JPH0751969A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マシニングセンタ等に用いられ工具の交換を
行なう工具交換装置をコンパクトなものにする。 【構成】 フレーム１３に支持され旋回軸線Ａ上に配置
される中空の第１軸体１５中心に第２軸体１１を軸方向
に相対移動自在に挿通し、かつ第１軸体１５をフレーム
１３に対し軸方向移動自在、かつ、１８０度旋回自在に
支持し、第１，第２軸体１５，１１を対応した軸方向移
動機構３０に夫々連結すると共に第１軸体１５は旋回装
置５０に連繋し、第２軸体１１の先端に一対の工具保持
体１０を半径方向に移動自在に支持し、各工具保持体１
０と第１軸体１５とを第１，第２軸体１５，１１の軸方
向相対移動で直交方向に移動するようにリンクで連結す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マシニングセンタ等に
用いられる工具交換装置に係り、多数の工具を収納した
工具マガジンから工具を取出し、旋回させて主軸の工具
と交換するようにした工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にマシニングセンタは、工具を割出
可能に収納する工具マガジンとこの工具マガジン内の工
具を取付けて加工物を加工する主軸との間に、一対の工
具保持体が旋回軸線方向と、これと直交する方向とに移
動すると共に旋回自在に設けられた工具交換装置を備
え、工具マガジン内の新しい工具と主軸上の使用済の工
具とを交換するようになっている。例えば特公昭４６−
７９１号公報に開示されている多数の工具を備える工作
機械の工具交換装置では、前後動かつ、旋回自在に支持
された軸の先端に工具交換用の腕を備えている。この腕
は両端に工具を把持するようにした工具保持体（工具ク
ランプ）を備え、この腕内に装着したシリンダの作動に
より工具クランプを旋回軸線と直交する半径方向に引伸
ばして工具マガジンと主軸の工具を腕の両端部に把持
し、旋回軸線方向へ移動して工具を工具マガジン及び主
軸から抜取り、その後シリンダを作動させて工具クラン
プを半径方向に縮めると共に１８０度旋回することによ
って両工具の位置を入れ変え、再び工具クランプを半径
方向へ伸ばした後、旋回軸線方向へ後退移動して工具を
交換するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の工具
交換装置では、工具保持体を半径方向に伸縮するのに工
具交換アームの腕内のシリンダを作動させて行っている
ので、シリンダを作動するのに必要な油圧或は圧空など
の配管機構を旋回体である腕内の極く限られた場所にコ
ンパクトに納めなければならない問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するためにフレームに対し、一対の工具保持体を旋回
軸線回りに回動自在に支持すると共に旋回軸線方向と、
旋回軸線と直交する半径方向とに移動するようにしてあ
る工具交換装置において、フレームに対し、旋回軸線上
に軸方向移動自在に配置される中空の第１軸体の中心に
第２軸体を軸方向に相対移動自在に挿通し、第１，第２
軸体の何れか一方の軸体をフレームに１８０度旋回自在
に支持し、第１，第２軸体を対応した軸方向移動機構に
夫々連結し、何れか一方の軸体の先端に一対の工具保持
体を前記半径方向に移動自在に支持し、各工具保持体と
他方の軸体とを第１，第２軸体間の軸方向相対位置の変
更により工具保持体の半径方向位置を変更するリンクで
連結し、かつ、工具保持体を旋回軸線回りに旋回させる
旋回機構を構えたことを特徴とする。

【０００５】

【作用】第１、第２軸体は対応する軸方向移動機構によ
り、夫々軸方向に相対移動し、工具保持体と一方の軸体
間のリンクを介して一対の工具保持体を待機位置から半
径方向外方に移動させ、工具保持体に対応する工具マガ
ジンと主軸の工具を把持させる。更に工具保持体は第
１，第２軸体の相対移動により工具を把持した状態で軸
方向に移動し、かつ、半径方向の軸中心に向いて移動し
て、工具マガジンと主軸から工具を抜き取り、旋回して
も工具マガジンの隣りの工具と当接しない旋回半径を小
とする位置に位置される。こうして旋回位置となった工
具保持体は、旋回装置により旋回軸線回りに１８０度旋
回され、位置の変更が行われる。工具保持体の位置変更
が行われると、軸方向移動機構を逆動作させて、第１，
第２軸体の軸方向移動及び工具保持体の半径方向外方移
動を生じさせ、これにより夫々の工具を保持した一対の
工具保持体は使用済工具を工具マガジンに、新工具を主
軸に装着して工具の交換を終了する。

【０００６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。図１はマシニングセンタ１の工具交換部の正面
図を示し、中央部に本発明の工具交換装置２が配設して
ある。この工具交換装置２の上方には、数種類の工具３
を割出可能に収容した工具マガジン４が配設してある。
又、工具交換装置２の下方には、工具３を着脱自在に装
着する主軸５を昇降自在に支持した移動コラム６が、前
後、左右に移動自在に配設してある。工具マガジン４は
工具３を装着するための工具ソケット７を無端チェーン
８上に所定間隔に多数取付けてあり工具ソケット７（図
は１つだけ他は省略）が前方に向けた状態で周回し割出
位置Ｐに工具３が割出されるようになっている。この工
具３の割出位置Ｐと主軸５とは工具交換時には同じ垂直
線上になるように設定されている。

【０００７】次に図２に示す工具交換装置２は、工具マ
ガジン４内のこれから使用される工具３と、主軸５上の
使用済の工具３とを把持するために図３に示す２つの把
持爪９を圧縮ばね等により開閉し、工具３を着脱自在に
した一対の工具保持体（特開昭６３−１０５８５４号開
示）１０を第２軸体１１の軸線Ａと直交する半径方向外
方に配設している。この第２軸体１１は、マシニングセ
ンタ１の本体１２に一体取着されるフレーム１３に取付
けられた一対の軸受１４を介して軸方向移動自在に及び
軸線Ａ回りに回動自在に支持されている中空の第１軸体
１５の中心に軸受１６を介して軸方向移動自在に支持し
てある。

【０００８】第２軸体１１の前端部はフレーム１３の前
面より突出した第１軸体１５の前端より更に突出し、前
端に取付けられた保持体支持部材１７に前記工具保持体
１０が連結にある。この工具保持体１０は、双方の左右
側面にピン１８で軸支されて揺動自在な保持体リンク１
９．１９と、この左右の保持体リンク１９．１９中間後
方でピン１８ａに軸支され、揺動自在なくの字形状の支
持部材２１とによって構成される平行リンクを介して保
持体支持部材１７に連結してある。従って工具保持体１
０は、保持体リンク１９及び支持部材２１の揺動により
軸方向と旋回軸線Ａと直交する半径方向とに移動自在と
なる。第１軸体１５先端には半径方向外方に一対のリン
ク支持部２０を突設し、前記支持部材２１の中間部とリ
ンク支持部２０とをリンク２２で連結し第１軸体１５と
第２軸体１１との間の軸方向相対移動によって工具保持
体１０を半径方向に移動するようにしてある。保持体支
持部材１７に設けた貫通孔１７ａには、リンク支持部２
０に固着され、第２軸体１１に沿って前方へ突出された
一対のロッド２３が挿通され、これによって保持体支持
部材１７が第２軸体１１に対して軸方向移動可能で、
又、単独で旋回方向の回転が出来ないようになってい
る。

【０００９】次に第１軸体１５の後端はフレーム１３後
面より突出し、その後端部には外周溝２５を有する第１
シフタ２６が楔着してある。同様に第２軸体１１の後端
は更に第１軸体１５よりも突出し、その後端部にも外周
溝２７を有する第２シフタ２８が固着してある。これら
第１、第２シフタ２６，２８の下方には第１軸体１５と
第２軸体１１を軸方向に移動させる軸方向移動機溝３０
が配設してある。

【００１０】次に軸方向移動機溝３０について説明す
る。フレーム１３後面のフレーム補助部材１３ａは、そ
の内部にドラムカム３１を一体に備え、第１軸体１５と
軸方向が平行な駆動軸３２をフレーム１３の一対な軸受
３３を介して回動自在に支持している。この駆動軸３２
の後端には中心に軸穴３２ａが軸方向に設けられ、フレ
ーム補助部材１３ａの後面に取付けられた正、逆回転用
の駆動モータ３４の回転軸３４ａとキー連結してある。
この駆動軸３２にキー連結されるドラムカム３１の外周
には、後方より第２軸体１１の前後動用の第２カム溝３
５、第１軸体１５の前後動用の第１カム溝３６がそれぞ
れ設けてある。フレーム補助部材１３ａに第２連結レバ
ー４０がピン４１によって中間部を支持され揺動自在に
してある。その第２連結レバー４０の一端にカムフオロ
ア４２が取付けてあり、カムフオロア４２が前記第２カ
ム溝３５に転動自在に嵌入してある。第２連結レバー４
０の他端に取付けたカムフオロア４３が前記第２シフタ
２８の外周溝２７に転動自在に嵌入してあり、、第２カ
ム溝３５による第２連結レバー４０の動きを第２軸体１
１に伝達するようにしてある。

【００１１】又、第１連結レバー４５はフレーム補助部
材１３ａにピン４６により中間部を支持されて揺動自在
にしてある。その第１連結レバー４５の一端にカムフオ
ロア４７が取付けてあり、カムフオロア４７が第１カム
溝３６に転動自在に嵌入してある。第１連結レバー４５
の他端に取付けたカムフオロア４８が前記第１シフタ２
６の外周溝２５に回動自在に嵌入してあり、第１カム溝
３６による第１連結レバー４５の動きを第１軸体１５に
伝達するようにしてある。前記第１、第２カム溝３５，
３６は、ドラムカム３１の１回転の間に第１、第２軸体
１５，１１間の軸線方向の相対移動により、リンク２１
を介して工具保持体１０を軸方向及び旋回軸線Ａと直交
する方向とに移動させ、工具保持体１０の１８０度旋回
に先立って行われる工具抜取動作（図５〜図１０）と、
１８０度旋回後の工具装着動作（図５〜図１０と逆動
作）とができるようなカム形状に設定してある。

【００１２】次に旋回装置５０について説明する。フレ
ーム１３の内部に位置する第１軸体１５中間部にはスプ
ライン状の外周歯１５ａが長手方向に沿って設けられて
いる。この外周歯１５ａは第１軸体１５が前後移動する
とき図４に示すように扇状歯車５１の外歯１５ａとｂ歯
合が外れない長さに設定してある。扇状歯車５１は中間
部がフレーム１３内の一対の軸受５２により回動自在に
支持される中間軸５３前端にキー連結されている。扇状
歯車５１の一端には前記外歯５１ａが設けられ、他端は
一方が開口された長溝５４が設けられており、その両側
に後述のレバー５５に摺接し扇状歯車５１がいずれか一
方に揺動した時その位置に一時係止することができるよ
うにした係止溝５１ｂが設けてある。

【００１３】レバー５５は前記駆動軸３２の前端にキー
連結してあり、取付部外周５５ａが前記係止溝５１ｂと
係合可能で、又その一部が切り欠かれ係止溝５１ｂとの
係合が外れて扇状歯車５１を揺動可能にする切り欠き部
５１ｃが形成してある。又駆動モータ３４（ドラムカム
３１）の一回転のうち、ドラムカム３１による前記工具
抜取動作と工具装着動作の間のタイミングでレバー５５
のカムフオロア５６が長溝５４に嵌入、嵌脱し扇状歯車
５１を一定角度揺動するようにしている。扇状歯車５１
と外歯５１ａのギヤ比は扇状歯車５１の正又は逆方向の
一定角度の揺動で第１軸体１５が正又は逆方向に１８０
度旋回するように設定してある。本実施例では、工具保
持体１０の旋回、半径方向への移動及び軸方向移動が全
て１つの駆動モータ３４で行われているので、装置の小
型化に寄与するところ大である。

【００１４】以上のように構成された工具交換装置２の
作用について説明する。待機位置Ｓにある一対の工具保
持体１０は、それぞれ対応する主軸５の工具３と割出位
置Ｐの工具３とに対する位置的関係が同じで対称になっ
ているので、一方の工具保持体１０の説明のみ行い、他
方の工具保持体１０の説明図は省略する。加工を終えた
主軸５の工具３と工具マガジン４の割出位置Ｐに割出さ
れた新しい工具３とを把持するため、工具保持体１０が
図５の待機位置Ｓにある状態から、軸方向移動機構３０
の駆動モータ３４が正転駆動され、ドラムカム３１を正
転させ、第１，第２連結レバー４５，４０を介して第
１，第２軸体１５，１１に前後動を行わせる。

【００１５】第１，第２軸体１５，１１の軸方向の相対
的な前進移動により工具保持体１０は、リンク２２及び
平行リンクを介して待機位置Ｓより後退しつつ半径方向
内方より外方に向いて移動し夫々対応する主軸５の工具
３と割出位置Ｐの工具３とを把持する（図６）。次に第
１，第２軸体１１，１５が軸方向相対位置関係を保った
まま所定量前進し、工具保持体１０は工具３を把持した
まま図７に示すように工具３を工具ソケット７（主軸
３）から抜き止る。次に図７の状態から第１軸体１５の
み前方へ移動させ、第１軸体１５のリンク２２を介した
工具保持体１０を半径方向内方に向ける作用により工具
３を工具ソケット７より完全に抜き取る（図８）。続い
て、第１，第２軸体１５，１１は、ドラムカム３１の前
後動用カム溝３５，３６により後退移動を始める。工具
保持体１０は第１，第２軸体１５，１１の後退方向への
相対移動により、後退移動と半径方向内方に向かいなが
ら図９に示す状態を経て、図１０に示す旋回位置Ｂに位
置する。この旋回位置Ｂでの工具保持体１０は、旋回し
ても工具マガジン４の隣り合う工具３と当接しない旋回
軸線Ａからの旋回半径を小さくした位置となる。

【００１６】工具保持体１０が旋回位置Ｂに位置するタ
イミングで旋回装置５０のレバー５５のカムフオロア５
６が扇状歯車５１の長溝５４内に嵌入する。レバー５５
はそのまま回転し扇状歯車５１を一定角度正回転させ
る。この扇状歯車５１の回転により第１軸体１５は第２
軸体１１を一体回転させると共に工具保持体１０を旋回
軸線Ａ回りに１８０度旋回させ、工具保持体１０に把持
した工具３の位置を入れ替える。駆動モータ３４は引き
続き正転し、これにより１８０度旋回前に行なってきた
工具抜取動作（図５〜図１０の動作）と逆の工具装置動
作が行なわれ、この逆動作で一対の工具保持体１０は主
軸５に新しい工具３を、工具マガジン４には使用済の工
具３を装着し、ドラムカム３１が１回転したとき待機位
置Ｓに戻り工具交換を終了する。尚、次回の工具交換時
は、駆動モータ３４は逆方向に１回転される。

【００１７】尚、本実施例の工具交換装置２では工具保
持体１０は工具保持体１０と第２軸体１１の保持体支持
部材１７との問に介在した保持体リンク１９及び支持部
材２１を介して軸方向に前後揺動するように支持し、第
１，第２軸体１５，１１に相対移動させながら工具３の
着脱を行なっているがこれに限定するものでなく、図１
１，１２に示すように、第２軸体１１Ａの先端に、前述
した保持体支持部材１７、保持体リンク１９及び支持部
材２１に代えて、工具保持体１０Ａを半径方向に案内し
摺動自在に支持するロッド１７Ａを設け、工具保持体１
０Ａに第１軸体１５Ａ先端のリンク２２Ａを連結した構
成とし、また、第２軸体１１Ａをフレーム１３に回動自
在に支持してもよい。

【００１８】この場合の工具保持体１０Ａは、図１１に
示す第１軸体１５Ａの前進により待機位置Ｓより、ロッ
ド１７Ａに案内されて半径方向の工具３に向いて進入
し、図１１の想像線で示すように対応する工具３を把持
する。この状態において第１，第２軸体１５Ａ，１１Ａ
は同時に前進し、工具３を抜き取り図１２に想像線で示
す位置で停止する。次に第１軸体１５Ａが後退し、工具
保持体１０Ａはロッド１７Ａに案内されて半径方向内方
の図１２の実線で示す位置まで戻される。以後、工具保
持体１０Ａは第２軸体１１Ａが旋回されて位置を入れ替
え再び第１軸体１５Ａが前進した後、第１，第２軸体１
１Ａ，１５Ａが同時に後退し、工具３を夫々の対応する
主軸５、工具マガジン４に装着し待機位置Ｓに戻る。

【００１９】

【発明の効果】以上のようにこの工具交換装置によれ
ば、フレームに対し、旋回軸線上に軸方向移動自在に配
置される中空の第１軸体の中心に第２軸体を軸方向に相
対移動自在に挿通し、第１又は第２軸体の何れか一方を
フレームに１８０度旋回自在に支持し、第１，第２軸体
を対応した軸方向移動機構に夫々連結すると共に旋回装
置を設け、第２軸体の先端に一対の工具保持体を半径方
向に移動自在に支持し、各工具保持体と第１軸体とを第
１，第２軸体の軸方向相対移動で半径方向に移動するよ
うにリンクで連結したので、工具保持具を、旋回軸線方
向と直交する半径方向へ移動させる駆動源を、旋回する
部材内に納めなくてもよく、構造を簡易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具交換装置をマシニングセンタに装
着した正面図である。

【図２】本発明の工具交換装置を示す側断面図である。

【図３】工具保持体を正面から見た説明図である。

【図４】図２のIV−IV断面図である。

【図５】工具保持体の作用を示す説明図である。

【図６】工具保持体へ作用を示す説明図である。

【図７】工具保持体へ作用を示す説明図である。

【図８】工具保持体へ作用を示す説明図である。

【図９】工具保持体へ作用を示す説明図である。

【図１０】工具保持体へ作用を示す説明図である。

【図１１】他の実施例を示す説明図である。

【図１２】他の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】 ２ 工具交換装置、 ３ 工具、１０工具保持体、 １
１ 第２軸体、１３ フレーム、 １５ 第１軸体、
２２ リンク、３０ 軸方向移動機構、 ５０ 旋回装
置、 Ａ 旋回軸線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレームに対し、一対の工具保持体を旋
   回軸線回りに回動自在に支持すると共に旋回軸線方向
   と、旋回軸線と直交する半径方向とに移動するようにし
   てある工具交換装置において、フレームに対し、旋回軸
   線上に軸方向移動自在に配置される中空の第１軸体の中
   心に第２軸体を軸方向に相対移動自在に挿通し、第１，
   第２軸体の何れか一方の軸体をフレームに１８０度旋回
   自在に支持し、第１，第２軸体を対応した軸方向移動機
   構に夫々連結し、何れか一方の軸体の先端に一対の工具
   保持体を前記半径方向に移動自在に支持し、各工具保持
   体と他方の軸体とを第１，第２軸体間の軸方向相対位置
   の変更により工具保持体の半径方向位置を変更するリン
   クで連結し、かつ、工具保持体を旋回軸線回りに旋回さ
   せる旋回機構を構えたことを特徴とする工具交換装置。