JPS5939257B2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

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
があり、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、立型と横型とがあった。

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ず、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、更には被
加工物と交換アーム及びそれに把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ｌこ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
待機位置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ことから、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３８−１００９１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
させると共に主軸軸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上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ｔこおけるテーブル、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らにし、工具
を切屑や塵埃から保護するとともに、工具マガジンの設
置場所にも制約を受けず、更には、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有するアタッチ
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
工具交換装置を提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装
置は、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１組または複数組布する
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第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徴とし
ている。

以下、図示する実施例ｐこもとづいて、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具交換装置
を具備した横型マシニングセンタの機械本体１０はこれ
と別に設置した工具マガジン３０を有し、本体１０とマ
ガジン３０との間に工具搬送交換装置４０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１０は第１及び２図に示すように、ベッド１１
上に移動自在に設けられたコラム１２、コラム上に上下
動可能に装設された主軸頭１３を有し、主軸頭１３は、
主軸１４を回転自在かつ一定角度位置停止（オリエンテ
ーション）可能に支承している。

また、主軸頭１３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１５はアタッチメント主軸
１６を回転自在に支承し、このアタッチメント主軸１６
は垂直方向に配置され、主軸１４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。

１７はコラム１２の送り用サーボモータ、１８は主軸頭
１３の上下送り用サーボモータ、１９は主軸１４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、２１は主軸１４の送り用サーボモータである。

摺動台２２は、水平かつ主軸１４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、この摺動台
２２案内面上を被加工物Ｗを載置するテーブル２３が送
り用サーボモータ２４によって移動されるようになって
いる。

工具マガジン３０は工作機械本体１０から離隔した位置
に別置されており、そのドラム周縁（こ工具保持器（ソ
ケット）３１を複数個形成し、各工具保持器３１にはそ
れぞれ所要の工具３２がそのシャンク部３３を嵌着させ
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２２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１０の主軸１４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４０は、
第１〜３図に示すように、工具マガジン３０の基台をも
兼ね摺動台２２と平行に摺動台２２の端末部まで延設さ
れた基台４１、基台４１上の長手方向に敷設された軌道
４２、モータ４４及び送りねじ４５１こよって軌道４２
上をテーブル２３と平行して水平移動する移動台４３、
シリンダ４γによって移動台４３の移動方向と直角方向
に水平移動するキャリア４６及びキャリア４６上に上下
動自在に設けられた第１のクランプ部材４８等からなっ
ている。

テーブル２３の下方において、工具搬送交換装置４０と
対向する側面には第２のクランプ部材４９が設けられ、
第５図に示すように、第１のクランプ部材４８と同等構
造で、流体圧作動のそれぞれのピストン４８ｂ。

４９ｂで移動するクランプ片４８ａ、４９ａが工具保持
体５１と係合していないときは、７ランジの凹部４８ｃ
、４９ｃに没入し、クランプ片４８ａ。

４９ａに切屑等がかからないようになっている。

なお第５図に示すクランプ部材４９はそのピストン４９
ｂが水平方向に往復動するものであるが、第１のクラン
プ部材４８はそのピストン４８ｂが垂直方向に往復動す
る点のみが異なるものである。

第６Ａ及び６Ｂ図に示すように、工具保持体５１は第１
のクランプ部材４８と係合する第１のクランプ溝５２が
下部に形成され、かつ第２のクランプ部材４９に係合す
る第２のクランプ溝５３が背側面に形成され、上部に移
動台４３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５４ａ 、５
４ｂ２組を取付けている。

各把持爪５４ａ 、５４ｂはそれぞれの固定爪上、ばね
５４ｃによって常時閉じる方向に押圧されている可動爪
とによって一対の把持爪として構成され、工具３２の把
持部３４を機械的に把持するようになっている。

５４ａ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１，２及び４図に示すようｔこ、アタッチメント搬送
交換装置６０は、機械本体１０の後方（テーブル２３と
反対側、第１図の右側）に設置したアタッチメント収納
庫６１と機械本体１０の主軸１４との間を往復移動して
、アタッチメント１５の搬送交換を行なうもので、主軸
頭１３の下方を通り、主軸１４とアタッチメント収納庫
６１との間に延設された基台６２と、基台６２上の長手
方向に敷設された軌道６３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庫６１から
主軸１４まで搬送するキャリア６４等からなっている。

なお、アタッチメント搬送交換装置６０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１
５の主軸頭１３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ッチメント交換手段
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、第１〜６Ｂ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、主軸頭
１３の先端に立型アタッチメント主軸１６を有するアタ
ッチメント１５が装着されており、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１６の工具交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。

アタッチメント主軸１６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値制御装置から発せられ
ると、サーボモータ１９により、アタッチメント主軸１
６が機械本体１０の主軸１４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３２を把持するための把持爪５４ｂは、
第３図に示す位置よりＣだけ上昇した新工具３２の把持
部３４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３０の位置決めが終了した
時点で流体圧シリンダ４７を作動し、キャリア４６を工
具マガジン３０側に距離りだけ前進移動させてＰ点に至
らしめ、新工具３２を把持爪５４ｂに把持させる。

把持爪５４ｂが新工具３２を把持したら、第１のクラン
プ部材４８の下動ｔこより、工具保持体５１を介して把
持爪５４ｂが距離Ｃだけ下降し、新工具３２は工具マガ
ジン３０の工具保持器３１から引抜かれ、次いでシリン
ダ４７が後退作動してキャリア４６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）。

続いて、移動台４３がモータ４４と送りねじ４５によっ
て基台４１の軌道４２上を固設さ１また摺動台２２の工
具マガジン３０側の端部所定位置Ｒ点まで移動する。

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２４の１駆動制御により摺動台２２上を移
動し、摺動台２２の工具マガジン３０側の端部所定位置
Ｒ点に位置決めされ、第２のクランプ部材４９のクラン
プ片４９ａを突出させ、工具保持体５１の第２のクラン
プ溝５３と係合可能な状態で待機している。

従って、移動台４３が摺動台２２の端部所定位置Ｒ点ま
で移動すると、第２のクランク部材４９のクランプ片４
９ａと工具保持体５１の第２のクランプ溝５３とが係合
する。

この状態で流体圧作動ピストン４９ｂによりクランプ片
４９ａを引込み、第２のクランプ部材４９で工具保持体
５１をテーブル２３の側面にクランプするとともに、第
１のクランプ部材４８のクランプ作用を解き、クランプ
片４８ａと工具保持体５１の第１のクランプ溝５２との
係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１０に向って移動
すると、工具保持体５１は第１のクランプ部材４８との
係合が解かれているので、キャリア４６から離脱し、加
工を終了し、たアタッチメント主軸１６に嵌着されてい
る旧工具３２′を把持するための空の把持爪５４ａと新
工具３２を杷持した把持爪５４ｂとを主軸頭１３の前方
まで移動させ、空の把持爪５４ａの中心を工具交換位置
Ｓ点に位置決めする。

把持爪５４ａが８点に位置決めされると、機械のコラム
１２がベッド１１上を送り用サーボモータ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１６に嵌着されている旧
工具３２′の把持部３４′が把持部４ ａの位置と同じ
高さとなるように、予め主軸頭１３の上下送り用サーボ
モータ１８とサーボモータ１９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が工具交換位置Ｓ点Ｉコ至ると、
旧工具３２′はテーブル２３に受渡されてクランプされ
ている工具保持体５１上の把持爪５４ａ内に、ばね５４
ｃの弾撥力と位置決めキー５４ａとにより、一定の角度
位置に確実かつ自動的に杷持される。

従って、アタッチメント主軸１６内で旧工具３２′のク
ランプを解き、主軸頭１３１こよってアタッチメント１
５を上方ｌこ移動させると、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、送り用サーボメータ２４により、テーブル２３
を更に機械本体１０側に所定距離りだけ移動させ、新工
具３２を把持した把持爪５４ｂの中心を８点に位置させ
た状態で、アタッチメント主軸１６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１６の先端穴（こ嵌着される。

この状態でアタッチメント主軸１６内で新工具３２をク
ランプするとともに、コラム１２の水平方向の後退移動
により、アタッチメント１５を後退させると、新工具３
２のアタッチメント主軸１６への嵌着が完了する。

続いて、テーブル２３が再び工具マガジン３０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
５１の第１のクランプ溝５２に、第１のクランプ部材４
８のクランプ片４８ａが係合する。

ここで、第１のクランプ部材４８を緊締動作させ、工具
保持体５１をキャリア４６にクランプするとともｔこ、
第２のクランプ部材４９を解放動作させて、テーブル２
３から工具保持体５１を解除する。

次いで、工具搬送交換装置４０は前述とは反対の動作順
序で、旧工具３２′を工具マガジン３０の所定位置にあ
る保持器３１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１４１こ取付
ける工具の工具交換位置とは別個１コ、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置として用
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すく、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
けでよいので、交換時間も短かくて済み、その効果が太
きい。

第７〜１０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４０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１２がベッド１１上に
固定され、テーブル２３の摺動台２２がテーブル２３と
ともに、送り用サーボモータ１７により、ベッド１１上
を移動するようになっている。

しかし、機械本体１σの他の部分の構成、作用は第１〜
６図の実施例における機械本体１０と基本的には同一で
ある。

第１〜１０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７〜１０図の実施例では、機械本体１０′の
ベッド１１上に移動自在に敷設された摺動台２２の工具
マガジン３０側の端部が、被加工物Ｗを載置して、摺動
台２２と直角方向に送り用サーボモータ２４１こよって
水平移動制御されるテープル２３とキャリア４６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５１
を授受するための所定位置Ｒ点となる。

なお、第１〜１０図の実施例ではアタッチメントを使用
し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５１の２個の把持爪５４ａ、５４ｂと
立型マシニングセンタ１０′の主軸１４との間で、直接
交換が行なわれる。

横型のマシニングセンタにおいて、その主軸１４の工具
を自動的に直接交換する場合は、工具保持体５１に取付
けられている水平面状の把持爪５４ａ、５４ｂを、垂直
面状の把持爪ｌこ交換すると共に、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
ことは勿論である。

以上のように、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により、
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響から保護することができる
とともに、工具マガジンの設置場所も制約を受けること
が殆んどない。

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ることが可能になる
。

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を備え
るマシニングセンタの平面図、第２図は第１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ｔこ見た工具搬送交換装置の正面図、第４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図は
工具保持体の平面図、第６Ｂ図は工具保持体の側面図、
第７図はこの発明の自動工具交換装置の実施例を備える
立型マシニングセンタの機械本体の正面図、第８図は第
７図の機械本体の側面図、第９図は第７及び８図の機械
の工具搬送交換装置部分を示す平面図、第１０図は第９
図の矢印×方向に見た側面図である。 １０ 、１０’・・・・・・機械本体、１１・・・・・
・ベッド、１２・・・・・・コラム、１３・・・・・・
主軸頭、１４・・・・・・主軸、１５・・・・・・アタ
ッチメント、１６・・・・・・アタッチメント主軸、１
７・・・・・・コラム送り用サーボモータ、１８・・・
・・・主軸頭上下送り用サーボモータ、１９・・・・・
・主軸回転及びオリエンテーション用モータ、２１・・
・・・・主軸送り用サーボモータ、２２・・・・・・摺
動台、２３・・・・・・テーブル、２４・・・・・・テ
ーブル送り用モータ、３０・・・・・・工具マガジン、
３１・・・・・・工具保持器、３２，３２’・・・・・
・新旧工具、３４・・・・・・把持部、４０・・・・・
・工具搬送交換装置、４１・・・・・・基台、４２・・
・・・・軌道、４３・・・・・・移動台、４４・・・・
・・モータ、４５・・・・・・送りねじ、４６・・・・
・・キャリア、４７・・・・・・シリンダ、４８・・・
・・・第１のクランプ部材、４９・・・・・・第２のク
ランプ部材、４８ａ、４９ａ・・・・・・クランプ片、
４８ｂ、４９ｂ・・・・・・ピストン、５１・・・・・
・工具保持体、５２・・・・・・第１のクランプ溝、５
３・・・・・・第２のクランプ溝、５４ａ、５４ｂ・・
・・・・把持爪、５４ｃ・・・・・・ばね、５４ｄ・・
・・・・位置決め用キー、６０・・・・・・アタッチメ
ント搬送交換装置、６２・・・・・・基台、６３・・・
・・・軌道、６４・・・・・・キャリア。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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１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第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
   なうことを特徴とする自動工具交換装置。