JPS58143932A - 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】 この発明はマシニングセンタ等の工作機械における自動
工具交換装置に関するものである。

従来、マシニングセンタ等の工作機械（以下にマシニン
グセンタと称す）における工具交換装置には、大別して
、工具交換アームを用いて、工具マガジンとマシニング
センタの主軸との間で工具の交換を行なう所謂アーム方
式のものと、工具交換アームを用いることなく工具マガ
ジンと主軸との相対移動により、マガジンと主軸との間
で直接に工具交換を行なう所謂アームレス方式のものと
があシ、更に、これらには工具を装着して回転する主軸
の配置形式すなわち主軸の軸線の方向が垂直か水平かに
よって、立型とｈ゛「・型とがあった。

しかし、工具交換アームを用いるアーム方式のものは、
横型あるいは立型をとわす、工具交換アームとその付帯
装置及びこれらの設置スペースを必要とし、マシニング
センタ全体が大型かつ複雑になる欠点があり、四には被
加工物と交換アーム及びそれに杷持された工具との干渉
が生じ易いという欠点もあった。

またアームレス方式のものにおいても、立型のものにあ
っては、例えば、次に使用される工具の中心が主軸中心
に合致する交換位置と工具マガジンに収納されている待
機位買との二点間の工具マガジン全体の水平移動と、主
軸頭の上下方向の移動と、主軸のクランプ、アンクラン
プによって工具の交換を行なっているが、この場合には
、工具マガジンに収納された工具のシャンクが通常露出
した状態で主軸近傍に位置するため、切屑や塵埃による
悪影響を受けるとともに、工具マガジンの設置場所がテ
ーブル上又はテーブルに接近していると吉から、被加工
物との干渉を生じ易く、運動範囲ひいては加工範囲に制
約を受ける欠点があった。他方、アームレス方式で横型
のものにおいては、例えば、特公昭３ｇ−１０θ？／号
公報に示すように、被加工物に隣接してテーブル上に載
置された工具マガジンに工具をマトリックス状に配列し
て収納し、工具交換は、主軸頭とテーブルとの相互移動
位置決めによって、主軸中心と工具マガジン中の次に使
用する工具の中心とを合致させると共に主軸Ｎ＋　線方
向の動きによって、工具マガジンと主軸との間でこれを
行なっているため、立型の場合と同様に切屑や塵埃の悪
影響を受は易く、しかもテーブルを工具マガジン載置分
だけ大型化し、移動量もその分だけ大きくする必要があ
るなどの欠点があった。

この発明は従来装置の一ヒ述の欠点に鑑みてなされたも
ので、工具交換アームを用いることなく、マシニングセ
ンタにおけるテーブル、主軸頭等の移動制御軸を利用す
ることによって、工具マガジンを加工位置から離してマ
シニングセンタ本体とは別に設置できるようＫＬ、工具
を切屑や塵埃から保縛するとともに、工具マガジンの設
置場所にも制約を受けず、（には、マシニングセンタの
主軸頭先端部に着脱自在に嵌着され、マシニングセンタ
の主軸の向きと異なる向きの工具主軸を廟するアタッチ
メントの工具主軸に対する工具交換にも使用できる自動
工具交換装置を揚供することを目的としている。

以上の目的を達成するため、この発明の自動工具交換袈
１ｄは、工具を嵌着して回転する主軸を支承して移動可
能な主軸頭と、被加工物を載置して移動可能なテーブル
とを備えた数値制量工作機械において、前記主軸と前記
工作機械本体から＃隔して配設され検数の工具をそれぞ
れ保持器に収納して回転割出し可能な工具マガジンとの
間で自動的に工具を交換する装置であって、所要の前記
工具を杷持可能な一対の把持爪を７組または複数絹布す
る工具保持体と、前記工具マガジンの工具交換位置と前
記テーブルの所定移動位瞳との間を移’１ｊｆｊ）可能
なキャリアと、このキャリアに設けられ前記工具保持体
をクランプする第１のクランプ部材と、前記テーブルに
設けられ前記工具保持体をクランプする第コのクランプ
部材とを備え、前記キャリアと前記テーブルとの相互移
動位置決めによって前記工具保持体の授受を行ないかつ
前記テーブルと前記主軸との相互移動位置決めによって
前記工具保持体の把持爪を介して新旧工具の交換を行な
うことを特命としている。

以下、図示する実施例にもとづいて、この発明の詳細な
説明する。

第１図に示すように、この発明による自動工お交換装置
を具備した横型マシニングセンタの機械本体／θはこれ
と別に設置した工具マガジン３θを有し、本体ＩＯとマ
ガジン３０との間に工具搬送交換装置ダＯを備え、別に
アタッチメント搬送交換装置６０を備えている。機械本
体／θけ第１及び−図に示すように、ベッド／／上に移
動自在に設けられたコラムノコ、コラム上に上下動可能
に装設された主軸頭／３を有し、主軸頭／３は、主軸／
弘を回転自在かつ一定角度位置停ｔｂ　（オリエンテー
ション）可能に支承している。また、主軸頭／３は先端
にアタッチメント１５を着脱可能に装着し、アタッチメ
ント／ｊはアタッチメント主＄１１／Ａを回転自在に支
承し、このアタッチメント主軸／６は垂直方向に配置さ
れ、主軸／ｌＩと連結して工具の回転とオリエンテーシ
ョンを行なうようになっている。／７けコラム／２の送
り用サーボモータ、／ざは主軸＠ｉ３の上下送り用サー
ボモータ、／９は主軸／ダの回転とオリエンテーション
とを行なう例えばり、Ｃサーボモータ、コ／は主軸／４
’の送り用サーボモータである。摺動台２．２は、水平
かつ主軸／ｌの軸線と直角方向に適宜の長さに床面に固
定して延設されており、この摺軸台：１２案内面」−を
被加工物Ｗを載置するテーブル２３が送り用サーボモー
タ２ケによって移動されるようになっている０ 工具マガジン３θは工作機械本体ＩＯから離隔した位置
に別置されてお如、そのドラム周縁に工具保持器（ソケ
ット）３／を卵数個形成し、各工具保持器、？　／　Ｉ
／（けそれぞれ断髪の工具３コがそのシャンク部３３番
嵌着させ保持されて、下向き垂直に吊下げられており、
マガジン３０全体が回転割出し可能に構成しである。

摺動台２−の終端部付近に別置立設された上述の工具マ
ガジン３０と機械本体ＩＯの主軸／ｙとの間を移動し、
新旧工具の搬送交換を行なう工具搬送交換装置ダ０は、
珈′／〜３図に示すように、工具マガジン３θの基台を
も哨ヒね摺動台コλと平行に摺動台２）の端末部まで延
設された基台４Ｚ／、基台り／上の長手方向にす１設さ
れた軌道亭コ、モータグｌ′Ｅｌび送りねじダ５によっ
て動道ｌＩ２上をテーブルコ３と平行して水平移動する
移動台ダ３、シリンダダ７によって移動台グ３の移動方
向と直角方向に水平移動するキャリアゲ６及びキャリア
’ＩＡ上に上下動自在に役けられた第１のクランプ部材
１７ｇ等からなっている。テーブルλ３の下方において
、工具搬送交換装置ｌｌｏと対向する側面には第一のク
ランプ部材グ９が設けられ、第３図に示すように、ｔＡ
／のクランプ部材りざと同等構造で、流体圧作動のそれ
ぞれのピストンダざす、＋９ｂで移動するクランプ片＋
ｇａ、４＜９ａ　　が工具保持体ｊ−／と保合していな
いときけ、７ランジの凹部ａｇｃ、１Ｉｔｃ　　Ｋ＆人
し、クランプ片４７ｆａ。

ｌｅａに切屑等がかからないようになっている。

なお第Ｓ図に示すクランプ部利１１９１ｄそのピストン
＋９ｂが水平方向に往楊動するものであるが、第１のク
ランプ部材４１ｇはそのピストンＱｇｂが垂直方向に往
復動する虞のみが異なるものである。

妃６Ａ及び４Ｂ図に示すように、工具保持体ｌ／は第１
のクランプ部材４４ｇと係合する第１のクランプ溝＆、
２が下部に形成され、かつ勇コのクランプ部材ｌ？に係
合する第一のクランプ溝５３が背側面に形成され、上部
に移動台ダ３の移動方向と平行して所要間隔りを保って
水平面状にそれぞれ工具把持用の一対の把持爪ｊ＆ａ。

ｔｕｂλ組を取付けている。各把持爪ｊ４（ａ。

、ｔ４ｔｂはそれぞれの固定爪と、ばね！ダＣによって
常時閉じる方向に押圧されている可動爪と（ｇ　） によって一対の把持爪として構成され、工具３λの４把
持部、？４１を機械的に把持するようになっている。左
ｌＩｄは搬送中工具の角度位置を確保する位置決め用キ
一部材である。

第１．コ及びグ図に示すように、アタッチメント搬１べ
交換装置１０は、機械本体１０の後方（テーブル、２３
と反対１１１＋１　、第１図の右１１１１１　）に設置
したアタッチメント収納庫乙／と機械本体１０の主＠ｉ
ｌｌとの間を往復移動して、アタッチメン）／Ｊ−の搬
送交換を行なうもので、主軸頭／３の下方を通シ、主軸
／グとアタッチメント収納１ホロ／との間に延設された
基台６２と、基台乙コ上の長手方向に敷設された軌道６
３と、軌道６３上を水平移動してアタッチメント１５を
アタッチメント収納順ｔ／から主＠１／４ｔ″″ｃ搬送
するキャリア６グ等からなっている。なお、アタッチメ
ント搬送交換装ｆＡＯはアタッチメント１５の搬送のみ
を自動的に行ない、アタッチメント／Ｓの主−１頭／３
の前面への着脱は手動で行なうようにすることも、ある
いは公知の自動アタツチメント交換手段を用いて自動的
に着脱を行なうことも可能である。

以上のように、８ｇ／〜ＡＢ図に示す実施例の場合、マ
シニングセンタは水平主軸を備えた横型であるが、主＠
頭／３の先端に文型アタッチメント主＠／Ａを有するア
タッチメント１５が装着さねでおり、自動工具交換装置
はこの垂直方向下向きに工具嵌着穴を有するアタッチメ
ント主軸／６の工具父換用として構成しである。

以下、この実施例の作動を説明する。アタッチメント主
動７６に嵌着されている現工具による加工が終了し、次
に使用する新工具の選択とその交換指令が、例えば図示
していない数個制御装置から発せられると、サーボモー
タ／９により、アタッチメント主軸／６が機械本体ＩＯ
の主軸／りを介して所定の角度位置に回転停止され、同
時に工具マガジン３０が割出し位置決め動作を行ない、
次に使用するべき新工具を、第１図に示す交換位置Ｐ点
に位置決めする。この時、新工具３．２を把持するため
の把持爪、ｔｌＩ−ｂは、第３図に示す位置よｐｃだけ
上昇した新工具３．２の把持部３４ｔと同じ高さで、第
１図に示す交換位置Ｑ点に位置しているので、工具マガ
ジンＪ　ｏのイ）７＃決めが終了した時点で流体圧シリ
ンダグクを作動し、キャリアｌＩ６を工具マガジンＪＯ
側に距＠Ｄだけ前進移動させてＰ点に至らしめ、祈工具
３．２を把持爪ｊｌＩｂに把持させる。把持爪ｔｕｂが
新工具３．２を把持ｌ−にら、紀／のクランプ部材夕ざ
の下動により、工具保持体５／を介して把持爪、ｒ＋ｂ
がｙｒａｃだけ下降し、新工具３λは工具マガジン３０
の工具保持器３／から引抜かれ、次いでシリンダク７が
後退作動してキャリアｌＩ６を工具マガジン３０から距
離りだけ引離す（第３図に示す状態）０続いて、移動台
グ３がモータグダと送力ねじグ！によって基台ｌＩ／の
軌道グー上を固設された摺動台２２の工４マガジン３０
側の端部所定位置Ｒ薇まで移動する。

テーブル２３は現工具による加工が終了した後、送り用
サーボモータ２グの駆動制御によシ喝／／） 摺動台２．２上を移動し、摺動台：１２の工具マガジン
３０側の端部所定位ａＲ点に位置決めされ、第一のクラ
ンプ部材フタのクランプ片４Ｉｑａを突出させ、工具保
持体夕／の第一のクランプ溝５３と保合可能な状態で待
機している。従って、移動台１１．？が摺動台２２の端
部所定位瞬Ｒ点まで移動すると、第一のクランク部材フ
タのクランプ片４ｔ？ａと工具保持体Ｓｌの第２のクラ
ンプ作用左３とが係合する。この状態で流体圧作動ピス
トン４’？ｂによシフランプ片りデａを引込み、第一の
クランプ部材り９で工具保持体Ｓ／をテーブルコ３の側
面にクランプするとともに、第１のクランプ部材ｌＩｔ
のクランプ作用を解き、クランプ片ｅｒａと工具保持体
１／の第１のクランプ溝Ｓ２との保合を解除した状態と
する。

次いで、テーブル２３が再び機械本体ＩＯに向って移動
すると、工具保持体Ｓｌは第７のクランプ部材＋ｒとの
保合が解かれているので、キャリアダ６から離脱し、加
工を終了したアタッチメント主軸／６に嵌着されている
旧工具３．２゜（ｌコ） を把持するための空の把持爪ｊｌＩａと新工具３２を把
持した把持爪、ｔ＋ｂとを主軸頭１３の前方まで移動さ
せ、空の把持爪＆ｌＩａの中７を工具交換位置Ｓ点に位
置決めする。把持爪ｊｌＩａが８点に位置決めされると
、機械のコラムノコがベッド／／上を送力用サーボモー
タ１７によりテーブル、２３側に前進し、アタッチメン
ト１５のアタッチメント主軸１６の中心が８点に至るま
で移動する。このとき、アタッチメント主軸／乙に嵌着
されでいる旧工具３コ゛　の把持部、？ｌＩ’がｖ１持
爪ｊ亭ａの位置と同じ高さとなるように、予め主軸頭／
３の上１送多用サーボモータ１ｇとサーボモータ／９に
よって位置決め及び角度位置決め（オリエンテーション
）されているので、アタッチメント主軸１６が工具交換
位ｆｔＬｌｔＳ点に至ると、旧工具３コ１はテーブルコ
３に受渡されてクランプされている工具保持体ｊｌ上の
把持爪ｊｌＩａ内に、ばねｊｙＣの弾撥力と位置決めキ
ー！ｒ＆（１とにより、−宇の角度位置に確実かつ自動
的に把持される。

従って、アタッチメント主軸／６内で旧工具３２°　の
クランプを解き、主軸頭１３によってアタッチメント／
りを上方に移動させると、旧工具３２’はアタッチメン
ト主軸１６から引抜かれる。次いで、送り用ツーボモー
タ、２４ｔにより、テーブル２３をｙに機械本体／　０
１１１に所定距離りだけ移動させ、新工具３コを把持し
た把持爪、ｔ＋ｂの中心を８点に位置させた状態で、ア
タッチメント主軸／６を再び下方に移動させると、新工
具３２のシャンク３３はアタッチメント主軸／６の先端
穴に嵌着される。この状態でアタッチメント主軸ｌＡ内
で新工其３コをクランプするとともに、コラムｌコの水
平方向の後退移動により、アタッチメント／Ｓを後退さ
せると、新工具３コのアタッチメント主軸１６への嵌着
が葦、了する。

続いて、テーブルλ３が再び工具マガジン３θ側に移動
し、端部所定位置Ｒ点に位置決めされると、工具保持体
３／の第１のクランプ溝＆Ｕに、第１のクランプ部材ｌ
ｌｒのクランプ片４＜ｆａが係合する。ここで、第７の
クランプ部材ｉｔｔを緊締動作させ、工具保持体Ｓ／を
キャリアゲ乙にクランプするとともに、第・コのクラン
プ部材ｌＩ９を解放動作させて、テーブルコ３から工具
保持体Ｓ／を解除する。次いで、工具搬送交換装置ｌＩ
ｏは前述とは反対の動作順序で、旧工員、３．２°を工
具マガジン３０の所定位置にある保持器３／内に収納し
、工具交換の作動サイクルが終了する。

なお、上述した実施例のものは、直接主軸／ダに増付け
る工具の工具交換装置とは別個に、交換式アタッチメン
トの立型工具主軸専用の自動工具交換装鰺として用いる
場合であるが、このような場合には、大重量のアタッチ
メント全体を交換する必要がなく、その工具主軸に嵌着
されるべき比較的軽量の工具のみを搬送交換するだけで
よ身ので、交換時間も短かくて済み、その効果が太きい
。　・・ 第７〜／θ図は立型のマシニングセンタでテーブルが二
方向に移動する形式の比較的小型の（／Ｓ　） ものに用いたこの発明の工具交換装置の実施例を示し、
この実施例で、工具マガジン３０及び工具搬送交換装置
りθの構成は第１〜６図の実施例と同じであるが、機械
本体１０’が所謂テーブル式であることから、コラム／
：１．がベッド／／土に固定され、テーブル２３の摺動
台−一がテーブル：１３とともに、送り甲サーボモータ
／７により、ベッド／／上を移動するようになっている
。しかし、機械本体／θ゛の他の部分の構成、作用は第
１〜６ρＩの実施例における機械本体／θと基本的には
同一である。第７〜ｌｏ図では同等又は相応部材に第１
〜６図と同一符号を付しているので、詳細な説明は省略
する。

従って、第７〜／θ図の実施例では、機械本体１０’の
ベッド／／上に移動自在に載設された摺動台、２．２の
工具マガジン、？（１７側の端部が、被加工物Ｗを載置
して、摺動台ココと直角方向に送り用サーボモータ、２
’によって水平移動制御されるテーブル２３とキャリア
４ＬＡとの間で、新旧工具を把持した把持爪を有する工
具保持体（１６） ｊ／を授受するための所定位置Ｒｄと々る。

なお、飴７〜１０図の実施例ではアタッチメントを使用
し７ない構成としであるので、新旧工具はテーブルに移
載された工具保持体よ／の一個の炉持爪ｊ＋ａ、ｒｌｂ
と立型マシニングセンタ１０’の主軸ｌダとの間で、直
接交換が行なけれる。

横型のマシニングセンタにおいて、その主軸／ダの工具
を自動的に直接交換する場合は、工具保持体５／に取付
けられている水平面状の抑持爪夕ｆａ、ｊＩｌｂを、垂
直面状の把持爪に交換すると共に、工具マガジン３０を
垂直型から水平型のものにするだけで、図示した実施例
のものと同様の動作順序で、工具を自動的に交換しうろ
ことけ勿論である。

以十のように、この発明によれば、数値制御工作機械の
移動テーブルの移動制御を有効に利用することＫより、
工具マガジンを加工位置から離して設置することができ
、工具を切屑や塵埃の悪影業から保厨することができる
とともに、工具マガジンの設置場所も制約を受けること
が殆んど々い。従って工具交換装置を比較的安価に提供
することができるうえ、既設機にも付加的に追設すこと
が可能になる。特にアタッチメント用工具主軸の自動工
具交換装置として使用すると極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の自動工具交換装置の一実施例ヲ備え
るマシニングセンタの平面図、第一図はＭ／図のマシニ
ングセンタ機械本体の正面図、第３図は第１図の矢印■
方向に見た工具搬送交換装置の正面図、第グ図は第１図
の矢印■方向に見たアタッチメント搬送交換装置の側面
図、第５図はクランプ部材の詳細断面図、第６Ａ　［ｇ
ｌは工具保持体の平面図、第６Ｂ図に工具保持体の側面
図、紀７図はこの発明の自動工具交換装置の実施例を備
える文型マシニングセンタの機械本体の正面図、第ｇ図
は第７図の機械本体の側面［凹、第９図は第７及びｔ図
の機械の工具搬送交換装置部分を示す平面図、糎１０図
は第を図の矢印×方向に見た側面図である。 ＩＯ２／θ１＠・機械本体、／／・会ベッド、／コ・・
コラム、／３・・主軸頭、／り・・主軸、／ｊ・ψアタ
ッチメント、／乙・ｅアタッチメント主軸、／７・・コ
ラム送り用サーボモータ、１ｇ・・主軸頭上下送り用サ
ーボモ〜り、／９φ・主軸回転及びオリエンテーション
用モータ、λ／・拳主軸送り甲サーボモータ、２２・・
摺動台１．２３＠・テーブル、２４ｔ・・テーブル送り
用モータ、３０１Ｉ・工具マガジン、３７番・工具保持
器、３１，３２°・・新旧工具、３’ｌ・・措持部、グ
Ｏ・・工具搬送交換装置、グ／・・基台、タコ・・軌道
、グ３・・移動台、グダ・・モータ、り、り・・送υね
じ、ｌＩ６・・キャリア、ｌＩ７・−シリンダ、ｌＩｇ
・・第１のクランプ部材、ｌ１９・・第一のクランプ部
材、４ｆａ、４ｔ？ａ・φクランプ片、りｌｒｂ、１Ｉ
ｑｂ　　・φピストン、ｊｌ・・工具保持体、タコ・・
第１のクランプ溝、３３・１１第コのクランプ溝、ｊグ
ミ、ｔダｂａｍ把持爪、！ｒｌｌｃ＊ｍばね、ｊｌｄ曇
・位置（／デ） 決め用キー、６θ・Φアタッチメント搬送交換装置、ｔ
、２・・基台、６３壷・軌道、６亭・・キャリア。 （，２０） ６４ 第６Ａ図 第９図 第１０図 手続補正書（自発） 昭和ｔ１３年７月７０「１ 特許庁長官殿 １、　事件の表示 昭和ｓｔ年型物願類纂１１９−　号 ２、　発明の名称 自動工具交換装置 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称（０／の池貝鉄工株式会社 ４、代理人 ５、　補正の対象 （１）明細書の発明の詳細な説明の楠 ム補正の内容 明細書第１０頁第ｉｓ行のし主軸／４（で搬送」を「主
＠／りまで搬送」と補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工具を嵌着して回転する主軸を支承して移動可能な主軸
   頭と、被加工物を載置して前記主軸頭に関して移動可能
   なテーブルとを備えた数値制御工作機械において、前記
   主軸と前記工作機械本体から離隔して配設され複数の工
   具をそれぞれ保持器に収納して回転割出し可能な工具マ
   ガジンとの間で自動的に工具を交換する装置であって、
   所要の前記工具を把持可能な一対の把持爪を７組または
   複数組有する工具保持体と、前記工具マガジンの工具交
   換位置と前記テーブルの所定移動位置との間を移動可能
   なキャリアと、このキャリアに設けられ前記工具保持体
   をクランプする第１のクランプ部材と、前記テーブルに
   設けられ前記工具保持体をクランプする９Ｊ、２のクラ
   ンプ部材とを備え、前記キャリアと前記テーブルとの相
   互移動位置決めによって前記工具保持体の授受を行ない
   、かつ前記テーブルと前記主軸との相互移動位置決めＫ
   よって前記工具保持体の把持爪を介して新旧工具の交換
   を行なうことを特徴とする自動工具交換装置。