JPS61164743A

JPS61164743A - 工作機械の自動工具交換装置

Info

Publication number: JPS61164743A
Application number: JP515585A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tsubota; 坪田　利雄; Yoichi Kanari; 金成　洋一; Tatsuo Irie; 入江　龍夫
Original assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Current assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Priority date: 1985-01-16
Filing date: 1985-01-16
Publication date: 1986-07-25

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】（１）産業上の利用分野本発明は工作機械の自動工具交換時間の短縮と、非切削
時間の短縮を図るに好適な工作機械の自動工具交換装置
に関する。

（２）従来の技術数値制御工作機械におけるマシニングセンタは、機械本
体近傍に多数の工具を保有する工具マガジンが設けられ
ている。工具は工具マガジンと主軸間で自動工具交換さ
れる。機械本体は、通常主軸ヘッドを有し、主軸ヘッド
はワークと相対的に三次元方向（上下、左右９前後方向
）に座標移動するように構成されている。主軸ヘッドに
は回転自在に軸承された主軸を設け、該主軸に所要の工
具を装着する。主軸の工具は駆動手段により回転され、
ワークの加工を行う。

主軸に装着された工具によりワークを加工した後、次の
加工の為主軸と工具マガジンとの間で所定の関係位置に
位置決めされ、自動工具交換装置（以下ＡＴＣという）
により工具の自動交換が行われている。

該ＡＴＣの交換時間は、ワーク加工の実切削時間に対す
る非切削時間に相当し、工具交換時間の短縮のため、種
々の機械構成やＡＴＣ機構およびＡＴＣ制御技術の構築
などが現出しているが、今だ、その解決余地を残してい
る。

（３）発明が解決しようとする問題点工具交換のためには、主軸が交換位置まで移動する時間
、所望工具を工具マガジン内で所定交換位置まで回送す
る時間および回送された工具をＡＴＣにより引き出し、
これを主軸内に装着する時間（あるいは、主軸の工具を
離脱する時間）ならびに、ＡＴＣが待機位置に到達する
時間などが必要となり従来技術ではこれ等の加算時間が
非切削時間となり、機械稼動率を低下させる主要要因と
されていた。

（４）目的本発明の目的は上記の事情に鑑みて問題を解決するため
に提案されたものであって、自動工具交換時間および非
切削時間の短縮を図るために、工具交換動作を極少にし
、且つ複数動作を重複して連動し工具を確実に、迅速に
把持し、機械稼動率を向上させる工作機械の自動工具交
換装置を提供することにある。

（５）問題を解決するための手段と作用本発明は従来の
自動工具交換装置をさらに改良して非切削時間を短縮せ
しめたものであり、工作機械はＺ軸（前後）方向に移動
し得るコラムと、該コラムに取付けられ、Ｙ軸（上下）
方向に移動し得る主軸ヘッドと、ワークが載置されＸ軸
（左右）方向に移動し得るテーブルと、工具を貯蔵する
工具貯蔵マガジンと工具を自動交換するＡＴＣを備えて
いる。

これらの装置を備えた工作機械のＡＴＣにおいて、工具
貯蔵マガジン側からの工具と主軸ヘッドの主軸に挿着さ
れた工具を自動交換するためのツインアームを備え、該
ツインアームを駆動せしめる駆動手段で、前進させ、前
進の途中から回動し、回動の途中から後退させる３動作
を連携して行わせる。

前記駆動手段にはパラレルカムを有し、前記３動作をコ
ンパクトでスムースに、しかも短時間で行わしめている
。

該ツインアームの先端両側で工具を挿着、離脱せしめる
ロック・アンロック機構を有して自動的に工具貯蔵マガ
ジン側からの工具と主軸の工具をロック・アンロックせ
しめている。

従って、所定の加工終了後、工具交換の指令が発せられ
ると、本発明の自動工具交換装置によって、迅速に、正
確かつ確実に短時間で無駄なく工具が自動交換される。

（６）実施例以下、本発明の一実施態様を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明のＡＴＣが取付けられているマシニング
センタの正面図および第２図は第１図の■矢視側面図で
ある。

第１図および第２図において、ベッド１上にコラム２が
載置されていて、モータ３（第２図）によりポールスク
リュ４を回動しナツト４ａを介してコラム２がＸ軸方向
（前後方向）へガイドレール５ａ、５ｂに沿って移動し
得るようになっている。コラム２に主軸へラド６が取付
けられ、該主軸へラド６には主軸７が軸承されていて回
転自在である。マシニングセンタの前面にはワークＷを
載せるテーブル１１が載置されていて、回路のモータか
らポールスクリュ１２へ回転が伝えられＸ軸方向（第２
図において、紙面に対し直交する方向）へガイドレール
１３ａ、１３ｂに沿って移動し得るようになっている。

主軸ヘッド６は第１図の如くモータ８からポールスクリ
ュ２９へ回転が伝えられてＹ軸方向（上下方向）へガイ
ドレール１０ａ、１０ｂに沿って移動し得るようになっ
ている。

主軸ヘッド６の上方に本発明であるＡＴＣ１５のツイン
アーム１４が軸承されたツインアーム用駆動部１５ａが
コラム２の上部に固定的に取付けられている。

またベッドｌに４本の支柱１６が立設され、コラム２の
上方部で、４本の支柱１６上に工具貯蔵マガジン１９の
ベース１７が固定されている。

該ベース１７とツインアーム１４との間に中間ボット１
８ａが設けられている。

ツインアーム１４は第１図に示した一点鎖線の円弧上を
１８０°旋回するように構成されている。

第２図において、主軸ヘッド６は下端部の位置にある状
態を示し、上方へ移動した二点鎖線の状態が上端部の位
置を示し、この位置でツインアーム１４により工具貯蔵
マガジン１９と主軸７の工具を中間ボン）１８ａを介し
て自動交換が行われる。なお、工具の自動交換時、コラ
ム２は後端部の位置（第２図の位置）にある。ワークＷ
を加工する際は前方へ移動する。

第３図（イ）は第２図におけるＡＴＣ１５のツインアー
ム１４の把持部の拡大側面断面図、第３図（ロ）は第３
図（イ）の■−■線断面図および第３図（ハ）はｍ−ｍ
線断面図である。

第３図（イ）〜（ハ）に基づいて、ツインアーム１４に
おけるツールのロックおよびアンロック構造について説
明する。

第３図（イ）〜（ハ）において、ツインアーム駆動部１
５ａ　（一部省略）の支持体１９にはギヤ２０が削成さ
れた軸２１が軸承されている。該軸２１の先端部ではツ
インアーム１４が挿嵌され、軸２１の先端前面部には調
整用部材２４がボルト２５により軸２１に螺着されると
共に、ボルト２６がナツト２６ａにより調整用部材２４
に固着されている。さらにボルト２６は固定用部材２２
を挿通してツインアーム１４に螺着し後端部でナツト２
７で締め付けられている。ツインアーム１４は調整用部
材２４およびボルト２６、ナツト２６ａにより軸２１と
の軸方向位置が調整され位置決めされる。

さらに軸２１に固定用部材２２を挿嵌し、ボルト２３と
シュパンリング２３ａによりツインアーム１４と軸２１
が固着されている。

ツインアーム１４の前面には、ブラケット２８がボルト
２９でツインアーム１４に螺着されている。

ブラケット２８には、穴３０が穿設され、該穴３０に対
向したツインアーム１４の位置にも穴３１が軸方向に貫
通されている。穴３０にスプリング３２が内設され、さ
らに穴３０と穴３１にまたがってピン３３が挿嵌されて
いる。

スプリング３２は常時はピン３３が後方（第３図（イ）
の右方）へ突出するように付勢している。

平板状のライジアーム１４の両端側には爪部３４（第３
図（ロ））が形成されている。爪部３４は爪部材３５が
ツインアーム１４に取り付けられ、工具の把持部に係合
する係止部３６が形成され、また工具の位置決め溝に嵌
合する位置決め駒３７が取り付けられている。爪部材３
５は第３図（イ）、（ロ）に示す如く、レバー形状に形
成され、その中央部近傍をツインアーム１４にピン３８
で枢支され、その一端側には工具の把持部に係止する爪
状突起３５ａが形成される。

ツインアーム１４には爪部材３５の他端側に当接するス
プリング３９が収納される穴４０が形成される。スプリ
ング３９は常時は爪部材３５の爪状突起３５ａが内方へ
閉じるように付勢している。

位置決め駒３７はツインアーム１４にボルトにより固定
される。

ツインアーム１４は３動作、すなわち、ツインアーム駆
動部１５ａの駆動により１８０度の回動と軸２１の前後
動により進退移動可能である。また、爪部３４により工
具を把持し、把持力はスプリング３９および４３のバネ
力によってなされ、゛工具の離説はこのバネ力に抗して
爪部材３５がピン３８を支点として外方へ回動すること
によって行われる。

第３図（ロ）に示す如く、ツインアーム１４の板厚内の
ほぼ中央には、模ピン４１が挿設される穴４２が形成さ
れている。穴４２の一端側は開放されると共に、他端側
はピン３３側に臨んでいる。

楔ビン４１の一端部は爪部材３５の他端側に当接し、楔
ピン４１の他端部は、第３図（ハ）に示す如く、ピン３
３の溝３３ａに挿脱して摺動し得るようになっている。

またピン３３の傾斜面３３ｂに係合する楔ピン４１の傾
斜面４１ａが形成されている。

楔ピン４１の頭部４１ｂと大４２間にはスプリング４３
が内設され、常時は楔ビン４１の頭部４１ｂは爪部材３
５側に圧接すべく付勢している。

従って、軸２１が後退く第３図（イ）の右方）し、軸２
１に一体化されたツインアーム１４に内設されたピン３
３が支持体１９の前面に当接することにより、第３図（
ハ）の状態となり、楔ピン４１がフリーな状態となる。

工具が爪部材３５の爪状突起３５ａに当接すると、爪部
材３５が第３図（ロ）に示した二点鎖線の如くピン３８
を支点として回動し、楔ピン４１が第３図（ハ）に示し
たピン３３の溝３３ａに挿入され、その後工具が係止部
３６に係合する。この時楔ピン４１はスプリング４３の
力で第３図（ハ）に示した如（溝３３ａからはなれる。

この状態は単に工具が爪部３４の係止部３６に係合して
いるのでアンロック状態にある。この状態からツインア
ーム１４を軸２１で前進（第３図（イ）左方）させるこ
とによってピン３３がスプリング３２の付勢力で後方へ
突出し、その結果と７３３の傾斜面３３ｂが楔ピン４１
の傾斜面４１ａと係合しロックされる。

ツインアーム１４が前進の途中から回動し、かつ後退し
ながら回動して、ピン３３が支持体１９に当接するまで
は、常時工具はロック状態にある。

そのため工具は自動交換時、ツインアームから外れるこ
とは全くない。

次に、自動工具交換動作、すなわちツインアーム、お前
進させ、前進の途中から回動し、回動の途中から後退さ
せる３動作の駆動手段について説明する。

第４図は第３図（イ）のＩＶ−ＩＶ線線面面断面図第５
図は第４図のＶ−Ｖ線断面図、第６図は第５図の■矢視
図、第７図は第６図の■−■線断面図および第８図は第
６図の■−■線断面図である。

第４図〜第８図において、特に第４図でツインアーム駆
動部１５ａがツインアーム１４を前進、回動、後退の３
動作を動作せしめる為の軸２１が支持体１９に軸支され
ている。

軸２１にはギヤ２０が削成され、２点鎖線の如く、軸２
１と共に進退動するように設けられている。

さらにツインアーム駆動部１５ａ内にはパラレルカム４
４とドラムカム４５が内蔵されている。

すなわち、パラレルカム４４は駆動用カム４４ａと従動
用カム４４ｂからなり対をなしている。

駆動用カム４４ａは軸４６に挿嵌され、軸４６はベアリ
ング４７ａ、４７ｂを介して支持体１９に軸承され、回
転自在である。軸４６に挿嵌された駆動用カム４４ａと
ベアリング４７ａとの間にはピニオン４８が削成され、
また駆動用カム４４ａとベアリング４７ｂとの間にはド
ラムカム４５が挿嵌されている。

従って、軸４６が回転されることにより、駆動用カム４
４ａとドラムカム４５が同時に回転する。

従動用カム４４ｂは軸４９に挿嵌され、ベアリングｓｏ
ａ、ｓｏｂを介して支持体１９に軸承されている。

駆動用カム４４ａは２枚の板カムからなり、従動用カム
４４ｂは２列の複数個の従節ローラからなっている。（
第７図）従って、駆動用カム４４ａの２枚の板カムによって、従
動用カム４４ｂの２列の複数個従節ローラを順次送るこ
とによって、始動および停止時における回転がスムース
で、かつ早く対応することができる。

従動用カム４４ｂの先端には１枚のギヤ５１（第４図）
が軸４９に挿嵌されていて、ギヤ２０に噛合している。

第５図および第６図に示す如く、支持体１９には軸５２
が軸支され、該軸５２にはレバー５３が回動できるよう
に取付けられている。レバー５３の一端部には、カムフ
ォロア５４が、その他端部には別のカムフォロア５５が
取付けられ、カムフォロア５４はドラムカム４５のカム
溝４５ａ内を転動し、同様にカムフォロア５５はギヤ２
０を前進、後退せしめる為にギヤ２０の後部で軸２１の
溝部２１ａに嵌め込まれている。

従って、ドラムカム４５が回転することにより、カムフ
ォロア５４がカム溝４５８内を転勤して軸方向に移動す
る。その結果軸５２を支点として、レバー５３が、第６
図に示した２点鎖線の如く回動するので、カムフォロア
５５が軸２１を前後動させると共に、ギヤ２０も前後動
じ、該ギヤ２０が第４図に示した２点鎖線の如く、軸４
９のギヤ５１に噛合ながら前後動する。

軸４６を回転せしめるための駆動源が第８図に示されて
いる。すなわち、第８図において、支持体１９にシリン
ダ５６ａ、５６ｂが取付けられ、該シリンダ５６ａ、５
６ｂ内には両端に２つのピストンを有するラック５７が
嵌入されている。該ラック５７には第４図にも示されて
いる如く、軸４６に削成されたピニオン４８が噛合して
いる。

油通路５８ａ、５８ｂ内に圧油を供給することによって
、油室５６ａ、５６ｂ内をラック５７が矢印の如く移動
してピニオン４８を回転させる。ピニオン４８が回転す
ると、該ピニオン４８と一体の軸４６を回転せしめるの
である。

本発明の詳細な説明する。

（イ）、第１図、第２図において、主軸７に挿着されて
いる工具で所定の加工を施している間、工具貯蔵マガジ
ン１９に納められている次加工用工具を選択し、次加工
用工具は中間ボット１８ａの待機位置１８ａに挿着せし
めてセットされる。

（ロ）、ツインアーム１４を後退（待機位置）せしめて
お（。

（ハ）、ツインアーム１４が後退位置である時、ツイン
アーム１４に嵌入されているピン３３が支持体１９の前
面に当接し、ツインアーム１４の両端部爪部３４が工具
の着脱可能なフリー状態となっている。（アンロツタ状
態）すなわちピン３３が前方へ押し付けられることによ
り、楔ピン４１がピン３３の溝３３ａと対峙し爪部材３
５が回動可能となる。

（ニ）、所定の加工が終了すると、主軸ヘッド６がモー
タ３によりＺ軸方向へ後退し、かつモータ８によりＹ軸
方向へ上昇せしめ工具交換位置に停止すると同時に、主
軸の工具はツインアーム１４の一端の爪部３４に装着さ
れる。

次に中間ボッ）１８ａを待機位置から第２図中へ方向へ
回動し受渡し位置に移動せしめる。

その結果、ツインアーム１４の爪部材３５がフリー状態
となっているため、中間ボット１８ａに挿着されている
次加工用工具が爪状突起３５ａに当り、爪部材３５が第
３図（ロ）に示した一点鎖線の如くピン３８を支点とし
て回動し、中間ボット１８ａの工具はツインアーム１４
の一端の爪部３４に装着される。従って、加工済用工具
と次加工用工具とが夫々係止部３６に係合する。

この時、楔ピン４１はスプリング４３の力で第３図（ハ
）に示す溝３３ａからはなれた状態となる。

（ホ）、次に工具の交換を行う為ツインアーム２１を前
進し、前進させている途中から１８０゜回動操作を行う
。すなわち、圧油でラック５７を移動せしめることによ
り、ピニオン４８を回転させる。従って軸４６が回転し
、ドラムカム４５およびパラレルカム４４の駆動用カム
４４ａを回転させる。ドラムカム４５のカム溝４５ａ内
にあるカムフォロア５４が転勤し、移動することにより
レバー５３が軸５２を支点として、第６図に示す如く、
実線から二点鎖線の如く回動する。

その結果、軸２１の溝２１ａ内に嵌入しているカムフォ
ロア５５により軸２１とギヤ２０が前進する。

さらに軸４６の回転からパラレルカム４４のカム曲線に
倣ってギヤ２０が前進動作の途中から同期してスムース
に回転する。軸２１は、前進途中から回転してツインア
ーム１４を回動させる。

（ギヤ２０が第４図に示す如く実線の位置から二点鎖線
の位置に移動する。）ツインアーム１４が前進することにより、ピン３３は後
方へスプリングの付勢力により押し戻される。その結果
楔ピン４１の傾斜面４１ａとピン３３の傾斜面３３ｂと
が係合し、工具をロックする。

（へ）、ツインアーム１４が前進することで、加工済用
工具が主軸７より、および次加工用工具が中間ボット１
８ａよりはなれて、ツインアーム１４の爪部３４にロッ
クれた状態で把持されると共に、ツインアーム１４が１
８０°回動されて、加工済用工具が主軸７側から中間ボ
ッ）１８ａ側へ、次加工用工具が中間ボッ）１８ａ側か
ら主軸７側へ位置交換される。

（ト）、加工済用工具と次加工用工具が１８０゜回動し
ている途中からツインアーム１４を後退させ、１８０°
回動した後、後退位置まで後退させる。前述した（ホ）
の逆作用を施し、レバー５３が二点鎖線の位置から実線
の位置に戻る。すなわち圧油でランク５７を移動せしめ
ることによりビニオン４８を回転させ、さらに軸４６を
回転させることによりドラムカム４５を回転させる。溝
４５ａ内にあるカムフォロア５４が転勤し移動すること
によりレバー５３が軸５２を支点として回動し、その結
果軸２１が後退してツインアーム１４を後退させる。

（チ）、ツインアーム１４が１８０°回動し、かつ後退
して交換位置まで戻ると、ツインアーム１４に嵌入され
ているビン３３が支持体１９に押し付けられて、前述し
た（ハ）の動作が行われて、ツインアーム１，４の両端
部爪部３４がアンロック状態となる。中間ポット１８ａ
に加工済用工具が装着され、主軸７に次加工用工具が挿
着されて工具の自動交換が終了するのである。

上記の（イ）から（チ）までの操作を繰り返すことによ
って、加工済用工具と次加工用工具との交換が逐次自動
的に行われる。

ツインアーム１４に主軸７の工具が把持され、ツインア
ーム１４が前進し、前進しながら回動し、回動しながら
後退する時の工具の後端部であるプルスタンドの動作モ
デル図を示したのが第９図である。

第９図において、工具プルスタンドの位置（ａ）は主軸
７に対し嵌着された最後端の位置で、ドラムカム４７が
回転してツインアーム１４が位ｆ（ａ）から位置（ｂ）
まで前進し、位置（ｂ）を過ぎると、パラレルカム４４
により前進しなから回動を開始する。ツインアーム１４
が１８０°回動している間、最前進端位置から後退し、
位置（ｂ）に戻るまでの間に１８０°の回動を行い、位
置（ｂ）で回動を終了し、位置（ｂ）から位置（ａ）ま
では後退のみ行うのである。

本発明は上述した点が最大の特徴であり、この動作によ
り従来よりも工具交換時間が短縮され、延いては非切削
時間を短縮する結果となっている。

（７）効果本発明によればＡＴＣのツインアームの工具交換は、前
進、回動および後退の３動作が一連的に行われるので、
極少ない動作で済み、かつパラレルカムを利用してメカ
ニカルな動作としたことから複数の動作を重複してタイ
ミングよく連動させることができる。

さらに本発明によるツインアームの工具交換の駆動に上
述した如くパラレルカムを利用しているので、バンクラ
ッシュが起きることなく、かつスムースに動作できる。

本発明によるＡＴＣのツインアーム動作は極少な動作を
カム機構を利用して行うことによりＡＴＣの機構がコン
パクトでしかも、重複した連動によりスピーディで工具
の交換が出来、従来より工具交換時間が短縮され、延い
ては非切削時間の短縮となる。

尚、本発明は３動作のタイミングがパラレルカムの取付
は角や歯数比の組合せ、レバーの長さ等を調整すること
により、簡単に行えるので従来の上記３動作を１つのド
ラムカムで行う方式に比べ、製造とりわけ組付けが容易
で製造コストが安くなる。また主軸の工具装着孔や工具
マガジンのポットから工具を抜きながら回転させる急激
な動作変化に回転用のパラレルカムと単純のドラムカム
の組合せで対応できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動工具交換装置が取付けられている
マシニングセンタの正面図および第２図は第１図の１矢
視側面図である。第３図の（イ）は第２図におけるＡＴ’Ｃのツインアー
ム把持部の拡大側面断面図、第３図の（ロ）は第３図の
（イ）の■−■線断面図および第３図の（ハ）はｍ−ｍ
線断面図である。第４図は第３図（イ）の■線面面断面図、第５図は第４
図のＶ−Ｖ線断面図、第６図は第５図の■矢視図、第７
図は第６図の■−■線断面図及び第８図は第６図の■−
■線断面図である。第９図はツインアームが前進、回動および後退する際の
工具の動作モデル図である。２・・・・・・コラム　　　６・・・・・・主軸ヘッド
７・・・・・・主軸　　　　１４・・・ツインアーム１
５・・・ツインアーム用駆動部１７・・・ベース１８・・・中間ポット　２０・・・ギヤ２１・・・軸　
　　　　３３・・・ビン３４・・・爪部　　　　３５・
・・爪部材３５・・・爪状突起　　３６・・・係止部４
１・・・楔ピン　　　４４・・・パラレルカム４５・・
・ドラムカム　４８・・ニピニオン５３・・・レバー　
　　５４．５５・・・カムフォロア５７・・・ランク特許出願人　　　日立精機株式会社オ６図 ■　■ ■　■

Claims

【特許請求の範囲】

コラムと、該コラムに対し相対移動可能な主軸ヘッドと
、該主軸ヘッドに回転可能に軸承さ工具を装着する主軸
と、複数の工具を貯蔵する工具貯蔵マガジンと、該工具
貯蔵マガジンに設けられ工具の受渡しを行う工具受渡し
装置と、該工具受渡し装置と主軸の間に設けられ双方に
装着された工具を交換するツインアームと、該ツインア
ームに設けられたギヤと、該ギヤを回転させるパラレル
カムと、該パラレルカムと連動して作動するドラムカム
と、該ドラムカムと前記ツインアームに係合し中央部を
支点とするレバーと、該ツインアームを前進し回動し後
退させる駆動装置とからなり、ツインアームの３動作を
重複して連動させることを特徴とする工作機械の自動工
具交換装置。