JPS5824220B2 - 工作機械の工具交換機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工作機械の工具交換機構に関し、特に主軸頭の
移動に応じて多数の工具を保持したタレットと主軸との
間で工具交換をおこなう工具交換機構において工具交換
時にのみタレットを主軸直近まで移動させるように構成
することによって機械加工時にタレットに保持された工
具と被加工材との間の干渉発生を防止し得ると共にタレ
ットによる工具保持数を増加させて工作機械の加工能力
向上を計り得るように改良した工具交換機構に関する。

従来より工作機械の工具交換機構において、複数の工具
を等ピッチで保持した工具タレット又は工具マガジンを
主軸頭における主軸直近位置に回転可能に取付け、工具
交換に当って上記主軸頭を移動させることに応じて工具
タレットの割出し回転と工具着脱交換とが起動されるよ
うに構成された形式の工具交換機構は周知である。

この周知形式の工具交換機構においては工具タレットを
工具ホルダとそれに回転可能に嵌合したディスクとから
構成し、この回転ディスクと主軸頭との間に設けられた
リンク機構を介して主軸頭の移動に応じて上記回転ディ
スクをピッチ角毎に割出し回転させ、タレットと主軸と
の間で工具交換をおこなうように構成している。

この場合に工具保持タレットは工具の交換時ばかりでな
く、工作機械の機械加工中においても主軸直近位置に常
時保持され、従って機械加工時には主軸に装着された工
具が工具タレットの工具保持孔中に保持されたまま切削
回転する構成が採られている。

上述の形式の周知工具交換機構は構造が比較的簡単であ
ってかつ工具交換動作が正確に達成される有利を有する
反面で工具タレットが常時主軸直近に配置されることか
ら機械加工中に上記工具タレットが被加工材に接近して
上記タレット又は該タレット中に保持された非使用中の
工具と被加工材とが干渉を起す場合もある。

依って本発明の目的は、上述した周知形式の工具交換機
構における有利を踏襲しつつ更に改良された工作機械の
工具交換機構を提供することにある。

つまり、本発明によれば、工作機械の主軸頭の移動に応
じて複数の工具を等ピッチに保持したタレットと主軸と
の間で工具交換をおこなう工作機械の工具交換機構にお
いて、前記主軸頭にその主軸頭移動方向に相対摺動可能
に設けたすべり部材に旋回支持腕を介して前記タレット
を枢着結合し、かつ前記タレットを、前記主軸間近の工
具交換位置に対し主軸頭側部の方向に退避遠去かった工
具保持位置に向けてばね付勢保持することによって前記
主軸頭と共に並進移動するようにし、前記主軸頭と前記
タレットとが加工位置より上方の一定位置まで並進移動
したときに前記タレットの旋回支持腕に当接係合して前
記タレットを拘束する固定配置のストッパを設け、次い
で前記主軸頭のみが上方に継続移動する間に前記ストッ
パから作用する旋回力で前記タレットを前記工具保持位
置から前記工具交換位置までばね付勢力に抗して旋回動
作させ、前記工具交換位置に達した前記タレットと前記
主軸頭間に割出し回転機構を設けて前記主軸頭が更に上
方移動する間に前記割出し回転機構を作動させ、前記タ
レットをピッチ角だけ割出し回転させることにより各工
具を順次に前記工具交換位置へ割出すようにしたことを
特徴とするものである。

以下、本発明を添付回向に示す実施例に基づき詳細に説
明する。

第１図は本発明による工具交換機構を具備した工作機械
の機械本体部の一例を示す略示側面図である。

同第１図において、機械本体部はコラム１０、ベッド１
２を有しており、ベッド１２上にはワークテーブル１４
が載設されている。

このワークテーブル１４はベッド１２に対して第１図の
紙面に垂直なＸ軸方向およびこのＸ軸方向と直交するＹ
軸方向にそれぞれサーボモータ等の駆動モータ（図示な
し）によって送り移動されるように構成されている。

ワークテーブル１４の上面は被加工材が固定設置可能な
テーブル面として形成されている。

このワークテーブル１４の上方には主軸頭１６が設けら
れており、該主軸頭１６はそのブラケット２２の内部に
形成されたボールスプライン溝がコラム１０に固設され
たボールスプライン軸２４と嵌合係合することによって
Ｚ軸方向にサーボモータ等の駆動モータ（図示なし）に
より送り移動可能になっている。

主軸頭１６の内部には主軸１８が主軸回転用モータ（図
示なし）の駆動力を受けて回転するように装着されてお
り、この主軸１８の先端に工具アーバ３０を介して工具
３０ａが嵌合装着されるように形成されている。

さて、２０は本発明に係る工具交換機構を示し、この工
具交換機構２０は工具タレット２６を有し、また工具タ
レット２６はその外周面に等ピッチで工具保持孔２８を
多数有しており、この工具保持孔２８に多数の工具３０
ａがその工具アーバ３０を介して挿着保持される。

工具タレット２６は主軸頭１６の側面にＺ軸方向に摺動
可能なすべり板４０に枢着ピン４４によって取付けられ
た旋回腕４２の先端に支持された環状体として形成され
ており、その中心軸線周りに後述の構造によって割出し
回転可能であると共に旋回腕４２と共に矢印Ｐで示す両
方向に上記枢着ピン４４に関して旋回可能に形成されて
いる。

また上記旋回腕４２には主軸頭１６の側面に固定された
縦ブラケット３４の上端部に一端が係止されたバネ３６
の他端が係止されており、このバネ３６の付勢力をバネ
方向に受けることによって工具タレット２６を支持した
旋回腕４２は通常第１図に図示した水平状態に維持され
ている。

３２ａは後述の工具交換作用に当って旋回腕４２と当接
係合し、工具タレット２６の旋回動作を起動させるスト
ッパ部材であり、その上端はコラム１０の上端に固着さ
れたブラケット４６の先端部に固着されている。

また３２ｂは旋回腕４２の水平状態からの旋回量を規定
する別のストッパ部材であり、このストッパ部材３２ｂ
に旋回腕４２が当接するまで旋回動作すると、工具交換
機構２０の工具タレット２６は主軸１８に最も接近し、
保持した多数の工具３０ａの１つと主軸１８に装着され
た工具３０ａとの間で工具交換が後述のとおり達成でき
るようになるのである。

従って以下においては、工具タレット２６が第１図に示
した主軸１８の直近位置から遠ざかった位置に在り、旋
回腕４２が水平状態に維持された位置を゛工具保持位置
″と称し、また旋回腕４２の旋回によって工具タレット
２６が主軸１８の直近に達した位置を″工具交換位置パ
と称することによって本発明による工具交換機構２０の
構成および作用・効果に付き更に具体的実施例に沿って
説明する。

第２図は本発明による工具交換機構２０の第１の実施例
を示す一部断面を含んだ拡大部分側面図であり、既に第
１図に記載した諸要素については同一参照番号によって
示しである。

第２図に示されるようにすべり板４０は主軸頭１６の側
面に固着されたＺ軸方向の２本のガイドレール５２ａに
沿ってＺ軸方向に摺動可能に取付けられると共にその摺
動上限は主軸頭１６に固着されたストップ板５２ｂによ
って規定されている。

そしてバネ３６によるバネ力を受けて旋回腕４２が図示
の水平状態に保持され、工具タレット２６が工具保持位
置に保持された状態ではすべり板４０が上記ストップ板
５２ｂに当接している。

このように工具交換機構２０の工具タレット２６が工具
保持位置に在るときは主軸頭１６が２軸駆動モータの駆
動によってボールスプライン軸２４に沿って下方へ移動
すれば工具タレット２６もストップ板５２ｂとすべり板
４０との係合を介して下方へ移動する。

こうして主軸１８に工具アーバ３０を介して取付けられ
た工具３０ａが第１図に示したワークテーブル１４上に
保持された被加工材に到達した時点で主軸回転駆動モー
タにより主軸１８を回転駆動すれば被加工材に機械加工
を施すことができる。

この場合に本発明によれば、工具交換機構２０の工具タ
レット２６は工具保持位置に退避していることからその
工具タレット２６又は工具タレット２６に保持された工
具が機械加工中に被加工材と干渉を起す危惧が功みに回
避されるのである。

即ち、従来の工具交換機構では機械加工中もその工具タ
レットが主軸直近に保持されるために工具タレット自体
又は工具タレットに保持されて外方に突出した工具先端
が機械加工の進捗に伴ってワークテーブル上の被加工材
と接触干渉を起す場合も発生するが、本発明による工具
交換機構の場合には上述のように工具タレット２６が主
軸直近位置から遠ざかった工具保持位置に退避するので
接触干渉の発生を避けることができるのである。

また特に工具タレット２６に保持された工具の突出先端
と被加工材との接触干渉を避けることが可能になったこ
とから工具タレット２６における工具保持孔２８の隣接
ピッチ間隔を可及的に狭小にして工具保持数を従来の工
具交換機構の場合より増数することが可能であり、従っ
て本発明による工具交換機構を具備した工作機械は機械
加工能力の向上をも達成することが可能になる。

さて、第２図の実施例において工具交換作用を達成する
には′主軸頭１６を先ず２軸駆動モータによって駆動す
ることによりボールスプライン軸２４に沿って上昇移動
させる。

このとき工具交換機構２０の工具タレット２６もばね３
６のばね付勢力によって常に上方に引き上げ力を受けて
いるので主軸頭１６に並進してＺ軸方向の上方向に移動
する。

やがて旋回腕４２が適宜長さに調整されたストッパ部材
３２ａの下端に当接すると、旋回腕４２および工具タレ
ット２６の上昇動作は阻止される。

そしてこの状態で主軸頭１６がボールスプライン軸２４
に沿って更に継続移動すると旋回腕４２は枢着ピン４４
を中心と旋回移動するので工具タレット２６は工具保持
位置から主軸１８の直近の工具交換位置に向けて旋回移
動する。

こうして工具タレット２６が工具交換位置へ移動してス
トッパ部材３２ｂに旋回腕４２が当接すると、このとき
本実施例では旋回腕４２に回転可能に取付けられたピニ
オン５４が主軸頭１６の下端に取付けられたラック５０
に噛合するように形成されている。

従ってこのピニオン５４とラック５０とが噛合した状態
から更に主軸頭１６がＺ軸上力に移動すると、工具タレ
ット２６はその旋回腕４２が上・下のストッパ部材３２
ａ 、３２ｂによって挾持拘束されていることから主軸
頭１６と共に上昇するラック５０によりピニオン５４が
回転作動される。

従ってこのピニオン５４と同心に設けられた傘歯車５６
も回転作動され、この傘歯車５６と噛合したホイール５
８の回転によって工具タレット２６を一方向に向けてそ
の中心軸心周りに回転される。

この結果、工具タレット２６は主軸１８の直近の工具交
換位置で割出し回転をおこなうのである。

勿論この場合にラック５０とピニオン５４との噛合量及
び傘歯車５６とホイール５８との噛合回転比は予め１回
の工具交換作用によって工具タレット２６の１ピツチ角
度量の割出し回転が達成されるように設計形成される。

また工具タレット２６が常に一方向に割出し回転して所
定の順序で工具タレット２６と主軸１８との間で工具交
換が達成されるように工具タレット２６にはホイール５
８と一体にラチェットホイール６０が取付けられ、この
ラチェットホイール６０には同じく工具タレット２６の
内部底面に固着されたラチェット６２が噛合し、このラ
チェットホイール６０とラチェット６２によって工具タ
レット２６の逆転防止機構を形成している。

上述のように工具タレット２６０割出し回転機構が形成
されていることによって該タレット２６が工具交換位置
に達したときに主軸頭１６を継続的に上昇移動させて主
軸１８に装着されていた工具３０ａをその工具アーバ３
０と共に主軸１８から解放して工具タレット２６の空の
工具保持孔２８に戻し、その後上述のように工具タレッ
ト２６を１ピツチ角だけ割出し回転させて次に使用する
工具３０ａとその工具アーバ３０を主軸１８の直下に到
来せしめることが可能になる。

そしてこの状態に達したときには次に主軸頭１６を２軸
方向に下向移動させれば、主軸１８が割出された新工具
３０ａを把持し、更に主軸頭１６の下向移動に応じて工
具交換機構２０の工具タレット２６は上述した工具交換
位置から工具保持位置へ旋回腕４２と共に復帰旋回し工
具交換が完了するのである。

なお、第２図においてストッパ部材３２ｂに設けられた
調整ねし３２′ｂは工具タレット２６が工具交換位置へ
達したときにその工具保持孔２８の軸線と主軸１８の軸
線との一致を微細に調節し、両軸線が正確に一致した状
態で工具タレット２６の旋回移動を拘束するものである
。

第３図ａ”’−ｅ図は上述した第２図の実施例の工具交
換機構における工具交換作用中の主軸頭１６と工具タレ
ット２６との相対的位置関係を順次に示した略示図であ
り、第３図ａは工具交換の開始前の状態、第３図すは工
具タレット２６が工具交換位置まで旋回して空の工具保
持孔２８に主軸１８の工具３０ａをその工具アーバ３０
を介して保持した状態、第３図Ｃは主軸１８から工具タ
レット２６へ工具３０ａを戻した状態、第３図ｄは工具
タレット２６の割出し回転がおこなわれている状態、第
３図ｅは主軸頭１６の下向移動によって主軸１８に新た
な工具３０ａがその工具アーバ３０を介して締着された
状態をそれぞれ示している。

第４図は本発明による工具交換機構の第２の実施例を示
す一部断面図を含んだ部分拡大断面図であり、第１図に
示した要素類又は第２図に示した実施例と同様の構成部
分は同一の参照番号で示しである。

この第４図に示した実施例も図示から明らかなように工
具交換に当って工具交換機構２０の工具タレット２６を
工具保持位置から工具交換位置へ旋回移動させる構成及
び作用は前述の第２図に示した本発明の第１実施例と全
く同一に構成されている。

然しなから本第２実施例においては工具タレット２６の
割出し回転機構が前述の第１実施例における歯車機構を
採用した方式と全く異るリンク伝達機構７０を採用して
構成されている。

従って以下においてはこのリンク伝達機構７０を利用し
た工具タレット２６０割出し回転機構について説明する
。

さて、リンク伝達機構７０はラチェットホイール６０の
上面外側部とリンク棒７４とはユニバーサルジョイン）
７２ａで結合し、またこの第１のリンク棒７４と第２の
リンク棒７６とをユニバーサルジョイン）７２ｂで結合
し、一方この第２のリンク棒７６と主軸頭１６に取付け
られたブラケット９０とを接手孔９４に嵌入されたボー
ルジヨイント８４によって結合することにより形成され
ている。

第２リンク棒７６はボールジヨイント８４に貫通挿設さ
れており、またこのボールジヨイント８４はブラケット
９００球面接手孔９４中で自在に転勤可能になっている
。

また第２のリンク棒７６の下方部分にはばね座７８が固
着され、このばね座７８とブラケット９０の先端下面と
の間には伸縮ばね８０が第２リンク棒１６に巻設された
形状で装着されている。

また第２リンク棒７６の上端にはストッパ８２が固定さ
れている。

なお、ブラケット９０は主軸頭１６の頂部にボルト９２
等の適宜固着手段によって固着されている。

上述のように構成されたリンク機構７０は工具交換に当
って工具タレット２６が工具保持位置から工具交換位置
へ旋回移動することに応じて第１、第２のリンク棒７４
．７６は共に伸縮ばね８０の伸張によるばね力に抗して
下方へ伸張移動し、工具タレット２６が主軸直近の工具
交換位置に達した時点では第２リンク棒７６の上端のス
トッパ８２がブラケット９０の上面に当接し、もはや下
方への伸張移動が不可能な状態に到達する。

この状態に達したとき更に主軸頭１６がＺ軸上力へボー
ルスプライン軸２４に沿って上昇するとブラケット９０
とストッパ８２との保合を介して第１、第２のリンク棒
７４，７６は上方に引き上げられることになる。

一方、工具交換位置へ達した工具タレット２６は既述の
とおりストップ部材３２ａ。

３２ｂによって挾持拘束されるので上述の第１、第２リ
ンク棒７４．７６に作用する引き上げ力に応じて工具タ
レット２６は割出し回転を起動されるのである。

このリンク伝達機構７０を利用した割出し回転機構にお
いても工具タレット２６に設けられたラチェットホイー
ル６０とラチェット６２との噛合によって常に一定方向
にのみ工具タレット２６が回転し、工具交換が常に一定
の順序に従って遂行されるように構成されている。

勿論、上述のリンク伝達機構においては１回の工具交換
作用においては工具タレット２６において１ピッチ分の
割出し回転がおこなわれるように予め第１、第２のリン
ク棒７４，７６の長さが選定され、また第１のリンク棒
７４を、ユニバーサルジヨイント７２ａを介して工具タ
レット２６に取付けられたラチェットホイール６０に結
合する結合点も予め設計上正確な割出し回転が起動され
る位置に選定されることは言うまでもない。

なお、工具交換が完了して工具タレット２６が工具交換
位置から工具保持位置へ退避するとリンク伝達機構７０
の第１、第２リンク棒７４，７６は伸縮ばね８０の引張
力によって上方へ伸張復帰し、次の工具交換における割
出し回転に備えるのである。

以上、本発明を第１、第２実施例に基き説明したが、本
発明はこれら両実施例の如く縦形工作機械に具備される
場合に限定されるものではなく、主軸が水平方向に配置
される横形工作機械においても何ら特別の改変を加える
ことなく適用でき、従って横形工作機械においても工具
交換機構と被加工物との接触干渉を避は得る効果、およ
び工具タレットに従来より多数の工具を保持することに
よって工作機械の機械加工能力を向上させ得る効果を同
様に奏することができるのである。

また本発明における工具交換機構では従来の工具交換機
構とは異って工具交換により加工工具は工具タレットか
ら主軸頭側へ完全に移送される構成が採られるので工具
タレットの工具保持孔と主軸の工具装着孔には例えばキ
ー溝を形成し、一方工具アーバにはキーを予め形成して
工具交換に当り工具のオリエンテーションを達成するこ
とも可能であり、またこのように主軸の装着孔中で工具
アーバと主軸との間でキーによる結合を構成すれば、主
軸と工具との間でトルク伝達の際の滑りが完全に防止し
、従って機械加工中の切削負荷が大きい場合にも確実に
切削加工をおこない得るという利点も得られるのである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工具交換機構を具備した工作機械
の機械本体部を示す略示側面図、第２図は本発明による
工作機械の工具交換機構における第１の実施例を示す一
部断面図を含んだ拡大部分側面図、第３図ａ”’−ｅは
第２図の実施例における工具交換作用中の工具タレット
と主軸頭との相対的位置関係の変化を説明する略示図、
第４図は本発明による工作機械の工具交換機構における
第２の実施例を示す一部断面図を含んだ拡大部分側面図
。 図中、１０・・・・・・コラム、１２・・・・・・ベッ
ド、１４・・・・・・ワークテーブル、１６・・・・・
・主軸頭、１８・・・・・・主軸、２０・・・・・・工
具交換機構、２４・・・・・・ボールスプライン軸、２
６・・・・・・工具タレット、２８・・・・・・工具保
持孔、３０・・・・・・工具アーバ、３０ａ・・・・・
・工具、３２ａ 、３２ｂ−・・・・・ストップ部材、
３６・・・・・・ばね、４０・・・・・・すべり板、４
２・・・・・・旋回腕、４４・・・・・・枢着ピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工作機械の主軸頭の移動に応じて複数の工具を等ピ
   ッチに保持したタレットと主軸との間で工具交換をおこ
   なう工作機械の工具交換機構において、前記主軸頭にそ
   の主軸頭移動方向に相対摺動可能に設けたすべり部材に
   旋回支持腕を介して前記タレットを枢着結合し、カリ前
   記タレットを、前記主軸間近の工具交換位置に対し主軸
   頭側部の方向に退避遠去かった工具保持位置に向けてば
   ね付勢保持することによって前記主軸頭と共に並進移動
   するようにし、前記主軸頭と前記タレットとが加工位置
   より上方ので定位置まで並進移動したときに前記タレッ
   トの旋回支持腕に当接係合して前記タレットを拘束する
   固定配置のストッパを設け、次いで前記主軸頭のみが上
   方に継続移動する間に前記ストッパから作用する旋回力
   で前記タレットを前記工具保持位置から前記工具交換位
   置までばね付勢力に抗して旋回動作させ、前記工具交換
   位置に達した前記タレットと前記主軸頭間に割出し回転
   機構を設けて前記主軸頭が更に上方移動する間に前記割
   出し回転機構を作動させ、前記タレットをピッチ角だけ
   割出し回転させることにより各工具を順次に前記工具交
   換位置へ割出すようにしたことを特徴とする工作機械の
   工具交換機構。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の工作機械の工具交換
   機構において、前記タレットは、前記工具交換位置に到
   達したときに前記旋回支持腕に当接するように前記すべ
   り部材に取付けられた第２のストッパによってその旋回
   移動を拘束されるように構成した工作機械の工具交換機
   構。