JPS60155338A - 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】 技術分野 この発明は工作機械に関するものであって、更に詳細に
は、自動工具交換装置（ＡＴＣ：）を備えた工作機械に
おいて、工具の回転割出し可能な工具マガジンを主軸ヘ
ッドとは独立してフレーム上に移動自在に配設し、主軸
ヘッドの第１段階の復動により工具マガジンに取付けた
把持部材が主軸先端の工具を把持し、主軸ヘッドの第２
段階の復動により主軸の工具に対する挾持を解除し、更
に主軸ヘッドの第３段階の復動により主軸から工具を完
全に離脱させ、次いで工具マガジンを回転割出しした後
、主軸ヘッドに先とは逆の段階的な往動動作を行わせて
一連の工具交換シーケンスを達成するようにしたもので
ある。

従来技術 被加工物にねじ切りや孔開は等の加工を多機能に行い得
るよう構成したマシニングセンタ（ＭＣ）等の工作機械
では、タップやドリル等の工具を予め所定の収納個所に
多数格納しておき、所望の工具を適時選択してこれを使
用の終了した工具と自動的に交換する装置１ｔ（ＡＴＣ
）が一般に配設されている。この自動工具交換装置とし
ては種々の型式のものが提案されているが、比較的簡単
な型式のものとしては、例えば特開昭５８−５１０４６
号公報に開示される工作機械の如く、多数の工具を放射
状に配設した円盤型の工具マガジンを主軸ヘッドに回転
自在に取付け、前記主軸ヘッドがその加工動作領域（加
工のために主軸ヘッドが通常的に往復昇降する領域）よ
り上方に位置する自動交換領域に到来したときのみ、前
記工具マガジンが主軸ヘッドに対してスライドし得るよ
うにした構成が知られている。そしてこの工作機械では
、工具交換に際し、前記自動交換領域において工具マガ
ジンに対し主軸ヘッドをスライドさせつつ上昇させるこ
とにより使用済みの工具を主軸先端から抜き取り、次い
で前記工具マガジンを回転割出しして所望の工具を前記
主軸の直下に到来させて軸線を整列一致させ、その後主
軸ヘッドを降下させることによって新たな工具の装着を
行うようになっている。しかしこのように構成した工作
機械では、主軸ヘッドが前記加工動作領域において被加
工物に加工を行うべく下降し始めると、この領域におい
て工具マガジンは主軸ヘッドと一体的に下降するため、
被加工物の形態によっては、前記工具マガジンに装着さ
れて半径方向に延出する工具が加工中の被加工物と干渉
する重大な欠点があった。

また一般に工作機械における自動工具交換装置（ＡＴＣ
）は極めて複雑な機構となっており、このため故障が頻
発したり、製造コストが嵩む等の欠点も指摘されている
。

目的 本発明は、多数の工具を放射状に配設した円盤型の工具
マガジンを回転させて所望の工具を割出すようにした従
来技術に係る自動工具交換装置を備える工作機械に内在
している前述した欠点に鑑み、これを好適に解決するべ
く提案されたものであって、主軸ヘッドが被加工物の切
削加工のために下降しても、工具マガジンはフレーム上
の定位置に保持されるようにして、当該工具マガジンか
ら延出する工具が加工中に被加工物と干渉することを防
止することを目的としている。また前記自動交換領域に
おいて主軸ヘッドを往復動作させることにより、各種連
繋機構が作動して工具の把持、工具のプルスタッドレ〔
対する挾持の解放および主軸からの工具の抜取り、並び
に新たに割出された工具の主軸ヘッドへの装着等の一連
の自動交換動作を簡便に行い得る機構を提供して、！ｌ
Ｉ！造コストコスト故障の低減を併せて実現することを
目的としている。

解決手段 本発明に係る工作機械では、工具マガジンを回転自在に
枢支する工具支持台を、主軸ヘッドから独立して工作機
械本体のフレームに主軸の軸線方向に移動し得るよう取
付け、前記工具マガジンは円周方向に多数の工具を放射
状に保持して所望の工具を回転割出し可能にすると共に
、回転割出しされた工具は主軸ヘッドに回転自在に支持
した主軸の先端にその軸線を整列させて到来するよう構
成し、更に前記自動交換領域において主軸ヘットの復動
によりカム作動して前記工具支持台を主軸ヘッドと一体
的に昇降させる第１のカムおよびクランク機構を設けて
、これにより工具マガジンに配設した工具把持具の開閉
動作を行わせ、また前記第１のカムおよびクランク機構
のカム動作により主軸ヘッドおよび工具支持台が一体的
に復動する際に、前記主軸ヘッドに組込んだ第２のカム
およびクランク機構がカム動作することにより主軸中に
設けた工具挟持部材が付勢されて、主軸先端に取付けた
工具に対する挾持を解除するよう構成されている。この
ように構成したことによって、前記加工動作領域におい
て主軸ヘッドが下降し被加工物の加工を行うに際し、工
具マガジンはフレーム上の定位置に支持されているため
前記被加工物と干渉することがなく、しかも前記自動交
換領域において主軸ヘッドを昇降動作させるだけで、簡
単な構成セありながら確実に工具の自動交換を達成し得
るものである。

実施例 次に本発明に係る工作機械の詳細につき、好適な実施例
を挙げて、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する
。第１図は本発明に係る工作機械の主要構成部材の配置
を概略的に図示した説明図、第２図は本願に係る工作機
械の内部構造の詳細を示す縦断面図、第３図は同じく工
作機械の一部切欠側面図、第４図は第２図の一部平面図
であって、内部構造を観察し得るように部分的に断面表
示したものである。

第１図は、本発明に係る工作機械１０の概略構造を示す
ものであって、この工作機械１０は、工・具装着部５２
を一端に設けた主軸２６を回転自在に支持する主軸ヘッ
ド１８を、フレーム１６に対し往復昇降可能に支持して
被加工物に所要の加工を施し得るようになっている。前
記工具装着部５２には、工具２０を着脱自在に挟持する
工具挟持部材６６が設けられている。複数個の工具把持
具９６を放射状に配置した工具マガジン２２が、工具支
持台２４に回転割出し自在に枢支され、この工具支持台
２４は、前記主軸ヘッド１８とは独立してフレーム１６
に昇降自在に支持されている。

また後述する如く、工具把持具９６を付勢して主軸２６
の先端に設けた工具２０に対する把持および解放を行う
第１のカムおよびクランク機構１６２．２８並びに工具
挟持部材６６を作動させて、主軸２６からの工具２０の
解放および抜き取りを行う第２のカムおよびクランク機
構１８８．３０が配設されている。

次に本発明に係る工作機械の主要な構成につき、第２図
〜第７図を参照して更に詳細に説明する。

第１図〜第４図に示す如く、工作機械ｌｏにおける基台
１２に直立配置したコラム１４の前面には、箱型中空ケ
ーシングからなる剛固なフレーム１６が水平に配設固定
されており、このフレーム１６中に主軸ヘッド１８（主
軸２６を回転自在に支持している）が昇降可能に配設さ
れている。すなわち第３図および第４図に示すように、
コラム１４の前面に対向的に直立配置した一対の長尺柱
部材３２゜３２の各長手方向垂直端面に、ねじ３４を介
してガイドレール３６が夫々垂直に固着され、主軸ヘッ
ド１８の後部に所定間隔離間させて上下一対ずつ配設し
た左右−組の摺動こま３８，３８を、前記ガイドレール
３６，３６に摺動自在に密着嵌合させることによって、
該主軸ヘッド１８には垂直方向における安定した昇降が
確保されるようになっている。

また前記一対の長尺柱部材３２．３２の頂部間には、支
持板３９が水平に橋架されてボルト固定され、ロータリ
ーエンコーダ４２を内蔵したＡＣサーボモータ４０が前
記支持板３９上に直立配置されている。前記サーボモー
タ４ｏの垂直回転軸４１の先端には、カップリング４３
を介してボールねじ４４が固着され、このボールねじ４
４は第４図から判明するように、前記一対のガイドレー
ル３６．３６の中間において垂直下方に延在している。

更に第２図および第４図に示す如く、主軸ヘッド１８の
背面突出部には、ボルト４８を介してナツト４６が水平
に固定され、このナツト４６に前記ボールねじ４４が挿
通螺合されている。そして前記ＡＣサーボモータ４ｏを
回転駆動することによって、ボールねじ４４は所定の方
向に回転して前記ナツト４６にバックラッシュのない直
線運動を与え、主軸ヘッド１８は所定のストロークだ〜
け垂直方向に自在に昇降し得るようになっている。

すなわち前記ＡＣサーボモータ４０．ボールねじ４４お
よびこれに螺合させたナツト４６は、主軸ヘッド１８の
往復駆動機構を構成するものである。

なお主軸ヘッド１８の昇降ストロークは、後にも言及す
る如く、■主軸ヘッド１８が被加工物に向は通常的に反
復昇降して加工を行う加工動作領域Ａと、■この領域よ
り上方レベルに位置して、主軸２６に対する工具２０の
一連の着脱交換動作が行われる自動交換領域Ｂとに大別
される。そして前記自動交換領域Ｂ中を主軸ヘッド１８
が復動上昇する過程において、一連の工具交換動作を行
わせるための３つの変節点が現われる（後述）。ちなみ
に第１図〜第３図に示す主軸ヘッド１８は、被加］二物
に対する通常の加工を終了して加工動作領域Ａの上限（
自動交換領域Ｂの下限）にまで上昇し、次の加工指令ま
たは工具交換指令の何れかを待機している状態にある。

前記主軸ヘッド１８の下部には、第２図に示す如く、中
空円筒状の主軸２６が軸受５０に挿通されて回転自在に
軸承され、この主軸２６はその下端部に工具装着部５２
を有すると共にその上端部において、前記主軸ヘッドＩ
８の頂部に直立配置したモータ５６および減速機５８の
出力軸６０にカップリング５４を介して接続されている
。

前記工具装着部５２は、第２図に示すように、テーパー
シャンクからなるアーバー６２を備える工具２０を着脱
自在に装着するためのものであって、前記アーバー６２
の密着挿通を許容する截頭円錐状の開口部として形成さ
れている。なお工具２０のアーム−後端部にはプルスタ
ッド６４が設けられており、前記中空主軸２６中に摺動
自在に挿通した工具挾持部材６６によって前記プルスタ
ッド６４を挾持することにより、工具２０を主軸２６に
固定するようになっている。すなわちこの工具挾持部材
６６は、前記プルスタッド６４のネック部を複数のボー
ル６８によりｇ繞するように植成した公知のコレットか
らなり、当該工具挾持部材６６が主軸２６の中空部を軸
線方向に摺動することによって、前記プルスタッド６４
のクランプおよび解除を行い得る構造になっている。

第２図に示す如く、主軸２６の中空部内における所定高
さ位置にはプラグ７０が上下摺動自在に挿入されると共
に、このプラグ７０に穿設した縦孔中にドローパー７６
の上端部が挿通固定されて主軸２０の中心軸線に沿って
垂下し、また当該ドローパー７６の下端部は前記工具挟
持部材６６の頂部に接続されている。主軸２６における
プラグ７０の配設位置には、第２図から僅かに判明する
ように長円形のスロット７４．７４が対向的に穿設され
、前記プラグ７０に直交的に挿通したピン７２の両端部
が、前記一対のスロット７４．７４を介して主軸ムロの
外方に水平に延出している（第４図および第１０図参照
）。なお第２図に示すように、工具装着部５２に工具２
０が装着された状態において、主軸中空部の下方に形成
した段部と前記プラグ７０の下端部に設けたワッシャー
８０との間に一群の皿ばね７８が弾力的に圧縮介挿され
、この多数の皿ばね７８の中心部をドローパー７６が挿
通延在している。そして常にはこの皿ばね７８の弾力に
よりプラグ７０を上方に押圧して定位置に保持すると共
に、工具挾持部材６６を弾力的に引上げてプルスタッド
６４の挟持を確実にしている。なお主軸外方に延出して
いる直交ピン７２の上方には、第２図、第４図および第
１０図に示すように、後述する第２のクランク３０の先
端に２股形成したフォーク部８１が非接触で近接的に臨
み、当該クランク３０の動作によりピン７２を押圧イ１
勢してドローパー７６を下降させるようになっている。

すなわち後述する第２のカムおよびクランク機構１８８
．３０のカム作動により直交ピン７２を下方へ抑圧付勢
すれば、前記ドローパー７６は軸線方向に下降して前記
工具挾持部材６６を降下させ、ボール６８によるプルス
タッド６４の抑圧を解除し、従って工具２０は工具装着
部５２から解放し得る状態となることが諒解されよう。

なお第２図において符号８３は、工具２０に着脱自在に
取付けられるドリルやタップ等の切削工具を示す。

次に前記フレーム１６上には工具支持台２４が前記主軸
２６の軸線方向に移動し得るように支持されているので
、この構造について説明する。第４図において、フレー
ム１６を構成する対向し合う一対の側Ｍ１６ａ、１６ｂ
の左上端部には支持板８２．８２が水平に取付けらオし
、各水平支持板８２の適所に穿設した垂直貫通孔に丸棒
状のガイドレール８４（これは後述の如く工具支持台２
４に垂直に固定しである）が摺動自在に挿通されている
。また第２図に示すように、フレーム１６の下方から夫
々左右一対をなす水平支持板８６が延出して、この水平
支持板８６に穿設した垂直貫通孔に前記ガイドレール８
４が摺動自在に挿通されている。

前記ガイドレール８４（第４図に示すように２本ある）
の上端部および下端部は、工具支持台２４の頂部に水平
に橋架した天板８８に設けた支持板９１および底部に設
けた支持板８９に夫々固定されている。従って前記工具
支持台２４は、ガイトレール８４を水平支持板８２，８
６に対して摺動させることにより、フレーム１６に対し
昇降可能になっていて、後述する第１のカムおよびクラ
ンク機構１６２．２８が主軸ヘッド１８の復動によって
カム動作することにより、所定の高さだけ上昇させられ
るようになっている。なお工具支持台２４の頂部に設け
た前記支持板９１にはストッパーボルト９０が高さ調節
自在に挿通螺着され、該ボルト９０の下端部が常には前
記水平支持板８２の平面に休止することにより、当該工
具支持台２４をフレーム１６に対し所定の高さ位置に保
持するようになっている。

前記工具支持台２４には、多数の工具２０を放射状に保
持した工具マガジン２２が回転割出し可能に支持されて
いる。すなわち工具支持台２４には、水平面に対し所定
の角度だけ斜め下方に傾斜させた軸線を有する枢軸９２
が突出固定されており、この枢軸９２に工具マガジン２
２が、軸受け９４を介して回転自在に支持されている。

この工具マガジン２２は、第２図および第５図に示すよ
うに基本的に大径の平歯車９８をベースとした円盤形状
をしており、この工具マガジン２２の外周に半径方向に
延出する複数個の工具把持具９６が配設されている。前
記大径の平歯車９８は軸受け９４にボルト１００を介し
て固定され、前記工具支持台２４に配設固定したモータ
１０２の回転軸１０４に固着したピニオン１０６が、前
記平歯車９８と噛み合って工具マガジン２２を回転させ
ることにより、所望の工具２０の割出しを可能としてい
る。なお第２図に示す如く工具支持台２４の適宜個所に
は、前記枢軸９２とその軸線が平行になるよう設定した
中空円筒部材１０８が配設され、この円筒部材１０８中
に弾力的に収納した圧縮ばね１１０によりボール１１２
を平歯車９８に向けて抑圧するようになっている。また
前記平歯車９８の平担面には、周方向に所定間隔でノツ
チ１１４が凹設され、このノツチ１１４に前記ボール１
１２を弾力的に押圧着座させることにより、前記工具マ
ガジン２２における所望工具２０の回転割出し時に、該
工具２０は定位置てクリックストップさオしるものであ
る。なお第２図および第５図に示すように、前記枢軸９
２の先端には、該枢軸の中心軸線に対し直角方向に延在
する２股部材１　］、　６がボルト１１８を介して締付
は固定されている。この２股部材１１６の２股部下面間
には所定厚みの支持板１２０が橋架され、この支持板１
２０の上面および下面において該支持板の厚み寸法分だ
け離間させて平行配置した一対の取付板１２２．１２２
に、夫々発光素子および受光素子からなる一対の光セン
サ１２４がその先軸を一致させて対向的に配設されてい
る。この光センサ１２４を構成する前記発光素子および
受光素子の間には、前記軸受９４に配設固定されて工具
マガジン２２と一体的に回転するスリット円盤１２６が
、非接触で介在して前記光軸を遮断通過し得るようにな
っている。このようにスリット円盤１２６が発光素子お
よび受光素子の間を通過して遮光することにより、工具
マガジン２２に保持さ」した複数の工具２０のうち何汎
の工具２０が現在主軸２６に保持されているか、を適宜
の電気回路により指示することができる。

次に工具マガジン２２の外周に配設されている工具把持
具９６について説明する。この工具把持具９６は、第６
図に明確に示すように、一対の爪部材１２８．１２８と
、この爪部材１２８を開閉自在に旋回し得るよう支持す
るフィンガ１３０とから基本的に構成される。すなわち
第２図において、工具マガジン２２の基体をなす平歯車
９８の周方向に、所定の中心角で複数のブインガ１３０
がポルｌ−１３２により固定されて半径方向に延在して
いる。このフィンガ１３０は所要の角度に折曲形成した
板状部材から構成され、該フィンガ１３０上に、「＜」
字状に折曲形成されかつ所定間隔だけ離間配置した一刻
の爪部材１２８，１２８（第６図）が、夫々その折曲部
において枢着ピン１３４により所要の角度だけ回動しｌ
）るように枢支されると共に、両部月間に引張ばね１３
６が弾力的に張架されている。この爪部材１２８の対向
し合う爪部は、後述するベルクランク機構により伺勢さ
れて開放および開成運動を行い、工具２０に形成した溝
イ１きフランジ１９６を着脱自在に把持するようになっ
ている。第６図に示す如く前記一対の爪部材１２８，１
２８のフィンガ１３０上に位置する各他端部は軸ピン１
３８により共通的に遊着され、この軸ピン１３８はフィ
ンガ裏面において若干距離だけ突出延在している。そし
て前記軸ピン１３８を第６図において矢印Ｘ方向へ抑圧
すれば、各爪部材１２８は枢着ピン１３４を中心として
相互に近接し合う方向に閉成して、前記工具２０の溝付
きフランジ１９６を把持する。また逆に前記軸ピン１３
８を矢印Ｙ方向へ付勢すれば、夫々の爪部材１２８は外
方へ回動して、工具２ｏの溝付きフランジ１９６に対す
る把持を解放することになる（第６図に２点鎖線で示す
）。このように工具マガジン２２の外周において複数個
の工具把持具９６の夫々を支持する前記フィン力１３０
の折曲角度は、工具マガジン２２を回転させて割り出さ
れた特定の工具把持具９６に把持した工具２０が、前記
主軸２６の先端に設けた工具装着部５２の下方に到来し
た際に、当該工具２０の軸線が主軸２６の中心軸線上に
位置するような値に設定されている。

次に前記工具把持具９６の開閉を行う付勢機構につき説
明する。第２図に示すように、工具支持台２４に設けた
支持板８９（前記ガイドレール８４の下端部が固定され
ている）の下面部にクレビス１４０が一体的に形成され
、このクレビス１４０に所要形状をしたベルクランク１
４２が、その中央部においてピン１４４を介して回動自
在に枢着軸支されている。このベルクランク１４２の下
端部には２股部１４６が形成され、工具マガジン２２が
回転割出しされて前記工具把持具９６が主軸２６の下方
に到来した位置において、爪部材１２８．１２８を開閉
駆動する軸ピン１３８が前記２股部１４６の間に介在す
る位置関係に設定されている。また前記フレーム１６に
取付けた上下の水平支持板８２．８６には、第２図およ
び第４図に示すように垂直板１４８が配設固定ぶれてお
り、この凧直板１４８の前面に溝カム１５２（所定の屈
曲溝１５０が形成されている）がボルト１５４を介して
取付けられている。また前記ベルクランク１４２の上端
部にはピン１５６が取イ」けられていて、このピン１５
６は前記溝カム１５２の屈曲溝１５０に倣い摺動自在に
挿入されている。しかも前述したように工具支持台２４
１よ、フレーム１６に対して所定のスＩ−ロークだけ上
昇し得るようになっているから、後述する第１のカムお
よびクランク機構１’６２．２８により付勢されて工具
支持台２４が上昇を開始すれば、この工具支持台２４に
軸着された前記ベルクランク１４２も一体的に上昇する
。このためベルクランク１４２の上端部に取イ」けたピ
ン１５６はフレーム１６側に固定した前記溝カム１５２
の屈曲溝１５０に倣って摺動し、こわによりカム動作が
与えられて前記ベルクランク１４２はピン１４４を中心
として時計方向に若干回動することになる。すなわちベ
ルクランク１４２の２股部１４６は、工具把持具９６の
軸ピン＋３８を第６図において矢印Ｘ方向へ駆動し、一
対の爪部材１２８，１２８は開成することが諒解されよ
う。また逆にベルクランク１４２が反時計方向に回動す
れば、２股部１４６は工具把持具９６の軸ピン１３８を
第６図において矢印Ｙ方向へ駆動し、一対の爪部材１２
８，１２８を解放することになる。

次に主軸ヘッド１８の復動に基き、前記工具支持台２４
を前記自動交換領域Ｂにおいて、フレーム１６に対し上
昇させる機構につき説明する。第２図〜第４図に示す如
く、フレーム１６の対向し合う直立側壁１６ａ、１６ｂ
の内面には夫々、第３図に明確に示す如きＬ型形状を有
する第１のクランク２８が、軸１５８を介して回動自在
に軸着されている。この第１のクランク２８は、第４図
に示されるように、各側壁の内方において対向的に一対
平行に配設さ肛るものとし、各クランク２８を構成する
一方の短いアーム部１６７の端部には。

ローラ１６０が回転自在に枢着されている。また第３図
に明確に示す如く、主軸ヘッド１８の側面には傾斜カム
面１６４を形成した第１の板カム１６２がポルｌ−１６
６を介して取付けられている。

なおこの第１の板カム１６２は、図示の如く主軸ヘッド
１８が自動交換領域Ｂの上限に位置している状態におい
て、前記第１のクランク２８に軸支した前記ローラ１．
６０の下方に所定距離離間して位置するよう設定されて
いる。また前記第１のクランク２８を構成する他方の長
いアーム部１６８には、その上端面に接触子１７０が固
定されている。この接触子は、第３図および第４図に示
す如く、工具支持台２４に一体的に形成した天板８８に
固定した支持板９１にねじ込んだボルト１７２の下端部
と、常には若干の距離だけ離間して下方に位置するよう
になっている。そして後述するようにサーボモータ４０
を回転させて主軸ヘット１８を上昇させれば、この主軸
ヘッド１８の両側面に夫々取付けた前記板カム１６２の
傾斜カム面１６４が前記第１のクランク２８のローラ１
６０に当接して、該クランク２８を軸１５８を中心とし
て時計方向へ回動させる。このため長いアーム部１６８
の接触子１７０が前記ポルｈ１７２の下端部に当接して
、所定のストロークだけ工具支持台２２をガイドレール
８４に沿って上昇させるものである。なおこの第１のク
ランク２８の長いアーム部１６８および短いアーム部１
６７の寸法比率および両アームの折曲角度は、主軸ヘッ
ド１８の一上昇距離と、前記第１のカムおよびクランク
機構１６２．２８により上昇させられる工具支持台２４
の上昇距離とが一致しかつその上昇速度が同期するよう
な値に予め設定されているものとする。

次に前記第１のカムおよびクランク機構１６２゜２８に
より主軸ヘッド１８および工具支持台２４が一体的に復
動される際に、主軸２６の工具装着部５２中に設けた工
具挾持部材６６が工具２０を解放するように作動する第
２のカムおよびクランク機構について説明する。第２図
および第４図に示すように、主軸ヘッド１８の内部には
Ｌ型形状を有する第２のクランク３０が、軸１７６を介
して所定の回動角度だけ揺動し得るように取付けられて
いる。この第２のクランク３０を構成する長いアーム部
１７８の先端にはローラ１８０が回転自在に枢着されて
おり、また短いアーム部１８２は、第４図および第１０
図に示すように、その先端が２股部１８４として分岐形
成されている。この２股部１８４は、主軸２６を外方か
ら囲繞すると共に、前記ドローバ−７６の頂部に設けた
プラグ７０に挿通した直交ピン７２の僅か上方に、常時
非接触で位置して工具解放指令を待機している。

なお主軸２６は、加工指令を受けてモータ５６により回
転駆動させられるが、加工終了時には前記モータ５６の
回転軸は常に定位置で停止するよう制御されるようにな
っている。従って主軸２６から直角に延出している前記
ピン７２も、第４図に示すように２股部１８４の直下の
定位置で停止するため、後述する第２のクランク３０の
作動時において、２股部１８４は確実にピン７２に当接
し得るものである。

次に主軸ヘッド１８に軸支した第２のクランク３０が、
前記自動交換領域中を主軸ヘッド１８の上昇に伴い上昇
移動する経路中に、所要の傾斜を付したカム面１８６を
有する第２の板カム１８８が配設され、前記第２のクラ
ンク３０と当接して所定のカム動作を行うようになって
いる。すなわち第２の板カム１８８は、第２図および第
４図から判明するように、柱部材３２の頂部に取付けた
前記ロータリーエンコーダ４２の垂直ケーシング面にボ
ルト１９０を介して固定され、その傾斜カム面１８６を
垂直下方に指向させている。そして主軸ヘッド１８を上
昇させると、第２のクランク３０における長いアーム部
１７８の先端に軸支したローラ１８０が、前記板カム１
８８の傾斜カム面１８６に乗り上げる結果として、当該
第２のクランク３０は軸１７６を中心として所定中心角
だけ半時針方向へ回動する。これによって短いアーム部
１８２の先端に設けた２股部１８４が前記直交ピン７２
に接触し、該ピン７２を抑圧してドローバ−７６を所定
距離だけ引下げることにより工具挾持部材６６も下降し
て、これに設けたボール６８が前記プルスタッド６４か
ら解除され工具装着部５２における工具２０の挟持を解
除するようになっている。なお第２のクランク３０の長
いアーム部１７８には板ばね１９２が取イ１けられ、該
板ばね１９２の解放端部は主軸ヘッド１８の頂部に設け
た水平支持板１９４の直立端面に常時接触して該クラン
ク３０に時計方向への復帰力を与えるようになっている
。

なお第１のクランク２８およびこれと当接してカム作用
を付与する第１の板カム１６２との動作タイミングは、
前記第２のクランク３０およびこれと当接してカム作用
を付与する第２の仮カム１８８との動作タイミングより
も常に時間的に先行する関係に設定されているものとす
る。すなわち後に動作の説明において述べる如く、第２
図に示す基本位置（自動交換領域Ｂの上限位置）におい
て、例えば主軸ヘッド１８が２０ミリ上昇する間に第１
のクランク３０が第１の板カム１６２と接触してカム作
動を行って工具支持台２４を２０ｍｍ持ち上げ、更に主
軸ヘッド１８が３Ｏｎ＋ｍ上昇する過程に移行すること
により第２のクランク３０が第２の仮カム１８８と当接
してカム作動を行い、前記ドローバー７６を押し下げて
工具２０のプルスタッド６４に対する工具挾持部材６６
の挾持を解除するシーケンスに予め設定されている。

第８図および第９図は、工具マガジン２２に取付けた工
具把持具９６の別の実施例を示すものであ４って、第６
図に示す工具把持具９６よりも簡単な構成でかつ工具着
脱操作も容易になるものである。すなわち第９図に示す
ように、工具マガジン２２の円周方向に所定中心角で半
径方向に延出するよう複数基配設された前記フィンガ１
３０には、工具２０の大径フランジ部１９６の挿通を充
分許容し得る寸法に設定した環状開口部１９８（これは
一部切欠か］ｔている）を形成した把持部材２００が固
定されている。そして前記工具マガジン２２の回転割出
しにより選択された特定の工具把持具９６が主軸ヘッド
１８の下方に到来した際に、前記環状開口部１９８の中
心部が主軸２６の中心軸線と整列するような配置となっ
ている。把持部材２００の環状基部には、例えば段伺通
孔２０２が１２０°の中心角で３つ水平に穿設され（第
９図参照）、この段伺通孔２０２中に先端が半球状に形
成さＪした棒状突８２０４が挿入されて、前記半球状先
端部を環状開口部１９８より内方へ突出させている。な
お前記通孔２０２中には圧縮ばね２０６が弾力的に挿入
されると共に、ねし２０８を回動させることによりによ
り該圧縮ばね２０６のばね圧の調節をなし得るようにな
っている。更に第９図に示す如く、工具２０の大径フラ
ンジ部１９６には山形溝２１０が周設されていて、工具
２０を前記把持部材２００の環状開口部１９８中に押入
した際に、前記棒状突起２０４の球状先端部が前記山形
溝２１０と圧力的に嵌合して該工具２０を把持するよう
な寸法に設定されている。従って、第８図に示すように
主軸ヘッド１８を定位置に到来させると、主軸先端に装
着した工具２０は前述した機構により工具把持具９６に
把持され、この状態において主軸ヘッド１８だけを定位
置より下降（切削加工を行う場合）させたり、上昇（工
具交換を行う場合）させたりすると、前記フランジ部１
９６の山形溝２１０はこれに嵌合していた棒状突起２０
４の先端部から離脱して把持を解除するものである。

作用 次に、このように構成した本発明に係る工作機械の作用
について説明する。第２図は、主軸ヘッド１８が通常の
切削加工を終了して、前記加工動作領域Ａにおける上限
の定位置にまで復動して停止され、かつ主軸２６が所定
位置くピン７２が第１Ｏに示すように第２のクランク３
０の短いアーム部１８２と直交する位置）に停止された
後、次の指令を待機している状態を示す。すなわち次の
指令が引続き切削加工をすべき旨の指令であれば、主軸
ヘッド１８は加工動作領域Ａを往動して被加工物への加
工を行い、また工具を交換すべき旨の指令であオＬば、
当該主軸ヘッド１８は後述するように自動交換領域Ｂに
向けて更に復動上昇するものである。また第２図では、
工具把持具９６はその軸ビン１３８を前記ベルクランク
１４２の２股部１４６によりＹ方向（第６図）に抑圧保
持されている結果として、爪部材１２８，１２８は開放
して工具２０に対する把持を解除した状態となっている
。なお第２図では、前記爪部材１２８，１２８により把
持される工具２０のフランジ部１９６に形成した山形溝
２１０は、該爪部材１２８よりｆｆ［ｉ　離αだけ下方
に位置していて、このままの状態では両爪部材１２８，
１２８が開成しても工具２０を定位置で把持することは
できない。しかし主軸ヘッド１８の上昇により第２図か
ら第７（ａ）図に示す位置に移行する過程において、第
１の仮カム１６２は第１のクランク２８に設けたローラ
１６０に当接するまでの間の距離αだけ移動し、これに
よって前述した山形溝２１０が該爪部材１２８より距離
αだけ下方に位置している問題点は吸収補償される。

第２図に示す状態において工具交換指令が出されると、
前記ＡＣサーボモータ４０が駆動されてボールねじ４４
が回転し、ナツト４６を介して主軸ヘッド１８を自動交
換領域Ｂに向けて垂直に上昇させる。これにより主軸ヘ
ッド１８は、第７（ａ）図および第７（ｂ）図に示す第
１段階の復動に入る。

すなわち第７（ａ）図に示す如く主軸ヘッド１８は、距
離αだけは単独で上昇しくこれによって、前述した如き
工具フランジ部の山形溝２１０が爪部材１２８より距離
αだけ下方に位置している問題点が解決される）、第１
の板カム１６２が第１のクランク２８のローラ１６０に
当接して、該クランク２８を軸１５８を中心として時ａ
１方向に回動させる。これによりクランク２８の長いア
ーム部１６８に設けた接触子１７０が、工具支持台２４
の支持板９１に設けたボルト１７２の下端部と接触する
に至る。なおこの時前記ＡＣサーボモータ４０は極めて
低速で回転駆動されて、接触子１７０どポルｌ−１７２
との間に生じる当接音が少くなるように制御され、その
後は所定の速度で駆動される。

次いで第７（ｂ）図に示すように、主軸ヘッド１８は例
えば２０ミリ上昇する。この」二昇過程において第１の
クランク２８は第１の仮カム１６２とのカム作動により
更に回動し、ガイドレール８４を介してフレーム１６に
苅し摺動自在に支持した工具支持台２４を、主軸ヘッド
１８と一体的に２０ミリ上昇させる。この工具支持台２
４の上昇により、該工具支持台２４に軸着された前記ベ
ルクランク１４２も一体的に上昇し、その上端部に取付
けたピン１５６はフレーム１６側に固定した前記溝カム
１５２の屈曲溝１５０に倣って摺動する。

これにより前記ベルクランク１４２にカム動作が与えら
れ、ピン１４４を中心として時Ｂ１方向に若干回動する
。すなわちベルクランク１４２の２股部１４６は、工具
把持具９６の軸ピン１３８を第６図において矢印Ｘ方向
へ駆動し、一対の爪部材１２８．１２８を閉成させて、
工具２０のプランジ部１９６においてこれを確実に把持
する。

更に主軸ヘッド１８は、引続き第７（ｃ）図に示す第２
段階の復動に入る。このとき第１のクランク２８のロー
ラ１６０は、第１の板カム１６２の傾斜カム面１６４と
当接して転動している途次にあるので、工具支持台２４
は主軸ヘット１８と一体的に、例えば３０ミリ上昇する
。また主Ｉｆ！Ｉヘッド１８のこの第２段階の復動によ
り、第２のクランク３０の長いアーム部１７８に設けた
ローラ１８０が上方定位置にある第２の板カム１８８に
当接して、このクランク３０を軸１７６を中心として反
時ｄ１方向に回動させるに至る。これによって短いアー
ム部１８２の先端に設けた２股部１８４が前記直交ピン
７２に接触し、該ピン７２を下方に押圧してドローバ−
７６を所定距離だけ引下げて工具挟持部材を下降させる
。これによりボール６８が工具２０のプルスタッド６４
から解除され、主軸２６先端の工具装着部５２における
工具２０の挾持も解除される。このとき工具２０が、工
具マガジン２２に設けた工具把持具９６により既に把持
されていることは前述した通りであり、従って工具２０
が自重で下方へ脱落することはない。なおフレーム１６
側に固定した溝カム１５２に対しては、工具支持台２４
に取付けたベルクランク１４２は上昇するが、ピン１４
４は屈曲１１ｔ　ｌ　５０の傾斜溝を既に通過して主軸
２６の軸線と平行な溝部に位置しているから、該ベルク
ランク１４２はこのエリアではカム作動しない。

次いで主軸ヘッド１８は、第７（ｄ）図に示すように第
３段階の復動に入り、例えば７０ミリ上昇する。このと
き第１のクランク２８のローラ１６０は第１の板カム１
６２の平担面に乗り上げているのでカム作動はせず、従
って工具支持台２４は上昇しないで主軸ヘッド１８だけ
が単独で上昇する。

また第２のクランク３０のローラ１８０も、第２の板カ
ム１８８の平担面に乗り上げてカム作動°はしないので
、前記ドローバー７６も下方に押し下げられた状態を保
持し、プルスタッド６４は依然挾持を解除されたままで
ある。しかも前述した如く、工具２０は工具把持具９６
により既に定位置に把持されているから、主軸ヘッド１
８の単独上昇により工具２０のアーバー６２が主軸２６
先端の工具装着部５２から抜出される。そして主軸ヘッ
ド１８は、工具把持具９６により把持されている工具２
０のプルスタンド６４頂部より上方に位置して停止する
。

次いで工具マガジン２２におけるモータ１０２が駆動さ
れて工具２０の回転割出しを行い、先程の工具装着部５
２から抜出された工具２０に運び去ると共に、新たに選
択された所望の工具２０を］二具装看部５２の下方に到
来させて軸線を整列させた状態で停止させる。その後に
第７（ａ）図〜第７（ｄ）図に示す前記動作の逆を行う
ことにより、工具の自動交換が達成される。すなわち主
軸ヘッド１８が７０ミリ下降して工具装着部５２に工具
２０のアーバー６２が装着され、更に３０ミリ下降する
ことにより、ドローバ−７６に対する第２のクランク３
０による抑圧が解除されて、一群の皿ばね７８の弾力作
用下に工具挾持部材６６が工具２０のプルスタッド６４
を挾持する。引続き主軸ヘッド１８および工具支持台２
４が２０ミリ下降することにより、ベルクランク１４２
が逆作動して工具把持具９６の軸ピン１３８を第６図に
おいてＹ方向に押圧し、爪部材１２８，１２８を開放し
て工具２０に対する把持を解除する。

効果 以上詳細に説明したように本発明に係る工作機械では、
工具マガジンを回転自在に枢支する工具支持台を、主軸
ヘッドから独立して工作機械本体のフレームに主軸の軸
線方向に移動し得るよう取（Ｊけ、前記加工動作領域に
おいて被加工物の加工を行うために主軸ヘッドが下降す
るに際し、工具マガジンはフレーム上の定位置に支持さ
れるよう構成したので、マガジンに装着した工具が前記
被加工物と干渉することがない。しかも前記自動交換領
域において主軸ヘッドを昇降動作させるだけで、確実に
工具の自動交換を達成することができ、簡単な構成とな
し得る等、多くの有益な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る工作機械の主要構成部材の配置を
概略図示した説明図、第２図は当該工作機械の内部構造
を詳細に示す縦断面図、第３図は当該工作機械の一部切
欠側面図、第４図は第２図の一部平面図であって内容構
造を観察し得るように部分的に断面表示としてあり、第
５図は工具マガジンの概略図、第６図は工具把持具の概
略図、第７（ａ）図〜第７（ｄ）図は本発明に係る工作
機械の動作順序を示す説明図、第８図は工具把持具の別
の実施例の概略図、第９図は第８図のＩＸ−°ＩＸ線断
面図、第１０図は第２のクランクの先端に設けた２股部
が、主軸から水平に突出するピンの上方に位置している
状態を示す断面図である。 １６・・・・フレーム　１８・・・・主軸ヘッド２０・
・・・工具　２２・・・・工具マガジン２４・・・・工
具支持台　２６・・・・主軸２８・・・・第１のクラン
ク ３０・・・・第２のクランク ４０・・・・ＡＣサーボモータ ４４・・・・ボールねじ　４６・・・・ナツト５２・・
・・工具装着部　６６・・・・工具挾持部利９６・・・
・工具把持具　１６２・・・・第１のカム１８８・・・
・第２のカム 特許出願人　ブラザーコニ業株式会社 ＦＩＧ、８ ＦＩＧ、９ ２００　２０２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一端に工具装着部（５２）を有する主軸（２６）を回転
   自在に支持する主軸ヘッド（１８）を、フレーム（１６
   ）に対し往復駆動機構（４０，４４，４６）により前記
   主軸（２６）の軸線方向に往復駆動して被加工物に加工
   を行う工作機械において、 前記主軸（２６）の工具装着部（５２）中に設けられ、
   常には工具装着部（５２）内に装着された工具（２０）
   を挾持する工具挾持部材（６６）と、 前記フレーム（１６）上において前記主軸（２６）の軸
   線方向に移動可能に支持された工具支持台（２４）と、
   前記工具支持台（２４）上において回転割出し可能に支
   持され、外周に配設した複数個の工具把持具（９６）中
   から回転割出しされた１個の工具把持具（９６）に把持
   された工具（２０）の軸線が前記主軸（２６）の軸線上
   に位置するように設定された工具マガジン（２２）と、 前記主軸ヘッド（１８）とフレーム（１６）との間に配
   置され、該主軸ヘッド（１８）の復動に基いて前記主軸
   （２６）の工具（２０）が工具マガジン（２２）の工具
   把持具（９６）に把持された状態でもって所定量だけ前
   記工具支持台（２４）を主軸ヘッド（１８）と共に一体
   的に復動させるための第１のカムおよびクランク機構（
   １６２，２８）と、 前記主軸ヘッド（１８）とフレーム（１６）との間に配
   置され、前記第１のカムおよびクランク機構（１６２゜
   ２８）により主軸ヘッド（１８）と前記工具支持台（２
   ４）とが一体的に復動される際に、前記工具挾持部材（
   ６６）が工具（２０）を解放するように作動する第２の
   カムおよびクランク機構（１Ｂ８．３０）とを備えてな
   る工作機械。