JPH08108334A - 工作機械の工具把持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械の工具把持装置において、工具を把
持したグリップが水平方向に位置する状態等で、グリッ
プの片側部材のみに開く方向の力が働いても、他方側部
材により、その開く方向の移動が阻止され、工具を把持
する力が確保され、工具を落下することがないようにす
る。 【構成】 グリップのアーム状部材１４ａ，１４ｂの向
かい合った内側面に形成した凹凸部３３は互いに係合し
合っているので、工具を把持したグリップが水平方向に
位置するような状態で、工具の自重により、片方の部材
１４ｂのみに開く方向の力が働いてこれが回動しようと
しても、他方の部材１４ａによって、その回動が阻止さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工具を自動で交換する
機能を有した工作機械やロボット等の工具把持装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自動工具交換機能を有した工
作機械やロボットのアーム等において、交換される工具
を把持する工具把持装置（以下、マガジンという）を備
えたものがあり、この工具把持装置と工作機械の主軸ヘ
ッドとの間で工具を受け渡しすることにより、工具の交
換を行うようにしている。このような工具把持装置の例
を図５、図６に示す。図５はマガジンの正面図、図６は
その１つのグリップの側面図である。マガジン１５は、
旋回可能な円盤状部材を基体とし、工具ホルダー５ａ
（又は工具）を把持するグリップ３０が放射状に複数個
設けられている。このグリップ３０は、一対のアーム状
部材３０ａ，３０ｂを基体とし、それぞれ支持軸３１の
回りに回転可能に設けられ、かつ、このアーム状部材３
０ａ，３０ｂの工具把持側とは反対側のアーム間に挿入
したバネ３２により、工具把持側のアーム状部材が閉じ
る方向、つまり工具ホルダー５ａをグリップする方向に
付勢された構成とされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の工具把持装置においては、工具を把持し
たグリップ３０が水平方向に位置する旋回状態では、工
具の自重により、下側にある片方のアーム状部材３０
ａ，３０ｂが開く方向（下方）に力が働き、上側にある
他方のアーム状部材は閉じる方向（下方）に力が働く。
つまり、両者の把持部分が下方に移動して位置がずれ
る。この場合、結果として、工具を把持するために設け
られたバネ３２に反発する力が働かず、工具を把持する
力が強くならず、工具を落下してしまうことがあった。
すなわち、一対のグリップ３０において、その両方のア
ーム状部材３０ａ，３０ｂが共に開く方向に力が働いた
場合は、工具を保持するために設けられたバネ３２に反
発する力が働くが、アーム状部材３０ａ，３０ｂの一方
のみに開く方向の力が働くと、他方のアーム状部材３０
ａ，３０ｂは閉じる方向に働くため、バネ３２による工
具を把持する力が働かなくなるという問題があった。本
発明は、上記の問題を解消するためになされたものであ
り、工具を把持したグリップが水平方向に位置する状態
等において、工具を把持する一対のグリップの片側部材
のみに開く方向の力が働いても、他方側部材により、前
者の部材の開く方向への移動が阻止されるようにして、
工具を把持する力が保持され、工具を落下することのな
い工作機械の工具把持装置を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に請求項１の発明は、工具を交換自在に把持するグリッ
プを有した工作機械の工具把持装置において、グリップ
は、工具の受け渡しを行い得るようにその工具把持部が
開閉動作可能に構成された少なくとも一対のアーム状部
材からなり、このアーム状部材の向かい合った内側面の
各々に互いに係合し合う凹凸部を形成したものである。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の工作機械の工
具把持装置において、グリップには、その工具把持部が
常時閉じる方向に付勢力を付与しており、グリップの片
方のアーム状部材のみに開く方向に力が作用した時に、
前記凹凸部がインターロック機能を奏するようにしたも
のである。また、請求項３の発明は、請求項１又は２に
記載の工作機械の工具把持装置において、グリップが横
方向に向いた姿勢位置にある時に、上側に位置するアー
ム状部材を上方に持ち上げて工具把持部を開いた場合に
は、前記凹凸部が係合し合わないような関係に構成され
たものである。

【０００５】

【作用】上記の構成を有する請求項１の工作機械の工具
把持装置によれば、グリップは、一対のアーム状部材の
工具把持部が開閉動作して工具の受け渡しを行う。この
アーム状部材の向かい合った内側面に形成した凹凸部は
互いに係合し合っているので、工具を把持したグリップ
が水平方向に位置するような状態において、工具の自重
により、片方の部材のみに開く方向の力が働いてこれが
回動しようとしても、他方の部材によって、その回動が
阻止される。また、請求項２の工作機械の工具把持装置
によれば、グリップは、その工具把持部が常時閉じる方
向に付勢力が付与されており、グリップの片方のアーム
状部材のみに開く方向に力が作用すると、両アーム状部
材に形成された凹凸部の係合によりインターロック機能
を奏し、他方の部材も強制的に開く方向に力が働き、上
記付勢力の反発力が働き、工具を把持するだけの力が確
保される。また、請求項３の工作機械の工具把持装置に
よれば、グリップが横方向に向いた姿勢位置にある時
に、上側に位置するアーム状部材を上方に持ち上げて工
具把持部を開いた場合、両アーム状部材の凹凸部が係合
し合わないので、手動で工具を取り外すことができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例による工
具交換のための工具把持装置を備えた工作機械について
図面を参照して説明する。図１は全体構成を示す側面
図、図２は工具把持装置（マガジン装置）の正面図、図
３はマガジン装置の中の１つのグリップ部分の側面図で
ある。工作機械１は、ワーク（図示なし）に対して水平
方向（図面上では左右）に切削その他の工作を行うもの
であり、前後及び左右方向に移動可能に設けられたコラ
ム２に対して上下方向に移動可能に設けられたスピンド
ルヘッド３と、このコラム２に対して前後方向に移動可
能でかつ、自転可能に設けられた自動工具交換のための
マガジン装置４とから構成される。スピンドルヘッド３
は、コラム２側に設けられたボールねじ（図示なし）で
上下駆動されるようになっている。このスピンドルヘッ
ド３は、工具ホルダー５ａ（図２）を保持しクランプす
るホルダー部５を先端部に有し回転駆動されるスピンド
ル軸（主軸）６と、このスピンドル軸６を回転駆動する
スピンドルモータ７と、工具のクランプを解除するアン
クランプ機構８の一部を備えている。

【０００７】アンクランプ機構８を構成する部材とし
て、スピンドル軸６の中空部に該軸と平行に移動可能に
挿入され、アンクランプバネ（不図示）により付勢され
たロッド９と、スピンドル軸６の外周囲に嵌合され、前
記ロッド９の後端部側でピンにより連結されたアンクラ
ンプリング１０とが、スピンドルヘッド３側に設けられ
ている。アンクランプ機構８を構成するその他の部材と
して、コラム２側に支点台１１に回転可能に支持された
アンクランプレバー１２と、このアンクランプレバー１
２を所定角度内で回転駆動するカム１３とが、コラム２
側に設けられている。アンクランプレバー１２の上端部
（点線部）は、カム１３のアンクランプ用カム溝１３ａ
に嵌まっており、カム１３の回転により該アンクランプ
レバー１２が回動する。アンクランプレバー１２の下端
部は、スピンドルヘッド３の外装カバーに開けた開口３
ａを通してスピンドルヘッド３内に臨み、スピンドルヘ
ッド３が上昇した時にアンクランプリング１０の側端面
に当接し得る状態となり、カム駆動により、アンクラン
プレバー１２が二点鎖線で示すように回動して、アンク
ランプリング１０を前方に押し出し、これにより工具の
クランプ状態を解除できるようになっている。

【０００８】マガジン装置４は、工具を保持するグリッ
プ１４を放射状に複数配置した円盤状のマガジン１５を
有し、このマガジン１５は、コラム２側に固定されたマ
ガジン支持部１６に旋回自在に支持された回転軸１７に
保持されており、この回転軸１７に形成されたスプライ
ンにより水平方向には移動可能とされ、該軸１７と一体
に旋回されるようになっている。回転軸１７は、減速歯
車機構１８と駆動軸１９を介してマガジン旋回モータ２
０に連結されている。工具を保持するグリップ１４の各
々は、図２、図３に示すように、マガジン１５の円盤状
基材に支持軸３１，３１により回動自在に支持され、工
具把持部が閉じる方向にバネ３２により付勢された２つ
の開閉可能なアーム状部材１４ａ，１４ｂを備えてい
る。そして、このアーム状部材１４ａ，１４ｂの向かい
合った内側面には、互いに係合し合ってインターロック
機能を奏する凹凸部３３が形成されている。

【０００９】また、マガジン支持部１６のマガジン１５
に対向する面には、マガジン１５を所定の割り出し旋回
位置に停止させるための位置決めピン２１ａが設けら
れ、マガジン１５の背面には、前記位置決めピン２１ａ
が嵌まり込み得る位置決め穴２１ｂが複数のグリップ１
４の各々に対応した位置にその個数分だけ設けられてい
る。そして、割り出されたマガジン１５が工具交換のた
めに後退した時に、位置決めピン２１ａが位置決め穴２
１ｂに嵌まり込むことにより、マガジン１５が正確に位
置決めされる。また、マガジン１５には、常時はグリッ
プ１４を閉じる方向にロックするためのテーパ状のロッ
ク部材を持つロック機構２２が設けられ、工具交換を行
う位置等の所定の回転位置でのみ該ロックは解除される
ようになっている。なお、図１のマガジン１５の下側は
ロック解除の状態を示している。

【００１０】さらに、マガジン１５を工具交換のために
前後方向に移動させるための機構として、マガジン支持
部１６に取り付けられたカムベース１６ａに前後移動自
在に支持された前後シャフト軸２３と、この前後シャフ
ト軸２３を前後移動させるための前後レバー２４とを有
する。この前後レバー２４は、カムベース１６ａの天板
に回転自在に支持され、その一端に締結されたカムフォ
ロア（図示なし）はカム１３の前後用カム溝１３ｂに嵌
められ、他端に締結されたカムフォロア２４ａは前後シ
ャフト軸２３に結合された前後カム部材２５に係合され
ている。前後シャフト軸２３の前端部に締結したカムフ
ォロア２３ａは、マガジン１５と一体に設けたカム溝２
６に係合させ、該シャフト軸２３の前後移動をマガジン
１５に伝達するようにしている。また、アンクランプ用
カム溝１３ａと前後用カム溝１３ｂとが設けられた一体
のカム１３は、カム軸２７を介してカム駆動モータ（図
示なし）に連結されており、カム１３の回転位置を検出
するカムセンサ（図示なし）からの信号に基づいて回転
制御されるようになっている。カム動作により、マガジ
ン１５は前後レバー２４を介して前後方向に駆動され
る。二点鎖線で示す前後カム部材２５´は前方に移動し
た時の位置を示している。

【００１１】次に、上記のように構成された工作機械の
自動工具交換動作を説明する。自動工具交換の動作が開
始されると、スピンドルヘッド３が上昇し、アンクラン
プレバー１２がアンクランプリング１０に当接し得る状
態となり、この時、スピンドルヘッド３側のスピンドル
軸６のホルダー部５にクランプされている工具ホルダー
は、マガジン１５のグリップ１４に受け渡される。さら
に、カム駆動モータが駆動されてカム軸２７を介してカ
ム１３が回転駆動され、アンクランプレバー１２の上端
のカムフォロアがアンクランプ用カム溝１３ａの傾斜に
かかり、アンクランプレバー１２が支点台１１の軸回り
に回動され、その下端のカムフォロアがアンクランプリ
ング１０の側端面を押し、ロッド９がアンクランプバネ
による付勢に抗して移動され、アンクランプが行われ
る。

【００１２】さらに、前後レバー２４の一端のカムフォ
ロアがマガジン前後用カム溝１３ｂの傾斜にかかり、前
後レバー２４が動き出し、その他端のカムフォロア２４
ａが前後カム２５を押し、前後シャフト軸２３を前進さ
せる。これにより、前後シャフト軸２３の先端のカムフ
ォロア２３ａがカム溝２６を介してマガジン１５を前進
させる。その後、マガジン旋回モータ２０が回転し、減
速歯車機構１８と回転軸１７のスプラインを経てマガジ
ン１５を旋回させ、停止位置の割り出しを行う。割り出
し終了後、カム駆動モータを逆回転させることで、カム
１３を反転させる。これにより、上記動作と逆の順序で
逆の動作を行う。すなわち、割り出されたマガジン１５
を後退させ、マガジン１５からスピンドルヘッド３側の
ホルダー部５へ工具ホルダー５ａ（図２）を渡し、その
クランプを行う。

【００１３】次に、グリップ１４の作用を説明する。こ
のアーム状部材１４ａ，１４ｂは、圧縮バネ３２により
閉じる方向に付勢され、工具ホルダー５ａを把持してい
る。マガジン１５が旋回して、グリップ１４が水平方向
を向くような状態になった時に、グリップ１４の下側の
アーム状部材１４ｂ（図３の場合）のみに工具ホルダー
５ａの自重が働くために、この下側のアーム状部材１４
ｂは開く方向に、上側のフーム状部材１４ａは閉じる方
向に移動しようとする。ところが、アーム状部材１４
ａ，１４ｂは、その凹凸部３３が互いに係合し合ってい
るため、インターロック機能を奏し、上側のアーム状部
材１４ａも強制的に開く方向に力が働くため、圧縮バネ
３２の反発力が作用し、グリップ１４には工具を把持す
るだけの力が確保される。従って、グリップ１４に把持
された工具ホルダー５ａが落下することはない。なお、
アーム状部材１４ａ，１４ｂの先端部には、工具ホルダ
ー５ａの装脱を容易とするための回転ローラ３４が取り
付けられている。

【００１４】上記のように、マガジン１５のグリップ１
４が工具ホルダー５ａを把持した状態をロックするロッ
ク部材２２を備えた構成において、手動で工具ホルダー
５ａを取り出し、又は取り付けることができる旋回位置
では、上記ロック部材２２のロックを解除しなければな
らない。そのような場合には、上記実施例のように、ア
ーム状部材１４ａ，１４ｂが凹凸部３３により互いに係
合し合っていると、手動で工具ホルダー５ａを取り出す
時に、グリップ１４の片方のアーム状部材１４ａ又は１
４ｂのみが移動するような引き出し方をすると、上述し
たようにインターロックがかかるので、両方のアーム状
部材１４ａ，１４ｂが同じように移動するよう真っ直ぐ
（放射方向）に引き出さなければならず、このため、手
動での取り出しが難しい。

【００１５】そこで、このような問題を解消するには、
図４に示す変形例のように、マガジン１５のグリップの
アーム状部材３４ａ，３４ｂが右方向に向いた時で、下
側のアーム状部材３４ｂを開く方向に移動した場合にの
み、インターロックがかかるような凹凸部３５を設けれ
ばよい。すなわち、この凹凸部３５は、上側に位置する
アーム状部材３４ａを上方に持ち上げて工具把持部を開
いた場合には、係合し合わないようになっている。この
ような構成とすれば、作業者が手動で工具ホルダー５ａ
を交換する場合、工具ホルダー５ａを上方向に持ち上げ
ながら、引き抜けば容易に工具交換を行うことができ
る。なお、本発明は、上記実施例構成に限られず種々の
変形が可能である。

【００１６】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明に係る工作
機械の工具把持装置によれば、グリップのアーム状部材
に形成した凹凸部が係合しているので、工具を把持した
グリップが水平方向に位置するような状態において、工
具の自重により片方の部材のみに開く方向の力が働いて
これが回動しようとしても、他方の部材により、その回
動が阻止されるので、把持力が保持され、工具が落下す
ることがない。また、請求項２の発明に係る工作機械の
工具把持装置によれば、上記の効果に加えて、グリップ
には常時閉じる方向に付勢力が付与されており、その片
方のアーム状部材のみに開く方向に力が作用したとして
も、両アーム状部材の凹凸部の係合によりインターロッ
ク機能が働き、他方の部材も強制的に開く方向に力が働
く。このため、付勢力の反発力が作用し、工具を把持す
る力が確保される。また、請求項３の発明に係る工作機
械の工具把持装置によれば、上記の効果に加えて、グリ
ップが横方向の姿勢位置にある時に、上側のアーム状部
材を上方に持ち上げて工具把持部を開いた場合は、アー
ム状部材の凹凸部が係合し合わないようになっているの
で、手動で容易に工具を交換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による工具把持装置を備えた
工作機械の側断面図である。

【図２】同装置の正面図である。

【図３】同装置における１つのグリップの側面図であ
る。

【図４】同装置におけるグリップの他の実施例を示す側
面図である。

【図５】従来の工具把持装置の正面図である。

【図６】従来の工具把持装置の１つのグリップの側面図
である。

【符号の説明】 １ 工作機械 ４ マガジン装置 ５ 工具ホルダー １４ グリップ １４ａ，１４ｂ アーム状部材 １５ マガジン ３２ 圧縮バネ ３３ 凹凸部 ３４ａ，３４ｂ アーム状部材 ３５ 凹凸部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を交換自在に把持するグリップを有
   した工作機械の工具把持装置において、 前記グリップは、工具の受け渡しを行い得るようにその
   工具把持部が開閉動作可能に構成された少なくとも一対
   のアーム状部材からなり、 このアーム状部材の向かい合った内側面の各々に互いに
   係合し合う凹凸部を形成したことを特徴とする工作機械
   の工具把持装置。
2. 【請求項２】 前記グリップには、その工具把持部が常
   時閉じる方向に付勢力を付与しており、グリップの片方
   のアーム状部材のみに開く方向に力が作用した時に、前
   記凹凸部がインターロック機能を奏するようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の工作機械の工具把持装置。
3. 【請求項３】 グリップが横方向に向いた姿勢位置にあ
   る時に、上側に位置するアーム状部材を上方に持ち上げ
   て工具把持部を開いた場合には、前記凹凸部が係合し合
   わないような関係に構成されたことを特徴とする請求項
   １又は請求項２に記載の工作機械の工具把持装置。