JPS60114437A - 大径工具交換装置を備えた工作機械 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は大径または重量の大なる工具（以下単に大径工
具という）のための工具交換装置を備えた工作機械に間
する。

（従来技術） 従来の工具交換装置を備えた工作機械、例えばベッド上
のコラムに工具を着脱可能に装着する主軸を水平軸線の
回りに回転可能に軸承した主軸ヘッドを上下移動可能に
設けると共に前記ベッド上の前記主軸ヘッドと間隔を置
いて対向する位置にワークを支持するテーブルを設け、
前記コラムの側方に多数の小径工具を小径工具取出位置
に割出し可能に保持する第１工具貯蔵マガジンを設置し
、前記第１工具貯蔵マガジンと前記主軸ヘッドとの間に
は両者間で工具を交換する工具交換ユニットを設けた工
作機械においては、その工具貯蔵マガジンに大径工具を
収納することは次の理由により困難であった。

（１）工具を貯蔵するために並んで設けた工具ソケット
のピッチが比較的小さいので、収納する工具の径の制限
を受ける。

（２）重量の大なる工具をその回転軸線を水平としてテ
ーバ面を介して工具ソケットにより支持することは離脱
防止機構を備えているとはいえ脱落のおそれが増大する
。

（３）交換アームの回転により工具を交換する際に工具
に遠心力が作用するので、工具の重量が大となれば遠心
力が増加し脱落のおそれが増大する。

かかる難点を除くために、従来より工作機械のテーブル
上に複数の大径工具を保管する大径工具専用ラックを設
け、テーブルの送り移動を利用して大径工具を交換する
ようにしたものがある。しかし、これは工作機械のテー
ブル上に大径工具専用ラックを設けるので次のような難
点を有していた。

（４）テーブル上の作業スペースを狭くする。

（５）大径工具の収容本数が少数に制限される。

（６）加工の際の切粉等が飛散して保管中の大径工具に
付着し、大径工具の主軸への装着の際などの障害となる
。

（発明の目的） 本発明は小径工具交換装置の他に大径工具の貯蔵保管に
適した大径工具交換装置を工作機械に設置して北述の（
１）〜（６）の難点を除くことを目的とする。

（発明の構成） この目的達成のため、本発明は前述の工具交換装置を備
えた工作機械において、前記ベッドの一側の床面に多数
の工具ソケットを該工具ソケットに装着された工具の回
転軸線が鉛直方向となる状態で貯蔵し該工具ソケットを
制御信号に従って大径工具取出位置に割出す第２工具貯
蔵マガジンを設置し、該第２工具貯蔵マガジンに該大径
工具取出位置にある工具ソケットを支持して該工具ソケ
ットに装着された工具の回転軸線が前記主軸と平行とな
るように転倒させる起立転倒装置を設け、前記起立転倒
装置に隣接する位置に工具移送装置を設置し、この工具
移送装置には、前記転倒された工具ソケット上の工具を
水平状態で支持する工具把持部を有する工具サポートと
、該工具サポートを前記主軸あるいは第２工具貯蔵マガ
ジンに対して相対的に前記主軸と平行な方向に移動させ
る手段と、前記工具サポートを前記主軸と前記第２工具
貯蔵マガジンとの間において前記主軸と直交する水手方
向に往復移動させる手段を設けたことを特徴とする大径
工具交換装置を備えるようにし５− たものである。

（発明の効果） かかる本発明は、工具の回転軸線が鉛直となる状態で貯
蔵する大径工具用の第２工具貯蔵マガジン備えたので多
数の大径工具を安定して保管することができ、起立転倒
装置により大径工具の軸線を主軸と平行にした後平行移
動のみをおこなうアーム先端の工具サポートにより大径
工具を移送して交換するようにしたので交換時に工具に
遠心力作用させることがなく、従って大径工具を途中で
脱落させることなく確実に主軸に装着することができ、
また大径工具交換装置を床面に設置したのでテーブル」
−の作業スペースを占有することもなく切粉が貯蔵中の
大径工具に付着するおそれもない。

（実施例） 第１図〜第９図に示す一実施例により、先ず本発明の詳
細な説明する。第１図〜第３図に示す如く、工作機械１
０のコラム１２の一側に小径工具を収納する第１工具収
納マガジン２ｏを設け、制６一 御信号により必要な工具を小径工具取出位置Ｐ１（第１
図参照）に割出し、工具交換ユニット３０により主軸１
５に装着された工具と交換する。工具交換ユニットは回
転（図示Ｒ）かつ軸方向移動（図示Ｓ）可能な交換アー
ム３１の先端３１ａで工具な把持し、水平方向で９０度
旋回（図示Ｑ）して工具の交換をおこなう。以上の工具
交換装置は従来公知のものと変りない。本実施例では次
の大径工具交換装置を有している。第１工具貯蔵マガジ
ン２０の下部に隣接して大径工具を収納する第２工具貯
蔵マガジン６０を床面上に設け、制御信号により必要な
工具を大径工具取出位置Ｐ２（第２図参照）に割出す。

第２工具貯蔵マガジンは大径工具を安定して収納するた
め工具の軸線を鉛直方向としてあり、大径工具取出位置
Ｐ２において起立転倒装置（第６図〜第７図）により工
具の軸線が主軸１５と平行になるよう転倒し、工具移送
装置４０（詳細は第８図、第９図）先端の工具サポート
５３に工具を支持させる。工具移送装置４０は工具を大
径工具ソケット７０より離脱しく第２図Ｘ方向運動）、
これを主軸ヘッド１３に対向する位置に移送しくＵ方向
運動）、シフト運動（第８図Ｙ方向）と着脱運動（Ｗ方
向）および主軸ヘット１３の」二下運動（Ｙ方向）の協
動により主軸ｌδに装着された工具と交換し、再び工具
を大径工具取出位置Ｐ２にもどす。

以上が本実施例の概要である。次に詳細につき説明する
。

第１図〜第３図に示す如く、工作機械１０のベッド１１
上にコラム１２を前後方向（第２図Ｚ方向）移動可能に
装架し、このコラム１２に主軸へ、ラド１３を上下方向
（第３図Ｙ方向）移動可能に装架する。主軸ヘッド１３
には工具を着脱可能に装着する主軸１６を前後方向水平
軸線の回りに回転可能に軸承する。コラム１２の前方に
は間隔をおいてテーブル１４を左右方向（第２図Ｘ方向
）移動可能にベッド１１上に装架し、ワークを支持する
バレット１６を所定位置にクランプする。

コラム１２の主軸１５とほぼ平行な側面１２ａに沿って
小径工具を収納する第１工具貯蔵マガジン２０を設置す
る。第１工具貯蔵マガジン２０のマガジンフレーム２１
には水平軸線回りに回転する第１駆動スプロケツト２２
と第１従動スプロケツト２３とにより第１マガジンチエ
ーン２４を巻張する。第４図に示す如く、第１マガジン
チエーン２４は、小径工具を固着した小径工具ホルダ２
６を同軸に着脱自在に装着する小径工具ソケット２５を
、その軸線が主軸１５と直交する水平方向となるよう、
等間隔に支持する。第１駆動スプロケツト２２は第１駆
動ギヤ２７を介して第１工具マガジン駆動モータ（図示
せず）により駆動され、制御信号に応じて所定の工具を
装着した小径工具ソケット２５を小径工具取出位置Ｐ１
に割出す。

小径工具用の工具交換ユニット３０は水平軸線の回りに
回動く図示Ｒ）かつ軸方向伸縮（図示Ｓ）可能な交換ア
ーム３１を備え、枢軸３２を介して水平面内で旋回可能
に第１工具マガジンフレーム２１により支持される。工
具交換ユニット３０は、第４図の実線図示の位置におい
て交換アーム３１を回動して先端の一方の把持爪３１ａ
により小径９− 工具取出位置Ｐ１にある小径工具ホルダ２６の環状溝２
６ａを把持した後、軸方向に伸びて工具ホルダ２６と共
に所定の工具を工具ソケット２５より離脱する。次いで
工具交換ユニット３０は旋回用シリンダ３３により、第
４図のＱ方向に９０度旋回し、２・点鎖線の位置におい
て停止する。この位置において工具交換ユニット３０は
交換アーム３１０回動と伸縮の組み合せにより、使用済
の工具が固着された工具ホルダ２６′を主軸１５より離
脱し、所定の工具を工具ホルダ２６と共に主軸１５に装
着する。次いで工具交換ユニット３０は旋回用シリンダ
３３により第４図の実線位置にもどり、工具ホルダ２６
′を工具と共に小径工具取出位置Ｐ１にある工具ソケッ
ト２５にもどして装着する。もどして装着する工具ソケ
ットは元の所定の工具ホルダ２６が装着されていた工具
ソケットでもよいし、それとは別の工具ソケットでもよ
い。

大径工具用の第２工具貯蔵マガジン６０は、第１図およ
び第２図に示す如く、第１工具貯蔵マガー１０＝ ジン２０の下部に隣接して、コラム１２とは反対側の床
面に設置する。第２工具貯蔵マガジン６０のマガジンベ
ース６１の四隅には夫々鉛直軸線回りに回転する１個の
第２駆動スプロケツト６３と３個の第２従動スプロケッ
ト６４が軸支され、此等スプロケット６３．６４には水
平面内で周回可能に無端状の第２マガジンチエーン６５
が巻張される。マガジンチェーン６５の４辺のうちの１
辺６５ｃは主軸１５と直交させ、第１工具貯蔵マガジン
２０の工具交換ユニット３０を設けた一側とほぼ黙列さ
せる。第２工具マガジンベース６１には第５図および第
６図に示す如く、第２マガジンチエーン６５の下側に沿
フて第２工具マガジンフレーム６２を固定し、第２工具
マガジンフレーム６２にはその外側に沿って、第２マガ
ジンチエーン６５の下面とほぼ同じ高さのガイドレール
６７をレール支持板６８を介して取付ける。第２マガジ
ンチエーン６５には等間隔をおいて、上側には外向の水
平突出部６５ａを、下側には下方突出部６５ｂを備えた
リンクを設け、水平突出部６５ａに外向Ｕ字状の保持部
材６６を固定する。以−１−の福成により第２マガジン
チエーン６５の周回に際して、下方突出部６５ｂの下端
は第２工具マカジンフレーム６２の上を、保持部材６６
はガイドレールの上を摺動する。

大径工具を固定した大径工具ホルダ７３を同軸かつ着脱
可能に装着した大径工具ソケット７０はその軸線が鉛直
となるようにその両側の平面部７０ａを介して保持部材
６６により保持され、第２マガジンチエーン６５の周囲
と共に移動する。大径工具ソケット７０は平面部７０ａ
と直交する一側に並んだ２つのローラ７１と、ローラ７
１の間の下方とその反対側の２つのローラ７２を有して
いる。大径工具ソケット７０はローラ７１を介してガイ
ドレール６７により支持される。大径工具ソケット７０
のガイドレール６７と反対側上部にはガイドレール６７
と平行にガイド６９を設け、またローラ７２の一方をガ
イドレール６７の下面に近付けて大径工具ソケット７０
の外方および上方への離脱を防止する。第２駆動スプロ
ケツト６３は第２工具マガジン駆動モータ（図示せず）
により駆動され、制御信号に応じて所定の大径工具を装
着した大径工具ソケット７０を、第２マガジンチエーン
６５の一辺６５ａに沿った大径工具取出位置Ｐ２に割出
す。

大径工具取出位置Ｐ２においては、第５図〜第７図に示
す如く第２工具マガジンフレーム６２、ガイドレール６
７およびガイド６９を中断しその間に起立転倒装置８０
を設置する。起立転倒装置８０の支持体８１は第２工具
マガジンベース６１上に固定され、主軸１５と平行な両
側壁８１ａ、８１ｂを備え、主軸１５と直交する水平の
枢支ビン８３を介して旋回体８２を回動自在に支持する
。

第２工具マガジンベース６１にはブラケット８６を介し
て姿勢変更用シリンダ８４およびこれにより軸動する作
動ロッド８５を支持し、作動ロッド８５先端の案内溝８
δａを旋回体８２下部の突出部８２ｃの係合ローラ８２
ｄに係合させ、姿勢変更用シリンダ８４により旋回体８
２を起立位置く第６図２点鎖線図示）と転倒位置（第６
図実線図　１３− 示）の間で回動する。旋回体８２には大径工具ソケット
７０を収納する四部８２ｅが設けられ、その深さおよび
巾は第６図の紙面垂直方向において一様である。支持体
８１の両側壁８１ａ、８１ｂには旋回体８２の起立位置
において四部８２ｅに連なる切り欠さ８１ｃを設ける。

凹部８２ｅには大径工具ソケット７０の２つのローラ７
２を通過させる２つの溝８２ａを設ける。旋回体８２の
起立状態においては、第２マガジンチエーン６５の周回
に伴い、大径工具ソケット７０の下半部は切り欠ぎ８１
ｃおよび凹部８２ｅを通過し、保持部材６６およびロー
ラ７１はガイドレール６７より旋回体８２の上端面８２
ｂに乗り移って通過し、ローラ７２は満８２ａ内を通過
する。大径工具ホルダｆｉ＃Ｐ２に割出された大径工具
ソケッ）７０の下半部は凹部８２ｅ内に、ローラ７２は
溝８２ａ内に位置して停止する。この状態において姿勢
変更用シリンダ８４により旋回体８２を転倒位置にすれ
ば、第６図の実線に示す如く、大径工具ソケット７０は
主軸１５と平行となり、これに装着さ　１４− れた大径工具ホルダ７３の環状溝７３ａが後述の工具サ
ポート５３の工具支持面５３ａに支持される。転倒され
た大径工具ソケット７０は、溝８２ａと係合しているロ
ーラ７２により軸方向の移動は拘束され、Ｔ径方向の移
動は支持体８１と旋回体８２により拘束される。

次に転倒された大径工具ソケット７０に装着された大径
工具ホルダ７３とそれに固着された大径工具を主軸１５
に装着されている大径工具ホルダとそれに固着された使
用済の大径工具と交換する工具移送装置４０につき説明
する。第１図〜第３図に示すように、工具移送装置４０
は第２工具貯蔵マガジン６０の第２マガジンチエーン６
５の一辺６５ｃに沿って、主軸ヘッド１３とテーブル１
４０間の一側に設置する。一体の延長部４．１　ａを有
する固定台４１を第１および第２工具貯蔵マガジン２０
．（３０とほぼ同長にわたって床面上に設置し、その上
にほぼ同長の２本のりニヤモーションガイド′等の案内
部材４２を固定し、移動台４３を案内部材４２により主
軸１５と直交する水平方向Ｕに移動自在に支持する。第
８図、第９図に示すように移動台４３は送りねじ４４に
より移動され、Ｕ方向の移動ストロークは固定台４１の
両端の調整可能なストッパ４５，４６により定められる
。移動台４３は案内部材４２と平行な２本のシフト案内
ロッド４７によりシフト台４８をＶ方向に案内する。シ
フト台４８は、主軸１５と弔行な２本の着脱案内ロッｌ
；’　５０を介して、案内部材４２と平行で主軸ヘッド
１３に向けて延びるアーム５１を支持し、Ｗ方向に案内
する。アーム５１先端部の上側に固定された工具サポー
ト５３にはＶ方向に沿って２つの工具把持部Ｇｌ、Ｇ２
を設ける。工具把持部Ｇｌ、Ｇ２は工具サポート５３上
側に設けた、大径工具ホルダ７３の環状溝７３ａに係合
してこれを支持する工具支持面５３ａ、５３ｂと、支持
された工具ホルダの脱落を防止する押圧部材５４ａ、５
４ｂよりなる。アーム５１は着脱用シリンダ５２により
シフト台４８に対しＷ方向に移動されそのストロークは
大径工具ホルダ７３を主軸１５および大径工具ソケット
７０に着脱するに必要な長さであり、シフト台４８はシ
フト用シリンダ４９により移動台４３に対しＶ方向に移
動されそのストロークは２つの工具把持部Ｇ１、Ｇ２の
間隔と同一であり、送りねじ４４によりＵ方向に移動さ
れる移動台４３のストロークは主軸１５の中心線と大径
工具取出位置Ｐ２の中心の間の水平距離である。

第２図、第３図および第８図に示す待機位置において、
大径工具取出位置にある大径工具ソケット７０が旋回体
８２により転倒状態となれば、これに装着された大径工
具ホルダ７３の環状溝７３ａが工具サポート５３の工具
支持面５３ａに支持され押圧部材５４ａにより把持され
る。次に着脱用シリンダ５２により工具サポート５３は
第２図第９図においてＷ方向右向に移動し、大径工具ホ
ルダ７３は大径工具ソケツ）７０より離脱する。

次に送りねし４４により移動台４３を第３図、第８図に
おいてＵ方向右向に、シフト用シリンダ４９によりシフ
ト台４８をＶ方向右方に移動すれば、工具把持部Ｇ２は
主軸１５の軸線を含む鉛直面上　１７− に位置する。なお、コラム１２は予めＺ方向で所定の大
径工具交換位置をとり、主軸ヘッド１３は所定の大径工
具交換位置より高い位置をとるものとする。この状態に
おいて脱着用シリンダ５２により工具サポート５３をＷ
方向で元に戻し、主軸ヘッド１３を所定の大径工具交換
位置まで下げれば、主軸１５に装着されていた使用済大
径工具の大径工具ホルダの環状溝が工具サポート５３の
工具把持面５３ｂに支持され押圧部材５４ｂにより把持
される。次に着脱用シリンダ５２により工具サポート５
３を第２図、第９図においてＷ方向右方に移動すれば使
用済大径工具とその大径工具ホルダは主軸１５より離脱
される。次いでシフト用シリンダ４９によりシフト台４
８を元に戻せば工具把持部Ｇ１に把持された所定の大径
工具を固定した大径工具ホルダ７３は主軸１５と同軸に
位置し、着脱用シリンダ５２により工具サポート５３を
元に戻せば工具把持部Ｇｌに把持された大径工具ホルダ
７３は主軸１６に装着される。主軸ヘット１３を上界さ
せて大径工具ホルダ７３を工具把１８− 持部Ｇ１より離脱させた後、逆の操作により工具把持部
Ｇ２にある使用済みの工具とその大径工具ホルダを第２
工具貯蔵マガジン６０に戻せば大径工具の交換は完了す
る。使用済みの大径工具を戻して装着する大径工具ソケ
ットは、新たに主軸１５に装着された大径工具が装着さ
れていた大径工具ソケットでもよいし、それとは別の大
径工具ソケットでもよい。

上記の実施例では小径工具間および大径工具間の工具交
換作用についてのみ説明したが、小径工具を大径工具と
交換する場合は、先ず小径工具を工具交換ユニット３０
により第１工具貯蔵マガジン２０に戻した後、工具移送
装置４０により第２工具貯蔵マガジン６００大径工具を
主軸１５に装着すればよい。

また上記の実施例においては、第２工具貯蔵マガジン６
０および工具移送装置４０を第１工具貯蔵マガジン２０
と同一側に設けたが、工作機械１０のベッド１１に対し
反対側に設けることもできる。

また上記実施例では工具サポート５３側を主軸軸線と平
行をなす方向に移動させて工具把持部Ｇ１、Ｇ２ｊ二の
工具７３を第２工具貯蔵マガジン６０の工具ソケットへ
、あるいは主軸１５へ受渡ししているが、これに限定さ
れるものではなく、工具マガジン６０側あるいは主軸１
５側を主軸軸線方向に移動して工具１５の抜差しを行う
ようにしてもよい。

また上記実施例は、取付あるいは取外す工具のいずれも
が大径工具７３の場合について動作説明したが、これに
限定されるものではなく、主軸１５より大径工具７３を
取外して次に小径工具２６を取付ける場合あるいは主軸
１５より小径工具２６を取外して次に大径工具７３を取
付ける場合にも使用できる。

このように小径工具２６と大径工具７３を交互に使用す
る場合には、必ずしも工具サポート５３上に２つの工具
把持部Ｇ１、Ｇ２を設ける必要はない。

また上記実施例は、先ず工具把持部Ｇ１、Ｇ２を所定位
置に位置決めしておき、その後この工具把持部Ｇ１、Ｇ
２に対して工具７３を転倒させる順序で動作させている
が、これに限定されるものではなく、例えば工具移送装
置４０に工具サポート５３を昇降させる手段を設けるこ
とで、工具７３を水平状態に転倒させた後に前記工具サ
ポート５３を昇降させて、工具把持部Ｇｌ、Ｇ２に工具
を把持させることも可能となる。

（実施例の効果） 以上の実施例には次の効果がある。

（１）第２工具貯蔵マガジン６０に収納する大径工具は
その回転軸線が鉛直となるので、大径工具と大径工具ホ
ルダ７３の重量が、大径工具ソケット７０の装着面に均
一に加わり、重量が大なる大径工具を安定して貯蔵する
ことができる。

（２）起立転倒装置８０で大径工具ホルダ７３を主軸１
５と平行にしてから平行移動のみをおこなう工具移送装
置４０により主軸１５に移送して装着したので、回動を
伴う工具２１− 交換ユニッｉ・に比して遠心力が加わることがなく、重
量の大なる大径工具を途中で脱落させることなく確実に
主軸１５に装着できる。

（３）第２工具貯蔵マガジン６０および工具移送装置４
０を床面に設置したので、充分な面積が得られ多量の大
径工具を貯蔵でさると共に、設置場所も切粉が飛散する
所をさけることができ、またテーブル１４上の作業スペ
ースを占有することもない。

（４）第２工具貯蔵マガジン６０を第１工具貯蔵マガジ
ン２０と同側で、その下側に位置させれば装置の占有空
間を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明の一実施例を示し、第１図は全
体側面図、第２図は同乎面図、第３図は同正面図、第４
図は第１図のＩＶ−ＩＶ線の拡大断面図、第５図は第２
図の■−■線の拡大断面図、第６図は第２図のＶＩ−Ｖ
Ｉ線の拡大断面図、第７図は２２− 第６図の■−■線の断面図、第８図は工具移送装置の詳
細正面図、第９図は同じく詳細側面図である。 符号の説明 Ｐｌ・・・小径工具取出位置、Ｐ２・・・大径工具取出
位置、Ｇｌ、Ｇ２・・・工具把持部、１０・・・工作機
械、１１・・・ベッド、１２・・・コラム、１３・・・
主軸ヘッド、１４・・・テーブル、１５・・・主軸、２
０・・・第１工具貯蔵マガジン、３０・・・工具交換ユ
ニット、３１・・・交換アーム、４１・・・固定台、４
２・・・案内部材、４３・・・移動台、４７・・・シフ
ト案内ロッド、４８・・・シフト台、５０・・・着脱案
内ロッド、５１・・・アーム、５３・・・工具サポート
、６０・・・第２工具貯蔵マガジン、７０・・・大径工
具ソケット、８０・・・起立転倒装置。 出願人　豊田工機株式会社 代理人　弁理士　長谷照−（ほか１名）２３− −２５７− 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベッド上のコラムに工具を着脱可能に装着する主軸を水
   平軸線の回りに回転可能に軸承した主軸ヘッドを上下移
   動可能に設けると共に前記ベッド上の前記主軸ヘッドと
   間隔を置いて対向する位置にワークを支持するテーブル
   を設け、前記コラムの側方に多数の小径工具を小径工具
   取出位置に割出し可能に保持する第１工具貯蔵マガジン
   を設置し、前記第１工具貯蔵マガジンと前記主軸ヘッド
   との間には両者間で工具を交換する工具交換ユニットを
   設けた工作機械において、前記ベッドの一例の床面に多
   数の工具ソケットを該工具ソケットに装着された工具の
   回転軸線が鉛直方向となる状態で貯蔵し該工具ソケット
   を制御信号に従って大径工具取出位置に割出す第２工具
   貯蔵マガジンを設置し、該第２工具貯蔵マガジンに該大
   径工具取出位置にある工具ソケットを支持して該工具ソ
   ケットに装着された工具の回転軸線が前記主軸と１ト行
   となるように転倒させる起立転倒装置を設け、前記起立
   転倒装置に隣接する位置に工具移送装置を設置し、この
   工具移送装置には、前記転倒された工具ソケット上の工
   具を水平状態で支持する工具把持部を有する工具サポー
   トと、該工具サポートを前記主軸あるいは第２工具貯蔵
   マガジンに対して相対的に前記主軸と平行な方向に移動
   させる手段と、前記工具サポートを前記主軸と前記第２
   工具貯蔵マガジンとの間において前記主軸と直交する水
   平方向に往復移動させる手段を設けたことを特徴とする
   大径工具交換装置を備えた工作機械。