JPH04129636A - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、主軸に保持されている使用済工具（以下、旧
工具と記載）と待機ボ・ントまたは自動工具交換装置の
工具交換アームの待機側位置に保持されている使用予定
工具（以下、新工具と記載）とを、その間に位置し、加
工領域内外を仕切るドアを開閉して交換する工作機械の
自動工具交換装置（以下、ＡＴＣと記載）に関する。

「従来の技術」 従来のＡＴＣては、主軸と待機ポットまたは、ＡＴＣの
工具交換アームの待機側位置との間に開閉ドアを有し、
旧工具を主軸に、新工具を待機ポットまたは、ＡＴＣの
工具交換アームの待機側位置に取り付けている。旧工具
を新工具と交換する場合には、ドア開閉用アクチュエー
タを用いて開閉ドアを開く、そして、工具交換アーム用
アクチュエータにより、工具交換アームを旋回させ、旧
工具と新工具とを工具交換アームの把持部て把持する。

次に、工具交換アームは、前進し工具を主軸等より離脱
させ、開閉ドアの開口部を通して旋回して旧工具と新工
具との位置を入れ替えた後、後退し、主軸に新工具を、
待機ポットに旧工具を取り付ける。交換アームの工具の
把持を解除し、交換アームを９０度旋回させ、初期の位
置に戻し、開閉ドアを閉じる。こうして、新工具と旧工
具とを交換することかてきるようになっている。

「発明か解決しようとする課題」 しかしながら、このような従来のＡＴＣては、開閉ドア
の開閉動作と、工具交換アームの前後動および旋回動作
とを異なるアクチュエータにより行なうため、開閉ドア
と工具交換アームとの動作を同期させることかてきない
。従って、互いの動作か干渉しないよう、ドア開閉の検
知装置によりドア開閉の状態を検知し確認後、工具交換
アームの動作を行なう必要があった。このため、ＡＴＣ
動作に無駄な時間を生じ、生産能率の向上を図ることか
できないという問題点があった。

本発明は、このような従来の工作機械の自動工具交換装
置が有する問題点に着目してなされたものて、ドア開閉
動作と工具交換アームの交換動作とを同しアクチュエー
タて駆動し、同期させるため、ドア開閉の検知、確認を
なくして無駄な動作時間を除去し、ＡＴＣ動作の高速化
を図ることによりマシニングセンタ等工作機械の生産能
率を向上させることかできる工作機械の自動工具交換装
置を提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところ
は、 主軸ヘッドに回転自在に軸承されるとともに工具を保持
する主軸と、 複数の工具を連鎖状に貯蔵する工具貯蔵マガジンと、 前記主軸と前記工具貯蔵マガジンとの間に設けられ、前
記主軸と前記工具貯蔵マガジンとの間で使用済工具と使
用予定工具とを交換する工作機械の自動工具交換装置で
あって、 前記主軸と前記自動工具交換装置との間に加工領域内外
を仕切るように設けられ、開口部より記自動工具交換装
置を出入りさせる開閉自在なドア体と、 前記使用済工具と前記使用予定工具とを把持して交換を
行なう工具交換アームと、 前記自動工具交換装置を駆動する駆動体と。

この駆動体の駆動力により回転動作する駆動軸に固定さ
れ、複数のカムを形成したカム体と。

このカム体に形成された第１のカムと係合し、前記工具
交換アームを前後動させる交換アーム前後動機構と、 前記カム体に形成された第２のカムと係合し、前記工具
交換アームを旋回させる交換アーム旋回機構と、 前記カム体に形成された第３のカムと係合し、前記ドア
体を開閉させるドア開閉機構とからなり、 前記工具交換アームの前後動動作、旋回動作と前記ドア
体の開閉動作を重複して連動させることを特徴とする工
作機械の自動工具交換装置に存する。

「作用」 カム体を固定した駆動軸か回動すると、第３のカム（ド
ア開閉カム溝）によりドア開閉機構は、ドア機構が開口
を開く方向に開閉ドア機構を動作させる。交換アーム旋
回機構は、第２のカム（旋回カム溝）により工具交換ア
ームをドア機構の開口を通して主軸と待機ボットとの角
度位置まて旋回させる。交換アーム前後動機構は、第１
のカム（前後動カム溝）により工具交換アームを前進さ
せて、工具交換アームて重工具と新工具とを把持させ主
軸および待機ボットより離脱させる。

交換アーム旋回機構は、工具交換アームをさらに半回転
旋回させて、重工具と新工具との角度位置を入れ替える
。

交換アーム前後動機構は、第１のカム（前後動カム溝）
により工具交換アームを後退させ、主軸と待機ボ・ント
とに新工具と重工具とを保持させる。交換アーム旋回機
構は、第２のカム（旋回カム）により工具交換アームか
当初の角度位置に戻るまて工具交換アームを旋回させる
。ドア開閉機構は、第３のカム（ドア開閉カム溝）によ
り開口を閉しる方向に開閉ドア機構を動作させる。こう
して、重工具と新工具との交換が完了する。

これら第１のカム（前後動カム溝）と第２のカム（を回
カム）と第３のカム（ドア開閉カム溝）とは、１つのカ
ム体に形成されてΣす、開閉ドア機構の開閉動作、工具
交換アームの旋回動作、前後動動作の検知、確認を行な
わずに、重工具と新工具との交換を行なうことかできる
。

「実施例」 以下、図面に基づき本発明の一実施例を説明する。各図
は本発明の一実施例を示している。

第１図に示すように、マシニングセンタは、コラムｌＯ
に上下動自在な主軸ヘッド１２を有し、主軸へウド１２
には回転自在に軸承されている主軸２０を有している。

コラム１０の上部には、自動工具交換装置（ＡＴＣ）１
の基部１１が取り付けられており、その基部１１に待機
ボット３０を有している。コラム１０の側部には、図示
しない工具貯蔵マガジンか設けてあり、複数の工具を連
鎖状に貯蔵している。ＡＴＣｌは、主軸２０と工具貯蔵
マガジンとの間に設けられている。また、主軸２０と待
機ボット３０との間に加工領域内と外部とを仕切るため
の開閉ドア機構４０を有し、主軸２０と待機ボット３０
とには、図示しない公知の工具クランプ機構により工具
か取り付けられるようになっている。

ＡＴＣ１は、使用済工具（重工具）と使用予定工具（新
工具）とを同時に把持することか可能な工具交換アーム
５０を有しており０、主軸２０と工具貯蔵マガジンとの
間で重工具と新工具とを交換するようになワている。

ＡＴＣ１は、工具交換指令があると、開閉ドア機構４０
を開き、工具交換アーム５０を９０度旋回させて、主軸
２０に保持されている重工具と待機ボット３０に保持さ
れている新工具とを把持し、主軸２０の工具クランプ機
構をアンクランプ状態にし、工具交換アーム５０を主軸
軸線方向に前進させ、工具を引き抜く。工具交換アーム
５０を１８０度旋旋回せ、画工具の位置を変えた後、工
具交換アームを、後退させ、主軸２０の工具クランプ機
構をクランプ状態にし、開閉ドア機構４０を閉じ、重工
具と新工具との交換を行なう。

このため、ＡＴＣＩは、工具交換アーム５０のほか、駆
動軸６０、駆動モータ６１、カム体８１、交換アーム前
後動機構７０と、交換アーム旋回機構８０と、ドア開閉
機構９０とを有している。

工具交換アーム５０は、アームシャフト５１を中心とし
て旋回可能であフて、アームシャフト５１を中心とした
対称形状のツインアームであり、両端に段部５２と支持
部５３とを有している。支持部５３の段部５２側は半円
状の凹部５４を形成し、段部５２には凹部５４との間に
工具を把持することか可能な押え部材５５が取り付けら
れている。アームシャフト５１は、ＡＴＣ交換位置に位
置決めされた主軸２０と待機ボット３ｏとの中間に位置
している。このため、工具交換アーム５０は、第１図で
時計回り方向に９０度旋回するとき、主軸２０の重工具
と、待機ボット３ｏの新工具とを把持することか可能と
なっている。

工具交換アーム５０は、駆動軸６０に固定したカム体８
１に形成した前後動カム溝（第１のカム）７４と前後動
機構７０によって主軸軸線方向に前後動可能となってい
る。第２図に示すように、前後動機構７０は、カム体８
１に形成した前後動カム溝７４と係合するカムフォロア
７７とリンク７２と、アームシャフト５１を前後動させ
るシフタ７８とにより構成され、工具交換アーム５０を
前後動させるようになっている。

カム体８１は、回動動作を行なう駆動軸６０に固定され
、側面に前後動カム溝７４を形成している。リンク７２
は、一端側の軸７５かＡＴＣ基部１１に枢着され、他端
側のローラ７６かアームシャフト５１後端のシック７８
の溝部と係合している。また、リンク７２は、一端側の
軸７５と他端側のローラ７６との間に、前後動カム溝７
４と係合するカムフォロア７７を有している。アームシ
ャフト５１は、ＡＴＣ基部１１に往復移動可能に取り付
けられている。

また、工具交換アーム５０も、駆動軸６０に結合したカ
ム体８１に形成した旋回カム（ローラギヤカム溝、第２
のカム）８３と係合する一対のカムフォロア８２と交換
アーム旋回機構８０によってアームシャフト５１を支軸
として旋回可能となっている。第３図に示すように、交
換アームシャフト８０は、旋回カム８３と、一対のカム
フォロア８２と、アームシャフト５１とにより構成され
、工具交換アーム５０を旋回させるようになっている。

旋回カム８３は、駆動軸６ｏに結合され、かつ、一対の
カムフォロア８２と係合している。一対のカムフォロア
８２は、アームシャフト５１の外周に形成されたスプラ
イン８４を介してアームシャフト５１に回転自在に支持
されている。

第５図、第６図に示すように、開閉ドア機構４０は、案
内レール４１と、ドア体４２とを有している。ドア体４
２は、２つのドア部４３を接続部材４４により回動可能
に連結して成っている。

ドア体４２は、主軸２０とＡＴＣ１との間に加工領域内
外を仕切るように設けられ、開閉自在てあって、開口部
よりＡＴＣＩを出入りさせるようになっている。ドア体
４２は、一端４５側に回転軸４６を有し、２つのドア部
４３の回動面と同一面て回動可能に案内レール４１に支
持されている。

一方、他端４７側はローラ４８を有し、ローラ４８は案
内レール４１に係合され、ドア部４３の回動面と同一面
て回動可能てかっ案内レール４１に沿って移動可能とな
っている。

ドア開閉機構９０は、カム体８１に形成したドア開閉カ
ム溝（第３のカム）９１と係合するカムフォロア９７と
、リンク９２と、往復シャフト９３と、接続部材１０１
と、リンク１０２゜１０３とにより構成され、ドア体４
２を開閉させるようになっている。第２図、第４図に示
すように、駆動軸６０に固定されたカム体８１の側面に
ドア開閉カム溝９１を形成している。

リンク９２は、一端側の軸９５かＡＴＣ基部１１に枢着
され、他端側ローラ９６か往復シャフト９３の溝部に係
合され、一端側の軸９５と他端側ローラ９６との間に、
ドア開閉カム溝９１と係合するカムフォロア９７を有し
ている。往復シャフト９３は、ＡＴＣ基部１１に往復移
動可能に取り付けられている。

第５図に示すように、往復シャフト９３はＡＴＣ基部１
１から突出して接続部材１０１に固定され、接続部材１
０１はリンク１０２に固定されている。リンク１０２は
リンク１０３に固定され、リンク１０３は回転軸４６に
固定されている。

これにより、ドア開閉機構９０は、駆動軸６０の回動動
作を往復シャフト９３の往復移動動作に変換し、その往
復移動動作をドア体４２の一端４５の回動運動に変換す
るようになっている。

前後動カム溝７４と、旋回カム８３と、ドア開閉カム溝
９１とは、カム体８１に、工具交換アーム５０の旋回動
作、前後動動作とドア機構４０の開閉動作とか不干渉の
範囲て、それぞれの動作か重複して連動するように形成
されている。第７図に、（ａ）ドア開閉カム溝９１のカ
ム曲線と、（ｂ）旋回カム８３のカム曲線と、（Ｃ）前
後動カム溝７４のカム曲線を示す。

駆動軸６０は、歯車６２．６３を介して駆動モータ（駆
動体）６１の駆動力により回転動作するようになってお
り、また、駆動モータ６１は、ＡＴＣ１を駆動するよう
になりている。

次に作用を説明する。

第７図に示すように、重工具と新工具とを交換するとき
、まず、駆動モータ６１により駆動軸６０か回動する。

駆動軸６０かａ度回転するとき、カム体８１のドア開閉
カム機構９１か回転を始め、カムフォロア９７かドア開
閉カム溝９１に従動し、リンク９２か一端の軸９５を支
軸として揺動し、他端のローラ９６と係合している往復
シャフト９３は前進する。このとき、ドア開閉機構９０
は、ドア体４２か移動して開口４９を形成する方向にド
ア機構４０を運動させる。すなわち、往復シャフト９３
か前進すると、それにともなって回転軸４６か回転し、
ドア部４３を揺動させる。ドア部４３か揺動するととも
に、ローラ４８か案内レール４１に沿って回転軸４６側
に移動し、ドア機構４０か開き始め、カム体８１の回転
角度かｄ度になるまて開き続ける。ドア開閉機構９０は
、カム体８１かｄ度の角度からｇ度の角度になるまて動
作を停止しドアを開いた状態にする。

ドア機構４０か開き始めると同時に、旋回カム８３によ
り、一対のカムフォロア８２とスプライン８３を介して
アームシャフト５１は回転する。

アームシャフト５１の回転は、カム体８１かｂ度回転す
るまて続き、アームシャフト５１は第１図に示す角度か
らｂ度の角度まて回転する。このとき、交換アーム旋回
機構８０は、工具交換アーム５０かドア機構４０の開口
４９を通って旋回して主軸２０に保持された重工具と待
機ボット３０に保持された新工具とを両端の凹部５４と
押え部材５５とにより把持可能な角度位置となる。主軸
の工具保持機構の保持をやめる。この位置て、交換アー
ム旋回機構８０は、カム体８１がｂ度の角度から０度の
角度になるまて回転を停止する。

カム体８１かｂ度の角度まて回転すると、前後動カム溝
によってリンク７２を摺動させる。すなわち、リンク７
２は、カムフォロア７７と前後動カム溝７４とか係合し
ているため、一端側軸７５を支軸として揺動する。他端
７６側のローラと係合しているアームシャフト５１は、
リンク７２の揺動とともに前進する。このとき、前後動
機構７０は、工具交換アーム５０か主軸２０に保持され
ていた重工具と待機ボット３０に保持されていた新工具
とを主軸２０および待機ボット３０よりぬきとる位置ま
て把持した状態て工具交換アーム５０を前進させ、カム
体８１の角度かｅ度になるまて、さらに工具交換アーム
５０を前進させる。

前後動機構７０は、カム体８１かｅ度の角度からｆ度の
角度になるまて工具交換アーム５０の動作を停止する。

交換アーム旋回機構８０は、カム体８１か０度の角度か
らｈ度の角度になるまてドア機構４０の開口４９を通し
て工具交換アーム５０を半回転旋回する。これにより、
重工具と新工具との互いの角度位置か入れ替わる。交換
アーム旋回機構８０は、カム体８１がｈ度の角度からｉ
度の角度になるまで工具交換アーム５０の旋回を停止す
る。

交換アーム前後動機構７０は、カム体８１がｆ度の角度
から１度の角度になるまて工具交換アーム５０を後退さ
せる。このとき、重工具か待機ボット３０に保持され、
新工具か主軸２０の保持機構に保持されて、重工具と新
工具とが交換される。

ドア開閉機構９０は、カム体８１がｇ度の角度から３６
０度の角度になるまて、開口４９を閉しる方向にドア機
構４０を移動させ続ける。

交換アーム旋回機構８０は、カム体８１がｉ度の角度か
ら３６０度の角度になるまて、工具交換アーム５０を初
期の位置に逆旋回させる。これにより、交換アーム旋回
機構８０は、工具交換アーム５０を第１図て示す角度に
戻る。こうして、重工具と新工具との交換か完了する。

このように、交換アーム前後動機構７０と交換アーム旋
回機構８０とドア開閉機構９０とは、カム体８１に形成
されたカム、カム溝に沿って動作し、それぞれの動作か
連動しており、ドア機構４０の開閉動作、工具交換アー
ム５０の前後動動作、旋回動作の検知、確認を行なわず
に、重工具と新工具とを交換することがてきる。

また、交換アーム前後動機構７０と交換アーム旋回機構
８０とドア開閉機構９０との動作時間は、重複した時間
たけＡＴＣ動作時間か短縮される。

「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、交
換アーム前後動機構と交換アーム旋回機構とドア開閉機
構との各動作かそれぞれ連動するのて、ドア機構開閉動
作、工具交換アームの前後動動作、旋回動作の検知、確
認を省略することか可能となり無駄な動作時間を除去し
、工具交換動作の高速化を図ることによりマシニングセ
ンタ等工作機械の生産能率を向上させることがてきる。

交換アーム前後動機構と交換アーム旋回機構とドア開閉
機構との動作時間か重複するようにカム体のカム形状を
形成しており、重複した時間たけ工具交換動作時間か短
縮され、より一層生産能率を向上させることがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図は本発明の一実施例を示しており、第
１図は自動工具交換装置の概略正面図、第２図はその要
部の平面断面図、第３図は交換アーム旋回機構を示す断
面図、第４図は交換アーム前後動機構、ドア開閉機構を
示す断面図、第５図はドア機構の閉した状態を示す側面
断面図、第６図はドア機構の開いた状態を示す側面断面
図、第７図はカム体に形成したドア開閉カム溝、交換ア
ーム旋回用カムと交換アーム前後動カムのカム曲線図で
ある。 １・・・自動工具交換装置（ＡＴＣ） １０・・・コラム １１・・・ＡＴＣ基部 ２０・・・主軸 ３０・・・待機ポット ４０・・・開閉ドア機構 ４１・・・案内レール ４２・・・ドア体 ５０・・・工具交換アーム ５１・・・アームシャフト ６０・・・駆動軸 ６１・・・駆動モータ ７０・・・交換アーム前後動機構 ８０−・・交換アーム旋回機構 ８１・・・カム体 ８２・・・一対のカムフォロア ９０・・・ドア開閉機構 ９３・・・往復シャフト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主軸ヘッドに回転自在に軸承されるとともに工具を保持
   する主軸と、 複数の工具を連鎖状に貯蔵する工具貯蔵マガジンと、 前記主軸と前記工具貯蔵マガジンとの間に設けられ、前
   記主軸と前記工具貯蔵マガジンとの間で使用済工具と使
   用予定工具とを交換する工作機械の自動工具交換装置で
   あって、 前記主軸と前記自動工具交換装置との間に加工領域内外
   を仕切るように設けられ、開口部より記自動工具交換装
   置を出入りさせる開閉自在なドア体と、 前記使用済工具と前記使用予定工具とを把持して交換を
   行なう工具交換アームと、 前記自動工具交換装置を駆動する駆動体と、この駆動体
   の駆動力により回転動作する駆動軸に固定され、複数の
   カムを形成したカム体と、このカム体に形成された第１
   のカムと係合し、前記工具交換アームを前後動させる交
   換アーム前後動機構と、 前記カム体に形成された第２のカムと係合し、前記工具
   交換アームを旋回させる交換アーム旋回機構と、 前記カム体に形成された第３のカムと係合し、前記ドア
   体を開閉させるドア開閉機構とからなり、 前記工具交換アームの前後動動作、旋回動作と前記ドア
   体の開閉動作を重複して連動させることを特徴とする工
   作機械の自動工具交換装置。