２
を連結プレート１８４で互いに連結した構造のも
のを示したが、それぞれの交換アーム保持用ケー
シング１７２を別々の進退移動用油圧シリンダで
前後進移動させるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、交換ア
ームを用いて、複数のスピンドルと、複数のスピ
ンドルに共用される工具マガジンとの間で工具を
交換する場合において、スピンドルの上下移動動
作と工具マガジンの揺動動作とを利用して行なう
ことにより、交換アームの交換動作を単純化する
ことができ、工具交換装置の構造の簡単化ならび
に小形化を図ることができる。また、工具マガジ
ンをコラム上面の比較的後方位置に配置すること
が可能であり、コラムの真直度に悪影響を及ぼす
ことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による工具交換装
置を備えた工作機械を示す正面図および側面図、
第３図は第２図矢印方向から見た工具マガジン
および交換アームの配設関係を示す図、第４図は
第２図−線断面図、第５図は第４図−線
断面図、第６図は本発明による工具交換装置を用
いて工具を交換する工程を示す説明図である。 １１……コラム、１２ａ，１２ｂ……スピンド
ル、１４……工具収納ポツト、１５……工具マガ
ジン、１６……揺動軸、１７ａ，１７ｂ……交換
アーム、１７２……保持ケーシング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工作機械のコラムに沿つて上下移動可能な複
   数のスピンドルと、前記コラムの上部に配設され
   前記複数のスピンドルに対して共用される工具マ
   ガジンとの間で、旋回可能な交換アームを用いて
   工具を自動交換する工作機械の工具交換装置にお
   いて、前記工具マガジンは、工具交換位置に位置
   している複数の工具収納ポツトのそれぞれの軸線
   を共通に含む平面上に前記軸線と直行して配置さ
   れた許動軸を中心として揺動可能に配設され、前
   記交換アームは、前記工具マガジンと前記複数の
   スピンドルのそれぞれの上昇限位置との間に配設
   され、スピンドルの軸線と同一方向に進退移動可
   能であることを特徴とする工作機械の工具交換装
   置。 ２ 交換アームに旋回動作を生じさせる旋回駆動
   機構の駆動源は、複数の交換アームで共用されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の工具交換装置。