JPH08257859A - 自動工具交換方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】工具マガジンの旋回割出し動作により工具把持
爪の開閉を行うことにより、工具把持爪をロック、アン
ロックする。 【構成】固定爪６と可動爪７からなる複数の工具把持爪
５を備えた工具マガジン２と、前記工具マガジン２を直
進移動させる駆動手段と、前記工具マガジン２を旋回割
出しする駆動制御手段と、前記工具マガジン２に旋回可
能に枢支され前記固定爪６に対向配設された可動爪７の
回動動作を拘束するロック手段８と、前記ロック手段８
の軸心と同一軸線上にあってコラム４の前面に設けられ
たロック解除手段９とで構成される。 【効果】専用の駆動源を省略することがができ、構造を
単純化して経済性の向上を図り、工具の大小に関わらず
確実な把持が保証できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動工具交換方法およ
びその装置に関する。更に詳しくは、アームを用いない
工具マガジンの工具把持爪を固定爪と可動爪で構成し、
選択工具を主軸に装着する動作でロックを解除して固定
爪を前記選択工具から離反させる工具マガジンの僅かな
旋回割出し動作に連動して、前記可動爪を開放させる自
動工具交換方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、主軸端と工具マガジンとの間
で直接交換する際、工具把持爪をロックおよびアンロッ
クする手段を備えた自動工具交換装置付工作機械とし
て、例えば特開平２−１２４２４４号公報、及び実開平
２−３５６４３号公報に記載されたものが知られてい
る。前者の自動工具交換装置は、主軸軸線と平行な旋回
軸に回転可能に軸支されたドラムのマガジン本体に複数
の爪体が取付けられている。

【０００３】そして、これら爪体は工具交換位置に割出
されたときは下向きに位置する。このとき、爪体は、作
動ピンの後端がスピンドルユニットの移動により、主軸
ケース上部に設けられているドッグにカムが押圧される
と、このカムが押出されてロックが解除される。また、
爪体に工具ホルダがクランプされた後、スピンドルユニ
ットを後退移動すると、ドッグが作動ピンの押圧を解除
するためカムにより爪体がロックされ、工具ホルダが抜
き出されるようになっている。

【０００４】一方、後者の自動工具交換装置は、割出し
可能な工具マガジンに設けられ端部に位置決め可能な係
合部を有し、常時はロック状態とする割出し位置決め部
材と、マガジンの支持体に設けられ位置決め係合部に係
止してマガジンを位置決めすると共に、割出し位置決め
部材をアンロックする流体圧シリンダ部材により構成さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、前者の場
合は、爪体のロック、アンロックは、マガジン本体のド
ラムに対しスピンドルユニットの前後進移動によるドッ
グとカムとの押圧作用により行われている。しかしなが
ら、爪体が工具交換位置に割出されたとき、キーの位置
は真上に位置するため、工具が大型化して重量が増大す
ると爪体の把持力だけでは落下する難点を有する。

【０００６】また、後者の場合は、キーの位置は、一対
のグリッパの中央に位置している点では前者と同様であ
るが、さらに位置決め部材のアンロックを流体圧シリン
ダにより行っており、余分な駆動源を必要とする。前記
のように、落下を防止するためにはキーを爪体内把持部
の横に設けることで解決できるが、横に設けるためには
干渉を避けるため爪体を大きく開閉させる必要があり、
このための別の駆動源が必要となる。

【０００７】従って、駆動制御手段が必要となると共に
構造が複雑且つ大型化するため不経済であり、またメン
テナンスなどが繁雑化し、このような点に関しては未解
決な問題点となっていた。

【０００８】本発明は前記のような技術背景で発明され
たものであり、次の目的を達成する。

【０００９】本発明の目的は、工具マガジンの旋回割出
し動作により工具把持爪の開閉を行うことにより、工具
把持爪をロック、アンロックする専用の駆動源を省略す
ることがができる自動工具交換方法およびその装置を提
供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、構造を単純化して経
済性の向上を図ることができる自動工具交換方法および
その装置を提供することにある。

【００１１】本発明の更に他の目的は、工具の大小に関
わらず確実な把持が保証できる自動工具交換方法および
その装置を提供することにある。

【００１２】本発明の更に他の目的は、工具マガジンの
直進動作を一対のカムと減速モータを用いて行うことに
より、迅速かつ確実な動作を得ることができる自動工具
交換方法およびその装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に次のような手段を採る。

【００１４】請求項１に係る自動工具交換方法は、工具
マガジンの旋回割出し動作と主軸軸線方向の直進進退移
動により前記工具マガジン内の選択工具を工具マガジン
と主軸との間で直接交換する自動工具交換方法であっ
て、主軸中心に割出された前記工具マガジンの固定爪と
可動爪からなる工具把持爪により把持された前記選択工
具を前記工具マガジンの主軸軸線方向の直進移動により
主軸に装着した際、前記可動爪の回動動作を拘束する前
記工具マガジンのロック手段が前記主軸頭のロック解除
手段との当接によりロックが解除され、その後、前記固
定爪を前記選択工具から離反させるための前記工具マガ
ジンの僅かな旋回割出し動作に連動して前記可動爪を開
放させることを特徴とする自動工具交換方法である。

【００１５】請求項２に係る自動工具交換方法は、請求
項１の自動工具交換方法において、前記可動爪のロック
の解除は、前記工具マガジンの主軸軸線方向の直進移動
により前記可動爪の可動端に係止している前記ロック手
段が、前記ロック手段の軸心と同一軸線上に配置されて
いる前記ロック解除手段との当接により押出され、同時
に前記ロック解除手段が前記可動爪の可動端に係止する
ことにより行うことを特徴とする自動工具交換方法であ
る。

【００１６】請求項３に係る自動工具交換装置は、方法
旋回割出し動作と主軸軸線方向の直進進退移動により前
記工具マガジン内の選択工具を前記工具マガジンと主軸
との間で直接交換する自動工具交換装置であって、固定
爪と可動爪からなる複数の工具把持爪を備えた前記工具
マガジンと、前記工具マガジンを直進移動させる駆動手
段と、前記工具マガジンを旋回割出しする駆動制御手段
と、前記工具マガジンに旋回可能に枢支され前記固定爪
に対向して配置された前記可動爪の回動動作を拘束する
ロック手段と、前記ロック手段の軸心と同一軸線上にあ
って前記コラムの前面に設けられたロック解除手段とで
構成し、前記工具マガジンの主軸軸線方向の移動により
前記選択工具が主軸端に装着された際前記可動爪の拘束
を解除し、前記工具マガジンの僅かな旋回割出し動作に
より前記工具把持爪を開放することを特徴とする自動工
具交換装置である。

【００１７】請求項４に係る自動工具交換装置は、請求
項３の自動工具交換装置において、前記可動爪は、一端
に把持部を有し他端に係止軸を備えて前記工具マガジン
の第１旋回軸に回動自在に軸支された爪部材と、前記工
具マガジンの第２旋回軸に回動自在に軸支され一端に前
記爪部材の係止軸と係止する第１係止部を有すると共
に、他端に前記ロック手段と係止する第２係止部を有す
るロックレバーとで構成され、前記選択工具が主軸端に
装着された際、前記ロックレバーの前記第２係止部と前
記ロック手段との係止が解除されると同時にロック解除
手段が前記第１係止部と係止し、前記工具マガジンの旋
回中心と主軸中心とを結ぶ軸線上に前記第１旋回軸、前
記係止軸、前記第２旋回軸、前記ロック手段、及び前記
ロック解除手段が整列配置されることを特徴とする自動
工具交換装置である。

【００１８】請求項５に係る自動工具交換装置は、請求
項３又は４の自動工具交換装置において、前記固定爪
は、把持部の他端側に前記可動爪の爪部材係止軸と前記
ロックレバーとの前記第１係止部を側面より弾力的に押
圧付勢する押圧部材を設け、押圧部材の付勢力により前
記爪部材の把持部を選択工具に密着させることを特徴と
する自動工具交換装置である。

【００１９】請求項６に係る自動工具交換装置は、請求
項３又は４の自動工具交換装置において、前記ロック手
段は、前記ロックレバーの前記第２係止部を溝状にして
係止溝を形成し、前記係止溝に対向して前記工具マガジ
ンに設けられたテーパピンの主軸軸線方向に付勢される
弾圧力により挿入してなる自動工具交換装置である。

【００２０】請求項７に係る自動工具交換装置は、請求
項３の自動工具交換装置において、前記ロック解除手段
は、前記コラムの前面に固定された先端が前記係止溝に
挿入可能な突出部を形成し、前記選択工具が主軸軸線上
にあるとき前記突出部が前記ロック手段の軸心と同一軸
線上に位置するよう配置して成り、前記工具マガジンの
主軸軸線方向への直進動作により前記突出部が前記テー
パピンに当接してこのテーパピンを前記係止溝より離脱
させ、同時に前記突出部が前記係止溝に挿嵌されること
を特徴とする自動工具交換装置である。

【００２１】請求項８に係る自動工具交換装置は、請求
項３の自動工具交換装置において、前記工具マガジンの
駆動手段は、前記コラム上面に主軸軸線方向に直進移動
可能に支持された移動台と、前記移動台に取付けられた
減速モータと、前記減速モータの出力軸に固定され両端
に大径ローラと小径ローラを軸支した回動アームと、前
記大径ローラと小径ローラを案内すべくコラム上面に主
軸軸線方向に所定距離離間して配設された一対の円板カ
ムとで構成して成り、前記一対の円板カムは、外周の接
線方向に延在する直線部材を接合すると共に外周の一部
に逃げ溝を設けて前記直線部材を対称軸とした対称形に
形成し、前記各直線部材が所定距離離間するよう対向配
置して直線部材間で前記大径ローラの案内軌道を構成
し、前記減速モータの起動により大径ローラが前記案内
軌道を移動する際、前記減速モータの出力軸軸心が、前
記一対の板カムの中心間を結ぶ直線上を移動することを
特徴とする自動工具交換装置である。

【００２２】

【作用】本発明における自動工具交換装置は、主軸中心
に割出された前記工具マガジンの固定爪と可動爪からな
る工具把持爪により、把持された選択工具を前記工具マ
ガジンの主軸軸線方向の直進移動させる。この移動によ
り主軸に装着した際、前記可動爪の回動動作を拘束する
前記工具マガジンのロック手段が主軸頭のロック解除手
段との当接によりロックが解除される。その後、前記固
定爪を前記選択工具から離反させるための工具マガジン
の僅かな旋回割出し動作に連動して前記可動爪を開放さ
せることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す工作機械（以下、マシ
ニングセンタと称する。）のコラム上に工具マガジンを
搭載した状態を示す側面図、図２は工具マガジンの正面
図、図３（ａ）は主軸位置に割出された工具マガジンの
工具把持爪を正面図から見た図４のＤ−Ｄ断面図、図３
（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図であり、図４は図３
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【００２４】本発明の自動工具交換装置は、図１及び図
２に示すように、主軸軸線方向（Ｚ軸方向）に移動可能
なコラム４に昇降（Ｙ軸方向）可能に支持された主軸頭
１に、主軸３を水平に回転自在に軸支したマシニングセ
ンタＭに取付けて使用されるものである。

【００２５】本自動工具交換装置は、基本的には、図１
〜４に示すように固定爪６と可動爪７からなる複数の工
具把持爪５を備えた工具マガジン２と、前記工具マガジ
ン２を直進移動させる駆動手段３０と、前記工具マガジ
ン２を旋回割出しする駆動制御手段３２と、前記工具マ
ガジン２に旋回可能に枢支され前記固定爪６に対向配設
された可動爪７の回動動作を拘束するロック手段８（図
３，４参照）と、前記ロック手段８の軸心と同一軸線上
にあってコラム４前面に取付けられたロック解除手段９
とで構成されている。

【００２６】更に詳しくは、工具マガジン２は、円板状
に形成された工具支持体Ｄの外周に複数（本実施例では
８組）の工具把持爪５が等角度に配置され、マシニング
センタＭのコラム４上面に設けられた後述する駆動手段
３０により工具交換時に主軸軸線方向に直進進退移動す
るように構成されている。

【００２７】工具マガジン２は、主軸軸線と平行な旋回
軸を中心に駆動制御手段３２である例えばサーボモータ
により旋回割出し可能に軸支されており、この工具マガ
ジン２の主軸軸線方向の直進進退移動と主軸軸線を直角
に横切る旋回割出し動作により、前記工具マガジン２内
の選択工具ＳＴを主軸３との間で直接交換するものであ
る。

【００２８】次に、工具把持爪５を図３および４を基に
説明する。工具把持爪５は、固定爪６と、可動爪７によ
り構成される。前記固定爪６は、工具マガジン２の工具
支持体Ｄに固定されている。この固定爪６は、一端下部
の内側に選択工具ＳＴを把持する円弧状の把持部３３が
形成され、この把持部３３に把持される選択工具ＳＴの
キー溝に係合可能なキー３４が横方向に突設されてい
る。

【００２９】固定爪６は、把持部３３の他端上部に押圧
部材１８を備えており、この押圧部材１８により、可動
爪７の係止軸１１とこの係止軸１１に係止された後述す
るロックレバー１７の第１係止部である係止溝１５の外
側面を弾力的に押圧付勢している。更に詳しくは、押圧
部材１８は、固定爪６の他端上部に穿設された横方向の
貫通穴３５に挿入された圧縮ばね３６と、前記穴３５の
一方に取付けられたキャップ３７と、前記穴３５の他方
に摺動可能に挿入され前記ばね３６の一部を収納する凹
部を形成した押圧体３８とで構成されている。

【００３０】したがって、この押圧部材１８の付勢力に
より、前記可動爪７の係止軸１１とこの係止軸１１に係
止されているロックレバー１７の係止溝１５との遊びを
吸収し、同時に前記爪部材１３の把持部３９を選択工具
ＳＴに対し密着させることができる。

【００３１】一方、前記可動爪７は、基本的には、一端
に円弧状の把持部３９を有すると共に他端に係止軸１１
を備え、工具支持体Ｄの第１旋回軸である軸１２に回動
自在に軸支された爪部材１３と、前記工具支持体Ｄの第
２旋回軸である軸１４に回動自在に軸支されたロックレ
バー１７とで構成されている。ロックレバー１７は、一
端に前記爪部材１３の係止軸１１と係止する第１係止部
である係止溝１５を有すると共に、他端には後述するロ
ック手段８と係止する第２係止部である係止溝１６を有
し、各係止溝１５，１６は端部が切欠き溝となってい
る。

【００３２】次に、ロック手段８につき図４を基に説明
する。工具支持体Ｄに固定された軸１４の直上には空間
部４０が形成され、この空間部４０内にロックピン４１
の一部が軸１４と平行に摺動可能に挿入されている。こ
のロックピン４１は、一端がテーパ１９に形成され、他
端に中空凹部４２が形成されており、更にその端部にフ
ランジ４３が形成されている。

【００３３】空間部４０には、圧縮ばね４４が挿入され
その一部がロックピン４１の中空凹部４２にも挿入され
ている。ロックピン４１は、圧縮ばね４４により常時主
軸頭１側に向けて付勢されている。

【００３４】次に、ロック解除手段９につき図４を基に
説明する。図４は、工具マガジン２の移動により選択工
具ＳＴが、主軸３に装着された状態を示している。ロッ
ク解除手段９は、コラム４の前面に主軸軸線方向に向け
て固定され、先端に突出部２０が形成されている。この
突出部２０は、ロック手段８のロックピン４１と同一軸
線上に位置しており、工具マガジン２の選択工具ＳＴが
主軸３に装着された状態では、工具マガジン２の主軸軸
線方向の移動によりロックレバー１７の一方の係止溝１
６に挿入される。

【００３５】このロックピン４１の挿入により、ロック
レバー１７の一方の係止溝１６に今まで挿入されていた
ロックピン４１のテーパ１９は、突出部２０との当接に
より圧縮ばね４４の付勢力に抗して係止溝１６より押し
出される。これにより、ロックレバー１７のロックが解
除され、図３に示すように、工具マガジン２の旋回中心
Ｐと主軸３中心とを結ぶ軸線Ｘ−Ｘ上に、軸１２、係止
軸１１、軸１４、ロック手段８およびロック解除手段９
が整列配置される。

【００３６】次に、図５および図６を基に工具マガジン
２を主軸軸線方向に進退直線移動する駆動手段３０につ
き説明する。図５は駆動手段の一部断面を示す側面図で
あり、図６はカムにより駆動手段が直線移動する状態を
説明する説明図である。

【００３７】図において、駆動手段３０は、基本的に
は、移動台２１、ギアドモータ２２、回動アーム２６、
円板カム２７ａ，２７ｂで構成されている。移動台２１
は、詳細は後述するが、コラム４の上面に主軸３の軸線
方向に進退移動可能に支持されている。減速モータとし
てのギアドモータ２２は、ブレーキ付きギアドモータが
使用されている。また、回動アーム２６は、ギアドモー
タ２２の出力軸２３に固定され両端に大径ローラ２４と
小径ローラ２５を軸支している。一対の円板カム２７
ａ，２７ｂは、前記大径ローラ２４と小径ローラ２５を
案内すべくコラム４上面に主軸３の軸線方向に所定距離
離間して配設されている。

【００３８】更に詳しくは、ギアドモータ２２を取付け
た移動台２１は、一端に工具マガジン２を支持する支持
アーム５２を備えており、コラム４の上面に固定された
一対のリニアガイドレール４９にリニアモーションベア
リング５０を介して主軸３の軸線方向に移動可能に案内
支持されている（図１参照）。

【００３９】そして、前記一対の円板カム２７ａ、２７
ｂは、外周の接線方向に延在する直線部材４６ａ、４６
ｂを接合すると共に外周の一部に逃げ溝４７ａ、４７ｂ
を設けて前記直線部材４６ａ、４６ｂの対向する面間の
仮想中心線Ｏ−Ｏを対称軸とした対称形に形成し、前記
各直線部材４６ａ、４６ｂが所定距離離間するよう対向
配置して直線部材間で前記大径ローラ２４の案内軌道４
８を構成する（図６参照）。

【００４０】このように構成された駆動手段３０は、前
記ギアドモータ２２の起動により大径ローラ２４が前記
案内軌道４８を移動する際、前記ギアドモータ２２の出
力軸２３の軸心Ａが、前記一対の板カム２７ａ、２７ｂ
の中心Ａ、Ｂ間を結ぶ線Ｍ−Ｎ上を直線移動することが
できる。

【００４１】次に、上記のように構成された自動工具交
換装置の動作に付き以下説明する。先ず、図５および図
６に示すように、初期位置において、駆動手段３０の出
力軸２３の中心は図中左方の円板カム２７ａの中心と一
致する位置Ａにある。すなわち、最初は回動アーム２６
の両端に軸支されている一方の大径ローラ２４は１Ａの
位置にあり、他方の小径ローラ２５は１ａの位置にあ
り、一方の円板カム２７ａの外周に互いに接触してい
る。

【００４２】そこで、ギアドモータ２２を起動させる
と、出力軸２３により回動アーム２６が時計廻りに回動
を始める。この回動アーム２６の時計廻りの回動によ
り、大径ローラ２４は２Ａの位置に、また他方の小径ロ
ーラ２５は２ａの位置に移動するが、この位置では未だ
出力軸２３の中心は移動を始めない。さらに、回動アー
ム２６の回動を進めると、大径ローラ２４は直線部材４
６ａ、４６ｂ間の案内軌道４８を移動して３Ａの位置
に、また小径ローラ２５は３ａの位置に移動する。

【００４３】尚、小径ローラ２５は、円板カム２７ａの
逃げ溝４７ａ内に侵入し、フリーの状態となる。このと
き、出力軸２３の中心は、Ｎ−Ｍ線上に沿って移動を開
始し、リニアガイドレール４９に案内される移動台２１
の移動により点Ａ１に直進移動する。続いて、大径ロー
ラ２４は案内軌道４８を順次４Ａ、５Ａ位置へ移動し、
小径ローラ２５も同様に大径ローラ２４と共に４ａ、５
ａ位置に移動する。

【００４４】更に、ギアドモータ２２は回転を続けると
大径ローラ２４は、再び同じ案内起動４８を戻り５Ａ位
置から順次６Ｂ、７Ｂ、８Ｂ位置に移動し、小径ローラ
２５は右側の円板カム２７ｂに移動し、６Ｂ、７ｂ、８
ｂ位置まで移動する。

【００４５】このように大径および小径ローラ２４、２
５の移動に伴い、リニアガイドレール４９に案内される
移動台２１の移動により出力軸２３の中心は、Ｎ−Ｍ線
上に沿って直線移動する。この直線移動により工具マガ
ジン２は、主軸軸線方向に直線進退移動することができ
る。

【００４６】次に、工具マガジン２の工具交換動作図７
のタイムチャートに従って以下説明する。

【００４７】主軸には、加工が終了して工具マガジン２
に返却される工具が装着されている。また、工具把持爪
５は、可動爪７、固定爪６が開状態となる旋回位置にな
っている。すなわち、工具支持体Ｄがサーボモータによ
り所定の角度θ度（この実施例では３．５度）時計周り
方向に旋回している状態になっている。この工具支持体
Ｄのθ度旋回により、軸１４が移動するので、ロックレ
バー１７が突出部２０を支点して回動する。係止溝１５
に挿入されていた係止軸１１がロックレバー１７の回動
により移動するので、可動爪７が軸１２を支点にして回
動する。一方固定爪６は、工具支持体Ｄと一体であるの
で、工具支持体Ｄの旋回とともに旋回する。このよう
に、工具把持爪５は、図３のおいて二点鎖線で図示した
開状態となっている。

【００４８】マシニングセンタＭのコラムによるＺ軸方
向の上昇移動（１）、ならびに、主軸回転を停止させ、
主軸オリエンテーション動作により主軸を所定の回転方
向位置に位置決めする（２）。すなわち、工具マガジン
２の固定爪６が把持状態になったときのキー３４と、主
軸オリエンテーションされた主軸のノーズキーとの回転
方向位置が一致するように位置決めする。さらに、主軸
頭１によるＹ軸方向の後退移動（３）により、主軸は工
具交換位置に移動する。すなわち、主軸に装着された工
具が、工具把持爪５の固定爪６、可動爪７のあいだに移
動する。

【００４９】工具把持爪５を閉じて把持状態とする。す
なわち、サーボモータにより工具支持体Ｄを反時計周り
の−θ度の旋回させる。軸１４の旋回により、ロックレ
バー１７が突出部２０を支点にして逆方向に回動し、可
動爪７が軸１２を支点にして回動する。また、固定爪６
も工具支持体Ｄとともに旋回する。可動爪７、固定爪６
が図３において実線で図示した把持状態となる（４）。
このとき、圧縮ばね３６、押圧体３８等によりなる押圧
部材１８は、固定爪６側から可動爪７の一端を押圧し
て、係止溝１５と係止軸１１とのバックラッシュとうを
除去する。主軸の工具クランプ手段（図示せず）をアン
クランプ状態にする（５）。

【００５０】工具マガジン２をギヤードモータ２２によ
り、移動体２１、支持アーム５２、工具支持体Ｄ等を前
進移動させる。主軸に装着されていた工具は、工具マガ
ジン２とともに前進移動し、主軸の装着穴より離脱する
（６）。このとき、ロックレバー１７の係止溝１６と突
出部２０との係合は解除され、ロックレバー１７の係止
溝１６は圧縮ばね４４に付勢されたロックピン４１の一
端のテーパ１９と係合する。すなわち、工具把持爪５は
工具の把持状態を維持するロック状態となる。

【００５１】工具支持体Ｄをサーボモータにより時計周
りまたは反時計周りに旋回させ、工具把持爪に把持され
ている所定の選択工具ＳＴを主軸位置に割り出す
（７）。このとき、ロックレバー１７は、ロック手段８
と係合しているため、工具支持体Ｄと一体となって旋回
し、傾くことはない。

【００５２】この場合、工具マガジン２の工具把持爪５
は、選択工具ＳＴを把持した状態でロック手段８により
ロックされている。すなわち、ロック手段８は、ロック
ピン４１一端のテーパ１９がロックレバー１７の一方の
係止溝１６に圧縮ばね４４の付勢力により挿入すること
により、工具把持爪５、特に可動爪７の開放を拘束して
いる。そこで、工具マガジン２の主軸軸線方向の移動に
より、選択工具ＳＴが主軸３に装着されると同時にロッ
ク解除手段９によりロックが解除される。

【００５３】更に詳しくは、ロック解除手段９は、その
突出部２０の軸心がロック手段のロックピン４１軸心と
同一軸線上に有るため、工具マガジン２の主軸軸心方向
の移動により前記突出部２０が、ロックレバー１７の一
方の係止溝１６に挿入しているロックピン４１のテーパ
１９の端部に当接する。

【００５４】そこで、ロックピン４１のテーパ１９は、
突出部２０により押し出され、図４に示すようにロック
が解除された状態となる（図４参照）。この状態では、
図３に示すように、工具マガジン２の旋回中心Ｐと主軸
中心とを結ぶ軸線Ｘ−Ｘ線上に軸１２、係止軸１１、軸
１４、ロックピン４１及び突出部２０が整列配列され
る。

【００５５】工具マガジン２を後退移動させ、選択工具
ＳＴを主軸の装着穴に挿入する（８）。工具クランプ手
段をクランプ状態にする（９）。このとき、ロックピン
４１は、ロック解除手段９の突出部２０の押圧されて後
退し、ロックレバー１７の係止溝１６は突出部２０と係
合する。すなわち、可動爪７等がサーボモータによる旋
回動作で可動可能なようにロック状態を解除するのであ
る。

【００５６】工具支持体Ｄをサーボモータにより所定の
角度θ度（この実例では３．５度）時計周り方向に旋回
させる。この工具支持体Ｄのθ度旋回により、軸１４が
移動するので、ロックレバー１７が突出部２０を支点し
て回動する。係止溝１５に挿入されていた係止軸１１が
ロックレバー１７の回動により移動するので、可動爪７
が軸１２を支点にして回動する。一方、固定爪６は、工
具支持体Ｄと、一体であるので、工具支持体Ｄの旋回と
ともに旋回する。このように、工具把持爪５は、図３に
おいて二点鎖線で図示した開状態となる（１０）。

【００５７】更に、詳しく説明すると、工具マガジン２
の僅かな旋回動作により、この工具マガジン２に固定さ
れているロックレバー１７の支持軸１４が左方に移動す
る。この場合、ロックレバー１７は、その一端の係止溝
１６がコラム４の前面に取付けられたロック解除手段９
の突出部２０に係止されているため移動が拘束される。

【００５８】従って、ロックレバー１７は、軸１４を中
心に時計廻りに回動し、ロックレバー１７の他端の係止
溝１５と係止している係止軸１１を介して爪部材１３を
反時計廻りに僅か旋回させる。この爪部材１３の僅かな
旋回動作により、爪部材１３の把持部３９は選択工具Ｓ
Ｔより離間する（図３の想像線）。

【００５９】爪部材１３の旋回動作に際し、ロックレバ
ー１７他端の係止溝１５およびこれと係止している係止
軸１１の側面は、互いに左方に突出するため、ばね４４
を介して押圧している押圧部材８はこの付勢力に抗して
押し戻される。これにより、係止溝１５と係止軸１１と
の遊びを吸収することができる。

【００６０】主軸頭１によるＹ軸方向下降動作、コラム
によるＺ軸方向前進動作により被加工物（図示せず）の
加工領域側に移動し、加工プログラムに従った主軸の回
転動作、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の移動動作を制御し、選択工具
ＳＴによる被加工物の加工を行う（１１）。加工が完了
すると、選択工具ＳＴは、主軸頭のＹ軸およびＺ軸方向
の移動制御により再び工具交換位置に復帰し位置決めさ
れる。前述した工具交換動作を行う。

【００６１】［その他の実施例］前記した実施例は、主
軸を水平に軸支した横型マシニングセンタであったが、
本発明はこのタイプの工作機械だけではなく立型マシニ
ングセンタ等他のマシニングセンタにも適用できる。ま
た、前記実施例では、工具マガジンの旋回軸と主軸軸線
とは平行であったが、工具マガジンの旋回軸は主軸軸線
と平行ではなく傾いていてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本自動工具交換方法およ
びその装置によれば、工具把持爪のロック、アンロック
およびその開閉を専用の駆動源を用いずに行うことがで
き、構造を単純化して経済性の向上を図ることができ
る。

【００６３】また、工具の大小に関わらず確実な工具把
持を保証することができる。更に、工具マガジンの直進
動作を一対のカムと減速モータを用いて行うことによ
り、迅速かつ確実な動作を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例を示すマシニング
センタのコラム上に工具マガジンを搭載した状態を示す
側面図である。

【図２】図２は、工具マガジンの正面図である。

【図３】図３（ａ）は、主軸位置に割出された工具マガ
ジンの工具把持爪の正面図から見た図４のＤ−Ｄ断面図
である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図４】図４は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図５は、駆動手段の一部断面を示す側面図であ
る。

【図６】図６は、カムにより駆動手段が直線移動する状
態を説明する説明図である。

【図７】図７は、本発明の自動工具交換装置の動作を示
すタイムチャート図である。

【符号の説明】

１…主軸頭 ２…工具マガジン ３…主軸 ４…コラム ５…工具把持爪 ６…固定爪 ７…可動爪 ８…ロック手段 ９…ロック解除手段 １１…係止軸 １２…第１旋回軸 １３…爪部材 １４…第２旋回軸 １５，１６…係止部（係止溝） １７…ロックレバー １８…押圧部材 ２１…移動台 ２３…出力軸 ２４…大径ローラ ２５…小径ローラ ２６…回動アーム ２７ａ，２７ｂ…円板カム ３０…駆動手段（減速モータ） ４７ａ，４７ｂ…直線部材 ４８…案内軌道 ＳＭ…駆動制御手段（サーボモータ） ＳＴ…選択工具

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具マガジンの旋回割出し動作と主軸軸線
   方向の直進進退移動により前記工具マガジン内の選択工
   具を工具マガジンと主軸との間で直接交換する自動工具
   交換方法であって、 主軸中心に割出された前記工具マガジンの固定爪と可動
   爪からなる工具把持爪により把持された前記選択工具を
   前記工具マガジンの主軸軸線方向の直進移動により主軸
   に装着した際、 前記可動爪の回動動作を拘束する前記工具マガジンのロ
   ック手段が前記主軸頭のロック解除手段との当接により
   ロックが解除され、 その後、前記固定爪を前記選択工具から離反させるため
   の前記工具マガジンの僅かな旋回割出し動作に連動して
   前記可動爪を開放させることを特徴とする自動工具交換
   方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記可動爪のロックの解除は、 前記工具マガジンの主軸軸線方向の直進移動により前記
   可動爪の可動端に係止している前記ロック手段が、 前記ロック手段の軸心と同一軸線上に配置されている前
   記ロック解除手段との当接により押出され、 同時に前記ロック解除手段が前記可動爪の可動端に係止
   することにより行うことを特徴とする自動工具交換方
   法。
3. 【請求項３】旋回割出し動作と主軸軸線方向の直進進退
   移動により前記工具マガジン内の選択工具を前記工具マ
   ガジンと主軸との間で直接交換する自動工具交換装置で
   あって、 固定爪と可動爪からなる複数の工具把持爪を備えた前記
   工具マガジンと、 前記工具マガジンを直進移動させる駆動手段と、 前記工具マガジンを旋回割出しする駆動制御手段と、 前記工具マガジンに旋回可能に枢支され前記固定爪に対
   向して配置された前記可動爪の回動動作を拘束するロッ
   ク手段と、 前記ロック手段の軸心と同一軸線上にあって前記コラム
   の前面に設けられたロック解除手段とで構成し、 前記工具マガジンの主軸軸線方向の移動により前記選択
   工具が主軸端に装着された際前記可動爪の拘束を解除
   し、前記工具マガジンの僅かな旋回割出し動作により前
   記工具把持爪を開放することを特徴とする自動工具交換
   装置。
4. 【請求項４】請求項３において、 前記可動爪は、 一端に把持部を有し他端に係止軸を備えて前記工具マガ
   ジンの第１旋回軸に回動自在に軸支された爪部材と、 前記工具マガジンの第２旋回軸に回動自在に軸支され一
   端に前記爪部材の係止軸と係止する第１係止部を有する
   と共に、他端に前記ロック手段と係止する第２係止部を
   有するロックレバーとで構成され、 前記選択工具が主軸端に装着された際、前記ロックレバ
   ーの前記第２係止部と前記ロック手段との係止が解除さ
   れると同時にロック解除手段が前記第１係止部と係止
   し、 前記工具マガジンの旋回中心と主軸中心とを結ぶ軸線上
   に前記第１旋回軸、前記係止軸、前記第２旋回軸、前記
   ロック手段、及び前記ロック解除手段が整列配置される
   ことを特徴とする自動工具交換装置。
5. 【請求項５】請求項３および４において、 前記固定爪は、 把持部の他端側に前記可動爪の爪部材係止軸と前記ロッ
   クレバーとの前記第１係止部を側面より弾力的に押圧付
   勢する押圧部材を設け、押圧部材の付勢力により前記爪
   部材の把持部を選択工具に密着させることを特徴とする
   自動工具交換装置。
6. 【請求項６】請求項３および４において、 前記ロック手段は、 前記ロックレバーの前記第２係止部を溝状にして係止溝
   を形成し、前記係止溝に対向して前記工具マガジンに設
   けられたテーパピンの主軸軸線方向に付勢される弾圧力
   により挿入してなる自動工具交換装置。
7. 【請求項７】請求項３において、 前記ロック解除手段は、 前記コラムの前面に固定された先端が前記係止溝に挿入
   可能な突出部を形成し、 前記選択工具が主軸軸線上にあるとき前記突出部が前記
   ロック手段の軸心と同一軸線上に位置するよう配置して
   成り、 前記工具マガジンの主軸軸線方向への直進動作により前
   記突出部が前記テーパピンに当接してこのテーパピンを
   前記係止溝より離脱させ、同時に前記突出部が前記係止
   溝に挿嵌されることを特徴とする自動工具交換装置。
8. 【請求項８】請求項３において、 前記工具マガジンの駆動手段は、 前記コラム上面に主軸軸線方向に直進移動可能に支持さ
   れた移動台と、 前記移動台に取付けられた減速モータと、 前記減速モータの出力軸に固定され両端に大径ローラと
   小径ローラを軸支した回動アームと、 前記大径ローラと小径ローラを案内すべくコラム上面に
   主軸軸線方向に所定距離離間して配設された一対の円板
   カムとで構成して成り、 前記一対の円板カムは、 外周の接線方向に延在する直線部材を接合すると共に外
   周の一部に逃げ溝を設けて前記直線部材を対称軸とした
   対称形に形成し、 前記各直線部材が所定距離離間するよう対向配置して直
   線部材間で前記大径ローラの案内軌道を構成し、 前記減速モータの起動により大径ローラが前記案内軌道
   を移動する際、前記減速モータの出力軸軸心が、前記一
   対の板カムの中心間を結ぶ直線上を移動することを特徴
   とする自動工具交換装置。