JPS6236593Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は工作機械特に横型マシニング・セン
タの工具交換装置に関し、詳述すれば工具マガジ
ンから選び出され工具ポツトで支持されている工
具と機械の主軸で支持されている工具とを工具交
換腕によつて交換するための装置に関する。

このような交換のためには一般に工具交換腕が
主軸と工具ポツトの中間でこれらに平行に延長す
る交換腕軸にこれから両側に延長するように取付
けられ、工具交換腕および交換腕軸は、例えば、
工具交換腕をその待期位置から主軸および工具ポ
ツトで支持されている両工具に係合するまで回転
させる所定角度の正回転運動、工具交換腕に係合
しこれで保持されるようになつた両工具を主軸お
よび工具ポツトから抜出す所定距離の前進運動、
抜出された両工具の位置を交換する180゜回転運
動、位置を交換したのちの両工具を主軸および工
具ポツトに嵌めるすなわち従来主軸で支持されて
いた工具を工具ポツトに嵌め従来工具ポツトで支
持されていた工具を主軸に嵌めるための前記所定
距離の後退運動、および工具から離脱できるよう
になつた工具交換腕を待期位置へ戻す前記所定角
度の逆回転運動を、所定の順序で達成するように
作動される。

従来このような作動を達成するためには主とし
て流体圧が使用されて来たが、流体圧による作動
は、スイツチ、バルブ、配管、流体源その他を必
要とするので保守管理が容易でなくまた費用が高
くなり、流体圧の印加、除去および伝達に時間が
掛るので作動が遅く、またその時間を所望に応じ
て変えることが不可能であり、各運動が流体圧の
印加、除去によつて行なわれるので運動の経過を
制御できず、さらに各種運動の重ね合わせが困難
であるなどの多くの欠点を有する。

この考案の主な目的は、従来の工具交換におけ
る上述したような各種の欠点を完全にまたは実質
的に除去することにある。

この目的の達成のため、この考案による工作機
械の工具交換装置では、主軸および交換腕軸に平
行な作動軸が存し、この作動軸に、前述した正回
転運動および逆回転運動のための第１機構、前述
した前進運動および後退運動のための第２機構、
並びに前述した180゜回転運動のための第３機構
が結合され、交換腕軸に、同軸線の作動歯車が固
定され、第１機構が、作動軸と共に回転するよう
に構成された溝カムを有し、この溝カムに一端で
係合するカムてこが、その他端にセグメント歯車
を有し、交換腕軸が第２機構によつて後退したと
きに、セグメント歯車が作動歯車に係合し、第３
機構が、作動軸と共に回転するように構成された
マルタ車作動ローラを有し、このローラによつて
作動されるマルタ車が、歯車部分を有し、交換腕
軸が第２機構によつて前進したときに、歯車部分
が作動歯車に係合するようになつている。

このような構成によれば、上述したような各種
運動が、単に作動軸およびこれに結合された第
１、第２、第３機構からなる機械的部材の運動に
よつて行なわれるので、費用が安く保守管理が容
易であり、かかる機構による作動は即動的である
ので、作動が極めて早く達成でき、作動軸の回転
速度を変えることによつて、作動の所要時間を所
望の程度に変えることができ、さらに、互に独立
して形成される機構が採用できるので、各種運動
の重ね合わせが容易に達成できるなどの利点が得
られる。

以下、図面を参照しながらこの考案の実施例に
ついて詳細に説明する。

最初に工具交換装置を有する工作機械の例であ
る横型マシニング・センタの１例について第１図
を参照して略説すれば、１は水平に広がる機床を
示し、機床１の後方ほぼ中央の上方には支持軸収
容支持部２が配置される。これに収容される支持
軸３は以下において第１水平軸線方向（Ｙ方向）
と称する図面の前後水平方向に延長し、Ｙ方向お
よび垂直方向（Ｘ方向）に変位できかつＹ方向軸
線を中心として割出し回転できる。支持軸３の前
端にはパレツト４が取外し可能に取付けられ支持
される。取付けられたパレツト４においてパレツ
トの面は垂直に位置する。パレツト４には被加工
物（図示なし）が取外し可能に取付けられる。支
持軸収容支持部２の右方でかつその前方には主軸
収容支持部５が配置され、これに主軸を回転自在
に支承する主軸台が設けられる。これにおいて、
第１水平軸線方向（Ｙ方向）に直交する第２水平
軸線方向（Ｚ方向）すなわち図面で左右水平方向
に延長する主軸６は主軸台と共にＺ方向に設けら
れた垂直の摺動面に沿つて送り移動できかつＺ方
向軸線を中心として回転できる。主軸６には工具
（第１図に図示なし）が取外し可能に取付けられ
る。支持軸収容支持部２の左側方には必要に応じ
垂直配置の無端コンベヤ７が配置され、これは垂
直面の循環径路に沿つて運動できかつ多くのパレ
ツト４を取外し可能に支持する。無端コンベヤ７
の付近には適当な高さに位置するパレツト載置台
８が配置され、これは無端コンベヤ７に取付ける
べきまたはこれから取外されたパレツト４を載置
できる。無端コンベヤ７で支持されたパレツト４
の１つと支持軸３で支持されたパレツト４は、無
端コンベヤ７と支持軸収容支持部２の間に設けら
れるパレツト交換装置９によつて互に交換でき
る。主軸収容支持部５の上方に付設される工具マ
ガジン１０は多数の工具を収納でき、工具マガジ
ン１０に収納された工具と主軸６に取付けられて
いる工具とは工具マガジン１０と主軸６の間に配
置される工具交換装置１１によつて互に交換でき
る。主軸収容支持部５の前方にはマシニング・セ
ンタ全体の操作および数値制御をそれぞれ達成す
る操作盤１２およびNC装置１３が配設される。

次ぎに第２図によつて主として主軸支持収容部
５の中に存する主軸６およびこれの支持駆動機構
の構造について説明する。主軸６は第２水平軸線
方向すなわちＺ方向に延長し主軸台１４によつて
回転可能に支持される。主軸台１４には主軸駆動
モータ１５が固定取付けされ、これの出力軸には
主軸台１４によつて回転可能に支持されＺ方向に
すなわち主軸６に平行に延長する主軸駆動軸１６
が結合部材１７によつて直接連結される。主軸６
と主軸駆動軸１６の間には変速歯車機構１８が配
備され、これによれば主軸６が主軸駆動モータ１
５によつてＺ方向軸線を中心として回転駆動でき
かつその回転速度が変化できるがその詳細は省略
する。

主軸台１４は特に第３図に示されるように機枠
に設けられたＺ方向案内１９および２０によつて
支持されかつＺ方向に移動できるように案内され
る。主軸台１４はまたＺ方向に延長するボールね
じ２１とこれに係合するこの主軸台のボールねじ
ナツト部分２２とによつてＺ方向に移動でき従つ
て主軸６もこれによつてＺ方向に送り移動できる
が、その詳細は省略する。

主として工具交換装置１１およびこれに関連す
る主軸６の構造について第２図、第４図および第
５図を参照して次に説明する。前述した主軸６に
取付けるべき工具２３はその後方に円錐台接合面
２４を有し、この接合面２４から後方に突出する
ピン２５はその端部にやや大寸の握り部分２６を
備える。主軸６は中空筒の形状をなし、その中空
部２７の前方部分には工具２３を挿入したときに
これの円錐台接合面２４に接触する円錐形接合面
２８が形成される。主軸６の中空部２７にはさら
に、挿入された工具２３の握り部分２６を弾性的
に把持するためのコレツト２９が配置される。コ
レツト２９付近から中空部２７の中を後方に延長
して主軸６の後端から突出するコレツト開き軸３
０は、これに設けられた環状突出部３１と主軸中
空部２７に形成された肩３２とに座着しこの開き
軸３０を包囲する圧縮ばね３３によつて後方へ弾
性的に押される。この状態ではコレツト２９は後
方へ移行するように付勢されるので主軸内径段部
に干渉し、閉成されるようになつている。主軸６
の後方にはピン３４に枢着された開き片３５がコ
レツト開き軸３０の後端を押すことができるよう
に配置される。後記するカム作動で開き片３５を
押し、それによつてばね３３の作用に抗しながら
コレツト開き軸３０を前方に押せば、コレツト２
９が主軸内径部との干渉が解除され弾性的に開く
ので工具の握り部分２６がコレツト２９に干渉さ
れることなく従つて工具２３が主軸６に着脱可能
になる。

工具交換装置１１の主要な構成要素の１つは工
具交換腕３６であつて、これは軸線方向に移動で
きかつ回転できるＺ方向延長の中空交換腕軸３７
の前端に取付けられかつこの軸から両側方に延長
し、その各前端部には第３図に図示されるような
半円形の工具把持凹み３８が形成される。この２
個の凹み３８は第３図から明らかなように反対向
きに（従つて同じ回転方向に）向いている。凹み
３８の内面は工具２３の環状凹み３９に係合でき
るような形状寸法を有する。工具交換腕３６の中
には工具把持凹み３８と協同して工具２３を拘束
する押し片４０が収容され、この押し片４０はば
ね４１を圧縮することによつて後退することがで
きるが工具交換腕３６の中央に配置されている駒
４２の作用で前進位置すなわち工具拘束位置に保
持できる。駒４２は中空交換腕軸３７の中を延長
する工具開放軸４３の前端に固定され、この軸４
３は中空交換腕軸３７から後方に突出し、かつ圧
縮ばね４４の作用で通常は後方へ押される。工具
開放軸４３が後方に押されているときには駒４２
が押し片４０に作用してこれを前進位置に保持す
る。しかしながら、中空交換腕軸３７の後方には
ストツパ４５が（機枠などに固着）固定配置され
ていて、工具交換腕３６が後方へすなわち第２図
の右方へ移動するときには工具開放軸４３の後退
が或る距離でストツパ４５によつて押さえられ、
従つて工具開放軸４３および駒４２が工具交換腕
３６に対してばね４４を圧縮しながら相対的に前
進することになり、これによつて駒４２は押し片
４０から離れるので押し片４０はばね４１を圧縮
することによつて後退することができる。これに
よつて工具２３は工具交換腕３６から開放できる
ようになる。

工具交換装置１１の別の主要な構成要素は、総
括的に符号４６で示される作動系であつて、これ
は、Ｚ方向に延長し中空交換腕軸３７より上方に
位置する作動軸４７を備える。作動軸４７は、工
具交換装置１１の機枠４８に対して、回転自在に
支承され、該作動軸４７には、前方の第１作動部
材４９、その後方の第２作動部材５０およびその
直後の従動歯車５１が固定取付けされ、従動歯車
５１は、工具交換装置１１の機枠４８に固定され
ている作動軸モータ５２の出力軸に固定された駆
動歯車５３に噛み合つている。

従つて、作動軸モータ５２が作動されると、両
歯車５３，５１を介して、作動軸４７が回転し、
従つて、これと共に第１作動部材４９および第２
作動部材５０が回転する。第１作動部材４９は、
前面に、第３機構すなわちマルタ車作動ローラ５
４およびこれに付設される位置決めカム５５を有
し、マルタ車作動ローラ５４はＺ方向に延長する
マルタ軸５６に取付けられているマルタ車５７の
マルタ溝５８に係合できる。マルタ車５７は等角
度間隔に配置されたマルタ溝５８を第５図に図示
されるように６個有する。マルタ車５７はさらに
歯車部分５９を有し、これは交換腕軸３７に取付
けられた作動歯車６０と歯車比３：１で係合す
る。従つて作動軸４７が回転する際に或る位相
（その詳細は後述する）でマルタ車５７は1/6回転
し交換腕軸３７従つて工具交換腕３６は1/2回転
すなわち180゜の回転をする。位置決めカム５５
は適当な主軸６１に枢着さればね６２によつてば
ね負荷される従動てこ６３のカムローラ６４に係
合し、位置決めカム５５の作動によつて従動てこ
６３に設けられた止め突起６５がマルタ車５７の
回転終了時にマルタ溝５８の入口部分に部分的に
突入してマルタ車５７の位置決めをする。そして
マルタ車５７の回転開始時には位置決めカム５５
によつて止め突起６５がマルタ溝５８との係止を
解除され、マルタ車５７は回転できるようにな
る。

第１作動部材４９には第１機構として第１溝カ
ム６６が形成され、マルタ軸５６に枢着されてい
るカムてこ６７の１端に取付けられたローラ６８
がこの第１溝カム６６の中に係合する。カムてこ
６７はローラ６８の反対側（マルタ軸５６に対し
て）にセグメント歯車６９が固定取付けされ、こ
のセグメント歯車６９は交換腕軸３７が最後方に
退いた位置で該交換腕軸３７に設けられた前記作
動歯車６０（これはこのときに６０ａに位置す
る）に係合する。これら部材は作動軸４７が回転
する際に或る位相（後段で詳述する）で交換腕軸
３７従つて工具交換腕３６が例えば約90゜回転す
るように構成配置される。第２作動部材５０は第
２機構として第２溝カム７０を有し、適当な主軸
７１に枢着されているカムてこ７２の１端に取付
けられたカムローラ７３が第２溝カム７０の中に
係合する。カムてこ７２の他端には作動ローラ７
４が取付けられ、これは交換腕軸３７に固定され
ている環状溝片７５の中に係合する。この構成に
よれば作動軸４７が回転する際に第２溝カム７０
の作用で或る位相（その詳細は後述する）におい
て交換腕軸３７従つて工具交換腕３６がＺ方向に
前進後退すなわち出入する。第２作動部材５０に
はさらに端面カム７６が形成され、適当な支軸７
７に枢着され適当にばね負荷されるカムてこ７８
の１端のカムローラ７９がこれに作用するばね負
荷によつて常に端面カム７６に接触する。カムて
こ７８の他端８０は開き片３５の１端に接触す
る。このような構成によれば、作動軸４７が回転
する際に或る位相（後段において詳述）において
開き片３５が押されて該開き片３５は支軸３４を
中心として回転し、工具２３が前述したように主
軸６に対し取付けおよび取外しできる状態にな
る。

次ぎに主として第２図、第６図、第７ａ図から
第７ｆ図および第７Ａ図から第７Ｆ図によつて工
具２３の交換作動について説明する。最初に工具
交換腕３６は後方位置で水平に位置し、工具マガ
ジン１０（第１図）の中に収納されていた工具２
３Ａがこれを支持する工具ポツト８１（これの詳
細については説明を省略する）と共に工具交換腕
３６の軸線に関して主軸６に対称的な位置まで下
降する（第７ａ図、第７Ａ図）。この状態では工
具開放軸４３はストツパ４５に当接して交換腕軸
３７に対して相対的に前進し、駒４２が１対の押
し片４０から離れている。このときに主軸６は今
まで加工を行つていた工具２３Ｂを把持し第７Ａ
図に示す位置（第２図に実線で示す位置）まで後
退している。この時点から作動軸４７が１回転す
る。作動軸４７のスタート点は第１溝カム６６の
溝が最も落ち込んだ箇所である。この回転にとも
なつて最初に第１機構すなわち第１溝カム６６の
作用で（第６図にＡで示す）工具交換腕３６が約
90゜回転し、その先端の工具把持凹み３８および
押し片４０が工具２３Ａ，２３Ｂの環状凹み３９
に係止するようになる。このとき前記したように
工具開放軸４３がストツパ４５に当接しているた
め駒４２が押し片４０からはなれているので、押
し片４０が工具２３Ａ，２３Ｂに係止する際、こ
れに干渉して押し片４０はばね４１を圧縮しなが
ら後退せられ、よつて工具把持凹み３８が工具２
３Ａ，２３Ｂの環状凹み３９とはまり合うように
なる。凹み３８，３９がはまり合つた後は押し片
４０がばね４１によつて前進し、工具２３Ａ，２
３Ｂを支えるようになる（第７ｂ図、第７Ｂ
図）。次ぎに端面カム７６の作用で工具２３Ｂが
コレツト２９から解放される（第６図における
Ｂ）。これに引続いて第２機構すなわち第２溝カ
ム７０の作用で（第６図にＣで示す）工具交換腕
３６が第７ｃ図および第７Ｃ図に図示されるよう
に前進する。この際に工具開放軸４３がストツパ
４５から離れるから工具開放軸４３はばね４４に
よつて交換腕軸３７に対して後退し、押し片４０
は駒４２によつて前進位置にロツクされ、工具２
３Ａ，２３Ｂは拘束されて工具交換腕３６から落
下することなく、作業上も極めて安全である。か
くして工具２３Ａおよび工具２３Ｂは工具ポツト
８１および主軸６からそれぞれ前方に抜出され
る。その後に第６図にＤで示されかつ第７ｄ図お
よび第７Ｄ図に示されるように第３機構すなわち
マルタ車作動ローラ５４およびマルタ車５７の作
用で工具交換腕３６が180゜回転し工具２３Ａと
２３Ｂがそれらの位置を交換する。その後に第２
溝カム７０の作用で工具交換腕３６が後退し（第
６図におけるＥ、第７ｅ図および第７Ｅ図）、工
具２３Ａおよび２３Ｂがそれぞれ主軸６および工
具ポツト８１に嵌まる。工具交換腕３６の後退に
よつて工具開放軸４３の後端がストツパ４５に突
き当り、駒４２が１対の押し片４０のロツクを解
放し、工具２３Ａ，２３Ｂは工具交換腕３６から
離脱できる状態になる。続いて端面カム７６の作
用でコレツト２９が工具２３Ａの握り部分２６を
掴む（第６図におけるＦ）。その後に第１溝カム
６６の作用でカムてこ６７のローラ６８が第１溝
カム６６の溝が最も落ち込んだ箇所にはまり込ん
で工具交換腕３６が水平位置まで約90゜回転し、
以後次の交換動作までこの状態を保持している。
（第６図におけるＧ、第７ｆ図および第７Ｆ図）。
このようにしてローラ６８が第１溝カム６６の溝
が最も落ち込んだ箇所にはまり込んだ状態におい
て作動軸４７の回転は停止され初期状態となる。
上述の交換作動は作動軸４７の１回転の間に行な
われ、その所要時間は例えば約２から３秒であ
る。その後に工具ポツト８１はもとの位置まで上
昇し、主軸６は主軸台１４と共に加工位置へ向つ
て前進する。

上述したこの考案の実施例の変型として、中空
交換腕軸３７に対して工具開放軸４３を前進後退
させる作動はすなわち工具２３を拘束する押し片
４０の固定および解除はばね４４およびストツパ
４５以外の手段によつて達成するようにしてもよ
い。例えば第８図に示される変型では交換腕軸３
７に固定されたシリンダ８２およびこれの中で前
後駆動され工具開放軸４３の後端に固定されたピ
ストン（図示なし）からなる流体作動装置８３に
よつて工具開放軸４３の前進後退が達成される。

また、主軸６の中のコレツト２９の作動も前記
同様第９図に示すように主軸台１４に結合された
シリンダ８４とこれに嵌合するピストン８５とか
らなる流体作動装置８６を用いることによつて、
端面カム７６以外の手段で遂行することもでき
る。これにおいて矢印ａで示すようにシリンダ８
４内に圧油が供給されるとピストン８５は左へ移
動してコレツト開き軸３０を前方へ押し、従つて
コレツト２９が前進して開く。また工具２３を主
軸６に固定するためにはa′で示すように圧油を供
給してピストン８５を右へ移動させておけばばね
３３によつてコレツト２９が後退するのでこの固
定が達成される。リミツトスイツチ８７が上記の
ような状態を確認する役をなす。

第６図に示した線図では各種運動が重ね合わせ
なしに順に達成されるようになつているが、その
変型として或る運動が重ね合わされるようになつ
ている例を第１０図に示す。この第１０図のカム
線図によれば第２溝カム７０による工具交換腕３
６の前進運動Ｃが終了しないうちにマルタ車作動
ローラ５４による工具交換腕３６の180゜回転運
動Ｄが開始され、この180゜回転運動が終了する
以前に第２溝カム７０による工具交換腕３６の後
退運動Ｆが始まる。なおこの場合には工具開放軸
４３の運動Ｂ、Ｅは第８図のような流体作動で達
成されるのでこの運動はこの線図には図示されな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による工具交換装置を採用し
た工作機械の１例であるマシニング・センタを極
めて簡略化した斜視図、第２図は主軸収容部の１
例および工具交換装置の１実施例の各種垂直断面
による断面図、第３図は第２図に相当する部分を
側方から見た１部断面による図解的な立面図、第
４図は第２図に示される部分に包含される第１溝
カムとこれに関連する要素を示す図、第５図は第
２図に示される部分に包含されるマルタ車とこれ
に関連する要素を示す図、第６図は工具交換の作
動順序を表わす線図、第７ａ図、第７ｂ図、第７
ｃ図、第７ｄ図、第７ｅ図および第７ｆ図は工具
交換過程を１方向から見たところを順に表わす線
図、第７Ａ図、第７Ｂ図、第７Ｃ図、第７Ｄ図、
第７Ｅ図および第７Ｆ図は工具交換過程を別の方
向から見たところを順に表わす線図、第８図は第
２図に示される工具交換装置の変型の１部分を示
す図、第９図は別の変型の１部分を示す図、第１
０図は第６図に示した作動順序を若干変型したの
を示す線図である。 図面において、６は主軸、１１は工具交換装
置、２３は工具、３６は工具交換腕、３７は交換
腕軸、４７は作動軸、５４は第３機構（マルタ車
作動ローラ）、５７はマルタ車、５９は歯車部
分、６０は作動歯車、６６は第１機構（溝カ
ム）、６７はカムてこ、６９はセグメント歯車、
７０は第２機構、８１は工具ポツトを示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 主軸で支持される第１工具と、主軸に平行な工
   具ポツトで支持される第２工具とを交換するた
   め、主軸と工具ポツトの中間に、これらに平行な
   交換腕軸を配置し、交換腕軸に、これから両側方
   に延長する工具交換腕を取付け、交換腕軸および
   工具交換腕が、工具交換腕を待期位置から両工具
   に係合する位置まで回転させる所定角度の正回転
   運動、両工具に係合した工具交換腕によつて両工
   具を主軸および工具ポツトからそれぞれ前方に抜
   き出す所定距離の前進運動、抜き出された両工具
   の位置を互に交換する180゜回転運動、位置を交
   換したのちの第１工具および第２工具を後方に移
   動させて工具ポツトおよび主軸にそれぞれ嵌め入
   れる前記所定距離の後退運動、並びに工具交換腕
   を両工具から離脱させて前記待期位置に戻す前記
   所定角度の逆回転運動を、この順序で達成できる
   ようにした、工作機械の工具交換装置において、
   この工具交換装置が、主軸および交換腕軸に平行
   な作動軸を有し、この作動軸に、前記正回転運動
   および逆回転運動のための第１機構、前記前進運
   動および後退運動のための第２機構、並びに前記
   180゜回転運動のための第３機構が結合され、交
   換腕軸に、同軸線の作動歯車が固定され、前記第
   １機構が、作動軸と共に回転するように構成され
   た溝カムを有し、この溝カムに一端で係合するカ
   ムてこが、その他端にセグメント歯車を有し、交
   換腕軸が前記第２機構によつて後退したときに、
   前記セグメント歯車が前記作動歯車に係合し、前
   記第３機構が、作動軸と共に回転するように構成
   されたマルタ車作動ローラを有し、このローラに
   よつて作動されるマルタ車が、歯車部分を有し、
   交換腕軸が前記第２機構によつて前進したとき
   に、前記歯車部分が前記作動歯車に係合すること
   を特徴とする工具交換装置。