JP2000084774A - 自動工具交換装置を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、工具交換時間を短縮し、機構が簡素
化できる自動工具交換装置を備える工作機械を提供す
る。 【構成】本発明の自動工具交換装置を備えた工作機械
は、工具主軸１３と平行な軸線の周りに回転可能で、同
軸線の周りに工具主軸１３との間で直接工具交換するこ
とのできる工具収納部２３ｃ〜ｇ及び、同軸線の周りの
９０度より小さな角度離間した２位置に配置された工具
交換アームとして作用する一対の工具交換把持部２３
ａ、２３ｂとを有する第１工具マガジン２２と、多数の
工具収納部５４を有し、工具主軸１３と平行に割出し可
能である第２工具マガジン５０と、第１工具マガジン２
２の工具交換把持部２３ａ，２３ｂの工具受渡位置と第
２工具マガジン５０の工具受渡位置との間で直線移動
し、第２工具マガジン５０の工具収納部と第１工具マガ
ジン２２の工具交換把持部２３ａ，２３ｂとの間で工具
を搬入、搬出するシャトルアーム３０とより構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工具交換時間を短縮
し、機構が簡素化できる自動工具交換装置を備えるマシ
ニングセンタ等の工作機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、マシニングセンタにおいては、
主軸へッドの工具主軸に対して工具を交換する自動工具
交換装置が設けられる。この交換装置としては、工具主
軸と平行な軸線の周りで割出し回動される円盤状の工具
マガジンを有し、この工具マガジンがその周囲に工具軸
線と平行に収納した多数の工具を常時収納しておき、そ
の工具マガジンをその軸線回りに割出し回動して所用の
工具を工具主軸に対して直接交換動作する第１の形式の
ものが知られている。また、前記円盤状工具マガジンと
は別に、機械の側方又は後方に第２の工具マガジンを設
けておき、前記円盤状工具マガジンで不要になった工具
を第２工具マガジンに戻し、逆に第２工具マガジンから
円盤状工具マガジンに必要な工具を充填するマガジン間
搬送機構を備えた第２形式のものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の第２形
式の交換装置においては、円盤状工具マガジンの工具収
納部は、工具主軸から取り外す工具を受け取るため、１
つの工具収納部が空となっているが、他の残りの工具収
納部は全て工具を保持する工具収納部として構成され
る。このため、円盤状工具マガジンは、第２工具マガジ
ンと工具主軸との間で工具を搬送する装置として構成さ
れておらず、第２工具マガジン上の工具を工具主軸で使
用したい場合、工具交換時間が長くなる欠点があった。
そこで本発明の目的は、マシニングセンタ等の工作機械
における自動工具交換装置において、工具交換のための
工具交換アームの回転角度を小さくするともに、円盤状
工具マガジンに多数の工具収納部とは別に一対の工具交
換把持部を設け、この一対の工具交換把持部を工具交換
アームとして作動させることにより工具交換を短時間に
行うことができる自動工具交換装置を備えた工作機械を
提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の自動工具交換装置を備えた工作機械は、工
具主軸の軸線と平行な軸線の周りに回転割出し可能であ
り、多数の工具を工具主軸の回転軸線と平行に収納する
工具収納部と前記軸線の周りの１８０度より小さな角度
離間した２位置に工具を前記軸線と平行にして支持する
一対の工具交換把持部とを有する円盤状の第１工具マガ
ジンと、選択した工具を保持する工具収納部を第１工具
マガジンとの工具受渡位置に割出し可能であり、多数の
工具収納部を有する第２工具マガジンと、第１工具マガ
ジンの工具受渡位置に割出された工具交換把持部の一方
から第２工具マガジンの工具受渡位置に割出された１つ
の工具収納部へ使用済工具を返却し、第２工具マガジン
の工具受渡位置に割出された１つの工具収納部から第１
工具マガジンの工具受渡位置に割出された一対の工具交
換把持部のいずれか一方へ使用工具を搬入する中間搬送
装置とから構成されたことを特徴としている。

【０００５】更に、本発明の自動工具交換装置を備えた
工作機械は、前記第１工具マガジンが、円周の一部に切
欠部を有し、一対の工具交換把持部が切欠部の円周方向
の一端に隣接し、工具収納部が工具交換把持部と切欠部
の円周方向における他端までの円周に配置されているこ
とを特徴としている。

【０００６】更に、本発明の自動工具交換装置を備えた
工作機械は、前記特徴に加え、前記第１工具マガジンが
その切欠部を工具主軸側に向ける休止位置にあるとき、
少なくとも第１工具マガジン及びその回転割出機構を、
加工領域から隔絶するカバー装置を設け、該カバー装置
は、第１工具マガジンが休止位置にあるとき、その工具
交換把持部及び全ての工具収納部をカバー装置内に収納
するが、休止位置から回動して工具交換把持部或いは工
具収納部を工具主軸と協働する工具交換位置に前進させ
るとき、工具交換把持部或いは工具収納部をカバー装置
外へ露出させることを許容する開放部を有し、第１工具
マガジンと一体的に回動でき、第１工具マガジンが休止
位置にあるとき、カバー装置の開放部を閉塞する可動カ
バーを第１工具マガジンに取付けたことを特徴としてい
る。

【０００７】更に、本発明の自動工具交換装置を備えた
工作機械は、前記特徴に加え、工具主軸は、水平に延び
る回転軸線を有し、工具主軸を支える支持要素が、工具
主軸を、前記回転軸線と垂直な面内で水平な左右方向及
び上下方向に移動できると共に前記回転軸線上で前進後
退移動できるようにベッド上に支持され、脚部がベッド
から直立し、水平部が工具主軸の最上位置よりも上位で
左右方向に延びるブリッジを設け、第１工具マガジンの
回転軸線が工具主軸と平行となり、かつその工具交換把
持部或いは工具収納部が工具交換位置に割出された工具
主軸の前端よりも前方に位置するように、第１工具マガ
ジンをブリッジの水平部に取付け、工具交換時におい
て、工具交換把持部或いは工具収納部を工具主軸と同心
位置に選択的に割出す第１工具マガジンの回動割出しと
工具主軸の前進後退動作が協働することを特徴とする

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の自動工具交換装置を備え
た工作機械は、工具主軸の軸線と平行な軸線の周りに旋
回割出し可能であり、多数の工具を工具主軸の回転軸線
と平行に収納する工具収納部と前記軸線の周りの１８０
度より小さな角度離間した２位置に工具を前記軸線と平
行にして支持する一対の工具交換把持部とを有する円盤
状の第１工具マガジンと、選択した工具を保持する工具
収納部を第１工具マガジンとの工具受渡位置に割出し可
能であり、多数の工具収納部を有する第２工具マガジン
と、第１工具マガジンの工具受渡位置に割出された工具
交換把持部の一方から第２工具マガジンの工具受渡位置
に割出された１つの工具収納部へ使用済工具を返却し、
第２工具マガジンの工具受渡位置に割出された１つの工
具収納部から第１工具マガジンの工具受渡位置に割出さ
れた一対の工具交換把持部のいずれか一方へ使用工具を
搬入する中間搬送装置とから構成することにより、第１
工具マガジンの工具収納部に収納された工具は直接工具
主軸と交換することができ、第２工具マガジンに収納さ
れた工具は中間搬送装置と第１工具マガジンの工具交換
把持部を利用して、効率的に短時間に多数の工具を工具
主軸に交換できるものである。

【０００９】更に、前記第１工具マガジンは、円周の一
部に切欠部を有し、一対の工具交換把持部が切欠部の円
周方向の一端に隣接し、工具収納部が工具交換把持部と
切欠部の円周方向における他端までの円周に配置するこ
とにより、工具主軸と第１工具マガジンの工具とを接近
ささることができ、工具交換把持部を工具主軸に接近し
て配置されることにより工具交換時間を短縮化できる。

【００１０】更にまた、本発明の自動工具交換装置を備
えた工作機械は、第１工具マガジンがその切欠部を工具
主軸側に向ける休止位置にあるとき、少なくとも第１工
具マガジン及びその回転割出機構を、加工領域から隔絶
するカバー装置を設け、該カバー装置は、第１工具マガ
ジンが休止位置にあるとき、その工具交換把持部及び全
ての工具収納部をカバー装置内に収納するが、休止位置
から回動して工具交換把持部或いは工具収納部を工具主
軸と協働する工具交換位置に前進させるとき、工具交換
把持部或いは工具収納部をカバー装置外へ露出させるこ
とを許容する開放部を有し、第１工具マガジンと一体的
に回動でき、第１工具マガジンが休止位置にあるとき、
カバー装置の開放部を閉塞する可動カバーを第１工具マ
ガジンに取付けたことにより、加工中は工具交換装置は
カバーされ、工具交換のためにカバーの開口は第１工具
マガジンの工具交換のための回動により行われるので工
具交換時間が節約できる。

【００１１】更にまた、本発明の自動工具交換装置を備
えた工作機械は、工具主軸は、水平に延びる回転軸線を
有し、工具主軸を支える支持要素が、工具主軸を、前記
回転軸線と垂直な面内で水平な左右方向及び上下方向に
移動できると共に前記回転軸線上で前進後退移動できる
ようにベッド上に支持され、脚部がベッドから直立し、
水平部が工具主軸の最上位置よりも上位で左右方向に延
びるブリッジを設け、第１工具マガジンの回転軸線が工
具主軸と平行となり、かつその工具交換把持部或いは工
具収納部が工具交換位置に割出された工具主軸の前端よ
りも前方に位置するように、第１工具マガジンをブリッ
ジの水平部に取付け、工具交換時において、工具交換把
持部或いは工具収納部を工具主軸と同心位置に選択的に
割出す第１工具マガジンの回動割出しと工具主軸の前進
後退動作が協働することにより、各要素の合理的な配置
により、工具交換動作を単純化できるので、工具交換時
間を短縮化できる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図７について説明す
る。本発明の自動工具交換装置を備えた工作機械の基本
構成は、図１及び図２に示されるように、ベッド１上の
左右方向（Ｘ軸方向）に固定されたガイド２、２上にコ
ラム５が摺動自在に設けられ、コラム５の前面両側の垂
直方向（Ｙ軸方向）に設けられたがイド６、６に沿って
工具主軸１３を支持する主軸サドル７が垂直方向に摺動
自在に支持され、コラム５の水平前後方向（Ｚ軸方向）
のガイド１１、１１に沿って工具主軸１３を回転自在に
支持する主軸支持要素としての４角形断面のラム９が前
後方向に摺動自在に支持されている。ベッド１の前方部
には旋回テーブル１７が固定位置で旋回可能に設けられ
ており、旋回テーブル１７上に固定された工作物Ｗに対
して、工具主軸１３先端に固定される工具を、工作機械
の左右方向（Ｘ軸方向），垂直方向（Ｙ軸方向），前後
方向（Ｚ軸方向）に制御移動させながら加工を行うもの
である。

【００１３】コラム５はベッド１上のガイドレール２、
２に沿ってＸ軸方向送りモータ４により回転されるＸ軸
方向送りねじ３によりＸ軸方向に摺動され、該コラム５
には中間部に空間が形成され、その中空部にその前面両
側の垂直方向のガイドレール６、６に沿って案内支持さ
れた工具主軸支持要素を有する主軸サドル７が２つのＹ
軸方向送りモータ１５、１５で回転されるＹ軸方向送り
ねじ８、８によりＹ軸方向（垂直方向）に摺動され、主
軸サドル７には水平前後方向（Ｚ軸方向）にガイドレー
ル１１、１１が設けられ、該ガイドレール１１、１１に
沿って、主軸支持要素としての４角形断面のラム９がそ
の下方に設けられたＺ軸方向送り用のねじ１２により摺
動される。ラム９には工具主軸１３が回転自在に支持さ
れ、その後部に設けられた主軸モータ１４により回転駆
動される。コラム５の直前部には、ベッド１の両側から
立設された工具交換装置を支持するための支持部材１８
が設けられており、該支持部材１８には工具主軸１３の
上限位置よりも高い位置に工具交換装置２０を支持する
ためのブリッジ１９が水平方向に設けられている。ブリ
ッジ１９の左端部にはカバーにより覆われた工具交換装
置２０が設けられ、コラム５の左側面部のベッド１上に
は、多数の工具収納部を有し、工具主軸１３の軸線と平
行な面内で工具収納部を回動割出し可能であり、選択し
た工具を保持する工具収納部を第１工具マガジン２２と
の工具受渡位置に工具主軸と平行に割出し可能である第
２工具マガジン５０が設けられている。

【００１４】次に、自動工具交換装置２０について図３
〜図５により説明する。前記ブリッジ１９には、その左
端部の工具交換位置に工具交換装置２０が設けられてい
る。すなわち、ブリッジ１９には、第１工具マガジン２
２の支持部材２１が直接固定されており、該支持部材２
１の下端に工具主軸１３との間で工具交換を行うことが
できる第１工具マガジン２２が工具主軸１３の軸心と平
行する軸心の回りに回転自在に支持され、該第１工具マ
ガジン２２は一部に切り欠き部を有する円盤状をなして
おり、円周の先端部に一定の角度を隔てて、工具把持部
２３ａ、２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｇが設
けられている。各工具把持部２３ａ〜ｇは、先端が解放
された円形状の工具収容部を形成する固定把持爪２４ａ
〜ｇと、ピン２６ａ〜ｇにより枢着されスプリング２７
ａ〜ｇにより挟持方向に付勢された可動把持爪２５ａ〜
ｇとから構成され、その先端開放部分は工具６０が嵌合
しやすいように先端広がり状に形成されており、これら
１対の鋏部材により工具の工具把持溝６３を挟持するよ
うになっている。

【００１５】該第１工具マガジン２２の工具把持部２３
ａ〜ｇのうち、切り欠き部に近い２つの工具把持部２３
ａ及び２３ｂは、第２工具マガジン５０から搬送された
工具の交換に使用される工具交換把持部として働き、そ
の他の工具把持部２３ｃ〜ｇは工具収納部として常時特
定された工具が収納される。一般的な使用方法として
は、工具収納部２３ｃ〜ｇには、使用頻度の高い工具が
常時収納され、直接工具主軸１３との間で工具交換する
ことができ、切り欠き部に近い一対の工具交換把持部２
３ａ及び２３ｂは、第２工具マガジン５０に収納されて
いる多数の工具から選択された工具を、工具中間搬送装
置を介して工具主軸１３との間で工具交換するものであ
る。

【００１６】１対の工具交換把持部２３ａ、２３ｂが配
置される角度は、角度が小さい程、工具交換のための工
具交換アームとして作用する第１工具マガジン２２の回
転角を小さくすることができ、工具交換時間の短縮にな
る。この点についていえば、従来の直線の工具交換アー
ム（すなわち１８０度）と比較した場合には、１８０度
以下であればその効果を得ることができるが、好適には
本実施例のように鋭角、すなわち９０度以下とすること
により特に効果が期待できる。第１工具マガジン２２
は、支持部材２１に固定されたモータ３６より減速装置
３７を介して回転される回転部材３８に固定されている
ので、モータ３６の回転により回転される。第１工具マ
ガジン２２の回転軸線は工具主軸１３の軸線と平行であ
り、その円周先端に設けられた各工具把持部２３ａ〜ｇ
が工具交換位置に割出し位置決めされた工具主軸１３の
前端よりも前方に位置するように、工具交換装置２０が
前記ブリッジ１９に取付けられ、第１工具マガジン２２
はその軸心方向へは移動しない構成となっている。した
がって、工具交換時においては、各工具把持部２３ａ〜
ｇを選択的に工具主軸１３と同心位置に割出し回動する
第１工具マガジン２２の動作と、工具主軸１３の前進後
退動作とが協働することにより工具交換作業が行われ
る。

【００１７】第１工具マガジン２２と第２工具マガジン
５０との間に、第１工具マガジン２２の工具交換把持部
２３ａ、２３ｂと第２工具マガジン５０の工具収納部５
４との間で工具６０を搬送する中間搬送部材としてのシ
ャトルアーム３０が配置されている。前記第１工具マガ
ジン２２の支持部材２１の上部がブリッジ１９の上部に
突き抜け、ブリッジ１９と平行にシャトルアーム３０の
支持用基板３４が形成され、その水平方向にガイド３３
が固定されており、そのガイド３３に沿ってキャリッジ
３２が流体圧シリンダ３５により水平方向にスライドで
きるように構成され、キャリッジ３２には、工具主軸１
３の軸線と平行な方向に流体圧シリンダ３１が設けら
れ、シャトルアーム３０はその流体圧ピストン３１´の
先端に固定されている。キャリッジ３２は、流体圧シリ
ンダ３１の両側で工具主軸１３の軸線と平行に配置され
ると共に基端がシャトルアーム３０に結合された一対の
ガイドバー３０ａを軸方向移動可能に案内している。し
たがって、シャトルアーム３０は、流体圧シリンダ３１
により工具主軸１３の軸線と平行な方向に移動すること
ができ、更に流体圧シリンダ３５により左右方向（Ｘ軸
方向）に移動することができる。シャトルアーム３０の
先端には工具のシャンク部６２を嵌合保持するシャンク
把持部４５が設けられ、そのシャンク把持部４５に直角
方向からスプリングにより付勢された保持ボール４６が
設けられており、工具の後方からシャンク把持部４５を
工具のシャンク部６２に嵌合し保持ボール４６がシャン
ク部６２の溝に押圧係合することにより工具６０を保持
するように構成されている。

【００１８】第２工具マガジン５０は、コラム５の左側
面側でベッド１上に設けられ、上下一対のスプロケット
５１に係合回転されるチエン５２の外周に適宜間隔を置
いてＬ字状の工具収納部支持部材５３が固定され、該工
具収納部支持部材５３には、それぞれ工具収納部５４
ａ，ｂ〜が固定され、工具主軸１３の軸線と平行な面内
で工具収納部５４を回動割出し可能であり、選択した工
具を保持する工具収納部５４ａ，ｂ〜を第１工具マガジ
ン２２との工具受渡位置に割出された工具６０の軸線が
工具主軸１３の軸線と平行になるように設けられている
（図５参照）。工具収納部５４ａ，ｂ〜は、第１工具マ
ガジン２２の工具把持部２３ａ〜ｇと同様に、工具把持
手段として先端が解放された円形状の工具収容部を形成
する固定把持爪５５ａと、ピン５６により枢着されスプ
リング５７により挟持方向に付勢された可動把持爪５５
ｂとから構成され、その先端部分は工具６０が嵌合しや
すいように先端広がり状に形成されており、これら１対
の鋏部材により工具の工具把持溝６３を挟持するように
なっている。なお、５８は工具マガジン５０側面に設け
られたバックアップ部材であり、チエン５２上の工具収
納部の必要以上の振れを防いでいるものである。

【００１９】各工具６０は、図５に示されるように、そ
の軸方向後方のシャンク部６２と前方の刃物装着部６１
との中間に環状の工具把持溝６３を有しており、第２工
具マガジン５０の工具収納部５６及び第１工具マガジン
２２の工具把持部２３ａ〜ｇにおける固定把持爪２４ａ
〜ｇ、５５ａと可動把持爪２５ａ〜ｇ、５５ｂが前記工
具把持溝６３に係合し、工具が保持されるようになって
いる。

【００２０】第２工具マガジン５０の工具収納部５４
ａ，ｂ〜の両工具把持爪５５ａ、５５ｂはその解放方向
が第１工具マガジン２２上の工具交換把持部２３ａ，２
３ｂの方向を向くように固定され、また工具の搬送を受
ける位置に割り出された第１工具マガジン２２の工具把
持爪２４ａ、２５ａと２４ｂ，２５ｂも第２工具マガジ
ン５０の工具収納部５４の方向を向くように固定されて
いる。すなわち、図３に示された第１工具マガジン２２
の位置においては、工具把持部２３ｂが工具の搬送を受
ける位置であり、その工具把持爪２４ｂ，２５ｂの開放
方向が第２工具マガジン５０の工具収納部５４ｂにおけ
る両工具把持爪５５ａ、５５ｂの開放方向と相対面する
ように配置されている。

【００２１】第１工具マガジン２２の工具交換把持部２
３ｂから第２工具マガジン５０の工具収納部５４ｂへ工
具６０を搬送するには、図５に示されているように、ま
ず、シャトルアーム３０のシャンク把持部４５を、工具
受渡位置に割出された第１工具マガジン２２上の工具の
シャンク部２３と整列させ、シャトルアーム３０を流体
圧シリンダ３１により前方（矢印イの方向）に移動さ
せ、その先端に設けられたシャンク把持部４５を工具の
シャンク部６２に後方から嵌合し、付勢された保持ボー
ル４６を工具シャンク部の溝に係合することにより保持
する。

【００２２】次にシャトルアーム３０を流体圧シリンダ
３５により左方向（矢印ロの方向）に移動することによ
り、工具６１を第１工具マガジン２２の工具交換把持爪
２４ｂ，２５ｂの開放側へ抜き取り、第２工具マガジン
５０の工具把持爪５５ａ、５５ｂの開放側からそのスプ
リング５７に抗して挿入して第２工具マガジン５０の工
具把持手段と整列する位置で停止し、シャトルアーム３
０を流体圧シリンダ３１により後方（矢印ハの方向）に
移動させ、その先端に設けられたシャンク把持部４５を
工具のシャンク部６２の後方へ抜く。Ｌ字状の支持部材
５３は、シャンク把持部４５の後方移動を許容する空間
を有している。この際、工具６０はその環状の工具把持
溝６３に工具把持爪５５ａ、５５ｂが係合し、挟持され
ているため、保持ボール４６の押圧にかかわらず容易に
シャトルアーム３０を工具シャンク部６２から抜くこと
ができる。最後にシャトルアーム３０を流体圧シリンダ
３５により右方向（矢印ニの方向）に移動させて元の位
置に戻る。したがって、シャトルアーム３０の移動は、
前記のように矢印イ、ロ、ハ、ニの経路、すなわち矩形
の経路により第１工具マガジン２２の工具交換把持部２
３ａ，ｂから第２工具マガジン５０への工具の搬送を行
うことができる。

【００２３】第２工具マガジン５０の工具収納部５４か
ら第１工具マガジン２２の工具交換把持部２３ａ，２３
ｂへ工具６０を搬送するには、今の説明のサイクルと逆
のサイクル、すなわち、まず、シャトルアーム３０のシ
ャンク把持部４５を、矢印ニの逆方向に移動させ、工具
受渡位置に割出された第２工具マガジン５０上の工具６
０のシャンク部６２と整列させ、更にハ、ロ、イを逆行
する順序で同じく矩形の経路をたどってシャトルアーム
３０を移動させることにより遂行することができる。工
具交換はできる限り短時間に素早く行う必要があるた
め、工具の移動距離をできる限り短くすることが必要と
なるため、シャトルアーム３０の形状は図３に示される
ように工夫された形状となっている。

【００２４】第１工具マガジン２２、その回転割出し機
構及び中間搬送装置を含む工具交換装置全体は、切屑等
の侵入を防止するため前記ブリッジ１９に固定された固
定カバー４０により覆われている。しかし、工具を交換
する必要があるため、工具主軸１３と第１工具マガジン
２２の間、及びシャトルアーム３０により工具を搬送す
るための第１工具マガジン２２と第２工具マガジン５０
との間には、そのための開口部４１及び４２が設けられ
ている。

【００２５】工具を交換する時には、工具主軸１３と第
１工具マガジン２２とはできる限り接近した位置に配置
しなければならないので、図３に示されるように固定カ
バー４０の工具主軸側開口部４１は切り欠き形状をして
いる。工具主軸側開口部４１は加工領域に面しているた
め、加工中に切屑が飛び込むので、カバーする必要があ
る。そこで本発明の実施例においては、前記開口部４１
を閉鎖するように可動カバー４３を直接第１工具マガジ
ン２２の切り欠き部に固定している。工具主軸１３の移
動範囲をできる限り制限しないように、本実施例では可
動カバー４３は約直角の断面形状を有し、かつ、前記固
定カバー４０の開口部４１を閉塞できる形状となってい
る。前記固定カバー４０の開口部４１を閉塞できる可動
カバー４３を直接工具交換を行う第１工具マガジン２２
に固定しているので、工具交換を行う際、別の機構によ
り可動カバーを開閉する必要がなく、その時間が省略さ
れ工具交換時間を短縮することができた。更に第１工具
マガジン２２に設けた２つの工具交換把持部２３ａ，２
３ｂは隣接する位置に設けたので、工具交換のための回
転角を小さくできるので工具交換時間は更に短縮化され
る。

【００２６】本実施例においては第１工具マガジン２２
に設けた２つの工具交換把持部２３ａ，２３ｂは隣接す
る位置に設けているが、２つの工具交換把持部の角度位
置は、この例に限らず、１８０度以下であれば、従来の
工具交換アームと比較して、工具交換のための回転角を
小さくできるので工具交換時間の短縮化には効果がある
ことになる。前記カバー装置の工具マガジン側の開口部
４２は加工領域の反対側にあるので、特に可動カバーを
設ける必要はないが、出来る限り塵等の侵入を防止する
ため、その開口部に可撓性のブラシを設ける等の何らか
の機構を設けてもよい。

【００２７】次に、本発明の自動工具交換装置を備えた
工作機械の作動を説明する。本発明の自動工具交換装置
を備えた工作機械は、ベッド１の前方部の旋回テーブル
１７上に固定された工作物Ｗに対して、工具主軸１３先
端に固定された工具を、コラム５をベッド１上のガイド
レール２、２に沿ってＸ軸方向送りモータ４により工作
機械の左右方向（Ｘ軸方向）に移動させ、コラム５の前
面両側の垂直方向のガイドレール６、６に沿って案内支
持された主軸サドル７をＹ軸方向送りモータ１５、１５
によりＹ軸方向（垂直方向）に移動させ、主軸サドル７
の水平前後方向（Ｚ軸方向）のガイドレール１１、１１
に沿ってＺ軸方向送り用のねじ１２により移動されるラ
ム９により前後方向（Ｚ軸方向）に、それぞれ制御移動
させながら加工を行うものである。各モータはいずれも
サーボモータが用いられており、数値制御（ＮＣ）等の
適当な制御装置により工作機械全体が制御作動されるも
のである。

【００２８】自動工具交換動作は、第１工具マガジン２
２の工具収納部２３ｃ〜ｇに常時収納された工具を工具
主軸１３に交換、装着する場合と、第１工具マガジンの
工具交換把持部２３ａ，２３ｂを用いて、第２工具マガ
ジン５０からシャトルアーム３０を用いて搬送された工
具を工具主軸１３に交換、装着する場合の２通りの動作
になる。最初に、第１工具マガジン２２の工具交換把持
部２３ａ，２３ｂを用いて、第２工具マガジン５０から
搬送される工具の交換を行う場合について、その代表的
な工具交換サイクルを図６により説明する。図６の
（ａ）から（ｂ）（ｃ）〜（ｈ）へ動作が進むことにな
る。

【００２９】まず（ａ）の状態は、１つの工具６０ａに
よる加工工程中で、可動カバー４３により固定カバー４
０の開口部４１が閉鎖されている状態を示している。第
１工具マガジン２２の工具交換把持部は、工具主軸１３
に近い側２３ａが使用済み工具６０ａを受けとるために
空になっており、他の工具交換把持部２３ｂには次に使
用される工具６０ｂが把持されて、待機状態となってい
る。そこで、工具６０ａによる加工工程が終了すると、
工具主軸１３は、Ｚ軸方向に後退した位置、すなわち、
工具主軸端面が第１工具マガジン２２より後になり、工
具の工具把持溝６３が、第１工具マガジン２２の工具交
換把持部２３ａに整列する位置に待機される。

【００３０】次に、（ｂ）の段階では、第１工具マガジ
ン２２の空の工具交換把持部２３ａが工具主軸１３の工
具交換位置と上下方向に整列する位置に来るように第１
工具マガジン２２を反時計方向に回転（θ１）される。
その位置で、工具主軸１３が上昇させられ、工具主軸端
面に固定さた工具６０ａの工具把持溝６３が第１工具マ
ガジン２２の空の工具交換把持部２３ａに係合される
（ｃ）。工具６０ａが空の工具交換把持部２３ａに係合
された状態で、工具主軸１３のドローボルトを解除し、
主軸１３は更に後退させられ、工具シャンク部６２から
完全に離れる。（ｄ）においては、第１工具マガジン２
２を更に反時計方向に回転（θ２）させ、第１工具マガ
ジン２２の他の工具交換把持部２３ｂに把持された次に
使用する工具６０ｂを工具主軸１３の軸線に整列させ
る。その位置で、工具主軸１３を前進させその先端の工
具受入れ孔に工具６０ｂのシャンク部６２を嵌合させ、
ドローボルトにより工具６０ｂを工具主軸１３に固定す
る。（ｅ）では、工具主軸１３を降下させて、次の加工
位置へ移動させる。この場合、第１工具マガジン２２の
工具交換把持部２３ｂは、前述のように、先端が開放さ
れ、スプリング２７ｂにより挟持方向に付勢された可動
把持爪２５ｂにより構成されているので、工具６０ｂを
下降させることにより工具交換把持部２３ｂより容易に
工具６０ｂを外すことができる。

【００３１】（ｆ）では、工具主軸１３が更に下降し、
第１工具マガジン２２の回転と（可動カバーを含めて）
干渉しない位置まで下降した段階で、第１工具マガジン
２２を時計方向に回転（θ３）させ、使用済み工具６０
ａが、工具搬送のためのシャトルアーム４２のシャンク
把持部４５に整列するようにさせる。その角度位置にお
いて、シャトルアーム４５を作動させて使用済み工具６
０ａを第２工具マガジン５０の空の工具収納部５４に戻
す（ｇ）。（ｈ）において、第１工具マガジン２２を反
時計方向に回転（θ４）させ、最初の待機位置（ａ）に
戻し、シャトルアーム４２によりその次に使用する工具
６０ｃを第２工具マガジン５０より第１工具マガジン２
２の他の工具交換把持部２３ｂに収容する。その状態
で、工具交換装置のカバー４０の開口部４１は可動カバ
ー４３により完全に閉塞され、その後工具６０ｂによる
加工が行われることになる。

【００３２】工具交換サイクルは前述の図６のもののみ
ではなく他にいろいろの工具交換サイクルが考えられ、
その一例として図７の（ａ）から（ｂ）（ｃ）〜（ｈ）
への動作サイクルを説明する。図６の工具交換サイクル
と共通する動作は省略する。まず図７の（ａ）の状態
は、１つの工具６０ａによる加工工程中で、可動カバー
４３により固定カバーの開口部が閉塞されている状態を
示しており、これから使用中の工具６０ａを次に使用が
予定されている工具６０ｂと交換するための待機状態を
示している。第１工具マガジン２２の工具交換把持部に
は、工具主軸１３に近い側の工具交換把持部２３ａに次
に使用される工具６０ｂが把持されており、工具主軸１
３から離れた他の工具交換把持部２３ｂが使用済み工具
６０ａを受けとるために空になっている点で、前述の図
６の交換サイクル（ａ）とは相違している。

【００３３】そこで、工具６０ａによる加工工程が終了
すると、工具主軸１３は、Ｚ軸方向に後退した位置、す
なわち、工具主軸端面が第１工具マガジン２２より後に
なり、工具の工具把持溝６３が、第１工具マガジン２２
の工具交換把持部に整列する位置に待機される。次に、
（ｂ）の段階では、第１工具マガジン２２の空の工具交
換把持部２３ｂが工具主軸１３の工具交換位置と上下方
向に整列する位置に来るように第１工具マガジン２２を
反時計方向に回転（θ３´）させる。この場合の回転角
は図６の（ｂ）段階の回転角（θ１）より大きくなる。
その位置で、主軸１３が上昇させられ、工具主軸端面に
固定さた工具６０ａが第１工具マガジン２２の空の工具
交換把持部２３ｂにその先端開放側から可動把持爪２５
ｂを押し開いて係合され（ｃ）、工具主軸１３が工具６
０ａのシャンク部から抜かれる。

【００３４】（ｄ）においては、第１工具マガジン２２
を時計方向に回転（θ２）させ、第１工具マガジン２２
の他の工具交換把持部２３ａに把持された次に使用する
工具６０ｂを工具主軸１３の軸線に整列させる。その位
置で、工具主軸１３を前進させその先端の工具受入れ孔
に工具６０ｂのシャンク部６２を嵌合させ、ドローボル
トにより工具６０ｂを工具主軸１３に固定する。（ｅ）
では、工具主軸１３を降下させて、次の加工位置へ移動
させる。（ｆ）では、工具主軸１３が更に下降し、第１
工具マガジン２２の回転と（可動カバーを含めて）干渉
しない位置まで下降した段階で、第１工具マガジン２２
を時計方向に回転（θ１）させ、使用済み工具６０ａ
が、工具搬送のためのシャトルアーム４２のシャンク把
持部４５に整列するようにさせる。その角度位置におい
て、シャトルアーム４２を作動させて使用済み工具６０
ａを第２工具マガジン５０の空の工具収納部５４に戻す
（ｇ）。（ｈ）において、第１工具マガジン２２の主軸
に近い位置の工具交換把持部２３ａに第２工具マガジン
５０からの次の工具６０ｃを受け入れる位置に整列させ
るため、第１工具マガジン２２を更に時計方向に回転
（θ４´）させ、シャトルアーム４２によりその次に使
用する工具６０ｃを第２工具マガジン５０より第１工具
マガジン２２の工具交換把持部２３ａに収容する。そし
て、最初の待機位置（ａ）に戻し、その後工具６０ｂに
よる加工が行われることになる。

【００３５】工具交換サイクルの例を図６及び図７につ
いて説明したが、これらを適宜組み合わせることもでき
る。すなわち、図７（ｇ）の状態で、第１工具マガジン
２２を回転せずに同じ工具交換把持部２３ｂに工具６０
ｃを収容し、図６（ａ）の状態に進み、次の交換サイク
ルは図６のサイクルを実行し、図６（ｇ）の状態から図
７（ａ）に進み再び図７の交換サイクルを実行すること
により、工具交換サイクルを短縮することも可能であ
る。

【００３６】次に、第１工具マガジン２２の工具収納部
２３ｃ〜ｇに収納されている使用頻度の高い工具６０Ｕ
〜Ｚを工具主軸１３との間で工具交換を行う場合につい
て説明する。基本的には前記の場合と同じであり、ま
ず、工具が抜き取られて空になった工具主軸１３を工具
交換位置に割り出し位置決めし、工具主軸１３をＺ軸方
向に後退した位置、すなわち、工具主軸端面が第１工具
マガジン２２より後になる位置に待機させ、第１工具マ
ガジン２２を回転して必要な工具を工具主軸１３位置に
整列させる。その位置で、工具主軸１３を前進させその
先端の工具受入れ孔に工具６０のシャンク部６２を嵌合
させ、ドローボルトにより工具６０を工具主軸１３に固
定する。その状態で工具主軸１３が下降し、第１工具マ
ガジン２２は最初の待機位置（カバー装置が閉塞されて
いる状態）に戻り、工具主軸１３は加工領域において加
工工程を遂行する。加工工程が終了したときには、第１
工具マガジン２２の、前記工具を収納していた空の工具
収納部を工具主軸位置に回転割り出し、工具主軸１３を
上昇して、使用済みの工具を元の工具収納部の工具把持
爪２４、２５に係合させ、工具主軸１３を後退させるこ
とにより第１工具マガジン２２へ戻す。したがって、工
具収納部２３ｃ〜ｇは、１対１に工具６０Ｕ〜Ｚと対応
している固定番地方式によっている。

【００３７】（その他の実施例）前記実施例の自動工具
交換装置を備えた工作機械においては、工具主軸の工具
受入孔に対する工具の挿入、抜出し動作を、ラムを動作
させることにより工具主軸を前進後退移動させて行うよ
うにしているが、第１工具マガジンをその軸線方向に前
進後退移動させることにより行うようにしてもよい。前
記実施例の自動工具交換装置は、工具主軸の支持要素と
してラム式主軸を有する形式の工作機械に適用している
が、その他の形式の工作機械、例えばコラム自体を工具
主軸支持要素として左右送り可能に設けると共に、前後
方向（Ｚ軸方向）に進退させるような形式の工作機械に
も適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の自動工具交換装置を備えた工作
機械は、第１工具マガジンに常時工具を収納する工具収
納部と、工具交換把持部とを備えているので、第１工具
マガジンの工具収納部に収納された工具は工具主軸と直
接交換することができ、第２工具マガジンに収納された
工具は中間搬送装置と第１工具マガジンの工具交換把持
部を利用して、工具交換することができるので、多数の
工具を工具主軸に効率的にしかも、短時間で交換でき
る。しかも、工具交換アームとして作用する第１工具マ
ガジン上の一対の工具交換把持部は、その回転軸線の周
りの１８０度より小さな角度離間した２位置に配置した
ので、工具交換のための回転角度を従来の交換アームと
比較して小さくなるので、工具交換時間を短縮すること
ができる。

【００３９】更に、本発明の自動工具交換装置を備えた
工作機械は、第１工具マガジンが円周の一部に切欠部を
有し、一対の工具交換把持部が切欠部の円周方向の一端
に隣接し、工具収納部が工具交換把持部と切欠部の円周
方向における他端までの円周に配置することにより、工
具交換位置の工具主軸と第１工具マガジンの工具とを接
近ささることができ、工具交換把持部を工具主軸に接近
して配置されることにより工具交換時間を短縮化でき
る。

【００４０】更に、本発明の自動工具交換装置を備えた
工作機械は、第１工具マガジンがその切欠部を工具主軸
側に向ける休止位置にあるとき、少なくとも第１工具マ
ガジン及びその回転割出機構を、加工領域から隔絶する
カバー装置を設け、該カバー装置は、第１工具マガジン
が休止位置にあるとき、その工具交換把持部及び全ての
工具収納部をカバー装置内に収納するが、休止位置から
回動して工具交換把持部或いは工具収納部を工具主軸と
協働する工具交換位置に前進させるとき、工具交換把持
部或いは工具収納部をカバー装置外へ露出させることを
許容する開放部を有し、第１工具マガジンと一体的に回
動でき、第１工具マガジンが休止位置にあるとき、カバ
ー装置の開放部を閉塞する可動カバーを第１工具マガジ
ンに取付けたことにより、加工中は工具交換装置はカバ
ー装置の開口部は閉塞され、工具交換のためにカバーを
開口する場合、格別は開閉装置及び開閉のための時間が
必要なく、第１工具マガジンの工具交換のための回動の
みにより行われるので工具交換時間が短縮できる。

【００４１】更に、本発明の自動工具交換装置を備えた
工作機械は、工具主軸は、水平に延びる回転軸線を有
し、工具主軸を支える支持要素が、工具主軸を、前記回
転軸線と垂直な面内で水平な左右方向及び上下方向に移
動できると共に前記回転軸線上で前進後退移動できるよ
うにベッド上に支持され、脚部がベッドから直立し、水
平部が工具主軸の最上位置よりも上位で左右方向に延び
るブリッジを設け、第１工具マガジンの回転軸線が工具
主軸と平行となり、かつその工具交換把持部或いは工具
収納部が工具交換位置に割出された工具主軸の前端より
も前方に位置するように、第１工具マガジンをブリッジ
の水平部に取付け、工具交換時において、工具交換把持
部或いは工具収納部を工具主軸と同心位置に選択的に割
出す第１工具マガジン回動割出しと工具主軸の前進後退
動作が協働することにより、各要素の合理的な配置によ
り、工具交換動作を単純化できるので、工具交換時間を
短縮化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動工具交換装置を備えた横形工
作機械の平面図。

【図２】本発明による自動工具交換装置を備えた横形工
作機械の正面図。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視線に沿って破断した
自動工具交換装置の正面図。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視線に沿って一部を破断し
た自動工具交換装置の縦断面。

【図５】図３のＶ−Ｖ矢視線の断面図。

【図６】（ａ）〜（ｈ）の順に実行される工具交換動作
の１動作サイクルを説明する説明図。

【図７】図６の工具交換動作サイクルに代わる他の動作
サイクルを説明する説明図。

【符号の説明】

１： ベッド ５： コラム １３： 工具主軸 ２２： 第１工具マガジン ２３ａ，ｂ： 工具交換把持部 ２３ｃ〜ｇ： 工具収納部 ３０： シャトルアーム ４０： 固定カバー ４３： 可動カバー ４５： シャンク保持部 ５０： 第２工具マガジン ５４： 工具収納部 ６０： 工具 ６１： 刃物装着部 ６２： シャンク部 ６３： 環状の工具把持溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井浩一 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 磯谷秀逸 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 加藤正直 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C002 AA02 AA04 BB07 DD13 JJ04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具主軸の軸線と平行な軸線の周りに回転
   割出し可能であり、多数の工具を工具主軸の回転軸線と
   平行に収納する工具収納部と前記軸線の周りの１８０度
   より小さな角度離間した２位置に工具を前記軸線と平行
   にして支持する一対の工具交換把持部とを有する円盤状
   の第１工具マガジンと、 選択した工具を保持する工具収納部を第１工具マガジン
   との工具受渡位置に割出し可能であり、多数の工具収納
   部を有する第２工具マガジンと、 第１工具マガジンの工具受渡位置に割出された工具交換
   把持部の一方から第２工具マガジンの工具受渡位置に割
   出された１つの工具収納部へ使用済工具を返却し、第２
   工具マガジンの工具受渡位置に割出された１つの工具収
   納部から第１工具マガジンの工具受渡位置に割出された
   一対の工具交換把持部のいずれか一方へ使用工具を搬入
   する中間搬送装置とから構成されたことを特徴とする自
   動工具交換装置を備えた工作機械。
2. 【請求項２】前記第１工具マガジンは、円周の一部に切
   欠部を有し、一対の工具交換把持部が切欠部の円周方向
   の一端に隣接し、工具収納部が工具交換把持部と切欠部
   の円周方向における他端までの円周に配置されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置を備え
   た工作機械。
3. 【請求項３】前記第１工具マガジンがその切欠部を工具
   主軸側に向ける休止位置にあるとき、少なくとも第１工
   具マガジン及びその回転割出機構を、加工領域から隔絶
   するカバー装置を設け、 該カバー装置は、第１工具マガジンが休止位置にあると
   き、その工具交換把持部及び全ての工具収納部をカバー
   装置内に収納するが、休止位置から回動して工具交換把
   持部或いは工具収納部を工具主軸と協働する工具交換位
   置に前進させるとき、工具交換把持部或いは工具収納部
   をカバー装置外へ露出させることを許容する開放部を有
   し、 第１工具マガジンと一体的に回動でき、第１工具マガジ
   ンが休止位置にあるとき、カバー装置の開放部を閉塞す
   る可動カバーを第１工具マガジンに取付けたことを特徴
   とする請求項２項記載の自動工具交換装置を備えた工作
   機械。
4. 【請求項４】工具主軸は、水平に延びる回転軸線を有
   し、工具主軸を支える支持要素が、工具主軸を、前記回
   転軸線と垂直な面内で水平な左右方向及び上下方向に移
   動できると共に前記回転軸線上で前進後退移動できるよ
   うにベッド上に支持され、 脚部がベッドから直立し、水平部が工具主軸の最上位置
   よりも上位で左右方向に延びるブリッジを設け、 第１工具マガジンの回転軸線が工具主軸と平行となり、
   かつその工具交換把持部或いは工具収納部が工具交換位
   置に割出された工具主軸の前端よりも前方に位置するよ
   うに、第１工具マガジンをブリッジの水平部に取付け、 工具交換時において、工具交換把持部或いは工具収納部
   を工具主軸と同心位置に選択的に割出す第１工具マガジ
   ンの回動割出しと工具主軸の前進後退動作が協働するこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   記載の自動工具交換装置を備えた工作機械。