JPH0623398Y2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は工作機械に用いられる自動工具交換装置に関す
る。

（従来の技術） 工具が収納される工具ポットを多数備えた工具貯蔵用マ
ガジン（以下「工具マガジン」と称する）と、工作機械
の主軸との間で工具を自動的に交換するために自動工具
交換装置が用いられている。

工具マガジンを工作機械のコラムの一側部に配置し、工
具ポットの軸線と主軸とが直交するようにした場合に
は、工具交換の際の工具どうしの干渉を避けるため特別
の配慮が必要である。

そのため工具交換用アームの他に中間アームおよび中間
ポットを採用する方法（例えば特開昭５５−１４４９４
６号公報）、あるいは、工具交換位置に割出された工具
ポットを、その軸線が工作機械の主軸と平行となる位置
まで旋回させる方法などが採用されている。

また、工具交換用アームの支持装置全体を工具マガジン
と主軸との間で往復移動可能とするとともに、工具交換
用アーム支持装置を９０°旋回可能とすることにより、
工具交換時間の短縮、工具交換装置の構造の簡略化を図
った方法も知られている（特願昭６０−１２６９３３号
明細書）。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような工具交換方式は工具交換用
アーム支持装置に支持された工具交換用アームの主軸方
向の移動量に制限があるため、主軸頭あるいはラムに軸
方向長さの大きいエクステンションヘッドが取付けられ
た場合には、工具交換動作を行うことができない。ま
た、主軸頭あるいはラムに主軸と直交する工具装着部を
有するアングルヘッドが取付けられた場合には、工具交
換用アームの工具把持部が工具ホルダと係合できないた
め工具交換動作を行うことができない。

本考案はこのような点を考慮してなされたもであり、主
軸頭あるいはラムにエクステンションへッドが取付けら
れた場合でも、工具を自動交換することのできる自動工
具交換装置を提供することを目的とする。また、本考案
は主軸頭あるいはラムにアングルヘッドが取付けられた
場合でも工具を自動交換することのできる自動工具交換
装置を提供することを目的とする。

〔考案の構成〕

（課題を解決するための手段） 本考案は、工作機械のコラム側面に取付けられ、工作機
械の主軸と直交する方向に向けて多数配置された工具ポ
ットを備えた工具マガジンと、工作機械の主軸部との間
で工具を自動的に交換する自動工具交換装置であって、
工作機械のコラム前面に対し前後移動可能に取付けら
れ、工具マガジンと主軸頭との間に配置されたガイドレ
ールを備えたレール台と、レール台に対し、ガイドレー
ルに沿って摺動可能に装着されたサドルと、サドルに対
し、サドルの摺動方向と直交する方向の軸線を中心に旋
回可能に取付けられた支持台と、先端に工具把持部が形
成されている工具交換用アームと、支持台に取付けら
れ、工具交換用アームを回転および回転軸の方向に進退
移動させるアーム駆動機構を備えたアーム支持装置と、
レール台を前後移動させるレール台駆動機構と、サドル
を摺動させるサドル駆動機構と、支持台を旋回移動させ
る支持台旋回機構とを備えてなることを特徴としてい
る。

（作用） 本考案によれば、工具交換用アームの回転および回転軸
方向への進退移動により、工具マガジンの工具ポットお
よび主軸の工具装着部との間で、それぞれ使用済工具と
新工具との交換動作が行われる。また、サドルの摺動に
より工具マガジンと主軸頭間の工具の搬送動作が行わ
れ、支持台が９０°旋回することにより主軸と直交した
関係にある工具マガジンの工具ポットに対し工具交換用
アームの工具把持部の軸線を一致させることができる。
さらに、レール台を前後移動させることにより、主軸頭
に対し装着されているエクステンションヘッドの軸方向
長さに対応させることが可能であり、アーム支持装置を
９０°旋回させることにより、主軸と直交する工具装着
部を有するアングルヘッドを使用した場合でも、工具の
自動交換が可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本考案の一実施例について説明す
る。

第１図は本考案による工作機械の自動工具交換装置を示
す概略斜視図である。図において符号１１は、例えば横
中ぐり盤のような工作機械のコラムであり、このコラム
の一側面１１ａに工具を収納する工具ポット１２を多数
備えた工具マガジン１３が、工具ポット１２の軸線（収
納された工具Ｔの軸線）をＸ軸方向に向けて配置されて
いる。

コラム１１の前面側１１ｂには、主軸頭１４が上下方向
（Ｙ軸方向）に移動可能に配設され、この主軸頭１４
に、第１図では、軸方向長さの大きいエクステンション
ヘッド１５が装着されている。そして、このエクステン
ションヘッド１５に対し工具ＴｏがＺ軸方向（主軸方
向）に向けて取付けられている。

工具マガジン１３と主軸頭１４との間のコラム前面１１
ｂには、一部切欠部２１ａを有する平板状のレール台２
１が、コラム前面１１ｂに枢着された複数本のリンク２
２により前後方向（Ｚ軸方向）に往復移動可能に取付け
られている。

レール台２１には、Ｘ軸方向に向けて、工具マガジン１
３と主軸頭１４との間に延在するガイドレール２３が設
けられている。

このレール台２１に対して、ガイドレール２３に沿って
摺動可能にサドル２４が装着されている。このサドル２
４の上下端部には、主軸と直交するＹ軸方向に向けて支
持ピン２５が取付けられ、この支持ピン２５により、サ
ドル２４に対し支持台２６が旋回可能に取付けられてい
る。

符号３１は、両端部に工具把持部を有する工具交換用ア
ームであり、この工具交換用アーム３１は、工具交換用
アーム３１を回転および回転軸の方向に進退移動させる
アーム駆動機構を備えたアーム支持装置３２により支持
されている。

そしてこのアーム支持装置３２は、支持台２６の下端部
にＸ軸方向に向けて取付けられた支持ピン３３により、
Ｘ軸を中心に旋回可能に支持されている。

レール台２１の上端部には、後端部がコラム前面１１ｂ
に枢着されたレール台駆動用油圧シリンダ４１のロッド
４１ａの先端部４１ｂが枢着されている。また、レール
台２１の下端部には、ロッド４２ａの先端部がサドル２
４に連結されたサドル駆動用油圧シリンダ４２が取付け
られている。

コラム側面１１ａの工具マガジン１３の工具交換位置の
付近には、支持台２６を旋回駆動するための油圧シリン
ダ４３が水平面内で揺動可能に取付けられている。この
旋回駆動用油圧シリンダ４３のロッド４３ａの先端には
凹溝を備えたフック４３ｂが取付けられ、支持台２６の
一端に固着された短軸４４と係合可能とされている。

支持台２６の上端部には、ほぼＹ軸方向に向けて、アー
ム支持装置３２をＹ−Ｚ平面内で旋回駆動する油圧シリ
ンダ４５が揺動可能に取付けられ、ロッド４５ａの先端
部が、アーム支持装置３２にＸ軸方向に向けて固着され
ているピン３２ａに対し枢着されている。符号４６は工
具交換用アーム３１を回転軸方向に進退移動させるため
の油圧シリンダである。

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２図乃至第４図は、主軸頭１４にエクステンションヘ
ッド１５が装着されている場合の工具交換動作の一工程
を示す斜視図であり、第５図は本実施例の一連の工具交
換動作を示す説明図である。

まず第２図は工具交換用アーム３１が待機位置（第５図
（XVii））にある状態を示している。すなわち、レール
台２１は油圧シリンダ４１によりコラム前面１１ｂ側に
引き寄せられ、リンク２２はコラム前面１１ｂにほぼ平
行状態に位置している。サドル２４は、ガイドレール２
３に沿って、最も工具マガジン１３側に近づいた位置に
移動しており、アーム支持装置３２は工具交換用アーム
３１の回転軸がＺ軸方向（主軸方向）を向くよう配置さ
れている。また、油圧シリンダ４３はロッド４３ａを伸
張した状態にあり、フック４３ｂが支持台２６の短軸４
４に係合されている。

この状態で工具交換指令が出され、エクステンションヘ
ッド１５に装着された使用済み工具（旧工具）Ｔｏと、
工具マガジン１３に収容されている新工具ＴＮとの交換
動作が行われる。

第３図は待機位置にある工具交換用アーム３１が作動し
て、工具マガジン１３に収納された新工具ＴＮを把持し
た状態を示す斜視図である。すなわち、油圧シリンダ４
３が作動してロッド４３ａを縮小し、フック４３ｂによ
り支持台２６を工具マガジン１３側へ９０°旋回移動さ
せる。

工具交換用アーム３１が水平面内で９０°旋回移動し、
工具交換用アーム３１の先端が工具マガジン１３の新工
具ＴＮを把持する（第５図（ｉ））。（正確には、新工
具ＴＮを保持する工具ホルダを把持する）。

続いて油圧シリンダ４６が作動し、工具交換用アーム３
１を前進移動させることにより、工具マガジン１３の工
具収納ポットから新工具ＴＮを引抜く（第５図（i
i））。

この状態で油圧シリンダ４３が再び作動し、ロッド４３
ａを伸張させることにより支持台２６を９０°旋回移動
し、工具交換用アーム３１の回転軸を主軸と同一方向に
向ける（第５図（iii））とともに、油圧シリンダ４６
が作動して、工具交換用アーム３１をアーム支持装置３
２側へ後退移動させる（第５図（iv））。

第４図は第３図に示した状態から引続き所定の動作が行
われ、工具交換用アーム３１でエクステンションヘツド
１５に装着された旧工具Ｔｏを把持した状態を示す斜視
図である。すなわち、前記した動作に引続いて油圧シリ
ンダ４２が作動し、ロッド４２ａを伸張させることによ
りサドル２４がガイドレール２３に沿って主軸頭１４方
向へ摺動し中間位置で停止する（第５図（ｖ））。この
サドル２４の移動の際、フック４３ｂと短軸４４との係
合が解除される。続いて油圧シリンダ４１が作動し、ロ
ッド４１ａを伸張させることによりレール台２１がコラ
ム前面１１ｂから前方へ押出される（第５図（vi））。
このレール台２１の前方移動距離はエクステンションヘ
ッド１５の軸方向長さにより決まり、次に述べるサドル
２４の摺動工程により、工具交換用アーム３１の端部が
エクステンションヘッド１５に装着されている旧工具Ｔ
ｏを正確に把持する位置に調整される。

再びサドル２４が主軸頭１４方向へ摺動し、工具交換用
アーム３１の端部が旧工具Ｔｏを把持した時点で停止す
る（第５図（vii））。

次に油圧シリンダ４６が作動して、工具交換用アーム３
１の前進移動がなされ、エクステンションヘッド１５か
ら旧工具Ｔｏが引抜かれ（第５図（viii））、続いてア
ーム支持装置内の旋回機構により工具交換用アーム３１
が１８０°旋回される（第５図（ix））。この状態で工
具交換用アーム３１を後退移動させると、工具交換用ア
ーム３１の一端部に把持されていた新工具ＴＮがエクス
テンションヘッド１５に装着される（第５図（ｘ））。

再びサドル２４が工具マガジン１３方向へ摺動して中間
位置で停止する（第５図（xi））。油圧シリンダ４１が
作動してレール台２１をコラム前面１１ｂ側に後退移動
させ（第５図（xii））、サドル２４がガイドレール２
３に沿って摺動し、工具マガジン１３との工具交換位置
で停止する（第５図（xiii））。工具交換用アーム３１
が前進移動し（第５図（xiv））、支持台２６が水平面
内で９０°旋回する（第５図（xv））。この位置で工具
交換用アーム３１が後退移動することにより、工具交換
用アーム３１に把持されている旧工具Ｔｏが工具マガジ
ン１３の工具ポットに対し挿入収納される（第５図（xv
i））。支持台２６が９０°旋回移動して待機位置に戻
ることにより、一連の工具交換動作を終了する（第５図
（xvii））。上記した一連の動作は、一般のシーケンス
制御技術により制御される。

このように、本実施例によれば、主軸頭１４に軸方向長
さの大きいエクステンションヘッド１５が取付けられて
いる場合でも、工具交換作業を自動的にかつ迅速に行う
ことができる。

第６図は主軸頭１４に何らエクステンションヘッドを装
着せず、主軸１６に対し直接工具を着脱する場合の状態
を示す斜視図である。この場合には、前述した工具交換
動作において、レール台２１を前後移動させないことの
みが異なり、他の動作は全く同一である。すなわち、レ
ール台２１は、コラム前面１１ｂ側に後退移動させられ
たままであり、サドル２４をガイドレール２３に沿って
摺動させることにより、主軸１６に装着された旧工具の
把持、工具マガジン１３と主軸１６間の工具の搬送動作
が行われる。また、支持台２６を工具マガジン１３の工
具交換位置で９０°旋回移動することにより、工具マガ
ジン１３との工具交換動作が行われる。

第７図は主軸方向への軸長さを有するとともに、主軸と
直交する軸線を有するロングアングルヘッド１７を用い
た場合の工具交換動作を示す斜視図である。この場合に
は、レール台２１がコラム前面１１ｂより前進移動させ
られるとともに、アーム支持装置３２が９０°旋回さ
れ、工具交換用アーム３１の回転軸が主軸と直交する方
向に向けられている。

第８図はロングアングルヘッド１７を用いた場合の一連
の工具交換動作を示す説明図である。まず工具交換指令
を受けて工具交換装置の待機位置（第８図（xix））か
ら動作を開始し、工具マガジン１３に収納されている新
工具を受取り、レール台２１の中間位置までサドル２４
が摺動するまでの工程（第８図（ｉ）〜（ｖ））は、前
述した実施例と同様であるので説明を省略する。

レール台２１の中間位置まで工具交換用アーム３１が移
動した後、油圧シリンダ４１が作動し、レール台２１が
コラム前面１１ｂから前方へ移動させられる（第８図
（vi））。続いて油圧シリンダ４５が作動し、アーム支
持装置３２を９０°旋回移動させ、工具交換用アーム３
１の回転軸を主軸と直交する方向に向ける（第８図（vi
i））。

サドル２４が油圧シリンダ４２によりさらに摺動させら
れ、工具交換用アーム３１の一端部がロングアングルヘ
ッド１７に装着されている旧工具Ｔｏを把持した時点で
停止する（第８図（viii））。

工具交換用アーム３１が前進移動してロングアングルヘ
ッド１７から旧工具Ｔｏを抜き出し（第８図（ix））、
１８０°旋回する（第８図（ｘ））。この状態で工具交
換用アーム３１が後退移動し、他端部に把持されている
新工具ＴＮがロングアングルヘッド１７内に装着される
（第８図（xi））。

サドル２４がレール台２１の中間位置まで摺動し（第８
図（xii））、アーム支持装置３２が再び９０°旋回移
動されて、工具交換用アーム３１の回転軸が主軸と同一
方向に向けられる（第８図（xiii））。

油圧シリンダ４１が作動し、レール台２１がコラム前面
１１ｂ側へ後退移動する（第８図（xiv））。サドル２
４がガイドレール２３に沿って工具マガジン１３との工
具交換位置まで摺動する（第８図（xv））。

工具交換用アーム３１が前進移動し（第８図（xv
i））、続いて９０°旋回する（第８図（xvii））。工
具交換用アーム３１が後退することにより、旧工具Ｔｏ
が工具マガジン１３の所定のポットに挿入収納される
（第８図（xviii））。支持台２６が再び９０°旋回さ
せられて待機位置に復帰する（第８図（xix））ことに
より、一連の工具交換動作を終了する。

このように本実施例によれば、主軸方向の軸長さの大き
いロングアングルヘッド１７が主軸頭１４に装着されて
いる場合にでも、工具を自動的かつ迅速に交換すること
ができる。

第９図は主軸方向の軸長さの小さい通常のアングルヘッ
ド１８が主軸頭１４に装着されている場合の工具交換状
態を示す斜視図である。この実施例では、アーム支持装
置３２を９０°旋回させ、工具交換用アーム３１の回転
軸を主軸と直交する方向に向けてある点で、前述した第
７図および第８図に示す実施例と共通している。アング
ルヘッド１８を主軸頭１４に装着することにより主軸方
向に延長された工具装着位置の変位は、アーム支持装置
３２の旋回中心となるピン３２ａの位置を適宜偏心した
位置に定めておくことにより解消することができる。し
たがってこの実施例においては、レール台２１は前進移
動されることなく、コラム前面１１ｂ側に後退させられ
たままである。その他の動作については前述したロング
アングルヘッド１７を使用した場合と全く同一であるの
で説明を省略する。

なお、上記したいくつかの実施例の説明において、レー
ル台２１の前後駆動手段として油圧シリンダ４１および
リンク２２を用いた例を示したが、レール台２１に直接
複数の油圧シリンダを連結して作動させてもよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように本願考案によれば、自動工具交換用
アームで工具をエクステンションヘッドに取付けた後
は、レール台が後退してワークから大きく離れるため、
自動工具交換用アームがワークと干渉することが防止さ
れる。従って、主軸頭に軸長さの大きいエクステンショ
ンヘッド、ロングアングルヘッド、普通のアングルヘッ
ド等が装着されている場合でも、工具を自動的かつ迅速
に交換することができる。また、加工中はレール台を後
退移動させて、自動工具交換装置とワークとの干渉を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す外観斜視図、第２図乃
至第４図は主軸頭にエクステンションヘッドが装着され
ている場合の工具交換動作のそれぞれの状態を示す斜視
図、第５図は主軸頭にエクステンションヘッドが装着さ
れている場合の一連の工具交換動作を示す工程図、第６
図は主軸頭にエクステンションヘッドを装着せず主軸に
直接工具が交換装着される場合を示す本実施例の斜視
図、第７図は主軸頭にロングアングルヘッドが装着され
ている場合の工具交換動作を示す斜視図、第８図は主軸
頭にロングアングルヘッドが装着されている場合の一連
の工具交換動作を示す工程図、第９図は主軸頭に軸方向
長さの短いアングルヘッドが装着されている場合の工具
交換動作を示す斜視図である。 １１……コラム、１１ｂ……コラム前面、１３……工具
マガジン、１４……主軸頭、１５……エクステンション
ヘッド、１７……ロングアングルヘッド、１８……アン
グルヘッド、２１……レール台、２３……ガイドレー
ル、２４……サドル、２６……支持台、３１……工具交
換用アーム、３２……アーム支持装置、４１……レール
台駆動用油圧シリンダ、４２……サドル駆動用シリン
ダ、４３……支持台旋回用油圧シリンダ、４５……アー
ム支持装置旋回用油圧シリンダ、４６……工具交換用ア
ーム駆動用油圧シリンダ。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械のコラム側面に取付けられ、工作
   機械の主軸と直交する方向に向けて多数配置された工具
   ポットを備えた工具マガジンと、工作機械の主軸部との
   間で工具を自動的に交換する自動工具交換装置におい
   て、 工作機械のコラム前面に対し前後移動可能に取付けら
   れ、工具マガジンと主軸頭との間に配置されたガイドレ
   ールを備えたレール台と、 レール台に対し、前記ガイドレールに沿って摺動可能に
   装着されたサドルと、 サドルに対し、前記サドルの摺動方向と直交する方向の
   軸線を中心に旋回可能に取付けられた支持台と、 先端に工具把持部が形成されている工具交換用アーム
   と、 前記支持台に取付けられ、工具交換用アームを回転およ
   び回転軸の方向に進退移動させるアーム駆動機構を備え
   たアーム支持装置と、 前記レール台を前後移動させるレール台駆動機構と、 前記サドルを摺動させるサドル駆動機構と、 前記支持台を旋回移動させる支持台旋回機構と、を備え
   てなる自動工具交換装置。
2. 【請求項２】アーム支持装置は、支持台に対し、前記ガ
   イドレールと同一方向の軸線を中心に旋回可能に取付け
   られていることを特徴とする請求項１に記載の自動工具
   交換装置。