JPS61274833A - 自動工具交換装置 - 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 本発明は、工作機械における自動工具交換装置に係り、
特に直立ボール盤等の単軸工作機械に簡単に装着できて
その主軸に複数の異なる工具を自動的に着脱することが
できるようにした安価な自動工具交換装置に関する。

従来技術 従来、工作機械における自動工具交換装置としては、種
々のものが提案されているが、一般的に構造が極めて複
雑で、大型でありかつ非常に高価であり、既存の直立ボ
ール盤には取り付けることができないという欠点があっ
た。即ち、既存の単軸直立ボール盤に簡単に取り付けら
れてしかも安価な自動工具交換装置は従来全く存在しな
かった。

目　　的 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされ
たものであって、その目的とするところは、単軸直立ボ
ール盤等の単軸工作機械の主軸駆動用クイルに固定され
たブラケットに対して複数の工具を着脱し得るようにし
た回転板が上下動及び一方向に間欠回転するようにして
特定の工具による加工が終了すると、該工具が主軸から
外されて次の工具が主軸に装着される如き工具交換工程
が自動的に行われるようにした構造が簡易で小型であり
、かつ安価な自動工具交換装置を提供することである。

また他の目的は、主軸に対する工具の芯合せ及び主軸と
工具間のキー溝とキーの位置決めが正確に行われるよう
にすることである。

構成 要するに本発明は、単軸工作機械の主軸上部に取り付け
られた主軸定位置停止機構と、前記単軸工作機械の主軸
上下動用クイルに固定されたブラケットと、該ブラケッ
トを貫通して上下動及び回転運動可能な駆動ロッドと、
該駆動ロッドに上下動及び往復回転運動を与える往復回
転複合機構と、前記駆動ロッドに回動自在に取り付けら
れ複数の工具が着脱自在に構成され該工具の数及びその
取付位置に対応した複数の回転駆動用ノック穴及び複数
の位置決め穴が形成された回転板と、前記駆動ロッドの
下端に固着され前記回転駆動用ノック穴に係脱するノッ
クピン駆動機構を有し該駆動ロッドと共に往復回転して
前記回転板を一方向に回転させるようにした回転アーム
と、基端部が前記ブラケットに固着され下端部がばねに
より下方に押圧付勢されて該基端部に対して摺動自在に
構成され該下端部が前記位置決め穴に係脱するようにし
た位置決め棒と、前記工具のフランジ部に形成されたキ
ー溝に対して水平方向に往復動して係脱し得る工具位置
決め駒を有する工具位置決め機構と、該工具位置決め駒
を前記回転板の上昇時に該工具のキー溝から離脱させる
ように前記ブラケットに固着されたくさび状部材とを備
えたことを特徴とするものである。

以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。本発
明に係る自動工具交換装置１は、主軸定位置停止機構２
と、ブラケット３と、駆動ロフト４と、往復回転複合機
構５と、回転板６と、回転アーム７と、位置決め棒８と
、工具位置決め機構９と、くさび状部材１０とを備えて
いる。

主軸定位置停止機構２は、第１図、第７図、第８図及び
第９図において、単軸工作機械１１の主軸１２の上部に
取り付けられており、該主軸はモータ１３によって回転
駆動されるようになっている。主軸１２の上端１２ａに
は円筒カム１３が固着されており、該円筒カムは、第７
図及び第８図に拡大して示すように、一対の斜面１４か
らなるプロフィルと該斜面の下端部１４・ａから下方に
形成された平行溝１５とからなっており、該平行溝には
、カム１３が回動自在に収容され単軸工作機械１１の上
部に固着された円筒部材１６に植設されたピン１８が係
合し得るように構成されている。

この主軸定位置停止機構２を設けたのは、該主軸１２の
下端に取り付けられる工具２０のフランジ２１の一対の
キー溝２１ａが第９図に示すように主軸１２の停止時に
必ず同一方向を向くようにするためである。

ブラケット３は、第１図、第２図及び第３図に示すよう
に、単軸工作機械１１の主軸上下動用クイル２２に固定
されており、平板状に形成されている。

駆動ロッド４は、第１図から第３図に示すように、ブラ
ケット３を貫通して上下動及び回転運動可能に構成され
ており、軸受２３によって支承されて、その上端４ａに
はピン４ｂが植設され、またその下方にはストツバ４ｃ
が植設されている。

そして下端４ｄは回転アーム７がピン２４によって固着
されており、該下端４ｄは回転板６に軸受２５を介して
回動自在に支承されており、該回転板６の上下には一対
のカラー２６が固着されている。

往復回転複合機構５は、第２図及び第３図において、駆
動ロフト４に上下動及び往復回転運動を与えるためのも
のであって、ブラケット３にシリンダ２５が固着され、
該シリンダ２５のシリンダ室２５ａは第４図に示すよう
に、その断面が楕円形に形成されており、下方に段部２
５ｂが形成され、該段部に駆動ロッド４のストッパ４Ｃ
が当接することによって駆動ロッド４の下方への移動範
囲が規制されるようになっている。またシリンダ室２５
ａには該シリンダ室と同一形状の楕円形のピストン２６
が摺動自在に収容されており、該ピストン２６０穴２６
ａには、その内面に所定のリードを有するねじ溝２６ｂ
が形成されており、咳ねじ溝に駆動ロッド４のピン４ｂ
が摺動自在に係合している。またシリンダ室２５ａの段
部２５ｂの下方には空間２５ｃが形成されており、該空
間には外部からエアを供給するためのバイブ２８が接続
されている。またシリンダ２５の上端には同様に外部か
らエアを供給するためのバイブ２９が接続されている。

回転板６は、第２図、第３図、第５図及び第６図におい
て、四角形状に形成されており、駆動ロッド４に回動自
在に取り付けられ、複数、例えば４つの工具２０が着脱
自在に構成され、該工具２０の数及びその取付位置に対
応した複数、例えば４つの回転駆動用ノック穴６ａ及び
複数の位置決め穴６ｂが形成されている。該回転板６の
４つの角部に形成された円弧部６ｃには、夫々異なる工
具２０がスラスト軸受３０を介して着脱自在に取り付け
られるようになっており、該工具はそのフランジ部２１
がスラスト軸受３０の上に載置されるようになっている
。また回転駆動用ノック穴６ａ及び位置決め穴６ｂは夫
々回転方向に９０度間隔で形成されている。また回転板
６の他の部分にはくさび状部材１０が貫通できるように
した角穴６ｄが複数、例えば４個形成されている。

回転アーム７は、第２図に示すように駆動ロッド４の下
端４ｄに固着されており、回転駆動用ノック穴６ａに係
脱するノックピン駆動機構３１を有し、駆動ロッド４と
共に往復回転して回転板６を一方向に回転させるように
構成されている。回転アーム７はピン２４により駆動ロ
ッド４に固着され、シリンダ３２が一体的に形成され、
該シリンダ内にはノックピン駆動用のピストン３３が摺
動自在に収容され、該ピストンはばね３４によって常時
下方に押圧付勢されている。またシリンダ３２の下端に
は外部からエアを供給するためのバイブ３７が接続され
ている。そしてシリンダ３２の作動によりノックピン３
５が回転駆動用ノック穴６ａに係合することによって回
転アーム７と回転板６とが一体的に回転し得るように構
成されている。

位置決め捧８は、第３図に示すように、基端部８ａがブ
ラケット６に固着されており、下端部８ｂがばね３５に
より常時下方に押圧付勢されて、基端部８ａに対して摺
動自在に構成され、下端部８ｂが位置決め穴６ｂに係脱
するように構成さ′　れている。

工具位置決め機構９は、第２図、第３図及び第５図に示
すように、工具２０のフランジ部２１に形成されたキー
溝２１ａに対して水平方向に往復動して係脱し得る工具
位置決め駒３６を有し、該工具位置決め機構９は、第５
図に示すように、回転板６上に複数、例えば４個同一の
ものが装着されている。そして位置決め駒３６は、回転
Ｉｔｉｉ６に固着された支持部材３８のコの字形の溝３
８ａ内に摺動自在に収容されており、常時ばね３９によ
って工具２０の方向に押圧付勢されている。工具位置決
め駒３６には水平方向にピン４０が四角形状の穴３６ａ
を水平方向に貫通して固着されている。そして工具位置
決め駒３６の先端３６ｂはばね３９により押圧されて前
進することにより工具２０のキー溝２１ａに係合するよ
うに構成されている。

くさび状部材１０は、第２図、第３図及び第５図に示す
ように、工具位置決め駒３６を回転板６の上昇時に該工
具のキー溝２１ａから離脱させるようにブラケット３に
その基端部１０ａが固着されており、その先端１０ｂに
は勾配をつけた傾斜面１０ｃが形成されており、該傾斜
面によって工具位置決め駒３６をばね３９の押圧力に抗
して後退させるように構成されている。

また回転板６に取り付けられる工具２０としては、例え
ば第１段加工用の小径のドリル２０Ａ、第２段加工用の
大径のドリル２０Ｂ、荒加工用のリーマ２０Ｃ及び仕上
加工用のり−マ２０Ｄが取り付けられるようになってい
る。工具２０が主軸１２に取り付けられる場合には、フ
ランジ部２１の一対のキー溝２１ａに主軸側のキー１２
ｃが係合して回転力が該工具に伝達されるようになって
いる。

倒れ防止用シリンダ４３は、その基端部４３ａがブラケ
ット３に固着されており、ピストンロッド４４の下端に
固着されたフック４５が回転板６の下面を支え該回転板
の倒れを防止するように構成されている。

作用 本発明は、上記のように構成されており、以下その作用
について説明する。まず第２図に示す状態においては、
工具２０の一例たるドリル２０Ａが単軸工作機械１１の
主軸１２のテーパ穴１２ｂに取り付けられ、キー１２ｃ
がフランジ部２１のキー溝２１ａに係合し、主軸１２か
らの動力が該ドリル２ＯＡに伝達されるようになってお
り、往復回転複合機構５は、エアが矢印Ａの如くパイプ
２８から空間２５ｃに供給されてピストン２６が上方に
押し上げられ、この結果駆動ロフト４が上昇して回転板
６が上昇し、位置決め穴６ａには位置決め棒８が係合し
ており、くさび状部材１０が回転板６まで入り込んで位
置決め駒３６が矢印Ｂの如く後退した位置にあり、また
ノックピン駆動機構３１においては、パイプ３７からエ
アが排気されてばね３４の復元力によりピストン３３が
下降し、ノックピン３５が回転駆動用ノック穴６ａから
離脱している。

このような状態において、モータ１３が回転し、図示し
ない上下駆動機構によって主軸１２が下降すると、ドリ
ル２ＯＡは回転しながら下降して単軸工作機械１１のテ
ーブル４１上に取り付けられたワーク（図示せず）に所
定の第１段階の穴あけ加工を行う。このようにして第１
段階の穴あけ加工が完了すると、主軸１２は自動的に上
昇し、主軸定位置停止機構２によって定位置に停止する
。

即ち、第７図及び第８図に示すように、主軸１２が上昇
してその上死点付近に達すると、カム１３の一対の斜面
１４のいずれか又はその頂部１４ｂがピン１８に当接し
、いずれかの斜面１４が該ピンにより案内されて、換言
すればピン１８はいずれかの斜面１４に沿って摺動しな
がら下降し、カム１３及び主軸１２をいずれかの方向に
回転させ、最終的にピン１８が溝１５に係合して主軸１
２の回転が停止するので、該主軸はその停止状態におい
ては必ず定位置に停止し、この結果第９図に示すように
、工具２０のフランジ部２１のキー溝２１ａが、例えば
図中水平方向に停止し、必ず工具位置決め機構９の位置
決め駒３６にキー溝２１ａが対向して停止するようにな
る。

次に自動工具交換作用について説明すると、まず第２図
の状態から第３図の状態に移行し、往復回転複合機構５
のシリンダ２５のパイプ２９から矢印Ｃの如くエアが供
給されると、ピストン２６は駆動ロッド４のストッパ４
ｃがシリンダ２５の段部２５ｂに当接するまで下降して
、これによって駆動ロッド４が第３図に示す位置、即ち
下死点まで下降する。これによって回転板６及び４つの
工具２０が下降し、工具２０のテーパ部２０ａが単軸１
２のテーパ穴１２ｂから離脱し、同時にくさび状部材１
０が工具位置決め機構９の位置決め駒３６の穴３６ａか
ら抜は出し、ばね３９の押圧力によって該位置決め駒が
前進し、主軸１２から離脱した工具２０のフランジ部２
１のキー溝２１ａにその先端３６ｂが係合し、該工具の
自由な回転を防止する。また同時に位置決め棒８の下端
部８ｂがばね２７により下方に押圧されて位置決め穴６
ｂにその一部が軽く係合する。これによって位置決め棒
８が回転板６に対して軽い制動力を付与することになる
。一方ノツクピン駆動機構３１のシリンダ３２には矢印
りの如くパイプ３７からエアが供給され、ピストン３３
がばね３４の押圧力に抗して上昇し、ノックピン３５が
回転駆動用ノック穴６ａに係合し、回転アーム７と回転
板６とが一体化する。このような状態において往復回転
複合機構５のシリンダ２５のパイプ２９から引き続き矢
印Ｃの如くエアが供給されると、駆動ロッド４はこれ以
上下降できないためピストン２６のみが該駆動ロッド４
に対して相対的に下降を開始し、この場合ピストン２５
は楕円形であるためシリンダ２５に対して回転すること
ができないので、ねじ溝２６ｂに沿って駆動ロッド４の
ピン４ｂが摺動することとなり、この結果駆動ロッド４
は矢印Ｅの如く、第６図に示すように時計方向に９０度
回転する。この結果工具２０は、ドリル２０Ａが９０度
進んだ回転位置に移動すると共に、次のドリル２０Ｂが
主軸１２の真下に到達し、この位置において位置決め棒
８の先端８ｂが次の位置決め穴６ｂに係合する。

このように回転板６が矢印Ｅの如く９０度回転すると、
ノックピン駆動機構３１のパイプ３７からエアが排気さ
れ、ばね３４の復元力によってピストン３３が下降し、
ノックピン３５が回転駆動用ノック穴６ａから離脱する
。次いで矢印Ａの如くパイプ２８からエアがシリンダ２
５の空間２５ｃに供給されると駆動ロッド４は上昇する
ことなく、そのままの位置に停止し、ピストン２６のみ
が上昇するので、ねじ溝２６ｂとピン４ｂとの協働作用
によって駆動ロッド４は矢印Ｆの如く、第６図に仮想線
で示す位置から実線で示す位置に戻ることになり、ノッ
クピン３５は次の回転駆動用ノック穴６ａの真下に位置
する。

そして更に矢印Ａの如くパイプ２８からエアが供給され
ると、それ以上ピストン２６は単独では上昇し得なくな
り、ピン４ｂを介して駆動ロフト４を引き上げ、第２図
に示す上死点に到達して停止する。この場合において、
駆動ロッド４は矢印Ｇの如く、回転することなしに上昇
し、回転板６もこれと同時に上昇するが、この場合にお
いて、工具位置決め機構９の位置決め駒３６はばね３９
の復元力により第３図に示すように前進して工具２０の
フランジ部２１のキー溝２１ａに係合しているので、工
具２００回転方向の位置決めがなされた状態で上昇し、
その上昇量がある程度に達するとくさび状部材１０の斜
面１０ｃが位置決め駒３６に対して相対的に下降して、
該位置決め駒３６を第２図に示すように、矢印Ｂの如く
後退させる。この結果工具２０のフランジ部２１のキー
溝２１ａは支障なく主軸１２のキー１２ｃに係合し得、
例えばドリル２０Ｂがそのテーバ部２０ａによって主軸
１２のテーパ穴１２ｂに対して取り付けられる。この場
合において位置決め棒８の下端部８ｂは、第２図に示す
ように、再び回転板６の位置決め穴６ｂに完全に係合し
、該回転板の回転を拘束する。このようにしてモータ１
３が回転して主軸１２が下降すると、ドリル２０Ｂによ
ってワークに第２段階の穴あけ加工が行われる。

以下同様にして、主軸１２の上下動及び往復回転複合機
構５の作用による駆動ロッド４の上下動並びにノックピ
ン駆動機構３１の作動及び工具位置決め機構９のくさび
状部材１０の作用によって順次工具２０が自動的に交換
され、リーマ２０Ｃ及びリーマ２０Ｄが次々と主軸１２
に取り付けられて、夫々の加工が円滑に行われる。この
ようにして、例えば４本の工具２０によって４通りの加
工が完了すると、単軸工作機械１１は停止し、作業者は
ワークをテーブル４１上から取り外し、次の未加工のワ
ークを取り付け、以下同様の加工が行われ、各工具２０
が自動的に交換されるものである。

なお上記実施例においては、工具２０は４本として説明
したが、これは４本に限定されないことは言うまでもな
い。

効果 本発明は、上記のように構成され、作用するものである
から、単軸直立ボール盤等の単軸工作機械の主軸駆動用
クイルに固定されたブラケットに対して複数の工具を着
脱し得るようにした回転板が上下動及び一方向に間欠回
転するようにして特定の工具による加工が終了すると、
該工具が主軸から外されて次の工具が主軸に装着される
如き工具交換工程が自動的に行われるようにした構造が
簡易で小型であり、かつ安価な自動工具交換装置を提供
することができる効果が得られる。また主軸に対する工
具の芯合せ及び主軸と工具間のキー溝とキーの位置決め
が正確に行われるので、簡易な構造でありながら非常に
高精度かつ高能率の工具自動交換作用が行われる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係り、第１図は自動工具交換装
置を装着した単軸工作機械の側面図、第２図は工具の取
り付は状態における自動工具交換装置の（第５図の■−
■矢視）要部縦断面図、第３図は工具交換状態を示す自
動工具交換装置の要部縦断面図、第４図は第３図の■−
■矢視横断面図、第５図は回転板及び工具位置決め機構
並びに工具のフランジ部との相互関係を示す平面図、第
６図は工具のフランジ部と回転アームと回転板との相互
関係を示す概略平面図、第７図は主軸定位置停止機構の
要部縦断面図、第８図は主軸定位置停止機構の同様な縦
断面図、第９図は主軸定位置停止機構と工具のフランジ
部との相互関係を示す概略平面図である。 １は自動工具交換装置、２は主軸定位置停止機構、３は
ブラケット、４は駆動ロッド、４ｄは下端、５は往復回
転複合機構、６は回転板、６ａは回転駆動用ノック穴、
６ｂは位置決め穴、７は回転アーム、８は位置決め棒、
８ｂは下端部、８ａは基端部、９は工具位置決め機構、
１０はくさび状部材、１１は単軸工作機械、　１２は主
軸、２０は工具、２１はフランジ部、２１ａはキー溝、
３１はノックピン駆動機構、３６は位置決め駒である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単軸工作機械の主軸上部に取り付けられた主軸定位置停
   止機構と、前記単軸工作機械の主軸上下動用クイルに固
   定されたブラケットと、該ブラケットを貫通して上下動
   及び回転運動可能な駆動ロッドと、該駆動ロッドに上下
   動及び往復回転運動を与える往復回転複合機構と、前記
   駆動ロッドに回動自在に取り付けられ複数の工具が着脱
   自在に構成され該工具の数及びその取付位置に対応した
   複数の回転駆動用ノック穴及び複数の位置決め穴が形成
   された回転板と、前記駆動ロッドの下端に固着され前記
   回転駆動用ノック穴に係脱するノックピン駆動機構を有
   し該駆動ロッドと共に往復回転して前記回転板を一方向
   に回転させるようにした回転アームと、基端部が前記ブ
   ラケットに固着され下端部がばねにより下方に押圧付勢
   されて該基端部に対して摺動自在に構成され該下端部が
   前記位置決め穴に係脱するようにした位置決め棒と、前
   記工具のフランジ部に形成されたキー溝に対して水平方
   向に往復動して係脱し得る工具位置決め駒を有する工具
   位置決め機構と、該工具位置決め駒を前記回転板の上昇
   時に該工具のキー溝から離脱させるように前記ブラケッ
   トに固着されたくさび状部材とを備えたことを特徴とす
   る自動工具交換装置。